レーベンスクラフト株式会社
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平成10年度 新医療技術開発研究
(10) 2-2

方向転換、階段昇降を含む
歩行リハビリテーションのための
バーチャル散策システムの開発研究


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研究組織
(1)国立大阪病因 石原 謙
(2)立命館大学 牧川 方昭
川村 貞夫
田畑 修
(3)神戸大学 吉田 正樹
(4)労災リハビリテーション工学センター 森本 正治
(5)大道会ボバース記念病因 真鍋 清則
(6)レーベンスクラフト(株) 山下 晴郎 宮永 裕巳
谷 典正  佐々木 明彦
谷 白糸  木下 紀彦

研究写真

報告書表紙
<報告書目次>

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<研究報告抜粋>
2.要約
 本研究は本方向転換、階段昇降を含む歩行リハビリテーションのためのバーチャル散策システムの開発研究である。本システムはアメニティ性の高い歩行訓練装置を目指しており、ユーザーが公園、美術館、動物園などの種々のバーチャルコースを楽しみながら歩行訓練ができるシステムを目指している。本システムは大きくバーチャル散策コース呈示システムと、種々の歩行状況を作り出す歩行面聞こうから構成される。この内、前年度には後者の歩行面機構の開発研究を、研究2年度にはバーチャル散策コースを作り出す前者のバーチャル散策コース呈示システムの開発研究を行った。本年度は特に大きな問題の大きかった歩行面聞こうの改良について検討を加えると共に、バーチャル散策システムとしての問題点、今後の展望について検討を加えた。
3.研究目的
 本研究の最終目的は、アメニティ性の高い歩行訓練装置を開発することである。トレッドミルに代表される従来の歩行訓練はともすると単調に陥りがちであり、長期にわたって訓練を持続させるには問題があった。全体システムの概要を図1に示す。図に示されるように、本システムは、公園、美術館、動物園などの種々のバーチャル散策コース呈示システムと、種々の歩行状況を作り出す歩行面機構、心電図、筋電図、間接角度などの被検者の歩行に伴う生理的学的、運動学的パラメータの計測システムから構成される。

 研究初年度にはこの内、歩行面機構の開発研究を行い、研究2年度にはユーザーにバーチャル散策コースを呈示するためのバーチャル散策コース呈示システムについて検討を加えた。研究最終年度の本年度にはこれまでの開発システムの問題点を検討するとともに、特に歩行面機構の改良について検討を加えた。
4.研究計画
 本方向転換、階段昇降を含む歩行リハビリテーションのためのバーチャル散策システムの開発研究を行っている。図1に示されるように、本システムはバーチャル散策コースを発生するためのミニチュア散策コース、ユーザの替わりにユーザの眼となってミニチュアコース内を移動するTVカメラならびにその駆動ステージ、TVカメラの映像をユーザに呈示するHMD、頭部運動センサから構成されている。研究最終年度である本年度には、これまで開発したシステムの問題点を明らかにするとともに、本システムの中核をなす歩行面機構について改良を加え、トータルシステムとしての臨床応用の可否について検討を加えた。検討課題は、
1)歩行面機構、ミニチュア散策コース呈示システムの問題点の検討
2)歩行面機構の改良
3)臨床応用に向けての解決すべき問題点
5.3.1 新しい歩行面機構の試作
 今回新たに試作した歩行面機構の概要を図9に示す。図の下方向が被検者の歩行進行方向であり、図には片足分のみを記載している。図の右部が被検者の足部を支える足底板であり、その足底板を3本のアームが支えている。さて、実際の足底板の運動機構であるが、ここではこの3本のアームの長さを変えることで足底板の一を向きを変えようというものである。このような機構に変えることによって、先に記した種々の問題が解決する。
 第1にガタの問題であるが、本機構はアームの根元にアクチュエータが装備されており、もしこの根元のアクチュエータ部でガタが生じても、第2ジョイントがないため、そのガタが足底板の位置で拡大しり割合は減少する。また根元の3つのアクチュエータ部のガタがお互いに相殺部に必要であったモータの設置が不要になるため、足底板とアーム全体の重量を軽減することが可能である。また根元の枠にモータそものもを固定するため、モータの重量を気にする必要がなくなり、必要なだけの出力を有するモータそのものを固定するため、モータの重量を気にする必要がなくなり、必要なだけの出力を有するモータを自由に選択することが可能となる。最後に第3の問題である足底板内に設置するメカの問題であすが、この新しい方式の場合、もはや足底板内に足底板の位置、方向を制御するためのメカを載せる必要がなくなり、新たに油圧シリンダーを設置することが可能となる。
7.まとめ
 公園、美術館、動物園など種々のバーチャル散策コースをユーザが歩けるシステムを目指してバーチャル散策コースシステムの開発研究を行った。研究当初、本システムは、バーチャル散策コース呈示システムと、種々の歩行状況を作り出す歩行面機構、心電図、筋電図、間接角度などの被検者の歩行に伴う生理学的、運動学的パラメータの計測システムから構成されることとした。そして研究初年度にはこの内、歩行面機構の開発研究を行い、研究2年度にはユーザにバーチャル散策コースを呈示するためのバーチャル散策コース呈示システムシステムについて検討を加えた。研究最終年度の本年度にはこれまでの開発システムの問題点を検討するとともに、特に歩行面機構の改良について検討を加えた。最後の課題である心電図、筋電図、間接角度などの被検者の歩行に伴う生理学的、運動学的パラメータの計測システムについては時間的な制約から、開発研究を実施することができなかった。しかし、歩行面機構、バーチャル散策コース呈示システムについては当初の計画をほぼ満足することが出来、この主の装置の原理的な評価を実施することができた。超高齢化社会を迎える我が国にとって、高齢者の健康管理の問題は避けて通ることの出来ない緊急の課題であり、この種の装置の潜在的な需要は大きいと考えている。本研究がこの種の装置の実現、臨床応用の一助となることを願って、本研究をまとめとしたい。


研究写真
  バーチャル散策コースの概要

バーチャル散策コース呈示システム概要 完全な呈示を持つヘッドマウントディスプレイ

歩行面機構の動作原理 2リンク、3回転自由度を有する歩行面機構

新しい歩行面機構 歩行面機構の外観(正面より)

歩行面機構の外観(側面より) アーム繰り出し機構の概要と外観

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