JP5113510B2 - Oscillating motion device - Google Patents
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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。 The present invention keeps the balance of the user by swinging the seat on which the user is seated to give the user an exercise load imitating riding or swinging a stand on which the user stands. The present invention relates to an oscillating-type exercise device that forces this.
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。
Rocking-type exercise devices that give users exercise load imitating horse riding have become widespread from medical facilities for rehabilitation purposes to ordinary households as simple exercise equipment that can be used by children and elderly people. For example,
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。
このような揺動型運動装置においては、可動部に揺動運動を行わせるにあたり、動力源であるモータを常時作動させることで行っているが、使用者の体重も含めた可動部質量はかなり大きく、このために可動部を揺動させるモータの消費電力も大きい。
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、モータの消費電力を低減して省エネルギー化を図った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。 The present invention has been invented in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide an oscillating motion apparatus that reduces power consumption of a motor and saves energy.
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、該可動部に上下動成分を含む揺動運動を行わせる駆動部とを備えたものにおいて、上記駆動部における駆動源であるモータの給電端子間を電気的に短絡させる開閉手段と、上記可動部がその揺動動作中の下降行程にあるかどうかを検出する動作検出手段と、上記モータによる駆動で可動部に揺動運動を行わせる制御回路とを備え、上記制御回路は、上記動作検出手段による下降行程にあることの検出出力を受けて上記モータへの給電を停止するとともに上記開閉手段を閉じてモータの給電端子間を短絡させて上記可動部の自重による下降速度を制限し、下降行程にない時にモータへの給電を行うものであることに特徴を有している。 In order to solve the above problems, an oscillating motion apparatus according to the present invention includes a movable part on which a user rides and a drive part that causes the movable part to perform an oscillating motion including a vertical motion component. Opening / closing means for electrically short-circuiting power supply terminals of a motor that is a drive source in the drive unit, operation detection means for detecting whether the movable part is in a descending stroke during the swinging operation, and the motor and a control circuit Ru to perform the oscillating motion to the movable section with driving, the control circuit, the opening and closing with receives the detection output of it is in downward stroke by the operation detecting means to stop the power supply to the motor It is characterized in that the means is closed to short-circuit the power supply terminals of the motor to limit the descending speed due to the weight of the movable part, and power is supplied to the motor when it is not in the descending stroke .
可動部が下降行程にある時はモータを停止させて使用者の体重及び可動部の重さによって下降が生じるようにしたものであるとともに、この下降時のモータの回転は開閉手段が閉じているために逆起電力を発生させる状態となって回転にブレーキがかかるために適度な速度が保たれるものである。動作検出手段として、上記可動部に配した加速度センサを用いることで、揺動動作中の上下動成分を変化させることができるものにも対応することができる。 When the movable part is in the lowering process, the motor is stopped so that the lowering is caused by the weight of the user and the weight of the movable part, and the opening / closing means is closed when the motor rotates during the lowering. For this reason, since a back electromotive force is generated and a brake is applied to the rotation, an appropriate speed is maintained. By using an acceleration sensor arranged in the movable portion as the motion detection means, it is possible to cope with a device that can change the vertical motion component during the swing motion.
上記モータが3相モータである場合、開閉手段は相別に設けるとともに上記制御回路はこれら複数の開閉手段を個別に開閉するものであることが下降速度を適度に保つという点において望ましい。 In the case where the motor is a three-phase motor, it is desirable that the opening / closing means is provided for each phase and that the control circuit individually opens and closes the plurality of opening / closing means in order to keep the descending speed moderate.
また、上記開閉手段が常閉型のものであると、不使用時に可動部が不用意に動いてしまうことを防ぐことができる。 Further, when the opening / closing means is a normally closed type, it is possible to prevent the movable part from moving carelessly when not in use.
本発明は、可動部が下降行程にある時はモータが停止して可動部及び使用者の体重で下降が生じるものであり、このためにモータへの給電時間を削減することができて消費電力を低減することができる。しかも、上記モータの停止時には開閉手段がモータの給電端子間を短絡させるために、下降速度を適度な速度に保つことができる。 In the present invention, when the movable part is in the downward stroke, the motor is stopped and the movable part and the weight of the user are lowered. For this reason, the power supply time to the motor can be reduced and the power consumption can be reduced. Can be reduced. Moreover, when the motor is stopped, the opening / closing means short-circuits between the power supply terminals of the motor, so that the descending speed can be maintained at an appropriate speed.
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。
Hereinafter, the present invention will be described based on the embodiments shown in the accompanying drawings. The swing type exercise device shown in FIGS. 2 and 3 swings the
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。
As shown in FIG. 5, the
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。
On the other hand, as shown in FIG. 6, the
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。
The
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。
Next, the
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。
Here, the
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。
The
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。
The
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。
Of the two
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。
Further, the eccentric rotation of the
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。
Here, the
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。
In addition, as described above, the trajectory T1 on the rear end side of the
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。
FIG. 11 is a plot of the movement of the center point of the
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12(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。
Further, since the left and right swings are not about the axis of the horizontal axis substantially parallel to the
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。
Therefore, when the user sits on the
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。
The expansion /
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。
Further, if the front-back inclination angle of the
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。
By the way, when the user sits on the
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。
Further, the connecting
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。
FIG. 12 shows the
表示手段であ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。
The
ところで、前述のようにモータ31を動力源としてこのモータ31の回転の減速出力でシート2を揺動させているのであるが、ここではシート2を揺動させている間、常時モータ31を駆動するのではなく、シート2が下降行程にある時にはモータ31への給電を停止し、シート2及びシート2に座った使用者の重さによって下降が生じるようにしている。
By the way, as described above, the
もっとも、上記実施例にかかる揺動型運動装置では、シート2の傾斜角度を変更することができるようにしている関係で、下降行程は常時同じタイミングで生じるものではないために、ここではシート2の前後方向中間部(使用者の重心の直下あたり)に3G型の加速度センサSを配置して、該加速度センサSの出力からシート2が下降行程に入ったかどうか及び下降行程が終了したかどうかを検出し、この検出出力に応じて上記モータ31への給電を制御している。つまり、シート2を上昇させる行程の間は給電し、シート2を下降させる行程の間はモータ2への給電を停止するのである。このためにモータ31への給電時間はほぼ半減することになり、これに従って消費電力を大きく削減することができる。
However, in the swing type exercise device according to the above embodiment, the lowering stroke does not always occur at the same timing because the inclination angle of the
また、シート2が下降行程中にモータ31への給電を停止した時には、モータ31は負荷側からの力によって回転することになるが、この回転にブレーキをかけることで上記シート2の下降速度を制限するために、ここではモータ31の給電端子間に開閉スイッチSWを設けて、モータ31への給電中は開となっていた開閉スイッチSWをモータ31への給電停止と同時に閉じることでモータ31の給電端子間を短絡するようにしてある。給電端子間の短絡により、負荷側からの力で回転するモータ31に逆起電力を発生させることでブレーキをかけるのである。なお、上記開閉スイッチSWは常閉型のものを用いている。モータ31が停止している不使用時にシート2に力が加えられてもシート2が動きにくくなるようにしているものである。
Further, when the power supply to the
図1に上記構成のものにおけるブロック回路図を示す。図中Cはモータ31や前述の電動スライドユニット14や伸縮アクチュエータ45の制御駆動を行うとともに上記開閉スイッチSWの開閉制御を行う制御回路であり、上記加速度センサSの出力に応じてモータ31への給電と開閉スイッチSWの開閉とを行う。
FIG. 1 shows a block circuit diagram of the above configuration. In the figure, C is a control circuit that controls and drives the
図13に他例を示す。これは上記モータ31として3相モータを用いるとともに、開閉スイッチSWを各相間に設けたもので、制御回路Cは設定されているモータ31の回転速度に応じて、モータ31への給電を停止した際に閉じる開閉スイッチSWの数を変更して、負荷側からの力によるシート2の下降時の速度を上昇時の速度に合わせる。
FIG. 13 shows another example. This is because a three-phase motor is used as the
なお、シート2に使用者が座っているかどうかを検出するためのセンサ(たとえば荷重センサ)を設けて、シート2に使用者が座っていない状態で駆動された時には、下降行程中のモータ31の停止及び開閉スイッチSWによる短絡は行わないようにすることも好ましい。使用者が座っていない時には、負荷側からの力でモータ31を回転させることができないために動作が停止してしまい、使用者が故障と勘違いしてしまうことがあるためである。
A sensor (for example, a load sensor) for detecting whether or not the user is sitting on the
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。 In the above-described embodiment, the swing type exercise device that loads the user with exercise simulating riding is shown, but the present invention is not limited to this form, and the table on which the user stands is swung. Thus, for example, a load imitating a user simulating surfing, and a walking motion was simulated by swinging a seat on which the user sits and moving up and down a footrest on which each user's foot is individually placed. The present invention can also be applied to a device that exercises a user.
1 本体
2 シート
3 駆動部
31 モータ
C 制御回路
S 加速度センサ
SW 開閉スイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
上記駆動部における駆動源であるモータの給電端子間を電気的に短絡させる開閉手段と、上記可動部がその揺動動作中の下降行程にあるかどうかを検出する動作検出手段と、
上記モータによる駆動で可動部に揺動運動を行わせる制御回路とを備え、
上記制御回路は、上記動作検出手段による下降行程にあることの検出出力を受けて上記モータへの給電を停止するとともに上記開閉手段を閉じてモータの給電端子間を短絡させて上記可動部の自重による下降速度を制限し、下降行程にない時にモータへの給電を行うものであることを特徴とする揺動型運動装置。 In an oscillating motion apparatus comprising a movable part on which a user rides and a drive part that causes the movable part to perform an oscillating motion including a vertical motion component ,
An opening / closing means for electrically short-circuiting power supply terminals of a motor that is a drive source in the drive section; an operation detection means for detecting whether the movable section is in a downward stroke during the swinging operation;
And a control circuit Ru to perform the oscillating motion to the movable section with driving by the motor,
The control circuit receives a detection output indicating that the operation detection means is in a downward stroke, stops power supply to the motor, closes the opening / closing means, and short-circuits between the power supply terminals of the motor to reduce the weight of the movable part. An oscillating motion device characterized in that the lowering speed is limited and power is supplied to the motor when not in the lowering stroke .
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