JP2004344349A

JP2004344349A - Device and method for determining movement of exercise assisting apparatus, and exercise assisting apparatus

Info

Publication number: JP2004344349A
Application number: JP2003144014A
Authority: JP
Inventors: Youichi Shinomiya; 葉一四宮; Naohisa Ozawa; 尚久小澤
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-21
Also published as: JP4325272B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for determining movement in an exercise assisting apparatus for giving movement stimulation from the outside. <P>SOLUTION: A movement imparting means 1 for imparting movement from the outside is driven by motors 14a, 14b and 17 so as to impart the movement stimulation from the outside to a user. A near IR spectroscope 5 measures a physiological measurement value (oxygen consumption) related to the amount of metabolism of the user during exercise. An evaluating means 6 acquires the amount of metabolism on the basis of the physiological measurement value measured by the near IR spectroscope 5. A movement control means 4 moves the movement imparting means 1 by changing a movement pattern by a prescribed period of time, and then stores the individual movement patterns in accordance with the amount of metabolism acquired by the evaluating means 6. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動源により駆動される他動運動付与手段を用いて使用者の少なくとも一部に他動的に運動刺激を与えるようにした運動補助装置について、他動運動付与手段の動作を決定する際に用いる運動補助装置の動作決定装置、他動運動付与手段の動作を決定する際の運動補助装置の動作決定方法、決定した動作で他動運動付与手段を駆動する運動補助装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、生活習慣病の改善には能動的な有酸素運動によって体脂肪を減少させることが有効とされているが、本件発明者らは他動運動でも筋収縮を起こさせれば糖代謝を促進することができ、生活習慣病の改善に有効であるという知見を得た。すなわち、筋肉のエネルギ源であるブドウ糖を筋肉に取り込んで燃焼させれば、余剰のブドウ糖が消費され、高血糖、高インスリン血症の改善の結果、生活習慣病（糖尿病、肥満、高脂血症など）の改善に寄与することになる。ここに、筋肉にブドウ糖を取り込む作用には、インスリンの作用と筋収縮による作用とがあり、両者は加算的であるから、筋収縮によって筋肉へのブドウ糖の取り込み量を増加させれば、糖代謝を促進することが可能になる。とくに、糖尿病患者においては、筋肉での糖代謝が健常者よりも低下しており、筋肉へのブドウ糖の取り込みが少なくなっているから、積極的に筋収縮を生じさせて糖代謝を高めることで余剰のブドウ糖を消費させ、ひいては糖尿病の改善に寄与すると考えられる。
【０００３】
筋収縮による糖代謝を効率的に行うには、体積の大きい筋肉（とくに有酸素運動に寄与する赤筋（遅筋））に筋収縮を生じさせることが望ましく、大腿部や背部の筋肉を筋収縮させることが有効と考えられる。一方、糖尿病患者などでは膝痛を伴っていることが多く、大腿部の筋収縮のためにスクワット運動などを行うのはもちろんのこと、散歩のようなきわめて一般的な運動でさえも、膝の痛みが強くなったり症状が悪化したりするという問題が生じるなど、運動したくてもできない人にとって運動に対する強い要望がある。
【０００４】
また、脚部の運動を可能とする運動補助装置としては、自転車漕ぎ運動を模擬する装置（エアロバイク）、ランニングを模擬する装置（トレッドミル）などが知られており、一方、比較的軽負荷での運動を可能とする運動補助装置としては、乗馬運動を模擬する装置（たとえば、特許文献１参照）などが知られている。エアロバイクやトレッドミルのような運動補助装置では、使用者が積極的に動作しなければ筋収縮が生じないから、疲労が溜まりやすくなる。一方、乗馬を模擬する運動補助装置では、使用者が座席に着座することによって座席が揺動するから、使用者は積極的に動作することなく運動することが可能になる。ただし、どのような座席をどのように揺動させると適正な糖代謝が生じるかという点について考慮されているものではない。
【０００５】
一方、運動補助装置を使用している間の運動量や運動強度を検出することによって、運動補助装置を利用する際の運動量を決定したり最適な運動強度を決定たりする技術が提案されている（たとえば、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１５５８３６号公報
【特許文献２】
特開平６−７４７８号公報（第００１６段落、図１）
【特許文献３】
特開２００１−１１２７２９号公報（第００３３−００３６段落、図８）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した運動補助装置では、使用者が積極的に動作することによって運動を行うものにおいて、運動量や運動強度を決定するものであって、使用者が積極的に動作することなく他動的に運動刺激を与える運動補助装置に対しては、そのまま使用することができない。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、他動的に運動刺激を与える運動補助装置において動作を決定する技術を提供することを第１の目的とし、さらに決定した動作を行うのに適した運動補助装置を提供することを第２の目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１ないし請求項５に係る発明は、運動補助装置の動作決定装置に関するものであって、請求項１の発明は、駆動源により駆動され使用者の少なくとも一部に他動的に運動刺激を与える運動補助装置と同構成の他動運動付与手段と、代謝量に関連する生理的計測値を計測する計測手段と、計測手段により計測された生理的計測値から代謝量を求める評価手段と、他動運動付与手段を所定時間ずつ動作パターンを変化させて動作させるとともに各動作パターンと評価手段で求めた代謝量とを対応付けて記憶する動作制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、他動運動付与手段の動作パターンを所定時間ずつ変化させて動作させるとともに、各動作パターンについて使用者の代謝量を求め、動作パターンと代謝量とを対応付けて記憶するから、種々の動作パターンのうち適正な代謝量が得られる動作パターンを容易に選択することができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記動作制御手段が、前記評価手段において規定期間で求める代謝量が適正値になる方向に他動運動付与手段の動作パターンを次第に収束させることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、適正値の代謝量が得られるような他動運動の動作パターンになるように動作パターンが自動的に修正されるから、動作制御手段で生成した動作パターンから代謝量が適正値に近い動作パターンを選択するだけではなく、動作パターンを修正して代謝量を適正値により近付けることが可能になる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記他動運動付与手段が、使用者の自重によって大腿部に作用する負荷が変化するように使用者の重心位置を強制的に移動させることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、使用者の重心位置を移動させることによって使用者の自重の範囲で大腿部への負荷を与えるから、過剰な負荷が作用せず安全に使用することができる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記生理的計測値が、近赤外分光法による筋代謝量と、筋電による筋収縮の程度とから選択されることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、筋代謝量あるいは筋収縮の程度を運動中に非侵襲的にかつ簡易に計測することができる。また筋電による計測では、運動中にほぼ実時間で監視することができ、請求項２の発明のように、生理的計測値をフィードバックして動作パターンを収束させる目的に使用することが可能である。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記評価手段が、前記他動運動付与手段での運動にかかわる筋肉の体積と、前記他動運動付与手段での運動にかかわる筋肉のうち赤筋の体積とのいずれか一方を重み係数として、前記生理的計測値に重み付けを行い、重み付け後の生理的計測値を前記代謝量として用いることを特徴とする。
【００１８】
この構成は、筋代謝量が筋肉の体積に比例するという知見に基づいており、代謝量をより正確に求めることが可能になる。
【００１９】
請求項６の発明は、駆動源により駆動され使用者の少なくとも一部に他動的に運動刺激を与える運動補助装置の動作を決定する方法であって、運動補助装置と同構成の他動運動付与手段を動作パターンを変化させつつ動作させ、他動運動付与手段の使用者から代謝量に関連する生理的計測値を計測し、規定期間で生理的計測値から求めた代謝量が適正値になる方向に他動運動付与手段の動作パターンを次第に収束させ、収束後の動作パターンを運動補助装置に用いる動作パターンとして記憶することを特徴とする。
【００２０】
この方法によれば、他動運動付与手段の動作パターンを所定時間ずつ変化させて動作させるとともに、各動作パターンについて使用者の代謝量を求め、動作パターンと代謝量とを対応付けて記憶するから、種々の動作パターンのうち適正な代謝量が得られる動作パターンを容易に選択することができる。しかも、適正値の代謝量が得られるような他動運動の動作パターンになるように動作パターンが自動的に修正されるから、動作制御手段で生成した動作パターンから代謝量が適正値に近い動作パターンを選択するだけではなく、動作パターンを修正して代謝量を適正値により近付けることが可能になる。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記他動運動付与手段が、使用者の自重によって大腿部に作用する負荷が変化するように使用者の重心位置を強制的に移動させることを特徴とする。
【００２２】
この方法によれば、使用者の重心位置を移動させることによって使用者の自重の範囲で大腿部への負荷を与えるから、過剰な負荷が作用せず安全に使用することができる。
【００２３】
請求項８の発明は、請求項６または請求項７の発明において、前記生理的計測値が、近赤外分光法による筋代謝量と、筋電による筋収縮の程度とから選択されることを特徴とする。
【００２４】
この方法によれば、筋代謝量あるいは筋収縮の程度を運動中に非侵襲的にかつ簡易に計測することができる。また筋電による計測では、運動中にほぼ実時間で監視することができ、請求項２の発明のように、生理的計測値をフィードバックして動作パターンを収束させる目的に使用することが可能である。
【００２５】
請求項９の発明は、請求項６ないし請求項８の発明において、前記他動運動付与手段での運動にかかわる筋肉の体積と、前記他動運動付与手段での運動にかかわる筋肉のうち赤筋の体積とのいずれか一方を重み係数として、前記生理的計測値に重み付けを行い、重み付け後の生理的計測値を前記代謝量として用いることを特徴とする。
【００２６】
この方法は、筋代謝量が筋肉の体積に比例するという知見に基づいており、代謝量をより正確に求めることが可能になる。
【００２７】
請求項１０の発明は、請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の運動補助装置の動作決定装置において前記動作制御手段に記憶した前記動作パターンが格納される記憶手段と、駆動源により駆動され使用者の少なくとも一部に他動的に運動刺激を与える他動運動付与手段と、記憶手段に格納した動作パターンに従って他動運動付与手段を動作させる制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２８】
この構成では、請求項２ないし請求項５の運動補助装置の動作決定装置によって記憶手段に記憶した動作パターンを用いて他動運動付与手段を駆動するから、他動運動によって適正な代謝量が得られる。
【００２９】
請求項１１の発明は、請求項１０の発明において、前記他動運動付与手段が、使用者が着座する座席と、座席を前記駆動源の駆動力によって変位させる位置変更機構とを備えることを特徴とする。
【００３０】
この構成によれば、使用者は着座した状態で積極的に動作することなく他動的な運動によって筋収縮が可能になるから、軽負荷で使用者の負担の少ない運動が可能になる。
【００３１】
請求項１２の発明は、請求項１０の発明において、前記他動運動付与手段が、使用者の臀部を支持する支柱部と、支柱部の傾きを前記駆動源の駆動力によって変化させる傾動機構とを備え、前記制御手段は、少なくとも支柱部の傾きが変化する速度および加速度と支柱部の傾斜角度との関係を変化させるように傾動機構を制御することを特徴とする。
【００３２】
この構成によれば、使用者は着座した状態で積極的に動作することなく他動的な運動によって筋収縮が可能になるから、軽負荷で使用者の負担の少ない運動が可能になる。しかも、支柱部の傾きが変化する速度および加速度と支柱部の傾斜角度との関係を変化させるから、負荷量を時間経過に伴って適宜に変化させることが可能であり、使用者に単調な印象を与えないように支柱部を揺動させることが可能になる。
【００３３】
請求項１３の発明は、請求項１０の発明において、前記他動運動付与手段が、使用者が立姿勢で搭乗する搭乗台と、搭乗台を前記駆動源の駆動力によって変位させる位置変更機構とを備えることを特徴とする。
【００３４】
この構成によれば、使用者は立姿勢で使用するから、使用者の各脚には自重の２分の１以上の荷重が作用することになり、比較的大きい負荷での筋収縮が可能になる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に説明する実施形態では、図３、図４に示す形態の運動補助装置を対象として説明するが、本発明の技術思想は、運動補助装置の形態にはとくに限定されるものではなく、使用者の少なくとも一部に他動的に運動刺激を与えることができる運動補助装置であれば、どのような形態のものであっても本発明の技術思想を適用可能である。
【００３６】
本実施形態の運動補助装置は、主として大腿部において自重によって作用する負荷を変化させることができるように構成したものであって、図３、図４に示すように、他動運動付与手段１は、床などに設置されるベース１０を備え、臀部を支持するとともにベース１０に対する傾き角度が可変となった支柱部１１と、使用者が片足ずつをそれぞれ載せるとともにベース１０に対する高さ位置がそれぞれ可変である一対の足置台１２とを備える。支柱部１１の上端には腰を掛けるためのシート部１３が設けられる。支柱部１１のベース１０に対する傾き角度は、駆動源としてのモータ１４ａ，１４ｂを備える傾動機構１５により調節される。
【００３７】
本実施形態の傾動機構１５は、支柱部１１の下端位置を中心としてベース１０に平行な面内で支柱部１１を回転可能であり、さらにベース１０に対する支柱部１１の傾き角度が調節可能になっている。すなわち、傾動機構１５は、たとえばモータ１４ａによって支柱部１１を左右方向の軸回りで前後に回転させ、さらに、支柱部１１とモータ１４ａとを含む部分の全体をベース１０に固定したモータ１４ｂによって前後方向の軸回りに左右に回転させるように構成される。このような構成の傾動機構１５を設けることにより、支柱部１１はベース１０の定位置に対して前後左右に任意の角度で起倒可能になる（つまり、支柱部１１はベース１０に垂直に立つ位置とベース１０に対して傾いた位置との間で反復して移動可能になる）。傾動機構１５の構成はこの構成に限定されるものではなく、駆動源の駆動力によって支柱部１１がベース１０に対して前後左右に任意の角度で起倒可能になる構成であれば、どのような構成を採用してもよい。
【００３８】
一方、各足置台１２は、それぞれベース１０に対してパンタグラフ１６を介して取り付けられており、各パンタグラフ１６がそれぞれ駆動源としてのモータ１７により伸縮量を変化させるように構成されている。すなわち、モータ１７を正逆に回転させることによって、各足置台１２のベース１０に対する高さ位置をそれぞれ変化させることができる。
【００３９】
上述した他動運動付与手段１では、使用者が両足をそれぞれ足置台１２に載せるとともにシート部１３に腰を掛けることによって、使用者は中腰の状態になり、使用者の自重を支柱部１１と足置台１２とに分散させて支えることになる。この状態において、支柱部１１の傾きと足置台１２の高さとを適宜に制御すれば、支柱部１１と各足置台１２とがそれぞれ使用者の自重を支える割合が変化し、結果的に、膝の角度をあまり変化させることなく大腿部に作用する負荷を変化させることが可能になる。つまり、スクワット運動のように膝を屈伸させるのではなく、使用者の自重のうち支柱部１１が支える割合を変化させることによって、自重によって大腿部に作用する負荷を変化させることが可能になる。また、支柱部１１が傾く方向と各足置台１２の高さとを適宜に調節することによって、両大腿部に負荷を均等に作用させたり、一方の大腿部に他方よりも大きな負荷を作用させることが可能になる。要するに、他動運動付与手段１は、大腿部に自重によって作用する負荷が変化するように使用者の重心位置を強制的に移動させるように機能する。また、上述の説明から明らかなように、本実施形態は、シート部１３に腰を掛けた状態で使用する場合には、支柱部１１の傾斜角度が２自由度を持ち、各足置台１２の高さがそれぞれ１自由度を持つから、合計４自由度の動作になる。
【００４０】
ところで、モータ１４ａ，１４ｂ，１７は、図２に示すように、マイクロコンピュータを主構成とする制御手段２により制御される。図示例では、制御手段２はモータ１４ａ，１４ｂ，１７を制御するための駆動回路を含んでいる。また、図示していないが、支柱部１１のベース１０に対する傾斜角度と足置台１２の高さ位置とを検出することができるセンサを設ける。この種のセンサとしては、支柱部１１や足置台１２の位置を直接的に検出するもののほか、モータ１４ａ，１４ｂ，１７の回転位置を検出するロータリエンコーダを用いて間接的に検出するものを用いてもよい。ここでは、ロータリエンコーダにより位置検出を行う場合を想定する。制御手段２が各モータ１４ａ，１４ｂ，１７をどのように制御するかは、記憶手段３に格納されたデータに従う。
【００４１】
すなわち、記憶手段３には、各モータ１４ａ，１４ｂ，１７の回転角度（つまり、支柱部１１の傾斜角度、支柱部１１の傾斜方向、足置台１２の高さに相当する）と、モータ１４ａ，１４ｂ，１７の速度および加速度と、使用者の自重に対して各脚に作用する負荷の割合とを組にし、各組を時系列に並べた動作パターンが格納されており、制御手段２において時系列の順に動作パターンを読み出すことにより、各モータ１４ａ，１４ｂ，１７が制御される。ここに、記憶手段３に格納されている動作パターンは、個々のモータ１４ａ，１４ｂ，１７の各時刻の動作を表すものではないから、制御手段２では記憶手段３に格納された動作パターンを、各モータ１４ａ，１４ｂ，１７の時刻ごとの回転位置に変換してモータ１４ａ，１４ｂ，１７の制御を行う。
【００４２】
なお、上述した例ではシート部１３に腰を掛けた状態で使用する例について説明したが、シート部１３に腰を掛けずに足置台１２に脚を載せ、使用者が立った状態で使用することも可能である。この場合には、支柱部１１の位置は固定しておき、各足置台１２の高さ位置のみを変化させ、他動運動付与手段１を２自由度で使用する。つまり、足置台１２は立姿勢で搭乗する搭乗台して機能し、駆動源であるモータ１７により足置台１２の位置を変位させるパンタグラフ１６は位置変更機構を構成することになる。この種の他動運動付与手段１としては、使用者が立姿勢で搭乗する搭乗台の傾きを変化させる構成なども採用可能である。逆に、シート部１３に腰を掛けた状態で足置台１２の高さ位置を一定に保つように動作させれば、シート部１３は着座のための座席となり、上述した傾動機構１５は駆動源であるモータ１４ａ，１４ｂにより座席を変位させる位置変更機構として機能し、膝を屈伸させながら大腿部に負荷を作用させる構成になる。この種の他動運動付与手段１としては、座席に乗馬運動のような揺動を与える構成を採用することも可能である。なお、シート部１３を自転車のサドルに類似した形状としているが、座席の形状はどのようなものでもよく、たとえば椅子状の座席を設けてもよい。
【００４３】
ところで、他動運動付与手段１の使用目的は、主として大腿部の筋肉を収縮させることによって糖代謝を促進することにあり、記憶手段３に格納するデータとしての動作パターンを作成するにあたっては、この点を考慮した動作パターンを作成する必要がある。しかしながら、上述のように他動運動付与手段１は複数自由度を有しており、どのような動作パターンが糖代謝を促進するのかを見出すことは容易ではない。そこで、本実施形態では、他動運動付与手段１の動作パターンを種々変化させながら代謝量に関連する生理的計測値を実際に計測し、計測結果の中から代謝量が大きくなる動作パターンを抽出することにより、動作パターンを決定する技術を採用している。つまり、種々の動作パターンの中から代謝量が大きくなる動作パターンを抽出し、この動作パターンを記憶手段３に格納することによって他動運動付与手段１を動作させている。
【００４４】
以下では、代謝量が大きくなる動作パターンの抽出技術について説明する。代謝量が大きくなる動作パターンを抽出する際には、図１に示す動作決定装置を用いる。動作決定装置は、運動補助装置と同構成の他動運動付与手段１を備えており、他動運動付与手段１に設けた各モータ１４ａ，１４ｂ，１７をそれぞれ制御するために動作制御手段４を設けている。動作制御手段４は、制御手段２と同様にマイクロコンピュータを主構成とし、モータ１４ａ，１４ｂ，１７の駆動回路を含んでいる。ただし、動作制御手段４には記憶手段３から動作パターンを与えるのではなく、動作制御手段４において種々の動作パターンを生成しており、さらに、動作制御手段４は生成した動作パターンを時刻とともに記憶する機能を有している。動作パターンは、あらかじめ設定した複数種類の動作パターンから選択することが可能であるが、他動運動付与手段１による運動としての許容範囲内で、動作パターンを不規則に発生させるようにしてもよい。
【００４５】
一方、代謝量に関連する生理的計測値としては、近赤外分光法による筋代謝量と、筋電による筋収縮の程度とのいずれかを用いる。ここでは、近赤外分光法を用いる例について説明する。すなわち、図１に示すように、計測手段としての近赤外分光器５を設けてあり、近赤外分光器（近赤外光の送受光プローブ）５は大腿部に固定可能に形成されている。近赤外分光法による筋代謝量の計測は、周知のように、酸素化型ヘモグロビンと脱酸素化型ヘモグロビンとでは近赤外光の吸光度が異なることを利用し、血液中の酸素量（筋代謝量）の変化を求めるものであって、糖の燃焼には酸素が必要であるから、筋代謝量は糖代謝量の代替指標になる。
【００４６】
生理的計測値としての筋代謝量は評価手段６に入力され、評価手段６において安静時における筋代謝量の値との比が求められる。近赤外分光器５では筋肉の部分的な酸素消費量を求めているから、筋全体での筋代謝量を求めるために、評価手段６では筋肉の体積を重み係数として近赤外分光器５により求めた部分的な筋代謝量に重み付けを行う。すなわち、筋収縮は、神経を伝達されるパルスがトリガになり、パルスの伝達によってカルシウムイオンとカリウムイオンとの濃度が部分的に変化した後、筋全体にカルシウムイオンが伝達されて筋繊維の収縮が生じるのであって、このメカニズムによって筋収縮が生じるから筋代謝量は筋肉の大きさに相関を持っており、筋全体の筋代謝量を求めるには筋肉の体積による重み付けが必要になるのである。
【００４７】
ここに、重み係数としての筋肉の体積は、他動運動付与手段１での運動にかかわる筋肉の体積を意味する。ただし、筋肉の体積を実測するにはＭＲＩなどの大規模装置が必要であり、膨大な費用と手間とがかかるから、一般に文献で知られているデータを流用してもよい。たとえば、大腿部伸展筋群は５００ｍｌ、大内転筋群は２５０ｍｌとしてよい。筋の体積を考慮すれば、単位体積当たりの筋代謝量が同じであれば、大内転筋群を収縮させるよりも大腿部伸展筋群を収縮させるほうが、筋全体としての筋代謝量を２倍大きくすることができると言える。つまり、筋代謝量を増加させるには、大腿部伸展筋群を収縮させるような動作パターンを選択することが望ましいと言える。
【００４８】
２種類の動作パターンに関して評価手段６での評価結果をそれぞれ表１、表２に示す。
【００４９】
【表１】

【００５０】
【表２】

【００５１】
表１と表２とを比較すればわかるように、表２に対応する動作パターンのほうが代謝量が大きいから、糖代謝量の大きい運動を行うという意味では表２に対応する動作パターンを選択するほうが望ましいと言える。
【００５２】
実際に運動補助装置の記憶手段３に実装する動作パターンを作成するにあたっては、動作制御手段４により動作する他動運動付与手段１で試験者に運動させると同時に近赤外分光器５による血液中の酸素量の計測を行う。このとき、他動運動付与手段１が複数種類の動作パターンで所定時間（一定時間）ずつ駆動されるように制御し、所定時間で得られた酸素量を動作パターンの開始時刻および終了時刻とともに記録する。このようにして計測された酸素量は評価手段６において重み付けがなされ、他動運動付与手段１による運動に関わる筋全体の筋代謝量が求められる。得られた筋代謝量は時刻によって動作パターンと対応付けられ、筋代謝量が最大になる動作パターンが選択される。このようにして得られた動作パターンは、運動補助装置の記憶手段３に格納され、運動補助装置の制御に用いられる。
【００５３】
すなわち、動作パターンと代謝量とを対応付けているから、代謝量が適正値になるように他動運動付与手段１の動作パターンを決定することが可能になる。このように、動作制御手段４に記憶したデータに基づいて動作パターンを決定する。代謝量の適正値は、「動作パターンが人体に与えるエネルギー量を一定にしたときに得られる代謝量が最大になる」代謝量の値である。人体に与えるエネルギー量は、たとえば、他動運動付与手段１の消費電力を代替値として用いることができる。
【００５４】
上述のようにして動作決定装置を用いて決定した動作パターンに従って他動運動付与手段を動作させるから、数多くの動作の中から代謝を促進するのにより効果的な動作を抽出して使用者に与えることになる。その結果、運動補助装置に用いる他動運動付与手段１では、動作の自由度を制限することが可能になり、多自由度の機構を用いる場合に比較すると、機構部分を簡略化することが可能になり、代謝効果を減衰させることなく機器の低コスト化を図ることができる。たとえば、動作決定装置では他自由度の他動運動付与手段１を用いて代謝量が適正値になるような動作パターンを決定し、動作決定装置を用いて決定した動作パターンを単純なリンク機構で実現した他動運動付与手段１を運動補助装置に用いることによって、運動補助装置を低コストで提供することが可能になる。
【００５５】
ところで、上述の例では種々の動作パターンについて筋代謝量を計測した後に望ましい動作パターンを選択するから、選択肢の中では最良の動作パターンであるにしても、運動負荷が過剰にならない範囲で糖代謝量を最大に近付ける動作パターンであるという保証はない。そこで、計測手段５による生理的計測値（筋代謝量）を評価手段６において所定時間ごとに積分した評価値（代謝量に相当）を動作制御手段４に入力し、動作制御手段４では評価手段６から入力される評価値を大きくする方向に実時間で動作パターンを変化させ、評価値が最大になるように動作パターンを収束させることもできる。この場合、筋電によって生理的計測値を求める。
【００５６】
筋電から生理的計測値を求めるときには、近赤外分光器５に代えて筋電計を動作制御手段４に接続し、生理的計測値としては、所定時間における放電の積分値あるいは筋の最大収縮時での所定時間における筋電の積分値との比を用いる。また、糖代謝に関わる筋肉は主として赤筋であるから、重み付けに関して赤筋の体積による重み付けを行うようにすれば、他動運動付与手段１による運動での糖代謝量の評価をより正確に行うことができる。
【００５７】
ここに、動作制御手段４では、運動負荷の瞬時値の上限値を設定することができ、運動負荷の瞬時値が上限値以下になるという条件を満たす範囲で動作パターンを自動的に生成する。このとき、各モータ１４ａ，１４ｂ，１７の動作に適宜のゆらぎを与え、多変量解析の技術またはニューロコンピュータの技術を用いて最適解（動作パターンの許容範囲内で筋代謝量が最大になる）に近付くように実時間で動作パターンを変化させる。このような制御を行うことによって、運動負荷の瞬時値の上限値以下の範囲内で筋代謝量がほぼ最大になる動作パターンを決定することができる。
【００５８】
上述の例では代謝量が大きくなる方向に動作パターンを変化させているが、代謝量の適正値を最大値以外の値としてあらかじめ設定しておき、代謝量が適正値に近付くように動作パターンを収束させるようにしてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の動作決定装置ないし動作決定方法によれば、他動運動付与手段の動作パターンを所定時間ずつ変化させて動作させるとともに、各動作パターンについて使用者の代謝量を求め、動作パターンと代謝量とを対応付けて記憶するから、種々の動作パターンのうち適正な代謝量が得られる動作パターンを容易に選択することができる。また、適正値の代謝量が得られるような他動運動の動作パターンになるように動作パターンが自動的に修正する場合には、動作制御手段で生成した動作パターンから代謝量が適正値に近い動作パターンを選択するだけではなく、動作パターンを修正して代謝量を適正値により近付けることが可能になる。
【００６０】
本発明の運動補助装置は、動作決定装置を用いて作成した動作パターンで動作するから、他動運動によって適正な代謝量が得られる。また、使用者は積極的に動作することなく他動的な運動によって筋収縮が可能になるから、軽負荷で使用者の負担の少ない運動が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における動作決定装置を示すブロック図である。
【図２】実施形態における運動補助装置を示すブロック図である。
【図３】実施形態における運動補助装置を示す外観斜視図である。
【図４】実施形態における運動補助装置を示し、（ａ）は要部概略側面図、（ｂ）は要部概略平面図である。
【符号の説明】
１他動運動付与手段
２制御手段
３記憶手段
４動作制御手段
５近赤外分光器（計測手段）
６評価手段
１１支柱部
１２足置台
１３シート部
１４ａ，１４ｂモータ
１５傾動機構
１６パンタグラフ
１７モータ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention determines the operation of a passive exercise imparting means for an exercise assisting device that passively imparts an exercise stimulus to at least a part of a user using the passive exercise imparting means driven by a driving source. The present invention relates to an operation determining device of an exercise assisting device used when performing, an operation determining method of an exercise assisting device when determining an operation of a passive exercise imparting means, and a motion assisting device for driving a passive exercise imparting means with the determined operation. is there.
[0002]
[Prior art]
Generally, it is effective to reduce body fat by active aerobic exercise to improve lifestyle-related diseases. However, the present inventors promote glucose metabolism by causing muscle contraction even in passive exercise. And found that it is effective in improving lifestyle-related diseases. That is, if glucose, which is an energy source of muscle, is taken into muscle and burned, excess glucose is consumed, and as a result of improvement of hyperglycemia and hyperinsulinemia, lifestyle-related diseases (diabetes, obesity, hyperlipidemia) Etc.). Here, the action of taking glucose into muscle includes the action of insulin and the action of muscle contraction, and both actions are additive. Therefore, if the amount of glucose taken into muscle is increased by muscle contraction, glucose metabolism is increased. Can be promoted. In particular, in diabetic patients, glucose metabolism in muscle is lower than that in healthy subjects, and glucose uptake into muscle is reduced. It is thought that it consumes excess glucose and thus contributes to improvement of diabetes.
[0003]
In order to efficiently perform glucose metabolism by muscle contraction, it is desirable to cause muscle contraction in large muscles (especially red muscles (slow muscles) that contribute to aerobic exercise), and to increase muscles in the thighs and back. Muscle contraction is considered to be effective. On the other hand, patients with diabetes are often accompanied by knee pain, and not only do squat exercises for muscle contraction of the thighs, but also extremely general exercises such as walking, There is a strong demand for exercise for those who cannot, even if they do not want to exercise, such as problems such as increased pain and worsening of symptoms.
[0004]
In addition, as an exercise assisting device capable of exercising the legs, a device for simulating a bicycle rowing exercise (exercise bike), a device for simulating running (treadmill) and the like are known. As an exercise assisting device that enables exercise in a horse, a device that simulates a horse riding exercise (for example, see Patent Document 1) is known. With exercise assist devices such as exercise bikes and treadmills, muscle contraction does not occur unless the user actively operates, so fatigue tends to accumulate. On the other hand, in the exercise assisting device that simulates riding, the seat swings when the user sits on the seat, so that the user can exercise without actively operating. However, no consideration is given to what kind of seat and how to swing the seat so that proper sugar metabolism occurs.
[0005]
On the other hand, there has been proposed a technique of detecting the amount of exercise or exercise intensity while using the exercise assist device to determine the amount of exercise when using the exercise assist device or determining the optimal exercise intensity ( For example, see

Patent Documents

2 and 3.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-11-155836
[Patent Document 2]
JP-A-6-7478 (paragraph 0016, FIG. 1)
[Patent Document 3]
JP 2001-112729 A (Paragraph 0033-0036, FIG. 8)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described exercise assisting device, when the user exercises by actively operating, the exercise amount and exercise intensity are determined. It cannot be used as it is for an exercise assisting device that gives an exercise stimulus to a person.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a first object of the present invention is to provide a technique for deciding an operation in an exercise assisting device that passively exercises a motion stimulus. A second object is to provide an exercise assisting device suitable for performing an operation.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claims 1 to 5 relates to an operation determining device for an exercise assisting device, and the invention according to claim 1 is driven by a drive source and passively stimulates at least a part of the user. Passive exercise imparting means having the same configuration as the exercise assisting device that provides the exercise, a measuring means for measuring a physiological measurement value related to the metabolic rate, and an evaluating means for obtaining the metabolic rate from the physiological measurement value measured by the measuring means. And an operation control means for operating the passive exercise imparting means by changing the operation pattern at predetermined time intervals, and storing each of the operation patterns in association with the metabolic rate obtained by the evaluation means.
[0010]
According to this configuration, the operation pattern of the passive exercise imparting means is operated while being changed by a predetermined time, and the metabolic rate of the user is obtained for each operation pattern, and the operation pattern and the metabolic rate are stored in association with each other. It is possible to easily select an operation pattern from which an appropriate amount of metabolism can be obtained among various operation patterns.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the operation control means gradually converges the operation pattern of the passive exercise imparting means in a direction in which the metabolic rate obtained in a prescribed period by the evaluation means becomes an appropriate value. It is characterized by.
[0012]
According to this configuration, since the operation pattern is automatically corrected so as to be a passive movement operation pattern that can obtain an appropriate value of metabolic rate, the metabolic rate can be appropriately adjusted based on the operation pattern generated by the operation control means. In addition to selecting an operation pattern close to the value, it becomes possible to correct the operation pattern so that the metabolic rate approaches an appropriate value.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the passive exercise imparting means forcibly positions the center of gravity of the user such that the load acting on the thigh changes according to the user's own weight. It is characterized in that it is moved.
[0014]
According to this configuration, since the load on the thigh is applied within the range of the user's own weight by moving the position of the center of gravity of the user, the load can be used safely without applying an excessive load.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, the physiological measurement value is selected from a muscle metabolic rate by near-infrared spectroscopy and a degree of muscle contraction by myoelectricity. Features.
[0016]
According to this configuration, the amount of muscle metabolism or the degree of muscle contraction can be measured noninvasively and easily during exercise. In the measurement using myoelectricity, monitoring can be performed almost in real time during exercise, and it can be used for the purpose of converging an operation pattern by feeding back physiological measurement values as in the invention of claim 2. is there.
[0017]
According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the present invention, the evaluation means relates to a volume of a muscle involved in the exercise by the passive exercise imparting means and a movement of the muscle by the passive exercise imparting means. The physiological measurement value is weighted using any one of the muscle volume and the volume of the red muscle as a weighting factor, and the weighted physiological measurement value is used as the metabolic rate.
[0018]
This configuration is based on the finding that muscle metabolism is proportional to muscle volume, and allows for more accurate determination of metabolism.
[0019]
The invention according to claim 6 is a method for determining the operation of an exercise assisting device that is driven by a drive source and passively applies an exercise stimulus to at least a part of a user, wherein the passive exercise has the same configuration as the exercise assisting device. The applying means is operated while changing the operation pattern, the physiological measurement value related to the metabolic rate is measured from the user of the passive exercise applying means, and the metabolic amount obtained from the physiological measurement value in the specified period becomes an appropriate value. The operation pattern of the passive exercise imparting means is gradually converged in a certain direction, and the operation pattern after the convergence is stored as an operation pattern used for the exercise assisting device.
[0020]
According to this method, the user is caused to operate while changing the operation pattern of the passive exercise imparting means at predetermined time intervals, and the metabolic rate of the user is obtained for each operation pattern, and the operation pattern and the metabolic rate are stored in association with each other. It is possible to easily select an operation pattern from which an appropriate amount of metabolism can be obtained among various operation patterns. In addition, since the operation pattern is automatically corrected so as to be a passive movement operation pattern that can obtain an appropriate value of metabolic rate, an operation in which the metabolic rate is close to the appropriate value from the operation pattern generated by the operation control means. In addition to selecting a pattern, it becomes possible to correct the movement pattern to bring the metabolic rate closer to an appropriate value.
[0021]
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect of the present invention, the passive exercise imparting means forcibly moves the position of the center of gravity of the user such that the load acting on the thigh changes due to the user's own weight. It is characterized by the following.
[0022]
According to this method, since the load on the thigh is applied within the range of the user's own weight by moving the position of the center of gravity of the user, the load can be used safely without an excessive load.
[0023]
According to an eighth aspect of the present invention, in the sixth or seventh aspect of the present invention, the physiological measurement value is selected from muscle metabolism by near-infrared spectroscopy and the degree of muscle contraction by myoelectricity. Features.
[0024]
According to this method, the amount of muscle metabolism or the degree of muscle contraction can be measured noninvasively and easily during exercise. In the measurement using myoelectricity, monitoring can be performed almost in real time during exercise, and it can be used for the purpose of converging an operation pattern by feeding back physiological measurement values as in the invention of claim 2. is there.
[0025]
According to a ninth aspect of the present invention, in the invention of the sixth to eighth aspects, a volume of a muscle involved in the exercise by the passive exercise imparting means and a red muscle of a muscle involved in the exercise by the passive exercise imparting means are included. The physiological measurement value is weighted using either one of the volume as a weight coefficient, and the weighted physiological measurement value is used as the metabolic rate.
[0026]
This method is based on the finding that muscle metabolism is proportional to muscle volume, and it is possible to determine metabolism more accurately.
[0027]
According to a tenth aspect of the present invention, in the motion deciding device for an exercise assisting device according to any one of the second to fifth aspects, a storage means for storing the motion pattern stored in the motion control means, and a drive source And a control means for operating the passive exercise imparting means in accordance with the operation pattern stored in the storage means. I do.
[0028]
In this configuration, since the passive exercise imparting means is driven using the operation pattern stored in the storage means by the operation determining device of the exercise assisting device according to claim 2 to claim 5, an appropriate metabolic rate can be obtained by the passive exercise. Can be
[0029]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the invention of the tenth aspect, the passive movement imparting means includes a seat on which a user sits, and a position changing mechanism for displacing the seat by a driving force of the driving source. And
[0030]
According to this configuration, the user can perform muscle contraction by passive exercise without actively moving while sitting, so that exercise with a light load and less burden on the user is possible.
[0031]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the tenth aspect of the present invention, the passive exercise imparting means includes a support for supporting a user's buttocks, and a tilting mechanism for changing a tilt of the support by the driving force of the drive source. Wherein the control means controls the tilting mechanism so as to change at least the relationship between the speed and acceleration at which the inclination of the support portion changes and the inclination angle of the support portion.
[0032]
According to this configuration, the user can perform muscle contraction by passive exercise without actively moving while sitting, so that exercise with a light load and less burden on the user is possible. In addition, since the relationship between the speed and acceleration at which the inclination of the support portion changes and the inclination angle of the support portion is changed, it is possible to appropriately change the load amount with the passage of time. It is possible to swing the support portion so as not to give any.
[0033]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the tenth aspect of the present invention, the passive movement applying means includes a boarding board on which a user rides in a standing posture, and a position changing mechanism for displacing the boarding board by a driving force of the drive source. It is characterized by having.
[0034]
According to this configuration, since the user uses the apparatus in the upright position, a load of one-half or more of its own weight acts on each leg of the user, and muscle contraction with a relatively large load is possible. Become.
[0035]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the embodiment described below, the exercise assisting device having the form shown in FIGS. 3 and 4 will be described. However, the technical idea of the present invention is not particularly limited to the form of the exercise assisting device. The technical idea of the present invention can be applied to any type of exercise assisting device that can passively apply exercise stimulation to at least a part of a person.
[0036]
The exercise assisting device of the present embodiment is configured to be able to change the load acting on the thigh mainly by its own weight, and as shown in FIGS. Is provided with a base 10 installed on the floor or the like, supports the buttocks and has a variable inclination angle with respect to the base 10, and a user places one foot at a time, and the height position with respect to the base 10 is And a pair of footrests 12 that are variable. At the upper end of the support 11, a seat 13 for sitting down is provided. The tilt angle of the support 11 with respect to the base 10 is adjusted by a tilt mechanism 15 having

motors

14a and 14b as drive sources.
[0037]
The tilting mechanism 15 of the present embodiment can rotate the column 11 in a plane parallel to the base 10 around the lower end position of the column 11, and can adjust the tilt angle of the column 11 with respect to the base 10. ing. In other words, the tilting mechanism 15 rotates the column 11 back and forth around the axis in the left-right direction by, for example, a motor 14a, and furthermore, the motor 14b fixed to the base 10 as a whole including the column 11 and the motor 14a. It is configured to rotate left and right around the axis of the direction. By providing the tilting mechanism 15 having such a configuration, the support 11 can be tilted up and down at an arbitrary angle in front, rear, left and right with respect to a fixed position of the base 10 (that is, the support 11 is perpendicular to the base 10). It becomes movable repeatedly between the position and the position inclined with respect to the base 10). The configuration of the tilting mechanism 15 is not limited to this configuration, and any configuration may be used as long as the column 11 can be tilted up, down, left, and right at any angle with respect to the base 10 by the driving force of the driving source. May be adopted.
[0038]
On the other hand, each footrest 12 is attached to the base 10 via a pantograph 16, and each pantograph 16 is configured to change the amount of expansion and contraction by a motor 17 as a drive source. That is, the height position of each footrest 12 with respect to the base 10 can be changed by rotating the motor 17 in the forward and reverse directions.
[0039]
In the above-described passive exercise imparting means 1, the user puts his / her feet on the footrest 12 and sits down on the seat 13, so that the user is in a middle waist state, and the weight of the user is reduced by the support 11. It will be dispersed and supported on the footrest 12. In this state, if the inclination of the support 11 and the height of the footrest 12 are appropriately controlled, the ratio of the support 11 and each footrest 12 supporting the user's own weight changes, and as a result, the knee It is possible to change the load acting on the thigh without significantly changing the angle. That is, the load acting on the thigh by the self-weight can be changed by changing the proportion of the user's own weight supported by the column 11 instead of bending and stretching the knee as in the squat exercise. . In addition, by appropriately adjusting the direction in which the column 11 tilts and the height of each footrest 12, a load can be applied equally to both thighs, or a load greater than one can be applied to one thigh. It becomes possible to do. In short, the passive exercise imparting means 1 functions to forcibly move the position of the center of gravity of the user so that the load acting on the thigh by its own weight changes. Further, as is apparent from the above description, when the present embodiment is used while sitting on the seat 13, the inclination angle of the support 11 has two degrees of freedom, and Since each height has one degree of freedom, the operation has a total of four degrees of freedom.
[0040]
By the way, the

motors

14a, 14b, 17 are controlled by a control means 2 having a microcomputer as a main configuration, as shown in FIG. In the illustrated example, the control means 2 includes a drive circuit for controlling the

motors

14a, 14b, and 17. Although not shown, a sensor capable of detecting the inclination angle of the support 11 with respect to the base 10 and the height position of the footrest 12 is provided. As this type of sensor, a sensor that directly detects the positions of the support 11 and the footrest 12 and a sensor that indirectly detects the rotational position of the

motors

14a, 14b, and 17 using a rotary encoder is used. You may. Here, it is assumed that position detection is performed by a rotary encoder. How the control means 2 controls each of the

motors

14a, 14b, 17 depends on the data stored in the storage means 3.
[0041]
That is, the storage means 3 stores the rotation angles of the

motors

14a, 14b, and 17 (that is, the inclination angles of the support 11 and the inclination direction of the support 11 and the height of the footrest 12), and the motors 14a, The speed and acceleration of 14b, 17 and the ratio of the load acting on each leg with respect to the user's own weight are grouped, and an operation pattern in which each group is arranged in time series is stored. The

motors

14a, 14b, and 17 are controlled by reading the operation patterns in the order of the series. Here, the operation pattern stored in the storage means 3 does not represent the operation of each

motor

14a, 14b, 17 at each time, so the control means 2 uses the operation pattern stored in the storage means 3 as The

motors

14a, 14b, and 17 are converted into rotational positions at respective times, and the

motors

14a, 14b, and 17 are controlled.
[0042]
In the example described above, an example in which the seat 13 is used while sitting down is described. However, the leg is placed on the footrest 12 without sitting down on the seat 13 and the user is used while standing. It is also possible. In this case, the position of the support portion 11 is fixed, and only the height position of each footrest 12 is changed, and the passive motion imparting means 1 is used with two degrees of freedom. In other words, the footrest 12 functions as a boarding board that rides in an upright posture, and the pantograph 16 that displaces the position of the footrest 12 by the motor 17 as a driving source constitutes a position changing mechanism. As this kind of passive exercise imparting means 1, a configuration in which the inclination of a boarding board on which a user rides in a standing position can be adopted. Conversely, if the seat portion 13 is operated so as to keep the height position of the footrest 12 constant while sitting on the seat portion, the seat portion 13 becomes a seat for sitting, and the above-described tilting mechanism 15 is driven by the drive source. Function as a position changing mechanism for displacing the seat by the

motors

14a and 14b, and apply a load to the thigh while bending and stretching the knee. As this kind of passive exercise imparting means 1, it is also possible to adopt a configuration in which the seat swings like a horse riding exercise. Although the seat 13 has a shape similar to a bicycle saddle, the seat may have any shape, for example, a chair-shaped seat may be provided.
[0043]
By the way, the purpose of using the passive exercise imparting means 1 is to promote glucose metabolism mainly by contracting the muscles of the thighs. In creating an operation pattern as data to be stored in the storage means 3, It is necessary to create an operation pattern in consideration of this point. However, as described above, the passive exercise imparting means 1 has a plurality of degrees of freedom, and it is not easy to find out what kind of operation pattern promotes glucose metabolism. Therefore, in the present embodiment, physiological measurement values related to metabolic rate are actually measured while variously changing the operation pattern of the passive exercise imparting means 1, and an operation pattern in which the metabolic rate increases is extracted from the measurement results. Therefore, a technique for determining an operation pattern is employed. In other words, a movement pattern in which the metabolic rate is increased is extracted from various movement patterns, and the movement pattern providing means 1 is operated by storing the movement pattern in the storage means 3.
[0044]
Hereinafter, a technique for extracting a motion pattern that increases the metabolic rate will be described. When extracting a motion pattern that increases the metabolic rate, the motion determination device shown in FIG. 1 is used. The motion determining device includes a passive motion imparting means 1 having the same configuration as the motion assisting device, and controls the motion control means 4 to control the

motors

14a, 14b, and 17 provided in the passive motion imparting means 1, respectively. Provided. The operation control means 4 has a microcomputer as a main component similarly to the control means 2, and includes a drive circuit for the

motors

14a, 14b, and 17. However, the operation control unit 4 does not provide the operation pattern from the storage unit 3 but generates various operation patterns in the operation control unit 4, and the operation control unit 4 stores the generated operation pattern together with the time. It has the function to do. The operation pattern can be selected from a plurality of types of operation patterns set in advance. However, the operation pattern may be generated irregularly within the allowable range of the exercise by the passive exercise imparting means 1. .
[0045]
On the other hand, as the physiological measurement value related to the metabolic rate, one of the muscle metabolic rate by near-infrared spectroscopy and the degree of muscle contraction due to myoelectricity is used. Here, an example using near-infrared spectroscopy will be described. That is, as shown in FIG. 1, a near-infrared spectroscope 5 as a measuring means is provided, and the near-infrared spectroscope (near-infrared light transmitting / receiving probe) 5 is formed so as to be fixed to the thigh. ing. As is well known, the measurement of muscle metabolism by near-infrared spectroscopy utilizes the difference in the absorbance of near-infrared light between oxygenated hemoglobin and deoxygenated hemoglobin, and measures the oxygen content in blood (muscle Metabolism), and oxygen is required for sugar combustion, so muscle metabolism is an alternative index of glucose metabolism.
[0046]
Muscle metabolism as a physiological measurement value is input to the evaluation means 6, and the evaluation means 6 calculates the ratio with the value of muscle metabolism at rest. Since the near-infrared spectrometer 5 calculates the partial oxygen consumption of the muscle, the evaluation means 6 uses the volume of the muscle as a weighting factor in the near-infrared spectrometer 5 in order to obtain the muscle metabolism of the entire muscle. Is weighted for the partial muscle metabolism obtained by the above. In other words, muscle contraction is triggered by a pulse transmitted through the nerve, and after the pulse transmission partially changes the concentration of calcium ions and potassium ions, calcium ions are transmitted to the entire muscle and the muscle fibers contract. Because muscle contraction is caused by this mechanism, muscle metabolism is correlated with muscle size, and weighting by muscle volume is necessary to find muscle metabolism of the whole muscle .
[0047]
Here, the muscle volume as the weight coefficient means the volume of the muscle involved in the exercise by the passive exercise imparting means 1. However, actual measurement of muscle volume requires a large-scale device such as MRI, which requires enormous cost and labor. Therefore, data generally known in the literature may be used. For example, the thigh extension muscle group may be 500 ml, and the adductor major group may be 250 ml. Taking into account the muscle volume, if the muscle metabolism per unit volume is the same, contracting the thigh extension muscles rather than contracting the adductor muscles increases muscle metabolism as a whole muscle. It can be said that it can be twice as large. That is, in order to increase muscle metabolism, it can be said that it is desirable to select an operation pattern that contracts the thigh extension muscle group.
[0048]
Tables 1 and 2 show the evaluation results by the evaluation means 6 for the two types of operation patterns, respectively.
[0049]
[Table 1]

[0050]
[Table 2]

[0051]
As can be seen by comparing Table 1 and Table 2, since the movement pattern corresponding to Table 2 has a larger metabolic rate, the movement pattern corresponding to Table 2 is selected in the sense that exercise with a large sugar metabolism is performed. It is more desirable.
[0052]
When actually creating an operation pattern to be mounted on the storage means 3 of the exercise assisting apparatus, the test subject is exercised by the passive exercise imparting means 1 operated by the operation control means 4 and at the same time, the blood is transmitted to the blood by the near-infrared spectroscope 5. The amount of oxygen is measured. At this time, the passive exercise imparting means 1 is controlled so as to be driven for a predetermined time (constant time) by a plurality of types of operation patterns, and the oxygen amount obtained in the predetermined time is recorded together with the start time and the end time of the operation pattern. I do. The oxygen amount measured in this way is weighted by the evaluation means 6, and the muscle metabolism of the entire muscle involved in exercise by the passive exercise imparting means 1 is obtained. The obtained muscle metabolism is associated with the motion pattern by the time, and the motion pattern that maximizes the muscle metabolism is selected. The motion pattern thus obtained is stored in the storage means 3 of the exercise assist device, and is used for controlling the exercise assist device.
[0053]
That is, since the motion pattern is associated with the metabolic rate, the motion pattern of the passive exercise imparting means 1 can be determined so that the metabolic rate becomes an appropriate value. Thus, the operation pattern is determined based on the data stored in the operation control means 4. The appropriate value of the metabolic rate is the value of the metabolic rate “the metabolic rate obtained when the amount of energy given to the human body by the movement pattern is constant is maximized”. As the energy amount given to the human body, for example, the power consumption of the passive exercise giving means 1 can be used as a substitute value.
[0054]
Since the passive exercise giving means is operated in accordance with the operation pattern determined by using the operation determining device as described above, a more effective operation for promoting metabolism is extracted from a large number of operations and given to the user. Will be. As a result, in the passive exercise imparting means 1 used in the exercise assisting device, it is possible to limit the degree of freedom of the operation, and it is possible to simplify the mechanical part as compared with the case of using a mechanism with multiple degrees of freedom. Therefore, the cost of the device can be reduced without attenuating the metabolic effect. For example, the motion determining device determines a motion pattern such that the metabolic amount becomes an appropriate value by using the passive motion imparting means 1 with another degree of freedom, and uses a simple link mechanism to convert the motion pattern determined using the motion determining device. By using the realized passive exercise imparting means 1 for the exercise assist device, the exercise assist device can be provided at low cost.
[0055]
By the way, in the above-described example, a desired operation pattern is selected after measuring muscle metabolism for various operation patterns. Therefore, even if it is the best operation pattern among the options, glucose metabolism is within a range where exercise load is not excessive. There is no guarantee that the operation pattern will approach the maximum. Then, an evaluation value (corresponding to metabolic rate) obtained by integrating the physiological measurement value (muscle metabolism) by the measuring means 5 at predetermined time intervals in the evaluation means 6 is input to the operation control means 4, and the operation control means 4 evaluates the evaluation means. It is also possible to change the operation pattern in real time in a direction to increase the evaluation value input from 6, and to converge the operation pattern so that the evaluation value becomes maximum. In this case, a physiological measurement value is obtained by electromyography.
[0056]
When obtaining a physiological measurement value from myoelectricity, an electromyograph is connected to the operation control means 4 in place of the near-infrared spectroscope 5, and the physiological measurement value is an integrated value of discharge in a predetermined time or a maximum of the muscle. The ratio with the integrated value of myoelectricity at a predetermined time during contraction is used. In addition, since muscles involved in glucose metabolism are mainly red muscles, if weighting is performed based on the volume of the red muscles for weighting, evaluation of glucose metabolism in exercise by the passive exercise imparting means 1 is performed more accurately. be able to.
[0057]
Here, the operation control means 4 can set an upper limit value of the instantaneous value of the exercise load, and automatically generates an operation pattern in a range satisfying a condition that the instantaneous value of the exercise load is equal to or less than the upper limit value. At this time, an appropriate fluctuation is given to the operation of each of the

motors

14a, 14b, and 17, and an optimal solution is obtained by using a multivariate analysis technique or a neurocomputer technique (the muscle metabolism is maximized within the allowable range of the operation pattern). Is changed in real time so as to approach. By performing such control, it is possible to determine an operation pattern in which muscle metabolism is substantially maximized within a range equal to or less than the upper limit of the instantaneous value of the exercise load.
[0058]
In the above example, the operation pattern is changed in the direction in which the metabolic rate increases.However, the appropriate value of the metabolic rate is set in advance as a value other than the maximum value, and the operation pattern is adjusted so that the metabolic rate approaches the appropriate value. You may make it converge.
[0059]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the motion determination apparatus or the motion determination method of this invention, while changing the motion pattern of a passive exercise | movement exercise | movement means for a predetermined time, and operating it, the metabolic rate of a user is calculated | required for each motion pattern, and the motion pattern and the metabolic rate. Are stored in association with each other, it is possible to easily select an operation pattern in which an appropriate metabolic rate can be obtained from various operation patterns. In addition, when the operation pattern is automatically corrected so as to be a passive movement operation pattern in which an appropriate value of metabolic rate is obtained, the metabolic rate is close to the appropriate value from the operation pattern generated by the operation control means. In addition to selecting an operation pattern, it becomes possible to correct the operation pattern and bring the metabolic rate closer to an appropriate value.
[0060]
Since the exercise assisting device of the present invention operates according to the operation pattern created by using the operation determining device, an appropriate metabolic rate can be obtained by passive exercise. In addition, since the user can contract muscles by passive exercise without active movement, exercise with a light load and less burden on the user becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an operation determining device according to an embodiment.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an exercise assisting device according to the embodiment.
FIG. 3 is an external perspective view showing the exercise assisting device in the embodiment.
4A and 4B show an exercise assisting device according to an embodiment, wherein FIG. 4A is a schematic side view of a main part, and FIG. 4B is a schematic plan view of a main part.
[Explanation of symbols]
1 Passive exercise imparting means
2 control means
3 storage means
4 Operation control means
5 Near-infrared spectrometer (measuring means)
6 Evaluation means
11 props
12 Footrest
13 Seat part
14a, 14b motor
15 Tilt mechanism
16 Pantograph
17 Motor

Claims

Passive exercise imparting means having the same configuration as the exercise assisting apparatus, which is driven by the drive source and passively imparts exercise stimulation to at least a part of the user, and measuring means for measuring a physiological measurement value related to metabolic rate, The evaluation means for obtaining the metabolic rate from the physiological measurement value measured by the measurement means, and the passive exercise imparting means are operated by changing the operation pattern by a predetermined time, and the respective metabolic rates obtained by the operation patterns and the evaluation means are determined. And a motion control means for storing the motion in association with the motion control device.

2. The operation of the exercise assisting device according to claim 1, wherein the operation control unit gradually converges the operation pattern of the passive exercise imparting unit in a direction in which the metabolic rate obtained in the evaluation period in the specified period becomes an appropriate value. Decision device.

The said passive exercise | movement provision means forcibly moves the position of the center of gravity of a user so that the load which acts on a thigh may change according to a user's own weight, The Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned. Motion determination device for exercise assist device.

The operation determination of the exercise assisting device according to claim 1, wherein the physiological measurement value is selected from muscle metabolism by near-infrared spectroscopy and a degree of muscle contraction due to myoelectricity. apparatus.

The evaluation means, as a weight coefficient, one of the volume of the muscle involved in the exercise in the passive exercise imparting means and the volume of the red muscle among the muscles involved in the exercise in the passive exercise imparting means, The operation determination device for an exercise assisting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the physiological measurement value is weighted, and the weighted physiological measurement value is used as the metabolic rate.

A method of determining the operation of a motion assist device that is driven by a drive source and passively applies a motion stimulus to at least a part of a user, wherein the passive motion imparting means having the same configuration as the motion assist device changes an operation pattern. Activate while moving, measure the physiological measurement value related to the metabolic rate from the user of the passive exercise imparting means, and apply the passive exercise in the direction where the metabolic amount obtained from the physiological measurement value becomes an appropriate value in the specified period A method for deciding the operation of a motion assist device, characterized by gradually converging the operation pattern of the means and storing the converged motion pattern as an operation pattern used for the motion assist device.

7. The exercise assisting apparatus according to claim 6, wherein the passive exercise imparting means forcibly shifts the position of the center of gravity of the user so that the load acting on the thigh changes according to the weight of the user. Action decision method.

8. The operation determination of the exercise assisting device according to claim 6, wherein the physiological measurement value is selected from muscle metabolism by near-infrared spectroscopy and a degree of muscle contraction due to myoelectricity. Method.

The volume of the muscle involved in the exercise in the passive exercise imparting means, and the volume of the red muscle among the muscles involved in the exercise in the passive exercise imparting means as a weighting factor, the physiological measurement value The method according to any one of claims 6 to 8, wherein weighting is performed, and the weighted physiological measurement value is used as the metabolic rate.

6. The motion determining device for an exercise assisting device according to claim 2, wherein the motion pattern stored in the motion control device is stored, and at least a user driven by a driving source is driven by the driving source. An exercise assisting device comprising: passive exercise imparting means for partially passively exercising a motion stimulus; and control means for operating the passive exercise imparting means in accordance with an operation pattern stored in a storage means.

The exercise assisting device according to claim 10, wherein the passive exercise imparting means includes a seat on which a user sits, and a position changing mechanism for displacing the seat by a driving force of the driving source.

The passive exercise imparting means includes a column supporting the buttocks of the user, and a tilting mechanism that changes the inclination of the column by the driving force of the driving source, and the control unit has at least a tilt of the column. 11. The exercise assisting device according to claim 10, wherein the tilting mechanism is controlled so as to change the relationship between the changing speed and acceleration and the tilt angle of the column.

The exercise assisting device according to claim 10, wherein the passive exercise imparting means includes a boarding board on which the user rides in a standing posture, and a position changing mechanism for displacing the boarding board by a driving force of the driving source. apparatus.