步行训练器.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103108618 A (43)申请公布日 2013.05.15 CN 103108618 A *CN103108618A* (21)申请号 201080039137.8 (22)申请日 2010.08.31 2009-202077 2009.09.01 JP A61H 3/04(2006.01) (71)申请人 公立大学法人高知工科大学 地址 日本高知县 (72)发明人 王硕玉 石田健司 永野敬典 猪野真吾 藤江正克 (74)专利代理机构 北京金信立方知识产权代理 有限公司 11225 代理人 黄威 孙丽梅 (54) 发明名称 步行训练器 (57) 摘要 一种即使对

2、于刚刚遭遇事故或进行手术之后 等的、 连支承上半身的肌肉力量都不具备的重度 的步行障碍者也能够实施步行训练， 并能够获得 较高的康复效果， 而且还能够容易地实施在室内 的移动的步行训练器。所述步行训练器具备 ： 座 部(1)， 其高度为使用者(R)能够在脚与地面接触 的状态下就坐的高度 ； 支承部件 (2)， 其对所述座 部进行支承 ； 全方位移动部件 (3)， 其被安装在所 述支承部件上。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.03.01 (86)PCT申请的申请数据 PCT/JP2010/064849 2010.08.31 (87)PCT申请的公布数据 WO201

3、1/027750 JA 2011.03.10 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书7页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103108618 A CN 103108618 A *CN103108618A* 1/1 页 2 1. 一种步行训练器， 其特征在于， 具备 ： 座部， 其高度为使用者能够在脚与地面接触的状态下就坐的高度 ； 支承部件， 其对所述座部进行支承 ； 全方位移动部件， 其被安装在所述支承部件上。 2. 如权利要求 1 所述的步行训练器， 其特征在于， 具备

4、前方跌倒防止部件， 所述前方跌倒防止部件防止就坐于所述座部的状态下的使用 者向前方跌倒。 3. 如权利要求 2 所述的步行训练器， 其特征在于， 具备靠背部， 所述靠背部对就坐于所述座部的状态下的使用者的背部进行支承， 所述前方跌倒防止部件由俯视观察时呈大致 U 字状的安全扶手构成， 所述安全扶手 能够以所述靠背部为支点而从使用者的后方朝向前方进行转动， 并且在转动至前方的状态 下， 包围就坐于所述座部的状态下的使用者的前方以及左右侧方。 4. 如权利要求 2 所述的步行训练器， 其特征在于， 具备靠背部， 所述靠背部对就坐于所述座部的状态下的使用者的背部进行支承， 所述前方跌倒防止部件由被安

5、装在所述靠背部上且能够卷绕在使用者的腹部上的带 部件构成。 5. 如权利要求 2 所述的步行训练器， 其特征在于， 所述前方跌倒防止部件由正面观察时呈大致 T 字状的前方扶手构成， 所述前方扶手被 设置在所述座部的前方， 并且能够被就坐于所述座部的状态下的使用者用双手握住。 6. 如权利要求 1 至 5 中任意一项所述的步行训练器， 其特征在于， 所述座部以能够进行高度调节的方式而构成。 权 利 要 求 书 CN 103108618 A 2 1/7 页 3 步行训练器 技术领域 0001 本发明涉及一种为了实施用于步行机能恢复的康复训练而利用的步行训练器。 背景技术 0002 最近， 随着人口

6、结构的老龄化的发展， 发生由于老龄而引起的跌倒骨折、 肌肉力量 下降、 关节可动范围降低以及平衡感觉衰退等的人数增加， 其结果为， 需要步行机能的康复 训练的患者的数量正在增多。 0003 虽然在通常情况下， 步行机能的康复训练是于医院等设施内在接受理疗师以及护 士等的护理人员的辅助的同时而实施的， 但是存在由于护理人员的身体负担较大以及理疗 师的人数不足等从而无法获得充分的训练时间等的问题。 0004 虽然鉴于这种问题点， 提出了多种用于不需要治疗师的辅助而由患者自行实施步 行训练的步行训练器， 但是只能在前后方向上进行移动的步行训练器不适合于在狭窄的室 内的移动。 0005 另一方面， 由

7、于本申请发明人之前提出的专利文献 1 的公开技术具有能够向全方 位进行移动的结构， 因此对于在狭窄的室内的移动也能够适用。 0006 但是， 由于包括专利文献 1 的公开技术在内的、 现有的步行训练器被构成为， 步行 者在直立的姿势下实施步行训练， 因此只能适用于具备某种程度的直立姿势保持的肌肉力 量的患者， 而无法使用于刚刚遭遇事故或进行手术之后等的、 连支承上半身的肌肉力量都 不具备的重度的步行障碍者的训练上。 0007 另一方面， 为了难以实施站立姿势下的步行训练的、 重度的步行障碍者， 开发出了 一种如下的训练器 ( 下肢运动疗法装置 )， 其能够在躺在床上的状态下实施踏板踩踏运动 等

8、的运动脚部的动作。 0008 但是， 由于通过这种训练器而实施的动作基本上为踩踏动作， 而并非脚与地面接 触而实施的步行动作， 因此无法充分地获得步行机能的康复效果。 0009 在先技术文献 0010 专利文献 1 ： 日本特开 2003-62022 号公报 发明内容 0011 发明所要解决的课题 0012 本发明是为了解决上述的现有技术的问题点而实施的发明， 其目的在于， 提供一 种如下的步行训练器， 即， 即使对于刚刚遭遇事故或进行手术之后等的、 连支承上半身的肌 肉力量都不具备的重度的步行障碍者也能够实施步行训练， 并能够获得较高的康复效果， 而且还能够容易地实施在室内的移动的步行训练器

9、。 0013 用于解决课题的方法 0014 技术方案 1 所涉及的发明涉及一种步行训练器， 其特征在于， 具备 ： 座部， 其高度 为使用者能够在脚与地面接触的状态下就坐的高度 ； 支承部件， 其对所述座部进行支承 ； 说 明 书 CN 103108618 A 3 2/7 页 4 全方位移动部件， 其被安装在所述支承部件上。 0015 技术方案2所涉及的发明涉及技术方案1所述的步行训练器， 其特征在于， 具备前 方跌倒防止部件， 所述前方跌倒防止部件防止就坐于所述座部的状态下的使用者向前方跌 倒。 0016 技术方案3所涉及的发明涉及技术方案2所述的步行训练器， 其特征在于， 具备靠 背部，

10、所述靠背部对就坐于所述座部的状态下的使用者的背部进行支承， 所述前方跌倒防 止部件由俯视观察时呈大致 U 字状的安全扶手构成， 所述安全扶手能够以所述靠背部为支 点而从使用者的后方朝向前方进行转动， 并且在转动至前方的状态下包围就坐于所述座部 的状态下的使用者的前方以及左右侧方。 0017 技术方案4所涉及的发明涉及技术方案2所述的步行训练器， 其特征在于， 具备靠 背部， 所述靠背部对就坐于所述座部的状态下的使用者的背部进行支承， 并且所述前方跌 倒防止部件由被安装在所述靠背部上且能够卷绕在使用者的腹部上的带部件构成。 0018 技术方案5所涉及的发明涉及技术方案2所述的步行训练器， 其特征

11、在于， 所述前 方跌倒防止部件由正面观察时呈大致 T 字状的前方扶手构成， 所述前方扶手被安装在所述 座部的前方， 且能够被就坐于所述座部的状态下的使用者用双手握住。 0019 技术方案 6 所涉及的发明涉及技术方案 1 至 5 中任意一项所述的步行训练器， 其 特征在于， 所述座部以能够进行高度调节的方式而构成。 0020 发明效果 0021 根据技术方案 1 所涉及的发明， 由于使用者能够在就坐于座部的状态下实施步行 训练， 因此即使对于刚刚遭遇事故或进行手术之后等的、 连支承上半身的肌肉力量都不具 备的重度的步行障碍者也能够实施步行训练。即， 即使是无法使用现有的在站立姿势下使 用的步行

12、训练器的重度的患者， 只要具备能够就坐的肌肉力量即可实施步行训练。 0022 此外， 由于具备全方位移动部件， 因此即使通过在就坐状态下的步行运动也能够 容易地进行全方位的移动， 从而能够获得较高的康复效果。 尤其是， 由于能够以脚部与地面 实际接触而进行运动的方式来进行移动， 因此与在躺在床上的状态下实施踏板踩踏等运动 的、 现有的重症患者用的训练器相比， 能够获得特别优异的康复效果。另外， 还能够容易地 实施在狭窄的室内的移动。 0023 根据技术方案 2 所涉及的发明， 由于具备防止就坐于座部的状态下的使用者向前 方的跌倒的前方跌倒防止部件， 因此防止了使用者在训练中向前方跌倒的情况，

13、从而能够 安全地实施步行训练。 0024 根据技术方案 3 所涉及的发明， 通过在训练中将安全扶手转动至使用者的前方而 包围使用者的前方以及左右的侧方， 从而防止了使用者向前方以及侧方跌倒的情况， 由此 能够安全地实施步行训练。 此外， 通过在训练结束时将安全扶手转动至使用者的后方， 从而 能够使使用者容易地从训练器离开。 而且， 由于具有靠背部， 因此还能够防止使用者向后方 跌倒的情况。 0025 根据技术方案 4 所涉及的发明， 通过在训练中使带部件卷绕在使用者的腹部上， 从而防止了使用者向前方跌倒的情况， 由此能够安全地实施步行训练。 而且， 由于具有靠背 部， 因此还能够防止使用者向后

14、方跌倒的情况。 0026 根据技术方案 5 所涉及的发明， 通过使用者在训练中用双手握住前方扶手， 从而 说 明 书 CN 103108618 A 4 3/7 页 5 防止了使用者向前方跌倒的情况， 由此能够安全地实施步行训练。 0027 根据技术方案 6 所涉及的发明， 由于座部以能够进行高度调节的方式而构成， 因 此能够按照使用者的体格而对座部的高度进行调节， 从而对于各个使用者而言， 能够以最 合适的高度来实施步行训练， 由此能够获得较高的康复效果。 附图说明 0028 图 1 为表示本发明所涉及的步行训练器的第一实施方式的立体图。 0029 图 2 为从座部的上表面向下方观察时的俯视图

15、。 0030 图 3 为从座部的下表面向下方观察时的俯视图。 0031 图 4 为本发明所涉及的步行训练器的侧视图。 0032 图 5 为表示本发明所涉及的步行训练器的第二实施方式的侧视图。 0033 图 6 为表示本发明所涉及的步行训练器的第三实施方式的侧视图。 0034 图 7 图示了用于导出用于实施本发明所涉及的步行训练器的运动控制的、 运动学 以及动力学的坐标设定和结构模型。 具体实施方式 0035 下面， 适当参照附图， 对本发明所涉及的步行训练器的优选实施方式进行说明。 0036 图 1 为表示本发明所涉及的步行训练器的第一实施方式的立体图。 0037 本发明所涉及的步行训练器具备

16、 ： 座部 1， 其高度为使用者能够在脚与地面接触 的状态下就坐的高度 ； 支承部件 2， 其将座部 1 支承在所述高度上 ； 全方位移动部件 3， 其被 安装在支承部件 2 上 ； 前方跌倒防止部件 4， 其防止就坐于座部 1 的状态下的使用者向前方 跌倒 ； 控制部 ( 省略图示 )， 其对全方位移动部件 3 的驱动进行控制。 0038 图 2 为从座部 1 的上表面向下方观察时的俯视图， 图 3 为从座部 1 的下表面向下 方观察时的俯视图， 图 4 为本发明所涉及的步行训练器的侧视图。 0039 如图2所示， 座部1具有前方的宽度变窄的在俯视观察时呈大致三角形形状的、 如 自行车的车座

17、那样的形状。由此， 使用者 R 于就坐状态下， 成为脚部左右横跨前方部的形态 ( 参照图 4)。其结果为， 使用者不易向左右方向跌倒， 并且左右的脚部易于在横向上运动。 因此， 不仅前后方向， 还能够容易地实施向左右以及斜向的步行训练， 从而能够获得较高的 康复效果。 0040 支承部件 2 由被安装在全方位移动部件 3 上的支承框架 21、 和被垂直地直立设置 在支承框架 21 的大致中心处的支柱 22 构成， 座部 1 被固定在支柱 22 的上端部上。 0041 支柱22具有能够对长度进行调节的结构(例如， 油压气缸结构或螺旋结构)， 通过 对支柱 22 的长度进行调节， 从而能够对座部

18、1 的高度进行调节。由此， 能够按照使用者的 体格 ( 身高以及坐高等 ) 而对座部 1 的高度进行调节。例如， 通过将座部 1 的高度设定为 能够在 400 至 800mm 之间进行调节， 从而能够对应于身高 150 至 190cm 的使用者。 0042 如此， 由于座部1的高度能够调节， 因此能够针对于各个使用者而将座部1的高度 设定为最合适的高度， 从而能够以舒适的姿势持续地实施步行训练， 由此能够获得较高的 康复效果。 0043 支承框架 21 是将由铝等金属构成的棒状的框架部件以俯视观察时呈大致 T 字状 说 明 书 CN 103108618 A 5 4/7 页 6 的方式组装而形成

19、的 ( 参照图 3)， 在 T 字的三个方向的端部上分别安装有全方位移动部件 3。但是， 支承框架 21 的俯视观察形状并不限定于 T 字状， 例如也可以为圆弧状等其他的形 状。 0044 在支承部件 21 上搭载有蓄电池 5。 0045 蓄电池 5 对用于驱动全方位移动部件 3 的电动机 ( 省略图示 ) 供给电力。 0046 作为全方位移动部件 3， 虽然通常情况下优选使用例如称为 “omni wheel” ( 商标 ) 的全方位车轮， 但只要是具有能够全方位进行移动的部件， 则没有特别限定， 既可以为与全 方位车轮结构不同的车轮式的移动部件， 也可以为带式的移动部件等。 0047 在本发

20、明中， 作为全方位移动部件 3， 优选使用如下的部件， 即， 本申请发明人在日 本特许第 4003082 号中提出的结构的部件， 具体而言， 该部件为， 具备一个或多个能够利用 第一转动轴而进行转动的滚轮框架， 且滚轮框架沿着自身的边缘而对多个自由滚轮进行保 持， 并且将框架转动单元收纳在其自身的内部而形成的部件， 其中， 所述框架转动单元使滚 轮框架围绕第一转动轴而进行转动。 0048 由于本发明所涉及的步行训练器具备全方位移动部件 3， 因此不仅在前后方向上， 还能够在左右方向、 斜向以及转动方向等的全方位上顺利地进行移动。 因此， 能够成为康复 效果非常优异的步行训练器， 从而实现步行机

21、能的提早恢复。 0049 全方位移动部件 3 的数量没有特别限定， 虽然在图示示例中设置了三个， 但也可 以设置四个以上。当设置四个以上时， 优选为， 例如将支承框架 22 的俯视形状设为圆弧状。 0050 在座部1的后方安装有靠背部6， 所述靠背部6对就坐于座部的状态下的使用者的 背部进行支承。由此， 能够端正使用者的姿势， 并且能够防止使用者向后方跌倒的情况。 0051 在靠背部6上安装有带部件41， 所述带部件41作为用于防止就坐于座部1的状态 下的使用者向前方跌倒的前方跌倒防止部件 4 而发挥功能。 0052 带部件 41 由左右两根带构成， 各个带的顶端上安装有扣环等卡合部件。因此，

22、 通 过使左右两根带在使用者 R 的腹部前方相互卡合， 从而能够以使带部件 41 卷绕在使用者 R 的腹部上的状态而进行固定 ( 参照图 4)。 0053 由此， 防止了就坐于座部1的状态下的使用者R向前方跌倒的情况， 从而能够安全 地实施步行训练。 0054 在座部1的前方安装有操作部8， 所述操作部8对控制全方位移动部件3的驱动的 控制部进行操作。 但是， 在本发明中， 也可以通过例如对使用者的重心移动进行检测从而确 定移动方向的、 被动式控制等的自动控制， 来实施全方位移动部件 3 的驱动， 此时无需设置 用于使用者通过手动来进行操作的操作部 8。 0055 图 5 为表示本发明所涉及的

23、步行训练器的第二实施方式的侧视图。 0056 第二实施方式所涉及的步行训练器与第一实施方式的步行训练器同样地具备 ： 座 部1， 其高度为使用者能够在脚与地面接触的状态下就坐的高度 ； 支承框架2， 其将座部1支 承在所述高度上 ； 全方位移动部件 3， 其被安装在支承框架 2 上 ； 前方跌倒防止部件 4， 其防 止就坐于座部 1 的状态下的使用者向前方跌倒 ； 支承部件 2， 其对座部 1 进行支承 ； 蓄电池 5 ； 控制部 ( 省略图示 )， 其对全方位移动部件 3 的驱动进行控制。 0057 由于座部 1、 支承部件 2、 全方位移动部件 3 以及蓄电池 (5) 的结构与第一实施方

24、式的部件相同， 因此省略其说明， 并对与第一实施方式的部件不同结构的前方跌倒防止部 说 明 书 CN 103108618 A 6 5/7 页 7 件 4 进行说明。 0058 第二实施方式所涉及的步行训练器具备前方扶手 42， 所述前方扶手 42 作为用于 防止就坐于座部 1 的状态下的使用者向前方跌倒的前方跌倒防止部件 4 而发挥功能。 0059 前方扶手 42 为， 被设置在座部 1 的前方的、 正面观察时呈大致 T 字状的部件， 且由 在上下方向上延伸的垂直部分 42a、 和于垂直部分 42a 的上端部在左右方向上延伸的水平 部分 42b 构成。使用者在就坐于座部 1 的状态下， 能够用

25、双手握住前方扶手 42 的水平部分 42b( 参照图 5)。 0060 由此， 防止了就坐于座部 1 的状态下的使用者向前方跌倒的情况， 从而能够安全 地实施步行训练。 0061 图 6 为表示本发明所涉及的步行训练器的第三实施方式的侧视图。 0062 第三实施方式所涉及的步行训练器与第一实施方式的步行训练器同样地具备 ： 座 部 1， 其高度为使用者能够在脚与地面接触的状态下就坐的高度 ； 支承部件 2， 其将座部 1 支承在所述高度上 ； 全方位移动部件 3， 其被安装在支承部件 2 上 ； 前方跌倒防止部件 4， 其 防止就坐于座部 (1) 的状态下的使用者向前方跌倒 ； 蓄电池 5 ；

26、 靠背部 6 ； 控制部 ( 省略图 示 )， 其对全方位移动部件 3 的驱动进行控制。 0063 由于座部 1、 支承框架 2、 全方位移动部件 3、 蓄电池 5 以及靠背部 6 的结构与第一 实施方式的部件相同， 因此省略其说明， 并对与第一实施方式的部件不同结构的前方跌倒 防止部件 4 进行说明。 0064 第三实施方式所涉及的步行训练器具备安全扶手 43， 所述安全扶手 43 作为用于 防止就坐于座部 1 的状态下的使用者向前方跌倒的前方跌倒防止部件 4 而发挥功能。 0065 安全扶手 43 为如下的部件， 即， 由使用时在横穿使用者 R 前方的方向上延伸的前 方部分 43a、 和在

27、使用者 R 的左右侧方沿前后方向延伸的左右一对侧方部分 43b 一体形成 的、 俯视观察时呈大致U字状的部件， 且侧方部分43b的两个端部以能够转动的方式而被安 装在靠背部 6 的上端部上。由此， 在附图中如想象线 ( 双点划线 ) 所示， 安全扶手 43 能够 以靠背部 6 为支点而从使用者 R 的后方朝向前方在大约 90 度的范围内进行转动， 并且在转 动至前方的状态下， 包围就坐于座部 1 的状态下的使用者 R 的前方以及左右的侧方 ( 参照 图 6)。此外， 在该状态下， 使用者 R 能够用双手握住安全扶手 43。 0066 由此， 防止了就坐于座部(1)的状态下的使用者(R)向前方以

28、及侧方跌倒的情况， 从而能够安全地实施步行训练。此外， 在步行训练结束时， 通过将安全扶手 (43) 转动至使 用者 (R) 的后方， 从而能够使使用者容易地从训练器离开。 0067 下面， 导出并示出用于实施本发明所涉及的步行训练器的运动控制 ( 全方位移动 部件的驱动控制 ) 的运动学以及动力学。 0068 图 7 图示了用于导出运动学以及动力学的坐标设定和结构模型。 0069 此处， 坐标设定和参数的定义如下文所示。 0070 (x， y， 0) ： 绝对坐标 0071 (xt， yt， G) ： 相对坐标 0072 F (ff， fl， fr)T： 驱动力矢量 0073 移动速度矢量

29、说 明 书 CN 103108618 A 7 6/7 页 8 0074 V (vf， vl， vr)T： 各个全方位移动部件的接线移动速度矢量 l1， l2， l3： 从各个全方 位移动部件起到步行训练器重心为止的距离 0075 (t) ： x 轴与 x1轴所成的角度 0076 (t) ： x 轴与 VG方向所成的角度 0077 ： l1与 l2所成的角度 0078 ： l2与 l3所成的角度 0079 M ： 步行训练器的质量 0080 m ： 使用者的质量 0081 I ： 惯性力矩 0082 在以上的坐标系中以式 (1) 表示运动学， 以式 (2) 表示动力学。 0083 式 (1) 0

30、084 式 (2) 0085 将式 (2) 整理归纳为式 (3) 0086 式 (3) 0087 0088 0089 此处， 设为下述式 (4) 成立。 0090 |H(， ， )| l1sin()-l2sin(+)+l3sin() 0 式 (4) 0091 矢量 xd表示矢量 x 的目标值。 0092 如果使用式 (5) 以作为控制算法， 则能够得到式 (6) 所示的错误方程式。KD和 Kp 为控制参数。 0093 式 (5) 0094 0095 e(t) Xd(t)-X(t) 式 (6) 说 明 书 CN 103108618 A 8 7/7 页 9 0096 如果， 以如下方式选择控制参数

31、 KD和 Kp， 则式 (6) 将成为稳定的常微分方程式， 从 而式 (7) 成立。即， 能够达成所谓的目标轨迹追踪控制的目的。 0097 Kp diag(12， 22， 32) 0098 KD diag(211， 222， 233) 0099 0 i 1.0， 0 i， i 1， 2， 3 0100 式 (7) 0101 在上述式 (1) 至式 (7) 中， 式 (1) 至式 (4) 为导出了本发明所涉及的步行训练器 所特有的运动特性 ( 运动学以及动力学 ) 的公式， 而式 (5) 至式 (7) 为控制算法 ( 加速度 控制方法 ) 的一般式。 0102 在本发明中， 能够将通过上文所述的

32、控制算法而具体化了的程序存储在控制部 中， 从而实施运动控制。 0103 产业上的可利用性 0104 本发明所涉及的步行训练器为， 作为用于连支承上半身的肌肉力量都不具备的重 度的步行障碍者的步行训练器而适合利用的设备， 其不仅可以用于医院以及护理福利院， 在狭窄的住宅中也可以使用。 0105 符号说明 0106 1 座部 0107 2 支承部件 0108 21 支承框架 0109 22 支柱 0110 3 全方位移动部件 0111 4 前方跌倒防止部件 0112 41 带部件 0113 42 前方扶手 0114 43 安全扶手 0115 5 蓄电池 0116 6 靠背部 0117 R 使用者 说 明 书 CN 103108618 A 9 1/5 页 10 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103108618 A 10 2/5 页 11 图 4 说 明 书 附 图 CN 103108618 A 11 3/5 页 12 图 5 说 明 书 附 图 CN 103108618 A 12 4/5 页 13 图 6 说 明 书 附 图 CN 103108618 A 13 5/5 页 14 图 7 说 明 书 附 图 CN 103108618 A 14