KR20090023296A - 요동형 운동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흔들림에 더해 전진감을 사용자에게 부여할 수 있는 요동형 운동 장치를 제공한다. 사용자가 타는 가동부(2)과, 해당 가동부(2)에 요동 운동을 실행시키는 구동부(3)를 구비한다. 구동부(3)는 가동부(2)를 타는 사용자의 전후 방향으로 가동부의 요동운동을 구동하는 동시에, 가동부(2)를 전방으로 이동시킬 때의 가속도를 후퇴시의 가속도보다도 크게 하고 있다. 전후로 왕복하는 움직임인데도 불구하고, 후퇴시보다도 가속도가 큰 전진시의 움직임이 실제의 전진감을 사용자에게 부여한다.

Description

요동형 운동 장치{ROCKING TYPE EXERCISING APPARATUS}

본 발명은 사용자가 착석한 시트(seat)부를 요동시켜 사용자에게 승마를 본뜬 운동 부하를 부여하거나, 사용자가 서있는 스탠드(stand)를 요동시킴으로써 사용자에게 밸런스를 유지하는 것을 강제하는 요동형 운동 장치에 관한 것이다．

승마를 본뜬 운동 부하를 사용자에게 부여하는 요동형 운동 장치는 아이에서 노인까지 이용 가능한 손쉬운 운동 기구로서, 당초의 리허빌리테이션(rehabilitation) 목적의 의료시설에서 일반가정으로 보급되어 오고 있다. 이 요동형 운동 장치의 전형적인 종래기술로서는 예를 들면 특허문헌 1, 2가 있다.

특허문헌 1은 6축 패럴렐(parallel) 메커니즘 등을 이용하여 일련의 원활한 요동 패턴을 실현하고자 한 요통예방 훈련 장치를 나타낸 것이며, 특허문헌 2는 모터와 링크로 전후 요동 및 좌우 요동을 실현하고자 한 밸런스 훈련 장치를 나타내고 있다.

그런데, 상기의 요동형 운동 장치는 말의 등을 탔을 때에 신체가 받는 흔들림을 모방한 것이지만, 말의 보행에 의한 전진 이동에 대해서는 무시한 것으로 되 어 있다. 그러나, 상기 운동 장치에 있어서도 사용자에게 전진하고 있는 것을 느끼게 할 수 있으면, 보다 실제적인 운동 부하를 사용자에 부여할 수 있다.

(특허문헌 1) 일본특허 제3394890호 명세서

(특허문헌 2) 일본특허공개공보 제2001-286578호

본 발명은 상기의 종래의 문제점에 비추어 발명한 것이며, 흔들림에 더해 전진감을 사용자에 부여할 수 있는 요동형 운동 장치를 제공하는 것을 과제로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 요동형 운동 장치는 사용자가 타는 가동부와, 해당 가동부에 요동 운동을 실행시키는 구동부를 구비하고, 상기 구동부는 가동부를 타는 사용자의 전후 방향으로 가동부의 요동운동을 구동함과 동시에, 가동부를 전방으로 이동시킬 때의 가속도를 후퇴시의 가속도보다도 크게 하는 특징을 가지고 있다. 전후로 왕복하는 움직임인데도 불구하고, 후퇴시보다 가속도가 큰 전진시의 움직임이 실제적인 전진감을 사용자에게 부여하는 것이다.

상기 구동부는, 편심회전 출력을 이용하여 가동부를 요동시킴과 동시에, 편심을 이용하여 전진시와 후퇴시의 가속도에 차를 설정한 것을 적절히 이용하지만, 구동부에 있어서의 모터의 회전속도를 변경함으로써 가속도에 차이를 설정하는 것이라도 좋다.

본 발명은 전후로 왕복하는 움직임을 실행하지만, 가동부를 타서 가동부와 함께 요동하는 사용자에게 있어서는, 후퇴시의 가속도보다 전진시의 가속도가 크기 때문에, 실제의 전진감을 느끼게 되고, 이 때문에 승마를 모방하는 것이라면, 실제의 승마에 가까운 체감을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 첨부도면에 나타내는 실시형태에 의거하여 설명하면, 도 ２ 내지 도 ３b에 나타내는 요동형 운동 장치는 사용자가 앉는 시트(2)를 전후 좌우로 요동시킴으로써, 시트(2)에 앉은 사용자에게 밸런스 훈련이 되는 운동을 실행시키는 것이고, 말의 등이나 안장을 본뜬 형상으로 되어 있는 동시에 상면이 시트면으로 되어 있는 상기 시트(2)와, 상부내에 상기 시트(2)의 요동 구동을 실행하는 구동부(3)를 수납한 본체(1)로 이루어지고, 상기 시트(2)의 전단측에는 반원호형상이고 양단이 시트(2)에 전후로 회전운동 자유롭게 연결된 고삐(6)가 배치되어 있는 동시에, 조작 패널(8)이 마련되어 있고, 또 시트(2)의 앞부근 양측으로부터는 각각 등자(7, 7)가 매달려져 있다.

상기 본체(1)는 도 ５에 나타내는 바와 같이, 4코너에 접지다리(15)를 구비한 베이스 프레임(11)과, 베이스 프레임(11)의 대략 중앙부로부터 비스듬히 뒤쪽을 향해 상승하는 지주(12)와, 지주(12)에 대해 지주(12)의 길이 방향으로 슬라이드 자유롭게 부착되는 지지 프레임(13)과, 지지 프레임(13)의 상기 슬라이드를 전(電動)으로 실행하는 전동 슬라이드 유닛(14)을 구비한 것이고, 베이스 프레임(11)의 상면을 덮는 베이스 커버(16), 지주(12)의 주위를 덮는 커버(17), 지지 프레임(13) 의 외주를 덮는 주커버(18) 등으로 외면이 덮여져 있다.

한편, 시트(2)는 도 ６에 나타내는 바와 같이, 시트 프레임(seat frame)(20)과, 시트 프레임(20)의 상면에 부착되는 시트면(21)과, 시트 프레임(20)의 아래쪽측에 연결되는 커버(22), 시트 프레임(20)의 좌우에 부착되는 보호 커버(23), 조작 패널(8)의 주위를 덮는 패널 커버(24) 등으로 구성되어 있다.

상기 등자(7)는 상기 시트 프레임(20) 측면의 등자 부착부(200)에 고정되는 고정편(71)과, 고정편(71)으로부터 매달려진 연결편(72)과, 연결편(72)으로부터 매달려진 발판부재(70)로 이루어지는 것이고, 상기 보호 커버(23)는 연결편(72)의 고정편(71)으로의 연결 축부의 외측쪽을 덮어 시트(2)에 앉은 사용자의 무릎 부분이 연결 축부에 닿아버리는 것을 방지한다.

다음에, 구동부(3)에 대해 설명한다. 이 구동부(3)는 도 ７ 내지 도 １0에 나타내는 바와 같이, 상자형으로 형성된 가동 프레임(30)내에, 모터(31)와 이 모터(31)의 회전을 2개의 출력축(32, 33)에 전달하고, 감속수단으로서 상기 모터의 회전을 감속시키는 기어군(34)을 배치하는 동시에, 가동 프레임(30)의 위쪽에 위치하는 가동 플레이트(40)를 2종류의 링크 플레이트(41, 42)로 가동 프레임(30)에 연결한 것이고, 상기 가동 프레임(30)은 그 전후의 단면의 축받이부(300, 300)가 본체(1)에 있어서의 상기 지지 프레임(13)에 도 ５에 나타내는 축(130, 130)으로 축주위에 회전운동 자유롭게 연결됨으로써, 본체(1)에 부착된다.

여기서, 가동 플레이트(40)의 후단측에 연결되는 링크 플레이트(41)는 가동 프레임(30)의 후부측의 측면에 축(301)으로 연결된 것인 것에 반해, 링크 플레이 트(42)는 가동 프레임(30)내에 배치되고 축(302)에 의해서 가동 프레임(30)에 일단측이 지지되어 있는 회전운동 플레이트(39)의 타단측에 축(303)으로 지지되고 있고, 또한 링크 플레이트(42)는 가동 플레이트(40)의 전단측에 신축 액추에이터(45)를 거쳐서 연결되어 있다.

그리고, 회전 구동되는 2개의 출력축(32, 33) 중의 출력축(32)은 가동 프레임(30)의 외측면측에 편심부를 위치시키고 있는 동시에, 이 편심부가 링크(35)에 의해서 지지 프레임(13)에 연결되어 있다.

다른쪽의 출력축(33)은 가동 프레임(30)의 외측면측에 2개의 편심부(33a, 33b)를 위치시키고 있으며, 편심량이 작은 편심부(33a)는 상기 링크 플레이트(42)에 연결되고, 편심량이 큰 편심부(33b)는 일단을 링크 플레이트(41)에 연결한 연결 링크(36)에 연결되어 있다.

상기 2개의 출력축(32, 33) 중, 링크(35)에 의해 지지 프레임(13)에 연결되어 있는 출력축(32)의 편심부의 회전은 가동 프레임(30)을 축(130)(도 ９중의 전후로 경사진 전후축 A)의 축주위로 왕복 회전운동시킨다.

또한, 다른쪽의 출력축(33)의 편심부(33a)의 편심회전은 링크 플레이트(42)와 신축 액추에이터(45)를 거쳐서 가동 플레이트(40)의 전단측을 전후 및 상하로 흔들고, 편심부(33b)의 편심회전은 연결 링크(36)와 링크 플레이트(41)를 거쳐서 가동 플레이트(40)의 후단측을 주로 전후로 흔든다. 이 때, 링크 플레이트(41)와 가동 플레이트(40)의 연결축(40a)의 전후의 흔들림의 궤적을 T1, 상기 신축 액추에이터(45)와 가동 플레이트(40)의 연결축(40b)의 전후의 흔들림의 궤적을 T2로 할 때, 도 ９에 나타내는 바와 같이, 양자의 스트로크는 동일하지만, 상하 성분이 양 궤적 T1, T2에서 다르도록 설정되어 있다. 덧붙여서 말하면, 상기 궤적 T1은 대략 전후로 움직이는 것만으로 되어 있지만, 상기 궤적 T2는 링크 플레이트(42)에 있어서의 축(303)이 축(40b)보다 뒤쪽으로 어긋난 위치에 있기 때문에, 전후에 부가해서 상하로 움직이는 성분이 많아지고 있다. 또한, 가동 플레이트(40)의 전단측의 요동 구동을 위한 구성부품중에 회전운동 플레이트(39)가 있어 링크 플레이트(42)의 회전운동 지점으로 되는 축(303)의 위치를 회전운동 플레이트(39)가 상하시키기 때문에, 궤적 T2는 왕로와 귀로에서 상하로 어긋난 루트를 취하는 것으로 되어 있다.

여기에 있어서, 상기 시트(2)는 출력축(32, 33)의 회전에 수반하여 전후 좌우로 요동 구동되게 되는 상기 가동 플레이트(40) 상에 시트 프레임(20)이 고정되는 것이고, 이 때문에 가동 플레이트(40)와 함께 시트(2)도 전후 좌우의 요동을 실행하는 것이지만, 좌우의 요동의 1사이클 동안에 전후의 요동이 2사이클 실행되도록 출력축(32, 33)의 회전수를 설정하고 있기 때문에, 시트(2)의 시트면(21)에 있어서의 좌우 방향 중앙이고 또한 전후 방향에 있어서 가장 낮게 되어 있는 중앙점(21a)은 상기 전후 좌우의 요동에 의해서, 도 1a에 나타내는 바와 같이 평면에서 보아 8자를 그리는 것으로 되어 있다. 또한, 궤적 T1, T2의 차이에 의해, 도 1b에 나타내는 바와 같이, 상기 중앙점(21a)은 앞쪽으로 가라앉고, 떠오르면서 뒤쪽으로 되돌아간다는 궤적을 그린다.

또한, 전술한 바와 같이 시트(2)의 후단측의 궤적 T1은 상하동(上下動) 성분 이 적은 전후동(前後動)이며, 시트(2)의 전단측의 궤적 T2는 상하동 성분이 많은 전후동으로 되어 있기 때문에, 시트(2)의 상하의 움직임은 뒤쪽측을 지점(支點; 받침점)으로서 전단측이 상하함으로써 실행되고 있고, 시트(2)에 앉았을 때에 시트(2)의 중앙점에 대략 일치하는 곳에 중심(重心)을 위치시키는 사용자는 자신보다 뒤쪽에 위치하는 시트(2)의 후단측을 지점으로서 전단측이 상하하는 상기 시트(2)의 움직임을 더욱 정확하게 느끼는 것으로 된다.

또한, 도 1a 및 도 1b는 시트(2)의 중앙점(21a)의 움직임을 소정 시간 간격으로 플롯(plot)한 것이며, 이 때문에 점의 간격이 큰 곳은 속도가 빠르고, 작은 간격에서 큰 간격으로 단시간에 변화하는 곳은 가속도가 큰 것을 나타내고 있다. 즉, 도 1a 및 도 1b에 나타내는 것에서는 앞쪽으로의 이동시의 가속도가 후퇴시의 가속도보다도 큰 것으로 되어 있다. 이것은 시트(2)에 앉아서 시트(2)의 움직임을 받는 사용자에서 보면, 앞으로 진행하고 있다는 감각을 받는 것이며, 이 때문에 실제의 승마를 하고 있는 감각을 얻을 수 있는 것이다.

또한, 좌우의 요동은 가동 플레이트(40)와 대략 평행한 수평축의 축주위로가 아닌, 앞측이 뒷측보다 내려간 전후축 A의 축주위로 이루어지기 때문에, 가동 플레이트(40)는 앞측도 뒷측도 좌우의 요동을 동일 각도범위에서 실행하지만, 상기 전후축 A로부터의 상하방향의 거리는 뒷측의 상하방향의 거리보다도 앞측이 길게 되어 있기 때문에, 가동 플레이트(40)의 전단측의 좌우 이동 스트로크가 후단측의 좌우 이동 스트로크보다 크게 되어 있다. 이 때문에 전후 방향의 요동(피치)과 좌우 방향의 요동(롤)이 합성되어 평면에서 보아 8자가 되어 있는 움직임은 도 1a에 나 타내는 바와 같이, 전방측에서의 좌우 이동 폭이 후방측에서의 좌우 이동폭보다 크게 되어 있고, 또한, 앞쪽으로 비스듬한 이동은 시트(2)의 전단측이 비스듬히 앞쪽으로 비틀어지면서 어긋나 움직인다고 하는 요(yaw) 성분을 포함한 것으로 되어 있다.

따라서, 사용자가 시트(2)에 앉아서 시트(2)의 상기 움직임을 받을 때, 사용자는 상기 피치 및 롤에 부가해서 요의 움직임에도 대응하지 않으면 밸런스를 유지할 수 없는 것이며, 따라서 밸런스 훈련이라는 점에 있어서 더욱 유효한 것으로 되어 있다.

구동부(3)에 있어서의 신축 액추에이터(45)는 시트(2)의 전후 경사각을 변경하기 위해 마련한 것으로, 이 신축 액추에이터(45)는 후술하는 조작 패널(8)에 대한 조작에 의해서 신축하여 전경(前傾)자세와 수평자세와 후경(後傾)자세를 전환할 수 있도록 하는 것 이외에, 상기의 전후좌우의 요동에 연동하는 신축을 실행시킴으로써, 상하동 성분을 증대시키거나 감소시키는 것이어도 좋다.

또한, 시트(2)의 전후 경사각을 변경하면, 시트(2)를 요동시켰을 때의 사용자의 각 근육(복근·배근·대퇴 앞부 근육·대퇴 뒷부 근육)에 가해지는 부하도 변화한다. 속도를 변경하면 부하 강도가 변화하고, 또한 각 근육에 가해지는 부하의 비율이 변화하는 경우도 있다. 이러한 변화를 사용자가 명확하게 파악할 수 있도록 하기 위해, 여기서는 후술하는 바와 같이 조작 패널(8)에 각 근육으로의 부하 상태를 표시할 수 있도록 하고 있다. 또, 상기 부하 상태는 시트(2)의 전후 경사각 및 속도의 차이에 의해 각 근육의 근전위(筋電位)가 어떻게 변화하는지의 데이터를 취 하고, 이 데이터를 기초로 결정하고 있다.

그런데, 사용자가 시트(2)에 앉아서 시트(2)의 상기의 움직임을 받을 때, 사용자는 그 발을 등자(7)에 거는 것에 의해, 또 고삐(6)를 쥐는 것에 의해, 더욱 안전하게 요동 운동을 받을 수 있지만, 상기 등자(7)는 그 연결편(72)으로의 발판부재(70)의 연결점을 상하로 조절할 수 있도록 하고 있기 때문에, 사용자의 체격이나 기호에 맞춘 높이로 등자(7)를 세트할 수 있다.

또한, 상기 연결편(72)은 탄성재로 형성하여 좌우로 휘는 것을 자유롭게 하고 있는 동시에, 연결편(72)의 외측면에 연결되는 발판부재(70)는 도 ４중의 우측의 등자(7)에서 나타내는 바와 같이, 외측일수록 높아지는 경사 α를 갖는 바닥편을 갖는 것으로서, 외측으로 오프셋함으로써 발판부재(70)에 발을 걸기 쉽게 하고 있다. 그리고 등자(7)의 발판부재(70)에 발을 걸면, 도 ４ 중의 좌측의 등자(7)에 나타내는 바와 같이, 탄성을 갖는 연결편(72)이 휘어 발판부재(70)가 내측으로 들어가는 동시에 발판부재(70)의 바닥편이 수평의 상태로 된다. 등자(7)에 발을 실었을 때, 발목이나 무릎에 무리한 힘이 가해지지 않아 좋은 자세를 유지할 수 있다.

도 11은 시트(2)의 전단부에 배치한 조작 패널(8)을 나타내고 있다. 도면 중 ‘80’은 전원 스위치, ‘81’은 전술한 전동 슬라이드 유닛(14)을 작동시킴으로써 시트(2)의 높이를 조정하는 높이 조정 스위치, ‘82’는 신축 액추에이터(45)를 작동시킴으로써 시트(2)의 경사 각도를 조정하기 위한 각도 조정 스위치, ‘83’은 구동부(3)의 모터(31)의 회전속도를 변경함으로써 요동 속도를 조정하는 속도 조정 스위치, ‘84’는 사용자의 체중값 입력용의 업다운 스위치, ‘85’는 요동 동작을 초보자에 적합한 것으로 억제하기 위한 동작 모드 선택 스위치, ‘86’은 요동 동작에 의한 운동 강도를 전환하기 위한 동작 모드 전환 스위치, ‘87’은 운동 대상을 전환하기 위한 운동 대상 전환 스위치, ‘88’은 액정 패널로 구성된 디스플레이이다. 운동 대상 전환 스위치(87)를 조작했을 때, 신축 액추에이터(45)에 의해서 시트(2)의 전후 경사각이 각각에 적합한 상태로 전환할 수 있다.

상기 디스플레이(88)는 시트(2)의 경사 상태의 표시, 속도 조정 상태의 표시, 동작 시간의 표시, 운동 강도의 표시 등 이외에, 산출한 운동량(소비 칼로리)의 표시, 신축 액추에이터(45)의 신축에 의한 시트(2)의 전후 경사의 자세변화 및 속도변화에 의해, 인체의 복근·배근·대퇴 앞부·대퇴 뒷부의 어느 근육에 대해 어떤 값의 부하가 가해지도록 되는지의 표시 등을 실행한다. 또, 상기 운동량은 시트(2)의 전경·후경의 자세 및 속도마다 미리 구한 요동량(단위 시간당 운동량 상당의 데이터)과, 입력된 체중값과, 동작 시간을 기초로 산출하고 있지만, 구동부(3) 혹은 시트(2)에 가속도 센서를 배치하고, 이 가속도 센서로부터 얻어지는 가속도 데이터를 이용해서 운동량을 산출하도록 해도 좋다.

상기 실시형태에서는 승마를 본뜬 운동을 사용자에게 부가하는 요동형 운동 장치를 나타냈지만, 본 발명은 이 형태의 것에 한정되는 것은 아니고, 사용자가 세워지는 받침대를 요동시킴으로서, 예를 들면 서핑을 본뜬 운동을 사용자에게 부가하는 것, 사용자가 걸터앉는 시트를 요동시키는 동시에 사용자의 각 발을 개별적으로 싣는 발얹음대를 상하운동시키는 것에 의해서 보행 동작을 본뜬 운동을 사용자에게 부가하는 것 등에도 적용할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시형태의 일예의 요동형 운동 장치의 동작 설명도이고,

도 ２는 본 발명의 실시형태의 일예의 요동형 운동 장치의 사시도이고,

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시형태의 일예의 요동형 운동 장치의 평면도와 우측면도이고,

도 ４는 본 발명의 실시형태의 일예의 요동형 운동 장치의 정면도이고,

도 ５는 본 발명의 실시형태의 일예의 요동형 운동 장치의 본체부의 분해 사시도이고,

도 ６은 본 발명의 실시형태의 일예의 요동형 운동 장치의 시트의 분해 사시도이고,

도 ７은 본 발명의 실시형태의 일예의 요동형 운동 장치의 구동부의 분해 사시도이고,

도 ８은 본 발명의 실시형태의 일예의 요동형 운동 장치의 구동부의 사시도이고,

도 ９는 본 발명의 실시형태의 일예의 요동형 운동 장치의 구동부의 측면도이고,

도 10은 본 발명의 실시형태의 일예의 요동형 운동 장치의 구동부의 분해 사시도이고,

도 11은 본 발명의 실시형태의 일예의 조작 패널의 정면도이다.

부호의 설명

1 본체

2 시트

3 구동부

Claims (2)

1. 사용자가 타는 가동부와,

   해당 가동부에 요동 운동을 실행시키는 구동부를 구비한 요동형 운동 장치에 있어서,

   상기 구동부는 가동부를 타는 사용자의 전후 방향으로 가동부의 요동운동을 구동함과 동시에, 가동부를 전방으로 이동시킬 때의 가속도를 후퇴시의 가속도보다 크게 하는 것을 특징으로 하는

   요동형 운동 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 구동부는 편심회전 출력을 이용하여 가동부를 요동시킴과 동시에, 편심을 이용하여 전진시와 후퇴시의 가속도의 차를 설정하는 것을 특징으로 하는

   요동형 운동 장치.

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