JP2005224318A - ペースメーカー - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、リズム刺激をペースメーカーとして用いるトレーニング方法をスピードトレーニング支援に活用できるようにすることを目的とする。
【解決手段】 本発明のペースメーカーは、運動する者の位置又は加速度を検出する第１のセンサ２２と、運動する者の移動距離又はスピードの目標値を設定する目標設定部３４と、第１のセンサ２２で検出された運動する者の位置又は加速度に基づいて求められた移動距離又はスピードの測定値と前記運動する者の移動距離又はスピードの目標値とに基づいてタイミング信号を生成するタイミング生成部３６と、タイミング生成部３６により生成されたタイミング信号に基づいて、運動する者が認識可能な誘導信号を発生する刺激発生部４とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ペースメーカーに関する。詳しくはスピードトレーニング支援のためのペースメーカーに関する。

従来、陸上競技においては走行および跳躍における記録向上を目的として、スポーツ・スピードトレーニング等が広く行なわれてきた。しかし、そこでは選手の精神面でのトレーニングが重視され、コーチング技術を中心とした人間の直接指導に基づく改善が主としてなされており、機械を活用したスピードトレーニング支援という方向性は皆無であったと言ってよい（例えば、非特許文献１参照）。

さらに、トラック競技などの走行種目や走り幅跳びなど跳躍種目において、走者の走行ピッチ、スピード、走行距離、運動負荷（心拍数、呼吸など）などはスピードトレーニング上で重要な情報となるが、従来は走行後に特定の計測地点でのデータしか確認できなかった。すなわち、走行途中における選手の走行データをいかに取得し、それに基づいていかにトレーニングにフィードバックするかという問題が残されていた。

このような背景の中で、近年、トラックの縁石に埋め込んだランプを瞬間発光させ、その発光位置を走者に合わせて移動させるスピードトレーニング方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図５にこの従来のスピードトレーニング方法を模式的に示す。トラック１０１の縁石中に一定間間隔でランプ１０２を設置し、その発光位置１０３を走者１０４に合わせて一定スピードで移動させるものである。これにより機械器具を利用してスピードトレーニングを支援することができる。

しかしながら、上述したランプ発光式のトレーニング方法では、ランプがトラックの縁石への固定式であるため、そのトラック以外での使用ができないだけでなく、同時に１人の走者しか使えないという問題がある。また、縁石にランプが固定されるため、それを走者が注視しつつ走行することが不自然であるという問題もある。さらに、このような装置の製造および設置に要するコストが非常に高いという問題も無視できない。

一方、リズム刺激によって運動ピッチをコントロールする方法が発明者らにより提案されている（例えば、特許文献２参照）。

図６にこの運動ピッチをコントロールする方法を模式的に示す。運動する者１０５の運動リズムをセンサ１０６によって検出し、ペースメーカー１０７で検出した運動リズムとその目標値との差異に基づいてタイミングを生成し、ヘッドホン１０８等でリズム刺激として運動する者１０５の運動ピッチにフィードバックさせる方法である。この方法はトレーニングジム等における健康増進に活用可能である。

リズム刺激をペースメーカーとして用いるトレーニング方法は、ランプ発光式のトレーニング方法の問題点を解決する上で有効である。リズムを刺激に用いることから、小型軽量の可搬な装置として、走者に装着でき、走行ピッチのコントロールが可能になり、また、トラックに固定されたランプを走者が注視するという不自然さを避けられるだけでなく、縁石への結線等が不要になり安価なシステムとして構成することも可能になる。

実開昭６１−７７０６８号公報（実用新案登録請求の範囲、第１図〜第３図等） 特開２００２−３３６３７６号公報（段落００１１〜００２２、図１〜図３等） 「スポーツスピードトレーニング」、ディンティマン、ワード、テレス共著、小林寛道監訳、大修館発行、１９９９年４月１０日

しかし、リズム刺激をペースメーカーとして用いるトレーニング方法は、トレーニングジム等における健康増進を目的としたものであり、スポーツにおける記録向上を直接的な目的としたものではない。そのためスピードトレーニングに対しては、次のような問題が残されている。

すなわち、スピードトレーニングにおいては走行ピッチだけでなく、スピードや走行距離も重要な情報になるが、この方法では、センサで計測される情報が運動タイミングに関わる時間信号に限定されていたので、走行ピッチしかコントロールできないという問題があった。陸上競技においては、一定の距離を速く走ることが記録につながることが多く、走行ピッチのコントロールだけでは不十分と考えられる。

本発明は、上記リズム刺激をペースメーカーとして用いるトレーニング方法を基本とし、上記の諸問題を克服し、この方法をスピードトレーニング支援に活用できるようにすることを目的とする。

すなわち、本発明は、スピードトレーニングに重要な走者のスピード又は走行距離を検出し、コントロール可能なペースメーカーを提供すること、また、スピード又は走行距離の目標値を時間の関数として設定し、スピード又は走行距離を時間の関数として測定し、走行中の走者に目標を達成できるように走行中のデータを時々刻々フィードバック可能なペースメーカーを提供すること、トレーニングの目的や状況に応じてスピード、走行距離、走行ピッチ又は運動負荷のいずれかを選択して、その目標値を自在に変更できるだけでなく、用いる割合を調整することにより、スピード、走行距離、走行リズム又は運動負荷のタイミングへの影響の度合いも自在に変更可能なペースメーカーを提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、請求項１に記載のペースメーカー１は、例えば図２に示すように、運動する者の位置又は加速度を検出する第１のセンサ２２と、運動する者の移動距離又はスピードの目標値を設定する目標設定部３４と、第１のセンサ２２で検出された運動する者の位置又は加速度に基づいて求められた移動距離又はスピードの測定値と前記運動する者の移動距離又はスピードの目標値とに基づいてタイミング信号を生成するタイミング生成部３６と、タイミング生成部３６により生成されたタイミング信号に基づいて、運動する者が認識可能な誘導信号を発生する刺激発生部４とを備える。

このように構成すると、スピードトレーニングにおいて本質的となるスピード又は走行距離を検出し、スピード又は走行距離に係るデータを誘導信号に反映させて、スピード又は走行距離をコントロール可能なペースメーカーを提供することができ、スピードトレーニング支援に活用できる。なお、運動する者の位置を検出する第１のセンサには位置センサ及び距離センサが含まれるものと、測定値には、測定データからの計算値を含むものとする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のペースメーカー１において、例えば図２に示すように、運動する者の運動リズムを検出する第２のセンサ２１を備え、目標設定部３４は運動する者の運動リズムの目標値を設定し、タイミング生成部３６は、第２のセンサ２１で検出された運動リズムの測定値と運動する者の運動リズムの目標値とに基づいてタイミング信号を生成する。このように構成すると、運動する者のスピード又は走行距離に係るデータ及び運動ピッチに係るデータに基づいてタイミング信号が生成され、これにより、実際の運動ピッチデータが参照され、信頼度の高いフィードバックができる。

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のペースメーカーにおいて、例えば図２に示すように、運動する者の生理情報を検出する第３のセンサ２３を備え、目標設定部３４は運動する者の生理情報の目標値を設定し、タイミング生成部３６は、第３のセンサで検出された生理情報の測定値と運動する者の生理情報の目標値とに基づいてタイミング信号を生成する。このように構成すると、運動する者のスピード又は走行距離に係るデータ、運動ピッチに係るデータ及び運動負荷などの生理情報に係るデータに基づいてタイミング信号が生成され、走者に無理な負荷をかけることなくスピードトレーニングができる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のペースメーカー１において、例えば図２に示すように、運動する者の移動距離又はスピードについての目標値及び第１のセンサ２２で検出された運動する者の位置または加速度に基づいて求められた移動距離又はスピードの測定値を時間の関数として記録するメモリ３３を備える。これにより、スピード又は走行距離の目標値を時間の関数として設定、スピード又は走行距離を時間の関数として測定し、走行中の走者に走行中のデータを時々刻々フィードバック可能なペースメーカーを提供できる。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のペースメーカー１において、タイミング生成部３６でタイミング信号を生成する際に、測定値と目標値との差のいずれを用いるか、又はいかなる割合で用いるかを選択可能である。このように構成すると、トレーニングの目的や状況に応じてスピード、走行距離、走行ピッチ又は運動負荷のいずれかを選択して、その目標値を自在に変更できるだけでなく、用いる割合を調整することにより、スピード、走行距離、走行リズム又は運動負荷のタイミングへの影響の度合いも自在に変更可能なペースメーカーを提供できる。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のペースメーカーにおいて、例えば図１に示すように、刺激発生部４はイヤホン、ヘッドホン又はスピーカを有し、誘導信号としてリズム音又は音楽等のリズム刺激を用いる。このように構成すると、スポーツ用ペースメーカーにリズム刺激を用いることによって小型軽量の装着可能なトレーニング用ペースメーカーとして構成できる。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のペースメーカーにおいて、スピードデータ又は距離データをディスプレイ表示又は音声出力する。このように構成すると、走者は走行中のデータをリアルタイムに見ることができ、走行中のランニングに直ぐにフィードバックできる。

また、請求項８に記載の発明は、例えば図２に示すように、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のペースメーカーにおいて、パーソナルコンピュータ７に接続可能なインタフェース部３２を備え、目標設定部３４にパーソナルコンピュータ７から目標値を設定できる。このように構成すると、目標値が時間の関数などの複雑な場合に、予めパーソナルコンピュータ７に記録したデータを利用して設定でき、また、走者の過去のデータなどに基いてパーソナルコンピュータ７で演算した目標値を直接、パーソナルコンピュータ７から設定できる。

また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のペースメーカーにおいて、インタフェース部３２はパーソナルコンピュータ７と無線を介して接続され、前記パーソナルコンピュータを介して通信ネットワークに接続される。このように構成すると、パーソナルコンピュータ７を用いて大量、高速の演算処理で演算部３５を支援でき、また、選手とコーチ間でのコミュニケーションが可能になり、さらには、通信ネットワーク９を利用してネットワークに存在する種々の情報を利用でき、複数の選手の協調トレーニングも可能になる。

また、請求項１０に記載のペースメーカー用本体部３は、例えば図２に示すように、運動する者の位置又は加速度を検出する第１のセンサ２２で検出されたデータを入力する入力部３１と、運動する者の移動距離又はスピードの目標値を設定する目標設定部３４と、第１のセンサ２２で検出された運動する者の位置又は加速度に基づいて求められた移動距離又はスピードの測定値と運動する者の移動距離又はスピードの目標値とに基づいてタイミング信号を生成するタイミング生成部３６と、タイミング生成部３６により生成されたタイミング信号を出力する出力部３７とを備える。請求項１のペースメーカーに対応する本体部の発明である。

本発明により、スピードトレーニングに重要な走者のスピード又は走行距離を検出し、スピード又は走行距離をコントロール可能なペースメーカーを提供でき、スピードトレーニング支援に活用できる。また、本発明の好ましい態様によれば、スピード又は走行距離の目標値を時間の関数として設定し、スピード又は走行距離を時間の関数として測定し、走行中の走者に目標を達成できるように走行中のデータを時々刻々フィードバック可能なペースメーカーを提供することができ、また、本発明の他の好ましい態様によれば、トレーニングの目的や状況に応じてスピード、走行距離、走行ピッチ又は運動負荷のいずれかを選択して、その目標値を自在に変更できるだけでなく、用いる割合を調整することにより、スピード、走行距離、走行リズム又は運動負荷のタイミングへの影響の度合いも自在に変更可能なペースメーカーを提供できる。

以下に図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。

図１に、本発明の実施の形態によるペースメーカーの構成例を模式的に示す。ペースメーカー１は、走者の運動及び体調に関する諸情報を検出するためのセンサを有するセンサ部２、センサ部２で検出された諸情報に基づいて演算処理を行い、タイミング信号を生成する本体部３、本体部３で生成されたタイミング信号に基づいて走者が認識可能な誘導信号を生成する刺激発生部４を備える。また、本体部３にはペースメーカー１全体を制御して、走者６の運動及び体調に関する諸情報から走者に誘導信号を送信させる制御アルゴリズム５が格納されている（図２参照）。

走者６は、例えば、手首や足首等にセンサ部２をそれぞれバンドで装着し、腰に本体部３をベルトで装着し、頭に刺激発生部４としてのヘッドホンを装着する。また、本体部３は無線によりパーソナルコンピュータ（ＰＣ）７と通信可能に構成することも可能である。この場合、パーソナルコンピュータ７は本体部３から運動及び体調に関する諸情報を受信し、分析して、分析結果に基づき適宜指示を送信することも可能であり、分析に多数の走者６の運動及び体調に関する諸情報を収録したデータベース（ＤＢ）８を参照することも可能である。以下、センサ部２、本体部３、刺激発生部４について順次説明する。

本実施の形態は、運動する者が走者であり、移動距離が走行距離であり、運動リズムが走行ピッチである場合に該当する。

図２に本実施の形態によるペースメーカー１内部の構成例を示す。センサ部２は走者の運動及び体調に関する諸情報を検出するためのセンサを有するもので、運動検出部２１、距離検出部２２、生理情報検出部２３および信号出力部２４を有する。

運動検出部２１では、運動リズムを検出する第２のセンサを用いて、走行運動に伴う脚運動や腕運動の運動リズムの検出を行なう。これらの運動リズム情報から、腕振りの動作タイミングや走行ピッチ等の時間に関する情報を取得できる。例えば、走者の靴底に圧力センサを取りつけ、着地の際の圧力印加時を検出したり、例えば、走者の腰、脚、腕等に加速度センサ（歩数計に用いる振り子型のセンサでも良い）を装着し、加速度変化時を検出することで、走行のピッチ等に関する情報を取得できる。なお、第２のセンサで検出されたデータからの動作タイミングや走行ピッチ等の情報の取得は本体部３で行う。

距離検出部２２では、運動する者の位置又は加速度を検出する第１のセンサを用いて、走者６に関する位置情報、距離情報又は加速度情報を検出し、検出されたデータは走者６の走行距離、さらにはスピード等を算出するのに使用される。例えばＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）を利用した位置センサを腰又は背中に装着し、位置の変化から走行距離を計算したり、走行距離の時間微分からスピードを計算できる。また例えば、磁気強度やソレノイド等を用いた距離センサを両脚首に装着し、両脚の着地時の測定距離の差に基づいて両脚間のストライド幅のような距離情報も計測可能である。さらに、走行時のストライド幅の累積から走行距離に関する情報を、その時間微分からスピードを取得することもできる。また例えば、加速度センサを腰に装着し、加速度データの積分によりスピードを算出したり、スピードデータをさらに積分して距離を算出をすることも可能である。加速度センサは水平面の直交２方向を検出できるよう２個使用するのが望ましく、垂直方向を入れて３方向を検出できるよう３個使用するのがより望ましい（坂道走行の情報、上下揺れの情報などに対応して）。また、加速度センサでの腰の重心の揺れの検出を、上下振動の大きさや左右脚の運動の非対称性などと関連させて、走行フォームなど走行運動の解析に反映させることも可能である。なお、第１のセンサで検出されたデータからの走行距離、スピード等の情報の取得は本体部３で行う。

生理情報検出部２３では、運動する者の生理情報（体調）を検出する第３のセンサを用いて、走者の心拍や呼吸や筋電位等の生理情報の検出を行なう。例えば、心拍センサ、呼吸センサ、筋電位センサを心臓や肺近傍の肌、腕や脚に貼り付け、走者にかかる運動負荷（心拍数、呼吸数、筋電位など）に関する情報を取得できる。これにより走者の体調を管理でき、無理のないトレーニングを実施できる。なお、第３のセンサで検出されたデータからの運動負荷情報の取得は本体部３で行う。

信号出力部２４では、運動検出部２１、距離検出部２２および生理情報検出部２３で検出した情報に、必要ならノイズ除去などの適切な前処理を施し、本体部３に送出する。この信号の送出には、各センサの装着位置などに応じて有線あるいは無線を用いる。特にセンサ部を脚や腕に装着する場合は、無線接続することによって、センサの装着性および安全性を改善できる。さらに無線接続の場合には、複数のセンサを同一走者の様々な身体部位に装着したり、複数の走者に装着したりすることが可能になり多種の情報の検出に便宜である。

図３に本実施の形態による本体部の構成例を示す。本体部３は、センサ部２で検出された諸情報に基づいて演算処理を行い、タイミング信号を生成する。すなわち、センサ部２で検出された運動情報や生理情報に基づいて、目標とする走行ピッチ、走行距離、スピード、運動負荷を実現するためのタイミング制御を行ない、刺激発生部４にリズム音又は音楽等のリズム刺激による誘導信号を発生させ、走者の走行をコントロールする。本体部３は、入力部３１、インタフェース部３２、メモリ部３３、目標設定部３４、演算部３５、タイミング生成部３６、出力部３７および制御部３８を有する。

入力部３１では、センサ部２で検出された運動情報や生理情報を受け取る。受け取った情報はメモリ部３３に蓄積され、演算部３５、タイミング生成部３６での演算に使用される。この情報の受信には、各センサの装着位置などに応じて、有線あるいは無線が用いられる。

インタフェース部３２は、ヒューマンインタフェースおよびネットワークインタフェースとして機能する。ヒューマンインタフェースとしては、走者やコーチによる本体部ケースに設けられたボタンの操作などにより、トレーニングの目標値の設定を行なう。また、走行前にパーソナルコンピュータ７に接続して、パーソナルコンピュータ７から目標値の設定を行ない、走行中はパーソナルコンピュータ７から切り離して使用しても良い。設定された目標値は目標設定部３４に記録される。パーソナルコンピュータ７から目標値の設定を行なうことにより、目標値が時間の関数などの複雑な場合に、予めパーソナルコンピュータ７に記録したデータを利用して設定でき、また、走者の過去のデータなどに基いてパーソナルコンピュータ７で演算した目標値を直接、パーソナルコンピュータ７から設定できる。

また、無線を介して、パーソナルコンピュータ７に接続した場合は走行中でも使用でき、データベース８を適宜参照したり、パーソナルコンピュータ７で演算部３５に代わり、あるいは演算部３５を支援するような、例えば高速、大量の演算処理を行い、本体部３にデータを送信することも可能である。さらに、パーソナルコンピュータ７の利用により、選手とコーチの間でのリアルタイムの情報共有およびコミュニケーションが可能になる。また、それぞれペースメーカーを装着した複数の走者が協調トレーニングをすることも可能になる。さらに、ネットワークインタフェースとしては、パーソナルコンピュータ７を介して通信ネットワーク（ＮＷ）９に接続し、通信ネットワーク９の利用遠隔地間での協調トレーニングも可能になり、また、走行データ以外の例えば気象データ（気温、風力など）、地理データ（目印など）などの取得も可能になる。

メモリ部３３では、センサ部２から送られてきた運動リズムデータ（走行ピッチデータ、動作タイミングデータなど）、位置データ、距離データ又は加速度データ、生理情報データを記録し、また、これらのデータに基づいて演算部３５で演算された走行ピッチ、走行距離、スピード、走行ストライプ幅などの運動情報、生理（体調）情報を格納する。さらに、インタフェース部３２を介して設定された、スピードトレーニングの目標値に関する情報も、例えば目標値が時間の関数の場合には格納した方が便宜である。これらの情報は走行中は演算部３５で各種演算に使用され、またタイミング生成部において誘導信号のタイミング生成のために使用される。走行終了後にはメモリカード等を用いて走行前や走行中に蓄積されたデータを外部に取り出し、パーソナルコンピュータ等で解析し、表示しても良い。メモリ部３３として揮発性メモリ（ＲＡＭ）などを使用できる。

目標設定部３４では、走者、コーチなどがインタフェース部３２を介して入力した目標値を記録する。また走行中に走者によりボタン操作などにより目標値を更新できる。また、設定された目標値に基づいてタイミング生成部３６でリズム音などの誘導信号を生成するためのタイミングが計算される。目標設定部３４は、目標走行ピッチ設定部４１、目標走行速度設定部４２、目標走行距離設定部４３、目標運動負荷設定部４４を有する。

目標走行ピッチ設定部４１では、目標走行ピッチ（走行ピッチの目標値）が設定される。目標走行ピッチは走者又はコーチなどによりインタフェース部３２を介して又は走者により走行中に設定される。また、目標走行ピッチが時間の関数として設定される場合は、設定された目標走行ピッチから現時点での目標値を抽出する。この場合には目標走行ピッチを時間の関数としてメモリ部３３に記録し、メモリ部３３から現時点での目標値を目標走行ピッチ設定部４１に抽出するのが便宜である。

目標走行速度設定部４２では、目標スピード（スピードの目標値）が設定される。目標スピードは走者又はコーチなどによりインタフェース部３２を介して又は走者により走行中に設定される。また、目標スピードが時間の関数として設定される場合は、設定された目標スピードから現時点での目標値を抽出する。この場合には目標スピードを時間の関数としてメモリ部３３に記録し、メモリ部３３から現時点での目標値を目標走行速度設定部４２に抽出するのが便宜である。

目標走行距離設定部４３では、目標走行距離（走行距離の目標値）が設定される。目標走行距離は走者又はコーチなどによりインタフェース部３２を介して又は走者により走行中に設定される。また、目標走行距離が時間の関数として設定される場合は、設定された目標走行距離から現時点での目標値を抽出する。この場合には目標走行距離を時間の関数としてメモリ部３３に記録し、メモリ部３３から現時点での目標値を目標走行距離設定部４３に抽出するのが便宜である。

目標運動負荷設定部４４では、目標運動負荷（運動負荷の目標値）が設定される。目標運動負荷は走者又はコーチなどによりインタフェース部３２を介して又は走者により走行中に設定される。また、目標運動負荷が時間の関数として設定される場合は、設定された目標運動負荷から現時点での目標値を抽出する。この場合には目標運動負荷を時間の関数としてメモリ部３３に記録し、メモリ部３３から現時点での目標値を目標運動負荷設定部４４に抽出するのが便宜である。

演算部３５では、センサ部２で検出された運動データや生理情報データに基いて走行ピッチ、走行距離、スピード、運動負荷などを計算する。また、演算部３５で算定された走行ピッチ、走行距離、スピードなどの運動データや生理情報データに基づいてタイミング生成部３６でリズム音などの誘導信号を生成するためのタイミングが計算される。演算部３５は、走行ピッチ計算部５１、走行速度計算部５２、走行距離計算部５３、運動負荷計算部５４を有する。

走行ピッチ計算部５１は、運動検出部２１の第２のセンサで検出された走者の運動リズムデータをメモリ部３３から抽出して、リアルタイムかつ時系列的に走者の走行ピッチ（測定値）を求める。走行ピッチは、検出された圧力の変化のタイミングや加速度変化のタイミングなどから求められる。時々刻々求められた走行ピッチデータは時間の関数としてメモリ部３３に記録される。

走行速度計算部５２は、距離検出部２２の第１のセンサで検出された走者の位置データ、距離データ又は加速度データをメモリ部３３から抽出して、リアルタイムかつ時系列的に走者のスピード（測定値）を計算する。スピードは、検出された位置や距離の時間変化から、あるいは検出された加速度を積分して計算される。時々刻々計算されたスピードデータは時間の関数としてメモリ部３３に記録される。

走行距離計算部５３は、距離検出部２２の第１のセンサで検出された走者の位置データ、距離データ又は加速度データをメモリ部３３から抽出して、リアルタイムかつ時系列的に走者の走行距離（測定値）を計算する。走行距離は、検出された位置や距離の変化の累積から、あるいは検出された加速度を２回積分して計算される。時々刻々計算された走行距離データは時間の関数としてメモリ部３３に記録される。

運動負荷計算部５４は、生理情報検出部２３の第３のセンサで検出された走者の心拍、呼吸、筋電位などに関する生理情報データをメモリ部３３から抽出して、リアルタイムかつ時系列的に走者の運動負荷（心拍数、呼吸数、筋電位など）の測定値を求める。時々刻々求められた生理情報データは時間の関数としてメモリ部３３に記録される。

タイミング生成部３６では、センサ部２で検出された運動データや生理情報データの測定値と設定された目標値とに基づいて、リズム音などの誘導信号のためのタイミングを計算し、タイミング信号を生成する。タイミング生成部３６は、リズム刺激発生タイミング計算部６１とタイミング信号発生部６２を有する。

リズム刺激発生タイミング計算部６１では、演算部３５で求められた運動データや生理情報データの測定値（検出データからの計算値を含む）と目標設定部３４に設定された目標値とに基づいてタイミング信号を計算する。例えば、走者の走行ピッチと目標走行ピッチの差、走者のスピードと目標スピードの差、走者の走行距離と目標走行距離の差、走者の運動負荷と目標運動負荷の差、あるいは、それらの任意の組み合わせに基づいてリズム音などの誘導信号のためのタイミングを計算し、タイミング信号発生部６２へ計算結果を提供する。

タイミング信号発生部６２は、リズム刺激発生タイミング計算部６１で算定されたタイミングを用いてタイミング信号を生成する。タイミング信号は、例えば、水晶振動子からのクロックを分周して作成される。生成されたタイミング信号は、出力部３７を介して刺激発生部４に送信され、リズム音などの誘導信号が生成される。

タイミング信号はリズムのテンポに関する情報とそれからのズレとしての位相差に関する情報から構成される。例えば、目標スピードや目標走行距離に到達していない場合には、リズム刺激のテンポを上昇させる、あるいは、リズム刺激の位相を進ませるようにタイミング信号を発生させ、目標スピードや目標走行距離を上回る場合にリズム刺激のテンポを下降させる、あるいは、リズム刺激の位相を遅らせるように調整する。また、テンポに関する操作と位相に関する操作を独立に、あるいは、任意に組み合わせて行なうことも可能である。

制御部３８では、センサ部２、本体部３、刺激発生部４それぞれの内部及びセンサ部２、本体部３、刺激発生部４間の信号及びデータの流れを制御して、センサ部２で検出された運動データや生理情報データの測定値及び目標設定部３４に設定された目標値に基いて刺激発生部４にリズム刺激などの誘導信号を発生させるタイミングをコントロールし、生成されたタイミング信号を刺激発生部４に出力する。

制御アルゴリズム５は、制御部３８にプログラムとして格納され、ペースメーカー１全体の制御を司る。すなわち、センサ部２、本体部３、刺激発生部４、および、走者の感覚系・運動系から構成されるフィードバックループの全体を制御する。制御アルゴリズム５による運動データ、体調データの測定値及び目標値に基づくタイミング信号生成の制御については、後に例を挙げて説明する。

出力部３７は、タイミング生成部３６において生成されたタイミング信号を刺激発生部４に出力する。

刺激発生部４は、本体部３から出力されたタイミング信号に従ってリズム音などの誘導信号を発生し、イヤホン、ヘッドホンやスピーカなどを用いて走者に提示する。走者には、リズム音以外にも、音楽によるリズム刺激を用いても提示しても良く、ＬＥＤ（発光ダイオード）等を用いた視覚へのリズム刺激の提示も可能である。また、走者に、走行距離、スピードなどのデータや、気温、風力などの気象情報、目印などの地理情報を、手首にバンドで小型ディスプレイを取り付けて表示したり、イヤホンなどから音声出力したりすることも可能である。このようにすると、走者は走行中のデータをリアルタイムに見ることができ、走行中のランニングに直ぐにフィードバックできる。

以下に、運動データ、体調データの測定値及び目標値に基いてタイミング信号を生成する例を説明する。

図４に本実施の形態による走行データの測定値と目標値の例を示す。図４（ａ）にスピードについての目標値と測定値の例を、図４（ｂ）に走行距離についての目標値と測定値の例を示す。横軸は時間（例えば分）であり、破線が目標値、実線が測定値である。目標値はトレーニング前に過去のデータを参照して、インタフェース部３２から、時間の関数として設定しておく。測定値は、トレーニング中に、位置センサ、距離センサ又は加速度センサから入力部３１で位置データ、距離データ又は加速度データを受信し、演算部３５で走行距離データ及びスピードデータに変換し、時間の関数としてプロット処理をする。また、演算部３５で求められた走行距離データ、スピードデータ及びこれらの目標値との差が時間の関数としてメモリ部３３に記録される。

図４の例では、ｔ０〜ｔ１ではスピード、走行距離とも両者に殆ど差異はなく、ｔ１〜ｔ２ではスピード、走行距離とも測定値が目標値より大きく、ｔ２〜ｔ３ではスピードの測定値が設定値より小さくなっているが、走行距離の測定値が目標値より大きくなっており、ｔ３〜ｔ４ではスピード、走行距離とも測定値が目標値より小さくなっている。タイミング生成部３６で、走行距離データ及びスピードデータの目標値と測定値との差を演算し、これらの差などに基いて誘導信号のためのタイミングを計算し、タイミング信号を生成する。これら測定値および目標値に基いてタイミングに変換するアルゴリズムは多種存在する。出力部３７では、生成されたタイミング信号をイヤホン等の刺激発生部４に送信し、刺激発生部４でリズム音などの誘導信号を出力する。

次に変換のアルゴリズムの例を説明する。トレーニングの目的により、例えば（ａ）スピードトレーニング、（ｂ）持久力トレーニング、（ｃ）タイム更新トレーニング、（ｄ）インターバルトレーニング、（ｅ）一般トレーニング、（ｆ）ウオーミングアップ・クールダウントレーニング等に分けられる。

（ａ）スピードトレーニングであれば、例えば、目標値を自己の最速記録又は区間最速記録（最高スピードを出す区間を選択可能であるが）に、すなわち、最速記録又は区間最速記録を出した時の測定データと同じ走行距離データ及びスピードデータに設定し、その時の走行ピッチの測定データと同じリズムを送るように目標走行ピッチを設定しておく。走者の過去のトレーニングデータはデータベース８に記録されており、そのデータをインタフェース部３２から目標設定部３４に取得可能である。タイミング生成部３６では、スピードの測定値が目標値を上回れば、目標のスピードを維持するが、測定値が目標値を下回れば、走行ピッチを上げるようにタイミングを生成する。すなわち、現在のピッチ及びスピードの測定値から、現在のピッチを所定のピッチに変えれば目標のスピードになるように、所定のピッチを演算し、そのピッチのタイミング信号を生成し、出力部３７から刺激発生部４に送信する。なお、新たな最速記録又は区間最速記録がでれば次のトレーニングでこれを目標値として用いることになる。

（ｂ）持久力トレーニングであれば、例えば、所定のスピードを長く持続できるようにタイミング信号を生成する。目標値を所定のスピードに設定しておき、タイミング生成部３６では、スピードが所定のスピードを上回れば、ピッチを下げるように、スピードが所定のスピードを下回れば、ピッチを上げるようにタイミング信号を生成する。すなわち、現在のピッチ及びスピードの測定値から、現在のピッチを所定のピッチに変えれば目標のスピードになるように、所定のピッチを演算し、そのピッチのタイミング信号を生成し、出力部３７から刺激発生部４に送信する。

（ｃ）タイム更新トレーニングであれば、例えば、目標値を自己の最高タイム記録に、すなわち、最高タイムを出した時の測定データと同じ走行距離データ及びスピードデータに設定しておく。そして、タイミング生成部３６では、スピードデータより走行距離データを重要視して、走行距離データに差異が生じ、走行中における距離の測定値が目標値より小さくなれば、現在のピッチ及び走行距離の測定値から、現在のピッチを所定のピッチに変えれば所定時間後に目標の走行距離になるように、所定のピッチを演算し、そのピッチのタイミング信号を生成し、出力部３７から刺激発生部４にそのタイミングを送信する。走行中における距離の測定値が目標値より大きくなれば、現在のピッチを維持するようにタイミング信号を生成し、出力部３７から刺激発生部４に送信する。このようにして、自己最高タイムを出すように誘導する。

（ｄ）インターバルトレーニングであれば、例えば、時間を区切って高いスピードと低いスピードの２つの目標値を繰り返すように設定する。走者の過去のデータ（スピードとピッチの関係データ）を参照して、当該２つのスピードになるようなピッチをインタフェース部３２を介して目標設定部３４に設定し、タイミング生成部３６で設定されたピッチのタイミング信号を生成する。走行中で測定値と目標値の差異のいかんに拘らずそのタイミングを変えることはなく、出力部３７では初期設定されたピッチのタイミング信号を刺激発生部４に送信する。

（ｅ）一般トレーニングであれば、例えば、その時のトレーニングについて、天候、体調を考慮し、過去のデータを参照して、走行距離及びスピードの目標値を時間の関数として設定する。そして、走行距離データ又はスピードデータの目標値と測定値とに差異が生じた場合には、現在のピッチ及び走行距離又はスピードの測定値から、現在のピッチを所定のピッチに変えれば目標の走行距離又はスピードになるように（走行距離の場合は所定時間後に）、所定のピッチを演算し、そのピッチのタイミング信号を生成し、出力部３７から刺激発生部４に送信する。走行距離データとスピードデータのいずれを用いるか、又はいかなる割合で用いるかは、走者の意思により、また状況に応じて自由に選択できる。例えば、走行距離：スピードをα：βの比率で重視すれば、ピッチの増加分をΔｐ、走行距離の測定値との目標値との差をΔｒ、スピードの測定値との目標値との差をΔｖ、比例係数をｋとして、Δｐ＝−ｋ（αΔｄ＋βΔｖ）／（α＋β）のように演算式を作成できる。演算部３５では走行距離及びスピードの測定値との目標値との差を演算式に代入して、ピッチの増加分を算出し、現在のピッチにピッチの増加分を加算した値に対応するタイミング信号を生成し、出力部３７から刺激発生部４に送信する。

（ｆ）ウオーミンアップ・クールダウントレーニングであれば、比較的楽なスピードで走れるように適当なピッチを選んで、タイミング信号として生成する。ウオーミンアップトレーニングであれば、例えば徐々にピッチを上げるような、クールダウントレーニングであれば、例えば徐々にピッチを下げるようなタイミング信号とする。走行中で測定値と目標値の差異のいかんに拘らずそのタイミングを変えることはなく、出力部３７では初期設定されたタイミングのタイミング信号を刺激発生部４に送信する。

このようにトレーニングの目的に応じて、走行距離又はスピードの目標値を設定でき、目標値に対応して刺激発生部４に送信するタイミング信号が生成される。

また、運動データに体調データを加味して、タイミングを算定することも可能である。例えば、心拍数や呼吸数の測定値が目標値を上回った場合には、走行ピッチを下げるようにタイミング信号を生成し、刺激発生部４に送信する。また、心拍数や呼吸数の測定値が目標値を下回った場合には、走行ピッチを上げるようにタイミング信号を生成し、刺激発生部４に送信する。このようにすると、運動する者の体調に応じて、タイミングを調整し、無理のないトレーニングが可能になる。

以上のことから、本実施の形態によれば、スピードトレーニングに重要な走者のスピード又は走行距離を検出し、スピード又は走行距離をコントロール可能なペースメーカーを提供でき、スピード又は走行距離をコントロール可能なスピードトレーニングを実現できる。

なお、本発明は上述の実施の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。

例えば、本実施の形態では、運動する者が走者の場合について説明したが、運動はランニングに限られず、競歩、スキー、スケート、水泳、ボート、馬術、自転車競技のようなスピードを競う運動のスピードトレーニングに適用できる。また、走り幅跳びのような跳躍運動、槍投げのような投てき運動、体操の跳躍運動、蹴球や野球のようにランニングを含む運動にも適用できる。

また、本実施の形態では、センサ部で検出したデータから演算部でスピードや走行距離を計算する例を説明したが、センサ部でスピードや走行距離を計算して本体部に送信しても良い。また、センサ部で検出した測定データを一旦メモリ部に記録してから、演算部で抽出し計算に処する例を説明したが、直接演算部に送信し、計算に処しても良い。また、走行中に、センサ部で検出された運動データや生理情報データに基いて初期設定した目標値を更新することも可能である。

また、移動距離又はスピードの測定値を時間の関数として記録するメモリをメモリ部に設ける代わりに、演算部、制御部あるいはセンサ部に設けても良い。また、タイミング信号を生成する際に用いる測定値と目標値との差をどの測定値と目標値の差を選択するか、そのウエイトをどのようにするかは多様である。また、センサの種類や取り付け位置も多様である。

本発明の実施の形態によるペースメーカーの構成例を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態によるペースメーカー内部の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態による本体部の構成例を示す図である。 本実施の形態による走行データの測定値と目標値の例を示す図である。 従来のスピードトレーニング方法を模式的に示す図である。 従来の別のスピードトレーニング方法を模式的に示す図である。

符号の説明

１ ペースメーカー
２ センサ部
３ 本体部
４ 刺激発生部
５ 制御アルゴリズム
６ 走者
７ パーソナルコンピュータ
８ データベース
９ 通信ネットワーク
２１ 運動検出部
２２ 距離検出部
２３ 生理情報検出部
２４ 信号出力部
３１ 入力部
３２ インタフェース部
３３ メモリ部
３４ 目標設定部
３５ 演算部
３６ タイミング生成部
３７ 出力部
３８ 制御部
４１ 目標走行ピッチ設定部
４２ 目標走行速度設定部
４３ 目標走行距離設定部
４４ 目標運動負荷設定部
５１ 走行ピッチ計算部
５２ 走行速度計算部
５３ 走行距離計算部
５４ 運動負荷計算部
６１ リズム刺激発生タイミング計算部
６２ タイミング信号発生部
１０１ トラック
１０２ ランプ
１０３ 発光位置
１０４ 走者
１０５ 運動する者
１０６ センサ
１０７ ペースメーカー
１０８ ヘッドホン

Claims (10)

1. 運動する者の位置又は加速度を検出する第１のセンサと；
   前記運動する者の移動距離又はスピードの目標値を設定する目標設定部と；
   前記第１のセンサで検出された前記運動する者の位置又は加速度に基づいて求められた移動距離又はスピードの測定値と前記運動する者の移動距離又はスピードの目標値とに基づいてタイミング信号を生成するタイミング生成部と；
   前記タイミング生成部により生成されたタイミング信号に基づいて、前記運動する者が認識可能な誘導信号を発生する刺激発生部と；
   を備えるペースメーカー。
2. 前記運動する者の運動リズムを検出する第２のセンサを備え；
   前記目標設定部は前記運動する者の運動リズムの目標値を設定し、
   前記タイミング生成部は、前記第２のセンサで検出された運動リズムの測定値と前記運動する者の運動リズムの目標値とに基づいてタイミング信号を生成する；
   請求項１に記載のペースメーカー。
3. 前記運動する者の生理情報を検出する第３のセンサを備え；
   前記目標設定部は前記運動する者の生理情報の目標値を設定し、
   前記タイミング生成部は、前記第３のセンサで検出された生理情報の測定値と前記運動する者の生理情報の目標値とに基づいてタイミング信号を生成する；
   請求項１又は請求項２に記載のペースメーカー。
4. 前記運動する者の移動距離又はスピードの目標値及び前記第１のセンサで検出された前記運動する者の位置又は加速度に基づいて求められた移動距離又はスピードの測定値を時間の関数として記録するメモリ；
   を備える請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のペースメーカー。
5. 前記タイミング生成部で前記タイミング信号を生成する際に、測定値と目標値との差のいずれを用いるか、又はいかなる割合で用いるかを選択可能である；
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のペースメーカー。
6. 前記刺激発生部はイヤホン、ヘッドホン又はスピーカを有し、前記誘導信号としてリズム音又は音楽等のリズム刺激を用いる；
   請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のペースメーカー。
7. 前記刺激発生部はスピードデータ又は距離データをディスプレイ表示又は音声出力する；
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のペースメーカー。
8. パーソナルコンピュータに接続可能なインタフェース部を備え；
   前記目標設定部に前記パーソナルコンピュータから目標値を設定できる；
   請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のペースメーカー。
9. 前記インタフェース部は前記パーソナルコンピュータと無線を介して接続され、前記パーソナルコンピュータを介して通信ネットワークに接続される；
   請求項８に記載のペースメーカー。
10. 運動する者の位置又は加速度を検出する第１のセンサで検出されたデータを入力する入力部と；
    前記運動する者の移動距離又はスピードの目標値を設定する目標設定部と；
    前記第１のセンサで検出された前記運動する者の位置又は加速度に基づいて求められた移動距離又はスピードの測定値と前記運動する者の移動距離又はスピードの目標値とに基づいてタイミング信号を生成するタイミング生成部と；
    前記タイミング生成部により生成されたタイミング信号を出力する出力部と；
    を備えるペースメーカー用本体部。
    
    

Images