JP6075365B2 - 歩行訓練システム - Google Patents

Description

本発明は、歩行訓練システムに関し、特に、訓練者が歩行するためのコンベアと、補助者が両足の各々を乗せる一対の足置部とを有する歩行訓練システムに関する。

特許文献１には、使用者が特別な測定機器を装着しなくても、使用者の歩行訓練時の歩行状態に関する歩行データを測定可能とすることを目的とした技術が開示されている。特許文献１に開示の歩行リハビリ装置は、使用者の脚が載る左右一対のベルトを有している。この歩行リハビリ装置は、さらに検出手段と歩行データ測定手段とを有している。検出手段は、左右一対のベルトのそれぞれを動作させるモータを流れる電流値を所定時間毎に検出する。歩行データ測定手段は、検出手段が検出した電流値から立脚状態か遊脚状態かを判定し、判定結果をグラフによってモニタに表示する。

特開２０１１−５０４５１号公報

しかしながら、特許文献１に開示の歩行リハビリ装置は、訓練者が歩行に失敗してベルト上から外れてしまうような状態を検出することができないという問題がある。すなわち、特許文献１に開示の歩行リハビリ装置は、歩行訓練時における異常状態を検出することができないという問題がある。

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、歩行訓練時における異常状態を検出することができる歩行訓練システムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る歩行訓練システムは、訓練者が歩行するためのコンベアと、前記コンベアの両側に位置し、補助者が両足の各々を乗せる一対の足置部と、前記足置部上の足の存在状態を計測する計測部と、前記計測部による計測結果に基づいて、前記足置部上に３つ以上の足が存在するか否かを判定する判定部と、前記判定部によって３つ以上の足が存在すると判定された場合、異常時制御を行う制御部と、を備えたものである。これによれば、訓練者が歩行に失敗してコンベアから外れてしまった状況を検出することができる。すなわち、歩行訓練時における異常状態を検出することができる。

また、上述の歩行訓練システムでは、前記計測部は、前記足置部に対する足からの荷重を計測し、前記判定部は、前記計測部によって荷重が計測された場合に前記足置部上に足が存在すると判定するようにしてよい。これによれば、光学的な計測結果に基づいて判定する場合と比較して、汚れに強く、かつ低コストなシステムを実現することができる。

また、上述の歩行訓練システムでは、前記計測部は、前記足置部に対する足からの荷重分布を計測し、前記判定部は、２つの荷重分布間の長さが所定長よりも長い場合には、２つの足が存在すると判定し、２つの荷重分布間の長さが所定長以下である場合には、１つの足が存在すると判定するようにしてもよい。これによれば、補助者の１つの足で２つの荷重分布が検出された場合に、その２つの荷重分布を訓練者の足による荷重分布と補助者の足による荷重分布と誤判定することを防止することができる。

また、上述の歩行訓練システムでは、前記計測部は、前記足置部に対する足からの荷重分布を計測する複数の荷重センサを有し、前記複数の荷重センサは、前記足置部において前記訓練者の進行方向とは逆方向寄りの所定範囲内に並べて配置されるようにしてもよい。これによれば、荷重センサ２０１の数を低減してコストを低減することができる。

また、上述の歩行訓練システムでは、前記計測部は、前記足置部において前記複数の荷重センサが配置される範囲外で足が乗せられた場合にＯＮとなり、足が乗せられていない場合にＯＦＦとなるＯＮ／ＯＦＦセンサを有し、前記判定部は、前記複数の荷重センサによる計測結果に基づいて前記足置部上に２つの足が存在すると判定された状態で、前記ＯＮ／ＯＦＦセンサがＯＮとなった場合に前記足置部上に３つ以上の足が存在すると判定するようにしている。これによれば、安価なＯＮ／ＯＦＦセンサを利用してコストを低減することができる。

また、上述の歩行訓練システムでは、前記計測部は、前記コンベアと前記足置部の境界を観測する複数の光電センサを有し、前記判定部は、前記光電センサによって光の遮断が検出された場合に前記足置部上に足が存在すると判定するようにしてもよい。これによれば、荷重センサ以外のセンサによって、歩行訓練中の異常状態を検出することができる。

また、上述の歩行訓練システムでは、前記判定部は、光が遮断されている長さが所定長よりも長い場合には、２つの足が存在すると判定し、光が遮断されている長さが所定長以下である場合には、１つの足が存在すると判定するようにしてもよい。これによれば、訓練者の足による荷重分布と補助者の足による光の遮断を、補助者の１つの足による光の遮断と誤判定することを防止することができる。

また、上述の歩行訓練システムでは、前記計測部は、前記足置部を撮像する少なくも１つのカメラを有し、前記判定部は、前記カメラによる撮像で生成された画像を解析することで足が認識された場合に前記足置部上に足が存在すると判定するようにしてもよい。これによれば、荷重センサ以外のセンサによって、歩行訓練中の異常状態を検出することができる。

また、上述の歩行訓練システムでは、前記異常時制御として、前記コンベアを減速する、又は、前記コンベアを停止させるようにしてもよい。これによれば、訓練者が体勢を立て直し易くすることができる。

上述した本発明の各態様によれば、歩行訓練時における異常状態を検出することができる。

実施の形態１に係る歩行訓練システムの構成を示す図である。 実施の形態１に係るフレーム及びコンベアの上面図である。 実施の形態１に係る第１の判定方法を示す図である。 実施の形態１に係る第２の判定方法を示す図である。 実施の形態１に係る歩行訓練システムの制御系の構成を示す図である。 実施の形態１に係る歩行訓練の手順を示す図である。 実施の形態１に係る歩行訓練の手順を示す図である。 実施の形態１に係る歩行訓練の手順を示す図である。 実施の形態１に係る歩行訓練の手順を示す図である。 実施の形態１に係る歩行訓練の手順を示す図である。 実施の形態１に係る歩行訓練システムの処理を示すフローチャートである。 実施の形態２に係るフレーム及びコンベアの上面図である。 実施の形態２に係る歩行訓練システムの制御系の構成を示す図である。 実施の形態３に係るフレーム及びコンベアの上面図である。 実施の形態４に係る歩行訓練システムの構成を示す図である。 実施の形態４に係るフレーム及びコンベアの上面図である。 実施の形態４に係る赤外線センサの観測ラインの遮断例を示す図である。 実施の形態４に係る赤外線センサの観測ラインの遮断例を示す図である。 実施の形態４に係る赤外線センサの観測ラインの遮断例を示す図である。 実施の形態４に係る歩行訓練システムの制御系の構成を示す図である。 実施の形態５に係る歩行訓練システムの構成を示す図である。 実施の形態５に係るフレーム及びコンベアの上面図である。 実施の形態５に係る歩行訓練システムの制御系の構成を示す図である。 実施の形態５に係る他の観測方法を示す図である。

以下に図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について説明する。以下の実施の形態に示す具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、それに限定されるものではない。また、以下の記載及び図面では、説明の明確化のため、当業者にとって自明な事項等については、適宜、省略及び簡略化がなされている。

＜発明の実施の形態１＞
実施の形態１について説明する。まず、図１を参照して、本実施の形態１に係る歩行訓練システム１の構成について説明する。図１に示すように、歩行訓練システム１は、トレッドミル２と、制御装置３とを有する。

トレッドミル２は、訓練者４が歩行訓練をするための装置である。トレッドミル２は、歩行訓練装置として機能する。制御装置３は、トレッドミル２を制御する装置である。制御装置３は、典型的には、ＰＣ（Personal Computer）である。しかしながら、制御装置３は、これに限られず、タブレット端末及びスマートフォン等の他の情報処理装置を利用するようにしてもよい。

トレッドミル２は、フレーム２１と、ベルトコンベア２２と、ロボット２３と、免荷装置２４と、モータボックス２５と、一対の手すり２６と、複数の縦枠部材２７と、複数の上枠部材２８、２９とを有する。

フレーム２１は、訓練者４の歩行訓練を補助する補助者５の両足の各々が乗せられる。フレーム２１は、補助者５が両足の各々を乗せる足置部として機能する。フレーム２１は、少なくともベルトコンベア２２の両側に配置された一対の部分（後述の右枠部及び左枠部）を有する。これにより、補助者５は、ベルトコンベア２２を跨ぐ形でフレーム２１上に立ち、前方で歩行する訓練者４を両手で把持して支持することができる。なお、本実施の形態では、訓練者４が歩行によって進行する方向を「前方」と言い、その逆方向を「後方」と言う。よって、図１では、右方向が「前方」となり、左方向が「後方」となる。

ベルトコンベア２２は、訓練者４によって歩行が行われる。ベルトコンベア２２は、訓練者４が歩行するための歩行部として機能する。ベルトコンベア２２は、制御装置３からの制御によって訓練者４を後方に送るようにそのベルトが回転される。言い換えると、ベルトコンベア２２の上面が後方に向かって移動する。これにより、訓練者４が一定の位置で歩行を継続することを可能とする。

ロボット２３は、訓練者４の歩行をアシストするロボットスーツである。ロボット２３は、訓練者４の患側の脚に装着される。ロボット２３は、制御装置３からの制御によって訓練者４の患側の脚の動作を補助する。ロボット２３は、例えば、一定時間毎に訓練者４のひざ関節を屈曲させるように動作し、患側の脚について歩行時の動作を実現させる。

免荷装置２４は、訓練者４を吊り下げる形で支持する。免荷装置２４は、一端が上枠部材２９に取り付けられている。免荷装置２４は、他端がベルトの形状となっており、訓練者４の上半身に取り付けられる。これにより、訓練者４が歩行訓練時に姿勢を崩した場合であっても、訓練者４が立位姿勢を維持することを可能としている。

モータボックス２５は、ベルトコンベア２２の回転軸（図示せず）と、その回転軸を回転させるモータ（図示せず）とを有する。制御装置３からの制御によってモータボックス２５内のモータが駆動されることで、ベルトコンベア２２が動作する。

手すり２６は、ベルトコンベア２２の左右に設けられる。手すり２６は、例えば、逆Ｕ字型であり、その２つの端部がフレーム２１の上面に連結されている。これにより、訓練者４が左右の手すり２６のそれぞれを左右の手のそれぞれで把持することで、立位姿勢を維持し易くしている。

縦枠部材２７は、鉛直方向に延びる部材である。図１では、トレッドミル２が、その右前部、左前部、右後部、左後部に配置される４つの縦枠部材２７を有する例について示しているが、縦枠部材２７の位置及び数は、これに限られない。

上枠部材２８は、縦枠部材２７の上部で、縦枠部材２７を連結する部材である。図１では、トレッドミル２が、４つの上枠部材２８を有する例について示している。より具体的には、図１の例では、トレッドミル２は、右前部と左前部の縦枠部材２７を連結する上枠部材２８と、右後部と左後部の縦枠部材２７を連結する上枠部材２８と、右前部と右後部の縦枠部材２７を連結する上枠部材２８と、左前部と左後部の縦枠部材２７を連結する上枠部材２８とを有している。しかしながら、上枠部材２８の数及び上枠部材２８が接続対象とする縦枠部材２７の組み合わせは、これに限られない。

上枠部材２９は、縦枠部材２７の最上部で、縦枠部材２７を連結する部材である。言い換えると、上枠部材２９は、上枠部材２８よりも上部で、縦枠部材２７を連結する部材である。図１では、トレッドミル２が、５つの上枠部材２９を有する例について示している。より具体的には、図１の例では、トレッドミル２は、右前部と右後部の縦枠部材２７を連結する上枠部材２９と、左前部と左後部の縦枠部材２７を連結する上枠部材２９と、それらの上枠部材２９間を連結する３つの上枠部材２９とを有している。

上述したように、免荷装置２４は、その一端が上枠部材２９に接続されている。また、ロボット２３も、上枠部材２９とケーブルを介して接続されており、上枠部材２９から吊り下げられる形で支持されている。これにより、訓練者４にかかるロボット２３の荷重を低減している。

続いて、図２を参照して、本実施の形態１に係る歩行訓練システム１の異常検出方法について説明する。図２は、フレーム２１及びベルトコンベア２２の上面図である。

トレッドミル２は、上述したように、フレーム２１と、ベルトコンベア２２とを有している。フレーム２１は、例えば、図２に示すようにロの字型である。フレーム２１の右枠部は、ベルトコンベア２２よりも右側に配置されている。フレーム２１の左枠部は、ベルトコンベア２２よりも左側に配置されている。図２では、フレーム２１の前枠部と後枠部がベルトコンベア２２上に重複するように配置される例について示しているが、これに限られない。フレーム２１の前枠部がベルトコンベア２２の前端よりも前に配置されていてもよく、フレーム２１の後枠部がベルトコンベア２２の後端よりも後ろに配置されていてもよい。また、フレーム２１は、右枠部と左枠部を有し、前枠部と後枠部を有さない構成としてもよい。

歩行訓練システム１は、このような構成において、フレーム２１上に３つ以上の足が存在すると判定した場合に異常状態であると判定する。これは、例えば、図２に示すように、訓練者４が歩行訓練中に姿勢を崩し、訓練者４の片足がベルトコンベア２２外のフレーム２１に出てしまった状態である。このような状態では、訓練者４が歩行訓練を継続することは困難であり、一度、訓練者４の体勢を立て直す等する必要があるからである。

そこで、歩行訓練システム１は、異常状態であると判定した場合、異常時制御を行う。歩行訓練システム１は、例えば、異常時制御として、ベルトコンベア２２の速度を低下させる、ベルトコンベア２２を停止させる、ロボット２３の動作を停止させる、及び、訓練者４及び補助者５に対して警報を通知する等の制御のうち、少なくとも１つを実施する。

ここで、歩行訓練システム１では、後述するように、フレーム２１に荷重センサを配置することで、フレーム２１の上面に対する訓練者４及び補助者５の足からの荷重を検出する。歩行訓練システム１は、フレーム２１の上面に対して荷重が検出された場合にフレーム２１上に足が存在すると判定する。よって、歩行訓練システム１は、原則、フレーム２１上に３点以上の荷重が検出されている場合、フレーム２１上に３つ以上の足が存在すると判定する。

しかしながら、補助者５からフレーム２１に対する荷重のかけ具合によっては、補助者５のみからの荷重で、フレーム２１上に３点以上の荷重がかかっているように見えてしまう可能性もある。例えば、土踏まずでは荷重が検出されず、つま先と、かかとが別々の荷重点として検出されてしまう場合である。この場合、何も考慮がなされていないと、訓練者４がフレーム２１上に足を置いていないにも関わらず、補助者５のみの足からの荷重で異常状態であると誤判定されてしまう可能性がある。そこで、本実施の形態１では、次に説明する２つの方法のいずれかによって、そのような誤判定を回避する。

続いて、図３を参照して、第１の方法について説明する。図３に示すように、フレーム２１上には、複数の荷重センサ２０１が碁盤目状に配置されている。すなわち、フレーム２１上には、長方形の荷重センサ２０１が敷き詰められるように並べられて配置されている。なお、図３では、訓練者４の左足がフレーム２１上に出てしまった例を示している。

複数の荷重センサ２０１のそれぞれは、フレーム２１に対する荷重分布を検出する。制御装置３は、荷重センサ２０１によって独立した２つの荷重分布が検出された場合、その２つの荷重分布の中心間の長さが所定長よりも長いか否かを判定する。制御装置３は、２つの荷重分布の中心間の長さが所定長よりも長いと判定した場合、その２つの荷重分布を別々の荷重点として扱う。すなわち、制御装置３は、その２つ荷重分布のそれぞれを、訓練者４の足による荷重分布と補助者５の足による荷重分布とであると判定する。言い換えると、制御装置３は、フレーム２１上に訓練者４の足と補助者の足が存在すると判定する。一方、制御装置３は、２つの荷重分布の中心間の長さが所定長以下であると判定した場合、その２つの荷重分布を１つの荷重点として扱う。すなわち、制御装置３は、その２つの荷重分布を、補助者５の足による１つの荷重分布であると判定する。言い換えると、制御装置３は、フレーム２１上に補助者の足のみが存在すると判定する。

なお、上述の所定長は、訓練者４と補助者５による荷重分布と、補助者５のみによる荷重分布とを識別できるだけの長さであれば、任意の値を設定することができるが、好ましくは、補助者５の足のサイズが設定される。

以上に説明した第１の方法によれば、図３に示すように、訓練者４と補助者５によって独立した３点以上の荷重が検出されており、フレーム２１上に３つ以上の足が存在する場合と、補助者５のみによって独立した３点以上の荷重が検出されており、フレーム２１上に３つ以上の足が存在しない場合とを識別することができる。

続いて、図４を参照して、第２の方法について説明する。上述したように、フレーム２１上には、複数の荷重センサ２０１が碁盤目状に配置されている。なお、図４でも、訓練者４の左足がフレーム２１上に出てしまった例を示している。

制御装置３は、荷重センサ２０１によって独立した２つの荷重分布が検出された場合、その２つの荷重分布全体の長さが所定長よりも長いか否かを判定する。この荷重分布全体の長さは、例えば、一方の荷重分布の一端から他方の荷重分布の一端までの長さをとった場合に、最も長くなる長さとする。制御装置３は、２つの荷重分布全体の長さが所定長よりも長いと判定した場合、その２つの荷重分布を別々の荷重点として扱う。一方、制御装置３は、２つの荷重分布全体の長さが所定長以下であると判定した場合、その２つの荷重分布を１つの荷重点として扱う。なお、第２の方法においても、所定長は、第１の方法で説明した通りに設定してよい。

以上に説明した第２の方法によっても、図４に示すように、訓練者４と補助者５によって独立した３点以上の荷重が検出されており、フレーム２１上に３つ以上の足が存在する場合と、補助者５のみによって独立した３点以上の荷重が検出されており、フレーム２１上に３つ以上の足が存在しない場合とを識別することができる。

このように、２つの荷重分布間の長さが所定長よりも長い場合には、２つの足が存在すると判定し、２つの荷重分布間の長さが所定長以下である場合には、１つの足が存在すると判定することで、誤判定を回避することができる。そして、その判定における２つの荷重分布間の長さは、第１の方法で説明したように２つの荷重分布中心間の長さとしてもよく、第２の方法で説明したように２つの荷重分布全体の長さ（一方の荷重分布の端から他方の荷重分布の端までの長さ）としてもよい。なお、第１の方法及び第２の方法による判定は、フレーム２１の右枠部と左枠部で独立して行われる。

続いて、図５を参照して、本実施の形態１に係る歩行訓練システム１の制御系の構成について説明する。図５に示すように、トレッドミル２において、フレーム２１は複数の荷重センサ２０１を有し、ベルトコンベア２２はモータ２０２を有し、ロボット２３はモータ２０３を有し、免荷装置２４はモータ２０４を有する。

複数の荷重センサ２０１は、上述したようにフレーム２１上に碁盤目状で配置される。複数の荷重センサ２０１のそれぞれは、フレーム２１に対する荷重分布を検出（計測）し、検出した荷重分布を示す荷重分布情報を制御装置３に送信する。

モータ２０２は、上述のベルトコンベア２２のベルトを回転させるモータである。モータ２０２は、上述のモータボックス２５内のモータに相当する。モータ２０２は、制御装置３から受信した指令値に従って駆動し、ベルトコンベア２２のベルトを回転させる。

モータ２０３は、ロボット２３に屈曲動作を行わせる。モータ２０３は、制御装置３から受信した指令値に従って駆動し、ロボット２３に屈曲動作を行わせる。制御装置３は、モータ２０３に対して一定時間毎にロボット２３に屈曲動作を行わせるように指令値を送信する。これにより、上述したように、ロボット２３は、一定時間毎に訓練者のひざ関節を屈曲させて、患側の脚について歩行時の動作を実現させる。

モータ２０４は、免荷装置２４を上方に牽引する。モータ２０４は、制御装置３から受信した指令値に従って駆動し、免荷装置２４を上方に牽引する。制御装置３は、訓練者４に対して免荷装置２４を装着後に、免荷装置２４を上方に牽引するように指令値を送信する。これにより、歩行訓練開始前に、訓練者４を立位姿勢とすることができる。

また、図５に示すように、制御装置３は、センサ値取得部３１と、異常判定部３２と、コンベア制御部３３と、ロボット制御部３４と、免荷装置制御部３５と、記憶部３６とを有する。制御装置３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を有し、上記各部３１〜３５の処理を実行させるプログラムをＣＰＵによって実行することで、上記各部３１〜３５の機能を実現する。

センサ値取得部３１は、複数の荷重センサ２０１のそれぞれから送信された荷重分布情報を受信する。より具体的には、センサ値取得部３１は、訓練者４による歩行訓練中に、一定時間毎に、複数の荷重センサ２０１のそれぞれから荷重分布情報を受信する。

異常判定部３２は、センサ値取得部３１が受信した荷重分布情報に基づいて、フレーム２１上に３つ以上の足が存在するか否かを判定する。異常判定部３２は、フレーム２１上に３つ以上の足が存在しないと判定した場合には、正常状態であると判定する。一方、異常判定部３２は、フレーム２１上に３つ以上の足が存在すると判定した場合には、異常状態であると判定する。なお、この異常状態の判定では、上述したように第１の方法又は第２の方法を利用して、誤判定を回避して異常状態を検出する。

コンベア制御部３３は、ベルトコンベア２２のモータ２０２を制御する指令値を生成し、トレッドミル２に送信する。コンベア制御部３３は、訓練者４による歩行訓練中において、異常判定部３２によって正常状態であると判定されている場合は、ベルトコンベア２２のモータ２０２を回転させる指令値を生成してトレッドミル２に送信する。一方で、コンベア制御部３３は、訓練者４による歩行訓練中において、異常判定部３２によって異常状態であると判定された場合には、ベルトコンベア２２のモータ２０２の回転速度を正常状態よりも低速にする指令値、又は、ベルトコンベア２２のモータ２０２の回転を停止させる指令値を生成し、トレッドミル２に送信する。

ロボット制御部３４は、ロボット２３のモータ２０３を制御する指令値を生成してトレッドミル２に送信する。ロボット制御部３４は、訓練者４による歩行訓練中において、異常判定部３２によって正常状態であると判定されている場合は、一定時間毎にロボット２３に屈曲動作を行わせる指令値を生成してトレッドミル２に送信する。一方、ロボット制御部３４は、訓練者４による歩行訓練中において、異常判定部３２によって異常状態であると判定された場合には、ロボット２３の屈曲動作を停止させる指令値を生成してトレッドミル２に送信する。

免荷装置制御部３５は、免荷装置２４のモータ２０４を制御する指令値を生成してトレッドミル２に送信する。免荷装置制御部３５は、訓練者４に対する免荷装置２４の装着後に、免荷装置２４を上方に牽引する指令値を生成してトレッドミル２に送信する。

記憶部３６は、制御装置３によるトレッドミル２の制御に利用される各種情報が格納される。記憶部３６は、少なくとも１つの記憶装置を含む。記憶装置は、例えば、メモリ又はハードディスク等である。

より具体的には、記憶部３６には、センサ位置情報３０１と、センササイズ情報３０２と、足サイズ情報３０３とが予め格納される。センサ位置情報３０１は、複数の荷重センサ２０１のそれぞれについて、フレーム２１における位置を示す情報である。センササイズ情報３０２は、荷重センサ２０１のサイズを示す情報である。

異常判定部３２は、センサ位置情報３０１及びセンササイズ情報３０２を利用して、上述の荷重分布中心間の長さ又は荷重分布全体の長さを算出する。例えば、異常判定部３２は、２つの荷重センサ２０１からの荷重分布情報のそれぞれが荷重分布を示している場合、センサ位置情報３０１に基づいて、その２つの荷重センサ２０１の間に他の荷重センサ２０１が存在するか否かを判定する。そして、異常判定部３２は、その２つの荷重センサ２０１の間に荷重センサ２０１が存在すると判定された場合には、異常判定部３２は、その２つの荷重センサ２０１で検出された荷重分布における長さに、その２つの荷重センサ２０１の間に存在する荷重センサ２０１の長さを加算することで、荷重分布中心間の長さ又は荷重分布全体の長さを算出する。このときに、荷重センサ２０１の長さは、センササイズ情報３０２が示す荷重センサ２０１のサイズが利用される。

また、荷重センサ２０１の位置の特定に関しては、例えば、センサ位置情報３０１を、複数の荷重センサ２０１のそれぞれについて、荷重センサ２０１を一意に特定する識別子と、その荷重センサ２０１の位置とを対応付けて示す情報とする。そして、荷重センサ２０１は、その荷重センサ２０１の識別子を荷重分布情報に含めて送信するようにする。これによれば、異常判定部３２は、センサ位置情報３０１に基づいて、荷重分布情報に含まれる識別子からその荷重分布情報を送信した荷重センサ２０１の位置を特定可能となる。

足サイズ情報３０３は、補助者５の足のサイズを示す情報である。この足サイズ情報３０３が示す足のサイズは、上述の第１の方法及び第２の方法において所定長を補助者５の足のサイズとする場合に利用される。ここで、足サイズ情報３０３は、例えば、補助者５が制御装置３の入力装置（図示せず）によって制御装置３に対して事前に入力したサイズを示すように生成して記憶部３６に格納する。また、足サイズ情報３０３は、例えば、歩行訓練の開始前に、補助者５のみがフレーム２１上に乗って、その時に荷重センサ２０１によって検出された荷重分布の長さを示すように生成して記憶部３６に格納するようにしてもよい。

続いて、図６Ａ〜６Ｅを参照して、本実施の形態１に係る歩行訓練システム１における歩行訓練の手順の一例について説明する。図６Ａ〜６Ｅでは、左側において、歩行訓練システム１を側面から見た状態を示し、右側において、フレーム２１及びベルトコンベア２２の上面の状態を示している。

まず、図６Ａに示すように、訓練者４は、車椅子に乗ってトレッドミル２の傍まで来る。車椅子は、補助者５によって押されることでトレッドミル２の傍まで移動される。このときには、フレーム２１及びベルトコンベア２２の上には何もない状態である。

次に、図６Ｂに示すように、補助者５は、訓練者４が乗った車椅子を押してトレッドミル２に乗り込む。これにより、訓練者４が乗った車椅子と、補助者５とがベルトコンベア２２上に乗った状態となる。ベルトコンベア２２には、車椅子からの荷重と、車椅子の後方において補助者５の両足からの２点の荷重がかかった状態となる。

次に、図６Ｃに示すように、補助者５は、訓練者４の前方に回り、訓練者４の患側の脚にロボット２３を装着する。このときには、訓練者４が乗った車椅子と、補助者５とがベルトコンベア２２上に乗った状態である。ただし、ベルトコンベア２２には、車椅子の前方において、補助者５の両足からの２点の荷重がかかった状態となる。

次に、図６Ｄに示すように、補助者５は、訓練者４に免荷装置２４を装着し、訓練者４を立たせる。より具体的には、補助者５は、訓練者４に免荷装置２４を装着し、制御装置３の入力装置を介して、免荷装置２４を上方に牽引するように指示する入力を行う。制御装置３の免荷装置制御部３５は、補助者５からの入力に応じて、免荷装置２４を上方に牽引する指令値を生成してトレッドミル２に送信する。これにより、免荷装置２４のモータ２０４が駆動して、免荷装置２４が訓練者４を上方に引き上げ、訓練者４が立位姿勢とされる。そして、補助者５は、車椅子をトレッドミル２の外に退かす。このときには、訓練者４と補助者５とがベルトコンベア２２上に乗った状態となる。すなわち、ベルトコンベア２には、訓練者４の両足からの２点の荷重と、その前方で補助者５の両足からの２点の荷重とがかかった状態となる。

次に、図６Ｅに示すように、補助者５は、訓練者４の歩行訓練を開始する。より具体的には、補助者５は、制御装置３の入力装置を介して、歩行訓練の開始を指示する入力を行う。制御装置３の異常判定部３２は、補助者５からの入力に応じて、複数の荷重センサ２０１から受信した荷重分布情報に基づいた異常状態の判定を開始する。また、制御装置３のコンベア制御部３３は、補助者５からの入力に応じて、ベルトコンベア２２により訓練者４を後方に送るようにモータ２０２を駆動する。また、制御装置３のロボット制御部３４は、補助者５からの入力に応じて、訓練者４の患側の脚の屈曲させるようにロボット２３のモータ２０３の制御を開始する。補助者５は、訓練者４の後方に回り、フレーム２１上に立って訓練者４を支持する。このときに、補助者５が訓練者４を支持してから歩行訓練が開始されるようにするために、制御装置３は、歩行訓練の開始を指示する入力が行われてから所定の時間が経過した後に、その入力に応じた上述の各制御を開始するようにしてもよい。

続いて、図７を参照して、本実施の形態１に係る歩行訓練システム１の処理について説明する。

センサ値取得部３１は、一定時間毎に、複数の荷重センサ２０１のそれぞれから送信される荷重分布情報を受信する（Ｓ１）。異常判定部３２は、センサ値取得部３１が受信した荷重分布情報に基づいて、フレーム２１上において３つ以上の足が存在するか否かを判定する（Ｓ２）。

異常判定部３２は、フレーム２１において３つ以上の足が存在しないと判定した場合（Ｓ２：Ｎｏ）、通常状態であると判定し、一定時間毎の荷重分布情報に基づいた判定を継続する（Ｓ１、Ｓ２）。一方、異常判定部３２は、フレーム２１において３つ以上の足が存在すると判定した場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）、異常状態であると判定する。この場合、コンベア制御部３３及びロボット制御部３４は、上述したように異常時制御を実施する（Ｓ３）。

具体的には、コンベア制御部３３は、ベルトコンベア２２の速度を低下させる、又は、ベルトコンベア２２を停止させる制御を実施する。また、ロボット制御部３４は、ロボット２３の動作を停止させる制御を実施する。

また、訓練者４及び補助者５に対して警報の通知を実施するようにしてもよい。この場合には、トレッドミル２は警報装置を有するようにし、制御装置３は警報装置制御部を有するようにする。警報装置制御部は、警報装置に警報の通知を指示する指示情報を送信する。警報装置は、警報装置制御部からの指示情報に応じて、訓練者４及び補助者５に対して警報を通知する。なお、警報は、光及び音等のうち、任意の方法によって通知するようにしてよい。警報を光で通知する場合には、警報装置は光ランプとして、制御装置３からの指示情報に応じて光ランプを点灯する。また、警報を音で通知する場合には、警報装置はスピーカーとして、制御装置３からの指示情報に応じてスピーカーから警告音を出力する。

以上に説明したように、本実施の形態１では、異常判定部３２は、荷重センサ２０１による計測結果に基づいて、フレーム２１上に３つ以上の足が存在するか否かを判定する。そして、コンベア制御部３３及びロボット制御部３４は、異常判定部３２によって３つ以上の足が存在すると判定された場合、異常時制御を行うようにしている。これによれば、訓練者４が歩行に失敗してコンベアから外れてしまった状況を検出することができる。すなわち、歩行訓練時における異常状態を検出することができる。

また、本実施の形態１では、荷重センサ２０１によってフレーム２１に対する足からの荷重を計測し、異常判定部３２は、荷重センサ２０１によって荷重が計測された場合にフレーム２１上に足が存在すると判定するようにしている。これによれば、光学的なセンサを利用する場合と比較して、汚れに強く、かつ低コストなシステムを実現することができる。

＜発明の実施の形態２＞
続いて、実施の形態２について説明する。以下、実施の形態１と同様の内容については、適宜省略して説明する。実施の形態１では、フレーム２１の全範囲に碁盤目状に荷重センサ２０１を敷き詰める例について説明した。しかしながら、補助者５は訓練者４の後方で訓練者４を両手で支持しているため、フレーム２１において補助者５が足を置く範囲は後方寄りの一定範囲に限られる。また、訓練者４も補助者５によって両手で支持されているため、補助者５の非常に近くに位置する。そのため、訓練者４が姿勢を崩してフレーム２１に足が置かれる場合も、訓練者４の足は補助者５の足の近くに位置する可能性が高い。

すなわち、実施の形態１では、２つの荷重分布が検出された場合に、その２つの荷重分布の長さに基づいて、補助者５のみによる荷重分布であるか、訓練者４と補助者５による荷重分布であるかを判定するようにしているが、そのような判定を行うべき範囲は、訓練者４と補助者５の両方から足が置かれる可能性のあるフレーム２１の後方寄りの一定範囲で足りる。

そこで、本実施の形態２では、図８に示すように、フレーム２１の右枠部と左枠部のそれぞれの後方寄りの所定範囲のみに碁盤目状に複数の荷重センサ２０１を敷き詰めて配置する。この所定範囲は、例えば、ベルトコンベア２１の前後方向の中間よりも後ろ側の範囲としてもよいが、これに限られない。なお、この複数の荷重センサ２０１によって検出された荷重分布に基づいて３つ以上の足が存在するか否かを判定する方法は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

また、本実施の形態２では、フレーム２１において２つのＯＮ／ＯＦＦセンサ２０５を有する。フレーム２１の前側部（前枠部と、右枠部と左枠部のそれぞれの荷重センサ２０１が配置されていない範囲）は、コの字型の板状部材とされており、その下に１つのＯＮ／ＯＦＦセンサ２０５が配置されている。これにより、フレーム２１の前側部（コの字型の板状部材）に足が置かれて押された場合には、ＯＮ／ＯＦＦセンサ２０５がＯＮとなり、足が置かれておらず押されていない場合には、ＯＮ／ＯＦＦセンサ２０５がＯＦＦとなる。

フレーム２１の前側部は、補助者５が荷重をかける可能性は極めて低く、訓練者４のみが姿勢を崩した場合に荷重をかける可能性が非常に高い。そのため、フレーム２１の前側部において訓練者４からの３点目の荷重がかけられたことの検出は、このようにＯＮ／ＯＦＦセンサ２０５によって単純にフレーム２１の前側部が押されたか否かのみを検出することで足りる。

また、本実施の形態２では、フレーム２１の後枠部も一の字型の板状部材とされており、その下にもう１つのＯＮ／ＯＦＦセンサ２０５が配置されている。これにより、フレーム２１の後枠部が押された場合には、ＯＮ／ＯＦＦセンサ２０５がＯＮとなり、押されていない場合には、ＯＮ／ＯＦＦセンサ２０５がＯＦＦとなる。

これによれば、歩行訓練中に、訓練者４及び補助者５以外の第三者がトレッドミル２上に侵入する異常も検出することができる。

続いて、図９を参照して、本実施の形態２に係る歩行訓練システム１の制御系の構成について説明する。図９に示すように、本実施の形態２では、実施の形態１と比較して、トレッドミル２において、フレーム２１がさらに２つのＯＮ／ＯＦＦセンサ２０５を有する点が異なる。また、上述したように、本実施の形態２では、実施の形態１と比較して、荷重センサ２０１の数が少ない。

２つのＯＮ／ＯＦＦセンサ２０５のそれぞれは、フレーム２１の前側部及び後枠部のそれぞれに足が乗せられておらず、ＯＦＦにされている場合には、ＯＦＦ状態であることを示す状態通知情報を制御装置３に送信する。一方、２つのＯＮ／ＯＦＦセンサ２０５のそれぞれは、フレーム２１の前側部及び後枠部のそれぞれに対して足が乗せられており、ＯＮにされている場合には、ＯＮ状態であることを示す状態通知情報を制御装置３に送信する。なお、ＯＮ／ＯＦＦセンサ２０５は、単純にＯＮ又はＯＦＦを検出するだけのセンサであるため、荷重分布を検出する荷重センサ２０１と比較して安価なセンサとなる。

本実施の形態２では、センサ値取得部３１は、複数の荷重センサ２０１に加え、さらに２つのＯＮ／ＯＦＦセンサ２０５のそれぞれから送信された状態通知情報も受信する。

本実施の形態２では、異常判定部３２は、実施の形態１と同様に、センサ値取得部３１が受信した荷重分布情報に基づいて、フレーム２１上に３つ以上の足が存在するか否かを判定する。ここで、本実施の形態２では、異常判定部３２は、さらに、センサ値取得部３１が受信した状態通知情報に基づいて、フレーム２１上に３つ以上の足が存在するか否か判定する。

より具体的には、異常判定部３２は、２つの状態通知情報の少なくとも１つがＯＮ状態であることを示している場合には、フレーム２１上に３つ以上の足が存在すると判定する。すなわち、異常判定部３２は、異常状態であると判定する。これは、上述したように、ＯＮ／ＯＦＦセンサ２０５が押されてＯＮ状態となっている状態は、補助者５以外がフレーム２１に入っている状態となるからである。一方、異常判定部３２は、２つの状態通知情報のいずれもＯＦＦ状態であることを示している場合には、フレーム２１上に３つ以上の足が存在しないと判定する。すなわち、正常状態であると判定する（ただし、荷重分布情報に基づいて異常状態と判定されていない場合）。また、２つの状態通知情報の少なくとも１つがＯＮ状態であるか否かのみの判定に限られず、異常判定部３２は、センサ値取得部３１が受信した荷重分布情報に基づいてフレーム２１上に２つの足が存在すると判定された状態で、２つの状態通知情報の少なくとも１つがＯＮ状態であることを示している場合に、３つ以上の足が存在すると判定し、それ以外の場合には、３つ以上の足が存在しないと判定するようにしてもよい。

以上に説明したように、本実施の形態２では、複数の荷重センサ２０１は、フレーム２１において訓練者４の進行方向とは逆方向（後方）寄りの所定範囲内のみに並べて配置されるようにしている。これによれば、訓練者４と補助者５の両方が足を置く可能性がある範囲のみ荷重センサ２０１を配置して荷重分布に基づいた詳細な判定を行うようにしているため、検出精度を低下させることなく、荷重センサ２０１の数を低減してコストを低減することができる。

また、本実施の形態２では、歩行訓練システム１は、フレーム２１において複数の荷重センサ２０１が配置される範囲外で足が乗せられた場合にＯＮとなり、足が乗せられていない場合にＯＦＦとなるＯＮ／ＯＦＦセンサ２０５を有している。異常判定部３２は、複数の荷重センサ２０１による計測結果に基づいてフレーム上２１に２つの足が存在すると判定された状態で、ＯＮ／ＯＦＦセンサ２０５がＯＮとなった場合にフレーム上２１に３つ以上の足が存在すると判定するようにしている。これによれば、訓練者４のみが足を置く可能性がある範囲のみについて安価なＯＮ／ＯＦＦセンサ２０５によって、その訓練者４の足の存在を検出するようにしているため、検出精度を低下させることなく、コストを低減することができる。

＜発明の実施の形態３＞
続いて、実施の形態３について説明する。以下、実施の形態１と同様の内容については、適宜省略して説明する。実施の形態１では、フレーム２１において３つ以上の足が存在すると判定した場合に異常状態であると判定するようにしていた。しかしながら、補助者５が姿勢を崩して、ベルトコンベア２２内に入ってしまった場合も、補助者５による訓練者４の支持が困難となり、訓練者４が歩行訓練を継続することが困難な状態となる。そこで、本実施の形態３では、このような状態を異常状態として検出可能な歩行訓練システム１について説明する。

本実施の形態３は、実施の形態１と比較し、複数の荷重センサ２０１がフレーム２１に配置されているのではなく、ベルトコンベア２２に配置される点が異なる。荷重センサ２０１は、ベルトコンベア２２の上側のベルトの下に配置する。これにより、移動するベルト上においても荷重を検出可能とする。複数の荷重センサ２０１は、ベルトコンベア２２におけるフレーム２１で囲まれた範囲内に碁盤目状に配置される。

なお、異常状態の検出方法及びそれに応じた異常時処理については、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

以上に説明したように、本実施の形態３では、異常判定部３２は、荷重センサ２０１による計測結果に基づいて、ベルトコンベア２２上に３つ以上の足が存在するか否かを判定する。そして、コンベア制御部３３及びロボット制御部３４は、異常判定部３２によって３つ以上の足が存在すると判定された場合、異常時制御を行うようにしている。これによれば、補助者５がフレーム２１から外れてしまった状況を検出することができる。すなわち、歩行訓練時における異常状態を検出することができる。

なお、本実施の形態３は、実施の形態１又は実施の形態２と組み合わせて実施することも可能である。すなわち、実施の形態１又は実施の形態２において、さらに、実施の形態３として説明したようにベルトコンベア２２に３つ以上の足が存在するか否かを判定するようにしてもよい。

ここで、実施の形態１又は実施の形態２において、本実施の形態３を組み合わせずとも、ベルトコンベア２２に３つ以上の足が存在するか否かを判定するようにしてもよい。すなわち、異常判定部３２は、フレーム２１上において１点のみで荷重分布が検出されるようになった場合、及び、フレーム２１上において荷重分布が全く検出されなくなった場合に、補助者５の足がベルトコンベア２２内に入り、ベルトコンベア２２に３つ以上の足が存在すると判定するようにしてもよい。そして、異常判定部３２によってベルトコンベア２２に３つ以上の足が存在すると判定された場合、コンベア制御部３３及びロボット制御部３４は、異常時処理を実施するようにしてもよい。

＜発明の実施の形態４＞
続いて、実施の形態４について説明する。以下、実施の形態１と同様の内容については、適宜省略して説明する。実施の形態１〜３では、荷重センサ２０１による計測された荷重を利用して、フレーム２１上またはベルトコンベア２２上において３点以上で足が存在するか否かを判定するようにしていたが、フレーム２１及びベルトコンベア２２上の足の存在状態として計測する内容は荷重のみに限られない。フレーム２１上またはベルトコンベア２２上において３点以上で足が存在するか否かを判定することができるのであれば、他の内容を計測するようにしてよい。本実施の形態４では、フレーム２１及びベルトコンベア２２上の足の存在状態を赤外線センサによって計測する例について説明する。

図１１を参照して、本実施の形態４に係る歩行訓練システム１の構成について説明する。図１１に示すように、本実施の形態４では、トレッドミル２は、実施の形態１と比較して、複数の荷重センサ２０１に代えて、複数の赤外線センサ２０６を有する。なお、図１１では、本実施の形態４の特徴を明確にするために、訓練者４、補助者５、ロボット２３、免荷装置２４、及び手すり２６の図示は省略している。

複数の赤外線センサ２０６は、フレーム２１とベルトコンベア２２の境界を上方から観測するように設置される。複数の赤外線センサ２０６は、フレーム２１とベルトコンベア２２の境界を、それぞれが一定間隔毎に観測するように設置される。例えば、このフレーム２１とベルトコンベア２２の境界における観測点の間隔と、複数の赤外線センサ２０６が配置される間隔とは同一の間隔となる。複数の赤外線センサ２０６は、例えば、図１１に示すように、フレーム２１とベルトコンベア２２の境界と平行するように、上枠部材２８の下部に一列に配置される。この上枠部材２８は、例えば、右前部と右後部の縦枠部材２７を連結するものとなる。なお、複数の赤外線センサ２０６は、フレーム２１とベルトコンベア２２の境界を観測することができれば、図１１に例示する配置に限られない。例えば、上枠部材２９に配置するようにしてもよく、他のトレッドミル２上の部材に配置するようにしてもよい。

なお、図１１では、赤外線センサ２０６の配置を明確にするために、フレーム２１の右枠部と、ベルトコンベア２２との境界を観測する複数の赤外線センサ２０６のみを図示しているが、トレッドミル２は、フレーム２１の左枠部と、ベルトコンベア２２との境界を観測する複数の赤外線センサ２０６も同様に有する。

続いて、図１２〜１５を参照して、本実施の形態４に係る歩行訓練システム１の異常検出方法について説明する。図１２は、フレーム２１及びベルトコンベア２２の上面図である。

上述したように、トレッドミル２は、フレーム２１の右枠部とベルトコンベア２２の境界と、フレーム２１の左枠部とベルトコンベア２２の境界のそれぞれを観測するように複数の赤外線センサ２０６を有する。そのため、複数の赤外線センサ２０６による観測ラインが、フレーム２１の右枠部とベルトコンベア２２の境界と、フレーム２１の左枠部とベルトコンベア２２の境界のそれぞれに形成される。

これによれば、訓練者４によって歩行訓練が正常に行われている場合には、赤外線センサ２０６の観測ラインが、補助者５の左右の足のそれぞれにより２か所で遮断される。一方、訓練者４が姿勢を崩して訓練者４の片足がフレーム２１に出てしまった場合には、赤外線センサ２０６の観測ラインが３か所で遮断されることになる。すなわち、歩行訓練システム１は、赤外線センサ２０６によって赤外線の遮断が検出された場合にフレーム２１上に足が存在すると判定する。

よって、歩行訓練システム１は、原則、赤外線センサ２０６の観測ラインが３か所以上で遮断された場合に、フレーム２１上に３以上の足が存在すると判定する。これは、例えば、図１２に示すように、訓練者４が姿勢を崩し、訓練者４の片足がベルトコンベア２２外のフレーム２１に出てしまった状態である。

図１３〜１５を参照して、より具体的な例について説明する。図１３〜１５は、フレーム２１の左枠部とベルトコンベア２２との境界における観測ラインの状態の一例を示す図である。なお、ここでは、フレーム２１の右枠部とベルトコンベア２２との境界における観測ラインは、補助者５の右足により１か所だけ遮断されているものとする。

図１３に示すように、補助者５の左足によって、フレーム２１の左枠部とベルトコンベア２２との境界における観測ラインが１か所で遮断されている場合、合計で赤外線センサ２０６の観測ラインが２か所で遮断されていることになる。この場合は、歩行訓練システム１は、正常状態であると判定する。

図１４に示すように、訓練者４の左足と補助者５の左足によって、フレーム２１の左枠部とベルトコンベア２２との境界における観測ラインが２か所で遮断されている場合、合計で赤外線センサ２０６の観測ラインが３か所で遮断されていることになる。この場合は、歩行訓練システム１は、異常状態であると判定する。

ここで、図１５に示すように、訓練者４の左足と補助者５の左足とが近くに位置し、訓練者４の左足と補助者５の左足によって、フレーム２１の左枠部とベルトコンベア２２との境界における観測ラインが遮断されている場合、１か所で遮断されているように見える場合がある。すなわち、合計で赤外線センサ２０６の観測ラインが２か所で遮断されているように見える場合がある。例えば、連続する赤外線センサ２０６の赤外線が遮断された場合である。

この場合、何も考慮がなされていないと、訓練者４がフレーム２１上に足を置いているにも関わらず、正常状態であると誤判定されてしまう可能性がある。そこで、本実施の形態４では、次に説明する方法によって、そのような誤判定を回避する。

複数の赤外線センサ２０６のそれぞれは、フレーム２１とベルトコンベア２２の境界に向けて赤外線を照射し、照射する赤外線が足によって遮断されているか否かを検出する。複数の赤外線センサ２０６のそれぞれは、例えば、反射型の赤外線センサ２０６である。

制御装置３は、観測ラインにおいて２か所以上の非連続な赤外線センサ２０６において赤外線が遮断されている場合、その観測ラインの２か所以上が遮断されていると判定する。これは、例えば、図１４に示す場合である。

制御装置３は、観測ラインにおいて２つ以上の連続する赤外線センサ２０６において赤外線が遮断されている場合、赤外線が遮断されている２つ以上の赤外線センサ２０６のうち、両端の２つの赤外線センサ２０６間の長さが所定長よりも長いか否かを判定する。言い換えると、制御装置３は、赤外線が遮断されている長さが所定長よりも長いか否かを判定する。制御装置３は、２つの赤外線センサ２０６間の長さが所定長よりも長いと判定した場合、訓練者４と補助者５のそれぞれの足により２か所以上が遮断されていると判定する。言い換えると、制御装置３は、フレーム２１上に訓練者４の足と補助者の足が存在すると判定する。これは、例えば、図１５に示す場合である。一方、制御装置３は、２つの赤外線センサ２０６間の長さが所定長以下であると判定した場合、補助者５のみの足により１か所が遮断されていると判定する。言い換えると、制御装置３は、フレーム２１上に補助者５の足のみが存在すると判定する。これは、例えば、図１３に示す場合である。

なお、上述の所定長は、訓練者４と補助者５による足によって赤外線が遮断される長さと、補助者５のみによって赤外線が遮断される長さとを識別できるだけの長さであれば、任意の値を設定することができるが、好ましくは、補助者５の足のサイズが設定される。

続いて、図１６を参照して、本実施の形態４に係る歩行訓練システム１の制御系の構成について説明する。図１６に示すように、本実施の形態４では、実施の形態１と比較して、トレッドミル２において、フレーム２１が複数の荷重センサ２０１を有さず、上枠部材２８が複数の赤外線センサ２０６を有する。

複数の赤外線センサ２０６のそれぞれは、赤外線が遮断されているか否かを示す状態通知情報を制御装置３に送信する。本実施の形態４では、センサ値取得部３１は、実施の形態１と比較して、複数の荷重センサ２０１に代えて、複数の赤外線センサ２０６から送信された状態通知情報を受信する。

本実施の形態４では、異常判定部３２は、センサ値取得部３１が受信した状態通知情報に基づいて、フレーム２１上に３つ以上の足が存在するか否かを判定する。すなわち、異常判定部３２は、３か所以上で赤外線が遮断されているか否かを判定する。異常判定部３２は、３か所以上で赤外線が遮断されていないと判定した場合、正常状態であると判定する。一方、異常判定部３２は、３か所以上で赤外線が遮断されていると判定した場合、異常状態であると判定する。

また、本実施の形態４では、センササイズ情報３０２に代えて、センサ間隔情報３０４が予め格納される。また、本実施の形態４では、センサ位置情報３０１は、上枠部材２８における複数の赤外線センサ２０６のそれぞれの位置を示す情報となる。

よって、異常判定部３２は、センサ位置情報３０１及びセンサ間隔情報３０４を利用して、３か所以上で赤外線が遮断されているか否かを判定する。例えば、異常判定部３２は、センサ位置情報３０１に基づいて、赤外線が遮断された赤外線センサ２０６が連続して配置されたものであるか否かを判定する。また、異常判定部３２は、２つの赤外線センサ２０６間の長さを算出する場合に、センサ位置情報３０１に基づいて、その２つの赤外線センサ２０６間に存在する赤外線センサ２０６の数を算出する。そして、異常判定部３２は、センサ間隔情報３０４に基づいて、その赤外線センサ２０６の数に応じた長さを、その２つの赤外線センサ２０６間の距離として算出する。すなわち、例えば、（（２つの赤外線センサ２０６間に存在する赤外線センサ２０６の数＋１）×センサ間隔情報３０４が示す赤外線センサ２０６間の長さ）が、その２つの赤外線センサ２０６間の長さとして算出される。

なお、赤外線センサ２０６の位置の特定に関しては、実施の形態１と同様に、例えば、センサ位置情報３０１を、複数の赤外線センサ２０６のそれぞれについて、赤外線センサ２０６を一意に特定する識別子と、その赤外線センサ２０６の位置とを対応付けて示す情報とする。そして、赤外線センサ２０６は、その赤外線センサ２０６の識別子を状態通知情報に含めて送信するようにすることで、異常判定部３２が、センサ位置情報３０１に基づいて、状態通知情報に含まれる識別子からその状態通知情報を送信した赤外線センサ２０６の位置を特定可能とすればよい。

なお、足サイズ情報３０３については、実施の形態１と同様である。すなわち、上述の所定長を補助者５の足のサイズとする場合に利用される。

なお、以上の説明では、足の存在状態を計測する光電センサとして赤外線センサ２０６を使用する例について説明したが、これに限られない。赤外線以外の光によって足の存在状態を計測する反射型の光電センサを利用するようにしてもよい。

以上に説明したように、本実施の形態４では、ベルトコンベア２２とフレーム２１の境界を観測する複数の赤外線センサ２０６を有している。そして、赤外線センサ２０６によって赤外線の遮断が検出された場合にフレーム２１上に足が存在すると判定するようにしている。このように、荷重センサ２０１以外のセンサによっても、歩行訓練中の異常状態を検出することも可能である。

また、本実施の形態４では、さらに、異常判定部３２は、１か所のみで赤外線が遮断されるようになった場合、及び、赤外線が全く遮断されなくなった場合に、補助者５の足がベルトコンベア２２内に入り、ベルトコンベア２２に３つ以上の足が存在すると判定するようにしてもよい。そして、異常判定部３２によってベルトコンベア２２に３つ以上の足が存在すると判定された場合、コンベア制御部３３及びロボット制御部３４は、異常時処理を実施するようにしてもよい。

＜発明の実施の形態５＞
続いて、実施の形態５について説明する。以下、実施の形態１と同様の内容については、適宜省略して説明する。実施の形態４では、荷重以外で、フレーム２１及びベルトコンベア２２上の足の存在状態として計測する内容として、赤外線センサ２０６による計測結果を利用する例について説明したが、これ以外の計測内容を利用することもできる。本実施の形態５では、フレーム２１及びベルトコンベア２２上の足の存在状態をカメラによって計測する例について説明する。

図１７を参照して、本実施の形態５に係る歩行訓練システム１の構成について説明する。図１７に示すように、本実施の形態５では、トレッドミル２は、実施の形態１と比較して、複数の荷重センサ２０１に代えて、カメラ２０７を有する。なお、図１７では、本実施の形態５の特徴を明確にするために、訓練者４、補助者５、ロボット２３、免荷装置２４、及び手すり２６の図示は省略している。

カメラ２０７は、フレーム２１を上方から観測するように設置される。カメラ２０７は、例えば、図１７に示すように、上枠部材２８の下部に配置される。この上枠部材２８は、例えば、右前部の縦枠部材２７と右後部の縦枠部材２７とを連結するものとなる。なお、カメラ２０７は、フレーム２１を観測することができれば、図１７に例示する配置に限られない。例えば、上枠部材２９に配置するようにしてもよく、他のトレッドミル２上の部材に配置するようにしてもよい。

なお、図１７では、カメラ２０７の配置を明確にするために、フレーム２１の右枠部を観測するカメラ２０７のみを図示しているが、トレッドミル２は、フレーム２１の左枠部を観測するカメラ２０７も同様に有する。

続いて、図１８を参照して、本実施の形態５に係る歩行訓練システム１の異常検出方法について説明する。図１８は、フレーム２１及びベルトコンベア２２の上面図である。

上述したように、トレッドミル２は、フレーム２１の右枠部及び左枠部のそれぞれを観測するように２つのカメラ２０７を有する。そのため、フレーム２１の右枠部及び左枠部のそれぞれが、２つのカメラ２０７のそれぞれの観測範囲に含まれる。

２つのカメラ２０７のそれぞれは、フレーム２１の右枠部及び左枠部を撮像する。制御装置３は、２つのカメラ２０７による撮像結果に基づいて、フレーム２１上に存在する足を認識する。なお、この足の認識は、パターンマッチング等の一般的な画像認識技術のうち、任意の技術を採用するようにしてよい。

制御装置３は、カメラ２０７による撮像結果に基づいて３つ以上の足が認識されない場合、フレーム２１に３つ以上の足が存在しないことになる。この場合、制御装置３は、正常状態であると判定する。一方、制御装置３は、カメラ２０７による撮像結果に基づいて３つ以上の足が認識される場合、フレーム２１に３つ以上の足が存在することになる。この場合、制御装置３は、異常状態であると判定する。

続いて、図１９を参照して、本実施の形態５に係る歩行訓練システム１の制御系の構成について説明する。図１９に示すように、本実施の形態５では、実施の形態１と比較して、トレッドミル２において、フレーム２１が複数の荷重センサ２０１を有さず、上枠部材２８が２つのカメラ２０７を有する。

２つのカメラ２０７のそれぞれは、撮像によって生成したフレーム２１の画像を示す画像情報を制御装置３に送信する。本実施の形態４では、センサ値取得部３１は、複数の荷重センサ２０１に代えて、２つのカメラ２０７から送信された画像情報を受信する。

本実施の形態４では、異常判定部３２は、センサ値取得部３１が受信した画像情報が示す画像を解析して、フレーム２１上に３つ以上の足が存在するか否かを判定する。すなわち、異常判定部３２は、３つ以上の足が認識されるか否かを判定する。異常判定部３２は、３つ以上の足が認識されない場合、正常状態であると判定する。一方、異常判定部３２は、３つ以上の足が認識された場合、異常状態であると判定する。

以上に説明したように、本実施の形態５では、フレーム２１を撮像する少なくも１つのカメラ２０７を有している。そして、異常判定部３２は、カメラ２０７による撮像で生成された画像を解析することで足が認識された場合にフレーム２１上に足が存在すると判定する。このように、荷重センサ２０１以外のセンサ（イメージセンサ）によっても、歩行訓練中の異常状態を検出することも可能である。

なお、カメラ２０７による足の認識方法は、上述の例に限られない。例えば、図２０に示すように、フレーム２１の素材を透明又は半透明の素材とし、フレーム２１の下面を撮像するようにカメラ２０７を配置するようにしてもよい。すなわち、カメラ２０７は、フレーム２１の下方で上方を撮像するように配置される。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１ 歩行訓練システム
２ トレッドミル
３ 制御装置
４ 訓練者
５ 補助者
２１ フレーム
２２ ベルトコンベア
２３ ロボット
２４ 免荷装置
２５ モータボックス
２６ 手すり
２７ 縦枠部材
２８ 第１の上枠部材
２９ 第２の上枠部材
３１ センサ値取得部
３２ 異常判定部
３３ コンベア制御部
３４ ロボット制御部
３５ 免荷装置制御部
３６ 記憶部
２０１ 荷重センサ
２０２、２０３、２０４ モータ
２０５ ＯＮ／ＯＦＦセンサ
２０６ 赤外線センサ
２０７ カメラ
３０１ センサ位置情報
３０２ センササイズ情報
３０３ 足サイズ情報
３０４ センサ間隔情報

Claims (10)

1. 訓練者が歩行するためのコンベアと、
   前記コンベアの両側に位置し、補助者が両足の各々を乗せる一対の足置部と、
   前記足置部上の足の存在状態を計測する計測部と、
   前記計測部による計測結果に基づいて、前記足置部上に３つ以上の足が存在するか否かを判定する判定部と、
   前記判定部によって３つ以上の足が存在すると判定された場合、異常時制御を行う制御部と、
   を備えた歩行訓練システム。
2. 前記計測部は、前記足置部に対する足からの荷重を計測し、
   前記判定部は、前記計測部によって荷重が計測された場合に前記足置部上に足が存在すると判定する、
   請求項１に記載の歩行訓練システム。
3. 前記計測部は、前記足置部に対する足からの荷重分布を計測し、
   前記判定部は、２つの荷重分布間の長さが所定長よりも長い場合には、２つの足が存在すると判定し、２つの荷重分布間の長さが所定長以下である場合には、１つの足が存在すると判定する、
   請求項２に記載の歩行訓練システム。
4. 前記計測部は、前記足置部に対する足からの荷重分布を計測する複数の荷重センサを有し、
   前記複数の荷重センサは、前記足置部において前記訓練者の進行方向とは逆方向寄りの所定範囲内に並べて配置される、
   請求項３に記載の歩行訓練システム。
5. 前記計測部は、前記足置部において前記複数の荷重センサが配置される範囲外で足が乗せられた場合にＯＮとなり、足が乗せられていない場合にＯＦＦとなるＯＮ／ＯＦＦセンサを有し、
   前記判定部は、前記複数の荷重センサによる計測結果に基づいて前記足置部上に２つの足が存在すると判定された状態で、前記ＯＮ／ＯＦＦセンサがＯＮとなった場合に前記足置部上に３つ以上の足が存在すると判定する、
   請求項４に記載の歩行訓練システム。
6. 前記計測部は、前記コンベアと前記足置部の境界を観測する複数の光電センサを有し、
   前記判定部は、前記光電センサによって光の遮断が検出された場合に前記足置部上に足が存在すると判定する、
   請求項１に記載の歩行訓練システム。
7. 前記判定部は、光が遮断されている長さが所定長よりも長い場合には、２つの足が存在すると判定し、光が遮断されている長さが所定長以下である場合には、１つの足が存在すると判定する、
   請求項６に記載の歩行訓練システム。
8. 前記計測部は、前記足置部を撮像する少なくも１つのカメラを有し、
   前記判定部は、前記カメラによる撮像で生成された画像を解析することで足が認識された場合に前記足置部上に足が存在すると判定する、
   請求項１に記載の歩行訓練システム。
9. 前記制御部は、前記異常時制御として、前記コンベアを減速する、又は、前記コンベアを停止させる、
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載の歩行訓練システム。
10. 訓練者が歩行するためのコンベアと、
    前記コンベアの両側に位置し、補助者が両足の各々を乗せる一対の足置部と、
    前記コンベア上の足の存在状態を計測する計測部と、
    前記計測部による計測結果に基づいて、前記コンベア上に３つ以上の足が存在するか否かを判定する判定部と、
    前記判定部によって３つ以上の足が存在すると判定された場合、異常時制御を行う制御部と、
    を備えた歩行訓練システム。

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