JP4595860B2

JP4595860B2 - バランス訓練装置

Info

Publication number: JP4595860B2
Application number: JP2006086670A
Authority: JP
Inventors: 修関根; 葉一四宮; 祐介上園; 康幸清水
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2020-04-07
Also published as: JP2006204946A

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バランス訓練に用い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、駆動装置が、ベースと、ベースに対して前後方向の回動軸の回りで左右方向に回転往復移動が可能となるようにベースに軸着された可動架台と、座席が固定され可動架台とともに前記回動軸の回りでの回転往復移動が可能であるとともに、可動架台に第１リンクを介して連結されかつベースに第２リンクを介して連結されることにより可動架台に対する移動が前後方向の直進往復移動および左右軸の回りの回転往復移動に限定された台座と、可動架台に配置された１個の駆動源とを備え、駆動源の回転力を２系統に分離し一方の系統では台座をベースに対して前後方向に直進させかつ左右軸回りで回動させ他方の系統では可動架台をベースに対して前記回転軸の回りで回動させることを特徴とする。

請求項１の構成によれば、座席を前後方向の直進往復移動と前後軸の回りの回転往復移動と左右軸の回りの回転往復移動との３自由度で揺動可能とし、しかもこのような揺動を１個の駆動源のみで実現することができる。また、第１リンクと第２リンクとにより可動架台に対する台座の移動方向が前後方向の直進往復移動と左右軸の回りの回転往復移動とに制限されているから、第１リンクと第２リンクとにより上述のように移動方向が規制された状態で可動架台に対して台座が移動することになる。つまり、可動架台に対して台座が前後方向の直進往復移動と左右軸の回りの回転往復移動とを行い、かつ可動架台がベースに対して回動軸（前後軸）の回りで回転往復移動を行うから、結果的に台座はベースに対して前後方向の直進往復移動と前後軸の回りの回転往復移動と左右軸の回りの回転往復移動との組み合わせで揺動することになる。座席は台座に結合されているから、座席も台座と同様に３自由度で揺動することになる。加えて、１個の駆動源のみで３自由度の揺動が可能になるのである。

請求項１の発明では、座席を前後方向の直進往復移動と前後軸の回りの回転往復移動と左右軸の回りの回転往復移動との３自由度で揺動可能とし、しかもこのような揺動を１個の駆動源のみで実現することができるという利点がある。

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。

本発明の第１の実施の形態を示す右から見た縦断面図である。同上の左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。同上の後面側から見た横断面図である。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
４ベース
６回動軸
８可動架台
９第１リンク
１０軸ピン
１１軸ピン
１３軸ピン
１４第２リンク
１５ボールジョイント
１６モータ
１９主回転軸
２１ウォーム
２２ウォーム
２３ウォームホイール
２４ウォームホイール
２７第１クランク
２８第２クランク
３０第１ロッド
３１第２ロッド
３２ボールジョイント

Claims

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、駆動装置が、ベースと、ベースに対して前後方向の回動軸の回りで左右方向に回転往復移動が可能となるようにベースに軸着された可動架台と、座席が固定され可動架台とともに前記回動軸の回りでの回転往復移動が可能であるとともに、可動架台に第１リンクを介して連結されかつベースに第２リンクを介して連結されることにより可動架台に対する移動が前後方向の直進往復移動および左右軸まわりの回転往復移動に限定された台座と、可動架台に配置された１個の駆動源とを備え、駆動源の回転力を２系統に分離し一方の系統では台座をベースに対して前後方向に直進させかつ左右軸回りで回動させ他方の系統では可動架台をベースに対して前記回転軸の回りで回動させることを特徴とするバランス訓練装置。