本发明涉及步行训练器械和步行训练辅助装置。
背景技术：
包括跑步机的步行训练器械已被公知为用于使难以行走的人能够恢复其行走功能的器械。跑步机包括旋转带，并且受训者依循带的旋转在旋转带上行走以进行训练(例如参见日本未审查专利申请公报no.h11-128390)。
技术实现要素：
受训者通过在握持住步行训练器械的扶手等的同时在旋转带上行走而进行训练。随着训练的进行，受训者停止使用步行训练器械并移动到正常走道比如走廊上的步行训练。然而，对于受训者来说，从受训者不需要移动并且总是有供受训者握持的地方的使用步行训练器械进行的训练移动到受训者需要实际移动并且没有稳定的支承物来供受训者施加他/她的体重的在正常走道上进行的训练是非常困难的。
正常走道中的训练通常是从使用拐杖开始的。但是，由于握持扶手的运动与使用拐杖的运动之间存在较大差异，因此受训者经常对使用拐杖的运动感到忧虑，这是因为对于受训者来说，在通过适当地使用拐杖支承他/她的体重的同时进行行走是困难的。尽管期望受训者在使用步行训练器械的训练阶段还进行适当地使用拐杖的训练，但由于步行训练器械的行走表面为旋转的这一性质，受训者不能将拐杖放在适当的位置。另一方面，如果受训者试图将拐杖放在不旋转的行走表面上，则受训者的姿势变得不自然，这妨碍了有效的训练。
本发明是为了解决上述问题而提出的，并且本发明的目的在于提供使得步行受训者在短时间段内顺利地移动到正常走道上的步行训练的步行训练器械和步行训练辅助装置。
根据本发明的第一方面的步行训练器械是一种包括具有无限轨道旋转型行走表面的跑步机的步行训练器械，该步行训练器械包括步行受训者所握持握持部分，其中，该握持部分能够支承由步行受训者施加向行走表面的载荷，并且该握持部分能够沿包括平行于行走表面的分量的方向移动。
根据上述结构，行走训练装置包括伪拐杖(pseudostick)，并且步行受训者能够与使用跑步机的腿部训练并行地进行使用拐杖的身体上部训练。
在上述步行训练器械中，握持部分可以构造成使得握持部分能够沿着假想球体的表面移动，该假想球体以设定成比握持部分更接近行走表面的假想点为中心。此外，握持部分的位置可以调节成使得该假想点定位在行走表面上。通过采用这种结构，受训者能够感觉到他/她好像在使用实际的拐杖。
在上述步行训练器械中，握持部分可以构造成使得握持部分还能够沿与包括平行于行走表面的分量的方向垂直的方向移动。通过采用这种结构，受训者能够更强烈地感觉到他/她好像在使用实际的拐杖。此外，步行训练器械可以构造成包括弹性构件，该弹性构件将握持部分拉回到握持部分的运动的基准位置，由此可以确保更高的安全水平。此外，步行训练器械可以构造成包括限制构件，该限制构件构造成限制握持部分的可移动范围，以使得能够支承步行受训者施加于握持部分的移动方向上的载荷。通过如上面描述的那样设置限制构件，可以增加实际的拐杖不存在的、支承步行受训者摔倒的方向上的载荷的功能。通过增加该功能，可以预期受训者将能够从使用步行训练器械的训练顺利地移动到正常走道上的训练。
根据本发明的第二方面的步行训练辅助装置是一种安装在步行训练器械上的步行训练辅助装置，该步行训练器械包括具有无限轨道旋转型行走表面的跑步机，该装置包括：步行受训者所握持握持部分；和固定部分，该固定部分固定至步行训练器械，其中，当固定部分固定至步行训练器械时，握持部分能够支承由步行受训者施加向行走表面的载荷，并且握持部分能够沿包括平行于行走表面的分量的方向移动。
通过将如此构造的步行训练辅助装置作为伪拐杖安装在步行训练器械上，步行受训者能够与使用跑步机的腿部训练并行地进行使用拐杖的他/她的身体上部训练。
根据本发明，步行受训者能够在短时间段内从使用步行训练器械的步行训练顺利地移动到正常走道上的步行训练。
本发明的上述和其他目的、特征和优点将通过下文中给出的详细描述和附图而得以更充分地理解，详细描述和附图仅以说明的方式给出，并且因此不被认为是限制本发明。
附图说明
图1是根据实施方式的步行训练器械的示意性立体图；
图2是辅助拐杖工具的外部立体图；
图3是辅助拐杖工具的分解立体图；
图4是用于描述握持部分的移动方向的图；
图5是用于描述握持部分的移动范围的图；
图6是用于描述根据另一示例的辅助拐杖工具的移动方向的图；
图7是用于描述根据另一示例的辅助拐杖工具的移动方向的图；以及
图8是用于描述根据作为参考示例的另一示例的辅助拐杖工具的移动方向的图。
具体实施方式
尽管将在下文中参照本发明的实施方式对本发明进行说明，但权利要求书中阐述的本发明不限于以下实施方式。此外，并非实施方式中描述的所有结构都是解决问题的手段所必需的。
图1是根据该实施方式的步行训练器械100的示意性立体图。步行训练器械100是受训者900用来进行步行训练的装置，其中，受训者900为患有比如偏瘫的残疾的残疾人或者腿部力量降低的老年人。步行训练器械100主要包括形成整个构架的框架130、跑步机131、辅助拐杖工具110、腿部辅助器械120以及控制器133。
框架130安装在放置在地板表面上的跑步机131上。跑步机131具有无限轨道旋转型行走表面，并且通过图1中示出的马达使作为行走表面的环形带132旋转。进行步行训练的受训者900站立在带132上并试图依循带132的运动行走。
框架130支承控制马达和传感器的控制器133和显示训练的进展状态等的显示单元138。此外，框架130支承牵拉部分135和137，牵拉部分135和137在受训者900的头顶附近卷绕并给送线材134和136。
腿部辅助器械120安装在受训者900的患病腿上并辅助受训者900的步行。腿部辅助器械120包括例如辅助膝关节的弯曲运动的马达单元。腿部辅助器械120还检测受训者的脚底接收到的载荷并将检测到的载荷输出至控制器133。腿部辅助器械120包括上部大腿框架121，线材134和136的相应端部固定至上部大腿框架121。
牵拉部分135设置在受训者900的前方，并且响应于来自控制器133的根据脚底的载荷产生的指令来卷绕或给送线材134。牵拉部分137设置在受训者900的后方，并且与牵拉部分135相类似地响应于来自控制部133的指令卷绕或给送线材136。通过重复这些操作，牵拉部分135和137通过将上部大腿框架121向上及向前牵拉来辅助受训者900的摆动运动并且通过将上部大腿框架121向上及向后牵拉来辅助受训者900的踢出运动。控制器133不仅控制牵拉部分135和137，而且还控制带132的旋转运动、显示单元138的显示等。
框架130构造成如图1中示出的那样包围受训者900，并且框架130包括附接杆130a，辅助拐杖工具110附接至附接杆130a。辅助拐杖工具110由受训者900握持，从而用作伪拐杖，如稍后将描述的。因此，辅助拐杖工具110安装在附接杆130a上使得受训者900可以握持住辅助拐杖工具110。附接杆130a是沿着作为带132的移动方向的前后方向延伸的棒状框架，并且是固定至步行训练器械100中的框架130的不可移动部分。附接杆130a用作受训者900握持的扶手，以在受训者900开始使用辅助拐杖工具110进行训练之前支承他/她的体重。
附接杆130a由构架框架以使得附接杆130a的高度可以根据受训者900的体型和姿势进行调节的方式支承。具体地，钩130d设置成使得支承附接杆130a的调节杆130b的位置可以相对于安装在构架框架中的竖向杆130c在多个部分处在竖向方向上进行调节。此外，附接杆130a具有直径恒定的棒状形状，以便能够在前后方向上调节辅助拐杖工具110的附接位置。尽管图1示出了辅助拐杖工具110安装在受训者900的右侧的附接杆130a上的状态，但是左侧也设置有附接杆130a等，使得辅助拐杖工具110可以安装在左侧的附接杆上。
如图1中所示，与放置步行训练器械100的地板表面平行的平面由xy平面表示，并且带132的移动方向由x方向表示。此外，竖直于地板表面的竖向方向由z轴表示。在下面的描述中，在附图中的每个附图中均示出了与图1中示出的坐标系相同的坐标系，以表示元件的相对位置关系及元件的方向。
图2是辅助拐杖工具110的外部立体图。辅助拐杖工具110包括受训者900所握持的握持部分200、包括安装在行走训练器械100的不可移动部分上的安装部分401的不可移动部分400和联接握持部分200与不可移动部分400的联接部分300。握持部分200经由联接部分300以使得握持部分200可以相对于不可移动部分400相对地移动的方式联接至不可移动部分400。更具体地，辅助拐杖工具110固定至附接杆130a，使得握持部分200可以沿包括与用作行走表面的带132平行的分量的方向移动。握持部分200还可以围绕z轴旋转，以使得受训者900可以容易地握持握持部分200，并且图2示出了握持部分200与图1中示出的状态相比旋转了90度的状态。
将对辅助拐杖工具110的更详细的结构进行说明。图3是辅助拐杖工具110的主要部件的分解立体图。
握持部分200主要由抓握部201、轴202和抓握板203构成。抓握部201是受训者900直接握持的元件，并且抓握部201例如是c形树脂制品，其中，聚氨酯材料围绕抓握部201的中央部卷绕，以便可以提高抓握性能。抓握板203是附接有抓握部201和轴202的板，并且抓握板203由例如不锈钢材料制成。轴202是沿竖向方向延伸的柱状元件。轴202包括作为柱状表面的一部分并平滑地形成的滑动表面202a。此外，轴202的下端部——其与轴202的附接至抓握板203的上端部相反——设置有锁定螺旋弹簧310的一端的锁定部202b。
联接部分300主要由螺旋弹簧310、轴筒320、球面滑动件330和螺旋弹簧340构成。轴筒320具有与轴202相对且形成为具有筒形形状的上端侧部以及与球面滑动件330相对且形成为具有实心柱形形状的下端侧部。轴筒320的形成为具有柱形形状的下端部具有相对较小的直径并用作配合轴320b。
在轴筒320的筒形空间中的轴筒320的形成为具有筒形形状的下端部中，设置有锁定螺旋弹簧310的另一端的锁定部，并且螺旋弹簧310的另一端被该锁定部锁定。也就是说，螺旋弹簧310的一端连接至轴202，并且另一端连接至轴筒320。螺旋弹簧310容置在轴筒320的筒形空间中。
轴202的设置有滑动表面202a的下端部容置在轴筒320的筒形空间内，以使得滑动表面202a可以在竖向方向上与轴筒320的内周表面320a接触地滑动。由于轴202和轴筒320连接成使得轴202和轴筒320通过螺旋弹簧310的收缩力而彼此吸引，因此握持部分200被朝向轴筒320偏置。轴202在滑动表面202a的上端侧具有台阶部，并且该台阶部与轴筒320的上端表面干涉，从而防止轴202被拉入轴筒320的筒形空间中超过限定的长度。轴202的台阶部接触轴筒320的上端表面的状态是握持部分200在竖向方向上的基准位置。因此，螺旋弹簧310用作在受训者900不操纵握持部分200时将握持部分200拉回到基准位置的弹性构件。
此外，螺旋弹簧310具有螺旋弹簧310在受训者900的拉伸运动下不完全伸展的程度的弹性力，并且即使在受训者900的抓握动作沿上侧方向施加了过大的载荷时也能够承受该载荷。换句话说，螺旋弹簧310主要发挥以下功能：在受训者900可能失去他/她的平衡时承受竖向方向上的载荷并支承受训者900的身体。
球面滑动件330具有顶部指向上方的浅而粗的钵状形状，并且球面滑动件330包括配合孔330a，配合孔330a与设置在球面滑动件330的顶部处的轴筒320的配合轴320b配合。轴筒320具有配合到配合孔330a中的配合轴320b并且通过附接螺钉331从球面滑动件330的下表面侧固定，由此轴筒320与球面滑动件330结合在一起。球面滑动件330例如由尼龙树脂制成。
球面滑动件330具有包括锁定部330b的边缘面，锁定部330b中的每个锁定部均锁定螺旋弹簧340的一端。三个锁定部330b例如以120度的间隔设置。也就是说，三个螺旋弹簧340以沿径向方向延伸的方式连接至球面滑动件330的边缘面。
不可移动部分400主要由盖410、弹簧基座420、上基座430和下基座440构成。上基座430和下基座440用作安装部分401。
上基座430具有作为柱状体的一个端表面的上表面，该上表面形成为具有恒定曲率半径的球面形状。作为具有球面形状的表面的滑动接收表面430a用作球面滑动件330在其上滑动的滑动表面。此外，上基座430包括具有半柱形形状的固定槽430d以保持附接杆131a，固定槽430d形成在作为柱状体的另一个端面的下表面上。上基座430例如由尼龙树脂制成。
弹簧基座420是在上基座430的外周部分以环状方式包围上基座430的滑动接收表面430a的元件。弹簧基座420包括以120度的间隔设置在弹簧基座420的外周部分中的沿z轴方向贯穿的螺钉孔420a。滑动接收表面430a设置有与螺钉孔420a的位置对应的下部孔430b，并且弹簧基座420通过穿过螺钉孔420a并旋拧到下部孔430b中的螺钉421固定至滑动接收表面430a。
弹簧基座420在球面滑动件330在滑动接收表面430a上滑动时用作在球面方向上的限制构件。也就是说，即使在受训者900的抓握动作沿球面表面的向外方向施加了过大的载荷时，弹簧基座420也能承受该载荷并限制球面滑动件330的运动。换句话说，弹簧基座420主要发挥以下功能：在受训者900可能失去他/她的平衡时承受平行方向上的载荷并支承受训者900的身体。
弹簧基座420的内周表面设置有锁定部，这些锁定部锁定附接至球面滑动件330的螺旋弹簧340的梢部。在受训者900不操纵握持部分200的状态下，球面滑动件330被螺旋弹簧的弹性力偏置至滑动接收表面430a并且在滑动接受表面430a的顶部处保持平衡。该平衡位置是球面滑动件330在球面方向上的基准位置。螺旋弹簧340用作在球面滑动件330由于握持部分200被操纵而移动时将球面滑动件330拉回到基准位置的弹性构件。
盖410是限制球面滑动件330在z轴方向上的运动的构件。盖410大致具有与上基座430的形状相似的形状，并且包括盖开口410a，盖开口410a以不会阻止连接至球面滑动件330的轴筒320的运动的方式设置在球形形状的顶部。此外，盖410包括设置在其侧表面上的螺钉孔410b。上基座430的侧表面设置有设置在与螺钉孔410b对应的位置的下部孔430c，并且盖410通过穿过螺钉孔410b并旋拧到下部孔430c中的螺钉411固定至上基座430。
无论球面滑动件330位于滑动接收表面430a上的哪个位置，盖410都遮盖球面滑动件330的一部分。因此，即使在受训者900的抓握操作沿上侧方向施加了过大的载荷时，盖410也能承受该载荷并防止球面滑动件330被拉出。换句话说，盖410主要发挥以下功能：在受训者900可能失去他/她的平衡时承受竖向方向上的载荷并支承受训者900的身体。
下基座440形成为柱形形状并且具有作为一个端表面的上表面，其中形成有用于保持附接杆131a的具有半柱形形状的固定槽440a。下基座440由例如尼龙树脂制成。
下基座440包括四个螺栓孔440b，这四个螺栓孔440b沿作为轴向方向的z轴方向贯穿并具有柱形形状。上基座430的下表面设置有位于与螺栓孔440b对应的位置处的下部孔，并且下基座440通过穿过螺栓孔440b并旋拧到这些下部孔中的固定螺栓441固定至上基座430。也就是说，由于上基座430的固定槽430d和下基座440的固定槽440a彼此固定，并且在其间保持有附接杆131a，因此整个辅助拐杖工具110被固定至附接杆131a。
接下来，将对握持部分200的移动方向进行说明。图4是用于描述握持部分200的移动方向的图。图4是以简化的方式示出了握持部分200、联接部分300和不可移动部分400之间的相对关系的图，并且省略了参照图3描述的元件中的一些元件。
首先，由于滑动表面330c在滑动接收表面430a上滑动，因此联接部分300可以沿球面方向移动。滑动接收表面430a是向上凸出的球面表面，如图4中所示。换句话说，滑动接收表面430a具有沿着假想球体的表面的形状，其中，设定成比握持部分200更接近地板表面的假想点作为中心。因此，连接至联接部分300的握持部分200可以沿着滑动接收表面430a移动。
然后，由于滑动表面202a与内周表面320a接触滑动，因此握持部分200可以沿竖向方向移动。更准确地说，由于轴筒320安装在球面滑动件330中，因此轴202的移动方向是此时在球面滑动件330的位置的滑动接收表面430a的法向方向。无论如何，握持部分200都可以以包括竖向方向上的分量的方式移动。这样，球面方向上的运动和竖向方向上的运动彼此结合，并且握持部分200可以在恒定的空间中以三维的方式移动。
图5是用于描述握持部分200的移动范围的图。图5示出了受训者900站立在跑步机131的带132上并握持握持部分200的抓握部201的状态。
在图5中，抓握部201处于未被施加载荷状态的基准位置。在该基准位置，安装部分401所附接的位置被调节成使得受训者900可以容易地握持抓握部201。特别地，附接位置优选地被调节成使得经过抓握部201的竖向线与带132的行走表面彼此相交的点p成为抓握部201在球面方向上的运动中的假想球体的中心点。在这种情况下，球面表面的曲率半径为r0，如图5中所示。当这样限定r0时，抓握部201在球面方向上的运动与受训者900利用实际的拐杖步行时拐杖的握持部分的运动基本上一致。因此，可以提供良好的环境，使得受训者900能够移动到使用实际的拐杖步行训练。
当辅助拐杖工具110如上面描述的那样放置时，抓握部201可以在以点p为中心的ehr范围内摆动。此外，由于抓握部201可以在竖向方向上在evr范围内移动，因此抓握部201可以在其中移动的整个空间是由范围ehr和范围evr所包围的以斜线表示的空间。该空间优选地包括在范围phr和范围pvr中，范围phr和范围pvr是受训者900可以在其中移动他/她的手臂的范围(由点表示)。通过如上面描述的那样限制抓握部201的移动范围，受训者900可以在他/她可能失去平衡时将他/她的体重施加至抓握部201，由此可以防止受训者900摔倒。如参照图3所描述的那样，移动范围的限制是通过支承球面方向上的载荷的弹簧基座420和螺旋弹簧340并且通过支承竖向方向上的载荷的盖410和螺旋弹簧310实现的。
由于辅助拐杖工具110固定至附接杆131a，因此辅助拐杖工具110自然也能够承受受训者900沿地板表面的方向按压抓握部201的载荷(施加向行走表面的载荷)。受训者900沿地板表面方向按压抓握部201并将他/她的体重施加在抓握部201上，由此可以减少腿部的摆动运动或踢出运动所需的力气。
现在将对辅助拐杖工具110的一些修改示例进行说明。图6是用于描述根据另一示例的辅助拐杖工具510的移动方向的图。图6是类似于图4的以简化的方式示出了握持部分200、联接部分300和不可移动部分400之间的相对关系的图。辅助拐杖工具510中的球面滑动件330和上基座430的结构与辅助拐杖工具110中的球面滑动件330和上基座430的结构不同。
辅助拐杖工具510包括代替球面滑动件330的平面滑动件511。平面滑动件511具有平面形状的滑动表面511a。此外，辅助拐杖工具510包括代替上基座430的上基座512。作为上基座512的上表面的滑动接收表面512a是滑动表面511a在其上滑动的滑动表面，并且滑动接收表面512a具有平面形状。
也就是说，握持部分200能够在平面方向上沿着与竖向轴线垂直的滑动表面511a移动。与辅助拐杖工具110相类似，握持部分200可以沿竖向方向移动。即使采用这种简单的结构，也可以在一定程度上再现在受训者900利用实际的拐杖步行时拐杖的握持部分的运动。
图7是用于描述根据另一示例的辅助拐杖工具530的移动方向的图。类似于图4，图7是以简化的方式示出了握持部分200、联接部分300和不可移动部分400之间的相对关系的图。辅助拐杖工具530与辅助拐杖工具110的不同之处在于联接部分300固定至握持部分200。
具体地，与辅助拐杖工具110中的轴筒320对应的轴筒531直接固定至抓握板203，而不需要弹簧线圈等的介入。也就是说，握持部分200能够沿球面方向移动并且不沿竖向方向移动。即使采用这种简单的结构，也可以再现作为实际拐杖的功能之一的支承平面方向上的载荷的功能。
图8是用于描述根据作为参考示例的另一示例的辅助拐杖工具520的移动方向的图。类似于图4，图8是用于示出握持部分200、联接部分300和不可移动部分400之间的相对关系的图。辅助拐杖工具520与辅助拐杖工具110的主要不同之处在于联接部分300固定至不可移动部分400。
具体地，与辅助拐杖工具110中的轴筒320对应的轴筒521固定地安装在与辅助拐杖工具110中的上基座430对应的上基座522中。也就是说，握持部分200仅可以沿竖向方向移动，并且不沿球面方向或平面方向移动。由于握持部分200不沿平面方向移动，因此，受训者可能有相比于他/她使用实际拐杖的情况感到陌生的感觉。然而，可以再现支承竖向方向上的载荷的功能。
每个上述辅助拐杖工具均包括限制握持部分的移动范围的限制构件。限制构件可以具有与弹簧基座420类似的明确地包围移动范围的结构，或者限制构件可以是类似正常载荷下所呈现的伸展范围被限制的螺旋弹簧310的弹性构件。通过如上所述地设置限制构件，可以增加实际拐杖中不存在的、支承受训者900摔倒的方向上的载荷的功能。通过增加该功能，可以预期受训者将能够从使用步行训练器械的训练顺利地移动到正常走道中的训练。也就是说，由于受训者900能够从步行训练器械中的训练阶段中逐渐学习操纵拐杖的操作，因此可以预期即使在受训者开始在正常走道中的训练之后，受训者900也将能够顺利地使用拐杖。
此外，从逐渐学习拐杖的操纵的观点来看，可以在受训者900握持握持部分的移动空间中预备不限制移动范围的辅助拐杖工具。当采用实际上不限制移动范围的结构时，可以获得更接近实际拐杖的功能的功能。因此，优选地，在使用限制移动范围的辅助拐杖工具进行训练之后使用不限制移动范围的辅助拐杖工具进行训练。然而，不限制移动范围的辅助拐杖工具优选地形成为能够与实际拐杖类似地支承握持部分的在地板表面的方向上的载荷。
此外，辅助拐杖工具可以固定地安装在步行训练器械上，而不是作为可以附接至步行训练器械100或从步行训练器械100拆卸的步行训练辅助装置。在这种情况下，不可移动部分可以设置为步行训练器械100的不可移动部分的一部分。
通过如此描述的本发明，将明显的是，本发明的实施方式可以以许多方式变化。这样的变型不被认为是背离本发明的精神和范围，并且对于本领域技术人员来说明显的所有这些改型都意在包括在上面的权利要求的范围内。