平衡训练装置和计算机可读介质
背景技术
本公开涉及一种平衡训练装置和该平衡训练装置的控制程序。
用于使腿部具有残疾的患者能够执行康复训练的训练装置已经越来越广泛。例如，已知一种训练装置，其中执行训练的受训者站立在踏板上，观察受训者的重心位置，并且通过驱动装置使踏板移动以便于鼓励受训者向前迈步并防止受训者跌倒(例如，参见日本未经审查的专利申请公开No.2015-100477)。
发明内容
在踏板相对于训练装置被少量移动的配置中，受训者基本上相对于地板表面保持直立状态。在这种配置中，因为几乎没有环境变化，所以受训者难以维持他/她的训练积极性。另一方面，已经揭露，为了改变环境根据受训者的重心的移动的移动台车的大的移动保持或改善受训者的积极性。
此外，在平衡训练中，除了用于在前-后方向中恢复受训者的平衡功能的训练以外，还可以执行在左-右方向中恢复受训者的平衡功能的训练。当改变平衡训练的方向时，通过在固定移动台车的移动方向的同时改变受训者身体的定向，可以执行在前-后方向的平衡训练和左-右方向的平衡训练。然而，问题在于，除非平衡训练装置能够检查受训者的身体的定向是否朝向根据训练模式的方向，否则不能执行适当的平衡训练。
已经做出本公开以解决前述问题，并且提供一种平衡训练装置等，用于当受训者执行康复训练时精确地确定他/她的身体的定向，该受训者在他/她的平衡功能中具有残疾。
根据本公开的第一方面的平衡训练装置，包括：移动台车，该移动台车能够通过驱动驱动单元在移动表面上移动；检测单元，该检测单元被配置成检测从站立在移动台车上的受训者的脚接收到的负荷；计算单元，该计算单元被配置成从由检测单元检测到的负荷来计算受训者的双脚在搭乘表面上的负荷的重心；设置单元，该设置单元被配置成将估计受训者已经在搭乘表面上保持直立状态的负荷的重心设置为参考重心；以及指示控制器，该指示控制器被配置成向受训者输出对身体的定向的指示和向受训者输出移动重心的指示，其中，当受训者根据来自指示控制器的指示已经移动他/她的重心时，计算单元基于从参考重心的负荷的重心的变化方向来确定受训者的身体的定向，并且当确定了该确定的结果是适当的时该计算单元将操作指示输出到驱动单元。
如上所述，通过在开始训练之前确定受训者的身体的定向并且在确定了该确定的结果是适当的时将操作指示给予驱动单元，可以防止为受训者提供不适当训练。
在前述的平衡训练装置中，设置单元可以基于在受训者在训练的试行之前执行的校准操作中由计算单元计算出的负荷的重心来设置参考重心。此外，指示控制器可以将重心移动指示输出到处于直立状态的受训者以使受训者移动一只脚，并且当在用于移动重心的指示之后受训者的负荷的重心从参考重心的位移方向是沿着预设位移方向的方向时该计算单元可以将操作指示输出到驱动单元。
此外，计算单元可以基于外部指示切换前/后训练模式以及右/左训练模式，在该前/后训练模式中，受训者的身体的正面方向与移动台车的移动方向相匹配，在该右/左训练模式中，受训者的身体的正面方向基本上与移动台车的移动方向正交。
此外，计算单元可以指示该指示控制器显示受训者的负荷的重心的位置，并且在确定受训者的负荷的重心保持在预设测量开始位置达预定时间段之后，计算单元可以指示该指示控制器使受训者移动重心。
此外，根据本公开的第二方面的平衡训练装置的控制程序是平衡训练装置的控制程序，其中，正站立于在移动表面上移动的移动台车上的受训者执行平衡训练，控制程序使计算机执行以下步骤：重心计算步骤，该重心计算步骤用于从由安装在移动台车上的检测单元检测到的负荷来计算受训者的双脚在搭乘表面上的负荷的重心；参考重心设置步骤，该参考重心设置步骤用于将估计受训者已经在搭乘表面上保持直立状态的负荷的重心设置为参考重心；指示控制步骤，该指示控制步骤用于向受训者输出对身体的定向的指示和向受训者输出移动重心的指示；以及控制确定步骤，该控制确定步骤用于当受训者根据在指示控制步骤中输出的指示已经移动他的/她的重心时基于负荷的重心相对于参考重心的变化方向来确定受训者的身体的定向并且当确定了该确定的结果是适当的时执行移动移动台车的控制。根据如上所述的由上述控制程序控制的平衡训练装置，如上所述，通过在开始训练之前确定受训者的身体的定向并且在确定了该确定的结果是适当的时向驱动单元给出操作指示，可以防止为受训者提供不适当的训练。
根据本公开，可以提供一种能够当受训者执行康复训练时准确地确定她/他的身体的定向的平衡训练装置等，该受训者在他/她的平衡功能方面具有残疾。
通过在下文中给出的详细描述和仅以图示的方式给出的附图，本公开的上述和其他目的、特征和优点将变得更加充分地理解，并且因此不应视为限制本公开。
附图说明
图1是根据第一实施例的训练装置的示意性透视图；
图2是示出根据第一实施例的训练装置的系统配置的图；
图3是用于描述根据第一实施例的训练装置的训练模式的图；
图4是根据第一实施例的训练装置的搭乘板的示意性透视图；
图5是用于描述在根据第一实施例的训练装置中检测到的负荷的重心的位移方向的图；
图6是用于描述在根据第一实施例的训练装置中将模式从前/后训练模式切换到右/左训练模式的过程的流程图；以及
图7是用于描述在根据第二实施例的训练装置中将模式从前/后训练模式切换到右/左训练模式的过程的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考本公开的实施例来解释本公开。但是，权利要求书中提出的公开内容不限于以下的实施例。此外，实施例中解释的结构并非都有必要用作用于解决问题的手段。
第一实施例
图1是训练装置100的示意性透视图，其是根据第一实施例的平衡训练装置的一个示例。训练装置100是用于使具有诸如偏瘫的残疾的残疾人能够学习对于步行所必需的重心运动或者使在他/她的踝关节中具有残疾的患者恢复踝关节功能的装置。例如，当期待恢复踝关节功能的受训者900在平衡他自己/她自己的同时继续搭乘训练装置100时，训练装置100能够给受训者900的踝关节能够被预期达到康复效果的负荷。
训练装置100包括移动台车110，其能够在前后方向上在是康复设施的地板表面等的移动表面上移动；和框架160，该框架160安装在移动台车110上并且防止搭乘移动台车110的受训者900掉落。移动台车110主要包括驱动轮121、脚轮122、搭乘板130、负荷传感器140和控制箱150。
驱动轮121相对于行驶方向被设置为两个前轮。由被设置为驱动单元的电动机(未示出)旋转驱动的驱动轮121使移动台车110向前或向后移动。相对于行驶方向，作为从动轮的脚轮122被设置为两个后轮。搭乘板130是受训者900搭乘并放置他/她的双脚的搭乘部分。搭乘板130是例如由聚碳酸酯树脂制成的具有相对高的刚度的平板，其可以承受受训者900的搭乘。搭乘板130经由布置在搭乘板130的四个角处的负荷传感器140被支撑在移动台车110的上表面上。
例如作为负荷单元的负荷传感器140用作被配置成检测从站立在移动台车110上的受训者900的双脚接收到的负荷的检测单元。控制箱150容纳将在后面描述的运算处理单元和存储器。
框架160包括打开门161和扶手162。当受训者900搭乘搭乘板130时，该打开门161被打开，并形成受训者900通过的通道。当执行训练的试行时，打开门161被关闭并锁上。扶手162被设置使得围绕受训者900，使得受训者900在他/她将失去他的/她的平衡时或当他/她感到不安全时能够握住扶手162。框架160支撑显示面板170。显示面板170例如是诸如液晶面板的显示单元，被设置在受训者900在训练的试行期间可以容易地看到其的位置。
图2是示出训练装置100的系统配置的图。例如是MPU的运算处理单元200执行从存储器240加载的控制程序，从而执行整个装置的控制。驱动单元(例如，驱动轮单元210)包括驱动电路和用于驱动驱动轮121的电动机。此外，驱动轮单元210包括被配置成检测驱动轮121的旋转量的旋转编码器。
操作接收单元220从受训者900或操作员接受输入操作，并将操作信号发送给运算处理单元200。受训者900或操作员操作装置中设置的操作按钮，与显示面板170重叠的触摸面板、形成操作接收单元220的附接的遥控器等，从而接通/关断电源，给出开始训练的试行的指示，输入有关设置的数值或选择菜单项。
显示控制器230根据来自运算处理单元200的显示信号生成例如关于要发送给受训者900的姿势的指示、任务游戏的图形图像等，并在显示面板170上显示所生成的消息或图像。作为非易失性存储介质的存储器240可以是例如固态驱动器。存储器240存储用于控制训练装置100的控制程序等。存储器240还存储要用于控制的各种参数值、功能、查找表等。存储器240特别地存储任务游戏241，该任务游戏241是用于以游戏形式给出任务以允许受训者900享受执行训练的试行的程序。负荷传感器140检测经由搭乘板130从受训者900的脚施加的负荷，并将检测信号发送到运算处理单元200。
作为计算单元的运算处理单元200还用作功能执行单元，该功能执行单元被配置成根据来自控制程序的请求执行各种运算和各个元件的控制。负荷计算单元201获取四个负荷传感器140的检测信号，并计算受训者900的各个脚在搭乘表面上的负荷的重心。更具体地，因为四个负荷传感器140的各个位置是已知的，所以根据由各个负荷传感器140检测到的垂直方向上的负荷的分布来计算重心位置，并且将该位置设置为重心。
范围设置单元202将估计受训者900已经在搭乘表面上保持直立状态的负荷的重心设置为参考重心。通过确定负荷的重心是否已经位于是预设范围的稳定范围内达预定的时间段来进行关于受训者900是否已经在搭乘表面上保持直立状态的确定。移动控制器203生成要发送到驱动轮单元210的驱动信号，并经由驱动轮单元210控制移动台车110的移动。在第一实施例中，特别地，基于关于受训者900的身体的定向是否是由显示控制器230指示给受训者900的定向的确定结果来切换是否操作驱动轮单元210。
现在，将解释由范围设置单元202确定参考重心的方法。根据第一实施例的训练装置100指示受训者900在搭乘表面上保持直立状态。此时，由负荷传感器140检测到的受训者900的负荷的重心被位移的范围在预定大小内。范围设置单元202将例如受训者900的负荷的重心被位移的范围的中心设置为参考重心。
此外，将解释根据第一实施例的训练装置100中的训练模式之间的不同。图3示出用于描述根据第一实施例的平衡训练装置的训练模式的图。如图3中所示，在根据第一实施例的训练装置100中，存在前/后训练模式和右/左训练模式。前/后训练模式和左/右训练模式都是在受训者900站立在安装在移动台车110上的搭乘板130上的状态下执行的平衡训练。在前/后训练模式下，在受训者900的身体的正面朝向与移动车110按照其移动的方向相同的方向的状态下执行平衡训练。另一方面，在右/左训练模式中，在受训者900的身体的正面朝向与移动台车110按照其移动的方向大致正交的状态下执行平衡训练。在根据第一实施例的训练装置100中，当训练模式在前/后训练模式和右/左训练模式之间切换时，或者当开始使用训练装置100时，根据负荷的重心的移动方向和移动量来确定受训者900的身体的定向，并且仅当受训者900的身体的定向与训练模式匹配时才移动移动台车110。
此外，将解释根据第一实施例的搭乘板130的配置的细节。图4示出根据第一实施例的训练装置100的搭乘板130的示意性透视图。如图4中所示，搭乘板130包括底板310和顶板320。底板310是与移动台车110接触的表面。顶板320是受训者900搭乘的表面。然后，以四个负荷传感器140被保持在底板310和顶板320之间的这样的方式布置所述四个负荷传感器140。四个负荷传感器140被布置在底板310与顶板320相对的部分的四个角处。然后，负荷计算单元201根据从四个负荷传感器140获得的负荷信息的比率和布置已知的负荷传感器140的位置来计算受训者900的负荷的重心。
接下来，将解释负荷的重心的位移方向，其用作确定根据第一实施例的训练装置100中的受训者900的身体的定向的参考。图5示出用于描述在根据第一实施例的训练装置中检测到的负荷的重心的位移方向的图。如图5中所示，在前/后训练模式中，受训者900的身体的正面方向朝向与训练装置100移动的方向匹配的方向。此外，在右/左训练模式下，受训者900的身体的正面方向指向与训练装置100移动的方向基本正交的方向。此时，受训者900直立时的负荷重心成为参考重心(图5中的参考COP)。在训练装置100中，指示受训者900沿着预定方向移动负荷的重心。训练装置100给予受训者900例如抬起右脚脚跟的指示。在给出此指示之后，受训者900的负荷的重心沿着左脚向前方向移动。关于坐标，在前/后训练模式下，负荷的重心的坐标沿X轴正方向和Y轴正方向移动。在右/左训练模式下，负荷的重心坐标沿X轴负方向和Y轴正方向移动。
接下来，将解释在根据第一实施例的训练装置100中在开始训练之前确定受训者900的身体的定向的方法。在此示例中，作为确定受训者900的身体的定向的方法的一个示例，将会解释当模式从前/后训练模式切换到右/左训练模式时确定受训者900的身体的定向的方法。图6示出用于描述在根据第一实施例的训练装置中将模式从前/后训练模式切换到右/左训练模式的过程的流程图。
如图6中所示，首先，当操作模式从前/后训练模式切换到右/左训练模式时，根据第一实施例的训练装置100经由显示控制器230指示受训者900将身体的定向改变为横向方向(与移动台车110移动的方向正交的方向)(步骤S1)。此外，训练装置100经由显示控制器230指示受训者900稳定他/她的姿势并站立在搭乘板130上(步骤S2)。
然后，训练装置100通过负荷计算单元201执行负荷的重心的检测(图5中的COP)，并且执行确定重心的位移的稳定性(步骤S3和S4)。当确定负荷的重心的重心位移量在预定范围内时，负荷计算单元201确定参考重心的坐标(图5中的参考COP)(步骤S5)。
接下来，根据第一实施例的训练装置100经由显示控制器230输出使受训者900抬起他/她的右脚脚跟的指示(步骤S6)。然后，自从受训者900根据指示已经执行抬起他/她的右脚脚跟的操作之后，训练装置100检测已经移动的负荷的重心(步骤S7)。然后，负荷计算单元201检查负荷的重心相对于参考重心的移动方向是否在预期范围内(步骤S8)。在图6中所示的示例中，受训者900按照左右训练模式采取姿势。在步骤S8中，因为负荷的重心的移动方向的X方向变成负方向并且其Y方向变成正方向，所以姿势的变化被确定为是适当的。在图6中所示的示例中，基于负荷的重心的移动方向的X方向为负方向并且其Y方向为正方向的步骤S8中的结果，开始以右/左训练模式训练。另一方面，在图6中所示的示例中，当在步骤S8中负荷的重心的移动方向的X方向不是负方向并且其Y方向不是正方向时，训练装置100在步骤S1中再次执行指示受训者900改变他的/她的姿势的处理。
根据以上描述，在根据第一实施例的训练装置100中，作为开始平衡训练之前的校准处理之一，基于负载的重心的移动方向来确定受训者900的身体的定向是否朝向根据训练模式的方向。然后，当确认受训者900的身体的定向朝向根据训练模式的方向时，根据第一实施例的训练装置100开始平衡训练。因此，根据第一实施例的训练装置100能够防止根据训练模式的姿势和受训者900的姿势之间的位移，并且能够为受训者900提供适当的训练。
此外，在根据第一实施例的训练装置100中，可以使用对于平衡训练来说所必需的负荷的重心的检测值来检查受训者900的姿势，而无需依赖于图像处理等。即，在根据第一实施例的训练装置100中，不需要添加用于检测姿势变化的附加装置。
此外，在根据第一实施例的训练装置100中，能够检测负荷的重心的移动方向，而无需使受训者执行对于受训者来说其负荷水平高的操作，诸如在前-后方向或右-左方向上位移受训者的重心。
第二实施例
在第二实施例中，将解释在指示受训者移动他/她的负荷的重心之后确定受训者900的身体的定向的方法的另一种形式。在第二实施例中，使用运算处理单元200的负荷计算单元201和显示控制器230指示受训者900将受训者900的负荷的重心稳定在测量开始位置中。具体地，运算处理单元200指示该指示控制器230显示受训者900的负荷的重心的位置，并且在确定受训者的负荷的重心保持在预设测量开始位置达预定时间段之后，运算处理单元200指示该指示控制器230使受训者移动重心。
现在，将解释在根据第二实施例的训练装置100中开始训练之前确定受训者900的身体的定向的方法。在此示例中，作为确定受训者900的身体的定向的方法的一个示例，将会解释当模式从前/后训练模式切换到右/左训练模式时确定受训者900的身体的定向的方法。图7示出用于描述在根据第二实施例的训练装置中将模式从前/后训练模式切换到右/左训练模式的过程的流程图。
如图7中所示，在根据第二实施例的确定方法中，在图6中所示的步骤S4被步骤S11和S12代替。步骤S11是在显示控制器230上显示由负荷计算单元201在步骤S3中检测到的负荷的重心位置的处理。在确定负荷的重心在训练开始位置中稳定在达预定时间段之后，根据第二实施例的训练装置100确定负荷的参考重心(步骤S12和S5)。
根据以上描述，当受训者900的负荷的重心稳定地被定位在预设的训练开始位置时，根据第二实施例的训练装置100确定参考重心。因此，在根据第二实施例的训练装置100中，与根据第一实施例的训练装置100相比，可以更准确地确定负荷的重心的移动方向。
可以使用任何类型的非暂时性计算机可读介质来存储程序并将其提供给计算机。非暂时性计算机可读介质包括任何类型的有形存储介质。非暂时性计算机可读介质的示例包括磁存储介质(诸如软盘、磁带、硬盘驱动器等)、光磁存储介质(例如，磁光盘)、CD-ROM(光盘只读存储器)、CD-R(可刻录光盘)、CD-R/W(可擦写光盘)和半导体存储器(诸如掩模ROM、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦除PROM)、闪存ROM、RAM(随机访问存储器等)。可以使用任何类型的瞬态计算机可读介质将程序提供给计算机。瞬态计算机可读介质的示例包括电信号、光信号和电磁波。瞬态计算机可读介质可以经由有线通信线(例如，电线和光纤)或无线通信线将程序提供给计算机。
根据如此描述的公开，将显而易见的是，本公开的实施例可以以许多方式变化。这样的变化不应被认为是背离本公开的精神和范围，并且对于本领域的技术人员来说显而易见的所有这样的修改旨在包括在所附权利要求的范围内。
