KR101138745B1 - 운동 보조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 운동 보조 장치에 관한 것으로서, 운동 보조 장치에 있어서의 시트부의 접촉면 위치의 조절 범위가 사용자의 체격에 의해 규정되어, 사용자의 신장에 관계없이 무릎의 굽힘 각도를 원하는 각도로 하는 조절을 확실하게 행할 수 있다. 시트부(21)는, 사용자 M이 발 받침대(40)의 상면인 발 탑재면에 발을 탑재하고 있는 상태에서 사용자 M의 둔부(臀部)를 지지한다. 시트부(21)는, 모터를 구비하는 시트 구동부(50)에 의해, 사용자 M의 다리부에 작용하는 자중이 변화하도록 변위하게 한다. 시트부(21)는 시트 구동부(50)와 함께 승강 기구부(60)에 의해 승강한다. 승강 기구부(60)에 의한 시트부(21)의 승강 방향은, 상하 방향에 대하여 후방으로 경사지고 또한 사용자의 최소와 최대의 체격으로부터 구해지는 선상으로 규제되어 있다.

운동 보조 장치, 시트부, 발 받침대, 다리부, 승강 기구부, 시트 구동부

Description

운동 보조 장치{EXERCISE ASSISTING APPARATUS}

본 발명은, 사용자의 발을 발 탑재면에 탑재하는 동시에 사용자의 둔부(臀部)를 시트부로 지지한 상태에서 구동원을 사용하여 시트부를 변위시킴으로써 사용자의 다리부에 작용하는 자중(自重)을 변화시키는 타동식(他動式)의 운동 보조 장치에 관한 것이다.

일본공개특허 제2005-58733호 공보(특허 문헌 1)나 일본공개특허 제2007-89650호 공보(특허 문헌 2)에는, 사용자의 발을 발 탑재면에 탑재하는 동시에 시트부를 설치하여 사용자의 둔부를 접촉면에서 지지한 상태에서 시트부를 변위시킴으로써, 무릎의 굽힘과 폄을 거의 행하지 않고 대퇴부의 근육군을 긴장?이완시키는 운동 보조 장치가 개시되어 있다. 이 운동 보조 장치는, 시트부의 위치를 변위시켜, 사용자의 체중 중 시트부에 의해 지지하는 비율을 변화시킴으로써, 다리부에 작용하는 자중을 변화시키고 있다.

이와 같은 동작에 의해, 사용자의 다리부에 전체 체중을 작용하게 하는 경우보다 부하를 경감하는 동시에 무릎의 굽힘과 폄을 거의 수반하지 않고 대퇴부의 근육 수축을 행함으로써, 예를 들면, 당뇨병 환자와 같이 무릎 통증이 있는 사용자라도 대퇴부의 근육군의 강화가 가능해지고, 또한 대퇴부의 근육군은 체적이 크기 때 문에, 근육 수축에 따른 당(糖)의 대사에 의해 생활 습관병의 개선에도 기여하는 것이 기대된다. 또한, 구동원을 사용하여 시트부를 변위시킴으로써, 사용자는 자발적으로 근력을 발휘하지 않고 타동적으로 운동할 수 있으므로, 경부하인 것과 더불어 운동 능력이 낮은 사용자라도 사용하는 것이 가능하게 된다.

그런데, 전술한 구성을 가지는 운동 보조 장치는, 무릎의 굽힘과 폄을 거의 수반하지 않고 다리부에 작용하는 자중의 변화에 의해 대퇴부의 근육군을 긴장?이완시키는 것이므로, 운동을 효과적으로 행하기 위해서는, 무릎의 굽힘 각도가 중요한 요인이 된다. 스쿼트 운동(spuat exercise)으로부터 용이하게 유추(類推)할 수 있는 바와 같이, 무릎의 굽힘 각도에 따라 대퇴부의 근육군에 작용하는 부하가 변화된다. 또한, 무릎 통증을 가지는 사용자에서는 무릎을 어느 정도 굽혔을 때 무릎에 하중이 작용하면 통증을 느끼는 경우가 많아, 이 종류의 사용자라도 사용 가능하게 하기 위해서는 굽힘 각도를 제한하지 않으면 안된다.

현상태에서는, 무릎의 굽힘 각도(실측(實測)은 무릎의 앞면측에서 대퇴부와 종아리부가 이루는 각도)를 140도로 하면, 운동 효과가 높아 무릎 통증이 쉽게 생기지 않는다는 실험 결과를 얻을 수 있어, 이 각도를 적정 각도로 정하고 있다.

특허 문헌 2의 장치에서는, 무릎의 굽힘 각도가 적정 각도로 되도록, 시트부의 위치 조절을 가능하게 하고, 사용자의 신장과 관련된 파라미터의 입력에 의해 시트부의 위치를 자동적으로 조절하는 것이 제안되어 있다. 시트부의 위치 조절은, 상하 방향과 전후 방향 중 적어도 한쪽에 대하여 행해지고, 시트부를 상승시키면 다리 위치로부터의 수평 거리가 커지고, 시트부를 하강시키면 다리 위치로부터 의 수평 거리가 작아진다.

특허 문헌 2에는, 시트부의 위치를 조절함으로써 무릎의 굽힘 각도를 적정 각도로 조절 가능하게 하는 것이 개시되어 있고, 또한 무릎의 굽힘 각도가 적정 각도로 되는 시트부의 위치를 신장과 관련된 파라미터와 관련시키는 것은 개시되어 있지만, 무릎의 굽힘 각도를 원하는 각도로 하기 위해 사용자의 신장에 대하여 시트부의 위치를 어떻게 변화시킬 것인지에 대하여는 이론이 뒷받침되고 있지 않다. 따라서, 특허 문헌 2에 기재된 구성에서는, 무릎의 굽힘 각도를 원하는 각도로 하기 위해, 사용자의 신장과 시트부에 있어서 사용자의 둔부를 지지하는 위치와의 관계에 대하여 어떻게 대응할 것인지에 대하여는 개시되어 있지 않다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 시트부에 있어서 사용자의 둔부를 지지하는 접촉면의 위치와 무릎의 굽힘 각도와 사용자의 신장과의 관계에 이론을 뒷받침함으로써, 시트부 접촉면의 위치 조절 범위를 규정하고, 이것에 의해, 사용자의 신장에 관계없이 무릎의 굽힘 각도를 원하는 각도로 하는 조절을 확실하게 행할 수 있도록 한 운동 보조 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 관한 운동 보조 장치는, 사용자가 규정된 발 탑재면에 발을 탑재하고 있는 상태에서 사용자의 둔부를 접촉면에 의해 지지하는 시트부와, 사용자의 다리부에 작용하는 자중이 변화하도록 구동원을 사용하여 시트부의 위치를 변위시키는 시트 구동부와, 기준 위치에 위치하는 시트부에 사용자가 둔부를 탑재하는 동시에 발 탑재면의 규정 위치에 사용자가 발을 탑재하고 있는 상태에서 사용자의 무릎의 굽힘 각도가 규정된 각도로 되도록 시트부 접촉면의 상하 방향 및 전후 방향의 위치를 조절하는 승강 기구부를 포함한다. 이 승강 기구부는, 시트부의 접촉면의 위치를 조절하는 범위를 상하 방향에 대하여 후방으로 경사지고 또한 사용자의 최소와 최대의 체격으로부터 구해지는 선상으로 규제하도록 구성된다. 그러므로, 시트부 접촉면의 위치 조절 범위를 이론적으로 규정할 수 있어, 결과적으로 사용자의 신장에 관계없이 무릎의 굽힘 각도를 원하는 각도로 하는 조절을 확실하게 행할 수 있게 된다.

상기 승강 기구부는, 정위치(定位置)에 탑재되는 기대(基臺)에 대하여 시트부의 위치를 변위시키는 승강 구동부를 포함하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이 승강 구동부는, 상기 시트부를 상하 방향 및 전후 방향을 포함하는 평면 내에 있어서 상하 방향에 대하여 일정 각도 후방으로 경사진 일직선 상에서 위치를 변화시키도록 구성된다. 이와 같이, 승강 기구부는, 시트부를 일직선 상에서 위치를 변화시킴으로써, 시트부를 직진 이동시키는 간단한 기구로 실현할 수 있다.

상기 승강 구동부는, 상기 기대에 고정된 고정 부재와, 고정 부재에 대하여 상기 일직선 상에서 진퇴(進退) 가능하며 상기 시트부를 지지하는 가동 부재와, 고정 부재에 대하여 가동 부재를 진퇴시키는 구동 모터를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 구동 모터의 구동력을 사용하여 시트부를 승강시킬 수 있고, 사용자가 시트부에 둔부를 지지하고 있는 상태에서도 시트부의 위치를 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 관한 운동 보조 장치를 나타낸 개략 측면도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 관한 운동 보조 장치의 개략 평면도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 관한 운동 보조 장치에 있어서의 동작 원리를 설명하는 도면이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 관한 운동 보조 장치의 분해사시도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 관한 운동 보조 장치에 사용하는 시트 구동부의 분해사시도이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 관한 운동 보조 장치에 사용하는 시트 구동부의 측면도이다.

본 발명의 일실시예에 관한 운동 보조 장치는, 도 1, 도 2에 나타낸 바와 같이, 바닥 등의 정위치에 놓여지는 기대(10)를 가지고, 기대(10) 상에는, 사용자 M의 둔부를 지지하는 시트부(21)를 상단부에 구비한 시트 지지대(20)와, 사용자 M이 필요에 따라 손으로 파지하는 핸들(31)을 상단부에 구비한 핸들 포스트(30)가 설치된다. 기대(10)에 있어서 시트 지지대(20)와 핸들 포스트(30) 사이의 부위에는, 상면을 발 탑재면(40a)으로 하는 발 받침대(40)가 설치되어 있다. 발 받침대(40)는 사용자 M이 발을 발 탑재면(40a)에 탑재함으로써 다리 위치를 규제하는 것이다.

시트 지지대(20)에는, 시트부(21)를 요동(搖動)시키는 시트 구동부(50)와, 시트부(21)와 시트 구동부(50)를 기대(10)에 대하여 승강시키는 승강 기구부(60)가 설치된다. 시트 구동부(50) 및 승강 기구부(60)의 구성에 대하여는 후술한다.

시트 구동부(50)는, 시트부(21)의 접촉면(21a)에 둔부를 탑재하는 동시에 발 받침대(40)의 발 탑재면(40a)에 발을 탑재한 상태의 사용자 M에 대하여, 구동원을 사용하여 시트부(21)를 요동시켜 둔부의 위치를 변화시킴으로써, 사용자 M의 다리에 작용하는 자중을 변화시킨다. 즉, 사용자 M의 체중을 둔부와 다리부에 분산하여 지지하고 있는 상태에서, 둔부의 위치를 변화시킴으로써 둔부에서 지지하는 자중을 증감시켜, 결과적으로 다리부에 작용하는 자중을 변화시킨다.

무릎을 소정 각도만큼 굽히고 있으면, 시트부(21)로 체중을 지지하는 비율이 감소되었을 때, 스쿼트 운동을 행하여 무릎을 굽히고 있을 때와 마찬가지로, 사용자 M의 대퇴부에 작용하는 부하가 증가하여, 대퇴부의 근육군을 근육 수축시키는 것이 가능하게 된다. 즉, 시트부(21)를 구동원에 의해 요동시키면, 사용자 M의 자발적인 연동이 아닌 타동적인 연동에 의해 대퇴부의 근육군이 긴장과 이완을 반복하게 된다. 즉, 시트 구동부(50)가 시트부(21)를 요동시킴으로써, 주로 대퇴부의 근육군의 운동이 가능하게 된다.

시트부(21)의 요동 방향은, 무릎 관절에 전단력(剪斷力)이 작용하지 않도록 설정하여 두는 것이 바람직하다. 사용자 M의 둔부를 시트부(21)의 접촉면(21a)에 의해 지지하고 있는 상태에서, 사용자 M의 다리는, 도 2와 같이, 발가락 앞쪽의 거리가 발뒤꿈치 측의 거리보다 커지는 것이 자연스러운 자세이며, 양 다리 사이의 개방 각도 θ2는 발 받침대(40)에 발을 탑재하는 위치에서 결정할 수 있다. 그래서, 발 받침대(40)에 발을 탑재했을 때의 각 다리의 발뒤꿈치와 발가락 앞을 연결 하는 중심선에 따른 방향에 시트부(21)를 요동시킴으로써, 무릎 관절에 전단력을 작용시키지 않고 연동시키는 것이 가능하게 된다. 즉, 시트부(21)가 요동 범위에 있어서 후단 위치로부터 전방으로 이동할 때, 경사 우측 전방으로 이동하는 기간과 경사 좌측 전방으로 이동하는 기간을 설정함으로써, 무릎 관절에 전단력을 작용시키지 않고 좌우 다리의 대퇴부에 각각 자중을 작용하게 하는 것이 가능하게 된다.

그리고, 도 1에 나타낸 예에서는, 시트부(21)의 상면인 접촉면(21a)은 대략 수평면이지만, 사용자 M의 다리부에 작용하는 자중을 변화시킴으로써 대퇴부의 근육군의 근육 수축을 유발하는 운동이 행해지는 것을 고려하여, 사용자 M의 둔부에 접촉하는 접촉면(21a)은 시트부(21)가 요동하는 방향에서의 전방을 향해 하향 경사져 있는 것이 바람직하다. 즉, 시트부(21)의 전단부로서 사용자 M의 우측 둔부를 지지하는 부위는 경사 우측 전방으로 하향 경사지고, 사용자 M의 좌측 둔부를 지지하는 부위는 경사 좌측 전방으로 하향 경사져 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 형상이면, 시트부(21)가 요동 범위의 후단 위치로부터 전방으로 이동했을 때, 다리부에 작용하는 자중을 증가시키기 쉬워, 연동 효과를 높일 수 있다.

핸들 포스트(30)의 상단부에는, 핸들(31)의 중앙부에 있어서 조작 표시 장치(32)가 설치되고, 조작 표시 장치(32)에 있어서, 시트 구동부(50)나 승강 기구부(60)의 동작에 관한 지시 조작, 또는 운동량의 기준에 관한 표시 등이 행해진다. 그리고, 핸들(31)을 파지하면, 사용자 M의 상체의 위치를 안정시킬 수 있다.

핸들 지지대(20)의 구조에 대하여, 보다 상세하게 설명한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 핸들 지지대(20)는, 기대(10)에 세워 설치된 중공(中空)의 지지부(22) 를 가지고, 지지부(22)의 내부에는 승강 기구부(60)의 하단부가 수납된다. 승강 기구부(60)는, 지지부(22)에 대하여 슬라이드 이동 가능하게 승강하는 승강 베이스(61)를 가지고 있고, 승강 베이스(61)의 상단부에 시트 구동부(50)가 탑재된다. 따라서, 시트 구동부(50)는 시트부(21)와 함께 기대(10)에 대하여 이동 가능하게 된다.

지지부(22)의 중심선은 직선으로서 상하 방향에 대하여 후방으로 경사져 있고(즉, 후방을 향해 상향 경사져 있고), 승강 베이스(61)가 지지부(22) 내를 슬라이드 이동함으로써, 시트부(21)의 접촉면(21a)은, 상하 방향에 대하여 지지부(22)의 중심선에 따른 일직선 상에서 위치 조절이 가능하게 된다. 바꾸어 말하면, 시트부(21)의 접촉면(21a)은, 상하 방향으로 위치를 조절할 수 있는 동시에 전후 방향으로도 위치를 조절할 수 있고, 또한 위쪽에 위치할수록 후방에 위치하게 된다. 지지부(22)의 중심선이 기대(10)에 대하여 이루는 각도에 대하여는 후술한다.

승강 베이스(61)는, 구동 모터(63)를 구비하는 승강 구동부(62)에 의해 승강 구동된다. 승강 구동부(62)로서는, 구동 모터(63)에 더하여, 기대(10)에 고정되는 기둥형의 고정 부재(64)와, 고정 부재(64)와 나사결합되는 볼 나사를 구비한 가동 부재(65)를 구비하고, 구동 모터(63)의 회전을 감속하여 가동 부재(65)를 회전시킴으로써, 가동부재(65)를 고정 부재(64)에 대하여 진퇴시키는 구성을 채용하고 있다. 승강 베이스(61)는, 가동 부재(65)의 상단부에 장착되고, 가동 부재(65)가 고정 부재(64)에 대하여 진퇴함에 따라 승강한다.

승강 베이스(61)는, 시트 구동부(5O)를 탑재하는 대좌(臺座; seating)(61a) 를 구비하고, 대좌(61a)의 하면에는 한쌍의 가이드 판(61b)이 설치되어 있다. 승강 구동부(62)에 있어서의 가동 부재(65)의 상단부는 대좌(61a)의 하면 측에 결합된다. 또한, 각 가이드판(61b)의 외측면에는 롤러(61c)가 장착되어 있고, 지지부(22)의 내측에 설치한 레일부(22a)에 의해 롤러(61c)를 안내함으로써, 승강 베이스(61)를 지지부(22)에 대하여 원활하게 이동시킬 수 있다. 그리고, 고정 부재(64)에 대한 가동 부재(65)의 진퇴량을 검출하는 센서를 설치하고, 센서에 의한 검출값을 표시 조작부(32)로부터의 입력에 따라 지시된 목표값과 일치시키도록 구동 모터(63)의 회전을 제어하는 구성을 구비하고 있지만, 이 구성은 요지는 아니기 때문에 설명을 생략한다.

승강 베이스(61)의 대좌(61a)에는, 통형의 승강 커버(66)가 장착된다. 승강 커버(66)의 하단부는, 승강 구동부(62)가 신축되는 범위에 있어서 지지부(22)의 외측면에 중복되고, 이것에 의해 승강 구동부(62)가 최대로 신장된 상태에서도 승강 베이스(61)가 외부에 노출되지 않도록 되어 있다. 또한, 승강 베이스(61)의 대좌(61a)에는, 천(布)형태의 유연 재료로 형성된 기구부 커버(67)도 장착된다. 기구부 커버(67)는, 대좌(61a)와 시트부(21)와의 사이를 덮는 것에 의해, 시트 구동부(50)의 외부로의 노출을 방지한다.

다음에, 시트 구동부(50)에 대하여, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 시트 구동부(50)는, 승강 베이스(61)의 대좌(61a)와 함께 시트부(21)를 요동시키는 기구를 구성하는 것이며, 대좌(61a)의 상면에 세워설치된 전후 한쌍의 축지지판(51a, 51b)과 축부(52a, 52b)에 의해 축 장착된다. 전후의 축부(52a, 52b)는 동 축 상에 배치되어 있고, 시트 구동부(50)가 축부(52a, 52b)의 주위로 회동함으로써, 시트 구동부(50)와 결합된 시트부(21)의 좌우 방향(도 4에 화살표 N으로 나타낸 방향)의 요동이 가능하게 되어 있다.

시트 구동부(50)는, 전후 한쌍의 프레임판(53a, 53b)을 구비하고, 양 프레임판(53a, 53b)은 좌우 한쌍의 프레임 측판(54a, 54b)을 통하여 결합된다. 양 프레임 측판(54a, 54b)에는, 좌우 방향의 축 주위로 회동하는 전방 링크(55)와 후방 링크(56)와의 하단부가 축부(55a, 56a)에 의해 축 장착되어 있고, 전방 링크(55)와 후방 링크(56)와의 상단부는 축부(55b, 56b)에 의해 베이스판(57)에 축 장착된다. 여기에, 후방 링크(56)의 상단부는 베이스판(57)에 직접 축 장착되는 것이 아니고 시트(57)에 고정된 베어링판(57a)에 축 장착된다.

베이스판(57)의 전단부는 축부(55a)를 중심으로 하는 원호 상을 이동하고, 베이스판(57)의 후단부는 축부(56a)를 중심으로 하는 원호 상을 이동하도록, 베이스판(57)의 이동 범위가 규제되어 있다. 여기서, 후방 링크(56)는 전방 링크(55)보다 긴 치수로 형성되어 있고, 베이스판(57)의 전단부와 후단부와의 회전 반경이 상이한 것에 의해, 베이스판(57)은 전후로 이동함에 따라 상면의 경사 각도를 변화시키게 된다. 구체적으로는, 도 6의 위치를 전후 방향의 이동 범위의 후단 위치로 하면, 전방으로의 이동에 따라 베이스판(57)의 전단부가 후단부에 대하여 상대적으로 하강하여 상면의 경사 각도가 커지게 된다. 역으로, 전단 위치로부터 후방으로 이동할 때는, 베이스판(57)의 전단부가 후단부에 대하여 상대적으로 상승하여 상면의 경사 각도가 작아진다. 즉, 시트부(21)의 전후 방향(도 4에 화살표 X로 나타낸 방향)의 이동이 가능하게 된다. 도 4에는 직선 이동으로서 나타내고 있지만, 실제로는 전후 방향의 경사 각도가 변화하기 때문에, 전후 방향의 직진 이동과 회전 이동을 복합시킨 변위로 된다.

베이스판(61a)에 대하여 베이스판(57)을 요동시키기 위한 구동원인 모터(71)는 양 프레임 측판(54a, 54b)에 의해 지지된다. 또한, 모터(71)는 출력축이 상방향으로 돌출하도록 세로 설치된다. 모터(71)의 출력축에는 웜(worm)(72)이 결합된다. 프레임 측판(54a, 54b)에는 제1 샤프트(73)와 제2 샤프트(74)가 지지되어 있고, 제1 샤프트(73)에는 웜(72)과 서로 맞물리는 웜 휠(75)이 설치된다. 제1 샤프트(73)에는 기어(76)도 설치되고, 기어(76)는 제2 샤프트(74)에 설치된 기어(77)와 서로 맞물린다.

제1 샤프트(73)의 양 단부에는, 제1 샤프트(73)와 함께 회전하는 편심 크랭크(78)가 각각 장착된다. 각 편심 크랭크(78)에는 각각 암 링크(79)의 일단부가 축 장착되고, 각 암 링크(79)의 타단부는 전방 링크(55)의 좌우로 돌출설치된 축핀(55c)에 각각 축 장착된다.

이와 같은 구성에 의해, 모터(71)가 회전하여 제1 샤프트(73)가 회전하면, 편심 크랭크(78) 및 암 링크(79)에 의해 전방 링크(55)가 축부(55a)의 주위에서 전후 방향으로 왕복 이동하고, 베이스판(57)의 앞부분이 축부(55a)의 주위에서 전후 방향(도 4에 화살표 X로 나타낸 방향)으로 요동한다. 또한, 후방 링크(56)가 축부(56a)의 주위에서 회전하므로, 베이스판(57)은 전후 방향의 이동에 따라 상면의 경사 각도가 변화되게 된다.

한편, 제2 샤프트(74)의 일단부에는, 편심핀(74a)이 세워설치되어 있고, 편심핀(74a)에는 편심 로드(80)의 일단부가 축 장착된다. 편심 로드(80)의 타단부는, 대좌(61a)에 장착된 연결 금속부재(81)에 요동 가능하게 연결되어 있다. 핀(74a) 및 편심 로드(80)는, 시트 구동부(50)의 좌우 어느 쪽에 설치해도 된다.

상기한 바와 같은 구성에 의해, 모터(71)가 회전하여 제1 샤프트(73)를 통하여 제2 샤프트(74)가 회전하면, 핀(74a) 및 편심 로드(80)에 의해, 편심핀(74a)의 대좌(61a)에 대한 높이 위치가 변화되어, 결과적으로 베이스판(57)이 축부(52a, 52b)의 주위에서 좌우(도 4에 화살표 N으로 나타낸 방향)로 요동한다.

그리고, 모터(71)에는 직류 브러시레스 모터 등을 사용하고 있고, 구동 모터(63)에도 직류 모터를 사용한다. 여기에, 모터(63)는 프레임판(53a, 53b)과 프레임 측판(54a, 54b)과 대좌(61a)와 베이스판(57)으로 에워싸인 공간에 배치되고, 기어(75~77)도 같은 공간에 배치되어 있으므로, 시트 구동부(50)가 콤팩트하게 되어 있다.

시트 구동부(50)는, 기본적으로는 시트부(21)를 우측 앞쪽 하방과 좌측 앞쪽 하방으로 이동시킨다. 단, 전술한 구성에서는, 기어(76, 77)의 기어비 및 편심 크랭크(78)와 편심핀(74a)과의 위상차를 적당히 설정함으로써, 시트부(21)의 이동 궤적을 V자형(좌우 1회의 왕복 이동의 사이에 전후 2회 왕복)으로 하는 외에, W자형(좌우 1회의 왕복 이동의 사이에 전후 4회 왕복), 8자형(좌우 1회의 왕복 이동의 사이에 전후 2회 왕복으로 후단 위치가 좌우로 치우쳐 있는 궤적) 등으로 할 수 있다.

구동 모터(63) 및 모터(71)의 운전?정지는 조작 표시 장치(32)의 조작에 의해 지시된다. 즉, 조작 표시 장치(32)에는, 모터(71)의 운전?정지의 지시 및 모터(71)의 회전 속도의 지시를 행하는 조작부가 설치되고, 운동 시간이나 운동 강도를 지정할 수 있다. 또한, 무릎의 굽힘 각도가 적정 각도로 되도록, 시트부(21)를 승강시키는 조작부가 설치되어 있다. 조작 표시 장치(32)에 설치된 조작부 및 표시부와, 모터(71) 및 구동 모터(63)의 동작과의 관련은 도시하지 않은 제어 회로부에서 행하고 있다.

그런데, 전술한 운동 보조 장치에서는, 무릎 통증을 가지는 사용자 M이라도 무릎 통증을 느끼는 일 없이 대퇴부의 근육군의 근육 수축을 증진시키기 위해서는, 무릎의 굽힘 각도를 적정 각도로 유지하는 것이 필요하다. 즉, 스쿼트 운동에 있어서 미리 무릎을 소정 각도로 휜 상태에서 대퇴부에 작용하는 자중을 변화시킬 것인지와 같은 운동으로서, 사용시에는 발 받침대(40)에 발을 탑재함으로써 다리의 위치는 고정되고, 또한 대퇴부에 작용하는 부하를 높이려면 무릎 관절과 발 관절을 연직 방향으로 일치시키는 것이 바람직하므로, 이들 제약 조건으로부터, 무릎의 굽힘 각도는 시트부(21)의 위치에 따라 정해지게 된다. 단, 다리부의 치수에는 개인차가 있고, 특히 사용자 M의 신장에 따라 크게 상이하다.

전술한 바와 같이 시트부(21)의 높이 위치는 승강 기구부(60)에 의해 조절 가능하며, 또한 승강 기구부(60)는, 시트부(21)를 기대(10)에 대하여 후방으로 경사지는 일직선 상에서 이동시킴으로써, 시트부(21)의 접촉면(21a)이 위쪽으로 이동할 수록 후방에 위치하도록 조절을 행하고 있다.

승강 기구부(60)가 시트부(21)를 이동시키는 방향에 대하여, 도 3을 참조하여 설명한다. 발을 발 받침대(40)에 둔 상태에서 발 관절 J2와 무릎 관절 J1을 연결하는 직선(즉, 정강이뼈)을 연직 방향으로 일치시키고 있는 것으로 한다. 또한, 다리를 발 받침대(40)에 둔 상태에서 양 다리 사이의 개방 각도 θ2(도 2 참조)는 20도인 것으로 한다. 또한, 무릎의 굽힘 각도를 θ1(도 1 참조), 히프(hip) 관절 J3와 무릎 관절 J1과의 거리를 L1, 발 받침대(40)의 상면으로부터 무릎 관절 J1까지의 거리를 L2, 시트부(21)의 이동 방향이 수평면에 대하여 이루는 각도(즉, 지지부(22)의 중심선이 기대(10)에 대하여 이루는 각도) φ로 한다.

이들 파라미터를 사용하면, 시트부(21)의 접촉면(21a)과 둔부가 접촉하는 위치 P1(체간(體幹)에 있어서의 중심(重心)의 바로 아래와 접촉면(21a)과의 교점)에 대하여, 발 관절 J2와의 수평 거리 X와, 발 받침대(40) 상면으로부터의 높이 Y를 다음 식으로 나타내는 것이 가능하다.

그리고, L3는 위치 P1과 히프 관절 J3와의 거리이다. 예를 들면, 사용자 M의 신장을 140~170cm의 범위로 하면, 거리 L1, L2에 표준값을 적용함으로써, 연산에 의해 각도를 구하는 것이 가능하게 된다. 즉, 체격의 차이에 의한 거리 L1, L2의 차분을 각각 ΔL1, ΔL2로 하고, 체격의 차이의 최대값과 최소값을 적용하면 각도 φ를 구할 수 있다.

최소의 체격값으로서 65세~79세의 여성의 값(표준값)을 사용하고, 최대의 체격값으로서 65세~79세의 남성의 값(표준값)을 사용하여 계산한 바, 양자에 있어서 무릎의 굽힘 각도를 140도로 일정하게 유지할 수 있는 각도를 75도로서 구할 수 있다. 즉, 사용자 M의 최대와 최소와의 체격에 대하여 구해진 위치 P1를 통과하는 직선을 구하면, 상하 방향에 대하여 후방 경사지는 수평면에 대하여 75도의 각도로 이루어지는 것을 알 수 있었다.

여기서, 최소와 최대의 체격의 2점에서 구한 위치 P1으로부터 각도를 구하고 있기 때문에, 다른 체격의 사용자 M에 적합한 것이 보증되는 것은 아니지만, 전술한 거리 L1, L2는 신장에 대하여 대략 선형으로 변화되는 것을 예측할 수 있으므로, 최대값과 최소값과의 사이는 선형 보간이 바람직하다고 할 수 있다. 또한, 선형 보간이 가능하므로, 전술한 바와 같이, 승강 기구부(60)로서 직진 이동하는 간단한 기구를 채용하는 것이 가능하게 된다. 단, 체격의 차이에 대하여 3점 이상에서 구하고, 승강 기구부(60)에 의한 시트부(21)의 이동 궤적을 곡선으로 하는 것도 가능하다.

Claims (4)

1. 사용자가 규정된 발 탑재면에 발을 탑재하고 있는 상태에서 상기 사용자의 둔부(臀部)를 접촉면에 의해 지지하는 시트부와,

   상기 사용자의 다리부에 작용하는 자중(自重)이 변화되도록 구동원을 사용하여 상기 시트부를 변위시키는 시트 구동부와,

   상기 시트부에 결합되고, 상기 시트부의 상하 방향 및 전후 방향의 위치를 조절하는 승강 기구부

   를 포함하고,

   상기 승강 기구부는, 상기 시트부의 위치를 조절하는 범위를, 제1 시트 위치와 제2 시트 위치를 잇는 직선 또는 곡선 상의 범위로 규제하고, 상기 제1 시트 위치와 상기 제2 시트 위치를 잇는 직선 또는 곡선은, 상하 방향에 대해 후방으로 경사져 있고,

   상기 제1 시트 위치는, 최소의 체격의 사용자인 제1 사용자가,

   (A) 발 관절과 무릎 관절을 잇는 직선을 연직 방향에 일치시키면서,

   (B) 상기 발 탑재면의 규정 위치에 발을 탑재하고 있는 상태에서,

   (C) 무릎의 굽힘각을 제1 각도로 한 때에,

   상기 시트부의 접촉면이 상기 제1 사용자의 둔부에 접촉하는 시트부의 위치로서 규정되고,

   상기 제2 시트 위치는, 최대의 체격의 사용자인 제2 사용자가,

   (a) 발 관절과 무릎 관절을 잇는 직선을 연직 방향에 일치시키면서,

   (b) 상기 발 탑재면의 규정 위치에 발을 탑재하고 있는 상태에서,

   (c) 무릎의 굽힘각을 제2 각도로 한 때에,

   상기 시트부의 접촉면이 상기 제2 사용자의 둔부에 접촉하는 시트부의 위치로서 규정되고,

   상기 제1 각도 및 상기 제2 각도의 각각은, 사용자에 대한 운동 효과가 높고 사용자에게 무릎 통증을 일어나지 않도록 하는 적정 각도인,

   운동 보조 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 승강 기구부는, 정위치(定位置)에 놓여지는 기대(基臺)에 대하여 상기 시트부의 위치를 변위시키는 승강 구동부를 포함하고,

   상기 승강 구동부는, 상기 시트부를 상하 방향 및 전후 방향을 포함하는 평 면 내에 있어서 상하 방향에 대하여 일정 각도 후방 경사지는 일직선 상에서 위치를 변화시키는, 운동 보조 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 승강 구동부는, 상기 기대에 고정된 고정 부재와, 상기 고정 부재에 대하여 상기 일직선 상에서 진퇴(進退) 가능하며 상기 시트부를 지지하는 가동(可動) 부재와, 상기 고정 부재에 대하여 상기 가동 부재를 진퇴시키는 구동 모터를 포함하는, 운동 보조 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 적정 각도는 140도로 설정되는, 운동 보조 장치.

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