CN1827043A - 腿肌力计算装置、腿肌力计算方法及程序 - Google Patents

Abstract

加速度传感器，测定作用于相互正交的x轴、y轴、z轴的试验者的加速度。腿肌力计算部，基于所测定的作用于z轴的加速度值，即第1加速度值与所测定的作用于x轴、y轴、z轴的加速度的合成值，即第2加速度值的比率，计算与该比率具有相关关系的试验者腿肌力。

Description

腿肌力计算装置、腿肌力计算方法及程序

技术领域

本发明涉及一种可以装卸地安装在试验者身上，并计算试验者腿肌力的腿肌力量计算装置、腿肌力计算方法及程序。

背景技术

以往就提供了用于计算试验者腿肌力的运动机器(例如，参照特开2002-209874号公报)。该运动机器具有：在规定方向上延伸形成的导轨、在该导轨上可滑动地被支撑的板、试验者坐的座席。通过试验者坐在座席上，并将自己的两腿弯曲撑到板上，用力将两脚向前方撑出。

通过这样，运动机器可以检测出试验者撑出的两脚作用在板上的负载，并通过检测出的负载计算试验者的腿肌力。

但是，在上述运动机器中，试验者将自己的两脚放到板上，必须在瞬间以自己所拥有的最大限度的力量，将两脚向前方撑出。因此，特别是对于老年人会成为很大的负担。

而且，由于上述运动机器是大型机器，并且价格昂贵，所以，试验者无法使用该运动机器，简单地把握腿肌力。

发明内容

本发明正是鉴于上述问题点而提出的，其目的在于提供一种试验者不需承受大的负担，就能够容易地计算出试验者腿肌力的腿肌力计算装置、腿肌力计算方法及程序。

为了解决上述问题，本发明具有以下的特征。首先，本发明的第1特征在于，是一种为了解决上述课题，可以装卸地安装在试验者身上的腿肌力计算装置，具有：加速度传感器，测定在试验者步行时作用于相互正交的x轴、y轴、z轴的加速度；腿肌力计算部，基于通过加速度传感器测定的加速度值，计算试验者的腿肌力。另外，腿肌力计算装置、腿肌力计算方法以及程序都可以发挥与下述相同的作用及效果。

根据本发明的该特征，基于作用于试验者的加速度值，计算与该加速度值具有相关关系的试验者腿肌力。

由此，即使不使用对试验者施加高负载来计算试验者腿肌力的运动机器，仅通过试验者的步行等，就可以计算试验者的腿肌力。

本发明的第2特征在于，所述z轴是沿着铅垂方向的轴，并且具有腿肌力计算部，该腿肌力计算部基于第1加速度值与第2加速度值之间的比率，来计算与比率具有相关关系的试验者腿肌力，其中，所述第1加速度值是指通过加速度传感器测定的作用于z轴的加速度值，所述第2加速度值是指通过加速度传感器测定的作用于x轴、y轴、z轴的加速度的合成值。

本发明的第3特征在于，腿肌力计算部基于近似式，计算与第1加速度值以及第2加速度值的比率具有相关关系的试验者腿肌力，其中，所述近似式通过多个试验者的作用于z轴的加速度值与作用于x轴、y轴、z轴的加速度的合成值的比率，和多个试验者腿肌力值之间的关系而被预先计算出。

本发明的第4特征在于，在第2加速度值超过阈值时，腿肌力计算部基于第1加速度值和超过阈值的第2加速度值之间的比率，计算与比率具有相关关系的试验者腿肌力。

本发明的第5特征在于，腿肌力计算部基于通过加速度传感器测定的作用于x轴、y轴、z轴的加速度的合成值，即特定值，来计算与特定值具有相关关系的试验者腿肌力。

本发明的第6特征在于，腿肌力计算部基于特定值，来计算与特定值具有相关关系的试验者腿肌力，其中，所述特定值包括通过加速度传感器测定的作用于x轴、y轴、z轴的加速度的合成值和试验者的体重。

本发明的第7特征在于，腿肌力计算部基于近似式，来计算与特定值具有相关关系的试验者腿肌力，其中，所述近似式通过多个试验者的特定值和多个试验者腿肌力值之间的关系而被预先计算出。

本发明的第8特征在于，在所测定的特定值超过阈值时，腿肌力计算部计算与超过阈值的特定值具有相关关系的试验者腿肌力。

本发明的第9特征在于，腿肌力计算部基于通过加速度传感器测定的作用于x轴、y轴、z轴的加速度的合成值，即测定合成值，来计算在试验者发挥了其所能够实现的最大限度的运动强度时，作用于x轴、y轴、z轴的加速度的合成值，即运动强度最大时合成值。

附图说明

图1A以及1B是表示第1实施方式的腿肌力计算装置的外观图。

图2A以及图2B是表示作用于第1实施方式的腿肌力计算装置的加速度方向的图。

图3是表示第1实施方式的腿肌力计算装置的内部构造的图。

图4是表示第1实施方式的腿肌力计算方法的图。

图5是表示第1实施方式的腿肌力模式处理的图。

图6是表示与第1实施方式的测定时间相对的i_z、i_total的图。

图7是表示与第1实施方式的测定时间相对的i_z/i_total的图。

图8是表示与第1实施方式的I’_z/I’_total相对的腿肌力的图。

图9是表示第1实施方式的腿肌力-I’_z/I’_total特性·计算处理的图。

图10是表示与变更例的I’_total相对的腿肌力的图。

图11是表示与变更例的I’_total/w相对的腿肌力的图。

图12是表示与第2实施方式的I’_total相对的I”_total的图。

具体实施方式

(第1实施方式)

(腿肌力计算装置的外观)

参照附图对本实施方式进行说明。图1是表示本实施方式的腿肌力计算装置100的外观图。图1A是表示腿肌力计算装置100的正面的图。图1B是表示腿肌力计算装置100的侧面的图。

腿肌力计算装置100可装卸地安装到试验者的身上。并且，腿肌力计算装置100，可测定安装有腿肌力计算装置100的试验者的腿肌力(腿伸展力以及腿屈肌力)、步数、消耗热量、持久力等运动量。

如图1A所示，在腿肌力计算装置100的正面具有：电源按钮101、模式切换按钮102、起动按钮103、显示部104、扬声器105。

上述电源按钮101，用于接通/切断腿肌力计算装置100的电源。模式切换按钮102，用于切换到用来计算试验者持久力的模式(下面简称作“持久力模式”)、用来按照试验者的体力而进行运动的模式(下面简称作“练习模式”)、用来计算试验者腿肌力的模式(下面简称作“腿肌力模式”)等的任意一种模式。

起动按钮103用于输入运动量测定的开始和测定结束。显示部104显示所计算出的腿肌力、步数、持久力、消耗热量等的运动量。扬声器105输出用于对试验者的步行速度带来变化的声音。

如图1B所示，在腿肌力计算装置100的背面具有夹子106。在腿肌力计算装置100的侧面具有通信用端口107。夹子106用于将腿肌力计算装置100安装到试验者的衣服上。通信用端口107可以与个人计算机等连接。

图2A是表示本实施方式的腿肌力计算装置100被安装在试验者身上的状态的图。图2B是表示作用于试验者的加速度方向的图。

如图2A所示，腿肌力计算装置100可以安装在试验者的身体部分等上。如图2B所示，通过将腿肌力计算装置100安装到试验者的身上，在腿肌力计算装置100上，加速度作用在相互正交的3轴方向上。即，在腿肌力计算装置100上，加速度作用在x轴(此处为沿着试验者进退方向的轴)、y轴(此处为沿着试验者左右方向的轴)、z轴(此处为沿着铅垂方向的轴)上。

(腿肌力计算装置的内部部件构成)

下面，参照图3对腿肌力计算装置的内部部件构成进行说明。图3是表示腿肌力计算装置100的内部部件构成的图。

如图3所示，腿肌力计算装置100具有：电源按钮101、模式切换按钮102、起动按钮103、显示部104、扬声器105、通信用端口107、加速度传感器108、电源供给部109、RAM110、ROM111、CPU112。

电源按钮101、模式切换按钮102、起动按钮103、显示部104以及扬声器105，如上所述，作为腿肌力计算装置100和试验者之间的接口而使用。

通信用端口107是可以与个人计算机等连接的通信接口。在通信用端口107中，例如，包含USB(Universal Serial Bus)。

另外，通过通信用端口107而连接的个人计算机，可以接收在RAM110中存储的运动量测定数据，和更新在RAM110中存储的用于执行腿肌力计算装置100的内部动作的程序。

另外，该个人计算机也可以在RAM110中设定试验者的体重等。

加速度传感器108测定试验者在步行时候的加速度。在本实施方式中，加速度传感器108，测定在相互正交的3轴方向上试验者的加速度(参照后述的公式1)。即，加速度传感器108测定作用在x轴方向的试验者的加速度、作用在y轴方向的试验者的加速度、作用在z轴方向的试验者的加速度。

电源供给部109，供给用于使上述内部部件动作的电源。RAM110中暂时存储通过CPU112进行处理的数据。另外，RAM110中也可以存储处理所需要的试验者体重等数据。

ROM111中存储用于使上述内部部件动作的程序。

CPU112基于由加速度传感器108测定的加速度值，计算试验者的腿肌力。在本实施方式中，CPU112基于通过加速传感器108测定的作用于z轴的加速度值即第1加速度值(后述的i_z)，与通过加速度传感器测定的作用于x轴、y轴、z轴的加速度的合成值即第2加速度值(后述的i_o)的比率，计算与该比率具有相关关系的试验者的腿肌力(参照后述图5所示的腿肌力模式处理)。另外，CPU112构成腿肌力计算部。

CPU112基于根据多个试验者作用在z轴的加速度值以及作用在x轴、y轴、z轴的加速度的合成值的比率，和该多个试验者的腿肌力值之间的关系预先计算出的近似式，来计算出与第1加速度值以及第2加速度值的比率具有相关关系的试验者腿肌力(参照后述图5所示的腿肌力模式处理、图9所示的腿肌力-I’_z/I’_total特性·计算处理)。

CPU112基于超过阈值的第1加速度值以及超过阈值的第2加速度的值的比率，计算与该比率具有相关关系的试验者腿肌力(参照后述图5所示的腿肌力模式处理)。

(腿肌力计算方法)

下面，参照图4至图8对腿肌力计算装置100的动作，即腿肌力计算方法进行说明。图4是表示腿肌力计算方法的图。

如图4所示，在S100中，腿肌力计算装置100判断是否通过模式切换按钮102将当前的模式切换到持久力模式。并且，在该判断为是时，腿肌力计算装置100转移到S200的处理，在判断为否时转移到S300的处理。

在S200中，腿肌力计算装置100执行表示计算试验者的持久力的处理，即持久力模式处理。

具体地说，首先，腿肌力计算装置100在每一规定时间，将与上次时间相比促使试验者在这一时间自动地加快速度进行步行的步行信息(例如“噼”的声音)输出到扬声器105。并且，腿肌力计算装置100将在最终时间促使试验者以其能够实现的最大限度的速度进行步行的最快速度步行信息(例如“噼、噼”的声音)输出到扬声器105。

在输出最快速度步行信息之后，该腿肌力计算装置100基于作用于试验者的加速度值，计算试验者的冲量最大值。并且，腿肌力计算装置100基于预先设定的最大冲量-最大氧摄取量特性，计算与所计算出的冲量最大值相对应的最大氧摄取量(持久力)。

由此，不仅可以使试验者以最快速度进行步行，还可以计算试验者的持久力。因此，即使不使用像测力计等那样通过对试验者施加高负载来计算试验者持久力的运动机器，也可以容易地把握试验者的持久力。

例如，腿肌力计算装置100，在进行上述步行信息或上述最快速度步行信息的输出处理的同时，测定表示试验者在步行时候的运动的强度，即运动强度(例如，脉搏数、心率数、消耗热量和氧摄取量)。且在输出最快速度步行信息之后，腿肌力计算装置100特定在规定时间内的运动强度的最大值。

腿肌力计算装置100特定运动强度最大值的时刻，特定作用于试验者的加速度值(例如，作用在x轴、y轴、z轴的加速度的合成值，即测定合成值)。

由此，腿肌力计算装置100，可使用特定的加速度值，计算出试验者的冲量最大值(其与后述的I”_total相对应)。并且，腿肌力计算装置100还可以基于该冲量的最大值和预先设定的最大冲量一最大氧摄取量(持久力)的近似式，计算出与该冲量最大值相对应的最大氧摄取量(持久力)。

这样，不仅可以阶段性地加快试验者的步行速度，使得试验者在最终阶段以其能够实现的最大限度的速度进行步行，还可以计算出试验者的持久力。因此，即使试验者不使用像测力计等那样通过对试验者施加高负载来计算试验者持久力的运动机器，也可以容易地把握试验者的持久力。

在S300中，腿肌力计算装置100判断通过模式切换按钮102是否将当前的模式切换为练习模式。并且，在该判断为是时，腿肌力计算装置100转移到S400的处理，在判断为否时转移到S500的处理。

在S400中，腿肌力计算装置100执行表示按照试验者的体力执行运动的处理，即练习模式处理。具体地说，腿肌力计算装置100在每个规定时刻交互地将通常步行信息和最快速度步行信息输出到扬声器105，其中，通常步行信息是指促使试验者自动地以通常速度进行步行的信息；最快速度步行信息是指促使试验者自动地以最快速度进行步行的信息。

由此，试验者可以交互地执行通常速度的步行和最快速度的步行。因此，与仅以通常速度进行步行相比，可以更有效地提高试验者的腿肌力、持久力等。

在S500中，腿肌力计算装置100判断是否通过模式切换按钮102将当前的模式切换为腿肌力模式。并且，在判断为是时，腿肌力计算装置100转移到S600的处理，在判断为否时转移到S100的处理。

在S600中，腿肌力计算装置100执行表示计算试验者腿肌力的处理，即腿肌力模式处理。对于该腿肌力模式处理在后述的图5中将进行详细的说明。

下面，参照图5至图8对腿肌力模式处理进行详细说明。图5是表示腿肌力模式处理的图。

如图5所示，在S601中，腿肌力计算装置100判断起动按钮103是否被按下。并且，在该判断为是时，腿肌力计算装置100转移到S602的处理，在判断为否时反复执行本处理。

在S602中，腿肌力计算装置100特定作用于试验者的3轴方向的加速度的值。此处，如果将取样所测定的加速度值的间隔设定为ΔT，则在时刻t＝kΔT的3轴方向加速度it满足下述的公式。

[公式1]

3轴方向的加速度it＝(i_t，x，i_t，y，i_t，z)    …式1

另外，i_t，x表示在时刻t作用于试验者的x轴方向加速度。i_t，y表示在时刻t作用于试验者的y轴方向加速度。i_t，z表示在时刻t作用于试验者的z轴方向加速度。

在S603中，腿肌力计算装置100判断起动按钮103是否被再次按下。并且，在该判断为是时，腿肌力计算装置100转移到S604的处理，在判断为否时反复执行S602的处理。

在S604中，腿肌力计算装置100通过作用于试验者的3轴方向加速度的合成值，即加速度i_o，计算作用于试验者的3轴方向的冲量的合成值，即冲量i_total(范数，norm)。如果将试验者的体重设定为w，则在时间t＝kΔT时，作用于试验者的3轴方向冲量的合成值，即冲量i_total(范数)满足下式。

[公式2]

i_total＝w·i_o·ΔT

$i_{\mathrm{total}}=W\·i_o\·\mathrm{\ΔT}$

$=W\·\sqrt{i_{t,x}+i_{t,y}+i_{t,z}}\·\mathrm{\ΔT}$ …式2

并且，腿肌力计算装置100通过作用于z轴方向的加速度i_t，z，计算出作用于试验者的z轴方向冲量值，即冲量i_z(范数)。在时间t＝kΔT时，作用于试验者的z轴方向冲量i_z(范数)满足下式。

[公式3]

i_z(t)＝w·|i_t，z |·ΔT    …式3

在S605中，腿肌力计算装置100设定冲量i_total(范数)的阈值。图6是表示与测定时间相对的冲量i_total(范数)、冲量i_z(范数)的图。

如图6所示，腿肌力计算装置100特定冲量i_total(范数)的最大值(参照图6所示的“max”)以及冲量i_total(范数)的最小值(参照图6所示的“min”)。并且，腿肌力计算装置100将所特定的冲量i_total(范数)的最大值与最小值的中点(参照图6所示的“T＝(max+min)/2”)设定为阈值。

在S606中，腿肌力计算装置100特定超过设定的阈值的冲量i_total(范数：测定合成值)(参照图6所示的圆形符号)。腿肌力计算装置100还特定与所特定的冲量i_total(范数)在相同时刻所对应的冲量i_z(范数)(参照图6所示的×符号)。

在S607中，腿肌力计算装置100基于特定的冲量i_z(范数)、冲量i_total(范数)，计算表示每一单位时间的冲量i_z(范数)的平均值，即平均冲量I_z(范数)，和表示每一单位时间的冲量i_total(范数)的平均值，即平均冲量I_total(范数)。

此处，n·ΔT期间的各冲量i_z(范数)的平均冲量I_z(范数)、以及n·ΔT期间的各冲量i_total(范数)的平均冲量I_total(范数)满足下式。另外，与测定时间相对应的冲量i_z(范数)/冲量i_total(范数)的关系如图7所示。k

[公式4]

$I_{\mathrm{total}}=\frac{\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{i}_{\mathrm{total}}(k\·\mathrm{\ΔT})}{n\·\mathrm{\ΔT}}$

$=\frac{w}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{\left(i_{k,x}\right)}^2+{\left(i_{k,y}\right)}^2+{\left(i_{k,z}\right)}^2}$ …式4

[公式5]

$I_z=\frac{\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{i}_z(k\·\mathrm{\ΔT})k}{n\·\mathrm{\ΔT}}$

$=\frac{w}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|i_{k,z}\right|$ …式5

在S608中，腿肌力计算装置100基于在S607中计算出的平均冲量I_z(范数)、平均冲量I_total(范数)，计算平均冲量I_z(范数)/平均冲量I_total(范数)。平均冲量I_z(范数)/平均冲量I_total(范数)满足下述公式。

[公式6]

$\frac{I_z}{I_{\mathrm{total}}}=\frac{\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|i_{k,z}\right|}{\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{\left(i_{k,x}\right)}^2+{\left(i_{k,y}\right)}^2+{\left(i_{k,z}\right)}^2}}$ …式6

另外，式6表示n·ΔT时间的I_z(范数)/I_total(范数)。因此，I_z(范数)/I_total(范数)在每个n·ΔT存在。例如，当n·ΔT为1s时，该n·ΔT为图6的“2s”与“3s”之间的时间等。

因此，n·ΔT以m倍存在的时间(例如，图6的“2s”与“10s”之间的时间等)的I_z(范数)/I_total(范数)的平均值I’_z/I’_total满足下述的公式。

[公式7]

$\frac{{I^{\′}}_z}{{I^{\′}}_{\mathrm{total}}}=\frac{1}{m}\underset{p=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{I_{z,p}}{I_{\mathrm{total},p}}$ …式7

根据上述公式7，I’_z/I’_total，是产生试验者z轴方向加速度的冲量与产生试验者全身加速度的冲量的比率，与试验者的腿肌力有很大关系。

该I’_z/I’_total的比率小，是表示试验者以最快速度进行步行时，在z轴方向上试验者的上下动作少。因此，如果试验者以最快速度进行步行时其自身的腿肌力小，则步行效果变差，试验者的上下动作变大。

由此，I’_z/I’_total与试验者的腿肌力相关。因此，推定腿肌力的近似式如下式所述。其中，下述公式8的A、B是常数。

[公式8]

$F=A\·\left[\frac{{I^{\′}}_z}{{I^{\′}}_{\mathrm{total}}}\right]+B$ …式8

在S609中，腿肌力计算装置100基于公式8的近似式，并代入在S608中计算出的I’_z/I’_total，从而计算出腿肌力F。

图8是表示基于上述公式8的腿肌力-I’_z/I’_total特性的图。例如，在S608中，当I’_z/I’_total为5.5时，腿肌力计算装置100将5.5代入{腿肌力F＝A(I’_z/I’_total)+B；此处腿肌力F＝-196.32(I’_z/I’_total)+183.23}，计算出试验者的腿肌力为75。

在S610中，腿肌力计算装置100显示所计算出的腿肌力。

下面，参照图9对计算在上述S609中使用的腿肌力-I’_z/I’_total特性的处理进行说明。图9是表示计算腿肌力-I’_z/I’_total特性为止的处理的图。

在S701中，腿肌力计算装置100促使输入规定数(n)个试验者的腿肌力、和该腿肌力所发挥的规定数(n)个试验者的I’_z/I’_total。其中，规定数(n)是通过后述的最小二乘法可以计算出近似式的数。

在S702中，腿肌力计算装置100通过输入的规定数(n)个试验者的腿肌力和与之相对的规定数(n)个试验者的I’_z/I’_total之间的关系，利用最小二乘法，求出近似式(参照上述公式8)。

根据该特征，腿肌力计算装置100基于I’_z/I’_total，计算与该比率具有相关关系的试验者的腿肌力。由此，即使不使用对试验者施加高负载来计算试验者腿肌力的运动机器，也可以仅通过每个人都能做到的运动即步行，来计算试验者的腿肌力。

而且，试验者即使不使用大型的运动机器，仅通过安装腿肌力计算装置100就可以容易地把握自己的腿肌力。并且，腿肌力计算装置100为可以安装到试验者身上左右的大小，并不是大型运动机器。因此，能够抑制腿肌力计算装置100的制造成本。

另外，腿肌力计算装置100可以利用多个试验者的I’_z/I’_total和多个试验者的腿肌力值，计算更恰当的近似式(参照公式8)。因此，腿肌力计算装置100可以利用该近似式，更加准确地计算与新的试验者的I’_z/I’_total具有相关关系的腿肌力的值。

并且，在近似式(参照公式8)中不包括试验者的体重成分。因此，即使不设定试验者的体重，腿肌力计算装置100也可以计算试验者的腿肌力。由此，因为试验者没必要设定自己的体重，所以，试验者可以通过更为简单的顺序把握其腿肌力。

而且，腿肌力计算装置100利用通过冲量i_z与超过阈值的冲量i_total之间的比率所计算出的I’_z/I’_total，即利用通过试验者以最快速度进行步行时的冲量i_z与冲量i_total之间的比率所计算出的I’_z/I’_total。因此，腿肌力计算装置100可以基于该值，计算出试验者所具有的最大腿肌力。

另外，即使没有用于测定试验者腿肌力的长距离的条件(例如运动场中用于步行等的长跑道)，只要知道试验者以最快速度能够步行的距离，就可以计算试验者最大的腿肌力。因此，试验者不需前往运动场等就可以容易地测定自己最大的腿肌力。

另外，虽然在本实施方式中，腿肌力计算装置100预先设定(参照S609)了腿肌力-I’_z/I’_total特性，即近似式，但是，并不限定于此，也可以施加如下的变更。

具体地说，腿肌力计算装置100依次地存储在S610中所计算出的腿肌力的值、和与该腿肌力相对的I’_z/I’_total的值。腿肌力计算装置100以该腿肌力的值与I’_z/I’_total的值在规定期间存储为规定个数为条件，并利用存储的大概所有的腿肌力的值和I’_z/I’_total的值，计算出近似式。然后，腿肌力计算装置100将近似式从预先设定的近似式变更为所计算出的近似式。

在该情况下，腿肌力计算装置100通过基于更多的腿肌力的值和I’_z/I’_total的值来依次更新近似式，可以计算更加恰当的近似式。因此，腿肌力计算装置100利用该近似式，可以更准确地计算出与试验者的I’_z/I’_total的值相对的腿肌力。

另外，虽然在本实施方式中，腿肌力计算装置100利用腿肌力-I’_z/I’_total特性，即近似式计算试验者的腿肌力，但是并不仅限定于此。

具体地说，腿肌力计算装置100也可以利用预先设定的表格，来计算试验者的腿肌力。

例如，腿肌力计算装置100存储腿肌力和I’_z/I’_total多个对应的表格。在计算了新的试验者的I’_z/I’_total时，腿肌力计算装置100从该表格中特定与所计算出的I’_z/I’_total相对应的腿肌力。

另外，虽然在本实施方式以及变更例中，腿肌力计算装置100是利用I’_z/I’_total(参照公式7以及公式8)来计算试验者的腿肌力，但是，并不仅限于此。具体地说，腿肌力计算装置100还可以替代I’_z/I’_total利用I_z/I_total(参照图6)来计算试验者的腿肌力。

即，腿肌力计算装置100通过将公式8的I’_z/I’_total等变更为I_z/I_total，可以计算与新试验者的I_z/I_total相对应的腿肌力。据此，当然可以起到与上述相同的作用以及效果。

另外，腿肌力计算装置100也可以基于通过加速度传感器108测定的作用于x轴、y轴、z轴的加速度的合成值，即测定合成值与试验者的体重，计算与该测定合成值以及该体重具有相关关系的试验者腿肌力。

例如，腿肌力计算装置100也可以替代I’_z/I’_total(参照公式7以及公式8)，利用下述公式9所示的I’_total，计算试验者的腿肌力。其中，I’_total中包括测定合成值与体重(w)(参照公式4以及公式9)。由此，如下所示，腿肌力计算装置100可以利用I’_total中所包括的测定合成值以及体重(w)，来计算试验者的腿肌力。

[公式9]

F＝CI’_total+D    …式9

其中，式9中采用如下所示的I’_total。

${I^{\′}}_{\mathrm{total}}=\frac{1}{m}\underset{p=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{total},p}$

此处，图10是表示为了计算上述公式9的常数C、D而利用的腿肌力-I’_total特性的图。腿肌力计算装置100，通过输入的规定数(n)个试验者的腿肌力和与其相对的规定数的(n)试验者的I’_total的之间的关系，使用最小二乘法，计算出公式9中的常数C、D，并求得腿肌力F的近似式(F＝0.0498I’_total+17.685；参照图10)。

由此，在S608中，例如当I’_total为1000时，腿肌力计算装置100将1000代入{腿肌力F＝0.0498I’_total+17.685}，计算出试验者的腿肌力F大约为68。

另外，腿肌力计算装置100还可以基于通过加速度传感器108测定的作用于x轴、y轴、z轴的加速度的合成值，即测定合成值，计算出与该测定合成值具有相关关系的试验者腿肌力。

例如，腿肌力计算装置100替代I’_z/I’_total，利用下述公式10所示的I’_total/w，计算试验者的腿肌力。下述公式10中的I’_total使用公式9中的I’_total。

另外，I’_total中包括测定合成值和体重(w)。由此，通过计算I’_total/w，可以除去体重(w)的要素。因此，如下所示，腿肌力计算装置100可以使用I’_total中所包括的测定合成值，计算试验者的腿肌力。

[公式10]

F＝EI’_total/w+G    …式10

此处，图11是表示为了计算上述公式10的常数E、G而使用的腿肌力-I’_total/w特性的图。腿肌力计算装置100，通过输入的规定数(n)个试验者的腿肌力和与其相对的规定数(n)个试验者的I’_total/w的关系，使用最小二乘法，计算出公式10中的常数E、G，并求得腿肌力F的近似式(F＝2.6487I’_total/w+21.39；参照图11)。

由此，在S608中，例如当I’_total/w为15时，腿肌力计算装置100将15代入{腿肌力F＝2.6487I’_total/w+21.39}，计算出试验者的腿肌力F大约为61。

此处，由腿肌力F和I’_z/I’_total所计算出的相关系数r1为0.77(图8)。由腿肌力F和I’_total计算出的相关系数r2为0.63(图10)。由腿肌力F和I’_total/w计算出的相关系数r3为0.45(图11)。

由此，由于腿肌力F和I’_z/I’_total之间、腿肌力F和I’_total之间、腿肌力F和I’_total/w之间具有相关关系，所以，腿肌力计算装置100利用I’_z/I’_total、I’_total或I’_total/w，都可以确切地计算与它们具有相关关系的腿肌力F。

而且，与使用具有除法运算处理的公式8相比，腿肌力计算装置100使用没有除法运算处理的公式9，可以加快执行腿肌力F的运算。

并且，在公式10中根本不含有体重的要素。因此，与包含体重要素的公式8相比，腿肌力计算装置100利用公式10可以加快执行腿肌力F的运算。

另外，公式9以及公式10中的I’_total，当然也可以变更为I_total。

(第2实施方式)

在第1实施方式中，腿肌力计算装置100使试验者的步行速度阶段性地提高，并在最终阶段使试验者以其能够实现的最大限度的速度进行步行之后，计算试验者的最大氧摄取量(持久力)(参照S200)。

与此相对，在第2实施方式中，腿肌力计算装置100并不使试验者的步行速度阶段性地提高，而是与经过上述各阶段而累计的步行距离相比，仅在距离较短的特定距离内使试验者以其能够实现的最大限度的速度进行步行(第1实施方式的腿肌力模式时的步行方法)，来计算试验者的最大氧摄取量(持久力)。另外，第2实施方式中的各部分构成，只要没有事先特别说明，则认为与在第1实施方式中说明的各部分构成相同。下面，开始进行详细的说明。

腿肌力计算装置100，输出促使试验者在特定距离内以其能够实现的最大限度的速度进行步行的信息(参照上述S603的是)。并在输出该信息之后，腿肌力计算装置100计算作用于x轴、y轴、z轴的加速度的合成值，即测定合成值(包含于公式9中的I’_total的值)。

腿肌力计算装置100基于计算出的测定合成值以及试验者的体重，计算试验者在发挥其能够实现的最大限度运动强度时作用于x轴、y轴、z轴的加速度的合成值，以及包含试验者体重的运动强度最大时合成值。该运动强度包括：试验者的脉搏数、心率数、消耗热量或氧摄取量的大小。

例如，腿肌力计算装置100利用计算出的测定合成值以及包含试验者体重的I’_total，计算包含运动强度最大时合成值的I”_total。并且，如下所示，腿肌力计算装置100利用所计算出的I’_total，计算最大氧摄取量(持久力)。

下面，对最大氧摄取量(持久力)的计算方法进行详细的说明。图12是表示规定数(n)个试验者的I’_total与I”_total之间的关系图。

如图12所示，腿肌力计算装置100通过输入的规定数(n)个试验者的I’_total和与其相对的规定数(n)个试验者的I”_total之间的关系，使用最小二乘法，计算出下述公式11中的常数H、J，并求得I”_total的近似式(I”_total＝0.4433I’_total+5456.2；参照图12)。

[公式11]

I”_total＝HI’_total+J    …式11

腿肌力计算装置100利用如图12所示的近似式和所计算出的I’_total，计算出I”_total。腿肌力计算装置100利用该I”_total与下述公式12，计算出最大氧摄取量(持久力)。

[公式12]

最大氧摄取量(持久力)＝KI”_total+L    …式12

此处，腿肌力计算装置100通过输入的规定数(n)个试验者的I”_total和与其相对的规定数(n)个试验者的最大氧摄取量之间的关系，使用最小二乘法，计算公式12中的常数K、L，并求得最大氧摄取量(持久力)的近似式。该近似式的导出过程与上述图10、图11以及图12中说明的过程相同。

由此，腿肌力计算装置100可以利用公式12所示的近似式和计算出的I”_total，来计算最大氧摄取量(持久力)。

如图12所示，由I”_total和I’_total计算出的相关系数r4为0.789(图12)。由此，因为I”_total和I’_total之间具有相关关系，所以，腿肌力计算装置100仅利用计算出的I’_total，就可以确切地计算与其具有相关关系的I”_totalx。

另外，虽然为了计算最大氧摄取量(持久力)，腿肌力计算装置100利用了I’_total或其所包含的最快速度时测定合成值，但是，当然也可以利用I_total或其所包含的最快速度时测定合成值。

另外，虽然在本实施方式中，腿肌力计算装置100利用了所计算出的测定合成值以及试验者的体重，来计算运动强度最大时合成值(包含试验者的体重)，但是，并不仅限于此。具体地说，腿肌力计算装置100不利用试验者的体重，仅利用所计算出的测定合成值，也可以计算运动强度最大时合成值(不包含试验者的体重)。

(第3实施方式)

在本实施方式中，腿肌力计算装置100在S400的练习模式基础上，还可以执行下述的处理。另外，本实施方式中的各部构成，只要没有事先特别说明，都与在第1实施方式中说明的各部构成相同。

具体地说，腿肌力计算装置100将所计算出的运动强度最大时合成值(I”_total)的规定比例(例如70％)设定为基准值。

此处，如果运动强度最大时合成值直接作为练习时的基准值而使用，则会造成对试验者施加很大的负载，从而危及其生命。从运动生理学来说，当对试验者施加运动强度最大时合成值的约60％所对应的负载时，则开始产生乳酸。而对试验者施加大约70％所对应的负载时，则会确切地产生乳酸。而且，为了使试验者的体力提高，则需要对试验者施加能够确切地产生乳酸程度的较强负载。因此，优选腿肌力计算装置100将运动强度最大时合成值的约70％设定为基准值。

在通过加速度传感器108测定的作用于x轴、y轴、z轴的加速度的合成值，即测定合成值(在冲量中包括的值)超过该基准值时，腿肌力计算装置100输出与试验者身体相关的身体信息。

例如，在测定的测定合成值超过该基准值时，腿肌力计算装置100输出表示对试验者的身体来说是恰当负载的身体信息。另一方面，当测定的测定合成值没有超过该基准值时，腿肌力计算装置100输出表示对试验者的身体来说是不恰当负载的身体信息。腿肌力计算装置100可以将例如规定声音作为身体信息，从扬声器105输出。

根据该特征，由于在测定合成值超过基准值时，身体信息被输出，所以，试验者通过在运动中听到其身体信息，可以把握当前的步行速度对自己来说是否适合练习。

(其他的实施方式)

在上述各实施方式中所述的腿肌力也可以是在膝盖不动的状态下计测的等尺性膝屈曲力，或在膝盖动的状态下计测的等速性膝伸展力等。

另外，上述各实施方式的腿肌力，即腿伸展力、腿屈肌力中也包括膝伸展力、膝屈曲力等。膝伸展力是指试验者要伸展其膝盖时所产生的最大肌力。膝屈曲力是指试验者要弯曲膝盖时候所产生的最大肌力。

(程序)

在上述腿肌力计算装置中运行的程序具有与上述CPU112相同的功能。具体地说，程序具有作为腿肌力计算部的功能，该腿肌力计算部基于通过传感器测定的作用在z轴上的加速度值，即第1加速度值，与通过传感器测定的作用于x轴、y轴、z轴的加速度的合成值，即第2加速度值的比率，计算与该比率具有相关关系的试验者腿肌力，其中所述传感器用于测定在试验者步行时候，作用在相互正交的x轴、y轴、和沿着铅垂方向的z轴的加速度。

另外，专用程序也可以记录到记录介质中。该记录介质可以列举有：硬盘、软盘、压缩盘、IC芯片、磁带等。

虽然上述说明了本发明的一个实例，但只不过是例示了一个具体例，并不特别限定本发明，各部分的具体构成等可以进行适当的设计变更。而且，各实施方式的构成以及各变更例的构成也可以分别组合。另外，各实施方式以及各变更例的作用以及效果，只不过列举了本发明所产生的最佳作用以及效果，根据本发明的作用以及效果，并不限于记载于实施方式以及各变更例中的作用与效果。

Claims (27)

1.一种腿肌力计算装置，是可以装卸地安装到试验者身上的腿肌力计算装置，具有：

加速度传感器，测定在试验者步行时作用于相互正交的x轴、y轴、z轴的加速度；和

腿肌力计算部，基于通过所述加速度传感器测定的加速度值，计算试验者的腿肌力。

2.根据权利要求1所述的腿肌力计算装置，其特征在于，

所述z轴是沿着铅垂方向的轴；

所述腿肌力计算部，基于第1加速度值与第2加速度值之间的比率，计算与所述比率具有相关关系的试验者腿肌力，其中，所述第1加速度值是指通过所述加速度传感器测定的作用于所述z轴的加速度值，所述第2加速度值是指通过所述加速度传感器测定的作用于所述x轴、所述y轴、所述z轴的加速度的合成值。

3.根据权利要求2所述的腿肌力计算装置，其特征在于，

所述腿肌力计算部基于近似式，计算与所述第1加速度值以及所述第2加速度值的比率具有相关关系的试验者腿肌力，其中，所述近似式通过多个试验者的作用于所述z轴的加速度值以及作用于所述x轴、所述y轴、所述z轴的加速度的合成值的比率，和所述多个试验者腿肌力值之间的关系而被预先计算出。

4.根据权利要求2或3任一项所述的腿肌力计算装置，其特征在于，

在所述第2加速度值超过阈值时，所述腿肌力计算部基于所述第1加速度值和超过所述阈值的所述第2加速度值之间的比率，计算与所述比率具有相关关系的试验者腿肌力。

5.根据权利要求1所述的腿肌力计算装置，其特征在于，

所述腿肌力计算部基于通过所述加速度传感器测定的作用于所述x轴、所述y轴、所述z轴的加速度的合成值，即特定值，计算与所述特定值具有相关关系的试验者腿肌力。

6.根据权利要求1所述的腿肌力计算装置，其特征在于，

所述腿肌力计算部基于特定值，计算与所述特定值具有相关关系的试验者腿肌力，其中，所述特定值包括：通过所述加速度传感器测定的作用于所述x轴、所述y轴、所述z轴的加速度的合成值和试验者的体重。

7.根据权利要求5或6任一项所述的腿肌力计算装置，其特征在于，

所述腿肌力计算部基于近似式，计算与所述特定值具有相关关系的试验者腿肌力，其中，所述近似式通过多个试验者的所述特定值和所述多个试验者腿肌力值之间的关系而被预先计算出。

8.根据权利要求5～7任一项所述的腿肌力计算装置，其特征在于，

在所测定的所述特定值超过阈值时，所述腿肌力计算部计算与超过所述阈值的所述特定值具有相关关系的试验者腿肌力。

9.根据权利要求1所述的腿肌力计算装置，其特征在于，

所述腿肌力计算部基于通过所述加速度传感器测定的作用于所述x轴、所述y轴、所述z轴的加速度的合成值，即测定合成值，计算在试验者发挥了其所能够实现的最大限度的运动强度时，作用于所述x轴、所述y轴、所述z轴的加速度的合成值，即运动强度最大时合成值。

10.一种腿肌力计算方法，是采用可以装卸地安装到试验者身上的腿肌力计算装置的腿肌力计算方法，具有：

测定在试验者步行时作用于相互正交的x轴、y轴、z轴的加速度的步骤；和

基于所测定的加速度值，计算试验者的腿肌力的步骤。

11.根据权利要求10所述的腿肌力计算方法，其特征在于，

所述z轴是沿着铅垂方向的轴，

基于第1加速度值与第2加速度值之间的比率，计算与所述比率具有相关关系的试验者腿肌力，其中，所述第1加速度值是指所测定的作用于所述z轴的加速度值，所述第2加速度值是指所测定的作用于所述x轴、所述y轴、所述z轴的加速度的合成值。

12.根据权利要求11所述的腿肌力计算方法，其特征在于，

基于近似式，计算与所述第1加速度值以及所述第2加速度值的比率具有相关关系的试验者腿肌力，其中，所述近似式通过多个试验者的作用于所述z轴的加速度值以及作用于所述x轴、所述y轴、所述z轴的加速度的合成值的比率，和所述多个试验者腿肌力值之间的关系而被预先计算出。

13.根据权利要求11或12任一项所述的腿肌力计算方法，其特征在于，

在所述第2加速度值超过阈值时，基于所述第1加速度值和超过所述阈值的所述第2加速度值之间的比率，计算与所述比率具有相关关系的试验者腿肌力。

14.根据权利要求10所述的腿肌力计算方法，其特征在于，

基于所测定的作用于所述x轴、所述y轴、所述z轴的加速度的合成值，即特定值，计算与所述特定值具有相关关系的试验者腿肌力。

15.根据权利要求10所述的腿肌力计算方法，其特征在于，

基于特定值，计算与所述特定值具有相关关系的试验者腿肌力，其中，所述特定值包括，所测定的作用于所述x轴、所述y轴、所述z轴的加速度的合成值和试验者的体重。

16.根据权利要求14或15任一项所述的腿肌力计算方法，其特征在于，

基于近似式，计算与所述特定值具有相关关系的试验者腿肌力，其中，所述近似式通过多个试验者的所述特定值和所述多个试验者腿肌力值之间的关系而被预先计算出。

17.根据权利要求14～16任一项所述的腿肌力计算方法，其特征在于，

在所测定的所述特定值超过阈值时，计算与超过所述阈值的所述特定值具有相关关系的试验者腿肌力。

18.根据权利要求10所述的腿肌力计算方法，其特征在于，

基于所测定的作用于所述x轴、所述y轴、所述z轴的加速度的合成值，即测定合成值，计算在试验者发挥了其所能够实现的最大限度的运动强度时，作用于所述x轴、所述y轴、所述z轴的加速度的合成值，即运动强度最大时合成值。

19.一种程序制品，是在可以装卸地安装到试验者身上的腿肌力计算装置中运行的程序制品，使计算机执行下述命令：

测定在试验者步行时作用于相互正交的x轴、y轴、z轴的加速度的命令；和

基于所测定的加速度值，计算试验者的腿肌力的计算命令。

20.根据权利要求19所述的程序制品，其特征在于，

所述z轴是沿着铅垂方向的轴，

所述计算命令，是基于第1加速度值与第2加速度值之间的比率，计算与所述比率具有相关关系的试验者腿肌力的命令，其中，所述第1加速度值是指所测定的作用于所述z轴的加速度值，所述第2加速度值是指所测定的作用于所述x轴、所述y轴、所述z轴的加速度的合成值。

21.根据权利要求20所述的程序制品，其特征在于，

所述计算命令是基于近似式，计算与所述第1加速度值以及所述第2加速度值的比率具有相关关系的试验者腿肌力的命令，其中，所述近似式通过多个试验者的作用于所述z轴的加速度值以及作用于所述x轴、所述y轴、所述z轴的加速度的合成值的比率，和所述多个试验者腿肌力值之间的关系而被预先计算出。

22.根据权利要求20或21任一项所述的程序制品，其特征在于，

所述计算命令是在所述第2加速度值超过阈值时，基于所述第1加速度值和超过所述阈值的所述第2加速度值之间的比率，计算与所述比率具有相关关系的试验者腿肌力的命令。

23.根据权利要求19所述的程序制品，其特征在于，

所述计算命令是基于所测定的作用于所述x轴、所述y轴、所述z轴的加速度的合成值，即特定值，计算与所述特定值具有相关关系的试验者腿肌力的命令。

24.根据权利要求19所述的程序制品，其特征在于，

所述计算命令是基于特定值，计算与所述特定值具有相关关系的试验者腿肌力的命令，其中，所述特定值包括，所测定的作用于所述x轴、所述y轴、所述z轴的加速度的合成值和试验者的体重。

25.根据权利要求23或24任一项所述的程序制品，其特征在于，

所述计算命令是基于近似式，计算与所述特定值具有相关关系的试验者腿肌力的命令，其中，所述近似式是通过多个试验者的所述特定值和所述多个试验者腿肌力值之间的关系而被预先计算出。

26.根据权利要求23～25任一项所述的程序制品，其特征在于，

所述计算命令是在所测定的所述特定值超过阈值时，计算与超过所述阈值的所述特定值具有相关关系的试验者腿肌力的命令。

27.根据权利要求19所述的程序制品，其特征在于，

所述计算命令是基于所测定的作用于所述x轴、所述y轴、所述z轴的加速度的合成值，即测定合成值，计算在试验者发挥了其所能够实现的最大限度的运动强度时，作用于所述x轴、所述y轴、所述z轴的加速度的合成值，即运动强度最大时合成值的命令。

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