KR101138660B1 - 운동 보조 장치 - Google Patents

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요이치 시노미야
다카히사 오자와
다카오 고토
아쓰히로 사이토
하루오 스가이
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파나소닉 주식회사
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Abstract

하우징(1)에는 사용자의 좌우 발을 각각 지탱하도록 구성된 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)가 구비되어 있다. 구동 유닛(3)은 수평면에 대하여 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각의 상면의 각도를 변화시키도록 구성되어 있다. 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)는 각각 스윙 범위 내에서 이동하도록 구동된다. 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 중 하나의 전단이 스윙 범위의 상단에 위치할 때, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 중 다른 하나의 전단은 스윙 범위의 하단에 위치한다. 왼쪽 발목 관절과 오른쪽 발목 관절은 모두 교대로 배굴되고 저굴된다. 따라서, 종아리를 굴신(bend and strech)시켜 종아리 근육을 자극하는 운동 보조 장치를 얻을 수 있다.

Description

운동 보조 장치 {EXERCISE ASSISTING DEVICE}
본 발명은 사용자가 주로 선 자세에서 외력의 도움으로 다리 근육을 신축시키는 운동 보조 장치에 관한 것이다.
과거에는, 사용자가 노력하지 않고 사용자에게 가해지는 외력의 도움으로 근육을 신축시킴으로써, 운동 효과를 얻을 수 있도록 한 각종의 운동 보조 장치가 제안되었다. 이 장치들은 두 종류로 분류되는 것으로 알려져 있는데, 하나는 사용자의 관절을 굽히는 힘을 가하여 관절에 관련된 근육을 신축하도록 구성된 것이고, 다른 하나는 사용자의 신체에 자극을 가하여 신경계의 반사에 의해 관련된 근육을 신축시키도록 구성된 것이다.
또한, 이 장치들은 신축시키려고 하는 근육에 따라 사용자에게 상이한 자세를 취할 것을 요구하도록 설계되어 있다. 이러한 장치의 일례는, 주로 변형성 무릎 관절증(osteoarthritis)의 예방이나 보행 훈련을 목적으로, 사용자가 선 자세로 보행하는 것을 시뮬레이션한 것이 일본 공개특허공보 제2003-290386호에 제안되어 있다. 이하, 일본 공개특허공보 제2003-290386호를 특허문헌 1이라고 한다.
특허 문헌 1은, 사용자의 좌우 발을 지탱하는 한 쌍의 스텝(step)을 포함하고, 좌우 스텝의 왕복 이동을 연동하여 사용자에게 스케이트 시뮬레이션 운동을 제 공하는 훈련 장치를 개시한다. 이 장치는 전후 이동에 관련한 좌우 스텝의 위상차와, 좌우 이동에 관련한 좌우 스텝의 위상차를 0 내지 360도의 범위에서 조정하도록 설계되고, 초기에 위상차는 180도로 설정되며, 좌우 스텝이 동일한 전후방향으로 움직이는 기간을 증가시키는 방향으로 위상차를 변화시키도록 설정된다. 스텝들은 구동 기구에 의해 구동되어 이동하므로, 사용자는 노력하거나 능동적으로 운동을 행할 필요 없이, 단지 스텝에 발을 올려놓음으로써 수동 운동을 즐길 수 있다.
또한, 특허 문헌 1의 장치는, 사용자의 체중을 전후 방향 및 좌우 방향을 따라 이동시켜, 사용자가 근육을 신축시키려는 노력과 함께 밸런스를 유지하기 위해 신경계의 반사를 이용하게 한다. 스텝들은, 사용자의 체중이 전후 방향 및 좌우 방향으로 동시에 이동하도록 실질적으로 서로 평행하게 이동하게 된다.
그러나, 특허 문헌 1의 구성에서는, 발목 관절의 각도의 변화 범위를 원하는 각도로 조절할 수 없다. 예를 들면, 발목 관절의 각도 변화 범위를 크게 하면, 비복근(gastrocnemius muscle)과 같은 다리 근육을 신축시키는 효과가 커진다. 따라서, 정맥 환류(venous flow)를 증가시킬 수 있다. 그러나, 특허 문헌 1의 장치는 이러한 효과를 충분히 제공할 수 없다. 또, 보행 시에는 전후 이동에 따라 발목 관절의 배굴(dorsiflexion)과 저굴(plantarflexion)이 이루어지지만, 발목 관절의 각도 변화는 비교적 작아진다. 보행 시의 발의 이동과 발목 관절의 각도 변화를 연동시키는 이러한 동작은 특허 문헌 1의 장치로는 실현될 수 없다. 그러므로, 특허 문헌 1의 운동 보조 장치는 재건 훈련에서 근육들 간의 협조성을 훈련하는 것 은 불가능하다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은 운동 보조 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 운동 보조 장치는 다리 근육을 자극하는 것은 물론 발목 관절을 굽히고 폄으로써 종아리 근육(lower leg muscle)을 자극하도록 구성된다.
상기한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 운동 보조 장치는 왼발 지지대(left foot support), 오른발 지지대(right foot support), 구동 유닛(drive unit), 및 프레임(frame)을 포함한다. 왼발 지지대와 오른발 지지대는 각각 사용자의 왼발과 오른발을 지탱하도록 구성된다. 구동 유닛은 오른발 지지대와 왼발 지지대 중 적어도 하나를 변위시키도록 구성된다. 프레임은 왼발 지지대, 오른발 지지대, 및 구동 유닛을 탑재하도록 구성된다. 왼발 지지대와 오른발 지지대는 각각 발이 놓이는 발 위치를 규정하도록 배치된다. 구동 유닛은, 발목 관절의 각도를 변화시키기 위해 프레임에 대하여 왼발 지지대와 오른발 지지대 중 적어도 하나의 상면의 각도를 변화시키도록 구성된 스윙 구동부(swing drive)를 포함한다.
이 경우에, 운동 보조 장치는, 발목 관절의 각도를 변화시키기 위해 프레임의 상면에 대하여 왼발 지지대와 오른발 지지대 중 적어도 하나의 상면의 각도를 변화시키도록 구성된 스윙 구동부(swing drive)를 포함한다. 그러므로, 스윙 구동부가 적어도 왼발 지지대와 오른발 지지대의 상면의 각도를 변화시킴으로써 발목 관절을 굽히고 펼 수 있게 한다. 그 결과, 발목 관절을 저굴과 배굴시킴으로써 비복근 등의 종아리 근육을 자극할 수 있다. 종아리 근육의 신축은 정맥 환류를 촉진시킨다. 그러므로, 종아리 근육의 신축은 혈류(flow of blood)를 촉진시킨다. 또한, 운동 보조 장치는 발목 관절을 굽히고 펼 수 있게 해준다. 그러므로, 운동 보조 장치는 왼발 지지대 및 오른발 지지대 상에 서 있는 사용자의 발목 관절의 동작 범위(motion range)를 증대시킬 수 있다. 즉, 종래에는 발목 관절의 동작 범위를 증대시키는 훈련에는 인력을 필요로 하였다. 그러나, 이 운동 보조 장치는 혼자서 발목 관절의 동작 범위를 증대시킬 수 있게 해준다.
상기한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 수동 운동 보조 장치는, 왼발 지지대, 오른발 지지대, 구동 유닛, 및 프레임을 포함한다. 왼발 지지대와 오른발 지지대는 각각, 사용자의 왼발과 오른발을 지탱하도록 구성된다. 구동 유닛은 오른발 지지대와 왼발 지지대 중 적어도 하나를 변위시키도록 구성된다. 프레임은 왼발 지지대, 오른발 지지대, 및 구동 유닛을 탑재하도록 구성된다. 왼발 지지대와 오른발 지지대는 각각, 발이 놓이는 발 위치를 규정하도록 구성된다. 구동 유닛은 슬라이드 구동부(slide drive) 및 스윙 구동부(swing drive)를 포함한다. 슬라이드 구동부는 프레임 측면에 형성된(defined) 이동면을 따라 왼발 지지대 및 오른발 지지대를 슬라이딩시키도록 구성된다. 스윙 구동부는 발목 관절의 각도를 변화시키기 위해 프레임의 상면에 대하여 왼발 지지대와 오른발 지지대 중 적어도 하나의 상면의 각도를 변화시키도록 구성된다.
이 구성에 의하면, 운동 보조 장치는 슬라이드 구동부와 스윙 구동부를 포함한다. 슬라이드 구동부는 왼발 지지대와 오른발 지지대 중 적어도 하나를 슬라이딩시키도록 구성된다. 스윙 구동부는 왼발 지지대와 오른발 지지대 중 적어도 한쪽의 상면의 각도를 변화시켜 발목 관절의 각도를 변화시키도록 구성된다. 따라서, 운동 보조 장치는 왼발 지지대와 오른발 지지대 중 적어도 하나를 슬라이딩시키는 슬라이드 구동부에 의해, 사용자의 다리 근육에 수동 운동을 가하여 사용자의 다리 근육을 자극할 수 있다. 또한, 스윙 구동부는 왼발 지지대와 오른발 지지대 중 적어도 한쪽의 각도를 변화시켜 사용자의 발목 관절의 굽히고 펴도록 구성된다. 따라서, 운동 보조 장치는 사용자의 발목 관절을 저굴 및 배굴시킴으로써 비복근 등의 종아리 근육을 자극하도록 구성된다. 다리 근육의 신축은 정맥 환류를 촉진시켜 혈행 향상으로 연결된다. 또한, 운동 보조 장치는 수동 운동에 의해 발목 관절을 굽히고 폄으로써, 사용자의 무게 중심을 사용하여, 선 자세의 사용자의 발목 관절에 부하를 부여할 수 있다. 이 부하에 의해 발목 관절의 동작 범위를 향상시킬 수 있다. 즉, 종래에는 발목 관절의 동작 범위를 향상시키는 훈련에는 인력을 필요로 하였다. 그러나, 이 운동 보조 장치는 혼자서 발목 관절의 동작 범위를 향상시킬 수 있게 해준다. 동시에, 이 운동 보조 장치는 왼발 지지대와 오른발 지지대의 슬라이딩에 따라 발목 관절을 굽히고 펼 수 있게 해준다. 그 결과, 이 구성의 운동 보조 장치는, 사용자가 발목 관절을 적극적으로 굽히고 펼 수 있게 해주고, 또한 사용자가 보행 훈련에 유사한 운동을 할 수 있게 해준다.
상기 스윙 구동부는, 상기 왼발 지지대와 상기 오른발 지지대 중 적어도 하나를 미리 결정된 축부(axle)의 주위에 스윙시켜, 프레임의 상면에 대하여 상면 각도를 변화시키도록 구성되는 것이 바람직하다. 상기 축부는 그 축(axis)이 발목 관절을 통과하여 연장되도록 위치된다.
이 구성에 의하면, 축부는 그 연장선이 발목 관절을 통과하도록 배치되어 있다. 따라서, 왼발 지지대와 오른발 지지대 중 적어도 한쪽은 발목 관절의 스윙 중심에 대체로 대응하는 축부의 스윙 중심 주위를 스윙하고, 스윙하는 동안에 발목 관절이 상하로 이동하지 않으면서 무릎 관절이 굽혀지지 않는다. 그 결과, 발목 관절과 무릎 관절에 작용하는 부하를 줄일 수 있다. 또한, 운동 보조 장치는 비복근을 신축할 수 있도록 하는 동시에 발목 관절을 굽히고 펼 수 있도록 한다. 따라서, 운동 보조 장치 종아리 근육의 강화와 발목 관절의 동작 범위를 향상시키도록 구성된다.
상기 스윙 구동부는, 상기 왼발 지지대와 상기 오른발 지지대 중 적어도 하나를 미리 결정된 축부의 주위에 스윙시켜, 프레임의 상면에 대하여 상면 각도를 변화시키도록 구성되는 것이 바람직하다. 상기 축부는 발목 관절의 바로 아래쪽에 위치된다.
이 구성에 의하면, 축부는 발목 관절보다 아래쪽에, 또한 발목 관절의 바로 아래쪽을 통과하도록 배치된다. 따라서, 구동 유닛을 왼발 지지대 및 오른발 지지대 아래쪽에 구동 유닛을 배치할 수 있다. 그러므로, 이 구성에 의해 운동 보조 장치는 왼발 지지대 및 오른발 지지대 상에 돌출된 것이 없게 할 수 있다. 그 결과, 박형의 운동 보조 장치를 제공할 수 있다. 또한, 이 운동 보조 장치는 제조에 용이하도록 배치된 상기한 구성요소들을 수용한다. 따라서, 저비용의 운동 보조 장치를 제공할 수 있다. 또한, 왼발 지지대와 오른발 지지대 중 적어도 하나가 축부의 주위에 스윙할 때 발목 관절의 위치가 상하로 이동하지만, 축부와 발목 관절 사이의 거리를 최소 거리가 되도록 설계하여, 발목 관절의 바로 아래로 연장되는 축부를 왼발 지지대 및 오른발 지지대의 아래쪽에 배치한다. 따라서, 발목 관절에 작용하는 부하를 최소화할 수 있다.
상기 스윙 구동부는, 상기 왼발 지지대와 상기 오른발 지지대 중 적어도 하나를 미리 결정된 축부의 주위에 스윙시켜, 프레임의 상면에 대하여 상면 각도를 변화시키도록 구성되는 것이 바람직하다. 축부는 발바닥보다 아래에 위치되고 발목 관절에 대하여 전방 또는 후방으로 오프셋(offset)되어 있다.
이 구성에 의하면, 운동 보조 장치는 발목 관절에 대하여 전방 또는 후방으로 오프셋된 위치에 위치될 발바닥보다 아래에 배치되는 축부를 가진다. 따라서, 왼발 지지대 및 오른발 지지대보다 아래쪽에 구동 유닛을 배치할 수 있다. 그러므로 이 구성에 의해, 운동 보조 장치는 왼발 지지대 및 오른발 지지대 상에 돌출된 것이 없게 할 수 있다. 그 결과, 박형의 운동 보조 장치를 제공할 수 있다. 또한, 이 구성의 운동 보조 장치는 배치가 용이한 구성요소들을 가지도록 구성된다. 따라서, 저비용의 운동 보조 장치를 제공할 수 있다. 또한, 스윙 구동부는 왼발 지지대와 오른발 지지대 중 적어도 하나를 축부의 주위에 스윙시켜 발목 관절의 위치가 상하로 이동시킨다. 따라서, 운동 보조 장치는 왼쪽 발목 관절의 높이와 오른쪽 발목 관절의 높이를 다르게 할 수 있다. 그러므로, 운동 보조 장치는 무릎 관절, 고관절(hip joint), 및 상체에 의해 좌우 방향의 밸런스를 유지하도록 반사 작용을 일으킨다. 그 결과, 운동 보조 장치는 무릎 관절, 고관절, 및 상체의 근육에 자극을 부여할 수 있다.
상기 스윙 구동부는, 상기 왼발 지지대와 상기 오른발 지지대 중 적어도 하나를 미리 결정된 축부의 주위에 스윙시켜, 프레임의 상면에 대하여 상면 각도를 변화시키도록 구성되는 것이 바람직하다. 상기 스윙 구동부는 상면 각도의 변화에 따라 축부의 상하 방향에서의 위치를 변화시키도록 구성된다.
이 경우, 스윙 구동부는 왼발 지지대와 오른발 지지대 중 적어도 한쪽의 각도 변화에 따라 축부를 이동시켜 상하 방향에서의 위치를 변화시킨다. 그러므로, 운동 보조 장치는 왼쪽 발목 관절의 높이와 오른쪽 발목 관절의 높이를 다르게 하여, 무릎 관절, 고관절, 및 상체에 의해 좌우 방향의 밸런스를 유지하도록 반사 작용을 일으킬 수 있게 한다. 그 결과, 운동 보조 장치는 무릎 관절, 고관절, 및 상체의 근육에 자극을 부여할 수 있다.
왼발 지지대에 대한 발의 위치는 사용자의 왼발 뒤꿈치보다 왼쪽에 왼발 발끝을 얹도록 규정되어 있는 것이 바람직하다. 오른발 지지대에 대한 발의 위치는 사용자의 오른발 뒤꿈치보다 오른쪽에 오른발 발끝 얹도록 규정되어 있다. 상기 스윙 구동부는, 규정된 위치에 유지된 사용자의 발목 관절 주위의 이동가능한 방향으로 왼발 지지대와 오른발 지지대 각각의 상면 각도를 프레임의 상면에 대하여 변화시키도록 구성된다.
이 구성에 의하면, 사용자가 왼발 지지대와 오른발 지지대 상에 선 자세로 운동 보조 장치를 사용하는 상태에서는, 왼쪽 발끝과 오른쪽 발끝 사이의 거리는 왼쪽 뒤꿈치와 오른쪽 뒤꿈치 사이의 거리보다 크다. 따라서, 사용자는 왼발 지지대와 오른발 지지대 상에 긴장을 푼 자세로 설 수가 있어, 무릎 관절 및 발목 관절에 전단 응력(shearing force)을 받지 않는 상태에서 운동 보조 장치를 사용할 수 있다. 왼발 지지대와 오른발 지지대는 각각의 상면 각도를 가진다. 스윙 구동부는, 발이 발목 관절 주위에 가동가동면 각도 중 적어도 하나를 변화시킨다. 그러므로, 운동 보조 장치는 왼발 지지대 및 오른발 지지대의 각도가 변화할 때 발목 관절에 전단 응력을 가하지 않아, 사용자는 발목 관절의 부담이 적은 상태로 운동 보조 장치를 사용할 수 있다.
상기 왼발 지지대 및 상기 오른발 지지대는 각각 위치 결정 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 이 위치 결정 수단은, 사용자의 발이 규정된 위치에 배치되는 것을 도와준다.
이 구성에 의하면, 왼발 지지대 및 오른발 지지대의 위치 결정 수단은 사용자의 발의 배치를 도와준다. 따라서, 이 구성에 의해 발목 관절에 전단 응력을 가하지 않을 수 있다. 사용자는 발목 관절에 가해지는 부담이 적은 상태에서 운동 보조 장치를 사용할 수 있다.
상기 슬라이드 구동부는, 왼발 지지대와 오른발 지지대를 개별 경로를 따라 각각 전후 방향을 왕복 이동시키면서 왼발 지지대와 오른발 지지대의 대표점(representative point)에 대하여 왼발 지지대와 오른발 지지대 사이의 거리를 변화시키도록 구성되는 것이 바람직하다. 이동 경로의 전단들 사이의 좌우 방향의 거리는 이동 경로의 후단들 사이의 좌우 방향의 거리와 상이하다.
이 구성에 의하면, 슬라이드 구동부는 발 위치를 전후 방향으로 이동시키면서 발의 위치를 좌우 방향으로도 이동시키도록 구성된다. 또한, 왼발 지지대와 오른발 지지대는 각자 이동 경로를 가진다. 이동 경로의 전단들 사이의 좌우 방향의 거리는 이동 경로의 후단들 사이의 좌우 방향의 거리와 상이하다. 그러므로, 적당한 선을 따라 이동 경로를 구성하려면, 무릎 관절에 가해지는 전단력은 왼발 지지대와 오른발 지지대가 정면 방향으로 각각 움직이는 상태에서 무발릎 관절에 가해지는 전단력보다 낮다. 또한, 사용자의 정면 방향과 발 위치의 이동 방향이 교차한다. 발 위치가 이 이동 방향을 따라 이동될 때, 종아리 근육의 신축이 증대된다. 그러므로, 운동 보조 장치는 이동 방향을 따라 발 위치를 이동시킴으로써 발 위치가 전후 방향을 따라 이동되는 경우의 정맥 환류보다 더 큰 정맥 환류를 일으킨다. 그 결과, 장딴지의 부어오름을 완화할 수 있고, 말초 부분의 혈류를 촉진함으로써 정맥 저류(venosatasis)를 완화할 수 있다. 또한, 운동 보조 장치는 발목 관절의 굽히고 펴서 비복근이 신출될 수 있도록 하여, 정맥 환류가 더욱 촉진된다.
일반적으로 다리의 전후 방향 이동은 대퇴직근(rectus femoris), 내측광근(vastus medialis), 외측광근(vastus lateralis), 대퇴이두근(biceps femoris), 전경골근(anterior tibialis), 및 비복근을 자극한다. 발의 좌우 방향 이동은 내전근(adducent muscle) 및 외전근(adbucent muscle)을 자극한다. 이 운동 보조 장치는 전후 방향과 좌우 방향의 이동을 조합한다. 그러므로, 이 운동 보조 장치는 근육을 협력하여 종합적으로 자극할 수 있다. 이와 같이, 이 운동 보조 장치는 근육을 신축시켜 당이 근육에 흡수되는 것을 촉진하여, 사용자의 타입 2 당뇨병을 개선한다. 또한, 이 운동 보조 장치는 전후 방향의 이동 또는 발의 좌우 방향 이동만으로는 거의 신축되지 않은 엄지의 장근(long muscle)과 심부근(long muscle)을 자극할 수 있다. 또한, 이 운동 보조 장치는 주로 종아리 근육을 굽히고 펴도록 구성된다. 그러므로, 이 운동 보조 장치는 고혈압 사용자의 혈압을 강하할 것으로 기대된다. 또 이 운동 보조 장치는 사용자에게 가하는 부하가 적기 때문에, 심질환이 있는 사용자도 사용할 수 있다.
상기 슬라이드 구동부는, 전후 방향에 대하여 이동 경로의 각도를 조절하도록 구성된 이동 방향 결정부(moving direction determiner)를 포함한다. 이동 경로는 직선으로 연장되고, 대표점의 선단과 후단을 연결하는 선에 의해 정해진다.
이 경우, 왼발 지지대 및 상기 오른발 지지대는 직선 경로를 따라 이동하도록 구동되므로, 무릎 관절 및 발목 관절을 비트는 힘을 가하지 않는다. 따라서, 사용자는 무릎 관절 및 발목 관절에 부하가 적은 상태에서 운동 보조 장치를 사용할 수 있다. 또한, 슬라이드 구동부는 왼발 지지대 및 오른발 지지대를 직진시키므로, 왼발 지지대 및 오른발 지지대를 이동시키는 기구를 간단히 구성된다. 또한, 이동 경로를 5 내지 15도 각도로 개방된 전단이 V 자형을 이루도록 구성함으로써, 무릎 관절에 가해지는 전당 응력을 줄일 수 있다. 이동 경로가 대략 45도를 이루도록 배치된 운동 보조 장치는, 무릎 관절을 굽히고 펴도록 내전근, 외전근 및 근육들에 부하를 가하여, 무릎 관절을 굽히고 펴는 내전근, 외전근 및 근육들을 강화하도록 구성된다. 또한, 이동 경로는 후단이 개방된 V자형으로 구성될 수도 있다. 이 경우, 대퇴근(femoral muscle)뿐 아니라 종아리 근육도 신축시키도록 구성된 운동 보조 장치를 얻을 수도 있다.
상기 슬라이드 구동부는, 사용자의 무게 중심을 전후 방향의 일정한 위치에 유지하도록, 상기 왼발 지지대 및 상기 오른발 지지대를 전후 방향을 따라 역 위상 관계로 이동시키도록 구성되는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 운동 보조 장치는 사용자의 무게 중심을 전후 방향의 일정한 위치에 유지하도록 구성된다. 그러므로, 사용자의 상체에 가속도가 작용하지 않다. 이 구성의 운동 보조 장치는 사용자의 밸런스가 무너지는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 이 운동 보조 장치는 밸런스 기능이 쇠약해진 사용자도 사용할 수 있다. 또한, 좌우의 발 위치는 전후로 교대로 이동되므로, 보행 운동에 가까운 동작을 사용자에게 적용한다. 또한, 이 운동 보조 장치는 부하가 적은 상태로 근육을 자극할 수 있으므로, 뇌신경을 크게 자극할 수 있다. 이 운동 보조 장치는 뇌기능에 장해를 가지는 사용자 및 뇌수술 후의 사용자에게 높은 회복 효과가 있을 것으로 기대된다.
도 1 (a)는 제1 실시예의 운동 보조 장치의 개략 사시도이다.
도 1 (b)는 왼발 지지대와 오른발 지지대의 동작을 설명하는 측면도이다.
도 2는 제1 실시예의 상판을 제외한 상태의 평면도이다.
도 3 (a) 내지 (d)는 제1 실시예의 위치 결정 수단의 단면도이다.
도 4는 상기의 구동 유닛의 개략도이다.
도 5는 상기의 주요부의 동작 설명도이다.
도 6은 사용예를 설명하는 주요부의 설명도이다.
도 7은 제2 실시예의 구동 유닛의 전개 사시도이다.
도 8은 상기의 구동 유닛의 설명도이다
도 9는 상기의 동작을 설명하는 다른 설명도이다.
도 10은 운동 보조 장치의 동작을 나타낸 설명도이다.
도 11은 상기의 동작의 다른 설명도이다.
도 12는 운동 보조 장치의 동작을 나타낸 설명도이다.
도 13은 상기의 구동 유닛의 전개 사시도이다.
도 14 (a) 내지 (c)는 상기 구동 유닛을 나타낸 설명도이다.
도 15는 제4 실시예의 주요부를 나타낸 개략도이다.
도 16은 제5 실시예의 주요부를 나타낸 개략도이다.
도 17은 왼발 지지대와 오른발 지지대의 동작을 나타낸 다른 설명도이다.
도 18은 왼발 지지대와 오른발 지지대의 또 다른 설명도이다.
도 19는 왼발 지지대와 오른발 지지대의 또 다른 설명도이다.
(제1 실시예)
본 실시예에서는, 사용 시에 바닥 상에 설치되는 구성의 운동 보조 장치(이하, 간략하게 장치라고도 함)를 예시하지만, 일부분을 바닥 내에 매립하여 사용하는 장치를 사용할 수도 있다. 장치는 고정 위치에 설치되는지 이동가능하게 지지 되는지에 따라 선택된다. 본 실시예서는, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 운동 보조 장치는 바닥 상에 놓이는 하우징(1)을 포함한다. 하우징(1)은 직육면체형으 로 설계된다. 도면에서는 베이스 기판(1a)을 하우징(1)으로서 나타냈다. 그러나, 하우징(1)은 직윤면체형으로 한정되지 않는다. 이하에서는, 설명을 간단하게 하기 위해, 하우징(1)을 바닥 상에 설치한 한 때에, 하우징(1)의 상면이 바닥면과 평행한 것으로 한다. 따라서, 도 1에서의 상하가 사용 시의 상하를 나타낸다. 일부를 바닥에 매립하여 사용하는 경우, 하우징(1)은 상판을 제외하고는 프레임 구조를 가질 수 있다.
하우징(1)에는 사용자의 좌우 발을 각각 지탱하도록 구성된 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)가 구비되어 있다. 또한, 하우징(1)에는 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)를 각각 이동시키는 구동 유닛(3)이 배치된다. 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 상면은 각각, 사용자의 발 전체를 지탱할 수 있는 치수로 형성된다. 도 1에서 화살표 X는 장치의 전방을 나타낸다는 것에 유의하기 바란다. 이것은 화살표 X를 포함하는 다른 도면에도 적용된다.
장치는 기본적으로 사용자가 선 자세로 사용하도록 설계된다. 따라서, 이하에서는, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 상에 사용자가 발을 딛고 선 자세로 장치를 사용하는 상태에서, 장치를 설명한다.
베이스판(1a) 위에는 상판(1b)이 배치된다. 상판(1b)은 베이스판(1a)고 함께 하우징(1)을 구성한다. 상판(1b)에는 두께 방향으로 연장되는 2개의 개구부(11a, 11b)가 형성되어, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)를 각각 노출시킨다. 개구부(11a, 11b)는 각각, 직사각형으로 형성된다.
개구부(11a, 11b)는, 길이 방향 중심선 사이의 거리가 선단에서보다 후단에 서 커지도록, 길이 방향 중심선이 하우징(1)의 전후 방향에 대하여 교차하여 연장되어 있다. 개구부(11a, 11b) 각각의 길이 방향이 베이스판(1a)의 전후방향으로 대하여 적당한 각도로 기울어져 있다. 그러나, 개구부(11a, 11b) 각각의 길이 방향은, 예를 들면 베이스판(1a)의 전후방향으로 대하여 5 내지 15도 기울어지는 것이 바람직하다. 좌측의 개구부(11a)의 길이 방향 중심선과 베이스판(1a)의 전후 방향이 만나서 이루어지는 각도는, 후단을 중심으로 하여 반시계 방향 각도이다. 우측의 개구부(11b)의 길이 방향 중심선과 베이스판(1a)의 전후 방향이 만나서 이루어지는 각도는, 후단을 중심으로 하여 시계 방향 각도이다.
각 개구부(11a, 11b)의 개구 면적은 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 상면 면적보다 커서, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)는 개구부(11a, 11b) 내에서 각각 이동 가능하다. 개구부(11a, 11b) 내에서 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)가 구동되는 동안에, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)와 개구부(11a, 11b) 사이에 간극이 생기지 않도록, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 주위 전체에는, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 각각과 개구부(11a, 11b) 사이를 간극 숨기기 위한 커버판(12)이 설치되어 있다.
개구부(11a, 11b)의 길이 방향은, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 길이 방향과 각각 정렬되어 있다. 사용 시에, 사용자는 발의 길이 방향 중심선 각각을 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 길이 방향과 정렬시킨 상태로 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)에 발을 딛는다. 따라서, 전술한 바와 같이, 개구부(11a, 11b) 각각의 길이 방향 중심선이 하우징(1)의 전후 방향에 대하여 15도 각도로 정렬되어, 선 자세의 사용자는 다리 근육을 이완시킨 상태로 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)에 발을 디딜 수 있다.
왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각의 하면에는 한 쌍의 베어링(71c)이 일체로 형성되어 있다. 왼발 지지대(2a)에 있는 하나의 베어링은 왼발 지지대(2a) 내의 다른 베어링의 폭 방향을 따라 떨어져 있다. 오른발 지지대(2b)에 있는 하나의 베어링은 오른발 지지대(2b) 내의 다른 베어링의 폭 방향을 따라 떨어져 있다.
도시하지 않지만, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 아래쪽에는 장착판이 배치된다. 이 장착판은 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)와 중첩되어 있다. 장착판의 상면에는, 개방단이 위쪽으로 향하고 단면이 U자형인 베어링판(73)이 고정되고, 양 다리부(leg)(73a)는 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 베어링(73c)의 외측면에 각각 맞닿는다.
또한, 축부(74)는 베어링 판(73)의 다리부(73a) 및 베어링(71c)을 관통하여 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 모두의 폭방향으로 연장된다. 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)는, 길이 방향의 전단과 후단이 상하로 이동하도록 축부(74)의 주위에 스윙 가능하게 된다.
단면이 U자형인 대차(truck)(61)는 개방단을 가진다. 대차(61)는 장착판 밑에 개방단이 아래쪽을 향하도록 고정된다. 대차(61)의 다리부(61a) 각각의 외측면에는 2개의 차륜(62)이 설치된다. 베이스판(1a)의 상단에는 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)에 대하여 각각 2개의 레일(63)이 형성되어 있고, 대차(61)는 레 일(63) 상단의 레일 홈(63a) 내에서 롤링하는 차륜(62)을 구비하여 레일(63) 상에 배치된다.
레일(63)은 하우징(1) 내의 개구부(11a, 11b)의 길이 방향과는 상이한 방향으로 연장된다. 전술한 바와 같이, 개구부(11a, 11b)는 전단에서의 거리가 후단에서의 거리보다 커지도록 각각의 길이 방향 중심선이 서로 교차한다. 또한, 레일(63) 각각의 길이 방향도 마찬가지로 서로 교차한다.
레일(63)은 하우징(1)의 전후방향에 대하여 개구부(11a, 11b)보다 더 큰 각도로 경사져 있다. 예를 들면, 개구부(11a, 11b)의 길이 방향이 하우징(1)의 전후방향에 대하여 30도 경사진 경우, 레일(63)의 길이 방향은 45도 경사진다. 즉, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)에 사용자의 발을 얹고, 각 개구부(11a, 11b)의 길이 방향과 각 발의 중심선을 정렬시킨 상태에서, 레일(63)에 따라 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)를 이동시키는 동안에, 무릎 관절에 작용하는 전단 응력의 증가를 방지하는 방향으로 레일(63)의 방향이 정해진다.
본 실시예에서는, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)가 전후 방향과 좌우 방향을 결합한 이동 경로를 따라 이동하도록 각각 구성되는 운동 보조 장치를 나타낸 것임에 유의하기 바란다. 그러나, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)를 전후 방향이나 좌우방향 배향된 레일(63)을 따라 이동시키는 것도 가능하다.
전술한 구성에 의해, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)는 레일(63)의 길이 방향을 따라 왕복 이동할 수 있게 된다. 레일(63)의 길이 방향은 개구부(11a, 11b) 각각의 길이 방향 중심선과 정렬되어 있다. 그러므로, 왼발 지지 대(2a) 및 오른발 지지대(2b)는 각각, 개구부(11a, 11b) 각각의 길이 방향과 교차하는 방향을 따라서 각 개구부(11a, 11b) 내에서 이동한다. 즉, 대차(61)는 차륜(62) 및 레일(63)과 함께 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 이동 경로를 제한하는 가이드(guide)(4)를 형성한다.
전술한 바와 같이, 개구부(11a, 11b) 각각의 길이 방향 중심선은, 하우징(1)의 전후방향과 15도의 각도를 이룬다. 그러나, 사용자가 항상 적정한 방향으로 발을 딛는 것은 아니기 때문에, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 각각의 상면에는 적정한 위치를 알리는 위치 결정 수단(21)이 설치되어 있다. 위치 결정 수단(21)은 각종의 구성을 취할 수 있으며, 가장 간단한 구성으로서는 적정한 위치에 마크를 표기하는 것을 포함한다.
또한, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 상면은 하우징(1)의 상면에 대하여 각도가 변화된다. 그러므로, 도 3에 나타낸 각각의 구성은 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)가 경사진 상태에서 발의 변위를 방지하기 위한 위치 결정 수단(21)으로서 채용될 수 있다.
또한, 도 3 (a)에 나타낸 바와 같이, 위치 결정 수단(21)은 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 각각의 상면에 형성된 오목부(21a) 형태일 수 있다. 도 3 (b)에 나타낸 바와 같이, 위치 결정 수단(21)은 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 각각의 상면에 형성된 돌기부(lug)(21b) 형태일 수 있다.
돌기부(21b)는 적어도 발의 길이 방향 단부 중 한쪽에 대응하는 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 족궁(arch of the foot)에 대응하는 위치에 돌기 부(21b)를 배치하는 경우, 족궁을 자극하는 마사지 효과도 기대할 수 있다. 도 3 (a) 및 (b)에 나타낸 구성예는, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 각각에 사용자의 발을 고정하지는 않으므로, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 경사 각도가 클 때는, 왼발 지지대(2a)과 오른발 지지대(2b)에 대응하는 발이 미끄러질 수 있다.
그래서, 도 3 (c)에 나타낸 바와 같이, 고무와 같은 마찰력이 큰 재료(또는 미세한 요철이 있는 재료)로 미끄럼 방지부(21c)를, 위치 결정 수단(21)으로서 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)에 설치할 수도 있다. 미끄럼 방지부(21c)는 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 각각의 상면에 접착되거나 매립될 수 있다. 또한, 미끄럼 방지부(21c)는 판형으로 형성하거나, 발바닥의 윤곽에 맞춘 형상으로 형성할 수 있다. 또한, 미끄럼 방지부(21c)를 도 3(a)의 오목부(21a)나 도 3 (b)의 돌기부(21b)와 결합할 수도 있다.
도 3 (d)에는, 전후로 하나씩 발등 주위를 감싸도록 구성된 벨트(21d) 형태의 위치 결정 수단(21)을 나타낸 것이다. 발을 벨트(21d) 속에 끼워넣어서 발을 지지대에 고정한다. 벨트(21d)에 후크-루프 잠금장치(hook-and-loop fastener) 또는 버틀을 설치하여, 발 F 사이즈에 따라 조절할 수도 있다.
도 3에 나타낸 각 구성을 적당히 조합할 수 있다. 예를 들면, 도 3 (a), (c), 및 (d)에 나타낸 구성을 조합하여 발이 미끄러짐을 확실하게 방지할 수 있다. 사용자가 신발을 신은 상태로 장치가 사용되는 경우, 자전 페달에 공통인 발가락 클립(toe clip)이나 바인딩(binding)을 설치하여 사용자의 발을 고정할 수 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 구동 유닛(3)은 모터(30), 라우터(33), 슬라이드 구동부(31), 및 스윙 구동부(32)를 포함한다. 모터(30)는 구동원으로서 작용하고, 회전력을 발생시키도록 구성된다. 라우터(33)는 회전력을 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)를 구동하기 위한 2개 경로의 구동력으로 나누고, 나뉜 구동력을 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)에 전달하도록 구성된다. 슬라이드 구동부(31)는 라우터(33)가 2개의 경로로 나눈 구동력에 의해 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)를 하우징(1)의 상면에 따라 슬라이딩시키도록 구성된다. 스윙 구동부(32)는 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 상면의 각도를 하우징(1)의 상면에 대하여 변화시키도록 구성된다. 슬라이드 구동부(31)와 스윙 구동부(32)는 모두, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각에 대하여 설치된다.
구동 유닛(3)에 대하여 구체적으로 설명한다. 모터(30)의 출력축(30a)에는 라우터(33)가 연결된다. 라우터(33)는 웜(33a) 및 한 쌍의 웜휠(33b)을 포함한다. 웜(33a)은 제1 기어로서 규정된다. 웜휠(33b)은 제2 기어로서 규정된다. 한 쌍의 웜휠(33b)은 웜(33a)에 맞물린다. 웜(33a) 및 2개의 웜휠(33b)은 도시하지 않은 기어 박스에 수납된다. 기어 박스는 베이스판(1a)에 고정된다.
이 구성에 의해, 모터(30)의 회전력이 2개의 웜휠(33b)에 의해 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)를 구동하는 데 각각 사용되는 개별 구동력으로 나눠진다. 따라서, 웜(33a)과 웜휠(33b)로 구성된 라우터(33)는 모터(30)의 회전 속도를 감소시키는 기능도 있다.
회전축(33c)은 웜휠(33b)을 관통한다. 웜휠(33b)의 회전에 따라 회전축(33c) 이 회전하도록, 회전축(33c)이 웜휠(33b)에 결합되어 있다.
왕복 구동부(33)는 크랭크판(crank plate)(36)과 크랭크 로드(crank rod)(38)를 포함한다. 크랭크판(36)의 일단부는 회전축(33c)에 결합된다. 크랭크 로드(38)는 크랭크 저널(crank journal)(37)을 통하여 크랭크판(36)에 결합된다. 크랭크 저널(37)의 일단부는 크랭크판(36)에 고정되고, 타단부는 크랭크 로드(38)의 일단부를 유지하는 베어링(38a)에 의해 유지된다. 즉, 크랭크 로드(38)의 일단부는 크랭크판(36)에 회전 가능하게 결합되고, 타단부는 축체(shaft body)(38b)에 의해 대차(61)에 회전 가능하게 결합된다.
전술한 구성으로부터 명백한 바와 같이, 크랭크 로드(38)는 웜휠(33b)의 회전력을 대차(61)의 왕복 이동으로 변환하도록 구성된다. 크랭크 로드(38)은 웜휠(33b)마다 설치된다. 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)는 각각 대차(61)를 가진다. 그러므로, 크랭크 로드(38)는 웜휠(33b)의 회전력을 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)의 왕복 이동으로 변환하도록 구성된다.
전술한 바와 같이, 대차(1)의 이동 경로는 차륜(62)과 레일(63)에 의해 제한된다. 그러므로, 웜휠(33b)의 회전에 따라, 대차(61)는 레일(63)의 길이 방향을 따라 왕복 이동한다. 즉, 모터(30)는 웜(33a) 및 웜휠(33b)을 통하여 크랭크판(36)에 전달되는 회전을 일으킨다. 또한, 크랭크판(36)는 레일(62)을 따라 트럭(61)을 직선으로 왕복 이동시키는 크랭크 로드(38)에 결합된다. 그 결과, 대차(61)는 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)에 각각 결합되기 때문에, 대차(61)는 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)를 레일(63)의 길이 방향을 따라 왕복 이 동시킨다.
본 실시예에서는, 웜(33a)과 2개의 웜휠(33b)이 구동력을 2개의 경로에 각각 보내는 책임을 지고, 구동 유닛(3)이 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)를 서로 연동하여 구동시킨다. 웜휠(32b)들은 180도 떨어진 상이한 부위에서 웜(33a)과 맞물린다. 그러므로, 왼발 지지대(2a)가 가동 범위의 후단에 위치할 때, 오른발 지지대(2b)는 가동 범위의 전단에 위치한다. 왼발 지지대(2a)의 가동 범위의 후단은 왼발 지지대(2a)의 가동 범위의 우측단과 동일하다. 오른발 지지대(2b)의 가동 범위의 후단은 오른발 지지대(2b)의 가동 범위의 우측단과 동일하다. 그러므로, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)는 동일한 좌우 방향으로 이동하도록 구성된다.
전술한 구성으로부터 명백한 바와 같이, 웜(33a)과 웜휠(33b)의 맞물림 위치를 변화시킴으로써 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 간의 이동에 원하는 위상차를 부여할 수 있다. 사용자가 발을 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)에 딛고 선 자세로 운동 보조 장치를 사용하는 경우, 180도의 위상차가 사용자의 전후 방향의 체중 이동의 최소화하는 데 효과적이다. 그러므로, 이 운동 보조 장치는 밸런스 기능이 저하되어 있는 사용자일지라도 종아리 근육 운동을 가능하게 한다. 또는, 위상차를 부여하지 않는 경우, 이 운동 보조 장치는 사용자의 전후 방향의 체중 이동이 필요하므로, 사용자의 다리 근육 운동뿐 아니라, 밸런스 기능을 유지하기 위한 허리 뒤쪽 등(lower back)의 근육 운동에도 도움이 된다.
왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)는 축부(24)의 주위에 스윙 가능하도록 구성되어, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 전단과 후단의 높이를 변화 시킬 수 있도록 해준다. 즉, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)는 그 위의 발끝과 뒷꿈치의 높이를 변화시켜, 발목 관절의 저굴과 배굴을 가능하게 한다.
축부(74) 주위에서의 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 스윙 이동을 레일(63)을 따르는 왕복 이동에 연동시키기 위하여, 베이스판(1a)에는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)의 이동 경로를 따르는 일부에 경사면(14a)을 포함하는 가지는 가이드면(14)이 형성된다. 이와 관련하여, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각의 하면에는 가이드면(14)과 맞물리는 폴로어 돌기부(25)가 설치되어 있다. 폴로어 돌기부(25)의 선단부(top)에는 가이드면(14)과 롤링 접촉되는 롤러(25a)가 설치된다. 즉, 축부(74)는 가이드면(14)과 폴로어 돌기부(25)와 함께 스윙 구동부(32)를 구성한다.
왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 각각이 모터(30)에 의해 구동되어 왕복 이동할 때, 가이드면(14)과 롤링 접촉하도록 배치된 폴로어 돌기부(25)는 경사면을 오르내려서, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)가 축부(74)의 주위에서 스윙하여 베이스판(1a)에 대한 경사 각도가 변화되고, 결과적으로 발목 관절의 저굴 및 배굴을 가능하게 한다.
선 자세로 운동 보조 장치를 사용하는 경우, 사용자는 먼저 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)가 각각 정지한 상태의 초기 위치에서, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)를 발로 딛고 선 후, 구동 유닛(3)의 운전을 개시하게 한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 각각의 길이 방향 Dx는 화살표 X로 나타낸 전후 방향과 9도의 각도를 이루도록 배향된다. 그 결과, 왼 발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)는 사용자의 다리에 비틀림을 생기지 않으면서 사용자가 자연스럽게 설 수 있도록 해준다.
초기 위치에서, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)는 전후 방향을 따라 동일 레벨에 위치한다. 즉, 왼발 지지대(2a)는 운동 보조 장치의 좌우 방향을 따라 오른발 지지대(2b)와 정렬되어 있다. 따라서, 사용자가 초기 위치의 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 상에 설 때, 사용자의 무게 중심으로부터 연직 방향으로 내린 직선은 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 사이의 중앙을 통과한다.
전술한 구성으로부터 명백한 바와 같이, 구동 유닛(3)은, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)가 서로 연동하여 전후 방향으로 이동하는 동시에 좌우 방향으로도 이동하도록 구동시킬 수 있다. 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)는 각각, 레일(43)을 따라 직선으로 왕복 이동하여, 발의 길이 방향과는 상이한 방향으로 이동한다.
전술한 바와 같이, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)가 레일(43)에 따라 왕복 이동함에 따라, 발판(21)이 축부(24)의 주위에 스윙하도록 구동된다. 발판(21)이 이동할 때, 폴로어 돌기부(25)가 가이드면(14)의 경사면(14a)를 오르내려서, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각이 전단 위치에 있을 때 발목 관절이 배굴되게 하고, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 각각이 후단 위치에 있을 때 발목 관절이 저굴되게 한다. 축부(24)는 발바닥의 길이 방향 내에서 뒷꿈치 근처에 위치한다. 저굴과 배굴은 각각, 베이스판(1a)의 상면에 의해 규정되는 기준면에 대하여 약 10도의 경사 각도에서 이루어진다.
저굴과 배굴은 상기한 것과 역의 관계로 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 각각의 후단 위치 및 전단 위치에서 이루어질 수도 있다. 또한 기준면에 대한 경사 각도는 상기한 각도와는 상이하게 선택될 수도 있다. 이러한 변형 동작은 가이드면(14)의 형상을 적절하게 구성함으로써 실현할 수 있다.
본 실시예에서, 웜(33a) 및 웜휠(33b)은 구동원으로서 규정된 모터(30)로부터의 회전 방향의 전달 수단(trnasmission means)으로서 사용된다. 그러나 풀리와 벨트를 전달 수단으로서 채용할 수도 있다. 또한, 유니버설 조인트(universal joint)도 전달 수단으로서 채용할 수 있다.
(제2 실시예)
본 실시예의 운동 보조 장치는, 제1 실시예에 나타낸 슬라이드 구동부(31) 및 스윙 구동부(32)와는 상이한 슬라이드 구동부(31) 및 스윙 구동부(32)를 가진다. 또한, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)는 각각 대표점(representative point)을 가진다. 이 대표점은 왼발 지지대(2a)의 상면과 하우징(1)의 상면이 이루는 각도가 변화될 때, 위치가 변하지 않는 점으로 규정되고, 또한 오른발 지지대(2b)의 상면과 하우징(1)의 상면이 이루는 각도가 변화될 때, 위치가 변하지 않는 점으로 규정된다. 복수의 지점을 대표점으로 상정할 수 있다. 그러나, 각각의 점을 대표점으로 사용할 수 있다. 즉, 운동 보조 장치는 하우징(1)의 상면에 따라 슬라이딩하는 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)를 가진다. 이 상태에서, 운동 보조 장치는 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)와, 하우징(1)의 상면 사이의 각도가 변화할 때 위치가 변하지 않는 점을 가진다. 이 점이 대표점으로 결정 된다. 이 대표점은 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 밖에 설정할 수도 있다. 이와 같이 규정된 대표점을 사용함으로써, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 슬라이딩 이동 경로를 통합하여 기술할 수 있다.
도 7은 슬라이드 구동부(31) 및 스윙 구동부(32)를 나타낸 것이다. 웜휠(33b)로부터 슬라이드 구동부(31) 및 스윙 구동부(33)로 구동력을 전달하는 전달 수단은 생략되어 있다. 그러나, 전달 수단은 기어 및 벨트 등의 주지의 전달 요소로 구성된다.
스윙 구동부(32)는 발목 관절의 각도를 변화시키기 위하여, 왼발 지지대(2a)와 하우징의 상면 사이의 각도를 변화시키고 또한 오른발 지지대(2b)와 하우징의 상면 사이의 각도를 변화시키도록 구성된다. 그러므로, 스윙 구동부(32)는 발목 관절의 회전 중심을 통과하는 연장선에 직교하는 면 내에서 왼발 지지대(2a)와 하우징의 상면 사이의 각도를 변화시키도록 구성되어 있다. 스윙 구동부(32)는 발목 관절의 회전 중심을 통과하는 연장선에 직교하는 면 내에서 오른발 지지대(2b)와 하우징의 상면 사이의 각도를 변화시키도록 구성되어 있다. 이 평면을 회전 평면이라고 한다. 후술하는 바와 같이, 슬라이드 구동부(31)가 반드시 회전 평면에 평행인 방향을 따라 왼발 지지대(2a))의 대표점을 슬라이딩시킬 필요는 없다. 또 슬라이드 구동부(31)가 반드시 회전 평면에 평행인 방향을 따라 오른발 지지대(2b))의 대표점을 슬라이딩시킬 필요는 없다. 그러나, 운동 보조 장치의 설명을 용이하게 하기 위하여, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각의 대표점의 방향은 회전 평면에 평행하게 슬라이딩하는 경우를 설명한다. 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 대표점은 하우징(1)의 전후 방향과 5 내지 15도 각도를 이루는 슬라이딩 방향을 따라 슬라이딩한다. 그러나, 슬라이딩 방향이 반드시 개구부(11a, 11b)의 길이 방향의 중심선에 대해 정렬될 필요는 없다.
도 7에 나타낸 구성예는, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)의 각도를 변화시키도록 구성되어 있다. 이 구성에 의해 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)가 전후로 이동할 때 발끝(toe)이 궤적을 그릴 수 있게 된다. 이 궤적은 아래로 볼록한 곡선이다. 도시한 실시예는 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 이동 경로에 있어서의 앞끝 위치에 있어서 종이 클릭 앞보다 아래쪽에 위치하고, 후단 위치에 있어서 클릭 앞이 종보다 아래쪽에 위치하도록 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 각도가 변화되는 경우를 나타내고 있다.
예시된 실시예는, 왼발 지지대(2a)가 이동 경로의 전단에 위치되어 있는 상태에서는 뒤꿈치가 발끝 아래에 위치될 수 있도록 구성된 왼발 지지대(2a)와, 오른발 지지대(2b)가 이동 경로의 전단에 위치되어 있는 상태에서는 뒤꿈치가 발끝 아래에 위치될 수 있도록 구성된 오른발 지지대(2b)를 나타낸다. 이에 반해, 예시된 실시예는 왼발 지지대(2a)가 이동 경로의 후단에 위치되어 있는 상태에서는 발끝이 뒤꿈치 아래에 위치될 수 있도록 구성된 왼발 지지대(2a)와, 오른발 지지대(2b)가 이동 경로의 후단에 위치되어 있는 상태에서는 발끝이 뒤꿈치 아래에 위치될 수 있도록 구성된 오른발 지지대(2b)를 나타낸다.
슬라이드 구동부(31)는 편심 로터(eccentric rotor)(34), 크랭크 로드(35), 및 크랭크핀(35a)을 포함한다. 라우터(33)의 회전력은 편심 로터(34)에 전달된다. 크랭크 로드(35)의 일단부는 크랭크 핀(35a)에 의해 편심 로터(34)에 결합되고, 크랭크 로드(35)의 타단부는 크랭크축(35b)에 의해 기어 박스(40)에 회전 가능하게 결합된다. 도 7의 랙(41)은 길이 방향을 가진다. 랙(41)은 기어 박스(40)의 이동 경로를 제한하여 이동 경로가 랙(41)의 길이 방향을 따라 연장된다. 편심 로터(34)의 회전은 크랭크 로드(35)의 일단부와 편심 로터(34)의 회전 중심(34a) 사이의 거리를 변화시킨다. 이와 같이, 기어 박스(40)는 랙(41)의 길이 방향을 따라 일직선상을 이동한다.
기어 박스(40)는 2개의 스퍼휠(spur wheel)(42, 43)을 지탱한다. 스퍼휠(42)의 치아 수는 스퍼휠(43)의 치아 수보다 작다. 스퍼휠(42)은 랙(41)과 맞물린다. 따라서, 스퍼휠(42)과 맞물리는 랙(41)은 스퍼휠(43)을 회전시켜 회전력을 발생시키고, 이 회전력은 스퍼휠(43)에 전달된다. 편심 로터(34)가 1회전하는 동안, 스퍼휠(42)은 랙(41) 상에서 왕복 이동한다. 스퍼휠(42)의 왕복 이동은 스퍼휠(43)을 수평면에 대하여 -30 내지 +30도의 범위 내에서 왕복 이동시킨다.
스퍼휠(43)은 왼발 지지대(2a) 또는 오른발 지지대(2b)에 결합되어 있다. 따라서, 스퍼휠(43)의 왕복 이동에 따라 왼발 지지대(2a) 또는 오른발 지지대(2b)의 상면 각도를 변화시킨다. 또한, 기어 박스(40)이 랙(41)을 따라 일직선상을 이동하므로, 왼발 지지대(2a) 또는 오른발 지지대(2b)도 랙(41)을 따라 일직선상을 이동한다. 즉, 랙(41)의 길이 방향이 왼발 지지대(2a) 또는 오른발 지지대(2b)의 슬라이딩의 방향을 규정한다.
이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 기어 박스(40)는 랙(41)과 함께 슬 라이드 구동부(31)의 일부를 구성한다. 랙(41)과 스퍼휠(42, 43)은 스윙 구동부(32)를 구성한다. 즉, 본 실시예에서, 슬라이드 구동부(31)는 스윙 구동부(32)로 전달되는 구동력을 발생시키므로, 슬라이드 구동부(31)의 구동력과 스윙 구동부(32)의 구동력이 왼발 지지대(2a) 또는 오른발 지지대(2b)에 전달된다. 예시된 실시예에서는 기어 박스(40), 스퍼휠(43), 연결축(43a), 로터축(rotor shaft)(43b), 및 스윙판(44)을 나타낸다는 것에 유의하기 바란다. 기어 박스(40)에는 호형의 가이드 구멍(arc sharped guide hole)(40a)이 형성된다. 연결축(43a)은 스퍼휠(43)에 결합된다. 연결축(43a)은 가이드 구멍(40a)에 통과하도록 구성된다. 연결축(43a)과 평기어(43)의 로터축(43b)이 스윙판(44)에 결합된다. 이 스윙판(44)은 왼발 지지대(2a) 또는 오른발 지지대(2b)에 결합된다. 즉, 로터축(43b)은 그 주위로 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)가 스윙하는 축으로서 규정된다.
이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 로터축(43b)은 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 중 대응하는 지지대의 상면보다 위쪽에 위치된다. 구체적으로는, 전술한 위치 결정 수단(21)의 도움으로 지정된 위치에 발을 얹었을 때, 로터축(43b)의 연장선이 발목 관절을 통과하여 연장되는 위치에 로터축(43b)을 설치한다. 그러나, 발 크기에는 개인차가 있기 때문에, 위치 결정 수단(21)은 미끄럼 방지부(21c)나 밴딩과 같이, 발 크기에 관계없이 이용할 수 있도록 구성될 수 있고, 또는 발 크기에 맞춰 따른 복수단 층의 선택이 가능한 구성을 채용한다. 또한, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)가 축부의 주위에서 스윙했을 때, 발목 관절의 각도를 변화시킬 수 있도록, 계단식으로 조절 가능하도록 구성될 수 있다. 또한, 축 주위에 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)가 스윙함에 따라 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)가 발목 관절의 각도를 변화시킬 수 있도록, 축을 발의 폭 방향으로 정렬하는 것이 바람직하다.
로터축(43b)은 왼발 지지대(2a) 또는 오른발 지지대(2b) 중 대응하는 지지대의 상면으로부터 상정하는 사용자의 평균 발 크기를 고려하여 결정된 거리만큼 떨어져 있다. 또한, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 각각에 두께가 상이한 조절판(adjustor plate)을 탈착 가능하게 중첩하거나, 연결축(43a)과 로터축(43b)을 스윙판(44)에 결합하는 위치를 변경하는 조절 기구(adjustor mechanism)을 제공할 수도 있다.
도 7에 나타낸 구성의 동작은 도 8에 개괄되어 있다. 도 8의 한 동작에서, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 각각의 상면은 정당한 각도로 조절될 수 있다. 예를 들면, 도 8에 나타낸 바와 같이, 편심 로터(34)의 회전 중심(34a)의 상하 중 어느 하나의 위치에 크랭크 핀(35a)가 위치할 때, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 중 하나 또는 둘 다의 상면은 수평으로 놓인다.
도 8에서의 우측을 전방으로 하면, 도 8 (a)에 나타낸 바와 같이, 크랭크 핀(35a)이 편심 로터(34)의 회전 중심(34a)에 대하여 전방에 위치할 때, 연결축(43a)은 로터축(43b)에 대하여 전방에 위치하고, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 중 대응하는 지지대는 경사져서 전단부가 후단부보다 위쪽에 위치하는데, 이는 뒤꿈치가 발끝보다 아래쪽에 위치한다는 것을 의미한다. 한편, 도 8(c)과 같 이, 크랭크 핀(35a)이 편심 로터(34)의 회전 중심(34a)에 대하여 후방에 위치할 때, 연결축(43a)이 로터축(43b)보다 후방에 위치하고, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 중 대응하는 지지대는 경사져서 후단부가 전단부보다 위쪽에 위치하는데, 이는 발끝이 뒤꿈치보다 아래쪽에 위치한다는 것을 의미한다.
전술한 동작에 의해, 발 위치를 슬라이딩시켜 사용자의 다리 근육군을 신축하는 한편, 발목 관절의 각도를 변화시킴으로써 종아리 근육군을 자극한다. 따라서, 보행 동작을 시뮬레이션하는 이동(movement)은 이 운동 보조 장치를 재활(rehabilitation) 시의 보행 훈련에 이용할 수 있도록 한다. 또한, 발 위치는 슬라이딩 이동만으로 알 수 있어 사용자는 대퇴부를 들어올릴 필요 없기 때문에, 무릎 관절에 통증이 있거나 대퇴부 근육의 근력이 저하되어 밸런스를 유지하기 어려운 사용자라도 이 운동 보조 장치를 이용할 수 있다. 또한, 종아리 근육군을 신축시킴으로써, 발목 관절의 주위의 근육군을 이완시켜 발목 관절의 동작 범위가 감소하는 것을 방지하고, 비복근을 신축시켜 정맥 환류를 촉진할 수 있다. 정맥 환류의 촉진은 심장을 향한 혈류를 증가시킬 수 있고, 전신의 혈류를 향상시킬 수 있다.
전술한 동작에서는, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 중 대응하는 지지대가 슬라이딩하여 가동 범위 내에서 전단에 위치할 때, 발끝이 뒤꿈치보다 높은 레벨로 올라간다. 대응하는 발의 지지대가 슬라이딩하여 가동 범위 내에서 후단에 위치할 때, 뒤꿈치가 발끝보다 높은 레벨로 올라간다. 그러므로, 이 동작은 보행 시의 자연스러운 동작을 시뮬레이션할 수 있어 보행 훈련에 사용할 수 있다. 그러 나, 로터축(43b)의 주위에서의 각도 변화를 전술한 동작의 반대 방향으로 할 수도 있다. 즉, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 중 대응하는 지지대가 슬라이딩하여 가동 범위 내에서 전단에 위치할 때, 뒤꿈치가 발끝보다 높은 레벨로 올라간다. 대응하는 발의 지지대가 슬라이딩하여 가동 범위 내에서 후단에 위치할 때, 발끝이 뒤꿈치보다 높은 레벨로 올라간다. 발목 관절의 각도 변화가 비교적 적은 전자의 동작과는 대조적으로, 후자의 동작에서는 발목 관절의 각도가 보다 넓은 범위에 걸쳐 변화할 수 있어, 발목 관절의 가동 범위를 넓히는 훈련에 유효하다. 특히, 발 지지대가 후단에 위치할 때, 발목 관절이 배굴을 지각하여, 아킬레스건(Achiles tendon)의 스트레칭 효과를 높일 수 있다.
전술한 예시된 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 중 대응하는 지지대가 회전 중심 주위에서 스윙하는 것을 한정하는 로터축(43b)의 연장선이 사용자의 발목 관절을 통과하여, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 중 대응하는 지지대가 로터축(43b)의 주위에 스윙하는 동안, 발목 관절은 실질적으로 수직 이동이 없는 것으로 지각한다. 따라서, 발목 관절에는 수직 이동에 기인한 부담에서 상대적으로 자유롭다. 즉, 사용자는 단지 발목 관절에 작용하는 부하가 적고 무게 중심의 시프트량이 적다는 것만을 지각하므로, 밸런스를 유지하기 쉽다. 로터축(43b)의 연장선이 발목 관절을 통과하는 상기한 구성을 채용하는 경우, 로터축(43b)를 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 중 대응하는 지지대 위쪽에 배치하여야 하므로, 하우징(1) 위쪽에 넓은 수직 공간을 필요로 한다.
하우징(1) 위의 수직 공간을 줄이기 위해서는, 로터축을 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 각각의 아래쪽에 배치하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 9에 나타낸 바와 같이, 축부 Ax는 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 상면이 수평면에 평행한 상태에서 발바닥 아래쪽에 위치하고 또한 발목 관절의 바로 아래쪽에 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 이 축부 Ax를 스윙시키도록 구성되는 스윙 구동부(32)와 스윙 구동부(32)를 슬라이딩시키도록 구성된 슬라이드 구동부(31)를 채용함으로써 하우징(1) 위의 수직 공간을 줄일 수 있다. 축부 Ax를 전술한 바와 같이 배치함으로써, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)의 각도가 변화하는 동안에 발목 관절 Ja의 위치가 전후 방향으로 이동한다. 그러나 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)의 각도가 변화하는 동안에 발목 관절 Ja는 상하 방향으로 거의 이동되지 않는다. 그러므로, 무게 중심 Pg의 위치는 거의 이동되지 않아서, 사용자는 밸런스를 용이하게 유지할 수 있다. 즉, 밸런스 능력이 낮은 사용자도 용이하게 사용할 수 있는 운동 보조 장치를 얻을 수 있다. 또한, 사용자가 무릎관절 n를 굽힐 필요가 없다. 그러므로, 이 운동 보조 장치는 무릎 관절 Jn에 가하는 부담이 작아서, 무릎 통증이 있는 사용자도 사용할 수 있다.
전술한 구성예에서는, 슬라이드 구동부(31)와 스윙 구동부(32)를 1개의 구동원으로 구동하며, 이 구동원은 모터(30)이다. 그러나, 슬라이드 구동부(31)를 구동시키는 구동원과는 상이한 구동원에 의해 구동되는 스윙 구동부(32)를 채용할 수도 있다. 슬라이드 구동부(31)와 스윙 구동부(32) 각각에 구동원 채용함으로써 슬라이드 구동부(31)의 구성의 자유도를 높일 수 있다. 예를 들면, 왼발 지지대(2a) 및 스윙 구동부(32)를 탑재하도록 구성된 프레임(도시하지 않음)과, 오른발 지지 대(2b) 및 스윙 구동부(32)를 탑재하도록 구성된 프레임(도시하지 않음)을 채용하는 것이 바람직하다. 이 구성예에 따르면, 각각의 프레임은 가이드 레일에 슬라이드딩 가능하게 탑재된다. 이 프레임들은 구동원이 발생하는 구동력에 의해 왕복 이동된다. 모터를 구동원으로 사용하는 경우에, 회전력을 구동원과 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 사이에 개재되는 크랭크 기구에 의해, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)의 왕복 이동으로 변환할 수 있다.
이 구성에 의하면, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)의 슬라이딩에 따라 발목 관절은 상하 방향으로 이동된다. 그러나, 축부는 발목 관절의 바로 아래쪽에 배치되어 있다. 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)보다 축부를 아래쪽에 배치한다는 제약 조건에서는, 발목 관절과 축부 간의 거리를 최소화할 수 있어, 발목 관절의 상하 방향의 변위량을 작게 할 수 있다. 또한, 슬라이드 구동부(31) 및 스윙 구동부(32)를 결합시켜 설계를 간단하게 할 수도 있다. 예를 들면, 슬라이드 구동부(31)로 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)를 슬라이딩시키는 것이 바람직하다. 이 구성예에 따르면, 왼발 지지대(2a) 와 오른발 지지대(2b)는 각각, 축부로서 작용하는 회전축을 구비한다. 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)의 축부의 주위에서의 각도를 변화시키는 가이드가 설치된다. 이 가이드는 스윙 구동부(32)에 의해 사용된다. 이 가이드는 제3 실시예에서 설명한 바와 같이 캠홈(cam groove)과 가이드바(guide bar)의 관계와 동일한 구성으로 이루어진다는 것에 유의하기 바란다.
로터축은 발목 관절의 바로 아래쪽이 아니고 그로부터 더 떨어진 곳에 배치하여, 발목 관절의 상하 방향의 변위량을 증대시켜, 사용자의 밸런스 기능의 훈련에 이 운동 보조 장치를 효과적으로 사용할 수 있다. 즉, 도 11에 나타낸 바와 같이, 축부 Ax가 발바닥 아래쪽이고 또한 발목 관절 Ja 바로 아래쪽 부분보다 전방 부분에 배치되도록, 로터축을 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)보다 아래쪽에 배치한다. 이에 반해, 도 12에 나타낸 바와 같이, 축부 Ax가 발바닥 아래쪽이고 또한 발목 관절 Ja 바로 아래쪽 부분보다 후방 부분에 배치되도록, 로터축을 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)보다 아래쪽에 배치한다. 이 구성에 의하면, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)가 축부 Ax의 주위에서 스윙할 때, 상하 방향에서의 발목 관절 Ja의 변위량을 증대시킬 수 있다.
도 11 및 도 12에 나타낸 구성예에서는, 발목 관절 Ja의 바로 아래쪽 부분보다 전방에 로터축의 축부 Ax를 각각 배치한다. 왼발 지지대(2a)가 가동 범위의 전단에 위치할 때, 축부는 스윙되어 뒤꿈치가 발끝보다 높이 위치하도록 들어올린다. 오른발 지지대(2b)가 가동 범위의 전단에 위치할 때, 축부는 스윙되어 뒤꿈치가 발끝보다 높이 위치하도록 들어올린다. 이에 반해, 왼발 지지대(2a)가 가동 범위의 후단에 위치할 때, 축부는 스윙되어 발끝이 뒤꿈치보다 높이 위치하도록 들어올린다. 오른발 지지대(2b)가 가동 범위의 후단에 위치할 때, 축부는 스윙되어 발끝이 뒤꿈치보다 높이 위치하도록 들어올린다.
상기한 동작에 의해 좌우 발이 전후 방향으로 이격되어 위치할 때, 좌우 발이 상하 방향으로도 이격되어 위치한다. 그러므로, 왼쪽 발목 관절의 높이는 오른쪽 발목 관절의 높이와 상이하므로, 고저차(vertical interval)이 있다. 이 고저 차는 무릎 관절, 고관절, 및 상체의 근육에 의해 밸런스를 유지하도록 반사를 일으켜서, 고저차가 근육을 자극한다. 이 시뮬레이션은 무릎 관절 주위, 고관절 주위, 및 허리 뒤쪽 등(lower back) 주의의 근육을 훈련시킨다. 오른발 지지대와 오른발 지지대 각각의 슬라이딩 방향은 전후 방향과 45도의 각도를 이룬다. 그러므로, 발목 관절은 사용자의 무릎 관절과는 별개로 굴신된다. 그 결과, 다리 안쪽 및 다른 바깥쪽의 근육이 자극된다.
전술한 경우는, 로터축(43b)의 축 방향이 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 중 대응하는 지지대의 대표점이 슬라이딩 이동하는 방향과 직교하도록 배향되어 있는 것으로 설명한다. 이들 방향이 직각 이외의 각도를 이루도록 교차시켜 하는 경우, 평기어(42, 43) 대신에 스큐 웜기어(skew worm gear) 또는 베벨 bevel gear)를 사용할 수도 있다.
또한, 유니버설 후크 조인트(universal hook joint)를 사용하여 슬라이드 구동부(31)와 스윙 구동부(32) 사이를 원하는 각도로 구동 연결하는 것도 마찬가지로 가능하다. 유니버설 후크 조인트를 사용하는 경우에는, 왼발 지지대(2a)를 슬라이드 구동부(31) 및 스윙 구동부(32)와 하나의 블록으로 통합한다. 또한 마찬가지로
오른발 지지대(2b)를 슬라이드 구동부(31) 및 스윙 구동부(32)와 하나의 블록으로 통합한다. 그러면, 이 2개의 블록은 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각의 대표점의 슬라이드 이동 방향이 하우징(1)의 전후 방향에 대하여 경사지는 각도를 개별적으로 조절 가능하게 된다.
예를 들면, 각 블록의 후단부를 수평면 내에서 스윙 가능하도록 피봇 핀(pivot pin)에 의해 하우징(1)에 결합하고, 래치핀(latech pin)을 설치하여 블록의 회전 중심으로부터 일정거리에 있는 복수의 구멍 중 하나에 선택적으로 결합(engage)한다. 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 중 대응하는 지지대 각각을 따른 복수의 슬라이드 이동 방향 중 하나를 선택할 수 있다. 이 경우에, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각은 이동 경로를 일직선으로 슬라이딩 이동한다. 따라서, 전후 방향에 대하여 이동 경로의 각도를 조정할 수 있다. 때문에, 각 블록은 피봇핀, 래치핀, 및 구멍들과 함께 이동 방향 결정 기구를 실현한다.
슬라이드 구동부(31)와 스윙 구동부(32)가 유니버설 후크 조인트에 의해 서로 결합되어 있기 때문에, 로터축(43b)에 직교하는 스윙면이 하우징(1)의 전후 방향에 대하여 경사지는 각도를 5°내지 15°범위로 유지하면서도, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각의 슬라이딩 이동 방향을 넓은 범위에 걸쳐 조정할 수 있다. 예를 들면, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각의 슬라이딩 이동 방향이 하우징(1)의 전후 방향에 대하여 경사지는 각도를 5°내지 45°로 할 수 있다(왼발 지지대(2a)에 대하여는 반시계 방향의 각도이고, 오른발 지지대(2b)에 대하여는 시계 방향의 각도임).
예를 들면, 전후 방향에 대하여 5°내지 15°로 배향되는 슬라이딩 이동 방향은, 사용자가 다리 근육을 이완시킨 상태로 서있는 자세에서 무릎 관절이나 발목 관절을 굴신시키는 방향과 정렬된다. 그러므로, 무릎 관절과 발목 관절에 작용하는 부하를 적게 하면서, 다리 근육을 신축할 수 있다. 또한, 전후 방향과 슬라이딩 이동 방향의 각도를 45도로 조절함으로써 도로 설정하면, 내전근(adducent muscle)과 외전근(abducent)을 자극할 수 있다.
또한, 왼발 지지대(2a)의 대표점이 가동 범위의 전단에 위치될 때, 오른발 지지대(2b)의 대표점은 가동 범위의 후단에 위치된다. 한편, 오른발 지지대(2b)의 대표점이 가동 범위의 전단에 위치될 때, 왼발 지지대(2a)의 대표점은 가동 범위의 후단에 위치된다. 즉, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)는 서로 역위상 관계로 구동되도록 설계된다. 이 구성에 의해 사용자의 무게 중심의 전후 방향에서의 이동을 감소시킬 수 있다. 그러므로, 밸런스 기능이 쇠퇴한 사용자도 이 운동 보조 장치를 사용할 수 있다.
전술한 실시예에서는, 슬라이드 구동부(31)와 스윙 구동부(32)를 동일한 주기로 동작하도록 구성하는 것을 예시하지만, 이들을 상이한 주기로 동작하도록 구성할 수도 있다. 이렇게 구성하는 경우, 운동 보조 장치는 통상의 보행과는 상이한 불규칙한 움직임을 제공하여 복잡한 움직임의 훈련이 가능하게 된다. 또한, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)의 위치가 동시에 변화하도록, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)는 연동하여 이동된다. 그러나, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 중 하나만 전술한 바와 같이 이동시킬 수도 있다. 이 경우에, 한쪽 다리를 부상한 사용자는 왼발 지지대(2a)나 오른발 지지대(2b) 둘 중 하나만을 구동시켜 다른 부상하지 않은 다리를 운동하는 데 이 운동 보조 장치를 사용할 수 있다.
또한, 이 운동 보조 장치는 선 자세로 사용되도록 설계되어 있다. 그러나, 밸런스 기능이 보다 약한 사용자는 의자 또는 휠체어에 착석하여 운동 보조 장치를 사용할 수 있다. 또한 , 밸런스 기능이 보다 약한 사용자는 리프팅 슬링(lifting sling)을 사용하여 상체를 지지받은 상태(lifted)에서 운동 보조 장치를 사용할 수도 있다. 사용자가 상체를 지지받은 상태로 이 운동 보조 장치를 사용하는 경우, 사용자의 자체 중량은 부하로서 거의 작용하지 않는다. 그러나, 사용자는 낮은 부하 상태로 운동 보조 장치를 사용할 수 있다. 그러므로, 운동 보조 장치는 다양한 신체 조건의 사용자가 사용할 수 있도록 구성 가능하다. 사용자가 의자에 착석하여 운동 보조 장치를 사용하는 경우, 의자의 높이를 변화시킴으로써 부하의 정도를 조절하는 것이 가능하다. 그러므로, 사용자의 체력에 따라 부하의 정도를 조절하도로구 구성되는 운동 보조 장치를 얻을 수 있다. 또한, 사용자가 리프팅 슬링에 의해 지지받은 상태로 이 운동 보조 장치를 사용하는 경우, 리프팅 슬링은 사용자가 밸런스를 잃어 거의 넘어질 것 같은 때에만 사용자의 신체를 지지하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 밸런스 기능의 퇴화로 인해 밸런스를 상실한 사용자 또는 근력을 상실한 사용자에게 적합한 운동 보조 장치를 얻을 수 있다.
또한, 사용자가 운동 보조 장치를 사용하여 다리 근육을 자극하는 경우에는, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)가 상하 방향 및 좌우 방향으로 이동하게 구동되도록 하우징(1)을 배치할 수 있다. 그 결과, 사용자는 운동 보조 장치를 누운 자세로 사용할 수 있다. 이 경우, 사용자의 체중은 부하로서 작용하지 않는다. 따라서, 병원 침대에 누운 입원 환자도 이 운동 보조 장치를 사용할 수 있다. 그러므로, 전술한 배치의 운동 보조 장치에 의해 병원 침대에 누운 입원 환자가 다리 근력의 저하 또는 다리의 충혈(blood stasis)을 방지하는 것이 가능해진다. 또한, 전술한 배치의 운동 보조 장치에 의해 병원 침대에 누운 입원 환자가 등의 위치를 변화시킴으로써 욕창(bedsore)을 방지하는 것이 가능해진다.
(제3 실시예)
본 실시예는 슬라이드 구동부(31) 및 스윙 구동부(32)의 구성을 제외하고는 기본적으로 제1 실시예와 동일하다. 즉, 도 13에 나타낸 바와 같이, 스윙 구동부(32)는 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각의 좌우 양쪽에 달려있는 한 쌍의 측판(22)을 포함한다. 각 측판(22)에는 측판(22)을 좌우 방향으로 통하여 연장되는 캠 홈(23)이 형성되어 있다. 하우징(1)에는 2개의 가이드 바(24)가 고정되어 캠 홈(23)을 통과하여 연장된다. 슬라이드 구동부(31)는, 제2 실시예와 동일한 구성으로, 라우터(33)로부터의 회전력을 받는 편심 로터(34)와, 일단부가 편심 로터(34)에 결합되고 타단부가 크랭크축(35b)에 의해 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 중 대응하는 지지대에 결합되는 크랭크 로드(35)를 가진다.
캠홈(23)은, 양단부가 중앙부보다 아래쪽에 위치하는 역V자형이다. 2개의 가이드바(24)는 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)에 작용하는 부하를 지탱하도록 설치된다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 슬라이드 구동부(31)에 의해 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각이 슬라이딩 이동할 때는, 캠홈(23)의 중앙부가 양단부보다 위쪽에 위치하기 때문에, 각 발 지지대가 전단에 위치할 때는 발끝이 뒤꿈치보다 아래쪽에 위치하도록 각 발 지지대의 상면 각도가 변화하고, 각 발 지지대가 후단에 위치할 때는 뒤꿈치가 발끝보다 아래쪽에 위치하도록 각 발 지지대의 상면 각도 가 변화한다.
캠홈(23)의 형상(contour)에 따라 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 상면 각도의 변화를 결정하므로, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 각각에 대하여 슬라이딩의 이동 경로에 따른 위치와 상하 방향의 변위와의 관계를 적당히 부여하는 것이 용이하다. 또한, 전술한 구성에 의해 전용 축(dedicated axis)의 주위에서 발 지지대를 구동할 필요없이 각 발 지지대가 스윙 가능하여, 발목 관절의 각도의 변화 패턴의 설계 유연성을 높일 수 있다.
역V자형 캠홈(23) 대신에 V자형 캠홈(23)이 있는 측판(22)을 사용하면, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 중 대응하는 지지대가 슬라이딩 이동 범위의 전단에 위치할 때는 발끝이 뒤꿈치보다 위쪽에 위치하고, 슬라이딩 이동 범위의 후단에 위치할 때 뒤꿈치가 발끝보다 위쪽에 위치한다. 도 13은, 전후 방향을 따라 발 위치가 변화하는 보행과는 상이한 패턴으로 발목 관절의 각도가 변화하는 구성을 나타내지만, 캠홈(23)의 형상을 적당히 변경하여 발목 관절의 각도가 변화는 패턴을 보행 시와 동일하게 할 수 있다.
도시한 실시예의 캠홈(23)은, 가이드 바(24)가 통과하여 연장되는 슬롯의 형태이다. 그러나, 측판(22)에는 캠홈(23) 없이 캠면(cam face)만을 채용할 수도 있다. 이 구성에 의하면, 상하 방향의 치수를 줄여 하우징(1)의 박형화(low-profile structure)를 실현할 수 있다.
본 실시예는 스윙 구동부(32)의 구성을 제외하고는 제2 실시예와 동일하기 때문에, 동일한 구성에 대한 설명을 생략한다.
(제4 실시예)
전술한 실시예에서, 슬라이드 구동부(31)는 하우징(1)에 대하여 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)를 슬라이딩 이동시키도록 구성된다. 그러나,
왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)가 슬라이드 구동부(31)에 의해 슬라이딩되도록 구동되지 않고, 스윙 구동부(32)에 의해 구동되도록 할 수도 있다. 즉, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)가 하우징(1)에 대하여 스윙하게 구동되도록 구성되고, 하우징(1)에 대하여 슬라이딩하게 구동되도록 구성되지 않는다.
도 15는 구동 유닛(3)의 개략 구성을 나타낸다. 구동원으로 작용하는 모터(30)의 출력축(30a)은 원추 기어(conical gear)(33c)에 결합된다. 원추 기어(33c)는 2개의 피니언(33d)과 맞물린다. 즉, 원추 기어(33c)와 피니언(33d)과 함께 라우터(33)를 구성한다. 라우터(33)의 피니언(33d)들은 각각, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)의 축부로서 작용하는 로터축(43c)에 결합된다.
원추 기어(33c)는 피니언(33d)과 맞물림점(meshing point)에 맞물린다. 맞물림점은 위상차가 180도가 되도록 설정된다. 그러므로, 오른발 지지대(2b)에 대한 왼발 지지대(2a)의 경사 각도는 위상차가 180도이다. 즉, 왼발 지지대(2a)의 선단이 가동 범위의 최하단에 위치할 때, 오른발 지지대(2b)는 가동 범위의 최상단에 위치한다. 이에 반해, 오른발 지지대(2b)에 대한 왼발 지지대(2a)의 경사 각도는 위상차가 180도이다. 즉, 왼발 지지대(2a)의 선단이 가동 범위의 최상단에 위치할 때, 오른발 지지대(2b)는 가동 범위의 최하단에 위치한다. 아래로부터 위로 또는 위로부터 아래로의 왼발 지지대(2a)의 이동 방향은, 모터(30)의 회전 방향에 의해 전환한다. 요컨대, 운동 보조 장치는 도시하지 않은 센서 및 제어기를 더 포함한다. 센서는 모터(30)의 회전 각도 또는 왼발 지지대(2a)와 왼발 지지대(2b)의 위치 중 적어도 하나를 감지하도록 구성된다. 제어기는 적당한 각도 범위에서 왼발 지지대(2a)와 왼발 지지대(2b)의 각도가 변화하도록, 모터(30)의 회전 방향을 제어한다.
양쪽의 로터축(43c)은 사용자의 좌우 방향으로 대하여 10도의 각도를 이루도록 배치된다. 따라서, 사용자의 발이 로터축(43c)에 직교하는 방향을 향하도록 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)에 위치 결정 수단(21)(도 3참조)을 설치하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 사용자의 왼발 발끝은 왼발 뒤꿈치보다 좌측에 위치한다. 사용자의 오른발 발끝은 오른발 뒤꿈치보다 우측에 위치한다. 다시 말해, 사용자는 위치 결정 수단(21)에 발을 놓음으로써 다리들 간의 각도가 20도인 상태로 설 수 있고, 따라서 자연스럽게 선 자세를 취할 수 있다. 그 결과, 사용자의 발목 관절 및 무릎 관절이 비틀릴 가능성이 없다. 왼발 지지대(2a)는 오른발 지지대(2b)와 고관절 간의 거리와 거의 같은 거리로 좌우 방향으로 떨어져 있는 것이 더욱 바람직하다. 따라서, 고관절에 의해 생기는 전단력을 감소시킬 수 있다.
그런데, 도시한 실시예에서는, 축 Ax를 규정하는 로터축(43c)은 발목 관절의 바로 아래쪽의 전방에 위치한다. 그러므로, 도 12에 나타낸 바와 같이, 발목 관절의 스윙에 따라 발목 관절이 이동되어 상하 방향의 위치가 변화한다. 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)는 슬라이딩하도록 구성되어 있지 않기 때문에, 하우징(1)의 상면 내에서의 좌우 발의 위치는 변하지 않는다. 그러나, 발목 관절의 스 윙에 의해 발목 관절의 높이가 변화한다. 그 결과, 제1 실시예와 마찬가지로, 무릎 관절 주위의 근육, 고관절 주위의 근육, 및 허리 뒤쪽 등 주위의 근육을 자극할 수 있다. 본 실시예의 운동 보조 장치는 슬라이드 구동부(31)를 채용하지 않는 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일하다.
(제5 실시예)
제4 실시예의 운동 보조 장치에서, 로터축(34c)은 발목 관절의 바로 아래보다 전방에 위치하도록 배치되어, 상하 방향을 따라 발목 관절이 크게 이동한다. ㅇ이에 반해, 도 16에 나타낸 바와 같이, 로터축(43d)을 상하 방향으로 변위시키는 구성을 채용할 수 있다. 이 구성에 의해, 상하 방향으로의 발목 관절의 변위량을 더욱 증대시킬 수 있다.
도시한 실시예에서는, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각의 로터축(43d)은 발목 관절의 바로 아래보다 전방 위치에 고정되어 있다. 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각의 후단는 가이드축(46)이 고정되어 있다. 로터축(43d)의 양단부는 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각의 양측에서 돌출되어 연장되고, 따라서 베어링(45)을 구비한 가이드 슬릿(45a)을 지나 연장된다. 그러므로, 가이드축(46)의 양단부는, 왼발 지지대(2a)과 오른발 지지대(2b) 각각의 양측에서 돌출되고, 홀더(47)의 슬라이드 슬릿(47a)에 의해 유지된다. 슬라이드 슬릿(47a)은, 가이드축(46)이 상하로 이동할 수 있도록 곡선형(curved shape)으로 형성된다. 즉, 슬라이드 슬릿(47a)은 상하 방향의 중간부와 양단부를 가지도록 만곡되어 있다. 베어링(45)과 슬라이드 슬릿(47a) 사이의 거리는 베어링(45)과 슬라이드 슬릿(47a)의 양단부 사이의 거리보다 크다.
가이드축(46)을 슬라이드 슬릿(47)에 따라 상하 방향으로 이동시키기 위하여, 각 크랭크 로드(48)의 일단부는 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)에 결합되고, 타단부는 도시하지 않은 모터에 의해 양방향 중 어느 한 방향으로(either of opposite direction) 회전하도록 원반형으로 형성된 편심 로터(49)에 결합된다. 편심 로터(49)를 크랭크 로드(48)에 장착하는 위치는, 편심 로터(49)의 중심으로부터 이격되어 있다. 편심 로터(49)가 양 방향 중 어느 한 방향으로 회전하면, 크랭크 로드(48)의 일단부의 슬라이드 슬릿(47) 중의 위치가 변화한다.
그러나, 크랭크 로드(48)의 일단부가 편심 로터(49)의 회전에 따라 최하단 위치에 최상단 위치로 끌어 올려지면, 가이드축(46)을 끌어올리는 힘을 작용시킬 필요가 있다. 그러므로, 도시한 실시예에서, 왼발 지지대(2a)의 하면은 편심캠(50)과 접촉된다. 오른발 지지대(2b)의 하면은 편심캠(50)과 접촉된다. 편심 로터(49)의 회전에 의해 편심 캠(50)이 회전된다. 편심 로터(49)는 도시하지 않은 연결 로드(connection rod)에 의해 편심캠(50)에 결합된다. 왼발 지지대(2a)는, 크랭크 로드(48)의 편심 로터(49)에 결합된 일단부가 상단에 위치할 때, 편심 캠(50)에 의해 밀어 올려진다. 오른발 지지대(2b)는, 크랭크 로드(48)의 편심 로터(49)에 결합된 일단부가 상단에 위치할 때, 편심 캠(50)에 의해 밀어 올려진다. 즉, 편심 로터(9)는 연결 로드에 의해 편심캠(50)에 결합된다. 편심 로터(49)는 편심캠(50)과 연동하여 회전된다.
이 구성에서, 연동 방식은 뒤꿈치가 발끝보다 아래쪽에 위치할 때, 로터 축(43d)이 가동 범위의 하단에 위치하도록 구성되고, 발꿈치가 발끝보다 위쪽에 위치할 때, 로터축(43d)이 가동 범위의 상단에 위치하도록 구성된다. 따라서, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)를 로터축(43d)의 주위에 단지 스윙시키는 경우와 비교하면, 이 구성은 상하 방향에서의 발목 관절의 이동을 크게 할 수 있다. 발목 관절의 상하 이동을 크면 무릎 관절, 고관절, 및 상체의 근육에 많이 자극을 가한다. 그러므로, 훈련 효과를 높일 수 있다. 다른 구성 및 동작은 제1 실시예와 같다.
전술한 각 실시예에서, 운동 보조 장치는 각각 로터축(43)의 추위를 축부를 중심으로 하여 스윙하는 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)를 포함한다. 그러나, 축부만으로 사용자의 체중을 지지하는 경우, 축부에는 큰 부하가 작용한다. 따라서, 강도가 높은 축부와 베어링을 채용할 필요가 있다. 그러므로, 왼발 지지대(2a)와 하우징(1) 사이에 배치되어 사용자의 체중의 일부를 받는 보조 스프링(51)을 채용하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 오른발 지지대(2b)와 하우징(1) 사이에 배치되어 사용자의 체중의 일부를 받는 보조 스프링(51)을 채용하는 것이 바람직하다.
도시한 실시예에서는, 보조 스프링(51)을 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각의 전방에 배치되어 있다. 보조 스프링(51)은 압축용이며, 자연 길이보다 압축된 상태로 장착되어 있다. 또한, 보조 스프링(51)은 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)의 상면을 수평으로 유지하는 스프링 바이어스(spring bias)를 생성하도록 구성된다. 따라서, 축부는 상 방향의 힘을 일정하게 받는다. 그러므 로, 스프링 바이어스는 사용자의 체중에 의해 발생하고 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)에 작용하는 부하를 경감시킨다. 따라서, 스프링 바이어스는 축부에 작용하는 부하를 감소시킨다. 즉, 보조 스프링(51)에 의해 저강도의 축부 및 베어링를 채용하는 것이 가능하게 된다.
도 17에서, 운동 보조 장치는 로터(52)를 포함한다. 이 로터(52)는 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)를 스윙시키기 위해, 구동력으로서 규정된 모터의 회전력 받은 때 회전 방향 중 어느 한 방향으로 회전하도록 구성된다.
왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각에는 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)의 길이 방향을 따라 연장되는 가이드 슬릿(53)이 형성되어 있다. 가이드 슬릿(53)은 로터(52)에 대해 돌출되어 있는 슬라이드핀(52a)을 수용하도록 구성된다. 로터(52)는 발의 폭방향을 따라 연장되는 중심축의 주위에 회전하도록 구성된다. 슬라이드 핀(52a)은 로터(52)의 중심축을 따라 돌출되어 있다.
로터(52)는 회전 중심의 위쪽에 사용자의 체중이 위치되는 상태에서 회전된다. 도 17 (a)의 오른쪽이 운동 보조 장치의 전방을 나타낸다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 슬라이드 핀(52a)이 이동되어 로터(52)의 중심축보다 후방에 위치할 때, 사용자의 체중에 의해 왼발 지지대(2a)를 슬라이드핀(52a)의 주위에 회전시키고 사용자의 발끝을 아래쪽으로 향하게 하는 회전력이 발생한다. 마찬가지로, 슬라이드 핀(52a)이 이동되어 로터(52)의 중심축보다 후방에 위치할 때, 사용자의 체중에 의해 오른발 지지대(2b)를 슬라이드핀(52a)의 주위에 회전시키고 사용자의 발끝을 아래쪽으로 향하게 하는 회전력이 발생한다. 도 17 (b)에 나타낸 바와 같이, 슬라이드 핀(52a)이 이동되어 로터(52)의 중심축보다 전방에 위치할 때, 사용자의 체중에 의해 왼발 지지대(2a)를 슬라이드핀(52a)의 주위에 회전시키고 사용자의 뒤꿈치를 아래쪽으로 향하게 하는 회전력이 발생한다. 마찬가지로, 슬라이드 핀(52a)이 이동되어 로터(52)의 중심축보다 전방에 위치할 때, 사용자의 체중에 의해 오른발 지지대(2b)를 슬라이드핀(52a)의 주위에 회전시키고 사용자의 뒤꿈치를 아래쪽으로 향하게 하는 회전력이 발생한다.
이 경우에, 보조 스프링(51)이 왼발 지지대(2a)의 전단부와 후단부에 장착된다. 그러므로, 왼발 지지대(2a)는 슬라이드 핀(52a)의 주위에서 각도를 임의로 변화시키는 스윙이 가능해진다. 보조 스프링(51)은 지지대(2b)의 전단부와 후단부에 각각 장착된다. 그러므로, 오른발 지지대(2b)는 슬라이드핀(52a)의 주위에서 각도를 임의로 변화시키는 스윙이 가능해진다. 그러므로, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)의 경사가 미리 결정된 각도보다 큰 경사 각도가 되는 것을 금지하도록 구성되는 스토퍼(stopper)를 채용하는 것이 바람직하다.
전술한 실시예에서, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각의 상면은 평면이다. 그러나, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)의 상면은 반드시 평면일 필요는 없다.
예를 들면, 도 18에 나타낸 바와 같이 각각 원기둥형으로 형성된 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)를 채용할 수도 있다. 이 구성에 따르면, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 각각의 스윙 중심은 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 상면 각도를 변화시키는 축부와 일치(align)된다. 이 구성에 의하면, 왼 발 지지대(2a)의 대표점이 슬라이딩할 때, 왼발 지지대(2a)의 회전에 따라 발바닥과 왼발 지지대(2a)의 접촉 위치가 변화된다. 그러므로, 왼발 지지대(2a)의 상면 각도가 변화된다. 마찬가지로, 오른발 지지대(2b)의 대표점이 슬라이딩할 때, 오른발 지지대(2b)의 회전에 따라 발바닥과 오른발 지지대(2b))의 접촉 위치가 변화된다. 그러므로, 오른발 지지대(2b)의 상면 각도가 변화된다. 이때, 발바닥 부분에 작용하는 부하가 변화된다. 그러므로, 무릎 관절의 각도가 변화된다. 그 결과, 제1 실시예와 동일한 효과를 기대할 수 있다. 또한, 부하가 작용하는 위치의 변화에 따라, 발바닥의 반사점(reflex point)이 자극된다. 또한, 발바닥 전부가 아니라 발바닥 일부가 사용자의 체중을 받기 때문에, 밸런스를 유지하기 위하여 사용자는 발가락 근육의 일부를 사용할 필요가 있다. 그 결과, 발가락 근육과 관련된 근육이 강화되어, 차는 힘이 증강된다. 또한, 전술한 실시예에 비해 밸런스 유지의 난이도가 증가하므로, 밸런스를 유지하기 위한 허리 뒤쪽 근육과 같은 근육 및 신경계가 훈련된다.
왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)를 원기둥형으로 하는 대신에 도 19에 나타낸 바와 같이, 각각 구형으로 형성된 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)를 채용할 수도 있다. 구형의 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)를 원기둥형의 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)와 마찬가지로 동작시키면, 발바닥과 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 접촉 면적이 줄어든다. 그러므로, 고도의 밸런스 훈련이 가능하다.
전술한 실시예에서는, 1개의 모터(30)를 채용하여 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)를 슬라이딩시키고, 동시에 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)의 상면 각도를 변화시킨다는 것에 유의하기 바란다. 그러나, 라우터(33)는 대신에 2개의 모터를 사용하여 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)를 개별적으로 이동시킬 수도 있다. 슬라이드 구동부(31)와 스윙 구동부(32)에 대하여 별개의 모터를 채용할 수 있다. 이 구성을 채용하는 경우에는, 두 모터를 연동하여 동작시키기 위한 제어기를 채용할 필요가 있다. 또한, 모터는 회전모터로 한정되지 않는다. 선형 모터도 모터로서 채용할 수 있다.

Claims (11)

  1. 사용자의 왼발과 오른발을 지탱하도록 구성된 왼발 지지대와 오른발 지지대;
    상기 오른발 지지대와 상기 왼발 지지대 중 적어도 하나를 변위시키도록 구성된 구동 유닛; 및
    상기 왼발 지지대, 상기 오른발 지지대, 및 상기 구동 유닛을 탑재하는 프레임
    을 포함하고,
    상기 왼발 지지대와 상기 오른발 지지대는 각각, 발이 놓이는 발 위치를 규정하도록 구성되며,
    상기 구동 유닛은, 상기 프레임에 대하여 상기 왼발 지지대와 상기 오른발 지지대 중 적어도 하나의 상면의 각도를 변화시켜 발목 관절의 각도를 변화시키도록 구성된 스윙 구동부(swing drive)를 포함하는, 운동 보조 장치.
  2. 사용자의 왼발과 오른발을 각각 지탱하도록 구성된 왼발 지지대와 오른발 지지대;
    상기 오른발 지지대와 상기 왼발 지지대 중 적어도 하나를 변위시키도록 구성된 구동 유닛; 및
    상기 왼발 지지대, 상기 오른발 지지대, 및 상기 구동 유닛을 탑재하는 프레임
    을 포함하고,
    상기 왼발 지지대와 상기 오른발 지지대는 각각, 발이 놓이는 발 위치를 규정하도록 구성되며,
    상기 구동 유닛은, 상기 프레임 측면에 형성된(defined) 이동면을 따라 상기 왼발 지지대 및 상기 오른발 지지대를 슬라이딩시키도록 구성된 슬라이드 구동부(slide drive), 및 상기 프레임의 상면에 대하여 상기 왼발 지지대와 상기 오른발 지지대 중 적어도 하나의 상면의 각도를 변화시켜 발목 관절의 각도를 변화시키도록 구성된 스윙 구동부(swing drive)를 포함하는, 운동 보조 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스윙 구동부는, 상기 왼발 지지대와 상기 오른발 지지대 중 적어도 하나를 미리 결정된 축부(axle)의 주위에 스윙시켜, 상기 프레임의 상면에 대하여 상면 각도를 변화시키도록 구성되어 있고,
    상기 축부는 그 축이 발목 관절을 통과하여 연장되도록 위치되어 있는, 운동 보조 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스윙 구동부는, 상기 왼발 지지대와 상기 오른발 지지대 중 적어도 하나를 미리 결정된 축부의 주위에 스윙시켜, 상기 프레임의 상면에 대하여 상면 각도를 변화시키도록 구성되어 있고,
    상기 축부는 발목 관절의 바로 아래쪽에 위치되어 있는, 운동 보조 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스윙 구동부는, 상기 왼발 지지대와 상기 오른발 지지대 중 적어도 하나를 미리 결정된 축부의 주위에 스윙시켜, 상기 프레임의 상면에 대하여 상면 각도를 변화시키도록 구성되어 있고,
    상기 축부는 발바닥보다 아래쪽에 위치되어 있고 발목 관절에 대하여 전방 또는 후방으로 오프셋(offset)되어 있는, 운동 보조 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스윙 구동부는, 상기 왼발 지지대와 상기 오른발 지지대 중 적어도 하나를 미리 결정된 축부의 주위에 스윙시켜, 상기 프레임의 상면에 대하여 상면 각도를 변화시키고, 상기 상면 각도의 변화에 따라 상기 축부의 상하 방향에서의 위치를 변화시키도록 구성되어 있는, 운동 보조 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 발의 위치는, 상기 왼발 지지대에 대하여 사용자의 왼발 뒤꿈치보다 왼쪽에 사용자의 왼발 발끝을 얹고, 상기 오른발 지지대에 대하여 사용자의 오른발 뒤꿈치보다 오른쪽에 사용자의 오른발 발끝을 얹도록 규정되어 있고,
    상기 스윙 구동부는, 상기 규정된 위치에 유지된 사용자의 발의 발목 관절의 주위에서 가동 방향으로 상기 프레임의 상면에 대하여 상기 왼발 지지대와 상기 오 른발 지지대 각각의 상면 각도를 변화시키도록 구성되어 있는, 운동 보조 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 왼발 지지대 및 상기 오른발 지지대는 각각, 사용자의 발이 규정된 위치에 배치되는 것을 도와주는 위치 결정 수단을 구비하는, 운동 보조 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 슬라이드 구동부는, 상기 왼발 지지대와 상기 오른발 지지대를 개별 경로를 따라 각각 전후 방향을 왕복 이동시키면서 상기 왼발 지지대와 상기 오른발 지지대의 대표점(representative point)에 대하여 상기 왼발 지지대와 상기 오른발 지지대 사이의 거리를 변화시키도록 구성되어 있고,
    상기 이동 경로의 전단들 사이의 좌우 방향의 거리는 상기 이동 경로의 후단들 사이의 좌우 방향의 거리와 상이한, 운동 보조 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 슬라이드 구동부는, 전후 방향에 대하여 상기 이동 경로의 각도를 조절하도록 구성된 이동 방향 결정부(moving direction determiner)를 포함하고,
    상기 이동 경로는 직선으로 연장되고, 상기 대표점의 선단과 후단을 연결하는 선에 의해 정해지는, 운동 보조 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 슬라이드 구동부는, 사용자의 무게 중심을 전후 방향에서 일정한 위치에 유지하도록, 상기 왼발 지지대 및 상기 오른발 지지대를 전후 방향을 따라 역 위상 관계로 이동시키도록 구성되어 있는, 운동 보조 장치.
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