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JP4015941B2 - Walking exercise device - Google Patents
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JP4015941B2 - Walking exercise device - Google Patents

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JP4015941B2
JP4015941B2 JP2002371681A JP2002371681A JP4015941B2 JP 4015941 B2 JP4015941 B2 JP 4015941B2 JP 2002371681 A JP2002371681 A JP 2002371681A JP 2002371681 A JP2002371681 A JP 2002371681A JP 4015941 B2 JP4015941 B2 JP 4015941B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二足直立姿勢の歩行運動を行う歩行運動装置に関し、特に、高齢者をはじめ歩行に障害を持つ人の歩行運動のリハビリを行うのに適した歩行運動装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の歩行運動装置は、数多く開発、商品化されている。しかし、それらは、ペダルを上下動するために、前方に支点を置く機構を採用している(例えば、特許文献1)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−325860号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の歩行運動装置は、前方に支点を置く機構を採用しているので、踏力(踏込む力)の鍛錬に特化されてしまい、また、高低差(踏込み幅)の調整が限定されている。
【0005】
本発明の課題は、自然歩行に近い運動軌跡を再現し、揚力(足を引き揚げる力)を考慮した歩行運動装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項1の発明は、左右の足を載せる第1及び第2のペダル部材と、前記第1及び第2のペダル部材がそれぞれスライド自在に設けられ、後方に配置された支点を中心に所定角度回転する第1及び第2レール部材と、前記第1及び第2レール部材に対して、前記第1及び第2のペダル部材を交互に前後駆動すると共に、前記第1及び第2レール部材を交互に回転駆動する駆動部と、前記駆動部を管理して、前記第1及び第2のペダル部材の前後高低位置を制御する制御部とを含み、踏込みにより前記レール部材が水平位置より下がることを特徴とする歩行運動装置である。
請求項2の発明は、前記ペダル部材に圧力センサーが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の歩行運動装置である。
請求項3の発明は、前記ペダル部材の位置を検出するペダル位置検出部を含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の歩行運動装置である。
請求項4の発明は、前記制御部は、前記ペダル位置検出部の検出結果に基づいて、前記駆動部を管理して、前記第1及び第2のペダル部材の前後高低位置を制御することを特徴とする請求項3に記載の歩行運動装置である。
請求項5の発明は、前記ペダル部材の動作位置と前記圧力センサーで計測した前記ペダル部材に掛かる力とから、実際の歩行に則した運動であるか否かを判定することを特徴とする請求項2から請求項4のいずれか1項に記載の歩行運動装置である。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、図面などを参照しながら、本発明の実施の形態をあげて、さらに詳しく説明する。
図1〜図5は、本発明による歩行運動装置の実施形態を示す図であって、図1はブロック図、図2はペダル部を示す図、図3は圧力センサーを示す図、図4はフローチャート、図5は歩行運動軌跡を示す図である。
この実施形態の歩行運動装置10は、図1に示すように、操作部11と、ペダル21L,21Rを含む下肢運動装置20と、制御部12と、駆動部13等とを備えている。
【0008】
操作部11は、タッチパネルの画面が用いられており、運動内容、踏込み量、歩幅等を設定する部分である。
【0009】
下肢運動装置20は、二足直立姿勢の歩行が可能な装置であって、図2に示すように、左右の足を載せる左右のペダル部(第1及び第2のペダル部材)21L,21R(以下、21で代表することがある)と、左右のペダル部21がそれぞれスライド自在に設けられ、後方に配置された支点22aを中心に所定角度回転する左右のレール部(第1及び第2レール部材)22L,22R(以下、22で代表することがある)とを備えている。
この実施形態では、後方に支点22aを置き、ペダル部21を載せたレール部22を「上下」に駆動する動作(矢印A)と、ペダル部21を「前後」に駆動する動作(矢印B,C)を組合せ、自然歩行の軌跡を再現するようにしてある。
【0010】
また、下肢運動装置20は、図3に示すように、左右の足の踏力を計測する圧力センサー23(23L,23R)が設けられている。
圧力センサー23は、ロードセル等を使用することができ、図3に示すように、左右のペダル部(足置部)21R、21Lに、つま先側の右左にセンサーS1,S2が、センターにセンサーS3が、かかと側の右左にセンサーS4,S5が、それぞれ5個ずつ設けられている。
【0011】
ペダル部21設けた圧力センサー23は、利用者の運動状態を把握するために設けられている。両足の圧力センサー23が、数値0を示した場合には、転倒又は不正利用とみなし、装置を停止する安全策として活用することができる。
また、応用として、歩行運動中のバランスを測定することに用いることができる。歩行能力の測定として、足底の着地時、遊脚時(前方へ踏み出すために、片側の足が宙に浮いている状態)にあたる動作位置でのペダル部21に掛かる力を計測し、実際の歩行に則したものか否かを判定することができる。
【0012】
制御部12は、駆動部13を管理して、ペダル部21の前後高低位置を制御する部分である。
駆動部13は、レール部22に対して、ペダル部21を交互に前後駆動すると共に、レール部22を交互に回転駆動する部分であり、例えば、各部をモータ駆動すればよい。
【0013】
次に、図3のフローチャートを参照しながら、本実施形態による歩行運動装置の動作を説明する。
操作部11のスタートSWをオンすると、この装置10がスタートし(S100)、操作部11によって、運動内容、踏込み量や歩幅の設定を行う(S101)。
運動内容は、左右の足を交互に上下させる「踏込み運動」、左右の足を交互に前後させる「すり足運動」、歩行の運動軌跡を再現する「楕円運動運動」より、選択することができる。踏込み量としては、左右の足を上下させる高低差を設定し、歩幅としては、左右の足を前後させるスライド量を設定する。
【0014】
運動が開始されてから(S102)、ペダル位置を図示しないエンコーダーで検出して(S103)、ACサーボモータ制御を行ない(S104)、運動を終了する(S105)。
装置乗込み時に、体重を計測し、センサーをリセットする。一定時間経過したのちに、計測を開始する。この理由は、運動開始直後の測定誤差をなくし、システムを安定させるためである。センサーのドリフトなどの他に、歩行者のふらつきもある。
【0015】
ここで、図5を参照しながら、本実施形態による歩行運動装置の歩行運動軌跡について説明する。
歩行時には、図5に示すように、かかとから着地し(F6,P6の状態)、つま先によって地面を斜め下後方に蹴る(F2,P2の状態)ことにより、推進力を得る。
このとき、ペダル部21が、レール部22上を前後にスライドして、「歩幅」を再現する。また、ペダル部21を積んだレール部22が上下に稼動して、「踏込み量(足の引き上げ量)」を再現する。
【0016】
図6、図7は、本実施形態による歩行運動装置の動作(B)を、従来の歩行運動装置の動作(A)と比較しながら説明する図である。
従来の歩行運動装置100は、図6(A)に示すように、常に「下り」方向への運動となる(矢印D)。そして、前方の支点122aより後方下部へ足を蹴り(矢印E)、駆動部によるレール部122の跳ね挙げ動作により、支点122aより上に足を上げた後に(矢印F)、支点122aに向かって前方下方向へ足を差し出す動作になる(矢印D)。このときの足の軌跡が図7(A)のようになる。
【0017】
これに対して、本実施形態による歩行運動装置10は、図6(B)に示すように、常に「上り」方向への運動となる(矢印B)。そして、レール部22の最前部より踏込み(矢印A)、最下位置より支点22aに向かい後方上方向へ蹴り上げた後に(矢印C)、レール部22の最前部へ向け足を引き上げる動作になる(矢印B)。このときの足の軌跡が図7(B)のようになる。
【0018】
本実施形態では、A1〜A2のポイントで、足首の動きを促すようにしている。つまり、A1では、かかとから着地するように、レール部22の先端によって最高位置に達し、水平位置までかかと側に荷重を掛ける動きとなる。
また、A2では、水平位置より下がることによって、自然界と異なる動きを強いられることになるが、かかと側にあった荷重をつま先側へ移し、「蹴る」動きを促すようにしている。
レール部22が水平位置にあるときに、ペダル部21は、最前部に達し、後方の支点を中心とする円弧を描くことから、後方への移動が行われ、かかと側の荷重をつま先へ移動する動きを促す。
【0019】
図8は、自然歩行の1サイクル(#1〜#5)の動作を説明する図、図9は、本実施形態による歩行運動装置の動作を詳細に示す図である。
#1では、左かかとがつく。つまり、左足の膝が伸び、足首はほぼ直角の状態でかかとがつく。それとほぼ同時に右足のかかとが上がる。右つま先は、地面についている。この動作は、図9の後方支点の(a)〜(b)に対応する。
【0020】
#2では、左足底全面で支える。つまり、左足の底全面がついた後に、右足先で後方へ蹴り出し、左足先に荷重がかかっていく。右足首は、曲がったままの状態で、つま先が前方へ振り出される。この動作は、図9の後方支点の(b)〜(e)に対応する。
【0021】
#3では、左つま先が残る(ついている)。つまり、右足のかかとがつき、左足のかかとが上がる。左足先で後方へ蹴り出し、つま先が上がる。この動作は、図9の後方支点の(f)〜(g)に対応する。
【0022】
#4では、左足を前方へ振り出す。つまり、左足首が曲がった状態で、つま先が前方へ振り出される。右足底面で支える。この動作は、図9の後方支点の(g)〜(j)に対応する。
#5では、再び、左かかとがつき、#1の動きに戻る。
【0023】
次に、前方支点と後方支点の感覚について説明する。
(1)従来の前方支点では、レールが上がる際に、後ろ足が「はねあげられる」感覚がする。これに対して、本実施形態の後方支点では、支点に近く移動量が少ないため、上がることに対しての違和感は感じない(図9の(a)〜(c)における右足及び図9の(f)〜(h)における左足)。
(2)従来の前方支点では、レールが下がる際に(支点に近く移動量が少ないため)、前足に力を入れて踏むような感覚はない。これに対して、本実施形態の後方支点では、前足で踏込む感覚になる(図9の(a)〜(c)における左足及び図9の(f)〜(h)における右足)。
【0024】
(3)従来の前方支点では、上りエスカレーターを下っている感覚がある。これに対して、本実施形態の後方支点では、下りエスカレーターを上っている感覚になる(図9の(c)〜(e)及び図9の(h)〜(j))。
つまり、エスカレーターの例えは、前後方向への身体移動を伴わなず、重心が降り方向(前方支点)又は登り方向(後方支点)に向っているか表現したものである。
前方支点(=上りエスカレーターを降る感覚)では、振り出した足(仮に右足とする)が下の段に着地した後に、エスカレーターの動きにより身体の後方へ上昇しながら流され、身体の中心線を通過する時点で、反対側の足(左足)を振り出す動きであり、意識としては、足を下ろすことに向けられる。
一方、後方支点(=下りエスカレーターを登る感覚)では、振り出した足が上の段に着地した後に、エスカレーターの動きにより身体の後方へ下降しながら流されることから、意識としては、足を上げることに向けられる。
図9の(c)〜(e)に、前後方向への移動を示しているが、レールの傾斜が進行方向に向かい「上り」か「下り」かの違いにより、「足を上げる」又は「足を下げる」のどちらかに、意識が向けられるものと思われる。
(4)従来の前方支点では、前方支点では、常に降り坂に向って運動している感覚がある。これに対して、本実施形態の後方支点では、常に登り坂に向って運動している感覚になる(図9の(c)〜(e)及び図9の(h)〜(j))。
【0025】
(5)従来の前方支点では、降り方向に引っ張られる感覚がある。本実施形態の後方支点では、この感覚はない(図9の(c)〜(e)及び図9の(h)〜(j))。
(6)従来の前方支点では、自身の力に加え重力が働いている感覚がある。本実施形態の後方支点では、この感覚はない(図9の(c)〜(e)及び図9の(h)〜(j))。
(7)従来の前方支点では、特に足を後方へ蹴る際、滑り落ちるようで怖い感覚がある。本実施形態の後方支点では、この感覚はない(図9の(c)〜(e)の左足及び図9の(h)〜(j)の右足)。
(8)従来の前方支点では、レールの上下により降り方向への傾斜が生じることから、低い方向へと重心が前後にぶれてしまう感覚がある。本実施形態の後方支点では、この感覚はない(図9の(c)〜(e)及び図9の(h)〜(j))。
(9)従来の前方支点では、踏込み運動時(ペダルの前後運動を固定)に、僅かながら後方へ踏み降ろす感覚がある。本実施形態の後方支点では、踏込み運動時(ペダルの前後運動を固定)に、僅かながら前方へ踏む感覚になる。
【0026】
以上説明したように、本実施形態によれば、後方支点機構を用いることにより、自然歩行の運動軌跡を再現することができる。
したがって、踏力(踏込む力)の鍛錬に加え、下肢を引き揚げる力、関節運動をトレーニングすることができる。
【0027】
高齢者が「寝たきり生活」に陥る要因として、転倒事故による骨折から入院生活を経たものが大半を占め、段差解消等のバリアフリー環境の整備が必要とされているが、転倒の要因としては、段差へのつまづき以上に筋力低下による「つま先下がり」の状態による自身のつま先甲側から着地し体重を支えられず転倒に至るものが多く、下肢を引き揚げる力を維持することが重要と考えられる。
本実施形態の後方支点を用いることにより、作用点となる前方の高低差を可変し、利用者に見合った負荷量を設定することができる。
【0028】
(変形形態)
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
例えば、下肢運動装置は、図10のような歩行運動機構20を用いてもよい。この場合には、駆動部13は、ペダル進退機構部30と、レール上下動機構部40とで実施される。
図10は、本発明による歩行運動装置の下肢運動装置の具体例を示す斜視図である。
なお、以下において、特に、左右を区別する必要があるときは、適宜、符号にL又はRの文字を添える。
歩行運動機構20は、ペダル21(右ペダル21R及び左ペダル21L)と、ペダル搭載レール22(右ペダル搭載レール22R及び左ペダル搭載レール22L)と、ペダル進退機構部30と、レール上下動機構部40とを備える。
【0029】
ペダル21(右ペダル21R及び左ペダル21L)は、歩行運動者が足を載せて歩行運動を行う部分である。ペダル21は、4本のスプリングによって支持されており、歩行運動者の足の動作に追従可能となっている。
ペダル搭載レール22(右ペダル搭載レール22R及び左ペダル搭載レール22L)は、そのペダル21を載置する。ペダル搭載レール22は、上面が開口しており、後述の通り、ペダル21を移動させるベルト31が露出している。
【0030】
ペダル進退機構部30は、右ペダル21R及び左ペダル21Lを交互にペダル搭載レール22上で前進後退させる機構部である。ペダル進退機構部30は、ベルト31(右ベルト31R及び左ベルト31L)と、従動シャフト32(右従動シャフト32R及び左従動シャフト32L)と、駆動シャフト33(右駆動シャフト33R及び左駆動シャフト33L)と、傘歯車34(右傘歯車34R及び左傘歯車34L)と、傘歯車35と、ペダル進退モータ36とを備える。
【0031】
ベルト31は、ペダル搭載レール22に設けられた開口部分から、その一部分が露出しており、ペダル21を取り付けている。したがって、ベルト31が移動すると、ペダル21も一体となって移動する。ベルト31は、従動シャフト32及び駆動シャフト33の間に張られている。
【0032】
従動シャフト32は、ベルト31の張力を調整するシャフトである。従動シャフト32は、両端がペダル搭載レール22の側壁部分で回転自在に保持されている。
【0033】
駆動シャフト33は、ベルト31を駆動するシャフトである。駆動シャフト33は、ペダル搭載レール22の側壁部分で回転自在に保持されているとともに、さらに、一端はペダル搭載レール22の側壁を貫通して、その先端に傘歯車34を取り付ける。駆動シャフト33は、その傘歯車34の回転を伝達して、ベルト31を駆動する。
【0034】
傘歯車34,35は、ペダル進退モータ36の回転を駆動シャフト33に伝達する伝達部である。
ペダル進退モータ36は、傘歯車35を回転させる。また、ペダル進退モータ36の後部には、ロータリエンコーダ(不図示)が一体的に設けられており、回転角度が連続的に検知されている。
【0035】
レール上下動機構部40は、右駆動シャフト33R及び左駆動シャフト33Lを回転中心として、右ペダル搭載レール22R及び左ペダル搭載レール22Lを交互に上下動させる。レール上下動機構部40は、ベルト41と、レール上下動モータ42と、駆動プーリ43と、テンションプーリ44とを備える。
【0036】
ベルト41は、駆動プーリ43及びテンションプーリ44の間に、「W」状に掛け渡されており、両端が、右ペダル搭載レール22R及び左ペダル搭載レール22Lに固定されている。
【0037】
レール上下動モータ42は、駆動プーリ43を回転させる。また、レール上下動モータ42の後部には、ロータリエンコーダ(不図示)が一体的に設けられており、回転角度が連続的に検知されている。なお、ペダル搭載レール22の可動範囲は、このレール上下動モータ42の回転角度によって決定されるが、本実施形態では、その可動範囲は、水平位置より上下にそれぞれ10度ずつ(レンジで20度)である。
【0038】
駆動プーリ43は、レール上下動モータ42に取り付けられ、レール上下動モータ42の回転を伝達してベルト41を駆動する。
テンションプーリ44は、ベルト41の張力を調整する。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、後方支点の機構を用いることにより、自然歩行の運動軌跡を再現することができ、踏力(踏込む力)の鍛錬に加え、下肢を引き揚げる力、関節運動をトレーニングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による歩行運動装置の実施形態を示すブロック図である。
【図2】本実施形態による歩行運動装置のペダル部を示す図ある。
【図3】本実施形態による歩行運動装置のペダル部の圧力センサーを示す図ある。
【図4】本実施形態による歩行運動装置の動作を説明するフローチャートである。
【図5】本実施形態による歩行運動装置の歩行運動軌跡を示す図である。
【図6】本実施形態による歩行運動装置の動作(B)を、従来の歩行運動装置の動作(A)と比較しながら説明する図である。
【図7】本実施形態による歩行運動装置の動作(B)を、従来の歩行運動装置の動作(A)と比較しながら説明する図である。
【図8】自然歩行の1サイクル(#1〜#5)の動作を説明する図である。
【図9】本実施形態による歩行運動装置の動作を詳細に示す図である。
【図10】本発明による歩行運動装置の下肢運動装置の具体例を示す斜視図である。
【符号の説明】
10 歩行運動装置
11 操作部
12 制御部
13 駆動部
20 下肢運動装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a walking exercise apparatus that performs a walking exercise in a biped upright posture, and more particularly to a walking exercise apparatus that is suitable for rehabilitation of a walking movement of an elderly person and a person who has an obstacle in walking.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a large number of walking exercise devices of this type have been developed and commercialized. However, they employ a mechanism that places a fulcrum in front to move the pedal up and down (for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-325860
[Problems to be solved by the invention]
The above-described conventional walking exercise apparatus employs a mechanism that places a fulcrum in front, so that it is specialized in training of the treading force (stepping force), and the adjustment of the height difference (stepping width) is limited. ing.
[0005]
An object of the present invention is to provide a walking exercise device that reproduces an exercise trajectory close to natural walking and considers lift (force to lift a foot).
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is characterized in that the first and second pedal members on which the left and right feet are placed and the first and second pedal members are slidably provided and are arranged rearward. The first and second rail members that rotate by a predetermined angle around the fulcrum and the first and second rail members that are driven back and forth alternately with respect to the first and second rail members; a driving unit for rotating the first and the second rail member alternately, to manage the drive unit, viewed contains a control unit for controlling respective high and low positions of the first and second pedal members, wherein the depression It is a walking exercise apparatus characterized by a rail member falling from a horizontal position .
The invention according to claim 2 is the walking exercise device according to claim 1, wherein a pressure sensor is provided on the pedal member.
A third aspect of the present invention is the walking exercise apparatus according to the first or second aspect, further comprising a pedal position detecting unit that detects a position of the pedal member.
According to a fourth aspect of the present invention, the control unit manages the drive unit based on the detection result of the pedal position detection unit, and controls the front and rear height positions of the first and second pedal members. It is a walking exercise apparatus of Claim 3 characterized by the above-mentioned.
The invention according to claim 5 is characterized in that it is determined whether or not the movement is in accordance with actual walking from the operating position of the pedal member and the force applied to the pedal member measured by the pressure sensor. The walking exercise device according to any one of claims 2 to 4.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
1 to 5 are diagrams showing an embodiment of a walking exercise apparatus according to the present invention, in which FIG. 1 is a block diagram, FIG. 2 is a diagram showing a pedal unit, FIG. 3 is a diagram showing a pressure sensor, and FIG. A flowchart and FIG. 5 are diagrams showing a walking motion trajectory.
As shown in FIG. 1, the walking exercise device 10 of this embodiment includes an operation unit 11, a lower limb exercise device 20 including pedals 21 </ b> L and 21 </ b> R, a control unit 12, a drive unit 13, and the like.
[0008]
The operation unit 11 uses a touch panel screen, and is a part for setting exercise content, a stepping amount, a stride, and the like.
[0009]
The lower limb exercise device 20 is a device capable of walking in a biped upright posture, and as shown in FIG. 2, left and right pedal parts (first and second pedal members) 21L and 21R ( Hereinafter, the left and right pedal portions 21 are slidably provided, and the left and right rail portions (first and second rails) rotate around a fulcrum 22a disposed at the rear by a predetermined angle. Members) 22L and 22R (hereinafter, may be represented by 22).
In this embodiment, a fulcrum 22a is placed on the rear side, and an operation for driving the rail portion 22 on which the pedal portion 21 is placed "up and down" (arrow A), and an operation for driving the pedal portion 21 "back and forth" (arrow B, C) is combined to reproduce the trajectory of natural walking.
[0010]
Further, as shown in FIG. 3, the lower limb exercise apparatus 20 is provided with a pressure sensor 23 (23L, 23R) that measures the stepping force of the left and right feet.
As the pressure sensor 23, a load cell or the like can be used. As shown in FIG. 3, the left and right pedal portions (foot placement portions) 21R and 21L have sensors S1 and S2 on the right and left on the toe side, and a sensor S3 on the center. However, five sensors S4 and S5 are provided on the right and left sides of the heel side.
[0011]
The pressure sensor 23 provided in the pedal portion 21 is provided to grasp the user's exercise state. If the pressure sensor 23 of both feet shows a numerical value of 0, it can be regarded as a fall or unauthorized use and can be used as a safety measure to stop the device.
As an application, it can be used to measure the balance during walking exercise. As a measure of walking ability, the force applied to the pedal portion 21 at the operation position corresponding to the time of landing on the sole and the swinging leg (the state where one foot floats in the air to step forward) is measured. It can be determined whether or not it is in accordance with walking.
[0012]
The control unit 12 is a part that manages the drive unit 13 and controls the front and rear height positions of the pedal unit 21.
The drive unit 13 is a part that alternately drives the pedal unit 21 back and forth with respect to the rail unit 22 and that alternately rotates the rail unit 22. For example, each unit may be motor-driven.
[0013]
Next, the operation of the walking exercise device according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
When the start SW of the operation unit 11 is turned on, the apparatus 10 is started (S100), and the operation content, the amount of stepping, and the stride are set by the operation unit 11 (S101).
The exercise content can be selected from “stepping exercise” in which the left and right feet are alternately moved up and down, “slip exercise” in which the left and right feet are alternately moved back and forth, and “elliptical exercise” in which the locomotion trajectory is reproduced. As the stepping amount, a height difference for moving the left and right feet up and down is set, and as the step length, a sliding amount for moving the left and right feet back and forth is set.
[0014]
After the exercise is started (S102), the pedal position is detected by an encoder (not shown) (S103), AC servo motor control is performed (S104), and the exercise is terminated (S105).
Measure body weight and reset sensor when boarding device. After a certain time has elapsed, measurement is started. This is because the measurement error immediately after the start of exercise is eliminated and the system is stabilized. In addition to sensor drift, there is also pedestrian wandering.
[0015]
Here, the walking motion trajectory of the walking motion apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
At the time of walking, as shown in FIG. 5, landing is made from the heel (state of F6, P6), and the ground is kicked diagonally downward and rearward by the toes (state of F2, P2), thereby obtaining propulsive force.
At this time, the pedal portion 21 slides back and forth on the rail portion 22 to reproduce the “step length”. In addition, the rail portion 22 loaded with the pedal portion 21 operates up and down to reproduce the “depression amount (foot lifting amount)”.
[0016]
6 and 7 are diagrams illustrating the operation (B) of the walking exercise device according to the present embodiment while comparing it with the operation (A) of the conventional walking exercise device.
As shown in FIG. 6A, the conventional walking exercise device 100 always moves in the “downward” direction (arrow D). Then, after kicking the foot from the front fulcrum 122a to the lower rear part (arrow E) and raising the foot above the fulcrum 122a (arrow F) by the jumping action of the rail part 122 by the driving unit (arrow F), toward the fulcrum 122a The operation is to push the foot forward and downward (arrow D). The trajectory of the foot at this time is as shown in FIG.
[0017]
On the other hand, the walking exercise device 10 according to the present embodiment always moves in the “up” direction as shown in FIG. 6B (arrow B). Then, after depressing from the foremost part of the rail part 22 (arrow A), kicking upward from the lowermost position toward the fulcrum 22a (arrow C), the leg is lifted toward the foremost part of the rail part 22 (Arrow B). The trajectory of the foot at this time is as shown in FIG.
[0018]
In this embodiment, the movement of the ankle is urged at points A1 to A2. That is, in A1, the maximum position is reached by the tip of the rail portion 22 so as to land from the heel, and a load is applied to the heel side to the horizontal position.
Moreover, in A2, the movement different from the natural world is forced by lowering from the horizontal position, but the load on the heel side is moved to the toe side to encourage a "kicking" movement.
When the rail part 22 is in the horizontal position, the pedal part 21 reaches the foremost part and draws an arc centered on the rear fulcrum, so that the rear part is moved and the load on the heel side is moved to the toe. Encourage movement.
[0019]
FIG. 8 is a diagram illustrating the operation of one cycle (# 1 to # 5) of natural walking, and FIG. 9 is a diagram illustrating in detail the operation of the walking exercise device according to the present embodiment.
In # 1, the left heel is attached. In other words, the knee of the left foot is stretched and the ankle is heeled at a substantially right angle. At the same time, the heel of the right foot rises. The right toe is on the ground. This operation corresponds to (a) to (b) of the rear fulcrum in FIG.
[0020]
In # 2, support the entire left sole. That is, after the entire bottom of the left foot is attached, the right foot tip kicks out backward, and a load is applied to the left foot tip. The right ankle remains bent and the toes are swung forward. This operation corresponds to (b) to (e) of the rear fulcrum in FIG.
[0021]
In # 3, the left toe remains (is on). That is, the heel of the right foot is attached and the heel of the left foot is raised. Kick backwards with your left foot and raise your toe. This operation corresponds to (f) to (g) of the rear fulcrum in FIG.
[0022]
In # 4, swing the left foot forward. That is, the toe is swung forward with the left ankle bent. Support on the bottom of the right foot. This operation corresponds to (g) to (j) of the rear fulcrum in FIG.
At # 5, the left heel is attached again, and the movement of # 1 is resumed.
[0023]
Next, the feeling of the front fulcrum and the rear fulcrum will be described.
(1) With the conventional front fulcrum, when the rail is raised, the rear foot feels “splashed up”. On the other hand, the rear fulcrum of this embodiment is close to the fulcrum and has a small amount of movement, so it does not feel uncomfortable with rising (the right foot in FIGS. 9A to 9C and (( f) Left foot in (h)).
(2) With the conventional front fulcrum, there is no sensation of stepping with force on the forefoot when the rail is lowered (because the amount of movement is close to the fulcrum). On the other hand, at the rear fulcrum of this embodiment, it feels like a step on the front foot (the left foot in FIGS. 9A to 9C and the right foot in FIGS. 9F to 9H).
[0024]
(3) At the conventional front fulcrum, there is a feeling that the escalator is going down. On the other hand, at the rear fulcrum of this embodiment, it becomes a sensation of climbing the descending escalator ((c) to (e) in FIG. 9 and (h) to (j) in FIG. 9).
In other words, the escalator is expressed as whether the center of gravity is directed in the descending direction (front fulcrum) or the ascending direction (rear fulcrum) without body movement in the front-rear direction.
At the front fulcrum (= sensation of going down the escalator), the swung foot (assumed to be the right foot) is landed on the lower step, then moved upward while moving up the body by the movement of the escalator, passing through the center line of the body This is a movement that swings out the opposite leg (left leg) at the time, and the consciousness is directed to lowering the leg.
On the other hand, at the rear fulcrum (= sensation of climbing down the escalator), after the swinging foot has landed on the upper step, it is swept down while moving backward by the movement of the escalator. Directed to.
9 (c) to 9 (e) show movement in the front-rear direction. Depending on whether the inclination of the rail is in the traveling direction and is “up” or “down”, It seems that the consciousness is directed to either “lower the foot”.
(4) With the conventional front fulcrum, there is a sense that the front fulcrum is always moving toward the downhill. On the other hand, at the rear fulcrum of this embodiment, it becomes a sensation of always moving toward the uphill ((c) to (e) in FIG. 9 and (h) to (j) in FIG. 9).
[0025]
(5) At the conventional front fulcrum, there is a sense of being pulled in the descending direction. In the rear fulcrum of this embodiment, there is no such feeling ((c) to (e) in FIG. 9 and (h) to (j) in FIG. 9).
(6) At the conventional front fulcrum, there is a sense that gravity is acting in addition to its own force. In the rear fulcrum of this embodiment, there is no such feeling ((c) to (e) in FIG. 9 and (h) to (j) in FIG. 9).
(7) The conventional front fulcrum has a scary sensation that seems to slide down, especially when kicking the foot backwards. In the rear fulcrum of this embodiment, there is no such feeling (the left foot in FIGS. 9C to 9E and the right foot in FIGS. 9H to 9J).
(8) In the conventional front fulcrum, since the inclination in the descending direction occurs due to the up and down of the rail, there is a feeling that the center of gravity shakes back and forth in the lower direction. In the rear fulcrum of this embodiment, there is no such feeling ((c) to (e) in FIG. 9 and (h) to (j) in FIG. 9).
(9) With the conventional front fulcrum, there is a feeling of stepping back slightly during the stepping motion (the front and rear motion of the pedal is fixed). At the rear fulcrum of this embodiment, it feels like a slight step forward during the stepping motion (fixed forward / backward motion of the pedal).
[0026]
As described above, according to the present embodiment, the motion trajectory of natural walking can be reproduced by using the rear fulcrum mechanism.
Therefore, in addition to training of the treading force (stepping force), it is possible to train the force to lift the lower limbs and the joint motion.
[0027]
The majority of elderly people fall into a bedridden life after being fractured due to a fall accident and have been hospitalized, and there is a need for a barrier-free environment such as elimination of steps. There are many things that land from the toe instep side due to the `` toe-down '' state due to muscle weakness more than a stumble to the step and fall down without being able to support weight, and it is considered important to maintain the ability to lift the lower limbs .
By using the rear fulcrum of this embodiment, the height difference of the front which becomes an action point can be varied, and the load amount commensurate with the user can be set.
[0028]
(Deformation)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications and changes are possible, and these are also within the equivalent scope of the present invention.
For example, the lower limb exercise apparatus may use a walking exercise mechanism 20 as shown in FIG. In this case, the drive unit 13 is implemented by the pedal advance / retreat mechanism unit 30 and the rail vertical movement mechanism unit 40.
FIG. 10 is a perspective view showing a specific example of a lower limb exercise device according to the present invention.
In the following description, especially when it is necessary to distinguish between left and right, an L or R character is appended to the code as appropriate.
The walking motion mechanism 20 includes a pedal 21 (a right pedal 21R and a left pedal 21L), a pedal mounting rail 22 (a right pedal mounting rail 22R and a left pedal mounting rail 22L), a pedal advance / retreat mechanism unit 30, and a rail vertical movement mechanism unit. 40.
[0029]
The pedal 21 (the right pedal 21R and the left pedal 21L) is a part where a walking exerciser puts his / her foot to perform a walking exercise. The pedal 21 is supported by four springs and can follow the movement of the foot of the walking exerciser.
The pedal mounting rails 22 (the right pedal mounting rail 22R and the left pedal mounting rail 22L) place the pedal 21 thereon. The pedal mounting rail 22 has an open top surface, and a belt 31 for moving the pedal 21 is exposed as will be described later.
[0030]
The pedal advance / retreat mechanism 30 is a mechanism that causes the right pedal 21R and the left pedal 21L to alternately advance and retreat on the pedal mounting rail 22. The pedal advance / retreat mechanism 30 includes a belt 31 (right belt 31R and left belt 31L), a driven shaft 32 (right driven shaft 32R and left driven shaft 32L), and a drive shaft 33 (right drive shaft 33R and left drive shaft 33L). A bevel gear 34 (a right bevel gear 34R and a left bevel gear 34L), a bevel gear 35, and a pedal advance / retreat motor 36.
[0031]
A part of the belt 31 is exposed from an opening provided in the pedal mounting rail 22, and the pedal 21 is attached to the belt 31. Therefore, when the belt 31 moves, the pedal 21 also moves together. The belt 31 is stretched between the driven shaft 32 and the drive shaft 33.
[0032]
The driven shaft 32 is a shaft that adjusts the tension of the belt 31. Both ends of the driven shaft 32 are rotatably held by the side wall portion of the pedal mounting rail 22.
[0033]
The drive shaft 33 is a shaft that drives the belt 31. The drive shaft 33 is rotatably held by the side wall portion of the pedal mounting rail 22, and further, one end passes through the side wall of the pedal mounting rail 22 and a bevel gear 34 is attached to the tip thereof. The drive shaft 33 transmits the rotation of the bevel gear 34 to drive the belt 31.
[0034]
The bevel gears 34 and 35 are transmission units that transmit the rotation of the pedal advance / retreat motor 36 to the drive shaft 33.
The pedal advance / retreat motor 36 rotates the bevel gear 35. Further, a rotary encoder (not shown) is integrally provided at the rear portion of the pedal advance / retreat motor 36, and the rotation angle is continuously detected.
[0035]
The rail vertical movement mechanism unit 40 alternately moves the right pedal mounting rail 22R and the left pedal mounting rail 22L up and down around the right drive shaft 33R and the left drive shaft 33L as rotation centers. The rail vertical movement mechanism unit 40 includes a belt 41, a rail vertical movement motor 42, a drive pulley 43, and a tension pulley 44.
[0036]
The belt 41 is stretched between the drive pulley 43 and the tension pulley 44 in a “W” shape, and both ends thereof are fixed to the right pedal mounting rail 22R and the left pedal mounting rail 22L.
[0037]
The rail vertical movement motor 42 rotates the drive pulley 43. Further, a rotary encoder (not shown) is integrally provided at the rear part of the rail vertical movement motor 42, and the rotation angle is continuously detected. The movable range of the pedal mounting rail 22 is determined by the rotation angle of the rail vertical movement motor 42. In this embodiment, the movable range is 10 degrees above and below the horizontal position (20 degrees in the range). ).
[0038]
The drive pulley 43 is attached to the rail vertical movement motor 42 and transmits the rotation of the rail vertical movement motor 42 to drive the belt 41.
The tension pulley 44 adjusts the tension of the belt 41.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by using the mechanism of the rear fulcrum, the motion trajectory of natural walking can be reproduced. Can exercise exercise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a walking exercise apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a pedal portion of the walking exercise device according to the present embodiment.
FIG. 3 is a view showing a pressure sensor of a pedal portion of the walking exercise device according to the present embodiment.
FIG. 4 is a flowchart illustrating the operation of the walking exercise device according to the present embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a walking motion trajectory of the walking motion apparatus according to the present embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating an operation (B) of the walking exercise device according to the present embodiment while comparing it with an operation (A) of a conventional walking exercise device.
FIG. 7 is a diagram illustrating the operation (B) of the walking exercise device according to the present embodiment while comparing it with the operation (A) of the conventional walking exercise device.
FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of one cycle (# 1 to # 5) of natural walking.
FIG. 9 is a diagram showing in detail the operation of the walking exercise device according to the present embodiment.
FIG. 10 is a perspective view showing a specific example of a lower limb exercise device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Walking exercise apparatus 11 Operation part 12 Control part 13 Drive part 20 Lower limb exercise | movement apparatus

Claims (5)

左右の足を載せる第1及び第2のペダル部材と、
前記第1及び第2のペダル部材がそれぞれスライド自在に設けられ、後方に配置された支点を中心に所定角度回転する第1及び第2レール部材と、
前記第1及び第2レール部材に対して、前記第1及び第2のペダル部材を交互に前後駆動すると共に、前記第1及び第2レール部材を交互に回転駆動する駆動部と、
前記駆動部を管理して、前記第1及び第2のペダル部材の前後高低位置を制御する制御部と
を含み、
踏込みにより前記レール部材が水平位置より下がること
を特徴とする歩行運動装置。
First and second pedal members for placing left and right feet;
The first and second pedal members are slidably provided, respectively, and first and second rail members that rotate a predetermined angle around a fulcrum disposed at the rear;
A driving unit that alternately drives the first and second pedal members back and forth with respect to the first and second rail members, and alternately drives the first and second rail members to rotate;
Manages the drive unit, viewed contains a control unit for controlling respective high and low positions of the first and second pedal members,
The rail member is lowered from the horizontal position by stepping on.
A walking exercise device characterized by .
前記ペダル部材に圧力センサーが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の歩行運動装置。The walking exercise device according to claim 1, wherein a pressure sensor is provided on the pedal member. 前記ペダル部材の位置を検出するペダル位置検出部を含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の歩行運動装置。The walking exercise device according to claim 1, further comprising a pedal position detection unit that detects a position of the pedal member. 前記制御部は、前記ペダル位置検出部の検出結果に基づいて、前記駆動部を管理して、前記第1及び第2のペダル部材の前後高低位置を制御することを特徴とする請求項3に記載の歩行運動装置。The said control part manages the said drive part based on the detection result of the said pedal position detection part, and controls the front-back height position of the said 1st and 2nd pedal member, The Claim 3 characterized by the above-mentioned. The walking movement apparatus described. 前記ペダル部材の動作位置と前記圧力センサーで計測した前記ペダル部材に掛かる力とから、実際の歩行に則した運動であるか否かを判定することを特徴とする請求項2から請求項4のいずれか1項に記載の歩行運動装置。5. The method according to claim 2, wherein whether or not the movement is in accordance with actual walking is determined from an operation position of the pedal member and a force applied to the pedal member measured by the pressure sensor. The walking exercise device according to any one of the above.
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