WO2011070932A1

WO2011070932A1 - 運動補助装置

Info

Publication number: WO2011070932A1
Application number: PCT/JP2010/071283
Authority: WO
Inventors: 直人白澤; 洋司川本; 三原　泉; 望遠山; 隆介中西
Original assignee: パナソニック電工株式会社
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2011-06-16
Also published as: JP2011120729A; JP5140657B2

Abstract

　運動補助装置（10）は、使用者の臀部を支持する臀部支持部（13）と、使用者の足を置く足置き台（14c: 14d）と、使用者の自重で脚部（T）に作用する負荷が変化するように臀部支持部（13）を少なくとも前後方向に揺動させる臀部揺動装置（12）と、足置き台（14c: 14d）を上下方向に傾動させる足部傾動装置（12）とを備える。足部傾動装置（12）は、臀部揺動装置（12）による臀部支持部（13）の前方動作時に使用者の膝関節角度（θ）をある屈曲角度から広げる方向に変化させるように、足置き台（14c: 14d）を臀部揺動装置（12）の揺動に連動して傾動させる。

Description

運動補助装置

　本発明は、脚部の運動を行うことができる運動補助装置に関するものである。

　脚部の運動を可能とする運動補助装置としては、例えば室内でランニングを可能とするトレッドミルや自転車の漕ぎ運動を模したフィットネスバイクなどが広く知られている。トレッドミルやフィットネスバイクのような運動補助装置では、膝関節の屈伸を伴ったり、膝関節に強い負荷が作用したりすることから、使用者が膝等を痛めている場合には過度な負荷となり、運動を継続することが難しい。

　このような問題を改善するべく、使用者の膝にかかる負荷を抑えて脚部（特に大腿部）の運動を可能とする運動補助装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
　特許文献１の運動補助装置は、使用者の臀部を支持する臀部支持部と使用者の足部を支持する足置き台とを備え、臀部支持部を駆動部によって揺動動作させるようになっている。このように臀部支持部を揺動動作させることで、使用者の臀部に作用していた使用者の自重の一部が脚部側に作用するため、脚部の運動を行うことができるようになっている。また、足置き台と臀部支持部との位置関係が一定となっているため、使用者の膝の角度を略一定に保つことが可能となり、膝への負担を抑えつつ脚部である大腿部の筋肉に負荷を与えることができるようになっている。

特開２００５－１６８９０７号公報

　ところで、高齢者や低体力者においては、加齢や体力減少による運動の減少により、足首等の関節可動域が徐々に狭まってくることが知られている。そして、上記のような補助運動装置では足首等の関節可動域を広げるような運動を効果的に行うことまでは考慮されておらず、この改善が望まれている。

　本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、膝にかかる負担を抑えつつ脚部の運動を行うとともに、足首の関節可動域に関する運動を行うことができる運動補助装置を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明の第１の態様による運動補助装置は、使用者の臀部を支持する臀部支持部と、前記使用者の足を置く足置き台と、前記使用者の自重で脚部に作用する負荷が変化するように前記臀部支持部を少なくとも前後方向に揺動させる臀部揺動装置と、前記足置き台を上下方向に傾動させる足部傾動装置とを備え、前記足部傾動装置は、前記臀部揺動装置による前記臀部支持部の前方動作時に前記使用者の膝関節角度をある屈曲角度から広げる方向に変化させるように、前記足置き台を前記臀部揺動装置の揺動に連動して傾動させる。

　この発明では、臀部揺動装置が臀部支持部を前方に揺動させる際に、使用者の膝関節角度を所定の屈曲角度から広げる方向に変化させるように足置き台が足部傾動装置により傾動される。このように、足部傾動装置によって足置き台が上下に傾動されることで、足首の関節を可動させることができ、関節可動域に関する運動を行うことができる。また、臀部支持部を揺動させて脚部に使用者の自重を作用させる際に、膝関節が屈曲して膝関節角度が上記所定の屈曲角度よりも小さくならないように足置き台が傾動されることで、膝にかかる負担を抑えて脚部（特に大腿部）の運動を行うことができる。

（ａ）は本実施形態における運動補助装置の概略構成を示す側面図であり、（ｂ）は運動補助装置の概略構成を示すブロック図である。運動補助装置の駆動装置について説明するための説明図である。（ａ）（ｂ）は、足置き台について説明するための説明図である。（ａ）（ｂ）は、角度調整機構について説明するための説明図である。

　以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
　図１（ａ）（ｂ）は、運動補助装置の概略構成を示す。本実施形態の運動補助装置１０は、その基台１１が図示しない床面に載置されるとともに、基台１１に設けられた駆動装置１２と、この駆動装置１２により揺動される臀部支持部１３と、前記駆動装置１２により傾動される足置き部１４とを備えている。

　図２に示すように駆動装置１２は、駆動源としてのモータ２０と、伝達経路を成す駆動伝達機構２１とから構成されている。駆動装置１２を構成するモータ２０は、前記基台１１の前後方向に対して交わる方向に傾倒した状態で固定され、制御手段としての制御部２２（図１（ｂ）参照）によりその駆動が制御されている。

　駆動伝達機構２１は、モータ２０のウォーム２０ａに噛合して駆動連結される第１ギヤ２３と、第１ギヤ２３に噛合して駆動連結される第２ギヤ２４とを備え、各ギヤ２３，２４がモータ２０の駆動により回転されることでその駆動力が臀部支持部１３及び足置き部１４に伝達されるようになっている。尚、第１ギヤ２３及び第２ギヤ２４の回転数比は２：１、つまり第２ギヤ２４の直径が第１ギヤ２３の２倍となるように設定されている。

　第１ギヤ２３には、この第１ギヤ２３の径方向略中心において一体回転する回転支軸２３ａが設けられている。この回転支軸２３ａの一端側には偏心クランク部材２３ｂの一端側が接続され、この偏心クランク部材２３ｂの他端側には臀部支持部１３と接続される接続部材２３ｃが接続されている。

　一方、第２ギヤ２４には、この第２ギヤ２４の径方向略中心において一体回転する回転支軸２４ａが設けられている。この回転支軸２４ａの両端それぞれには偏心クランク部材２４ｂの一端側が接続され、この偏心クランク部材２４ｂの他端側には足置き部１４と接続される接続部材２４ｃが接続されている。

　臀部支持部１３は、基台１１の後部において上方に立設される支柱部１３ａと、この支柱部１３ａの上部に固定される座部１３ｂとを備え、支柱部１３ａは、その下部の回転軸１１ａを中心として回動可能に構成されている。また、支柱部１３ａの途中位置には、その支柱部１３ａの長さ、つまり座部１３ｂの高さを変更可能な高さ調整機構１３ｃが設けられているため、使用者の体格等に合わせて座部１３ｂの高さを調整することができる。

　足置き部１４は、図１及び図２に示すように、基台１１の上面前部から上方に向かって立設される回動支持部１４ａの上端の回動軸１４ｂを中心に傾動可能な足置き台１４ｃ，１４ｄを備えている。尚、足置き台１４ｃ，１４ｄは、右足用の足置き台１４ｃと、左足用の足置き台１４ｄとでなり、足置き台１４ｃ，１４ｄの一方が最上位置にある場合には、他方が最下位置となるように構成されている。

　また、左右の足置き台１４ｃ，１４ｄの間には、図１に示すように所定高さに操作部３０が設けられており、この操作部３０は使用者により操作されて前記制御部２２に対してモータ２０の回転速度の調整等の特定の操作を行うものである。また、操作部３０の左右方向（図１において紙面直交方向）両側に延設されるハンドル部３１が設けられている。

　上記のように構成された運動補助装置１０では、使用者による操作部３０の操作によりスタートスイッチ（図示略）が押圧操作されると、制御部２２はモータ２０に電力を供給して回転させる。これに伴い、モータ２０と駆動連結される駆動伝達機構２１が動作して足置き台１４ｃ，１４ｄが傾動動作されるとともに、臀部支持部１３が前後方向に揺動動作するようになっている。

　ここで、本実施形態の運動補助装置１０では駆動伝達機構２１を構成する第１ギヤ２３及び第２ギヤ２４の回転数比が前述したように２：１となっている。このため、第１ギヤ２３の回転駆動が回転支軸２３ａ、偏心クランク部材２３ｂ及び接続部材２３ｃを介して伝達されて臀部支持部１３が前後方向への揺動動作を２往復行うと、第２ギヤ２４が１回転され、各足置き台１４ｃ，１４ｄが交互に１回ずつ上下に傾動するようになっている。そして、臀部支持部１３が前方に動作されると、足置き台１４ｃ，１４ｄの内の一方の足置き台の後部１４ｅが回動軸１４ｂを中心として最下位置まで傾動され、他方の足置き台の後部１４ｅが回動軸１４ｂを中心として最上位置まで傾動される。この時、使用者の自重の一部が、最下位置まで傾動された足置き台１４ｃ，１４ｄのいずれか一方に作用することで脚部（大腿部）Ｔの運動をより効果的に行えるようになっている。

　また、使用者の自重の一部が作用するように足置き台１４ｃ，１４ｄの後部１４ｅが交互に最下位置まで傾動するため、臀部支持部１３が前方に動作される際に、右足または左足の膝関節角度θが、ある屈曲角度に維持された状態から広がる方向（脚部全体が直線状となる方向）に交互に変化する。つまり、使用者の膝関節は、足置き台１４ｃ，１４ｄが最上位置まで傾動しても、所定の屈曲角度を超えて屈曲されず、膝にかかる負担を抑えた脚部Ｔの運動を行うことができるようになっている。尚、本実施形態の運動補助装置１０では、膝関節角度θが常時１３０度以上となるように設定されている。

　また、足置き台１４ｃ，１４ｄが傾動されるため、足首の関節を可動させることができ、足首の関節可動域を広げる足首の運動を行うことができる。また、臀部支持部１３が最前方に揺動して使用者の自重の一部が最も作用する際に、いずれか一方の足置き台１４ｃ，１４ｄがそれ以上傾動しない最下位置であるため、使用者の自重を脚部Ｔに対してより確実に作用させることができる。また、操作部３０によりモータ２０の回転速度、つまり臀部支持部１３の揺動速度及び足置き台１４ｃ，１４ｄの傾動速度を調整することが可能とされているため、使用者の好みや使用者の筋力（体力）に合わせた運動を行うことができるようになっている。

　次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
　（１）足置き台１４ｃ，１４ｄが上下方向に傾動できるように構成され、駆動装置１２により臀部支持部１３が前方に揺動する際に、使用者の膝関節角度θがある屈曲角度から広がるように足置き台１４ｃ，１４ｄが傾動される。このように、足置き台１４ｃ，１４ｄを上下に傾動可能とすることで、使用者の足首の関節を可動させることができ、関節可動域に関する運動を行うことができる。また、臀部支持部１３を揺動させて脚部Ｔに使用者の自重を作用させる際に、膝関節が屈曲して角度が小さくなる方向とならないように足置き台１４ｃ，１４ｄを傾動させることで、膝にかかる負担を抑えて脚部（特に大腿部）Ｔの運動を行うことができる。

　（２）左足用の足置き台１４ｃと右足用の足置き台１４ｄとが、使用者の両足を個別に置くことができるように設けられている。駆動装置１２により臀部支持部１３が最前方に揺動された際に、駆動装置１２により足置き台１４ｃ，１４ｄの内のいずれか一方の足置き台の後部１４ｅが最下位置に傾動される。従って、臀部支持部１３を前方に移動させたときに、脚部Ｔの膝関節角度θが小さくなる方向（屈曲方向）に変化しない。また、臀部支持部１３を前方へ動作させて使用者の自重を最も作用させたい時に、足置き台１４ｃ，１４ｄの位置が最下位置（移動不能位置）であるため、使用者の自重を脚部Ｔに確実に作用させることができる。

　（３）足置き台１４ｃ，１４ｄは、使用者の両足を個別に配置可能となるように設けられるとともに駆動装置１２により各足置き台１４ｃ，１４ｄが交互に傾動される。駆動装置１２により足置き台１４ｃ，１４ｄの内のいずれか一方が上下に１往復傾動される度に、臀部支持部１３が駆動装置１２により２往復揺動される。つまり、交互に傾動される２つの足置き台１４ｃ，１４ｄのそれぞれ下方の傾動に合わせて臀部支持部１３が前方に揺動されるため、使用者の片方の脚部に対して使用者の自重の一部を作用させることができ、両脚に自重の一部を作用させた場合と比較してより効果的な運動効果を付与することができる。また、交互に足置き台１４ｃ，１４ｄが傾動されるため歩行を模した運動を行うことができる。

　（４）足部傾動手段（装置）及び臀部揺動手段（装置）を構成する駆動装置１２が、１つの駆動源としてのモータ２０にて構成されるため、モータ２０を複数設ける必要がなくなり、部品点数の増加やコスト増加を抑えることができる。

　（５）足置き台１４ｃ，１４ｄの上下方向の傾動回数と臀部支持部１３の前後方向の揺動回数とが、モータ２０からの駆動伝達機構２１（即ち駆動伝達経路）に設けられたギヤ機構の減速比、即ち、第１ギヤ２３及び第２ギヤ２４の減速比によって設定されている。このように、モータ２０からの臀部支持部１３及び足置き台１４ｃ，１４ｄまでの駆動伝達経路中である第１ギヤ２３及び第２ギヤ２４の減速比により、臀部支持部１３の動作回数と足置き台１４ｃ，１４ｄの動作回数とを異なる回数に容易に設定することができる。

　（６）臀部支持部１３に、その高さを調整する高さ調整機構１３ｃが設けられるため、使用者の体格（身長）に合わせた運動を行うことが可能となる。
　（７）臀部支持部１３の揺動速度及び足置き台１４ｃ，１４ｄの傾動速度を使用者により変更可能な操作部３０が備えられるため、運動負荷の調整を行うことができる。これにより、使用者個々によって異なる筋力（体力）に合わせた運動を行うことが可能となる。

　尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
　・上記実施形態では、２つの足置き台１４ｃ，１４ｄが交互に傾動する条件下で、２つの足置き台１４ｃ，１４ｄの一方が１往復傾動する度に臀部支持部１３が２往復揺動するものとした。これに代えて、２つの足置き台１４ｃ，１４ｄが同時に傾動する条件下で、２つの足置き台１４ｃ，１４ｄが１往復傾動する度に臀部支持部１３が１往復揺動するものでもよい。すなわち、２つの足置き台１４ｃ，１４ｄのうちの一方または両方が下方位置に傾動するときに、臀部支持部１３が前方位置に揺動するように駆動されればよい。

　・上記実施形態では、足置き台１４ｃ，１４ｄの傾動動作と臀部支持部１３の揺動動作とを駆動装置１２（駆動伝達機構２１）にて連動動作するよう構成したが、これに限らない。例えば、足置き台１４ｃ，１４ｄ用の駆動源と、臀部支持部１３用の駆動源とを設け、これら各駆動源を制御部２２にて制御して傾動動作及び揺動動作を連動させる構成を採用してもよい。

　・上記実施形態では、臀部支持部１３の揺動動作と足置き台１４ｃ，１４ｄの傾動動作とを互いに直接駆動連結（噛合）される２つのギヤ２３，２４のギヤ比（減速比）にて決定するよう構成したが、これに限らない。例えば駆動源としてのモータ２０からの駆動伝達経路中（駆動伝達機構２１）において直接駆動連結されない構成におけるギヤ比や減速比によって各種動作を規定する構成を採用してもよい。

　・上記実施形態では、臀部支持部１３の座部１３ｂの位置（高さ）を調整する高さ調整機構１３ｃを設ける構成を採用したが、高さ調整機構１３ｃを省略、つまり座部１３ｂの後端位置における高さを一定とした構成を採用してもよい。

　・上記実施形態では、特に言及していないが、図３（ａ）（ｂ）に示すように足置き台１４ｃ，１４ｄの下部に固定板４０を設け、この固定板４０の前後方向途中位置に凹部４０ａを形成し、この凹部４０ａに弾性部材としてのばね部材４１を設けて各足置き台１４ｃ，１４ｄに向かって反発力を生じさせる構成を採用してもよい。このように、ばね部材４１を各足置き台１４ｃ，１４ｄの下部に設けることで、足置き台１４ｃ，１４ｄに作用する荷重に抗する反発力が生じるため、使用者による各足置き台１４ｃ，１４ｄの踏み込み時において、より効果的な運動を行うことができる。

　・上記実施形態では、特に言及していないが、臀部支持部１３の揺動動作の動作量を調節する動作量調節機構を備える構成を採用してもよい。動作量調整機構としては、例えばモータ２０の駆動量を調整したり、接続部材２３ｃの臀部支持部１３との接続位置や長さを変更したりするなどが考えられる。尚、モータ２０の駆動量を調整する方法としては、操作部３０に例えば駆動量調整スイッチを設け、このスイッチが使用者によって押圧操作されることで、モータ２０の駆動量（回転量）が制御部２２にて制御される方法が考えられる。前述したように、臀部支持部１３の揺動動作の動作量を調節する動作量調節機構が備えることで、運動負荷の調整を行うことができ、使用者個々によって異なる筋力（体力）に合わせた運動を行うことが可能となる。

　・上記実施形態では、特に言及していないが、例えば図４（ａ）（ｂ）に示すように座部１３ｂの角度を可変とする角度調整機構４５を設ける構成を採用してもよい。角度調整機構４５としては次のような構成が考えられる。図４（ａ）（ｂ）に示すように、支柱部１３ａの上部において回動可能に設けられる座部支持部材４５ａの上部に座部１３ｂが設けられるとともに、座部支持部材４５ａの後部に上下方向において複数の係合凹部４５ｂが形成される。そして、レバー４５ｃにて回動軸４５ｄを中心として回動される係合凸部４５ｅが前記係合凹部４５ｂと係合されることで座部１３ｂの角度が固定される。そして、レバー４５ｃが使用者により操作されて係合凹部４５ｂが前記係合凸部４５ｅとの係合状態が解除されることで座部１３ｂの角度を変更でき、再び係合凹部４５ｂと前記係合凸部４５ｅとが係合されることで、任意の角度で座部１３ｂを固定させることができるようになっている。このように臀部支持部１３に、使用者の臀部の支持角度を調整する角度調整機構４５が設けられるため臀部支持部１３に作用する使用者の荷重を調整することができ、これにより、脚部Ｔ側に作用する負荷を調整することが可能となる。

　・上記実施形態では、モータ２０の回転速度を変更することで臀部支持部１３の揺動速度及び足置き台１４ｃ，１４ｄの傾動速度を調整可能に構成したが、これに限らず、モータ２０の回転速度を一定として前記揺動速度及び傾動速度を一定とした構成を採用してもよい。

Claims

　運動補助装置であって、
　使用者の臀部を支持する臀部支持部と、
　前記使用者の足を置く足置き台と、
　前記使用者の自重で脚部に作用する負荷が変化するように前記臀部支持部を少なくとも前後方向に揺動させる臀部揺動装置と、
　前記足置き台を上下方向に傾動させる足部傾動装置と、を備え、
　前記足部傾動装置は、前記臀部揺動装置による前記臀部支持部の前方動作時に前記使用者の膝関節角度をある屈曲角度から広げる方向に変化させるように、前記足置き台を前記臀部揺動装置の揺動に連動して傾動させることを特徴とする運動補助装置。
　請求項１に記載の運動補助装置において、
　前記足置き台は、前記使用者の両足を個別に配置可能となるように設けられた２つの足置き台のうちの一つであり、
　前記臀部揺動装置により前記臀部支持部を最前方に揺動させた際に、前記足部傾動装置により前記２つの足置き台のうちの少なくとも一方の足置き台の後部が最下位置に傾動されることを特徴とする運動補助装置。
　請求項１又は２に記載の運動補助装置において、
　前記足置き台は、前記使用者の両足を個別に配置可能となるように設けられた２つの足置き台のうちの一つであり、
　前記足部傾動装置により前記２つの足置き台は交互に傾動され、
　前記臀部揺動装置は、前記足部傾動装置により前記２つの足置き台のうちの一方を上下に１往復傾動させる度に、前記臀部支持部を２往復揺動させることを特徴とする運動補助装置。
　請求項１又は２に記載の運動補助装置において、
　前記足置き台は、前記使用者の両足を個別に配置可能となるように設けられた２つの足置き台のうちの一つであり、
　前記足部傾動装置により前記２つの足置き台は同時に傾動され、
　前記臀部揺動装置は、前記足部傾動装置により前記２つの足置き台を上下に１往復傾動させる度に、前記臀部支持部を１往復揺動させることを特徴とする運動補助装置。
　請求項１に記載の運動補助装置において、
　前記足部傾動装置及び前記臀部揺動装置は単一の駆動源にて構成されたことを特徴とする運動補助装置。
　請求項５に記載の運動補助装置において、
　前記足部傾動装置による前記足置き台の上下方向の傾動回数と前記臀部揺動装置による前記臀部支持部の前後方向の揺動回数とが前記駆動源からの駆動伝達経路に設けられたギヤ機構の減速比により設定されたことを特徴とする運動補助装置。
　請求項１に記載の運動補助装置は更に、
　前記臀部支持部に設けられ、該臀部支持部の高さを調整する高さ調整機構を備えることを特徴とする運動補助装置。
　請求項１に記載の運動補助装置は更に、
　前記臀部支持部に設けられ、前記使用者の臀部の支持角度を調整する角度調整機構を備えることを特徴とする運動補助装置。
　請求項１に記載の運動補助装置は更に、
　前記足置き台に設けられ、該足置き台に作用する荷重に抗する弾性部材を備えることを特徴とする運動補助装置。
　請求項１に記載の運動補助装置は更に、
　前記臀部支持部の揺動速度及び前記足置き台の傾動速度を前記使用者により変更可能な操作部を備えることを特徴とする運動補助装置。
　請求項１に記載の運動補助装置は更に、
　前記臀部支持部の揺動動作の動作量を調節可能な動作量調節機構を備えることを特徴とする運動補助装置。