平衡训练机的制作方法

专利名称：平衡训练机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种平衡训练机，其用于训练受训者的平衡能力，通过使受训者以类似于骑马的方式坐在座椅上且摆动座椅，将训练负载施加给受训者。
背景技术：
近来，作为一种老幼皆宜的方便的训练器械，平衡训练机开始流行，其不仅扩展了到普通家用，甚至被用作了康复训练的医疗设备。例如，公开号为2006-61672的日本早期公开专利揭示了一种具有紧凑构造的传统平衡训练机，其中，座椅的摆动机构设置在座椅下面。
然而，具有紧凑构造的该传统平衡训练机具有下述缺点摆动运动的运动模式相对单一，并且摆动运动的方向仅限于前后方向和竖直方向。因此，有必要改变摆动运动的模式和方向，以强化平衡训练的效果。

发明内容
本发明的目的是提供一种改进的平衡训练机，其能够通过使摆动运动复杂化而强化平衡训练的效果。
根据本发明的一方面的平衡训练机包括座椅，受训者坐在该座椅上；摆动机构，其通过沿前后方向的摆动运动和沿宽度方向的摆动运动的合成，来摆动该座椅；以及控制器，其控制该摆动机构，其中该座椅的沿前后方向的摆动运动的运动速度大于沿宽度方向的摆动运动的运动速度；且该座椅的沿宽度方向的摆动运动的起点与该座椅沿前后方向的摆动运动的起点相差半个周期以内。
根据此构造，由于该座椅的沿前后方向的摆动运动的运动速度大于沿宽度方向的摆动运动的运动速度，且该座椅的沿宽度方向的摆动运动的起点与该座椅的沿前后方向的摆动运动的起点相差半个周期以内，因而该座椅中心的轨迹变得复杂。例如，当该座椅沿前后方向的摆动运动的运动速度是沿宽度方向的摆动运动的运动速度的两倍，并且该座椅的沿宽度方向的摆动运动的起点与该座椅的沿前后方向的摆动运动的起点重合时，该座椅中心的轨迹形成为类似于无穷大符号形或侧置的8字形。或者，当该座椅的沿前后方向的摆动运动的运动速度是沿宽度方向的摆动运动的运动速度的两倍，并且该座椅的沿宽度方向的摆动运动的起点与沿前后方向的摆动运动的起点相差例如±90°时，该座椅中心的轨迹形成为V形或倒V形。或者，当该座椅的沿前后方向的摆动运动的运动速度是沿宽度方向的摆动运动的运动速度的两倍，并且该座椅沿宽度方向的摆动运动的起点与沿前后方向的摆动运动的起点相差例如180°时，该座椅中心的轨迹形成为类似于无穷大符号形或侧置的8字形，其中，该座椅中心所形成的轨迹的方向与当该座椅的沿宽度方向的摆动运动的起点与该座椅的沿前后方向的摆动运动的起点重合时的方向相反。当该座椅中心的轨迹形成为沿诸如无穷大符号形、侧置的8字形、V形或倒V形时，由于围绕竖直轴线的扭动运动而产生的偏转分量添加到该座椅的沿宽度方向的转圈运动的分量上，同时该座椅沿前后方向运动下降。因此，该座椅中心的轨迹包括仰俯分量、转圈分量和偏转分量，从而使得该座椅的运动变得复杂，因此可以强化平衡训练的效果。
在上述平衡训练机中，优选地，该座椅的沿前后方向的摆动运动的运动速度是沿宽度方向的摆动运动的运动速度的两倍。根据此构造，该控制器对座椅的摆动运动的控制变得简单。
在上述平衡训练机中，优选还包括可延伸收缩的机构，其通过延伸或收缩而改变该座椅和该摆动机构之间的距离，以改变该座椅的摆动运动的行程；以及其中控制器进一步控制该可延伸收缩的机构。
根据此构造，当可延伸收缩的机构被驱动时，摆动机构和座椅之间的距离可以延长或缩短。例如，当可延伸收缩的机构延伸时，可以延长座椅的摆动运动的行程，从而可以获得能够增加运动模式且扩大座椅的运动行程的平衡训练机。此外，当与摆动机构关联驱动可延伸收缩的机构时，可以增加更多的座椅的运动模式。
在上述的平衡训练机中，优选还包括支撑单元，其支撑该摆动机构，该摆动结构能够围绕预定转动轴线转动；支撑架，其安置在地面上，并且支撑该支撑单元，该支撑单元能够围绕第一水平轴线转动。该可延伸收缩的机构包括第一倾斜机构，其设置在该支撑架和该支撑单元之间，并且在竖直平面内改变该摆动机构的转动轴线的倾斜角；以及第二倾斜机构，其设置在该摆动机构和该座椅之间，并且改变该座椅的倾斜角。
根据此构造，摆动机构由于其本身的驱动力，可以围绕转动轴线转动。因此，座椅可以沿平衡训练机的宽度方向摆动。此外，因为该支撑单元可围绕第一水平轴线转动，并且第一倾斜机构设置在支撑架和支撑单元之间，所以摆动机构的转动轴线相对于水平线的角度可以改变，换句话说，摆动机构的转动轴线可以竖起或放下。此外，由于第二倾斜机构设置在摆动机构和座椅之间，可以独立于第一倾斜机构的运动，改变座椅的姿势。
在上述构造中，优选是该控制器控制驱动彼此关联的该第一倾斜机构和第二倾斜机构，以通过该第二倾斜机构的延伸或收缩，补偿由于该第一倾斜机构的延伸或收缩产生的座椅的倾斜的至少一部分。
根据此构造，例如，当第二倾斜机构与第一倾斜机构关联驱动时，座椅可以在保持其姿势的情况下，被提升或下降。
在上述构造中，优选是该控制器控制驱动该第一倾斜机构，使该摆动机构的转动轴线的倾斜角在近似水平到近似竖直的范围内变化。
或者，优选是该控制器控制驱动彼此关联的该第一倾斜机构和该第二倾斜机构，以改变该摆动机构的转动轴线的倾斜角，以使该座椅的摆动运动在围绕水平轴线的摆动运动和围绕竖直轴线的摆动运动之间变化，同时通过该第二倾斜机构的延伸或收缩，补偿由于该第一倾斜机构的延伸或收缩产生的座椅的倾斜的至少一部分。
在上述构造中，优选是该摆动机构包括电机、以及分别通过该电机的驱动力驱动的第一驱动齿轮和第二驱动齿轮；该第一驱动齿轮具有偏心轴，所述偏心轴在包括该平衡训练机的前后方向和竖直方向的第一竖直平面内产生位移，由此，该座椅在该第一竖直平面内摆动；该第二驱动齿轮具有偏心轴，该偏心轴在包含该平衡训练机的宽度方向和竖直方向的第二竖直平面内产生位移，从而，该座椅在该第二竖直平面内摆动。
根据此构造，可以通过单个电机的驱动力，产生座椅的沿宽度方向和前后方向的摆动运动。因此，可以简化摆动机构并使缩减其尺寸，因此，可以缩减采用了该摆动机构的平衡训练机的尺寸，且可以降低平衡训练机的成本。
在上述构造中，优选是第一驱动齿轮和第二驱动齿轮的齿数比设定为12，并且第二驱动齿轮的偏心轴的0°相位与第一驱动齿轮的偏心轴的0°相位相差半个周期以内。根据此构造，不仅能使座椅沿复杂轨迹摆动，还能简化摆动机构。
此外，优选是该摆动机构具有一机构，以将该第一竖直平面内的移动转换成该座椅的形成椭圆形轨迹的运动。
根据此构造，当与第一倾斜机构的运动和/或第二倾斜机构的运动关联，驱动摆动机构时，可以优化地改变该椭圆形轨迹的形状。
此外，优选是相对于该座椅以连续摆动运动被提升时电机的转速，在该座椅被提升的同时，该主控制器使该电机的转速变慢。
根据此构造，可以采用具有小功率的紧凑型电机作为该驱动机构的电机，从而可以降低平衡训练机的功率消耗和成本。
此外，优选是该平衡训练机还包括偏移机构，以使围绕该转动轴线的摆动机构偏移。因此，可以提供该摆动机构围绕转动轴线相对于支撑单元的角位置的偏移，从而摆动机构，即座椅可以相对于基点，围绕转动轴线摆动，该基点相对于转动轴线以预定角度倾斜。
尽管在所附的权利要求书中提出了本发明的新特征，从以下结合附图的详细描述中，可以更好地理解本发明。


下面将参考附图描述本发明。应当注意的是，示出的所有附图用于说明本发明或其实施例的技术构思，其中图1是侧视图，其示出了根据本发明的实施例的平衡训练机的整体构造；图2是图1所示的平衡训练机的平面图；图3是侧视图，其示出了平衡训练机的驱动机构的构造；图4是沿图3中A-A线的剖视前视图；图5是从图1中右后侧看去的分解立体图，其示出了平衡训练机的构造；
图6是立体图，其示出了去除座椅和盖子的平衡训练机的构造；图7是分解立体图，其示出了座椅的摆动机构的构造；图8是右视图，其示出了摆动机构的构造；图9是侧视图，其示出了座椅中心、偏心轴中心和导轴中心之间关系，以及座椅中心的摆动运动轨迹；图10是平面图，其示出了当第一驱动齿轮和第二驱动齿轮的齿数比是1∶1时、并且当沿前后方向的摆动运动的起点设定与沿宽度方向的摆动运动的起点一致都在0度时，座椅中心的摆动运动轨迹；图11是曲线图，其示出了在图10所示的情况下、沿前后方向的摆动运动的相位和沿宽度方向的摆动运动的相位之间的关系；图12是平面图，其示出了当第一驱动齿轮和第二驱动齿轮的齿数比是1∶1时、并且当沿前后方向的摆动运动的起点设定与沿宽度方向的摆动运动的起点相差90度时，座椅中心的摆动运动轨迹；图13是曲线图，其示出了在图12所示的情况下、沿前后方向的摆动运动的相位和沿宽度方向的摆动运动的相位之间的关系；图14是平面图，其示出了当第一驱动齿轮和第二驱动齿轮的齿数比是1∶2时、并且当沿前后方向的摆动运动的起点设定与沿宽度方向的摆动运动的起点一致都在0度时，座椅中心的摆动运动轨迹；图15是示出在图14所示的情况下、沿前后方向的摆动运动的相位和沿宽度方向的摆动运动的相位之间的关系的曲线图；图16是平面图，其示出了当第一驱动齿轮和第二驱动齿轮的齿轮比是1∶2时、并且当沿前后方向的摆动运动的起点设定与沿宽度方向的摆动运动的起点相差180度时，座椅中心的摆动运动轨迹；图17是曲线图，其示出了在图16所示的情况下、沿前后方向的摆动运动的相位和沿宽度方向的摆动运动的相位之间的关系；图18是平面图，其示出了当第一驱动齿轮和第二驱动齿轮的齿数比是1∶2时、并且当沿前后方向的摆动运动的起点设定与沿宽度方向的摆动运动的起点相差90度时，座椅中心的摆动运动轨迹；图19是曲线图，其示出了在图18所示的情况下、沿前后方向的摆动运动的相位和沿宽度方向的摆动运动的相位之间的关系；
图20是平面图，其示出了当第一驱动齿轮和第二驱动齿轮的齿数比是1∶2时、并且当沿前后方向的摆动运动的起点设定与沿宽度方向的摆动运动的起点相差270度时，座椅中心的摆动运动轨迹；图21是曲线图，其示出了在图20所示的情况下、沿前后方向的摆动运动的相位和沿宽度方向的摆动运动的相位之间的关系；图22是平面图，其示出了当第一驱动齿轮和第二驱动齿轮的齿数比是2∶1时、并且当沿前后方向的摆动运动的起点设定与沿宽度方向的摆动运动的起点一致都在0度时，座椅中心的摆动运动轨迹；图23是侧视图，其示出了当用于使摆动机构倾斜的第一倾斜机构延伸时，座椅中心、和偏心轴中心及导轴中心之间关系、以及座椅中心的摆动运动的轨迹；图24是示意图，其示出了用于对比的图9所示情况下和图23所示情况下的座椅中心轨迹；图25是侧视图，其示出了当用于倾斜座椅的第二倾斜机构延伸时，座椅中心、和偏心轴中心及导轴中心之间关系、以及座椅中心在延伸第二倾斜机构之前及之后的摆动运动的轨迹；图26是侧视图，其示出了当通过延伸第一和第二倾斜机构使摆动机构倾斜而座椅不倾斜时、驱动机构各部分的位移；图27是平面图， 其示出了与图14相比，相应于摆动机构的倾斜，座椅中心的轨迹变化；图28是平面图，其示出了由于摆动机构向左偏移而使座椅中心的摆动运动的基础点产生的转移；图29是平面图，其示出了由于摆动机构向右偏移而使座椅中心的摆动运动的基础点产生的转移的平面图；图30是方框图，其示出了平衡训练机的电构造；图31是方框图，其示出了平衡训练机的主控制电路的电构造；图32是示意图，用于描述通过平衡训练机的主控制器、对用于摆动座椅的电机的控制变化；图33是曲线图，其示出了当第一驱动齿轮和第二驱动齿轮的齿数比是1∶2时、并且当沿前后方向的摆动运动的起点设定与沿宽度方向的摆动运动的起点重合以及相差-90度时，沿前后方向的摆动运动的相位和沿宽度方向的摆动运动的相位之间的关系；以及图34是平面图，其示出了在图33所示情况下，座椅中心的摆动运动的轨迹。
具体实施例方式
参考附图描述根据本发明的实施例的平衡训练机。图1示出了根据第一实施例的平衡训练机1的整体构造。图2是平衡训练机1的平面图。图3示出了平衡训练机1的驱动机构的构造。图4是沿图3的A-A线的剖视前视图。图5是从右后侧看去的图1的平衡训练机1的分解立体图。
平衡训练机1包括座椅2和支撑架4等，该座椅大致呈马背形或马鞍形，用于使受训者坐于其上；该支撑架设置在地面5上，支撑着座椅2。座椅2构造成具有座椅基座2a和安装到座椅基座2a上的垫子2b。
从座椅2的两前侧垂下一对脚镫7(为了简化说明，在图2至图5中将其省略)。每一脚镫7包括用于使受训者放置他或她的脚尖的踏脚板7a、通过诸如螺钉等固定在座椅基座2a的勾挂件7b、以及将踏脚板7a和勾挂件7b相连接的连接件7c。当形成在连接件7c上端的勾挂孔7e与设置在勾挂件7b下端的销7d相配合时，连接件7c可以摆动。踏脚板7a具有多个排成一排的调节孔7g，从而，可通过将设置在连接件下端的销7f与其中一个调节孔7g相配合，调节脚镫7的长度(或踏脚板7a的高度)。
座椅2还包括设置在靠近座椅前端的支撑基座2c。扶手8设置在支撑基座2c上的靠近座椅2前端的部分。扶手8具有半圆形的把手8a。把手8a的两端8b和8c向内弯曲，以便可转动地支持在支撑基座2c上。因此，受训者可以通过将把手8a从座椅上竖起，而握住把手8a的远离受训者自己的一侧。在支撑基座2c的上表面形成相应于把手8a形状的存放槽，以使得可以通过放平把手8a，而将把手8a放入座椅2的支撑基座2c内。在支撑基座2c上安装有操作电路板9a，并且支撑基座2c上还安装有用以封装电路板9a的前面板9b，由此构造为操作单元9。
支撑架4包括安装基座4a，其安置在地面5上；立柱4b，其竖立在安装基座4a上；覆盖件4c、4d，其分别覆盖安装基座4a的前后顶部；以及覆盖件4e，其覆盖立柱4b。安装基座4a构造成左框架4f和右框架4g通过位于靠近安装基座4a前端的部分上的连接框架4h和处于安装基座4a中心部分的连接杆4i彼此连接。调节器4j螺纹连接到左框架4f和右框架4g的位于安装基座4a的前端和后端的底面上，该调节器使得能够相对于地面5调节安装基座4a的高度或水平。
在左框架4f和右框架4g的靠近安装基座4a后端的内表面上还设有一对小脚轮4k。因此，当设置在安装基座4a后端的调节器4j的突出量降低，并且安装基座4a的前端部被提起时，可通过在地面5上滚动小脚轮4k移动平衡训练机1。或者，当设置在安装基座4a后端的调节器4j的突出量增加，以使小脚轮不与地面5接触时，平衡训练机1可以被水平且稳固地保持在地面5上，而不晃动。因此，即使当受训者在上面，座椅2进行摆动运动时，也可稳固地保持摆动机构3和座椅2。
立柱4b包括一对支撑柱4m、4n，所述支撑柱形成为从其侧面看呈大致三角形形状，以便支撑由于摆动机构3、座椅2和受训者体重产生的载荷。支撑柱4m、4n的下端分别固定在左框架4f和右框架4g的大致中心部分。轴承4p安装在靠近各支撑柱4m和4n顶端的部分上。在支撑柱4m和4n中至少一个的三角形的大致中心，形成凹进部4q，以使得进行电流供应和对平衡训练机1进行驱动控制的主电路板4r可容纳在其内。构成立柱4b的这些元件由覆盖件4e覆盖，并且介于覆盖件4e顶端和座椅2底端之间的空间由可收缩的覆盖件2d覆盖。
图6示出了从左侧看去的平衡训练机1的驱动机构的构造，其中该平衡训练机1去除了座椅2、覆盖件4c、4d和4e。图7是该驱动机构的分解立体图。图8是该驱动机构的右视图。
平衡训练机1的驱动机构包括摆动机构3，其用于沿平衡训练机1的前后方向(X方向)摆动座椅2；偏移机构6，其用于使摆动机构3围绕转动轴线T0偏移；第一倾斜机构12，其设置在支撑架4和支撑单元11之间，用于在竖直平面内改变摆动机构3的转动轴线T0的角位移θ(参见图26)；以及第二倾斜机构20，其设置在摆动机构3和座椅2、或座椅基座19之间，用于改变座椅2的倾斜角。
支撑单元11支撑着摆动机构3，该摆动机构可围绕转动轴线T0转动。支撑架4支撑着支撑单元11，该支撑单元可围绕第一水平轴线T1转动。支撑单元11包括一对转动板11a、11b，从其侧面看去，各转动板具有弯曲如狗后腿的形状；第一轴支撑板(shaft bearing plate)11c，其在转动板11a、11b的后端部11m连接转动板11a、11b；第二轴支撑板11d，其在转动板11a、11b的中心部分11n连接转动板11a、11b；以及升降器支撑板11e，其在转动板11a、11b的底部11o连接转到板11a、11b。这些支撑板11c、11d、11e分别焊接到转动板11a、11b上。
在转动板11a、11b的前端部11k，一对轴衬11f压装到转动板11a、11b上，所述轴衬的每一个均具有内螺纹。由于穿过设置在支撑柱4m、4n上的两轴承(bearing)4p的螺栓4s螺纹连接到轴衬11f的内螺纹，所以支撑单元11围绕连接两轴承4p的中心的第一水平轴T1，可转动地支持轴承4p。
支架11h固定在升降器支撑板11e的中心，以使得诸如延伸和收缩升降器等第一倾斜机构12设置在支架11h和支撑架4的安装基座4a的连接杆4i之间。因此，沿平衡训练机1的前后方向的支撑单元11的倾斜角可相应于第一倾斜机构12的延伸和收缩而改变。
第一轴支撑板11c和第二轴支撑板11d设置成以预定距离彼此相对，并且轴承11i、11j分别压装在其中心。这些轴承11i、11j支撑着摆动机构3，以使其围绕转动轴线T0进行摆动运动，下面将进行详细描述。
第一倾斜机构12包括汽缸12a；活动件12b，其可相对于汽缸12a延伸和收缩；齿轮箱12c，其设置在汽缸12a的上部；电机12d，其驱动齿轮箱12c；以及高度检测单元12e。汽缸12a的下端通过连接杆4i枢接于支撑基座4a上，以围绕水平轴线摆动。活动件12b包括例如滚珠螺杆等，并且活动件12b的上端关于支架11h和销子12k枢转，以围绕水平轴线摆动。齿轮箱12c中的齿轮(未示出)的内表面形成有内螺纹，所述内螺纹与活动件12b的滚珠丝杠螺纹相连接，并且该齿轮通过固定在电机12d的输出轴上的蜗杆驱动，以使得活动件12b可从汽缸12a内伸出或收缩到汽缸12a内。
高度检测单元12e包括狭缝板(slit plate)12g，其通过连接件12f连接到活动件12b的下端；传感器12h，其检测狭缝板12g的位移，由此能够测量升降器支撑板1 1e的高度，即支撑单元11的倾斜角。连接件12f从狭缝12i插入汽缸12a内，并且通过螺钉12j连接到活动件12b的下端。
摆动机构3具有紧凑构造，以便可以容纳在由转动板11a、11b和支撑板11c、11d、11e隔出的空间内。参考图7和图8，摆动机构3包括容置在外壳3f内的电机13、第一驱动齿轮14、第二驱动齿轮15、导轴16等。外壳3f构造为由螺钉3e将侧板3c、3d固定到前盖3a和后盖3b上。
第一驱动齿轮14、第二驱动齿轮15和导轴16借助轴承3m、3n、3o围绕水平轴线枢转，所述轴承分别装配到具有轴承孔3g、3h、3i的凹进部3j、3k、31中。
第一驱动齿轮14具有与蜗杆13b啮合的蜗轮14a，该蜗轮具有最大直径。蜗杆13b压装到电机13的输出轴13a上。支架13c通过焊接或类似方式固定到电机13。支架13c具有形成在其侧板13d、13e上的螺纹孔13f，并且在侧板3c、3d上形成与螺纹孔13f相应的插入孔3p。因此，电机以如下方式固定到摆动机构3上，即使得穿过插入孔3p的上述螺钉3e螺纹连接到螺纹孔13f。
销13g设置在每一侧板13d、13e上的与电机13的重心G有一定距离的位置。当通过容置第一驱动齿轮14、第二驱动齿轮15、导轴16和电机13而装配外壳3f时，首先要将这些销13g安装到形成在侧板3c、3d上的销孔3q中。在装配外壳3f后，电机13可以通过处于第一驱动齿轮14和导轴16之间的空间内的销13g和销孔3q摆动。如图8所示，当装配后的外壳3f通过诸如夹具等定位，且当工人松开对电机13的支撑时，由于相应于电机13的自重F1的力F2，蜗杆13b与蜗轮14a啮合。在摆动机构3中，蜗杆13b从下面与蜗轮14a接触。在此状态下，当工人使螺钉3e配合、以将电机13固定到侧板3c、3d上时，可最佳且自动地调节蜗轮13b和蜗杆14a之间的间隙。
装配时，销13g和销孔3q的位置可以基于电机13的重量、力F2和外壳3f的位姿而选择，其中力F2是降低蜗杆13b和蜗轮14a之间的间隙所必需的。例如，假定电机13沿水平方向装配到外壳上，从销孔3q到电机13的重心G的距离用符号D1表示，从销孔3q到相应于蜗杆13b与输出轴13a上的蜗轮14a啮合位置的点的距离用符号D2表示，建立等式F1×D1＝F2×D2。
根据此构造，可以避免对蜗杆13b和蜗轮14a之间的间隙的繁琐调节。此外，也不需要使用用于调节间隙的诸如调节螺钉等特殊元件以及用于施加压力的螺旋弹簧，从而可以降低平衡训练机1的制造成本。再者，即使当由于驱动载荷增加或由于螺钉3e变松或途中震动，而产生使蜗杆13b和蜗轮14a之间的间隙扩大的力时，力F2作用在蜗杆13b上，以缩减间隙，从而可以降低由于间隙产生的噪声。
或者，销13g可以设置在侧板3c、3d上，销孔3q可形成在支架13c的侧板13d、13e上。此外，在蜗杆13b从上面与蜗轮14a啮合的情况下，销13g应当设置在与电机13的重心G相对于输出轴13a相对的位置，从而可以无需调节该间隙。
电机13的驱动力通过蜗杆13b传递到第一驱动齿轮14。如图7所示，在第一驱动齿轮14的两端形成有一对偏心轴14c、14d。偏心轴14c、14d分别与形成在提升杆17、18的中心部17j，18j的轴承孔17a、18a配合。因此，电机13的驱动力通过偏心轴14c、14d传递到提升杆17、18。
提升杆17、18设置在外壳3f的外侧。如图7和图8所示，从其侧面观看，提升杆17、18分别曲折形成。提升杆17、18的底端部17b、18b具有大致L形状，并且轴承孔17a、18a分别设置在相应于L形状的端部的位置。提升杆17、18的自由端17c、18c从底端部17b、18b的L形状的端部倾斜延伸。
在提升杆17、18的L形状的拐角部，分别形成长导槽17d、18d。另一方面，导轴16具有形成在其两端的连接凸起16a、16b，并且连接凸起16a、16b分别与长支撑件17e、18e配合，长支撑件17e、18e进一步插入长导槽17d、18d。因此，提升杆17、18可以相对于导轴16沿竖直方向运动，而不能沿水平方向运动。因此，由导轴16限制了提升杆17、18相对于第一驱动齿轮14的转动。
这里，如图9所示，假定座椅2的中心P1和导轴16的中心P3之间的距离由符号H1表示，第一驱动齿轮14的中心P2和导轴16的中心P3之间的距离由符号H2表示，偏心轴14c、14d的偏心量或偏心行程由符号H3表示。由于座椅2的中心P1设置在连接第一驱动齿轮14的中心P2和导轴16的中心P3的线T10上，即使当偏心轴14c、14d围绕第一驱动齿轮14的中心P2转动时，座椅2的中心P1沿竖直方向的位移也是偏心量H3的大致两倍。相比之下，座椅2的中心P1沿水平方向的位移扩展到H3×H1/H2。当距离H1大于距离H2的两倍时，相应于第一驱动齿轮14的偏心轴14c、14d的转动，座椅2的中心运动，画出椭圆形轨迹R1，该椭圆轨迹具有从其侧面观看的沿水平方向的长轴。当连接中心的线T10倾斜时，座椅2的中心位移沿水平方向和竖直方向的分配延伸或缩减，从而椭圆形轨迹的长轴和短轴的比例可以变化。
此外，在偏心轴14c、14d的两端形成外螺纹14e，所述偏心轴穿过轴承3m和提升杆17、18的轴承孔17a、18a，并且螺母3r螺纹连接到外螺纹14e，从而保持第一驱动齿轮14的偏心轴14c、14d与提升杆17、18的轴承孔17a、18a相配合。
导轴16具有与轴承3o内径相对应的外径，从而导轴16可以沿其水平中心轴线滑动。然而，导轴16的两端，即连接凸起16a、16b分别通过长支撑件17e、18e与长导槽17d、18d配合，由此，导轴16沿水平方向的运动受到了限制。
可以采用公知的扭折机构(kink mechanism)取代导轴16和长导槽17d、18d，以反复移动提升杆17、18。此外，导槽17d、18d的形状也不仅局限于长直形，其可以被修改，例如相应于座椅2所需轨迹的圆弧形或具有不同半径的圆弧的组合。此外，导槽17d、18d可以沿水平方向形成或沿预定方向倾斜。
于是，如图25所示，当座椅2的中心P1和导轴16的中心P3之间的距离由符号H1表示，第一驱动齿轮14的中心P2和导轴16的中心P3之间的距离由符号H2表示时，并且偏心轴14c、14d的偏心量或偏心行程由符号H3表示，如图25所示，偏心量H3扩展到H3×H1/H2。当连接这些中心的线T10倾斜时，行程沿水平方向和竖直方向的分配可以变化，从而偏心量H3可以被延伸或缩减。
具有内螺纹的各轴衬17f、18f压装到提升杆17、18的自由端部17c、18c。另一方面，供安装座椅2的座椅基座19具有一对支架19a、19b，并且轴承19c、19d压装到支架19a、19b的靠近后端的部分上。分别穿过轴承19c、19d的螺栓19e、19f螺纹连接到轴衬17f和18f的内螺纹上。因此，座椅基座19的后端19h可围绕第二水平轴线T2枢转。另一方面，支架19g固定在座椅基座19的前端部19j上。支架19g和提升杆17、18的自由端部17c和18c链接到诸如可延伸和收缩升降器等第二倾斜机构20。
第二倾斜机构20与上述第一倾斜机构12的构造类似，并且包括汽缸20a，活动件20b，其可相对于汽缸20a延伸和收缩；齿轮箱20c，其设置在汽缸20a的上部；电机20d，其驱动齿轮箱20c；以及高度检测单元20e。均具有内螺纹的一对轴衬20f压装到汽缸20a的靠近两侧面底端的部分上。另一方面，一对轴承17g、18g分别压装在提升杆17、18的靠近前端部分。穿过轴承17g、18g的螺栓17h、18h螺纹连接到轴衬20f，从而第二倾斜机构20的下端可围绕连接轴承17g、18g的第三水平轴线T3枢转。
活动件20b包括诸如滚珠螺杠等，支架20g固定在活动件20b的上端。支架20g可通过销20h，围绕水平轴线相对于座椅基座19的支架19g枢转。活动件20b的滚珠丝杠螺纹连接到形成于设置在齿轮箱20c内的齿轮(未示出)的内表面上的内螺纹。当通过固定在电机20d的输出轴的蜗杆驱动该齿轮时，活动件20b可从汽缸20a伸出或收缩到汽缸20a内，因此，座椅基座19围绕上述第二水平轴线T2转动。换句话说，安装在座椅基座19上的座椅2的倾斜角在包括平衡训练机1前后方向的竖直平面内变化。高度检测单元20e测量与支架20g连接的狭缝板20i的位移，以便检测座椅基座19前端的高度，即，座椅基座19的倾斜角。
在上述摆动机构3中，通过蜗杆13b传递到第一驱动齿轮14的电机13的驱动力，通过具有较小直径的齿轮14b进一步传递到第二驱动齿轮15。在第二驱动齿轮15的端部形成有偏心轴15b。穿过设置在侧板3c的轴承3m的偏心轴15b安装到设置在偏心杆21一端部的旋转轴承21a上。在偏心轴15b的端部形成有外螺纹15c，并且螺母21b螺纹连接到外螺纹15c，从而偏心轴15b不会从旋转轴承21a拔出。第二驱动齿轮15的另一端也形成有外螺纹15d，并且螺母3s螺纹连接到外螺纹15d，从而第二驱动齿轮15的另一端不会从摆动机构3的外壳3f上脱落。
旋转轴承21a具有球面轴承面，并且在偏心杆21的另一端设置有类似的旋转轴承21c。形成在驱动轴22的端部的偏心轴22a插入旋转轴承21c，并且E形环22b与偏心轴22a的端部配合，从而偏心轴22a不会从旋转轴承21c中拔出。驱动轴22的中心部22c借助轴承11p枢转，该轴承压装到形成在转动板11a的后端部的孔11m中。在驱动轴22的另一端形成有外齿22d。
外齿22d与形成在齿轮23内表面的内齿23a啮合。齿轮23设置在转动板11的外侧。在驱动轴22的与偏心轴22a相对的端部形成有外螺纹22e，并且螺母22f螺纹连接到外螺纹22e，从而齿轮23与驱动轴22一体连接并随其一起转动。齿轮23与压装到电机24的输出轴24a上的蜗杆24b啮合。电机24通过固定件25固定在转动板11a外侧形成的凹部中。
通过编码器26检测齿轮23的转动角。如图6所示，编码器26检测以均匀间隔形成在齿轮23一端面上的参考穴23c，并且相应于对每一参考穴23c的检测，输出信号。通过计算在齿轮23的转动过程中从编码器26输出的信号的数量，可以检测偏心杆21的摆动运动的基点，下面将进行详细描述。
上述偏心杆21、驱动轴22、齿轮23、电机24等构成偏移机构6。偏移机构6设置在支撑单元11上。
前盖3a和后盖3b的下端形成为彼此平行。均具有内螺纹的轴衬3x、3y分别压装在前盖3a和后盖3b的靠近下端的部分的中心。穿过轴承11j、11i的螺栓11x、11y螺纹连接到轴衬3x、3y，从而连接到外壳3f上，即，摆动机构3可以围绕连接轴承11j、11i的转动轴线T0可转动地保持。当第二驱动齿轮15转动时，由于偏心轴15b和偏心杆21的作用，摆动机构3围绕转动轴线T0摆动。在摆动机构3的摆动运动过程中，即使偏移机构6的电机24未被驱动，偏心杆21也会移动，以靠近和远离侧板3c。然而，由于旋转轴承21a、21c，偏心杆21不会从第二驱动齿轮15和驱动轴22上脱离。
当偏移机构6的电机24被驱动时，齿轮23和一体固定到齿轮23上的驱动轴22通过电机24的驱动力转动。由于偏心杆21的下端通过旋转轴承21c与驱动轴22的偏心轴22a配合，偏心杆21的摆动运动的基点沿箭头Z示出的竖直方向(Z方向)上下移动。因此，可以提供摆动机构3围绕转动轴线T0相对于支撑单元11的角位置的偏移，从而摆动机构3，即，座椅2可以相对于基点(basic point)围绕转动轴线T0摆动，该基点相对于转动轴线倾斜预定角度。下面将对此进行详细描述。此外，由于偏心轴22a通过蜗杆24b和齿轮23驱动，因而可以防止由于载荷而产生的倾斜角的改变。
在如上述构造的平衡训练机1中，当电机13被驱动时，由于第一驱动齿轮14的偏心轴14c、14d、提升杆17、18以及导轴16的作用，座椅2沿前后方向(方向X)和竖直方向(方向Z)往复运动，从而当从其侧面观看时，座椅2的运动变成椭圆形轨迹R1，如图9所示。由于支撑供安装座椅2的座椅基座19的提升杆17、18通过单个的第一驱动齿轮14驱动，因而可以通过将沿竖直方向(Z方向)的上下往复运动添加到沿前后方向(X方向)的前后往复运动，使座椅2运动画出椭圆形轨迹R1，因而能增加训练的运动模式。此外，可以使用于执行座椅2的摆动运动的摆动机构3简化并使其尺寸减小。再者，由于上下往复运动进一步添加到传统的前后往复运动中，可以刺激受训者的自主神经，并增强受训者的腿部肌肉。另外，由于从侧面观看座椅2运动画出圆形轨迹或椭圆形轨迹，所以由于摆动运动而对人体造成的负担可以平稳变化，由此能在减少对人体造成的损害的同时，增强训练的效果。
于是，当假定第一驱动齿轮14的齿轮14b与第二驱动齿轮15的齿轮15a的齿数比设置为1∶1时，第一驱动齿轮14与第二驱动齿轮15的转动速度比也是1∶1。此外，如图11所示，假定由于第一驱动齿轮14的驱动力产生的沿前后方向(X方向)摆动运动的起点设定(timing)与由于第二驱动齿轮15的驱动力产生的沿箭头Y示出的宽度方向(下文中缩写为Y方向)摆动运动的起点在0度一致，换句话说，第一驱动齿轮14的偏心轴14c、14d的相位与第二驱动齿轮15的偏心轴15b的相位一致，座椅2的中心的运动轨迹变成直线L11，如图10所示。在图10和图11中的点“a”至“e”示出了摆动运动中的座椅2的中心P1的位置。当由于第二驱动齿轮15的驱动力产生的摆动运动的相位比由于第一驱动齿轮14的驱动力产生的摆动运动的相位延迟180度时，仅座椅2的摆动运动的方向不同，而座椅2的中心的运动轨迹变成直线。
或者，如图12所示，假定第一驱动齿轮14的偏心轴14c、14d的相位与第二驱动齿轮15的偏心轴15b的相位相差1/4周期，即90度，由于偏心杆21的摆动运动，从上面观看座椅2的中心的轨迹变成了椭圆形轨迹L12。图13示出了在图12所示的例子中，由于第一驱动齿轮14和第二驱动齿轮15产生的摆动运动的波形。图12和图13分别示出了由于第二驱动齿轮15的驱动力产生的摆动运动的相位比由于第一驱动齿轮14的驱动力产生的摆动运动延迟90度的情况。即使当由于第二驱动齿轮15的驱动力产生的摆动运动的相位比由于第一驱动齿轮14的驱动力产生的摆动运动的相位提前90度，即，延迟270度时，座椅2的中心的轨迹变成起点不同的椭圆形轨迹。
当由于第一驱动齿轮14的驱动力产生的摆动运动的相位和由于第二驱动齿轮15的驱动力产生的摆动运动的相位之间的差不是上述提到的情况时，座椅2的中心的轨迹是由于第一驱动齿轮14产生的沿前后方向的位移和由于第二驱动齿轮15产生的沿宽度方向的位移、以该相位差的比例计算的合成。
另一方面，当假定第一驱动齿轮14的齿轮14b与第二驱动齿轮15的齿轮15a的齿数比设定为1∶2，第一驱动齿轮14与第二驱动齿轮15的转动速度比变成2∶1。此外，假定由于第一驱动齿轮14的驱动力产生的摆动运动的起点设定与由于第二驱动齿轮15的驱动力产生的摆动运动的起点在0度一致，如图14所示，座椅2的中心形成轨迹L21，该轨迹类似于无穷大符号形或侧置的8字形。图15示出了在图14所示的例子中，由于第一驱动齿轮14和第二驱动齿轮15产生的摆动运动的波形。
当假定由于第一驱动齿轮14的驱动力产生的摆动运动起点设定与由于第二驱动齿轮15的驱动力产生的摆动运动相差180度，如图16所示，座椅2的中心形成轨迹L22，该轨迹类似于无穷大符号图形或侧置的8字图形。图17示出了在图16所示的例子中，由于第一驱动齿轮14和第二驱动齿轮15产生的摆动运动的波形。将图14和图16对比，座椅2的中心形成的轨迹L21、L22的方向彼此相反。
当假定由于第二驱动齿轮15产生的驱动力的摆动运动的相位比由于第一驱动齿轮14产生的驱动力的摆动运动的相位延迟90度时，如图18所示，座椅2的中心的轨迹L23变成大致倒V形。图19示出了在图18所示的例子中，由于第一驱动齿轮14和第二驱动齿轮15产生的摆动运动的波形。
当假定由于第二驱动齿轮15的驱动力产生的摆动运动的相位比由于第一驱动齿轮14的驱动力产生的摆动运动的相位提前90度时，即，延迟270度，如图20所示，座椅2的中心的轨迹L24变成大致V形。图21示出了在图20所示的例子中，由于第一驱动齿轮14和第二驱动齿轮15产生的摆动运动的波形。
此外，当假定第一驱动齿轮14的齿轮14b与第二驱动齿轮15的齿轮15a的齿数比设定为2∶1，第一驱动齿轮14与第二驱动齿轮15的转动速度比变成1∶2。此外，假定由于第一驱动齿轮14的驱动力产生的摆动运动的起点设定与由于第二驱动齿轮15的驱动力产生的摆动运动的起点在0度一致，如图22所示，座椅2的中心形成轨迹L3，类似于8字图形。
应当注意的是，这里假定偏心轴22a设置于不产生摆动机构3围绕转动轴线T0的角位置的偏移的位置，其中该偏心轴是偏心杆21的摆动运动的基点。如果产生了摆动机构3的角位置发生偏移，轨迹L1、L21、L22、L23、L3出现在沿偏移方向转移的位置，下面将对此进行详细描述。此外，应当注意的是，假定转动轴线T0为水平的。下面将描述当转动轴线T0倾斜时，座椅2的中心轨迹。
当提升杆17、18的导槽17d、18d沿竖直方向定向时，对座椅2的中心轨迹进行了上述考量。那么，当假定仅第一倾斜机构12延伸，第二倾斜机构20不延伸也不收缩，座椅2相对于支撑单元11前倾，并且因此，由于第一驱动齿轮14的偏心轴14c、14d、提升杆17、18和导轴16的作用，如图23所示，从侧面看座椅2的中心P1的轨迹变成前倾的椭圆形轨迹R2。在这种情况下，摆动运动的沿前后方向的分量和摆动运动的沿竖直方向的分量来回地转换。当座椅2倾斜至大于预定角度时，与图9所示的轨迹R1相比，虽然图24中示出的座椅2的中心的水平方向的位移行程从W1降低到W1’，但是座椅2的中心的沿竖直方向的位移行程从W2增加到W2’。因此，座椅2的中心的轨迹的尺寸或形状可以变化。
或者，可以通过延伸或收缩第二倾斜机构20，改变座椅2的倾斜角。当第二倾斜机构20延伸时，如图25所示，座椅2的中心和导轴16的中心之间的距离H1延伸到距离H1’，其中，座椅2的中心是座椅基座19的摆动运动的中心，导轴16的中心是由于摆动机构3产生的摆动运动的基点。在导槽17d、18d沿竖直方向定向时，座椅2的沿竖直方向的运动行程W2固定，与第二倾斜机构20的延伸或收缩无关。相比之下，座椅2的沿水平方向或沿前后方向的运动行程W1变化，即，延伸到行程W1”。至于座椅2的沿宽度方向的运动行程，转动轴线T0和座椅2的中心之间的距离变化，从而沿宽度方向的行程变化，其中，转动轴线T0是摆动运动的基点，座椅2的中心是座椅基座19的摆动运动的中心。
根据第一倾斜机构12和/或第二倾斜机构20的延伸或收缩，可以改变座椅2的摆动运动的行程。此外，第二倾斜机构20延伸得越长，座椅2的前端离转动轴线T0越远，由此，可以增大座椅2围绕转动轴线T0的摆动运动(转圈和偏转)的行程。虽然年老或体弱的受训者通过降低摆动运动的运动速度使用传统的平衡训练机，但是根据本发明的平衡训练机1可以相应于年老或体弱的受训者而改变摆动运动的行程，因此用户可以轻松地使用平衡训练机1。或者，根据本发明的平衡训练机1可以相应于体质增强后的受训者，延伸摆动运动的行程。这样，根据本发明的平衡训练机1可以根据受训者的体形、身体条件、年龄、性别、体力等提供适合受训者的训练，从而可以使该平衡训练机的训练效果优化。
此外，当第一倾斜机构12和第二倾斜机构20彼此联合反复延伸和收缩时，座椅2可以根据随着其摆动运动的轨迹和/或行程的变化而上下运动，从而可以增加平衡训练的变化，且增强平衡训练的真实感觉，由此可以获得能使受训者保持兴趣的运动选项。
此外，如图26所示，通过使第一倾斜机构12和第二倾斜机构20彼此联合反复延伸和收缩，可以改变处于包括沿前后方向(X方向)和竖直方向(Z方向)的平面中的转动轴线T0的倾斜角，而不改变座椅2或座椅基座19的角度。在图26中，实线表示支撑单元11、摆动机构3、提升杆17、18和座椅基座19的基础状态，其中，转动轴线T0具有相对于地面5的倾斜角θ，θ＝45度；双点划线表示由标号虚线所示的上述部件的移动状态，其中，转动轴线T0大致竖直地竖立。当第一倾斜机构12从基础状态收缩时，转动轴线T0朝向水平线倾斜。或者，当第一倾斜机构12从基础状态延伸时，转动轴线T0朝向竖直线倾斜。
当转动轴线T0从前后方向(X方向)靠近竖直方向(Z方向)时，换句话说，当倾斜角θ变大时，由于第二驱动齿轮15和偏心杆21造成的座椅2的摆动运动，在沿宽度方向(Y方向)的摆动运动(转圈)和围绕竖直轴线的摆动运动之间变化(当座椅2的中心位于转动轴线T0时，其变成偏转)。因此，摆动机构3的往复运动的沿前后方向的分量可以转换为沿竖直方向的分量。因此，平衡训练机1可以在更广泛地改变摆动运动的模式，且可随着摆动运动模式的改变而改变摆动运动的行程，从而可以获得适于受训者锻炼身体部位的摆动运动的模式。平衡训练机1能够保持用户兴趣，其具有良好的可用性。
这里，表1中给出了随着倾斜角θ变化的摆动运动的角度变化的例子。摆动运动的角度由于第二驱动齿轮15的偏心轴15b的偏心量、偏心杆21的长度、转动轴线T0和驱动轴22的中心之间的距离等而变化。
表1

转动轴线T0从水平方向(θ＝0°)向竖直方向(θ＝90°)靠得越近，座椅2的摆动运动从沿宽度方向的转圈变化为围绕竖直轴线的偏转。例如，当第一驱动齿轮14的齿轮14b与第二驱动齿轮15的齿轮15a的齿数比设定为1∶2时，类似于无穷大符号或侧置的8字形的座椅2的中心的轨迹L21变小，如图27的标号L21’所示。然而，作为变化，由标号V1和V2表示的扭动运动添加到了座椅2的运动中。此扭动运动相应于第一驱动齿轮14的偏心轴14c、14d的相位和第二驱动齿轮15的偏心轴15b的相位之间的差而变化。于是，假定第一驱动齿轮14的偏心轴14c、14d的0°相位与第二驱动齿轮15的偏心轴15b的0°相位在基点P0一致，其中，在该基点处座椅2的中心位移为0。座椅2沿宽度方向转圈转得越大，座椅2朝向要转圈的方向扭动得越大，如标号V1所示。或者，座椅2的中心返回到基点P0越近，座椅2的扭动运动量越小，如标号*V1所示。因此，可以增强平衡训练机1的训练效果。
相比之下，假定在第一驱动齿轮14的齿轮14b与第二驱动齿轮15的齿轮15a的齿轮比设定为1∶2的条件下，第一驱动齿轮14的偏心轴14c、14d的180°相位与第二驱动齿轮15的偏心轴15b的0°相位一致。座椅2的中心的轨迹为图16示出的无穷大符号形或8字形的轨迹L22。座椅2沿宽度方向转圈转得越大，座椅2沿与标号*V2所示的转圈相反的方向扭动得就越大。或者，座椅2的中心返回到基点P0越近，座椅2的扭动运动量越小，如标号V1所示。在这种情况下，可以柔和地进行训练。
在图20所示的座椅2的中心的V形轨迹L24的情况中，座椅2沿宽度方向转圈转得越大，座椅2朝向转圈方向扭动得就越大，如标号V1所示。
为了强化平衡训练的效果，第一驱动齿轮和第二驱动齿轮的齿数比应设定为1∶2，并且第二驱动齿轮15的偏心轴15b的0°相位与第一驱动齿轮14的偏心轴14c、14d的0°相位应相差半个周期以内(在从±180°到0°的区域内)。换句话说，由于偏心杆21而产生的沿宽度方向(Y方向)的摆动运动的起点与沿前后方向(X方向)的摆动运动的起点相差半个周期以内。优选地，第二驱动齿轮15的偏心轴15b的0°相位与第一驱动齿轮14的偏心轴14c、14d的0°相位相差四分之一周期以内(在从±90°到0°的区域内)；由于偏心杆21而产生的沿宽度方向(Y方向)的摆动运动的起点与沿前后方向(X方向)的摆动运动的起点相差四分之一周期以内。
图33示出了沿前后方向的摆动运动的相位与沿宽度方向的摆动运动的相位的关系。例如，在图33中，附图标记α1所指且以实线表示的正弦曲线示出了当沿前后方向(X方向)的摆动运动的起点设定与沿宽度方向(Y方向)的摆动运动的起点重合时，第二驱动齿轮15的相位；附图标记α2所指且以虚线表示的正弦曲线示出了当沿前后方向(X方向)的摆动运动的起点设定与沿宽度方向(Y方向)的摆动运动的起点相差-90°(负四分之一周期)时，第二驱动齿轮15的相位。图34示出了在图33所示情况下，座椅2的中心的摆动运动的轨迹α1和α2。此外，附图标记α3所指且以单点划线表示的轨迹示出了当沿前后方向(X方向)的摆动运动的起点设定与沿宽度方向(Y方向)的摆动运动的起点相差-45°时的轨迹。
当座椅2的中心沿宽度方向(Y方向)的摆动运动的起点与沿前后方向(X方向)的摆动运动的起点重合时，如图14所示，座椅2的中心形成轨迹L21，该轨迹类似于无穷大符号形或侧置的8字形。当座椅2的中心沿宽度方向(Y方向)的摆动运动的起点与沿前后方向(X方向)的摆动运动的起点相差180°时，如图16所示，座椅2的中心形成轨迹L22，该轨迹类似于无穷大符号形或侧置的8字形。当座椅2的中心沿宽度方向(Y方向)的摆动运动的起点与沿前后方向(X方向)的摆动运动的起点相差90°时，如图18所示，座椅2的中心形成倒V形轨迹L23。当座椅2的中心沿宽度方向(Y方向)的摆动运动的起点与沿前后方向(X方向)的摆动运动的起点相差-90°时，如图20所示，座椅2的中心形成V形轨迹L24。
当座椅2的中心沿无穷大符号形、侧置的8字形，V形或倒V形的轨迹运动时，由于围绕竖直轴线的扭动运动而产生的偏转分量添加到座椅2沿宽度方向(Y方向)的转圈运动的分量，同时该座椅沿前后方向(X方向)以摆动运动下降。因此，座椅的中心轨迹包括仰俯分量、转圈分量和偏转分量，从而使得座椅的运动变得复杂，因此可以强化平衡训练的效果。
此外，座椅2离地面5的高度可以通过倾斜彼此联合的第一倾斜机构12和第二倾斜机构20进行改变，以便消除由于所述倾斜机构延伸或收缩造成的座椅2的倾斜。因此，可以为了适应受训者的身高或便于受训者上下座椅2而调节座椅2的高度，而不需要设置任何提升或降低座椅2的附加机构。
例如，当通过倾斜座椅2的训练，增加受训者身体的局部部位的训练效果时，由于第一倾斜机构12的延伸或收缩产生的座椅2的倾斜角的变化不必要通过第二倾斜机构20的延伸或收缩消除。座椅2可以在倾斜至预定角度的条件下摆动。
当在将被转动90度的状态下、座椅2安装在座椅基座19上时，座椅2的通过摆动机构3的摆动运动变成沿宽度方向的往复摆动运动和沿竖直方向的上下往复运动的合成。从平衡训练机1的前或后表面观看，座椅2的中心的轨迹变成椭圆形轨迹。由于第二驱动齿轮15和偏心杆21产生的座椅2的摆动运动变成沿宽度方向的仰俯运动。或者，座椅2可以从后到前安装在座椅基座19上。这样，座椅2到摆动机构3的方向可以根据训练目的任意选择。
另一方面，虽然齿轮23通过电机24的驱动力而转动，当一体连接到齿轮23上的驱动轴22的偏心轴22a朝向其最低位置运动时，即，偏心杆21的摆动运动的基点位于下死点时，以及当偏心轴22a运动到其最高位置，即，偏心杆21的摆动运动的基点位于上死点时，摆动机构3产生围绕转动轴线T0的最大偏移。
当转动轴线T0的倾斜角θ近似等于0度(θ≈0)，并且座椅2的摆动运动具有扭动运动(偏转)的分量，如图28或图29所示，座椅2的摆动运动的基点从点P0转移到点P0’。图28示出了偏心轴22a向下拉偏心杆21，摆动机构3向左偏移的情况。图29示出了偏心轴22a向上拉偏心杆21，摆动机构3向右偏移的情况。此外，当转动轴线T0的倾斜角θ等于0度(θ＝0)，并且座椅2的摆动运动不具有扭动运动(偏转)的分量时，沿前后方向的摆动运动的中心轴线V11向左或向右转移，如图27的标号V11’所示。
因此，座椅2的中心的轨迹可以围绕转动轴线T0倾斜，从而转动轴线右侧的转圈角度、偏转角度和沿前后方向的位移可以与左侧的不同。因此，可以局部增强受训者身体的侧肌或内收肌，从而可以有效地增强体能，并且可以训练受训者的平衡感。
当电机24连续驱动时，摆动机构3围绕转动轴线T0的倾斜连续变化，从而训练模式可以多样化，由此可以实现能够保持用户兴趣且具有良好可用性的平衡训练机。
此外，可以相应于电机13、第一驱动齿轮14和第二驱动齿轮15的转动方向，沿顺时针方向和逆时针方向切割蜗杆13b的齿形。在本实施例中，蜗杆13b的齿形沿如下方向切割以使得沿将蜗杆13b压装到电机13的输出轴13a的方向，从蜗轮14a将力施加到蜗杆13b。因此，可以防止由于受训者的重量使得座椅向下时，蜗杆13b从电机13的输出轴13a脱离，由此可以防止座椅的突然下落。
图30示出了平衡训练机1的电构造的方框图。主电路板4r的主控制电路41相应于来自操作电路板9a的操作电路91的信号，控制驱动如下电机诸如DC无刷电机等电机13，其用于摆动座椅2；诸如DC电机等电机12d，其用于使第一倾斜机构12延伸或收缩，以沿前后方向倾斜摆动机构3；诸如DC电机等电机20d，其用于延伸或收缩第二倾斜机构20，以使座椅2相对摆动机构3倾斜；以及诸如DC电机等电机24，其用于沿宽度方向倾斜摆动机构3。由高度检测单元20e检测电机20d使座椅基座19(或座椅2)相对摆动机构3的参考点的倾斜量。高度检测单元12e检测电机12d使支撑单元11相对于立柱4b的倾斜量，即，转动轴线T0的倾斜角θ。编码器26检测电机24使摆动机构3相对于支撑单元11的倾斜量。高度检测单元12e、20e和编码器26的输出被输入到主控制器41。
图31示出了主控制电路41的电结构方框图。例如通过供电电路52，将由插头51输入的商用AC电力转换成140V、100V、15V、12V和5V的DC电力。转换的每一DC电力供应到主控制电路41的每一电路中。在主控制电路41中，包括微处理器53a的主控制器53控制平衡训练机1的全部操作。例如，主控制器53在操作单元9的诸如LCD(液晶显示器)等监视器显示装置上，显示信息等等，并且通过操作单元驱动电路54，接收例如相应于来自操作电路91的用户的操作的信号。与相应于用户操作的信号、通过传感器信号处理电路55输入的电机的角位置和转速的信号、通过传感器驱动电路56、57、58输入的高度检测单元12e、20e和编码器26的检测结果的信号相对应，主控制器53通过驱动电路59驱动用于摆动运动的电机13，并且通过驱动电路60驱动用于倾斜的电机12d、20d、24。
应当注意的是，如图32所示，当通过驱动电机12d改变转动轴线T0的倾斜角θ时，主控制器53可以转换用于产生座椅2的摆动运动的电机13的转动方向。此外，相对于在座椅2以连续摆动运动被提升时电机13的转速，在座椅2被提升时主控制器53可以使电机13的转速变慢。
通过转换电机13的转动方向，可以使座椅2沿相反的轨迹运动，使得受训者无需反向坐在座椅上，即可以体验不同于电机13沿正常方向转动时的训练。这样，可以增强受训者不经常使用的身体部分的肌肉。
此外，通过在座椅2提升时使电机13的转速变慢，并且在座椅2降低时使电机13的速度加快，可以降低电机13所需的最大扭矩，这样，紧凑型电机可以用作产生座椅2的摆动运动的电机13，由此可以缩小摆动机构3的尺寸。此外，通过在座椅2提升时使电机13的转速变慢，并且在座椅2降低时使电机13的速度加快，即使座椅2沿竖直方向的摆动运动的行程相同，也可以增加由于在脚镫7上的脚重量产生的负担。
本申请基于在2006年6月15日在日本递交的日本专利申请2006-165577，其内容合并于此作为参考。
虽然以举例的方式结合附图对本发明进行了全面描述，应当理解的是，各种明显的变化和改型对于本领域的技术人员而言都是显而易见的。因此，除非所述变化和改型脱离了本发明的范围，其应当理解为包括在本发明内。
权利要求
1.一种平衡训练机(1)，包括座椅(2)，受训者坐在该座椅上；摆动机构(3)，其通过沿前后方向的摆动运动和沿宽度方向的摆动运动的合成，来摆动该座椅(2)；以及控制器(41、53)，其控制该摆动机构(3)，其中该座椅(2)的沿前后方向的摆动运动的运动速度大于沿宽度方向的摆动运动的运动速度；以及该座椅(2)的沿宽度方向的摆动运动的起点与该座椅(2)的沿前后方向的摆动运动的起点相差半个周期以内。
2.如权利要求1所述的平衡训练机，其中该座椅(2)的沿前后方向的摆动运动的运动速度是沿宽度方向的摆动运动的运动速度的两倍。
3.如权利要求1所述的平衡训练机，还包括可延伸收缩的机构(12、20)，其通过延伸或收缩而改变该座椅(2)和该摆动机构(3)之间的距离，以改变该座椅(2)的摆动运动的行程；以及其中该控制器(41，53)还控制该可延伸收缩的机构(12、20)。
4.如权利要求3所述的平衡训练机，还包括支撑单元(11)，其支撑该摆动机构(3)，该摆动机构(3)能够围绕预定转动轴线(T0)转动；支撑架(4)，其可安置在地面(5)上，并且支撑该支撑单元(11)，该支撑单元(11)能够围绕第一水平轴线(T1)转动，并且其中该可延伸收缩的机构(12、20)包括第一倾斜机构(12)，其设置在该支撑架(4)和该支撑单元(11)之间，并且在竖直平面内改变该摆动机构(3)的转动轴线(T0)的倾斜角(θ)；以及第二倾斜机构(20)，其设置在该摆动机构(3)和该座椅(2)之间，并且改变该座椅(2)的倾斜角。
5.如权利要求4所述的平衡训练机，其中该控制器(41)控制驱动彼此关联的该第一倾斜机构(12)和该第二倾斜机构(20)，以通过该第二倾斜机构的延伸或收缩，补偿由于该第一倾斜机构(12)的延伸或收缩而产生的座椅(2)的倾斜的至少一部分。
6.如权利要求4所述的平衡训练机，其中该控制器(41)控制驱动该第一倾斜机构(12)，使该摆动机构的转动轴线(T0)的倾斜角(θ)在近似水平到近似竖直的范围内变化。
7.如权利要求4所述的平衡训练机，其中该控制器(41)控制驱动彼此关联的该第一倾斜机构(12)和第二倾斜机构(20)，以改变该摆动机构的转动轴线(T0)的倾斜角(θ)，使该座椅(2)的摆动运动在围绕水平轴线的摆动运动和围绕竖直轴线的摆动运动之间变化，同时通过该第二倾斜机构的延伸或收缩，补偿由于该第一倾斜机构(12)的延伸或收缩产生的座椅(2)的倾斜的至少一部分。
8.如权利要求3所述的平衡训练机，其中该摆动机构(3)包括电机(13)、以及分别通过电机(13)的驱动力驱动的第一驱动齿轮(14)和第二驱动齿轮(15)；该第一驱动齿轮(14)具有偏心轴(14c、14d)，所述偏心轴在包含该平衡训练机(1)的前后方向和竖直方向的第一竖直平面内产生位移，从而，该座椅(2)在该第一竖直平面内摆动；以及该第二驱动齿轮(15)具有偏心轴(15b)，该偏心轴在包含该平衡训练机(1)的宽度方向和竖直方向的第二竖直平面内产生位移，从而，该座椅(2)在该第二竖直平面内摆动。
9.如权利要求8所述的平衡训练机，其中该第一驱动齿轮(14)与该第二驱动齿轮(15)的齿轮比设置为1∶2；以及该第二驱动齿轮(15)的偏心轴(15b)的0°相位与该第一驱动齿轮(14)的偏心轴(14c、14d)的0°相位相差半个周期以内。
10.如权利要求8所述的平衡训练机，其中该摆动机构(3)具有一机构(16、17、18、19)，以将该第一竖直平面内的移动转换成该座椅(2)的形成椭圆形轨迹(R1)的运动。
11.如权利要求8所述的平衡训练机，其中相对于在该座椅(2)以连续摆动运动被提升时的该电机(13)的转速，在该座椅(2)被提升时，该主控制器(41、53)使该电机(13)的转速变慢。
12.如权利要求3所述的平衡训练机，还包括偏移机构(6、21、22、23、24)，其使该摆动机构(3)围绕该转动轴线(T0)偏移。
全文摘要
在平衡训练机(1)中，摆动机构(3)通过沿前后方向(X方向)的摆动运动和沿宽度方向(Y方向)的摆动运动的合成，来摆动座椅(2)；驱动使得该座椅(2)的沿前后方向的摆动运动快于沿宽度方向的摆动运动，优选是沿宽度方向的摆动运动的两倍；座椅(2)的沿宽度方向的摆动运动的起点与座椅(2)的沿前后方向的摆动运动的起点相差半个周期以内。
文档编号A63B23/02GK101088586SQ20071010668
公开日2007年12月19日 申请日期2007年6月15日 优先权日2006年6月15日
发明者中西隆介 申请人:松下电工株式会社