特開 2025-2741 重心表示システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025002741

(43)【公開日】2025-01-09

(54)【発明の名称】重心表示システム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/11 20060101AFI20241226BHJP

   A61H 3/00 20060101ALI20241226BHJP

   A61H 1/02 20060101ALI20241226BHJP

【ＦＩ】

A61B5/11 210

A61H3/00 B

A61H1/02 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023103082

(22)【出願日】2023-06-23

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000125381

【氏名又は名称】学校法人藤田学園

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】加藤 禎章

(72)【発明者】

【氏名】向野 雅彦

(72)【発明者】

【氏名】平野 哲

【テーマコード（参考）】

4C038

4C046

【Ｆターム（参考）】

4C038VA04

4C038VA11

4C038VB15

4C038VC20

4C046AA08

4C046AA22

4C046AA42

4C046BB08

4C046CC01

4C046DD02

4C046DD13

4C046DD14

4C046DD34

4C046DD38

4C046DD39

4C046EE02

4C046EE03

4C046EE05

4C046EE08

4C046EE24

4C046EE27

4C046EE32

4C046FF09

(57)【要約】

【課題】トレッドミルに配設された荷重分布センサでの検知結果に基づきユーザの足裏の重心座標を算出し、表示する場合において、その重心座標の移動の視認性を向上させることが可能な重心表示システムを提供する。
【解決手段】重心表示システム１０は、表示部１１と、制御部１２と、を備える。制御部１２は、トレッドミルに配設されトレッドミルの上面にかかる荷重を測定する荷重分布センサから、荷重分布データを時系列で入力する。制御部１２は、トレッドミル上でのユーザの移動速度を入力する。制御部１２は、荷重分布データが示すユーザの片脚の足裏の重心座標の表示位置が、片脚についての１つの立脚期において時間によらず同じ基準位置に対する相対位置となるように、移動速度に基づき移動方向と逆方向に重心座標をずらした状態で、重心座標の軌跡を表示部１１に表示させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

表示部と、制御部と、を備え、
前記制御部は、
トレッドミルに配設され前記トレッドミルの上面にかかる荷重を測定する荷重分布センサから、荷重分布データを時系列で入力し、
前記トレッドミル上でのユーザの移動速度を入力し、
前記荷重分布データが示す前記ユーザの片脚の足裏の重心座標の表示位置が、前記片脚についての１つの立脚期において時間によらず同じ基準位置に対する相対位置となるように、前記移動速度に基づき移動方向と逆方向に前記重心座標をずらした状態で、前記重心座標の軌跡を前記表示部に表示させる、
重心表示システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、重心表示システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、トレッドミルと、トレッドミルにかかる反力を測定する床反力センサと、ユーザの下肢に装着される脚ロボットと、脚ロボットが装着された下肢を撮影する距離計測センサと、ユーザに装着されるセンサを用いることなくユーザの足裏荷重を推定する荷重推定手段と、を備えた歩行リハビリシステムが開示されている。

【0003】

ここで、上記荷重推定手段は、床反力センサ及び距離計測センサを用いて測定した、床反力の合力、及びその重心位置、並びにユーザの左右の下腿のそれぞれの足裏荷重の重心位置、から床反力センサの測定値及び距離計測センサの計測結果に基づいてユーザの左右の下肢のそれぞれの足裏荷重を推定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６１８７２０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載のシステムでは、ユーザの左右の足裏のそれぞれにおける荷重の重心位置を算出することはできるが、その軌跡を表示することに関しては全く考慮されていない。

【0006】

そこで、本発明者は、トレッドミルに配設される荷重分布センサを用いてユーザの左右の足裏のそれぞれにおける荷重の重心位置を算出し、その軌跡を表示する方法について考察した。

【0007】

しかしながら、足裏のトレッドミル上での位置はユーザの移動に伴い進行方向逆向きに移動するため、足裏の重心位置を表示した場合には重心位置も同様に全体的に移動することになり、ユーザやその介助者にとって足裏の重心位置の軌跡が視認し難くなる。特に、通常、ユーザは踵から接地するため、トレッドミルの進行方向（前方から後方へ向かう方向）と足裏の重心位置の移動方向（足裏の後方から前方へ向かう方向）が相反することから、ユーザやその介助者が重心移動を視認し難い。そのため、例えば、介助者がユーザに誤ったアドバイスを与えてしまうこともある。

【0008】

本開示は、このような問題を解決するためになされたもので、その目的は、トレッドミルに配設された荷重分布センサでの検知結果に基づきユーザの足裏の重心座標を算出し、表示する場合において、その重心座標の移動の視認性を向上させることが可能な重心表示システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一態様に係る重心表示システムは、表示部と、制御部と、を備え、前記制御部は、トレッドミルに配設され前記トレッドミルの上面にかかる荷重を測定する荷重分布センサから、荷重分布データを時系列で入力し、前記トレッドミル上でのユーザの移動速度を入力し、前記荷重分布データが示す前記ユーザの片脚の足裏の重心座標の表示位置が、前記片脚についての１つの立脚期において時間によらず同じ基準位置に対する相対位置となるように、前記移動速度に基づき移動方向と逆方向に前記重心座標をずらした状態で、前記重心座標の軌跡を前記表示部に表示させる、ものである。

【0010】

上記の重心表示システムでは、トレッドミルに配設された荷重分布センサでの検知結果に基づきユーザの足裏の重心座標を算出し、表示する場合において、上記の移動速度に基づき移動方向と逆方向に重心座標をずらした状態で、重心座標の軌跡を表示部に表示させるため、その重心座標の移動の視認性を向上させることができる。

【発明の効果】

【0011】

本開示により、トレッドミルに配設された荷重分布センサでの検知結果に基づきユーザの足裏の重心座標を算出し、表示する場合において、その重心座標の移動の視認性を向上させることが可能な重心表示システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態に係る重心表示システムの一構成例を示すブロック図である。

【図2】図１の重心表示システムを搭載できる歩行訓練装置の一構成例を示す概略側面図である。

【図3】図２の歩行訓練装置で表示される画像の一例を示す模式図である。

【図4】図２の歩行訓練装置における重心表示処理の一例を説明するためのフロー図である。

【図5】図４の重心表示処理における固定領域の切り出し処理及び表示座標の補正処理の一例を説明するための模式図である。

【図6】図４の重心表示処理で表示させる足裏の重心座標の移動を示す画像の一例を示す模式図である。

【図7】比較例に係る重心表示処理での表示結果を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。

【0014】

（実施の形態）
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係る重心表示システムの一構成例を示すブロック図である。

【0015】

図１に示すように、本実施の形態に係る重心表示システム１０は、表示部１１と、制御部１２と、を備えることができる。表示部１１は、例えば液晶パネル、有機エレクトロルミネッセンスパネル等の表示パネルとすることができる。

【0016】

制御部１２は、トレッドミルに配設されトレッドミルの上面にかかる荷重を測定する荷重分布センサから、荷重分布データを時系列で入力する。荷重分布センサは、面圧分布センサ、床反力センサなどとすることができる。また、制御部１２は、トレッドミル上でのユーザの移動速度を入力する。ユーザの移動速度は、トレッドミルにおけるベルトの移動速度を指す。なお、ユーザの移動速度は、歩行時にはユーザの歩行速度、走行時にはユーザの走行速度を指すことになる。

【0017】

制御部１２は、荷重分布データが示すユーザの片脚の足裏の重心座標の表示位置が、片脚についての１つの立脚期において時間によらず同じ基準位置に対する相対位置となるように、移動速度に基づき移動方向と逆方向に重心座標をずらした状態で、重心座標の軌跡を表示部１１に表示させる。具体的なずらす手法については図２～図６を参照しながら後述する。ここで、荷重分布データが示すユーザの片脚の足裏の重心座標とは、その片脚の足裏にかかる荷重の重心座標を意味する。

【0018】

重心座標の軌跡は、重心座標の算出のタイミングで逐次更新して表示させることができる。例えば、制御部１２は、最新の算出タイミングから所定回数算出された又は所定期間に算出された重心座標を表示部１１に表示させることができ、同時に表示させる重心座標間でも時間経過が分かるように色を変化させることもできる。ユーザに分かり易くするために、少なくとも現時点の重心座標は過去の重心座標と区別できるように表示させることもできる。

【0019】

このような構成の重心表示システム１０では、トレッドミルに配設された荷重分布センサでの検知結果に基づきユーザの足裏の重心座標を算出し、表示する場合において、上記の移動速度に基づき移動方向と逆方向に重心座標をずらした状態で、重心座標の軌跡を表示部に表示させるため、その重心座標の移動の視認性を向上させることができる。

【0020】

次に、制御部１２による重心表示処理の具体例について、図２～図６を参照しながら説明する。以下の具体例では、トレッドミルが図２に示す歩行訓練装置１００に搭載され、重心表示システム１０がその歩行訓練装置１００に搭載される例を挙げて説明するが、このような例に限ったものではない。

【0021】

まず、図２及び図３を参照しながら、重心表示システムを搭載できる歩行訓練装置１００の例について説明する。図２は、重心表示システム１０を搭載できる歩行訓練装置１００の一構成例を示す概略側面図である。また、図３は、歩行訓練装置１００で表示される画像の一例を示す模式図である。

【0022】

図２に示す歩行訓練装置１００は、一方の脚に麻痺を患う片麻痺患者である訓練者（ユーザ）Ｕが、訓練スタッフＰＴの指導に従って歩行訓練を行うための装置である。なお、訓練スタッフＰＴは、療法士（理学療法士）又は医師とすることができ、訓練者の訓練を指導又は介助などにより補助することから、訓練指導者、訓練介助者、訓練補助者などと称することもできる。ここで例示したように、訓練スタッフＰＴは人である。

【0023】

歩行訓練装置１００は、下側フレーム１０１、上側フレーム１０２、前方フレーム１０３、及び後方フレーム１０４を備え、主にこれらにより全体的な形状が形成されている。また、歩行訓練装置１００は、訓練者Ｕが歩行時に必要に応じて把持するための手摺り１０５を備えることができる。手摺り１０５は、訓練者Ｕが歩行する領域の両脇側において、例えば下側フレーム１０１に配設されることができる。

【0024】

また、歩行訓練装置１００は、後述する訓練用モニタ１１５及びカメラ１１７を取り付けるための取付具１０６を備えることができる。訓練用モニタ１１５及びカメラ１１７を訓練者Ｕの前方に位置するように取り付けるために、取付具１０６は、その前方フレーム１０３に配設されることができる。また、上側フレーム１０２は、訓練者Ｕの頭上部前方付近で前側引張部１１１ｆを、頭上部付近でハーネス引張部１１１ｗを、頭上部後方付近で後側引張部１１１ｂを、それぞれ支持している。

【0025】

また、歩行訓練装置１００は、各種モータや各種センサの制御を行う、例えばＭＰＵ（Micro Processing Unit）等で構成される全体制御部を収容する制御盤１１４を備えることができる。つまり、制御盤１１４の全体制御部は、歩行訓練装置１００の制御可能な部位の制御も行う。そして、制御盤１１４は、全体制御部の一部として、図１の重心表示システム１０、つまり表示部１１及び制御部１２を備えることができる。その他、制御盤１１４の全体制御部は、例えば、訓練スタッフＰＴによって設定された歩行速度に応じて、後述のベルト駆動部１０８を駆動させ、ベルト１０７の回転速度を調整することができる。

【0026】

制御盤１１４は、例えば下側フレーム１０１によって支持されることができる。制御盤１１４の全体制御部は、システムメモリから読み込んだ制御プログラムを実行することにより、装置全体の制御を実行することができる。

【0027】

また、歩行訓練装置１００は、訓練者Ｕの歩行を促すトレッドミルを備える。トレッドミルは、無端のベルト１０７、つまりリング状のベルト１０７と、ベルト駆動部１０８とを備えることができる。ベルト駆動部１０８は、ベルト１０７を駆動して回転させるモータとその駆動回路とを含むことができる。歩行訓練を行う訓練者Ｕは、ベルト１０７に乗り、ベルト１０７の移動に合わせて歩行動作を試みる。なお、訓練スタッフＰＴは、例えば図２に示すように訓練者Ｕの背後のベルト１０７上に立って一緒に歩行動作を行うこともできるが、通常、ベルト１０７を跨いだ状態で立つなど、訓練者Ｕの介助を行い易い状態に居ることが好ましい。

【0028】

また、歩行訓練装置１００は、上述の荷重分布センサ１０７ｓを備える。荷重分布センサ１０７ｓは、ベルト１０７の下に配設されることができる。荷重分布センサ１０７ｓは、例えば、電極がマトリックス状に配置された抵抗変化検出型の荷重検出シートとすることができる。

【0029】

荷重分布センサ１０７ｓは、訓練者Ｕの足裏が受ける垂直荷重の大きさと分布を検出し、荷重の重心座標、つまりＣＯＰ（Center Of Pressure：荷重中心）の座標を検出するように構成することができる。そして、荷重分布センサ１０７ｓは、検出した荷重分布データを、制御盤１１４の全体制御部に有線通信又は無線通信で送信する。ＣＯＰの検出処理自体は、荷重分布センサ１０７ｓで検出された垂直荷重の大きさと分布を受けて、全体制御部で実行することもできる。

【0030】

また、歩行訓練装置１００は、装具１１２、ハーネスワイヤ１１０ｗ、及びハーネス引張部１１１ｗを主な構成要素とする、安全装置としての転倒防止ハーネス装置を備えることができる。装具１１２は、吊具であるハーネスワイヤ１１０ｗの一端に連結可能となっており、ハンガーベルトと称することもできる。訓練者Ｕは、後背部でハーネスワイヤ１１０ｗが連結されるように、装具１１２を装着する。ハーネスワイヤ１１０ｗは、一端が装具１１２に連結されており、他端がハーネス引張部１１１ｗに連結されている。ハーネス引張部１１１ｗは、ハーネスワイヤ１１０ｗを引張するためのモータとその駆動回路とを含むことができる。制御盤１１４の全体制御部は、ハーネス引張部１１１ｗの駆動回路へ駆動信号を送ることにより、ハーネスワイヤ１１０ｗの巻き取り又は繰り出しを制御する。

【0031】

転倒防止ハーネス装置は、このような構成により、訓練者Ｕが転倒しそうになった場合に、その動きを検知した制御盤１１４の全体制御部からの指示に従ってハーネスワイヤ１１０ｗを巻き取り、装具１１２により訓練者Ｕの上体を支えて、訓練者Ｕの転倒を防ぐ。なお、動きの検知は、装具１１２に備えられた、訓練者Ｕの姿勢を検出するための姿勢センサ（図示せず）で行うことができる。この姿勢センサは、例えばジャイロセンサと加速度センサを組み合わせたものであり、装具１１２が装着された腹部の重力方向に対する傾斜角を出力する。

【0032】

また、歩行訓練装置１００は、訓練者Ｕの麻痺側の脚部である患脚に装着する歩行補助装置１０９を備えることができる。歩行補助装置１０９は、訓練者Ｕの患脚に装着され、患脚の膝関節における伸展及び屈曲の負荷を軽減することにより訓練者Ｕの歩行を補助する。

【0033】

歩行補助装置１０９は、例えば、膝関節の伸展運動及び屈曲運動を補助するための駆動力を発生させる不図示のモータを含みそのモータを制御する制御ユニット（図示せず）と、患脚の各部を支える複数のフレームと、を備えることができる。これらのフレームについては詳細に図示しないが、これらのフレームのうち隣り合うフレームは回動自在に連結されることができる。また、歩行補助装置１０９は、運脚に関する各種データを取得する各種センサを備え、取得した各種データを制御盤１１４の全体制御部に有線通信又は無線通信で送信することができる。また、歩行補助装置１０９は、そのフィードバックとしてモータの制御に関するデータを受信し、上記制御ユニットでそのデータに基づきモータを制御するように構成することもできる。

【0034】

また、上記複数のフレームのうちの一部のフレームには、前側ワイヤ１１０ｆと後側ワイヤ１１０ｂとが連結されることができる。前側ワイヤ１１０ｆ、後側ワイヤ１１０ｂはそれぞれ、前側引張部１１１ｆ、後側引張部１１１ｂに連結され、前側引張部１１１ｆ、後側引張部１１１ｂにより巻き取り又は繰り出しが可能となっている。前側引張部１１１ｆ、後側引張部１１１ｂは、それぞれ前側ワイヤ１１０ｆ、後側ワイヤ１１０ｂを引張するためのモータとその駆動回路とを含むことができる。

【0035】

制御盤１１４の全体制御部は、前側引張部１１１ｆ、後側引張部１１１ｂの駆動回路へ駆動信号を送ることにより、それぞれ前側ワイヤ１１０ｆ、後側ワイヤ１１０ｂの巻き取り又は繰り出しを制御する。制御盤１１４の全体制御部は、例えば、荷重分布センサ１０７ｓの検出結果に基づく訓練者Ｕの足裏の重心座標及び後述のカメラ画像データの少なくとも一方に基づき、患脚が立脚状態から遊脚状態に切り替わるタイミングを同定し、そのタイミングに同期して前側ワイヤ１１０ｆ及び後側ワイヤ１１０ｂの引張力を増減させることにより、患脚の振出し動作をアシストすることができる。

【0036】

このように、歩行訓練装置１００は、前側引張部１１１ｆと後側引張部１１１ｂの連携した動作により、歩行補助装置１０９の荷重が患脚の負担とならないように当該荷重を相殺し、更には、設定の程度に応じて患脚の振出し動作をアシストすることができる。例えば、訓練スタッフＰＴは、オペレータとして、重度の麻痺を抱える訓練者Ｕに対しては、アシストするレベルを大きく設定する。アシストするレベルが大きく設定されると、前側引張部１１１ｆは、患脚の振出しタイミングに合わせて、比較的大きな力で前側ワイヤ１１０ｆを巻き取る。訓練が進み、アシストが必要でなくなったら、訓練スタッフＰＴは、アシストするレベルを最小に設定する。アシストするレベルが最小に設定されると、前側引張部１１１ｆは、患脚の振出しタイミングに合わせて、歩行補助装置１０９の自重をキャンセルするだけの力で前側ワイヤ１１０ｆを巻き取る。

【0037】

また、歩行訓練装置１００は、表示部１１の一例として訓練用モニタ１１５を備えることができる。訓練用モニタ１１５は、前方フレーム１０３に取り付けられており、例えば液晶パネル等の表示パネルとすることができる。訓練用モニタ１１５は、主に訓練者Ｕが自身の歩行状態やＣＯＰの軌跡を視認するための表示装置である。訓練用モニタ１１５には、歩行訓練装置１００から与えられるアドバイスや警告などの通知を表示させることもできる。ここで、アドバイスは歩行分析の結果をフィードバックしてどのような点に気を付けて歩行すればよいかを示すアドバイスとすることができる。

【0038】

また、訓練用モニタ１１５は、訓練スタッフＰＴが訓練者Ｕの歩行状態を視認するためにも用いることができる。訓練用モニタ１１５で表示させる画像等は、制御盤１１４の全体制御部から送信されることができる。上記歩行状態を視認させるための画像は、後述するカメラ１１７で撮影したリアルタイムの画像と、ＣＯＰの軌跡を示すＣＯＰ画像２０ａとを含むことができ、トレーニングの進捗を示す情報や上記通知のための情報も含むことができる。

【0039】

また、歩行訓練装置１００は、表示部１１の一例として管理用モニタ１１６を備えることができる。管理用モニタ１１６は、例えば制御盤１１４の筐体などに取り付けられており、例えば液晶パネル等の表示パネルとすることができる。また、管理用モニタ１１６は、表示パネルにおいてタッチパネルを設けておくことができる。管理用モニタ１１６は、主に訓練スタッフＰＴが監視及び操作するための表示入力装置であるが、ＣＯＰの軌跡を表示させることもできる。管理用モニタ１１６は、訓練設定に関する各種メニュー項目や、訓練時における各種パラメータ値、訓練結果などを表示し、各種メニュー項目や各種パラメータ値などの設定を受け付けることができる。管理用モニタ１１６で表示させる画像等は、制御盤１１４の全体制御部から送信され、管理用モニタ１１６のタッチパネルで受け取った操作信号は制御盤１１４の全体制御部に送信され、その操作信号に対応した制御が全体制御部でなされる。

【0040】

なお、歩行訓練装置１００は、図示しない音声出力部を備えることもできる。訓練用モニタ１１５や管理用モニタ１１６で例示した表示部で表示させる通知内容は、この音声出力部からの音声出力で知らせること、あるいは表示部での画像出力及び音声出力部からの音声出力の双方で知らせることもできる。

【0041】

また、歩行訓練装置１００はカメラ１１７を備える。カメラ１１７は、訓練者Ｕの全身を撮像するための撮像部としての機能を担う。カメラ１１７は、訓練用モニタ１１５の近傍に、訓練中の訓練者Ｕと相対するように設置されている。図２では、取付具１０６の下側にカメラ１１７が取り付けられた例を示しているが、カメラ１１７の取付位置これに限らない。

【0042】

カメラ１１７は、訓練中の訓練者Ｕの静止画や動画を撮影し、得られた画像信号を制御盤１１４の全体制御部に、有線通信又は無線通信により送信する。カメラ１１７は可視光又は赤外線のカメラとすることができる。カメラ１１７は、訓練者Ｕが適切な歩行範囲で歩行している場合において、訓練者Ｕの全身を捉えられる程度の画角となるような、レンズと撮像素子のセットを含む。この画角は、例えば、図２において２本の一点鎖線間の範囲で例示されるものである。撮像素子は、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）イメージセンサとすることができ、結像面に結像した光学像を画像信号に変換する。

【0043】

全体制御部は、カメラ１１７から画像信号を受け取り、受け取った画像信号からその信号が示す画像データを生成する。なお、カメラ１１７が画像信号から画像データを生成し、全体制御部に渡すように構成することもできる。全体制御部は、画像データを訓練用モニタ１１５に表示させる制御を行う。これにより、訓練用モニタ１１５には、カメラ画像２０のような訓練者Ｕの歩行状態が撮影された画像がリアルタイムで表示されることになる。

【0044】

訓練用モニタ１１５に表示させる画像データがカメラ１１７での撮影により得られたカメラ画像データであることを前提に説明しているが、カメラ画像データに限らず、深度データなどとすることもできる。深度データは、赤外線などのレーザー光を対象物に当てて対象物との距離を計測する深度センサや、３Ｄカメラなどで撮影して得られた各位置の深度を画像としてマッピングしたデータとすることができる。また、深度センサの一種とも言えるが、ＬｉＤＡＲを用いて計測したＬｉＤＡＲデータを、入力される画像データとすることもできる。

【0045】

このように、歩行訓練装置１００では、トレッドミル上で移動する訓練者Ｕを撮影又はセンシングすることにより画像データを得て、その画像データを訓練用モニタ１１５に表示させることができる。また、画像データは管理用モニタ１１６にも表示させることができる。

【0046】

なお、図３では、便宜上、図２の歩行訓練装置１００に対して撮影された画像のうち、例えば訓練スタッフＰＴ、管理用モニタ１１６、ワイヤ及びハーネスなど、一部の構成要素についての画像の図示を省略している。また、図３では、カメラ画像２０にＣＯＰ軌跡を示す画像（以下、ＣＯＰ画像）２０ａ及びユーザ骨格画像３０を重畳させた画像を例示しているが、このような重畳がなされないこともできる。但し、ＣＯＰ画像２０ａを表示する機能は、本実施の形態の特徴の一つであり、備えておくものとする。なお、ＣＯＰ画像２０ａ及びユーザ骨格画像３０の少なくとも一方は管理用モニタ１１６に表示させることもできる。なお、ユーザ骨格画像３０及びＣＯＰ画像２０ａについては後述する。

【0047】

また、制御盤１１４の全体制御部は、得られた画像データを含む情報に基づき歩行解析（歩行分析）を実行することもできる。以下、歩行分析を行うための骨格の認識処理やその結果に基づく歩行分析を制御部１２が実行する例を挙げて説明する。

【0048】

制御部１２は、画像データに基づき、ユーザである訓練者Ｕの骨格の位置を認識し、骨格の位置を示すユーザ骨格情報を得て、そのユーザ骨格情報からユーザ骨格画像３０を生成し、訓練用モニタ１１５に表示させることができる。各骨格の位置は、画像データ上の座標として認識されることができる。

【0049】

画像データからの骨格の位置の認識方法は問わず、また、時間的に連続する複数の画像データから骨格の位置を認識することもできる。より簡単な認識方法としては、人物又は人物が装着する装具における骨格の位置に識別用のマーカを付与しておき、そのマーカを検出するといった方法が採用できるが、マーカの付与を行わずとも骨格の位置の認識は可能である。ユーザ骨格情報は、例えば、ディープラーニング等の機械学習を行った学習モデルに画像データを入力し、その出力結果として認識されることもできる。

【0050】

ユーザ骨格情報は、右肩関節、脊椎の肩部分、左肩関節、右股関節、脊椎の基礎部分、左股関節、右膝関節、左膝関節、右足関節、左足関節、首、鼻など複数の点（関節点等）で示される人物の骨格の位置を示す情報のうち、訓練者Ｕの骨格の位置を示す情報である。無論、これらの関節等の名称は一例として挙げているに過ぎない。なお、ユーザ骨格情報は、隣接する点間をそれぞれ結ぶ線も含むこと、あるいは点の代わりに上記線を含むこともできる。

【0051】

また、制御部１２は、画像データに訓練スタッフＰＴを撮影したデータも含まれている場合には、訓練スタッフＰＴの骨格と区別して訓練者Ｕの骨格を抽出するとよく、この区別の手法は問わないが、例えば、次のようにして区別を行うことができる。即ち、制御部１２は、検出された骨格群のうち、隣り合う骨格同士のうち同一人物の骨格であることが、予め定められた骨格情報に従って判別できる骨格同士を結ぶなどして、検出された骨格群を人物毎に区別することができる。そして、制御部１２は、この区別の結果、前方にある骨格群でなる骨格情報を、訓練者Ｕの骨格群であるユーザ骨格情報であると特定し、ユーザ骨格画像３０を生成する。例えば、骨格のうち右肩と左肩との間の距離が最も大きい骨格を特定することで、前方にある骨格群でなる骨格情報を決定することができる。

【0052】

あるいは、制御部１２は、骨格同士を結ぶなどして得られた骨格情報のうち、多くの骨格が揃っている方を、訓練者Ｕの骨格であるとして、他の骨格（訓練スタッフＰＴの骨格）を除外することで、ユーザ骨格情報を特定し、ユーザ骨格画像３０を生成することができる。なお、画像データが深度データを含む場合には、制御部１２は深度が浅い方の骨格情報をユーザ骨格情報として特定することができる。

【0053】

但し、これらの例に限らず、制御部１２は、画像データに基づき、訓練者Ｕの骨格の位置とその訓練者Ｕ以外の人物の骨格の位置とを区別して認識することができれば、訓練者Ｕの骨格群を抽出すること、つまり訓練スタッフＰＴ等の他の人物の骨格群から区別して抽出することができる。

【0054】

そして、制御部１２は、荷重分布センサ１０７ｓから荷重分布データを時系列で入力し、荷重分布データが示すユーザの片脚の足裏のＣＯＰ座標の表示位置が、片脚についての１つの立脚期において時間によらず同じ基準位置に対する相対位置となるように、移動速度（トレッドミル速度）に基づき移動方向と逆方向にＣＯＰ座標をずらした状態で、ＣＯＰ座標の軌跡を訓練用モニタ１１５に表示させる。上記の基準位置は、上記１つの立脚期において訓練者Ｕによる荷重が荷重分布センサ１０７ｓで最初に検出された位置とすることができる。この位置は通常の歩行では「踵」となるため、以下では基準位置が踵である例に挙げて説明するが、踵に限ったものではない。

【0055】

次に、図４～図６を参照しながら、歩行訓練装置１００におけるこのような重心表示処理の一例を説明する。図４は、図２の歩行訓練装置１００における重心表示処理の一例を説明するためのフロー図である。図５は、図４の重心表示処理における固定領域の切り出し処理及び表示座標の補正処理の一例を説明するための模式図である。また、図６は、図４の重心表示処理で表示させる足裏のＣＯＰ座標の移動を示す画像の一例を示す模式図である。

【0056】

まず、制御部１２は、歩行分析の対象となる画像データに基づき、訓練者Ｕの骨格を示すユーザ骨格情報を特定し、特定したユーザ骨格情報に基づき歩行分析を行う（ステップＳ１）。ここでの歩行分析は、単に足踏み中、つまり歩行中であるか否かと、対象の足の接地状態が分かれば精密な分析でなくてもよい。なお、対象の足とは、歩行補助装置１０９を装着している足とすること、あるいは逆の足とすること、あるいは両足とすることができる。

【0057】

次いで、制御部１２は、歩行分析の結果が歩行している状態（歩行状態）であることを示しているか否かを判定し（ステップＳ２）、歩行状態でないことを示している場合（ＮＯの場合）、処理を終了する。

【0058】

ステップＳ２でＹＥＳの場合、つまり歩行状態であることを示している場合、制御部１２は、歩行分析の結果が接地している状態であることを示しているか否かを判定し（ステップＳ３）、非接地であることを示している場合（ＮＯの場合）、ステップＳ１に戻る。

【0059】

ステップＳ３でＹＥＳの場合、つまり、接地している状態であることを示している場合、制御部１２は、歩行分析の結果が接地直後であることを示しているか否かを判定する（ステップＳ４）。なお、ステップＳ２～Ｓ４の判定処理は同時に実行することもできる。

【0060】

ステップＳ４でＹＥＳの場合、つまり、接地直後であることを示している場合（ＹＥＳの場合）、制御部１２は、図５の上図に示すように、荷重分布センサ１０７ｓにおける接地部分５１ｔ１から踵の起点５２ｔ１を算出する（ステップＳ５）。踵の起点５２ｔ１は、最初に接地した点を推定して算出することができ、例えば接地直後の荷重分布のうちＹ座標の値が最も小さいライン上の中点を踵座標として算出することができる。ここで、起点５２ｔ１は時刻ｔ１での起点を指す。

【0061】

次いで、制御部１２は、起点５２ｔ１の座標に基づき表示対象となる固定領域ＤＡｔ１を切り出す（ステップＳ６）。ここで、固定領域ＤＡｔ１は時刻ｔ１での固定領域を指す。固定領域ＤＡｔ１は、例えば、起点５２ｔ１のＸ座標を中心としてＸ軸方向に所定幅をもち、起点５２ｔ１１のＹ座標を中心としてＹ軸方向に他の所定幅をもつ領域として決定し、切り出すことができる。

【0062】

次いで、制御部１２は、荷重分布に基づきＣＯＰを算出し（ステップＳ７）、荷重分布とＣＯＰとを示すＣＯＰ画像２０ａを生成して訓練用モニタ１１５に表示させる（ステップＳ８）。なお、図２では足先を上に向けて描いているが、足先を下に向けて描くこともできる。

【0063】

一方、ステップＳ４でＮＯの場合、つまり接地直後でないこと（接地直後以外の接地中であること）を示している場合、トレッドミルに流される（トレッドミル速度に依存して足が移動する）ため、トレッドミル速度に応じて表示領域をトラッキングすればよい。

【0064】

よって、この場合、まず制御部１２は、訓練者Ｕの歩行速度であるトレッドミル速度Ｖｔｒを取得する（ステップＳ９）。そして、制御部１２は、取得したトレッドミル速度Ｖｔｒと更新周期とに基づき、固定領域の移動量を算出し、表示させる座標を補正する（ステップＳ１０）。図５の下図では、時刻ｔ１から１更新周期後の時刻を時刻ｔ２とし、時刻ｔ２での起点、固定領域をそれぞれ起点５２ｔ２、固定領域ＤＡｔ２として表現している。ステップＳ１０で算出される移動量は、図５の下図に示す、固定領域ＤＡｔ１から固定領域ＤＡｔ２までの移動量Ｖ_t2-t1を指し、移動量Ｖ_t2-t1は起点５２ｔ１から起点５２ｔ２までの移動量を指すことができる。そして、移動量Ｖ_t2-t1は、トレッドミル速度×更新周期で算出することができる。

【0065】

ステップＳ１０の後、制御部１２は、ステップＳ７，Ｓ８の処理、つまりＣＯＰの算出処理と荷重分布及びＣＯＰの表示処理とを実行し、補正後の座標で生成されたＣＯＰ画像２０ａを訓練用モニタ１１５に表示させる。

【0066】

このように、制御部１２は、上記１つの立脚期における基準位置としての、荷重分布データの切り出し範囲の基準となる位置の座標（この例では踵の座標）を、トレッドミル速度に基づき逆方向に移動量Ｖ_t2-t1だけずらして、固定領域ＤＡｔ２の荷重分布データを切り出し、切り出し分布データを得る。次いで、制御部１２は、この切り出し分布データに基づき、訓練者Ｕの基準位置に対するＣＯＰ座標を算出し、算出したＣＯＰ座標の軌跡を訓練用モニタ１１５に表示させる。このように、制御部１２は、移動量Ｖ_t2-t1分だけ、描画させる固定領域をスライドさせて表示させる。

【0067】

ここで、ＣＯＰ座標は、上記１つの立脚期において訓練者Ｕによる荷重が最初に検出されてから所定期間が経過した以降の荷重分布データに基づき算出されることができる。このような算出手法では、接地から少し時間をおいてからのデータを用いて立脚期の重心を算出するため、踵での接地の衝撃により正しい重心が算出できないことを防ぐことができる。

【0068】

ステップＳ８において、ＣＯＰの軌跡だけでなく、荷重分布も表示させることで、訓練者Ｕが足裏を全て着地した状態ではＣＯＰをユーザの足裏（足底）の輪郭を疑似的に表示させることができ、一部のみ着地した状態でもその足裏の一部の輪郭を疑似的に表示させることができる。但し、荷重分布自体は表示しなくても、つまりＣＯＰ画像に荷重分布を含めなくてもよい。

【0069】

例えば、図２のＣＯＰ画像２０ａの拡大図を図６に示すように、ユーザの足裏のサイズ（全長）に対応する予め用意された足裏の輪郭の画像ＡＲとともにＣＯＰの軌跡の画像６１を表示させておけばよい。画像ＡＲと画像６１との位置合わせは例えば踵の位置を合わせることで実現することができる。また、ＣＯＰ画像２０ａには、ＣＯＰの軌跡が示すＣＯＰの移動方向を矢印６２として含めている。このように、制御部１２は、ＣＯＰ座標の軌跡が示す重心移動方向を示す矢印を訓練用モニタ１１５に表示させることができる。但し、矢印６２はＣＯＰ画像２０ａに含めないこともできる。無論、画像ＡＲとともに荷重分布もＣＯＰ画像２０ａに含ませておくこともできる。

【0070】

ステップＳ８の処理後は、ステップＳ１に戻り、ステップＳ２でＮＯとなるまで処理を繰り返す。なお、ＣＯＰ画像２０ａの更新頻度（更新周期に対応）、ユーザ骨格画像３０の更新頻度、及びカメラ画像２０の更新頻度は互いに異なってもよい。例えば、カメラ画像２０を撮影レートでリアルタイムに訓練用モニタ１１５に表示させながら、ＣＯＰ、ユーザ骨格を示す情報を得る度にそれぞれカメラ画像２０にＣＯＰ画像２０ａ、ユーザ骨格画像３０を重畳して訓練用モニタ１１５に表示させることができる。

【0071】

上述の例では、荷重検出後に切り出し範囲を決定し、切り出し範囲の基準位置に対する、立脚期中の相対的なＣＯＰ座標を演算（時間ごとに接地部分のＣＯＰ座標を演算）し、相対的なＣＯＰ座標を表示させた。つまり、上述の例では、表示させるＣＯＰ座標を切り出し範囲における座標で計算した。しかし、制御部１２は、トレッドミル速度に基づき移動方向と逆方向にＣＯＰ座標をずらしてＣＯＰ表示位置とすればよく、ＣＯＰの表示座標の計算は、上述した例に限らず、例えば次のような代替手法で実行することができる。

【0072】

即ち、この代替手法では、まず、制御部１２が、荷重分布データに基づき片脚の足裏のＣＯＰ座標を算出する。この例においても、ＣＯＰ座標は、上記１つの立脚期において訓練者Ｕによる荷重が最初に検出されてから所定期間が経過した以降の荷重分布データに基づき算出されることができる。次いで、制御部１２は、上記１つの立脚期における基準位置としての、荷重分布データの重心表示対象範囲の基準となる位置の座標を、トレッドミル速度に基づき逆方向にずらすことで、算出したＣＯＰ座標をずらす（座標変換する）。そして、制御部１２は、ずらした後（座標変換後）のＣＯＰ座標の軌跡を訓練用モニタ１１５に表示させる。このように、切り出し範囲（重心表示対象範囲）の決定は、演算後のＣＯＰ座標を座標変換するようにしておけば、ＣＯＰ座標の演算後でもよく、またそれらは同時並行処理でもよい。

【0073】

また、制御部１２は、ＣＯＰ軌跡が示す重心移動方向（図６の矢印６２の方向）が例えば所定角度内などの所定範囲内に収まらない場合、訓練者Ｕへの移動方法のアドバイスを、訓練用モニタ１１５に表示させることもできる。無論、制御部１２は、上記の所定範囲内に収まる場合にも問題ない旨を訓練用モニタ１１５に表示させることもできる。ここで、上記の所定範囲は、例えば、訓練者Ｕについて設定された移動能力の目標値に応じて設定された範囲とすることができる。

【0074】

また、上述した例では、荷重分布データは、訓練者Ｕが片脚に脚ロボットの例である歩行補助装置１０９を装着した状態で入力されたデータとし、制御部１２は、少なくとも歩行補助装置１０９を装着した側の脚の立脚期について、ＣＯＰ軌跡を訓練用モニタ１１５に表示させた。但し、双方の脚についてＣＯＰ軌跡を表示させることもでき、その場合には、右側、左側とで別の表示位置に表示させるとよい。

【0075】

以上、図１の重心表示システム１０を備えた歩行訓練装置１００の構成例及び処理例や、その応用例について説明した。上述したように、歩行訓練装置１００では、荷重分布センサ１０７ｓでの検知結果に基づきユーザの足裏のＣＯＰ座標を算出し、表示する場合において、トレッドミル速度に基づき移動方向と逆方向にＣＯＰ座標をずらした状態で、ＣＯＰ座標の軌跡を訓練用モニタ１１５に表示させる。そのため、歩行訓練装置１００では、そのＣＯＰ座標の移動の視認性を向上させることができる。

【0076】

この効果について、比較例を参照しながら補足する。
まず、比較例Ａとして、足底センサを用いて足底センサからの荷重データに基づきＣＯＰ座標の軌跡をリアルタイムで描画して表示する例を挙げる。比較例Ａでは、足底センサを用いるため重量が嵩み、歩行補助装置１０９を外した後に違和感を訓練者に与えることになる。これに対し、本実施の形態では、トレッドミル上の荷重分布センサ１０７ｓを用いているため、そのような違和感を訓練者Ｕに与えることがない。

【0077】

次に、図７を参照しながら、比較例Ａとは異なる比較例Ｂに係る重心表示処理での表示結果を説明する。かかる比較例Ｂは、本実施の形態のような表示座標の補正処理を施さない処理の例である。図７は、比較例に係る重心表示処理での表示結果を示す模式図である。

【0078】

比較例Ｂでは、足底センサを用いる比較例Ａと異なり、トレッドミル上の荷重分布センサ１０７ｓｃを用いることから、トレッドミル速度Ｖｔｒに基づき、足底に接するトレッドミル上の位置が移動に従いずれていく。そのため、比較例Ｂでは、ＣＯＰの軌跡を示す画像も画像７２ｔ１から画像７２ｔ２のようにずれていき、足底の輪郭の画像も画像７１ｔ１から画像７１ｔ２のようにずれていき、ＣＯＰの移動を視認し難くなる。これは、トレッドミルの進行方向（トレッドミル速度Ｖｔｒで示すように前方から後方へ向かう方向）とＣＯＰの移動方向（足裏の後方から前方へ向かう方向）が相反するためである。

【0079】

これに対し、本実施の形態では、足が接地した際の部位を起点に表示する固定領域を切り出し、トレッドミル速度によって表示領域をトラッキングすることで、足部重心軌跡の視認性を向上させることができる。つまり、本実施の形態では、例えば、足が接地した際に接地した荷重座標後端（踵部分）を基準とした固定領域を切り出してＣＯＰを表示し、また切り出す固定領域は駆動しているトレッドミル速度に応じて追従するため、重心移動の視認性向上が図れる。

【0080】

また、比較例Ｂでは、所定期間についてのＣＯＰの軌跡が短く表示されてしまうことになるが、本実施の形態では、そのような問題も解消することができる。

【0081】

＜代替例等＞
上述した実施の形態における訓練スタッフＰＴが一人の人であることを前提として説明したが、複数の訓練スタッフであってもよく、また訓練スタッフがいないケースにも適用できる。また、訓練スタッフＰＴの代わりに、又は訓練スタッフＰＴに加えて、人以外の訓練アシスタント（機械的な、つまり人工の訓練アシスタント）を利用することもできる。人工の訓練アシスタントとしては、人型のロボットをはじめ、音声通知を行うための音声アシスタントプログラムや表示による通知を行うための表示アシスタントプログラムなど、様々なものが挙げられる。

【0082】

訓練アシスタントがプログラムである場合、歩行訓練装置１００に実行可能に組み込んでおくことができるが、歩行訓練装置１００と通信可能な携帯電話機（スマートフォンと称されるものも含む）、モバイルＰＣ等の可搬型の端末や外部サーバなどに実行可能に組み込んでおくこともできる。また、人工の訓練アシスタントは、人工知能をもったプログラム（ＡＩプログラム）を備えることもできる。

【0083】

また、上述した実施の形態においては、訓練者Ｕは、脚の一方を患う片麻痺患者であることを前提として説明したが、両脚に麻痺を患う患者に対しても歩行訓練装置１００を適用し得る。その場合は、両脚に歩行補助装置１０９を装着して訓練を実施する。

【0084】

また、上記実施の形態において説明した歩行訓練装置１００の構成や形状は問わず、重心表示システム１０が搭載又は接続されていればよい。また、実施の形態において説明した重心表示システムは、機能を分散させて複数の装置で構成することもできる。同様に、歩行訓練装置は歩行訓練システムとして複数の装置で構成することができる。また、トレッドミルは、歩行訓練装置に搭載されるものに限らず、ルームランナー等の訓練支援装置に搭載されるものであってもよい。この場合も、訓練支援装置は訓練支援システムとして複数の装置で構成することができる。いずれのシステムについても、システムが複数の装置で構成される場合、装置間は有線又は無線で接続しておけばよい。

【0085】

上述した実施の形態において、カメラ１１７を備える歩行訓練装置１００に重心表示システム１０を組み込んだ構成例を挙げたように、本開示は、重心表示システムと、荷重分布センサが設置された上記のトレッドミルの本体とを備えた歩行訓練システムとしての形態も採り得る。この歩行訓練システムは、移動訓練システム、移動補助システムなどと称することもできる。この歩行訓練システムにおいて、制御部１２で例示した制御部は、いずれの部位に配置されていてもよく、例えばトレッドミル本体に配置されていてもよい。

【0086】

また、上述した歩行訓練装置、訓練支援装置、あるいは、重心表示システムや歩行訓練システムを構成する１又は複数の装置はいずれも、例えば、プロセッサ、メモリ、及び通信インターフェース等を備えるようなハードウェア構成とすることができる。これらの装置は、プロセッサがメモリに記憶されたプログラムを読み込んで実行することにより実現される。

【0087】

このようなプログラムは、コンピュータに読み込まれた場合に、実施形態で説明された１又はそれ以上の機能をコンピュータに行わせるための命令群（又はソフトウェアコード）を含む。プログラムは、非一時的なコンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体に格納されてもよい。限定ではなく例として、コンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体は、random-access memory（RAM）、read-only memory（ROM）、フラッシュメモリ、solid-state drive（SSD）又はその他のメモリ技術、CD-ROM、digital versatile disc（DVD）、Blu-ray（登録商標）ディスク又はその他の光ディスクストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ又はその他の磁気ストレージデバイスを含む。プログラムは、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体上で送信されてもよい。限定ではなく例として、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体は、電気的、光学的、音響的、またはその他の形式の伝搬信号を含む。

【符号の説明】

【0088】

１０ 重心表示システム
１１ 表示部
１２ 制御部
２０ カメラ画像
２０ａ ＣＯＰ画像
３０ ユーザ骨格画像
６１ ＣＯＰの軌跡の画像
６２ 矢印
１００ 歩行訓練装置
１０１ 下側フレーム
１０２ 上側フレーム
１０３ 前方フレーム
１０４ 後方フレーム
１０５ 手摺り
１０６ 取付具
１０７ ベルト
１０７ｓ 荷重分布センサ
１０８ ベルト駆動部
１０９ 歩行補助装置
１１０ｂ 後側ワイヤ
１１０ｆ 前側ワイヤ
１１０ｗ ハーネスワイヤ
１１１ｂ 後側引張部
１１１ｆ 前側引張部
１１１ｗ ハーネス引張部
１１２ 装具
１１４ 制御盤
１１５ 訓練用モニタ
１１６ 管理用モニタ
１１７ カメラ
ＡＲ 足裏の輪郭の画像
ＰＴ 訓練スタッフ
Ｕ 訓練者

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】