JP2005319321A - Balance training apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、身体の賦活、運動機能の訓練や回復などの目的でバランス機能を訓練するために用いられるバランス訓練装置に関するものである。 The present invention relates to a balance training apparatus used for training a balance function for the purposes of activating a body, training and recovery of a motor function, and the like.
一般に、馬に乗った状態で落ちないようにバランスをとることはバランス保持の訓練になり、しかも腰背筋群の活性化を促して腰痛予防の訓練にもなることが知られている。しかしながら、馬に乗ることができる場所は限られている。そこで、場所や天候の制約を受けることなくバランス訓練を手軽に行うことができるように、馬に乗った状態と同様の動作を実現できる機械装置を用いることが考えられている。 In general, it is known that balancing so as not to fall while riding on a horse is training for maintaining balance, and also promoting exercise of the back and back muscles group to prevent back pain. However, the places where you can ride a horse are limited. Therefore, it is considered to use a mechanical device that can realize the same operation as that on a horse so that balance training can be easily performed without being restricted by a place or weather.
この種の機械装置(バランス訓練装置)には、6個の駆動源を備え、馬形の乗り物を6自由度で駆動するものが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。この構成では、乗り物を前後方向、左右方向、上下方向の直進往復移動と、前後軸、左右軸、上下軸の各軸回りの回転往復移動との6動作を組み合わせて揺動させることが可能であって、しかも6動作を個別に制御することができる。したがって、馬に乗った状態に近い揺動が可能である。 As this type of mechanical device (balance training device), there has been proposed a device that includes six driving sources and drives a horse-shaped vehicle with six degrees of freedom (see, for example, Patent Document 1). In this configuration, it is possible to swing the vehicle by combining six operations of the linear reciprocating movement in the front-rear direction, the left-right direction, and the up-down direction and the rotational reciprocating movement about the front-rear axis, the left-right axis, and the vertical axis. In addition, six operations can be individually controlled. Therefore, swinging that is close to the state of riding on a horse is possible.
しかしながら、上記公報に記載されたものは、6個の駆動源を備えるとともに各駆動源を個別に制御するから、各駆動源の動作のタイミング、速度、動作範囲などを個別に制御することになり、非常に複雑な制御が必要である。また、6個の駆動源が設けられているから、大型化しやすくかつコスト高になるという問題がある。この問題は上記公報に用いられている、いわゆる6自由度型シリアルロボットに限らず、構造が比較的簡単な6自由度型パラレルロボットを用いる場合も同様であって、6自由度型パラレルロボットでは構造が簡単ではあるものの構成部品が高コストであるから一層のコスト高を招くことになる。 However, what is described in the above publication includes six drive sources and controls each drive source individually, and therefore individually controls the operation timing, speed, operation range, etc. of each drive source. Very complex control is required. Further, since six drive sources are provided, there is a problem that the size is easily increased and the cost is increased. This problem is not limited to the so-called 6-degree-of-freedom serial robot used in the above publication, but also applies to a 6-degree-of-freedom parallel robot having a relatively simple structure. Although the structure is simple, the cost of the component parts is high, resulting in a further increase in cost.
そこで、本件発明者らは、前後方向の直進往復移動と左右軸回りの回転往復移動との駆動に1つの駆動源を用い、前後軸回りの回転往復移動の駆動に別の駆動源を用いたバランス訓練装置を先に提案した。つまり、座席を3自由度で揺動させることを可能とするバランス訓練装置であって、2個の駆動源を用いたものを提案した。
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、1個の駆動源のみを用いた比較的簡単な構成ながらも腰背筋群を偏りなく活性化することを可能としたバランス訓練装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and its purpose is a balance that enables the lumbar spine muscle group to be activated without bias in a relatively simple configuration using only one drive source. It is to provide a training device.
請求項1の発明は、人が着座する座席と、座席を揺動させる駆動装置とを備え、駆動装置は、前後方向の主回転軸を有する駆動源を有し、駆動源の主回転軸の回転力を2系統に分離するとともに一方の系統では前後方向および上下方向を含む第1平面内で座席を往復移動させ他方の系統では左右方向および上下方向を含む第2平面内で座席を往復移動させ、第1平面内の往復移動の周期を第2平面内の往復移動の周期とは異ならせたことを特徴とする。
The invention of
この構成によれば、前後方向を含む第1平面内での往復移動と左右方向を含む第2平面内での往復移動との周期を異ならせていることにより、両周期が一致している場合のように座席が直線的に移動することがなく、座席の位置が広範囲に変化するから、腰背筋群を偏りなく活性化することができる。 According to this configuration, when the periods of the reciprocating movement in the first plane including the front-rear direction and the reciprocating movement in the second plane including the left-right direction are different, the two periods coincide with each other. Thus, the seat does not move linearly and the position of the seat changes over a wide range, so that the lumbar spine muscle group can be activated without bias.
請求項2の発明では、請求項1の発明において、前記駆動装置は、第2平面内の往復移動の周期を第1平面内の往復移動の周期の2倍に設定していることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the driving device sets a period of reciprocating movement in the second plane to twice a period of reciprocating movement in the first plane. To do.
この構成によれば、前後方向を含む第1平面と左右方向を含む第2平面との各往復移動の周期を1:2としていることにより、台座を馬の常歩に似せて揺動させることが可能になる。 According to this configuration, the cycle of each reciprocation between the first plane including the front-rear direction and the second plane including the left-right direction is set to 1: 2, so that the pedestal can be swung to resemble a normal walk of a horse. Is possible.
請求項3の発明では、請求項1または請求項2の発明において、前記ベースと前記台座とに各一端部がそれぞれ回動可能に結合され台座の上面をベースに対して傾斜可能に支持するリンクを備えることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, each end is rotatably coupled to the base and the pedestal, and the link supports the upper surface of the pedestal so as to be inclined with respect to the base. It is characterized by providing.
この構成によれば、ベースと台座とにリンクの各一端部が回動可能に結合されているから、台座の上面が前後に傾斜できるように台座がベースに対して支持される。 According to this configuration, since each end of the link is rotatably coupled to the base and the pedestal, the pedestal is supported with respect to the base so that the upper surface of the pedestal can be tilted back and forth.
本発明の構成によれば、前後方向を含む第1平面内での往復移動と左右方向を含む第2平面内での往復移動との周期を異ならせていることにより、座席の位置が広範囲に変化するから、腰背筋群を偏りなく活性化することができるという利点を有する。 According to the configuration of the present invention, the cycle of the reciprocating movement in the first plane including the front-rear direction and the reciprocating movement in the second plane including the left-right direction are different, so that the position of the seat is wide. Since it changes, it has the advantage that the back and back muscle group can be activated without bias.
本実施形態を図1ないし図6に基づいて説明する。人が着席する座席1は鞍状に形成され、この座席1に跨る形で人が着座することになる。座席1は駆動装置2に設けた台座3の上に載置された形で固着される。
This embodiment will be described with reference to FIGS. A
駆動装置2は床上の定位置に固定されるベース4を備え、ベース4には前後に離間した一対の脚片5aを備える断面コ字状の取付板5が固定され、取付板5の両脚片5aを貫く形で前後方向に走る回動軸6が固定される。回動軸6の両端部は取付板5の両脚片5aの外側に突出しており、この突出した部分において回動軸6の両端部には軸受7を介して可動架台8が取り付けられる。したがって、可動架台8は回動軸6を回動中心として左右方向に回動可能になる。可動架台8には第1リンク9の一端部が軸着され、第1リンク9の他端部は上述した座席1を載置する台座3が軸着される。つまり、第1リンク9の両端部には可動架台8と台座3とが回動自在に連結される。第1リンク9と可動架台8および台座3とを連結する軸ピン10,11はそれぞれ回動軸6に直交する面内で互いに平行になるように配置される(図3、図4参照)。第1リンク9は左右一対設けられている。
The
一方、ベース4において可動架台8の前方(図1の左方)には、図6に示すように、左右一対の支持板12が立設され、両支持板12の間には左右方向に走る軸ピン13が架設される。この軸ピン13には下向きに開放されたコ字状の第2リンク14の両脚片14aの先端部が軸着される。つまり、第2リンク14は軸ピン13の回りで前後に回動可能になっている。第2リンク14の中央片14bの左右の中央部には自在接手としてのボールジョイント15を介して台座3が連結される。つまり、図5に示すように、ボールジョイント15は回動軸6を含みかつ左右方向に直交する面内に配置されることになる。ここで、第1リンク9を可動架台8に連結する軸ピン10と第2リンク14をベース4に連結する軸ピン13との距離は、第1リンク9を台座3に連結する軸ピン11と第2リンク14と台座3との間のボールジョイント15との距離よりも小さく設定されている。
On the other hand, as shown in FIG. 6, a pair of left and
しかして、図1に示す位置では台座3の上面がベース4の上面に平行であるものとし、この位置から軸ピン10の回りで第1リンク9を前方(図1の左方)に倒すようにすれば、第1リンク9は台座3の後部(図1の右部)を押し上げ、第2リンク14が倒れることによって台座3の前部が下がることになる。つまり、台座3は前方に移動しながら前端部を後端部よりも下げることになる。また、逆に図1の位置から第1リンク9を軸ピン10の回りで後方に倒すようにすれば、台座3は後方に移動しながら後端部を前端部よりも下げることになる。このように第1リンク9と第2リンク14との協働により、前後方向の直進と左右軸回りの回動とが可能になる。また、可動架台8は回動軸6の回りで左右に回動可能であって、第2リンク14の一端部(上端部)に設けたボールジョイント15によって台座3の左右の揺動範囲が制限されているから、台座3は可動架台8とともに前後軸(回動軸6)の回りで回動が可能になる。
Accordingly, the upper surface of the
上述のような構成によってベース4に対する移動方向が規制されている台座3を駆動するために、本実施形態では駆動源として1個のモータ16を用いる。可動架台8の上面には前後一対のモータ取付台17が固着され、前後のモータ取付台17の間にモータ16が配置されるとともに、ボルト18aおよびナット18bを用いてモータ16が固定される。また、モータ16の出力軸である主回転軸19はモータ16の両側に突出しており、各モータ取付台17にそれぞれ保持された軸受20により主回転軸19が回転自在に保持される。また、主回転軸19の各一端部にはそれぞれウォーム21,22が設けられ、各ウォーム21,22にはウォームホイール23,24が噛合する。ウォームホイール23,24は軸ピン10,11と平行なシャフト25,26に取り付けられており、シャフト25の一端部には第1クランク27が連結され、シャフト26の一端部には第2クランク28が連結される。各シャフト26はモータ取付台17に固着された軸受29により回動自在に保持される。ここで、主回転軸19の後部に設けたウォーム21に噛合するウォームホイール23を介してモータ16の回転が伝達される第1クランク27は可動架台8の左側に配置され、主回転軸19の前部に設けたウォーム22に噛合するウォームホイール24を介してモータ16の回転が伝達される第2クランク28は可動架台8の右側に配置されている。ただし、このような配置関係は必須というわけではない。
In order to drive the
第1クランク27には第1ロッド30の一端部が回動自在に連結され、第1ロッド30の他端部は軸ピン11によって第1リンク9と同じ部位で台座3に連結される。つまり、第1クランク27が回転すると第1リンク9は軸ピン10の回りで前後に回動するから、台座3が前後に移動するとともに台座3の上面を傾斜させることが可能になる。ここにおいて、本実施形態では、第1リンク9の回動範囲を図1にφ1で示す範囲としてある。このとき第2リンク14は図1にφ2で示す範囲で回動する。
One end of the
一方、第2クランク28には第2ロッド31の一端部が回動自在に連結され、第2ロッド31の他端部は自在接手としてのボールジョイント32を介してベース4に連結される。つまり、第2クランク28が回転すれば第2クランク28の回転中心からベース4までの距離が変化し、可動架台8が回動軸6の回りに回動することになる。言い換えると、第2クランク28の回転により台座3が前後軸(回動軸6)の回りで回転往復移動することになる。ここにおいて、第2クランク28の一端部はボールジョイント32を介してベース4に連結されているから、可動架台8の回動軸6の回りでの揺動が許容されることになる。
On the other hand, one end of a
以上説明したように、上述した本実施形態の構成によって、駆動源として1個のモータ16を用いるだけで、前後方向の直進往復移動と、前後軸回りでの回転往復移動(ロール)と、左右軸回りでの回転往復移動(ピッチ)との3自由度で台座3を揺動させることができるのである。
As described above, according to the configuration of the present embodiment described above, by using only one
ところで、本実施形態は馬の歩様のうち常歩を模擬するように構成されている。実際の常歩での鞍の揺動は厳密には3自由度ではないが、上述した前後方向の直進移動と前後軸回りの回転移動と左右軸回りの回転移動との成分がもっとも大きいことが実験結果からわかっており、上述した3自由度の往復移動によって常歩をかなりの程度まで模擬できるという知見が得られている。とくにバランス訓練を目的とする場合には、このような揺動で十分な効果が得られる。一方、実際の常歩では前後方向の直進移動と前後軸回りの回転移動と左右軸回りの回転移動との各成分の周期について、図7に示すように、前後方向の直進往復移動(1)および左右軸回りの回転往復移動(2)の周期に対して、前後軸回りの回転往復移動(3)の周期が2倍になるという知見が得られている。これは、馬の歩様のうち常歩(並足)は、馬が四肢を別々に右後ろ、右前、左後ろ、左前というように動かすからである。 By the way, this embodiment is configured to simulate normal walking among horses. Although the actual swinging of the kite in normal walking is not strictly three degrees of freedom, the components of the above-mentioned linear movement in the front-rear direction, rotational movement about the front-rear axis, and rotational movement about the left-right axis are the largest. It is known from the experimental results, and the knowledge that normal walking can be simulated to a considerable extent by the above-described three-degree-of-freedom reciprocation is obtained. Especially for the purpose of balance training, a sufficient effect can be obtained by such swinging. On the other hand, in the actual normal walking, as shown in FIG. 7, with respect to the period of each component of the linear movement in the front-rear direction, the rotational movement about the front-rear axis, and the rotational movement about the left-right axis, as shown in FIG. Further, it has been found that the period of the rotational reciprocating movement (3) around the front-rear axis is twice as long as the period of the rotational reciprocating movement (2) around the left and right axes. This is because the normal walking (normal walking) of the horse's gait causes the horse to move the limbs separately to the right rear, right front, left rear, and left front.
そこで、本実施形態では、前後方向の直進往復移動および左右軸回りの回転往復移動の周期を決める第1クランク27の回転数を、前後軸回りの回転往復移動の周期を決める第2クランク28の回転数の2倍に設定してあり、この設定により常歩と同様の関係で台座3を揺動させることが可能になっている。なお、本実施形態の構成では各成分の位相関係はあらかじめ機械的に調整される。つまり、3つの成分のいずれについても往復移動の中心が一致するように調整される。
Therefore, in the present embodiment, the number of rotations of the first crank 27 that determines the period of rectilinear reciprocation in the front-rear direction and the rotation reciprocation around the left-right axis is set as the rotation speed of the second crank 28 that determines the period of rotation reciprocation around the front-rear axis. The rotational speed is set to twice, and this setting allows the
1 座席
2 駆動装置
3 台座
4 ベース
16 モータ(駆動源)
19 主回転軸
1
19 Main rotation axis
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