CN101938966A - 运动辅助装置 - Google Patents

Abstract

一种运动辅助装置，该运动辅助装置包括分别具有脚支撑表面的脚支撑件、座椅、座椅高度调节单元和座椅驱动单元。脚支撑件设置为承载使用者的脚。座椅成形为具有当使用者将脚放置到脚支撑表面时用于支撑使用者的臀部的接触表面。座椅高度调节单元构造成使座椅向竖直方向且向前后方向移动以便将座椅定位在标准位置，该标准位置位于沿竖直方向离脚支撑表面标准高度处。因此，使用者的膝部具有预定角度。座椅驱动单元构造成使座椅绕标准位置摆动以便改变作用到使用者的腿的使用者的重量。该运动辅助装置进一步包括负荷调整装置。该负荷调整装置构造成在座椅的接触表面和脚支撑表面之间沿竖直方向的高度变得比标准高度短时改变作用到使用者的膝关节上的负荷。

Description

运动辅助装置

技术领域

本发明涉及一种被动式运动辅助装置。该运动辅助装置包括驱动源，该驱动源被构造成摆动座椅，用于在使用者的臀部由座椅支撑且使用者的脚放置在脚支撑表面上的情形下使座椅移位。

背景技术

日本专利申请公报No.2005-058733A和日本专利申请公报No.2007-89650A公开了现有技术的运动辅助装置。在使用者坐在座椅上将臀部放在座椅上而且使用者将使用者的脚放置在脚支撑表面上的情形下，使用者使用现有技术的运动辅助装置。当座椅被移位时，使用者大腿区域的肌肉被扩张和收缩，同时使用者几乎不弯曲膝部。在这种运动辅助装置中，座椅的位置被移位以改变由座椅支撑的使用者的重量的比例，从而运动辅助装置改变作用到使用者腿上的使用者的重量的比例。

现有技术的运动辅助装置被构造成对使用者的腿施加比使用者的总重量低的负荷。此外，现有技术的运动辅助装置被构造成扩张和收缩大腿区域的肌肉，同时使用者几乎不弯曲和伸展使用者的膝部。因此，有糖尿病并有膝部疼痛的人能够使用该运动辅助装置，从而有糖尿病并有膝部疼痛的人能够增强大腿区域的肌肉。大腿区域的肌肉体积大。因此，当使用者通过使用运动辅助装置扩张和收缩肌肉时，使用者能够改善成人病。而且，运动辅助装置包括被构造成将被摆动的座椅。因此，使用者被动运动，而不用主动使用肌肉。因此，运动能力低的使用者能够通过运动辅助装置来运动。另外，运动动机低的使用者能够通过运动辅助装置运动。

附带地，现有技术的运动辅助装置被构造成改变作用到使用者腿上的使用者的重量以绷紧和放松大腿区域的肌肉，同时几乎不弯曲和伸展使用者膝部。因此，有效运动取决于弯曲角度，该弯曲角度作为拉紧和放松大腿区域的肌肉的因素。如从下蹲运动中可容易理解，施加到大腿区域肌肉的负荷根据膝部的弯曲角度改变。然而，当有膝部疼痛的使用者弯曲膝部时，膝部疼痛的使用者感到使用者的膝部疼痛。因此，运动辅助装置需要当有膝部疼痛的使用者使用运动辅助装置时限制使用者膝部的弯曲角度。

在这种情况下，可以认为膝部弯曲的适当角度被确定为约140度。适当角度的140度是以运动效果的实验结果为基础得出的，当膝部的弯曲角度约为140度时运动效果最大。另外，也根据实验结果，当膝部的弯曲角度约为140度时膝部疼痛最小。应该注意膝部的弯曲角度由大腿区域和小腿区域在膝部前侧构成的角度限定。

发明内容

附带地，在使用者没有膝部疼痛的情况下，使用者优选地在膝部角度小于140度(特别地，130到120度)的情况下运动，因为可能增强运动效果。然而，当现有技术的运动辅助装置由使用者在膝部角度小于适当角度的情况下使用时，有一种可能性是对膝关节施加过量的负荷。即，有对膝关节施加负面效果的可能性。另外，理想的是不在一个膝部角度运动，而是在宽范围的膝部角度上运动。

实现本发明以解决该问题。本发明的目的是提供一种运动辅助装置，允许使用者在宽范围膝部角度的情况下有效和安全地运动，同时不对膝关节施加过量负荷。

解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明的运动辅助装置包括脚支撑件、座椅、座椅高度调节单元和座椅驱动单元。脚支撑件分别具有脚支撑表面。每个脚支撑件设置为承载使用者的脚。座椅成形为具有当使用者将脚放置到脚支撑表面时用于支撑使用者的臀部的接触表面。座椅高度调节单元构造成使座椅向竖直方向且向前后方向移动以便将座椅定位在标准位置。该标准位置位于从脚支撑表面沿竖直方向测量的标准高度。因此，使用者的膝部具有预定角度。座椅驱动单元构造成使座椅绕标准位置摆动以便改变作用到使用者的腿的使用者的重量。运动辅助装置进一步包括负荷调整装置。所负荷调整装置构造成在座椅的接触表面和脚支撑表面之间沿竖直方向的高度变得比标准高度短时改变作用到使用者的膝关节上的负荷。

在这种情况下，负荷调整装置构造成根据与使用者膝部的弯曲角度相应的座椅的接触表面和脚支撑件之间的距离减少施加到使用者的膝关节的负荷。换言之，在使用者的膝部的弯曲角度变小时，施加到膝关节的负荷通过负荷调整装置减少。因此，能获得如此的运动辅助装置，该运动辅助装置构造成在不对膝关节施加过量负域的情况下使使用者运动，并且构造成在宽角度范围的关节角度下安全和有效地使使用者运动。

优选座椅驱动单元构造成使座椅以可变周期摆动。座椅驱动单元构造成当所述座椅位于离所述脚支撑表面标准高度处时使座椅绕标准位置以预定周期摆动。负荷调整装置构造成在座椅离脚支撑表面的高度比标准高度短时，控制座椅驱动单元使得座椅驱动单元以比预定周期长的周期摆动座椅。

在这种情况下，借助于延长座椅移位的周期，由座椅的摆动产生的使用者的重心的运动的加速度减少。因此，能减少施加到腿的负荷。因此，能获得构造成减少施加到膝关节的负荷的运动辅助装置。

优选座椅驱动单元构造成使座椅绕标准位置摆动以便使座椅以可变的位移量移位。座椅驱动单元构造成当座椅位于离脚支撑表面的标准高度处使座椅以预定位移量摆动。负荷调整装置构造成控制座椅驱动单元使得在座椅离脚支撑表面的高度变得比标准高度短时座椅驱动单元以比预定位移量小的位移量摆动座椅。

在这种情况下，通过减少座椅的位移量，施加到腿的负荷减少。因此，施加到膝关节的负荷减少。因此，能获得构造成减少施加到膝关节的负荷的运动辅助装置。

优选地座椅成形为当座椅具有标准高度时座椅的接触表面具有预定面积。负荷调整装置构造成在座椅离脚支撑表面的高度变得比标准高度短时增加接触表面的面积以便增加座椅和臀部之间的接触面积。

在这种情况下，座椅构造成根据座椅离脚支撑表面的高度相对于臀部增加接触面积。为了增加座椅和臀部之间的接触面积使得座椅能支撑更多使用者的重量。因此，施加到腿的负荷减少。结果，施加到膝关节的负荷减少。即，能获得构造成减少施加到膝关节的负荷的运动辅助装置。

优选地负荷调整装置构造成在座椅离脚支撑表面的高度变得比标准高度短时使座椅向后方向倾斜。

在这种情况下，座椅驱动单元被控制以使座椅向后倾斜以便支撑更多使用者的重量。因此，施加到腿的负荷减少。作为结果，施加到膝关节的负荷减少。即，能获得构造成减少施加到膝关节的负荷的运动辅助装置。

优选地负荷调整装置包括检测器和控制器。检测器构造成检测使用者的腿的肌肉活动。控制器构造成控制座椅调节装置使得座椅定位成具有所调节的高度，所调节的高度是基于使用者的腿的肌肉活动来确定的。

在这种情况下，检测器构造成检测腿的肌肉活动。控制器基于由检测器检测的腿的肌肉活动估算施加到使用者腿的负荷，并且接着控制座椅高度调节单元以调整座椅在竖直方向上的位置。换言之，控制器估算施加到使用者的腿的负荷且调整使用者的膝关节的弯曲角度。因此，能获得构造成在保持安全的同时对目标肌肉提供负荷的运动辅助装置。

优选检测器构造成检测特定肌肉的肌肉活动。特定肌肉是股直肌、股内肌和股外肌中的至少之一。

参考附图，从下面执行本发明的最佳实施方式中，这些和其它目的和优点将变得显而易见。

附图说明

图1示出本发明第一实施方式中的主要部分的框图。

图2示出本发明第一实施方式的示意侧视图。

图3示出本发明第一实施方式的示意俯视图。

图4示出本发明第一实施方式的分解透视图。

图5示出本发明第一实施方式的座椅驱动单元的分解透视图。

图6示出本发明第一实施方式的座椅驱动单元的侧视图。

图7示出用于本发明第一实施方式中的斜角规。

图8示出本发明第二实施方式的主要部分的侧视图。

图9a示出本发明第三实施方式的侧视图。在图9a中，座椅驱动单元被简化。

图9b示出第三实施方式中的座椅驱动单元的主要部分的侧视图。

图9c示出第三实施方式中的座椅驱动单元的主要部分的侧视图。

图10示出本发明第四实施方式中的座椅的侧视图。

图11示出本发明第五实施方式中的主要部分的框图。

具体实施方式

(第一实施方式)

图2和图3示出本实施方式的运动辅助装置。该运动辅助装置包括底座10、座椅21、座椅支撑件20、手柄31和手柄支柱30。底座10设置在诸如地板的固定位置上。座椅支撑件20设置在底座10上。座椅21设置到座椅支撑件20的顶部。座椅21适合于支撑使用者M的臀部。手柄31适用于由使用者M在必要时保持。手柄31设置到手柄支柱30的顶端。底座10设置有脚支撑件40。每个脚支撑件40位于座椅支撑件20和手柄支柱30之间。每个脚支撑件40在其顶部设置有脚支撑表面40a。脚支撑件40的脚支撑表面40a适合于承载使用者M的脚，从而脚支撑表面40a确定脚的位置。

座椅支撑件20包括座椅驱动单元50和座椅高度调节单元60。座椅驱动单元50构造成使座椅21摆动。座椅高度调节单元60构造成使座椅20相对于底座10升高和降低。座椅高度整单元60构造成使座椅21移动到标准位置。座椅驱动单元50构造成使座椅21绕标准位置摆动。标准位置位于离脚支撑表面标准高度之处。后面说明座椅驱动单元50和座椅高度调节单元60的组件。

当使用者M使用该运动辅助装置时，使用者坐在座椅21的接触表面21a上，且使用者将使用者的脚放置在脚支撑表面21a上。在这种情况下，座椅驱动单元50使座椅21绕标准位置摆动以便借助驱动源改变使用者臀部的位置。因此，座椅驱动单元50改变作用到腿上的使用者的重量。即，在使用者的重量分配到使用者的臀部和使用者的腿的情形下，座椅驱动单元50改变臀部的位置。以这种方式，座椅驱动单元改变作用到使用者的臀部的使用者的重量。结果，座椅驱动单元50改变作用到使用者的腿的使用者的重量。座椅驱动单元50构造成使座椅21以可变的周期绕标准位置摆动。当座椅21位于离脚支撑表面40a标准高度处时，座椅驱动单元50以预定周期摆动座椅21。另外，座椅驱动单元构造成使座椅21绕标准位置摆动以便使座椅位置以可变位移量移位。当座椅21位于离脚支撑表面40a标准高度处时，座椅驱动单元50使座椅21摆动以便使座椅21以预定位移量移位。

在使用者以预定角度弯曲膝部(膝关节)的情况下，当由座椅21支撑的使用者的重量的比例下降时，作用到使用者大腿区域的负荷增加。该运动类似于同时弯曲膝部的下蹲运动。因此，大腿区域的肌肉被收缩和伸展。即，当驱动源使座椅21摆动时，使用者大腿区域的肌肉被动地拉紧和放松，而不是使用者M主动地进行。简言之，座椅驱动单元50使座椅21摆动，从而主要使大腿区域的肌肉运动。

理想的是座椅21构造成沿一方向摆动，使得座椅的摆动不对膝关节产生剪切力。在使用者的臀部由座椅21的接触表面21a支撑的情形下，当如图3所示脚趾之间的距离大于脚跟之间的距离时，使用者M能够保持自然姿势。由左脚和右脚构成的张开角θ2能够通过使用者放置脚的脚支撑件40的位置确定。由此，座椅被驱动以沿一方向移动，该方向沿着在脚支撑件40上穿过每个脚的脚跟到脚趾的中线。因此，该运动辅助装置构造成在不对膝关节施加剪切力的情况下使使用者运动。即，座椅21被驱动以在具有前端和后端的摆动范围内移动。另外，当座椅21被驱动以从后端向前端移动时，座椅21具有第一周期和第二周期。在第一周期，当座椅被驱动从后端向前端运动时，座椅21朝对角地前左移动。在第二周期，当座椅21被驱动从后端向前端运动时，座椅21朝对角地前右移动。因此，该运动辅助装置使使用者的重量施加使用者的左腿和使用者的右腿的大腿区域，而不对膝关节施加剪切力。另外，该运动辅助装置进一步包括下降机构。该下降机构构造成在座椅21摆动时下降脚支撑件40的脚支撑表面40a。因此，座椅的位置和脚的位置之间的相对距离保持固定。结果，该运动辅助装置能够在不改变膝关节角度的情况下对使用者提供运动。以这种方式，减少了施加到膝关节的剪切力。

注意图2示出由座椅21的顶表面限定的接触表面21a大约与水平面平行。然而，运动辅助装置构造成改变作用到使用者M的腿上的使用者的重量，使得运动辅助装置使大腿区域的肌肉收缩。因此，理想的是用于支撑使用者M的臀部的接触表面21a相对于水平面倾斜，以便具有在摆动范围内沿向前方向的向前倾斜姿势。即，优选采用座椅21，该座椅在其前端设置有右臀部支撑表面和左臀部支撑表面。用于支撑使用者M的右臀部的右臀部支撑表面具有向前方和右方倾斜的向前倾斜姿势。用于支撑使用者M的左臀部的左臀部支撑表面具有向前方和左方倾斜的向前倾斜姿势。因此，当座椅21在摆动范围内从后端位置向前方移动时，可能增加作用到腿上的使用者的重量。即，该构造使得运动辅助装置构造成容易增加作用到腿上的负荷。因此，增强了通过运动辅助装置提供给使用者的运动效果。

手柄支柱30的顶端保持手柄31。手柄31在其中央设置有操作单元32。操作单元32用于输入用于座椅驱动单元50和座椅高度调节单元60的操作的操作指令。另外，手柄31适用于由使用者使用来稳定使用者M上身的位置。

下文中，具体说明座椅支撑件20的结构。图4示出座椅支撑件20。座椅支撑件20设置在底座10上。座椅支撑件20包括成形为具有中空结构的支撑构件22。支撑构件22中结合座椅高度调节单元60的下端。座椅高度调节单元60包括升降器基座61。升降器基座61构造成沿相对于支撑构件22沿竖直方向可滑动地移动。升降器基座22在其顶端设置有座椅驱动单元50。因此，座椅驱动单元50和座椅21构造成可相对于底座10移动。因此，座椅高度调节单元60构造成使所述座椅驱动单元50和所述座椅21移动到标准位置，该标准位置处于从所述脚支撑表面沿竖直方向测量的标准高度之处。

支撑构件22具有中线。支撑构件22的中线是直线。另外，该中线相对于垂直方向向后倾斜。即，该中线向上且向后延伸。因此，升降器基座61在支撑构件22内滑动。因此，接触表面21a能够位于沿着支撑构件22的中线相对于竖直方向的直线的位置。换言之，座椅21的接触表面21a的位置在竖直方向上调节，而且也在前后方向上调节。在接触表面21a的位置位于竖直位置时，接触表面21a的位置位于后侧。下面提到支撑构件22的中线相对于底座10的角度。

升降器基座61借助包括操作马达63的竖直升降单元62沿竖直方向移动。竖直升降单元62与升降器基座61合作以构成座椅高度调节单元60。此外，竖直升降单元62包括固定构件64和可动构件65。固定构件64固定到底座10。可动构件65包括螺钉且拧紧到固定构件64。由操作马达63产生的旋转速度减少，并且接着提供给可动构件65以使可动构件65旋转。因此，可动构件65被向上和向下移动。升降器基座61附接到可动构件65的顶端。当可动构件65向上和向下移动时，升降器基座61被向上和向下移动。

升降器基座61包括基架61a，该基架为安装座椅驱动单元50而提供。基架61a在其下表面提供有一对引导板61b。竖直升降单元62的可动构件65与基架61a的下表面联结。另外，每个引导板61b在其外表面设置有辊61c。支撑构件22在其内部设置有引导辊61c的导轨22a。因此，升降器基座61构造成平滑地相对于支撑构件22移动。

升降器基座61的基架61a由升降器罩66覆盖。升降器罩66具有中空形状。升降器罩66在其下端提供有重叠部分。在竖直升降单元62的伸展区域中，重叠部分与支撑构件22的外表面重叠。该构造防止当竖直升降单元62最大伸展时升降器基座61曝露到外部。另外，单元盖67附接到升降器基座61的基架61a。单元盖67由柔性的布制成。单元盖67成形为覆盖基架61a和座椅21之间的空间。因此，单元盖67防止座椅驱动单元50曝露到外部。

接下来，基于图5和图6说明座椅驱动单元50。座椅驱动单元50与升降器基座61的基架61a合作以构成摆动单元，该摆动单元构造成使座椅21摆动。基架61a在其顶表面提供有前轴支撑件51a和后轴支撑件51b。座椅驱动单元50提供有前轴52a和后轴52b。座椅驱动单元50经由前轴支撑件51a、前轴52a、后轴支撑件51b和后轴52b枢转地固定到基架61a。前轴52a的轴线与后轴52b的轴线对齐。当座椅驱动单元绕前轴52a和后轴52b旋转时，座椅21(与座椅驱动单元50联结)沿横向(图4中箭头N所示)摆动。

座椅驱动单元50提供有前框架板53a和后框架板53b。前框架板53a和后框架板53b经由左框架板54a和右框架板54b彼此联结。左框架板54a和右框架板54b的每一个经由前轴55a枢转地固定到前连杆55的下端。前连杆55构造成可绕横向轴旋转。左框架板54a和右框架板54b的每一个经由后轴56a枢转地固定到后连杆56的下端。前连杆55的上端经由前轴55b枢转地固定到基板57。后连杆56的上端经由后轴56b枢转地固定到基板57。后连杆56的上端不直接枢转地固定到基板57。后连杆56的上端枢转地固定到承载板57a，该承载板固定到基板57。

基板57的前端被驱动沿圆弧移动，该圆弧以前轴55a作为圆弧的中心。基板57的后端被驱动以沿圆弧移动，该圆弧以后轴56a作为圆弧的中心。以这种方式，基板57的可动范围受到限制。后连杆56比前连杆55长。因此，基板57的前端的回转半径不同于基板57的后端的回转半径。因此，当基板57沿前后方向移动时，基板57的上表面相对于水平面的角度改变。特别地，图6示出处于可动范围的后端位置的基板57。当基板57向前移动时，基板57的前端相对于基板57的后端向下移动。因此，基板57的上表面相对于水平面的角度增加。相反，当基板57向后移动时，基板57的前端相对于基板57的后端向上移动。因此，基板57的上表面相对于水平面的角度变小。即，基板57构造成可在前后方向上移动。(前后方向由图4中示出的箭头X指示。)应该注意图4是基板57的线性运动。然而，在前后方向上基板57相对于水平面的角度改变。因此，基板57的运动具有旋转运动而且也有前后方向的运动。

用于使基板57相对于基架61a摆动的马达71由左框架板54a和右框架板54b保持。另外，马达71布置成使得马达71的输出轴向上延伸。马达71的输出轴设置有蜗杆72。左框架板54a和右框架板54b可移动地支撑第一轴73和第二轴74。第一轴73设置有与蜗杆72啮合的蜗轮75。第二轴74设置有齿轮77。第一轴也设置有与齿轮77啮合的齿轮76。

第一轴73的两端保持偏心曲柄78。当第一轴73旋转时偏心曲柄78旋转。每个偏心曲柄78枢转地固定到每个臂连杆79的第一端。每个臂连杆79的第二端枢转地固定到从前连杆55向横向延伸的轴向销55c。

由于该构造，当第一轴73由马达71旋转时，前连杆55通过偏心曲柄78和臂连杆79绕前轴55a摆动以便沿前后方向往复运动。基板57的前端绕前轴55a摆动以便沿前后方向(由图4中的箭头X指示)移动。另外，后连杆56绕后轴56a旋转。因此，基板57的顶表面相对于水平面之间的倾斜角度根据基板57的前后方向的运动改变。

相反，第二轴74在其第一端设置有偏心销74a。偏心销74a枢转地固定到偏心杆80的第一端。偏心杆80的第二端联结到附接于基架61a的连接固定件81。应该注意销74a和偏心杆80是被附接到座椅驱动单元50的左侧还是座椅驱动单元50的右侧没有区别。

由于该构造，当马达71启动时，马达71经由第一轴73旋转第二轴74。因此，偏心销74a的高度相对于基架61a的位置通过销74a和偏心杆80改变。结果，基板57绕前轴52a和后轴52b摆动，从而基板57沿横向摆动(横向由图4所示的箭头N指示)。

马达71由无刷直流(DC)马达实现。操作马达63由DC马达实现。操作马达63设置在由前框架板53、后框架板53b、左框架板54a、右框架板54b、基架61a和基板57围绕的存储空间内。齿轮75、76和77也设置在该存储空间内。因此，座椅驱动单元50的尺寸缩小。

座椅驱动单元50构造成使座椅21沿两个方向移动。两个方向中的第一方向由向前方向与右方向和向下方向结合来限定。两个方向的第二方向由向前方向与向左方向和向下方向结合来限定。然而，由于上述构造，能任意改变齿轮76和77的齿轮齿数比以及偏心曲柄78和偏心销74a之间的相位差。因此，能使座椅21如此移动，使得座椅21的轨迹是V形、W形和8字形。(当座椅沿横向往复一次同时座椅沿前后方向往复运动两次，座椅轨迹是V形。当座椅沿横向往复运动一次同时座椅沿前后方向往复运动四次，座椅轨迹是W形。当座椅沿横向往复运动一次同时座椅沿前后方向往复运动两次且后端位置偏心地位于左侧或右侧时，座椅轨迹是8字形(8-形))。

通过由操作单元32输入的指令来启动和停止马达63和马达71的操作。即，操作单元32设置有操作输入装置32a，其用于输入启动或停止马达71的启动-停止指令和将座椅21向上或向下移动以便将膝部的弯曲角度θ调整到适合角度的高度调整指令。

附近地，如现有技术提到的，上面提到的运动辅助装置需要在不使有膝疼痛的使用者M产生膝部疼痛的情况下收缩大腿区域的肌肉。为了在没有膝部疼痛的情况下收缩大腿区域的肌肉，需要使膝部的弯曲角度θ保持在适当角度。适当角度是例如140度。然而，为了增强肌肉运动的效果，优选在膝部的弯曲角度小于适当角度(140度)的情况下使使用者运动。特别地，优选在120到130度的弯曲角度下使使用者运动。

如上所述，座椅21的高度通过座椅高度调节单元60调整。因此，使用者能够改变座椅21的高度以便调整使用者M的膝部的弯曲角度θ。即，座椅高度调节单元60构造成使座椅21向竖直方向和前后方向移动，以便使座椅21移动到标准位置。因此，使用者M的膝部的弯曲角度适当调整。然后，座椅驱动单元使座椅21绕标准位置摆动。因此，作用到使用者的腿上的使用者的重量改变。座椅高度调节单元60构造成使座椅21沿相对于底座10向后倾斜的线移动。因此，在座椅21的接触表面21a向上移动时，座椅21的接触表面21a向后定位。

下文中，说明操作单元32的操作和操作马达63(作为座椅高度调节单元60的驱动源)、马达71(作为座椅驱动单元50的驱动源)之间的控制关系。操作单元32包括操作输入装置32a。该操作输入装置32a用于输入高度调整指令、位置确定指令和电源开关指令。高度调整指令是用于使座椅21向上和向下移动的命令。位置确定指令是用于确定座椅位置的指令。电源开关指令是用于使运动辅助装置通电和断电的命令。

操作输入装置32a包括与各操作输入相应的多个操作开关。当操作开关操作时，操作输入装置32接收操作输入。当操作输入装置32接收操作输入时，操作输入装置将与操作输入相应的操作信号发送到控制单元82，以控制座椅高度调节单元60和座椅驱动单元50。控制单元82通过具有作为主要组件的微型计算机的电路实现。控制单元82基于从操作单元32的操作输入装置32a发出的操作信号控制操作马达63和马达71。控制单元82控制操作马达63以在控制单元从操作输入装置接收使座椅21移动的操作信号期间以低速旋转。因此，控制单元82使座椅21向上或向下移动。应该注意当操作输入装置32a停止发送操作信号时，控制单元82使操作马达63停止。

座椅21的适当位置由使用者M的膝部的弯曲角度θ具有适当角度的位置限定。适当角度例如是140度。因此，当使用者操作操作输入装置32a时，使用者需要测量膝部的弯曲角度θ是否具有适当角度。为了测量膝部的弯曲角度θ，膝部的弯曲角度θ通过图7中示出的斜角规90测量。斜角规90包括第一部分91和第二部分92。第一部分91的一端固定到第二部分92的一端。第一部分91设置为适合大腿区域的前侧。第二部分92设置为适合小腿的前侧。

第一部分91设置有沿第一部分91的长度方向布置的两个接触部91a。第二部分92设有沿第一部分91的长度方向布置的两个接触部92a。每个接触部91a的顶表面平行于沿第一部分91的长度方向的平面。每个接触部92a的顶表面平行于沿第二部分92的长度方向的平面。第一部分91的顶表面布置在第一平面内。第二部分91的顶表面布置在与第一平面不同的第二平面内。第一部分91适合于与第二部分92构成角度θ。

第一部分91在交叉部分联结到第二部分92。交叉部分在其内部设置有凹部93。该凹部93具有面对膝部前表面的内表面。凹部93的内表面具有凹入的曲线。当斜角规90接触膝部的前表面时，凹部93适合于防止膝部的前侧接触斜角规90。

斜角规90用于靠到腿上，同时凹部93靠到膝部的前侧。当膝部的弯曲角度θ等于适当角度时，第一部分91的接触部91a开始与大腿区域的前表面接触。同样，当膝部的弯曲角度θ等于适当角度时，第二部分92的接触部92a开始与小腿的前表面接触。因此，使用者能够通过如上所述调节膝部弯曲角度θ，确认膝部的弯曲角度θ具有适当值。

因此，使用者M如下调整座椅21的位置。首先，使用者坐到座椅21上且放置斜角规90使得第二部分92的两个接触部92a开始与小腿的前侧接触。接着，使用者将使座椅21移动的操作指令键入到操作输入装置32a中。以这种方式，座椅的位置调整。另外，如果第一部分91的两个接触部91a开始与大腿区域的前侧接触，膝部的弯曲部分θ调整到适当角度。因此，使用者借助于操作输入装置32a停止座椅21的移动。以这种方式，能基于个体使用者M将座椅的位置调节到适当位置。以这种方式，座椅21通过座椅驱动单元绕标准位置摆动。在这种情况下，标准位置位于从脚支撑表面沿竖直方向测量的标准高度处。

相反，当在座椅21的位置被调节使得膝部的弯曲角度θ具有适当角度之后操作输入装置32a接收确定座椅21的位置的操作输入时，控制单元82禁止座椅高度调节单元60基于来自操作输入装置32a的操作输入操作。相反，控制单元82通过座椅驱动单元50允许座椅21的操作。在允许座椅21的操作的情形下，当操作指令输入到操作输入装置32a中时，控制单元82控制马达71。因此，座椅驱动单元50使座椅21摆动。即，座椅驱动单元50被禁止使座椅21摆动直到操作输入装置32a接收确定座椅21位置的操作输入。因此，座椅驱动单元50仅在使用者M将座椅21的位置调节到适当位置之后摆动。因此，能防止在将膝部的弯曲角度θ调节到适当值过程中意外地开始运动。

控制单元82包括存储器(未示出)。当座椅21位于适当位置时，存储器存储马达71的旋转速度的标准值。换言之，当使用者M的膝部的弯曲角度θ具有适当角度时，存储器存储马达71的旋转速度的标准值。当马达71以标准值的旋转速度旋转时，座椅驱动单元50以预定周期摆动座椅21。(当马达71以标准值的旋转速度旋转时，座椅驱动单元50以标准速度摆动座椅21。)换言之，当座椅21位于标准位置时，控制单元82的存储器存储马达1的旋转速度的标准值。另外，当马达71以标准值的旋转速度旋转时，座椅驱动单元50以预定周期(标准速度)摆动座椅。

接下来，说明当使用者M的膝部的弯曲角度θ小于适当角度时，本发明的操作原理。

如上所述，首先，根据使用者M的个体差异，座椅21的位置调整到适当位置。接着，当操作输入装置32a接收改变座椅21的位置的操作指令时，控制器82禁止座椅驱动单元50摆动座椅21，并且允许座椅高度调节单元60的操作。然后，向下移动座椅21的操作输入由操作输入装置32a接收，从而座椅21从适当位置向下移动。以这种方式，膝部的弯曲角度θ调整到小于适当角度的第二角度(例如，100度)。接着，由操作输入装置32a接收确定座椅21的位置的操作输入，控制单元82禁止座椅高度调节单元60基于来自操作输入装置32a的操作指令操作，并且允许座椅借助于座椅驱动单元50的操作。在允许座椅的操作的情形下，当操作输入装置32a接收开始运动的操作输入时，控制单元82控制马达71，从而座椅驱动单元50开始使座椅21摆动。在这种情况下，控制单元82将座椅21从适当位置的运动距离存储到存储器。在座椅21的运动距离增加时，马达71的旋转速度减少为比与适当位置相应的标准值小。换言之，在膝部的弯曲角度变小时，马达71的旋转速度减少为比与适当位置相应的标准值小。以这种方式，座椅借助于座椅驱动单元50的摆动周期变得相当长。换言之，座椅21借助于座椅驱动单元50的摆动速度减少。即，在膝部的弯曲角度θ变得小于适当角度时施加到膝关节的负荷增加。因此，在膝部的弯曲角度θ变得相当小时，摆动周期延长。换言之，在脚支撑件40的脚支撑表面40a和座椅21的接触表面21a之间的距离变得相对短时，摆动速度减少。因此，能减少施加到使用者M的膝关节的负荷。换言之，作为负荷调整装置的控制单元82构造成控制座椅驱动单元，使得在接触表面和脚支撑表面之间的距离变得比标准高度小时座椅驱动单元以比预定周期长的周期摆动座椅。以这种方式，通过延长摆动周期(减少摆动速度)能减少施加到使用者M的膝关节上的负荷。特别地，由座椅21的摆动造成的人重心运动的加速度减少。因此，施加到腿的负荷减少。

如上所述，在接触表面21a和脚支撑表面40a之间的距离变得相对较小时，限定负荷调整装置的控制单元82延长座椅21的摆动周期，从而施加到使用者M的膝关节的负荷减少。即，在使用者M的膝部的弯曲角度θ减少时，限定负荷调整装置的控制单元82延长座椅21的摆动周期，从而施加到使用者M的膝关节的负荷减少。因此，能安全地和有效地在关节的宽角度范围内使使用者运动。此外，能在不对膝关节施加过量负荷的情况下使使用者运动。

应该注意在接触表面21a和脚支撑表面40a之间的距离变得相对小时，优选座椅21向后倾斜来代替延长座椅21的摆动周期。使座椅向后倾斜的装置例如通过包括伸展和收缩机构的后连杆56实现。在接触表面21a和脚支撑表面40a之间的距离变得相对小时，后连杆56收缩。因此，座椅21向后倾斜。此外，也可能采用升降器基座61，其中在该升降器基座的顶端设置有用于沿前后方向摆动座椅驱动单元50的摆动机构。因此，通过向后倾斜座椅21，由座椅21支撑的使用者的重量的比例增加。因此，作用到腿上的使用者的重量减少，从而施加到膝关节上的负荷减少。

(第二实施方式)

在第一实施方式中，通过延长座椅21的摆动周期或向后倾斜座椅，减少施加到使用者M的膝关节上的负荷。相反，第二实施方式中的技术特征在于：在接触表面21a和脚支撑表面40a之间的距离变得相对短时减少座椅的位移量。即，在从脚支撑表面40a测量时接触表面40a的高度变得比标准高度短时，减少座椅的位移量。应该注意第二实施方式的基本组件与第一实施方式的组件是通用的。因此，与第一实施方式的组件相同或类似的组件将由相同附图标记表示。此外，将省略与第一实施方式的组件相同或类似的组件的说明。

在该实施方式的座椅驱动单元50中，在座椅驱动单元50和基板57之间的距离(沿竖直方向)变短时，座椅被座椅驱动单元50驱动而移动的位移量减少。因此，如图8所示，座椅21分成两个组件。两个组件之一是座椅上半部210，两个组件的另一个是座椅下半部211。座椅下半部211由座椅支撑件20支撑。座椅上半部210借助于升降机构212联结到座椅下半部211，使得座椅上半部210可相对于座椅于半部211向上和向下移动。升降机构212例如除了与座椅高度调节单元60类似的机械升降单元之外，由液压升降单元、气动升降单元和电磁升降单元实现。升降机构212由控制单元82控制，从而座椅上半部210向上和向下移动。应该注意上述升降单元是公知的。因此，省略升降单元的详细说明。

接下来，说明运动辅助装置在使用者M的膝部的弯曲角度θ小于适当角度情形下使用时本发明的操作原理。

和第一实施方式中的说明相同，座椅21借助于座椅高度调节单元60根据使用者M的个体差异移动到与适当位置相应的位置。然后，当改变座椅的位置的操作指令由操作输入单元32a接收时，控制单元82禁止座椅21借助于座椅驱动单元50的操作。接着，控制单元82允许座椅21借助于座椅高度调节单元60的操作。即，和第一实施方式中所述相同，座椅高度调节单元60根据使用者M的个体差异将座椅移动到标准位置。此时，座椅21位于从脚支撑表面测量具有标准高度的位置。接着，当操作输入装置32a接收改变座椅21的位置的操作输入时，控制单元82禁止座椅驱动单元50操作座椅21。此外，控制单元82允许座椅高度调节单元60操作。

接着，当使用者M将向下移动座椅21的操作指令输入操作输入装置32a中时，座椅21从适当位置向下移动。当在使用者设置弯曲角度θ为小于适当角度的充分角度(例如100度)之后操作输入装置32a接收确定座椅21的位置的操作指令，控制单元82控制升降机构212以使座椅上半部210向下移动。换言之，当在使用者设置弯曲角度θ为小于适当角度的充分角度(例如100度)之后操作输入装置32a接收确定座椅21位置的操作指令时，控制单元82控制升降机构212以使座椅上半部210向座椅下半部211移动第一距离。另外，控制单元82以这种方式控制座椅高度调节单元60，使得座椅高度调节单元60使座椅向上移动第二距离，从而座椅21整个向上移动。第一距离等于第二距离。以这种方式，能缩短座椅上半部210和座椅下半部211之间的距离，同时将座椅保持在相同位置。然后，控制单元81禁止座椅高度调节单元60由来自操作输入装置32a的操作指令操作。接着，控制单元82允许座椅驱动单元50操作座椅21。当在座椅21允许操作的情形下操作输入装置32a接收开始运动的操作指令时，控制单元82开启马达71使得座椅驱动单元50开始座椅21的摆动。因此，座椅驱动单元50的基板57和座椅21之间的距离变得比膝部的弯曲角度θ具有适当角度的情况短。因此，座椅21的位移量被相对地减少。在位移量变小时，施加到腿上的负荷减少。结果，施加到使用者M的膝关节的负荷减少。

以这种方式，接触表面21a和脚支撑表面40a之间的距离相对地减少。即，在使用者M的膝部的弯曲角度θ变小时，限定为负荷调整装置的控制单元82减少座椅21的位移量，从而施加到使用者M的膝关节的负荷减少。换言之，在座椅21的接触表面21a和脚支撑表面40a之间的距离变小时，限定为负荷调整装置的控制单元82减少座椅21的位移量。因此，施加到使用者M的膝部的负荷减少。结果，能获得这样的运动辅助装置，其构造成除了在膝关节的宽角度范围下安全和有效在使使用者运动之外，在不对膝关节施加过量负荷的情况下使使用者运动。

(第三实施方式)

第三实施方式的特征在于座椅驱动单元50。因此，座椅驱动单元50之外的组件与第一实施方式中示出的组件通用。因此，与第一实施方式的组件通用的组件由相同附图标记表示。此外，省略与第一实施方式的组件通用的组件的说明。

如图9a所示，座椅21借助于座椅驱动单元50的位移量通过调整下面说明的距离α或距离β至少之一而改变。即，距离α由“枢转地固定到臂连杆79的一端的前连杆55的轴向销55c”和“枢转地固定到左框架板54a的右框架板54b的前连杆55的前轴55a”之间的距离限定。距离β由“枢转地固定到臂连杆79的一端的轴78a”和“附接到第一轴73的一端的偏心曲柄78的中心”之间的距离限定。换言之，距离β是偏心距β。应该注意图9示出简化的座椅驱动单元50。因此，诸如前连杆55、偏心曲柄78、左框架板54a和右框架板54b的组件是略微变型的。然而，基本构造和操作与座椅驱动单元50相同。

在该实施方式中，座椅驱动单元50包括第一机构和第二机构中的至少之一。第一机构构造成改变前轴55a和轴向销55c之间的距离α。第二构造构造成改变偏心曲柄78的偏心距β。由于该构造，能改变座椅21的位移量。

第一机构100在图9b中示出。第一机构100包括活塞101和泵102。活塞101由气动型活塞实现，且设置在前轴55a和轴向销55c之间。泵102由控制单元82控制以便驱动活塞101。当活塞101被泵102驱动时，轴向销55c和前轴55a之间的距离α变化。第二机构110在图9c中示出。第二机构110包括活塞111、泵112和夹子113。活塞111由气动型活塞实现。活塞111由臂连杆79保持。泵112由控制单元82控制以便驱动活塞111。夹子113成形为保持上述轴之一。(在该实施方式中，夹子113成形为保持轴78a和轴78b的任一个。)当活塞111被泵112操作时，“枢转地固定到臂连杆79的一端的轴78a或轴78b的任一个”和“偏心曲柄78的中心”之间的距离(偏心距)β改变。不用说，可以采用马达和进给螺杆来代替活塞101、111和泵102、112。

由于该构造，当“(a)前连杆55的轴向销55c和前轴55a之间的距离α借助于第一机构100缩短”或“(b)偏心曲柄78的偏心距β借助于第二机构110增加”时，座椅通过座椅驱动单元50的位移量(摆动量)增加。相反，当“(c)前连杆55的轴向销55c和前轴55a之间的距离α借助于第一机构100增加”或“(d)偏心曲柄78的偏心距β借助于第二机构110减少”时，座椅通过座椅驱动单元50的位移量(摆动量)减少。

以这种方式，在座椅21的接触表面21a和脚支撑表面40a之间的距离变短时，限定为负荷调整装置的控制单元82控制第一机构100和第二机构110中的至少之一以便减少座椅21的位移量。换言之，在弯曲角度θ变小时，限定为负荷调整装置的控制单元82控制第一机构100和第二机构110中的至少之一以便减少座椅21的位移量。因此，作用到使用者M的腿上的负荷减少，从而作用到膝关节上的负荷减少。结果，能获得如此的运动辅助装置，该运动辅助装置构造成除了在膝关节的宽角度范围中安全和有效地使使用者M运动之外，在没有对膝关节施加过量负荷的情况下对使使用者M运动。

[第四实施方式]

本实施方式中的座椅驱动单元50构造成增加接触表面21a以便增加由座椅21支撑的使用者M的重量的比例，从而可能减少作用到腿上的负荷以便减少施加到膝关节的负荷。即，如图10所示，座椅21分成由座椅主体220和前单元211组成的两个组件。座椅主体220由座椅支撑件20支撑。前单元221经由延伸机构222附接到座椅主体220的前部，使得延伸机构使前单元221相对于座椅主体220向前和向后移动。延伸机构222通过液压延伸单元、气动延伸单元、电磁延伸单元和与座椅高度调节单元60类似的机械延伸单元实现。控制器82构造成控制延伸单元使得前单元221向前和向后移动。上面提到的这些延伸单元是公知的，从而省略延伸单元的构造的详细说明。

由于该构造，在延伸机构22向前延伸时，前单元的运动距离增加，从而座椅21的接触表面21a增加。

如上所述，在座椅21的接触表面21a和脚支撑表面40a之间的距离相对地缩短时，限定为负荷调整装置的控制单元82控制延伸机构222以便使前单元221向前移动。即，在使用者M的膝部的弯曲角度θ变小时，限定为负荷调整装置的控制单元82控制延伸机构222以便使前单元221向前移动。换言之，在座椅21的接触表面21a和脚支撑表面40a之间的距离变短时，限定为负荷调整装置的控制单元82控制延伸机构222以便使前单元221向前移动。因此，使用者M的重量更多地由座椅21支撑。结果，施加到使用者M的膝关节的负荷减少。因此，除了在关节角度的宽角度范围中使使用者安全和有效地运动之外，能在不对膝关节施加过量负荷的情况下使使用者运动。当然，增加座椅21的接触表面21a的装置不限于向前移动前单元221的装置。例如，可能采用分成座椅左半部和座椅右半部的座椅21。在这种情况下，延伸机构构造成向左或向右移动座椅左半部和座椅右半部中的至少之一。该构造也能增加接触表面21a。

(第五实施方式)

在图11中示出的第五实施方式包括检测单元83。检测单元83构造成检测使用者M的腿的肌肉活动。座椅21的接触表面21a的在竖直方向上的位置根据由检测单元83检测的肌肉活动的结果而调整。检测单元83和控制单元82之外的组件与第一到第四实施方式的组件通用。因此，省略与第一实施方式到第四实施方式的组件类似的组件的说明。

检测单元83由诸如肌电描记术和肌肉硬度测量器的公知装置来示例。肌电描记术构造成电力地检测肌肉的主动收缩。肌肉硬度测量器构造成机械地检测肌肉的主动收缩。检测单元83构造成将肌肉活动的检测值转换成电信号(检测信号)，并且接着将该电信号发送给控制单元82。应该注意检测单元83优选构造成检测股直肌、股内肌和股外肌中的至少之一的肌肉活动。

控制单元82构造成估算施加到使用者M的腿的实际负荷以便基于从检测单元83发出的检测信号产生表示施加到使用者M的腿的实际负荷的估算值。接着，当估算值超过由使用者的年龄、性别和身体类型(诸如体重和身高)的参数确定的适当范围时，控制单元82控制操作马达63以便向上移动座椅21的位置，从而膝部的弯曲角度θ增加。

如上所述，在使用者在膝部的弯曲角度θ小于适合角度的状态下自动地运动的情况下，当由控制单元83检测的肌肉活动的结果估算的实际上施加到腿的负荷超出适当范围时，控制单元82调节座椅21和脚支撑表面40a之间的距离。换言之，控制单元82调节座椅21在竖直方向上的位置。简言之，控制单元82调节使用者M的膝部的弯曲角度θ。因此，能获得这样的运动辅助装置，该运动辅助装置构造成在保持安全的同时对肌肉提供运动负荷。

尽管特别参考上面说明的实施方式描述了本发明，本发明应不限于此，而应该认为涵盖了各个实施方式的各特征的任意组合。

Claims (7)

1.一种运动辅助装置，包括：

脚支撑件，所述脚支撑件分别具有脚支撑表面，每个所述脚支撑件设置用于承载使用者的脚；

座椅，所述座椅成形为具有当使用者将脚放置到所述脚支撑表面上时用于支撑使用者的臀部的接触表面；

座椅高度调节单元，所述座椅高度调节单元构造成使所述座椅向竖直方向以及向前后方向移动，以便使所述座椅定位在标准位置，所述标准位置处于沿竖直方向离所述脚支撑表面标准高度处，从而使用者的膝部具有预定角度，

座椅驱动单元，所述座椅驱动单元构造成使所述座椅绕所述标准位置摆动以便改变作用到使用者的腿上的使用者的重量，

其中，

所述运动辅助装置进一步包括负荷调整装置，所述负荷调整装置构造成在所述座椅的所述接触表面和所述脚支撑表面之间沿竖直方向的高度变得比所述标准高度短时改变作用到使用者的膝关节上的负荷。

2.如权利要求1所述的运动辅助装置，其中：

所述座椅驱动单元构造成使所述座椅绕所述标准位置以可变周期摆动，并且构造成当所述座椅位于离所述脚支撑表面的所述标准高度处时使所述座椅绕所述标准位置以预定周期摆动，

所述负荷调整装置构造成控制所述座椅驱动单元使得在所述座椅离所述脚支撑表面的高度变得比所述标准高度短时所述座椅驱动单元使所述座椅以比所述预定周期长的周期摆动。

3.如权利要求1所述的运动辅助装置，其中：

所述座椅驱动单元构造成使所述座椅绕所述标准位置摆动以便将所述座椅以可变位移量移位，所述座椅驱动单元构造成当所述座椅位于离所述脚支撑表面的所述标准高度处时使所述座椅以预定位移量摆动，

所述负荷调整装置构造成控制所述座椅驱动单元使得在所述座椅离所述脚支撑表面的高度变得比所述标准高度短时所述座椅驱动单元使所述座椅以比所述预定位移量少的位移量摆动。

4.如权利要求1所述的运动辅助装置，其中：

所述座椅成形为当所述座椅具有标准高度时所述座椅的所述接触表面具有预定面积，

所述负荷调整装置构造成增加所述接触表面的面积，以便在所述座椅离所述脚支撑表面的高度变得比所述标准高度短时增加所述座椅和臀部之间的接触面积。

5.如权利要求1所述的运动辅助装置，其中：

所述负荷调整装置构造成在所述座椅离所述脚支撑表面的高度变得比所述标准高度短时将所述座椅向后方向倾斜。

6.如权利要求1所述的运动辅助装置，其中：

所述负荷调整装置包括检测器和控制器，

所述检测器构造成检测使用者的腿的肌肉活动，

所述控制器构造成控制所述座椅高度调节装置，使得所述座椅定位成具有所调节的高度，所述的所调节的高度是基于使用者的腿的肌肉活动而确定的。

7.如权利要求6所述的运动辅助装置，其中：

所述检测器构造成检测特定肌肉的肌肉活动，并且

所述特定肌肉是股直肌、股内肌和股外肌中的至少之一。

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