JP3983267B2 - バランス訓練装置 - Google Patents

Description

本発明は、身体の賦活、運動機能の訓練や回復などの目的でバランス機能を訓練するために用いられるバランス訓練装置に関するものである。

一般に、馬に乗った状態で落ちないようにバランスをとることはバランス保持の訓練になり、しかも腰背筋群の活性化を促して腰痛予防の訓練にもなることが知られている。しかしながら、馬に乗ることができる場所は限られている。そこで、場所や天候の制約を受けることなくバランス訓練を手軽に行うことができるように、馬に乗った状態と同様の動作を実現できる機械装置を用いることが考えられている。

この種の機械装置（バランス訓練装置）には、６個の駆動源を備え、馬形の乗り物を６自由度で駆動するものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この構成では、乗り物を前後方向、左右方向、上下方向の直進往復移動と、前後軸、左右軸、上下軸の各軸回りの回転往復移動との６動作を組み合わせて揺動させることが可能であって、しかも６動作を個別に制御することができる。したがって、馬に乗った状態に近い揺動が可能である。

しかしながら、上記公報に記載されたものは、６個の駆動源を備えるとともに各駆動源を個別に制御するから、各駆動源の動作のタイミング、速度、動作範囲などを個別に制御することになり、非常に複雑な制御が必要である。また、６個の駆動源が設けられているから、大型化しやすくかつコスト高になるという問題がある。この問題は上記公報に用いられている、いわゆる６自由度型シリアルロボットに限らず、構造が比較的簡単な６自由度型パラレルロボットを用いる場合も同様であって、６自由度型パラレルロボットでは構造が簡単ではあるものの構成部品が高コストであるから一層のコスト高を招くことになる。

そこで、本件発明者らは、前後方向の直進往復移動と左右軸回りの回転往復移動との駆動に１つの駆動源を用い、前後軸回りの回転往復移動の駆動に別の駆動源を用いたバランス訓練装置を先に提案した。つまり、座席を３自由度で揺動させることを可能とするバランス訓練装置であって、２個の駆動源を用いたものを提案した。
特公平６−６５３５０号公報

ところで、バランス機能の訓練においては、馬の歩様のうち常歩程度を模擬できればよく、速歩や駆歩までは模擬しなくてもよい場合が多い。つまり、上述した従来構成では２個の駆動源を用いた構成を採用することによって、常歩以外の歩様にも対応可能ではあるが、この機能はバランス訓練においては必ずしも必要とは言えない。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、１個の駆動源のみを用いた比較的簡単な構成ながらも腰部周囲の筋群を満遍なく刺激することができるバランス訓練装置を提供することにある。

請求項１の発明は、人が着座する座席と、座席を揺動させる駆動装置とを備え、座席はベースに設けた左右方向の軸の回りで回動可能に支持され、駆動装置は、１個のモータと、モータの主回転軸の回転が伝達され座席において前記軸に対して前後方向に離間した部位を上下方向に往復移動させることにより座面を前後に往復移動させるとともに前移動に伴って後端部を前端部に対して相対的に上昇させ後移動に伴って後端部を前端部に対して相対的に下降させる第１の駆動部と、モータの主回転軸の回転が伝達され座席を左右に均等に往復移動させる第２の駆動部とを有し、左右の往復移動の周期を前後の往復移動の周期の２倍とし、かつ座面の移動軌跡を座面の高さ位置の変化を伴う８の字状とするように前後と左右との往復移動の位相関係を機械的に調整していることを特徴とする。

本発明の構成によれば、座席の動きを馬の常歩における鞍の動きに近似させることにより、座席に着座した人の上体を前後に揺らすとともに左右に均等に揺らすことで、腰部周囲の筋群を満遍なく刺激することができる。

本実施形態を図１ないし図６に基づいて説明する。人が着席する座席１は鞍状に形成され、この座席１に跨る形で人が着座することになる。座席１は駆動装置２に設けた台座３の上に載置された形で固着される。

駆動装置２は床上の定位置に固定されるベース４を備え、ベース４には前後に離間した一対の脚片５ａを備える断面コ字状の取付板５が固定され、取付板５の両脚片５ａを貫く形で前後方向に走る回動軸６が固定される。回動軸６の両端部は取付板５の両脚片５ａの外側に突出しており、この突出した部分において回動軸６の両端部には軸受７を介して可動架台８が取り付けられる。したがって、可動架台８は回動軸６を回動中心として左右方向に回動可能になる。可動架台８には第１リンク９の一端部が軸着され、第１リンク９の他端部は上述した座席１を載置する台座３が軸着される。つまり、第１リンク９の両端部には可動架台８と台座３とが回動自在に連結される。第１リンク９と可動架台８および台座３とを連結する軸ピン１０，１１はそれぞれ回動軸６に直交する面内で互いに平行になるように配置される（図３、図４参照）。第１リンク９は左右一対設けられている。

一方、ベース４において可動架台８の前方（図１の左方）には、図６に示すように、左右一対の支持板１２が立設され、両支持板１２の間には左右方向に走る軸ピン１３が架設される。この軸ピン１３には下向きに開放されたコ字状の第２リンク１４の両脚片１４ａの先端部が軸着される。つまり、第２リンク１４は軸ピン１３の回りで前後に回動可能になっている。第２リンク１４の中央片１４ｂの左右の中央部には自在接手としてのボールジョイント１５を介して台座３が連結される。つまり、図５に示すように、ボールジョイント１５は回動軸６を含みかつ左右方向に直交する面内に配置されることになる。ここで、第１リンク９を可動架台８に連結する軸ピン１０と第２リンク１４をベース４に連結する軸ピン１３との距離は、第１リンク９を台座３に連結する軸ピン１１と第２リンク１４と台座３との間のボールジョイント１５との距離よりも小さく設定されている。

しかして、図１に示す位置では台座３の上面がベース４の上面に平行であるものとし、この位置から軸ピン１０の回りで第１リンク９を前方（図１の左方）に倒すようにすれば、第１リンク９は台座３の後部（図１の右部）を押し上げ、第２リンク１４が倒れることによって台座３の前部が下がることになる。つまり、台座３は前方に移動しながら前端部を後端部よりも下げることになる。また、逆に図１の位置から第１リンク９を軸ピン１０の回りで後方に倒すようにすれば、台座３は後方に移動しながら後端部を前端部よりも下げることになる。このように第１リンク９と第２リンク１４との協働により、前後方向の直進と左右軸回りの回動とが可能になる。また、可動架台８は回動軸６の回りで左右に回動可能であって、第２リンク１４の一端部（上端部）に設けたボールジョイント１５によって台座３の左右の揺動範囲が制限されているから、台座３は可動架台８とともに前後軸（回動軸６）の回りで回動が可能になる。

上述のような構成によってベース４に対する移動方向が規制されている台座３を駆動するために、本実施形態では駆動源として１個のモータ１６を用いる。可動架台８の上面には前後一対のモータ取付台１７が固着され、前後のモータ取付台１７の間にモータ１６が配置されるとともに、ボルト１８ａおよびナット１８ｂを用いてモータ１６が固定される。また、モータ１６の出力軸である主回転軸１９はモータ１６の両側に突出しており、各モータ取付台１７にそれぞれ保持された軸受２０により主回転軸１９が回転自在に保持される。また、主回転軸１９の各一端部にはそれぞれウォーム２１，２２が設けられ、各ウォーム２１，２２にはウォームホイール２３，２４が噛合する。ウォームホイール２３，２４は軸ピン１０，１１と平行なシャフト２５，２６に取り付けられており、シャフト２５の一端部には第１クランク２７が連結され、シャフト２６の一端部には第２クランク２８が連結される。各シャフト２６はモータ取付台１７に固着された軸受２９により回動自在に保持される。ここで、主回転軸１９の後部に設けたウォーム２１に噛合するウォームホイール２３を介してモータ１６の回転が伝達される第１クランク２７は可動架台８の左側に配置され、主回転軸１９の前部に設けたウォーム２２に噛合するウォームホイール２４を介してモータ１６の回転が伝達される第２クランク２８は可動架台８の右側に配置されている。ただし、このような配置関係は必須というわけではない。

第１クランク２７には第１ロッド３０の一端部が回動自在に連結され、第１ロッド３０の他端部は軸ピン１１によって第１リンク９と同じ部位で台座３に連結される。つまり、第１クランク２７が回転すると第１リンク９は軸ピン１０の回りで前後に回動するから、台座３が前後に移動するとともに台座３の上面を傾斜させることが可能になる。ここにおいて、本実施形態では、第１リンク９の回動範囲を図１にφ１で示す範囲としてある。このとき第２リンク１４は図１にφ２で示す範囲で回動する。

一方、第２クランク２８には第２ロッド３１の一端部が回動自在に連結され、第２ロッド３１の他端部は自在接手としてのボールジョイント３２を介してベース４に連結される。つまり、第２クランク２８が回転すれば第２クランク２８の回転中心からベース４までの距離が変化し、可動架台８が回動軸６の回りに回動することになる。言い換えると、第２クランク２８の回転により台座３が前後軸（回動軸６）の回りで回転往復移動することになる。ここにおいて、第２クランク２８の一端部はボールジョイント３２を介してベース４に連結されているから、可動架台８の回動軸６の回りでの揺動が許容されることになる。

以上説明したように、上述した本実施形態の構成によって、駆動源として１個のモータ１６を用いるだけで、前後方向の直進往復移動と、前後軸回りでの回転往復移動（ロール）と、左右軸回りでの回転往復移動（ピッチ）との３自由度で台座３を揺動させることができるのである。

ところで、本実施形態は馬の歩様のうち常歩を模擬するように構成されている。実際の常歩での鞍の揺動は厳密には３自由度ではないが、上述した前後方向の直進移動と前後軸回りの回転移動と左右軸回りの回転移動との成分がもっとも大きいことが実験結果からわかっており、上述した３自由度の往復移動によって常歩をかなりの程度まで模擬できるという知見が得られている。とくにバランス訓練を目的とする場合には、このような揺動で十分な効果が得られる。一方、実際の常歩では前後方向の直進移動と前後軸回りの回転移動と左右軸回りの回転移動との各成分の周期について、図７に示すように、前後方向の直進往復移動（１）および左右軸回りの回転往復移動（２）の周期に対して、前後軸回りの回転往復移動（３）の周期が２倍になるという知見が得られている。そこで、本実施形態では、前後方向の直進往復移動および左右軸回りの回転往復移動の周期を決める第１クランク２７の回転数を、前後軸回りの回転往復移動の周期を決める第２クランク２８の回転数の２倍に設定してあり、この設定により常歩と同様の関係で台座３を揺動させることが可能になっている。なお、本実施形態の構成では各成分の位相関係はあらかじめ機械的に調整される。つまり、３つの成分のいずれについても往復移動の中心が一致するように調整される。

本発明の実施形態を示す左から見た縦断面図である。 同上の右から見た縦断面図である。 同上の正面側から見た横断面図である。 同上の後面側から見た横断面図である。 同上の水平断面図である。 同上の要部横断面図である。 馬の常足における揺動パターンを示す図である。

符号の説明

１ 座席
２ 駆動装置
３ 台座
１６ モータ
１９ 主回転軸
２７ 第１クランク（第１の駆動部）
２８ 第２クランク（第２の駆動部）
３０ 第１ロッド（第１の駆動部）
３１ 第２ロッド（第２の駆動部）

Claims (1)

1. 人が着座する座席と、座席を揺動させる駆動装置とを備え、座席はベースに設けた左右方向の軸の回りで回動可能に支持され、駆動装置は、１個のモータと、モータの主回転軸の回転が伝達され座席において前記軸に対して前後方向に離間した部位を上下方向に往復移動させることにより座面を前後に往復移動させるとともに前移動に伴って後端部を前端部に対して相対的に上昇させ後移動に伴って後端部を前端部に対して相対的に下降させる第１の駆動部と、モータの主回転軸の回転が伝達され座席を左右に均等に往復移動させる第２の駆動部とを有し、左右の往復移動の周期を前後の往復移動の周期の２倍とし、かつ座面の移動軌跡を座面の高さ位置の変化を伴う８の字状とするように前後と左右との往復移動の位相関係を機械的に調整していることを特徴とするバランス訓練装置。

Images