KR101219419B1 - 타동 운동 기기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 운동의 긍정적인 효과를 저하시키지 않으면서, 구동 유닛에서 생성된 구동력에 의해 사용자가 다리부의 여러 근육군의 신축하는 것을 돕도록 구동되는 타동 운동 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 이 타동 운동 기기기는 왼발 지지대(2a), 오른발 지지대(2b), 구동 유닛(3), 및 운동 패턴 변경 수단(6)을 포함한다. 상기 왼발 지지대와 상기 오른발 지지대는 사용자의 왼발과 오른발을 각각 지지하도록 설치된다. 상기 구동 유닛은 왕복 이동의 주파수, 위상, 및 진폭에 의해 규정된 미리 정해진 운동 패턴에 따라, 상기 왼발 지지대 및 상기 오른발 지지대 각각을 미리 정해진 경로를 따라 왕복 이동(reciprocatory motion)시키도록 구성된다. 상기 운동 패턴 변경 수단은 시간의 경과에 따라 상기 주파수, 위상, 및 진폭 중 적어도 하나를 변경하도록 구성된다. 상기 운동 패턴 변경 수단은 또한 운동 패턴 설정 유닛(7)의 입력에 따라 운동 패턴을 변경하도록 구성된다.

Description

타동 운동 기기 {PASSIVE EXERCISE APPARATUS}

본 발명은 사용자의 다리부에 외력을 가여함으로써, 사용자의 다리부의 근육군(muscles)을 신축시키는 타동 운동 기기에 관한 것이다.

일본 특허공개공보 제2004-267724호에 개시된 바와 같은, 사용자의 왼발 및 오른발을 지지하는 발 지지대(발판)들 및 구동 디바이스를 포함하는 운동 장치로서 타동 운동 기기가 제안되어 있다. 구동 디바이스는 전기 모터 등을 포함하고, 각 발 지지대에 구동력을 부여하여 왕복 이동시킨다.

일본 특허공개공보 제2004-267724호의 이 운동 장치는 요동 기구(swing unit) 및 이 요동 기구를 구동하는 전기 모터를 포함한다. 요동 기구는 발 지지대 각각의 뒤쪽(rear side)에 설치된 축을 중심으로 하여 발 지지대 각각을 교대로 상하로 요동시킨다. 이 운동 장치는, 사용자의 양 발목을 교대로 신축(streching and constracting)하도록, 전기 모터의 보조를 받아 사용자가 발을 교대로 상하로 스트레칭하는 것을 돕는다.

이 타동 운동 기기는 구동 유닛에서 생성된 구동력으로 발 지지대를 움직이도록 구동된다. 이 타동 운동 기기는 발 지지대 각각의 움직임 덕분에, 사용자가 그저 발 지지대에 발을 올려 놓더라도 자발적으로 운동할 필요는 없도록 해준다. 즉, 이 타동 운동 기기는, 사용자의 자발적인 운동에 비하여 사용자가 체험하는 부하를 줄일 수 있어, 계속하여 운동하는 것을 가능하게 한다.

종래의 타동 운동 기기는 전술한 구동 유닛에 의해 발 지지대를 왕복 이동시키도록 구동된다. 그러나, 이 종래의 타동 운동 기기는 일반적으로 사용자의 발 움직임을 거의 변화시키지 않기 때문에, 구동 유닛에 의해 발생된 구동력에 의지하지 않는 자발적인 운동에 비하여 단조롭다. 이 종래의 타동 운동 기기는 매일 사용할 때 사용자의 운동에 거의 변화가 없어, 사용자의 운동 효과가 서서히 저하될 가능성이 있다. 또, 이 종래의 타동 운동 기기는, 사용자가 다리부의 근육군의 특정한 부분을 신축시킬 수 있도록 하지만, 다리부의 다양한 근육군을 신축시킬 수는 없다.

본 발명은 상기 문제점을 극복하기 위한 것으로, 구동 유닛에서 생성된 구동력에 의해 구동되어 사용자의 다리부의 신축을 돕는 타동 운동 기기를 제공하는 것을 주요 목적으로 한다. 이 타동 운동 기기는, 운동의 긍정적인 효과를 저하시지키 않으면서 사용자가 다리부 근육군 전체를 신축시킬 수 있도록 한다.

본 발명의 타동 운동 기기는 왼발 지지대, 오른발 지지대, 구동 유닛, 및 운동 패턴 변경 수단을 포함한다. 상기 왼발 지지대와 상기 오른발 지지대는 사용자의 왼발과 오른발을 각각 지지하도록 설치된다. 상기 구동 유닛은, 왕복 이동의 주파수, 위상, 및 진폭에 의해 규정된 미리 정해진 운동 패턴에 따라, 상기 왼발 지지대 및 상기 오른발 지지대 각각을 미리 정해진 경로를 따라 왕복 이동(reciprocatory motion)시키도록 구성된다. 상기 운동 패턴 변경 수단은 시간의 경과에 따라 상기 주파수, 위상, 및 진폭 중 적어도 하나를 변경하도록 구성된다.

이 구성에서, 운동 패턴 변경 수단은 사용자의 다리부의 움직임이 단조롭지 않도록 변화를 주기 위해, 발 지지대 각각의 왕복 이동에 대해 주파수, 위상, 및 진폭 중 적어도 하나를 변경시키도록 구성된다. 이 타동 운동 기기는, 사용자가 매일 사용할 시에도 단조로운 움직임을 거의 부여하지 않아, 운동 시에 긍정적인 효과가 점차 감소하는 것을 억제한다. 이 타동 운동 기기는 시간의 경과에 따라 주파수, 위상, 및 진폭 중 적어도 하나를 변경시킴으로써 다리부의 근육군에 있어 여러 부위를 신축시킬 수 있게 하므로, 다리부의 다양한 근육군의 신축을 원하는 사용자에게 적합하다.

본 발명의 타동 운동 기기에서, 상기 운동 패턴 변경 수단은 서로 주파수가 상이한 복수의 정현파를 중첩시켜 얻어지는 운동 패턴을 규정하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이 구성에서, 타동 운동 기기는 단일 정현파에 따른 단조로운 왕복 이동이 아니라, 복수의 서로 주파수가 상이한 정현파를 중첩시킨 데 따른 복잡한 왕복 이동을 부여하는 것을 가능하게 한다. 이 타동 운동 기기는 사용자의 다리부에 단조로운 움직임을 부여하지 않기 때문에, 운동 시에 긍정적인 효과를 향상시킬 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 타동 운동 기기의 구성요소를 나타낸 도면이다.
도 2는 상기 타동 운동 기기의 사시도이다.
도 3은 상기 타동 운동 기기의 평면도이다.
도 4는 상기 타동 운동 기기의 분해 사시도이다.
도 5는 상기 타동 운동 기기의 후방에서의 단면도이다.
도 6의 (a)는 상기 타동 운동 기기의 개략 평면도, (b)는 상기 타동 운동 기기의 발 지지대의 왕복 이동의 변위량의 변화를 나타낸 도면, 그리고 (c)는 하중 센서의 출력비의 변화를 나타낸 도면이다.
도 7의 (a)는 상기 타동 운동 기기에서의 복수의 파형을 중첩시켜 규정되는 왕복 이동과 관련한 발 지지대의 변위량 변화를 나타낸 도면이고, (b)는 중첩되어 중첩 파형 (a)을 구성하는 각 파형을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 타동 운동 기기의 주요부를 나타내며, (a)는 개략 측면도이고, (b)는 개략 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 타동 운동 기기의 주요부의 개략 평면도이다.

(제1 실시예)

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 타동 운동 기기는 얇은 상자형의 하우징(1), 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)를 포함한다. 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)는 사용자의 좌우의 발을 각각 지지하기 위해 하우징(1)의 일 표면에 배치되어 있다. 본 실시예에서. 타동 운동 기기의 사용자는 하우징(1)을 바닥 위에 둔 다음, 왼발과 오른발을 각각 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 위에 얹고 선 상태를 유지한다. 이 타동 운동 기기는 사용자가 앉은 상태에서 운동을 즐길 수 있도록 구성될 수도 있다. 또한, 하우징(1)을 바닥에 매립할 수도 있다. 이하, 본 실시예에서의 상하 방향은 각각 바닥에 놓인 하우징(1)의 상면과 하면을 향하는 방향으로 규정된다. 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)는 좌우 방향을 따라 정렬되어 있다. 전방(forward direction)은 도 2에서 화살표 X로 나타낸 방향으로서 규정된다. 즉, 본 실시예에서의 전후좌우 방향은 이 타동 운동 기기 상에 사용자가 보통 서있는 자세를 참조하여 결정된 방향들과 일치한다.

도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 하우징(1)은 평면에서 볼 때 좌우방향으로 긴 직사각 형상으로 형성되고, 상면에 개구부(opening)를 갖는 베이스(1a)와 상판(top plate)(1b)로 구성되어 있다. 이 상판(1b)은 베이스(1a)의 개구부 주변부에 장착되어 있다. 이 상판(1b)에는 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)를 노출시키는 한쌍의 직사각형 개구부(11a, 11b)를 구비하고 있다. 직사각형 개구부(11a, 11b)는 각각 길이 방향을 따라 연장되는 중심축이 가지며, 이 중심축은 하우징(1)의 좌우 방향(lateral direction)에 대하여 경사지고 후단부에서보다 전단부에서의 좌우 방향의 거리가 더 멀다. 본 실시예의 타동 운동 기기는 구동 유닛(3)을 포함하며, 이 구동 유닛(3)은 베이스(1a)와 상판(1b)으로 에워싸인 하우징(1)의 내부에 배치되어, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)를 구동한다.

왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 각각은 사용자의 발(사용자 발바닥 전체)을 지지하는 발판(foot plate)(21)과, 개구부(11a, 11b) 내에 배치되어 발판(21)을 유지하는 발판 커버(plate cover)(22)를 포함한다. 발판(21)은 마찰 계수가 큰 재료로 이루어지고 사용자가 미끄러지는 것을 방지할 수 있을 정도의 치수로 형성된다. 발판 커버(22)는 직사각형의 본체부(22a), 플랜지부(22b), 및 본체부(22a)의 내측 하부에 일체로 형성된 고정판(fixing plate)(22c)을 포함한다. 플랜지부(22b)는 본체부(22a)의 한면(상면)에 개구부 주변부에 형성되어 있다. 본체부(22a)의 길이 방향(longitudinal direction)의 치수 및 폭 방향(lateral direction)의 치수는, 개구부(11a, 11b)의 그것보다 작다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 상판에는 한쌍의 슬라이드 그루브(12)가 형성되어 있다. 슬라이드 그루브(12)는 서로 마주보는 개구부를 가지고, 각 개구부(11a, 11b)의 반대편 부근에 위치되어 발판 커버(22)의 플랜지부(22b)를 슬라이드 가능하게 수용한다. 발판 커버(22)의 플랜지부(22b)의 길이 방향의 치수 및 폭 방향의 치수는 각 개구부(11a, 11b)의 그것보다 크다. 슬라이드 그루브(12)의 상면과 하면 사이의 거리는 플랜지부(22b)의 에지에서의 두께보다 커게 형성되어 있다. 이 구성에 의해, 발판 커버(22)는 각 슬라이드 그루브(12)와 결합하는 동안에 개구부(11a, 11b) 내에서 상판(1b)을 따라 이동할 수 있게 된다.

발판(21)은 발판 커버(22)의 본체부(22a)의 안쪽 주변부 에지의 치수보다 약간 작은 치수의 직사각형 형상으로 이루어져 있다. 발판(21)의 하면의 주변부에는 결합되어 직사각형 프레임을 형성하는 실질적으로 U자형의 커버체(cover fragment)(21a, 21b)가 일체로 형성되어 있다. 발판(21)의 하면의 커버체(21a, 21b)로 에워싸인 부위에는 한 쌍의 베어링(21c)이 돌출되어 있다. 이 베어링(21c)들은 발판(21)의 폭 방향으로 서로 마주하도록 설치되어 있다.

발판 커버(22)의 고정판(22c)의 상면에는 각각의 실질적으로 U자형의 축 지지판(shaft supporting plate)(23)이 위쪽으로 개방된 상태로 고정되어 있다. 이 축 지지판(23)의 다리부(leg)(23a)들의 외측면이 발판(21)의 베어링(21c)과 밀접하게 접촉하도록, 발판(21)과 발판 커버(22)가 결합된다. 베어링(21c) 및 축 지지판(23)의 다리부(23a)는 각각 축부(24)가 관통할 수 있게 구멍이 형성되어 있다. 이 구성에 의해, 각 발판(21)의 각각의 전단 및 후단이 위아래로 교대로 움직일 수 있도록, 각 발판(21)은 발판(21)의 폭 방향으로 연장되는 축부(24)의 주위에서 요동할 수 있게 된다. 커버체(21a, 21b)는, 발판(21)이 요동하는 동안에 발판(21)과 발판 커버(22) 사이의 간극을 메우는 역할을 한다.

발판 커버(22)의 고정판(22c)에는, 아래로 개방되도록 각각의 실질적으로 U자형의 캐리지(41)가 단단히 고정되어 있다. 각각의 캐리지(41)의 다리부(leg)(41a)의 외측면에는 2개의 휠(wheel)(42)이 고정되어 있다. 베이스(1a)의 상면에는, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각에 2개의 레일(rail)(43)이 설치 고정되어 있다. 각 휠(42)이 레일(43) 위를 구를 수 있게, 레일(43) 상에 각 캐리지(carrage)(41)가 탑재된다. 각 레일(43)의 상면에는, 휠(42)이 그 위를 굴러가게 해주는 레일 그루브(43a)가 길이 방향을 따라 형성되어 있다. 각 레일(43)의 상면에는 또한, 레일 그루브(43a)로부터의 휠(42)의 탈선을 방지하기 위해 탈선 방지판(derailment prevention plate)(44)이 형성되어 있다. 이 구성에 의해, 캐리지(41), 휠(42), 레일(43) 및 탈선 방지판(44)은 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 이동 경로를 규정하는 안내부(4)로서 기능한다. 즉, 왼발 지지대(2a)과 오른발 지지대(2b) 각각은 레일(43)의 길이 방향을 따라 이동 가능해진다.

각 레일(43)의 길이 방향은 개구부(11a, 11b)의 길이 방향과 상이하도록 형성된다. 즉, 각 레일(43)과 각 개구부(11a, 11b)의 길이 방향이 하우징(1)의 폭 방향으로부터 상이한 경사 각도로 경사지도록, 각 레일(43)과 각 개구부(11a, 11b)이 각각 배치되어 있다. 예를 들면, 각 레일(43)은 길이 방향으로 45도 경사지도록 배치되고, 각 개구부(11a, 11b)는 하우징의 폭 방향에 대해 길이 방향으로 30도 경사지도록 배치되어 있다. 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)는, 각 개구부(11a, 11b)의 길이 방향에 대하여 길이 방향으로 경사진 각각의 레일(43)에 따라 이동하도록 구성된다. 사용자의 발이 양 발가락에서 더 멀어지도록 사용자가 길이 방향을 따라 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)에 발을 올려 놓은 경우, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)를 각각의 레일(43)에 따라 이동하도록 구동시키면, 사용자의 발은 길이 방향으로 서로 교차한다.

구동 유닛(3)은 구동력을 발생하는 구동원 역할을 하는 모터(31), 모터(31)의 구동력을 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각에 전달하는 라우터(router)(32), 및 구동력을 사용하여 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각을 레일(43)의 길이 방향을 따라 왕복 이동시키는 왕복 구동부(33)를 포함한다. 라우터(32)는 왕복 구동부(33)의 구동력을 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)에 전달하도록 구성될 수 있다.

구체적으로 설명하면, 모터(31)는 출력축(output shaft)(31a)을 전후 방향으로 정렬하도록 베이스(1a)에 고정되어 있다. 이 출력축(31a)에는 라우터(32)가 연결되어 있다. 라우터(32)는 모터(31)의 출력축(31a)에 연결된 웜(worm)(32a)과, 웜(32a)에 맞물리는 한 쌍의 웜휠(worm wheel)(32b)로 구성된다. 이 구성은 모터(31)의 출력축(31a)의 회전력을 2개의 웜휠(32b)의 회전력으로 변환할 수 있게 한다. 기어 박스(gear box)(34)는 베이스(1a)에 고정되고, 웜(32a) 및 웜휠(32b)을 내부에 수납한다. 모터(31)는 기어 케이스(gear case)(34a)의 수납부(receiving portion)(34c)와 베이스(1a)에 수납판(receiving plate)(13a)에 탑재된다. 모터(31)는 리드(lid)(34) 및 수납판(13a)에 단단히 고정되어 있는 고정판(13b)에 의해 고정된다. 기어 케이스(34a)와 기어 커버(34b) 사이에는 웜(32a)의 길이 방향의 양단부(opposite longitudinal ends)를 받는 한 쌍의 베어링(32c)이 배치된다.

웜휠(32b)들에는 회전축(35)들이 각각 삽입된다. 회전축(35)은 상하 방향으로 연장되게 배치되고, 기어 케이스(34a) 및 기어 커버(34b)에 대해 유지된다. 웜휠(32b)의 회전에 따라 회전하도록, 각 회전축(35)은 웜휠(32b)과 결합된다. 각각의 회전축(35)의 상부에는 단면이 비원형상(non-circular section)(도면에서는 직사각형 단면)의 결합부(35a)가 형성되어 있다.

왕복 구동부(33)는 크랭크판(crank plate)(36)과 크랭크 로드(crank rod)(38)를 포함한다. 크랭크판(36)의 일단부(one end)는 리드(34b)를 관통하는 회전축(35)의 결합부(35a)에 결합된다. 크랭크 로드(38)는 크랭크축(37)을 통하여 크랭크판(36)의 타단부에 결합된다. 크랭크축(37)의 일단부는 크랭크판(36)에 고정된다. 크랭크축(37)의 타단부(other end)는 크랭크 로드(38)의 일단부에 유지되는 베어링(bearing)(38a)에 의해 유지되면서 크랭크 로드(38)에 대하여 회전 가능하게 결합된다. 또한, 크랭크 로드(38)의 타단부는 캐리지(41)에 대하여 축체(38b)를 통하여 캐리지(41)에 회전 가능하게 결합된다.

안내부(4)는 각각의 캐리지(41)가 레일(43)의 길이 방향을 따라 이동하는 것을 안내하도록 구성된다. 이 구성에 의해, 웜휠(32b)의 회전력은 각 캐리지(41)를 레일(43)을 따라 왕복 이동시키는 구동력으로 변환된다. 크랭크 로드(38)는 양(兩) 웜휠(32b)에 설치된다. 캐리지(41)는 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각에 설치된다. 이 구성에서, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각은 왕복 이동하도록 구동된다. 요컨대, 모터(31)의 회전력은 웜(32a) 및 웜휠(32b)를 통하여 크랭크판(36)에 전달되고, 그후 크랭크판(36)에 결합된 크랭크 로드(38)를 통하여 캐리지(41)에 전달되어, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각을 레일(43)의 길이 방향을 따라 왕복 이동시킨다. 본 실시예에서는, 모터(31)의 회전력을 라우터(32)[웜(32a) 및 웜휠(32b)]에 의해 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)를 움직이는 구동력으로 변환하므로, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)를 구동 유닛(3)에 의해 상호 연계하여 왕복 이동시키는 것이 가능해진다. 본 실시예에서는, 웜(32a)의 회전력을 캐리지(41)에 전달하기 위한 구성요소를 좌우 대칭으로 배치하므로 웜(32a)의 양측에서 양(兩) 웜휠(32b)과 맞물린다. 본 실시예에 의해, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)는 180도의 위상차로 왕복 이동하도록 구동된다. 왼발 지지대(2a)가 왼쪽 경로의 전단에 위치할 때, 오른발 지지대(2b)는 오른쪽 경로의 후단에 위치한다. 왼발 지지대(2a)가 왼쪽 경로의 후단에 위치할 때, 오른발 지지대(2b)는 오른쪽 경로의 전단에 위치한다. 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)의 왕복 이동에서의 위상차는 웜(32a)과 맞물리는 웜휠(32b)의 위치를 조절함으로써 적절히 설정될 수 있다.

본 실시예에서의 타동 운동 기기는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 운동 패턴 변경 수단(6)을 포함한다. 이 운동 패턴 변경 수단(6)은 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각의 왕복 이동의 패턴(이하, 운동 패턴이라 한다)을 변경시키도록 구성된다. 운동 패턴은 선택된 주파수, 위상, 진폭에 의해 규정된다. 본 실시예의 운동 패턴 변경 수단(6)은 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 이동 속도를 제어하여 주파수를 변경시키도록 구성된다. 이 운동 패턴 변경 수단(6)은 운동 패턴 설정 유닛(7)에서 결정된 운동 패턴에 따라 운동 패턴을 변경시키도록 구성된다. 구체적으로는, 운동 패턴 변경 수단(6)은 운동 패턴 설정 유닛(7)에서 결정된 주파수로 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)가 왕복 이동하게 구동되도록, 모터(31)의 회전 속도를 제어하는 제어 회로를 포함한다. 모터(31)의 회전 속도는, 예를 들면, PWM 제어 수단과 같은 모터(31)에 공급되는 전력을 조절하는 수단을 사용하여 조절될 수 있다.

운동 패턴 설정 유닛(7)은, 사용자에 의해 설정부(도시하지 않음)에서 수개의 속도 중에서 선택된 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 각각의 왕복 이동의 특정한 속도에 관한 입력에 따라, 운동 패턴 결정 시에 임의의 인자(본 실시예에서는 주파수)에 대응하는 신호를 운동 패턴 변경 수단(6)에 전송하도록 작용한다. 이 구성에서, 사용자가 설정부에서 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 이동 속도를 적당하게 설정하는 것이 가능하다. 설정부는 하우징(1)의 일부에 설치될 수 있거나, 또는 사용자가 운동 중에 조작할 수 있는 무선 리모콘일 수도 있다. 다른 예로서는, 운동 패턴 설정 유닛(7)의 내부에 타이머를 내장하여 사용자의 운동에 대한 타동 운동 기기의 누계 동작 시간(즉, 타동 운동 기기의 도움을 받아 사용자가 운동한 누계 시간)을 계측하고, 누계 시간량이 미리 정해진 시간에 도달한 때, 운동 패턴 변경 수단(6)에 운동 패턴을 변경하기 위한 신호를 인가할 수 있다. 대신에, 운동 패턴 변경 수단(6)은 사용자의 움직임에 따라 변하는 하중 센서(load sensor)(S1, S2)의 출력에 따라 운동 패턴의 결정을 위한 적당한 신호를 인가하도록 구성될 수 있다.

사용자의 좌우 발을 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)에 탑재한 상태에서 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)를 왕복 이동하도록 구동하면, 발판(31)의 변위량이 변한다. 각 발판(21)의 변위량은 각 발판(21)의 이동 범위의 중심 위치(이하, 초기 위치라고 한다)를 참조하여 결정된다. 각 발판(21)이 전후로 이동할 때, 각 발판(21)의 변위량은 각각 양의 방향과 음의 방향으로 변화한다. 도 6 (b)에 나타낸 바와 같이, 변위량은 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각의 왕복 이동과 동일한 주파수로 변동한다. 사용자에게 적절한 왕복 이동을 부여하는 경우, 타동 운동 기기는 이동 범위의 전단에 위치된 발판(21)의 전단부에 최대 하중을 부여하거나, 또는 이동 범위의 후단에 위치된 발판(21)의 후단부에 최대 하중을 부여한다. 이 이동과 관련하여, 하중 센서(S1, S2)들의 출력 비는, 도 6 (c)에 나타낸 바와 같이, 발판(21)의 변위량의 변화에 따라 동일한 주파수로 변동한다. 이 구성에서, 운동 패턴 설정 유닛(7)은 하중 센서(S1, S2)들의 출력 비를 측정하여 부하 센서들의 출력비의 변화와 변위량의 변화의 위상차(Td)를 구하도록 구성된다. 운동 패턴 설정 유닛(7)은 미리 정해진 임계값 이하의 위상차(Td)에 따라 사용자가 정확하게 운동하는 것으로 판단하도록 구성된다. 또는 운동 패턴 설정 유닛(7)은 미리 정해진 임계값을 초과하는 위상차(Td)에 따라 사용자가 부정확하게 운동하는 것으로 판단한다.

정해진 시간 이상으로 사용자가 정확하게 계속 운동하였다고 판단하는 경우, 운동 패턴 설정 유닛(7)은 운동 패턴 변경 수단(6)에 대하여 운동 패턴을 변경하도록 지시한다. 즉, 사용자가 미리 정해진 시간 동안 정확하게 계속 운동하지 않는 한 운동 패턴은 변경되지 않고 계속 유지된다. 다르게는, 이 타동 운동 기기는 하중 센서(S1, S2)로부터 응답을 수신하지 못한 경우 사용자의 발이 발판 위에 부정확하게 위치된 것으로 판단하고, 사용자에게 주의를 주기 위해 운동 패턴을 변경하도록 구성될 수 있다. 이 타동 운동 기기는, 하중 센서(S1, S2) 대신에, 동일한 동작을 위해, 과하중(overload)이 부가되면 동작하는 스위치를 구비할 수 있다.

본 실시예에서, 운동 패턴 변경 수단(6)은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 주파수가 상이한 복수의 정현파를 중첩시켜 운동 패턴을 규정하도록 구성될 수 있다. 도 7(b)의 서로 주파수가 상이한 3개의 정현파를 중첩시켜 도 7(a)의 중첩 파형을 얻는다. 이 구성에 의해, 단일의 정현파에 의한 단조로운 왕복 이동뿐만 아니라 복수의 서로 주파수가 상이한 정현파에 의한 복잡한 운동을 제공할 수 있다. 이 타동 운동 기기는, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 운동 패턴을 사용자가 거의 인식할 없을지라도, 운동 패턴에 변화를 줌으로써 사용자가 향상된 운동 효과를 체험할 수 있게 한다. 이 타동 운동 기기는, 비교적 높은 주파수로 규정된 운동 패턴을 부여하여, 사용자의 다리부를 포함하는 전신에 걸쳐 근육군에 자극을 주도록 구성될 수 있다.

각 발판(21)은 축부(24)를 중심으로 하여 요동하도록 각 발판 커버(22)에 회전 가능하게 지지되어, 전단부 및 후단부가 교대로 상하로 움직인다. 이 구성에 의해, 타동 운동 기기는 사용자의 발가락과 뒤꿈치를 상하로 교대로 움직여, 배굴(dorsi flexion) 및 저굴(plantar flexion)시킬 수 있다. 발판(21)은 구동 유닛(3)에 의해 구동되는 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 왕복 이동에 연동하여 요동하도록 구성될 수 있다. 대신에, 발판(21)은 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 왕복 이동과는 관계없이 수평면에 대하여 일정한 각도로 경사진 상태로 이동하도록 구동될 수 있다. 발판(21)은 각 발목이 배굴 및 저굴될 수 있게 요동하여 사용자의 종아리를 신축시키는것은 물론 다리부의 정맥 환류를 촉진하므로, 사용자의 혈행이 향상된다. 이 타동 운동 기기는, 사용자가 발목을 회전시키는 것을 도와주어 균형을 유지하는 신경계의 반응을 유도하여, 다리부 및 등의 근육군을 자극한다.

본 실시예에서, 발판(21)은, 발판(21)의 폭 방향을 따라 연장되는 중심축(축부(24)) 주위를 요동하도록 구성되지만, 발판(21)의 길이 방향 또는 상하 방향을 따라 연장되는 축 주위를 요동하도록 구성될 수 있거나, 또는 이들 복수의 축을 사용하여 요동하도록 구성될 수 있다. 각 발판(21)이 길이 방향의 축 주위를 요동하고, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각을 조정함으로써 X형 또는 O형 다리인 사용자가 다리 중 하나를 교정하기 위해 운동할 수 있게 한다. 이 타동 운동 기기는 경사 각도를 변화시킴으로써, 사용자가 다리의 외측 또는 내측의 근육군에 자극을 부여할 수 있게 하여, 사용자의 근육군의 활동을 촉진할 수 있다. 이 타동 운동 기기는 또한 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)를 교대로 왕복 이동시킴으로써 사용자가 몸을 비틀 수 있게 한다. 또, 이 타동 운동 기기는, 발판(21)이 길이 방향의 축 주위를 요동하여 사용자 몸을 더 큰 각도로 비틀 수 있도록 구성될 수 있다.

전술한 타동 운동 기기를 동작시키기 전에, 사용자는 초기 위치에 정지하고 있는 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 위에 양발을 지지한 상태로 기기 위에 서야 한다. 이 상태에서, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각은, 길이 방향이 전후 방향(예를 들면, 화살표 X로 나타낸 방향)으로 일부에서 서로 교차하도록 위치되어 있다. 이 구성에 의해, 사용자는 발의 뒤꿈치들의 거리보다 발가락들의 거리가 더 크게 발을 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)에 얹은 정상 자세로 서는 것이 가능하다.

왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 각각은 초기에 이동 범위의 중간에 위치되어 있다. 사용자가 초기 위치에 정지된 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 상에 서면, 사용자의 중력점(gravity point)는 실질적으로 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)의 중간을 통과하는 수직선 위에 위치한다. 구동 유닛(3)의 동작중에, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)는 좌우 방향의 위치를 변화시키면서 전후 방향으로 이동하도록 구동된다. 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)는 각각의 직선으로 연장되는 레일(43)을 따라 왕복 이동하도록 구동된다.

전술한 실시예에서는, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 각각이 각 레일(43)의 길이 방향에 평행한 직선 경로를 따라 왕복 이동하도록 구성된다. 본 발명의 타동 운동 기기는 발 지지대의 왕복 이동에 대해 특정한 경로에 한정되지 않는다. 예를 들면 곡선 경로와 사행 경로(meandering path)와 같은 다른 경로를 적당히 채용할 수도 있다. 또는, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각은 전방으로의 이동과 후방으로의 이동에 제공된 상이한 경로를 따라 왕복 이동하도록 구성될 수도 있다. 전술한 실시예에서, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)는 후단부에서보다 전단부에서의 좌우 방향의 거리가 더 큰 실질적으로 V자형 경로를 따라 이동하도록 구성된다. 이 대신에, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)는 전단부에서보다 후단부에서의 좌우 방향의 거리가 더 큰 실질적으로 V자형 경로를 따라 이동하도록 구성될 수도 있다. 이 대신에, 경로들은 전단부와 후단부에서의 좌우 방향의 거리가 동일하게 전후 방향으로 연장되도록 구성될 수 있다. 또는 경로들은 전후 방향으로 위치를 일정하게 유지하면서 좌우 방향으로 연장되도록 구성될 수 있거나, 또는 상하 방향으로 연장되도록 구성될 수 있다.

본 발명은 전술한 구동 유닛(3)의 구성요소로 한정되지 않으며, 모터(31) 또는 다른 구동원에 의해 생성된 구동력에 의해, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)를 왕복 이동시키도록 구동하는 다른 구성요소로 구성될 수도 있다. 예를 들면, 웜(32a) 및 웜휠(32b)에 대신하여 한 쌍의 베벨 기어(bevel gear) 등을 사용하여, 모터(31)의 출력축(31a)의 회전력을, 출력축(31a)와 직교하는 회전축을 가지는 크랭크판(36)의 회전력으로 변환할 수 있다. 또는, 출력축(31a)이 상하 방향으로 따라 연장되도록 모터(31)를 배치하여, 평 기어(spur wheel) 또는 벨트와 풀리(belt and pulley)의 조합을 사용하여 모터(31)의 회전력을 크랭크판(36)에 전달할 수 있다. 크랭크 판(35)과 크랭크 로드(38)는 각각 편심 캠(eccentric cam)과 이 편심 캠을 종동(從動)하도록 고안된 캠 공이(cam follower)로 대체되어, 회전력의 도움으로 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)를 왕복 이동시킬 수 있다.

(제2 실시예)

본 실시예의 타동 운동 기기는, 운동 패턴 변경 수단(6)이, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 왕복 이동의 운동 패턴을 결정하는 위상을 변경시키도록 구성되는 점이 제1 실시예의 타동 운동 기기와 다르다.

본 실시예에서는, 구동 유닛(3)은, 도 8 (a)에 나타낸 바와 같이 2개의 모터(31)를 구비하여, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)를 개별적으로 구동한다. 이 구성은 모터(31)의 구동력을 2개의 개별 구동력으로 변환하는 라우터(32)[웜(32a)와 웜휠(32b)]는 대신에, 모터(31)의 구동력을 크랭크 로드(38)에 전달하는 전달부(transmitter)(50)를 포함한다.

전달부(50)는 제1 베벨 기어(51a)와 이 제1 베벨 기어(51a)와 맞물리는 제2 베벨 기어(51b)를 포함하여, 모터(31)의 회전력을 제2 베벨 기어(51b)의 회전력으로 변환한다. 모터(31) 쌍과 제2 베벨 기어(51b) 쌍은 상하 방향으로 정렬하도록 배치되어 있다. 회전축(52)은 축 지지대(shaft support)(14))에 유지되고, 제2 베벨 기어(51b)의 중앙부에 삽입되어 상하 방향으로 연장된다. 축 지지대(14)는 베이스(1a)에 고정된다. 회전축(52)은 각각의 제2 베벨 기어(51b)에 삽입되어, 공통의 수직선을 따라 배치된다. 회전축(52)은 각각 따로 회전하도록 구성된다.

왕복 구동부(33)의 크랭크 로드(38)는, 도 8 (b)에 나타낸 바와 같이, 크랭크축(37)을 통하여 제2 베벨 기어(51b)에 연결되어 있다. 크랭크축(37)의 일단부는 제2 베벨 기어(51b)에 고정되고, 타단부는 크랭크 로드(38)의 일단부에 유지되는 베어링(38b)에 지지되어, 크랭크 로드(38)에 회전 가능하게 결합된다. 크랭크 로드(38)의 타단부는 캐리지(41)에 회전 가능하게 결합된다. 본 실시예에서는, 회전축(52)으로부터 이격된 위치에서 제2 베벨 기어(51b)에 크랭크축(37)이 고정되어, 회전축(52)의 회전에 따라 회전축(52)의 주위를 회전한다. 위쪽의 제2 베벨 기어(51b)[본 실시예에서는 왼발 지지대(2a)를 구동하는 제2 베벨 기어(51b)]의 상면 측에 크랭크 로드(38)가 연결된다. 아래쪽의 제2 베벨 기어[본 실시예에서는 오른발 지지대(2b)를 구동하는 제2 베벨 기어(51b)]의 하면 측에 크랭크 로드(38)가 연결된다. 이 구성에 의해, 크랭크 로드 간의 간섭을 방지하는 것이 가능하다.

이 구성에 의해, 제2 베벨 기어(51b)의 회전력은 크랭크 로드(38)에 의해 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)를 왕복 이동시키는 구동력으로 변환된다. 요컨대, 모터(31)의 회전력은 제1 베벨 기어(51a) 및 제2 베벨 기어(51b)를 통하여 크랭크 로드(38)에 전달된다. 또한 크랭크 로드(38)의 구동력이 캐리지(41)에 전달되어, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b) 각각을 레일(43)의 길이 방향을 따라 왕복 이동시킨다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)에 대하여 모터(31)를 개별적으로 설치하므로, 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)의 각각의 움직임을 구동 유닛(3)에 의해 개별적으로 제어할 수 있다.

본 실시예에서, 운동 패턴 변경 수단(6)은 모터(31)를 개별적으로 제어하는 제어 회로를 포함하고, 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 왕복 이동을 규정하는 위상을 변경시키도록 구성되어 있다. 각각의 모터(31)는 회전 속도로 회전하도록 구동되어, 운동 패턴 설정 유닛(7)에 의해 결정된 위상차(예컨대, 0 내지 360도)로 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)를 왕복 이동시킨다.

본 실시예의 운동 패턴 변경 수단(6)은, 왼발 지지대(2a)가 1회 왕복 이동하는 동안에 오른발 지지대(2b)가 왼발 지지대(2a)의 이동에 대해 1/2 속도로 움직이도록 모터(31)를 제어할 수 있어, 오른발 지지대(2b)와 왼발 지지대(2a)의 왕복 이동의 위상차는 0에서부터 180도로 변경된다. 또한 본 실시예의 운동 패턴 변경 수단(6)은, 왼발 지지대(2a)가 1회 왕복 이동하는 동안에 오른발 지지대(2b)가 왼발 지지대(2a)의 이동에 대해 1/4 속도로 움직이도록 모터(31)를 제어할 수 있어, 오른발 지지대(2b)와 왼발 지지대(2a)의 왕복 이동의 위상차가 0에서부터 90도로 변경된다. 원하는 위상차가 된 후, 운동 패턴 변경 수단(6)은 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)의 왕복 이동의 주파수(속도)를 동등하게 한다.

즉, 본 실시예의 타동 운동 기기는 운동 패턴 변경 수단(6)에 의해 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 왕복 이동의 위상차를 변경시키도록 구성된다. 이 위상차를 180도로 설정한 경우에는, 사용자의 전후 방향의 중력점에 있어 변동을 최소화하는 것을 가능하게 하므로, 밸런스 기능이 저하되어 있는 사용자에게도 적합하다. 위상차를 180도 보다 작은 각도(예컨대, 90도)로 설정하는 경우, 이 타동 운동 기기는 사용자의 전후 방향의 중력점에 변동을 확장하는 것이 가능하므로, 균형을 유지하기 위한 신경계의 반응을 촉진시키고, 결국에는 다리부의 근육군뿐만 아니라 등부(back)의 근육군도 활성화 할 수 있다.

본 실시예에서, 상하의 제2 베벨 기어(51b)는 각각의 모터(31)에 의해 회전하도록 구동된다. 각각의 모터(31) 대신에 단 하나의 모터(31)에 의해 양쪽의 제2 베벨 기어(51b)가 회전하도록 구동될 수 있다. 이 구성에 의해, 2개의 회전축(52)이 결합 또는 분리될 수 있도록 하는, 예를 들면 래칫(ratchet) 등의 조정 가능한 수단이 축 지지대(14)의 내부에 설치된다. 정상 상태에서는, 회전축(52)들이 결합되어 양측의 제2 베벨 기어(51b)가 단 하나의 모터(31)의 도움으로 회전할 수 있도록 한다. 이 구성에서 왼발 지지대(2a)와 오른발 지지대(2b)의 왕복 이동 시의 위상차를 변경하기 위해, 두 개의 제2 베벨 기어(51b)를 분리한 상태에서 제2 베벨 기어(51b) 중 하나를 회전하도록 구동할 수 있다.

본 실시예에서 다른 구성요소 및 기능은 제1 실시예와 거의 동일하다.

(제3 실시예)

본 실시예 타동 운동 기기는, 운동 패턴 변경 수단(6)이 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 왕복 이동의 운동 패턴을 규정하는 진폭을 변경시키도록 구성되는 점이 제1 실시예와 상이하다.

본 실시예의 구동 유닛(3)은 두 개의 모터(31)를 구비하는 제2 실시예의 기본 구성요소와 동일한 기본 구성요소로 구성된다. 본 실시예의 구동 유닛(3)은 제2 베벨 기어(51b)에 결합하는 크랭크축(37)의 부위를 변경하는 기구를 설치한 점에서 제2 실시예의 구동 유닛(3)과는 상이하다.

본 실시예에서는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 제2 베벨 기어(51b)에는 크랭크축(37)을 수용하는 그루브(53)가 형성되어 있다. 크랭크축(37)은 그루브(53) 내에서 이동할 수 있도록 구성된다. 그루브(53)는 제2 베벨 기어(51b)의 일 표면에 따라 연장되어 크랭크축(37)과 제2 베벨 기어(51b)의 회전축(52) 사이의 거리를 변경할 수 있게 한다. 크랭크축(37)은 회전축(52)과 거리를 두고 회전축(52) 주위를 회전축(52)과 크랭크축(37) 사이의 거리에 대응하는 일정한 간격으로 회전하도록 구성된다. 이 구성에서, 각 캐리지(41)의 왕복 이동의 진폭(스트로크)은 회전축(52)과 크랭크축(37) 사이의 거리에 따라 증가한다. 도 9에 나타낸 왼발 지지대(2b)에 관한 구성요소와 동일한 구성요소가 오른발 지지대(2b)에도 설치된다.

운동 패턴 변경 수단(6)은 그루브(53) 내의 크랭크축(37)의 위치를 변경하는 제어 회로를 구비한다. 운동 패턴 변경 수단(6)은 크랭크축(37)을 회전축(52)에서 멀리 이동하도록 구동하여 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 각각의 왕복 이동의 진폭을 증가시킨다. 또는 운동 패턴 변경 수단(6)은, 크랭크축(37)을 회전축(52) 쪽으로 이동하도록 구동하여 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b) 각각의 왕복 이동의 진폭을 감소시킨다.

그루브(53)의 일측에는 웜 기어가 설치된다. 크랭크축(37)은 웜 기어와 맞물리는 기어 편(gear segment)을 구비한다. 이 구성에 의해, 크랭크축(37)은 웜 기어의 회전에 따라 그루브(53) 내에서 이동하도록 구동된다. 웜 기어는 제2 베벨 기어(51b)에 탑재된 소형의 모터에 의해 회전하도록 구동될 수 있지만, 전술한 모터(31)의 회전력에 의해 구동되도록 구성될 수 있다.

제2 베벨 기어(51b)에는 그루브(53) 대신에 복수의 나사공(screw hole)을 형성할 수 있다. 또, 크랭크축(37)은 각 나사공과 맞물리는 나사를 구비할 수 있다. 이 구성에 의해, 본 타동 운동 기기는 크랭크축(37)과 회전축(52) 사이의 거리를 변경함으로써 캐리지(41)의 왕복 이동의 진폭을 변경시키는 것이 가능하다.

본 실시예 타동 운동 기기는 운동 패턴 변경 수단(6)에 의해 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 왕복 이동의 진폭(스트로크)을 변경시키는 것이 가능하다. 이 타동 운동 기기는 상기 진폭을 증가시킴으로써 사용자의 주로 다리부의 근육군에 부하를 가하여 운동 효과의 향상시킬 수 있다.

운동 패턴 변경 수단(6)은 왼발 지지대(2a) 및 오른발 지지대(2b)의 왕복 이동을 결정하는 주파수, 위상, 및 진폭 중 적어도 하나를 변경하도록 구성된다. 대신에, 운동 패턴 변경 수단(6)은 하중 센서(S1, S2)의 출력비에 따라 주파수, 위상, 및 진폭 중 어느 것을 변경하도록 구성될 수 있다.

본 실시예의 다른 구성요소 및 기능은 제1 실시예 또는 제2 실시예의 그것과 거의 동일하다.

Claims (2)

1. 사용자의 왼발과 오른발을 각각 지지하도록 설치된 발판을 가지는 왼발 지지대와 오른발 지지대;
   상기 왼발 지지대 및 상기 오른발 지지대 각각을 미리 정해진 경로를 따라 왕복 이동(reciprocatory motion)시키는 구동 유닛;
   시간의 경과에 따라 상기 왕복 이동의 운동 패턴을 규정하는 주파수, 위상, 및 진폭 중 적어도 하나를 변경하도록 구성된 운동 패턴 변경 수단;
   각각의 발판의 전단부 측 및 후단부 측에 설치된 한 쌍의 하중 센서; 및
   상기 전단부 측의 하중 센서와 상기 후단부 측의 하중 센서의 출력비를 산출하는 운동 패턴 설정 유닛
   을 포함하고,
   상기 운동 패턴 설정부는, 상기 출력비와 상기 발판의 초기 위치로부터의 변위량과의 위상차가 소정의 역치 이하인 기간이 소정의 목표 시간 이상 계속되는 경우, 상기 운동 패턴 변경 수단에 대해 상기 운동 패턴의 변경 지시를 내도록 구성된,
   타동 운동 기기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 운동 패턴 변경 수단은 주파수가 상이한 복수의 정현파를 중첩시켜 얻어지는 운동 패턴을 규정하도록 구성되는, 타동 운동 기기.

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