JP2007260182A

JP2007260182A - 揺動型運動装置

Info

Publication number: JP2007260182A
Application number: JP2006089640A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Mitsui; 雅之三井
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-28
Also published as: JP5048961B2

Abstract

【課題】運動状態(強度)および運動結果を使用者が認識することができて、自分で運動を適切に調節することができるものとする。
【解決手段】使用者が着座する座面を備えている座部２を揺動させることで前記使用者に運動負荷を付与する揺動型運動装置である。上記座部に配した３軸加速度センサー４１の出力から運動強度を算出する演算部４５と算出した運動強度を表示する表示手段とを備えてる。使用者は現在どの程度の運動強度の運動をしているのかを知ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、使用者が着座した座部を揺動させることで前記使用者に乗馬を模した運動負荷を付与する揺動型運動装置に関する。

乗馬を模した運動負荷を使用者に付与する揺動型運動装置は、子供から老人まで利用可能な手軽な運動器具として、当初のリハビリ目的の医療施設から一般家庭へと普及してきている。この揺動型運動装置の典型的な従来技術としては、たとえば特許文献１〜３がある。

特許文献１は６軸パラレルメカニズムなどを用いて、一連の滑らかな揺動パターンを実現するようにした腰痛予防訓練装置を示したものであり、特許文献２はモータとリンクとで前後揺動及び左右揺動を実現するようにしたものである。また、特許文献３には筋電図やモーションキャプチャ技術によって運動を分析し、運動目的に適した揺動を実現するようにした運動分析方法及び運動補助装置が示されている。

これらには揺動を作り出す機構や、揺動による運動状態を検出する技術については開示されているが、このような揺動型運動装置を用いて運動を行う使用者にしてみれば、この運動装置をより効果的に使用することができるかという点が重要であるのに対して、上記各特許文献にはこのような視点に立つ構成が示されていない。
特許第３３９４８９０号明細書特開２００１−２８６５７８号公報特開平１１−１５５８３６号公報

本発明は上記の点に鑑みたもので、運動状態(強度)および運動結果を使用者が認識することができて、自分で運動を調節することができる揺動型運動装置を提供することを課題とするものであり、また、その使用者に適合した運動を自動で得ることができる揺動型運動装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明に係る揺動型運動装置は、
使用者が着座する座面を備えている座部を揺動させることで前記使用者に運動負荷を付与する揺動型運動装置であって、上記座部に配した３軸加速度センサーの出力から運動強度を算出する演算部と算出した運動強度を表示する表示手段とを備えていることに特徴を有している。

使用者は現在どの程度の運動強度の運動をしているのかを知ることができるために、自分に合った運動強度や使用時間を使用者自身が選ぶことができて、無理のない範囲でより効果的な運動を行うことができる。

この時、上記演算部が、座部を揺動駆動する駆動部の積算電力または駆動電流値の変化から使用者の乗り方を判定して該判定結果に基づいて補正した運動強度の算出を行うものであれば、より正確な運動強度を使用者が知ることができる上に、使用者にしてみればより効果的な乗り方を認識することができる。

使用者の体重を入力する入力部を備えており、前記演算部は算出した運動強度と運動時間と上記体重値とから消費カロリーを算出して表示手段に消費カロリーを表示させる消費カロリー算出機能を備えているものであってもよい。カロリー管理に役立てることができる。

そして、心拍または脈拍を計測する手段を備えており、上記表示手段は計測した心拍値または脈拍値の表示機能を備えていると、使用者は運動中の体力状態を的確に把握することができる。

また、心拍または脈拍を計測する手段と、計測された心拍値または脈拍値を設定値と比較する比較手段とを備えるとともに、比較結果に基づいて座部の揺動についての駆動速度を変更する制御部を備えていると、オーバーワークとなってしまうことがない適切な運動強度の運動を常に自動で得ることができる。

上記設定値は入力された使用者の年齢・性別の情報に基づいて設定されたものを好適に用いることができるが、使用者が運動強度などに基づいて自身で設定するものであってもよい。

本発明に係る揺動型運動装置では、使用者は現在の運動強度を知ることができるために、使用者のレベルに合った運動を確実に得ることができるとともに、使用者自身による運動管理を行うことができるために、より効果的な運動を行うことができる。

本発明の実施の形態の一例を図２に示す。ここで示した揺動型運動装置は、設置用ベース１０を備えた本体１と、馬の背や鞍を模した形状となっているとともに上面に座面２０が設けられている座部２と、上記本体１（もしくは座部２）内に配されて上記座部２を揺動させる駆動部１１（図３参照）とからなるもので、座部２の上面前部には手綱２１と操作パネル２２とが配されている。また、上記座部２には前後Ｘ軸、左右Ｙ軸、鉛直Ｚ軸の３軸方向の加速度を検知する３軸加速度センサ４１（図３参照）が配設されている。

上記駆動部としては、少なくとも前後方向に座部２を揺動させるものを用いることができるが、前後方向をＸ軸、左右方向をＹ軸とする時、前後方向の揺動θｙだけでなく、左右方向の揺動θｘも行わせることができるものが身体のバランス機能や運動機能の訓練という点で好ましく、更には前後方向Ｘと左右方向Ｙの動きや鉛直方向Ｚの動き、鉛直軸回りθｚの動きも行わせることができるものを用いてもよい。

図３は本発明における運動強度センシングシステムの概略構成を示している。上記３軸加速度センサ４１と、３軸加速度センサ４１の各軸(Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸)の加速度検出出力から揺動型運動装置の動作以外の周波数成分を除去するローパスフィルタ回路４２と、このローパスフィルタ回路４２を介して出力される各軸の加速度検出出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路４３と、揺動型運動装置のデータ処理、演算処理、更に制御処理、時間管理を司る演算手段たるマイクロコンピュータで形成された演算処理部４５と、演算処理結果等の各種データを表示したり入力操作のためのメニュ一画面の表示を行う液晶表示器のような表示手段並びにデータ入力を行うスイッチを有する操作パネル２２と、演算処理結果や入力データを保存しておくためのメモリ４４とを備えている。

図４は上記操作パネル２２を示している。電源スイッチＳ０、自動および手動の動作スイツチＳ１〜Ｓ５、動作の速さ調節スイッチＳ６，Ｓ７、股関節ストレッチスイッチＳ８、シートの傾き調節スイソチＳ９，Ｓ１０、シートの高さ調節スイッチＳ１１，Ｓ１２、液晶表示切替スイッチＳ１３、個人身体情報の設定スイッチＳ１４、データ入力スクロールスイッチＳ１５，Ｓ１６等が配されており、中央部には液晶ディスプレーＬＣＤ０が配されている。図中Ｌ０-Ｌ１３は動作表示ランプである。

図１のフローチャートに基づいて基本的な動作を説明すると、電源スイッチＳ０をオン(ＳＴ１)でランプＬ０が点灯して動作可能となる。そして個人身体情報の設定スイッチＳ１４とデータ入力スクロールスイッチＳ１５，Ｓ１６を用いて体重を入力する(ＳＴ２)。図５はこの時の液晶ディスプレーＬＣＤ０表示を示している。

そして電源スイッチＳ０がオンとなっている状態で自動又は手動の動作スイッチＳ１〜Ｓ５が操作されると、揺動型運動装置が座部２を揺動させる動作を開始する(ＳＴ３)。この時の座部２のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各方向の加速度が３軸加速度センサ４１により検知され、この加速度測定出力はローパスフィルタ回路４２で揺動型運動装置の動作以外の周波数成分がカットされた後、Ａ／Ｄ変換回路４３によりＡ／Ｄ変換され、演算処理部４５に入力される。

演算処理部４５は所定時間間隔でＡ／Ｄ変換された各軸方向の加速度検出出力をサンプリングして取り込み(ＳＴ４)、この取り込んだ各軸の加速産出力の合成加速度を求め、更にその２乗平均を導出する(ＳＴ５）。

そして、図６に示す最大酸素摂取量と導入した合成加速度の２乗平均との近似曲線に基づいて運動強度(ＭＥＴｓ)を求める。

この時、使用者の揺動型運動装置の乗り方によって運動強度が変化してしまうことに鑑み、駆動部１１１１積算電力または駆動電流値の変化から演算処理部４５が乗りかたのレベルを判定し、この判定結果に基づいた補正値を導入することで、乗りかたも考慮した運動強度(ＭＥＴｓ)の算出を行う(ＳＴ６)。

更に、演算処理部４５は先に入力している体重と揺動型運動装置の動作時間と上記運動強度とから消費カロリー量を求める(ＳＴ７)。その式を次に示す。
消費カロリー量(kcaｌ）＝運動強度(ＭＥＴｓ)Ｘ体重(kｇ）×時間(h)
そして、運動強度(ＭＥＴｓ)、消費カロリーを求めた後、時系列的にメモリ４４に一時的に保存する処理を行う(ＳＴ８)。保存された運動強度(ＭＥＴｓ)や消費カロリーは操作パネル２２の表示部ＬＣＤ０に表示切替スイッチＳ１３による切換操作に応じて表示される。また、各表示は一定時間毎に最新の演算結果に更新される。

揺動型運動装置への乗り方の判定結果は、操作パネル２２の表示ランプＬ１１〜Ｌ１３によって乗りかたのレベルとして表示される。このために使用者は今どんな状態で乗っているかがわかり、その場で効果的な使用方法が身に付く。

図７に示すように、心拍計５１あるいは脈拍計５２を接続して使用者の運動時の心拍もしくは脈拍を取り込むとともに、心拍値もしくは脈拍値を図９に示すように操作パネル２２の表示部ＬＣＤ０に表示するようにしてもよい。なお、心拍計５１の出力あるいは脈拍計５２の出力は有線でなく、無線で取り込むようにしてもよい。図９中のＪ１はこの無線（光通信を含む）受信のための受信部を示している。

また、単に現時点での心拍数（脈拍数）を表示するだけでなく、図８に示す処理を行うものが好ましい。すなわち電源スイッチＳ０をオン(ＳＴ１０）して個人身体情報の設定スイッチＳ１４とデータ入力スクロールスイッチＳ１５，Ｓ１６とで年齢・体重・安静時代謝を入力(ＳＴ１１)し、更に心拍計５１ないし脈拍計５２を使用者が身体に装着(ＳＴ１２)し、その後、揺動動作を開始(ＳＴ１３)させると、計測した心拍数（脈拍数）ＨＲと、下記の式で求められる目標心拍数ＨＲａ，ＨＲｂとの比較がなされ、この比較結果に基づいて揺動型運動装置の駆動部１１の動作速度の変更がなされるようにしておくのである。
目標心拍数ＨＲａ＝［(２２０−年齢)−安静時心拍数］Ｘａ＋安静時心拍数
目標心拍数ＨＲｂ＝［(２２０−年齢)−安静時心拍数］Ｘｂ＋安静時心拍数
なお、ａ，ｂは夫々運動負荷を表す係数である。

図示例の場合、計測した心拍数（脈拍数）ＨＲが目標心拍数ＨＲａよりも大きい時、駆動部１１の動作速度を低下（ダウン）させるように制御され(ＳＴ１５)、一定時間の間隔をあけた後、再度目標心拍数ＨＲａと計測値との比較を行う(ＳＴ１４)。計測値された心拍数ＨＲが目標心拍数ＨＲａよりも大きい場合はこれを繰り返す。

また、目標心拍数ＨＲａよりも計測した心拍数ＨＲが小さい場合は、目標心拍数ＨＲｂとの比較に移り、計測された心拍数ＨＲが目標心拍数ＨＲｂより小さい時には駆動部１１の動作速度を高める（アップ）ように制御され(ＳＴ１７)、一定時間の間隔をあけた後、再度目標心拍数ＨＲｂと計測値との比較を行う(ＳＴ１６)。計測された心拍数ＨＲが目標心拍数ＨＲｂよりも小さい場合はこれを繰り返す。

目標心拍数ＨＲｂよりも計測された心拍数ＨＲが大きい場合、駆動部１１の動作速度はそのままの状態に保つ(ＳＴ１８)。

この場合、計測される心拍数ＨＲが目標心拍数ＨＲａ，ＨＲｂとの間で、ＨＲａ≧ＨＲ≧ＨＲｂの関係を保つように制御されるわけである。目標心拍数ＨＲａ，ＨＲｂは上記式で導いたものではなく、使用者が自身で設定した数値を用いることができるようにしてもよい。

そして、前述した３軸加速度センサ４１から運動強度(ＭＥＴｓ)を求めるとともに消費カロリーを求める動作(ＳＴ１９，ＳＴ２０)と、時系列的にメモリ４４に一時的に保存する処理(ＳＴ２１)も行われ、保存された運動強度(ＭＥＴｓ)や消費カロリーは操作パネル２２の表示部ＬＣＤ０に表示される(ＳＴ２２)。

操作パネル２２では表示切替スイッチＳ１３より、使用中の心拍数ＨＲ、運動強度(ＭＥＴｓ）、消費カロリーの表示を切替えて表示させることができる。また、各表示は一定時間毎に最新の演算結果に更新して表示される。

図１０，１１は外部からのデータ入力のために、記憶媒体（メモリカード）２４用の接続スロット２３を操作パネル２２の近傍に配置したものを示している。記憶媒体２４を接続スロット２３に挿入すれば、記憶媒体２４に入っている個人身体情報が揺動型運動装置に取り込まれ、その情報に基づいて演算制御部４５は使用者が効果的で安全な運動ができるように揺動動作を制御する。

使用後には運動経歴・結果を記憶媒体２４に書き込むと、運動管理の効率をよくすることができる。

外部からのデータ入力用として記憶媒体２４を用いたものを示したが、別途通信にて接続される外部機器を利用してもよい。

本発明の実施の形態の一例における運動強度(ＭＥＴｓ)および消費カロリー算出までの基本動作を示すフローチャートである。同上の発明の揺動型運動装置の全体構成を示す側面図である。同上の運動強度センシングシステムの概略構成を示すブロック図である。同上の操作パネルの正面図である。同上の操作パネルにおける体重入力時の表示例を示す説明図である。最大酸素摂取量と合成加速度の２乗平均と運動強度との近似曲線を示す説明図である。 (a)は心拍計を装着しての使用状態を示す斜視図、(b)は脈拍計を装着しての使用状態を示す斜視図である。脈拍フィードバック制御の基本フローを示すフローチャートである。同上の操作パネルの正面図である。記憶媒体の利用を示す斜視図である。同上の操作パネルと接続スロットの正面図である。

符号の説明

２座部
２２操作パネル
４１３軸加速度センサ
４５演算処理部

Claims

使用者が着座する座面を備えている座部を揺動させることで前記使用者に運動負荷を付与する揺動型運動装置であって、上記座部に配した３軸加速度センサーの出力から運動強度を算出する演算部と算出した運動強度を表示する表示手段とを備えていることを特徴とする揺動型運動装置。
上記演算部は、座部を揺動駆動する駆動部の積算電力または駆動電流値の変化から使用者の乗り方を判定して該判定結果に基づいて補正した運動強度の算出を行うものであることをを特徴とする請求項１記載の揺動型運動装置。
使用者の体重を入力する入力部を備えており、前記演算部は算出した運動強度と運動時間と上記体重値とから消費カロリーを算出して表示手段に消費カロリーを表示させる消費カロリー算出機能を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の揺動型運動装置。
心拍または脈拍を計測する手段を備えており、上記表示手段は計測した心拍値または脈拍値の表示機能を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の揺動型運動装置。
心拍または脈拍を計測する手段と、計測された心拍値または脈拍値を設定値と比較する比較手段とを備えるとともに、比較結果に基づいて座部の揺動についての駆動速度を変更する制御部を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の揺動型運動装置。
設定値は入力された使用者の年齢・性別の情報に基づいて設定されたものであることを特徴とする請求項５記載の揺動型運動装置。