(57)【要約】【課題】１個の駆動源のみでバランス訓練を可能する。【解決手段】駆動装置２は、ベース４に対して前後方向の回動軸６を介して軸着された可動架台８を備える。座席１が載置される台座３は、可動架台８に第１リンク９を介して連結され、ベース４に第２リンク１４を介して連結される。第１リンク９と第２リンク１４とにより、台座３はベース４に対して前後方向の直進移動と左右軸回りの回転移動とに移動が規制される。可動架台８はモータ１６を備え、モータ１６により第１クランク２７および第２クランク２８が回転駆動される。第１クランク２７は第１ロッド３０を介して台座３に連結され、第２クランク２８は第２ロッド３１を介してベース４に連結される。台座３は、第１クランク２７の回転により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を行い、第２クランク２８の回転により前後軸回りの回転往復移動を行う。【選択図】図１
2006204946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、駆動装置が、ベースと、ベースに対して前後方向の回動軸の回りで回転往復移動が可能となるようにベースに軸着された可動架台と、可動架台とともに回動軸の回りでの回転往復移動が可能であって座席が固定されるとともに可動架台に対する移動が前後方向の直進往復移動および左右軸の回りの回転往復移動に限定された台座と、可動架台に配置された１個の駆動源とを備え、駆動源の回転力を２系統に分離し一方の系統では台座をベースに対して前後方向に直進させかつ左右軸回りで回動させ他方の系統では可動架台をベースに対して回転軸の回りで回動させることを特徴とするバランス訓練装置。
【請求項２】
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、駆動装置が、ベースと、ベースに対して前後方向の回動軸の回りで回転往復移動が可能となるようにベースに軸着された可動架台と、回動軸に直交する面内に含まれる第１の軸ピンにより一端部が可動架台に回動自在に連結された第１リンクと、第１リンクに平行な第２の軸ピンにより第１リンクの他端部に回動自在に連結され可動架台とともに回動軸の回りでの回転往復移動が可能であって座席が固定される台座と、左右方向に沿った第３の軸ピンにより一端部がベースと台座との一方に回動自在に連結されるとともに回動軸を含み左右方向に直交した面内に配置される第１の自在継手を介して他端部がベースと台座との他方に連結され第１リンクと協働して台座の移動を前後方向の直進往復移動および左右軸の回りの回転往復移動に限定する第２リンクと、可動架台に配置された１個の駆動源とを備え、駆動源の回転力を２系統に分離し一方の系統では第１リンクを第１の軸ピンの回りで前後に倒すことにより台座をベースに対して前後方向に直進させかつ左右軸回りで回動させ他方の系統では可動架台の側部とベースとの距離を変化させることにより可動架台を回転軸の回りで回動させることを特徴とするバランス訓練装置。
【請求項３】
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、駆動装置が、ベースと、ベースに対して前後方向の回動軸の回りで回転往復移動が可能となるようにベースに軸着された可動架台と、回動軸に直交する面内に含まれる第１の軸ピンにより一端部が可動架台に回動自在に連結された第１リンクと、第１リンクに平行な第２の軸ピンにより第１リンクの他端部に回動自在に連結され可動架台とともに回動軸の回りでの回転往復移動が可能であって座席が固定される台座と、左右方向に沿った第３の軸ピンにより一端部がベースと台座との一方に回動自在に連結されるとともに回動軸を含み左右方向に直交した面内に配置される第１の自在継手を介して他端部がベースと台座との他方に連結され第１リンクと協働して台座の移動を前後方向の直進往復移動および左右軸の回りの回転往復移動に限定する第２リンクと、一端部が台座に対して第１リンクに沿った面内で回動自在に連結された第１ロッドと、可動架台に設けられ第１ロッドの他端部が回動自在に連結された第１クランクと、一端部がベースに第２の自在継手を介して連結された第２ロッドと、可動架台に設けられ第２ロッドの他端部が回動自在に連結された第２クランクと、第１クランクおよび第２クランクを一括して回動させる１個の駆動源とを備えることを特徴とするバランス訓練装置。
【請求項４】
前記第１クランクの回転数と前記第２クランクの回転数との比率を２対１に設定したことを特徴とする請求項３記載のバランス訓練装置。
【請求項５】
前記駆動源により回転駆動される主回転軸と、主回転軸の各一端部に設けた第１および第２のウォームと、各ウォームに噛合する第１および第２のウォームホイールとを有し、第１および第２クランクにはそれぞれ第１および第２のウォームホイールの回転力が伝達されることを特徴とする請求項３または請求項４記載のバランス訓練装置。
【請求項６】
前記第１のリンクにおける前記可動架台との連結部と前記第２のリンクにおける前記ベースとの連結部との距離が、第１および第２のリンクにおける前記台座との連結部間の距離よりも小さいことを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載のバランス訓練装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【特許文献１】特公平６−６５３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、バランス機能の訓練においては、馬の歩様のうち常歩程度を模擬できればよく、速歩や駆歩までは模擬しなくてもよい場合が多い。つまり、上述した従来構成では２個の駆動源を用いた構成を採用することによって、常歩以外の歩様にも対応可能ではあるが、この機能はバランス訓練においては必ずしも必要とは言えない。
【０００７】
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バランス訓練に用いることができるバランス訓練装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、駆動装置が、ベースと、ベースに対して前後方向の回動軸の回りで回転往復移動が可能となるようにベースに軸着された可動架台と、可動架台とともに回動軸の回りでの回転往復移動が可能であって座席が固定されるとともに可動架台に対する移動が前後方向の直進往復移動および左右軸の回りの回転往復移動に限定された台座と、可動架台に配置された１個の駆動源とを備え、駆動源の回転力を２系統に分離し一方の系統では台座をベースに対して前後方向に直進させかつ左右軸回りで回動させ他方の系統では可動架台をベースに対して回転軸の回りで回動させることを特徴とする。
【０００９】
請求項２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、駆動装置が、ベースと、ベースに対して前後方向の回動軸の回りで回転往復移動が可能となるようにベースに軸着された可動架台と、回動軸に直交する面内に含まれる第１の軸ピンにより一端部が可動架台に回動自在に連結された第１リンクと、第１リンクに平行な第２の軸ピンにより第１リンクの他端部に回動自在に連結され可動架台とともに回動軸の回りでの回転往復移動が可能であって座席が固定される台座と、左右方向に沿った第３の軸ピンにより一端部がベースと台座との一方に回動自在に連結されるとともに回動軸を含み左右方向に直交した面内に配置される第１の自在継手を介して他端部がベースと台座との他方に連結され第１リンクと協働して台座の移動を前後方向の直進往復移動および左右軸の回りの回転往復移動に限定する第２リンクと、可動架台に配置された１個の駆動源とを備え、駆動源の回転力を２系統に分離し一方の系統では第１リンクを第１の軸ピンの回りで前後に倒すことにより台座をベースに対して前後方向に直進させかつ左右軸回りで回動させ他方の系統では可動架台の側部とベースとの距離を変化させることにより可動架台を回転軸の回りで回動させることを特徴とする。
【００１０】
請求項３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、前記駆動装置が、ベースと、ベースに対して前後方向の回動軸の回りで回転往復移動が可能となるようにベースに軸着された可動架台と、前記回動軸に直交する面内に含まれる第１の軸ピンにより一端部が前記可動架台に回動自在に連結された第１リンクと、前記第１リンクに平行な第２の軸ピンにより第１リンクの他端部に回動自在に連結され前記可動架台とともに前記回動軸の回りでの回転往復移動が可能であって前記座席が固定される台座と、左右方向に沿った第３の軸ピンにより一端部が前記ベースと前記台座との一方に回動自在に連結されるとともに前記回動軸を含み左右方向に直交した面内に配置される第１の自在継手を介して他端部が前記ベースと前記台座との他方に連結され第１リンクと協働して前記台座の移動を前後方向の直進往復移動および左右軸の回りの回転往復移動に限定する第２リンクと、一端部が前記台座に対して第１リンクに沿った面内で回動自在に連結された第１ロッドと、前記可動架台に設けられ第１ロッドの他端部が回動自在に連結された第１クランクと、一端部が前記ベースに第２の自在継手を介して連結された第２ロッドと、前記可動架台に設けられ第２ロッドの他端部が回動自在に連結された第２クランクと、第１クランクおよび第２クランクを一括して回動させる１個の駆動源とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項１ないし請求項３の構成によれば、座席を前後方向の直進往復移動と前後軸の回りの回転往復移動と左右軸の回りの回転往復移動との３自由度で揺動可能とし、しかもこのような揺動を１個の駆動源のみで実現することができる。とくに、請求項３の構成では、第２クランクと第２ロッドとが可動架台とベースとの間に介在し、かつ可動架台が前後方向の回動軸によりベースに軸支されているから、第２クランクが回動すれば回動軸の回りでの可動架台の回転往復移動が行われ、台座が可動架台とともに回動軸の回りで回転往復移動を行うことになる。また、第１リンクと第２リンクとにより可動架台に対する台座の移動方向が前後方向の直進往復移動と左右軸の回りの回転往復移動とに制限され、しかも可動架台と台座との間に第１クランクと第１ロッドとが介在しているから、第１クランクが回動すると第１リンクと第２リンクとにより上述のように移動方向が規制された状態で可動架台に対して台座が移動することになる。つまり、可動架台に対して台座が前後方向の直進往復移動と左右軸の回りの回転往復移動とを行い、かつ可動架台がベースに対して回動軸（前後軸）の回りで回転往復移動を行うから、結果的に台座はベースに対して前後方向の直進往復移動と前後軸の回りの回転往復移動と左右軸の回りの回転往復移動との組み合わせで揺動することになる。座席は台座に結合されているから、座席も台座と同様に３自由度で揺動することになる。加えて、このような３自由度の揺動を実現するために２個のクランクを回転させればよく、両クランクを１個の駆動源で回転駆動するから、結果的に１個の駆動源のみで３自由度の揺動が可能になるのである。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記第１クランクの回転数と前記第２クランクの回転数との比率を２対１に設定したことを特徴とする。一般に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、前後方向の直進往復移動と前後軸の回りの回転往復移動と左右軸の回りの回転往復移動との３自由度の揺動によってほぼ類似した動きを実現することができる。また、前後軸回りの回転往復移動は左右軸回りの回転往復移動や前後方向の直進往復移動の周期に対して２倍の周期になることが知られている（上述した四肢の動きからも推測できる）。したがって、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を行う第１クランクの回転数を、前後軸回りの回転往復移動を行う第２クランクの回転数に対して２倍に設定することで、台座の動きを馬の常歩に似せて揺動させることが可能になる。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項３または請求項４の発明において、前記駆動源により回転駆動される主回転軸と、主回転軸の各一端部に設けた第１および第２のウォームと、各ウォームに噛合する第１および第２のウォームホイールとを有し、前記第１および第２クランクにはそれぞれ第１および第２のウォームホイールの回転力が伝達されることを特徴とする。この構成によれば、駆動源により回転駆動される２個のウォームと、各ウォームにそれぞれ噛合する２個のウォームホイールを用いているから、１個の駆動源の回転力を２系統に分離することができ、各系統ごとに設けたクランクを介して台座を揺動させることができる。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項３ないし請求項５の発明において、前記第１のリンクにおける可動架台との連結部と第２のリンクにおけるベースとの連結部との距離が、第１および第２のリンクにおける台座との連結部間の距離よりも小さいことを特徴とする。この構成によれば、第１および第２のクランクを回転させるだけで台座は前後に揺れるとともに、前端部と後端部との上下が交互に入れ替わるように上下動することになり、馬の歩様に似せた揺動が可能になる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１ないし請求項３の発明では、座席を前後方向の直進往復移動と前後軸の回りの回転往復移動と左右軸の回りの回転往復移動との３自由度で揺動可能とし、しかもこのような揺動を１個の駆動源のみで実現することができるという利点がある。
【００１６】
請求項４の発明では、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を行う第１クランクの回転数を、前後軸回りの回転往復移動を行う第２クランクの回転数に対して２倍に設定することで、台座の動きを馬の常歩に似せて揺動させることが可能になる。
【００１７】
請求項５の発明では、駆動源により回転駆動される２個のウォームと、各ウォームにそれぞれ噛合する２個のウォームホイールを用いているから、１個の駆動源の回転力を２系統に分離することができ、各系統ごとに設けたクランクを介して台座を揺動させることができる。
【００１８】
請求項６の発明では、第１および第２のクランクを回転させるだけで台座が前後に揺れるとともに、前端部と後端部との上下が交互に入れ替わるように上下動することになり、馬の歩様に似せた揺動が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。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。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す右から見た縦断面図である。
【図２】同上の左から見た縦断面図である。
【図３】同上の正面側から見た横断面図である。
【図４】同上の後面側から見た横断面図である。
【図５】同上の水平断面図である。
【図６】同上の後面側から見た横断面図である。
【図７】馬の常足における揺動パターンを示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  座席
２  駆動装置
３  台座
４  ベース
６  回動軸
８  可動架台
９  第１リンク
１０  軸ピン
１１  軸ピン
１３  軸ピン
１４  第２リンク
１５  ボールジョイント
１６  モータ
１９  主回転軸
２１  ウォーム
２２  ウォーム
２３  ウォームホイール
２４  ウォームホイール
２７  第１クランク
２８  第２クランク
３０  第１ロッド
３１  第２ロッド
３２  ボールジョイント
【図１】
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【図２】
2006204946.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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