KR20100105746A - 서 있는 자세로 사용하는 동력식 운동 기기 - Google Patents

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다카오 고토
요이치 시노미야
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파나소닉 전공 주식회사
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Abstract

서 있는 자세에서 사용되는 타동 운동 기기는, 서 있는 자세에서 사용자의 좌측 발 및 우측 발을 각각 안착시킬 수 있는 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대; 상기 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대를 적어도 하나의 평면상에서 이동시키기 위한 구동 유닛; 및 좌측 발 지지대, 상기 우측 발 지지대, 및 상기 구동 유닛이 설치되어 있는 대좌(pedestal)를 포함한다. 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 이동 범위 내에, 좌우의 발목 관절 간의 좌우 방향에서의 거리가 좌우의 고관절 간의 거리와는 다른 범위가 포함되도록 구성되어 있다.

Description

서 있는 자세로 사용하는 동력식 운동 기기{POWERED EXERCISE EQUIPMENT FOR USE IN STANDING POSTURE}
본 발명은 일반적으로, 서 있는 사용자가 좌우 발을 각각 안착하는 좌우 발 지지대(foot base)를 구동 유닛에 의해 변위시켜, 사용자에게 근육 자극을 타동적으로 가하여 사용자의 근육 활동을 유발하는, 서 있는 위치에서 사용되는 타동 운동 기기에 관한 것이다.
종래부터 실내에서 운동을 손쉽게 할 수 있게 하는 운동 기기가 제공되어 있다(예를 들면, 일본특허출원공개번호 2004-261256(이하 "제1 종래 기술"이라 칭함) 및 일본특허출원공개번호 2004-267724(이하 "제2 종래 기술"이라 칭함)). 운동 기기는 사용자의 발바닥을 안착할 수 있는 스테퍼(stepper) 및 이 스테퍼를 요동시키는 구동 유닛을 구비하여, 타동 운동을 가능하게 한다. 각각의 제1 및 제2 종래 기술에서는, 발목에 대한 단조로운 신축 운동(monotone bending and stretching exercise)을 행하여 혈액의 흐름을 촉진한다.
그런데 고령자와 같이 답장력(stamp force)이 쇠약한 사람은 넘어질 우려가 있으며, 따라서 종아리 등의 근육 군(muscle groups)을 강화하는 것이 바람직하다. 각각의 제1 및 제2 종래 기술은 균형을 유지하면서 이 답장력을 제어하는 근육 군을 적당히 효과적으로 강화시키기에는 부족하다.
본 발명의 목적은 다리의 내외부의 근육 군의 근육 활동을 발휘하여, 균형을 유지하면서 답장력을 적당히 효과적으로 강화하는 것이다.
서 있는 위치에서 사용되는 타동 운동 기기는,
서 있는 자세에서 사용자의 좌측 발 및 우측 발을 각각 안착시킬 수 있는 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대; 상기 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대를 적어도 하나의 평면상에서 이동시키기 위한 구동 유닛; 및 좌측 발 지지대, 상기 우측 발 지지대, 및 상기 구동 유닛이 설치되어 있는 대좌(pedestal)를 포함한다. 본 발명의 한 관점에서, 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대는, 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 이동 범위 내에, 좌우의 발목 관절 간의 좌우 방향에서의 거리가 좌우의 고관절 간의 거리와는 다른 범위를 포함하도록 구성되어 있다.
이 구성(이하 "제1 구성"이라 함)에서, 좌우의 발목 관절 간의 좌우 방향에서의 거리가 좌우의 고관절 간의 거리와는 다른 범위가 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 이동 범위 내에 포함된다. 따라서, 둔부의 근육 군의 근육 활동을 높일 수 있다. 또한, 상기 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대가 적어도 하나의 평면상에서 이동하기 때문에, 다리의 근육 군이 신축된다. 이에 의해, 근육에 당분이 제공되는 것과 정맥 환류가 촉진되어 혈액 순환 촉진이 기대된다.
일실시예에서, 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대는, 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 이동 범위 내에, 좌우의 발목 관절 간의 좌우 방향에서의 거리가 좌우의 고관절 간의 거리보다 작은 범위를 포함하도록 구성되어 있다. 이러한 구성에서, 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 이동 범위 내에, 좌우의 발목 관절 간의 좌우 방향에서의 거리가 좌우의 고관절 간의 거리보다 작은 범위를 포함하기 때문에, 둔부의 근육 군의 근육 활동이 높일 수 있다.
일실시예에서, 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대는, 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 이동 범위 내에, 좌우의 발목 관절 간의 좌우 방향에서의 거리가 좌우의 고관절 간의 거리보다 큰 범위를 포함하도록 구성되어 있다. 이러한 구성에서, 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 이동 범위 내에, 좌우의 발목 관절 간의 좌우 방향에서의 거리가 좌우의 고관절 간의 거리보다 작은 범위를 포함하도록 구성되어 있기 때문에, 내전근의 근육 활동을 높일 수 있다.
일실시예에서, 타동 운동 기기는 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 좌우 방향에서의 이동 범위를 조정하도록 구성되어 있는 범위 조정기(range ajuster)를 더 포함한다. 이러한 구성에서, 범위 조정기를 통해 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 좌우 방향에서의 이동 범위를 조정할 수 있다. 따라서, 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 좌우 방향에서의 이동 범위에서, 좌우의 발목 관절 간의 좌우 방향에서의 거리가 좌우의 고관절 간의 거리보다 작은 범위를 포함하도록 조정함으로써 둔부의 근육 군의 근육 활동을 높일 수 있다. 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 좌우 방향에서의 이동 범위에서, 좌우의 발목 관절 간의 좌우 방향에서의 거리가 좌우의 고관절 간의 거리보다 큰 범위를 포함하도록 조정함으로써 내전근의 근육 군의 근육 활동도 높일 수 있다. 즉, 강화하고자 하는 근육 활동의 부위를 조정할 수 있다.
서 있는 자세에서 사용되는 타동 운동 기기는, 서 있는 자세에서 사용자의 좌측 발 및 우측 발을 각각 안착시킬 수 있는 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대; 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대를 적어도 하나의 평면상에서 이동시키기 위한 구동 유닛; 상기 좌측 발 지지대, 상기 우측 발 지지대, 및 상기 구동 유닛이 설치되어 있는 대좌(pedestal)를 포함한다. 본 발명의 한 관점에서, 타동 운동 기기는 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 좌우 방향에서의 이동 범위를 조정하도록 구성되어 있는 범위 조정기(range ajuster)를 더 포함한다.
이러한 구성(이하, "제2 구성"이라 함)에서, 범위 조정기를 통해 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 이동 범위를 조정할 수 있다. 따라서, 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 좌우 방향에서의 이동 범위에서, 좌우의 발목 관절 간의 좌우 방향에서의 거리가 좌우의 고관절 간의 거리보다 작은 범위를 포함하도록 조정함으로써 둔부의 근육 군의 근육 활동을 높일 수 있다. 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 좌우 방향에서의 이동 범위에서, 좌우의 발목 관절 간의 좌우 방향에서의 거리가 좌우의 고관절 간의 거리보다 큰 범위를 포함하도록 조정함으로써 내전근의 근육 군의 근육 활동도 높일 수 있다. 즉, 강화하고자 하는 근육 활동의 부위를 조정할 수 있다. 또한, 상기 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대가 적어도 하나의 평면상에서 이동하기 때문에, 다리의 근육 군이 신축된다. 이에 의해, 근육에 당분이 제공되는 것과 정맥 환류가 촉진되어 혈액 순환 촉진이 기대된다.
제1 구성 또는 제2 구성에서, 타동 운동 기기는, 운동에 의해 강화하고자 하는 부위뿐만 아니라 사용자의 좌우의 고관절 간의 거리를 계산할 수 있는 속성을 입력하기 위한 조작 입력부; 및 상기 조작 입력부를 통해 입력된 속성에 기초하여 좌우의 고관절 간의 거리를 추정하고, 상기 조작 입력부를 통해 입력된 상기 부위 및 좌우의 고관절 간의 추정된 거리에 기초하여 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 이동 범위를 결정하도록 구성되어 있는 범위 결정부를 더 포함한다. 상기 범위 조정기는 구동원을 포함하고 지령값에 응답하여 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 이동 범위를 조정하도록 구성되어 있다. 상기 범위 결정부는 결정된 이동 범위를 상기 범위 조정기에 상기 지령값으로서 제공하도록 구성되어 있다. 이러한 구성에서, 사용자는 사용자의 신장과 같은 속성 및 주로 강화하고자 하는 부위를 조작 입력부를 통해 입력하고, 이에 의해 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 이동 범위가 결정된다. 또한, 구동원을 포함하는 범위 조정기에 상기 결정된 이동 범위에 응답해서 지령값이 공급된다. 이에 의해, 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 이동 범위가 자동으로 조정되어, 이동 범위의 조정 문제가 세이브된다.
강화하고자 하는 부위뿐만 아니라 사용자의 좌우의 고관절 간의 거리를 계산할 수 있는 속성을 필요한 정보로서 조작 입력부를 통해 입력하면, 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 이동 범위에서의 고관절 간의 거리와 발목 관절 간의 좌우 방향에서의 거리와의 관계가 규정된다.
제1 구성 또는 제2 구성에서, 상기 구동 유닛은 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 전후 방향에서의 각각의 위치를 변경하도록 구성되어 있다. 이러한 구성에서, 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 위치가 전후 방향으로 변경된다. 따라서, 사용자의 발의 위치가 걷고 있는 것처럼 전후로 이동되고, 이에 의해 신축을 위한 근육 근, 즉 대퇴직근(rectus femoris muscles), 외측광근(vastus lateralis muscles), 대퇴이두근(biceps femoris), 전경골근(tibialis anterior muscles), 비복근(gastrocnemius muscles)을 자극하게 된다.
제1 구성 또는 제2 구성에서, 상기 구동 유닛은 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 좌우 방향에서의 각각의 위치를 변경하도록 구성되어 있다. 이러한 구성에서, 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 위치가 좌우 방향으로 변경되기 때문에, 외측광근, 내전근(adductor muscles) 등이 자극을 받는다.
제1 구성 또는 제2 구성에서, 상기 구동 유닛은 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 전후 방향 및 좌우 방향에서의 각각의 위치를 변경하도록 구성되어 있다. 이러한 구성에서, 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대의 위치는 전후 방향 및 좌우 방향으로 변경되기 때문에, 다리의 다양한 근육이 자극을 받고, 근육에 당분이 제공되는 것과 정맥 환류가 더 촉진된다.
본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 다른 특징 및 이점은 이하의 상세한 설명 및 첨부된 도면과 관련해서 더 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 개략 평면도이다.
도 2는 제1 실시예의 분해 사시도이다.
도 3은 제1 실시예의 동작 설명도이다.
도 4는 제1 실시예에서 사용된 구동 유닛의 계통도이다.
도 5는 제1 실시예에서의 주요부 단면도이다.
도 6은 제1 실시예에서의 주요부의 동작 설명도이다.
도 7은 제1 실시예에서의 주요부 단면도이다.
도 8은 제1 실시예의 효과 설명도이다.
도 9는 제1 실시예의 효과 설명도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예의 주요부 분해 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예의 블록도이다.
도 12는 제3 실시예의 구성예를 나타내는 주요부 사시도이다.
도 13은 제3 실시예의 구성예를 나타내는 주요부 정면도이다.
도 14는 제3 실시예의 구성예를 나타내는 주요부 배면도이다.
도 15a는 제3 실시예의 구성예를 나타내는 개략 배면도이다.
도 15b는 제3 실시예의 구성예를 나타내는 개략 정면도이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 기본적인 구성으로서의 구성예를 도시한다. 실시예는 바닥 위에 설치된 구성을 도시하고 있지만 바닥에 매립된 구성을 채택할 수도 있다. 정 위치에 고정된 구성이 채택될 수 있지만 이동 가능한 구성도 채택될 수 있다. 이하에 설명하는 기기는 사용자가 좌석에 앉은 상태에서 사용될 수 있지만, 기본적으로는 사용자가 서 있는 상태에서 사용하도록 되어 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 실시예는 바닥 위에 설치된 대좌(pedestal)로서 베이스 플레이트(1a)를 가진다. 베이스 플레이트(1a)는 장방형이지만 이에 제한되지 않는다. 설명을 간략하게 하기 위해, 베이스 플레이트(1a)가 바닥 위에 설치되어 있을 때, 베이스 플레이트(1a)의 상면(top face)은 바닥 면(floor face)과 평행이다. 그러므로 도 1의 상하가 사용 중의 상하이다.
상부 벽(1b)은 베이스 플레이트(1a) 위에 위치하고, 베이스 플레이트(1a)는 상부 벽(1b)에 결합되어, 하우징(1)을 구성한다. 하우징(1)은 직방체 형상으로 형성하는 것을 상정할 수 있지만, 내부에 수납용 공간을 구비하는 것이면 하우징(1)의 외관 형상으로서는 원통형, 다각형 등이 채택될 수 있다. 설명을 간단히 하기 위해, 하우징(1)을 바닥 위에 놓은 상태에서, 하우징(1)의 상면(상부 벽(1b)의 상면)은 바닥 면과 평행하게 되도록 한다. 바닥에 매립되어 있는 구성에서는, 상부 벽(1b)을 제외한 부위를 포함하기만 하는 구조가 하우징(1)으로서 채택될 수 있다.
베이스 플레이트(1a)의 위에는 사용자의 좌우 발이 각각 안착되는 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b), 및 이 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)를 이동시키는 구동 유닛(3)이 구비되어 있다. 이하, 도 1 및 도 2에서 화살표 X의 방향이 정면 방향인 것으로 한다. 다른 도면에서, 화살표 X가 표시되어 있는 경우, 그 방향이 정면 방향이다.
상부 벽(1b)에는 두 개의 윈도우(11a 및 11b)가 두께 방향으로 관통하는 구성으로 설치되어 있어 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)를 각각 노출시킨다. 각각의 윈도우(11a 및 11b)는 장방형이다. 이 윈도우(11a 및 11b)의 길이 방향을 따르는 각각의 중심선은 하우징(1)의 전후 방향과 교차하고, 하우징(1)의 전단부 측(anterior end side)에서의 양중심선 간의 거리는 후단부 측((posterior end side))에서의 양중심선 간의 거리 거리보다 길다. 윈도우(11a 및 11b)의 각각의 길이 방향과 베이스 플레이트(1a)의 전후 방향 간의 각도는 적당하게 설정된다. 예를 들어, 5-15도로 설정된다. 좌 윈도우(11a)에 대한 각도는 후단부를 중심으로 해서 반시계방향 각도이고, 우 윈도우(11b)에 대한 각도는 전단부를 중심으로 해서 시계방향 각도이다.
윈도우(11a 및 11b)의 각각의 폭 방향의 양측부에는 슬라이드 홈(slide grooves)(도시되지 않음)이 내측으로 개방되어 형성되어 있다. 발걸이 프레임(footrest frame)(22)의 플랜지(22b)가 이 슬라이드 홈으로 슬라이딩되어 삽입된다. 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)는 발걸이 프레임(22)으로 형성되어 있고, 이 발걸이 프레임(22) 위에 사용자의 발이 안착될 수 있다. 발걸이 프레임(22) 각각은 장방형의 본체(22a)를 가진다. 각각의 플랜지(22b)는 본체(22a)의 한 편의 개구 면(상부 면)을 따라 그 자체의 본체(22a) 전 주위를 형성한다. 본체(22a)의 각각의 내측 하부에는 부착 플레이트(22c)가 일체로 형성되어 있다.
본체(22a)의 길이 및 폭은 개구(11a 및 11b)보다 크기가 작고, 플랜지(22)의 길이 및 폭은 개구(11a 및 11b)의 크기보다 크다. 슬라이드 홈들(12)의 하부 사이의 거리는 각각의 플랜지(22b)의 에지 간 거리보다 길다. 그러므로 각각의 발걸이 프레임(22)은 슬라이드 홈(12)의 범위 내에서 폭 방향으로 이동할 수 있고, 길이 방향으로도 이동할 수 있다.
발판(21) 각각은 발걸이 프레임(22)의 본체(22a)의 내측 에지보다 약간 작은 장방형 형상의 플레이트이고, 각각의 크기는 사용자의 발 전체가 그 안에 안착될 수 있을 정도로 설정된다. 발판(21)의 각각의 상면은 마찰 계수를 증가시키기 위한 재료 또는 형상이 채택된다.
발판(21)의 각각의 하면 주위에는 사각형 선반받이(square bracket)의 형상으로 굽혀진 프레임 본체(21a 및 21b)가 일체로 설치되어 있다. 각각의 발판(21)은 그 자체의 폭 방향으로 떨어져서 한 쌍의 베어링(21c)이 일체로 설치되어 있는 데, 발판(21)의 하면 위에 프레임 본체(21a 및 21b)에 의해 에워싸여 설치되어 있다.
발걸이 프레임(22)의 부착 플레이트(22c)의 각각의 상면 위에는, 위로 개방되어 있고 단면이 사각형 선반받이의 형상으로 되어 있는 베어링 플레이트(23)가 고정되어 있다. 각각의 발판(21)에 위치하는 베어링(21c)이 베어링 플레이트(23)의 다리 편(23a)의 외측 면과 접촉한다. 다리 편(23a) 및 베어링(21c)을 관통하는 축부(shank)(24)가 설치되어 있다. 그러므로 축부(24)는 발판(21)의 폭 방향을 따라 각각 배치되고, 발판(21)가 이 축부(24) 주위를 회전함으로써 발판(21)의 길이 방향의 전면 부분 및 후면 부분이 발걸이 프레임(22)에 대해 상하로 이동할 수 있게 된다. 프레임 본체(21a 및 21b)는 발판(21)의 하면과 발걸이 프레임(22) 간의 갭이 생기는 것을 방지한다.
발걸이 프레임(22)의 부착 플레이트(22c)의 하부면에는, 아래로 개방되어 있고 단면이 사각형 선반받이의 형상으로 되어 있는 캐리지(41)가 부착되어 있다. 이 캐리지(41)의 다리 편(41a)의 각각의 외측에 두 개의 바퀴(42)가 부착되어 있다. 좌우 발 지지대(21a 및 21b) 각각에 대해 베이스 플레이트의 상면에는 두 개의 레일(43)이 고정되어 있고, 이 레일(43)의 상부 부분 위에 형성되어 있는 레일 홈(rail groove)(43a)에서 바퀴(42)가 회전하도록 캐리지(41)가 레일(43) 위에 설치되어 있다. 레일(43)의 상부 면 위에는 바퀴 이탈 방지판(44)이 각각 고정되어, 바퀴(42)의 측면과 접촉하고 있으므로 이 바퀴(42)가 레일 홈(43a)에서 이탈하지 않도록 되어 있다.
실시예에서, 레일(43)의 길이 방향은 하우징(1)에 형성된 개구(11a 및 11b)의 길이 방향과는 각각 다르다. 하우징(1)의 전면 측(front side)에서의 개구(11a 및 11b)의 길이 방향의 중심선이 후면 측(rear side)에서의 길이 방향의 중심선보다 더 크도록 개구(11a 및 11b)가 각각 위치해 있다. 레일(43)의 길이 방향도 하우징(1)의 전후 방향과는 다르다.
레일(43)의 길이 방향은 하우징(1)의 전후 방향에 대해 개구(11a 및 11b)의 길이 방향보다 각도가 각각 더 크다. 예를 들어, 개구(11a 및 11b)의 길이 방향의 각도가 하우징(1)의 전후 방향에 대해 각각 30°이면, 레일(43)의 길이 방향의 각도는 각각 45° 등으로 설정된다. 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 위에 발이 안착할 때는, 발의 중심선이 개구(11a 및 11b)의 길이 방향과 일치하게 된다. 이 상태에서, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)가 레일(43)을 따라 이동하게 되고 이에 의해 레일(43)의 길이 방향은, 발 위치가 변하더라도 무릎에 전단 응력(shear force)이 작용하지 않도록 하는 방향으로 설정되어 있다.
전술한 구성에서, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)가 레일(43)의 길이 방향을 따라 왕복 운동할 수 있는 데, 레일(43)의 길이 방향은 개구(11a 및 11b)의 길이 방향의 중심선과는 다르다. 그러므로 발판(21) 및 발걸이 프레임(22)은 길이 방향과 교차하는 방향으로 개구(11a 및 11b)에서 이동할 수 있다. 즉, 캐리지(41), 바퀴(42) 및 바퀴 이탈 방지판(44)는 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 이동 경로를 제한하기 위한 가이드 부분(4)으로서 기능한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)를 이동시키는 구동 유닛(3)은, 구동력을 발생시키는 구동원(31), 구동력을 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)에 전달하도록 두 개의 계통으로 분리하는 계통 분리부(32), 및 이 구동력으로 레일(43)을 따라 캐리지를 왕복 운동시키도록 구성된 왕복 구동부(33)를 포함한다.
구동 유닛(3)에 대해 상세히 설명한다. 구동원(31)으로서 회전 모터(이하 "모터"라 하고 도면 부호 31을 붙임)를 채택한다. 이 모터(31)의 출력 축(31a)에 계통 분리부(32)가 결합되어 있다.
계통 분리부(32)는 모터(31)의 출력 축(31a)에 결합된 웜(worm)(제1 톱니 바퀴)(32a), 및 웜(32a)에 맞물려 있는 한 쌍의 웜 휠(제2 톱니 바퀴)(32b)를 포함한다. 웜(32a) 및 두 개의 웜 휠(32b)은 베이스(1a)에 고정되어 있는 기어박스(34)에 설치되어 있다. 기어박스(34)는 상부 개구를 가지는 기어 케이스(34a)), 이 기어 케이스(34a)의 개구를 폐쇄하도록 부착되어 있는 리드 플레이트(lid plate)(34b)로 형성되어 있다. 기어 케이스(34a)와 리드 플레이트(34b) 사이에 한 쌍의 베어링(32c)이 부착되어, 웜(32a)의 길이 방향으로 양단부를 지지한다.
기어 케이스(34a)와 리드 플레이트(34b)에 의해 지지받는 회전 샤프트(35)가 웜 휠(32b)에 삽입되고, 이 웜 휠(32b)은 회전 샤프트(35)에 결합되어 있어서, 웜 샤프트(32b)가 회전하면 그에 따라 회전 샤프트(35)가 회전하도록 되어 있다. 회전 샤프트(35)의 각각의 상부 에지 위에는, 단면이 비원형의 형상(도시된 예에서는 장방형)으로 되어 있는 결합부(joint part)(35b)가 형성되어 있다.
기어 케이스(34a)를 위해 설치된 지지부(support part)(34c) 및 베이스 플레이트(1a) 위에 고정되어 있는 지지판(13a) 위에 모터(31)가 장착되어 있고, 이 모터(13)는, 기어 케이스(34a)를 덮도록 부착된 리드 플레이트(34b)와 지지판(13a)에 결합된 압축기 플레이트(13b)에 의해 베이스 플레이트(1a)에 고정되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 왕복 구동기(33)는 크랭크 플레이트(35) 및 크랭크 로드(38)를 포함하며, 크랭크 플레이트(35)의 한 단부는 회전 샤프트(36)의 결합부(35)에 결합되어 있고 크랭크 로드(38)는 크랭크샤프트(37)를 통해 크랭크 플레이트(36)에 결합되어 있다. 크랭크샤프트(37)의 한 단부는 크랭크 플레이트(36)에 고정되어 있는 반면, 다른 단부는 크랭크 로드(38)의 한 단부에 결합된 베어링(38a)에 의해 유지된다. 즉, 크랭크 로드(38)의 한 단부는 크랭크 플레이트(36)에 회전 가능하게 연결되어 있다. 크랭크 로드(38)의 다른 단부가 캐리지(41)에 대해 회전할 수 있도록 이 크랭크 로드(38)의 다른 단부는 샤프트(38b)를 통해 캐리지(41)에 결합되어 있다.
그러므로 크랭크 로드(38)는 웜 휠(32)의 회전력을 캐리지(41)의 왕복 운동으로 변환시키는 변환 메커니즘으로서 기능한다. 각각의 웜 휠(32b)은 크랭크 로드(38)를 구비하고, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 각각은 캐리지(41)를 구비한다. 따라서, 크랭크 로드(38)는 웜 휠(32b)의 회전력을 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 왕복 운동으로 각각 변환시키는 변환 메커니즘으로서 기능한다.
캐리지(41)의 이동 경로는 휠(42) 및 레일(43)에 의해 제약되기 때문에, 캐리지(41)는 웜 휠(32b)의 회전에 응답해서 레일(43)의 길이 방향을 따라 왕복 운동할 수 있다. 모터(31)의 회전은 웜(32a) 및 웜 휠(32b)을 통해 크랭크 플레이트(36)에 전달되고, 캐리지(41)는 크랭크 플레이트(36)에 결합된 크랭크 로드(37)를 통해 레일(43)을 따라 직선 왕복 운동을 한다. 그 결과, 캐리지(41)에 결합된 발걸이 프레임(22)도 레일(43)을 따라 왕복 운동을 한다. 즉, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)가 레일(43)의 길이 방향을 따라 왕복 운동한다.
실시예에서는, 웜(32a) 및 한 쌍의 웜 휠(32b)을 통해 구동력이 두 계통으로 분리되고, 두 계통으로 분리된 구동력은 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)를 위해 각각 사용된다. 따라서, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)는 구동 유닛(3)과 관련되어 구동된다. 웜 휠(32b) 및 웜(32a)은 맞물린 위치에서의 차이가 180°가 되도록 맞물려 있다. 그러므로 좌측 발 지지대(2a)가 그 이동 범위의 후단부에 있을 때, 우측 발 지지대(2b)는 그 이동 범위의 전단부에 있게 된다. 좌측 발 지지대(2a)의 이동 범위에서의 후단부는 우측 발 지지대(2b)의 이동 범위에서의 우측 단부(right end)이고, 우측 발 지지대(2b)의 이동 범위에서의 전단부는 우측 발 지지대(2a)의 이동 범위에서의 우측 단부이다. 따라서, 좌우 방향에 있어서는, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)가 동일한 방향으로 이동한다.
전술한 구성으로부터 명백한 바와 같이, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 이동에 있어서의 위상 차(phase difference)는 웜(32a) 및 웜 휠(32b) 사이의 맞물림 위치(engagement position)에 기초하여 임의로 설정된다. 사용자가 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 위에 서 있을 때, 위상 차가 실시예에서와 같이 180°이면, 사용자의 중심이동(barycentric mevement)이 작아지게 되고 이에 따라 균형 기능이 쇠약한 사용자라 하더라도 사용할 수 있다. 한편, 위상 차가 부여되어 있지 않은 경우, 전후 방향의 사용자의 중심이동이 발생하게 되고, 이에 따라 다리의 근육 근 운동 외에 균형 기능을 유지하기 위한 요배부(lower back) 등의 근육 군 운동에도 유용하게 된다.
그런데 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)에 설치된 발판(21)은 발걸이 프레임(22)과 관련해서 축부(24) 주위를 회전할 수 있다. 그러므로 도 6에 도시된 바와 같이, 발판(21)의 전단부 및 후단부의 높이 위치를 변경할 수 있다. 즉, 발판(21) 위에서 발끝과 발뒤꿈치의 높이 위치를 변경함으로써, 발목 관절의 저굴(plantarflexion) 및 배굴(dorsiflexion)이 가능하게 된다.
축부(24) 주위에서의 발판(21)의 회전은 레일(42)을 따르는 왕복 운동과 연동하게 된다. 이러한 이유로, 도 7에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(1a)에는 가이드 면(guide face)(14)이 형성되어 있는데, 이 가이드 면(14)의 적어도 일부에는 발판(21)의 각각의 이동 경로를 따르는 경사면(14a)이 있다. 발판(21)의 하부면에는 추적 돌출부(tracing projection)(25)가 위치해서 가이드 면(14)과 접촉한다. 도시된 예에서는, 베이스 플레이트(1a)의 상면과 관련해서 경사면(14a)이 가이드 면(14)의 전체 길이에 걸쳐 일정한 각도(constant angle)로 경사져 있다. 그렇지만, 이에 한정됨이 없이, 각각의 가이드 면(14)의 적어도 일부에는 경사면(14a)이 있다. 실제로는, 추적 돌출부(25)의 선단부에는, 가이드 면(14) 상에서 회전하는 롤러(25a)가 각각 위치해 있다. 그렇지만, 각각의 추적 돌출부(25)의 선단부로서는 각각의 가이드 면(14)과 관련해서 마찰 계수를 감소시키는 재료 또는 형상이 선택될 수 있다.
그러므로 가이드 면(14)과 접촉하는 추적 돌출부(2)를 설치함으로써, 모터(1)의 회전에 응답해서, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)는 가이드 면(14)의 경사면(14a)과 접촉한 상태에서 왕복 운동한다. 이때, 발판(21)은 축부(24) 주위에서 회전하고, 발판(21)의 각도는 베이스 플레이트(1a)와 관련해서 변한다. 결론적으로, 발목 관절의 저굴 및 배굴이 수행된다.
그런데 기기를 서 있는 자세에서 사용할 때는, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)가 초기 위치(default position)에 정지해 있다. 초기 위치에서, 사용자는 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)에 좌우 발을 각각 안착시켜 이 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 위에 서 있게 된 다음, 구동 유닛(3)을 활성화한다. 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 길이 방향 Dx가 전후 방향(화살표 X의 방향)에 대해 각각 예를 들어 대략 9°를 이루도록 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)가 배치되어 있다. 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 위에 서 있을 때, 사용자는 자신의 다리를 비틀지 않으면서 자연스러운 자세로 설 수 있다.
초기 위치에서는, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)는 전후 위치에서 동일한 위치에 위치한다. 즉, 초기 위치에서는, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)는 좌우 방향으로 직선으로 배치되어 있다. 즉, 초기 위치에서는, 사용자가 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 위에 서 있을 때, 사용자의 중심(barycenter)으로부터 아래로의 직선이 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 중앙을 통과하게 된다.
전술한 구성으로부터 명백한 바와 같이, 구동 유닛(3)이 활성화되면, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 위치가 전후 방향으로 변하고, 이 전후 방향의 위치 변화에 따라 좌우 방향으로도 변한다. 본 예에서는, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)가 레일(43)을 따라 일직선상으로 왕복 운동하고, 발의 전후 방향과는 다른 방향으로 이동한다. 하우징(1)의 전후 방향에 대해 각각 예를 들어, 45°각도를 이루는 방향으로 이동한다.
또한, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)는 레일(43)을 따라 왕복 운동하는 동시에 발판(21)은 축부(34) 주위를 회전한다. 발판(21)가 전방으로 이동할 때, 추적 돌출부(25)는 가이드 면(14)의 경사면(14a)을 오른다. 따라서, 발목 관절은 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 전단부에서 배굴되며, 또한 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 후단부에서 저굴된다. 축부(24)의 위치는 발바닥의 뒤꿈치 근처에 설정되어 있고, 저굴과 배굴의 각도는 베이스 플레이트(1a)의 상면을 기준 레벨로 하여 이 기준 레벨과 관련해서 각각 대략 10°로 설정되어 있다.
좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 전후 위치와 저굴 및 배굴과의 관계를 전술한 예와 역으로 할 수도 있다. 기준 레벨에 대한 저굴의 각도는 배굴의 각도와 다를 수 있다. 이와 같은 동작은 각각의 가이드 면(14)을 적절한 형상으로 형성함으로써 손쉽게 실현될 수 있다.
전술한 바와 같이, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 중 하나가 전단부로 이동하면, 다른 하나는 후단부로 이동한다. 또한, 상기 하나가 좌측 방향으로 이동하면, 다른 하나를 우측 방향으로 이동한다. 이에 의해, 사용자의 몸통이 비틀리게 되어, 사용자의 내장에 자극이 가해질 수 있다. 그렇지만, 사용자는 상체를 자유롭게 움직일 수 있으므로, 몸통이 비틀리지 않도록 신체를 움직일 수 있다.
그러므로 난간(balustrade)을 설치하여 사용 중에 사용자가 이 난간을 잡을 수 있도록 할 수 있다. 이에 의해, 사용자의 상체를 고정시킬 수 있다. 난간은 하우징(1)에 일체로 설치될 수 있거나, 기기를 사용하는 장소에 있어서 건물 측에 설치하여도 된다. 난간이 설치되는 경우, 사용자는 이 난간으로 신체를 지지할 수 있고 따라서 균형 기능이 쇠약한 사용자라 하더라도 손쉽게 기기를 사용할 수 있다. 기기는 또한 서 있는 자세에서 사용하는 것이 기본이지만, 재활 등과 같은 사용에 있어서, 서 있는 것이 곤란한 경우에는 좌석을 설치하여 앉은 자세로도 사용할 수 있다.
전술한 구성에서, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)가 이동 범위의 후단부로부터 전단부로 이동할 때 좌우 방향에 있어서 몸통에서 멀어지는 방향으로 이동한다. 그러므로 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)가 동시에 이동 범위의 후단부로 이동하면, 대표점들(representative points) 사이의 좌우 방향의 거리는 좌우 발 지지대(2a 및 2b)가 동시에 이동 범위의 전단부로 이동할 때의 대표점들 사이의 좌우 방향의 거리보다 짧다. 이 대표점들은 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)에 관하여 적당하게 규정된다. 이동 경로는 후술하는 바와 같이 직선 경로일 수 있거나, 곡선 경로 또는 사행 경로(meandering path)와 같은 경로일 수 있다. 또한, 직선 경로는 전방으로의 이동과 후방으로의 이동 사이에서 다른 경로들을 포함할 수 있다.
이와 같은 동작에서, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 전체적인 이동 궤적(overall mevement locus)은 전방으로 개방된 V자 형상이다. 대조적으로, 후단부에서의 좌우 방향의 거리를 후단부에서의 좌우 방향의 거리보다 길게 함으로써 이동 궤적이 역 V자 형상이 될 수도 있다. 전단부에서의 대표점들 간의 거리가 후단부에서의 대표점들 간의 거리와 같을 수 있다(가장 쉬운 동작은 좌우 방향만의 동작이다).
또한, 전술한 바와 같이, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)는 축부 주위를 각각 회전할 수 있다. 예를 들어, (전술한 바와 같은) 발의 좌우 (폭) 방향의 축, 발의 (길이) 전후 방향의 축, 발의 수직 방향의 축을 단독으로 또는 조합해서 사용할 수 있고, 이에 의해 축 주위의 회전(rotation around the axes)이 얻어진다. 축 주위의 회전은 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)가 상부 벽(b)을 따라 이동하는 것과 연동하거나, 사용 중에 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 이동에 관계없이 일정한 회전 각도를 유지할 수 있다. 각각의 축을 하나의 샤프트로 형성하거나, 복수의 축을 볼 조인트 등과 같은 하나의 부재로 형성할 수도 있다.
발의 폭 방향으로 축 주위의 회전이 수직 방향으로 발끝과 뒤꿈치 간의 위치 관계에 변화가 생김에 따라 발목 관절이 회전한다. 그 결과, 종아리의 근육 근(비복근 등)에 대한 근육 자극이 증가하고, 종아리의 근육 근의 신축(expansion and contraction)에 수반해서 다리로부터의 정맥 환류(venous return)가 촉진된다. 이에 의해, 전신의 혈액 순환이 개선된다. 또한, 전후 방향으로의 균형을 유지하기 위한 사용자의 근육 근이 발목 관절을 회전시킴으로써 자극을 받는다. 특히 전후 방향의 전도 방지(fall-prevention)를 위한 자세를 유지하는 신경계의 반사작용(reflex)에 의해, 다리뿐만 아니라 요배부의 근육 군의 근육 활동도 유발된다.
외반슬(knock-knee) 또는 내반슬(bow leg)의 사용자가 사용할 때, 발의 길이 방향의 축 주위의 회전에 의해, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 중 적어도 하나에 다리의 변형을 교정하는 방향의 경사(inclination)가 부여될 수 있다. 경사 각도를 변화시킴으로써, 다리의 내외측의 근육 군의 근육 활동을 촉진할 수도 있다. 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 이동에 위상 차를 부여하면 몸통의 비틀림 운동이 가능하게 된다. (예를 들어, 위상차가 180°이면, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 중 하나는 전단부에 있고, 다른 하나는 후단부에 있게 된다.) 또한, 수직 방향으로의 축 주위의 회전에 의해, 몸통의 비틀림 각도가 더 증가하고, 이에 의해 내장 기능이 개선될 수 있다.
발의 폭 방향 또는 길이 방향으로 축 주위에 회전시키면, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)는 수평 면에 대해 일정한 각도로 각각 경사질 수 있다. 사용 중에 각도 변화가 수반되면, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)에 일정한 각도 오프셋이 각각 부여될 수 있다. 이때, 오프셋은 수평 면에 대해 각도를 편이(biasing)시키는 것을 의미한다. 각도 변화가 수반되면, 오프셋은 이 각도 변화의 중앙 위치에서의 각도가 수평 면에 대해 편이 한다는 것을 의미한다.
사용자 발의 길이 방향의 축 주위에 일정한 경사 각도를 설정하는 경우, 내반슬 또는 외반슬과 같은 다리의 기형을 교정할 수 있다. 발의 폭 방향의 축 주위에 일정한 경사 각도를 설정하는 경우, 발끝 및 뒤꿈치에 작용하는 체중 균형을 제어하기 위한 비복근을 강화할 수 있다.
사용자의 폭 방향의 축 주위에 사용 중에 일정한 각도 오프셋을 설정하는 경우, 뒤꿈치가 발끝보다 아래에 위치하는 기간을 길게 함으로써 비복근을 강화시키는 기간이 연장되어 스트레치 효과(stretch effect)를 높일 수 있다. 즉, 근육 근을 신장시킴으로써, 노폐물의 배출을 촉진하거나 발목 관절의 가동 범위를 확장할 수 있다. 사용자의 몸통을 전체적으로 경사지게 하는 힘은 사용자에게 다시 작용하며, 이에 의해 신경계의 반사작용에 의한 균형 유지를 위한 근육 근(예를 들어 요부(low back), 배부(back), 복부(abdomen))의 근육 활동이 유발된다. 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 가동 범위를 조정함으로써 또는 하우징(1)의 이면(back side)에 복수 개의 다리를 설치함으로써, 하우징(1)으로부터 복수 개의 다리의 각각의 돌출 길이를 조정하도록 오프셋을 설정할 수 있다. 그렇지만, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)와 같이 두 개의 발 지지대에 제한하지 않고, 하나의 발 지지대만을 설치할 수도 있다.
그런데 본 발명에서는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 이동 범위에 있어서 범위(W1>W2)를 포함하고 있다. 범위(W1>W2)에서, 사용자의 좌우의 발목 관절(J2) 간의 거리 "W2"는 좌우의 고관절(J1) 간의 거리 "W1"보다 짧다. 사용자의 좌우의 고관절(J1) 간의 거리 "W1"는 사람마다의 체격의 차이에 의해 영향을 받는다. 그렇지만, 전술한 구성에서와 같이, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)가 전후로 이동하면서 좌우로 이동하는 경우, 체격의 개인차에 관계없이 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)가 이동하는 중에 거리 "W2"가 거리 "W1"보다 짧게 되는 기간을 설정할 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 이동 범위에 범위(W1>W2)가 포함되는 동작을 채택할 수 있다. 범위(W1>W2)에서, 사용자의 좌우의 발목(J2) 간의 거리 "W2"는 좌우의 고관절(J1) 간의 거리 "W1"보다 길다. 전술한 구성에서, 체격의 개인차에 관계없이 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)가 이동하는 중에 거리 "W2"가 거리 "W1"보다 길게 되는 기간을 설정할 수 있다.
좌우의 발목 관절(J2) 간의 거리 "W2"가 좌우의 고관절(J1) 간의 거리 "W1"보다 짧은 범위가 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 이동 범위에 포함되는 동작에서, 주로 둔부의 근육 활동을 강화할 수 있다. 좌우의 발목 관절(J2) 간의 거리 "W2"가 좌우의 고관절(J1) 간의 거리 "W1"보다 긴 범위가 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 이동 범위에 포함되는 동작에서, 주로 내전근(adductor muscles)의 근육 활동을 강화할 수 있다.
도 8은 좌우측 발목 관절 간의 좌우측 방향으로 거리가 변할 때, 외측광근, 대퇴근, 내전근에 관한 근육 활동의 변화율(=(운동 근력/최대 힘) x 100%)을 도시하고 있다. 도 8은 좌우측 발목 관절 간의 좌우측 방향으로 거리가 5단계(200mm, 250mm, 300mm, 350mm, 400mm)로 변할 때, 근육마다의 근육 활동의 변화율을 나타내고 있다. 근육 당 5개의 막대 그래프는 발목 관절들 간의 거리가 좌로부터 우로 더 넓어지고 있음을 의미한다. 예시된 도면에서, 좌우의 발목 관절 간의 거리의 표준 값은 300mm이다.
도 8에서, 발목 관절 간의 거리가 좁아질수록 다리의 외전(abduction)에 관한 근육(외측광근(vastus lateralis muscles)) 및 둔부(대퇴부)에서 증가하는 경향이 있는 반면, 발목 관절 간의 거리가 멀어질수록 다리의 내전(adduction)에 관한 근육(대내전근(adductor magnus muscles))에서 증가하는 경향이 있음을 알 수 있다(일부는 반대의 변환이다).
도 9는 좌우의 발목 관절 간의 거리가 변할 때 발목 관절에 작용하는 전단 응력과 근육 활동률 간의 관계를 도시하고 있다. 도 9에서 ,"A"-"E"는 좌우 발목 간의 거리가 각각 200mm, 250mm, 300mm, 400mm임을 나타낸다. 각각의 중앙의 사각형은 거리의 평균값을 나타내고, 각각의 십자선은 분산(variance)을 나타낸다. 도 9로부터, 좌우의 발목 관절 간의 거리가 변하여도 전단 응력은 크게 변하지 않는 반면, 근육 활동률은 거리가 멀어질수록 더 커진다는 것을 알 수 있다.
실제로는, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 동작은 전후 방향의 이동 및 좌우 방향의 이동과의 복합 동작으로 하는 것이 바람직하다. 그렇지만, 레일(43)의 각각의 배치 방향에 따라 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)를 전후 방향으로만 또는 좌우 방향으로만 이동시킬 수도 있다. 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)가 전후 방향으로만 이동할 수 있는 경우, 좌우의 발목 관절 간의 거리는 변하지 않는다. 따라서, 좌우의 발목 관절 간의 거리는 사람마다 미리 조정된다. 이하의 실시예에서는, 좌우의 발목 관절 간의 거리를 조정할 수 있도록 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 위치를 조정할 수 있는 구성에 대해 각각 설명한다.
(제2 실시예)
본 실시예에서는, 도 10에 도시된 바와 같이, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 중 적어도 하나에 있는 발판(21)이 대판(bedplate)(51) 및 발판(52)으로 형성되어 있다(도면에서는 단지 좌측 발판(2a)만이 도시되어 있지만 양쪽 모두에 채택될 수 있다). 이러한 구성에서, 대판(51)은 크랭크 로드(38)의 한 단부에 결합되어 있고, 발판(52)은 대판(51) 위에 탈착 가능하게 장착되어 있다. 발판(52)은 대판(51)에 탈착 가능하게 결합되어 있다. 이와 같은 결합 양식은 임의의 것이어도 좋지만, 본 발명에서는, 발판(52)을 관통하여 대판(51)에 나사결합되는 고정 나사(53)에 의해 대판(51)과 발판(52)이 고정되어 있다.
고정 나사(53)가 삽입될 수 있는 복수 조의 관통공(through-hole)(54)이 발판(52)의 좌우 방향으로 배치되어 있다. 그러므로 고정 나사(53)가 삽입되는 관통공(54)을 선택함으로써, 발판(52)의 좌우 방향에서의 위치를 대판(51)과 관련해서 조정할 수 있다. 발판(52)은 사용자의 발이 안착될 수 있는 답편(step piece)(52a) 및 관통공(54)이 있는 고정편(fixed piece)(52b)과 일체로 형성되어 대판(51) 위에 고정된다. 고정편(52b)의 상면 위에는 답편(52a)의 상면보다 아래에 위치하도록 단차(recess)가 형성되어 있다. 사용 중에는, 이 단차를 이용하여 답편(52a)의 상면에 커버를 부착하여 답편(52a)의 상면이 노출되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 구성은 제1 실시예에서 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 중 적어도 하나에 대신해서 사용될 수 있고, 발판(52)을 대판(51)에 설치하는 설치 위치를 조정할 수 있다. 그러므로 사용 중에 좌우의 발목 관절 간의 거리는 사용자의 체격 또는 강화시킬 근육의 범위에 따라 조정될 수 있다. 이 이외의 다른 구성 및 동작은 제1 실시예의 구성 및 동작과 동일하다.
(제3 실시예)
제2 실시예에서는, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 중 적어도 하나의 위치가 조정될 수 있지만, 발판(52)을 대판(51)에 위치시키는 것은 수작업으로 조정된다. 본 실시예에서는, 도 11에 도시된 바와 같이, 모터와 같은 구동원(55)을 가지는 범위 조정기(range adjuster)(5)가 사용된다. 이에 의해, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 중 적어도 하나의 위치를 수작업을 하지 않고 조정할 수 있다. 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 중 하나의 위치만을 조정할 수 있으나, 본 실시예에서는 양쪽 위치가 동시에 조정된다.
범위 조정기(5) 내의 구동원(55)은, 푸시 스위치와 같은 스위치 및 액정 디스플레이와 같은 디스플레이가 있는 조작 입력부(4)를 이용해서 입력된 정보에 기초해서 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 거리를 조정한다. 조작 입력부(4)를 이용해서 입력된 정보는 운동에 의해 강화하고자 하는 부위뿐만 아니라 사용자의 좌우의 고관절 간의 거리를 계산할 수 있는 속성이다. 좌우의 고관절 간의 거리와 사용자의 속성 중 신장 사이에는 상관관계가 있다고 생각된다. 따라서, 좌우의 고관절 간의 거리는 기본적으로 복수의 범위 중에서 신장 범위를 선택함으로써 입력된다. 예를 들어, 신장 범위를 예를 들어, 140-150cm, 150-160cm, ...과 같이 10cm 간격으로 선택하기 위한 푸시 스위치가 설치되어 있다.
그러므로 좌우의 고관절 간의 거리에 대한 표준값은 신장 범위를 선택함으로써 계산된다. 즉, 조작 입력부(4)에 의해 선택된 신장 범위는 범위 결정부(6)에 입력되고 이 범위 결정부(6)에 있는 데이터 저장부(6a)와 검사된다. 데이터 저장부(6a)에서, 고관절 간의 거리의 표준값과 관련되어 있고, 신장 범위가 설정되어 있는 경우에는, 고관절 간의 거리의 표준값이 추정된다. 고관절 간의 거리는 사용자의 체격에 의한 표준값으로부터 크게 일탈할 수 있다. 따라서, 신장 외에 체중 또는 BMI와 같은 체격을 나타내는 속성뿐만 아니라 성별도 선택할 수 있으므로, 신장, 체격 및 성별로부터 표준값을 얻는다.
조작 입력부(4)에서, 운동에 의해 강화하고자 하는 사용자의 부위를 선택할 수도 있다. 신장 범위와 같은 푸시 스위치를 이용해서 부위를 선택하거나, 하나의 푸쉬 스위치를 누를 때마다 부위가 순환적으로 선택될 수도 있다. 부위의 종류는 예를 들어 둔부, 내전근, 및 둔부 및 내전근의 3 종류이다.
제1 실시예에서 설명한 바와 같이, 둔부의 경우에는, 발목 관절 간의 거리가 고관절 간의 거리보다 작은 동작을 주로 포함하기 위해 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 간의 거리가 좁다. 내전근의 경우에는, 발목 관절 간의 거리가 고관절 간의 거리보다 큰 동작을 주로 포함하기 위해 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 간의 거리가 증가한다. 둔부 및 내전근 양자를 강화시키는 경우, (구동 유닛(3)이 구동되는) 동작 기간은 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 간의 거리가 좁아지는 기간, 및 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 간의 거리가 넓어지는 기간을 포함한다.
좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)가 제1 실시예에서와 같이 전후 방향으로 이동하면서 좌우 방향으로 이동하는 구성에서, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 간의 위치는 동작 기간에서, 발목 관절 간의 거리가 고관절 간의 거리보다 작아지는 기간 및 커지는 기간이 생기도록 조정된다.
강화하고자 하는 부위에 따라 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 이동 범위(발목 관절 간의 거리의 변화 범위(variability range))는 고관절 간의 거리에 대해 상대적으로 결정된다. 즉, 강화하고자 하는 부위는 고관절 간의 거리 및 발목 관절 간의 비율 또는 거리에 따라 다르다. 데이터 저장부(6a)에서, 강화하고자 하는 부위와 고관절 간의 거리의 각각의 조합은 발목 관절 간의 거리의 변화 범위(실제로는, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)가 표준 위치에 있을 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 좌우 방향의 거리)와 관련되어 있다. 그러므로 조작 입력부(4)를 이용해서 입력되는 사용자의 속성은 데이터 저장부(6a)를 통해 검사된 다음 사용자의 고관절 간의 거리가 얻어진다. 또한, 조작 입력부(4)를 이용하여 강화하고자 하는 부위가 입력되어 있으면, 이 부위와 고관절 간의 거리의 조합이 데이터 저장부(6a)를 통해 검사된 다음 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 좌우 방향의 거리가 얻어진다.
그러므로 범위 결정부(6)에서, 범위 조정기(5)의 구동원(55)과 관련해서 지령값이 부여되고, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 간의 거리는 이 지령값에 응답해서 조정된다. 범위 조정기(5)는 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 위치를 검출하기 위한 위치 센서(56)를 구비한다. 구동원(55)은 범위 결정부(6)로부터의 지령값에 의해 활성화되고, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 간의 거리가 지령값에 의해 표시된 거리로 된 것임을 위치 센서(56)가 검출하면, 구동원(55)은 비활성화된다.
도 12 및 도 13에 도시된 구성을 범위 조정기(5)에 채택할 수 있다. 도 12 및 도 13에 도시된 구성에서, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 각각의 발판(21)은 제2 실시예에서와 같이 대판(51) 및 발판(52)으로 구성한다. 발판(52)의 위치는 대판(51)과 관련해서 조정될 수도 있다. 그렇지만, 도시된 구성에서, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 각각은 그 자체의 하면에 랙(57a)을 구비하며, 이 랙(57a)과 맞물려 있는 피니언(pinions)을 구동원으로서의 모터가 회전시킨다. 발판(52)은 랙(57)의 길이 방향으로만 이동을 허용하도록 그 동작 방향을 제한하는 가이드 레일(도시되지 않음)에 의해 가이드 된다. 레일 및 구동원(55)은 각각의 대판(51) 위에 장착되어 있고, 하우징(1)과 관련해서 대판(51)을 따라 이동할 수 있다.
도 14는 범위 조정기(5)의 구성예를 도시하고 있다. 각각의 구동원(55)은 직선으로 연장하는 플런저(55a)를 구비하고, 본체(55b)로부터 플런저(55a)의 연장 길이를 변화시킬 수 있는 액추에이터를 사용한다. 이 액추에이터는 본체(55b) 내부에 선형 모터용 자기 회로를 가지고, 이 선형 모터를 통해 플런저(55b)를 구동하는 구성으로 되어 있다. 발판(52)에 매달려 있는 압편(pushing piece)(52a)은 플런저(55a)의 선단부와 결합되어 있고, 발판(52)의 위치는 플런저(55a)의 신축에 응답해서 도 14의 좌우 방향으로 변화될 수 있다.
각각의 발판(52)은 도 12에 도시된 구성에서와 같이 도 14의 좌우 방향으로만 이동하도록 레일에 의해 가이드 된다. 이 경우, 대판(51)과 관련해서 발판(52)을 중지시키는 유지력(holding force)을 액추에이터로만 확보하는 것은 어렵다. 따라서, 클러치 또는 브레이크와 같은 부재를 대판(51)과 발판(52) 사이에 설치하여, 발판(52)이 이동할 때는 대판(51)과 관련해서 손쉽게 이동할 수 있도록 하고 또한, 발판(52)이 정지할 때는 대판(52)과 관련해서 발판(52)이 이동하는 것을 금지한다.
본 예에서, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 각각의 위치를 독립적으로 변경할 수 있다. 그렇지만, 도 15에 도시된 구성예에서와 같이 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)의 위치를 동시에 변경할 수도 있다. 이 경우, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)에 구동 유닛(3)을 개별적으로 설치해야 한다. 즉, 두 개의 구동원(31)이 설치되고, 각각의 구동원(31)에 왕복 구동기(31)가 설치된다. 또한, 구동원(31)은 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)를 각각 구동하기 때문에, 계통 분리부(32)가 필요하지 않다.
각각의 왕복 구동기(33)는 구동원(31)의 출력 축(31a)에 연결되어 있는 웜(32a), 웜(32a)에 맞물려 있는 웜 휠(32b), 및 웜 휠(32b)에 한 단부가 회전 가능하게 연결되어 있는 크랭크 플레이트(36)로 형성된다. 크랭크 플레이트(36)의 다른 단부는 제1 실시예에서와 같이 캐리지(41)에 회전 가능하게 연결되어 있다.
구동 유닛(3)은 베이스(58)에 장착되어 있다. 각각의 캐리지(41)는 베이스(58)에 부착되어 있는 레일(도 1 및 도 2를 참조)을 따라 이동할 수 있다. 도 15에서, 레일(43)의 길이 방향은 축부(24)의 길이 방향에 수직이지만, 관계는 제1 실시예에서와 같이 비-수직 관계일 수 있다.
그런데 베이스(58)의 각각의 이동 방향은 레일을 통하는 좌우 방향으로만 규제되어 있다(도시되지 않음). 복수의 나사 수용편(screw receiving piece)(58a)이 베이스(58)의 하면으로부터 각각 돌출하며, 봉 나사(rod screw)(59)의 양단부는 나사 수용편(58a)에 나사결합된다. 이 나사 수용편(58a)에 나사결합된 봉 나사(59)의 부위에는 서로 역 나사(opposite screw)인 나사 구멍(screw hole)이 각각 형성되어 있다. 봉 나사(59)가 회전하면, 베이스(58)의 좌우 방향의 거리가 변화한다.
웜 휠(59a)은 봉 나사(59)의 길이 방향의 중간 위치에 고정되어 있고, 구동원(55)으로서 모터의 출력 축에 연결되어 있는 웜(59b)과 맞물려 있다. 그러므로 구동원(55)이 회전하는 경우, 봉 나사(59)가 회전하게 되고, 좌우의 베이스(58) 간의 거리가 구동원(55)의 회전 방향에 응답해서 변하게 된다. 즉, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 간의 거리를, 좌우의 베이스(58) 간의 거리를 변경함으로써 변경할 수 있다.
이 구성에서, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 각각은 구동 유닛(4)을 필요로 하지만, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b)가 연동해서 이동하기 때문에 좌우 대칭 속성은 유지된다. 좌우의 구동 유닛(4)은 독립적이므로, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 간의 위치 관계는 개별적인 제어에 의해 적당히 조정될 수 있다. 즉, 제1 실시예에서, 좌측 발 지지대(2a)가 전단부에 있을 때, 우측 발 지지대(2b)가 후단부에 있지만(즉, 위상 차가 180°이지만), 도 15에 도시된 구성을 채택하면 위상 차를 적당히 설정할 수 있다. 이 이외의 구성 및 동작은 제1 실시예의 구성 및 동작과 동일하다.
전술한 예에서는, 체중 또는 BMI와 같은 사용자의 속성을 조작 입력부(4)를 통해 입력하여 고관절 간의 거리를 얻고 있다. 그렇지만, 좌측 발 지지대(2a) 및 우측 발 지지대(2b) 하중 센서(load sensor)(도시되지 않음)를 각각 구비할 수 있고, 이 하중 센서들에 의해 검출된 하중의 합을 사용자의 체중으로서 사용할 수 있다.
특정의 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 정신 및 범주를 벗어남이 없이 당업자에 의해 다양한 변형 및 수정이 이루어질 수 있다.

Claims (13)

  1. 서 있는 자세에서 사용되는 타동 운동 기기에 있어서,
    서 있는 자세에서 사용자의 좌측 발 및 우측 발을 각각 안착시킬 수 있는 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대;
    상기 좌측 발 지지대 및 상기 우측 발 지지대를 적어도 하나의 평면상에서 이동시키기 위한 구동 유닛; 및
    상기 좌측 발 지지대, 상기 우측 발 지지대, 및 상기 구동 유닛이 설치되어 있는 대좌(pedestal)
    를 포함하며,
    좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대는, 상기 좌측 발 지지대 및 상기우측 발 지지대의 이동 범위 내에, 좌우의 발목 관절 간의 좌우 방향에서의 거리가 좌우의 고관절 간의 거리와는 다른 범위를 포함하도록 구성되어 있는, 타동 운동 기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 좌측 발 지지대 및 상기우측 발 지지대는, 상기 좌측 발 지지대 및 상기우측 발 지지대의 이동 범위 내에, 좌우의 발목 관절 간의 좌우 방향에서의 거리가 좌우의 고관절 간의 거리보다 작은 범위를 포함하도록 구성되어 있는, 타동 운동 기기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 좌측 발 지지대 및 상기우측 발 지지대는, 상기 좌측 발 지지대 및 상기우측 발 지지대의 이동 범위 내에, 좌우의 발목 관절 간의 좌우 방향에서의 거리가 좌우의 고관절 간의 거리보다 큰 범위를 포함하도록 구성되어 있는, 타동 운동 기기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 좌측 발 지지대 및 상기우측 발 지지대의 좌우 방향에서의 이동 범위를 조정하도록 구성되어 있는 범위 조정기(range ajuster)를 더 포함하는 타동 운동 기기.
  5. 서 있는 자세에서 사용되는 타동 운동 기기에 있어서,
    서 있는 자세에서 사용자의 좌측 발 및 우측 발을 각각 안착시킬 수 있는 좌측 발 지지대 및 우측 발 지지대;
    상기 좌측 발 지지대 및 상기우측 발 지지대를 적어도 하나의 평면상에서 이동시키기 위한 구동 유닛;
    상기 좌측 발 지지대, 상기 우측 발 지지대, 및 상기 구동 유닛이 설치되어 있는 대좌(pedestal); 및
    상기 좌측 발 지지대 및 상기우측 발 지지대의 좌우 방향에서의 이동 범위를 조정하도록 구성되어 있는 범위 조정기(range ajuster)
    를 포함하는 타동 운동 기기.
  6. 제4항에 있어서,
    운동에 의해 강화하고자 하는 부위뿐만 아니라 사용자의 좌우의 고관절 간의 거리를 계산할 수 있는 속성을 입력하기 위한 조작 입력부; 및
    상기 조작 입력부를 통해 입력된 속성에 기초하여 좌우의 고관절 간의 거리를 추정하고, 상기 조작 입력부를 통해 입력된 상기 부위 및 좌우의 고관절 간의 추정된 거리에 기초하여 상기 좌측 발 지지대 및 상기우측 발 지지대의 이동 범위를 결정하도록 구성되어 있는 범위 결정부
    를 더 포함하며,
    상기 범위 조정기는 구동원을 포함하고 지령값에 응답하여 상기 좌측 발 지지대 및 상기우측 발 지지대의 이동 범위를 조정하도록 구성되어 있고,
    상기 범위 결정부는 결정된 이동 범위를 상기 범위 조정기에 상기 지령값으로서 제공하도록 구성되어 있는 타동 운동 기기.
  7. 제5항에 있어서,
    운동에 의해 강화하고자 하는 부위뿐만 아니라 사용자의 좌우의 고관절 간의 거리를 계산할 수 있는 속성을 입력하기 위한 조작 입력부; 및
    상기 조작 입력부를 통해 입력된 속성에 기초하여 좌우의 고관절 간의 거리를 추정하고, 상기 조작 입력부를 통해 입력된 상기 부위 및 좌우의 고관절 간의 추정된 거리에 기초하여 상기 좌측 발 지지대 및 상기우측 발 지지대의 이동 범위를 결정하도록 구성되어 있는 범위 결정부
    를 더 포함하며,
    상기 범위 조정기는 구동원을 포함하고 지령값에 응답하여 상기 좌측 발 지지대 및 상기우측 발 지지대의 이동 범위를 조정하도록 구성되어 있고,
    상기 범위 결정부는 결정된 이동 범위를 상기 범위 조정기에 상기 지령값으로서 제공하도록 구성되어 있는 타동 운동 기기.
  8. 제1항, 제2항, 제3항, 제5항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 유닛은 상기 좌측 발 지지대 및 상기우측 발 지지대의 전후 방향에서의 각각의 위치를 변경하도록 구성되어 있는, 타동 운동 기기.
  9. 제4항 또는 제6항에 있어서,
    상기 구동 유닛은 상기 좌측 발 지지대 및 상기우측 발 지지대의 전후 방향에서의 각각의 위치를 변경하도록 구성되어 있는, 타동 운동 기기.
  10. 제1항, 제2항, 제3항, 제5항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 유닛은 상기 좌측 발 지지대 및 상기우측 발 지지대의 좌우 방향에서의 각각의 위치를 변경하도록 구성되어 있는, 타동 운동 기기.
  11. 제4항 또는 제6항에 있어서,
    상기 구동 유닛은 상기 좌측 발 지지대 및 상기우측 발 지지대의 좌우 방향에서의 각각의 위치를 변경하도록 구성되어 있는, 타동 운동 기기.
  12. 제1항, 제2항, 제3항, 제5항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 유닛은 상기 좌측 발 지지대 및 상기우측 발 지지대의 전후 방향 및 좌우 방향에서의 각각의 위치를 변경하도록 구성되어 있는, 타동 운동 기기.
  13. 제4항 또는 제6항에 있어서,
    상기 구동 유닛은 상기 좌측 발 지지대 및 상기우측 발 지지대의 전후 방향 및 좌우 방향에서의 각각의 위치를 변경하도록 구성되어 있는, 타동 운동 기기.
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