JP6399034B2

JP6399034B2 - 歩行訓練装置及びその作動方法

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Description

本発明は、歩行訓練者が歩行訓練を行うための歩行訓練装置に関し、特に、歩行訓練装置において、歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であるか否かを判定する技術に関する。

歩行訓練者の脚部に脚部ロボットを装着して歩行訓練を行う歩行訓練装置が知られている。しかし、歩行訓練者が、痙縮状態又は固縮状態にある場合は、歩行訓練を行っても、十分な訓練効果を得ることはできない。痙縮状態及び固縮状態とは、筋肉が緊張し突っ張った状態であり、脳卒中などで脚部が麻痺した片麻痺者などによく見られる。また、痙縮は随意運動の障害で、固縮は不随意運動の障害である。
近年では、痙縮状態又は固縮状態の判定を行う技術が提案されており、例えば、非特許文献１には、患者が痙縮状態であるか否かを判定する技術が提案されている。

Riener R et al., "Robot-Supported Spasticity Evaluation", 9th Annual Conference of the International FES Society, September 2004

ところで、最近は、歩行訓練者が歩行訓練を行っている状態で、歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であるか否かを判定したいという要望がある。
しかし、非特許文献１は、患者が両脚を浮かせた状態で、患者が痙縮状態であるか否かを判定する技術である。言い換えれば、非特許文献１は、床から反力を受ける本来の歩行とは乖離した状態で患者の痙縮状態を判定する技術であるため、歩行訓練中の患者の痙縮状態を判定することはできない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、歩行訓練者が歩行訓練を行っている状態で、歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であるか否かを判定することができる歩行訓練装置及び状態判定方法を提供する。

上記目的を達成するための本発明の一態様に係る歩行訓練装置は、
歩行訓練者の脚部に装着される脚部ロボットと、
前記脚部ロボットの膝関節部を回転駆動するモータと、
前記歩行訓練者の歩容動作における遊脚期間において、前記膝関節部を回転駆動するように前記モータを制御する制御手段と、
前記モータが発生したトルクであるモータトルクを検出するモータトルク検出手段と、
前記遊脚期間中に前記モータトルク検出手段によって検出されたモータトルクの値を用いて、前記歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であるか否かを判定する判定手段と、を備える。

上記目的を達成するための本発明の一態様に係る状態判定方法は、
歩行訓練者の脚部に脚部ロボットを装着して歩行訓練を行う歩行訓練装置において、前記歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であるか否かを判定する状態判定方法であって、
前記歩行訓練者の歩容動作における遊脚期間において、前記脚部ロボットの膝関節部を回転駆動するようにモータを制御し、
前記遊脚期間中に前記モータが発生したトルクであるモータトルクを検出し、前記遊脚期間中に検出されたモータトルクの値を用いて、前記歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であるか否かを判定する。

上記の各態様によれば、歩行訓練者の歩容動作における遊脚期間において、脚部ロボットの膝関節部を回転駆動するモータが発生したモータトルクを検出し、検出されたモータトルクの値を用いて、歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であるか否かを判定する。これにより、歩行訓練者が歩行訓練を行っている状態で、歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であるか否かを判定することができる。

本発明の各態様によれば、歩行訓練者が歩行訓練を行っている状態で、歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であるか否かを判定することができる歩行訓練装置及び状態判定方法を提供することができる。

本発明の実施の形態１，２に係る歩行訓練装置の概略的な構成の一例を示す斜視図である。本発明の実施の形態１，２に係る脚部ロボットの概略的な構成の一例を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係る歩行訓練装置の概略的な機能ブロック構成の一例を示すブロック図である。歩行訓練時の歩行データの一例を示すグラフである。本発明の実施の形態１，２に係る脚部ロボットの一例を模式的に表した模式図である。痙縮モデルにおける係数の導出方法の一例を示すグラフである。固縮モデルにおける係数の導出方法の一例を示すグラフである。本発明の実施の形態１に係る歩行訓練装置における状態判定方法の概略的な流れの一例を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る歩行訓練装置の概略的な機能ブロック構成の一例を示すブロック図である。本発明の実施の形態２に係る歩行訓練装置における状態判定方法の概略的な流れの一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、以下で説明する各図面において、同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。
（１）実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る歩行訓練装置１の概略的な構成の一例を示す斜視図である。本実施の形態１に係る歩行訓練装置１は、例えば、片麻痺者などである歩行訓練者の歩行訓練を行うための装置である。歩行訓練装置１は、歩行訓練者の患脚に装着される脚部ロボット２と、歩行訓練者の歩行訓練を行う訓練装置３と、を備えている。

脚部ロボット２は、歩行訓練者の患脚に装着され、歩行訓練者の歩行を補助する（図２）。脚部ロボット２は、上腿フレーム２１と、上腿フレーム２１に膝関節部２２を介して連結された下腿フレーム２３と、下腿フレーム２３に足首関節部２４を介して連結された足平フレーム２５と、膝関節部２２を回転駆動するモータユニット２６と、足首関節部２４の可動範囲を調整する調整機構２７と、を有している。なお、脚部ロボット２の構成は一例であり、これに限られない。例えば、脚部ロボット２は、足首関節部２４を回転駆動するモータユニットを備えていてもよい。

足平フレーム２５には、歩行訓練者の足裏が受ける荷重を検出する足裏荷重検出部２８が設けられている。足裏荷重検出部２８は、歩行訓練者の足裏が受ける垂直荷重を検出する複数の荷重センサ２８ａを有している。図２においては、爪先側に一対の荷重センサ２８ａが配置されると共に、踵側に一対の荷重センサ２８ａが配置されている。なお、荷重センサ２８ａの数及び位置は、足裏の荷重中心を精度よく求めることができる配置であれば任意でよい。また、足裏荷重検出部２８は、足平フレーム２５に設けることには限られない。足裏荷重検出部２８は、例えば、足平フレーム２５の下側に設けてもよい。

上腿フレーム２１は、歩行訓練者の脚部の上腿部に取り付けられ、下腿フレーム２３は歩行訓練者の脚部の下腿部に取り付けられる。上腿フレーム２１には、上腿部に固定するための上腿装具２１２が設けられている。これにより、脚部ロボット２が歩行訓練者の脚部から左右方向あるいは上下方向にずれるのを防止できる。

上腿フレーム２１には、後述する第１引張部３５のワイヤー３４を接続するための、左右方向に延在する横長の第１フレーム２１１が設けられている。下腿フレーム２３には、後述する第２引張部３７のワイヤー３６を接続するための、左右方向に延在する横長の第２フレーム２３１が設けられている。

なお、上述した第１及び第２引張部３５，３７の接続態様は一例であり、これに限らない。例えば、第１及び第２引張部３５，３７のワイヤー３４，３６を上腿装具２１２に接続してもよい。

モータユニット２６は、膝関節部２２を回転駆動する。モータユニット２６は、後述するモータ２６１、モータトルク検出部２６２、及びモータ回転角度検出部２６３を備えている。

なお、上述した脚部ロボット２の構成は一例であり、これに限られない。歩行訓練者の脚部に装着され、その歩行を補助することができる任意の脚部ロボットが適用可能である。

訓練装置３は、トレッドミル３１と、フレーム本体３２と、制御装置３３と、第１引張部３５と、第２引張部３７と、を有している。トレッドミル３１は、リング状のベルト３１１を回転させる。歩行訓練者は、歩行訓練時には、ベルト３１１上に乗り、ベルト３１１の移動に応じて歩行を行う。

フレーム本体３２は、トレッドミル３１上に立設された２対の柱フレーム３２１と、各柱フレーム３２１に接続され前後方向に延在する一対の前後フレーム３２２と、各前後フレーム３２２に接続され左右方向に延在する３つの左右フレーム３２３と、を有している。なお、上述したフレーム本体３２の構成は、これに限られない。後述する第１及び第２引張部３５，３７が適切に固定できれば、フレーム本体３２は任意のフレーム構成であってもよい。

前方の左右フレーム３２３には、ワイヤー３４を上方かつ前方に引張する第１引張部３５が設けられている。後方の左右フレーム３２３には、ワイヤー３６を上方かつ後方に引張する第２引張部３７が設けられている。

第１及び第２引張部３５，３７は、例えば、ワイヤー３４,３６を巻取り及び巻き戻す機構、その機構を駆動するモータ、などから構成されている。第１及び第２引張部３５，３７が引張するワイヤー３４，３６の一端は、脚部ロボット２に接続されている。第１引張部３５は、ワイヤー３４を介して脚部ロボット２を上方かつ前方に引張する。第２引張部３７は、ワイヤー３６を介して脚部ロボット２を上方かつ後方に引張する。

第１及び第２引張部３５，３７は、モータの駆動トルクを制御することで、ワイヤー３４，３６の引張力を制御しているが、これに限らない。例えば、各ワイヤー３４，３６にバネ部材が接続されており、バネ部材の弾性力を調整することで、ワイヤー３４，３６の引張力を調整してもよい。

第１及び第２引張部３５，３７による引張力の鉛直上方の成分が脚部ロボット２の荷重を免荷する。そして、第１及び第２引張部３５，３７による引張力の水平成分が脚部の振出しをアシストする。それにより、歩行訓練時における歩行訓練者の歩行負荷を軽減することができる。

また、フレーム本体３２には、訓練指示、訓練メニュー、訓練情報（歩行速度、生体情報等）などの情報を表示する表示部３３１が設けられている。

制御装置３３は、第１及び第２引張部３５，３７の引張力と、トレッドミル３１の駆動と、脚部ロボット２と、をそれぞれ制御する。制御装置３３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び記憶部を有し、記憶部に格納されたプログラムをＣＰＵが実行することによって、本実施の形態１に係る制御装置３３としての処理を実行する。すなわち、制御装置３３の記憶部に格納されるプログラムは、本実施の形態１に係る制御装置３３における処理を、ＣＰＵに実行させるためのコードを含む。なお、記憶部は、例えば、上述のプログラムや、ＣＰＵにおける処理に利用される各種情報を格納することができる記憶装置を含んで構成される。記憶装置として、例えばメモリ及びハードディスク等の記憶装置のうち、少なくとも１つの任意の記憶装置を利用してよい。

本実施の形態１は、脚部ロボット２を制御する構成に特徴があり、第１及び第２引張部３５，３７及びトレッドミル３１を制御する構成は周知の技術を使用可能である。そのため、以下では、脚部ロボット２の制御を行う構成についてのみ説明し、第１及び第２引張部３５，３７及びトレッドミル３１の制御を行う構成については説明を省略する。

図３は、本実施の形態１に係る歩行訓練装置１の概略的な機能ブロック構成の一例を示すブロック図である。脚部ロボット２は、上述したモータユニット２６及び足裏荷重検出部２８を備えている。また、モータユニット２６は、モータ２６１、モータトルク検出部２６２、及びモータ回転角度検出部２６３を備えている。制御装置３３は、制御部３３２及び判定部３３３を備えている。制御部３３２及び判定部３３３は、記憶部に格納されるプログラムを実行するＣＰＵ等によって実現される。

モータ２６１は、膝関節部２２を回転駆動する。
モータトルク検出部２６２は、モータ２６１が発生したトルクであるモータトルク（単位は［Ｎｍ］）を検出する。モータトルク検出部２６２は、有線又は無線を介して制御装置３３と接続されており、検出したモータトルクの値を制御装置３３に出力する。

モータ回転角度検出部２６３は、モータ２６１の回転角度であるモータ回転角度（単位は［ｄｅｇ］）を検出する。モータ回転角度検出部２６３は、有線又は無線を介して制御装置３３と接続されており、検出したモータ回転角度の値を制御装置３３に出力する。
足裏荷重検出部２８は、歩行訓練者の足裏が受ける垂直荷重である足裏荷重（単位は［Ｎ］）を検出する。足裏荷重検出部２８は、有線又は無線を介して制御装置３３と接続されており、検出した足裏荷重の値を制御装置３３に出力する。

なお、上記では、モータトルク検出部２６２、モータ回転角度検出部２６３、及び足裏荷重検出部２８の各々が、検出した値を制御装置３３に出力することとしたが、これには限られない。例えば、制御装置３３と有線又は無線を介して接続された通信部を脚部ロボット２に設け、この通信部が、モータトルク検出部２６２、モータ回転角度検出部２６３、及び足裏荷重検出部２８の各々で検出した値を制御装置３３に出力してもよい。

判定部３３３は、足裏荷重検出部２８が検出した足裏荷重の値を用いて、歩行訓練者の歩容動作における遊脚期間を判定する。遊脚期間とは、脚部ロボット２が装着された側の脚部が床から浮いた状態にある期間である。本実施の形態１においては、判定部３３３は、足裏荷重の閾値として１つの閾値を設定し、足裏荷重が閾値を下回ったタイミング（第１タイミング）から、足裏荷重が閾値を超えたタイミング（第２タイミング）までの期間を、遊脚期間と判定する。

また、判定部３３３は、モータトルク検出部２６２が検出したモータトルクを、膝関節部２２を駆動するトルクである膝駆動トルク（単位は［Ｎｍ］）として算出する。また、判定部３３３は、モータ回転角度検出部２６３が検出したモータ回転角度を基に、膝関節部２２の回転角度である膝回転角度（単位は［ｄｅｇ］）を算出する。本実施の形態１においては、膝回転角度は、膝が伸展状態にある時を０［ｄｅｇ］とし、膝を屈曲するにしたがって負方向に大きくなるものとする。例えば、膝を直角に屈曲している状態にある時は、膝回転角度は−９０［ｄｅｇ］となる。モータ回転角度から膝回転角度を算出する方法は任意であるが、例えば、モータ２６１の１回転あたりの膝関節部２２の回転角度を予め求めておき、それを用いてモータ回転角度から膝回転角度を算出することができる。さらに、判定部３３３は、算出した膝回転角度を用いて、膝関節部２２の回転角速度である膝回転角速度（単位は［ｄｅｇ／ｓｅｃ］）を算出する。膝回転角速度は、膝回転角度を単位時間で除算することで算出することができる。

また、判定部３３３は、歩行訓練者や、歩行訓練者の近傍に配置される理学療法士等が操作する、図示しない操作部からの操作信号を、有線又は無線を介して入力する。そして、判定部３３３は、入力された操作信号を基に、歩行訓練が開始されたこと、歩行訓練が停止されたこと等を判定する。

制御部３３２は、歩行訓練者の歩容動作における遊脚期間において、歩行訓練者の歩行を補助（アシスト）するため、膝関節部２２を回転駆動するようにモータ２６１を制御する。

具体的には、制御部３３２は、歩行訓練者の歩容動作における遊脚期間において、遊脚開始から、膝回転角度が設定値に達するまでの遊脚屈曲時間においては、膝回転角度が単調増加するように、モータ２６１を制御する。また、制御部３３２は、遊脚期間において、遊脚屈曲時間に続く時間であって、膝回転角度が設定値に達してから、遊脚終了までの遊脚伸展時間においては、膝回転角度が単調減少するように、モータ２６１を制御する。そのため、制御部３３２は、遊脚期間中には、判定部３３３から膝回転角度を随時取得し、所望の膝回転角度を実現し得るように、モータ２６１を制御する。なお、制御部３３２は、歩行訓練者の歩容動作における遊脚期間であるか否かは、判定部３３３から通知されても良いし、足裏荷重検出部２８が検出した足裏荷重の値を入力して、自身で判定しても良い。

図４は、歩行訓練時の歩行データの一例を示すグラフである。まず、足裏荷重に着目すると、判定部３３３は、足裏荷重が閾値を下回ったタイミングから、足裏荷重が閾値を超えたタイミングまでの期間を、歩行訓練者の歩容動作における遊脚期間と判定する。次に、膝回転角度に着目すると、制御部３３２は、遊脚期間において、遊脚開始から、膝回転角度が設定値に達するまでは、膝回転角度が単調増加するように、モータ２６１を制御する。これにより、膝回転角度は、０［ｄｅｇ］から徐々に増加している。また、制御部３３２は、遊脚期間において、膝回転角度が設定値に達してからは、膝回転角度が単調減少するように、モータ２６１を制御する。これにより、膝回転角度は徐々に減少していき、最終的には０［ｄｅｇ］に戻る。なお、膝回転角度の設定値は、歩行訓練者毎に適正値が違うと考えられるため、歩行訓練者毎に設定しても良い。

本実施の形態１においては、判定部３３３は、歩行訓練者の歩容動作における遊脚期間であると判定した期間中の膝駆動トルク、膝回転角度、及び膝回転角速度の値を用いて、歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であるか否かを判定する。

以下、判定部３３３において、歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であるか否かを判定する判定方法について具体的に説明する。
痙縮は、速度依存性があることが知られている。例えば、患者が痙縮状態である場合、外部からの力で患者の筋肉を速く動かそうとするほど、患者の筋肉の抵抗は大きくなる。

これを利用して、痙縮モデルは、膝駆動トルクをＴ_spasticity［Ｎｍ］とし、膝回転角速度を

［ｄｅｇ／ｓｅｃ］とした場合、以下の式（１）のように近似することができる。

ここで、Ｄは、膝駆動トルクの値を被除数とし、膝回転角速度の値を除数とする除算の商に相当する係数である。この係数Ｄには、歩行訓練者が痙縮状態であるか否かを判定するための閾値である痙縮閾値（正値）が設定されている。判定部３３３は、この係数Ｄの値の絶対値が痙縮閾値を超えた場合に、歩行訓練者が痙縮状態であると判定する。

一方、固縮は、速度依存性がなく、外部からの力で筋肉を動かす速度にかかわらず、筋肉は一様の抵抗を示すことが知られている。例えば、患者が固縮状態である場合、外部からの力で患者の筋肉を速く動かそうとしても遅く動かそうとしても、患者の筋肉の抵抗はほぼ変わらない。

これを利用して、固縮モデルは、膝駆動トルクをＴ_rigidity［Ｎｍ］とし、膝回転速度をθ［ｄｅｇ］とした場合、以下の式（２）のように近似することができる。

ここで、Ｋは、膝駆動トルクの値を被除数とし、膝回転角度の値を除数とする除算の商に相当する係数であり、θ_offsetは、上記の除算の剰余に相当する係数である。この係数Ｋには、歩行訓練者が固縮状態であるか否かを判定するための閾値である第１固縮閾値（正値）が設定され、また、この係数θ_offsetには、歩行訓練者が固縮状態であるか否かを判定するための閾値である第２固縮閾値（正値）が設定されている。判定部３３３は、この係数Ｋの値の絶対値が第１固縮閾値を超えた場合に、又は、この係数θ_offsetの値の絶対値が第２固縮閾値を超えた場合に、歩行訓練者が固縮状態であると判定する。

なお、痙縮閾値、第１固縮閾値、及び第２固縮閾値は、例えば、以下のようにして決めることができる。
今回歩行訓練を行う歩行訓練者の過去の歩行訓練において、固縮又は痙縮が発生した時の歩行データを参考に決めることができる。
又は、多くの歩行訓練者の過去の歩行訓練において、固縮又は痙縮が発生した時の歩行データを参考に決めることもできる。
又は、歩行訓練者の近傍に配置された理学療法士等が、その場で、適宜、所望な値に設定することもできる。
ただし、痙縮閾値、第１固縮閾値、及び第２固縮閾値の上記の決め方は、あくまで一例であって、上述したものに限定はされない。

以下、式（１）の痙縮モデルにおける係数Ｄ及び式（２）の固縮モデルにおける係数Ｋ及びθ_offsetの導出方法について具体的に説明する。

最初に、式（１）の痙縮モデルにおける係数Ｄの導出方法について説明する。
手順１：
例えば、図５に示されるような模式化された脚部ロボット２を想定する。図５において、θは膝回転角度、φは重力方向に対する下肢の角度、ｍは下肢の重心位置の質量、ｌは膝関節と下肢重心位置との間の距離である。

ここで、歩行訓練者が装着していない時の脚部ロボット２の抵抗モデルは、以下の式（３）のように表すことができる。

式（３）において、Ｔは膝関節を駆動するトルク、Ｉは慣性モーメント、Ｒは粘性抵抗、Ｆは動摩擦係数、ｇは重力加速度である。また、Ｋ_１，Ｋ_２は、以下の関係にある。

判定部３３３は、上記のＩ，Ｄ，Ｆ，Ｋ_１，Ｋ_２を同定することで、式（３）のトルクＴを事前に求めておく。

手順２：
続いて、判定部３３３は、歩行訓練者の歩容動作における遊脚期間中に得られた膝駆動トルクをＴ１、式（３）で得られたトルクＴをＴ２とし、Ｔ１からＴ２を引いたトルクＴ３（Ｔ３＝Ｔ１−Ｔ２）を求める。このトルクＴ３が痙縮モデルの算出に用いるトルクとなる。

手順３：
続いて、判定部３３３は、図６に示されるように、

を横軸に、Ｔ３を縦軸にして、歩行訓練者の歩容動作における遊脚期間中に得られた

及びＴ３の値をグラフ上にプロットしていき、以下の式（４）のような近似式を得る。

膝駆動トルクは反力となるため、判定部３３３は、式（４）を以下の式（５）のように置き換える。

判定部３３３は、式（５）における「−Ｄ’」を、式（１）の痙縮モデルにおける係数Ｄとして導出する。
そして、判定部３３３は、式（１）の痙縮モデルにおける係数Ｄの値の絶対値が痙縮閾値を超えた場合に、歩行訓練者が痙縮状態であると判定することになる。したがって、係数Ｄの値の絶対値が大きくなるほど、歩行訓練者が痙縮状態であると判定されやすくなる。

次に、式（２）の固縮モデルにおける係数Ｋ及びθ_offsetの導出方法について説明する。
手順１：
判定部３３３は、痙縮モデルの手順１と同様に、式（３）のトルクＴを事前に求めておく。

手順２：
続いて、判定部３３３は、痙縮モデルの手順２と同様に、トルクＴ３（Ｔ３＝Ｔ１−Ｔ２）を求める。このトルクＴ３が固縮モデルの算出に用いるトルクとなる。

手順３：
続いて、判定部３３３は、図７に示されるように、θを横軸に、Ｔ３を縦軸にして、歩行訓練者の歩容動作における遊脚期間中に得られたθ及びＴ３の値をグラフ上にプロットしていき、以下の式（６）のような近似式を得る。

膝駆動トルクは反力となるため、判定部３３３は、式（６）を以下の式（７）のように置き換える。

判定部３３３は、式（７）における「−Ｋ’」を、式（２）の固縮モデルにおける係数Ｋとして導出すると共に、式（７）における「−θ’_offset」を、式（２）の固縮モデルにおける係数θ_offsetとして導出する。
そして、判定部３３３は、式（２）の固縮モデルにおける係数Ｋの値の絶対値が第１固縮閾値を超えた場合に、又は、式（２）の固縮モデルにおける係数θ_offsetの値の絶対値が第２固縮閾値を超えた場合に、歩行訓練者が固縮状態であると判定することになる。したがって、係数Ｋの値の絶対値が大きくなるほど、また、係数θ_offsetの値の絶対値が大きくなるほど、歩行訓練者が固縮状態であると判定されやすくなる。

図８は、本実施の形態１に係る歩行訓練装置１において、歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であるか否かを判定する状態判定方法の一例を示すフローチャートである。
歩行訓練者や理学療法士等は、図示しない操作部を操作して、歩行訓練を開始する。歩行訓練が開始されると、判定部３３３は、歩行訓練者の歩容動作における遊脚期間であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。遊脚期間でない場合（ステップＳ１１のＮｏ）、後述のステップＳ１４に進む。

ステップＳ１１において、歩行訓練者の歩容動作における遊脚期間である場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、制御部３３２は、歩行訓練者の歩行を補助するために、膝関節部２２を回転駆動するようにモータ２６１を制御する（ステップＳ１２）。
続いて、判定部３３３は、遊脚期間中にモータトルク検出部２６２によって検出されたモータトルクの値を用いて、歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。

続いて、判定部３３３は、歩行訓練が停止されたか否かを判定する（ステップＳ１４）。歩行訓練者やその近傍に配置された理学療法士等は、歩行訓練を停止する場合、図示しない操作部を操作して、歩行訓練を停止する。そのため、判定部３３３は、歩行訓練を停止する操作がなされたか否かで、歩行訓練が停止されたか否かを判定すれば良い。
ステップＳ１４において、歩行訓練が停止された場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）、処理を終了し、歩行訓練が停止されていない場合（ステップＳ１４のＮＯ）、ステップＳ１１の処理に戻る。

上述したように本実施の形態１によれば、判定部３３３は、歩行訓練者の歩容動作における遊脚期間中にモータトルク検出部２６２によって検出されたモータトルクの値を用いて、歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であるか否かを判定する。そのため、歩行訓練者が歩行訓練を行っている状態で、歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であるか否かを判定することができる。

また、痙縮状態又は固縮状態の判定に用いるモータトルクの値を、歩行訓練者の歩容動作における遊脚期間のみに限定し、立脚期間中のモータトルクの値を使わないようにしている。これにより、歩行訓練者の脚部が立脚時の接地によって床から受ける荷重の影響を受けることなく、痙縮状態又は固縮状態の判定を行うことができるため、痙縮状態又は固縮状態の判定を精度良く行うことができる。

（２）実施の形態２
本実施の形態２に係る歩行訓練装置１’は、実施の形態１に係る歩行訓練装置１と比較して、図１及び図２に示される外観構成については同様であるが、機能ブロック構成が異なっている。
図９は、本実施の形態２に係る歩行訓練装置１’の概略的な機能ブロック構成の一例を示すブロック図である。本実施の形態２に係る歩行訓練装置１’は、制御装置３３内に、通知部３３４が追加されている。

通知部３３４は、判定部３３３によって歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であると判定された場合、歩行訓練者やその近傍に配置された理学療法士等に対し、歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態にあることを通知する。通知の方法としては任意の方法が使用可能である。例えば、歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態にあることを示す画面を表示部３３１に画面表示してもよい。また、歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態にあることを示すメッセージを、スピーカー等の音声出力部から音声出力してもよい。また、メッセージの代わりに、ブザー等の警告音を音声出力してもよい。

図１０は、本実施の形態２に係る歩行訓練装置１’において、歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であるか否かを判定する状態判定方法の一例を示すフローチャートである。
まず、実施の形態１の図８と同様のステップＳ１１〜Ｓ１３の処理が行われる。
続いて、通知部３３４は、直前のステップＳ１３において、判定部３３３によって歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であると判定されたか否かを判定する（ステップＳ２１）。歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であると判定されていない場合（ステップＳ２１のＮＯ）、後述のステップＳ１４に進む。

ステップＳ２１において、歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であると判定されていた場合（ステップＳ２１のＹＥＳ）、通知部３３４は、歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態にあることを通知する（ステップＳ２２）。上述のように、通知の方法としては、例えば、表示部３３１に画面表示する、スピーカー等の音声出力部からメッセージを音声出力する、ブザー等の警告音を音声出力する等が考えられる。
その後、実施の形態１の図８と同様のステップＳ１４の処理が行われる。

上述したように本実施の形態２によれば、通知部３３４は、判定部３３３によって歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であると判定した場合、その旨を通知する。そのため、歩行訓練者やその近傍に配置された理学療法士等は、歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態になっていることを知ることができる。
なお、本実施の形態２のその他の効果は実施の形態１と同様である。

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。
例えば、上記実施の形態においては、足裏荷重の閾値を１つ設定し、足裏荷重が閾値を下回った第１タイミングから、足裏荷重が閾値を超えた第２タイミングまでを、遊脚期間と判定していたが、遊脚期間の判定方法はこれには限定されない。

例えば、足裏荷重の閾値として、第１閾値と、第１閾値よりも小さい値となる第２閾値と、の２つの閾値を設定する。そして、足裏荷重が第１閾値を下回った第１タイミングから、足裏荷重が第２閾値を超えた第２タイミングまでを、遊脚期間と判定してもよい。遊脚期間の終了を判定する第２閾値を高くした場合、立脚時に床をある程度強く踏み込まないと遊脚期間の終了とは判定されない。しかし、立脚時に床を強く踏み込むと、その反動等で足裏荷重が小さい方に振れてしまう場合がある。そうすると、実際には脚部が立脚状態にあるにもかかわらず、遊脚期間が開始されたと誤判定されて、遊脚期間中の歩行訓練者の歩行を補助する処理を開始してしまうという誤動作が生じる。これを防止するために、遊脚期間の終了を判定する第２閾値は低く設定するのが良い。

又は、足裏荷重の閾値を１つのままとし、足裏荷重が閾値を下回った第１タイミングから、所定時間を経過した第２タイミングまでを、遊脚期間と判定してもよい。所定時間は、歩行訓練者が膝の屈曲を開始したタイミングから、膝回転角度が設定値に達し、その後に歩行訓練者が膝を伸展させたタイミングまでの時間に相当する。この場合、所定時間の経過後は、歩行訓練者が立脚せず、膝を伸展させたままの状態にあると考えられるが、その状態の歩行データを取っても痙縮状態及び固縮状態のどちらも判定することができず、意味がない歩行データとなる。そのため、上記の所定時間のみを遊脚期間と判定して、痙縮状態又は固縮状態を判定する。

また、上記実施の形態においては、歩行訓練装置は、歩行訓練者の痙縮状態及び固縮状態の双方を判定することが可能な構成であったが、これには限定されない。本発明の歩行訓練装置は、歩行訓練者の痙縮状態又は固縮状態のいずれか一方を判定することが可能な構成であれば良い。

１歩行訓練装置
２脚部ロボット
２１上腿フレーム
２１１第１フレーム
２１２上腿装具
２２膝関節部
２３下腿フレーム
２３１第２フレーム
２４足首関節部
２５足平フレーム
２６モータユニット
２６１モータ
２６２モータトルク検出部
２６３モータ回転角度検出部
２７調整機構
２８足裏荷重検出部
２８ａ荷重センサ
３訓練装置
３１トレッドミル
３１１ベルト
３２フレーム本体
３２１柱フレーム
３２２前後フレーム
３２３左右フレーム
３３制御装置
３３１表示部
３３２制御部
３３３判定部
３３４通知部
３４ワイヤー
３５第１引張部
３６ワイヤー
３７第２引張部

Claims

歩行訓練者の脚部に装着される脚部ロボットと、
前記脚部ロボットの膝関節部を回転駆動するモータと、
前記歩行訓練者の歩容動作における遊脚期間において、前記膝関節部を回転駆動するように前記モータを制御する制御手段と、
前記モータが発生したトルクであるモータトルクを検出するモータトルク検出手段と、
前記歩行訓練者の歩容動作における立脚期間中に前記モータトルク検出手段によって検出されたモータトルクの値は使用せず、前記遊脚期間中に前記モータトルク検出手段によって検出されたモータトルクの値のみを用いて、前記歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であるか否かを判定する判定手段と、
を備える歩行訓練装置。
前記モータの回転角度であるモータ回転角度を検出するモータ回転角度検出手段をさらに備え、
前記判定手段は、
前記遊脚期間中に前記モータ回転角度検出手段によって検出された前記モータ回転角度の値を用いて、前記遊脚期間中の前記膝関節部の回転角度である膝回転角度又は前記膝関節部の回転角速度である膝回転角速度を算出し、
前記遊脚期間中の前記モータトルクの値と、前記遊脚期間中の前記膝回転角度又は前記膝回転角速度の値と、を用いて、前記歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であるか否かを判定する、
請求項１に記載の歩行訓練装置。
前記判定手段は、
前記遊脚期間中の前記モータトルクの値を被除数とし、前記遊脚期間中の前記膝回転角度の値を除数とする除算の商に相当する値の絶対値が、前記歩行訓練者の固縮状態を判定するための閾値である第１固縮閾値を超えた場合に、又は、前記除算の剰余に相当する値の絶対値が、前記歩行訓練者の固縮状態を判定するための閾値である第２固縮閾値を超えた場合に、前記歩行訓練者が固縮状態であると判定する、
請求項２に記載の歩行訓練装置。
前記判定手段は、
前記遊脚期間中の前記モータトルクの値を被除数とし、前記遊脚期間中の前記膝回転角速度の値を除数とする除算の商に相当する値の絶対値が、前記歩行訓練者の痙縮状態を判定するための閾値である痙縮閾値を超えた場合に、前記歩行訓練者が痙縮状態であると判定する、
請求項２又は３に記載の歩行訓練装置。
前記制御手段は、
前記遊脚期間において、前記膝回転角度が設定値に達するまでは前記膝回転角度が単調増加し、前記膝回転角度が前記設定値に達してからは前記膝回転角度が単調減少するように、前記モータを制御する、
請求項２から４のいずれか１項に記載の歩行訓練装置。
前記歩行訓練者の足裏が受ける荷重である足裏荷重を検出する足裏荷重検出手段をさらに備え、
前記判定手段は、
前記足裏荷重検出手段によって検出された足裏荷重の値が第１閾値を下回った第１タイミングから、前記足裏荷重検出手段によって検出された足裏荷重の値が前記第１閾値よりも小さい第２閾値を超えたか、又は、前記第１タイミングから所定時間が経過した第２タイミングまでの期間を、前記遊脚期間と判定する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の歩行訓練装置。
歩行訓練者の脚部に脚部ロボットを装着して歩行訓練を行う歩行訓練装置の作動方法であって、
制御手段が、前記歩行訓練者の歩容動作における遊脚期間において、前記脚部ロボットの膝関節部を回転駆動するようにモータを制御し、
モータトルク検出手段が、前記モータが発生したトルクであるモータトルクを検出し、
判定手段が、前記歩行訓練者の歩容動作における立脚期間中に検出されたモータトルクの値は使用せず、前記遊脚期間中に検出されたモータトルクの値のみを用いて、前記歩行訓練者が痙縮状態又は固縮状態であるか否かを判定する、
歩行訓練装置の作動方法。