CN101375818A - 摇摆式运动装置 - Google Patents

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Abstract

一种摇摆式运动装置，包括供使用者骑乘的可移动单元以及用于促使可移动单元完成摇摆运动的驱动单元。该驱动单元包括具有供电端子的电机、用于减小电机转速的减速装置、以及用于在电机停止时使电机的供电端子电短路的制动回路。

Description

摇摆式运动装置
技术领域
本发明涉及一种摇摆式运动装置，用于通过使使用者乘坐的座椅摇摆而向使用者提供与骑马类似的运动效果以及用于通过使使用者跨骑的踏板摇摆而迫使使用者保持平衡。
背景技术
用于向使用者提供与骑马类似的运动效果的摇摆式运动装置是在从儿童到成年人的多代使用者中广泛采用并被普及到一般家庭以及恢复用医疗设备中的易于使用的运动装置。在例如日本专利No.3394890和日本专利待审公开申请No.2001-286578中公开了常规摇摆式运动装置的实例。
日本专利No.3394890中公开了一种用于腰背痛的预防性锻炼装置，其采用在六个不同方向上具有移动余地的平行机构或类似机构实现有节奏的摇摆运动。日本专利待审公开申请No.2001-286578中公开了一种平衡锻炼装置，其采用电机和连杆实现向前/向后的摇摆运动以及向左/向右的摇摆运动。
通常，摇摆式运动装置采用电机来作为动力源，并以速度减小的电机输出功率来操作驱动单元。但是，如果在电机停止且装置不使用时有外力施加于可移动单元，则电机可能会在该外力的作用下旋转从而使可移动单元移动。这从安全角度来讲是不希望的，因为骑乘在可移动单元上的使用者可能会遭遇不希望的运动。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种摇摆式运动装置，其能够防止在装置不使用时可移动单元发生意外的移动。
根据本发明，提供一种摇摆式运动装置，包括：供使用者骑乘的可移动单元；以及用于促使可移动单元完成摇摆运动的驱动单元，其中驱动单元包括具有供电端子的电机、用于减小电机转速的减速装置、以及用于在电机停止时使电机的动力供应端子电短路的制动回路。
当制动回路使供电端子电短路时，电机处于可因其旋转产生反电动势的状态。因此，电机被制动不能旋转，从而避免装置不使用时移动单元发生不希望的运动。
根据本发明，防止了在不使用摇摆式运动装置期间作为动力源的电机旋转。因此，在装置不使用时，即使有外力施加于可移动单元，移动单元也不可能发生不希望的移动。这确保了安全性。
附图说明
从下文结合附图对实施方式的描述中将会清楚地了解到本发明的目的和特征，图中：
图1为根据本发明一个实施方式的摇摆式运动装置的回路框图；
图2是摇摆式运动装置的透视图；
图3A和3B是摇摆式运动装置的顶视图和右侧视图；
图4是摇摆式运动装置的正视图；
图5是表示摇摆式运动装置的主体单元的分解透视图；
图6是表示摇摆式运动装置的座椅的分解透视图；
图7是表示摇摆式运动装置的驱动单元的分解透视图；
图8是摇摆式运动装置的驱动单元的透视图；
图9是摇摆式运动装置的驱动单元的侧视图；
图10是摇摆式运动装置的驱动单元的分解透视图；
图11是表示摇摆式运动装置的操作面板的正视图；以及
图12A和图12B是用于对摇摆式运动装置的操作进行说明的示图。
具体实施方式
下文将参照构成本发明一部分的图1-图12A和12B描述本发明的示例性实施方式。
图2和3中所示的摇摆式运动装置被设计成使供使用者乘坐的座椅向前/向后以及向左/向右摇摆运动，使得乘坐在座椅2上的使用者可以在运动过程中实现平衡锻炼。摇摆式运动装置包括在形状上模仿马背或鞍并具有上座椅表面的座椅2、用于促使座椅2进行摇摆运动的驱动单元3以及用于将驱动单元3容纳在其上部内的主体1。大体上半圆弧形的手柄6以手柄6在向前/向后方向上枢转移动的方式在其相反端部连接在座椅2的前端侧上。还在座椅2的前端侧上设置操作面板8。蹬形元件7和7从座椅2的在其前端附近的相反侧面上悬出。
在图5中可以看到，主体1包括：在其四个拐角具有接地支脚15的底座框11；从底座框11大体上的中心部分向上和向后延伸的支柱12；以如下方式连接在支柱12上的支承架13，即，支承架13可以在支柱12的纵向上滑动；以及用于通过电力实现支承架13滑动的电滑动单元14。主体1还包括用于封盖底座框11上表面的底盖16、用于封盖支柱12附近区域的盖17、以及用于封盖支承架13的外周的主盖18。
参照图6，座椅2包括座椅架20、连接在座椅架20的上表面上的座椅表面元件21、接合在座椅架20的下侧上的盖22、连接在座椅架20的左侧和右侧上的一对防护盖23、以及用于封盖操作面板8的附近区域的面板盖24。
蹬形元件7每个都包括固定在形成于座椅架20每个侧面上的蹬形连接部分200上的固定件71、从固定件71上悬出的连接件72、以及从连接件72上悬出的脚踏板70。防护盖23每个都封盖使连接件72与固定件71连接的接合销部分的外端，由此防止可能发生的乘坐在座椅2上的使用者的膝盖部分与接合销部分形成接触。
现在描述驱动单元3。参照图7-10，驱动单元3包括形成为盒形形状的可移动框架30、布置在可移动框架30内的电机31、布置在可移动框架30内用于向输出轴32和33的耦合体传递电机31的转矩的齿轮组34、位于可移动框架30上方的可移动板40、以用于连接可移动板40和可移动框架30的两种连接板41和42。齿轮组34作为使电机转速降低的减速装置。可移动框架30在其前和后端表面具有轴承部分300。可移动框架30的轴承部分300通过相应的轴130(在图5中示出)旋转连接在主体1的支承架13上，使得可移动框架30绕轴130在向左和向右方向上摆动。
这样，与可移动板40的后端侧相连的连接板41通过轴301与可移动框架30的后侧表面连接。旋转板39布置在可移动框架30内并通过轴302在一端由可移动框架30支承。连接板42在旋转板39的另一端通过轴303支承。此外，连接板42通过可伸长/收缩的致动器45与可移动板40的前端相连。
两个输出轴32和33得到枢转驱动，其中输出轴32具有位于可移动框架30的外表面上的偏心部分。该偏心部分通过连杆35与支承架13相连。
输出轴33具有位于可移动框架30的外表面上的两个偏心部分33a和33b。具有减小的偏心率的偏心部分33a与连接板42相连，同时具有增大的偏心率的偏心部分33b与连杆36的一端相连，该连杆36的另一端与连接板41相连。
输出轴32的通过连杆35与支承架13相连的偏心部分的旋转促使可移动框架30绕轴130(沿纵向轴线A延伸，该轴线在图9中的向前/向后方向上倾斜)往复旋转。
输出轴33的偏心部分33a的偏心旋转促使可移动板40的前端通过连接板42和可伸长/收缩致动器45的干涉在向前/向后以及向上/向下方向上摆动。偏心部分33b的偏心旋转促使可移动板40的后端通过连杆36和连接板41的干涉主要在向前/向后方向上摆动。假定如图9所示，用于将连接板41和可移动板40连接在一起的接合轴40a向前/向后摆动的轨迹是T1并且用于将可伸长/收缩致动器45和可移动板40连接在一起的接合轴40b向前/向后摆动的轨迹是T2，则两个摆动行程被设定为彼此相同，但向上/向下移动分量在轨迹T1和T2上被设定为不同。另外，尽管轨迹T1主要是在向前/向后方向上移动，但轨迹T2除了向前/向后的移动分量之外还具有增大的向上/向下的移动分量。这是因为连接板42的轴303位于轴40b后面。此外，轨迹T2经由在向上/向后方向上偏离的不同路径前进和后退，因为构成用于驱动可移动板40的前端摇摆运动的组成部件之一的旋转板39改变了作为连接板42在向上/向后方向上的旋转轴线的轴303的位置。
在这一点上，座椅2的座椅框架20固定在可移动板40上，可移动板40随着输出轴32和33的旋转而在向前/向后以及向左/向右方向上作摇摆运动，由此座椅2与可移动板40一起在向前/向后以及向左/向右方向上摇摆。输出轴32和33的转数被设定为确保在一个周期的向左/向右摇摆运动过程中完成两个周期的向前/向后摇摆运动。座椅2的座椅表面元件21的中点21a定位在向左/向右方向上的中心以及向前/向后方向上的最低处。在一个周期的向左/向右摇摆运动的过程中完成两个周期的向前/向后摇摆运动，使得中点21a在座椅2如图12A所示的向前/向后以及向左/向右摇摆运动过程中作8字形图案(当从顶部观察)的运动。因轨迹T1和T2的差异，座椅2的中点21a如图12B所示在向前移动的同时下降，但在后退的同时上升。
此外，如上所述，座椅2的后端的轨迹T1表示向前/向后的运动具有减小的向上/向下运动分量，另一方面，座椅2的前端的轨迹T2代表向前/向后的运动具有增大的向上/向下运动分量。因而，以前端相对于后端向上和向下移动的方式实现座椅2的向上/向下运动。在基本上与座椅2的中点21a相一致的位置乘坐在座椅2上的使用者可以准确感受到座椅2的运动，也就是前端相对于位于使用者后面的后端的向上/向下移动。
图12A和12B是通过以规则的时间间隔绘制座椅2的中点21a的移动而获得的曲线图。在该曲线图中，在点之间具有更大间隔的部分表示高速移动并且在短时间周期内更窄间隔变为更宽间隔的部分代表具有增大的加速度的移动。图12A和12B表示向前运动的加速大于向后运动的加速。乘坐在座椅2上并感受座椅2运动的使用者获得向前移动的感觉。因此，使用者的感觉好像他或她享受到实际的骑马。
向左/向后摇摆运动不会绕大体上平行于可移动板40的水平轴线产生，而是绕前端低于后端的纵向轴线A产生。因此，尽管可移动板40在前端和后端在相等角度范围内向左/向右摇摆运动，但可移动板40在前端向左/向右的行程大于在后端的行程。这是因为可移动板40的前端与纵向轴线A之间的垂直距离大于可移动板40的后端与纵向轴线A之间的垂直距离。向前/向后摇摆运动(俯仰)与向左/向右摇摆运动(横摇)组合。在从顶部观察到的8字形图案的轨迹中，前侧的向左/向右运动宽度变得比后侧更大，在图12A中明显可见。此外，向前倾斜运动包括使座椅2的前端向前偏斜扭转并成十字形移动的偏摇运动分量。
因此，乘坐在座椅2上并感受所有座椅2运动的使用者不能保持平衡，除非他或她克服偏摇运动以及俯仰和横摇运动。这一点从平衡锻炼的角度来说相当有效。
为了改变座椅2的向前/向后倾斜角度而设置驱动单元3的可伸长/收缩致动器45。响应于操作面板8的操控，可伸长/收缩致动器45伸长和收缩，以转换向前倾斜的姿态和向后倾斜的姿态。另外，可伸长/收缩致动器45可以与向前/向后以及向左/向右摇摆运动相一致地完成伸长和收缩运动，由此增大或减小向上/向下运动分量。
如果座椅2向前/向后的倾斜角度改变，则在座椅2摇摆运动过程中作用在使用者各个肌肉(腹肌、背肌、大腿前肌以及大腿后肌)上的负荷也改变。摇摆速度的改变还会导致作用在各个肌肉上的负荷强度和负荷比的改变。使用者为了清楚地意识到这种改变，作用在相应肌肉上的负荷状态在操作面板8上显示，这一点将在下文提出。根据预先获得的数据决定负荷状态以使相应肌肉的肌原潜能随着座椅2向前/向后的倾斜角度和摇摆速度的不同而改变。
当使用者乘坐在座椅2上并感受所有座椅2的运动时，使用者可以通过将脚压靠在蹬形元件7上并用手握紧手柄6来以更安全的方式享受摇摆运动。蹬形元件7被设计成使得连接件72与脚踏板70之间的接合点可以在垂直方向上得到调节。这样可以将蹬形元件7的高度设定成满足使用者的体形和爱好。
连接件72由弹性材料制成并且可以向左和右自由弯曲。从图4所示的右蹬形元件7可以清楚地看到，接合在连接件72的上表面上的脚踏板70具有以倾斜角度α向上向外延伸的底部。通过使脚踏板70向外偏移，使用者很容易将脚压靠在脚踏板70上。一旦脚压靠在每个蹬形元件7的脚踏板70上，弹性连接件72则弯曲以使脚踏板70向内移动，由此使脚踏板70的底部处于水平状态，这一点可以从图4所示的左蹬形元件7上清楚地看到。因此，当脚放置在蹬形元件7上时，使用者可以在不会有超大力作用在脚踝或膝盖上的情况下保持合适的姿态。
图11表示布置在座椅2的前端部的操作面板8。在该图中，附图标记80表示电源开关、附图标记81是用于操作电滑动单元14以调节座椅2的高度的高度调节开关，附图标记82表示用于操作可伸长/收缩致动器45以调节座椅2的倾斜角度的角度调节开关，附图标记83表示用于改变驱动单元3的转速以控制摇摆速度的速度调节开关。
附图标记84表示用于输入使用者重量值的上/下开关，附图标记85表示用于选择适于初学者的摇摆运动的操作模式选择开关，附图标记86表示用于变换由摇摆运动提供的运动强度的操作模式变换开关，附图标记87表示用于变换运动目标的运动目标变换开关，附图标记88表示由液晶板构成的显示器。在操作运动目标变换开关87时，通过可伸长/收缩致动器45适当变换座椅2向前/向后的倾斜角度。
显示器88起到的作用是指示座椅2的倾斜状态、速度调节状态、操作时间、运动强度、计算后的运动量(消耗的卡路里)以及通过由可伸长/收缩致动器45的伸长和收缩引起的座椅2的速度变化和向前/向后倾斜姿态的变化而作用在腹肌、背肌、大腿前肌肉和大腿后肌肉上的负荷。优选根据针对座椅2的相应向前/向后倾斜姿态和操作速度、输入的重量值以及操作时间预先计算的摇摆量(与每单位时间的运动量相对应的数据)计算运动量。然而，还可以在驱动单元3或座椅2上安装加速度传感器并采用由加速度传感器获取的加速度数据计算运动量。
如上所述，摇摆式运动装置采用电机31作为动力源，并用电机31的速度减小的输出功率来使座椅2摇摆。因此，如果在电机31停止且装置不使用时有外力施加于座椅2时，电机31有可能会在该外力作用下旋转从而使座椅2运动。为了避免这一问题，提供一用于使电机31的供电端子31a电短路制动回路B和用于控制电机31的操作的操作控制回路C，如图1所示。当通过操纵操作控制回路C而输入关断信号时，在电机31工作期间保持开路状态的制动回路B被闭合，以使电机31的供电端子31a短路，从而确保当外力施加时电机31的旋转会产生反电动势。因此，电机31被制动不能旋转，这防止了当装置不使用时可移动单元(座椅2)意外运动的可能性。
更具体而言，在电机31的工作期间，操作控制回路C控制制动回路B处于开路状态。当通过操纵而输入关断信号时，操作控制回路C切断供给到电机31的电能，并随后控制制动回路B使电机31的供电端子31a短路。优选地，在供给到电机31上的电能被切断的瞬间和供电端子31a被短路的瞬间之间可以有一个时间间隔，允许电机因惯性从旋转到停止下来，从而骑乘在可移动单元(座椅2)上的使用者得到保护而不会受到因电机31旋转时的突然制动而产生的冲击。此外，在电机处于关断状态期间当通过操作面板8输入打开信号时，操作控制回路C控制制动回路B处于开路状态，然后通过操作控制回路C将电能供应到供电端子31a，从而电机31可以被驱动。
尽管上文所述的实施方式涉及一种使使用者享受骑马一样的运动的摇摆式运动装置，但本发明并不局限于此。备选地，通过使使用者站立的脚踏板摇摆，本发明可以应用在使使用者可以感受例如冲浪一样的运动的装置上。通过使使用者乘坐的座椅摇摆同时使放摇摆置使用者每只脚的脚踏板各自单独向上和向下移动，本发明还可以应用在使使用者能够感受行走一样的运动的装置上。
尽管已经参照实施方式示出和描述了本发明，但本领域技术人员将会认识到在不脱离在以下权利要求中限定的本发明的范围的前提下可以做出多种变化和修改。

Claims (2)

1.一种摇摆式运动装置，包括：
供使用者骑乘的可移动单元；以及
用于促使可移动单元完成摇摆运动的驱动单元，
其中该驱动单元包括具有供电端子的电机、用于减小电机转速的减速装置、以及用于在电机停止时使电机的供电端子电短路的制动回路。
2.如权利要求1所述的摇摆式运动装置，其特征在于，所述制动回路被设计成当没有电能供应到供电端子上时使电机的供电端子电短路。
CNA2008102151176A 2007-08-31 2008-09-01 摇摆式运动装置 Pending CN101375818A (zh)

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