JP5032883B2

JP5032883B2 - 運動補助装置

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Publication number: JP5032883B2
Application number: JP2007128505A
Authority: JP
Inventors: 葉一四宮; 尚久小澤; 百合貢豊海; 実河本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-05-14
Filing date: 2007-05-14
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2027-05-14
Also published as: EP2147700A4; US20100234196A1; KR101172323B1; TW200934555A; KR20090130257A; US7931573B2; WO2008140068A1; TWI355953B; CN101678226B; JP2008279206A; EP2147700A1; CN101678226A

Description

本発明は、使用者の足裏を足置き面に載せるとともに使用者の臀部をシート部で支持した状態において駆動源を用いてシート部を変位させることにより使用者の脚部に作用する自重を変化させる他動式の運動補助装置に関するものである。

従来から、使用者の足裏を足置き面に載せるとともにシート部を設けて使用者の臀部を接触面で支持した状態においてシート部を変位させることによって、膝の屈伸をほとんど行うことなく大腿部の筋群を緊張・弛緩させる運動補助装置が提案されている（たとえば、特許文献１、２参照）。この運動補助装置は、シート部の位置を変位させ、使用者の体重のうちシート部で支持する割合を変化させることにより、脚部に作用する自重を変化させている。

このような動作によって、使用者の脚部に全体重を作用させる場合よりも負荷を軽減するとともに、膝の屈伸をほとんど伴わずに大腿部の筋収縮を行うことによって、たとえば糖尿病患者のように膝痛を持つ使用者でも大腿部の筋群の強化が可能になり、しかも、大腿部の筋群は体積が大きいから、筋収縮に伴う糖代謝によって生活習慣病の改善にも寄与することが期待される。さらに、駆動源を用いてシート部を変位させることにより、使用者は自発的に筋力を発揮することなく他動的に運動することができるから、軽負荷であることとあいまって運動能力の低い使用者でも使用することが可能になる。
特開２００５−５８７３３号公報特開２００７−８９６５０号公報

ところで、上述した構成を有する運動補助装置は、膝の屈伸をほとんど伴わずに脚部に作用する自重の変化によって大腿部の筋群を緊張・弛緩させるものであるから、運動を効果的に行うには、膝の曲げ角度が重要な因子になる。スクワット運動から容易に類推できるように、膝の曲げ角度に応じて大腿部の筋群に作用する負荷が変化する。また、膝痛を持つ使用者では膝をある程度曲げたときに膝に荷重が作用すると痛みを生じることが多く、この種の使用者でも使用可能とするには曲げ角度を制限しなければならない。

現状では、膝の曲げ角度（実測は膝の前面側で大腿部と下腿部とがなす角度）を１４０度とすると、運動効果が高く膝痛が生じにくいという実験結果が得られており、この角度を適正角度に定めている。

特許文献２では、膝の曲げ角度が適正角度となるように、シート部の位置調節を可能とする構成が記載されている。膝の曲げ角度が適正角度になるときのシート部の位置は、使用者の体格によって異なるから、特許文献２には、シート部の位置調節を行う技術として、使用者の身長や体重のような体格を複数段階に区分し、各区分を指定することによってシート部の位置を段階的に調節する技術と、シート部の移動方向を指定してシート部の位置を連続的に調節する技術とが記載されている。

前者の技術は、使用者自身の体格の範囲を選択するだけでシート部の位置が適正位置に調節されるから利便性が高いという利点がある反面、身長や体重の範囲を指定するだけであるから、個人差に応じた調節ができず、脚長が想定している標準値とは大幅に異なる使用者では、膝の曲げ角度が適正角度にならない場合が生じる。

一方、後者の技術では、シート部の位置を連続的に調節することができるから、使用者の脚長によらず膝の曲げ角度を適正角度に調節することが可能である。また、表示手段を併用することにより身長あるいは体重の範囲を示しているから、使用者自身の体格付近でシート部の位置を調節することにより、使用者の体格にかかわらず膝の曲げ角度が適正角度になるようにシート部の位置を調節することができる。

しかしながら、複数人の使用者が次々に使用する場合において使用者の体格差が大きいときには、表示手段の表示を目安にしてシート部の位置を連続的に調節しなければならず、膝の曲げ角度が適正角度になるようにシート部の位置を調節するまでの作業時間が長くなってしまうことがある。

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、使用者の体格を目安にして膝の曲げ角度が適正角度になるようにシート部の位置を段階的に調節可能としながらも個人差に応じた調節を可能とした運動補助装置を提供することにある。

請求項１の発明は、使用者が規定の足置き面に足裏を載せている状態で使用者の臀部を接触面で支持するシート部と、使用者の脚部に作用する自重が変化するように駆動源を用いてシート部を変位させるシート駆動部と、基準位置に位置するシート部に使用者が臀部を載せるとともに足置き面の規定位置に使用者が足裏を載せている状態において使用者の膝の曲げ角度を規定角度とするためにシート部の接触面の位置を調節する昇降機構部と、昇降機構部により調節されるシート部の接触面の位置を指示する操作部と、操作部の指示内容に応じて昇降機構部を制御することによりシート部の位置を調節する昇降制御部とを備え、操作部は、使用者の体格を複数に分類した体格区分を選択する複数個の体格指定部と、シート部を移動させる向きを指示する移動方向指示部とを備え、昇降制御部は、体格指定部により指定される各体格区分にシート部の接触面の位置に相当する昇降機構部の位置を対応付けたデータ記憶部と、体格指定部により選択された体格区分をデータ記憶部に照合して取得した位置に昇降機構部を移動させる位置調節部と、移動方向指示部により移動が指示されている間に指示された向きに昇降機構部を移動させる位置修正部と、昇降機構部の位置を記憶する位置記憶部とを備え、操作部は、昇降機構部によるシート部の位置調節の終了を昇降制御部に指示する確定指示部を有し、確定指示部が操作されたときの昇降機構部の位置を位置記憶部に記憶させ、昇降制御部は、確定指示部が操作される前まではシート駆動部によるシート部の変位を禁止し、確定指示部が操作された後には昇降機構部の移動を禁止するとともにシート駆動部によるシート部の変位を許可することを特徴とする。

請求項２の発明は、使用者が規定の足置き面に足裏を載せている状態で使用者の臀部を接触面で支持するシート部と、使用者の脚部に作用する自重が変化するように駆動源を用いてシート部を変位させるシート駆動部と、基準位置に位置するシート部に使用者が臀部を載せるとともに足置き面の規定位置に使用者が足裏を載せている状態において使用者の膝の曲げ角度を規定角度とするためにシート部の接触面の位置を調節する昇降機構部と、昇降機構部により調節されるシート部の接触面の位置を指示する操作部と、操作部の指示内容に応じて昇降機構部を制御することによりシート部の位置を調節する昇降制御部とを備え、操作部は、使用者の体格を複数に分類した体格区分を選択する複数個の体格指定部と、シート部を移動させる向きを指示する移動方向指示部とを備え、昇降制御部は、体格指定部により指定される各体格区分にシート部の接触面の位置に相当する昇降機構部の位置を対応付けたデータ記憶部と、体格指定部により選択された体格区分をデータ記憶部に照合して取得した位置に昇降機構部を移動させる位置調節部と、移動方向指示部により移動が指示されている間に指示された向きに昇降機構部を移動させる位置修正部と、昇降機構部の位置を記憶する位置記憶部と、シート部と足置き面との少なくとも一方に作用する荷重を検出する荷重センサと、基準位置に位置するシート部に使用者が臀部を載せるとともに足置き面の規定位置に使用者が足裏を載せている状態において膝の曲げ角度が規定角度となったときの荷重センサの出力値を記憶する適正荷重記憶部とを備え、操作部は、昇降機構部によるシート部の位置調節の終了を昇降制御部に指示する確定指示部を有し、確定指示部が操作されたときの昇降機構部の位置を位置記憶部に記憶させ、昇降制御部は、昇降機構部を移動させる間に荷重センサの出力値が当該使用者について適正荷重記憶部の記憶値に一致する前まではシート駆動部によるシート部の変位を禁止し、一致した後には昇降機構部の移動を停止させるとともにシート駆動部によるシート部の変位を許可することを特徴とする。

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、前記操作部は、昇降機構部を位置記憶部に記憶した位置に位置させるように指示する前回位置指示部を備えることを特徴とする。

請求項４の発明では、請求項３の発明において、前記位置記憶部は複数人分について前記昇降機構部の位置を記憶する記憶領域を備え、前記前回位置指示部は位置記憶部の各記憶領域に格納された位置を選択して昇降機構部の位置を指示する個人選択部を備えることを特徴とする。

請求項５の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明において、前記昇降機構部は、前記シート部の前記接触面の位置に相当する位置を検出する位置センサを備え、前記位置調節部は、前記操作部により指示された位置を目標位置とし、昇降機構部を移動させている間に位置センサにより検出される位置が目標位置に達すると昇降機構部を停止させることを特徴とする。

請求項１、２の発明の構成によれば、使用者の体格を複数に分類した体格区分を選択する複数個の体格指定部と、シート部を移動させる向きを指示する移動方向指示部とを操作部に設け、体格指定部により指定された各体格区分に対応付けた位置に昇降機構部を移動させる位置調節部と、移動方向指示部により移動が指示されている間に指示された向きに昇降機構部を移動させる位置修正部と昇降制御部に設けているから、体格指定部で指定した体格区分に応じて昇降機構部の位置を段階的に指定することで、使用者の体格を目安として使用者の膝の曲げ角度が適正角度に近くなる位置にシート部を位置させることができ、さらに移動方向指示部で昇降機構部を移動させる方向を指示することで、使用者の膝の曲げ角度が適正角度になるようにシート部の位置を微調節することができる。つまり、使用者の体格を目安にしてシート部の位置をおおまかに合わせた後に、使用者自身の体格に適合するようにシート部の位置を正確に合わせることができる。その結果、シート部の位置合わせを迅速かつ正確に行うことが可能になる。

とくに、請求項１の発明の構成によれば、確定指示部によりシート部の位置を確定するまではシート駆動部によるシート部の変位を禁止しているから、使用者がシート部を適正位置に調節した後でなければシート駆動部を変位させることによる運動が行われず、膝の曲げ角度を適正角度に調節している途中で不用意に運動が開始されてしまうのを防止することができる。さらに、確定指定部は、シート部における高さ調節の動作と運動時の動作との切替の機能と、高さ位置を位置記憶部に記憶させるトリガとしての機能との２機能を備える。

また、請求項２の発明の構成によれば、昇降機構部を移動させているときに、荷重センサにより計測した荷重が適正荷重記憶部に記憶した荷重に一致したときに、膝の曲げ角度が適正角度になったと判断し、昇降機構部の移動を停止させるとともにシート部の変位を許可するから、移動方向指示部の操作によりシート部の位置を微調節している間に膝の曲げ角度が適正角度になればシート部の移動が自動的に停止する。すなわち、膝の曲げ角度が適正角度であるか否かを計測する必要がなく使い勝手が向上する。さらに、確定指定部は、昇降機構部によるシート部の位置調節の終了を昇降制御部に指示する機能と、高さ位置を位置記憶部に記憶させるトリガとしての機能との２機能を備える。

請求項３の発明の構成によれば、運動を開始した時点の昇降機構部の位置を記憶し、次の運動時にその位置を利用することができるから、運動毎にシート部の位置合わせをする必要がなく使い勝手が向上する。

請求項４の発明の構成によれば、複数人について運動を開始した時点の昇降機構部の位置を記憶し、次の運動時にその位置を利用することができるから、複数人で利用する場合でも各使用者が自身の位置を選択するだけでよく、シート部の位置合わせをする必要がなく使い勝手が向上する。

請求項５の発明の構成によれば、昇降機構部に位置センサを設け、昇降機構部の移動中に位置センサで検出した位置が目標位置に達したときに昇降機構部を停止させるから、シート部の位置を目標位置に正確に位置合わせすることができる。

本実施形態は、図２、図３に示すように、床などの定位置に置かれる基台１０を有し、基台１０の上には、使用者Ｍの臀部を支持するシート部２１を上端部に備えたシート支持台２０と、使用者Ｍが必要に応じて手で把持するハンドル３１を上端部に備えたハンドルポスト３０とが設けられる。基台１０においてシート支持台２０とハンドルポスト３０との間の部位には、上面を足置き面４０ａとする足台４０が設けられている。足台４０は使用者Ｍが足裏を足置き面４０ａに載せることによって足位置を規制するものである。

シート支持台２０には、シート部２１を揺動させるシート駆動部５０と、シート部３１とシート駆動部５０とを基台１０に対して昇降させる昇降機構部６０とが設けられる。シート駆動部５０および昇降機構部６０の構成については後述する。

シート駆動部５０は、シート部２１の接触面２１ａに臀部を載せるとともに足台４０の足置き面４０ａに足裏を載せた状態の使用者Ｍに対して、駆動源を用いてシート部２１を揺動させ臀部の位置を変化させることにより、使用者Ｍの脚に作用する自重を変化させる。つまり、使用者Ｍの体重を臀部と脚部とに分散して支持している状態において、臀部の位置を変化させることにより臀部で支持する自重を増減させ、結果的に脚部に作用する自重を変化させる。

ここで、膝を所定角度だけ曲げていると、シート部２１で体重を支持する割合が減少したときに、スクワット運動を行って膝を曲げているときと同様に、使用者Ｍの大腿部に作用する負荷が増加し、大腿部の筋群を筋収縮させることが可能になる。つまり、シート部２１を駆動源により揺動させると、使用者Ｍの自発的な運動ではない他動的な運動によって大腿部の筋群が緊張と弛緩とを繰り返すことになる。すなわち、シート駆動部５０がシート部２１を揺動させることにより、主として大腿部の筋群の運動が可能になる。

シート部２１の揺動方向は、膝関節に剪断力が作用しないように設定しておくことが望ましい。使用者Ｍの臀部をシート部２１の接触面２１ａで支持している状態において、使用者Ｍの足は、図３のように、爪先側の距離が踵側の距離よりも大きくなるのが自然な姿勢であり、両足間の開き角度θ２は足台４０に足を載せる位置で決めることができる。そこで、足台４０に足を載せたときの各足の踵と爪先とを結ぶ中心線に沿う方向にシート部２１を揺動させることによって、膝関節に剪断力を作用させずに運動させることが可能になる。つまり、シート部２１が揺動範囲において後端位置から前方に移動する際に、斜め右前方に移動する期間と斜め左前方に移動する期間とを設けることにより、膝関節に剪断力を作用させることなく左右の脚の大腿部にそれぞれ自重を作用させることが可能になる。

なお、図２に示す例では、シート部２１の上面である接触面２１ａは略水平面であるが、使用者Ｍの脚部に作用する自重を変化させることによって大腿部の筋群の筋収縮を誘発する運動を行うから、使用者Ｍの臀部に接触する接触面２１ａはシート部２１が揺動する方向での前方に向かって下り傾斜していることが望ましい。つまり、シート部２１の前端部であって使用者Ｍの右臀部を支持する部位は斜め右前方に下り傾斜し、使用者Ｍの左臀部を支持する部位は斜め左前方に下り傾斜していることが望ましい。このような形状であると、シート部２１が揺動範囲の後端位置から前方に移動したときに、脚部に作用する自重を増加させやすくなり、運動効果を高めることができる。

ハンドルポスト３０の上端部には、ハンドル３１の中央部において操作表示装置３２が設けられ、操作表示装置３２において、シート駆動部５０や昇降機構部６０の動作に関する指示操作、あるいは運動量の目安に関する表示などが行われる。なお、ハンドル３１を把持すれば、使用者Ｍの上体の位置を安定させることができる。

ハンドル支持台２０の構造について、さらに詳しく説明する。図４に示すように、ハンドル支持台２０は、基台１０に立設された中空の支持部２２を有し、支持部２２の内部には昇降機構部６０の下端部が収納される。昇降機構部６０は、支柱部２２に対して摺動可能に昇降する昇降ベース６１を有しており、昇降ベース６１の上端部にシート駆動部５０が搭載される。したがって、シート駆動部５０はシート部２１とともに基台１０に対して移動可能になる。

ここに、支柱部２２の中心線は直線であって上下方向に対して後傾しており（つまり、後方に向かって上り傾斜しており）、昇降ベース６１が支柱部２２内を摺動することによって、シート部２１の接触面２１ａは、上下方向に対して支柱部２２の中心線に沿った一直線上で位置調節が可能になる。言い換えると、シート部２１の接触面２１ａは、上下方向において位置調節すると同時に左右方向において位置調節され、かつ上方に位置するほど後方に位置することになる。支柱部２２の中心線が基台１０に対してなす角度については後述する。

ところで、昇降ベース６１は、駆動モータ６３を備える昇降駆動部６２により昇降駆動される。昇降駆動部６２は昇降ベース６１とともに昇降機構部６０を構成する。昇降駆動部６２としては、駆動モータ６３に加えて、基台１０に固定される柱状の固定部材６４と、固定部材６４に螺合するボールねじを備えた可動部材６５とを備え、駆動モータ６３の回転を減速して可動部材６５を回転させることにより、可動部材６５を固定部材６４に対して進退させる構成を採用している。昇降ベース６１は、可動部材６５の上端部に取り付けられ、可動部材６５が固定部材６４に対して進退するのに伴って昇降する。

昇降ベース６１は、シート駆動部５０を搭載する台座６１ａを備え、台座６１ａの下面には一対のガイド板６１ｂが設けられている。昇降駆動部６２における可動部材６５の上端部は台座６１ａの下面側に結合される。また、各ガイド板６１ｂの外側面にはローラ６１ｃが取り付けられており、支柱部２２の内側に設けたレール部２２ａでローラ６１ｃを案内することにより、昇降ベース６１を支柱部２２に対して滑らかに移動させることができる。なお、固定部材６４に対する可動部材６５の進退量を検出する位置センサ６８を備え、位置センサ６８での検出値を表示操作装置３２からの入力に応じて指示された目標値に一致させるように駆動モータ６３の回転を制御する構成を備えている。この構成については後述する。

昇降ベース６１の台座６１ａには、筒状の昇降カバー６６が取付けられる。昇降カバー６６の下端部は、昇降駆動部６２が伸縮する範囲において支柱部２２の外側面に重複し、このことによって昇降駆動部６２が最大に伸長した状態でも昇降ベース６１が外部に露出しないようにしてある。また、昇降ベース６１の台座６１ａには、布状の柔軟材料で形成された機構部カバー６７も取り付けられる。機構部カバー６７は、台座６１ａとシート部２１との間を覆うことにより、シート駆動部５０の外部への露出を防止する。

次に、シート駆動部５０について、図５および図６を用いて説明する。シート駆動部５０は、昇降ベース６１の台座６１ａとともにシート部２１を揺動させる機構を構成するものであり、台座６１ａの上面に立設した前後一対の軸支板５１ａ，５１ｂと軸部５２ａ，５２ｂで軸着される。前後の軸部５２ａ，５２ｂは同軸上に配置してあり、シート駆動部５０が軸部５２ａ，５２ｂの回りに回動することにより、シート駆動部５０に結合されたシート部２１の左右方向（図４に矢印Ｎで示す方向）の揺動が可能になっている。

シート駆動部５０は、前後一対のフレーム板５３ａ，５３ｂを備え、両フレーム板５３ａ，５３ｂは左右一対のフレーム側板５４ａ，５４ｂを介して結合される。両フレーム側板５４ａ，５４ｂには、左右方向の軸周りに回動する前リンク５５と後リンク５６との下端部が軸部５５ａ，５６ａで軸着されており、前リンク５５と後リンク５６との上端部は軸部５５ｂ，５６ｂで台板５７に軸着される。ここに、後リンク５６の上端部は台板５７に直接軸着されるのではなく台座５７に固定した軸受板５７ａに軸着される。

台板５７の前端部は軸部５５ａを中心とする円弧上を移動し、台板５７の後端部は軸部５６ａを中心とする円弧上を移動するように、台板５７の移動範囲が規制されている。ここで、後リンク５６は前リンク５５よりも長寸に形成してあり、台板５７の前端部と後端部との回転半径が異なることにより、台板５７は前後に移動するのに伴って上面の傾斜角度を変化させることになる。具体的には、図６の位置を前後方向の移動範囲の後端位置とすると、前方への移動に伴って台板５７の前端部が後端部に対して相対的に下降して上面の傾斜角度が大きくなる。逆に、前端位置から後方に移動するときには、台板５７の前端部が後端部に対して相対的に上昇して上面の傾斜角度が小さくなる。つまり、シート部２１の前後方向（図４に矢印Ｘで示す方向）の移動が可能になる。図４には直線移動として示しているが、実際には前後方向の傾斜角度が変化するから、前後方向の直進移動と回転移動とを複合した変位になる。

台板６１ａに対して台板５７を揺動させるための駆動源であるモータ７１は両フレーム側板５４ａ，５４ｂにより保持される。また、モータ７１は出力軸が上向きに突出するように縦置きされる。モータ７１の出力軸にはウォーム７２が結合される。フレーム側板５４ａ，５４ｂには第１シャフト７３と第２シャフト７４とが支承されており、第１シャフト７３にはウォーム７２に噛合するウォームホイール７５が設けられる。第１シャフト７３にはギア７６も設けられ、ギア７６は第２シャフト７４に設けられたギア７７に噛合する。

第１シャフト７３の両端部には、第１シャフト７３とともに回転する偏心クランク７８がそれぞれ取り付けられる。各偏心クランク７８にはそれぞれアームリンク７９の一端部が軸着され、各アームリンク７９の他端部は前リンク５５の左右に突設された軸ピン５５ｃにそれぞれ軸着される。

この構成により、モータ７１が回転し第１シャフト７３が回転すると、偏心クランク７８およびアームリンク７９によって前リンク５５が軸部５５ａの周りで前後方向に往復移動し、台板５７の前部が軸部５５ａの周りで前後方向（図４に矢印Ｘで示す方向）に揺動する。また、後リンク５６が軸部５６ａの周りで回転するから、台板５７は前後方向の移動に伴って上面の傾斜角度を変化させることになる。

一方、第２シャフト７４の一端部には、偏心ピン７４ａが立設されており、偏心ピン７４ａには偏心ロッド８０の一端部が軸着される。偏心ロッド８０の他端部は、台座６１ａに取付けられた連結金具８１に揺動自在に連結されている。ピン７４ａおよび偏心ロッド８０は、シート駆動部５０の左右どちらに設けてもよい。

この構成により、モータ７１が回転し第１シャフト７３を介して第２シャフト７４が回転すると、ピン７４ａおよび偏心ロッド８０によって、偏心ピン７４ａの台座６１ａに対する高さ位置が変化し、結果的に台板５７が軸部５２ａ，５２ｂの周りで左右（図４に矢印Ｎで示す方向）に揺動する。

なお、モータ７１には直流ブラシレスモータなどを用いており、駆動モータ６３にも直流モータを用いる。ここに、モータ６３はフレーム板５３ａ，５３ｂとフレーム側板５４ａ，５４ｂと台座６１ａと台板５７とに囲まれた空間に配置され、ギア７５〜７７も同空間に配置されているから、シート駆動部５０がコンパクトになっている。

シート駆動部５０は、基本的にはシート部２１を右前下方と左前下方とに移動させる。ただし、上述した構成では、ギア７６，７７のギア比および偏心クランク７８と偏心ピン７４ａとの位相差を適宜に設定することにより、シート部２１の移動軌跡をＶ字状（左右１回の往復移動の間に前後２回往復）とするほか、Ｗ字状（左右１回の往復移動の間に前後４回往復）、８の字状（左右１回の往復移動の間に前後２回往復で後端位置が左右に偏っている軌跡）などとすることが可能である。

駆動モータ６３およびモータ７１の運転・停止は操作表示装置３２の操作により指示される。すなわち、操作表示装置３２には、モータ７１の運転・停止の指示およびモータ７１の回転速度の指示を行う操作部が設けられ、運動時間や運動強度を指定することができる。また、膝の曲げ角度θが適正角度になるように、シート部２１を昇降させる操作部が設けられている。操作表示装置３２に設けた操作部および表示部と、モータ７１および駆動モータ６３の動作との関連付けは図示しない制御回路部において行っている。

ところで、上述した運動補助装置では、膝痛を持つ使用者Ｍでも膝痛を生じることなく大腿部の筋群の筋収縮を促すためには、膝の曲げ角度θを適正角度に保つことが必要である。つまり、スクワット運動においてあらかじめ膝を所定の角度に曲げた状態で大腿部に作用する自重を変化させるかのような運動であって、使用時には足台４０に足を載せることで足の位置は固定になり、また大腿部に作用する負荷を高めるには膝関節と足関節とを鉛直方向に一致させることが望ましいから、これらの制約条件から、膝の曲げ角度θは、シート部２１の位置により決まることになる。ただし、脚部の寸法には個人差があり、とくに使用者Ｍの身長によって大きく異なる。

上述したようにシート部２１の高さ位置は昇降機構部６０により調節可能であり、また昇降機構部６０は、シート部２１を基台１０に対して後傾する一直線上で移動させることによって、シート部２１の接触面２１ａが上方に移動するほど後方に位置するように位置調節を行っている。

以下では、表示操作装置３２に設けた操作部の操作と、昇降機構部６０の駆動源である駆動モータ６３およびシート駆動部５０の駆動源であるモータ７１の制御との関係について説明する。操作表示装置３２は、図１に示すように、体格を複数に分類した体格区分を指定する体格指定部８１と、シート部３１を移動させる向きを支持する移動方向指示部８２とを備える。

体格指定部８１は、複数個（図示例では、５個）の押釦を備え、各押釦が体格区分に対応付けられている。図示例では体格として脚長に関連すると考えられる身長を用い、１４０〜１８９ｃｍの身長を１０ｃｍずつ５区分に分類している。体格指示部８１を構成する押釦はどれが選択されたかを示す表示灯を内蔵することが望ましい。また、移動方向指示部８２は、上向きと下向きとの向きを指定する２個の押釦を備える。さらに、体格区分には体重を用いたり、身長と体重とを組み合わせて用いたりすることも可能である。

表示操作装置３２には、シート部３１の位置調節の終了を指示する確定指示部８３となる押釦と、電源のオンオフを指示する電源スイッチ８４となる押釦も設けられている。

体格指示部８１と移動方向指示部８２と確定指示部８３とは、昇降機構部６０を制御する昇降制御部８０に接続されている。昇降制御部８０は、マイクロコンピュータを主構成とする電気回路であり、表示操作装置３２の操作部による指示内容に応じて、駆動モータ６３を制御するとともにモータ７１の運転の許可と禁止とを制御する。

具体的には、昇降制御部８０には、体格指定部８１で選択される体格区分ごとに昇降機構部６０の位置を対応付けたデータ記憶部８５と、体格指定部８１で体格区分が選択されたときに当該体格区分に対応する位置をデータ記憶部８５から読み出して駆動モータ６３を駆動する位置調節部８６とを備える。位置調節部８６では、昇降機構部６０に付設した位置センサ６８で検出した位置（シート部２１の接触面２１ａの位置に相当する）が、データ記憶部８５から読み出した位置に一致するように駆動モータ６３を駆動する。言い換えると、操作部の操作によりデータ記憶部８５から読み出した位置を目標位置とし、駆動モータ６３を運転している間に位置センサ６８で検出される位置が目標位置に一致すると駆動モータ６３を停止させることにより、昇降機構部６０の位置を体格区分に応じた位置に合わせることができるのである。

位置センサ６８は、どのような構成のものでもよいが、駆動モータ６３の回転量を検出するロータリエンコーダ、昇降機構部６０における昇降ベース６１までの距離を定位置から計測する距離センサ、固定部材６４に対する可動部材６５の進退量を直接検出する差動トランスなどを用いることができる。また、位置センサ６８を設けずに駆動モータ６３の回転量を負荷電流の変化などから検出することにより、昇降機構部６０の位置を検出することも可能である。

昇降制御部８０には、移動方向指示部８２の押釦を押操作している間に駆動モータ６３を回転させる位置修正部８７が設けられる。位置修正部８７は、体格指定部８１で選択された体格区分に応じてデータ記憶部８５から読み出した昇降機構部６０の位置を微調節するために設けられており、移動方向指示部８２で指示された方向に昇降機構部６０が移動するように駆動モータ６３を低速で回転させる。なお、移動方向指示部８２は押釦の押操作を止めると駆動モータ６３が停止する。

移動方向指示部８２による昇降機構部６０の調節範囲には、とくに制限を設けなくてもよいが、隣接する体格区分に対応した位置の範囲内とするのが望ましい。たとえば、身長が１５０〜１５９ｃｍの体格区分を選択しているときには、昇降機構部６０の移動範囲を、体格区分が１４０〜１４９ｃｍである位置と体格区分が１６０〜１６９ｃｍである位置との間とするのが望ましい。この設定であれば、体格指示部８１で体格区分を選択することによってシート部２１の位置をおおまかに設定した後、移動方向指示部８２によってシート部２１の位置を微調節することでシート部２１を適正位置に調節するという意味付けが明確になる。

シート部２１の適正位置は、使用者Ｍの膝の曲げ角度θが適正角度になる位置を意味しており、移動方向指示部８２の操作の際には膝の曲げ角度θが適正角度になったか否かを計測する必要がある。そこで、図７に示す形状の膝角度定規９０を用いて膝の曲げ角度θを計測する。膝角度定規９０は側面視でく字状に形成されており、大腿部の前面に当接させる大腿部片９１と下腿部の前面に当接させる下腿部片９２とを連続一体に備える。

大腿部片９１と下腿部片９２とには、それぞれ長手方向の２箇所に大腿部あるいは下腿部に当接する当接部９１ａ，９２ａが形成されている。各当接部９１ａ，９２ａの先端面は大腿部片９１あるいは下腿部片９２の長手方向に沿った平面であって、大腿部片９１の２個の当接部９１ａは一つの平面上に位置し、下腿部片９２の２個の当接部９２ａは別の一つの平面上に位置する。そして、両平面の交差角度が膝の曲げ角度θの適正角度に設定されている。

大腿部片９１と下腿部片９２との交差部位の内側（膝の前面に対向する部位）には、膝角度定規９０を脚に当てたときに膝の前面が膝角度定規９０に接触するのを避けるために、逃がし凹部９３が形成されている。

このような膝角度定規９０を膝を中心とした脚部に当てると、膝の曲げ角度θが適正角度であるときに、大腿部片９１の２個の当接部９１ａと下腿部片９２の２個の当接部９２ａとがそれぞれ大腿部の前面と下腿部の前面とに接触するから、この状態になるように膝の曲げ角度θを調節すれば、膝の曲げ角度θが適正角度になったことを知ることができる。

したがって、使用者Ｍは、まず体格指定部８１で自身の体格区分を選択することによってシート部２１の位置をおおまかに設定し、次にシート部２１に着座した状態で、たとえば膝角度定規９０の下腿部９２に設けた２個の当接部９２ａを下腿部前面に接触させ、移動方向指示部８２を用いてシート部２１の位置を微調節する。この間に大腿部片９１に設けた２個の当接部９１ａが大腿部前面に接触すれば、膝の曲げ角度θが適正角度になっているから、移動方向指示部９２によるシート部２１の移動を停止する。このような方法により、使用者Ｍの個人差に応じてシート部２１の位置を適正位置に合わせることができる。

ところで、上述のようにシート部２１の位置を調節している間には、シート部２１が駆動されると不都合であるから、シート部２１の位置を調節している間にはシート部２１の駆動を禁止し、逆にシート部２１の駆動を開始した後には位置の調節を禁止するのが望ましい。昇降制御部８０では、表示操作装置３２に設けた確定指示部８３の押操作前には、昇降機構部６０の移動を許可するとともにシート駆動部５０の動作を禁止する。

一方、上述のようにして、膝の曲げ角度θが適正角度になるようにシート部２１の位置を調節した後に、確定指示部８３を押操作すると、昇降制御部８０は、体格指示部８１や移動方向指示部８２による昇降機構部６０の駆動を禁止し、シート駆動部５０によるシート部２１の駆動を許可する。シート部２１の駆動が許可された状態では、図示しないスタート釦などの操作によりシート駆動部５０によるシート部２１の駆動が開始される。つまり、確定指示部８３によりシート部２１の位置を確定するまではシート駆動部５０によるシート部２１の揺動が禁止されているから、使用者Ｍがシート部２１を適正位置に調節した後でなければ運動が開始されず、膝の曲げ角度θを適正角度に調節している途中で不用意に運動が開始されてしまうのを防止することができる。

なお、昇降機構部６０によってシート部２１の位置を調節する際には、シート部２１は基準位置（たとえば、前後方向の後端位置かつ左右方向の中央位置）で停止している。また、シート部２１の接触面２１ａに使用者Ｍが臀部を置く位置と足台４０の足置き面４０ａに使用者Ｍが足を載せる位置とは、昇降機構部６０によってシート部２１の位置を調節する期間と、シート駆動部５０によってシート部２１を揺動させる期間とにおいて同じ位置に規定されている。

ところで、シート部２１の位置を適正に調節しなければ膝の曲げ角度θを適正角度にした運動を行うことができず、またシート部２１の適正位置は使用者Ｍごとに異なるから、複数人の使用者Ｍで共用する場合には、使用毎にシート部２１の位置調節が必要になる可能性がある。そこで、昇降制御部８０には、確定指示部８３を押操作したときのシート部２１の位置を記憶する位置記憶部８８を設けてあり、位置記憶部８８に記憶させた位置を呼び出して昇降機構部６０の目標位置に用いるように指示する前回位置指示部８９を表示操作装置３２に設けている。この構成により、前回位置指示部８９の操作によって前回の運動時における位置にシート部２１の位置を合わせることができ使い勝手が向上する。

また、前回位置指示部８９を用いる場合は複数人で共用することが多いから、位置記憶部８８に複数人分のシート部２１の位置を記憶させ、前回位置指示部８９では各個人ごとの位置を指定できるようにしている。つまり、前回位置指示部８９に個人選択部８９ａとして機能する押釦を設け、個人選択部８９ａの操作によって使用者Ｍごとの位置を位置記憶部８８から読み出すことができるようにしてある。個人選択部８９ａは、１個の押釦を設けて押釦の押操作毎に各人を順に選択するようにする構成と、人数分の押釦を設けて各人を異なる押釦によって選択する構成とのどちらを採用してもよい。図示例では、後者の構成を採用している。個人選択部８９ａを設けることにより、一度運動を行った後には、個人選択部８９ａで自身を選択するだけで、シート部２１の位置合わせを自動的に行うことができ使い勝手が向上する。

膝角度定規９０の各当接面９１ａ，９２ａにそれぞれ圧力センサあるいは押釦スイッチ（図示せず）を設けておき、各圧力センサで検出される圧力が規定した範囲内になったときに（あるいは、すべての押釦スイッチの接点が反転したときに）、膝の曲げ角度θが適正角度になったと判断し、確定指示部８３の押操作時と同様に、昇降機構部６０の移動を停止させるとともに、モータ７１によるシート部２１の駆動を許可するようにしてもよい。なお、昇降機構部６０の移動を禁止している状態は、電源スイッチ８４を再投入することによってリセットすればよい。あるいはまた、シート部２１あるいは足台４０に荷重センサ（実施形態２で用いる）を設けておき、使用者Ｍの荷重が荷重センサで検出されなくなると昇降機構部６０の移動を禁止している状態をリセットするようにしてもよい。

（実施形態２）
実施形態１では、使用者の膝の曲げ角度θを適正角度に確定するために膝角度定規９０を用いる例を示したが、図８に示すように、膝角度定規９０に代えて荷重センサ９４を用いてもよい、荷重センサ９４はシート部２１の接触面２１ａと足台４０の足置き面４０ａとに作用する荷重の両方を検出するのが望ましいが、一方にのみ設けておき、使用者Ｍの全体重を計測する状態と足と臀部とが支持されている状態での荷重を計測する状態とを比較することによって、シート部２１と足台４０との両方に設けた場合と同様の情報を得ることが可能である。

以下では、シート部２１と足台４０との両方に荷重センサ９４を設けている場合を例として説明する。シート部２１の接触面２１ａの規定位置に使用者Ｍが臀部を載せ、足台４０の足置き面４０ａの規定位置に使用者Ｍが足を載せた状態では、各荷重センサ９４で受ける荷重の比率は、膝の曲げ角度θと相関がある。つまり、膝の曲げ角度θが適正角度の前後であれば、角度θが小さいほど足台４０で受ける荷重が相対的に大きくなり、角度θが大きいほどシート部２１で受ける荷重が相対的に大きくなる。そこで、複数人の使用者Ｍについて、角度θが適正角度であるときに各荷重センサ４０で検出された荷重との関係を計測し、その平均値を代表値として適正荷重記憶部９５に記憶させておけば、荷重センサ４０で検出した荷重を用いることにより膝の曲げ角度θが適正角度か否かを判定することが可能になる。適正荷重記憶部９５には両荷重センサ９４で検出される荷重の比率を記憶させておけばよい。

この構成では、荷重センサ９４の出力値に基づいて昇降機構部６０の位置を自動的に調節することができるから、昇降制御部８０では、荷重センサ９４の出力値（つまり、両荷重センサ９４の出力値の比率）が適正荷重記憶部９５の記憶値に一致するように昇降機構部６０を駆動してシート部２１の位置を調節するとともに、位置の調節を行っている間にはシート部２１の変位を禁止する。また、位置の調節が終了した後（両荷重センサ９４の出力値の比率が適正荷重記憶部９５の記憶値に一致した後）には昇降機構部６０の移動を停止させてシート駆動部５０によるシート部２１の位置の変位を許可する。したがって、本実施形態の構成では、膝角度定規９０が不要であり、また確定支持部８３も不要になる。

なお、荷重センサ４０を１個だけ設けているときには、当該荷重センサ４０で使用者Ｍの全体重を計測した後に、使用者Ｍの体重をシート部２１と足台４０とに分散させた状態で当該荷重センサ４０による計測を行い、２回の計測値から両荷重センサ９４で検出される荷重の比率に相当する値を求めればよい。他の構成および動作は実施形態１と同様である。

実施形態１におけるシート部の位置調節に関連する部位のブロック図である。同上を示す概略側面図である。同上の概略平面図である。同上の分解斜視図である。同上に用いるシート駆動部の分解斜視図である。同上に用いるシート駆動部の側面図である。同上に用いる膝角度定規を示す斜視図である。実施形態２を示す要部ブロック図である。

符号の説明

２１シート部
２１ａ接触面
３２表示操作装置
４０足台
４０ａ足置き面
５０シート駆動部
６０昇降機構部
６８位置センサ
７１モータ（駆動源）
８０昇降制御部
８１体格指定部
８２移動方向指示部
８３確定指示部
８５データ記憶部
８６位置調節部
８７位置修正部
８８位置記憶部
８９前回位置指示部
８９ａ個人選択部
９４荷重センサ
９５適正荷重記憶部
Ｍ使用者

Claims

使用者が規定の足置き面に足裏を載せている状態で使用者の臀部を接触面で支持するシート部と、使用者の脚部に作用する自重が変化するように駆動源を用いてシート部を変位させるシート駆動部と、基準位置に位置するシート部に使用者が臀部を載せるとともに足置き面の規定位置に使用者が足裏を載せている状態において使用者の膝の曲げ角度を規定角度とするためにシート部の接触面の位置を調節する昇降機構部と、昇降機構部により調節されるシート部の接触面の位置を指示する操作部と、操作部の指示内容に応じて昇降機構部を制御することによりシート部の位置を調節する昇降制御部とを備え、操作部は、使用者の体格を複数に分類した体格区分を選択する複数個の体格指定部と、シート部を移動させる向きを指示する移動方向指示部とを備え、昇降制御部は、体格指定部により指定される各体格区分にシート部の接触面の位置に相当する昇降機構部の位置を対応付けたデータ記憶部と、体格指定部により選択された体格区分をデータ記憶部に照合して取得した位置に昇降機構部を移動させる位置調節部と、移動方向指示部により移動が指示されている間に指示された向きに昇降機構部を移動させる位置修正部と、昇降機構部の位置を記憶する位置記憶部とを備え、操作部は、昇降機構部によるシート部の位置調節の終了を昇降制御部に指示する確定指示部を有し、確定指示部が操作されたときの昇降機構部の位置を位置記憶部に記憶させ、昇降制御部は、確定指示部が操作される前まではシート駆動部によるシート部の変位を禁止し、確定指示部が操作された後には昇降機構部の移動を禁止するとともにシート駆動部によるシート部の変位を許可することを特徴とする運動補助装置。
使用者が規定の足置き面に足裏を載せている状態で使用者の臀部を接触面で支持するシート部と、使用者の脚部に作用する自重が変化するように駆動源を用いてシート部を変位させるシート駆動部と、基準位置に位置するシート部に使用者が臀部を載せるとともに足置き面の規定位置に使用者が足裏を載せている状態において使用者の膝の曲げ角度を規定角度とするためにシート部の接触面の位置を調節する昇降機構部と、昇降機構部により調節されるシート部の接触面の位置を指示する操作部と、操作部の指示内容に応じて昇降機構部を制御することによりシート部の位置を調節する昇降制御部とを備え、操作部は、使用者の体格を複数に分類した体格区分を選択する複数個の体格指定部と、シート部を移動させる向きを指示する移動方向指示部とを備え、昇降制御部は、体格指定部により指定される各体格区分にシート部の接触面の位置に相当する昇降機構部の位置を対応付けたデータ記憶部と、体格指定部により選択された体格区分をデータ記憶部に照合して取得した位置に昇降機構部を移動させる位置調節部と、移動方向指示部により移動が指示されている間に指示された向きに昇降機構部を移動させる位置修正部と、昇降機構部の位置を記憶する位置記憶部と、シート部と足置き面との少なくとも一方に作用する荷重を検出する荷重センサと、基準位置に位置するシート部に使用者が臀部を載せるとともに足置き面の規定位置に使用者が足裏を載せている状態において膝の曲げ角度が規定角度となったときの荷重センサの出力値を記憶する適正荷重記憶部とを備え、操作部は、昇降機構部によるシート部の位置調節の終了を昇降制御部に指示する確定指示部を有し、確定指示部が操作されたときの昇降機構部の位置を位置記憶部に記憶させ、昇降制御部は、昇降機構部を移動させる間に荷重センサの出力値が当該使用者について適正荷重記憶部の記憶値に一致する前まではシート駆動部によるシート部の変位を禁止し、一致した後には昇降機構部の移動を停止させるとともにシート駆動部によるシート部の変位を許可することを特徴とする運動補助装置。
前記操作部は、前記昇降機構部を前記位置記憶部に記憶した位置に位置させるように指示する前回位置指示部を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の運動補助装置。
前記位置記憶部は複数人分について前記昇降機構部の位置を記憶する記憶領域を備え、前記前回位置指示部は位置記憶部の各記憶領域に格納された位置を選択して昇降機構部の位置を指示する個人選択部を備えることを特徴とする請求項３記載の運動補助装置。
前記昇降機構部は、前記シート部の前記接触面の位置に相当する位置を検出する位置センサを備え、前記位置調節部は、前記操作部により指示された位置を目標位置とし、昇降機構部を移動させている間に位置センサにより検出される位置が目標位置に達すると昇降機構部を停止させることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の運動補助装置。