JP2009072536A - 揺動型運動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】揺動動作の変更でどの部位に対する負荷が大きく、どの部位に対する負荷が小さくなるかを使用者が明確に把握できるものとする。
【解決手段】使用者が乗る可動部２と、該可動部２に揺動運動を行わせる駆動部３と、駆動部３による可動部２の揺動駆動に際しての当該揺動動作を変更する揺動変更手段４５を備える。揺動変更手段４５による揺動変更に伴って使用者の複数部位に夫々かかる負荷を表示する表示手段８とを備える。揺動変更に伴う各部位に対する負荷の変化が使用者に呈示される。
【選択図】図１

Description

本発明は、使用者が着座した座部を揺動させて使用者に乗馬を模した運動負荷を付与したり、使用者がその上に立つ台を揺動させることで使用者にバランスを保つことを強制する揺動型運動装置に関する。

乗馬を模した運動負荷を使用者に付与する揺動型運動装置は、子供から老人まで利用可能な手軽な運動器具として、当初のリハビリ目的の医療施設から一般家庭へと普及してきている。この揺動型運動装置の典型的な従来技術としては、たとえば特許文献１，２がある。

特許文献１は６軸パラレルメカニズムなどを用いて、一連の滑らかな揺動パターンを実現するようにした腰痛予防訓練装置を示したものであり、特許文献２はモータとリンクとで前後揺動及び左右揺動を実現するようにしたものである。

ところで、可動部の揺動に際して使用者の各部位にかかる負荷の強度や割合は、可動部の姿勢や速度等によって変化することになるが、従来はどの部位に対する負荷がどのようなものとなるかは使用者が実際に揺動運動を受けて実感するほかはなかった。
特許第３３９４８９０号明細書 特開２００１−２８６５７８号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、姿勢の変更でどの部位に対する負荷が大きく、どの部位に対する負荷が小さくなるかを使用者が明確に把握することができる揺動型運動装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明に係る揺動型運動装置は、
使用者が乗る可動部と、該可動部に揺動運動を行わせる駆動部とを備えるとともに、駆動部による可動部の揺動駆動に際しての当該揺動動作を変更する揺動変更手段を備えている揺動型運動装置において、上記揺動変更手段による揺動変更に伴って使用者の複数部位に夫々かかる負荷を表示する表示手段とを備えていることに特徴を有している。揺動動作の変更に伴う各部位に対する負荷の変化が使用者に呈示されるようにしたものである。

上記揺動変更手段は、上記可動部の姿勢、速度、動作軌跡の少なくとも１つを変更するものであればよい。

そして上記可動部が使用者が座るシートであり、上記揺動変更手段がシートの前後傾斜角を変更するものである場合、表示手段は腹筋と背筋と太もも前部筋肉と太もも後部筋肉にかかる負荷を表示するものであることが好ましい。

本発明は、可動部の揺動に際しての当該揺動動作を変更したならば、その揺動動作ではどの部位にどのような負荷がかかるかが表示されるために、その揺動動作がどの部位に有効であるかを使用者が明確に把握することができるものであり、このために使用者は自分が強化したい部位に対してはどのような揺動動作で揺動を行わせればよいかを認識することができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図２及び図３に示す揺動型運動装置は、使用者が座るシート２を前後左右に揺動させることで、シート２に座った使用者にバランス訓練となる運動を行わせるもので、馬の背や鞍を模した形状となっているとともに上面が座面となっている上記シート２と、上部内に上記シート２の揺動駆動を行う駆動部３を納めた本体１とからなり、上記シート２の前端側には半円弧状で両端がシート２に前後に回動自在に連結された手綱６が配されているとともに、操作パネル８が設けられており、またシート２の前寄り両側からは夫々鐙７，７が吊り下げられている。

上記本体１は、図５に示すように、四隅に接地脚１５を備えたベースフレーム１１と、ベースフレーム１１のほぼ中央部から斜め後方に向けて立ち上がる支柱１２と、支柱１２に対して支柱１２の長手方向にスライド自在に取り付けられる支持フレーム１３と、支持フレーム１３の上記スライドを電動で行う電動スライドユニット１４とを備えたもので、ベースフレーム１１の上面を覆うベースカバー１６、支柱１２の周囲を覆うカバー１７、支持フレーム１３の外周を覆う主カバー１８等で外面が覆われている。

一方、シート２は図６に示すように、シート枠２０と、シート枠２０の上面に取り付けられる座面２１と、シート枠２０の下方側に連結されるカバー２２、シート枠２０の左右に取り付けられる保護カバー２３、操作パネル８の周囲を覆うパネルカバー２４等で構成されている。

前記鐙７は、上記シート枠２０側面の鐙取付部２００に固定される固定片７１と、固定片７１から吊り下げられた連結片７２と、連結片７２から吊り下げられた足掛け片７０とからなるもので、上記保護カバー２３は連結片７２の固定片７１への連結軸部の外側方を覆ってシート２に座った使用者の膝部分が連結軸部に当たってしまうことを防ぐ。

次に駆動部３について説明する。この駆動部３は、図７〜図１０に示すように、箱形に形成された可動フレーム３０内に、モータ３１とこのモータ３１の回転を２つの出力軸３２，３３に伝えるギア群３４とを配置するとともに、可動フレーム３０の上方に位置する可動プレート４０を２種のリンクプレート４１，４２で可動フレーム３０に連結したもので、上記可動フレーム３０は、その前後の端面の軸受け部３００，３００が本体１における前記支持フレーム１３に図５に示す軸１３０，１３０で軸回りに回動自在に連結されることで、本体１に取り付けられる。

ここで、可動プレート４０の後端側に連結されるリンクプレート４１は、可動フレーム３０の後部側の側面に軸３０１で連結されたものであるのに対して、リンクプレート４２は可動フレーム３０内に配されて軸３０２によって可動フレーム３０に一端側が支持されている回動プレート３９の他端側に軸３０３によって支持されており、また、リンクプレート４２は可動プレート４０の前端側に伸縮アクチュエータ４５を介して連結されている。

そして、回転駆動される２つの出力軸３２，３３のうちの出力軸３２は、可動フレーム３０の外側面側に偏心部を位置させているとともに、この偏心部がリンク３５によって支持フレーム１３に連結されている。

他方の出力軸３３は、可動フレーム３０の外側面側に２つの偏心部３３ａ，３３ｂを位置させており、偏心量が小さい偏心部３３ａは上記リンクプレート４２に連結され、偏心量が大きい偏心部３３ｂは一端をリンクプレート４１に連結した連結リンク３６に連結されている。

上記２つの出力軸３２，３３のうち、リンク３５で支持フレーム１３に連結されている出力軸３２の偏心部の回転は、可動フレーム３０を軸１３０（図９中の前後に傾いた前後軸Ａ）の軸回りに往復回動させる。

また、他方の出力軸３３の偏心部３３ａの偏心回転はリンクプレート４２と伸縮アクチュエータ４５とを介して可動プレート４０の前端側を前後及び上下に揺らし、偏心部３３ｂの偏心回転は連結リンク３６とリンクプレート４１とを介して可動プレート４０の後端側を主として前後に揺らす。この時、リンクプレート４１と可動プレート４０との連結軸４０ａの前後の揺れの軌跡をＴ１、上記伸縮アクチュエータ４５と可動プレート４０との連結軸４０ｂの前後の揺れの軌跡をＴ２とする時、図９に示すように、両者のストロークは同じであるものの、上下成分が両軌跡Ｔ１，Ｔ２で異なるように設定されている。ちなみに上記軌跡Ｔ１はほぼ前後に動くだけのものとなっているが、上記軌跡Ｔ２はリンクプレート４２における軸３０３が軸４０ｂよりも後方にずれた位置にあるために、前後に加えて上下に動く成分が多くなっている。しかも、可動プレート４０の前端側の揺動駆動のための構成部品中に回動プレート３９があってリンクプレート４２の回動支点となる軸３０３の位置を回動プレート３９が上下させるために、軌跡Ｔ２は往路と帰路とで上下にずれたルートをとるものとなっている。

ここにおいて、前記シート２は、出力軸３２，３３の回転に伴って前後左右に揺動駆動されることになる上記可動プレート４０上にシート枠２０が固定されるものであり、このために可動プレート４０と共にシート２も前後左右の揺動を行うのであるが、左右の揺動の１サイクルの間に前後の揺動が２サイクル行われるように出力軸３２，３３の回転数を設定していることから、シート２の座面２１における左右方向中央で且つ前後方向において最も低くなっている中央点２１ａは、上記前後左右の揺動によって、図１１(a)に示すように平面視で８の字を描くものとなっている。また、軌跡Ｔ１，Ｔ２の違いにより、図１１(b)に示すように、上記中央点２１ａは前方へ沈み込み、浮き上がりながら後方に戻るという軌跡を描く。

しかも前述のようにシート２の後端側の軌跡Ｔ１は上下動成分が少ない前後動であり、シート２の前端側の軌跡Ｔ２は上下動成分が多い前後動となっていることから、シート２の上下の動きは後方側を支点として前端側が上下することで行われており、シート２に座った時にシート２の中央点にほぼ一致するところに重心を位置させる使用者は、自身よりも後方に位置するシート２の後端側を支点として前端側が上下する上記シート２の動きをより的確に感ずるものとなる。

また、図１１はシート２の中央点の動きを所定時間間隔でプロットしたものであり、このために点の間隔が大であるところは速度が大、小さい間隔から大きな間隔に短時間に変化するところは加速度が大であることを示している。つまり、図１１に示すものでは、前方への移動時の加速度が後退時の加速度よりも大となっている。これはシート２に座ってシート２の動きを受ける使用者にしてみれば、前に進んでいるという感覚を受けるものであり、このために実際の乗馬をしている感覚を得られるものである。

さらに、左右の揺動は可動プレート４０及び座面２１とほぼ平行な水平軸の軸回りにではなく、前側が後ろ側よりも下がった前後軸Ａの軸回りになされることから、可動プレート４０は前側も後ろ側も左右の揺動を同じ角度範囲で行うものの、上記前後軸Ａからの距離は後ろ側よりも前側が長くなっているために、可動プレート４０の前端側の左右移動ストロークが後端側の左右移動ストロークよりも大きくなっている。このために前後方向の揺動（ピッチ）と左右方向の揺動（ロール）が合成されて平面視で８の字となっている動きは、図１１(a)に示すように、前方側での左右移動幅が後方側での左右移動幅よりも大きくなっている上に、前方斜め移動はシート２の前端側が斜め前方に捻れながらずれ動くというヨー成分を含んだものとなっている。

従って使用者がシート２に座ってシート２の上記動きを受ける時、使用者は上記ピッチ及びロールに加えてヨーの動きにも対応しなくてはバランスを保つことができないものであり、これ故にバランス訓練という点において、より有効なものとなっている。

駆動部３における伸縮アクチュエータ４５は、シート２の前後傾斜角を変更するために設けたもので、この伸縮アクチュエータ４５は、後述する操作パネル８に対する操作によって伸縮して前傾姿勢と水平姿勢と後傾姿勢とを切り換えられるようにするほか、上記の前後左右の揺動に連動する伸縮を行わせることで、上下動成分を増大させたり減少させたりするものであってもよい。

また、シート２の前後傾斜角を変更したならば、シート２を揺動させた時の使用者の各筋肉（腹筋・背筋・太もも前部筋肉・太もも後部筋肉）にかかる負荷も変化する。速度を変更すれば負荷強度が変化する上に、各筋肉にかかる負荷の割合が変化する場合いもある。このような変化を使用者が明確に把握することができるようにするために、ここでは後述するように操作パネル８に各筋肉への負荷具合を表示することができるようにしている。なお、上記負荷具合は、シート２の前後傾斜角の違いで各筋肉の筋電位がどのように変化するかのデータをとり、このデータを基に決定している。

ところで、使用者がシート２に座ってシート２の上記の動きを受ける時、使用者はその足先を鐙７にかけることで、また、手綱６を握ることで、より安全に揺動運動を受けることができるが、上記鐙７は、その連結片７２への足掛け片７０の連結点を上下に調節することができるようにしていることから、使用者の体格や好みに合わせた高さに鐙７をセットすることができる。

また、上記連結片７２は弾性材で形成して左右に撓み自在としているとともに、連結片７２の外側面に連結される足掛け片７０は図４中の右側の鐙７で示すように外側ほど高くなる傾斜αを持つ底片を持つものとして、外側にオフセットすることで足掛け片７０に足を掛けやすくしてある。そして鐙７の足掛け片７０に足先を掛けたならば、図４中の左側の鐙７に示すように、弾性を有する連結片７２が撓んで足掛け片７０が内側へ入り込むとともに足掛け片７０の底片が水平の状態となる。鐙７に足先を載せた時、足首や膝に無理な力がかかわらず、良い姿勢を維持することができる。

図１はシート２の前端部に配した操作パネル８を示している。図中８０は電源スイッチ、８１は前述の電動スライドユニット１４を作動させることでシート２の高さを調整する高さ調整スイッチ、８２は伸縮アクチュエータ４５を作動させることでシート２の傾斜角度を調整するための角度調整スイッチ、８３は駆動部３のモータ３１の回転速度を変更することで揺動速度を調整する速度調整スイッチ、８４は使用者の体重値入力用のアップダウンスイッチ、８５は揺動動作を初心者向きのものに抑えるための動作モード選択スイッチ、８６は揺動動作による運動強度を切り換えるための動作モード切換スイッチ、８７は運動対象を切り換えるための運動対象切替スイッチ、８８は液晶パネルで構成されたディスプレーである。運動対象切替スイッチ８７を操作した時、伸縮アクチュエータ４５によってシート２の前後傾斜角がそれぞれに適した状態に切り換えられる。

上記ディスプレー８８は、シート２の傾斜状態の表示、速度調整状態の表示、動作時間の表示、運動強度の表示などのほか、算出した運動量（消費カロリー）の表示、伸縮アクチュエータ４５の伸縮によるシート２の前後傾斜の姿勢変化により、人体の腹筋・背筋・太もも前部・太もも後部のどの筋肉に対してどのような値の負荷がかかるようになるかの表示等を行う。なお、上記運動量はシート２の前傾・後傾の姿勢毎に予め求めた揺動量（単位時間当たりの運動量相当のデータ）と、入力された体重値と、動作時間とを基に算出しているが、機構部３もしくはシート２に加速度センサーを配置して、この加速度センサーから得られる加速度データを利用して運動量を算出するようにしてもよい。

上記操作パネル８のスイッチ群８０〜８７の操作を受けて機構部３の動作を制御するとともに、ディスプレー８８への表示を行う制御回路Ｃの構成の一例を図１２に示す。上記制御回路Ｃは、演算制御部Ｃ１と、データテーブルＣ２、メモリＣ３、カウントタイマＣ４で構成され、上記データテーブルＣ２には、上記消費カロリーの表示のためにシート２の前傾・後傾の姿勢毎に予め求めた揺動量のデータのほか、伸縮アクチュエータ４５を伸縮させることで得られる前傾・後傾及び水平の姿勢と動作速度とによって人体の各部位にかかる負荷がどのような値になるかについてのデータを納めている。なお、該データは前述のようにシート２の前後傾斜角と動作速度の違いで各筋肉の筋電位がどのように変化するかについての採取データを基に基に決定している。

そして演算制御回路Ｃ１は、その時点でのシート２の姿勢（伸縮アクチュエータ４５の伸縮位置）とその時点での動作速度とから対応するデータを上記データテーブルＣ２から読み取り、使用者の複数部位（ここでは腹筋と背筋と太もも前部筋肉と太もも後部筋肉）に夫々かかる負荷を表示する。

姿勢の変更及び動作速度の変更に伴って使用者の複数部位に夫々かかる負荷の表示の一例を図１３に示す。ちなみに同図(a)は速度が低速、 姿勢が水平である場合を、同図(b)は速度が低速、姿勢が前傾である場合を、同図(c)は速度が低速で姿勢が後傾である場合を示しており、同図(d)は速度が中速で姿勢が後傾である場合を、同図(e)は速度が高速で姿勢が後傾である場合を示している。

前傾とした時には太ももの前部筋肉に対する負荷が大きくなり、後傾とした時には太ももの後部筋肉及び背筋に対する負荷が大きくなること、速度を上げれば各部位に対する負荷が増加することが使用者にわかるとともに、今の姿勢及び動作速度が例えば腹筋を鍛えたいというような使用者の要望に応えることができるものであるかどうかが使用者にわかるものである。

なお、上記メモリＣ３は使用者が入力した体重値などを記憶するためのものであり、カウントタイマＣ４は動作時間の計測用である。

上記実施例では、図１１に示す軌跡そのものは同じでシート２の姿勢と速度の変化に対応させて負荷表示を行うものを示したが、図１１に示す軌跡自体を変化させることができるものについても、その軌跡毎に前述のようにデータを採取しておくことで、複数部位にかかる負荷の表示を行うことができる。

また、乗馬を模した運動を使用者に負荷する揺動型運動装置を示したが、本発明はこの形態のものに限定されるものではなく、使用者が立つ台を揺動させることで、例えばサーフィンを模した運動を使用者に負荷するもの、使用者が腰掛けるシートを揺動させるとともに使用者の各足を個別に載せる足載せ台を上下動させることによって歩行動作を模した運動を使用者に負荷するものなどにも適用することができる。

本発明の実施の形態の一例の操作パネルの正面図である。 同上の斜視図である。 (a)(b)は同上の平面図と右側面図である。 同上の正面図である。 同上の本体部の分解斜視図である。 同上のシートの分解斜視図である。 同上の駆動部の分解斜視図である。 同上の駆動部の斜視図である。 同上の駆動部の側面図である。 同上の駆動部の分解斜視図である。 (a)(b)は同上の動作説明図である。 同上のブロック回路図である。 (a)〜(e)は同上の表示例を示す動作説明図である。

符号の説明

１ 本体
２ シート
３ 駆動部
８ 操作パネル
８８ ディスプレー

Claims (3)

1. 使用者が乗る可動部と、該可動部に揺動運動を行わせる駆動部とを備えるとともに、駆動部による可動部の揺動駆動に際しての当該揺動動作を変更する揺動変更手段を備えている揺動型運動装置において、上記揺動変更手段による揺動変更に伴って使用者の複数部位に夫々かかる負荷を表示する表示手段とを備えていることを特徴とする揺動型運動装置。
2. 上記揺動変更手段は、上記可動部の姿勢、速度、動作軌跡の少なくとも１つを変更するものであることを特徴とすることを特徴とする請求項１記載の揺動型運動装置。
3. 上記可動部は使用者が座るシートであるとともに上記揺動変更手段はシートの前後傾斜角を変更するものであり、表示手段は腹筋と背筋と太もも前部筋肉と太もも後部筋肉にかかる負荷を表示するものであることを特徴とする請求項１記載の揺動型運動装置。

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