專利名稱：搖擺式運動裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種搖擺式運動裝置，用于通過使使用者乘坐的座椅搖擺 而向使用者提供與騎馬類似的運動效果以及用于通過使使用者跨騎的踏板 搖擺而迫使使用者保持平衡。
背景技術：
用于向使用者提供與騎馬類似的運動效果的搖擺式運動裝置是在從兒 童到成年人的多代使用者中廣泛采用并被普及到一般家庭以及恢復用醫療
設備中的易于使用的運動裝置。在例如日本專利No.3394890和日本專利待 審公開申請No.2001 -286578中公開了常規搖擺式運動裝置的實例。
日本專利No.3394890中公開了一種用于腰背痛的預防性鍛煉裝置，其 采用在六個不同方向上具有移動余地的平行機構或類似機構實現有節奏的 搖擺運動。日本專利待審公開申請No.2001-286578中公開了一種平衡鍛煉 裝置，其采用電機和連桿實現向前/向后的搖擺運動以及向左/向右的搖擺運 動。
日本專利待審公開申請No.2001-286578中公開的平衡鍛煉裝置使得可 移動單元僅進行向前/向后搖擺運動以及向左/向右搖擺運動的組合，而不能 滿足使用者進行更有效鍛煉(被動鍛煉)的需求。
相比較而言，日本專利No.3394890中公開的預防性鍛煉裝置能使可移 動單元在六個不同方向上進行順應運動，因而能滿足上述需求。但是，該 預防性鍛煉裝置的問題在于成本高，且很難以受控的方式進行驅動。該預 防性鍛煉裝置允許可移動單元僅進行向前/向后搖擺運動以及向左/向右搖 擺運動的組合。
發明內容
基于以上描述，本發明提供一種搖擺式運動裝置，其能有效且方便地 進行除向前/向后和向左/向右運動(俯仰和橫搖運動)之外的偏搖運動。
根據本發明，提供一種搖擺式運動裝置，包括供使用者騎乘的可移 動單元；以及用于促使可移動單元完成搖擺運動的驅動單元；其中所述驅 動單元包括用于使可移動單元在向前/向后方向上搖擺的俯仰驅動部分、用 于使可移動單元在向左/向右方向上搖擺的橫搖驅動部分、以及用于使可移 動單元繞豎直軸線旋轉的偏搖驅動部分，且其中，當可移動單元被俯仰驅
動部分向前移動并通過橫搖驅動部分向左或向右傾斜時，偏搖驅動部分使 可移動單元在與可移動單元的傾斜方向相同的方向上旋轉。
利用上述的搖擺式運動裝置，通過包括除俯仰驅動部分和橫搖驅動部 分之外的偏搖驅動部分的驅動單元，將偏搖運動增加到向前/向后俯仰運動 以及向左/向右橫搖運動中。另外，在使用者享受更有效的被動鍛煉的同時， 偏搖運動被增加到由于俯仰運動和橫搖運動的組合而產生的向前搖擺運動 和向左/向右搖擺運動的組合之中。
驅動單元的橫搖驅動部分可以通過使可移動單元繞相對于可移動單元 傾斜的向前/向后軸線旋轉而使可移動單元進行向左/向右搖擺運動，通過使 向前/向后軸線和可移動單元的前端之間的距離與向前/向后軸線與可移動 單元的后端之間的距離不同，繞豎直軸線作用的偏搖分量可以優選地被增 加到可移動單元的運動中。
通過這種構造，橫搖驅動部分用作偏搖驅動部分，這與其中獨立設置 偏搖驅動部分的情況相比更加成本有效，這還消除了橫搖運動和偏搖運動 的操作時間彼此偏離的可能性。
向前/向后軸線可以具有傾斜度，使得軸線前端低于軸線后端，且向前 /向后軸線與可移動單元前端之間的距離可以大于向前/向后軸線與可移動 單元后端之間的距離。
通過這種構造，可以獲得使可移動單元前端向左和向右擺的偏搖運動。 這使得可以更有效地將偏搖運動施加到騎乘在可移動單元上的使用者上， 同時允許使用者真實地感受到所增加的偏搖運動。
優選的是，俯仰驅動部分和橫搖驅動部分可以由單個電機的旋轉輸出 來一起驅動。通過這種構造，可以很容易地獲得所需時間上的俯仰運動、 橫搖運動以及偏搖運動的組合。
根據本發明的實施例，除俯仰驅動部分和橫搖驅動部分之外還設置有 所述用于使可移動單元繞豎直軸線旋轉的偏搖驅動部分。
這樣就可以將偏搖運動增加到向前/向后俯仰運動和向左/向右橫搖運 動之中。另外，當可移動單元通過俯仰驅動部分向前移動并通過橫搖驅動 部分向左或向右傾斜時，偏搖驅動部分使可移動單元在與其傾斜方向相同 的方向上旋轉。因此，在使用者享受更有效的被動鍛煉時，偏搖運動被增 加到通過俯仰運動和橫搖運動的組合而產生的向前搖擺運動和向左/向右 搖擺運動的組合之中。
此外，還可以對可移動單元施加一個在鍛煉使用者腿部和腰部并增強 平衡感方面極有效的運動。另外，因為俯仰驅動部分、橫搖驅動部分以及 偏搖驅動部分一起設置，使得本發明的搖擺式運動裝置可以成本有效的方 式制造，且與采用具有六個不同方向上的順應運動的平行機構的傳統裝置 相比其操作更容易得到控制。
從下文結合附圖對實施方式的描述中將會清楚地了解到本發明的目的 和特征，圖中
圖1A和1B是用于對根據本發明一個實施例的搖擺式運動裝置的操作 進行說明的視圖2是搖擺式運動裝置的透視圖3A和3B是搖擺式運動裝置的頂視圖和右側視圖4是搖擺式運動裝置的正視圖5是表示搖擺式運動裝置的主體單元的分解透視圖； 圖6是表示搖擺式運動裝置的座椅的分解透視圖； 圖7是表示搖擺式運動裝置的驅動單元的分解透視圖； 圖8是搖擺式運動裝置的驅動單元的透視圖； 圖9是搖擺式運動裝置的驅動單元的側視圖； 圖IO是搖擺式運動裝置的驅動單元的分解透視圖；以及 圖11是對搖擺式運動裝置的驅動單元的向前/向后搖擺運動進行說明 的示圖；以及
圖12是搖擺式運動裝置的操作面板的正視圖。
具體實施例方式
下文將參照構成本發明一部分的圖1-12來描述本發明的示例性實施方式。
圖2和3中所示的搖擺式運動裝置被設計成使供使用者乘坐的座椅向 前/向后以及向左/向右搖擺運動，使得乘坐在座椅2上的使用者可以在運動 過程中實現平衡鍛煉。搖擺式運動裝置包括在形狀上模仿馬背或鞍并具有 上座椅表面的座椅2、用于促使座椅2進行搖擺運動的驅動單元3以及用于 將驅動單元3容納在其上部內的主體1。大體上半圓弧形的手柄6以手柄6 在向前/向后方向上樞轉移動的方式在其相反端部連接在座椅2的前端側 上。還在座椅2的前端側上設置操作面板8。蹬形元件7和7從座椅2的在 其前端附近的相反側面上懸出。
在圖5中可以看到，主體1包括在其四個拐角具有接地支腳15的底 座框11;從底座框11大體上的中心部分向上和向后延伸的支柱12;以如 下方式連接在支柱12上的支承架13，即，支承架13可以在支柱12的縱向 上滑動；以及用于通過電力實現支承架13滑動的電滑動單元14。主體1 還包括用于封蓋底座框11上表面的底蓋16、用于封蓋支柱12附近區域的 蓋17、以及用于封蓋支承架13的外周的主蓋18。
參照圖6，座椅2包括座椅架20、連接在座椅架20的上表面上的座椅 表面元件21、接合在座椅架20的下側上的蓋22、連接在座椅架20的左側 和右側上的一對防護蓋23、以及用于封蓋操作面板8的附近區域的面板蓋 24。
蹬形元件7每個都包括固定在形成于座椅架20每個側面上的蹬形連接 部分200上的固定件71、從固定件71上懸出的連接件72、以及從連接件 72上懸出的腳踏板70。防護蓋23每個都封蓋使連接件72與固定件71連 接的接合銷部分的外端，由此防止可能發生的乘坐在座椅2上的使用者的 膝蓋部分與接合銷部分形成接觸。
現在描述驅動單元3。參照圖7-10，驅動單元3包括形成為盒形形狀 的可移動框架30、布置在可移動框架30內的電機31、布置在可移動框架 30內用于向輸出軸32和33的耦合體傳遞電機31的轉矩的齒輪組34、位
于可移動框架30上方的可移動板40、以用于連接可移動板40和可移動框 架30的兩種連接板41和42。齒輪組34作為使電機轉速降低的減速裝置。 可移動框架30在其前和后端表面具有軸承部分300。可移動框架30的軸承 部分300通過相應的軸130 (在圖5中示出)旋轉連接在主體1的支承架 13上，使得可移動框架30繞軸130在向左和向右方向上擺動。
這樣，與可移動板40的后端側相連的連接板41通過軸301與可移動 框架30的后側表面連接。旋轉板39布置在可移動框架30內并通過軸302 在一端由可移動框架30支承。連接板42在旋轉板39的另一端通過軸303 支承。此外，連接板42通過可伸長/收縮的致動器45與可移動板40的前 端相連。
兩個輸出軸32和33得到樞轉驅動，其中輸出軸32具有位于可移動框 架30的外表面上的偏心部分。該偏心部分通過連桿35與支承架13相連， 從而形成一個橫搖驅動部分。
輸出軸33具有位于可移動框架30的外表面上的兩個偏心部分33a和 33b。具有減小的偏心率的偏心部分33a與連接板42相連，同時具有增大 的偏心率的偏心部分33b與連桿36的一端相連，該連桿36的另一端與連 接板41相連，從而形成一個俯仰驅動部分。
輸出軸32的通過連桿35與支承架13相連的偏心部分的旋轉促使可移 動框架30繞軸130 (沿縱向軸線A延伸，該軸線在圖9中的向前/向后方向 上傾斜)往復旋轉。
輸出軸33的偏心部分33a的偏心旋轉促使可移動板40的前端通過連 接板42和可伸長/收縮致動器45的干涉在向前/向后以及向上/向下方向上 擺動。偏心部分33b的偏心旋轉促使可移動板40的后端通過連桿36和連 接板41的干涉主要在向前/向后方向上擺動。假定如圖9和圖ll所示，用 于將連接板41和可移動板40連接在一起的接合軸40a向前/向后擺動的軌 跡是Tl并且用于將可伸長/收縮致動器45和可移動板40連接在一起的接 合軸40b向前/向后擺動的軌跡是T2，則兩個擺動行程被設定為彼此相同， 但向上/向下移動分量在軌跡Tl和T2上被設定為不同。
另外，盡管軌跡T1主要是在向前/向后方向上移動，但軌跡T2除了向 前/向后的移動分量之外還具有增大的向上/向下的移動分量。這是因為連接
板42的軸303位于軸40b后面。此外，軌跡T2經由在向上/向后方向上偏 離的不同路徑前進和后退，因為構成用于驅動可移動板40的前端搖擺運動 的組成部件之一的旋轉板39改變了作為連接板42在向上/向后方向上的旋 轉軸線的軸303的位置。
在這一點上，座椅2的座椅框架20固定在可移動板40上，可移動板 40隨著輸出軸32和33的旋轉而在向前響后以及向左/向右方向上作搖擺 運動，由此座椅2與可移動板40 —起在向前/向后以及向左/向右方向上搖 擺。輸出軸32和33的轉數被設定為確保在一個周期的向左/向右搖擺運動 過程中完成兩個周期的向前/向后搖擺運動。座椅2的座椅表面元件21的 中點21a定位在向左/向右方向上的中心以及向前/向后方向上的最低處。在 一個周期的向左/向右搖擺運動的過程中完成兩個周期的向前/向后搖擺運 動，使得中點21a在座椅2如圖1A所示的向前/向后以及向左/向右搖擺運 動過程中作8字形圖案(當從頂部觀察)的運動。因軌跡T1和T2的差異， 座椅2的中點21a如圖1B所示在向前移動的同時下降，但在后退的同時上 升。
此外，如上所述，座椅2的后端的軌跡Tl表示向前/向后的運動具有 減小的向上/向下運動分量，另一方面，座椅2的前端的軌跡T2代表向前/ 向后的運動具有增大的向上/向下運動分量。因而，以前端相對于后端向上 和向下移動的方式實現座椅2的向上/向下運動。在基本上與座椅2的中點 21a相一致的位置乘坐在座椅2上的使用者可以準確感受到座椅2的運動， 也就是前端相對于位于使用者后面的后端的向上/向下移動。
圖1A和1B是通過以規則的時間間隔繪制座椅2的中點21a的移動而 獲得的曲線圖。在該曲線圖中，在點之間具有更大間隔的部分表示高速移 動并且在短時間周期內更窄間隔變為更寬間隔的部分代表具有增大的加速 度的移動。圖1A和1B表示向前運動的加速大于向后運動的加速。乘坐在 座椅2上并感受座椅2運動的使用者獲得向前移動的感覺。因此，使用者 的感覺好像他或她享受到實際的騎馬。
向左/向后搖擺運動不會繞大體上平行于可移動板40的水平軸線產生， 而是繞前端低于后端的縱向軸線A產生。因此，盡管可移動板40在前端和 后端在相等角度范圍內向左/向右搖擺運動，但可移動板40在前端向左/向
右的行程大于在后端的行程。這是因為可移動板40的前端與縱向軸線A之 間的垂直距離大于可移動板40的后端與縱向軸線A之間的垂直距離。向前 /向后搖擺運動(俯仰)與向左/向右搖擺運動(橫搖)組合。在從頂部觀察 到的8字形圖案的軌跡中，前側的向左/向右運動寬度變得比后側更大，在 圖1A中明顯可見。此夕卜，向前傾斜運動包括使座椅2的前端向前偏斜扭轉 并成十字形移動的偏搖運動分量，這意味著橫搖驅動部分用作偏搖驅動部 分。
因此，乘坐在座椅2上并感受所有座椅2運動的使用者不能保持平衡， 除非他或她克服偏搖運動以及俯仰和橫搖運動。這一點從平衡鍛煉的角度 來說相當有效。
為了改變座椅2的向前/向后傾斜角度而設置驅動單元3的可伸長/收縮 致動器45。響應于操作面板8的操控，可伸長/收縮致動器45伸長和收縮， 以轉換向前傾斜的姿態和向后傾斜的姿態。另外，可伸長/收縮致動器45 可以與向前/向后以及向左/向右搖擺運動相一致地完成伸長和收縮運動，由 此增大或減小向上/向下運動分量。
如果座椅2向前/向后的傾斜角度改變，則在座椅2搖擺運動過程中作 用在使用者各個肌肉(腹肌、背肌、大腿前肌以及大腿后肌)上的負荷也 改變。搖擺速度的改變還會導致作用在各個肌肉上的負荷強度和負荷比的 改變。使用者為了清楚地意識到這種改變，作用在相應肌肉上的負荷狀態 在操作面板8上顯示，這一點將在下文提出。根據預先獲得的數據決定負 荷狀態以使相應肌肉的肌原潛能隨著向前/向后傾斜角度和以及電機31的 速度的不同而改變。
當使用者乘坐在座椅2上并感受所有座椅2的運動時，使用者可以通 過將腳壓靠在蹬形元件7上并用手握緊手柄6來以更安全的方式享受搖擺 運動。蹬形元件7被設計成使得連接件72與腳踏板70之間的接合點可以 在垂直方向上得到調節。這樣可以將蹬形元件7的高度設定成滿足使用者 的體形和愛好。
連接件72由彈性材料制成并且可以向左和右自由彎曲。從圖4所示的 右蹬形元件7可以清楚地看到，接合在連接件72的上表面上的腳踏板70 具有以傾斜角度a向上向外延伸的底部。通過使腳踏板70向外偏移，使用
者很容易將腳壓靠在腳踏板70上。 一旦腳壓靠在每個蹬形元件7的腳踏板 70上，彈性連接件72則彎曲以使腳踏板70向內移動，由此使腳踏板70 的底部處于水平狀態，這一點可以從圖4所示的左蹬形元件7上清楚地看 到。因此，當腳放置在蹬形元件7上時，使用者可以在不會有超大力作用 在腳踝或膝蓋上的情況下保持合適的姿態。
圖12表示布置在座椅2的前端部的操作面板8。在該圖中，附圖標記 80表示電源開關、附圖標記81是用于操作電滑動單元14以調節座椅2的 高度的高度調節開關，附圖標記82表示用于操作可伸長/收縮致動器45以 調節座椅2的傾斜角度的角度調節開關，附圖標記83表示用于改變驅動單 元3的轉速以控制搖擺速度的速度調節開關。
附圖標記84表示用于輸入使用者重量值的上/下開關，附圖標記85表 示用于選擇適于初學者的搖擺運動的操作模式選擇開關，附圖標記86表示 用于變換由搖擺運動提供的運動強度的操作模式變換開關，附圖標記87表 示用于變換運動目標的運動目標變換開關，附圖標記88表示由液晶板構成 的顯示器。在操作運動目標變換開關87時，通過可伸長/收縮致動器45適 當變換座椅2向前/向后的傾斜角度。
顯示器88起到的作用是指示座椅2的傾斜狀態、速度調節狀態、操作 時間、運動強度、計算后的運動量(消耗的卡路里)以及通過由可伸長/收 縮致動器45的伸長和收縮引起的座椅2的速度變化和向前/向后傾斜姿態 的變化而作用在腹肌、背肌、大腿前肌肉和大腿后肌肉上的負荷。
優選根據針對座椅2的相應向前/向后傾斜姿態和操作速度、輸入的重
量值以及操作時間預先計算的搖擺量(與每單位時間的運動量相對應的數 據)計算運動量。然而，還可以在驅動單元3或座椅2上安裝加速度傳感 器并采用由加速度傳感器獲取的加速度數據計算運動量。
盡管上文所述的實施方式涉及一種使使用者享受騎馬一樣的運動的搖 擺式運動裝置，但本發明并不局限于此。備選地，通過使使用者站立的腳 踏板搖擺，本發明可以應用在使使用者可以感受例如沖浪一樣的運動的裝 置上。通過使使用者乘坐的座椅搖擺同時使放置使用者每只腳的腳踏板各 自單獨向上和向下移動，本發明還可以應用在使使用者能夠感受行走一樣 的運動的裝置上。
在前述實施例中，將偏搖分量增加到作為可移動單元的座椅2的運動 中是這樣實現的，即，使繞其進行向左/向右搖擺運動的軸A傾斜，并使軸 A和座椅2 (可移動板40)的前端之間的距離與軸A和座椅2后端之間的 距離不同。可選地，偏搖分量的增加也可以這樣實現，即，為驅動單元3 增加一個旋轉運動機構作為偏搖驅動部分，用于使座椅2 (可移動板40) 與其向前/向后和向左/向右搖擺運動相一致而繞豎直軸線旋轉。
盡管已經參照實施方式示出和描述了本發明，但本領域技術人員將會 認識到在不脫離在以下權利要求中限定的本發明的范圍的前提下可以做出 多種變化和修改。
權利要求
1. 一種搖擺式運動裝置，包括供使用者騎乘的可移動單元；以及用于促使可移動單元完成搖擺運動的驅動單元；其中所述驅動單元包括用于使可移動單元在向前/向后方向上搖擺的俯仰驅動部分、用于使可移動單元在向左/向右方向上搖擺的橫搖驅動部分、以及用于使可移動單元繞豎直軸線旋轉的偏搖驅動部分，且其中，當可移動單元被俯仰驅動部分向前移動并通過橫搖驅動部分向左或向右傾斜時，偏搖驅動部分使可移動單元在與可移動單元的傾斜方向相同的方向上旋轉。
2. 如權利要求1所述的搖擺式運動裝置，其特征在于，驅動單元的橫搖驅動部分通過使可移動單元繞相對于可移動單元傾斜的向前/向后軸線旋轉而使可移動單元進行向左/向右搖擺運動，且其中，通過使向前/向后軸 線和可移動單元前端之間的距離與向前/向后軸線與可移動單元后端之間的距離不同，將繞豎直軸線作用的偏搖分量增加到可移動單元的運動中。
3. 如權利要求2所述的搖擺式運動裝置，其特征在于，向前/向后軸線 具有傾斜度，使得所述軸線前端低于軸線后端，且向前/向后軸線與可移動 單元前端之間的距離大于向前/向后軸線與可移動單元后端之間的距離。
4. 如權利要求2或3所述的搖擺式運動裝置，其特征在于，所述俯仰 驅動部分和橫搖驅動部分由單個電機的旋轉輸出來一起驅動。
全文摘要
一種搖擺式運動裝置，包括供使用者騎乘的可移動單元和用于促使可移動單元完成搖擺運動的驅動單元。所述驅動單元包括用于使可移動單元在向前/向后方向上搖擺的俯仰驅動部分、用于使可移動單元在向左/向右方向上搖擺的橫搖驅動部分、以及用于使可移動單元繞豎直軸線旋轉的偏搖驅動部分。當可移動單元被俯仰驅動部分向前移動并通過橫搖驅動部分向左或向右傾斜時，偏搖驅動部分使可移動單元在與可移動單元的傾斜方向相同的方向上旋轉。
文檔編號A63B69/04GK101385683SQ200810215749
公開日2009年3月18日 申請日期2008年9月9日 優先權日2007年9月13日
發明者中西隆介 申請人:松下電工株式會社