歩行訓練用転倒防止装置、及び歩行支援装置
【課題】歩行訓練を行う必要がある歩行訓練者の体を確実に支持しながら、該歩行訓練者が訓練時に体のバランスを崩しかけた場合には、該歩行訓練者にダメージを与えることなくその体を支持し、転倒を防止する。
【解決手段】歩行訓練者が歩行訓練可能な状態となるように該訓練者を歩行支援装置本体に吊り上げて支持する支持部材を有する歩行支援装置に設けられ、該歩行訓練者の転倒を防止する転倒防止装置であって、歩行支援装置本体側に設けられ且つ支持部材が接続されることで、歩行訓練者の動作に伴って変位する変位部と、支持部材に対して制動力を与える制動ブレーキと、変位部の変位状態に基づいて、歩行訓練者の体の崩れ落ちを検知又は推定する検知部と、検知部の検知結果に基づいて、制動ブレーキから支持部材に対して与えられる制動力を制御する制動力制御部と、を備える。
【解決手段】歩行訓練者が歩行訓練可能な状態となるように該訓練者を歩行支援装置本体に吊り上げて支持する支持部材を有する歩行支援装置に設けられ、該歩行訓練者の転倒を防止する転倒防止装置であって、歩行支援装置本体側に設けられ且つ支持部材が接続されることで、歩行訓練者の動作に伴って変位する変位部と、支持部材に対して制動力を与える制動ブレーキと、変位部の変位状態に基づいて、歩行訓練者の体の崩れ落ちを検知又は推定する検知部と、検知部の検知結果に基づいて、制動ブレーキから支持部材に対して与えられる制動力を制御する制動力制御部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行訓練者が歩行訓練可能な状態となるように該訓練者を吊り上げて支持する歩行支援装置において該歩行訓練者の姿勢の崩れを検知し転倒を防止する転倒防止装置、又は当該転倒防止装置が設けられた歩行支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、歩行障害者や高齢者等の歩行訓練は、例えば、室内に取り付けられた手摺棒や、下端に車輪を備え、歩行訓練者が押し進めながら歩行訓練を行う歩行器等が用いられていた。しかし、前記手摺棒や歩行器を用いた歩行訓練では、歩行訓練者の転倒を防ぐことは困難であり、介助者が付き添って行われていた。この介助者は、常に監視の負担を強いられており、その負担は大きかった。そこで、介助者の負担を軽減すべく、モータ駆動式の転倒防止装置を組み込んだ歩行支援装置が提案されている（例えば、特許文献１、２を参照）。
【０００３】
また、歩行訓練者の歩行支援装置を機械要素のみを用いて構成し、これにより歩行訓練者の転倒を防止する技術が開示されている（例えば、特許文献３を参照）。このように機械要素のみで歩行支援装置を構成することで、モータやブレーキ駆動を含む歩行支援装置に比べて安価で安全面に優れた装置を提供し得る。
【０００４】
ここで、歩行訓練者を誘導することでその歩行を支援する歩行支援装置に関する技術も開示されている（例えば、特許文献４を参照）。当該技術では、車輪に制御可能なブレーキが取り付けられ、このブレーキを制御することで、歩行訓練者の誘導を行う車体を目標経路に沿って好適に駆動する。
【特許文献１】特開２００３−４７６３５号公報
【特許文献２】特開２００４−３２９２７８号公報
【特許文献３】特開２００５−３４２３０６号公報
【特許文献４】特開２００５−８０８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
歩行訓練を行う必要がある歩行訓練者において、体の具合や怪我の程度等に応じて該歩行訓練者の体を丁寧に、且つ確実に支持しなければならない場合がある。そして、このように歩行訓練者の体を支持しながらその歩行訓練を行う場合には、いわば歩行訓練者は歩行支援装置に体を預けた状態になっているため、歩行訓練時に体のバランスを崩すことでダメージを受けてしまうことを確実に回避しなければならない。
【０００６】
ここで、従来技術のようにモータ等のアクチュエータ駆動式の転倒防止装置を組み込んだ歩行支援装置では、アクチュエータの誤作動時に歩行訓練者にダメージを加える可能性がある。また、上記のように機械要素のみで歩行支援装置を構成しようとすると、歩行訓練者毎に適切な歩行訓練を行う等、柔軟な歩行訓練を実現することが難しくなる。
【０００７】
本発明では、上記した問題に鑑み、歩行訓練を行う必要がある歩行訓練者の体を確実に支持しながら、該歩行訓練者が訓練時に体のバランスを崩しかけた場合には、該歩行訓練者にダメージを与えることなくその体を支持し、転倒を防止するための転倒防止装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、上記の課題を解決するために、本発明では、歩行訓練者の体を支持部材で支持する構成を前提として、その支持部材に接続されることで歩行訓練者の動作に伴って変位する変位部の、当該変位に基づいて、ブレーキによって支持部材に制動力を与え、その動きを制御する構成とした。この構成により、歩行訓練者は、自己の体が支持部材によって支持されながら、安全な歩行支援を受けることが可能となる。
【０００９】
詳細には、本発明に係る歩行訓練用転倒防止装置は、歩行訓練者が歩行訓練可能な状態となるように該訓練者を歩行支援装置本体に吊り上げて支持する支持部材を有する歩行支援装置に設けられ、該歩行訓練者の姿勢の崩れを検知し転倒を防止する転倒防止装置であって、前記歩行支援装置本体側に設けられ且つ前記支持部材が接続されることで、前記歩行訓練者の動作に伴って変位する変位部と、前記支持部材に対して制動力を与える制動ブレーキと、前記変位部の変位状態に基づいて、前記歩行訓練者の体の崩れ落ちを検知又は推定する検知部と、前記検知部の検知結果に基づいて、前記制動ブレーキから前記支持部材に対して与えられる制動力を制御する制動力制御部と、を備える。
【００１０】
上記歩行訓練用転倒防止装置（以下、単に「転倒防止装置」とも言う。）は、支持部材によって、歩行訓練者が歩行訓練可能な状態となるように該訓練者を歩行支援装置本体に吊り上げて支持する歩行支援装置に使用される。従って、当該転倒防止装置は、歩行訓練者が歩行訓練に際して、その体が崩れ落ちることで、転倒してしまうことを防止するための装置である。ここで、歩行訓練者は、支持部材を介して変位部と連結されている。従って、変位部は、歩行訓練者の体の動き、特に歩行訓練時の体の崩れ落ちといった転倒に帰結する体の動きを直接に反映するものである。
【００１１】
ここで、上記転倒防止装置では、歩行訓練者の体の動きを変位部の変位を介して認識し、検知部による体の崩れ落ちの検知又は推定が行われる。そして、その検知結果は、制動力制御部に伝えられ、制動力制御部はその結果に基づいた制動ブレーキの制御を行い、支持部材への制動力の制御を行うことで、支持部材とつながれている歩行訓練者の体を支える。
【００１２】
このように、本発明に係る転倒防止装置では、支持部材に制動力を与える制動ブレーキの制御を介して、歩行訓練者の歩行支援を行うものであるから、アクチュエータ式の歩行支援装置の場合と比べても、歩行訓練者にダメージを与える可能性が極めて低い。また、制動力制御部によって制動ブレーキの制御が行われるため、該制動ブレーキの制御を多様に実行でき、以て歩行訓練者に柔軟な歩行訓練を提供できる。
【００１３】
上記の転倒防止装置において、前記検知部は、前記変位部の変位距離、該変位部の変位速度、該変位部の変位加速度の少なくとも何れかに基づいて、前記歩行訓練者の体の崩れ落ちを検知又は推定するようにしてもよい。また、前記変位部は、回転変位を行うことで、接続された前記支持部材を巻取り又は巻き出すことが可能である場合は、前記検知部は、前記変位部の回転角、該変位部の回転角速度、該変位部の回転角加速度の少なくとも何れかに基づいて、前記歩行訓練者の体の崩れ落ちを検知又は推定するようにしてもよい。変位部の変位については、歩行訓練者の体の動きが反映される限り、線形、非線形、回転等様々な変位を利用することが可能である。そして、これらの実変位、その一次微分である変位速度、更にその微分である変位加速度を利用することで、制動ブレーキによる制動力を好適に制御することが可能となる。
【００１４】
ここで、上述までの転倒防止装置において、制動力制御部の一例として、以下に二つ示す。その一つにおいては、前記検知部によって前記歩行訓練者の体の崩れ落ちが検知又は推定されると、前記制動力制御部は、前記支持部材の動きを規制する制動力が該支持部材に与えられるように、前記制動ブレーキを制御するようにしてもよい。これにより、体が
崩れ落ちそうになった歩行訓練者は、支持部材の動きが規制されることで、転倒してしまうことを確実に防止することができる。
【００１５】
また、別の例においては、前記検知部によって前記歩行訓練者の体の崩れ落ちが検知又は推定されると、前記制動力制御部は、前記変位部の変位距離、該変位部の変位速度、該変位部の変位加速度の少なくとも何れかに応じた制動力が前記支持部材に対して与えられるように、前記制動ブレーキを制御するようにしてもよい。即ち、変位距離に関する係数（仮想弾性係数）に変位距離を掛けた力（仮想弾性力）、変位速度に関する係数（仮想粘性係数）に変位速度を掛けた力（仮想粘性力）、変位加速度に関する係数（仮想慣性係数）に変位加速度を掛けた力（仮想慣性力）のうち一又は複数を合算した力を、制動力制御部が制動ブレーキにより発生させることにより、その粘弾性的な制動力が支持部材を通して歩行訓練者に作用する。その結果、歩行訓練者の転倒を防止する際に、該歩行訓練者に生じる衝撃を緩和することが可能となる。
【００１６】
ここで、上述までの歩行訓練用転倒防止装置において、前記支持部材と連係し、前記歩行訓練者の体重を免荷する免荷部材を、更に備えるようにしてもよい。この免荷部材によって歩行訓練者の歩行訓練時の負荷、更には歩行訓練者の体が崩れ落ち、制動ブレーキの制動力によって転倒が防止された後に、元の歩行状態に復帰しようとする時にかかる負荷、即ち姿勢復帰時の負荷を軽減することができ、以て歩行訓練者の歩行訓練を円滑に実現することが可能となる。
【００１７】
ここで、上述までの転倒防止装置を有し、更に前記歩行支援装置本体であって、前記歩行訓練者と共に移動自在な歩行支援装置本体と、前記支持部材と、を有する歩行支援装置も、本発明の範疇に含まれる。
【発明の効果】
【００１８】
歩行訓練を行う必要がある歩行訓練者の体を確実に支持しながら、該歩行訓練者が訓練時に体のバランスを崩しかけた場合には、該歩行訓練者にダメージを与えることなくその体を支持し、転倒を防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る転倒防止装置およびそれを搭載した歩行支援装置の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１に、本発明に係る転倒防止装置１０を備えた歩行支援装置１の構成を示す。尚、図１（ａ）は、歩行訓練者が歩行支援装置１に吊り上げられた状態で歩行訓練をしている状態の正面図であり、図１（ｂ）は、当該状態の側面図である。歩行支援装置においては、転倒防止装置１０が後述するように制動トルクを制御することが可能なパウダーブレーキ１４（図２を参照。）を用いたブレーキ式のものになっており、そのパウダーブレーキ用のバッテリを含む制御装置２０が備えられている。
【００２１】
詳細には、歩行支援装置１は、その外郭となる本体フレーム２を有している。図１に示すように、本体フレーム２は、歩行訓練者の頭上に位置する上部フレーム２ａと、それを垂直方向に支える垂直後方フレーム２ｂと、本体フレーム２の底部に位置し垂直後方フレーム２ｂが取り付けられる底部フレーム２ｃと、本体フレーム２の前方で底部フレーム２ｃに垂直に設けられる垂直前方フレーム２ｄと、垂直前方フレーム２ｄに取り付けられ歩行訓練者の手が置ける位置に配置される水平フレーム２ｅを有する。
【００２２】
ここで、歩行訓練者には、その体を支えるためのハーネス５が装着されており、そして
、ハーネス５と接続されたロープ３が、上部フレーム２ａに設置された定滑車４を介して、転倒防止装置１０に到達している。尚、転倒防止装置１０は、垂直後方フレーム２ｂ上に設けられている。更に、転倒防止装置１０の下方であって、底部フレーム２ｃ上には体重免荷装置３０が設置されている。この体重免荷装置３０と、転倒防止装置１０とはロープ３１によって連結され、歩行訓練者をロープ３によって吊り上げるための力Ｆｗを、体重免荷装置３０から転倒防止装置１０を介して歩行訓練者側に伝えることで、歩行訓練者が実際に歩行訓練を行う際の負荷を軽減させることが可能となる。尚、転倒防止装置１０における体重免荷装置３０の作用については、後述する。
【００２３】
このように構成される歩行支援装置１を用いると、歩行訓練者は、体重免荷装置３０の作用によって自己の体重を支持する負荷が軽減された状態で、歩行訓練を行うことができる。また、底部フレーム２ｃの下側には車輪６が設けられているので、歩行訓練者は、本体フレーム２に吊り上げられた状態で、且つ該本体フレーム２とともに歩行を行うことができる。なお、体重免荷装置３０は、一又は複数の定荷重バネ（ストロークによらず一定の力を発生するバネ）を使用して、歩行訓練者をロープ３によって吊り上げるための力Ｆｗを発生させるものとしてもよい。また、定荷重バネの代わりに線形バネやねじりコイルバネ等を使用して歩行訓練者をロープ３によって吊り上げるための力Ｆｗを発生させるものとしてもよい。
【００２４】
ここで、歩行訓練者がその歩行訓練時にバランスを崩す等して、体が崩れ落ち、結果的に転倒してしまうことは歩行訓練者の安全上好ましくない。そこで、歩行支援装置１においては、歩行訓練者が転倒してしまう前に、その体の崩れ落ちを検知して、歩行訓練者が転倒してしまうのを防止するべく、転倒防止装置１０およびその制御装置２０が設けられている。上述したように、この転倒防止装置１０はブレーキ式のものである。また、後述するように転倒防止装置１０によって転倒防止のためにパウダーブレーキ１４が作動した後、その制動状態にあるパウダーブレーキ１４を解放するためのリモコンスイッチ２１が、設けられている。このリモコンスイッチ２１は介助者や歩行訓練者自身が手で操作できる位置に設置されているのであれば、特にその設置場所は制限されない。尚、このリモコンスイッチ２１は、歩行訓練者等が手に持って使用可能な、いわゆるハンディタイプのスイッチでもよく、また有線式や無線式のものでも構わない。
【００２５】
図２に、転倒防止装置１０の構成を示す。転倒防止装置１０は、主板部１１に対して、４枚の副板部１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが垂直になるように設けられている。ここで、副板部１１ｂと１１ｃとの間には、回転軸１８ａに共に固定されたドラム１２とドラム１３が、両副板部に対して回転可能にベアリング支持されている。また、副板部１１ａには、回転軸１８ｂに連結されたエンコーダ１５が取り付けられ、その回転軸１８ｂが副板部１１ａと１１ｂに対して回転可能にベアリング支持されている。尚、回転軸１８ｂは回転軸１８ａと同軸上に配置され、且つカップリング１６によって両回転軸は連結されている。更に、副板部１１ｃと１１ｄとの間には、回転軸１８ｃに連結されたパウダーブレーキ１４が、両副板部に対して回転可能にベアリング支持されている。尚、回転軸１８ｃは回転軸１８ａと同軸上に配置され、且つカップリング１７によって両回転軸は連結されている。
【００２６】
そして、ドラム１２には、歩行訓練者が装着するハーネス５に連結されているロープ３が巻かれており、一方でドラム１３には、体重免荷装置３０に連結されているロープ３１が巻かれている。従って、体重免荷装置３０から伝わる歩行訓練者の体重負荷の軽減のための力（以下、単に「体重免荷力」と言う。）Ｆｗは、ロープ３１からドラム１３に伝わり、更に同じ回転軸１８に固定されているドラム１２を介して、ロープ３を経て歩行訓練者側に伝わっていく。これにより、歩行訓練者の歩行訓練時における負荷を軽減することが可能となる。
【００２７】
また、歩行訓練者が歩行訓練を行うと、その体の動きがロープ３を伝わって、ドラム１２から回転軸１８ａ〜１８ｃにも伝わり、これらの回転軸がその体の動きに合わせて回転変位する。ここで、上述の通り回転軸１８ｂ側にはエンコーダ１５が設けられており、そこで検出された回転軸１８ｂの回転変位量、換言すると回転軸１８ａ〜１８ｃおよびドラム１２、１３を含む回転体の回転変位量は、制御装置２０へと送信される。制御装置２０は、この回転変位量に関する情報に基づいて、歩行訓練者の歩行訓練時の体の動きを検知することが可能となる。
【００２８】
また、パウダーブレーキ１４は制御装置２０と電気的に接続されており、制御装置２０から出力された制御信号によって、パウダーブレーキ１４が発揮する制動トルクの大きさが制御可能となる。パウダーブレーキ１４によって制動トルクが発生すると、回転軸１８ｃ、１８ａを経てドラム１２、１３にも制動トルクが作用する。その結果、ロープ３を介して、歩行訓練者に対してその動きを制止する制動力が及ぼされることになる。
【００２９】
また、図２に示す構成とは異なる構成を有する転倒防止装置１０の例を、図３に示す。尚、図３に示す転倒防止装置と図２に示す転倒防止装置とで同一の構成については、同一の参照番号を付すことでその詳細な説明は省略する。図３に示す転倒防止装置１０においては、主板部１１に対して、２枚の副板部１１ｅと１１ｆが垂直になるように設けられている。ここで、副板部１１ｅと１１ｆとの間には、回転軸１８ａに共に固定されたドラム１２とドラム１３およびギア１９ｃが、両副板部に対して回転可能にベアリング支持されている。また、副板部１１ｅの外側には、回転軸１８ａ上にギア１９ａが固定され、更に、そのギア１９ａと噛み合うギア１９ｂが回転軸１８ｄ上に固定され、且つ該回転軸１８ｄが副板部１１ｅにベアリング支持されている。尚、副板部１１ｅの内側において、回転軸１８ｄにエンコーダ１５が連結されている。
【００３０】
更に、副板部１１ｅと１１ｆとの間には、回転軸１８ａ上に固定されたギア１９ｃと噛み合うギア１９ｄが回転軸１８ｆ上に固定され、且つ該回転軸１８ｆが副板部１１ｆにベアリング支持されている。また、副板部１１ｆの外側においては、この回転軸１８ｆにパウダーブレーキ１４が連結されている。このように、ギア１９ａとギア１９ｂの減速関係によって、エンコーダ１５の検出精度を向上させることができる。また、ギア１９ｃとギア１９ｄの減速関係によって、パウダーブレーキ１４の回転軸１８ｆで発生する制動トルクを増幅させてドラム１２、１３の回転軸１８ａに伝えることもできる。
【００３１】
図２又は図３に示すように構成される転倒防止装置１０を備える歩行支援装置１では、歩行訓練者が歩行訓練を行っているとき、体のバランスを崩すことによって体の崩れ落ちに関する動作をエンコーダ１５を介して検知し、その検知結果に基づいてパウダーブレーキ１４によって発揮される制動トルクの制御が行われる。その結果、歩行訓練者の転倒を確実に防止することができる。以下に、その歩行訓練時の歩行訓練者の転倒を防止するための転倒防止処理について、図４〜図８に基づいて説明する。尚、当該処理は、制御装置２０内の制御ユニット（例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ））によって所定の制御プログラムの実行により、実施される。
【００３２】
図４に示す転倒防止処理は、歩行訓練者が歩行訓練を行うときに実施される処理である。この転倒防止処理は、歩行訓練者の体の崩れ落ちを検知した後に、早期にその転倒を防止するために有用な処理である。尚、本処理が開始されたときは、リモコンスイッチはＯＮ状態にあって、これによりパウダーブレーキ１４の制動は制御可能状態となっている。先ず、Ｓ１０１では、歩行訓練時の転倒防止処理に必要な各種パラメータの初期設定が行われる。具体的には、このパラメータは、歩行訓練者の体の崩れ落ちを検知するための閾値であって、本実施例では、ドラム１２、１３が固定されている回転軸１８ａの回転角（
回転距離）θ、回転角速度θ’、回転角加速度θ’’に関する閾値が設定される。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。
【００３３】
Ｓ１０２では、歩行訓練者の初期の基準位置となる初期位置Ｘ０が、エンコーダ１５によって計測される。以降、この初期位置Ｘ０に基づいて、歩行訓練者の体の崩れ落ちの検知が行われることになる。尚、歩行訓練者が歩行訓練を行うとき、歩行訓練者に問題が生じていないときはパウダーブレーキ１４による制動トルクは働かないが、体の崩れ落ち等転倒の可能性があると判断されると、パウダーブレーキ１４によって制動トルクが発揮されることになる。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
【００３４】
Ｓ１０３では、Ｓ１０２で計測された初期位置Ｘ０を基準点として、その初期位置からの歩行訓練者の現在の位置Ｘが、エンコーダ１５によって計測される。この計測が行われるとＳ１０４へ進み、歩行訓練者に転倒の可能性があるか否か、即ち歩行訓練者の体の崩れ落ちが発生しているか否かの判定が行われる。具体的には、Ｓ１０３で計測された現在位置ＸとＳ１０２で計測されたＸ０との差が、Ｓ１０１で設定された回転角θに関する閾値以上となっているときは、歩行訓練者に崩れ落ちが生じていると判定（肯定判定）される。また、歩行訓練者の体の動きによって生じる回転軸１８ａの回転角速度θ’が、Ｓ１０１で設定された回転角速度θ’に関する閾値以上となっているときは、歩行訓練者に崩れ落ちが生じていると判定（肯定判定）されてもよい。同様に、歩行訓練者の体の動きによって生じる回転軸１８ａの回転角加速度θ’’が、Ｓ１０１で設定された回転角加速度θ’’に関する閾値以上となっているときは、歩行訓練者に崩れ落ちが生じていると判定（肯定判定）されてもよい。尚、回転軸１８ａの回転角速度θ’、回転角速度θ’’は、エンコーダ１５によって計測される回転角に関する情報を、時間で一次（デジタル）微分、二次（デジタル）微分することで求められる。
【００３５】
Ｓ１０４で肯定判定されると、Ｓ１０５へ進みパウダーブレーキ１４による制動トルクが発揮されるように、制御装置２０からパウダーブレーキ１４に対して制動指示が出され、回転軸１８ａに制動トルクが作用することになる。この制動トルクは、崩れ落ちた歩行訓練者の体が固定支持されるのに十分なトルクであり、Ｓ１０５の処理ではこの制動トルクがパウダーブレーキ１４によって速やかに発揮される。そのため、崩れ落ちた歩行訓練者の体は安定して支えられ、転倒にまでは至らない。
【００３６】
また、Ｓ１０５の処理が終了すると、Ｓ１０６へ進み、リモコンスイッチ２１がＯＦＦ状態になっているか否かが判定される。Ｓ１０５の処理によって体を支えられている歩行訓練者は、パウダーブレーキ１４の制動を解除しなければ、歩行支援装置１を再び利用することができない。そこで、その制動を解除するために、リモコンスイッチ２１を操作して、初期のＯＮ状態にあるリモコンスイッチ２１をＯＦＦ状態にする必要がある。そこで、Ｓ１０６では、支持されている歩行訓練者への体の支持を解除するか否かを判断すべく、歩行訓練者のリモコンスイッチ２１の操作結果に基づいてパウダーブレーキ１４の制動解除の可否を判断する。Ｓ１０６で肯定判定されると、Ｓ１０７以降の処理においてパウダーブレーキ１４の制動解除が行われることになる。また、Ｓ１０７で否定判定されると、パウダーブレーキ１４の制動解除に関して歩行訓練者の意思が示されていないため、Ｓ１０５の処理が継続して行われることになる。
【００３７】
ここで、Ｓ１０４の処理で否定判定された場合、又はＳ１０６の処理で肯定判定された場合には、Ｓ１０７において、パウダーブレーキ１４の制動状態を解放し、制動力がかかっていない状態とする。ここで、パウダーブレーキ１４の制動状態が解放されると、体重免荷装置３０による体重免荷力Ｆｗが作用することになるので、歩行訓練者の立ち上がりが支援されることになる。その後、Ｓ１０８において歩行訓練者の歩行訓練が終了したか否かの判定が行われる。具体的には、歩行訓練者の制御装置２０への指示に従って、当該
判定が行われる。Ｓ１０８で肯定判定されると、本転倒防止処理は終了する。一方で、Ｓ１０８で否定判定されると、Ｓ１０９での判定が行われる。
【００３８】
Ｓ１０９では、リモコンスイッチ２１がＯＮ状態に戻されているか否かが判定される。即ち、歩行訓練者が歩行訓練に復帰するべく、パウダーブレーキ１４による支持制御を可能とするためにリモコンスイッチがＯＮ状態に戻されているか否かが判定される。ここで、肯定判定されるとＳ１０３以降の処理が再び行われる。また、否定判定されると、Ｓ１０９の判定処理が繰り返される。
【００３９】
このように本転倒防止処理によると、歩行訓練者の体が崩れ落ちていないときは、体重免荷装置３０により歩行訓練者にかかる負荷が軽減された状態で歩行訓練を行うことが可能である。一方で、歩行訓練者の体が崩れ落ち、転倒する可能性があると判断される場合には、パウダーブレーキ１４の制動トルクで歩行訓練者の転倒が防止される。このように、転倒防止装置１０に組み込まれたパウダーブレーキ１４を、歩行訓練者の体の動きに連動した回転軸１８ａの回転変位に基づいて制御することで、歩行訓練者が訓練時に体のバランスを崩した場合には、該歩行訓練者にダメージを与えることなくその体を支持し転倒を防止することが可能となる。
【００４０】
次に、歩行訓練者が歩行訓練を行うときに実施される転倒防止処理の別の実施例について、図５に基づいて説明する。図５に示す転倒防止処理は、歩行訓練者の体の崩れ落ちを検知した後に、歩行訓練者の体にかかる衝撃を可及的に軽減するように支持することで、その転倒を防止するために有用な処理である。尚、図５に示す転倒防止処理のうち、図４に示す転倒防止処理中の処理と同一のものについては、同一の参照番号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４１】
図５に示す転倒防止処理では、Ｓ１０４で肯定判定されると、Ｓ２０１へ進む。Ｓ２０１では、上記Ｓ１０３と同様に、歩行訓練者の現在の位置Ｘがエンコーダ１５によって計測される。次に、Ｓ２０１での計測結果に基づいて、Ｓ２０２においてパウダーブレーキ１４のインピーダンス制御が行われる。尚、このインピーダンス制御に用いられる仮想弾性係数（仮想バネ定数Ｋ、仮想粘性係数Ｃ、仮想慣性モーメントＭ）が、上記Ｓ１０１において初期パラメータとして設定されていることを付言する。この仮想バネ定数Ｋは、回転軸１８ａの回転角の変位量に比例してパウダーブレーキ１４に制動トルクを発揮させるための係数であり、仮想粘性係数Ｃは、回転軸１８ａの回転角速度に比例してパウダーブレーキ１４に制動トルクを発揮させるための係数であり、仮想慣性モーメントＭは、回転軸１８ａの回転角加速度に比例してパウダーブレーキ１４に制動トルクを発揮させるための係数である。これらの各係数は、実験等によって予め設定してもよく、また歩行訓練者によって適宜設定することができるようになっていてもよい。
【００４２】
以上より、Ｓ２０２で行われるパウダーブレーキ１４のインピーダンス制御は、パウダーブレーキ１４にバネ定数Ｋのバネ、粘性係数Ｃのダンパー、慣性モーメントＭの慣性体が仮想的にあると仮定したときの、それらにより発生するトルクを、制御可能なパウダーブレーキ１４に発生させて、その制動トルクをあたかもショックアブソーバのように歩行訓練者側に伝える制御である。具体的には、インピーダンス制御によってパウダーブレーキ１４が発揮する制動トルクτは、以下に示す式に従って制御される。
τ＝Ｋ・θ＋Ｃ・θ’＋Ｍ・θ’’ ・・・（式１）
ここで、θは回転軸１８ａの角度、θ’は回転軸１８ａの角速度、θ’’は回転軸１８ａの角加速度である。
【００４３】
ここで、上記式（１）において、仮想慣性モーメントＭ＝０、仮想粘性係数Ｃ＝０の場合を特にコンプライアンス制御、あるいは、スティフネス制御と呼ぶこともある。また、
仮想慣性モーメントＭ＝０、仮想バネ定数Ｋ＝０の場合を特にダンピング制御と呼ぶこともある。本発明では、これらの制御方法も含めてインピーダンス制御と定義する。
【００４４】
Ｓ２０２の処理が終了すると、上述したＳ１０６以降の処理が順次行われることになる。ここで、歩行訓練者の体の崩れ落ちは、式（１）の第２項により速度が緩和され、同式第３項により加速度が緩和される。また、同式第１項のバネの項により、設定したパラメータ（Ｍ、Ｋ、Ｃ）に応じた距離で、歩行訓練者の転倒が防止される。尚、転倒防止装置１０において、実在のバネが設置されていれば、該バネにより復元力が発生するが、パウダーブレーキ１４を用いた場合では、バネによる復元力は発生できない。これにより、図６に示すように、本当のバネが設定されていれば、本来、図６の線Ｌ２で示したように振動する場合でも、復元力が作用しないため振動せず、線Ｌ１に示すように、最も落下した位置で歩行訓練者の体の動きは停止し、その転倒は防止される。この点が、実在のバネを使用した場合とパウダーブレーキ１４を用いた場合の違いであるが、歩行訓練者の転倒防止時に歩行訓練者が振動するよりも、静止した状態で支持される方が望ましいと思われる。
【００４５】
この図５に示す転倒防止処理によると、歩行訓練者の体が崩れ落ちていないときは、体重免荷装置３０により歩行訓練者にかかる負荷が軽減された状態で歩行訓練を行うことが可能である。一方で、歩行訓練者の体が崩れ落ち、転倒する可能性があると判断される場合には、パウダーブレーキ１４の制動トルクで歩行訓練者の転倒が防止される。特に、パウダーブレーキ１４においてインピーダンス制御による制動トルクの制御が行われるため、パウダーブレーキ１４の制動時において歩行訓練者に作用する衝撃を可及的に小さくすることができる。
【００４６】
また、図４及び図５に示した転倒防止処理では、歩行訓練者の立ち上がり・姿勢復帰の判断をＯＮ−ＯＦＦのスイッチであるリモコンスイッチ２１で行なったが、このリモコンスイッチ２１の代わりに、歩行訓練者がスイッチを押している間はＯＦＦ状態になり、スイッチを離すと自動的にＯＮ状態になるスイッチ（例えばプッシュスイッチ等）を用いてもよい。プッシュスイッチを用いた場合も図４、図５と同じフローで転倒防止処理を行なうことができる。ＯＮ−ＯＦＦの動作を必要とするリモコンスイッチ２１と異なる点は、図４のＳ１０５あるいは図５のＳ２０２により転倒が防止された後、介助者や歩行訓練者がプッシュスイッチを押すことにより、スイッチがＯＦＦ状態とされ、体重免荷装置３０による体重免荷力で立ち上がりの支援がなされ、そして、歩行訓練者の立ち上がりが確認された後、プッシュスイッチから手を離すだけで自動的にスイッチがＯＮ状態とされ、歩行訓練を再開できる点である。また、歩行訓練者が立ち上がっている途中で再びバランスを崩し転倒しそうになった場合も、プッシュスイッチから手を離すだけで、Ｓ１０４の判定により転倒防止を行なうことが可能である。
【実施例２】
【００４７】
上記の実施例では、リモコンスイッチ２１等を利用して歩行訓練者の立ち上がる際のブレーキトルクの解放等を行なったが、該スイッチに代えて種々のセンサ等を用いてブレーキトルクの解放等を自動的に行なうことも出来る。その一例を、図７〜９に基づいて説明する。ここで、図７に示す歩行支援装置１は、歩行訓練者を吊り上げているロープ３の張力を計測するためにロードセル７が、ロープ３とハーネス５との間に取り付けられており、ロードセル７からの力情報が制御装置２０に送られそれに基づいて歩行訓練者の立ち上がりを判定することができる。尚、図７に示す歩行支援装置１には、図１に示したリモコンスイッチ２１は設けられていない。
【００４８】
ここで、図８及び図９にロードセル７を用いた場合の、転倒防止処理のフローを示す。図８に示す転倒防止処理は、図４に示す転倒防止処理に対応するものであり、早期に歩行
訓練者の転倒を防止するために有用な処理である。また、図９に示す転倒防止処理は、図５に示す転倒防止処理に対応するものであり、歩行訓練者を支持する際の衝撃を緩和するのに有用な処理である。また、図８及び図９に示す転倒防止処理のうち、図４及び図５に示す転倒防止処理中の処理と同一のものについては、同一の参照番号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
先ず、図８に示す転倒防止処理においては、図４に示す転倒防止処理のうちＳ１０９の処理が削除され、且つＳ１０５、Ｓ１０６の処理がＳ４０１〜Ｓ４０５の処理に置換されている。本転倒防止処理では、Ｓ１０４で肯定判定されると、Ｓ４０１の処理が行われる。Ｓ４０１では、上記Ｓ１０３と同様に、歩行訓練者の現在の位置Ｘがエンコーダ１５によって計測される。次に、Ｓ４０２では、歩行訓練者の転倒を防止すべく、上述したＳ１０５と同様にパウダーブレーキ１４による制動トルクの制御が行われる。その後、Ｓ４０３で歩行訓練者の転倒が防止されたか否かについて、Ｓ４０１で計測された計測結果から得られる回転軸１８ａの回転角、回転角速度等に基づいてロープ３が静止しているか否かに従って判定される。Ｓ４０３において肯定判定されるとＳ４０４へ進む、否定判定されるとＳ４０１以降の処理が再び繰り返される。
【００５０】
Ｓ４０４では、ロードセル７によって、歩行訓練者を吊り上げているロープ３の張力Ｗが計測される。その後、Ｓ４０５において、Ｓ４０４で計測されたロープ張力Ｗが所定の張力値Ｗ０以下であるか否かが判定される。この所定の張力値Ｗ０は、パウダーブレーキ１４による制動が掛けられている状態で歩行訓練者が立ち上がることで、緩んだ状態となったロープ３の基準張力値である。尚、この基準張力値は、Ｓ１０１で設定される。Ｓ４０４で肯定判定されると、Ｓ１０７以降の処理が行われ、Ｓ４０４で否定判定されると、Ｓ４０４以降の処理が再び繰り返される。
【００５１】
次に、図９に示す転倒防止処理においては、図８に示す転倒防止処理のうちＳ４０２の処理をＳ４１０に置換したものである。そして、Ｓ４１０の処理は、上述したＳ２０２の処理と同じように、パウダーブレーキ１４のインピーダンス制御が行われる。
【００５２】
このように、図８及び図９に示す転倒防止処理によると、歩行訓練者の転倒防止後、歩行訓練者が立ち上がろうとすると、パウダーブレーキ１４は制動トルクを掛けた状態であるので、ロープ３が取り付けられた回転軸１８ａは回転せず、歩行訓練者を吊り上げているロープ３の張力が減少する（ロープが緩む）。そこで、Ｓ４０５の処理により、ロードセル７の計測値Ｗが、予め設定した所定の張力値Ｗ０以下になっているか否かで歩行訓練者の立ち上がりの判断を行なうものである。このように、ロードセル７を介して歩行訓練者の立ち上がりが確認された後は、パウダーブレーキ１４を解放させることにより、歩行訓練者には体重免荷力が作用し、これにより立ち上がりが支援される。なお、この場合も、歩行訓練者が立ち上がり中に再度転倒しそうになっても、再び転倒防止装置１０による支持が行われる。
【実施例３】
【００５３】
上記の実施例２と同様に、種々のセンサ等を用いてブレーキトルクの解放等を自動的に行なう別の実施例を、図１０〜１２に基づいて説明する。ここで、図１０に示す歩行支援装置１では、歩行訓練者の足元に該歩行訓練者の足の裏の荷重を計測する力センサ８（右足用の力センサを８ａ、左足用の力センサを８ｂとする。両者を総称するとき力センサ８と称する。）が設けられている。そして、この力センサ８ａと力センサ８ｂからの荷重情報が制御装置２０に送られ、それらの合算値に基づいて歩行訓練者の立ち上がりを判定することができる。尚、図１０に示す歩行支援装置１には、図１に示したリモコンスイッチ２１は設けられていない。また、力センサ８は、歩行訓練者の足の裏の荷重を計測できるものであれば、該歩行訓練者の足の裏に装着して使用するものでも、歩行訓練が行われる
歩行路に複数の力センサ８が敷き詰められている形態であっても構わない。
【００５４】
ここで、図１１及び図１２に力センサ８を用いた場合の、転倒防止処理のフローを示す。図１１に示す転倒防止処理は、図４に示す転倒防止処理に対応するものであり、早期に歩行訓練者の転倒を防止するために有用な処理である。また、図１２に示す転倒防止処理は、図５に示す転倒防止処理に対応するものであり、歩行訓練者を支持する際の衝撃を緩和するのに有用な処理である。また、図１１及び図１２に示す転倒防止処理のうち、図４及び図５に示す転倒防止処理中の処理と同一のものについては、同一の参照番号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
先ず、図１１に示す転倒防止処理においては、図４に示す転倒防止処理のうちＳ１０９の処理が削除され、且つＳ１０５、Ｓ１０６の処理がＳ５０１〜Ｓ５０５の処理に置換されている。本転倒防止処理では、Ｓ１０４で肯定判定されると、Ｓ５０１〜Ｓ５０５の処理が行われる。ここで、Ｓ５０１〜Ｓ５０３の処理は、上記実施例２におけるＳ４０１〜Ｓ４０３の処理とそれぞれ同じであるため、その詳細な説明は省略する。そこで、Ｓ５０３において肯定判定されＳ５０４に進んだ場合について、以下に説明する。
【００５６】
Ｓ５０４では、力センサ８によって、歩行訓練者の足裏の荷重Ｑが計測される。その後、Ｓ５０５において、Ｓ５０４で計測された足裏荷重Ｑが所定の荷重Ｑ０以上であるか否かが判定される。この所定の荷重Ｑ０は、歩行訓練者が崩していた姿勢を取り戻し、その両脚で自己の体重を支持した状態となったときの両足裏の荷重の基準値である。この荷重の基準値は、Ｓ１０１で設定される。そして、Ｓ５０４で肯定判定されると、Ｓ１０７以降の処理が行われ、Ｓ５０４で否定判定されると、Ｓ５０４以降の処理が再び繰り返される。
【００５７】
次に、図１２に示す転倒防止処理においては、図１１に示す転倒防止処理のうちＳ５０２の処理をＳ５１０に置換したものである。そして、Ｓ５１０の処理は、上述したＳ２０２の処理と同じように、パウダーブレーキ１４のインピーダンス制御が行われる。
【００５８】
このように、図１０及び図１１に示す転倒防止処理によると、歩行訓練者の転倒防止後、歩行訓練者が立ち上がろうとすると、歩行訓練者の足裏に力が掛かる。これに着目し、Ｓ５０５の処理により、力センサ８の計測値Ｑが、予め設定した所定の荷重Ｑ０以上になっているか否かで歩行訓練者の立ち上がりの判断を行なうものである。このように、力センサ８を介して歩行訓練者の立ち上がりが確認された後は、パウダーブレーキ１４を解放させることにより、歩行訓練者には体重免荷力が作用し、これにより立ち上がりが支援される。なお、この場合も、歩行訓練者が立ち上がり中に再度転倒しそうになっても、再び転倒防止装置１０による支持が行われる。
【００５９】
＜歩行訓練者の崩れ落ち検知等に関する実施例＞
なお、上述までの転倒防止装置では、歩行訓練者の位置を、ロープを巻きつけた回転軸１８ａ等に設置したエンコーダ１５で計測したが、エンコーダ１５の代わりに、ポテンショメータなどの計測器を用いてもよい。さらに、歩行訓練者の身体（例えば、腰）に加速度計や傾斜計を取り付け、転倒時の高加速度や身体の傾きを計測することにより、歩行訓練者の崩れ落ちの検出・立ち上がりの検出を行ってもよい。また、身体（特に脚部）の関節に関節の角度を計測するゴニオメータを取り付け、関節（例えば膝関節）の曲げ角等により、歩行訓練者の崩れ落ちの検知・立ち上がりの検出を行っても良い。加えて、身体の関節や腰部にマーカを貼り付け、歩行支援装置内部あるいは外部に設置されたカメラでそのマーカの位置・速度・加速度を計測し、歩行訓練者の崩れ落ちの検知・立ち上がりの検知をおこなってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る転倒防止装置を備える歩行支援装置の構成を示す第一の図である。
【図２】本発明に係る転倒防止装置の構成を示す第一の図である。
【図３】本発明に係る転倒防止装置の構成を示す第二の図である。
【図４】図１に示す歩行支援装置において実行される、歩行訓練者の歩行訓練時における転倒を防止するための処理を示す第一のフロー図である。
【図５】図１に示す歩行支援装置において実行される、歩行訓練者の歩行訓練時における転倒を防止するための処理を示す第二のフロー図である。
【図６】図５に示す転倒防止処理が行われた際の、歩行訓練者の動きを示す図である。
【図７】本発明に係る転倒防止装置を備える歩行支援装置の構成を示す第二の図である。
【図８】図７に示す歩行支援装置において実行される、歩行訓練者の歩行訓練時における転倒を防止するための処理を示す第一のフロー図である。
【図９】図７に示す歩行支援装置において実行される、歩行訓練者の歩行訓練時における転倒を防止するための処理を示す第二のフロー図である。
【図１０】本発明に係る転倒防止装置を備える歩行支援装置の構成を示す第二の図である。
【図１１】図１０に示す歩行支援装置において実行される、歩行訓練者の歩行訓練時における転倒を防止するための処理を示す第一のフロー図である。
【図１２】図１１に示す歩行支援装置において実行される、歩行訓練者の歩行訓練時における転倒を防止するための処理を示す第二のフロー図である。
【符号の説明】
【００６１】
１・・・・歩行支援装置
２・・・・本体フレーム
３・・・・ロープ
７・・・・ロードセル
８・・・・力センサ
１０・・・・転倒防止装置
１２・・・・ドラム
１３・・・・ドラム
１４・・・・パウダーブレーキ
１５・・・・エンコーダ
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｆ・・・・回転軸
２０・・・・制御装置
３０・・・・体重免荷装置
３１・・・・ロープ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行訓練者が歩行訓練可能な状態となるように該訓練者を吊り上げて支持する歩行支援装置において該歩行訓練者の姿勢の崩れを検知し転倒を防止する転倒防止装置、又は当該転倒防止装置が設けられた歩行支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、歩行障害者や高齢者等の歩行訓練は、例えば、室内に取り付けられた手摺棒や、下端に車輪を備え、歩行訓練者が押し進めながら歩行訓練を行う歩行器等が用いられていた。しかし、前記手摺棒や歩行器を用いた歩行訓練では、歩行訓練者の転倒を防ぐことは困難であり、介助者が付き添って行われていた。この介助者は、常に監視の負担を強いられており、その負担は大きかった。そこで、介助者の負担を軽減すべく、モータ駆動式の転倒防止装置を組み込んだ歩行支援装置が提案されている（例えば、特許文献１、２を参照）。
【０００３】
また、歩行訓練者の歩行支援装置を機械要素のみを用いて構成し、これにより歩行訓練者の転倒を防止する技術が開示されている（例えば、特許文献３を参照）。このように機械要素のみで歩行支援装置を構成することで、モータやブレーキ駆動を含む歩行支援装置に比べて安価で安全面に優れた装置を提供し得る。
【０００４】
ここで、歩行訓練者を誘導することでその歩行を支援する歩行支援装置に関する技術も開示されている（例えば、特許文献４を参照）。当該技術では、車輪に制御可能なブレーキが取り付けられ、このブレーキを制御することで、歩行訓練者の誘導を行う車体を目標経路に沿って好適に駆動する。
【特許文献１】特開２００３−４７６３５号公報
【特許文献２】特開２００４−３２９２７８号公報
【特許文献３】特開２００５−３４２３０６号公報
【特許文献４】特開２００５−８０８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
歩行訓練を行う必要がある歩行訓練者において、体の具合や怪我の程度等に応じて該歩行訓練者の体を丁寧に、且つ確実に支持しなければならない場合がある。そして、このように歩行訓練者の体を支持しながらその歩行訓練を行う場合には、いわば歩行訓練者は歩行支援装置に体を預けた状態になっているため、歩行訓練時に体のバランスを崩すことでダメージを受けてしまうことを確実に回避しなければならない。
【０００６】
ここで、従来技術のようにモータ等のアクチュエータ駆動式の転倒防止装置を組み込んだ歩行支援装置では、アクチュエータの誤作動時に歩行訓練者にダメージを加える可能性がある。また、上記のように機械要素のみで歩行支援装置を構成しようとすると、歩行訓練者毎に適切な歩行訓練を行う等、柔軟な歩行訓練を実現することが難しくなる。
【０００７】
本発明では、上記した問題に鑑み、歩行訓練を行う必要がある歩行訓練者の体を確実に支持しながら、該歩行訓練者が訓練時に体のバランスを崩しかけた場合には、該歩行訓練者にダメージを与えることなくその体を支持し、転倒を防止するための転倒防止装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、上記の課題を解決するために、本発明では、歩行訓練者の体を支持部材で支持する構成を前提として、その支持部材に接続されることで歩行訓練者の動作に伴って変位する変位部の、当該変位に基づいて、ブレーキによって支持部材に制動力を与え、その動きを制御する構成とした。この構成により、歩行訓練者は、自己の体が支持部材によって支持されながら、安全な歩行支援を受けることが可能となる。
【０００９】
詳細には、本発明に係る歩行訓練用転倒防止装置は、歩行訓練者が歩行訓練可能な状態となるように該訓練者を歩行支援装置本体に吊り上げて支持する支持部材を有する歩行支援装置に設けられ、該歩行訓練者の姿勢の崩れを検知し転倒を防止する転倒防止装置であって、前記歩行支援装置本体側に設けられ且つ前記支持部材が接続されることで、前記歩行訓練者の動作に伴って変位する変位部と、前記支持部材に対して制動力を与える制動ブレーキと、前記変位部の変位状態に基づいて、前記歩行訓練者の体の崩れ落ちを検知又は推定する検知部と、前記検知部の検知結果に基づいて、前記制動ブレーキから前記支持部材に対して与えられる制動力を制御する制動力制御部と、を備える。
【００１０】
上記歩行訓練用転倒防止装置（以下、単に「転倒防止装置」とも言う。）は、支持部材によって、歩行訓練者が歩行訓練可能な状態となるように該訓練者を歩行支援装置本体に吊り上げて支持する歩行支援装置に使用される。従って、当該転倒防止装置は、歩行訓練者が歩行訓練に際して、その体が崩れ落ちることで、転倒してしまうことを防止するための装置である。ここで、歩行訓練者は、支持部材を介して変位部と連結されている。従って、変位部は、歩行訓練者の体の動き、特に歩行訓練時の体の崩れ落ちといった転倒に帰結する体の動きを直接に反映するものである。
【００１１】
ここで、上記転倒防止装置では、歩行訓練者の体の動きを変位部の変位を介して認識し、検知部による体の崩れ落ちの検知又は推定が行われる。そして、その検知結果は、制動力制御部に伝えられ、制動力制御部はその結果に基づいた制動ブレーキの制御を行い、支持部材への制動力の制御を行うことで、支持部材とつながれている歩行訓練者の体を支える。
【００１２】
このように、本発明に係る転倒防止装置では、支持部材に制動力を与える制動ブレーキの制御を介して、歩行訓練者の歩行支援を行うものであるから、アクチュエータ式の歩行支援装置の場合と比べても、歩行訓練者にダメージを与える可能性が極めて低い。また、制動力制御部によって制動ブレーキの制御が行われるため、該制動ブレーキの制御を多様に実行でき、以て歩行訓練者に柔軟な歩行訓練を提供できる。
【００１３】
上記の転倒防止装置において、前記検知部は、前記変位部の変位距離、該変位部の変位速度、該変位部の変位加速度の少なくとも何れかに基づいて、前記歩行訓練者の体の崩れ落ちを検知又は推定するようにしてもよい。また、前記変位部は、回転変位を行うことで、接続された前記支持部材を巻取り又は巻き出すことが可能である場合は、前記検知部は、前記変位部の回転角、該変位部の回転角速度、該変位部の回転角加速度の少なくとも何れかに基づいて、前記歩行訓練者の体の崩れ落ちを検知又は推定するようにしてもよい。変位部の変位については、歩行訓練者の体の動きが反映される限り、線形、非線形、回転等様々な変位を利用することが可能である。そして、これらの実変位、その一次微分である変位速度、更にその微分である変位加速度を利用することで、制動ブレーキによる制動力を好適に制御することが可能となる。
【００１４】
ここで、上述までの転倒防止装置において、制動力制御部の一例として、以下に二つ示す。その一つにおいては、前記検知部によって前記歩行訓練者の体の崩れ落ちが検知又は推定されると、前記制動力制御部は、前記支持部材の動きを規制する制動力が該支持部材に与えられるように、前記制動ブレーキを制御するようにしてもよい。これにより、体が
崩れ落ちそうになった歩行訓練者は、支持部材の動きが規制されることで、転倒してしまうことを確実に防止することができる。
【００１５】
また、別の例においては、前記検知部によって前記歩行訓練者の体の崩れ落ちが検知又は推定されると、前記制動力制御部は、前記変位部の変位距離、該変位部の変位速度、該変位部の変位加速度の少なくとも何れかに応じた制動力が前記支持部材に対して与えられるように、前記制動ブレーキを制御するようにしてもよい。即ち、変位距離に関する係数（仮想弾性係数）に変位距離を掛けた力（仮想弾性力）、変位速度に関する係数（仮想粘性係数）に変位速度を掛けた力（仮想粘性力）、変位加速度に関する係数（仮想慣性係数）に変位加速度を掛けた力（仮想慣性力）のうち一又は複数を合算した力を、制動力制御部が制動ブレーキにより発生させることにより、その粘弾性的な制動力が支持部材を通して歩行訓練者に作用する。その結果、歩行訓練者の転倒を防止する際に、該歩行訓練者に生じる衝撃を緩和することが可能となる。
【００１６】
ここで、上述までの歩行訓練用転倒防止装置において、前記支持部材と連係し、前記歩行訓練者の体重を免荷する免荷部材を、更に備えるようにしてもよい。この免荷部材によって歩行訓練者の歩行訓練時の負荷、更には歩行訓練者の体が崩れ落ち、制動ブレーキの制動力によって転倒が防止された後に、元の歩行状態に復帰しようとする時にかかる負荷、即ち姿勢復帰時の負荷を軽減することができ、以て歩行訓練者の歩行訓練を円滑に実現することが可能となる。
【００１７】
ここで、上述までの転倒防止装置を有し、更に前記歩行支援装置本体であって、前記歩行訓練者と共に移動自在な歩行支援装置本体と、前記支持部材と、を有する歩行支援装置も、本発明の範疇に含まれる。
【発明の効果】
【００１８】
歩行訓練を行う必要がある歩行訓練者の体を確実に支持しながら、該歩行訓練者が訓練時に体のバランスを崩しかけた場合には、該歩行訓練者にダメージを与えることなくその体を支持し、転倒を防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る転倒防止装置およびそれを搭載した歩行支援装置の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１に、本発明に係る転倒防止装置１０を備えた歩行支援装置１の構成を示す。尚、図１（ａ）は、歩行訓練者が歩行支援装置１に吊り上げられた状態で歩行訓練をしている状態の正面図であり、図１（ｂ）は、当該状態の側面図である。歩行支援装置においては、転倒防止装置１０が後述するように制動トルクを制御することが可能なパウダーブレーキ１４（図２を参照。）を用いたブレーキ式のものになっており、そのパウダーブレーキ用のバッテリを含む制御装置２０が備えられている。
【００２１】
詳細には、歩行支援装置１は、その外郭となる本体フレーム２を有している。図１に示すように、本体フレーム２は、歩行訓練者の頭上に位置する上部フレーム２ａと、それを垂直方向に支える垂直後方フレーム２ｂと、本体フレーム２の底部に位置し垂直後方フレーム２ｂが取り付けられる底部フレーム２ｃと、本体フレーム２の前方で底部フレーム２ｃに垂直に設けられる垂直前方フレーム２ｄと、垂直前方フレーム２ｄに取り付けられ歩行訓練者の手が置ける位置に配置される水平フレーム２ｅを有する。
【００２２】
ここで、歩行訓練者には、その体を支えるためのハーネス５が装着されており、そして
、ハーネス５と接続されたロープ３が、上部フレーム２ａに設置された定滑車４を介して、転倒防止装置１０に到達している。尚、転倒防止装置１０は、垂直後方フレーム２ｂ上に設けられている。更に、転倒防止装置１０の下方であって、底部フレーム２ｃ上には体重免荷装置３０が設置されている。この体重免荷装置３０と、転倒防止装置１０とはロープ３１によって連結され、歩行訓練者をロープ３によって吊り上げるための力Ｆｗを、体重免荷装置３０から転倒防止装置１０を介して歩行訓練者側に伝えることで、歩行訓練者が実際に歩行訓練を行う際の負荷を軽減させることが可能となる。尚、転倒防止装置１０における体重免荷装置３０の作用については、後述する。
【００２３】
このように構成される歩行支援装置１を用いると、歩行訓練者は、体重免荷装置３０の作用によって自己の体重を支持する負荷が軽減された状態で、歩行訓練を行うことができる。また、底部フレーム２ｃの下側には車輪６が設けられているので、歩行訓練者は、本体フレーム２に吊り上げられた状態で、且つ該本体フレーム２とともに歩行を行うことができる。なお、体重免荷装置３０は、一又は複数の定荷重バネ（ストロークによらず一定の力を発生するバネ）を使用して、歩行訓練者をロープ３によって吊り上げるための力Ｆｗを発生させるものとしてもよい。また、定荷重バネの代わりに線形バネやねじりコイルバネ等を使用して歩行訓練者をロープ３によって吊り上げるための力Ｆｗを発生させるものとしてもよい。
【００２４】
ここで、歩行訓練者がその歩行訓練時にバランスを崩す等して、体が崩れ落ち、結果的に転倒してしまうことは歩行訓練者の安全上好ましくない。そこで、歩行支援装置１においては、歩行訓練者が転倒してしまう前に、その体の崩れ落ちを検知して、歩行訓練者が転倒してしまうのを防止するべく、転倒防止装置１０およびその制御装置２０が設けられている。上述したように、この転倒防止装置１０はブレーキ式のものである。また、後述するように転倒防止装置１０によって転倒防止のためにパウダーブレーキ１４が作動した後、その制動状態にあるパウダーブレーキ１４を解放するためのリモコンスイッチ２１が、設けられている。このリモコンスイッチ２１は介助者や歩行訓練者自身が手で操作できる位置に設置されているのであれば、特にその設置場所は制限されない。尚、このリモコンスイッチ２１は、歩行訓練者等が手に持って使用可能な、いわゆるハンディタイプのスイッチでもよく、また有線式や無線式のものでも構わない。
【００２５】
図２に、転倒防止装置１０の構成を示す。転倒防止装置１０は、主板部１１に対して、４枚の副板部１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが垂直になるように設けられている。ここで、副板部１１ｂと１１ｃとの間には、回転軸１８ａに共に固定されたドラム１２とドラム１３が、両副板部に対して回転可能にベアリング支持されている。また、副板部１１ａには、回転軸１８ｂに連結されたエンコーダ１５が取り付けられ、その回転軸１８ｂが副板部１１ａと１１ｂに対して回転可能にベアリング支持されている。尚、回転軸１８ｂは回転軸１８ａと同軸上に配置され、且つカップリング１６によって両回転軸は連結されている。更に、副板部１１ｃと１１ｄとの間には、回転軸１８ｃに連結されたパウダーブレーキ１４が、両副板部に対して回転可能にベアリング支持されている。尚、回転軸１８ｃは回転軸１８ａと同軸上に配置され、且つカップリング１７によって両回転軸は連結されている。
【００２６】
そして、ドラム１２には、歩行訓練者が装着するハーネス５に連結されているロープ３が巻かれており、一方でドラム１３には、体重免荷装置３０に連結されているロープ３１が巻かれている。従って、体重免荷装置３０から伝わる歩行訓練者の体重負荷の軽減のための力（以下、単に「体重免荷力」と言う。）Ｆｗは、ロープ３１からドラム１３に伝わり、更に同じ回転軸１８に固定されているドラム１２を介して、ロープ３を経て歩行訓練者側に伝わっていく。これにより、歩行訓練者の歩行訓練時における負荷を軽減することが可能となる。
【００２７】
また、歩行訓練者が歩行訓練を行うと、その体の動きがロープ３を伝わって、ドラム１２から回転軸１８ａ〜１８ｃにも伝わり、これらの回転軸がその体の動きに合わせて回転変位する。ここで、上述の通り回転軸１８ｂ側にはエンコーダ１５が設けられており、そこで検出された回転軸１８ｂの回転変位量、換言すると回転軸１８ａ〜１８ｃおよびドラム１２、１３を含む回転体の回転変位量は、制御装置２０へと送信される。制御装置２０は、この回転変位量に関する情報に基づいて、歩行訓練者の歩行訓練時の体の動きを検知することが可能となる。
【００２８】
また、パウダーブレーキ１４は制御装置２０と電気的に接続されており、制御装置２０から出力された制御信号によって、パウダーブレーキ１４が発揮する制動トルクの大きさが制御可能となる。パウダーブレーキ１４によって制動トルクが発生すると、回転軸１８ｃ、１８ａを経てドラム１２、１３にも制動トルクが作用する。その結果、ロープ３を介して、歩行訓練者に対してその動きを制止する制動力が及ぼされることになる。
【００２９】
また、図２に示す構成とは異なる構成を有する転倒防止装置１０の例を、図３に示す。尚、図３に示す転倒防止装置と図２に示す転倒防止装置とで同一の構成については、同一の参照番号を付すことでその詳細な説明は省略する。図３に示す転倒防止装置１０においては、主板部１１に対して、２枚の副板部１１ｅと１１ｆが垂直になるように設けられている。ここで、副板部１１ｅと１１ｆとの間には、回転軸１８ａに共に固定されたドラム１２とドラム１３およびギア１９ｃが、両副板部に対して回転可能にベアリング支持されている。また、副板部１１ｅの外側には、回転軸１８ａ上にギア１９ａが固定され、更に、そのギア１９ａと噛み合うギア１９ｂが回転軸１８ｄ上に固定され、且つ該回転軸１８ｄが副板部１１ｅにベアリング支持されている。尚、副板部１１ｅの内側において、回転軸１８ｄにエンコーダ１５が連結されている。
【００３０】
更に、副板部１１ｅと１１ｆとの間には、回転軸１８ａ上に固定されたギア１９ｃと噛み合うギア１９ｄが回転軸１８ｆ上に固定され、且つ該回転軸１８ｆが副板部１１ｆにベアリング支持されている。また、副板部１１ｆの外側においては、この回転軸１８ｆにパウダーブレーキ１４が連結されている。このように、ギア１９ａとギア１９ｂの減速関係によって、エンコーダ１５の検出精度を向上させることができる。また、ギア１９ｃとギア１９ｄの減速関係によって、パウダーブレーキ１４の回転軸１８ｆで発生する制動トルクを増幅させてドラム１２、１３の回転軸１８ａに伝えることもできる。
【００３１】
図２又は図３に示すように構成される転倒防止装置１０を備える歩行支援装置１では、歩行訓練者が歩行訓練を行っているとき、体のバランスを崩すことによって体の崩れ落ちに関する動作をエンコーダ１５を介して検知し、その検知結果に基づいてパウダーブレーキ１４によって発揮される制動トルクの制御が行われる。その結果、歩行訓練者の転倒を確実に防止することができる。以下に、その歩行訓練時の歩行訓練者の転倒を防止するための転倒防止処理について、図４〜図８に基づいて説明する。尚、当該処理は、制御装置２０内の制御ユニット（例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ））によって所定の制御プログラムの実行により、実施される。
【００３２】
図４に示す転倒防止処理は、歩行訓練者が歩行訓練を行うときに実施される処理である。この転倒防止処理は、歩行訓練者の体の崩れ落ちを検知した後に、早期にその転倒を防止するために有用な処理である。尚、本処理が開始されたときは、リモコンスイッチはＯＮ状態にあって、これによりパウダーブレーキ１４の制動は制御可能状態となっている。先ず、Ｓ１０１では、歩行訓練時の転倒防止処理に必要な各種パラメータの初期設定が行われる。具体的には、このパラメータは、歩行訓練者の体の崩れ落ちを検知するための閾値であって、本実施例では、ドラム１２、１３が固定されている回転軸１８ａの回転角（
回転距離）θ、回転角速度θ’、回転角加速度θ’’に関する閾値が設定される。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。
【００３３】
Ｓ１０２では、歩行訓練者の初期の基準位置となる初期位置Ｘ０が、エンコーダ１５によって計測される。以降、この初期位置Ｘ０に基づいて、歩行訓練者の体の崩れ落ちの検知が行われることになる。尚、歩行訓練者が歩行訓練を行うとき、歩行訓練者に問題が生じていないときはパウダーブレーキ１４による制動トルクは働かないが、体の崩れ落ち等転倒の可能性があると判断されると、パウダーブレーキ１４によって制動トルクが発揮されることになる。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
【００３４】
Ｓ１０３では、Ｓ１０２で計測された初期位置Ｘ０を基準点として、その初期位置からの歩行訓練者の現在の位置Ｘが、エンコーダ１５によって計測される。この計測が行われるとＳ１０４へ進み、歩行訓練者に転倒の可能性があるか否か、即ち歩行訓練者の体の崩れ落ちが発生しているか否かの判定が行われる。具体的には、Ｓ１０３で計測された現在位置ＸとＳ１０２で計測されたＸ０との差が、Ｓ１０１で設定された回転角θに関する閾値以上となっているときは、歩行訓練者に崩れ落ちが生じていると判定（肯定判定）される。また、歩行訓練者の体の動きによって生じる回転軸１８ａの回転角速度θ’が、Ｓ１０１で設定された回転角速度θ’に関する閾値以上となっているときは、歩行訓練者に崩れ落ちが生じていると判定（肯定判定）されてもよい。同様に、歩行訓練者の体の動きによって生じる回転軸１８ａの回転角加速度θ’’が、Ｓ１０１で設定された回転角加速度θ’’に関する閾値以上となっているときは、歩行訓練者に崩れ落ちが生じていると判定（肯定判定）されてもよい。尚、回転軸１８ａの回転角速度θ’、回転角速度θ’’は、エンコーダ１５によって計測される回転角に関する情報を、時間で一次（デジタル）微分、二次（デジタル）微分することで求められる。
【００３５】
Ｓ１０４で肯定判定されると、Ｓ１０５へ進みパウダーブレーキ１４による制動トルクが発揮されるように、制御装置２０からパウダーブレーキ１４に対して制動指示が出され、回転軸１８ａに制動トルクが作用することになる。この制動トルクは、崩れ落ちた歩行訓練者の体が固定支持されるのに十分なトルクであり、Ｓ１０５の処理ではこの制動トルクがパウダーブレーキ１４によって速やかに発揮される。そのため、崩れ落ちた歩行訓練者の体は安定して支えられ、転倒にまでは至らない。
【００３６】
また、Ｓ１０５の処理が終了すると、Ｓ１０６へ進み、リモコンスイッチ２１がＯＦＦ状態になっているか否かが判定される。Ｓ１０５の処理によって体を支えられている歩行訓練者は、パウダーブレーキ１４の制動を解除しなければ、歩行支援装置１を再び利用することができない。そこで、その制動を解除するために、リモコンスイッチ２１を操作して、初期のＯＮ状態にあるリモコンスイッチ２１をＯＦＦ状態にする必要がある。そこで、Ｓ１０６では、支持されている歩行訓練者への体の支持を解除するか否かを判断すべく、歩行訓練者のリモコンスイッチ２１の操作結果に基づいてパウダーブレーキ１４の制動解除の可否を判断する。Ｓ１０６で肯定判定されると、Ｓ１０７以降の処理においてパウダーブレーキ１４の制動解除が行われることになる。また、Ｓ１０７で否定判定されると、パウダーブレーキ１４の制動解除に関して歩行訓練者の意思が示されていないため、Ｓ１０５の処理が継続して行われることになる。
【００３７】
ここで、Ｓ１０４の処理で否定判定された場合、又はＳ１０６の処理で肯定判定された場合には、Ｓ１０７において、パウダーブレーキ１４の制動状態を解放し、制動力がかかっていない状態とする。ここで、パウダーブレーキ１４の制動状態が解放されると、体重免荷装置３０による体重免荷力Ｆｗが作用することになるので、歩行訓練者の立ち上がりが支援されることになる。その後、Ｓ１０８において歩行訓練者の歩行訓練が終了したか否かの判定が行われる。具体的には、歩行訓練者の制御装置２０への指示に従って、当該
判定が行われる。Ｓ１０８で肯定判定されると、本転倒防止処理は終了する。一方で、Ｓ１０８で否定判定されると、Ｓ１０９での判定が行われる。
【００３８】
Ｓ１０９では、リモコンスイッチ２１がＯＮ状態に戻されているか否かが判定される。即ち、歩行訓練者が歩行訓練に復帰するべく、パウダーブレーキ１４による支持制御を可能とするためにリモコンスイッチがＯＮ状態に戻されているか否かが判定される。ここで、肯定判定されるとＳ１０３以降の処理が再び行われる。また、否定判定されると、Ｓ１０９の判定処理が繰り返される。
【００３９】
このように本転倒防止処理によると、歩行訓練者の体が崩れ落ちていないときは、体重免荷装置３０により歩行訓練者にかかる負荷が軽減された状態で歩行訓練を行うことが可能である。一方で、歩行訓練者の体が崩れ落ち、転倒する可能性があると判断される場合には、パウダーブレーキ１４の制動トルクで歩行訓練者の転倒が防止される。このように、転倒防止装置１０に組み込まれたパウダーブレーキ１４を、歩行訓練者の体の動きに連動した回転軸１８ａの回転変位に基づいて制御することで、歩行訓練者が訓練時に体のバランスを崩した場合には、該歩行訓練者にダメージを与えることなくその体を支持し転倒を防止することが可能となる。
【００４０】
次に、歩行訓練者が歩行訓練を行うときに実施される転倒防止処理の別の実施例について、図５に基づいて説明する。図５に示す転倒防止処理は、歩行訓練者の体の崩れ落ちを検知した後に、歩行訓練者の体にかかる衝撃を可及的に軽減するように支持することで、その転倒を防止するために有用な処理である。尚、図５に示す転倒防止処理のうち、図４に示す転倒防止処理中の処理と同一のものについては、同一の参照番号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４１】
図５に示す転倒防止処理では、Ｓ１０４で肯定判定されると、Ｓ２０１へ進む。Ｓ２０１では、上記Ｓ１０３と同様に、歩行訓練者の現在の位置Ｘがエンコーダ１５によって計測される。次に、Ｓ２０１での計測結果に基づいて、Ｓ２０２においてパウダーブレーキ１４のインピーダンス制御が行われる。尚、このインピーダンス制御に用いられる仮想弾性係数（仮想バネ定数Ｋ、仮想粘性係数Ｃ、仮想慣性モーメントＭ）が、上記Ｓ１０１において初期パラメータとして設定されていることを付言する。この仮想バネ定数Ｋは、回転軸１８ａの回転角の変位量に比例してパウダーブレーキ１４に制動トルクを発揮させるための係数であり、仮想粘性係数Ｃは、回転軸１８ａの回転角速度に比例してパウダーブレーキ１４に制動トルクを発揮させるための係数であり、仮想慣性モーメントＭは、回転軸１８ａの回転角加速度に比例してパウダーブレーキ１４に制動トルクを発揮させるための係数である。これらの各係数は、実験等によって予め設定してもよく、また歩行訓練者によって適宜設定することができるようになっていてもよい。
【００４２】
以上より、Ｓ２０２で行われるパウダーブレーキ１４のインピーダンス制御は、パウダーブレーキ１４にバネ定数Ｋのバネ、粘性係数Ｃのダンパー、慣性モーメントＭの慣性体が仮想的にあると仮定したときの、それらにより発生するトルクを、制御可能なパウダーブレーキ１４に発生させて、その制動トルクをあたかもショックアブソーバのように歩行訓練者側に伝える制御である。具体的には、インピーダンス制御によってパウダーブレーキ１４が発揮する制動トルクτは、以下に示す式に従って制御される。
τ＝Ｋ・θ＋Ｃ・θ’＋Ｍ・θ’’ ・・・（式１）
ここで、θは回転軸１８ａの角度、θ’は回転軸１８ａの角速度、θ’’は回転軸１８ａの角加速度である。
【００４３】
ここで、上記式（１）において、仮想慣性モーメントＭ＝０、仮想粘性係数Ｃ＝０の場合を特にコンプライアンス制御、あるいは、スティフネス制御と呼ぶこともある。また、
仮想慣性モーメントＭ＝０、仮想バネ定数Ｋ＝０の場合を特にダンピング制御と呼ぶこともある。本発明では、これらの制御方法も含めてインピーダンス制御と定義する。
【００４４】
Ｓ２０２の処理が終了すると、上述したＳ１０６以降の処理が順次行われることになる。ここで、歩行訓練者の体の崩れ落ちは、式（１）の第２項により速度が緩和され、同式第３項により加速度が緩和される。また、同式第１項のバネの項により、設定したパラメータ（Ｍ、Ｋ、Ｃ）に応じた距離で、歩行訓練者の転倒が防止される。尚、転倒防止装置１０において、実在のバネが設置されていれば、該バネにより復元力が発生するが、パウダーブレーキ１４を用いた場合では、バネによる復元力は発生できない。これにより、図６に示すように、本当のバネが設定されていれば、本来、図６の線Ｌ２で示したように振動する場合でも、復元力が作用しないため振動せず、線Ｌ１に示すように、最も落下した位置で歩行訓練者の体の動きは停止し、その転倒は防止される。この点が、実在のバネを使用した場合とパウダーブレーキ１４を用いた場合の違いであるが、歩行訓練者の転倒防止時に歩行訓練者が振動するよりも、静止した状態で支持される方が望ましいと思われる。
【００４５】
この図５に示す転倒防止処理によると、歩行訓練者の体が崩れ落ちていないときは、体重免荷装置３０により歩行訓練者にかかる負荷が軽減された状態で歩行訓練を行うことが可能である。一方で、歩行訓練者の体が崩れ落ち、転倒する可能性があると判断される場合には、パウダーブレーキ１４の制動トルクで歩行訓練者の転倒が防止される。特に、パウダーブレーキ１４においてインピーダンス制御による制動トルクの制御が行われるため、パウダーブレーキ１４の制動時において歩行訓練者に作用する衝撃を可及的に小さくすることができる。
【００４６】
また、図４及び図５に示した転倒防止処理では、歩行訓練者の立ち上がり・姿勢復帰の判断をＯＮ−ＯＦＦのスイッチであるリモコンスイッチ２１で行なったが、このリモコンスイッチ２１の代わりに、歩行訓練者がスイッチを押している間はＯＦＦ状態になり、スイッチを離すと自動的にＯＮ状態になるスイッチ（例えばプッシュスイッチ等）を用いてもよい。プッシュスイッチを用いた場合も図４、図５と同じフローで転倒防止処理を行なうことができる。ＯＮ−ＯＦＦの動作を必要とするリモコンスイッチ２１と異なる点は、図４のＳ１０５あるいは図５のＳ２０２により転倒が防止された後、介助者や歩行訓練者がプッシュスイッチを押すことにより、スイッチがＯＦＦ状態とされ、体重免荷装置３０による体重免荷力で立ち上がりの支援がなされ、そして、歩行訓練者の立ち上がりが確認された後、プッシュスイッチから手を離すだけで自動的にスイッチがＯＮ状態とされ、歩行訓練を再開できる点である。また、歩行訓練者が立ち上がっている途中で再びバランスを崩し転倒しそうになった場合も、プッシュスイッチから手を離すだけで、Ｓ１０４の判定により転倒防止を行なうことが可能である。
【実施例２】
【００４７】
上記の実施例では、リモコンスイッチ２１等を利用して歩行訓練者の立ち上がる際のブレーキトルクの解放等を行なったが、該スイッチに代えて種々のセンサ等を用いてブレーキトルクの解放等を自動的に行なうことも出来る。その一例を、図７〜９に基づいて説明する。ここで、図７に示す歩行支援装置１は、歩行訓練者を吊り上げているロープ３の張力を計測するためにロードセル７が、ロープ３とハーネス５との間に取り付けられており、ロードセル７からの力情報が制御装置２０に送られそれに基づいて歩行訓練者の立ち上がりを判定することができる。尚、図７に示す歩行支援装置１には、図１に示したリモコンスイッチ２１は設けられていない。
【００４８】
ここで、図８及び図９にロードセル７を用いた場合の、転倒防止処理のフローを示す。図８に示す転倒防止処理は、図４に示す転倒防止処理に対応するものであり、早期に歩行
訓練者の転倒を防止するために有用な処理である。また、図９に示す転倒防止処理は、図５に示す転倒防止処理に対応するものであり、歩行訓練者を支持する際の衝撃を緩和するのに有用な処理である。また、図８及び図９に示す転倒防止処理のうち、図４及び図５に示す転倒防止処理中の処理と同一のものについては、同一の参照番号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
先ず、図８に示す転倒防止処理においては、図４に示す転倒防止処理のうちＳ１０９の処理が削除され、且つＳ１０５、Ｓ１０６の処理がＳ４０１〜Ｓ４０５の処理に置換されている。本転倒防止処理では、Ｓ１０４で肯定判定されると、Ｓ４０１の処理が行われる。Ｓ４０１では、上記Ｓ１０３と同様に、歩行訓練者の現在の位置Ｘがエンコーダ１５によって計測される。次に、Ｓ４０２では、歩行訓練者の転倒を防止すべく、上述したＳ１０５と同様にパウダーブレーキ１４による制動トルクの制御が行われる。その後、Ｓ４０３で歩行訓練者の転倒が防止されたか否かについて、Ｓ４０１で計測された計測結果から得られる回転軸１８ａの回転角、回転角速度等に基づいてロープ３が静止しているか否かに従って判定される。Ｓ４０３において肯定判定されるとＳ４０４へ進む、否定判定されるとＳ４０１以降の処理が再び繰り返される。
【００５０】
Ｓ４０４では、ロードセル７によって、歩行訓練者を吊り上げているロープ３の張力Ｗが計測される。その後、Ｓ４０５において、Ｓ４０４で計測されたロープ張力Ｗが所定の張力値Ｗ０以下であるか否かが判定される。この所定の張力値Ｗ０は、パウダーブレーキ１４による制動が掛けられている状態で歩行訓練者が立ち上がることで、緩んだ状態となったロープ３の基準張力値である。尚、この基準張力値は、Ｓ１０１で設定される。Ｓ４０４で肯定判定されると、Ｓ１０７以降の処理が行われ、Ｓ４０４で否定判定されると、Ｓ４０４以降の処理が再び繰り返される。
【００５１】
次に、図９に示す転倒防止処理においては、図８に示す転倒防止処理のうちＳ４０２の処理をＳ４１０に置換したものである。そして、Ｓ４１０の処理は、上述したＳ２０２の処理と同じように、パウダーブレーキ１４のインピーダンス制御が行われる。
【００５２】
このように、図８及び図９に示す転倒防止処理によると、歩行訓練者の転倒防止後、歩行訓練者が立ち上がろうとすると、パウダーブレーキ１４は制動トルクを掛けた状態であるので、ロープ３が取り付けられた回転軸１８ａは回転せず、歩行訓練者を吊り上げているロープ３の張力が減少する（ロープが緩む）。そこで、Ｓ４０５の処理により、ロードセル７の計測値Ｗが、予め設定した所定の張力値Ｗ０以下になっているか否かで歩行訓練者の立ち上がりの判断を行なうものである。このように、ロードセル７を介して歩行訓練者の立ち上がりが確認された後は、パウダーブレーキ１４を解放させることにより、歩行訓練者には体重免荷力が作用し、これにより立ち上がりが支援される。なお、この場合も、歩行訓練者が立ち上がり中に再度転倒しそうになっても、再び転倒防止装置１０による支持が行われる。
【実施例３】
【００５３】
上記の実施例２と同様に、種々のセンサ等を用いてブレーキトルクの解放等を自動的に行なう別の実施例を、図１０〜１２に基づいて説明する。ここで、図１０に示す歩行支援装置１では、歩行訓練者の足元に該歩行訓練者の足の裏の荷重を計測する力センサ８（右足用の力センサを８ａ、左足用の力センサを８ｂとする。両者を総称するとき力センサ８と称する。）が設けられている。そして、この力センサ８ａと力センサ８ｂからの荷重情報が制御装置２０に送られ、それらの合算値に基づいて歩行訓練者の立ち上がりを判定することができる。尚、図１０に示す歩行支援装置１には、図１に示したリモコンスイッチ２１は設けられていない。また、力センサ８は、歩行訓練者の足の裏の荷重を計測できるものであれば、該歩行訓練者の足の裏に装着して使用するものでも、歩行訓練が行われる
歩行路に複数の力センサ８が敷き詰められている形態であっても構わない。
【００５４】
ここで、図１１及び図１２に力センサ８を用いた場合の、転倒防止処理のフローを示す。図１１に示す転倒防止処理は、図４に示す転倒防止処理に対応するものであり、早期に歩行訓練者の転倒を防止するために有用な処理である。また、図１２に示す転倒防止処理は、図５に示す転倒防止処理に対応するものであり、歩行訓練者を支持する際の衝撃を緩和するのに有用な処理である。また、図１１及び図１２に示す転倒防止処理のうち、図４及び図５に示す転倒防止処理中の処理と同一のものについては、同一の参照番号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
先ず、図１１に示す転倒防止処理においては、図４に示す転倒防止処理のうちＳ１０９の処理が削除され、且つＳ１０５、Ｓ１０６の処理がＳ５０１〜Ｓ５０５の処理に置換されている。本転倒防止処理では、Ｓ１０４で肯定判定されると、Ｓ５０１〜Ｓ５０５の処理が行われる。ここで、Ｓ５０１〜Ｓ５０３の処理は、上記実施例２におけるＳ４０１〜Ｓ４０３の処理とそれぞれ同じであるため、その詳細な説明は省略する。そこで、Ｓ５０３において肯定判定されＳ５０４に進んだ場合について、以下に説明する。
【００５６】
Ｓ５０４では、力センサ８によって、歩行訓練者の足裏の荷重Ｑが計測される。その後、Ｓ５０５において、Ｓ５０４で計測された足裏荷重Ｑが所定の荷重Ｑ０以上であるか否かが判定される。この所定の荷重Ｑ０は、歩行訓練者が崩していた姿勢を取り戻し、その両脚で自己の体重を支持した状態となったときの両足裏の荷重の基準値である。この荷重の基準値は、Ｓ１０１で設定される。そして、Ｓ５０４で肯定判定されると、Ｓ１０７以降の処理が行われ、Ｓ５０４で否定判定されると、Ｓ５０４以降の処理が再び繰り返される。
【００５７】
次に、図１２に示す転倒防止処理においては、図１１に示す転倒防止処理のうちＳ５０２の処理をＳ５１０に置換したものである。そして、Ｓ５１０の処理は、上述したＳ２０２の処理と同じように、パウダーブレーキ１４のインピーダンス制御が行われる。
【００５８】
このように、図１０及び図１１に示す転倒防止処理によると、歩行訓練者の転倒防止後、歩行訓練者が立ち上がろうとすると、歩行訓練者の足裏に力が掛かる。これに着目し、Ｓ５０５の処理により、力センサ８の計測値Ｑが、予め設定した所定の荷重Ｑ０以上になっているか否かで歩行訓練者の立ち上がりの判断を行なうものである。このように、力センサ８を介して歩行訓練者の立ち上がりが確認された後は、パウダーブレーキ１４を解放させることにより、歩行訓練者には体重免荷力が作用し、これにより立ち上がりが支援される。なお、この場合も、歩行訓練者が立ち上がり中に再度転倒しそうになっても、再び転倒防止装置１０による支持が行われる。
【００５９】
＜歩行訓練者の崩れ落ち検知等に関する実施例＞
なお、上述までの転倒防止装置では、歩行訓練者の位置を、ロープを巻きつけた回転軸１８ａ等に設置したエンコーダ１５で計測したが、エンコーダ１５の代わりに、ポテンショメータなどの計測器を用いてもよい。さらに、歩行訓練者の身体（例えば、腰）に加速度計や傾斜計を取り付け、転倒時の高加速度や身体の傾きを計測することにより、歩行訓練者の崩れ落ちの検出・立ち上がりの検出を行ってもよい。また、身体（特に脚部）の関節に関節の角度を計測するゴニオメータを取り付け、関節（例えば膝関節）の曲げ角等により、歩行訓練者の崩れ落ちの検知・立ち上がりの検出を行っても良い。加えて、身体の関節や腰部にマーカを貼り付け、歩行支援装置内部あるいは外部に設置されたカメラでそのマーカの位置・速度・加速度を計測し、歩行訓練者の崩れ落ちの検知・立ち上がりの検知をおこなってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る転倒防止装置を備える歩行支援装置の構成を示す第一の図である。
【図２】本発明に係る転倒防止装置の構成を示す第一の図である。
【図３】本発明に係る転倒防止装置の構成を示す第二の図である。
【図４】図１に示す歩行支援装置において実行される、歩行訓練者の歩行訓練時における転倒を防止するための処理を示す第一のフロー図である。
【図５】図１に示す歩行支援装置において実行される、歩行訓練者の歩行訓練時における転倒を防止するための処理を示す第二のフロー図である。
【図６】図５に示す転倒防止処理が行われた際の、歩行訓練者の動きを示す図である。
【図７】本発明に係る転倒防止装置を備える歩行支援装置の構成を示す第二の図である。
【図８】図７に示す歩行支援装置において実行される、歩行訓練者の歩行訓練時における転倒を防止するための処理を示す第一のフロー図である。
【図９】図７に示す歩行支援装置において実行される、歩行訓練者の歩行訓練時における転倒を防止するための処理を示す第二のフロー図である。
【図１０】本発明に係る転倒防止装置を備える歩行支援装置の構成を示す第二の図である。
【図１１】図１０に示す歩行支援装置において実行される、歩行訓練者の歩行訓練時における転倒を防止するための処理を示す第一のフロー図である。
【図１２】図１１に示す歩行支援装置において実行される、歩行訓練者の歩行訓練時における転倒を防止するための処理を示す第二のフロー図である。
【符号の説明】
【００６１】
１・・・・歩行支援装置
２・・・・本体フレーム
３・・・・ロープ
７・・・・ロードセル
８・・・・力センサ
１０・・・・転倒防止装置
１２・・・・ドラム
１３・・・・ドラム
１４・・・・パウダーブレーキ
１５・・・・エンコーダ
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｆ・・・・回転軸
２０・・・・制御装置
３０・・・・体重免荷装置
３１・・・・ロープ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行訓練者が歩行訓練可能な状態となるように該訓練者を歩行支援装置本体に吊り上げて支持する支持部材を有する歩行支援装置に設けられ、該歩行訓練者の姿勢の崩れを検知し転倒を防止する転倒防止装置であって、
前記歩行支援装置本体側に設けられ且つ前記支持部材が接続されることで、前記歩行訓練者の動作に伴って変位する変位部と、
前記支持部材に対して制動力を与える制動ブレーキと、
前記変位部の変位状態に基づいて、前記歩行訓練者の体の崩れ落ちを検知又は推定する検知部と、
前記検知部の検知結果に基づいて、前記制動ブレーキから前記支持部材に対して与えられる制動力を制御する制動力制御部と、
を備える、歩行訓練用転倒防止装置。
【請求項２】
前記検知部は、前記変位部の変位距離、該変位部の変位速度、該変位部の変位加速度の少なくとも何れかに基づいて、前記歩行訓練者の体の崩れ落ちを検知又は推定する、
請求項１に記載の歩行訓練用転倒防止装置。
【請求項３】
前記変位部は、回転変位を行うことで、接続された前記支持部材を巻取り又は巻き出すことが可能であって、
前記検知部は、前記変位部の回転角、該変位部の回転角速度、該変位部の回転角加速度の少なくとも何れかに基づいて、前記歩行訓練者の体の崩れ落ちを検知又は推定する、
請求項１に記載の歩行訓練用転倒防止装置。
【請求項４】
前記検知部によって前記歩行訓練者の体の崩れ落ちが検知又は推定されると、前記制動力制御部は、前記支持部材の動きを規制する制動力が該支持部材に与えられるように、前記制動ブレーキを制御する、
請求項１から請求項３の何れかに記載の歩行訓練用転倒防止装置。
【請求項５】
前記検知部によって前記歩行訓練者の体の崩れ落ちが検知又は推定されると、前記制動力制御部は、前記変位部の変位距離、該変位部の変位速度、該変位部の変位加速度の少なくとも何れかに応じた制動力が前記支持部材に対して与えられるように、前記制動ブレーキを制御する、
請求項１から請求項３の何れかに記載の歩行訓練用転倒防止装置。
【請求項６】
前記支持部材と連係し、前記歩行訓練者の体重を免荷する免荷部材を、
更に備える、請求項１から請求項５の何れかに記載の歩行訓練用転倒防止装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れかに記載の歩行訓練用転倒防止装置と、
前記歩行支援装置本体であって、前記歩行訓練者と共に移動自在な歩行支援装置本体と、
前記支持部材と、
を有する歩行支援装置。
【請求項１】
歩行訓練者が歩行訓練可能な状態となるように該訓練者を歩行支援装置本体に吊り上げて支持する支持部材を有する歩行支援装置に設けられ、該歩行訓練者の姿勢の崩れを検知し転倒を防止する転倒防止装置であって、
前記歩行支援装置本体側に設けられ且つ前記支持部材が接続されることで、前記歩行訓練者の動作に伴って変位する変位部と、
前記支持部材に対して制動力を与える制動ブレーキと、
前記変位部の変位状態に基づいて、前記歩行訓練者の体の崩れ落ちを検知又は推定する検知部と、
前記検知部の検知結果に基づいて、前記制動ブレーキから前記支持部材に対して与えられる制動力を制御する制動力制御部と、
を備える、歩行訓練用転倒防止装置。
【請求項２】
前記検知部は、前記変位部の変位距離、該変位部の変位速度、該変位部の変位加速度の少なくとも何れかに基づいて、前記歩行訓練者の体の崩れ落ちを検知又は推定する、
請求項１に記載の歩行訓練用転倒防止装置。
【請求項３】
前記変位部は、回転変位を行うことで、接続された前記支持部材を巻取り又は巻き出すことが可能であって、
前記検知部は、前記変位部の回転角、該変位部の回転角速度、該変位部の回転角加速度の少なくとも何れかに基づいて、前記歩行訓練者の体の崩れ落ちを検知又は推定する、
請求項１に記載の歩行訓練用転倒防止装置。
【請求項４】
前記検知部によって前記歩行訓練者の体の崩れ落ちが検知又は推定されると、前記制動力制御部は、前記支持部材の動きを規制する制動力が該支持部材に与えられるように、前記制動ブレーキを制御する、
請求項１から請求項３の何れかに記載の歩行訓練用転倒防止装置。
【請求項５】
前記検知部によって前記歩行訓練者の体の崩れ落ちが検知又は推定されると、前記制動力制御部は、前記変位部の変位距離、該変位部の変位速度、該変位部の変位加速度の少なくとも何れかに応じた制動力が前記支持部材に対して与えられるように、前記制動ブレーキを制御する、
請求項１から請求項３の何れかに記載の歩行訓練用転倒防止装置。
【請求項６】
前記支持部材と連係し、前記歩行訓練者の体重を免荷する免荷部材を、
更に備える、請求項１から請求項５の何れかに記載の歩行訓練用転倒防止装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れかに記載の歩行訓練用転倒防止装置と、
前記歩行支援装置本体であって、前記歩行訓練者と共に移動自在な歩行支援装置本体と、
前記支持部材と、
を有する歩行支援装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−１９５６３６（Ｐ２００９−１９５６３６Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４３５４１（Ｐ２００８−４３５４１）
【出願日】平成２０年２月２５日（２００８．２．２５）
【出願人】（０００１２５３６９）学校法人東海大学 (352)
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２５日（２００８．２．２５）
【出願人】（０００１２５３６９）学校法人東海大学 (352)
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