JP4492655B2

JP4492655B2 - 揺動型運動装置

Info

Publication number: JP4492655B2
Application number: JP2007238342A
Authority: JP
Inventors: 隆介中西
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-09-13
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2027-09-13
Also published as: US7785234B2; KR101051566B1; KR20090028457A; CN101385683A; JP2009066224A; EP2036592B1; TW200936199A; EP2036592A1; ATE533537T1; US20090075783A1

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、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。

上記特許文献２に示されたものは、まさしく前後揺動と左右揺動とを組み合わせた動きだけを可動部に行わせることができるもので、使用者に対してより効果的な運動（他動運動）を行わせるという要求に応えることはできない。

これに対して、上記特許文献１に示されたものでは、６軸の動きを可動部に行わせることができるために、上記要求に応ずることができるが、コスト的に問題が多い上に制御駆動が難しく、実際上は前後方向の揺動と左右方向の揺動とを組み合わせた動きを可動部に行わせているに過ぎなかった。
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、前後左右の動き（ピッチ及びロール）に加えてヨーの動きも効果的に且つ簡便に加え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たものにおいて、上記駆動部は上記可動部を前後方向に揺動させるピッチ駆動部と、上記可動部を左右方向に揺動させるロール駆動部と、上記可動部を上下軸回りに回動させるヨー駆動部と、上記ピッチ駆動部の揺動に同期して可動部の前端側に上下動を加える上下駆動部とを備えるとともに、上記ヨー駆動部は、上記ピッチ駆動部によって可動部が前方移動し且つ上記ロール駆動部によって左右いずれかに傾く際にロール駆動部による左右いずれかの傾き方向と同方向に可動部を回動させるものであり、上記上下駆動部は可動部の前端側の前後動における軌跡の上下動成分を後端側の前後動における軌跡の上下動成分より大とするものであり、上記ピッチ駆動部は、上記上下駆動部によって可動部を前方へ沈み込ませ、浮き上らせながら後方に戻す軌跡で前後方向に揺動させるものであり、上記ロール駆動部による左右方向の揺動の１サイクルの間に上記ピッチ駆動部による前後方向の揺動が２サイクル行われ、上記可動部が平面視で８の字を描くものであることに特徴を有している。ピッチ駆動部とロール駆動部に加えてヨー駆動部を備えた駆動部により、前後左右のピッチ及びロール動作に更にヨー動作を付加できるようにしたものであり、また、ピッチ動作とロール動作との組み合わせによる前方揺動と左右揺動との組み合わせに対して、より効果的な他動運動を使用者が得られるタイミングでヨー動作を付加したものである。

この時、上記駆動部におけるロール駆動部が、上記可動部に対して傾いた前後方向の軸回りに可動部を回動させて可動部に左右の揺動を行わせるものであるとともに、上記前後方向の軸から可動部までの距離を可動部の前端側と後端側とで異ならせることで可動部の動きに上下軸回りのヨー成分を含ませるものであると、ロール駆動部がヨー駆動部を兼ねるものとなるために、別途ヨー駆動部を設ける場合に比して、更にコスト的に有利となる上に、ロール動作とヨー動作との動作タイミングがずれたりするようなこともないものとなる。

また、上記前後方向の軸は前方側が後方側よりも下方に位置する傾きを有して、上記前後方向の軸から可動部の前端側までの距離が可動部の後端側までの距離より大となっていると、可動部の前方側が左右にずれ動くヨー動作を得ることができるために、可動部に乗る使用者に対してヨー動作を更に効果的に加えることができると同時に、使用者にヨー動作が加わっていることを実感させることができる。

そして単一のモータの回転出力でピッチ駆動部を動作させるとともにヨー駆動部を兼ねたロール駆動部を動作させるものであると、ピッチ動作とロール動作とヨー動作とが目標とするタイミングで組み合わされた動きを容易に得ることができる。

本発明は、ピッチ駆動部とロール駆動部に加えて、可動部を上下軸回りに回動させるヨー駆動部を備えているために、前後左右のピッチ及びロール動作に更にヨー動作を付加できるものであり、しかもヨー駆動部は、上記ピッチ駆動部によって可動部が前方移動し且つ上記ロール駆動部によって左右いずれかに傾く際にロール駆動部による左右いずれかの傾き方向と同方向に可動部を回動させるものであるために、ピッチ動作とロール動作との組み合わせによる前方揺動と左右揺動との組み合わせに対して、より効果的な他動運動を使用者が得られるタイミングでヨー動作が付加されるものであり、このために使用者の足腰の鍛錬やバランス感覚の保持という点において、きわめて効果的な動きを可動部に与えることができる。しかも、ピッチ駆動部とロール駆動部とヨー駆動部を設けるものであるために、６軸パラレルメカニズムを使用する場合に比して、コスト的に有利であるとともにその動作制御も簡便で済む。更に、上下駆動部を備えたことで、駆動部が前方へ沈み込み、浮き上がりながら後方へ戻る軌跡で可動部を前後方向に揺動するものであり、上記ロール駆動部による左右方向の揺動の１サイクルの間に上記ピッチ駆動部による前後方向の揺動が２サイクル行われ、上記可動部が平面視で８の字を描くものであるため、可動部に乗った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、実際の乗馬をしている感覚を得られる。

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２３，２３、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に連結されてロール駆動部を構成している。

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に連結されてピッチ駆動部を構成している。

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の前後動の軌跡を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の前後動の軌跡をＴ２とする時、図９及び図１１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１（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１（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１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１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１（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。ロール駆動部がヨー駆動部を兼ねたものとなっているわけである。

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。この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とモータ３１の速度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１２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に設けた加速度センサの出力と、入力された体重値とを基に算出している。

上記実施例では、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。

また、可動部であるシート２の動きにヨー成分を追加することを、左右方向の揺動のための軸Ａを傾斜させて、軸Ａからの距離をシート２（可動プレート４０）の前端側と後端側とで異ならせることで得ているが、シート２（可動プレート４０）を前後左右の揺動に連動して鉛直軸回りに回転させることになる回動機構をヨー駆動部として上記機構部３に付加することで得るものであってもよい。

（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態の一例の動作説明図である。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。同上の駆動部の前後方向揺動の動作説明図である。同上の操作パネルの正面図である。

１本体
２シート
３駆動部

Claims

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た揺動型運動装置において、上記駆動部は上記可動部を前後方向に揺動させるピッチ駆動部と、上記可動部を左右方向に揺動させるロール駆動部と、上記可動部を上下軸回りに回動させるヨー駆動部と、上記ピッチ駆動部の揺動に同期して可動部の前端側に上下動を加える上下駆動部とを備えるとともに、上記ヨー駆動部は、上記ピッチ駆動部によって可動部が前方移動し且つ上記ロール駆動部によって左右いずれかに傾く際にロール駆動部による左右いずれかの傾き方向と同方向に可動部を回動させるものであり、上記上下駆動部は可動部の前端側の前後動における軌跡の上下動成分を後端側の前後動における軌跡の上下動成分より大とするものであり、上記ピッチ駆動部は、上記上下駆動部によって可動部を前方へ沈み込ませ、浮き上らせながら後方に戻す軌跡で前後方向に揺動させるものであり、上記ロール駆動部による左右方向の揺動の１サイクルの間に上記ピッチ駆動部による前後方向の揺動が２サイクル行われ、上記可動部が平面視で８の字を描くものであることを特徴とする揺動型運動装置。
上記駆動部におけるロール駆動部は、上記可動部に対して傾いた前後方向の軸回りに可動部を回動させて可動部に左右の揺動を行わせるものであるとともに、上記前後方向の軸から可動部までの距離を可動部の前端側と後端側とで異ならせることで可動部の動きに上下軸回りのヨー成分を含ませ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。
上記前後方向の軸は前方側が後方側よりも下方に位置する傾きを有して、上記前後方向の軸から可動部の前端側までの距離が可動部の後端側までの距離より大となっていることを特徴とする請求項２記載の揺動型運動装置。
単一のモータの回転出力でピッチ駆動部とロール駆動部とを共に動作させるものであることを特徴とする請求項２または３記載の揺動型運動装置。