JP7240782B2 - リハビリテーション訓練装置 - Google Patents

Description

本発明は、リハビリテーション（リハビリ）訓練装置に関し、具体的には、リハビリテーション訓練装置（無動力多関節の同期訓練装置）に適用可能な伝達機構を備えたリハビリテーション訓練装置に関する。

肢体に障害を抱える人の数が増え、中でも高齢者の割合が比較的高い。第２回全国障害者サンプリング調査の結果によると、現在、我が国で肢体に障害を抱える障害者の数が約２４００万余りに達し、かつ毎年数百万の規模で増えつつあるとされている。一方、我が国の人口高齢化の問題が深刻化するにつれ、脳血管疾患に起因する肢体障害者も増えつつある。

調査では肢体障害者への医療救助や支援、リハビリサービスに対する需要が益々高まっていることも示されている。現在、我が国におけるリハビリ手段は、依然として伝統的なリハビリ器具に加えて療法士による１対１のリハビリ治療がメインであり、大量のリハビリ技師がリハビリ治療に関与することが求められる。

片麻痺患者の多くがリハビリ訓練装置を利用してリハビリ訓練を行うことにより、肢体の運動機能を部分的または完全に回復できることが臨床研究により解明されているが、一部の家庭では経済面の顧慮で最適なリハビリタイミングを逃がすことがある。

現在、国内においてリハビリ器具の開発に携わる研究機構や企業が続出する一方で、知能化設備の開発に莫大な費用がかかり、一般の患者家庭にとってかような高い治療費用を負担するのは非常に困難である。また、従来の肢体機能障害のリハビリ治療においては主に療法士による１対１の手動訓練に依存するため、リハビリ訓練の強度や、継続性、治療効果を確保することが困難である。

そのため、一般の患者も自由に使用可能であり、リハビリ訓練の強度や、継続性、治療効果を確保できる下肢リハビリ訓練装置の開発が急務になっている。

本発明は、電気的設定及びそれに対応する複雑な制御プログラムを要せず、療法士又は操縦者が簡単に操作するだけで肢体機能障害者が１対１のリハビリ訓練を遂行しうる下肢リハビリ訓練装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明の１つの態様では、リハビリテーション訓練装置を提供し、
該リハビリテーション訓練装置は、車体枠と、第１伝達機構及び第２伝達機構とを備え、
前記第１伝達機構及び第２伝達機構は、それぞれ前記車体枠の両側に取り付けられ、
かつ、前記第１伝達機構の駆動アセンブリと前記第２伝達機構の駆動アセンブリは、軸桿を介して接続され、
前記第１伝達機構及び第２伝達機構の各々は、車輪アセンブリ、伝達アセンブリ、駆動アセンブリ及び下肢桿アセンブリを備え、
前記伝達アセンブリは、前記車輪アセンブリの回転によって前記伝達アセンブリの回転を駆動するように、前記車輪アセンブリに連動可能に接続され、
前記駆動アセンブリは、前記伝達アセンブリに連動可能に接続され、かつカムを有し、
前記下肢桿アセンブリは、連桿を介して前記駆動アセンブリに接続され、かつ前記伝達アセンブリに駆動されて揺動し、
前記カムは、円形本体を有し、前記円形本体の第１側面にカム溝が配置され、前記カム溝の輪郭は、前記カム溝に設置された第１従動部材が前記カムの回転運動に駆動されて水平軸線において往復運動を行うように構成され、そのうち、
前記カムが１周回転する度に、前記第１従動部材は、水平軸線における第１位置と第２位置との間で往復運動を１回行い、
前記第１位置は、前記第１従動部材が前記輪郭において前記円形本体の円心に最も近接した位置にあるときの、前記第１従動部材の水平軸線における位置であり、前記第２位置は、前記第１従動部材が前記輪郭において前記円形本体の円心から最も離れた位置にあるときの、前記第１従動部材の水平軸線における位置であり、
前記下肢桿アセンブリは、太もも桿を備え、
前記第１従動部材は、前記連桿によって前記太もも桿に接続されることにより、前記太もも桿が前記第１従動部材の前記往復運動に駆動されて１つの角度範囲で揺動する。

本発明の一実施形態に係る無動力多関節の同期訓練装置の立体模式図である。 図１に示す無動力多関節の同期訓練装置の車輪アセンブリの断面図である。 図１に示す無動力多関節の同期訓練装置の伝達アセンブリの分解図である。 図１に示す無動力多関節の同期訓練装置のカムアセンブリ及びカム支持材の分解図である。 図５Ａは、図１に示す無動力多関節の同期訓練装置の下肢桿アセンブリの分解図であり、図５Ｂは、図１に示す無動力多関節の同期訓練装置の下肢桿アセンブリの立体模式図である。 図１に示す無動力多関節の同期訓練装置の伝達アセンブリの側面図である。 図１に示す無動力多関節の同期訓練装置のカムアセンブリにおけるカム溝のカム輪郭設計方法を示すフローチャートである。 図１に示す無動力多関節の同期訓練装置の腰部保持枠の立体模式図である。 図１に示す無動力多関節の同期訓練装置の腰部保持枠支持材の立体模式図である。 図１０Ａ～図１０Ｄは、従動ローラーが本発明の一実施形態に係るカムに駆動されるときの動作を示す簡易模式図である。 図１１Ａ～図１１Ｄは、従動部材が本発明の一実施形態に係る非円形歯車ペアに駆動されるときの動作を示す簡易模式図である。

以下、本発明の特徴及び利点をより深く理解できるように、図面を参照しながら本発明をより詳しく説明する。なお、以下の図例と説明は、本発明の例示に過ぎず、本発明を制限するものではない点にも留意されたい。

図１は、本発明の一実施形態に係る無動力多関節の同期訓練装置１０を示す。図１に示すように、訓練装置１０は、車体枠１００、車体枠１００に取り付けられた１対の伝達機構２００、腰部保持アセンブリ３００、１対のユニバーサル車輪４００及び手すり５００で構成される。訓練装置１０を使用する際、歩行リハビリ訓練を必要とする患者は、訓練装置１０の前部（すなわち、図１の左側）に固定され、リハビリ訓練を支援する別の医療スタッフ又は操縦者が訓練装置１０の後部（すなわち、図１の右側）に位置する。医療スタッフ又は操縦者は、手すりをしっかりと掴み、訓練装置１０をゆっくりと前方へ押し続け、このとき伝達機構２００の作用下で訓練装置１０の前進力が患者の下肢（例えば、太もも及び／又は脛）に加わる作用力に変換する。該作用力によって、患者の下肢が所定のリズムに従って患者の股部を軸として揺動するようにし、患者は、健常者の歩行姿勢で訓練装置１０に追従して前進し、歩行リハビリ訓練の目的を実現する。

本発明の一部の実施形態において、車体枠１００の底部の後側に１対のユニバーサル車輪４００が設置される。好ましくは、該１対のユニバーサル車輪４００は、４寸の大きさを有する１対のユニバーサルサイレントブレーキキャスターであり、訓練装置に移動中及び静止時の平衡性や安定性を付与する。当然、車体枠のサイズに応じて大きさが異なる他のサイズのユニバーサル車輪を用いてもよく、上述の平衡性や安定性を実現できれば、本発明ではユニバーサル車輪の種類に対して特に制限がない。

以下、伝達機構２００、腰部保持アセンブリ３００をより詳しく説明する。

伝達機構２００については図１に示すように、訓練装置１０は、車体枠の両側（すなわち、図１の正面及び裏面）に設けられ且つ同じ構成を有する１対の伝達機構２００を備える。図１に示すように、伝達機構２００は、車輪アセンブリ２１０、伝達アセンブリ２２０、駆動アセンブリ２３０及び下肢桿アセンブリ２４０を備える。車輪アセンブリ２１０、伝達アセンブリ２２０、駆動アセンブリ２３０及び下肢桿アセンブリ２４０は、それぞれ適切な位置において車体枠１００に取り付けられる。例えば、車輪アセンブリ２１０は、車体枠１００の下部前側に設けられ、伝達アセンブリ２２０は、車体枠１００の中部後側に設けられ、駆動アセンブリ２３０は、車体枠１００の上部後側に設けられ、下肢桿アセンブリ２４０は、車体枠１００の前部に設けられ且つ車体枠１００の上部から下部へ延出して構成される。

図２は、伝達機構２００の車輪アセンブリ２１０の断面図である。図２に示すように、車輪アセンブリ２１０は、車輪本体２１１、鎖車２１２、取付け軸２１３及び軸受アセンブリ２１４を備える。車輪本体２１１としては、７００Ｃ一体型の車輪が好ましく、車輪本体２１１の底部とユニバーサル車輪４００の底部を同じ水平面にすることで訓練装置１０が地面に安定に接触できるようにする。鎖車２１２と車輪本体２１１は同軸に設置され、かつ取付け軸２１３及び軸受アセンブリ２１４を介して互いに接続され、鎖車２１２と車輪本体２１１が同期して回転できるようにする。取付け軸２１３は、車体枠１００に固定される。該実施形態において、車輪アセンブリ２１０は、鎖車２１２を介して以下で詳述する伝達アセンブリ２２０に連動可能に接続される。例えば、図１に示すように、車輪アセンブリ２１０の鎖車２１２は、駆動ベルト２１５を介して伝達アセンブリ２２０に連動可能に接続される。車輪本体２１１が回転するとき、車輪本体２１１の回転動力（又は、捩り力）は、駆動ベルト２１５を介して伝達アセンブリ２２０に伝達され、その結果、伝達アセンブリ２２０が車輪アセンブリ２１０の回転に追従して回転する。駆動ベルト２１５としては、駆動用チェーンであってもよく、駆動用ベルトであってもよい。

図３は、伝達機構２００の伝達アセンブリ２２０の分解図である。図３に示すように、伝達アセンブリ２２０は、鎖車２２１及び鎖車２２２、軸受２２３及び軸受２２４、及び取付け軸２２５を備える。鎖車２２１及び鎖車２２２は、軸受２２３、２２４および取付け軸２２５で構成される軸受アセンブリによって互いに接続され、鎖車２２１と鎖車２２２が同期して回転できるようにする。伝達アセンブリ２２０において、鎖車２２１は、上述の駆動ベルト２１５を介して車輪アセンブリ２１０からの動力（又は、捩り力）を受け、鎖車２２２は、別の駆動ベルト２２８を介して伝達機構２００の駆動アセンブリ２３０に連動可能に接続され、該動力（捩り力）を更に駆動アセンブリ２３０に伝達する。駆動ベルト２１５と同様に、駆動ベルト２２８としては駆動用チェーンであってもよく、駆動用ベルトであってもよい。一部の実施形態において、取付け軸２２５としては、スプライン軸であることが好ましい。

図１を参照されたく、図１に示す車体枠１００に１対の伝達機構２００が設けられているため、図１に示す訓練装置１０は１対の伝達機構２００を有することになる。本発明の実施形態において、該１対の伝達機構２００は、軸桿２２６を介して互いに接続される。図３に示すように、軸桿２２６の一端は、１つの伝達アセンブリ２２０の取付け軸２２５に接続され、軸桿２２６の他端も同様に別の伝達アセンブリ（図示せず）の取付け軸に接続される。これにより、２つの伝達アセンブリの動力は、互いに補足することができる。また、本発明の一部の実施形態によれば、上記一部の実施形態と組み合わせてもよく、このとき伝達アセンブリ２２０は、差動装置２２７を備える。図３に示すように、差動装置２２７の径方向外側は、鎖車２２２にろう接される。差動装置２２７は、伝達アセンブリ２２０の他の位置に取り付けられてもよく、本発明ではこれらについて特に制限がない。差動装置２２７は、訓練装置１０における１対の伝達アセンブリのうち１つの伝達アセンブリに取り付けることもできる。例えば、差動装置２２７を図３に示す伝達アセンブリ２２０に取り付けてもよいが、図３に示されていない別の伝達アセンブリに取り付けても構わない。差動装置２２７を採用することで、車輪の転向に余計の抵抗を加えることなく、路面凸凹状況や転向時に１対の車輪アセンブリ２１０の回転速度が一致しないことに起因する自己転向現象を回避することができる。

次に、図４を参照されたく、図４のＡ部分は、伝達機構２００の駆動アセンブリ（カム機構）２３０の分解模式図であり、図４のＢ部分は、カム支持材２５０の模式図である。

図４に示すように、駆動アセンブリ２３０は、カム２３１、連桿２３２、鎖車２３３、軸受２３４、従動ローラー２３５、揺動桿２３６及び軸桿２３７を備える。そのうち、軸桿２３７は、軸受２３４を介し且つカム２３１の中心に形成された開口部２３１２を経由して鎖車２３３とカム２３１を互いに連結する。鎖車２３３は、上述の駆動ベルト２２８を介して伝達アセンブリ２２０からの動力（捩り力）を受け、その結果、カム２３１が伝達アセンブリ２２０の回転に追従して回転する。

カム２３１の片側に後述のカム溝２３１１が形成される。連桿２３２は、一端がカム２３１に接続され、他端が以下で詳述する下肢桿アセンブリ２４０に接続され、カム２３１が回転するとき、連桿２３２のカム２３１に接続される一端は、カム２３１の回転につれて略水平方向において往復運動し、連桿２３２の下肢桿アセンブリ２４０に接続される他端は、カム２３１に駆動されて前後方向で揺動する。これにより、下肢桿アセンブリ２４０が付勢され、患者の下肢部が健常者の歩行姿勢に擬態する形で受動的に前後に揺動し、患者が前後揺動の状態で前向きに受動的に歩行することになり、歩行リハビリ訓練の目的を達成する。

具体的には、カム溝２３１１内に従動ローラー２３５が設けられ、カム溝２３１１のカム輪郭は、カム２３１の回転運動をカム溝２３１１内における従動ローラー２３５の略水平方向における所定の往復運動に変換するように構成される。従動ローラー２３５としてはローラー軸受が好ましく、具体的には、従動ローラー２３５は、転がり部２３５１及び転がり部に接続される支持ピラー２３５２を有し、転がり部２３５１がカム溝２３１１内に設けられ、転がり部２３５１の側壁がカム溝２３１１の側壁に接して形成されることにより、カム２３１が回転するとき、従動ローラー２３５の転がり部２３５１は、カム溝２３１１内において溝の側壁面に沿って転がることができる。

図１０Ａ～図１０Ｄは、本発明の実施形態に係るカム７００に駆動されて従動ローラー７５０が移動するときの動きを示す簡易模式図である。そのうちカム７００は、図４に示すカム２３１に似ており、従動ローラー７５０は、図４に示す従動ローラー２３５に似ている。

図１０Ａに示すように、カム７００は、円形本体７１０を有し、伝達アセンブリ２２０に駆動されて円心７２０を軸として回転することができ、回転は定速度であることが好ましい。円形本体７１０の側面７３０にカム溝７４０が形成され、本発明の一部の実施形態に係るカム溝７４０は、円心７２０に対して偏心して形成される。カム溝７４０のカム輪郭は、円形以外の閉曲線であり、かつ該カム輪郭の位置Ａにおいて円心に最も近接するため近心位置Ａと称され、該カム輪郭の位置Ｂにおいて円心から最も離間するため遠心位置Ｂと称される。従動ローラー７５０は、カム溝７４０内に設けられ、図４に示される後述の揺動桿２３６及びカム支持材２５０に拘束されて概ね水平軸線７６０の方向に限って移動可能である。

例えば、図１０Ａに示す従動ローラー７５０の水平軸線７６０における位置をＴ０時点の開始位置Ｃ１とした場合、図１０Ａに示すように、カム７００が回転するに当たって、位置Ｃ１においてカム溝７４０の近心位置Ａがちょうど水平軸線７６０に位置するため、このときカム溝７４０の従動ローラー７５０がカム輪郭の近心位置Ａに位置する。

次に、図１０Ａに示す矢印方向に沿ってカム７００を反時計回りに回し、カム７００が図１０Ｂの状態になるように回転させる。図１０Ｂに示すように、Ｔ１時点でカム７００の回転に伴ってカム輪郭の近心位置Ａと遠心位置Ｂとの間における１つの位置が水平軸線７６０と重なる。このとき、従動ローラー７５０は、カム溝７４０の側壁に付勢されて水平軸線７６０において水平方向（例えば、水平方向の左側へ）に沿って図１０Ａの位置Ｃ１から、図１０Ｂに示す水平軸線７６０の位置Ｃ２に移動する。

次に、図１０Ｂに示す矢印方向に沿ってカム７００を反時計回りに回し続け、カム７００が図１０Ｃの状態になるように回転させる。図１０Ｃに示すように、Ｔ２時点でカム７００の回転に伴ってカム輪郭の遠心位置Ｂが水平軸線７６０と重なる。このとき、従動ローラー７５０は、カム溝７４０の側壁に付勢されて水平軸線７６０において水平方向（例えば、水平方向の左側へ）に沿って図１０Ｂの位置Ｃ２から図１０Ｃの位置Ｃ３へ移動し、そのうち従動ローラー７５０は、位置Ｃ３においてちょうどカム輪郭の遠心位置Ｂに位置する。

そして、図１０Ｃに示す矢印方向に沿ってカム７００を反時計回りに回し続け、カム７００が図１０Ｄの状態になるように回転させる。図１０Ｄに示すように、Ｔ３時点でカム７００の回転に伴ってカム輪郭の近心位置Ａと遠心位置Ｂの間における１つの位置が水平軸線７６０と重なる。このとき、従動ローラー７５０は、カム溝７４０の側壁に付勢されて水平軸線７６０において水平方向に沿って図１０Ａ及び図１０Ｂとは逆向き（例えば、水平方向の右側へ）に、図１０Ｃの位置Ｃ３から逆向きに図１０Ｄの水平軸線７６０の位置Ｃ４に移動する。

そして、引き続き図１０Ｄに示す矢印方向に沿ってカム７００を反時計回りに回し続けると、図１０Ａの状態に戻る。すなわち、カム溝７４０の近心位置Ａがちょうど水平軸線７６０に位置し、このとき従動ローラー７５０は、カム溝７４０の側壁に付勢されて水平軸線７６０において水平方向に沿って引続き逆向き（例えば、水平方向の右側へ）に、図１０Ｄの位置Ｃ４から移動して図１０Ａの位置Ｃ１に戻る。このときカム７００は、ちょうど１周分だけ回転する。

以上で述べたように、カム７００が１周回転する期間において、従動ローラー７５０は、水平軸線７６０において往復運動を遂行する。図１０Ａ～図１０Ｄに示すように、カム７００が１周回転する期間において、従動ローラー７５０がＴ０時点の開始位置Ｃ１から水平方向の左へ移動してＴ１時点の位置Ｃ２に到達し、そして引続き水平方向の左へ移動してＴ２時点の位置Ｃ３に到達し、そして逆向きで水平方向の右へ移動して位置Ｃ４に到達し、最後に、引続き逆向きで水平方向の右へ移動して位置Ｃ１に戻る。そのため、カム７００が１周回転するに当たって、従動ローラー７５０は、位置Ｃ１→位置Ｃ２→位置Ｃ３→位置Ｃ４→位置Ｃ１の往復運動を行う。そのうち位置Ｃ１及びＣ３は、該往復運動の折り返し点に相当し、位置Ｃ１は、カム輪郭の近心位置Ａが回転によって水平軸線７６０に重なるときの位置に相当し、位置Ｃ３は、カム輪郭の遠心位置Ｂが回転によって水平軸線７６０に重なるときの位置に相当する。故に、カム７００が１周回転するに当たって、従動ローラー７５０は、位置Ｃ１と位置Ｃ３との間において往復運動を１回行う。同時に、カム７００が回転する期間中、円形以外の閉曲線のカム輪郭に影響されて従動ローラー７５０が水平軸線７６０において移動する瞬間速度もカム輪郭の変化に応じて変動する。つまり、従動ローラー７５０は、カム７００の回転に追従して位置Ｃ１と位置Ｃ３との間で変速往復運動を行い、位置Ｃ１と位置Ｃ３の間のかような変速往復運動は、さらに被駆動体（図示せず）が従動ローラー７５０に駆動されて所定の角度範囲内において変速揺動するよう駆動する。

以上においてカムを駆動アセンブリ２３０とし、カムの回転運動によってカム溝に設置された従動ローラーを往復運動させる場合を説明したが、本発明はこれらの駆動形態に制限されず、他の駆動形態であっても本発明に適用可能である。図１１Ａ～図１１Ｄは、カム溝７４０を有するカム７００の代わりに非円形歯車ペア８００を用いた場合を示す図である。非円形歯車ペア８００の場合、駆動アセンブリ２３０の鎖車２３３は、カム７００ではなく、非円形歯車ペア８００の駆動非円形歯車８１０に接続される。

図１１Ａ～図１１Ｄは、非円形歯車ペア８００によって非円形歯車ペア８００の従動ローラー８５０を駆動するときの動きを示す簡易模式図である。

図１１Ａ～図１１Ｄに示すように、非円形歯車ペア８００は、駆動非円形歯車８１０及びそれに噛み合う従動非円形歯車８２０を有する。駆動非円形歯車８１０は、従動非円形歯車８２０を駆動して回転させる。駆動非円形歯車８１０および従動非円形歯車８２０は、外周に歯部が形成され、駆動非円形歯車８１０及び従動非円形歯車８２０それぞれの歯部は歯数が同じであるため、駆動非円形歯車８１０が１周回転する度に従動非円形歯車８２０も１周回転する。該実施形態では、駆動非円形歯車８１０及び従動非円形歯車８２０の回転軸心８３０及び８４０は、それぞれの幾何中心からずれ、かつ駆動非円形歯車８１０と従動非円形歯車８２０との間の中心距離が同じくなるように形成される。そのうち前記中心距離とは、駆動非円形歯車８１０の回転軸心８３０から噛み合い位置までの回転半径と、従動非円形歯車８２０の回転軸心８４０から噛み合い位置までの回転半径との合計である。したがって、中心距離が同じである非円形歯車ペア８００は、駆動非円形歯車８１０と従動非円形歯車８２０が如何なる位置にまで回転したとしても、駆動非円形歯車８１０と従動非円形歯車８２０が互いに噛み合い、噛み合い関係が解除されたり又は互いに圧迫したりすることが起こらないように確保する。従動非円形歯車８２０の側面には、従動部材８５０が形成される。

以下、図１１Ａ～図１１Ｄを参照しながら非円形歯車ペア８００の従動部材８５０の動きを説明する。

図１１Ａに示すように、図１１Ａに示す従動部材８５０の位置をＴ０時点の開始位置Ｄ１とする。図１１Ａに示すように、位置Ｄ１において、従動部材８５０と駆動非円形歯車８１０の回転軸心８３０との距離Ｅ１が最も短く、すなわち位置Ｄ１において、従動部材が駆動非円形歯車８１０の回転軸心８３０に最も近接することになる。

次に、図１１Ａに示す矢印方向に沿って駆動非円形歯車８１０を時計回りに回し、駆動非円形歯車８１０の駆動下で従動非円形歯車８２０を反時計回りに回転させると、非円形歯車ペア８００は、回転して図１１Ｂの状態になる。図１１Ｂに示すように、Ｔ１時点において、非円形歯車ペア８００の回転に伴って駆動非円形歯車８１０の回転軸心８３０に最も近接した位置Ｄ１にあった従動部材８５０は、位置Ｄ２に移動する。位置Ｄ２において、従動部材８５０と駆動非円形歯車８１０の回転軸心８３０との距離Ｅ２が距離Ｅ１に比べて大きくなるため、非円形歯車ペア８００が図１１Ａの状態から図１１Ｂの状態になるにつれて、従動部材８５０は、駆動非円形歯車８１０の回転軸心８３０から徐々に離れてしまう。

そして、引き続き図１１Ｂに示す矢印方向に沿って駆動非円形歯車８１０を時計回りに回し続け、駆動非円形歯車８１０の駆動下で従動非円形歯車８２０を反時計回りに回転させると、非円形歯車ペア８００は、回転して図１１Ｃの状態になる。図１１Ｃに示すように、Ｔ２時点において、非円形歯車ペア８００の回転に伴って位置Ｄ２にあった従動部材８５０が位置Ｄ３に移動する。位置Ｄ３において、従動部材８５０と駆動非円形歯車８１０の回転軸心８３０との距離Ｅ３が距離Ｅ２に比べて更に大きくなるため、非円形歯車ペア８００が図１１Ｂの状態から図１１Ｃの状態になるにつれて、従動部材８５０は、さらに駆動非円形歯車８１０の回転軸心８３０から徐々に離れてしまう。

そして、引き続き図１１Ｃに示す矢印方向に沿って駆動非円形歯車８１０を時計回りに回し続け、駆動非円形歯車８１０の駆動下で従動非円形歯車８２０を反時計回りに回転させると、非円形歯車ペア８００は、回転して図１１Ｄの状態になる。図１１Ｄに示すように、Ｔ３時点において、非円形歯車ペア８００の回転に伴って位置Ｄ３にあった従動部材８５０が位置Ｄ４に移動する。位置Ｄ４において、従動部材８５０と駆動非円形歯車８１０の回転軸心８３０との距離Ｅ４が距離Ｅ３に比べて小さくなるが、距離Ｅ１に比べて大きいため、非円形歯車ペア８００が図１１Ｃの状態から図１１Ｄの状態に変化するにつれて、従動部材８５０は、駆動非円形歯車８１０の回転軸心８３０に徐々に接近する。

そして、引き続き図１１Ｄに示す矢印方向に沿って駆動非円形歯車８１０を時計回りに回し続けると、従動非円形歯車８２０は、駆動非円形歯車８１０の駆動下で反時計回りに回転して図１１Ａの状態に戻る。すなわち、非円形歯車ペア８００が図１１Ｄの状態から図１１Ａの状態に戻るにつれて、従動部材８５０は、駆動非円形歯車８１０の回転軸心８３０に徐々に接近し、最終的には駆動非円形歯車８１０の回転軸心８３０に最も近接した位置Ｄ１に戻る。このとき駆動非円形歯車８１０は、ちょうど１周分だけ回転する。

以上で述べたように、非円形歯車ペア８００が１周回転する期間において、従動部材８５０は、位置Ｄ１と位置Ｄ３との間で往復運動を遂行する。図１１Ａ～図１１Ｄに示すように、非円形歯車ペア８００が１周回転するに当たって、従動部材８５０は、Ｔ０時点において駆動非円形歯車８１０の回転軸心８３０に最も近接した開始位置Ｄ１から、駆動非円形歯車８１０の回転軸心８３０から遠ざかった位置Ｄ２に移動した後、Ｔ２時点において駆動非円形歯車８１０の回転軸心８３０から更に離れて回転軸心８３０から最も離れた位置Ｄ３に移動し、そして、回転軸心８３０に徐々に接近して位置Ｄ４に移動し、最後に回転軸心８３０に更に接近して回転軸心８３０に最も近接した位置Ｄ１に戻る。したがって、非円形歯車ペア８００が１周回転するに当たって、従動部材８５０は、位置Ｄ１→位置Ｄ２→位置Ｄ３→位置Ｄ４→位置Ｄ１の往復運動を遂行する。そのうち位置Ｄ１及び位置Ｄ３は、該往復運動の折り返し点に相当し、位置Ｄ１は、駆動非円形歯車８１０の回転軸心８３０に最も近接した位置に相当し、位置Ｄ３は、駆動非円形歯車８１０の回転軸心８３０から最も離れた位置に相当する。故に、従動部材８５０は、非円形歯車ペア８００が１周回転する度に位置Ｄ１と位置Ｄ３との間で往復運動を１回行う。同時に、非円形歯車ペア８００が回転する期間中、円形以外の歯車輪郭に影響されて従動部材８５０の各位置における瞬間速度も円形以外の歯車ピッチ線の変化に応じて変動する。つまり、従動部材８５０は、非円形歯車ペア８００の回転に追従して位置Ｄ１と位置Ｄ３との間で変速往復運動を行い、位置Ｄ１と位置Ｄ３の間のかような変速往復運動は、さらに被駆動体（図示せず）が従動部材８５０に駆動されて所定の角度範囲内において変速揺動するよう駆動する。

図４を参照されたく、本発明の一好適な実施形態において、カム溝２３１１のカム輪郭設計による変速往復運動は、健常者歩行時の下肢部における１つの点が股部を軸として変速揺動するよう駆動する。したがって、カム溝２３１１内において従動ローラー２３５が転がるにつれて、従動ローラー２３５のＸ‐Ｚ平面における位置は、カム溝２３１１のカム輪郭に応じて変化し、すなわちカム溝２３１１のカム輪郭に基づきＸ‐Ｚ平面において図１０Ａ～図１０Ｄの位置Ｃ１と位置Ｃ３との間で規則的な変速往復運動を行う。従動ローラー２３５が往復運動する際の２つの境界位置Ｃ１及びＣ３は、健常者歩行時の下肢部における１つの点が股部を軸とする２つの境界角度に対応する。従動ローラー２３５の支持ピラー２３５２が連桿２３２の一端に接続され、連桿２３２の他端が以下で説明する下肢桿アセンブリ２４０に接続されることにより、従動ローラー２３５がカム２３１の回転につれてＸ‐Ｚ平面において規則的な変速往復運動を行う際、下肢桿アセンブリ２４０は、連桿２３２の押し引き作用下でＸ‐Ｚ平面において規則的に変速揺動する。カム２３１のカム溝２３１１のカム輪郭が１周回転する度に、カム溝２３１１における従動ローラー２３５は、例えば図１０Ａ～図１０Ｄの位置Ｃ１及び位置Ｃ３によって規定される距離内において往復運動を１回遂行する。従動ローラー２３５が下肢桿アセンブリ２４０を駆動して揺動させるため、下肢桿アセンブリ２４０は、かような往復運動に応じて揺動する。上記往復運動による下肢桿アセンブリ２４０の揺動角度は、健常者歩行時の下肢部における１つの点が一歩踏み出すときに股部に対する揺動に対応し、従動ローラー２３５の１回往復運動による下肢桿アセンブリ２４０の変速揺動は、健常者歩行時の下肢部における１つの点が一歩を踏み出す時に股部に対する変速揺動に対応するため、下肢桿アセンブリ２４０に固定された患者は受動的に一歩踏み出し、患者が一歩踏み出したときの下肢部の揺動角度及び揺動方式が健常者と同じであるため、患者の歩行訓練を実現することができる。本発明の実施形態において、具体的には、従動ローラー２３５と下肢桿アセンブリ２４０の股部に近接し且つ太ももに対応する位置とは、連桿２３２によって接続されるため、カム溝２３１１のカム輪郭設計に対応する往復運動は、健常者歩行時の股部に対する太ももの揺動を駆動し、かつ往復運動に駆動される揺動角度は、健常者歩行時の股部に対する太ももの揺動角度に対応する。

健常者の歩行姿勢にとって、健常者の股部に近接する太ももの位置は概ね図４に示すＸ方向で前後揺動するが、Ｚ方向では揺動が極小さく、若しくは揺動が殆どない。そのため、訓練装置にカム支持材２５０を更に設け、カム支持材２５０は、第１アーム２５１を備え、第１アーム２５１の底部及び頂部にそれぞれ固定スリーブ２５２を設け、固定スリーブ２５２は、駆動アセンブリ２３０の軸受２３４及び伝達アセンブリ２２０の軸受２２３をそれぞれ支持して固定する。第１アーム２５１の上部に案内溝２５３が更に形成され、案内溝２５３は、Ｘ方向に延出する長孔として形成される。案内溝２５３内に従動ローラー２３５の支持ピラー２３５２が設けられ、従動ローラー２３５がＸ‐Ｚ平面において規則的に揺動する際、Ｚ方向（すなわち、垂直方向）での位置変動が案内溝２５３に制限され、概ねＸ方向（すなわち、水平方向）に限って規則的に前後揺動する。なお、下肢桿アセンブリ２４０に揺動桿２３６が更に設けられ、揺動桿２３６の一端が支持ピラー２３５２に接続され、他端がカム支持材２５０に接続され、揺動桿２３６によってもＺ方向における従動ローラー２３５の位置変動を制限することができる。揺動桿２３６の他端は、車体枠１００に直接的に接続されてもよい。

本発明の一部の実施形態によれば、カム２３１のカム溝２３１１が形成されている側と対向する他の側に第２カム溝（図示せず）が更に形成され、カム溝２３１１とほぼ同様にして、第２カム溝のカム輪郭設計に対応する変速往復運動は、カム溝２３１１のカム輪郭に対応する変速往復運動と異なる別の変速往復運動である。同様に、駆動アセンブリ２３０は、さらに第２軸受２３４’、第２連桿２３２’、第２従動ローラー２３５’及び第２揺動桿２３６’を備え、カム２３１と軸桿２３７は第２軸受２３４’を介して接続される。第２カム溝、第２連桿２３２’、第２従動ローラー２３５’及び第２揺動桿２３６’の配置形態は、カム溝２３１１、連桿２３２、従動ローラー２３５及び揺動桿２３６の配置形態と基本的に同じであり、ここでは重複説明を省略する。また、カム支持材２５０に、第１アーム２５１に平行する第２アーム２５４を更に備えることができる。第２アーム２５４は、その底部及び頂部に固定スリーブ２５２を備え、固定スリーブ２５２も、駆動アセンブリ２３０の第２軸受２３４’および伝達アセンブリ２２０の軸受２２４を支持して固定する。また、第２アーム２５４の上部にも第２案内溝２５５が形成され、第２案内溝２５５は、第２従動ローラー２３５’のＺ方向における位置変動を制限する。このように、第２カム溝によって、カム２３１の回転運動を第２カム溝内に位置する第２従動ローラー２３５’が略Ｘ方向（水平方向）において往復運動を行うよう変換する。

カム２３１が第２カム溝を備える実施形態では、第２連桿２３２’の一端が第２従動ローラー２３５’に接続され、他端が下肢桿アセンブリ２４０の膝部に対応する位置に直接又は間接的に接続される。したがって、第２カム溝のカム輪郭設計に対応する変速往復運動は、健常者歩行時の股部に対する脛の変速揺動に対応し、かつ該往復運動の２つの境界位置は、健常者歩行時の股部に対する脛の変速揺動の２つの境界角度に対応する。故に、カム２３１が１周回転する度に、第２カム溝における第２従動ローラー２３５’の変速往復運動は、健常者歩行時の股部に対する脛の変速揺動に対応し、よって、下肢桿アセンブリ２４０の脛部分は、健常者歩行時の股部に対する脛の揺動方式と同様にして１回揺動する。そのため、患者の脛は、健常者歩行時の脛の揺動方式と同様に１回揺動し、患者のリハビリ訓練を実現することができる。

また、本発明の一部の実施形態によれば、駆動アセンブリ２３０に、カム支持材２５０と連桿の間に設置される摩擦プレート２３９及び２３９’（もし存在する場合）を備えてもよく、摩擦プレート２３９及び２３９’としては、ポリテトラフルオロ系摩擦プレートが好ましく、連桿の揺動過程における摩擦抵抗を低減することができる。

以上では、カムを有する駆動アセンブリ２３０によって患者の歩行訓練を実現する場合について説明したが、上記図１１Ａ～図１１Ｄに示す非円形歯車ペア８００を有する別の駆動アセンブリを用いて患者の歩行訓練を実現することもできる。このとき、下肢桿アセンブリ２４０の太もも位置と従動ローラー２３５を連結する連桿２３２は、下肢桿アセンブリ２４０の太もも位置と従動ローラー８５０を連結する形態に変形される。そのため、位置Ｄ１と位置Ｄ３の間における従動ローラー８５０の変速往復運動によっても、患者の太ももが健常者歩行時の太ももの股部に対する揺動と同様に変速揺動するよう駆動することができる。非円形歯車ペア８００を有する駆動アセンブリは、さらに別の非円形歯車ペアを備えてもよく、該別の非円形歯車ペアは、非円形歯車ペア８００と異なり、従動部材の変速往復運動が健常者の股部に対する脛の変速揺動に対応するように設計される。このとき、下肢桿アセンブリ２４０の脛位置と第２従動ローラー２３５’を連結する第２連桿２３２’は、下肢桿アセンブリ２４０の脛位置と上記別の非円形歯車ペアの従動部材を連結する形態に変形され、該別の非円形歯車ペアの従動部材の変速往復運動によって、患者の脛が健常者歩行時の股部に対する脛の揺動と同様に変速揺動するよう駆動することができる。

車体枠１００に１対の伝達機構２００が取り付けられているため、訓練装置１０は、１対の駆動アセンブリ２３０を有する。図４に示すように、軸桿２３７の一端が１つの駆動アセンブリ２３０に接続され、図には示されていないが、軸桿２３７の他端が別の駆動アセンブリ２３０に接続され、前記別の駆動アセンブリは、駆動アセンブリ２３０と同じく構成される。健常者の歩行姿勢によれば、両足が揺動する際の位相が常に１８０度ずれるため、軸桿２３７に連結される１対の駆動アセンブリも１８０度の位相差で取り付けられる。

また、本発明の一部の実施形態によれば、軸桿２３７は、第１軸桿２３７１と第２軸桿２３７２とで構成され、そのうち第１軸桿２３７１は、駆動アセンブリ２３０に接続され、第２軸桿２３７２は、別の駆動アセンブリに接続され、かつ第１軸桿２３７１及び第２軸桿２３７２にクラッチ装置２３８が取り付けられる。クラッチ装置２３８を用いることで、必要に応じて１対の駆動アセンブリの間の位相差を調整することができる。例えば、患者が訓練装置１０を着用する際、両足を閉じる姿勢を維持する必要があるため、クラッチ装置２３８を開放状態にして両側の駆動アセンブリの位相を自由に調整することができ、訓練装置の着用を完了すると、両側の駆動アセンブリの位相差が１８０度ずれるように再び調整を行い、かつクラッチ装置を閉合状態にして第１軸桿２３７１と第２軸桿２３７２の間の固定接続関係を形成する。別の実施形態によれば、上記実施形態と組み合わせることができ、クラッチ装置２３８は、滑りバックル２３８１を備え、かつクラッチ装置２３８の両側に第１軸桿２３７１及び第２軸桿２３７２の向きを制限するための位置制限ハンドルが設けられる。調整を行うとき、第１軸桿２３７１及び第２軸桿２３７２のうち何れか１つの軸桿の向きを制限すると同時に、別の軸桿を所定の位相に調整した後、前記別の位置限定ハンドルを堅固に締めてクラッチ装置２３８を閉合状態にし、そして両側の位置限定ハンドルをそれぞれ緩める。軸桿２３７に、折り畳み式ハンドル２３７３及び折り畳み式ハンドル２３７３を収納するための収納スペース２３７２が更に設けられ、第１軸桿２３７１及び第２軸桿２３７２の向きを調整する際、収納スペース２３７２から折り畳み式ハンドル２３７３を旋回して取り出すことにより第１軸桿２３７１及び第２軸桿２３７２の向きを調整し、調整後には折り畳み式ハンドル２３７３を旋回して収納スペース２３７２に再び収納する。クラッチ装置２３８の両側の半軸に標記線が刻まれ、両端の半軸を調整して標記線に合わせてから滑りバックルを滑らせることで、両側の第１軸桿２３７１と第２軸桿２３７２を１８０度の位相差で固定することができる。クラッチ装置は、さらに、非操作時に滑りバックル２３８１が所定の位置に止まるようにする弾性衝突球２３８２を備える。

図５Ａ～図５Ｂを参照されたく、図５Ａは、伝達機構２００の下肢桿アセンブリ２４０の分解図であり、図５Ｂは、伝達機構２００の下肢桿アセンブリ２４０の立体模式図である。

下肢桿アセンブリ２４０は、主に太もも桿２４１と脛桿２４２とで構成される。太もも桿２４１と脛桿２４２は、軸受（図示せず）を介して膝部位置で互いに接続される。本発明の一部の実施形態によれば、下肢桿アセンブリ２４０に足底部材２４３を更に備え、足底部材２４３は、下肢桿アセンブリ２４０の足首位置において足部接続ソケット２４４を介して下肢桿アセンブリ２４０の脛桿２４２に取り外し可能に接続される。足底部材２４３は、前方へ０～１５度屈曲することもできる。

本発明の一部の実施形態によれば、下肢桿アセンブリ２４０に、太もも桿に取り付けられた包帯プレート２４５および脛桿２４２に取り付けられた包帯ソケット２４６を更に備え、包帯プレート２４５及び包帯ソケット２４６に、患者の下肢部を下肢桿アセンブリ２４０に固定するための下肢部包帯が取り付けられる。

太もも桿２４１は、股部に開口２４１９を有し、かつ股部に近接する位置において開口２４１４が形成され、上記連桿２３２の一端がローラー軸受２４１３を介して開口２４１４に接続されるため、太もも桿２４１が駆動アセンブリ２３０の回転に追従して規則的に揺動することにより歩行リハビリ訓練の目的を実現する。第２連桿２３２’を配置した実施形態において、第２連桿２３２’が脛桿２４２の膝部に近接する脛位置に接続されるため、下肢桿アセンブリ２４０の脛部分も駆動アセンブリ２３０の回転に追従して規則的に揺動することができる。図１に示すように、駆動アセンブリ２３０は、下肢桿アセンブリ２４０の股部位置とほぼ同じ高さに取り付けられる。健常者の歩行姿勢において、脛が揺動する際にＸ方向（水平方向）及びＺ方向（垂直方向）の両方向で同時に揺動するのが一般である。そこで、本発明の一好適な実施形態では、可能な限度で膝部の揺動を駆動アセンブリ２３０と同じ高さに変換する観点から、第２連桿２３２’の一端を脛桿２４２の膝部に近接する脛位置に間接的に接続する。図５に示すように、第２連桿２３２’は、脛桿を介して脛桿２４２の膝部に近接する脛位置に間接的に接続され、前記脛桿は、第１従動桿２４７と第２従動桿２４８とで構成され、太もも桿２４１の股部に対応する位置に設置される。具体的には、第２連桿２３２’の一端（例えば、軸受を介して）は、第１従動桿２４７の端部２４７１に位置する開口に接続され、例えば、軸受を介して且つ第１従動桿２４７の別の端部２４７２の開口を通って第２従動桿２４８の端部２４８１に位置する開口に接続される。第２従動桿２４８の別の端部２４８２の開口は、ローラー軸受を介して脛桿２４２の頂部の膝部に近接する位置に形成された開口２４２１に接続される。第１従動桿２４７の中間部２４７３にある開口は、例えば軸受を介して太もも桿２４１の股部に形成された開口２４１９に接続され、開口２４１９は、開口２４１４から近い箇所に位置する。このように、駆動アセンブリ２３０が回転するとき、第２連桿２３２’が規則的に揺動し、第２連桿２３２’が第１従動桿２４７の端部２４７１に付勢することにより連動して揺動する。第１従動桿２４７は、中間部２４７３を回転軸とし、第１従動桿２４７の別の端部２４７２が端部２４７１に追従して揺動するようにし、第１従動桿２４７の別の端部２４７２が揺動すると、かような揺動が第２従動桿２４８を介して脛桿２４２の膝部に近接する位置に伝達され、その結果、患者の膝部が連動して揺動する。第１従動桿２４７として、好ましくはＬ字型の形状を呈する。第１従動桿２４７および第２従動桿２４８は、所定の位置においてＹ方向へ湾曲することでＹ方向において第２連桿２３２’、第１従動桿２４７及び第２従動桿２４８を互いにずらせ、揺動時に第２連桿２３２’、第１従動桿２４７及び第２従動桿２４８同士の差障りがないようにする。

そして、本発明の一部の実施形態によれば、太もも桿２４１は、患者の太ももから離間して設けられる外側太もも桿２４１１、及び患者の太ももに近接して設けられる内側太もも桿２４１２を備える。外側太もも桿２４１１と内側太もも桿２４１２は、取り外し可能に一体に取り付けられる。図５に示すように、外側太もも桿２４１１及び内側太もも桿２４１２は、底部において軸受を介して共に脛桿２４２に接続され、外側太もも桿２４１１と内側太もも桿２４１２が互いに離れるとき、Ｘ‐Ｚ平面において外側太もも桿２４１１（内側太もも桿２４１２と）と脛桿２４２の接続位置を回転軸として互いに回転できるようにする。このような構成を取ることで、患者が着座姿勢で着用する必要があった場合、外側太もも桿２４１１と内側太もも桿２４１２を分離することができ、その結果、内側太もも桿２４１２がＸ‐Ｚ平面において脛桿２４２と約９０度の角度を成して容易に着用できるようになる。着用が完了すると、患者は外力を借りて立ち上がり、外側太もも桿２４１１と内側太もも桿２４１２が平行して互いに重なるとき、外側太もも桿２４１１と内側太もも桿２４１２が一体に取り付けられ、着用が完成される。本発明の一部の実施形態によれば、太もも桿２４１は、外側太もも桿２４１１の開口２４１８に取り付けられたばねプランジャ機構２４１７を備える。外側太もも桿２４１１と内側太もも桿２４１２を分離する必要が生じた場合、操作者は手作業によってばねプランジャ機構２４１７を開ける。外側太もも桿２４１１及び内側太もも桿２４１２を再び取り付ける必要が生じた場合、外側太もも桿２４１１が内側太もも桿２４１２に対して回転し、外側太もも桿２４１１が回転して内側太もも桿２４１２と重なると、内側太もも桿２４１２に形成された開口２４１８’が開口２４１８と重なり、このときばねプランジャ機構２４１７のばねプランジャが開口２４１８’に自動的に跳ね返るため、外側太もも桿２４１１と内側太もも桿２４１２の自動ロックを実現する。太もも桿に２つのハンドルねじ２４１５が更に設けられ、ハンドルねじ２４１５は、外側太もも桿２４１１の開口２４１６及び内側太もも桿２４１２の開口２４１６’に対応する位置に取り付けられる。外側太もも桿２４１１と内側太もも桿２４１２を分離する必要が生じた場合、操作者は手作業によってハンドルねじ２４１５を開け、外側太もも桿２４１１と内側太もも桿２４１２の分離を実現する。外側太もも桿２４１１と内側太もも桿２４１２同士が重なり且つばねプランジャ機構２４１７によって自動ロックされた状態で、ハンドルねじ２４１５をしっかり締め付けることで外側太もも桿２４１１と内側太もも桿２４１２を更に一体に組み立てる。

図６は、伝達部材２００の側面図であり、伝達部材２００の構造をより明確に示す観点から、図６において一部の部材は省略されている。以上で述べたように、訓練装置を前方へ進ませるとき、車輪アセンブリ２１０は前方へ行進する。このとき車輪アセンブリ２１０の回転は、駆動ベルト２１５を介して伝達アセンブリ２２０に伝達される。伝達アセンブリ２２０の動力は、さらに駆動ベルト２２８を介して駆動アセンブリ２３０に伝達され、駆動アセンブリ２３０のカムを駆動して回転させる。カムの回転に伴い、下肢桿アセンブリ２４０が第１連桿２３２及び第２連桿２３２’に駆動されて規則的に揺動する。第１連桿２３２は、下肢桿アセンブリ２４０の股部に近接する太もも位置に直接に接続され、患者の太ももが股部に対して規則的に揺動するようにする。第２連桿２３２’は、第１従動桿２４７及び第２従動桿２４８を介して下肢桿アセンブリ２４０の膝部に近接する脛位置に間接的に接続され、患者の脛が股部に対して規則的に揺動することにより歩行リハビリ訓練の目的を実現する。

以上では特別に設計されたカム輪郭を利用し、下肢桿アセンブリ２４０が健常者歩行時の規則的な揺動を遂行する場合を説明したが、該カム輪郭は、健常者歩行時の下肢部の揺動法則に基づき逆推定されたものであり、特に、健常者歩行時の下肢部の股部位置及び膝部位置の揺動法則に基づいて逆推定される。該カム輪郭については、下肢桿アセンブリ２４０が駆動アセンブリ２３０に駆動されて揺動することとは正反対の策略にて設計することもできる。

図７は、駆動アセンブリ２３０のカム溝のカム輪郭設計方法６００のフローチャートである。以下、図２～図６を参照しながら方法６００を説明する。ブロック６１０において、従動部材を1つの円盤の側面に設置する。図４に示すように、該従動部材としては、従動ローラー２３５のような従動部材であり、円盤の側面において転がることができる。方法６００は、カム溝のカム輪郭設計を意識したものであるため、図４に示すカム２３１の代わりに平坦な側面を有する円盤を用いることができる。従動部材は、略水平方向に限って移動可能に設けられ、例えば、図４に示す案内溝２５３及び揺動桿２３６によって従動部材の垂直方向における移動を制限することができる。

ブロック６２０において、１つの円形本体を提供し、上述の従動部材が円形本体の側面において且つ略水平方向において所定距離内で所定の往復運動（例えば、変速往復運動）を行うようにし、前記所定距離としては、例えば、図１０Ａ～図１０Ｄに示す位置Ｃ１及び位置Ｃ３によって規定される距離である。

ブロック６３０において、従動部材が往復運動を行うようにすると同時に、一定の速度で円盤を回転させ、従動部材は、円盤が１周回転する度に該所定距離内で往復運動を１回遂行する。

ブロック６４０において、従動部材が往復運動を１回遂行すると、円盤もちょうど１周回転する。そのため、従動部材が該距離内で往復運動を１回する間に、円盤の側面に１つの円形以外の閉曲線の転がり軌跡が形成され、該閉曲線が所謂必要とされるカム溝のカム輪郭である。故に、該閉曲線に従って円形本体においてカム溝を形成すれば、結果として本発明で言うカムが得られる。

以上で述べたように、必要とされる往復運動としては、健常者歩行時の股部に対する太もも及び／又は脛の揺動に対応することが好ましい。上記所定距離の２つの境界点（例えば、図１０Ａ～図１０Ｄに示す位置Ｃ１及び位置Ｃ３）は、健常者歩行時に太もも及び／又は脛が股部に対して揺動するときの２つの境界角度に対応する。従動部材の往復運動及び移動距離をそれぞれ健常者歩行時の股部に対する太ももの揺動及び揺動角度に対応させる必要が生じた場合、連桿を介して従動部材を下肢桿の股部に近接する太もも部分（例えば、図５に示す開口２４１４の位置）に連結するだけで済む。これと同様に、従動部材の往復運動及び移動距離をそれぞれ健常者歩行時の股部に対する脛の揺動及び揺動角度に対応させる必要が生じた場合、図５～図６に示すように、連桿及び脛揺動桿を介して従動部材を下肢桿の膝部に近接する脛部分に連結すれば済み、すなわち連桿（例えば、第２連桿２３２’）及び中間部を介して従動部材を下肢桿の股部における第１従動桿２４７に連結し、並びに第２従動桿（例えば、第２従動桿２４８）を下肢桿の膝部に近接する脛部分（例えば、図５に示す開口２４２１の位置）に間接的に連結するだけで済む。下肢桿が患者の下肢部でなく、健常者の下肢部に固定される場合、健常者が普通に歩くだけで従動部材が健常者歩行時に対応する揺動角度で健常者の歩行に対応する揺動運動をするため、従動部材によって円盤の側面に残される軌跡は健常者歩行時の脛及び／又は太ももの揺動に対応し、対応するカム輪郭が得られる。

また、本発明の一部の実施形態では、ソフトウェアモデル化によってもカム輪郭が得られる。例えば、コンピュータ支援ソフトウェア（例えば、Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ）を用いて人体下肢部の特定寸法及び訓練装置の基本構造をモデル化し、さらに、健常者歩行時の下肢部（例えば、股部及び膝部）の往復運動法則に基づき上記モデルに制限要素を付加し、かつ運動学的シミュレーションを実行することにより健常者歩行時の歩行姿勢・位置移動グラフを取得し、シミュレーションによって得られた歩行姿勢・位置移動グラフを訓練装置の基本構造モデルに導入することで、逆推定の方式にてカム輪郭を得ることができる。こうした策略によって、実使用の患者の下肢部を計測することで具体的な患者に最も適したカム輪郭を提供し、リハビリ訓練の効果を高めることができる。

非円形歯車ペアの製造方法は、次の通りである。

まず、互いに噛み合う駆動非円形歯車と従動非円形歯車を製造し、そのうち前記駆動非円形歯車および前記従動非円形歯車は同じ歯数及び一定の中心距離を有し、駆動非円形歯車８１０が１周回転する度に従動非円形歯車８２０も１周回転し、かつ駆動非円形歯車８１０と従動非円形歯車８２０が任意の位置に回転したとしても、駆動非円形歯車８１０と従動非円形歯車８２０が噛み合い関係を解除し又は互いに圧迫することなく、常に互いの噛み合い関係を維持する。本発明の一部の実施形態では、駆動非円形歯車及び従動非円形歯車の回転軸心は、それぞれの幾何中心からずれて形成される。

そして、従動非円形歯車の側面に従動部材を設置することにより、非円形歯車ペアの製造を完遂する。

製造において、駆動非円形歯車及び従動非円形歯車の歯車ピッチ線は、前記駆動非円形歯車が１周回転すると、前記従動非円形歯車における従動部材が前記駆動非円形歯車に駆動されて第１位置と第２位置の間で変速往復運動を１回行うように構成される。そのうち、第１位置は、従動部材が駆動非円形歯車の回転軸心から最も近接した位置であり、第２位置は、従動部材が駆動非円形歯車の回転軸心から最も離間した位置である。

従動部材と従動部材に駆動される他の部材（例えば、下肢桿アセンブリ２４０）が接続されるとき、従動部材に接続された部材（例えば、連桿を介して）は、従動部材の変速往復運動に駆動されて一定の角度範囲内で変速揺動を行う。本発明の実施形態によれば、従動部材は、例えば連桿を介して、下肢桿アセンブリ２４０の太ももに対応する位置又は脛に対応する位置において下肢桿アセンブリ２４０に接続される。例えば、従動部材が下肢桿アセンブリ２４０の太ももに対応する位置に接続される場合、従動部材の変速往復運動に駆動されて、下肢桿アセンブリ２４０の太もも位置が股部を軸とし且つ健常者歩行時の股部に対する太ももの揺動方式に従って変速揺動を行う。該変速往復運動に駆動される揺動角度は、健常者歩行時の股部に対する太ももの揺動角度に対応し、従動部材が往復運動する際の２つの境界位置（すなわち、第１位置及び第２位置）は、健常者歩行時に太ももが揺動する２つの境界角度に対応する。例えば、従動部材が左足の下肢桿に接続される場合、第１位置は、右足が左足を支持脚として一歩踏み出してから股部に対する左足の下境界角度に対応し、第２位置は、左足が右足を支持脚として一歩踏み出してから股部に対する左足の下境界角度に対応する。

駆動非円形歯車及び従動非円形歯車のピッチ線については、従来の方法に従ってピッチ曲線、弾性率、歯数及び中心距離を考慮して設計することができる。

ピッチ曲線は、必要とされる所定の揺動法則に基づいて得られる。本発明の実施形態において必要とされる所定の揺動法則とは、例えば、健常者歩行時の股部に対する下肢部（太もも又は脛）の変速揺動法則である。駆動非円形歯車の回転角度を時間基準とした場合、非円形歯車ペアに駆動される下肢桿は、該時間基準に従い且つ所定の法則に則って揺動する。このとき、従動非円形歯車の運動曲線がないため、従動非円形歯車は、連桿を介して下肢桿によって駆動される。駆動非円形歯車及び下肢桿が同じ時間基準に従って揺動するため、駆動非円形歯車が１周回転する度に従動非円形歯車も１周分だけ回転する。さらに、下肢桿に駆動される従動非円形歯車は、駆動非円形歯車の定速度と異なる瞬時速度で回転し、該瞬時速度の時間に対する積分は、駆動非円形歯車の回転周期内において３６０°の条件を満たす必要がある。ところが、丸め誤差やサンプリング密度の影響により、実際の工学計算では数値積分結果に若干バラツキが発生し、比例補正を行って数値積分の誤差を許容範囲内に抑える必要がある。

モジュール、歯数及び中心距離を確定する際、非円形歯車ペアでは標準モジュールを優先し、標準の切削具を用いて容易に加工できるようにする。モジュールが決定され且つ指定の歯数に基づくと、非円形歯車のピッチ線の周長が確定される。非円形歯車ペアの瞬時伝達比は、該瞬間に１対のピッチ線における駆動非円形歯車と従動非円形歯車が互いに噛み合うときの噛み合い点それぞれの回転半径の逆比と同じである。また、ピッチ線における１対のピッチ線の半径合計は、非円形歯車ペアの中心距離と同じである。ピッチ線が非円形を呈するため、中心距離、モジュール及び歯数は円形歯車ペアの場合と異なり、簡単な比例関係を持たない。つまり、標準モジュールを用いた場合には非標準の中心距離が得られ、逆の場合にも同様である。ピッチ周長の数値積分を求めるに先立って、各点のピッチ線半径を確定する必要があるが、ピッチ線半径が中心距離及び瞬時伝達比に基づき求められるため、まず１つの中心距離を仮設定し、かかる設定に基づきピッチ周長を試算する必要があり、そして中心距離を調整し、最終的にはピッチ周長の誤差を許容値の範囲内に抑えることが行われる。かような処理で得られた非円形歯車ペアは、標準モジュール及び非標準の中心距離を有し、標準モジュール及び非標準の中心距離は簡単に製造される。

図１に示すように、訓練装置１０に、車体枠１００の頂部に取り付けられる腰部保持アセンブリ３００を備え、腰部保持アセンブリ３００は、リハビリ訓練過程において対麻痺や片麻痺患者の腰部を強くサポートし、患者が直立歩行を体験できるようにする。腰部保持アセンブリ３００が患者に接触する部分に高分子材料で作られた包帯を設置し、中には柔らかくて快適なゴム発泡体を充填することにより、着用時の快適さやユーザ体験を高めることができる。

本発明の一部の実施形態において、腰部保持アセンブリ３００は、患者と接触する腰部持枠３１０、および腰部保持枠３１０を車体枠１００に取り付ける腰部保持枠支持材３２０を備える。腰部保持枠３１０は、車体枠１００の上方において車体枠１００の両側へ延出して形成される。人体の重心が健常者歩行時に垂直方向で約２０～３０ｍｍの変動量を有するため、腰部保持枠支持材３２０は、健常者歩行時に人体の重心の垂直方向における変動に対応できる観点から、垂直方向において上下へ変動可能に構成される。

図８は、腰部保持枠３１０の立体模式図である。図８に示すように、腰部保持枠３１０は、腰部保持枠支持材３２０に固定される１対の支持枠３１１を備え、１対のバッフル板３１１は、それぞれの一端において対応する支持枠３１１に枢動可能に接続される。バッフル板３１１は、対麻痺患者が着座姿勢で着用し且つ直立姿勢で歩行する際の空間位置の変換を支持する観点から、開閉可能に形成される。腰部保持枠３１０には、バッフル板３１１を閉合した後の腰部保持枠３１０全体の剛性や安定性を確保する観点から、バッフル板３１１に取り外し可能に接続されるラッチ棒３１３を更に備え、このようなラッチ棒３１３は、炭素繊維材で製造することができる。

図９は、腰部保持枠支持材３２０の立体模式図である。図９に示すように、腰部保持枠支持材３２０は、固定部３２１、調整部３２２及び変動部３２３を備える。固定部３２１は、車体枠１００の頂部に取り付けられ、変動部３２３は、腰部保持枠３１０に接続され、固定部３２１の両端に開口が設けられる。滑り軸３２４は、固定部３２１の開口を通過し且つ線形軸受（図示せず）を介して固定部３２０に組み立てられ、固定部３２１の開口において垂直方向で上下へ移動することができる。調整部３２２の両端にも開口が設けられ、調整部３２２は、その開口において線形軸受（図示せず）を介して滑り軸３２４に取り付けられ、かつ滑り軸３２４の延出方向（垂直方向）に沿って上下へ移動することができる。滑り軸３２４の頂部は、変動部３２３に接続される。調整部３２２は、さらに昇降スクリュー３２５（例えば、筒状スクリュー）によって固定部３２１に接続され、かつ固定部３２１に設けられる調整機構３２６によって固定部３２１と調整部３２２の垂直方向における距離を調整する。変動部３２３は、さらに、弾性部材３２７（例えば、台形ばね）を介して調整部３２２に接続される。昇降スクリュー３２５を調整することにより、調整部３２２と固定部３２１の垂直方向における距離を調整することができ、すなわち車体枠１００に対する調整部３２２の垂直方向の位置を調整することで、腰部保持枠支持材３２０に接続される腰部保持枠３１０の垂直位置を調整することができるため、患者の身長に応じて適切な位置で腰部保持枠３１０を設置することができる。変動部３２３が弾性部材３２７を介して調整部３２２に接続されるため、患者がリハビリ訓練を行う際、変動部３２３は、変動部３２３に接続されている腰部保持枠３１０と共に歩行時重心の垂直方向における変動量に応じて上下へ変動することができる。

以上で述べたように、本発明の訓練装置は、電子機器の補助に依存することなく、簡単な機械機構に頼って患者の歩行リハビリ訓練を実現することができる。そのため、安価で製造でき、同時に研究開発および電子機器を搭載した訓練装置の知能制御プログラムを開発するための莫大な開発費用を削減することができる。また、本発明によれば、一人の医療スタッフ又は一般操縦者に頼るだけで患者の歩行リハビリ訓練を提供することができ、リハビリ訓練の継続性及び治療効果を改善することができる。

以上では本発明の実施形態を説明したが、本発明の趣旨から逸脱しない限り本発明の上記実施形態に対して適宜変更、変化を加えてもよく、これらの変更、変化も本発明の範囲内に含まれる。

Claims (13)

1. 車体枠と、第１伝達機構及び第２伝達機構とを備え、
   前記第１伝達機構及び第２伝達機構は、それぞれ前記車体枠の両側に取り付けられ、
   かつ、前記第１伝達機構の駆動アセンブリと前記第２伝達機構の駆動アセンブリは、軸桿を介して接続され、
   前記第１伝達機構及び第２伝達機構の各々は、車輪アセンブリ、伝達アセンブリ、駆動アセンブリ及び下肢桿アセンブリを備え、
   前記伝達アセンブリは、前記車輪アセンブリの回転によって前記伝達アセンブリの回転を駆動するように、前記車輪アセンブリに連動可能に接続され、
   前記駆動アセンブリは、前記伝達アセンブリに連動可能に接続され、かつカムを有し、
   前記下肢桿アセンブリは、連桿を介して前記駆動アセンブリに接続され、かつ前記伝達アセンブリに駆動されて揺動し、
   前記カムは、
   円形本体を有し、前記円形本体の第１側面にカム溝が配置され、
   前記カム溝の輪郭は、前記カム溝に設置された第１従動部材が前記カムの回転運動に駆動されて水平軸線において往復運動を行うように構成され、
   前記カムが１周回転する度に、前記第１従動部材は、水平軸線における第１位置と第２位置との間で往復運動を１回行い、
   前記第１位置は、前記第１従動部材が前記輪郭において前記円形本体の円心に最も近接した位置にあるときの、前記第１従動部材の水平軸線における位置であり、
   前記第２位置は、前記第１従動部材が前記輪郭において前記円形本体の円心から最も離れた位置にあるときの、前記第１従動部材の水平軸線における位置であり、
   前記下肢桿アセンブリは、太もも桿を備え、
   前記第１従動部材は、前記連桿によって前記太もも桿に接続されることにより、前記太もも桿が前記第１従動部材の前記往復運動に駆動されて１つの角度範囲で揺動することを特徴とする、リハビリテーション訓練装置。
2. 前記角度範囲は、健常者歩行時の太ももの股部を軸とする揺動角度範囲であり、
   前記揺動は、健常者歩行時の太ももの揺動である、請求項１に記載のリハビリテーション訓練装置。
3. 前記カムは、第２カム溝を更に備え、前記第２カム溝は、前記円形本体の前記第１側面に対向する第２側面に設置され、前記第２カム溝の第２輪郭は、前記カムの回転運動に駆動されて、前記第２カム溝に設置される第２従動部材が水平軸線において別の往復運動を行うよう構成され、
   前記第２輪郭は、前記輪郭と異なり、
   前記カムが１周回転する度に、前記第２従動部材は、水平軸線において第３位置と第４位置との間で往復運動を１回行い、
   前記第３位置は、前記第２従動部材が前記第２輪郭において前記円形本体の円心に最も近接した位置にあるときの、前記第２従動部材の水平軸線における位置であり、
   前記第４位置は、前記第２従動部材が前記第２輪郭において前記円形本体の円心から最も離れた位置にあるときの、前記第２従動部材の水平軸線における位置であり、
   前記伝達機構は、脛揺動桿及び第２連桿を更に備え、
   前記下肢桿アセンブリは、軸受を介して前記下肢桿アセンブリの膝部位置において前記太もも桿に接続される脛桿を更に備え、前記第２連桿の一端は、前記脛揺動桿を介して前記脛桿に接続され、前記脛揺動桿は、前記太もも桿の股部に対応する位置に設置され、前記第２連桿の他端は、前記駆動アセンブリの第２従動部材に接続されることにより、前記別の往復運動は、前記第２従動部材に接続される前記脛桿が別の角度範囲において別の揺動を行うよう駆動する、請求項１に記載のリハビリテーション訓練装置。
4. 前記別の角度範囲は、健常者歩行時の脛の揺動角度範囲であり、
   前記別の揺動は、健常者歩行時の脛の揺動である、請求項３に記載のリハビリテーション訓練装置。
5. 前記駆動アセンブリは、支持材及び揺動桿を更に備え、
   前記支持材は、前記カムを支持し、
   前記揺動桿は、一端が前記第１従動部材に接続され、他端が前記支持材に固定接続される、請求項３に記載のリハビリテーション訓練装置。
6. 前記駆動アセンブリは、前記連桿と前記支持材の間に設置されるポリテトラフルオロ系摩擦プレートを更に備える、請求項５に記載のリハビリテーション訓練装置。
7. 前記駆動アセンブリは、第２揺動桿を更に備え、
   前記第２揺動桿は、一端が前記第２従動部材に接続され、他端が前記支持材に固定接続される、請求項５に記載のリハビリテーション訓練装置。
8. 前記軸桿は、第１桿部及び第２桿部を備え、
   前記第１桿部は、クラッチを介して前記第２桿部に接続される、請求項１に記載のリハビリテーション訓練装置。
9. 前記第１伝達機構と前記第２伝達機構は、第２軸桿を介して接続され、
   前記第１伝達機構と前記第２伝達機構の間に、前記第２軸桿に取り付けられる差動装置を備える、請求項１に記載のリハビリテーション訓練装置。
10. ２つのユニバーサルブレーキキャスターを更に備え、
    前記２つのユニバーサルブレーキキャスターは、前記車体枠の底部に取り付けられ、かつ前記車体枠の両側にそれぞれ位置する、請求項１に記載のリハビリテーション訓練装置。
11. 前記車体枠の頂部に接続され、かつ前記車体枠の両側の間において延出する腰部保持枠を更に備える、請求項１に記載のリハビリテーション訓練装置。
12. 前記車体枠の頂部に取り付けられ、かつ前記車体枠の両側に位置する２つの腰部保持枠支持材を更に備え、前記腰部保持枠支持材は、固定部、調整部および変動部を備え、
    前記固定部は、前記車体枠に固定接続され、
    前記調整部は、昇降スクリューを介して前記固定部に接続され、
    前記変動部は、弾性部材を介して前記調整部に接続され、
    前記腰部保持枠の両端は、対応する腰部保持枠支持材の前記変動部にそれぞれ接続される、請求項１１に記載のリハビリテーション訓練装置。
13. 前記車体枠に取り付けられる手すりを更に備える、請求項１に記載のリハビリテーション訓練装置。

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