KR20070114001A

KR20070114001A - 밸런스훈련장치

Info

Publication number: KR20070114001A
Application number: KR1020070050187A
Authority: KR
Inventors: 류스케 나카니시
Original assignee: 마츠시다 덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2007-11-29
Also published as: KR100855419B1; EP1859769A1; DE602007005417D1; EP1859769B1; ATE461688T1; US20070275358A1; US7775939B2

Abstract

밸런스훈련장치(1)에 있어서, 좌석(2)을 전후방향(방향 X)과 가로방향(방향 Y)의 양쪽으로 요동시키는 요동기구(3)는 소정의 회전축(T0) 주위로 지지유닛(11)상에 회전가능하게 지지된다. 회전축(T0)을 올리고 내리는 제1 경사기구(12)는 지지유닛(11)과 받침대(4) 사이에 마련되어 있다. 좌석(2)의 자세를 보상할 수 있는 제2 경사기구(20)는 좌석(2)과 요동기구(3) 사이에 마련되어 있다. 요동기구(3), 제1 경사기구(12) 및 제2 경사기구(20)를 서로 독립적으로 구동시킴으로써, 좌석의 요동동작의 행정을 늘리거나 줄일 수 있다. 선택적으로, 요동기구(3), 제1 경사기구(12) 및 제2 경사기구(20)를 서로 연관시켜 구동시킴으로써, 좌석(2)의 동작 궤적을 변화시킬 수 있다.

밸런스훈련장치, 승마, 요동기구, 신축기구,

Description

밸런스훈련장치{BALANCE EXERCISE MACHINE}

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 밸런스훈련장치의 전체 구성을 나타낸 측면도.

도 2는 도 1에 도시된 밸런스훈련장치의 평면도.

도 3은 밸런스훈련장치의 구동기구의 구성을 나타낸 측면도.

도 4는 구동기구의 구성을 나타낸 도 3의 A-A선을 따른 정단면도.

도 5는 밸런스훈련장치의 구성을 나타낸 도 1의 우측 후면측에서 본 분해 사시도.

도 6은 좌석과 커버를 제거한 상태에서의 밸런스훈련장치의 구성을 나타낸 사시도.

도 7은 좌석의 요동기구의 구성을 나타낸 분해 사시도.

도 8은 요동기구의 구성을 나타낸 우측면도.

도 9는 좌석의 중심과 편심축 및 안내축의 중심과의 사이의 관계, 및 좌석의 중심의 요동동작(swing motion)의 궤적(trace)을 나타낸 측면도.

도 10은 제1 구동기어와 제2 구동기어와의 기어비(gear ratio)가 1:1이고 전후방향으로의 요동동작의 시점의 타이밍이 0도에서 가로방향으로의 요동동작의 시점과 일치하는 경우에 좌석 중심의 요동동작의 궤적을 나타낸 평면도.

도 11은 도 10에 도시된 경우에서, 전후방향으로의 요동동작의 위상(phase)과 가로방향으로의 요동동작의 위상과의 사이의 관계를 나타낸 그래프.

도 12는 제1 구동기어와 제2 구동기어와의 기어비가 1:1이고 전후방향으로의 요동동작의 시점의 타이밍이 가로방향으로의 요동동작의 시점으로부터 90도 어긋난 경우에 좌석 중심의 요동동작의 궤적을 나타낸 평면도.

도 13은 도 12에 도시된 경우에서, 전후방향으로의 요동동작의 위상과 가로방향으로의 요동동작의 위상과의 사이의 관계를 나타낸 그래프.

도 14는 제1 구동기어와 제2 구동기어와의 기어비가 1:2이고 전후방향으로의 요동동작의 시점의 타이밍이 0도에서 가로방향으로의 요동동작의 시점과 일치하는 경우에 좌석 중심의 요동동작의 궤적을 나타낸 평면도.

도 15는 도 14에 도시된 경우에서, 전후방향으로의 요동동작의 위상과 가로방향으로의 요동동작의 위상과의 사이의 관계를 나타낸 그래프.

도 16은 제1 구동기어와 제2 구동기어와의 기어비가 1:2이고 전후방향으로의 요동동작의 시점의 타이밍이 가로방향으로의 요동동작의 시점으로부터 180도 어긋난 경우에 좌석 중심의 요동동작의 궤적을 나타낸 평면도.

도 17은 도 16에 도시된 경우에서, 전후방향으로의 요동동작의 위상과 가로방향으로의 요동동작의 위상과의 사이의 관계를 나타낸 그래프.

도 18은 제1 구동기어와 제2 구동기어와의 기어비가 1:2이고 전후방향으로의 요동동작의 시점의 타이밍이 가로방향으로의 요동동작의 시점으로부터 90도 어긋난 경우에 좌석 중심의 요동동작의 궤적을 나타낸 평면도.

도 19는 도 18에 도시된 경우에서, 전후방향으로의 요동동작의 위상과 가로방향으로의 요동동작의 위상과의 사이의 관계를 나타낸 그래프.

도 20은 제1 구동기어와 제2 구동기어와의 기어비가 1:2이고 전후방향으로의 요동동작의 시점의 타이밍이 가로방향으로의 요동동작의 시점으로부터 270도 어긋난 경우에 좌석 중심의 요동동작의 궤적을 나타낸 평면도.

도 21은 도 20에 도시된 경우에서, 전후방향으로의 요동동작의 위상과 가로방향으로의 요동동작의 위상과의 사이의 관계를 나타낸 그래프.

도 22는 제1 구동기어와 제2 구동기어와의 기어비가 2:1이고 전후방향으로의 요동동작의 시점의 타이밍이 0도에서 가로방향으로의 요동동작의 시점과 일치하는 경우에 좌석 중심의 요동동작의 궤적을 나타낸 평면도.

도 23은 요동기구를 경사시키기 위한 제1 경사기구가 늘어났을 때 좌석의 중심과 편심축 및 안내축의 중심과의 사이의 관계, 및 좌석의 중심의 요동동작의 궤적을 나타낸 측면도.

도 24는 비교를 위해 도 9 및 도 23에 도시된 경우에서 좌석의 중심의 궤적을 나타낸 챠트.

도 25는 좌석을 경사시키기 위한 제2 경사기구가 늘어났을 때 좌석의 중심과 편심축 및 안내축의 중심과의 사이의 관계, 및 제2 경사기구를 늘린 후에 좌석의 중심의 요동동작의 궤적을 나타낸 측면도.

도 26은 요동기구가 제1 및 제2 경사기구를 늘림으로써 좌석을 경사시키는 일 없이 경사졌을 때의 구동기구의 각 부분의 변위를 나타낸 측면도.

도 27은 도 4와 비교시, 요동기구의 경사에 대응하는 좌석의 중심 궤적의 변화를 나타낸 평면도.

도 28은 왼쪽방향으로 요동기구의 오프셋(offset)으로 인해 좌석의 중심의 요동동작의 기점(basic point)의 쉬프트(shift)를 나타낸 평면도.

도 29는 오른쪽 방향으로 요동기구의 어긋남으로 인해 좌석의 요동동작의 중심의 기점의 쉬프트를 나타낸 평면도.

도 30은 밸런스훈련장치의 전기적 구성을 나타낸 블럭도.

도 31은 밸런스훈련장치의 메인 컨트롤 회로(main control circuit)의 전기적 구성을 나타낸 블럭도.

도 32는 밸런스훈련장치의 메인 컨트롤러에 의해 좌석을 요동시키기 위해 모터의 제어 변화를 설명하기 위한 챠트.

본 발명은 훈련생(trainee)이 승마처럼 착석한 상태에서 좌석을 요동시킴으로써 훈련생의 밸런스(balance)의 능력을 운동시켜 훈련생에게 운동 부하를 부여하는 데에 사용되는 밸런스훈련장치에 관한 것이다.

최근에, 밸런스훈련장치는 아이부터 노인까지 이용가능한 편리한 운동기로서 일반 가정에서 재활 운동을 위한 의료기관까지 보급되고 있기 때문에 인기를 얻고 있다. 예컨대, 일본특허공개공보 제2006-61672호에는, 좌석 아래에 좌석의 요동기 구를 배치하는 소형 구성을 갖는 종래의 밸런스훈련장치가 개시되어 있다.

그러나, 상기 종래의 밸런스훈련장치는 동작 패턴(pattern of motion)이 충분하지 않고 좌석의 운동 행정(stroke)이 약간 짧다는 결점을 갖고 있다. 그래서, 훈련생은 그 운동에 익숙해지게 되면, 불만족스러움을 느낄 수 있다. 또한, 운동을 선택적으로 실행함으로써 인체의 특정 부위를 강화시키기 위한 목적으로, 더 효율적인 밸런스훈련장치가 요망되고 있다.

본 발명의 목적은 동작 패턴을 증대시켜 소형구조를 갖는 좌석의 운동 행정을 넓힐 수 있는 개선된 밸런스훈련장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 일 형태에 따른 밸런스훈련장치는, 훈련생이 착석하는 좌석; 상기 좌석을 요동시키는 요동기구; 좌석과 요동기구 사이의 거리를 늘리거나 줄이는 것에 의해 변화시켜 좌석의 요동동작의 행정을 변화시키는 신축(伸縮)기구; 및 요동기구와 신축기구를 제어하는 제어기를 포함한다.

이러한 구성에 의하면, 신축기구가 구동될 때, 요동기구와 좌석 사이의 거리가 늘어나거나 줄어들게 될 수 있다. 예컨대, 신축기구가 늘어나게 될 때, 좌석의 요동동작의 행정이 늘어나게 될 수 있으므로, 동작 패턴을 증대시켜 좌석의 운동 행정을 넓힐 수 있는 밸런스훈련장치가 실현될 수 있다. 또한, 신축기구가 요동기구와 연관하여 구동되는 경우, 좌석의 동작 패턴을 훨씬 더 증대시킬 수 있다.

상술한 밸런스훈련장치에 있어서, 요동기구를 소정의 회전축 주위로 회전가능하게 지지하는 지지유닛(supporting unit); 바닥 위에 설치되어 지지유닛을 제1 수평축 주위로 회전가능하게 지지하는 받침대(pedestal)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 신축기구는 받침대와 지지유닛 사이에 제공되어, 수직면에서 요동기구의 회전축의 경사각을 변화시키는 제1 경사기구; 및 요동기구와 좌석 사이에 제공되어, 좌석의 경사각을 변화시키는 제2 경사기구로 이루어져 있다.

이러한 구성에 의하면, 요동기구는 그 자체의 구동력에 기인하여 회전축 주위로 요동될 수 있다. 또한, 지지유닛이 제1 수평축 주위로 회전가능하고 제1 경사기구가 받침대와 지지유닛 사이에 제공되어 있으므로, 수평선(horizontal line)에 대한 요동기구의 회전축의 각도를 변화시킬 수 있다. 즉, 요동기구의 회전축을 위 또는 아래로 지지시킬 수 있다. 더 나아가서는, 제2 경사기구가 요동기구와 좌석 사이에 제공되어 있으므로, 좌석의 자세를 제1 경사기구의 운동과 독립적으로 변화시키는 것이 가능하다.

상술한 구성에 있어서, 제어기는 제1 경사기구와 제2 경사기구를 서로 연관하여 구동시켜 제2 경사기구의 늘림 또는 줄임에 의한 제1 경사기구의 늘림 또는 줄임에 기인하여 좌석의 경사의 적어도 일부를 보상하도록 제어하는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 예컨대, 제2 경사기구가 제1 경사기구와 연관하여 구동되는 경우, 좌석이 그 자세를 유지하면서 상승 또는 하강될 수 있다.

상술한 구성에 있어서, 제어기는 제1 경사기구를 구동시켜 실질적인 수평에서 실질적인 수직까지의 범위 내로 요동기구의 회전축의 경사각을 변화시키도록 제어하는 것이 바람직하다.

선택적으로, 제어기는, 제1 경사기구와 제2 경사기구를 서로 연관하여 구동시켜 요동기구의 회전축의 경사각을 변화시키고 나서 제2 경사기구의 늘림 또는 줄임에 의한 제1 경사기구의 늘림 또는 줄임에 기인하여 좌석의 경사의 적어도 일부를 보상하면서 수평축 주위로의 요동동작과 수직축 주위로의 요동동작 사이에서 좌석의 요동동작을 변화시키도록 제어하는 것이 바람직하다.

상술한 구성에 있어서, 요동기구는 모터와, 모터의 구동력에 의해 각각 구동되는 제1 구동기어와 제2 구동기구로 이루어지고; 제1 구동기어는 밸런스훈련장치의 전후방향과 수직방향을 포함하는 제1 수직면에서 변위를 일으키는 편심축을 갖고, 이에 의해 좌석이 제1 수직면에서 요동되며; 제2 구동기구는 밸런스훈련장치의 가로방향과 수직방향을 포함하는 제2 수직면에서 변위를 일으키는 편심축을 갖고, 이에 의해 좌석이 제2 수직면에서 요동되는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 좌석의 요동동작 모두를 단일 모터의 구동력에 의해 가로방향과 전후방향으로 일으키는 것이 가능하다. 그래서, 요동기구는 간소화되고 소형화될 수 있고, 결과적으로 이 요동기구를 사용하는 밸런스훈련장치는 소형화될 수 있어 밸런스훈련장치의 비용을 저감시킬 수 있다.

또한, 요동기구는 타원형 궤도를 그리기 위해서 제1 수직면에서의 변위를 좌석의 운동으로 변화시키는 기구를 갖는다.

이러한 구성에 의하면, 요동기구가 제1 경사기구의 운동 및/또는 제2 경사기구의 운동과 연관하여 구동될 때, 타원형 궤도의 형상이 선택적으로 변화될 수 있다.

또한, 제어기는, 좌석이 회전속도에 대하여 상승되고 연속적인 요동동작으로 하강되는 동안 모터의 회전속도를 더욱 느리게 변화시키는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 더 작은 전력을 갖는 소형 모터가 구동기구의 모터로서 사용될 수 있으므로, 밸런스훈련장치의 소비전력과 비용을 저감시킬 수 있다.

더 나아가서는, 밸런스훈련장치는 회전축 주위로 요동기구를 오프셋(offset)시키는 오프셋 기구를 더 포함하는 것이 바람직하다. 그래서, 회전축 주위로 지지유닛에 대하여 요동기구의 각도 위치에 대한 오프셋을 제공하는 것이 바람직하고, 이에 따라 요동기구, 즉 좌석이 회전축 주위로 소정의 각도로 경사지는 기점에 대하여 회전축 주위로 요동될 수 있다.

본 발명의 신규한 특징이 첨부한 특허청구범위에 설명되어 있지만, 본 발명은 도면과 관련하여 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 잘 이해될 것이다.

도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시형태에 따른 밸런스훈련장치를 설명한다. 도 1은 제1 실시형태에 따른 밸런스훈련장치(1)의 전체 구성을 나타낸 것이다. 도 2는 밸런스훈련장치(1)의 평면도이다. 도 3은 밸런스훈련장치(1)의 구동기구의 구성을 나타낸 것이다. 도 4는 도 3의 A-A선을 따른 정단면도이다. 도 5는 도 1의 우측 후면측에서 본 밸런스훈련장치(1)의 분해 사시도이다.

밸런스훈련장치(1)는 실질적으로 말등 형상(horseback shape) 또는 안장 형상(saddle shape)을 갖고 훈련생이 착석하는 좌석(2) 및 바닥 위에 배치되어 좌석(2)을 지지하는 받침대(pedestal, 4) 등으로 이루어져 있다. 좌석(2)은 좌석기 대(seat base, 2a)와, 좌석기대(2a)에 부착된 쿠숀(cushion, 2b)을 갖도록 구성되어 있다.

한 쌍의 등자쇠(stirrup, 7)는 좌석(2)의 전방 측면 양쪽으로부터 늘어져 있다(도 2 내지 도 5에서는, 도면의 간소화를 위해 생략되어 있다). 각각의 등자쇠(7)는 훈련생이 자신의 발끝을 놓아두는 발걸이(7a), 예컨대 나사에 의해 좌석기대(2a)에 고정된 걸림편(hooking piece, 7b), 및 발걸이(7a)와 걸림편(7b)을 결합하는 결합편(coupling piece, 7c)으로 이루어져 있다. 결합편(7c)의 상단부에 형성된 걸림구멍(hooking hole, 7e)이 걸림편(7b)의 하단부에 마련된 핀(pin, 7d)과 결합될 때, 결합편(7c)이 요동될 수 있다. 발걸이(7a)는 등자쇠(7)의 길이(또는 발걸이(7a)의 높이)를 조절하기 위해 일렬로 정렬되는 복수의 조절구멍(7g)을 구비하여, 결합편의 하단부에 마련된 핀(7f)을 조절구멍(7g)의 하나와 결합함으로써 조절될 수 있다.

좌석(2)은 좌석(2)의 전단부(front end)에 인접하여 설치된 지지기대(support base, 2c)를 더 구비한다. 좌석(2)의 전단부에 인접한 부분에 있는 지지기대(2c)상에는 고삐(8)가 설치되어 있다. 고삐(8)는 반원형 형상을 갖는 손잡이부(handle, 8a)를 갖는다. 손잡이부(8a)의 양단부(8b)(8c)는 지지기대(2c)상에 회전가능하게 지지되기 위해 안쪽으로 구부려져 있다. 따라서, 훈련생은 좌석(2)으로부터 손잡이부(8a)를 세움으로써 자신으로부터 멀리 떨어져 있는 손잡이부(8a)를 파지할 수 있다. 지지기대(2c)의 상면에는, 손잡이부(8a)에 대응하는 형상을 갖는 수용홈(storage groove)이 형성되어 있으므로, 손잡이부(8a)를 편평하게 놓아 둠으로써 좌석(2)의 지지기대(2c)상에 손잡이부(8a)를 놓을 수 있다. 지지기대(2c)상에는 작동회로기판(9a)이 장착되며, 작동회로기판(9a)을 에워싸기 위해 지지기대(2c)에, 프론트 패널(front panel, 9b)이 더 부착되어 있고, 이에 의해 작동유닛(operating uint, 9)을 구성한다.

받침대(4)는 바닥(5)상에 설치되는 장착기대(mounting base, 4a), 장착기대(4a)상에 직립하는 기둥(column, 4b), 장착기대(4a)의 전면 및 후면 상부를 각각 덮는 커버부재(cover member, 4c, 4d), 및 기둥(4b)을 덮는 커버부재(4e)로 이루어져 있다. 장착기대(4a)는, 장착기대(4a)의 전단부에 인접한 부분에 있는 결합프레임(couple frame, 4h)과 장착기대(4a)의 중앙부에 있는 결합바(coupling bar, 4i)에 의해 우측프레임(4g)과 좌측프레임(4f)을 서로 결합시키도록 구성되어 있다. 바닥(5)에 대하여 장착기대(4a)의 높이 또는 레벨(level)을 조절할 수 있는 조절부(adjustor, 4j)는 장착기대(4a)의 전단부와 후단부(rear end)에 있는 우측프레임(4g)과 좌측프레임(4f)의 저면에 나사결합되어 있다.

한 쌍의 다리바퀴(caster, 4k)는 장착기대(4a)의 후단부에 인접한 우측프레임(4g)과 좌측프레임(4f)의 내면에 더 설치되어 있다. 이와 같이 하여, 장착기대(4a)의 후단부에 설치된 조절부(4j)의 돌출량이 감소되고 장착기대(4a)의 전단부가 상승되면, 바닥(5)상에 다리바퀴(4k)를 굴림으로써 밸런스훈련장치(1)를 이동시킬 수 있다. 선택적으로, 다리바퀴(4k)를 바닥(5)상에 접촉하지 않도록 하기 위해 장착기대(4a)의 후단부에 설치된 조절부(4j)의 돌출량이 증가되면, 밸런스훈련장치(1)는 바닥(5)상에 덜걱덜걱 소리를 냄이 없이 수평으로 안정하게 지지될 수 있 다. 따라서, 좌석(2)이 훈련생이 착석한 상태에서 요동동작을 실행하는 경우라도 요동기구(3)와 좌석(2)을 안정하게 지지시킬 수 있다.

기둥(4b)은 요동기구(3), 좌석(2) 및 훈련생의 체중으로 인한 하중을 지지하기 위하여 그 측면들로부터 보았을 때 실질적으로 삼각형 형상으로 형성되는 한 쌍의 지지지주(supporting post)(4m)(4n)로 이루어져 있다. 지지지주(4n)(4m)의 하단부는 우측프레임(4g)과 좌측프레임(4f)의 실질적인 중앙부에서 우측프레임(4g)과 좌측프레임(4f)에 각각 고정되어 있다. 지지지주(4m)(4n)의 각각의 상단부에 인접한 부분에는 베어링(bearing, 4p)이 끼워져 있다. 지지지주(4m)(4n)의 적어도 하나의 삼각형 형상의 대체로 중앙에 오목부(recess, 4q)가 형성되어 있으므로, 밸런스훈련장치(1)의 전류공급과 구동제어를 실행하는 메인 회로기판(4r)이 그 내부에 포함된다. 기둥(4b)을 구성하는 이러한 구성요소들은 커버부재(4e)로 덮혀지며, 커버부재(4e)의 상단부와 좌석(2)의 하단부 사이의 공간이 제거가능한 커버부재(2d)로 덮혀져 있다.

도 6은 밸런스훈련장치(1)로부터 좌석(2)과 커버부재(4c)(4d)(4e)를 제거한 상태에서 그 왼쪽 후면측에서 본 밸런스훈련장치(1)의 구동기구의 구성을 나타낸 것이다. 도 7은 구동기구의 분해 사시도이다. 도 8은 구동기구의 우측면도이다.

밸런스훈련장치(1)의 구동기구는 좌석(2)을 밸런스훈련장치(1)의 전후방향(X-방향)으로 요동하는 요동기구(3), 회전축(TO) 주위로 요동기구(3)를 오프셋하는 오프셋 기구(6), 받침대(4)와 지지유닛(11) 사이에 설치되고, 수직면에서 요동기구(3)의 회전축(TO)의 각도변위(θ, 도 26 참조)를 변화시키는 제1 경사기 구(12), 및 요동기구(3)와 좌석(2) 또는 좌석기대(19) 사이에 설치되고, 좌석(2)의 경사각을 변화시키는 제2 경사기구(20)로 이루어져 있다.

지지유닛(11)은 요동기구를 회전축(TO) 주위로 회전가능하게 지지한다. 받침대(4)는 지지유닛(11)을 제1 수평축(^*T1) 주위로 회전가능하게 지지한다. 지지유닛(11)은 각각 측면에서 보아 굴곡형상(doglegged shape)을 갖는 한 쌍의 회전판(rotation plate, 11a)(11b), 회전판(11a)(11b)의 후단부(11m)에서 회전판(11a)(11b)을 결합하는 제1 축지지판(shaft supporting plate, 11c), 회전판(11a)(11b)의 중앙부(11n)에서 회전판(11a)(11b)을 결합하는 제2 축지지판(11d), 및 회전판(11a)(11b)의 하부(11o)에서 회전판(11a)(11b)을 결합하는 승강지지판(lift supporting plate, 11e)으로 이루어져 있다. 이러한 지지판(11c)(11d)(11e)은 회전판(11a)(11b)에 각각 용접되어 있다.

각각 암나사를 갖는 한 쌍의 부싱(bushing, 11f)은 회전판(11a)(11b)의 전단부(11k)에서 회전판(11a)(11b)에 압입(press fit)되어 있다. 지지지주(4m)(4n)상에 설치된 베어링(4p)을 관통하는 나사볼트(4s)가 부싱(11f)의 암나사에 나사결합되므로, 지지유닛(11)은 베어링(4p)의 중앙을 결속하는 제1 수평축(^*T1) 주위로 베어링(4p)과 회전가능하게 지지된다.

승강지지판(11e)에는 그 중앙에 브래킷(bracket, 11h)이 고정되어 있으므로, 신축 리프트(lift) 등의 제1 경사기구(12)가 받침대(4)의 장착기대(4a)의 결합바(4i)와 브래킷(11h) 사이에 설치된다. 따라서, 밸런스훈련장치(1)의 전후방향으 로의 지지유닛(11)의 경사각은 제1 경사기구(12)의 늘림 또는 줄임에 따라 변화가능하다.

제1 축지지판(11c)과 제2 축지지판(11d)은 소정의 거리로 서로 대향하도록 배치되어 있고, 베어링(11i)(11j)들은 그 중앙에 각각 압입되어 있다. 이 베어링(11i)(11j)들은 이후에 상세히 설명하는 바와 같이, 회전축(TO) 주위로 요동동작을 할 수 있도록 요동기구(3)를 지지한다.

제1 경사기구(12)는 실린더(cylinder, 12a), 실린더(12a)에 대하여 신축가능한 가동부재(12b), 실린더(12a)의 상부에 설치된 기어박스(gearbox, 12c), 기어박스(12c)를 구동하는 모터(12d), 및 높이검출유닛(12e)으로 이루어져 있다. 실린더(12a)의 하단부는 수평축 주위로 요동되기 위해 지지기대(4a)상에 결합바(4i)로 선회된다. 가동부재(12b)는 볼나사(ball screw) 등으로 이루어져 있고, 가동부재(12b)의 상단부는 수평축 주위로 요동되기 위하여 브래킷(11h)과 핀(12k)으로 선회된다. 기어박스(12c) 내의 기어(도시하지 않음)의 내면에 형성된 암나사는 가동부재(12b)의 볼나사와 나사결합되어, 모터(12d)의 출력축상에 고정된 워엄(worm)에 의해 기어가 구동되므로, 가동부재(12b)는 실린더(12a)의 내측으로부터 늘어나게 되거나 그 내측으로 줄어들게 된다.

높이검출유닛(12e)은 결합편(12f)으로 가동부재(12b)의 하단부에 결합되는 슬릿판(slit plate, 12g), 및 슬릿판(12g)의 변위를 검출하는 센서(12h)로 이루어져 있고, 이에 의해 승강지지판(11e)의 높이, 즉 지지유닛(11)의 경사각을 측정할 수 있다. 결합편(12f)은 슬릿(12i)으로부터 실린더(12a)의 내측으로 삽입되어 나 사(12j)에 의해 가동부재(12b)의 하단부에 결합된다.

요동기구(3)는 회전판(11a)(11b)과 지지판(11c)(11d)(11e)에 의해 구획되는 공간 내에 포함되도록 하기 위해 소형 구성을 갖는다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 요동기구(3)는 모터(13), 제1 구동기어(14), 제2 구동기어(15), 안내축(16) 등으로 이루어져 있고, 이들은 하우징(3f) 내에 포함되어 있다. 하우징(3f)은 측면판(side plate, 3c, 3d)을 나사(3e)에 의해 정면커버(3a)와 후면커버(3b)를 고정함으로써 구성된다.

제1 구동기어(14), 제2 구동기어(15) 및 안내축(16)은 베어링구멍(3g)(3h)(3i)을 갖는 오목부(3j)(3k)(3l) 내에 각각 끼워지는 베어링(3m)(3n)(3o)에 의해 수평축 주위로 회전가능하게 선회된다.

제1 구동기어(14)는 가장 큰 직경을 갖고 워엄(13b)이 결합되는 워엄휠(worm wheel, 14a)을 갖는다. 워엄(13b)은 모터(13)의 출력축(13a)에 압입된다. 브래킷(13c)은 용접(welding) 등에 의해 모터(13)에 고정된다. 브래킷(13c)은 그 측면판(13d)(13e)상에 형성된 나사구멍(13f)을 갖고, 측면판(3c)(3d)상에는 나사구멍(13f)에 대응하는 삽입구멍(3p)이 형성되어 있다. 이와 같이 하여, 삽입구멍(3p)을 관통하는 상기한 나사(3e)가 나사구멍(13f)에 나사결합되는 방식으로 요동기구(3)에 고정된다.

측면판(13d)(13e)의 각각에는, 모터(13)의 중력(G)의 중심으로부터 떨어진 위치에 핀(13g)들이 설치되어 있다. 하우징(3f)이 제1 구동기어(14), 제2 구동기어(15), 안내축(16) 및 모터(13)를 포함하여 조립될 때, 이들 핀(13g)들이 먼저 측 면판(3c)(3d)상에 형성된 핀구멍(3q)들에 끼워진다. 하우징(3f)을 조립한 후에, 모터(13)는 제1 구동기어(14)와 안내축(16) 사이의 공간에서 핀(13g)과 핀구멍(3q)에 의해 요동될 수 있다. 조립된 하우징(3f)이 예컨대, 지그(jig)를 이용하여 위치되고, 작업자가 모터(13)의 지지를 해제할 때, 워엄(13b)은 도 8에 도시한 바와 같이, 모터(13)의 자체 중량(F1)에 대응하는 힘(F2)에 기인하여 워엄휠(14a)과 결합한다. 요동기구에 있어서, 워엄(13b)은 아래쪽으로부터 워엄휠(14a)에 접촉한다. 이러한 상태하에서, 작업자가 측면판(3c)(3d)상에 모터(13)를 고정하기 위해 나사(3e)를 결합할 때, 워엄(13b)과 워엄휠(14a) 사이의 백래쉬(backlash)를 최적으로 자동 조절할 수 있다.

핀(13g)과 핀구멍(3q)의 위치는 모터(13)의 중량, 워엄(13b)과 워엄휠(14a) 사이의 백래쉬를 감소시키기 위해 필요한 힘(F2), 및 조립할 때의 하우징(3f)의 자세에 기초하여 선택된다. 예컨대, 모터(13)가 하우징에 수평방향으로 장착된다고 가정하면, 핀구멍(3q)으로부터 모터(13)의 중력(G) 중심까지의 거리는 기호 D1으로 표시되고, 출력축(13a)상의 워엄휠(14a)과의 워엄(13b)의 맞물림 위치에 대응하는 점까지의 거리는 기호 D2로 표시되어, 식 F1×D1=F2×D2가 확립된다.

이러한 구성에 의하면, 워엄(13b)과 워엄휠(14a) 사이의 백래쉬의 번거로운 조절을 생략할 수 있다. 또한, 백래쉬를 조절하는 조절나사와 압력을 인가하는 코일스프링과 같은 특정 구성요소들이 불필요하게 되므로, 밸런스훈련장치(1)의 제조비용을 줄일 수 있다. 더 나아가서는, 워엄(13b)과 워엄휠(14a) 사이의 백래쉬를 늘리기 위한 힘이 구동되는 하중의 증가로 인하여 또는 나사(3e)의 느슨함 혹은 관 통시의 진동으로 인하여 발생되는 경우라도, 힘(F2)이 백래쉬를 줄이기 위하여 워엄(13b)에 작용하므로, 백래쉬로 인한 음향잡음(acoustic noise)을 줄일 수 있다.

선택적으로, 핀(13g)은 측면판(3c)(3d)상에 설치될 수도 있고, 핀구멍(3q)은 브래킷(13c)의 측면판(13d)(13e)상에 형성될 수도 있다. 또한, 워엄(13b)이 워엄휠(14a)과 위로부터 맞물리는 경우에, 핀(13g)은, 백래쉬의 조절이 불필요하게 될 수 있도록 출력축(13a)에 대하여 모터(13)의 중력(G)의 중심에 대향하는 위치에 설치될 필요가 있다.

모터(13)의 구동력은 워엄(13b)을 통하여 제1 구동기어(14)로 전달된다. 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 한 쌍의 편심축(14c)(14d)은 제1 구동기어(14)의 양단부에 형성되어 있다. 편심축(14c)(14d)은 호이스팅 레버(hoisting levers)(17)(18)의 중앙부(17j)(18j)에 형성되는 베어링구멍(bearing hole)(17a)(18a)과 각각 결합된다. 따라서, 모터(13)의 구동력은 편심축(14c)(14d)을 통하여 호이스팅 레버(17)(18)에 전달된다.

호이스팅 레버(17)(18)는 하우징(3f)의 외측에 배치되어 있다. 도 7 및 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 호이스팅 레버(17)(18)는 그 측면으로부터 보아서 각각 굴곡형태로 형성되어 있다. 호이스팅 레버(17)(18)의 기단부(基端部)(17b)(18b)는 실질적으로 L형상을 갖고, 베어링구멍(17a)(18a)은 L형상의 단부에 대응하는 위치에 각각 배치되어 있다. 호이스팅 레버(17)(18)의 자유단부(free end portions)(17c)(18c)는 기단부(17b)(18b)의 L형상의 단부로부터 비스듬하게 뻗어있다.

길다란 안내홈(17d)(18d)은 호이스팅 레버(17)(18)의 L형상의 모서리의 부분에 각각 형성되어 있다. 한편, 안내축(16)은 그 양단부에 형성된 결합돌기(16a)(16b)를 갖고, 결합돌기(16a)(16b)는 길다란 안내홈(17d)(18d)에 더 삽입되는 길다란 지지부재(17e)(18e)와 각각 결합된다. 이와 같이 하여, 호이스팅 레버(17)(18)는 수직방향으로 이동될 수 있지만, 안내축(16)에 대하여 수평방향으로 이동될 수 없다. 그래서, 제1 구동기어(14)에 대한 호이스팅 레버(17)(18)의 회전은 안내축(16)에 의해 제한된다.

여기에 있어서, 도 9에 도시된 바와 같이 좌석(2)의 중심(P1)과 안내축(16)의 중심(P3) 사이의 거리가 기호 H1으로 표시되고, 제1 구동기어(14)의 중심(P2)과 안내축(16)의 중심(P3) 사이의 거리가 기호 H2로 표시되며 편심축(14c)(14d)의 편심(eccentricity)량 또는 편심행정(stroke)이 기호 H3으로 표시되는 것으로 한다. 좌석(2)의 중심(P1)이 제1 구동기어(14)와 안내축(16)의 중심(P2)(P3)들을 잇는 선(T0)상에 위치되므로, 편심축(14c)(14d)이 제1 구동기어(14)의 중심(P2) 주위로 회전하는 경우라도, 수직방향으로의 좌석(2)의 중심(P1)의 변위(displacement)는 편심량(H3)의 실질적으로 2배로 된다. 대조적으로, 수평방향으로의 좌석(2)의 중심(P1)의 변위는 H3×H1/H2로 확대된다. 거리 H1이 거리 H2의 2배보다 크면, 좌석(2)의 중심은 제1 구동기어(14)의 편심축(14c)(14d)의 회전에 대응하는 그 측면으로부터 관측된 수평방향으로 주축(major axis)을 갖는 타원형 궤도를 그리도록 이동된다. 상기 중심들을 잇는 선(T0)이 기울어지면, 수평방향과 수직방향으로의 좌석(2)의 중심 변위의 할당이 늘어나거나 줄어들게 될 수 있으므로, 타원형 궤도 의 주축과 부축(minor axis)의 비율이 변화될 수 있다.

또한, 베어링(3m)과 베어링구멍(17a)(18a)을 관통하는 편심축(14c)(14d)의 양단부상에 수나사(14e)를 형성하여 이 수나사(14e)에 너트(3r)를 나사결합하므로, 호이스팅레버(17)(18)의 베어링구멍(17a)(18a)과 제1 구동기어(14)의 편심축(14c)(14d)와의 결합이 유지된다.

안내축(16)은 베어링(3o)의 내경(內徑)에 대응하는 외경(外徑)을 가지므로, 안내축(16)은 그 수평 중심축을 따라 슬라이딩(sliding)가능하다. 그러나, 안내축(16)의 양단부, 즉 결합돌기(16a)(16b)는 길다란 베어링부재(17e)(18e)에 의해 길다란 안내홈(17d)(18d)과 각각 결합된다. 이와 같이 하여, 수평방향으로의 안내축(16)의 이동이 규제된다.

안내축(16)과 길다란 안내홈(17d)(18d) 대신에, 호이스팅 레버(17)(18)를 왕복 이동시키기 위해 공지의 킹크기구(kink mechanism)를 사용할 수 있다. 또한, 안내홈(17d)(18d)의 형상은 길다란 일직선에 한정되지 않으며, 원호(circular arc) 또는 좌석(2)의 요구하는 궤도에 대응하는 다른 반경을 갖는 원호의 조합 등으로 변경될 수도 있다. 또한, 안내홈(17d)(18d)은 수평방향으로 형성되거나 소정의 방향으로 경사질 수 있다.

여기에 있어서, 도 25에 도시된 바와 같이 좌석(2)의 중심(P1)과 안내축(16)의 중심(P3) 사이의 거리가 기호 H1으로 표시되고, 제1 구동기어(14)의 중심(P2)과 안내축(16)의 중심(P3)이 기호 H2로 표시되며 편심축(14c)(14d)의 편심량 또는 편심행정이 기호 H3으로 표시되면, 편심량(H3)은 H3×H1/H2로 확대된다. 이 중심들 을 잇는 선(T0)이 기울어지면, 수평방향과 수직방향으로의 행정 할당이 변화될 수 있으므로, 편심량(H3)이 늘어나거나 줄어들게 될 수 있다.

각각 암나사를 갖는 부싱(17f)(18f)은 호이스팅 레버(17)(18)의 자유단부(17c)(18c)에 압입된다. 한편, 좌석(2)이 장착되는 좌석기대(19)는 한 쌍의 브래킷(bracket)(19a)(19b)을 갖고, 베어링(19c)(19d)은 그 자유단부에 근접한 부분에서 브래킷(19a)(19b)에 압입된다. 베어링(19c)(19d)을 각각 관통하는 볼트(19e)(19f)는 부싱(17f)(18f)의 내측나사에 나사결합된다. 이와 같이 하여, 좌석기대(19)의 후단부(19h)는 제2 수평축(T2) 주위로 회전가능하게 선회된다. 한편, 브래킷(19g)은 좌석기대(19)의 전단부(19j)에 고정된다. 브래킷(19g)과 호이스팅 레버(17)(18)의 자유단부(17c)(18c)는 늘림 및 줄임이 가능한 리프트와 같은 제2 경사기구(20)와 연결된다.

제2 경사기구(20)는 상술한 제1 경사기구(12)와 마찬가지로 구성되며, 실린더(20a), 실린더(20a)에 대하여 늘림 및 줄임이 가능한 이동부재(20b), 실린더(20a)의 상부에 설치된 기어박스(20c), 기어박스(20c)를 구동하는 모터(20d), 및 높이검출유닛(20e)으로 이루어져 있다. 각각 내측나사를 갖는 한 쌍의 부싱(20f)은 실린더(20a)의 양 측면의 하단부에 근접한 부분에서 압입된다. 한편, 한 쌍의 베어링(17g)(18g)은 호이스팅 레버(17)(18)의 전단부에 근접한 부분에서 압입된다. 베어링(17g)(18g)을 관통하는 볼트(17h)(18h)는 부싱(20f)에 나사결합되므로, 제2 경사기구(20)의 하단부는 베어링(17g)(18g)을 잇는 제3 수평축(T3) 주위로 회전하능하게 선회된다.

이동부재(20b)는 볼나사 등으로 이루어지며, 브래킷(20g)은 이동부재(20b)의 상단부에 고정된다. 브래킷(20g)은 핀(20h)에 의해 좌석기대(19)의 브래킷(19g)에 대하여 수평축 주위로 회전가능하게 선회된다. 이동부재(20b)의 볼나사는 기어박스(20c)의 내측에 설치된 기어(도시하지 않음)의 내면에 형성된 암나사에 나사결합된다. 기어가 모터(20d)의 출력축상에 고정된 워엄에 의해 구동되면, 이동부재(20b)는 실린더(20a)로부터 늘어나거나 그 안으로 줄어들게 되고, 이에 의해 좌석기대(19)는 상술한 제2 수평축(T2) 주위로 회전된다. 즉, 좌석기대(19)상에 장착된 좌석(20)의 경사각은 밸런스훈련장치(1)의 전후방향을 포함하는 수직면에서 변화된다. 높이검출유닛(20e)은 좌석기대(19)의 전단부의 높이, 즉 좌석기대(19)의 경사각을 검출하기 위해 브래킷(20g)과 결합되는 슬릿판(slit plate, 20i)의 변위를 측정한다.

상술한 요동기구(3)에 있어서, 워엄(13b)을 통하여 제1 구동기어(14)에 전달되는 모터(13)의 구동력은 작은 직경을 갖는 기어(14b)를 통하여 제2 구동기어(15)에 더 전달된다. 편심축(15b)은 제2 구동기어(15)의 단부상에 형성된다. 측면판(3c)상에 설치된 베어링(3m)을 관통하는 편심축(15b)은 편심로드(21)의 일단부상에 설치되는 스위블 베어링(swivel bearing, 21a) 내에 끼워진다. 수나사(15c)는 편심축(15b)의 일단부상에 형성되고 너트(21b)는 수나사(15c)에 나사결합되므로, 편심축(15b)은 스위블 베어링(21a)으로부터 빠질 수 없다. 수나사(15d)는 제2 구동기어(15)의 타단부상에 더 형성되고 너트(3s)는 외측나사(15d)에 나사결합되므로, 제2 구동기어(15)의 타단부는 요동기구(3)의 하우징(3f)으로부터 빠질 수 없 다.

스위블 베어링(21a)은 구면베어링(spherical bearing) 면을 갖고, 마찬가지의 스위블 베어링(21c)은 편심로드(21)의 또 다른 단부에 설치된다. 구동축(22)의 일단부상에 형성된 편심축(22a)은 스위블 베어링(21c) 내에 삽입되고, E형상의 링(ring, 22b)은 편심축(22a)의 단부와 결합되므로, 편심축(22a)은 스위블 베어링(21c)으로부터 빠질 수 없다. 구동축(22)의 중심부(22c)는 회전판(11a)의 후단부에 형성된 구멍(11m)에 압입되는 베어링(11p)에 의해 선회된다. 외측톱니(22d)는 구동축(22)의 타단부상에 형성된다.

외측톱니(22d)는 기어(23)의 내면상에 형성되는 내측톱니(23a)와 맞물린다. 기어(23)는 회전판(11)의 외측에 배치된다. 수나사(22e)는 편심축(22a)에 반대쪽의 구동축(22)의 일단부상에 형성되고 너트(22f)는 수나사(22e)에 나사결합되므로, 기어(23)는 구동축(22)에 일체로 연결되어 그와 함께 회전된다. 기어(23)는 모터(24)의 출력축(24a)에 압입된 워엄(24b)과 맞물린다. 모터(24)는 고정부재(25)에 의해 외측으로부터 형성된 오목한 부분에서 회전판(11a)상에 고정된다.

기어(23)의 회전각은 인코더(encoder, 26)에 의해 검출된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 인코더(26)는 기어(23)의 단면(端面)상에 동일한 간격으로 형성되는 복수개의 기준구멍(reference pit, 23c)을 검출하여, 그 각각의 기준구멍(23c)의 검출에 대응하는 신호를 출력한다. 기어(23)의 회전중에 인코더(26)로부터 출력된 다수의 신호를 계수함으로써, 편심로드(21)의 요동동작의 기점을 검출하는 것이 가능하며, 이에 대하여는 이후에 상세히 설명한다.

상술한 편심로드(21), 구동축(22), 기어(23), 모터(24) 등은 오프셋 기구(6)를 구성한다. 오프셋 기구(6)는 지지유닛(11)상에 설치된다.

정면커버(3a)와 후면커버(3b)의 하단부들은 서로 평행하도록 형성된다. 암나사를 각각 갖는 부싱(3x)(3y)은 정면커버(3a)와 후면커버(3b)의 하단부들에 근접한 부분의 중심에서 각각 압입된다. 베어링(11j)(11i)을 관통하는 나사볼트(11x)(11y)는 부싱(3x)(3y)에 나사결합되므로, 하우징(3f), 즉 요동기구(3)는 베어링(11j)(11i)을 잇는 회전축(T0) 주위로 회전가능하게 유지될 수 있다. 제2 구동기어(15)가 회전되면, 요동기구(3)는 편심축(15b)과 편심로드(21)의 작용으로 인하여 회전축(T0) 주위로 요동된다. 요동기구(3)의 요동동작중에, 오프셋기구(6)의 모터(24)가 구동되지 않더라도 편심로드(21)는 측면판(3c)에 근접하고 그로부터 멀어지도록 변위한다. 그러나, 편심로드(21)는 스위블 베어링(21a)(21c)으로 인하여 제2 구동기어(15)와 구동축(22)으로부터 이탈되지 않을 수도 있다.

오프셋기구(6)의 모터(24)가 구동되면, 기어(23)와 기어(23)에 일체적으로 고정되는 구동축(22)은 모터(24)의 구동력에 의해 회전된다. 편심로드(21)의 하단부가 스위블 베어링(21c)을 통하여 구동축(22)의 편심축(22a)과 결합되므로, 편심로드(21)의 요동동작의 기점은 화살표 Z로 표시된 수직방향(방향 Z)으로 위 아래로 변위된다.

따라서, 회전축(T0) 주위로 지지유닛(11)에 대하여 요동기구(3)의 각도위치에 오프셋을 제공하는 것이 가능하므로, 요동기구(3), 즉 좌석(2)은 회전축(T0) 주위로 소정의 각도로 기울어지는 기점에 대하여 회전축(T0) 주위로 요동될 수 있고, 이에 대하여는 이후에 상세히 설명한다. 또한, 편심축(22a)이 워엄(24b)과 기어(23)를 통하여 구동되므로, 하중으로 인해 경사각이 변화되는 것을 방지할 수 있다.

상기와 같이 구성된 밸런스훈련장치(1)에 있어서, 모터(13)가 구동되면, 좌석(2)은 제1 구동기어(14), 호이스팅 레버(17)(18), 및 안내축(16)의 작용으로 인하여 전후방향(방향 X)과 수직방향(방향 Z)으로 왕복 이동되므로, 좌석(2)의 이동은 도 9에 도시된 바와 같이, 측면으로부터 보았을 때 타원형 궤도(R1)로 된다. 좌석(2)이 장착되는 좌석기대(19)를 지지하는 호이스팅 레버(17)(18)가 단일의 제1 구동기어(14)에 의해 구동되므로, 수직방향(방향 Z)으로의 왕복 상하운동을 전후방향(방향 X)으로의 왕복 전후방운동에 추가함으로써 타원형 궤도(R1)를 그리도록 좌석(2)을 이동하는 것이 가능하고, 이에 의해 운동의 동작 패턴을 증가시킬 수 있다. 또한, 좌석(2)의 요동동작을 실행하기 위한 요동기구(3)는 간소화 및 소형화된다. 또한, 왕복 상하운동이 통상의 왕복 전후방운동에 더 추가되므로, 훈련생의 자율신경을 활성화시킬 수 있고 훈련생의 다리 부분의 근육강화를 발달시킬 수 있다. 또한, 좌석(2)이 측면에서 본 원형 궤도 또는 타원형 궤도를 그리도록 이동되므로, 요동동작으로 인한 신체부담을 부드럽게 변화시킬 수 있고, 이에 의해 신체에 대한 손상을 줄이면서 운동의 효과를 향상시킬 수 있다.

여기에 있어서, 제1 구동기어(14)의 기어(14a)와 제2 구동기어(15)의 기어(15a)와의 기어비가 1:1로 되도록 설정된다고 가정될 때, 제1 구동기어(14)와 제2 구동기어(15)와의 회전속도의 비 또한 1:1로 된다. 또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 구동기어(14)의 구동력으로 인하여 전후방향(방향 X)으로의 요동동작의 시점의 타이밍이 0도에서 제2 구동기어(15)의 구동력으로 인하여 화살표 Y로 표시된 가로방향(이하, 간략히 방향 Y라고 함)으로의 요동동작의 시점과 일치된다고 추정된다. 즉, 제1 구동기어(14)의 편심축(14c)(14d)의 위상은 제2 구동기어(15)의 편심축(15b)의 위상과 일치한다. 좌석(2)의 중심의 운동 궤적은 도 10에 도시된 바와 같이 직선(L11)으로 된다. 도 10 및 도 11에서의 점 "a"∼"e"는 요동동작에서의 좌석(2)의 중심(P1)의 위치를 나타낸 것이다. 제2 구동기어(15)의 구동력으로 인한 요동동작이 제1 구동기어(14)의 구동력으로 인한 요동동작의 위상과 180도 지연되면, 좌석(2)의 요동동작의 방향만이 다르지만, 좌석(2)의 중심의 운동 궤적은 직선으로 된다.

선택적으로, 제1 구동기어(14)의 편심축(14c)(14d)의 위상이 1/4 사이클, 즉 제2 구동기어(15)의 편심축(15b)의 위상으로부터 90도 어긋난다고 가정되면, 좌석(2)의 중심의 궤적은 도 12에 도시된 바와 같이, 편심로드(21)의 요동동작으로 인해 위에서 보았을 때 타원형 궤도(L12)로 된다. 도 13은 도 12에 도시된 예에서 제1 구동기어(14)와 제2 구동기어(15)로 인한 요동동작의 파형을 나타낸 것이다. 도 12 및 도 13은 제2 구동기어(15)의 구동력으로 인한 요동동작의 위상이 제1 구동기어(14)의 구동력으로 인한 요동동작으로부터 90도 지연되는 경우를 각각 도시한 것이다. 제2 구동기어(15)의 구동력으로 인한 요동동작이 제1 구동기어(14)의 구동력으로 인한 요동동작의 위상으로 90도 전진, 즉 그 요동동작의 위상으로부터 270도 지연되는 경우라도, 좌석(2)의 중심의 궤적은, 출발점이 다른 타원형 궤도로 된다.

제1 구동기어(14)의 구동력으로 인한 요동동작의 위상과 제2 구동기어(15)의 구동력으로 인한 요동동작의 위상 사이의 어긋남이 상술한 것과 다르면, 좌석(2)의 중심의 궤적은 어긋남의 비율로 제1 구동기어(14)로 인한 전후방향으로의 변위와 제2 구동기어(15)로 인한 가로방향으로의 변위로 이루어진다.

한편, 제1 구동기어(14)의 기어(14b)와 제2 구동기어(15)의 기어(15a)와의 기어비가 1:2로 되도록 설정된다고 가정하면, 제1 구동기어(14)와 제2 구동기어(14)와의 회전속도비는 2:1로 된다. 또한, 제1 구동기어(14)의 구동력으로 인한 요동동작의 시점의 타이밍은 0도에서 제2 구동기어(15)의 구동력으로 인한 요동동작의 시점과 일치된다고 추측된다. 좌석(2)의 중심은 도 14에 도시된 바와 같이, 무한대 표시(infinity mark) 또는 ∞ 모양처럼 궤도(L21)를 그린다. 도 15는 도 14에 도시된 예에서 제1 구동기어(14)와 제2 구동기어(15)로 인한 요동동작의 파형을 도시한 것이다.

제1 구동기어(14)의 구동력으로 인한 요동동작의 시점이 타이밍이 제2 구동기어(15)의 구동력으로 인한 요동동작의 시점과 180도 어긋난다고 가정하면, 좌석(2)의 중심은 도 16에 도시된 바와 같이, 무한대 표시 또는 ∞ 모양처럼 궤도(L22)를 그린다. 도 17은 도 16에 도시된 예에서 제1 구동기어(14)와 제2 구동기어(15)로 인한 요동동작의 파형을 도시한 것이다. 도 14와 도 16을 비교하면, 좌석(2)의 중심이 그리는 궤도(L21)(L22)의 방향은 서로 반대이다.

제2 구동기어(15)의 구동력으로 인한 요동동작의 위상이 제1 구동기어(14)의 구동력으로 인한 요동동작으로부터 90도 지연된다고 가정하면, 도 18에 도시된 바와 같이 좌석(2)의 중심의 궤적(L23)은 실질적으로 역 V자 형상으로 된다. 도 19는 도 18에 도시된 예에서 제1 구동기어(14)와 제2 구동기어(15)로 인한 요동동작의 파형을 도시한 것이다.

제2 구동기어(15)의 구동력으로 인한 요동동작의 위상이 제1 구동기어(14)의 구동력으로 인한 요동동작으로 90도 전진, 즉 그 요동동작으로부터 270도 지연된다고 가정하면, 도 20에 도시된 바와 같이 좌석(2)의 중심의 궤적(L24)은 실질적으로 V자 형상으로 된다. 도 21은 도 20에 도시된 예에서 제1 구동기어(14)와 제2 구동기어(15)로 인한 요동동작의 파형을 도시한 것이다.

또한, 제1 구동기어(14)의 기어(14b)와 제2 구동기어(15)의 기어(15b)와의 기어비가 2:1로 되도록 설정된다고 가정하면, 제1 구동기어(14)와 제2 구동기어(15)와의 회전속도비는 1:2로 된다. 또한, 제1 구동기어(14)의 구동력으로 인한 요동동작의 시점의 타이밍은 0도에서 제2 구동기어(15)의 구동력으로 인한 요동동작의 시점과 일치된다고 추정된다. 좌석(2)의 중심은 도 22에 도시된 바와 같이, 8 모양처럼 궤도(L3)를 그린다.

이 점에서, 주목할 점은, 편심로드(21)의 요동동작의 기점인 편심축(22a)이 회전축(T0) 주위로 요동기구(3)의 각도위치에 오프셋을 전혀 일으키지 않는 위치로 놓여지는 것으로 가정한다는 것이다. 요동기구(3)의 각도위치의 오프셋이 발생되면, 궤적(L1)(L21)(L22)(L23)(L3)은 오프셋 방향으로 쉬프트(shift)된 위치에서 나타나며, 이에 대하여는 이후에 상세히 설명한다. 또한, 주목할 점은, 회전축(T0) 이 수평인 것으로 가정한다는 것이다. 회전축(T0)이 기울어질 때의 좌석(2)의 중심의 궤적에 대하여는 이후에 설명한다.

상술한 좌석(2)의 중심의 궤적은, 호이스팅 레버(17)(18)의 안내홈(17d)(18d)이 수직방향으로 향한 경우를 고려한 것이다. 다음에, 제1 경사기구(12)가 제2 경사기구(20)를 빼내거나 줄이는 일 없이 늘어나게 된다고 가정되면, 좌석(2)은 지지유닛(11)에 대하여 전경(前傾)자세로 되고, 따라서 제1 구동기어(14), 의 편심축(14c)(14d), 호이스팅 레버(17)(18) 및 안내축(16)의 작용으로 인한 좌석(2)의 중심(P1)의 궤적은 도 23에 도시된 바와 같이 측면에서 보았을 때 전경자세를 취한 타원형 궤도(R2)로 된다. 이 경우에, 전후방향으로의 요동동작의 성분(component)과 수직방향으로의 요동동작의 성분은 앞뒤로 전환된다. 좌석(2)이 소정의 각도 이상으로 기울어질 때, 도 9에 도시된 궤적(R1)과의 비교시, 도 24에 도시된 바와 같이 수평방향으로의 좌석(2)의 중심 변위의 행정이 W1에서 W1'으로 감소되더라도, 수직방향으로의 좌석(2)의 중심 변위의 행정은 W2에서 W2'로 증가된다. 이에 의해, 좌석(2)의 중심의 궤적 크기 또는 형상을 변화시킬 수 있다.

선택적으로, 제2 경사기구(20)를 늘리거나 줄임으로써 좌석(2)의 경사각을 변화시키는 것이 가능하다. 도 25에 도시된 바와 같이, 제2 경사기구(20)가 늘어나게 되면, 좌석기대(19)의 요동동작의 중심인 좌석(2)의 중심과 요동기구(3)로 인한 요동동작의 기점인 안내축(16)의 중심 사이의 거리 H1은 거리 H1'으로 늘어나게 된다. 안내홈(17d)(18d)이 수직방향으로 향해지는 경우에, 수직방향으로의 좌석(2)의 운동의 행정 W2는 제2 경사기구(20)의 늘림 또는 줄임과 전혀 관계없이 일 정하다. 대조적으로, 수평방향 또는 전후방향으로의 좌석(2)의 운동의 행정 W1은 변화, 즉 행정 W1"으로 늘어나게 된다. 가로방향으로의 좌석(2)의 운동의 행정에 대하여, 요동동작의 기점인 회전축(T0)과 좌석기대(19)의 요동동작의 중심인 좌석(2)의 중심 사이의 거리가 변화되므로, 가로방향으로의 행정이 변화된다.

제1 경사기구(12) 및/또는 제2 경사기구(20)의 늘림 또는 줄임에 의하면, 좌석(2)의 요동동작의 행정을 변화시킬 수 있다. 또한, 제2 경사기구(20)가 더 길게 늘어나면 날수록, 좌석(2)의 전단부는 회전축(T0)으로부터 더 멀어지게 되고, 이에 의해 회전축(T0) 주위로 좌석(2)의 요동동작(횡요(roll)와 편요(yaw))의 행정을 넓힐 수 있다. 나이 들고 연약한 훈련생이 통상의 밸런스훈련장치를 요동동작의 이동속도를 줄인 상태로 이용하지만, 본 발명에 의한 밸런스훈련장치(1)는 요동동작의 행정의 변화에 따라 나이 들고 연약한 훈련생에게 응답할 수 있고, 이에 의해 사용자는 밸런스훈련장치(1)를 쉽게 이용할 수 있다. 선택적으로, 본 발명에 의한 밸런스훈련장치(1)는 체력 향상을 위한 훈련생에게 요동동작의 행정을 늘리도록 응답할 수 있다. 이와 같이 하여, 본 발명에 따른 밸런스훈련장치(1)는 신체치수, 신체조건, 연령, 성별, 신체강도 등에 따라 훈련생에게 적합한 운동을 제공할 수 있으므로, 운동 능률에 뛰어난 밸런스훈련장치를 제공하는 것이 가능하다.

또한, 제1 경사기구(12)와 제2 경사기구(20)가 서로 연관하여 반복적으로 늘어나고 줄어들게 될 때, 좌석(2)은 그 요동동작의 궤적 및/또는 행정을 변화시키면서 위 아래로 이동될 수 있으므로, 밸런스운동의 변화를 증대시켜 밸런스운동의 실재감각을 향상시키는 것이 가능하고, 이에 의해 훈련생에게 흥미를 갖게 하는 운동 메뉴를 현실화시킬 수 있다.

또한, 제1 경사기구(12)와 제2 경사기구(20)를 서로 연관하여 반복적으로 늘리고 줄임으로써, 도 26에 도시된 바와 같이, 좌석기대(19)의 좌석(2)의 각도를 변화시키는 일 없이 전후방향(방향 X)과 수직방향(방향 Z)을 포함하는 평면에서 회전축(T0)의 경사각을 변화시키는 것이 가능하다. 도 26에서, 실선은, 회전축(T0)이 바닥(5)에 대하여 경사각 θ=45도를 갖는 경우에, 지지유닛(11), 요동기구(3), 호이스팅 레버(17)(18) 및 좌석기대(19)의 기본상태를 예시한 것이며, 이점쇄선은, 회전축(T0)이 실질적으로 수직으로 된 경우에, 홑따옴표(')를 갖는 참조부호들로 표시되는 상기 구성요소들의 변위상태를 예시한 것이다. 기본상태로부터, 제1 경사기구(12)가 줄어들게 되면, 회전축(T0)은 수평선쪽으로 경사지게 된다. 선택적으로, 제1 경사기구(12)가 기본상태로부터 늘어나게 되면, 회전축(T0)은 수직선쪽으로 경사지게 된다.

회전축(T0)이 전후방향(방향 X)으로부터 수직방향(방향 Z)에 접근하면, 즉 경사각 θ가 더 크게 되면, 제2 구동기어(15)와 편심로드(21)로 인한 요동동작이 가로방향(방향 Y)으로의 요동동작(횡요)과 수직축 주위로의 요동동작 사이에서 변화된다(좌석(2)의 중심이 회전축(T0)상에 위치될 때, 그 요동동작은 편요로 된다). 이와 같이 하여, 전후방향으로의 요동기구(3)의 왕복운동의 성분이 수직방향으로의 성분으로 전환될 수 있다. 결과적으로, 밸런스훈련장치(1)는 요동동작의 패턴을 더 폭넓게 변화시킬 수 있고 요동동작의 패턴의 변화에 따라 요동동작의 행정을 변화시킬 수 있으므로, 운동을 하는 훈련생의 신체 부위에 적합한 요동동작의 패턴을 얻을 수 있다. 밸런스훈련장치(1)는 사용자에게 흥미를 갖게 하면서 유용성에 뛰어나다.

여기에 있어서, 경사각 θ의 변화에 따른 요동동작의 각도의 변화는 표 1에 예시되어 있다. 요동동작의 각도는 제2 구동기어(15)의 편심축(15b)의 편심량, 편심로드(21)의 길이, 회전축(T0)과 구동축(22)의 중심 사이의 거리 등으로 인하여 변화된다.

θ	횡요각	편요각
0°	9.6°	0°
30°	8.3°	4.8°
45°	6.8°	6.8°
60°	4.8°	8.3°
90°	0°	9.6°

회전축(T0)이 수평방향(θ=0°)으로부터 수직방향(θ=90°)에 더 가까이 접근하면 할수록, 좌석(2)의 요동동작은 가로방향으로의 횡요로부터 수직축 주위로의 편요로 변화된다. 제1 구동기어(14)의 기어(14b)와 제2 구동기어(15)의 기어(15a)와의 기어비가 예컨대, 1:2로 되도록 설정되면, 무한대 표시 또는 ∞ 모양처럼 좌석(2)의 중심의 궤적(L21)이 도 27에 참조부호 L21'로 표시된 바와 같이 더 작게 된다. 그러나, 참조부호 V1과 V2로 표시된 비틀림 운동은 번갈아 일어나는 것처럼 좌석(2)의 운동에 더해진다. 이러한 비틀림 운동은 제1 구동기어(14)의 편심축(14c)(14d)의 위상과 제2 구동기어(15)의 편심축(15b)의 위상 사이의 차이에 따라 변화한다. 여기에 있어서, 제1 구동기어(14)의 편심축(14c)(14d)의 위상 0°가, 좌석(2)의 중심 변위가 0인 기점(P0)에서 제2 구동기어(15)의 편심축(15b)의 위상 0°와 일치하는 것으로 추정된다. 좌석(2)이 가로방향으로 좌우로 흔들리는 일이 더 크면 클수록, 좌석(2)은 참조부호 V1으로 표시된 바와 같이 좌우로 흔들리는 방향쪽으로 더 비틀어질 것이다. 선택적으로, 좌석(2)의 중심이 기점(P0)으로 더 가까이 복귀되면 될수록, 좌석(2)의 비틀림 운동량이 참조부호 V2로 표시된 바와 같이 더 작아지게 된다. 이와 같이 하여, 밸런스훈련장치(1)에 의한 운동의 효과를 향상시킬 수 있다.

대조적으로, 제1 구동기어(14)의 기어(14b)와 제2 구동기어(15)의 기어(15a)와의 기어비가 1:2로 되도록 설정되는 조건하에서는, 제1 구동기어(14)의 편심축(14c)(14d)의 위상 180°가 제2 구동기어(15)의 편심축(15b)의 위상 0°와 일치하는 것으로 추정된다. 좌석(2)의 중심의 궤적은 도 16에 도시된 바와 같이 무한대 표시 또는 ∞ 모양과 같은 궤적(L22)을 취한다. 좌석(2)이 가로방향으로 좌우로 흔들리는 일이 크면 클수록, 좌석(2)은 참조부호 V2로 표시된 바와 같이 좌우로 흔들리는 것과 반대의 방향쪽으로 더 비틀어지게 될 것이다. 선택적으로, 좌석(2)의 중심이 기점(P0)으로 가까이 복귀되면 될수록, 좌석(2)의 비틀림 운동량은 참조부호 V1으로 표시된 바와 같이 더 작아지게 된다. 이 경우에, 운동을 부드럽게 수행하는 것이 가능하다.

도 20에 도시된 좌석(2)의 중심의 V형상의 궤적(L24)의 경우에, 좌석(2)이 가로방향으로 좌우로 흔들리는 일이 크면 클수록, 좌석(2)은 참조부호 V1으로 표시된 바와 같이 좌우로 흔들리는 방향쪽으로 더 비틀어질 것이다.

또한, 제1 경사기구(12)와 제2 경사기구(20)의 늘림 또는 줄임으로 인한 좌석(2)의 경사를 제거(cancel)하기 위해 바닥(5)으로부터의 좌석(2)의 높이는 제1 경사기구(12)와 제2 경사기구(20)를 서로 연관하여 경사지게 함으로써 변화될 수 있다. 이와 같이 하여, 좌석(2)을 승강시키기 위해 어떠한 추가적인 기구도 설치함이 없이 훈련생의 신장에 따른 좌석(2)의 높이를 조절하거나 훈련생이 좌석(2)을 승강시키게 할 수 있는 것이 가능하다.

예컨대, 좌석(2)을 경사시킨 상태에서 운동에 의해 훈련생의 신체의 국부 부위에서 운동의 효과를 증대시킬 때, 제1 경사기구(12)의 늘림 또는 줄임으로 인한 좌석(2)의 경사각의 변화는 제2 경사기구(20)의 늘림 또는 줄임에 의해 반드시 제거되는 것만은 아니다. 좌석(2)은 소정의 각도로 경사지는 조건으로 요동될 수 있다.

좌석(2)이 약 90도 회전되는 상태로 좌석기대(19)상에 장착될 때, 요동기구(3)에 의한 좌석(2)의 요동동작은 가로방향으로의 왕복 요동동작과 수직방향으로의 왕복 상하운동의 조합으로 된다. 좌석(2)의 중심의 궤적이 밸런스훈련장치(1)의 정면 또는 후면으로부터 보았을 때 타원형 궤도로 된다. 제2 구동기어(15)와 편심로드(21)로 인한 좌석(2)의 요동동작은 가로방향으로의 상하 요동동작으로 된다. 선택적으로, 좌석(2)은 앞뒤가 바뀌도록 좌석기대(19)상에 장착될 수 있다. 이와 같이 하여, 요동기구(3)에 대한 좌석(2)의 방향은 운동 목적에 따라 임의적으로 선택될 수 있다.

한편, 기어(23)가 모터(24)의 구동력에 의해 회전되더라도, 기어(23)에 일체로 연결되는 구동축(22)의 편심축(22a)이 그 최하부 위치로 이동될 때, 즉 편심로드(21)의 요동동작의 기점이 하사점(下死点)에 위치될 때와, 편심축(22a)이 그 최고 위치로 이동될 때, 즉 편심로드(21)의 요동동작의 기점이 상사점(上死点)에 위치될 때, 요동기구(3)는 회전축(T0) 주위로 최대의 오프셋을 일으킨다.

회전축(T0)의 경사각 θ가 0도와 실질적으로 같고(θ≒0°) 좌석(2)의 요동동작이 비틀림 운동(편요)의 성분을 가질 때, 좌석(2)의 요동동작의 기점은 도 28 또는 도 29에 도시된 바와 같이, 점 P0에서 P0'로 쉬프트된다. 도 28은 편심축(22a)이 편심로드(21)를 끌어내리고 요동기구(3)가 왼쪽방향으로 오프셋되는 경우를 도시한 것이다. 도 29는 편심축(22a)이 편심로드(21)를 밀어올리고 요동기구(3)가 오른쪽방향으로 오프셋되는 경우를 도시한 것이다. 또한, 회전축(T0)의 경사각 θ가 0도와 같고(θ≒0°) 좌석(2)의 요동동작이 비틀림 운동(편요)의 성분을 전혀 갖지 않을 때, 전후방향으로의 요동동작의 중심축(V11)은 도 27에 참조부호 V11'로 표시된 바와 같이 왼쪽 또는 오른쪽방향으로 쉬프트된다.

따라서, 좌석(2)의 중심의 궤적은 회전축(T0) 주위로 기울어질 수 있으므로, 회전축의 우측으로의 전후방향으로의 변위와 편요각은 좌측으로의 것과 달라질 수 있다. 이와 같이 하여, 훈련생의 신체의 외측근(lateral muscle)과 폐각근(adductor muscle)은 부분적으로 강화될 수 있으므로, 육체적인 건강상태를 효율적으로 증강시킬 수 있고, 훈련생의 균형감각을 훈련시킬 수 있다.

모터(24)가 연속적으로 구동되면, 회전축(T0) 주위로 요동기구(3)의 경사는 연속적으로 변화되므로, 운동패턴을 다양화시킬 수 있고, 이에 의해 사용자에게 흥미를 갖게 하면서 유용성에 뛰어난 밸런스훈련장치를 실현할 수 있다.

상술한 바와 같이, 제1 구동기어(14)의 편심축(14c)(14d)의 위상 0°가 제2 구동기어(15)의 편심축(15b)의 위상 0°와 일치한다고 추정된다. 또한, 제1 구동기어(14)의 편심축(14c)(14d)의 위상 0°는 하사점으로 되도록 선택된다. 더 나아가서는, 워엄(13b)의 피치는, 워엄(13b)이 모터(13)에 부하를 주는 좌석기대(19)로부터 인가된 힘에 의해 회전될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 제1 구동기어(14)의 편심축(14c)(14d)의 위상이 상술한 0°와는 다른 최적각도를 취할 때 모터(13)에의 전원공급이 중단되더라도, 전후방향과 수직방향으로의 좌석(2)의 요동동작을 일으키는 제1 구동기어(14)는 훈련생과 좌석(2)의 중량으로 인해 회전될 수 있고, 이에 의해 가로방향으로의 요동동작을 일으키는 제2 구동기어와 모터(13) 또한 회전된다. 제1 구동기어(14)의 위상과 제2 구동기어(15)의 위상은, 제1 구동기어(14)의 편심축(14c)(14d)이 하사점에 도달할 때, 즉 좌석(2)의 중심이 최하부 위치에 위치될 때, 좌석(2)의 중심은 전후방향과 가로방향의 중심에도 위치되도록 선택된다. 이와 같이 하여, 좌석(2)은 자연히 하강하고 전원을 오프(OFF)함으로써 전후방향(방향 X)과 가로방향(방향 Y)으로 모터의 중심에서의 최하부 위치에서 멈춘다.

결과적으로, 밸런스훈련장치(1)는 어떠한 센서와 복합 컨트롤(complex control)를 사용하지 않고도 초기위치에서 멈춰질 수 있으므로, 훈련생이 타고 내리는 일이 더욱 쉬어져, 양호한 자세로 좌석(2)에 앉을 수 있고, 이에 의해 훈련생에게 밸런스운동을 제공할 수 있다.

또한, 워엄(13b)의 톱니형태는 모터(13), 제1 구동기어(14) 및 제2 구동기어(15)의 회전방향에 대응하는 시계방향과 반시계방향의 양 방향으로 절삭될 수 있다.

본 실시형태에 있어서, 워엄(13b)의 톱니형태는, 워엄(13b)을 모터(13)의 출력축(13a)에 압입하는 방향으로 워엄휠(14a)로부터 워엄(13b)에 힘을 가하도록 하는 방향으로 절삭된다. 이와 같이 하여, 워엄(13b)이 모터(13)의 출력축(13a)으로부터 이탈되는 것을 방지하는 것이 가능하고, 이에 의해 좌석이 훈련생의 체중으로 인하여 내려가면서 좌석이 바로 하강하게 된다.

도 30은 밸런스훈련장치(1)의 전기적 블록 구성을 도시한 것이다. 메인 회로기판(4r)상의 메인 제어회로(41)는, 작동회로기판(9a)상의 작동회로(91)로부터의 신호에 따라, 좌석(2)을 요동하기 위한 브러쉬리스 모터(blushless motor) 등의 모터(13), 제1 경사기구(12)를 늘리거나 줄여서 요동기구(3)를 전후방향으로 경사시키기 위한 DC 모터 등의 모터(12d), 제2 경사기구(20)를 늘리거나 줄여서 좌석(2)을 요동기구(3)쪽으로 경사시키기 위한 DC 모터 등의 모터(20d), 및 요동기구(3)를 가로방향으로 경사시키기 위한 DC 모터 등의 모터(24)를 구동하도록 제어한다. 모터(20d)에 의해 요동기구(3)의 기준점(reference point)에 대한 좌석기대(19)(또는 좌석(2))의 경사량은 높이검출유닛(20e)에 의해 검출된다. 기둥(4b)에 대한 지지유닛(11)의 경사량, 즉 모터(12d)에 의해 회전축(T0)의 경사각 θ는 높이검출유닛(12e)에 의해 검출된다. 모터(24)의 지지유닛(11)에 대한 요동기구(3)의 경사량은 인코더(26)에 의해 검출된다. 높이검출유닛(12e)(20e)과 인코더(26)의 출력은 메인 컨트롤러(41)에 입력된다.

도 31은 메인 제어회로(41)의 전기적 블럭 구성을 도시한 것이다. 플러그(plug, 51)을 통하여 입력된 상용 AC 전원은 예컨대, 전원공급회로(52)에 의해 140V, 100V, 15V, 12V 및 5V의 DC 전원으로 변환된다. 변환된 각각의 DC 전원은 메인 제어회로(41) 내의 각 회로에 공급된다. 메인 제어회로(41)에 있어서, 마이크로프로세서를 구성하는 메인 컨트롤러(53)는 전체적으로 밸런스훈련장치(1)의 동작을 제어한다. 예컨대, 메인 컨트롤러(53)는 작동유닛(9)의 LCD(Liquid Crystal Display) 등의 모니터 표시장치상에 메세지(message) 등을 표시하고 예컨대, 작동유닛 구동회로(54)를 통하여 작동회로(91)로부터 사용자에 의한 작동에 따른 신호를 수신한다. 메인 컨트롤러(53)는 구동회로(59)를 통하여 요동동작을 위한 모터(13)를 구동하고 사용자에 의한 작동에 상응하는 신호, 센서신호처리회로(55)을 통하여 입력된 모터의 각도위치와 회전속도, 및 센서구동회로(56)(57)(58)를 통하여 입력된 인코더(26)와 높이검출유닛(12e)(20e)의 검출결과에 따라 구동회로(60)를 통하여 경사시키기 위한 모터(12d)(20d)(24)를 구동한다.

주목할 점은, 도 32에 도시된 바와 같이, 회전축(T0)의 경사각 θ가 모터(12d)를 구동시킴으로써 변화될 때 메인 컨트롤러(53)가 좌석(2)의 요동동작을 일으키기 위한 모터(13)의 회전방향을 전환시킬 수 있다는 것이다. 또한, 좌석(2)이 연속적인 요동동작으로 상승되면서 회전속도에 비례하여 상승되는 동안 메인 컨트롤러(53)는 모터(13)의 회전속도를 저속으로 변화시킬 수 있다.

모터(13)의 회전방향을 전환함으로써, 역(逆)궤적을 따라 좌석(2)을 이동시키는 것이 가능하므로, 훈련생은 좌석 위에 거꾸로 올라타는 일 없이 모터(13)를 정상방향으로 회전시킬 때의 운동과 다른 운동을 경험할 수 있다. 결과적으로, 일반적으로 사용되지 않는 훈련생의 신체 부위의 근육을 강화시킬 수 있다.

또한, 모터(13)의 회전속도를 좌석(2) 상승시 저속으로, 좌석(2) 하강시 고속으로 변화시킴으로써, 모터(13)에 요구되는 최대의 토크(torque)를 감소시킬 수 있으므로, 좌석(2)의 요동동작을 일으키기 위한 모터(13)로서 소형의 모터를 사용할 수 있고, 이에 의해 요동기구(3)를 소형화시킬 수 있다. 또한, 모터(13)의 회전속도를 좌석(2) 상승시 저속으로, 좌석(2) 하강시 고속으로 변화시킴으로써, 수직방향으로의 좌석(2)의 요동동작의 행정이 같더라도 등자쇠(7)에 놓여지는 발의 무게로 인한 중량을 증가시키는 것이 가능하다.

본원은 2006년 5월 26일자에 일본에 출원된 일본국 특허출원 제2006-146596호 및 제2006-145542호에 근거하고 있어, 그 내용은 참조에 의해 본원발명에 합체된다.

또한, 본원발명은 첨부한 도면을 참조한 실시형태에 의해 충분히 기재되어 있지만, 다양한 변경이나 변형이 가능하다는 것은 이 분야의 통상의 지식을 갖는 자에게 명확할 것이다. 그 때문에, 그러한 변경 및 변형은 본원발명의 범위를 벗어나는 것이 아니라, 본원발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 신축기구가 구동될 때, 요동기구와 좌석 사이의 거리가 늘어나거나 줄어들게 될 수 있다. 예컨대, 신축기구가 늘어나게 될 때, 좌석의 요동동작의 행정이 늘어나게 될 수 있으므로, 동작 패턴을 증대시켜 좌석의 운동 행정을 넓힐 수 있는 밸런스훈련장치가 실현될 수 있다. 또한, 신축기구가 요동기구와 연관하여 구동되는 경우, 좌석의 동작 패턴을 훨씬 더 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 요동기구는 그 자체의 구동력에 기인하여 회전축 주위로 요동될 수 있다. 또한, 지지유닛이 제1 수평축 주위로 회전가능하고 제1 경사기구가 받침대와 지지유닛 사이에 제공되어 있으므로, 수평선에 대한 요동기구의 회전축의 각도를 변화시킬 수 있다. 즉, 요동기구의 회전축을 위 또는 아래로 지지시킬 수 있다. 더 나아가서는, 제2 경사기구가 요동기구와 좌석 사이에 제공되어 있으므로, 좌석의 자세를 제1 경사기구의 운동과 독립적으로 변화시키는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 의하면, 제2 경사기구가 제1 경사기구와 연관하여 구동되는 경우, 좌석이 그 자세를 유지하면서 상승 또는 하강될 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 좌석의 요동동작 모두를 단일 모터의 구동력에 의해 가로방향과 전후방향으로 일으키는 것이 가능하다. 그래서, 요동기구는 간소화되고 소형화될 수 있고, 결과적으로 이 요동기구를 사용하는 밸런스훈련장치는 소형화될 수 있어 밸런스훈련장치의 비용을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 요동기구가 제1 경사기구의 운동 및/또는 제2 경사기구의 운동과 연관하여 구동될 때, 타원형 궤도의 형상이 선택적으로 변화될 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 더 작은 전력을 갖는 소형 모터가 구동기구의 모터로서 사용될 수 있으므로, 밸런스훈련장치의 소비전력과 비용을 저감시킬 수 있다.

Claims

훈련생이 착석하는 좌석;

상기 좌석을 요동시키는 요동기구;

좌석과 요동기구 사이의 거리를 늘리거나 줄임으로써 변화시켜 좌석의 요동동작의 행정을 변화시키는 신축(伸縮)기구; 및

요동기구와 신축기구를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸런스훈련장치.
제1항에 있어서,

상기 요동기구를 소정의 회전축 주위로 회전가능하게 지지하는 지지유닛(supporting unit);

바닥 위에 설치되어 상기 지지유닛을 제1 수평축 주위로 회전가능하게 지지하는 받침대(pedestal)를 더 포함하며,

상기 신축기구는, 받침대와 지지유닛 사이에 제공되어 수직면에서 상기 요동기구의 회전축의 경사각을 변화시키는 제1 경사기구; 및 상기 요동기구와 좌석 사이에 제공되어 좌석의 경사각을 변화시키는 제2 경사기구로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 밸런스훈련장치.
제2항에 있어서,

상기 제어기는 상기 제1 경사기구와 상기 제2 경사기구를 서로 연관하여 구동시켜 상기 제2 경사기구의 늘림 또는 줄임에 의한 상기 제1 경사기구의 늘림 또는 줄임에 기인하여 좌석의 경사의 적어도 일부를 보상하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 밸런스훈련장치.
제2항에 있어서,

상기 제어기는 상기 제1 경사기구를 구동시켜 상기 요동기구의 회전축의 경사각을 실질적으로 수평으로부터 실질적으로 수직까지의 범위 내에서 변화시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 밸런스훈련장치.
제2항에 있어서,

상기 제어기는 상기 제1 경사기구와 상기 제2 경사기구를 서로 연관하여 구동시켜 상기 요동기구의 회전축의 경사각을 변화시키고 나서 제2 경사기구의 늘림 또는 줄임에 의한 상기 제1 경사기구의 늘림 또는 줄임에 기인하여 좌석의 경사의 적어도 일부를 보상하면서 수평축 주위로의 요동동작과 수직축 주위로의 요동동작 사이에서 좌석의 요동동작을 변화시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 밸런스훈련장치.
제1항에 있어서,

상기 요동기구는 모터와, 모터의 구동력에 의해 각각 구동되는 제1 구동기어 와 제2 구동기구로 이루어지고;

상기 제1 구동기어는 밸런스훈련장치의 전후방향과 수직방향을 포함하는 제1 수직면에서 변위를 일으키는 편심축을 갖고, 이에 의해 좌석이 제1 수직면에서 요동되며;

상기 제2 구동기구는 밸런스훈련장치의 가로방향과 수직방향을 포함하는 제2 수직면에서 변위를 일으키는 편심축을 갖고, 이에 의해 좌석이 제2 수직면에서 요동되는 것을 특징으로 하는 밸런스훈련장치.
제6항에 있어서,

상기 요동기구가 타원형 궤도를 그리기 위해서 제1 수직면에서의 변위를 좌석의 운동으로 변화시키는 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 밸런스훈련장치.
제6항에 있어서,

상기 제어기는, 좌석이 회전속도에 관하여 상승되고 연속적인 요동동작으로 상승되는 동안 모터의 회전속도를 더욱 느리게 변화시키는 것을 특징으로 하는 밸런스훈련장치.
제1항에 있어서,

상기 회전축 주위로 요동기구를 오프셋(offset)시키는 오프셋 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸런스훈련장치.