JP7460070B2 - 体幹運動装置 - Google Patents

Description

本発明は、体幹運動装置に関するものである。

従来の体幹運動装置の一例として、特許文献１の体幹運動装置がある。特許文献１の体幹運動装置について、図７を参照して説明する。利用者が左右の脚を伸ばした状態で脚台１２に載せ、外力発生部１３の外力（Ｆ、Ｆ‘）により、左右の脚台１２を交互に動かしている。また、外力（Ｆ、Ｆ‘）は、利用者の脚を介して骨盤に伝わり、体幹に作用している。

特開２００９－２９７５１０号公報

しかしながら、特許文献１の体幹運動装置は、体幹運動中、外力発生部１３の床面からの高さが一定であるため、外力（Ｆ、Ｆ‘）による脚の押し込み角度が一定であった。そのため、体幹運動中における利用者の状態変化、例えば、筋緊張や筋肉の柔軟性の変化による、利用者への外力（Ｆ、Ｆ‘）の作用状態の変化に対応できず、体幹を効果的に揺動させることができない場合があった。

そこで、本発明に係る体幹運動装置は、利用者を仰臥位で保持する仰臥台と、前記利用者の左右の脚を保持する脚載台と、前記左右の脚を交互に動かす外力を発生する駆動部と、前記脚載台と前記駆動部の高さを調整する昇降部と、前記利用者への前記外力の作用状態を検出する外力作用状態検出部を備え、前記昇降部は、前記利用者の大腿部の下方に位置し、前記作用状態に応じて、前記脚載台と前記駆動部の高さを調整してなるものである。

本発明の体幹運動装置によれば、外力を効率良く、利用者に作用させ、体幹を効果的に揺動させることができる。

本発明の実施形態に係る体幹運動装置の側面図 本発明の実施形態に係る体幹運動装置の平面図 本発明の実施形態に係る揺動機構を示す図 本発明の実施形態に係る体幹運動装置の変形例を示す図 本発明の実施形態に係る体幹運動装置の変形例における要部を示す図 本発明の実施形態に係る背中支持部と臀部支持部の変位差を示す図 従来技術に係る体幹運動装置を示す図

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態に係る体幹運動装置について、図１～図３を参照して説明する。本実施形態の体幹運動装置は、基台１と、利用者を仰臥位で保持する仰臥台２と、利用者の左右の脚を保持する脚載台３と、左右の脚を交互に動かす外力を発生する駆動部４と、脚載台３の高さを調整する昇降部５と、駆動部４で発生させた外力を脚載台に伝えるシャフト６と、利用者の体幹への外力の作用状態を検出する外力作用状態検出部（図示せず）と、駆動部４や昇降部５など装置全体の制御を行う制御部（図示せず）を備える。

仰臥台２は、利用者の上半身を支持する背中支持部７と、利用者の臀部を支持する臀部支持部８に分けて配置している。背中支持部７と臀部支持部８は、揺動機構により、体幹の左右方向へ揺動可能としている。図３には、揺動機構の一例として、背中支持部７の裏面を支持するボールキャスター９（a、b、c、d）と、ボールキャスター９（a、b、c、d）を取付ける取付板１０と、取付板１０の左右方向に取付けるばね１１（a、b）を示している。背中支持部７は、ボールキャスター９（a、b、c、d）により、体幹の揺動に合わせて左右方向の運動に追従することができる。また、ばね１１（a、b）により、利用者の矢状面上となる初期位置に、復帰することができる。臀部支持部８の揺動機構も、背中支持部７の揺動機構と同様の構成をしている。また、リニアガイドレールとばねを用い、左右方向へ揺動可能としてもよい。

また、外力は、駆動部４のシャフト６の回転により発生し、利用者の左右の脚を交互に身長方向へ移動させ、体幹を揺動させている。外力の周期は、シャフト６の回転速度で形成され、制御部が所望の回転速度になるよう制御している。駆動部４は、シャフト６を回転可能とするモータなど、アクチュエータであれば良い。

また、外力作用状態検出部は、利用者の体幹への外力の作用状態として、体幹の左右方向への運動状態を検出している。体幹の左右方向への運動状態としては、上半身の左右方向の変位量を検出している。具体的には、利用者の上半身を支持する背中支持部７の左右方向への変位量を、検出している。

また、昇降部５は、図１に示すように、パンタグラフ機構で構成されている。パンタグラフ機構は、昇降アーム（５ａ、５ｂ）を交差させ、昇降アーム（５ａ、５ｂ）を中間部５ｃで回動自在に連結させている。パンタグラフ機構の伸縮動作により、脚載台３の高さを、調整することができる。パンタグラフ機構の伸縮動作は、制御部が制御している。

本実施形態の体幹運動装置は、外力作用状態検出部により検出された上半身の左右方向の変位量に応じて、制御部が昇降部５の高さを調整し、脚載台３の高さを調整している。具体的には、上半身の左右方向の変位量が大きくなるように、脚載台３の高さを調整している。例えば、制御部が、シャフト６の回転速度を一定に保った状態で、昇降部５の高さを調整し、上半身の左右方向への変位量が、最も大きくなるよう高さを制御している。そのため、所望のシャフト６の回転速度における、体幹が最も大きく揺動している状態で、運動を行うことができる。また、体幹が大きく揺動している状態は、利用者の体の筋緊張が緩和されており、リラックスした状態で体幹運動を行うことができるため、体幹の柔軟性向上など体幹運動の効果を、高く維持することができる。

また、複数の回転速度において、各回転速度における上半身の左右方向への変位量が、最も大きくなる高さを、それぞれ検出し、各高さにおける変位量を比較することができる。そのため、複数の回転速度から、最も変位量の大きい回転速度を選択し、さらに効果的に体幹を大きく揺動させることができる。また、運動開始前又は運動開始直後に、最も変位量の大きい回転速度と高さを検出し、体幹運動へ適応しても良い。運動開始直後から、効果的に体幹を効果的に揺動させることができ、体幹が最も揺動する状態に至るまでの時間を短縮することができる。また、体幹運動中に回転速度が変化する場合、上半身の左右方向への変位量が、最も大きくなる高さを検出し、高さ調整を行い、体幹が大きく揺動する状態を保つことができる。

また、効率良く外力を体幹に作用させられる骨盤と下肢の接続角度は、利用者の筋肉の柔軟性や姿勢などにより異なる。しかしながら、本実施形態の体幹運動装置は、外力が効果的に体幹へ作用している状態を、探索することが可能であるため、利用者による相違や、体幹運動中における体の状態変化へも柔軟に対応し、常に体幹を効果的に揺動させることができる。

また、脚載台３の高さを調整する点を考えると、脚載台３とシャフト６の回転軸との距離を調整し、脚載台３の高さを変更することが考えられる。この場合は、脚載台３とシャフト６の回転軸との距離が長くなると、利用者の脚の身長方向への移動距離が大きくなり、膝が屈曲し易くなる。そのため、体幹運動中に、膝の角度又は股関節の角度が変化するため、外力が減少する。しかしながら、本実施形態の体幹運動装置は、脚載台３と駆動部４を昇降させ、脚載台３とシャフト６の回転軸との距離が一定のため、利用者の脚の身長方向への移動距離を保った状態で、高さを調整することがきる。そのため、膝の角度又は股関節の角度を一定に保つことができ、所望の外力を安定して、体幹に作用させることができる。

また、図４、図５に示すように、駆動部４と昇降部５を、利用者の大腿部裏に配置してもよい。大腿部裏に配置することにより、外力が利用者の膝下の動きの影響を受けない。そのため、体幹運動中の膝の角度変化による、外力の減少を抑制することができる。また、所望の股関節の角度へ高さ調整する際に、利用者の踵部を昇降するより、昇降部５の昇降距離を短くすることができる。そのため、高さ調整時間を短縮し、高さ調整による体幹に作用する外力の減少を、抑制することができる。

また、外力の作用状態として、外力作用状態検出部が臀部支持部８の左右方向の変位量を検出し、変位量が大きくなるように、脚載台３の高さを調整することでも、同様の効果を得ることができる。

また、図６に示すように、外力の作用状態として、外力作用状態検出部が、背中支持部７と臀部支持部８の左右方向への変位量を検出してもよい。背中支持部７と臀部支持部８の移動が逆方向となる相対変位差を検出し、利用者の肩と腰の移動が逆方向となり、体幹が確実に揺動している状態を把握することができる。そのため、相対変位差が大きくなるよう脚載台３の高さを調整することで、より効果的に骨盤へ外力を作用させ、体幹運動効果を高めることができる。

また、本実施形態では、体幹の左右方向への運動状態として、上半身の左右方向への変位量を用いたが、加速度を用いても同様の効果を得ることができる。また、昇降部５は、パンタグラフ機構を用いたが、レールに沿って昇降する機構など、脚載部３を昇降できる機構であれば良い。

（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態に係る体幹運動装置について、図１、図２を参照して説明する。第二実施形態の体幹運動装置は、第一実施形態の体幹運動装置と異なり、外力作用状態検出部が、外力の作用状態として、駆動部４にかかる負荷を検出している。駆動部４にかかる負荷を検出することで、利用者の骨盤への外力の作用状態を検出している。負荷としては、駆動部４にかかる負荷トルクを検出している。また、負荷としては、電流値、電力値など駆動部４における負荷を検出できる物理量であれば良い。

また、外力作用状態検出部により検出された駆動部４における負荷トルクに応じて、制御部が昇降部５の高さを調整し、脚載台３の高さを調整している。具体的には、駆動部４における負荷トルクが小さくなるように、脚載台３の高さを調整している。例えば、制御部が、シャフト６の回転速度を一定に保った状態で、昇降部５の高さを調整し、負荷トルクが最も小さくなるよう高さを制御している。負荷トルクが大きい場合、脚の身長方向への移動に対する抵抗力が、大きくなる。そのため、本実施形態の体幹運動装置は、駆動部４の負荷トルクが小さくなるよう制御するため、脚の身長方向への移動に対する抵抗力が小さい状態で、外力を利用者の脚に加えることができ、外力を効果的に骨盤へ作用させることができる。

また、複数の回転速度で、各回転速度における負荷トルクが、最も小さくなるよう高さを、それぞれ検出し、各高さにおける負荷トルクを比較することができる。そのため、複数の負荷トルクから、最も負荷トルクが小さくなる回転速度を選択し、より効果的に外力を骨盤へ作用させることができる。また、運動開始前又は運動開始直後に、最も負荷トルクの小さい回転速度と高さを検出し、体幹運動へ適応しても良い。運動開始直後から、外力を効果的に骨盤へ作用させることができ、体幹が最も揺動する状態に至るまでの時間を短縮することができる。また、体幹運動中に回転速度が変化する場合、負荷トルクが、最も小さくなる高さを検出し、高さ調整を行い、外力が効果的に骨盤へ作用している状態を保つことができる。

また、脚の身長方向への移動に対する抵抗力を小さくすると、外力が作用される脚や腰などの部位に負荷が掛からず、当該部位が筋疲労や筋緊張状態となることを防ぐことができる。さらに、リラックスした状態で体幹運動を行うことができるため、体幹の柔軟性向上や筋緊張緩和という体幹運動の効果を、高く維持することができる。

また、効率良く外力を骨盤に作用させられる脚の押し込み角度は、利用者により異なる。さらに、脚の身長方向への移動に対する抵抗力は、利用者の筋肉の柔軟性など体の状態により異なる。しかしながら、本実施形態の体幹運動装置は、脚の身長方向への移動に対する抵抗力が小さい状態を、探索することができるため、利用者による相違や、体の状態変化へも柔軟に対応し、常に骨盤に効率良く外力を作用させ、骨盤を揺動させることができる。

また、外力作用状態検出部は、外力の作用状態として、背中支持部７の左右方向への変位量と、駆動部４にかかる負荷を検出してもよい。例えば、背中支持部７の左右方向への変位量が大きくなるよう、脚載台３の高さを制御したにも拘らず、骨盤の揺動が小さいため、利用者の肩と腰が同方向へ揺動する。つまり、体幹の揺動が小さくなる場合がある。この場合、駆動部４にかかる負荷が小さくなるよう、脚載部３の高さを制御し、骨盤に効率良く外力を作用させ、骨盤を大きく揺動させることにより、肩と腰が逆方向へ移動するよう導くことができる。そのため、利用者が体幹運動中、体幹を効果的に揺動できない状態を抑制することができる。

１ 基台
２ 仰臥台
３ 脚載台
４ 駆動部
５ 昇降部
６ シャフト
７ 背中支持部
８ 臀部支持部

Claims (3)

1. 利用者を仰臥位で保持する仰臥台と、前記利用者の左右の脚を保持する脚載台と、前記左右の脚を交互に動かす外力を発生する駆動部と、前記脚載台と前記駆動部の高さを調整する昇降部と、前記利用者への前記外力の作用状態を検出する外力作用状態検出部を備え、前記昇降部は、前記利用者の大腿部の下方に位置し、前記作用状態に応じて、前記脚載台と前記駆動部の高さを調整してなる体幹運動装置。
2. 前記外力作用状態検出部は、前記作用状態として、前記利用者の体幹の左右方向への運動状態を検出してなる請求項１に記載の体幹運動装置。
3. 前記外力作用状態検出部は、体幹の左右方向への変位量又は加速度により前記運動状態を検出してなる請求項２に記載の体幹運動装置。