KR20100105728A - 운동 보조 장치 - Google Patents

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KR20100105728A
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요우이치 시노미야
가즈히로 오치
다카오 고토
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Abstract

운동 보조 장치는 사용자의 발을 지지하기 위한 발거치대를 포함한다. 이 발거치대는, 발거치대의 일부분이, 발거치대의 나머지 부분으로 발을 지지하면서, 발거치대의 나머지 부분으로부터 상대적으로 후퇴하는 것에 의해 발로부터 떨어지게 되도록 구성된다.

Description

운동 보조 장치{EXERCISE AID}
본 발명은 사용자의 다리부의 근육을 타동 운동에 의해 신축시키는 운동 보조 장치에 관한 것이다.
종래부터, 사용자가 자발적으로 근력을 발휘하지 않고 사용자의 신체에 외력을 부여하여 근육군을 신축시킴으로써 운동 효과를 얻을 수 있도록 하는 타동 운동에 의한 운동 보조 장치가 여러 가지 제안되어 있다. 이러한 종류의 운동 보조 장치로는, 관절의 굽힘과 폄에 의해 관절에 관련된 근육군의 신축을 촉구하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 일본국 특허 출원 공개 번호 2007-37850을 참조). 이 운동 보조 장치는, 사용자의 무릎의 굽힘과 폄이 거의 없이 대퇴부의 근육 수축을 행하게 한다. 무릎 통증을 가지는 사용자에 대해서도 대퇴부의 근육군의 강화가 가능하게 되며, 또한 대퇴부의 근육군은 체적이 크기 때문에, 근육 수축에 따른 당대사(sugar metabolism)가 효율적으로 향상되어, 당뇨병 등의 생활 습관병의 개선에 기여하는 것이 기대된다.
그러나, 이 구성에서는, 사용자는 발바닥 전체에 체중을 얹어서 타동 운동에 의한 운동을 행하므로, 단련할 수 있는 근육의 부위가 특정되어, 보다 광범위한 부위의 근육에 자극을 가할 수 없다는 문제가 있다.
다른 운동 보조 장치는 사용자의 발을 지지하기 위한 발지지대와 시트부를 포함하고, 사용자의 둔부를 시트부의 접촉면에 지지한 상태에서 시트부를 변위시킴으로써, 무릎의 굽힘과 폄을 거의 행하지 않고 대퇴부의 근육군을 신장 및 수축시킨다(예를 들면, 일본국 특허 출원 공개 번호 2007-181731을 참조). 이 운동 보조 장치는, 시트부의 위치를 변위시켜, 사용자의 체중 중 시트부에 의해 지지되는 체중의 비율을 변화시킴으로써, 사용자의 다리부에 작용하는 중량을 변화시키고 있다. 또한, 사용자의 다리부에 작용하는 체중이 증가할 때, 발지지대의 탑재면이 하강함으로써 사용자의 무릎의 휨 각도가 거의 일정한 각도로 유지된다.
이와 같은 동작에 의해, 사용자의 다리부에 전체 체중이 작용하도록 구성된 장치에 비해 부하를 경감시킬 수 있다. 또한, 사용자의 무릎을 거의 굽히지 않고서도 대퇴부의 근육을 수축시킴으로써, 예를 들면 당뇨병 환자 및 무릎 통증을 가지는 사용자에 대해서도, 대퇴부의 근육군의 강화가 가능하게 되고, 또한 대퇴부의 근육군은 체적이 크기 때문에, 근육 수축에 따른 당대사에 의해 생활 습관병의 개선에도 기여하는 것으로 기대된다. 또한, 구동원을 사용하여 시트부를 변위시킴으로써, 사용자는 자발적으로 근력을 발휘하지 않고 타동적으로 운동할 수 있다. 그러므로, 부하가 적게 가해지는 것과 더불어, 운동 능력이 낮은 사용자나 운동 의욕의 작은 사용자에 대해서도 이 운동 보조 장치를 사용하는 것이 가능하게 된다.
그런데, 전술한 구성을 가지는 운동 보조 장치에 의해, 무릎 관절에의 부하를 저감하면서 대퇴사두근의 운동 효과를 부여하기 위해서는, 햄스트링(대퇴이두근, 반막양근(semimembraneous muscle) 및 반건양근(semitendinosus muscle))과 종아리 근육군을 동시 수축시켜 무릎 관절에 작용하는 전단력을 저감하는 것이 중요하다. 그러므로 특허 문헌 1에 기재되어 있는 종래 장치에서는, 발바닥이 탑재되는 발지지대의 탑재면(즉, 상면)을 아래로(발뒤꿈치로부터 발가락을 향하는 방향을 따르는 하향 방향) 경사지게 함으로써, 발 관절이 발바닥쪽으로 굽혀지면서, 발가락쪽에 보다 많은 하중이 가해진다. 이와 같은 구성에 의해, 하퇴삼두근(비복근(gastronemius muscle) 및 가자미근(soleus muscle))이 수축되고, 동시에 협동 관계에 있는 햄스트링도 수축될 수 있다. 그 결과, 무릎 주위의 근육을 동시에 수축시킬 수 있다.
그러나, 상기 종래예에서와 같이, 단지 발지지대의 탑재면을 발뒤꿈치로부터 발가락을 향하는 방향을 따라 아래로 경사지게 하는 것만으로는, 사용자의 시트부에 올라타는 방법이나 체격의 개인적인 차이에 의해, 시트부를 변위시켜 다리부에 작용하는 체중을 증가시키려 할 때, 드물게 사용자의 발뒤꿈치측에 하중이 걸리는 문제가 있었다. 그리고, 발가락측보다 발뒤꿈치측에 많은 하중이 걸렸을 경우, 무릎 관절에 과도한 부하가 걸리게 될 우려가 있다. 무릎 관절에 과도한 부하가 걸리는 것을 방지하면서 무릎 주위의 근육을 단련하는 것이 요구된다.
본 발명의 목적은, 사용자의 발바닥의 일부에 체중을 집중시켜 발바닥의 나머지 부분에 체중이 걸리지 않게 함으로써 특정의 근육을 단련할 수 있는 운동 보조 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 운동 보조 장치는, 사용자(M)의 발을 지지하기 위한 발거치대(21)를 구비한다. 발거치대(21)는, 발거치대(21)의 일부가, 발거치대(21)의 나머지 부분으로 발을 지지하면서, 발거치대(21)의 나머지 부분으로부터 상대적으로 후퇴하는 것에 의해 발로부터 떨어지게 되도록 구성된다.
이 구성(이하, 제1 구성이라고 함)에서는, 사용자(M)가 발거치대(21)에 발을 탑재했을 때, 발을 탑재한 부분의 일부가 발로부터 이격되고, 발거치대에(21)의 나머지 부분이 발을 지지한다. 그러므로, 사용자(M)는 발거치대(21)의 나머지 부분으로 사용자(M)의 거의 전체 체중을 지지하여야 하므로, 특정의 근육을 단련할 수 있게 된다.
일실시형태에서, 발거치대(21)는 복수의 부재로 구성된다. 발거치대(21)는, 복수의 부재 중 하나 이상의 부재가 복수의 부재의 나머지의 부재에 대하여 절곡됨으로써 사용자(M)의 발로부터 떨어지게 되도록 구성된다. 이 구성에서는, 발거치대(21)의 일부를 간단한 구성에 의해 발거치대의 나머지 부분에 대하여 상대적으로 움직일 수 있다.
일실시형태에서, 발거치대(21)의 복수의 부재는 전후에 별개로 배치된다. 이 구성에서는, 발거치대(21)의 앞쪽 부재(21F)를 아래쪽으로 절곡시키면, 사용자(M)의 발의 뒤쪽으로 체중을 지지하며, 이에 의해 특정의 근육을 단련할 수 있다. 또는, 발거치대(21)의 뒤쪽 부재(21B)를 아래쪽으로 절곡시키면, 사용자(M)의 발의 앞쪽으로 체중을 지지하며, 이에 의해 특정의 근육을 단련하는 것이 가능하게 된다.
일실시형태에서, 발거치대(21)의 복수의 부재는 앞쪽 반부(21F) 및 뒤쪽 반부(21B)이다. 발거치대(21)는 앞쪽 반부(21F)가 뒤쪽 반부(21B)에 대하여 아래쪽으로 절곡되도록 구성된다. 이 구성에서는, 전강골근과 발가락 근육을 중심으로 단련하는 것이 가능하게 된다.
일실시형태에서, 발거치대(21)의 복수의 부재는 앞쪽 반부(21F) 및 뒤쪽 반부(21B)이다. 발거치대(21)는 뒤쪽 반부(21B)가 앞쪽 반부(21F)에 대하여 아래쪽으로 절곡되도록 구성된다. 이 구성에서는, 발가락, 발바닥 및 종아리의 근육을 중심으로 단련하는 것이 가능하게 된다.
일실시형태에서, 발거치대(21)의 복수의 부재는 좌우에 별개로 배치된다. 이 구성에서는, 발거치대(21)의 외측 부재를 아래쪽으로 절곡시키면, 사용자(M)의 발의 내측으로 체중을 지지하므로, 특정 근육을 단련할 수 있다. 또는, 발거치대(21)의 내측 부재를 아래쪽으로 절곡시키면, 사용자(M)의 발의 외측으로 체중을 지지하므로, 특정 근육을 단련하는 것이 가능하게 된다.
일실시형태에서, 발거치대(21)의 복수의 부재는 내측 반부 및 외측 반부이다. 발거치대(21)는 내측 반부가 외측 반부에 대하여 아래쪽으로 절곡되도록 구성된다. 이 구성에서는, 발거치대(21)의 내측 부재를 아래쪽으로 절곡시키면, 사용자(M)의 발의 외측 근육을 단련할 수 있어, X 다리(knock knee)를 교정할 수 있다.
일실시형태에서, 발거치대(21)의 복수의 부재는 내측 반부 및 외측 반부이다. 발거치대(21)는 외측 반부가 내측 반부에 대하여 아래쪽으로 절곡되도록 구성된다. 이 구성에서는, 발거치대(21)의 외측 부재를 아래쪽으로 절곡시키면, 사용자(M)의 발의 내측 근육을 단련할 수 있어, O 다리(bow leg)를 교정할 수 있다.
일실시형태에서, 발거치대(21)는 기립 상태의 사용자(M)의 발을 지지하도록 구성된다. 이 구성에서는, 사용자(M)의 전체 체중을 발에 걸리게 할 수 있어, 높은 하중으로 고효율의 단련을 행하는 것이 가능하게 된다.
제1 구성에서, 운동 보조 장치는, 발거치대(21)를 지지하는 발지지대(2)와, 사용자(M)가 발거치대(21)의 발탑재면(21A)에 발바닥을 탑재하고 있는 상태에서 사용자(M)의 둔부를 지지하기 위한 시트부(51)와, 사용자(M)의 다리부에 작용하는 체중이 변화하도록 구동원을 사용하여 시트부를 변위시키는 시트 구동부(52)를 추가로 구비해도 된다. 바람직하게는, 발지지대(2)는, 고정된 위치에 설치되는 지지 베이스(1a)와, 지지 베이스(1a)에 대하여 발거치대(21)를 상하 방향으로 왕복 이동할 수 있도록 발거치대를 상방향으로 가압한 상태로 지지하는 지지 기구부(210)를 가진다. 바람직하게는, 발거치대(21)의 발탑재면(21A)은, 사용자(M)의 발뒤꿈치로부터 발가락을 향하는 방향을 따라 아래쪽으로 경사지도록 형성되고, 지지 기구부(210)는 사용자(M)의 다리부에 작용하는 체중이 증가할 때 발거치대(21)의 뒤쪽 부분(21B)을 앞쪽 부분(21F)보다 상대적으로 크게 이동시킨다.
이 구성(이하, 제2 구성이라고 함)에서는, 사용자(M)의 다리부에 작용하는 체중이 증가할 때, 지지 기구부(210)가 발거치대(21)의 뒤쪽 부위(21B)를 앞쪽 부위(21F)보다 상대적으로 크게 이동시키므로, 사용자(M)가 시트부(51)에 올라타는 방법이나 체격의 개인적인 차이에 관계없이, 발뒤꿈치측보다 발가락측에 보다 많은 하중이 걸리게 할 수 있다. 그 결과, 무릎 관절에 과도한 부하가 걸리는 것을 방지하면서 무릎 주위의 근육을 단련하는 것이 가능하게 된다.
제2 구성에서, 운동 보조 장치는, 사용자(M)의 다리부의 근육 활동을 검출하는 검출부(61)와, 검출부(61)에 의한 근육 활동의 검출 결과에 따라 지지 기구부(210)에 의한 발거치대(21)의 이동량을 제어하는 제어부(62)를 구비해도 된다. 이 구성에서는, 사용자(M) 다리부의 근육 활동의 정도에 따라 발거치대(21)의 이동량을 제어함으로써, 무릎 주위의 근육에 적절한 부하가 걸리게 할 수 있다.
제2 구성에서, 검출부(61)는, 사용자(M)의 대퇴이두근, 반막양근, 및 반건양근을 포함하는 햄스트링 또는 하퇴삼두근 중 어느 하나의 근육 활동을 검출하도록 구성되어도 된다. 하퇴삼두근은 비복근 및 가자미근을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시형태를 보다 상세하게 기술한다. 본 발명의 다른 특징 및 장점은 이하의 상세한 기술 및 첨부 도면을 참조하여 한층 더 명확하게 이해될 것이다.
도 1a는 본 발명의 일실시형태에서 발거치대가 중앙 위치에 있는 경우를 나타내는 길이방향 측단면도이고, 도 1b는 발거치대의 정면 단면도이다.
도 2는 발거치대가 중앙 위치로부터 전방으로 이동한 경우의 길이방향 측단면도이다.
도 3은 상기 실시형태에 따른 전체 개략 측면도이다.
도 4는 상기 실시형태에 따른 하우징의 평면 투과도이다.
도 5는 상기 실시형태의 전체 분해 사시도이다.
도 6은 상기 하우징의 후방으로부터 본 주요부 단면도이다.
도 7은 상기 실시형태에서의 안내부의 주요부 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 상기 실시형태에서의 구동 장치의 블록도이다.
도 9는 상기 실시형태에서의 발지지대의 주요부 단면도이다.
도 10a는 본 발명의 일실시형태에서의 발거치대가 중앙 위치에 있는 경우를 나타내는 길이방향 측단면도이며, 도 10b는 발거치대의 정면 단면도이다.
도 11은 상기 실시형태에서의 발거치대가 중앙 위치로부터 전방으로 이동한 경우의 길이방향 측단면도이다.
도 12는 본 발명의 일실시형태에서의 발거치대의 정면도이다.
도 13은 본 발명의 일실시형태에서의 발거치대의 정면도이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 일실시형태에서의 발지지대를 나타낸 개략 측면도이다.
도 15는 상기 실시형태의 개략 측면도이다.
도 16은 상기 실시형태의 개략 평면도이다.
도 17은 본 발명의 일실시형태에서의 제어 시스템의 블록도이다.
도 18은 상기 실시형태에서의 발지지대를 나타낸 개략 측면도이다.
본 발명의 일실시형태에 대하여 도 1 내지 도 9에 기초하여 설명한다. 본 실시형태는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 바닥 등의 고정된 위치에 놓여지는 베이스(10)를 포함하며, 베이스(10) 상에는, 기립 상태의 사용자(M)가 필요에 따라 손으로 파지하는 핸들(HD)을 상단부에 구비한 핸들 포스트(HP)가 설치된다. 또한, 베이스(10)에는, 상면을 발탑재면으로 하여 사용자(M)의 좌우의 발을 각각 탑재하는 발지지대(2)(좌측 발지지대(2a) 및 우측 발지지대(2b))와, 각각의 좌측 및 우측 발지지대(2a, 2b)의 이동 경로를 제한하는 안내부(4)와, 발지지대(2)를 구동하는 구동부(3)를 구비하고 있다. 그리고, 핸들(HD) 및 핸들 포스트(HP)는 없어도 상관없다.
도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 베이스(10)는, 지지 베이스(1a) 및 상판(1b)으로 이루어지는 하우징(1)을 포함한다. 지지 베이스(1a)는 직육면체형의 것을 도시하고 있지만, 지지 베이스(1a)의 외주 형상으로는 특별한 제한은 없다. 이하에서는, 설명을 간단하게 하기 위하여, 지지 베이스(1a)를 바닥 상에 탑재한 상태로 지지 베이스(1a)의 상면이 바닥면과 평행하게 되는 것으로 한다.
지지 베이스(1a)의 상부에는 상판(1b)이 설치되고, 지지 베이스(1a)와 상판(1b)을 결합함으로써 하우징(1)이 형성된다. 지지 베이스(1a) 상에는, 사용자(M)의 좌우의 발을 각각 탑재하는 좌측 발지지대(2a) 및 우측 발지지대(2b)와, 좌측 발지지대(2a) 및 우측 발지지대(2b)를 각각 이동시키는 구동부(3)가 배치된다. 이하의 설명에서는, 도 4 및 도 5에서의 화살표 X의 방향을 전방으로 한다.
상판(1b)에는 좌측 발지지대(2a) 및 우측 발지지대(2b)를 각각 노출시키는 2개의 개구부(11a, 11b)가 두께 방향으로 관통 형성되어 있다. 각 개구부(11a, 11b)는 각각 직사각형으로 형성되어 있다. 단, 각 개구부(11a, 11b)는 길이 방향에 따른 중심선이 하우징(1)의 전후 방향에 대하여 경사지고, 양 중심선 사이의 거리가 하우징(1)의 전단측에서 후단측보다 커지도록 형성하고 있다.
각 개구부(11a, 11b)의 폭 방향의 양측부에는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 슬라이드 홈(12)이 개구부(11a, 11b)의 내측에 노출되는 형태로 개구된다. 슬라이드 홈(12)에는, 발거치대 프레임(22)에 형성된 플랜지부(22b)가 슬라이드 가능하게 삽입된다. 발거치대 프레임(22)은, 사용자(M)가 발을 탑재하기 위한 발거치대(21)와 함께, 좌측 발지지대(2a) 및 우측 발지지대(2b)를 구성하며, 직사각형 통형으로 형성된 본체부(22a)를 가지고 있다. 플랜지부(22b)는 본체부(22a)의 한쪽의 개구면(상면)을 따라 본체부(22a)의 전체 주위에 걸쳐 연장되어 있다. 발거치대 프레임(22)의 본체부(22a)의 내측에는 하부에서 장착판(22c)이 일체로 형성되어 있다.
본체부(22a)는 길이 방향의 치수 및 폭 방향의 치수가 개구부(11a, 11b)보다 작고, 플랜지부(22b)는 길이 방향의 치수 및 폭 방향의 치수가 개구부(11a, 11b)보다 크게 형성되어 있다. 또한, 슬라이드 홈(12)의 바닥 사이의 거리는 플랜지부(22b)의 선단 에지 사이의 거리보다 크게 형성된다. 따라서, 각각의 발거치대 프레임(22)은 슬라이드 홈(12)의 범위 내에서 폭 방향 및 길이 방향에 대해 이동 가능하게 된다.
각각의 발거치대(21)는, 발거치대 프레임(22)에서의 본체부(22a)의 내주 에지보다 약간 작은 직사각형 판형으로 형성되어 있고, 사용자(M)의 발 전체를 탑재할 수 있는 치수로 형성되며, 후술하는 바와 같이, 앞쪽 반부(21F)와 뒤쪽 반부(21B)를 힌지(21C)로 연결하여 구성된다. 또한, 발거치대(21)의 상면에는 마찰 계수를 크게 하는 재료 내지 형상이 채용된다. 발거치대(21)의 하면 주위부에는 대략 꺾쇠 괄호(square bracket) 형상의 프레임체(21a, 21b)가 일체로 설치된다.
발거치대 프레임(22)에 설치한 장착판(22c)의 상면에는 위쪽으로 개방된 단면을 갖는 꺾쇠 괄호 형상의 베어링 판(23)이 고정된다. 베어링 판(23)의 다리 부재(23a)를 각각 통과하는 축부(24)가 힌지(21C)의 양단부에 각각 돌출된다. 따라서, 축부(24)는 발거치대(21)의 폭 방향을 따라 배치되고, 발거치대(21)는 발거치대 프레임(22)에 대하여 길이 방향의 전후에서 상하로 움직이도록 축부(24)의 주위에 스윙 가능하게 된다. 전술한 프레임체(21a, 21b)는, 발거치대(21)가 발거치대 프레임(22)에 대하여 스윙할 때, 발거치대(21)와 발거치대 프레임(22)의 사이에 간극이 생기는 것을 방지하기 위해 설치되어 있다.
발거치대 프레임(22)에 설치한 장착판(22c)의 하면에는 하방향으로 개방된 단부를 갖는 꺾쇠 괄호 형상의 단면의 캐리지(41)가 장착된다. 캐리지(41)의 각각의 다리 부재(41a)의 외측면에는 2개씩의 차륜(42)이 장착된다. 지지 베이스(1a)의 상면에는 좌측 발지지대(2a)와 우측 발지지대(2b)에 대하여 각각 2개씩의 레일(43)이 고정되어 있고, 레일(43)의 상면에 설치한 레일 홈(43a) 내에 차륜(42)이 전동하도록 레일(43) 상에 캐리지(41)가 탑재된다. 또한, 레일(43)의 상면에는 차륜(42)이 레일 홈(43a)으로부터 탈락하는 것을 방지하기 위하여 탈륜 방지 판(44)이 고정된다(도 7을 참조).
그런데, 각각의 레일(43)은 하우징(1)에 형성된 개구부(11a, 11b)의 길이 방향과는 상이한 길이 방향으로 연장하고 있다. 전술한 바와 같이, 개구부(11a, 11b)의 각각의 길이 방향의 중심선은 하우징(1)의 후단측보다 전단측에서 커지도록 경사져 있고, 레일(43)의 길이 방향도 하우징(1)의 전후 방향에 대하여 마찬가지로 경사져 있다.
그러나, 레일(43)의 각각의 길이 방향은 하우징(1)의 전후 방향에 관련하여 개구부(11a, 11b)의 각각의 길이 방향보다 큰 각도로 경사져 있다. 예를 들면, 개구부(11a, 11b)의 각각의 길이 방향이 하우징(1)의 전후 방향에 대하여 30°의 각도로 경사지면, 레일(43)의 각각의 길이 방향은 45°의 각도로 경사진다. 즉, 좌측 발지지대(2a) 및 우측 발지지대(2b)에 발을 탑재하고, 개구부(11a, 11b)의 길이 방향으로 발의 중심선을 일치시킨 상태에서, 레일(43)을 따라 좌측 발지지대(2a) 및 우측 발지지대(2b)를 이동시킴으로써 발의 위치를 변화시켜도, 무릎 관절에 전단력이 작용하지 않는 방향으로 레일(43)의 각각의 길이 방향이 설정된다. 그리고, 본 실시형태에서는, 바람직한 동작으로서, 좌측 발지지대(2a) 및 우측 발지지대(2b)가 전후 방향과 좌우 방향을 복합한 이동 경로로 이동하는 예를 나타내고 있지만, 좌측 발지지대(2a) 및 우측 발지지대(2b)가 전후 방향이나 좌우 방향으로 이동되도록 레일(43)의 방향을 결정하는 것도 가능하다.
전술한 구성에 의해, 좌측 발지지대(2a) 및 우측 발지지대(2b)는 각각 레일(43)의 길이 방향을 따라 왕복 이동하는 것이 가능하게 된다. 레일(43)의 길이 방향이 개구부(11a, 11b)의 길이 방향의 중심선에 대하여 경사져 있으므로, 발거치대(21) 및 발거치대 프레임(22)은 개구부(11a, 11b) 내에서 각각 개구부(11a, 11b)의 길이 방향으로 경사진 방향을 따라 이동하게 된다. 즉, 전술한 캐리지(41), 차륜(42), 레일(43) 및 탈륜 방지 판(44)은 각각 좌측 발지지대(2a) 및 우측 발지지대(2b)의 이동 경로를 구속하는 안내부(4)로서 기능한다.
좌측 발지지대(2a) 및 우측 발지지대(2b)를 이동시키는 구동부(3)는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 구동력을 발생시키는 구동원(31)과, 구동력을 좌측 발지지대(2a) 및 우측 발지지대(2b)에 각각 전달하는 계통 분리부(router)(32)와, 구동력을 사용하여 캐리지(41)를 각각 레일(43)을 따라 왕복 이동시키는 왕복 구동부(33)를 가진다. 본 실시형태에서는, 도 8a와 같이 계통 분리부(32)에 의해 구동력을 분리하고, 분리된 구동력을 왕복 구동부(33)에 전달하는 구성을 채용하고 있지만, 도 8b와 같이 왕복 구동부(33)에 의해 얻어지는 왕복 구동의 구동력을 계통 분리부(32)에서 분리할 수도 있다.
구동부(3)에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 구동원(31)에는 회전 모터(이하, 모터(31)로 약칭한다)를 채용하고 있고, 모터(31)의 출력축(31a)에는 계통 분리부(32)가 연결된다.
계통 분리부(32)는, 모터(31)의 출력축(31a)에 연결된 웜(제1 기어)(32a)과, 웜(32a)에 서로 맞물리는 한 쌍의 웜 휠(worm wheel)(제2 기어)(32b)을 구비한다. 웜(32a) 및 2개의 웜 휠(32b)은 지지 베이스(1a)에 고정되는 기어박스(34)에 수납된다. 기어박스(34)는, 상면에 개구를 가지는 기어 케이스(34a)와, 기어 케이스(34a)의 개구면에 끼워지는 커버 판(34b)에 의해 형성된다. 기어 케이스(34a)와 커버 판(34b)의 사이에는 웜(32a)의 길이 방향의 양단부를 지지하는 한 쌍의 베어링(32c)이 장착된다.
웜 휠(32b)에는 기어 케이스(34a)와 커버 판(34b)에 의해 유지되는 회전축(35)이 삽입되고, 웜 휠(32b)의 회전에 따라 회전축(35)이 회전하도록, 웜 휠(32b)과 회전축(35)을 결합하고 있다. 회전축(35)의 상단부에는 단면이 비원형상(도시한 예에서는 직사각형)으로 형성된 결합부(35a)가 형성된다.
모터(31)는 기어 케이스(34a)의 홀더부(34c)와 지지 베이스(1a)에 고정한 홀더 판(13a)에 탑재되고, 기어 케이스(34a)에 끼워지는 커버 판(34b)과, 홀더 판(13a)에 결합되는 가압판(13b)에 의해 지지 베이스(1a)에 고정된다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 왕복 구동부(33)는, 회전축(35)의 결합부(35a)에 일단부가 결합되는 크랭크 판(36)과, 크랭크 판(36)에 크랭크축(37)을 통하여 결합된 크랭크 로드(38)를 구비한다. 크랭크축(37)의 일단부는 크랭크 판(36)에 고정되고, 타단부는 크랭크 로드(38)의 일단부에 유지된 베어링(38a)에 유지된다. 즉, 크랭크 로드(38)의 일단부는 크랭크 판(36)에 대하여 회전 가능하게 결합되는 한편, 크랭크 로드(38)의 타단부는 캐리지(41)에 대하여 축부(38b)를 사용하여 결합되어 캐리지(41)에 대하여 회전 가능하게 결합된다.
전술한 구성으로부터 명백한 바와 같이, 크랭크 로드(38)는 웜 휠(32b)의 회전 운동을 캐리지(41)의 왕복 운동으로 변환하는 변환 기구로서 기능한다. 크랭크 로드(38)는 웜 휠(32b)마다 설치되고, 캐리지(41)는 좌측 발지지대(2a)와 우측 발지지대(2b)에 개별적으로 설치되어 있으므로, 크랭크 로드(38)는 웜 휠(32b)의 회전 운동을 각각 좌측 발지지대(2a)와 우측 발지지대(2b)의 왕복 운동으로 변환하는 변환 기구로서 기능한다.
캐리지(41)는 전술한 바와 같이 차륜(42)과 레일(43)에 의해 이동 경로가 구속되고 있으므로, 웜 휠(32b)이 회전할 때에 캐리지(41)가 각각 레일(43)의 길이 방향을 따라 왕복 이동한다. 즉, 모터(31)의 회전이 웜(32a) 및 웜 휠(32b)을 통하여 크랭크 판(36)에 전달되므로, 크랭크 판(36)에 결합된 크랭크 로드(38)에 의해 캐리지(41)가 레일(43)을 따라 직선 상으로 왕복 이동을 행한다. 그 결과, 캐리지(41)에 결합되어 있는 발거치대 프레임(22)이 레일(43)을 따라 왕복 이동한다. 즉, 좌측 발지지대(2a)와 우측 발지지대(2b)가 레일(43)의 길이 방향을 따라 왕복 이동한다.
본 실시형태에서는, 웜(32a)과 2개의 웜 휠(32b)에 의해 구동력을 2계통으로 분리하고, 계통마다 좌측 발지지대(2a)와 우측 발지지대(2b)의 구동력으로서 사용한다. 그러므로, 구동부(3)에 의해 좌측 발지지대(2a)와 우측 발지지대(2b)가 서로 관련되어 구동된다. 여기서, 웜 휠(32b)이 웜(32a)에 서로 맞물리는 위치를 180° 상이하게 하고 있다. 따라서, 좌측 발지지대(2a)가 이동 범위의 후단에 위치할 때는, 우측 발지지대(2b)는 이동 범위의 전단에 위치한다. 좌측 발지지대(2a)의 이동 범위에서의 후단은 좌측 발지지대(2a)의 이동 범위의 우측단이고, 우측 발지지대(2b)의 이동 범위에서의 전단은 우측 발지지대(2b)의 이동 범위의 우측단이므로, 좌우 방향에 있어서는, 좌측 발지지대(2a) 및 우측 발지지대(2b)는 동일한 방향으로 이동하게 된다.
그리고, 전술한 구성으로부터 명백한 바와 같이, 웜(32a)과 웜 휠(32b)을 서로 맞물리게 하는 위치를 변화시킴으로써 좌측 발지지대(2a)와 우측 발지지대(2b)의 이동에 있어서의 요구된 위상차를 부여할 수 있다. 본 실시형태와 같이 180°의 위상차를 부여하면, 사용자(M)의 전후 방향의 중심 이동이 적어지므로, 밸런스 기능이 저하되어 있는 사용자(M)에 의해서도 사용할 수 있다. 또는, 위상차를 가지지 않게 하면, 사용자(M)의 전후 방향의 중심 이동이 발생하므로, 단지 다리부의 근육군의 운동이 이루어지는 것만이 아니라, 밸런스 기능을 유지하기 위한 허리 뒤쪽 등의 근육군의 운동에도 도움이 된다.
전술한 구성으로부터 명백한 바와 같이, 구동부(3)는 좌측 발지지대(2a) 및 우측 발지지대(2b)를 각각 전후 방향으로 이동하도록 구동할 수 있고, 이와 동시에 전후 방향의 위치 변화에 따라 좌우 방향의 위치도 변화시킬 수 있다. 여기서, 좌측 발지지대(2a) 및 우측 발지지대(2b)는 레일(43)을 따라 일직선상으로 왕복 이동하도록 구동되어, 각각 발의 전후 방향과는 상이한 방향으로 이동한다. 예를 들면, 좌측 발지지대(2a) 및 우측 발지지대(2b)는 하우징(1)의 전후 방향에 대하여 45°를 이루는 방향으로 이동한다. 이 이동 거리는 예를 들면 20 mm 등으로 설정된다.
그런데, 좌측 발지지대(2a) 및 우측 발지지대(2b)에 설치한 발거치대(21)는 발거치대 프레임(22)에 대하여 축부(24)의 주위에서 스윙 가능하므로, 발거치대(21)의 전단부와 후단부의 높이 위치를 변화시키는 것이 가능하게 된다. 즉, 발거치대(21) 상에 올려진 발의 발가락과 발뒤꿈치의 높이 위치를 변화시킴으로써, 발목 관절의 발바닥 굽힘(plantar flexion)과 발등 굽힘(dorsal flexion)이 가능하게 되어 있다.
여기서, 축부(24)의 주위에서의 발거치대(21)의 스윙 운동을 레일(43)에 따른 왕복 이동에 연동시키기 위하여, 지지 베이스(1a)에는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 발거치대(21)의 이동 경로를 따라 적어도 일부에 안내부(4)로서의 가이드 레일부(17)가 형성된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 베이스(10)에 설치된 가이드 레일부(17)에 의해, 좌측 발지지대(2a)와 우측 발지지대(2b)의 각각의 이동 경로가 구속된다. 가이드 레일부(17)는, 좌측 발지지대(2a)와 우측 발지지대(2b)를 각각 대략 전후 방향으로 이동할 수 있도록 하는 동시에, 발지지대(2)의 이동 경로를 따른 이동에 따라 발지지대(2)의 일부를 후퇴시킨다.
베이스(10) 내에는 좌측 발지지대(2a) 및 우측 발지지대(2b)의 각각의 이동 경로를 따라 연장하도록 공동(15)이 형성된다. 공동(15)의 상벽을 통과하도록 각각 홈(16)이 형성되며, 홈(16)의 길이 방향은 대략 전후 방향을 따라 연장한다. 본 실시형태에서는, 좌측 발지지대(2a)가 전방으로 갈수록, 좌측 발지지대(2a)의 이동 경로가 좌측으로 더 많이 경사진다. 이와 동시에, 우측 발지지대(2b)가 전방으로 갈수록, 우측 발지지대(2b)의 이동 경로가 우측으로 더 많이 경사진다. 홈(16)은 이러한 이동 경로를 따라 형성되어 있다.
좌측 발지지대(2a)와 우측 발지지대(2b)의 발거치대(21)는 각각 앞쪽 반부(21F)와 뒤쪽 반부(21B)로 이루어진다. 앞쪽 반부(21F)의 전후 길이는 뒤쪽 반부(21B)의 전후 길이의 대략 2배 정도이며, 앞쪽 반부(21F)의 후단부와 뒤쪽 반부(21B)의 전단부를 힌지(21C)에 의해 연결하여, 발거치대(21)가 발지지대(2)의 전후 길이의 뒤로부터 대략 1/3 정도의 곳에 위치하는 힌지(21C)에 의해 절곡되도록 되어 있다. 앞쪽 반부(21F)는 발가락이 탑재되는 탑재부로 되어 있고, 뒤쪽 반부(21B)는 발의 중앙부 및 발뒤꿈치가 탑재되는 탑재부로 되어 있다. 앞쪽 반부(21F)의 하면에는, 이 하면의 전반부의 중앙부로부터 아래쪽으로 돌출하도록 전위 수직 하강부(front drooping section)(25a)가 형성되고, 이 하면의 후반부의 중앙부로부터 아래쪽으로 돌출하도록 중위 수직 하강부(25b)가 형성된다. 뒤쪽 반부(21B)의 하면의 중앙부로부터는 후위 수직 하강부(25c)가 아래쪽으로 돌출하도록 형성되어 있다. 수직 하강부(25a∼25c)는 각각 홈(16)을 삽입통과하여 하단부가 베이스(10)의 내부의 공동(15) 내에 위치하는 동시에, 각각의 수직 하강부(25)의 하단부에는 크로스바(26)가 설치되어 있다. 공동(15) 내에서, 이 크로스바(26)는 홈(16)의 폭보다 긴 길이를 가지며, 그 길이 방향이 홈(16)의 폭 방향과 평행하도록 형성되어 있다. 또한, 베이스(10)의 이동 경로를 따른 공동(15)의 저면에는 가이드 레일부(17)가 형성되어 있다. 즉, 가이드 레일부(17)는, 전위 수직 하강부(25a)의 크로스바(26)를 안내하는 앞쪽 가이드 레일부(17a)와, 중위 수직 하강부(25b)의 크로스바(26)를 안내하는 중앙 가이드 레일부(17b)와, 후위 수직 하강부(25c)의 크로스바(26)를 안내하는 뒤쪽 가이드 레일부(17c)로 구성되어 있다.
가이드 레일부(17)는 내부에 크로스바(26)를 수납하고, 크로스바(26)의 전후의 위치에 따라 크로스바(26)의 수직 위치를 결정한다. 본 실시형태에서는, 가이드 레일부(17)는 대략 상자형이며, 그 내부에 크로스바(26)를 전후 방향으로 이동 가능한 이동 공간(18)이 형성되어 있다. 홈(19)은, 이동 공간(18)의 상벽면을 관통하고 이동 공간(18)의 길이 방향(즉, 이동 방향)을 따라 연장하도록 형성되어 있다. 각각의 홈(19)의 폭은 크로스바(26)의 길이보다 짧게 형성되어 있는 동시에, 각각의 수직 하강부(25)의 폭보다 약간 길게 형성되어 있다. 수직 하강부(25)가 홈(19)을 삽입 통과하여 이동 공간(18) 내에 삽입되고, 그 하단부의 크로스바(26)는 이동 공간(18) 내에 각각 위치하여 홈(19)으로부터 빠지지 않게 되어 있다. 앞쪽 가이드 레일부(17a)는, 이동 공간(18)이 전방으로 갈수록 크로스바(26)의 위치가 더 아래쪽에 위치하도록, 앞쪽 경사 하방으로 연장하고 있다. 또한, 중앙 가이드 레일부는, 이동 공간(18)이 전방으로 갈수록 크로스바(26)의 위치가 더 위쪽에 위치하도록, 앞쪽 경사 상방으로 연장하고 있다. 또한, 뒤쪽 가이드 레일부의 전반부가 대략 수평으로 연장하며, 그 후반부는 이동 공간(18)이 후방으로 갈수록 크로스바(26)의 위치가 더 아래쪽에 위치하도록 뒤쪽 경사 하방으로 연장하고 있다.
이로써, 좌측 발지지대(2a) 및 우측 발지지대(2b)가 각각 이동 경로의 전후 방향에 대하여 대략 중앙부에 위치하는 때에는(이것을 중앙 위치로 지칭함), 도 1에 나타낸 바와 같이, 앞쪽 반부(21F)의 상면이 뒤쪽 반부(21B)의 상면과 거의 같은 높이로 되어 대략 수평으로 된다.
그리고, 도 2에 나타낸 바와 같이, 발거치대(21)가 중앙 위치보다 전방(도면에서 우측)으로 이동할 때, 앞쪽 반부(21F)가 앞쪽 경사 하방으로 연장하며, 뒤쪽 반부(21B)가 뒤쪽 경사 하방으로 경사진다. 앞쪽 반부(21F)의 길이는 뒤쪽 반부(21B)의 길이보다 길게 되며, 발가락이 앞쪽 반부(21F)에 탑재되어 유지되고, 발꿈치가 뒤쪽 반부(21B)로부터 떨어지게 되며, 이에 의해 발바닥과 종아리를 포함한 근육을 단련할 수 있다.
또한, 발거치대(21)가 중앙 위치보다 후방으로 이동하면, 도시하지 않지만, 앞쪽 반부(21F)와 뒤쪽 반부(21B)가 뒤쪽 경사 하방으로 경사진다. 발거치대(21)는 앞쪽 반부(21F)의 상면이 뒤쪽 반부(21B)의 상면과 거의 같은 높이로 되는 상태를 유지하며, 발이 발등굽힘(dorsiflexion) 상태로 되지만, 발 전체가 발거치대(21)에 탑재된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 있어서는, 발거치대(21)의 일부가 후퇴 가능하게 형성된다. 즉, 발거치대(21)는, 발거치대(21)의 일부가, 발거치대(21)의 나머지 부분으로 발을 지지하면서, 발거치대(21)의 나머지 부분으로부터 상대적으로 물러나는 것에 의해 발로부터 떨어지게 되도록 구성된다. 이로써, 사용자(M)의 체중을 발바닥의 일부에 집중시켜, 특정의 근육을 단련할 수 있게 된다. 발거치대(21)를 복수의 부재로 구성하여, 그 중 하나 이상의 부재를 다른 부재에 대하여 절곡시킴으로써, 발거치대(21)의 일부를 간단한 구성에 의해 발거치대의 나머지 부분에 대하여 상대적으로 움직일 수가 있다.
또한, 발거치대(21)의 복수의 부재를 전후에 별개로 배치하여, 그 중 하나 이상의 부재를 다른 부재에 대하여 절곡시킴으로써, 발거치대(21)의 앞쪽 부재를 아래쪽으로 절곡시키면, 사용자(M)가 자신의 발의 뒤쪽으로 체중을 지지하게 되고, 이에 의해 특정의 근육을 단련할 수 있다. 또는, 발거치대(21)의 뒤쪽 부재를 아래쪽으로 절곡시키면, 사용자(M)가 자신의 발의 앞쪽으로 체중을 지지하게 되고, 이에 의해 특정의 근육을 단련하는 것이 가능하게 된다. 예를 들면, 발거치대(21)의 앞쪽 부재를 뒤쪽 부재에 대하여 아래쪽으로 절곡시킴으로써, 발바닥과 종아리의 근육을 중심으로 단련하는 것이 가능하게 된다.
다음에, 다른 실시형태에 대하여 도 10에 기초하여 설명한다. 그리고, 도 1 내지 도 9에 나타낸 실시형태와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략하고, 주로 상이한 부분에 대하여 설명한다.
좌측 발지지대(2a)와 우측 발지지대(2b)의 발거치대(21)는 각각 앞쪽 반부(21F)와 뒤쪽 반부(21B)로 이루어진다. 본 실시형태에서는, 앞쪽 반부(21F)의 전후 길이는 뒤쪽 반부(21B)의 전후 길이의 대략 절반 정도이며, 앞쪽 반부(21F)의 후단부와 뒤쪽 반부(21B)의 전단부를 힌지(21C)에 의해 연결하여, 발지지대(2)의 전후 길이의 전단에서부터 발거치대(21)의 길이의 대략 1/3 정도의 곳에 위치하는 힌지(21C)에 의해 절곡되도록 되어 있다. 앞쪽 반부(21F)는 발가락 및 발의 중앙부가 탑재되는 탑재부로 되어 있고, 뒤쪽 반부(21B)는 발뒤꿈치가 탑재되는 탑재부로 되어 있다. 앞쪽 반부(21F)의 하면의 중앙부로부터 아래쪽으로 돌출하도록 전위 수직 하강부(25a)가 형성된다. 뒤쪽 반부(21B)의 하면에는, 이 하면의 전반부로부터 아래쪽으로 돌출하도록 중위 수직 하강부(25b)가 형성되고, 뒤쪽 반부(21B)의 후반부로부터 아래쪽으로 돌출하도록 후위 수직 하강부(25c)가 형성되어 있다. 베이스(10)의 저면에는, 전위 수직 하강부(25a)의 크로스바(26)를 안내하는 앞쪽 가이드 레일부(17a)와, 중위 수직 하강부(25b)의 크로스바(26)를 안내하는 중앙 가이드 레일부(17b)와, 후위 수직 하강부(25c)의 크로스바(26)를 안내하는 뒤쪽 가이드 레일부(17c)가 각각 설치되어 있다.
앞쪽 가이드 레일부(17a)는 전반부와 후반부를 포함한다. 전반부와 후반부는, 이동 공간(18)이 전방으로 갈수록 크로스바(26)가 더 아래쪽으로 위치되도록, 각각 앞쪽 경사 하방으로 연장한다. 그러나, 전반부의 경사가 후반부의 경사보다 크다. 또한, 중앙 가이드 레일부는, 이동 공간(18)이 전방으로 갈수록 크로스바(26)가 더 아래쪽에 위치하도록, 전방 경사 하방으로 연장한다. 또한, 뒤쪽 가이드 레일부는, 이동 공간(18)이 전방으로 갈수록 크로스바(26)가 더 위쪽에 위치하도록, 앞쪽 경사 상방으로 연장하고 있다.
이로써, 좌측 발지지대(2a) 및 우측 발지지대(2b)가 각각 이동 경로의 중앙 위치에 위치하는 경우에는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 앞쪽 반부(21F)의 상면이 뒤쪽 반부(21B)의 상면과 거의 같은 높이로 되어 대략 수평으로 된다.
그리고, 도 11에 나타낸 바와 같이, 발거치대(21)가 중앙 위치보다 전방(도면에서 우측)으로 이동할 때, 앞쪽 반부(21F)와 뒤쪽 반부(21B)가 각각 앞쪽 경사 하방으로 경사진다. 그러나, 뒤쪽 반부(21B)의 경사보다 앞쪽 반부(21F)의 경사가 크며, 발지지대(2)의 길이 방향에 대하여, 앞쪽 반부(21F)의 길이가 뒤쪽 반부(21B)의 길이보다 짧으므로, 발뒤꿈치가 뒤쪽 반부(21B)에 탑재되어 유지되고, 발가락이 앞쪽 반부(21F)로부터 떨어지게 된다. 그 결과, 전강골근과 발가락의 근육을 단련할 수 있다.
발거치대(21)가 중앙 위치로부터 후방에 이동하면, 도시하지 않지만, 앞쪽 반부(21F)와 뒤쪽 반부(21B)가 뒤쪽 경사 하방으로 경사진다. 발거치대(21)는 앞쪽 반부(21F)의 상면이 뒤쪽 반부(21B)의 상면과 거의 같은 높이로 되어, 발등굽힘이 이루어지지만, 발 전체가 발거치대(21)에 탑재되어 유지된다.
이로써, 발거치대(21)의 앞쪽 부재를 앞쪽 부재에 대하여 아래쪽으로 절곡시킴으로써, 전강골근과 발가락의 근육을 단련할 수 있다.
다음에, 또 다른 실시형태에 대하여 설명한다. 그리고, 도 1 내지 도 9에 나타낸 상기 실시 형태에서와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략하고, 주로 상이한 부분에 대하여 설명한다.
본 실시형태에서는, 발거치대(21)는, 발거치대(21)의 일부가, 발거치대(21)의 나머지 부분으로 발을 지지하면서, 발거치대(21)의 나머지 부분으로부터 상대적으로 후퇴하는 것에 의해 발로부터 떨어지게 되도록 구성된다. 예를 들면, 발거치대(21)는 좌우에 별개의 부재로 구성되며, 이들은 서로 인접하여 배치된다. 발거치대(21)는, 복수의 부재 중 하나 이상의 부재가, 복수의 부재의 나머지 부재에 대하여 절곡되는 것에 의해 사용자(M)의 발로부터 떨어지게 되도록 구성된다. 이로써, 발거치대(21)의 외측 반부를 아래쪽으로 절곡시키면, 사용자(M)가 자신의 발의 내측으로 체중을 지지하게 되어 특정의 근육을 단련할 수 있다. 또는, 발거치대(21)의 내측 반부를 아래쪽으로 절곡시키면, 사용자(M)가 자신의 발의 외측으로 체중을 지지하게 되어 특정의 근육을 단련하는 것이 가능하게 된다.
도 12에 나타낸 실시형태에서는, 발거치대(21)의 내측 반부를 외측 반부에 대하여 아래쪽으로 절곡시키도록 하고 있다. 좌측 발지지대(2a)와 우측 발지지대(2b)의 발거치대(21)는, 각각 우측 부재(21R)와 좌측 부재(21L)로 이루어지고, 우측 부재(21R)의 좌단부와 좌측 부재(21L)의 우단부를 힌지(21C)에 의해 연결하여, 발지지대(2)의 수평 방향에 대해 중앙부에 위치하는 힌지(21C)에 의해 절곡되도록 되어 있다. 그리고, 좌측 발지지대(2a)는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 새끼 발가락측의 우측 부재(21R)를 아래쪽으로 절곡시키도록 구성되어 있다. 우측 발지지대(2b)는, 도시하지 않지만, 새끼 발가락측의 좌측 부재(21L)를 아래쪽으로 절곡시키도록 구성되어 있다.
이로써, 발거치대(21)의 내측 반부를 외측 반부에 대하여 아래쪽으로 절곡시킴으로써, 발의 외측 근육을 단련할 수 있어, X 다리를 교정할 수 있다.
또한, 도 13에 나타낸 실시형태에서는, 발거치대(21)의 외측 반부를 내측 반부에 대하여 아래쪽으로 절곡시키도록 하고 있다. 좌측 발지지대(2a)는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 엄지 발가락측의 좌측 부재(21L)를 아래쪽으로 절곡시키도록 구성되어 있고, 우측 발지지대(2b)는, 도시하지 않지만, 엄지 발가락측의 우측 부재(21R)를 아래쪽으로 절곡시키도록 구성되어 있다.
이로써, 발거치대(21)의 외측 반부를 내측 반부에 대하여 아래쪽으로 절곡시킴으로써 발의 내측 근육을 단련할 수 있어, 0 다리를 교정할 수 있다.
도 14 내지 도 16은 본 발명의 일실시형태에 의한 운동 보조 장치를 나타낸다. 본 실시형태는, 도 15 및 도 16에 나타낸 바와 같이, 바닥 등의 고정된 위치에 놓여지는 베이스(10)를 가지며, 베이스(10) 상에는, 사용자(M)의 둔부를 지지하는 시트부(51)를 상단부에 구비한 시트 지지대(50)와, 사용자(M)가 필요에 따라 기립 상태에서 손으로 파지하는 핸들(HD)을 상단부에 구비한 핸들 포스트(HP)가 설치된다. 베이스(10) 위에는, 시트 지지대(50)와 핸들 포스트(HP) 사이에, 상면을 발탑재면(21A)으로 하는 발지지대(2)가 설치되어 있다. 발지지대(2)의 발탑재면(21A)에 사용자(M)가 발바닥을 탑재함으로써 발의 위치가 규제된다.
시트 지지대(50)에는, 시트부(51)를 요동시키는 시트 구동부(52)와, 시트부(51) 및 시트 구동부(52)를 베이스(10)에 대하여 상하 이동시키는 승강 기구 부(53)가 설치된다. 즉, 승강 기구부(53)에 의해 시트부(51) 및 시트 구동부(52)를 베이스(10)에 대하여 상하로 이동시킴으로써, 시트부(51)의 접촉면(51a)에 둔부를 탑재하는 동시에 발지지대(2)의 발탑재면(21A)에 발바닥을 탑재한 때의 사용자(M)의 무릎의 휨 각도 "θ"를 조정할 수 있다.
시트 구동부(52)는, 시트부(51)의 접촉면(51a)에 둔부를 탑재하는 동시에 발지지대(2)의 발탑재면(21A)에 발바닥을 탑재한 상태의 사용자(M)에 대하여, 시트부(51)를 요동시켜 둔부의 위치를 변화시킴으로써, 사용자(M)의 다리에 작용하는 체중을 변화시킨다. 즉, 운동 보조 장치가 사용자(M)의 체중을 둔부와 다리부에 분산하여 지지하고 있는 상태에서, 둔부의 위치를 변화시킴으로써 둔부에서 지지하는 체중을 증감시켜, 결과적으로 사용자(M)의 다리부에 작용하는 체중을 변화시킨다.
여기서, 무릎을 소정 각도로 굽히고, 시트부(51)에 의해 지지되는 사용자(M)의 체중의 비율이 감소했을 때, 스쿼트(squat) 운동과 같이 무릎을 굽힐 때와 마찬가지로, 사용자(M)의 대퇴부에 작용하는 부하가 증가하므로, 대퇴부의 근육군을 수축시키는 것이 가능하게 된다. 즉, 시트부(51)를 시트 구동부(52)에 의해 요동시키면, 사용자(M)의 자발적인 운동이 아닌 타동적인 운동에 의해 대퇴부의 근육군이 긴장과 이완을 반복하게 된다. 즉, 시트 구동부(52)가 시트부(51)를 요동시킴으로써, 주로 대퇴부의 근육군의 운동이 가능하게 된다.
시트부(51)의 요동 방향은, 무릎 관절에 전단력이 작용하지 않도록 설정하여 두는 것이 바람직하다. 사용자(M)의 둔부를 시트부(51)의 접촉면(51a)에 의해 지지하고 있을 때, 사용자(M)의 발은, 도 16과 같이, 발가락 간의 거리가 발뒤꿈치 간의 거리보다 커지는 상태로 되며, 이러한 상태가 자연스러운 자세이다. 양 발 사이의 개방 각도 "θ2"는 발지지대(2)에 발을 탑재하는 위치에 의해 결정할 수 있다. 그 결과, 발지지대(2)에 발을 탑재했을 때의 각각의 발의 발가락과 발뒤꿈치를 연결하는 중심선의 방향을 따라 시트부(51)를 요동시킴으로써, 사용자(M)는 무릎 관절에 전단력을 작용시키지 않고 타동적으로 운동하는 것이 가능하게 된다. 즉, 시트부(51)가 요동 범위의 후단 위치로부터 전방으로 이동할 때, 경사 우측 전방으로 이동하는 기간과 경사 좌측 전방으로 이동하는 기간을 설정함으로써, 무릎 관절에 전단력을 작용하게 하지 않고서 좌우의 다리의 대퇴부에 각각 사용자(M)의 체중을 작용하게 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 도 15에 나타낸 예에서는 시트부(51)의 접촉면(51a)이 대략 수평면이지만, 사용자(M)의 다리부에 작용하는 체중을 변화시킴으로써 대퇴부의 근육군의 수축을 유발하는 운동을 타동적으로 행하므로, 접촉면(51a)은 시트부(51)가 요동하는 방향을 따라 전방으로 향하여 아래쪽으로 경사지고 있는 것이 바람직하다. 즉, 시트부(51)의 전단부에 있어서 사용자(M)의 우측 둔부를 지지하는 부분은 경사진 우측 전방으로 아래쪽으로 경사지고, 사용자(M)의 좌측 둔부를 지지하는 부분은 경사진 좌측 전방으로 아래쪽으로 경사져 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 형상을 갖는 시트부(51)는 다리부에 작용하는 체중을 증가시키기가 용이하여, 운동 효과를 높일 수 있다.
다음에, 본 실시형태의 발지지대(2)의 구성에 대하여 설명한다. 발지지대(2)는, 도 14a 및 도 14b에 나타낸 바와 같이 베이스(10)에 체결 고정됨으로써 정위치에 설치되는 지지 베이스(1a)와, 사용자(M)의 발뒤꿈치로부터 발가락을 향하는 방향(도 14에서의 좌측)을 따라 아래쪽으로 경사진 발탑재면(21A)이 제공된 발거치대(21)와, 지지 베이스(1a)에 대하여, 발거치대(21)를 상하 방향으로 왕복 이동할 수 있도록 발거치대(21)를 상방향으로 가압한 상태로 지지하는 지지 기구부(210)를 포함한다. 발거치대(21)는 2개의 부재로 구성되며, 이들 부재의 분할은 발거치대(21)의 길이 방향의 대략 중앙에서 이루어진다. 즉, 발거치대(21)는 발가락측에 위치된 앞쪽 반부(21F)와 발뒤꿈치측에 위치된 뒤쪽 반부(21B)로 분할되며, 이들 반부는 연결 기구(도시하지 않음)에 의해 상하 방향으로 변위 가능하게 연결되어 있다.
지지 기구부(210)는, 제1 가동판(first movable plate)(211), 제2 가동판(212), 제1 스프링(213) 및 제2 스프링(214)을 포함한다. 제1 가동판(211) 및 제2 가동판(212)은 각각 폭이 좁은 기다란 판재에 의해 형성되며, 서로 동일한 형상 및 동일한 치수를 갖는다. 제1 가동판(211)의 전단부가 발거치대(21)의 앞쪽 반부(21F)의 선단 부분으로부터 아래쪽으로 돌출되어 있는 돌기부에 의해 피봇 방식으로 지지되고, 그 후단부가 지지 베이스(1a)의 후단부에 의해 피봇 방식으로 지지된다. 한편, 제2 가동판(212)의 전단부는 지지 베이스(1a)의 선단 부분으로부터 위쪽으로 돌출되어 있는 돌기부에 의해 피봇 방식으로 지지되고, 그 후단부가 발거치대(21)의 뒤쪽 반부(21B)의 후단부에 의해 피봇 방식으로 지지된다. 제1 가동판(211)과 제2 가동판(212)은 길이 방향의 중심으로부터 전방으로 어느 정도의 거리를 두고 위치된 핀(215)에 의해 회전 가능하게 연결되어 있다. 제1 스프링(213)은 지지 베이스(1a)에 대하여 발거치대(21)의 앞쪽 반부(21F)를 상방향으로 가압하고, 제2 스프링(214)은 뒤쪽 반부(21B)를 상방향으로 가압하고 있다. 단, 뒤쪽 반부(21B)를 가압하는 제2 스프링(214)의 스프링 상수는 제1 스프링(213)의 스프링 상수보다 작게 설정되어 있다.
따라서, 발거치대(21)의 발탑재면(21A)에 발바닥을 탑재한 상태로 다리부에 작용하는 체중이 증가할 때, 발가락측의 발바닥에 접촉하는 앞쪽 반부(21F)가 제1 스프링(213)의 스프링력에 저항하여 아래쪽으로 이동(하강)하면, 제1 가동판(211)이 지지 베이스(1a)에 의해 피봇 방식으로 지지된 후단부를 지지점으로 하여 반시계 방향으로 회전하고, 그 회전에 의해, 핀(215)으로 제1 가동판(211)에 연결되어 있는 제2 가동판(212)이 지지 베이스(1a)에 의해 피봇 방식으로 지지된 전단부를 지지점으로 하여 시계 방향으로 회전한다. 이때, 제1 가동판(211)과 제2 가동판(212)이 연결되는 지점(핀(215)의 위치)은 각각의 가동판(211, 212)의 길이 방향의 중심으로부터 전방 쪽으로 어느 정도의 거리를 두고 있다. 그러므로, 발거치대(21)의 앞쪽 반부(21F)의 아래로 향하는 이동량(하강량)보다 뒤쪽 반부(21B)의 하향 이동량(하강량)이 더 커진다.
이 구성에 의해, 발거치대(21)의 발탑재면(21A)에 발바닥을 탑재한 상태로 사용자(M)의 다리부에 작용하는 체중이 증가할 때, 발뒤꿈치측의 발바닥이 발거치대(21)의 뒤쪽 반부(21B)로부터 떨어지게 되고, 발거치대(21)의 앞쪽 반부(21F)와 접촉되어 있는 발가락측의 발바닥만이 하중을 받게 된다.
따라서, 본 실시형태에 의하면, 사용자(M)의 다리부에 작용하는 체중이 증가할 때, 지지 기구부(210)에 의해 발거치대(21)의 뒤쪽 반부(21B)가 앞쪽 반부(21F)보다 상대적으로 크게 하방향으로 이동하므로, 사용자(M)의 시트부(51)에 올라타는 방법이나 체격의 개인차에 관계없이, 발뒤꿈치측보다 발가락측에 보다 많은 하중을 걸칠 수가 있다. 그 결과, 무릎 관절에 과도한 부하가 걸리는 것을 방지하면서 무릎 주위의 근육을 단련하는 것이 가능하게 된다.
도 17 및 도 18은 각각 본 발명의 일실시형태에 의한 운동 보조 장치의 제어 시스템 및 발지지대를 나타낸다. 본 실시형태는, 운동 보조 장치가, 사용자(M)의 다리부의 근육 활동을 검출하는 검출부(61)와, 검출부(61)에 의한 다리부의 근육 활동의 검출 결과에 따라 지지 기구부(210)에 의한 발거치대(21)(뒤쪽 반부(21B))의 이동량을 제어하는 제어부(62)를 구비하고 있는 점에 특징이 있다. 그러나, 이외의 구성은 도 14 내지 도 16의 실시형태와 공통이므로, 공통의 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여 도시 및 설명은 생략한다.
도 18에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에서의 지지 기구부(210)는, 발거치대(21)의 앞쪽 반부(21F)를 상하 방향으로 이동 가능할 수 있도록 상방향으로 가압하면서 지지하는 제1 스프링(213)과, 발거치대(21)의 뒤쪽 반부(21B)를 상하 방향으로 이동 가능하게 지지하는 액츄에이터(216)를 포함한다.
검출부(61)는, 근육의 능동적인 수축 활동을 전기적으로 검출하는 근전계(electromyograph), 근육의 능동적인 수축 활동을 역학적으로 검출하는 근육 경도계, 또는 근적외 분광법을 이용하여 근육의 수축에 의한 산소 소비량을 검지하는 계측기 등의 공지의 수단으로 이루어지고, 근육 활동의 검출값을 전기 신호(검출 신호)로 변환하여 제어부(62)에 출력한다. 그리고, 검출부(61)에 의해 근육 활동을 검출하는 지점은, 햄스트링(대퇴이두근, 반막양근, 및 반건양근) 또는 하퇴삼두근(비복근 및 가자미근) 중 적어도 어느 한쪽으로 하는 것이 바람직하다.
제어부(62)는 주로 마이크로 컴퓨터로 구성되는 전기 회로이며, 검출부(61)로부터 수신하는 검출 신호(근육 활동의 검출값)에 따라 액츄에이터(216)를 제어하고, 발거치대(21)의 뒤쪽 반부(21B)의 이동량을 조절한다.
종래 기술에서 설명한 바와 같이, 무릎 관절로의 부하를 저감하면서 대퇴사두근에 운동 효과를 부여하기 위해서는, 햄스트링(대퇴이두근, 반막양근, 반건양근) 및 종아리 근육군을 동시에 수축시켜 무릎 관절에 작용하는 전단력을 저감하는 것이 중요하다. 발 관절을 발바닥을 굽힌 상태로 발뒤꿈치측보다 발가락측에 보다 많은 하중이 가해지게 하며, 이에 의해 하퇴삼두근(비복근, 가자미근)이 수축되고, 동시에 협동 관계에 있는 햄스트링이 수축되어, 무릎 주위의 근육을 동시에 수축시킬 수 있다. 그 결과, 검출부(61)에 의해 햄스트링 또는 하퇴삼두근의 근육 활동을 검출하고, 그 검출값이 소정의 적정 범위 내에서 보다 크게 되도록 제어부(62)가 액츄에이터(216)를 제어하여, 발거치대(21)의 뒤쪽 반부(21B)를 하방향으로 이동시키면, 안전하고 또한 효과적으로 무릎 주위의 근육을 단련하는 것이 가능하게 된다. 그리고, 검출부(61)에 의해 대퇴사두근의 근육 활동과 햄스트링 또는 하퇴삼두근의 근육 활동의 양쪽을 검출하고, 햄스트링 또는 하퇴삼두근의 근육 활동이 대퇴사두근의 근육 활동보다 적은 경우에, 발거치대(21)의 뒤쪽 반부(21B)의 아래로 향한 이동량을 증가하여, 햄스트링 또는 하퇴삼두근의 근육군의 근육 활동을 대퇴사두근의 근육 활동과 균형을 유지하도록 해도 된다.
본 발명을 몇몇의 바람직한 실시형태에 대하여 기술했지만, 본 발명의 본래의 정신 및 범위를 일탈하지 않고, 당업자에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

Claims (12)

  1. 사용자의 발을 지지하기 위한 발거치대를 포함하는 운동 보조 장치로서, 상기 발거치대는, 상기 발거치대의 일부가, 상기 발거치대의 나머지 부분으로 발을 지지하면서, 상기 발거치대의 나머지 부분으로부터 상대적으로 후퇴함으로써 발로부터 떨어지게 되도록 구성되는,
    운동 보조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발거치대는 복수의 부재를 포함하며,
    상기 발거치대는, 복수의 상기 부재 중의 하나 이상의 부재가 복수의 상기 부재의 나머지의 부재에 대하여 절곡됨에 의해 사용자의 발로부터 떨어지게 되도록 구성되는,
    운동 보조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발거치대의 복수의 상기 부재는 전후에 별개로 배치되는, 운동 보조 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 발거치대의 복수의 상기 부재는 앞쪽 반부 및 뒤쪽 반부이며,
    상기 발거치대는 상기 앞쪽 반부가 상기 뒤쪽 반부에 대하여 아래쪽으로 절곡되도록 구성되는,
    운동 보조 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 발거치대의 복수의 상기 부재는 앞쪽 반부 및 뒤쪽 반부이며,
    상기 발거치대는 상기 뒤쪽 반부가 상기 앞쪽 반부에 대하여 아래쪽으로 절곡되도록 구성되는,
    운동 보조 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 발거치대의 복수의 상기 부재는 좌우에 별개로 배치되는, 운동 보조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 발거치대의 복수의 상기 부재는 내측 반부 및 외측 반부이며,
    상기 발거치대는 상기 내측 반부가 상기 외측 반부에 대하여 아래쪽으로 절곡되도록 구성되는,
    운동 보조 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 발거치대의 복수의 상기 부재는 내측 반부 및 외측 반부이며,
    상기 발거치대는 상기 외측 반부가 상기 내측 반부에 대하여 아래쪽으로 절곡되도록 구성되는,
    운동 보조 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발거치대는 기립 자세의 사용자의 발을 지지하도록 구성되는, 운동 보조 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 발거치대를 지지하는 발지지대;
    사용자의 발바닥이 상기 발거치대의 발탑재면에 탑재되고 있는 상태로 사용자의 둔부를 지지하기 위한 시트부; 및
    사용자의 체중에 의해 사용자의 다리부에 작용하는 중량을 변화시키도록 구동원을 사용하여, 상기 시트부를 변위시키는 시트 구동부
    를 더 포함하며,
    상기 발지지대는, 고정된 위치에 설치되는 지지 베이스와, 상기 지지 베이스에 대하여, 상기 발거치대를 상하 방향으로 왕복 이동할 수 있도록 상기 발거치대를 상방향으로 가압한 상태로 상기 발거치대를 지지하는 지지 기구부를 포함하며,
    상기 발거치대의 발탑재면은, 사용자의 발뒤꿈치로부터 사용자의 발가락을 향하는 방향을 따라 아래쪽으로 경사지도록 형성되며,
    상기 지지 기구부는, 사용자의 체중에 의해 사용자의 다리부에 작용하는 중량이 증가할 때 상기 발거치대의 뒤쪽 부분을 상기 발거치대의 앞쪽 부분보다 상대적으로 크게 이동시키도록 구성되는,
    운동 보조 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    사용자의 다리부의 근육 활동을 검출하는 검출부; 및
    상기 검출부에 의한 다리부의 근육 활동의 검출 결과에 따라 상기 지지 기구부에 의한 상기 발거치대의 이동량을 제어하도록 구성된 제어부
    를 더 포함하는, 운동 보조 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 검출부는 사용자의 햄스트링 또는 하퇴삼두근 중의 어느 하나의 근육 활동을 검출하도록 구성되며, 상기 햄스트링은 대퇴이두근, 반막양근(semimembraneous muscle), 및 반건양근(semitendinosus muscle)을 포함하고, 상기 하퇴삼두근은 비복근(gastronemius muscle) 및 가자미근(soleus muscle)을 포함하는, 운동 보조 장치.
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