JP4900196B2

JP4900196B2 - 他動運動機器

Info

Publication number: JP4900196B2
Application number: JP2007279681A
Authority: JP
Inventors: 葉一四宮; 尚久小澤; 孝夫後藤; 和弘越智
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2027-10-26
Also published as: JP2009106389A

Description

本発明は、使用者が自発的に筋力を発揮することなく使用者の筋活動を誘発する他動運動機器に関するものである。

従来から、使用者が自発的に筋力を発揮することなく使用者の筋活動を誘発する他動運動機器として、使用者の左右の足をそれぞれ載せる左足用足置台及び右足用足置台を備え、左足用足置台及び右足用足置台へ各足を載せた使用者が座った状態で使用者の筋活動の誘発するもの（座位式の他動運動装置）あるいは上記使用者が立った状態で使用者の筋活動を誘発するもの（立位式の他動運動装置）が種々提案されている。

例えば、従来の座位式の他動運動装置として、特許文献１には、使用者の左右の足を載せる左足用足置台及び右足用足置台と、使用者の臀部を支持するシート部と、シート部を揺動させる駆動装置とを備える運動補助装置が開示されている。特許文献１の運動補助装置は、使用者が座っているシート部を駆動装置によって揺動することで、使用者の各足に加わる体重が変化し、使用者に運動を付与するようになっている。

シート部の動きは、左右方向の移動と前後方向の移動とを複合したものであり、初期位置からシート部が左方向に移動すると同時に前方にも移動する。このとき、シート部の前端部は後端部より下降する。つまり、シート部は、前端部が下降するように左前方向に移動する。その後、シート部は初期位置に戻り、続いて、右方向に移動するとともに前方に移動する。つまり、前端部が下降するように右前方向に移動する。その後、シート部は初期位置に戻る。これらの動きが繰り返されることによって、使用者の各足に加わる体重が変化し、使用者に運動を付与することができる。
特開２００７−８９６５０号公報（段落００３８及び図１，２）

しかしながら、従来の他動運動機器には、使用者が正常に使用できているか否かを判断できないことから、正常ではない使用方法（誤った使用方法や効果的ではない使用方法など）で使用している場合であっても、それを認識することができず、その結果、使用者の筋肉を効果的に鍛えることができないという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目的は、使用者の筋肉を効果的に鍛えることができる他動運動機器を提供することにある。

請求項１の発明は、使用者の左右の足をそれぞれ載せる左足用足置台及び右足用足置台と、前記使用者の各足から前記左足用足置台及び前記右足用足置台への荷重が変化するように当該使用者を動かすための駆動手段とを備え、前記使用者の筋活動を誘発する他動運動機器であって、前記左足用足置台の前後に離れて設置されそれぞれが設置位置の荷重を検出する複数の左足用荷重センサと、前記右足用足置台の前後に離れて設置されそれぞれが設置位置の荷重を検出する複数の右足用荷重センサと、前記複数の左足用荷重センサの検出結果を用いて前記使用者の左足の中心点を算出するとともに、前記複数の右足用荷重センサの検出結果を用いて前記使用者の右足の中心点を算出する算出手段と、前記中心点の理想的な時間変化を示す理想特性を記憶する記憶手段と、前記使用者の各足ごとに、前記理想特性の中心点に対する前記算出手段で算出された中心点の変位が予め設定された判断値以上となるか否かを一定時間間隔ごとに判定し、当該変位が当該判断値以上となる場合をカウントし、当該一定時間間隔より長い所定時間あたりの当該変位が当該判断値以上となる回数が予め設定された回数以上となった場合に前記駆動手段に対して前記使用者を動かすための駆動を遅くさせる方向に制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記制御手段は、前記所定時間あたりの前記変位が前記判断値以上となる回数が前記予め設定された回数以上となった場合に、前記駆動手段に対して前記使用者を動かすための駆動を時間に伴って遅くさせていき停止させるように制御することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記使用者が左右の足をそれぞれ前記左足用足置台及び前記右足用足置台に載せている状態で当該使用者の臀部を接触面で支持するシート部を備え、前記駆動手段は、前記使用者の各足の中心点が変化するように初期位置に対して前記シート部の位置を変位させることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１又は２の発明において、前記駆動手段は、前記左足用足置台を前方に移動させて当該左足用足置台の前端が後端よりも上昇し当該右足用足置台の前端が後端よりも下降する状態と、前記右足用足置台を前方に移動させて当該左足用足置台の前端が後端よりも下降し当該右足用足置台の前端が後端よりも上昇する状態とを交互に繰り返すように、前記左足用足置台及び前記右足用足置台を駆動することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、前記制御手段は、前記駆動手段に対して前記使用者を動かすための駆動を遅くさせるように制御した後、当該使用者を動かすための駆動速度が遅くなった状態において、前記使用者の各足ごとに、前記変位が前記判断値以上となる場合をカウントし、前記所定時間あたりの当該変位が当該判断値以上となる回数が前記予め設定された回数未満となる状態が予め設定された一定期間継続した場合、前記駆動手段に対して前記使用者を動かすための駆動を速くさせるように制御することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、左足用足置台及び右足用足置台に載せられた使用者の各足が、前方に移動したときに中心点が前方向に移動し、後方に移動したときに中心点が後方向に移動するのを判断することによって、使用者の筋肉を効果的に鍛えることができる。

請求項２の発明によれば、駆動手段による使用者を動かすための駆動を時間に伴って遅くしていくことによって、この機器に向いていない人に対して使用の停止を促すことができる。

請求項３の発明によれば、座位式のものを用いて使用者の筋肉を効果的に鍛えることができる。

請求項４の発明によれば、立位式のものを用いて使用者の筋肉を効果的に鍛えることができる。

請求項５の発明によれば、速度が速すぎて使用者が上手く使用することができない場合に、まず遅い速度で駆動し、使用者が慣れてくると速度を速くすることができる。

（実施形態１）
まず、実施形態１の他動運動機器の構成について図１〜４を用いて説明する。この他動運動機器は、図２，３に示すように、使用者Ｍの筋活動を誘発する座位式のものであり、床（図示せず）などの定位置に置かれる基台１１と、使用者Ｍの臀部を支持するシート部１２０を上端部に有して基台１１の上に設けられたシート支持台１２と、使用者Ｍが必要に応じて手で把持するハンドル１３０を上端部に有して基台１の上に設けられたハンドルポスト１３と、基台１１においてシート支持台１２とハンドルポスト１３の間の部位に設けられ上面を足置面１４０，１５０とする左足用足置台１４及び右足用足置台１５とを備えている。

左足用足置台１４及び右足用足置台１５は、使用者Ｍが左右の足裏をそれぞれ足置面１４０，１５０に載せることによって足位置を規制するものであり、それぞれが設置位置の荷重を検出する複数の左足用荷重センサ１６０，１６１及び複数の右足用荷重センサ１７０，１７１を備えている。複数の左足用荷重センサ１６０，１６１は、左足用足置台１４の前後に離れて設置され、複数の右足用荷重センサ１７０，１７１は、右足用足置台１５の前後に離れて設置されている。

シート支持台１２には、使用者Ｍが左右の足をそれぞれ左足用足置台１４及び右足用足置台１５に載せている状態で上記使用者Ｍの臀部を接触面１２１で支持するシート部１２０の他にも、シート部１２０を揺動させるシート駆動部１２２と、シート部１２０及びシート駆動部１２２を基台１１に対して昇降させる昇降機構部１２３と、シート駆動部１２２を制御する信号処理部１８とが設けられている。

シート駆動部１２２は、シート部１２０の接触面１２１に臀部を載せるとともに左足用足置台１４及び右足用足置台１５の足置面１４０，１５０に足裏を載せた状態の使用者Ｍに対して、シート部１２０を揺動させて臀部の位置を変位させることにより、使用者Ｍの各足の中心点を変化させる。つまり、シート駆動部１２２は、使用者Ｍの体重を臀部と脚部とに分散して支持している状態において、シート部１２０の位置を変位させて臀部の位置を変化させることにより臀部で支持する自重を増減させ、結果的に各足に作用する自重を変化させ、左足用足置台１４及び右足用足置台１５への荷重に変化を与えるように使用者Ｍを動かすためのものである。

ここで、膝を所定角度だけ曲げていると、シート部１２０で体重を支持する割合が減少したときに、スクワット運動を行って膝を曲げているときと同様に、使用者Ｍの大腿部に作用する負荷が増加し、大腿部の筋群を筋収縮させることが可能になる。つまり、シート部１２０を揺動させると、使用者Ｍの自発的な運動ではない他動的な運動によって大腿部の筋群が緊張と弛緩とを繰り返すことになる。すなわち、シート駆動部１２２がシート部１２０を揺動させることにより、主として大腿部の筋群の運動が可能になる。

シート部１２０の揺動方向は、膝関節に剪断力が作用しないように設定しておくことが望ましい。使用者Ｍの臀部をシート部１２０の接触面１２１で支持している状態において、使用者Ｍの足は、図３のように、爪先側の距離が踵側の距離よりも大きくなるのが自然な姿勢であり、両足間の開き角度θは左足用足置台１４及び右足用足置台１５に足を載せる位置で決めることができる。そこで、左足用足置台１４及び右足用足置台１５に足を載せたときの各足の踵と爪先とを結ぶ中心線に沿う方向にシート部１２０を揺動させることによって、膝関節に剪断力を作用させずに運動させることが可能になる。つまり、シート部１２０が揺動範囲において後端位置から前方に移動する際に、斜め右前方に移動する期間と斜め左前方に移動する期間とを設けることにより、膝関節に剪断力を作用させることなく左右の脚の大腿部にそれぞれ自重を作用させることが可能になる。

また、図２では、シート部１２０の上面である接触面１２１は略水平面であるが、使用者Ｍの脚部に作用する自重を変化させることによって大腿部の筋群の筋収縮を誘発する運動を行うから、使用者Ｍの臀部に接触する接触面１２１はシート部１２０が揺動する方向での前方に向かって下り傾斜する。つまり、シート部１２０の前端部であって使用者Ｍの右臀部を支持する部位は斜め右前方に下り傾斜し、使用者Ｍの左臀部を支持する部位は斜め左前方に下り傾斜する。このような構造にすると、シート部１２０が揺動範囲の後端位置（初期位置）から前方に移動したときに、脚部に作用する自重を増加させやすくなり、運動効果を高めることができる。

ここで、シート部１２０が左斜め前方に下り傾斜した場合、使用者Ｍの左足から左足用足置台１４への荷重は爪先側（前側）が大きくなり、その結果、中心点は爪先側に移動する。その後、シート部１２０が初期位置に戻った場合、使用者Ｍの左足から左足用足置台１４への荷重は踵側（後ろ側）が大きくなり、その結果、中心点は踵側に移動する。一方、シート部１２０が右斜め前方に下り傾斜した場合、使用者Ｍの右足から右足用足置台１５への荷重は爪先側が大きくなり、その結果、中心点は爪先側に移動する。その後、シート部１２０が初期位置に戻った場合、使用者Ｍの右足から右足用足置台１５への荷重は踵側（後ろ側）が大きくなり、その結果、中心点は踵側に移動する。

ところで、本実施形態の他動運動機器では、膝痛を持つ使用者Ｍでも膝痛を生じることなく大腿部の筋群の筋収縮を促すためには、膝の曲げ角度を適正角度に保つことが必要である。つまり、スクワット運動において予め膝を所定の角度に曲げた状態で大腿部に作用する自重を変化させるかのような運動であって、使用時には左足用足置台１４及び右足用足置台１５に各足を載せることで各足の位置は固定になり、また大腿部に作用する負荷を高めるには膝関節と足関節とを鉛直方向に一致させることが望ましいから、これらの制約条件から、膝の曲げ角度は、シート部１２０の位置により決まることになる。ただし、脚部の寸法には個人差があり、とくに使用者Ｍの身長によって大きく異なる。

上述したようにシート部１２０の高さ位置は昇降機構部１２３により調節可能である。昇降機構部１２３は、シート部１２０を基台１１に対して後傾する一直線上で移動させることによって、シート部１２０の接触面１２１が上方に移動するほど後方に位置するように位置調節を行っている。そして、昇降機構部１２３は、使用者Ｍが左右の足をそれぞれ左足用足置台１４及び右足用足置台１５に載せ、シート部１２０に臀部を載せている状態において、使用者Ｍの膝の曲げ角度が規定した角度になるようにシート部１２０の接触面１２１の上下方向及び前後方向の位置を調節する。

続いて、ハンドルポスト１３について説明する。ハンドルポスト１３の上端部には、ハンドル１３０の中央部に操作表示装置１３１が設けられている。この操作表示装置１３１では、シート駆動部１２２や昇降機構部１２３の動作に関する指示操作、又は運動量の目安に関する表示などが行われる。なお、使用者は、使用時にはハンドル１３０を把持しないで行い、使用開始前又は使用終了後にハンドル１３０を把持すれば、使用者Ｍの上体の位置を安定させることができる。

続いて、信号処理部１８について図１を用いて説明する。信号処理部１８は、シート駆動部１２２を制御する制御部１８０と、使用者Ｍ（図２参照）の各足の中心点を算出する算出部１８１と、中心点の理想的な時間変化を示す理想特性を記憶する記憶部１８２とを備えている。

算出部１８１は、複数の左足用荷重センサ１６０，１６１と複数の右足用荷重センサ１７０，１７１のそれぞれから検出信号を受信する。これらの検出信号を受信した算出部１８１は、複数の左足用荷重センサ１６０，１６１の検出結果を用いて使用者Ｍの左足の中心点を算出し、複数の右足用荷重センサ１７０，１７１の検出結果を用いて使用者Ｍの右足の中心点を算出する。

ここで、使用者Ｍの各足の中心点の算出について説明する。まず、使用者Ｍの左足の中心点について説明する。左足用荷重センサ１６０，１６１を結ぶ直線Ｌ１上において、左足用荷重センサ１６０の設置位置と左足用荷重センサ１６１の設置位置の中心位置を原点Ｏとし、原点Ｏから左足用荷重センサ１６０又は左足用荷重センサ１６１の設置位置までの距離をそれぞれａとすると、左足用荷重センサ１６０の設置位置をａ、左足用荷重センサ１６１の設置位置を−ａと表わすことができる。このように位置が設定された左足用荷重センサ１６０で検出された荷重をｆ１１、左足用荷重センサ１６１で検出された荷重をｆ１２とすると、中心点ｇ１は、（ｇ１−ａ）・ｆ１１＋（ｇ１−（−ａ））・ｆ１２＝０を満たすものであるため、ｇ１＝（ａ・ｆ１１＋（−ａ）・ｆ１２）／（ｆ１１＋ｆ１２）と表わすことができる。したがって、算出部１８１は、左足用荷重センサ１６０，１６１から検出信号を受信し、受信した検出信号から荷重ｆ１１，ｆ１２を求めることによって、使用者Ｍの左足の中心点ｇ１を算出することができる。

使用者Ｍの右足の中心点についても同様で、右足用荷重センサ１７０で検出された荷重をｆ２１、右足用荷重センサ１７１で検出された荷重をｆ２２とすると、右足の中心点ｇ２は、（ｇ２−ａ）・ｆ２１＋（ｇ２−（−ａ））・ｆ２２＝０を満たすものであるため、ｇ２＝（ａ・ｆ２１＋（−ａ）・ｆ２２）／（ｆ２１＋ｆ２２）と表わすことができる。

上記のように求めた左足の中心点ｇ１及び右足の中心点ｇ２は、値が大きいほど足のつま先側（前側）に移動し、値が小さいほど足の踵側（後側）に移動していることになる。

記憶部１８２には、図４（ａ）の実線に示すような中心点ｇ（ｇ１及びｇ２）の理想特性が記憶されている。この中心点ｇの理想特性は、製造時などに予め設定されたものである。

図１に示す制御部１８０は、シート駆動部１２２を制御して、ある駆動速度でシート部１２０を揺動させる。上記駆動速度は、設定可能な複数の速度（例えば高速、中速、低速など）から、使用者に関する情報や使用者の目標値に応じて駆動前に適宜設定される。その後、制御部１８０は、図４（ｂ）に示すように、各足ごとに、理想特性において中心点が最も前側（足のつま先側）になるとき及び最も後側（足の踵側）になるときに、理想特性の中心点（図４（ａ）の実線）に対する算出部１８１で算出された中心点（図４（ｂ）の破線）の変位が予め設定された判断値（例えば、原点Ｏから理想特性の中心点までの距離の５％の値ｂ）以上となるか否かを１往復の動作（シート部１２０を初期位置から左斜め前方又は右斜め前方に移動し、その後、初期位置に戻る動作）ごとに判定する。左足及び右足の両方において、上記変位が判断値未満のときは正常動作と判断し、そのままシート駆動部１２２を継続して制御する。一方、左足と右足の少なくとも何れか一方において、上記変位が判断値以上のときは異常動作と判断する。このとき、制御部１８０は、変位が判断値以上となる場合をカウントし、上記一定時間間隔より長い所定時間（例えば１分間）あたりの上記変位が判断値以上となる回数が予め設定された回数（例えば１０回）以上となった場合にシート駆動部１２２を停止させる。この場合、制御部１８０は、シート駆動部１２２の駆動を直ちに停止させてもよいが、シート駆動部１２２に対して、シート部１２０の駆動を時間に伴って遅くさせていき停止させるように制御するほうが好ましい。

また、次のように制御を行ってもよい。まず、所定時間あたりの上記変位が判断値以上となる回数が上記設定回数以上となった場合に、制御部１８０は、シート部１２０の駆動速度をこれまでより遅くさせる。その後、制御部１８０は、これまでより速度が遅くなった状態において、所定時間あたりの上記変位が判断値以上となる回数をカウントし直し、設定回数以上となった場合、シート部１２０の駆動速度をさらに遅くする。一方、所定時間あたりの上記変位が判断値以上となる回数が設定回数未満の場合は、その速度を維持する。その後、速度を維持している時間がある一定期間継続すると、制御部１８０は、逆にシート部１２０の駆動速度を速くする。このとき、開始時の駆動速度までの範囲内で駆動速度を速くするのが好ましい。これにより、速度が速すぎて使用者が上手く使用することができない場合に、まず遅い速度で駆動し、使用者が慣れてくると速度を速くすることができる。

以上、本実施形態によれば、座位式のものにおいて、左足用足置台１４及び右足用足置台１５に載せられた使用者Ｍの各足が、前方に移動したときに中心点が前方向に移動し、後方に移動したときに中心点が後方向に移動するのを判断することによって、使用者Ｍの筋肉を効果的に鍛えることができる。

また、シート駆動部１２２によるシート部１２０の駆動を時間に伴って遅くしていくことによって、この機器に向いていない人に対して使用の停止を促すことができる。

（実施形態２）
実施形態２の他動運動機器は、図５に示すように、使用者の筋活動を誘発する立位式のものであり、床上に載置するための架台としてのベース板２００及びベース板２００の上方に配設される上板２０１（図６参照）が結合することにより形成されるハウジング２０と、ベース板２００の上に設けられ使用者の左右の足をそれぞれ載せる左足用足置台２１及び右足用足置台２２と、左足用足置台２１及び右足用足置台２２の位置をそれぞれ移動させる駆動装置３とを備えている。以下の説明では、図５において矢印Ｘの向きを前方とする。また、ベース板２００を床上に載置した状態でベース板２００の上面が床面と平行になるものとする。

図６に示す上板２０１には、左足用足置台２１（図５参照）及び右足用足置台２２をそれぞれ露出させる２個の開口窓２０２，２０３が厚み方向に貫設される。各開口窓２０２，２０３は、それぞれ矩形状に開口し、長手方向に沿った中心線Ｌ２が上板２０１（ハウジング２０）の前後方向（短手方向）に対して傾斜し、両中心線Ｌ２間の距離がハウジング２０の前端側で後端側よりも大きくなるように形成してある。各開口窓２０２，２０３の幅方向の両側部には、スライド溝２０４が開口窓２０２，２０３の内側に臨む形で開口する。スライド溝２０４には、足置カバー２４に形成されたフランジ部２４１がスライド可能に挿入される。

左足用足置台２１及び右足用足置台２２のそれぞれは、足置板２３と、足置カバー２４とで構成されている。足置カバー２４は、矩形筒状に形成された本体部２４０と、本体部２４０の一方の開口面（上面）に沿って本体部２４０の全周に亘って延設されたフランジ部２４１とを一体に備えている。また、本体部２４０の内側には下部において取付板２４２が一体に形成される。

本体部２４０は長手方向の寸法及び幅方向の寸法が開口窓２０２，２０３よりも小さく、フランジ部２４１は長手方向の寸法及び幅方向の寸法が開口窓２０２，２０３よりも大きく形成されている。さらに、スライド溝２０４の底間の距離はフランジ部２４１の先端縁間の距離よりも大きく形成される。したがって、足置カバー２４は、幅方向においてはスライド溝２０４の範囲内において幅方向にも長手方向にも移動可能になる。

一方、足置板２３は、足置カバー２４における本体部２４０の内周縁よりもやや小さい矩形板状に形成されており、使用者の足全体を載せることができる寸法に形成される。つまり、足置板２３は、使用者Ｍが左右の足裏をそれぞれ足置面２３３に載せることによって足位置を規制するものである。足置板２３の下面周部には、それぞれコ字状に折曲されたカバー体２３０，２３１が設けられる。さらに、足置板２３の下面であってカバー体２３０，２３１に囲まれる部位には、足置板２３の幅方向に離間した一対の軸受２３２（図７参照）が足置板２３と一体に設けられる。

また、左足用足置台２１及び右足用足置台２２のそれぞれの足置板２３には、それぞれが前後に離れて設置され設置位置の荷重を検出する複数の荷重センサ６０，６１が設けられている。左足用足置部２１の足置板２３には、左足用の荷重センサ６０，６１が、足置板２３の前後に離れて設置され、右足用足置部２２の足置板２３には、右足用の荷重センサ６０，６１が、足置板２３の前後に離れて設置されている。

足置カバー２４に設けられた取付板２４２の上面には上方に開放された断面コ字状の軸受板２５が固定される。足置板２３に設けられた軸受２３２（図７参照）は、軸受板２５の各脚片２５０の外側面に当接する。さらに、軸受板２５の両脚片２５０及び両軸受２３２を通る軸部２６が設けられる。したがって、軸部２６は足置板２３の幅方向に沿って配置され、足置板２３は、足置カバー２４に対して長手方向の前後が上下するように軸部２６の周りに回動可能になる。上述したカバー体２３０，２３１は、足置板２３が足置カバー２４に対して回動する際に、足置板２３の下面と足置カバー２４との間に隙間が生じるのを防止するために設けられている。

足置カバー２４に設けられた取付板２４２の下面には、下面に開放された断面コ字状の台車４１が取り付けられる。台車４１の両脚片４１０の外側面には各２個ずつの車輪４２が取り付けられる。ベース板２００の上面には左足用足置台２１と右足用足置台２２とに対してそれぞれ２本ずつのレール４３が固定されており、レール４３の上面に形成されたレール溝４３０の中で車輪４２が転動するように、レール４３上に台車４１が載置される。また、レール４３の上面には、車輪４２がレール溝４３０から脱落するのを防止するために、脱輪防止板４４が固定される。

ところで、レール４３の長手方向はハウジング２０に設けた開口窓２０２，２０３の長手方向とは異なる方向としてある。上述したように開口窓２０２，２０３は長手方向の中心線Ｌ２がハウジング２０の前端側で後端側よりも大きくなるように傾斜しており、レール４３の長手方向もハウジング２０の前後方向に対して同様に傾斜している。

ただし、レール４３ではハウジング２０の前後方向に対する角度が開口窓２０２，２０３よりもさらに大きくなっている。例えば、ハウジング２０の前後方向に対する角度が、開口窓２０２，２０３の長手方向で３０°とすれば、レール４３の長手方向は４５°などに設定される。すなわち、左足用足置台２１及び右足用足置台２２に足を載せ、開口窓２０２，２０３の長手方向に足の中心線を一致させた状態において、レール４３に沿って左足用足置台２１及び右足用足置台２２を移動させることにより足の位置を変化させても膝に剪断力が作用しない方向に、レール４３の長手方向が設定される。左足用足置台２１及び右足用足置台２２が前後方向と左右方向とを複合した移動経路で移動する際に、レール４３を配置する方向により左足用足置台２１及び右足用足置台２２を前後方向や左右方向に移動させることが可能である。

上述の構成によって、左足用足置台２１及び右足用足置台２２はレール４３の長手方向Ｌ３に沿って往復移動することが可能になり、レール４３の長手方向Ｌ３は開口窓２０２，２０３の長手方向の中心線Ｌ２に対して傾斜しているから、足置板２３及び足置カバー２４は開口窓２０２，２０３の中で長手方向Ｌ３に対して交差した方向に移動することになる。すなわち、上述した台車４１と車輪４２とレール４３と脱輪防止板４４とは、左足用足置台２１及び右足用足置台２２の移動経路を拘束する案内部４として機能する。

左足用足置台２１及び右足用足置台２２を移動させる駆動装置３は、図５に示すように、駆動力を発生させる駆動源３１と、駆動力を左足用足置台２１及び右足用足置台２２にそれぞれ伝達するように２系統に分離する系統分離部３２と、駆動力を用いて台車４１をレール４３に沿って往復移動させる往復駆動部３３とを備えている。

駆動源３１には回転モータ（以下、単にモータと略称し、符号３１を用いる。）を採用しており、モータ３１の出力軸３１０には系統分離部３２が連結される。

系統分離部３２は、モータ３１の出力軸３１０に連結されたウォーム（第１歯車）３２０と、ウォーム３２０に噛合する１対のウォームホイール（第２歯車）３２１，３２１とを備えている。ウォーム３２０及び２個のウォームホイール３２１，３２１は、ベース板２００に固定されるギアボックス３４（図６参照）に収納される。図６に示すギアボックス３４は、上面に開口が形成されたギアケース３４０と、ギアケース３４０の開口面に覆着される蓋板３４１とにより形成される。ギアケース３４０と蓋板３４１との間には、ウォーム３２０の長手方向の両端部を支承する一対の軸受３４２が取り付けられている。

ウォームホイール３２１には、ギアケース３４０と蓋板３４１とに保持される回転軸３５が挿通され、ウォームホイール３２１の回転に伴って回転軸３５が回転するように、ウォームホイール３２１と回転軸３５とが結合されている。回転軸３５の上端部には断面が非円形状（図示例では矩形状）に形成された結合部３５０が形成されている。

モータ３１は、ギアケース３４０に設けられた口受部３４２とベース板２００に固定された口受板２７０とに載置され、ギアケース３４０に覆着される蓋板３４１と口受板２７０に結合される押さえ板２７１とによりベース板２００に固定される。

往復駆動部３３は、回転軸３５の結合部３５０に一端部が結合されるクランク板３６と、クランク板３６にクランク軸３７を介して結合されたクランクロッド３８とを備えている。クランク軸３７の一端部はクランク板３６に固定され、他端部はクランクロッド３８の一端部に保持された軸受３８０に保持される。つまり、クランクロッド３８の一端部はクランク板３６に対して回動自在に結合される。クランクロッド３８の他端部は台車４１に対して軸体３８１を用いて結合され、クランクロッド３８の他端部は台車４１に対して回動自在に結合される。

上述の構成から明らかなように、クランクロッド３８は、図５に示すように、ウォームホイール３２１の回転力を台車４１の往復移動に変換する変換機構として機能する。クランクロッド３８はウォームホイール３２１ごとに設けられ、台車４１は左足用足置台２１と右足用足置台２２とにおいて個別に設けられているから、クランクロッド３８は、ウォームホイール３２１の回転力をそれぞれ左足用足置台２１と右足用足置台２２との往復移動に変換する変換機構として機能する。

台車４１は上述したように車輪４２とレール４３とにより移動経路が拘束されているから、ウォームホイール３２１の回転に伴って台車４１がレール４３の長手方向Ｌ３に沿って往復移動する。つまり、モータ３１の回転がウォーム３２０及びウォームホイール３２１を介してクランク板３６に伝達され、さらに、クランク板３６に結合されたクランクロッド３８により台車４１がレール４３に沿った直線上で往復移動を行うのである。その結果、台車４１に結合されている足置カバー２４がレール４３に沿って往復移動する。つまり、左足用足置台２１と右足用足置台２２とがレール４３の長手方向において往復移動する。

本実施形態では、ウォーム３２０と２個のウォームホイール３２１とにより駆動力を２系統に分離し、各系統ごとに左足用足置台２１と右足用足置台２２との駆動力として用いるから、駆動装置３により左足用足置台２１と右足用足置台２２とが関連付けて駆動される。ここで、各ウォームホイール３２１がウォーム３２０に噛合する位置を１８０°異ならせてあり、したがって左足用足置台２１が移動範囲の後端に位置するときには、右足用足置台２２は移動範囲の前端に位置する。左足用足置台２１の移動範囲における後端は左足用足置台２１の移動範囲の右端であって、右足用足置台２２の移動範囲における前端は右足用足置台２２の移動範囲の右端であるから、左右方向においては、左足用足置台２１及び右足用足置台２２は同じ向きに移動することになる。

なお、上述の構成から明らかなように、ウォーム３２０とウォームホイール３２１とを噛み合わせる位置に応じて、左足用足置台２１と右足用足置台２２との移動における位相差を適宜に付与することが可能である。左足用足置台２１と右足用足置台２２との上に立って立位で使用する場合には、本実施形態のように１８０°の位相差を付与すれば、使用者の前後方向の重心移動が少なくなるから、バランス機能が低下している使用者でも使用することができる。あるいは、位相差を持たないようにすれば、使用者の前後方向の重心移動が生じるから、単に脚部の筋群の運動になるだけではなく、バランス機能を保つための腰背部などの筋群の運動にも役立つ。

ところで、左足用足置台２１及び右足用足置台２２に設けられた足置板２３は足置カバー２４に対して軸部２６の周りで回動可能であるから、足置板２３の前端部と後端部との高さ位置を変化させることが可能になっている。つまり、足置板２３の上に置いた足の爪先と踵との高さ位置を変化させることにより、足関節の底屈と背屈とが可能になっている。

ここで、軸部２６の周りでの足置板２３の回動をレール４３に沿った往復移動に連動させるために、ベース板２００には、図７に示すように、足置板２３の移動経路に沿って少なくとも一部に傾斜面２８０を有したガイド面２８が形成され、足置板２３の下面にはガイド面２８に当接する倣い突部２９が設けられている。倣い突部２９の先端部は、ガイド面２８に対する摩擦係数が小さくなるように材料及び形状を選択しておけばよいが、本実施形態では、ガイド面２８の上で転動するローラ２９０が倣い突部２９の先端部に設けられている。

上述のように、ガイド面２８に当接する倣い突部２９が設けられていることにより、モータ３１の回転に伴って左足用足置台２１及び右足用足置台２２が往復移動を行う際に、倣い突部２９がガイド面２８に設けた傾斜面２８０に当接する際には、足置板２３が軸部２６の周りで回動することにより足置板２３のベース板２００に対する角度が変化し、結果的に足関節の底屈及び背屈が行われる。

ところで、使用を開始する際には、左足用足置台２１及び右足用足置台２２が停止している初期位置において、左右の足をそれぞれ左足用足置台２１と右足用足置台２２とに載せて左足用足置台２１及び右足用足置台２２の上に立ち、駆動装置３の運転を開始させる。図８に示すように、左足用足置台２１及び右足用足置台２２の長手方向Ｄｘは前後方向（矢印Ｘの向き）に対して、例えば９°程度の角度をなすように配置され、左足用足置台２１及び右足用足置台２２の上に立ったときに、使用者の脚部にねじれを生じることがなく、自然な立ち位置になるようにしてある。

初期位置では、左足用足置台２１及び右足用足置台２２は前後方向において同位置に位置する。つまり、初期位置では左足用足置台２１及び右足用足置台２２が左右方向の一直線上に並ぶ。したがって、初期位置で使用者が左足用足置台２１及び右足用足置台２２の上に載ると、使用者の重心から鉛直方向に下ろした直線は左足用足置台２１と右足用足置台２２との間で略中央を通ることになる。

上述した構成から明らかなように、駆動装置３の運転を開始すると、図５に示すように、左足用足置台２１及び右足用足置台２２はそれぞれ前後方向に位置を変化させるとともに、前後方向の位置変化に伴って左右方向の位置も変化させる。ここで、左足用足置台２１及び右足用足置台２２はレール４３に沿った一直線上を往復移動し、左足用足置台２１及び右足用足置台２２は足の前後方向と異なる方向に移動する。例えば、ハウジング２０の前後方向に対して４５°をなす方向に移動する。この移動距離は、例えば２０ｍｍなどに設定する。

また、上述したように、左足用足置台２１及び右足用足置台２２がレール４３に沿って往復移動するのと同時に、足置板２３が軸部２６の周りに回動する。足置板２３が前方に移動する際には倣い突起２９がガイド面２８の傾斜面２８０を昇るから、左足用足置台２１及び右足用足置台２２の前端位置において足関節が背屈し、左足用足置台２１及び右足用足置台２２の後端位置において足関節が底屈することになる。軸部２６の位置は足裏において踵付近に設定し、底屈と背屈との角度はベース板２００の上面を基準面として基準面に対してそれぞれ１０°程度に設定する。

ここで、左足用足置台２１が左斜め前方に移動した場合、使用者の左足から左足用足置台２１への荷重は爪先側（前側）が大きくなり、その結果、中心点は爪先側に移動する。その後、左足用足置台２１が初期位置に戻った場合、使用者の左足から左足用足置台２１への荷重は踵側（後ろ側）が大きくなり、その結果、中心点は踵側に移動する。一方、右足用足置台２２が右斜め前方に下り傾斜した場合、使用者の右足から右足用足置台２２への荷重は爪先側が大きくなり、その結果、中心点は爪先側に移動する。その後、右足用足置台２２が初期位置に戻った場合、使用者の右足から右足用足置台２２への荷重は踵側（後ろ側）が大きくなり、その結果、中心点は踵側に移動する。

続いて、信号処理について図９を用いて説明する。信号処理部５は、駆動装置３を制御する制御部５０と、使用者の各足の中心点を算出する算出部５１と、中心点の理想的な時間変化を示す理想特性を記憶する記憶部５２とを備えている。

算出部５１は、左足用足置台２１に設置された複数の荷重センサ６０，６１と右足用足置台２２に設置された複数の右足用荷重センサ６０，６１のそれぞれから検出信号を受信する。これらの検出信号を受信した算出部５１は、左足用足置台２１に設置された複数の荷重センサ６０，６１の検出結果を用いて使用者の左足の中心点を算出し、右足用足置台２２に設置された複数の荷重センサ６０，６１の検出結果を用いて使用者の右足の中心点を算出する。

ここで、使用者の各足の中心点の算出について説明する。まず、使用者の左足の中心点について説明する。左足用荷重センサ６０，６１を結ぶ直線上において、左足用足置台２１に設置された荷重センサ６０の設置位置と荷重センサ６１の設置位置の中心位置を原点Ｏとし、原点Ｏから荷重センサ６０又は荷重センサ６１の設置位置までの距離をそれぞれａとすると、荷重センサ６０の位置をａ、荷重センサ６１の位置を−ａと表わすことができる。このように位置が設定された荷重センサ６０で検出された荷重をｆ１１、荷重センサ６１で検出された荷重をｆ１２とすると、中心点ｇ１は、（ｇ１−ａ）・ｆ１１＋（ｇ１−（−ａ））・ｆ１２＝０を満たすものであるため、ｇ１＝（ａ・ｆ１１＋（−ａ）・ｆ１２）／（ｆ１１＋ｆ１２）と表わすことができる。したがって、算出部５１は、荷重センサ６０，６１から検出信号を受信し、受信した検出信号から荷重ｆ１１，ｆ１２を求めることによって、使用者の左足の中心点ｇ１を算出することができる。

使用者の右足の中心点についても同様で、右足用足置台２２に設置された荷重センサ６０で検出された荷重をｆ２１、荷重センサ６１で検出された荷重をｆ２２とすると、右足の中心点ｇ２は、（ｇ２−ａ）・ｆ２１＋（ｇ２−（−ａ））・ｆ２２＝０を満たすものであるため、ｇ２＝（ａ・ｆ２１＋（−ａ）・ｆ２２）／（ｆ２１＋ｆ２２）で表わすことができる。

上記のように求めた左足の中心点ｇ１及び右足の中心点ｇ２は、値が大きいほど足のつま先側（前側）に移動し、値が小さいほど足の踵側（後側）に位置していることになる。

記憶部５２には、図４（ａ）の実線に示すような中心点ｇ（ｇ１及びｇ２）の理想特性が記憶されている。この中心点ｇの理想特性は、製造時などに予め設定されたものである。

図９に示す制御部５０は、駆動装置３を制御して、ある駆動速度で左足用足置台２１及び右足用足置台２２を駆動させる。上記駆動速度は、設定可能な複数の速度（例えば高速、中速、低速など）から、使用者に関する情報や使用者の目標値に応じて駆動前に適宜設定される。その後、制御部５０は、図４（ｂ）に示すように、各足ごとに、理想特性において中心点が最も前側（足の爪先側）になるとき及び最も後側（足の踵側）になるときに、理想特性の中心点（図４（ａ）の実線）に対する算出部５１で算出された中心点（図４（ｂ）の破線）の変位が予め設定された判断値（例えば、原点Ｏから理想特性の中心点までの距離の５％の値ｂ）以上となるか否かを１往復の動作（初期位置から左足用足置台２１又は右足用足置台２２が前方に移動し、その後、初期位置に戻る動作）ごとに判定する。左足及び右足の両方において、上記変位が判断値未満のときは正常動作と判断し、そのまま駆動装置３を継続して制御する。一方、左足と右足の少なくとも何れか一方において、上記変位が判断値以上のときは異常動作と判断する。このとき、制御部５０は、変位が判断値以上となる場合をカウントし、上記一定時間間隔より長い所定時間（例えば１分間）あたりの上記変位が判断値以上となる回数が予め設定された回数（例えば１０回）以上となった場合に駆動装置３を停止させる。この場合、制御部５０は、駆動装置３の駆動を直ちに停止させてもよいが、駆動装置３に対して、左足用足置台２１及び右足用足置台２２の駆動を時間に伴って遅くさせていき停止させるように制御するほうが好ましい。

また、次のように制御を行ってもよい。まず、所定時間あたりの上記変位が判断値以上となる回数が上記設定回数以上となった場合に、制御部５０は、左足用足置台２１及び右足用足置台２２の駆動速度をこれまでより遅くさせる。その後、制御部５０は、これまでより速度が遅くなった状態において、所定時間あたりの上記変位が判断値以上となる回数をカウントし直し、設定回数以上となった場合、左足用足置台２１及び右足用足置台２２の駆動速度をさらに遅くする。一方、所定時間あたりの上記変位が判断値以上となる回数が設定回数未満の場合は、その速度を維持する。その後、速度を維持している時間がある一定期間継続すると、制御部５０は、逆に左足用足置台２１及び右足用足置台２２の駆動速度を速くする。このとき、開始時の駆動速度までの範囲内で駆動速度を速くするのが好ましい。これにより、速度が速すぎて使用者が上手く使用することができない場合に、まず遅い速度で駆動し、使用者が慣れてくると速度を速くすることができる。

以上、本実施形態によれば、立位式のものであっても、左足用足置台２１及び右足用足置台２２に載せられた使用者の各足が、前方に移動したときに中心点が前方向に移動し、後方に移動したときに中心点が後方向に移動するのを判断することによって、使用者の筋肉を効果的に鍛えることができる。

また、駆動装置３による左足用足置台２１及び右足用足置台２２の駆動を時間に伴って遅くしていくことによって、この機器に向いていない人に対して使用の停止を促すことができる。

実施形態１の他動運動機器のブロック図である。同上の他動運動機器の概略側面図である。同上の他動運動機器の概略平面図である。実施形態１，２の他動運動機器の各足の中心点特性を示す図である。実施形態２の他動運動機器の概略平面図である。同上の他動運動機器の側面図である。同上の他動運動機器の要部の動作説明図である。同上の他動運動機器の使用時における足位置を示す説明図である。同上の他動運動機器のブロック図である。

符号の説明

１２０シート部
１２２シート駆動部
１６０，１６１左足用荷重センサ
１７０，１７１右足用荷重センサ
１８信号処理部
１８１算出部
１８２記憶部
１８０制御部
２１左足用足置台
２２右足用足置台
３駆動装置
５信号処理部
５０制御部
５１算出部
５２記憶部
６０，６１荷重センサ

Claims

使用者の左右の足をそれぞれ載せる左足用足置台及び右足用足置台と、前記使用者の各足から前記左足用足置台及び前記右足用足置台への荷重が変化するように当該使用者を動かすための駆動手段とを備え、前記使用者の筋活動を誘発する他動運動機器であって、
前記左足用足置台の前後に離れて設置されそれぞれが設置位置の荷重を検出する複数の左足用荷重センサと、
前記右足用足置台の前後に離れて設置されそれぞれが設置位置の荷重を検出する複数の右足用荷重センサと、
前記複数の左足用荷重センサの検出結果を用いて前記使用者の左足の中心点を算出するとともに、前記複数の右足用荷重センサの検出結果を用いて前記使用者の右足の中心点を算出する算出手段と、
前記中心点の理想的な時間変化を示す理想特性を記憶する記憶手段と、
前記使用者の各足ごとに、前記理想特性の中心点に対する前記算出手段で算出された中心点の変位が予め設定された判断値以上となるか否かを一定時間間隔ごとに判定し、当該変位が当該判断値以上となる場合をカウントし、当該一定時間間隔より長い所定時間あたりの当該変位が当該判断値以上となる回数が予め設定された回数以上となった場合に前記駆動手段に対して前記使用者を動かすための駆動を遅くさせる方向に制御する制御手段と
を備えることを特徴とする他動運動機器。
前記制御手段は、前記所定時間あたりの前記変位が前記判断値以上となる回数が前記予め設定された回数以上となった場合に、前記駆動手段に対して前記使用者を動かすための駆動を時間に伴って遅くさせていき停止させるように制御することを特徴とする請求項１記載の他動運動機器。
前記使用者が左右の足をそれぞれ前記左足用足置台及び前記右足用足置台に載せている状態で当該使用者の臀部を接触面で支持するシート部を備え、
前記駆動手段は、前記使用者の各足の中心点が変化するように初期位置に対して前記シート部の位置を変位させる
ことを特徴とする請求項１又は２記載の他動運動機器。
前記駆動手段は、前記左足用足置台を前方に移動させて当該左足用足置台の前端が後端よりも上昇し当該右足用足置台の前端が後端よりも下降する状態と、前記右足用足置台を前方に移動させて当該左足用足置台の前端が後端よりも下降し当該右足用足置台の前端が後端よりも上昇する状態とを交互に繰り返すように、前記左足用足置台及び前記右足用足置台を駆動することを特徴とする請求項１又は２記載の他動運動機器。
前記制御手段は、前記駆動手段に対して前記使用者を動かすための駆動を遅くさせるように制御した後、当該使用者を動かすための駆動速度が遅くなった状態において、前記使用者の各足ごとに、前記変位が前記判断値以上となる場合をカウントし、前記所定時間あたりの当該変位が当該判断値以上となる回数が前記予め設定された回数未満となる状態が予め設定された一定期間継続した場合、前記駆動手段に対して前記使用者を動かすための駆動を速くさせるように制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の他動運動機器。