JP2003154029A - 歩行速度決定方法及び装置並びに運動機器 - Google Patents

歩行速度決定方法及び装置並びに運動機器

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JP2003154029A
JP2003154029A JP2001353828A JP2001353828A JP2003154029A JP 2003154029 A JP2003154029 A JP 2003154029A JP 2001353828 A JP2001353828 A JP 2001353828A JP 2001353828 A JP2001353828 A JP 2001353828A JP 2003154029 A JP2003154029 A JP 2003154029A
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walking
walking speed
exerciser
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speed
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Hidetake Oshima
秀武 大島
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 運動者に適した歩行速度を決定する。 【解決手段】 トレッドミルを用いて歩行運動を行う運
動者に接触する電極を介して測定される心拍数とトレッ
ドミルのベルトの速度(=歩行速度)との関係から歩行
効率を算出する。歩行速度と歩行効率との関係から得ら
れる2次曲線回帰式において歩行効率が極小となる歩行
速度を運動者に適した歩行速度(経済的歩行速度)と決
定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する分野】本発明は、個人の最も効率の良い
歩行速度を決定する方法及び装置並びにこの速度で運動
することのできる運動機器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のトレッドミル等の運動機器を用い
て運動トレーニングを実施する際の運動強度を決定する
方法としては以下に示すようなものがある。
【0003】特公平1−42694号によると運動負荷
量を段階的に上昇させ、各段階の負荷値と脈拍数の関係
から、年齢、性別から計算される最高脈拍数の70%の
点の負荷値を求め、使用者の最適負荷値を得ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の運動強度決定方法にあっては、最大脈拍数は
年齢、性別から統計的な算出式によって決定され、さら
に、最大脈拍数の70%という運動強度の値も統計的に
決定されたものであり、必ずしも個人に合った強度とは
限らないという問題があった。
【0005】本発明は、かかる従来技術の課題を解決す
るためになされたものであって、その目的とするところ
は、運動者にとって適した歩行速度を決定することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、歩行速度と該歩行速度で歩行運動を行う
運動者の生理状態を示す生理指標とに基づいて運動者に
適した歩行速度を決定する方法であって、前記生理指標
と前記歩行速度とに基づいて定義される歩行効率を算出
し、前記歩行効率に基づいて運動者に適した歩行速度を
決定する方法である。
【0007】このようにすれば、統計的に決定された画
一的な歩行速度ではなく、運動者個々人の運動能力等の
身体能力に応じた歩行速度の決定を行うことができる。
また、このような歩行速度を、生理指標と歩行速度に基
づいて定義される歩行効率に基づいて決定することによ
り、効率良く歩行運動ができる歩行速度を決定すること
ができる。ここで、歩行効率としては、歩行速度に対す
る生理指標の変化の比のように、運動の強度に対する運
動者の身体能力の差異を反映する指標を用いることがで
きるが、歩行効率の定義はこのようなものに限られな
い。運動者に適した歩行速度としては最も歩行効率の良
い歩行速度を選択することができ、上記した例のような
歩行効率であれば、歩行速度の変化に対して歩行効率が
極小となるような歩行速度を運動者に適した歩行速度と
することができる。さらに、本発明は、歩行速度によっ
て運動強度を示す指標として採用しているが、他の生理
指標及び運動強度を示す指標として他の指標を選択する
ことにより歩行運動に限らず他の運動にも適用すること
ができる。
【0008】前記生理指標は、心電信号又は脈波信号で
あることが好適である。
【0009】また、前記生理指標は、呼気により得られ
た酸素摂取量であることが好適である。
【0010】また、本発明は、歩行運動を行う運動者の
生理状態を示す生理指標を取得する生理指標取得手段
と、前記運動者の歩行速度と前記生理指標に基づいて定
義される歩行効率を算出する歩行効率算出手段と、前記
歩行効率に基づいて運動者に適した歩行速度を決定する
歩行速度決定手段と、を備えた歩行速度決定装置であ
る。
【0011】前記生理指標は、心電信号又は脈波信号で
あることが好適である。
【0012】また、前記生理指標は、呼気により得られ
た酸素摂取量であることが好適である。
【0013】また、本発明は、使用者の生理状態を示す
生理指標を取得する生理指標取得手段と、使用者の歩行
運動を導く動作を行う可動部材と、前記可動部材の動作
を制御する制御手段と、前記可動部材の動作と前記生理
指標に基づいて運動者に適した歩行速度を算出する歩行
速度算出手段と、を備えた運動機器であって、前記制御
手段は、前記可動部材の動作に従って歩行運動を行う運
動者の歩行速度が前記算出された該運動者に適した歩行
速度となるよう前記可動部材の動作を制御する運動機器
である。
【0014】前記生理指標は、心電信号又は脈波信号で
あることが好適である。
【0015】また、前記生理指標は、呼気により得られ
た酸素摂取量であることが好適である。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態に
基づいて説明する。同様の部材については、同様の符号
を用いて説明を省略する。
【0017】図1は、本発明の歩行速度決定装置を含む
運動機器の実施形態に係るトレッドミル100の回路構
成を示すブロック図である。このトレッドミル100
は、心電信号を検知する心電センサ1と、その出力信号
を増幅するプリアンプ2と、ノイズを除去するためのフ
ィルタ3と、心電信号をさらに適正なレベルまで増幅す
るアンプ4と、A/D変換器5と、種々の処理を実行す
るCPU6と、キー入力装置7と、歩行速度などを表示
する表示器8と、トレッドミルのベルトを駆動させるモ
ータ10と、モータ10の駆動を制御するモータ駆動部
9と運動中に緊急停止を行う安全キー11とを備える。
CPU6は、運動負荷時における生理指標に基づいて運
動者に適した歩行速度として最も運動効率の良い経済的
歩行速度を決定する運動強度決定機能等を有する。ここ
で、生理指標取得手段は、心電センサ1、プリアンプ
2、フィルタ3、アンプ4、A/D変換器5、CPU6
を含んで構成される。また、歩行効率算出手段、歩行速
度決定手段はCPU6を含む。制御手段は、CPU6を
含む。
【0018】図2はこのトレッドミルの外観斜視図であ
る。このトレッドミルは、可動部材であるベルト12を
駆動するベルト駆動部13を有し、使用者がベルト12
上で歩行や走行運動を行うためのデッキ14とを備え、
デッキ14のベルト駆動部13は、内部にモータ、ベル
ト駆動機構等を有し、デッキ前方に取付けられている。
使用者は、ベルトの運動に従って、ベルト上で足を動か
すことにより歩行運動を行うことができる。
【0019】ハンドル部15は、操作スイッチや速度等
を表示する表示画面を有する操作・表示部16と、心電
検出用の一対の電極17が設けられ、運動時に運動者が
ハンドル15を握ることで両手と電極17が接触し、手
から心電信号が検出されるようになっている。
【0020】なお、図2の実施形態では、心電センサと
して心電検出用の電極17をハンドル15に設けてある
が、運動機器に設けられる生理指標取得手段の構成には
種々の変更が可能である。例えば、図3では、運動者M
の胸に一対の電極及び送信部を備えたチェストベルト2
1が装着され、操作・表示部16に受信部22が設けら
れている。この場合、運動者Mの胸から検出された心電
信号は、無線で受信部22に送信さて処理される。ここ
では、生理指標取得手段は、チェストベルト41に設け
られた一対の電極及び送信部並びに受信部42を含んで
構成される。図4の実施形態は+(プラス)、−(マイ
ナス)、G(グランド)の3個の電極23が運動者Mの
胸に貼り付けられ、有線24で本体内の回路部に接続さ
れ、心電信号を検出する胸部誘導型のものである。ここ
では、生理指標取得手段は、3個の電極45、46、4
7及び有線48を含んで構成される。図5の実施形態で
は、心電センサに代えて運動者Mの耳朶に脈拍センサ2
5が取付けられ、脈拍が検出される。ここでは、生理指
標取得手段は脈拍センサ49を含んで構成され、生理指
標は脈拍センサ49によって検出される脈拍を用いて算
出される。
【0021】このように構成された運動機器では、心電
センサや脈拍センサで検出された心電信号や脈波信号と
いった運動負荷変化に対する生理信号に基づいて運動負
荷における生理信号の変化から経済歩行速度が決定さ
れ、決定された運動強度に応じてベルト12の回転速度
が変化する。
【0022】次に、図6に示すフローチャートにより、
この実施形態に係るトレッドミルの処理動作を説明す
る。キー入力装置7からの測定開始キー押下情報がCP
U6に入力されると、測定を開始する。まず、表示器8
に、「測定開始」を表示し(ST1)、ベルト12の制
御を開始する。この制御としては、例えば初期ベルト速
度40m/分で2分間運動を行った後、2分ごとに20
m/分増加させ、120m/分まで速度を増加させる。
運動中は心電センサ1で心電信号を検出し、心電信号の
ピーク値の検出から心拍数を算出し、2分間ずつ実施す
る際の各速度での運動終了15秒間の心拍数の平均値を
記録する(ST3)。最終速度での運動終了後、歩行効
率、経済的歩行速度を算出し(ST4)、経済歩行速度
が表示器8に表示される(ST5)。
【0023】ここで、経済的歩行速度の算出方法につい
て説明する。
【0024】経済的歩行速度は各速度での運動時の心拍
数とベルト速度から算出される。まず、各ベルト速度と
その速度での心拍数との関係から歩行効率を算出する。
ここで歩行効率は、歩行1mあたりに要する心拍増加量
であり、次式(1)より求められる。
【0025】
【数1】 式(1)のbase心拍数は、各歩行速度(=ベルト速
度)とその速度での心拍数とのデータから、直線回帰式
【0026】
【数2】 の切片bの値を用いる。図7は横軸に歩行速度(m/
分)、縦軸に心拍数(拍/分)をとったグラフである。
ここでは、直線回帰式は
【0027】
【数3】 である。直線回帰式の切片は86.2(拍/分)である
から、base心拍数は86.2(拍/分)となる。こ
のときのbase心拍数は運動前に安静時の心拍数を測
定し、その値をbase心拍数として用いても良い。但
し、歩行効率の定義は上述のものに限られるものではな
い。
【0028】次いで、各歩行速度に対して歩行効率のそ
れぞれの値を分布させ、
【0029】
【数4】 の2次曲線回帰式にあてはめ、−e/2dから2次曲線
回帰式の極小点の速度を求める。図8は横軸に歩行速度
(m/分)(=ベルト速度)をとり、縦軸に歩行効率
(拍/m)をとったグラフである。ここでは、2次曲線
回帰式は
【0030】
【数5】 となり、歩行効率が極小となる歩行速度は84m/分で
ある。このようにして得られた速度が経済的歩行速度で
あり、算出後、表示器8に表示される。
【0031】なお、上記実施形態において、生理指標と
して心電信号を心電センサで測定し、心拍数を用いるも
のについて説明したが、生理指標として心電信号に代え
て酸素摂取量を用いても良い。運動中の酸素摂取量は、
例えば、呼気ガス分析器を用い、呼気採取用のマスクを
装着することにより測定できる。また、生理指標として
は、心拍数、膜拍数、酸素摂取量のような指標に限られ
ず運動者の生理状態を示すものであれば適宜選択するこ
とができる。
【0032】また、上述の実施形態では、運動機器に設
けられた歩行速度決定装置について説明したが、実際に
歩行する速度と、歩行時の生理指標を取得することによ
り歩行速度の決定のみを行う装置として構成することも
できる。また、このような歩行速度決定装置は、運動者
に装着等された生理指標取得手段と、同様に運動者に装
着され又は外部に設けられた歩行速度測定手段とから得
られる生理指標と歩行速度とから歩行者に適した歩行速
度を算出する装置として構成することもできる。
【0033】また、このような歩行速度決定装置を有す
る運動機器は上述のトレッドミルに限られるものではな
い。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、個
々の運動者に適した歩行速度を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の実施形態に係るトレッドミルの
回路構成の概略を示すブロック図である。
【図2】図2はトレッドミルの外観斜視図である。
【図3】図3は他の電極構成を有するトレッドミルを示
す図である。
【図4】図4は他の電極構成を有するトレッドミルを示
す図である。
【図5】図5は脈波センサを備えたトレッドミルを示す
図である。
【図6】図6はトレッドミルの処理動作を説明するフロ
ーチャートである。
【図7】図7はトレッドミルのベルト速度に対する運動
者の心拍数の変化を示すグラフである。
【図8】図8は歩行速度に対する歩行効率の変化を示す
グラフである。
【符号の説明】
100 トレッドミル 1 心電センサ 2 プリアンプ 3 フィルタ 4 アンプ 5 A/D変換器 6 CPU 7 キー入力装置 8 表示器 9 モータ駆動部 10 モータ 12 ベルト 13 ベルト駆動部 14 デッキ 17 電極

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 歩行速度と該歩行速度で歩行運動を行う
    運動者の生理状態を示す生理指標とに基づいて運動者に
    適した歩行速度を決定する方法であって、 前記生理指標と前記歩行速度とに基づいて定義される歩
    行効率を算出し、 前記歩行効率に基づいて運動者に適した歩行速度を決定
    する方法。
  2. 【請求項2】 前記生理指標は、心電信号又は脈波信号
    である請求項1に記載の歩行速度決定方法。
  3. 【請求項3】 前記生理指標は、呼気により得られた酸
    素摂取量である請求項1に記載の歩行速度決定方法。
  4. 【請求項4】 歩行運動を行う運動者の生理状態を示す
    生理指標を取得する生理指標取得手段と、 前記運動者の歩行速度と前記生理指標に基づいて定義さ
    れる歩行効率を算出する歩行効率算出手段と、 前記歩行効率に基づいて運動者に適した歩行速度を決定
    する歩行速度決定手段と、を備えた歩行速度決定装置。
  5. 【請求項5】 前記生理指標は、心電信号又は脈波信号
    である請求項4に記載の歩行速度決定装置。
  6. 【請求項6】 前記生理指標は、呼気により得られた酸
    素摂取量である請求項4に記載の歩行速度決定装置。
  7. 【請求項7】 歩行運動を行う運動者の生理状態を示す
    生理指標を取得する生理指標取得手段と、 運動者の歩行運動を導く動作を行う可動部材と、 前記可動部材の動作を制御する制御手段と、 前記可動部材の動作と前記生理指標に基づいて運動者に
    適した歩行速度を算出する歩行速度算出手段と、 を備えた運動機器であって、 前記制御手段は、前記可動部材の動作に従って歩行運動
    を行う運動者の歩行速度が、前記算出された該運動者に
    適した歩行速度となるよう前記可動部材の動作を制御す
    る運動機器。
  8. 【請求項8】 前記生理指標は、心電信号又は脈波信号
    である請求項7に記載の運動機器。
  9. 【請求項9】 前記生理指標は、呼気により得られた酸
    素摂取量である請求項7に記載の運動機器。
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