JP2007275282A - 運動管理システム、運動管理方法、運動管理プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の運動管理システム1によれば、トレッドミル(第1運動誘導装置)10の動作によりユーザの歩行運動の速さが調節される。また、歩行運動誘導装置(第2運動誘導装置)20の動作により動物の運動リズムと調和したリズムで運動スケールが調節されながら当該ユーザの歩行運動が誘導される。このとき、歩行速度v(必要に応じて歩行率p)に基づいて歩行運動誘導装置20の動作が制御される。これにより、ユーザの歩行運動、トレッドミル10の動作および歩行運動誘導装置20のそれぞれの動作の調和を図りながら、適当なスケールおよびリズムで歩行運動するようにこのユーザを訓練することができる。
【選択図】 図1
Description
+g(xL−xR)+K(dφHL/dt),
(d2xR/dt2)=ξ(1−xR 2)(dxR/dt)−ωMR 2xR
+g(xR−xL)+K(dφHR/dt) ‥(1)
ここで「ξ」は1次振動子xおよびその1回時間微分(dx/dt)がx−(dx/dt)平面で安定なリミットサイクルを描くように設定される係数(>0)である。gは第1モデルにおける仮想的な左右の脚体(第1要素)の相関関係を表す第1相関係数である。Kはフィードバック係数である。なお、固有角速度ωMは、歩行運動誘導装置20による実際の歩行補助リズム(歩行誘導リズム)から大きく外れない範囲で任意に設定されてよい。
dθm/dt=ωm+ε・sin(θhL−θmL) ‥(2.2)
δθ2=arcsin[(ωh−ωm)/2ε] ‥(2.3)
ここで、ε=(εL,εR)は仮想モデルにおける仮想運動振動子θh=(θhL,θhR)および仮想誘導振動子θm=(θmL,θmR)の左右成分ごとの相関係数である。また、ωhは仮想運動振動子θhの角速度であり、ωmは仮想誘導振動子θmの角速度である。
=ε(tid)−η{V1(tid+1)−V1(tid)}
/{ε(tid)−ε(tid-1)},
V(tid+1)≡(1/2){δθ1(tid+1)−δθ2(tid)}2 ‥(2.4)
ここで、η=(ηL,ηR)の各成分は、第1位相差δθ1の左右各成分と、第2位相差δθ2の左右各成分とを近づけるポテンシャルV=(VL,VR)の安定性を表す係数である。
=−α∫dt・([4ε(tid)2−{ωh(t)−ωm(tid)}2]1/2
×sin[sin-1{(ωh(t)−ωm(tid-1))/2ε(tid)}
−δθ1(tid)]) ‥(2.5)
ここで、α=(αL,αR)の各成分は系の安定性を表す係数である。
=β∫dt・([4ε(tid)2−{ωh(tid)−ωm(t)}2)
×sin[sin-1{(ωh(tid)−ωm(t))/2ε(tid)}−δθd])
‥(2.6)
ここで、β=(βL,βR)の各成分は系の安定性を表す係数である。
+f1(ωML)+f2(ωML)K(φL),
τ1L-・duL-/dt=−uL-+wL-/L+yL++wL-/R-yR-−λLvL-
+f1(ωML)+f2(ωML)K(φL),
τ1R+・duR+/dt=−uR++wR+/L+yL++wR+/R-yR-−λRvR+
+f1(ωMR)+f2(ωMR)K(φR),
τ1R-・duR-/dt=−uR-+wR-/L-yL-+wR-/R+yR+−λRvR-
+f1(ωMR)+f2(ωMR)K(φR),
τi・dvi/dt=−vi+yi,
yi=H(ui−uth),H≡0(ui<uth),1(ui≧uth)または
yi=fs(ui)≡1/{1+exp(−ui/ξ)} ‥(3)
ここで、τ1iは状態変数uiの変化特性を規定する時定数であり、左右各成分について、次式(3.1)によって表されているように、新たな固有角速度ωMへの依存性を有する。
t(ωMR)/ωMR−γR(i=R+,R-)‥(3.1)
t(ω)はω依存性を有する係数である。γ=(γL,γR)は定数である。
f2(ω)≡c0+c1ω+c2ω2 ‥(3.3)
−g1-(p0,ωmL)g-(q0,φHL)yL-,
z1R=g1+(p0,ωmR)g+(q0,φHR)yR+
−g1-(p0,ωmR)g-(q0,φHR)yRR-,
p0≡(v/k0)1/2,q0≡(vk0)1/2‥(4)
ここで「g1+」「g1-」「g+」および「g-」は次式(4.1)〜(4.4)のそれぞれによって定義される関数である。
(ak+(p0):係数,k=0〜3)‥(4.1)
g1-(p0,ω)≡Σkak-(p0)ωk
(ak-(p0):係数,k=0〜3)‥(4.2)
g+(q0,φ)≡c1+(φ−φ0+(q0))+c2+(φ−φ0+(q0))3
(c1+,c2;:係数,φ0+:屈曲方向の股関節角度φHの目標値)‥(4.3)
g-(q0,φ)≡c1-(φ−φ0-(q0))+c2-(φ−φ0-(q0))3
(c1-,c2-:係数,φ0-:伸展方向の股関節角度φHの目標値)‥(4.4)
+g2-(p0,ωmL)(dφHL/dt)H-(φHL)yL-,
z2R=−g2+(p0,ωmR)(dφHR/dt)H+(φHR)yR+
+g2-(p0,ωmR)(dφHR/dt)H-(φHR)yR-‥(5)
ここで「g2+」「g2-」は次式(5.1)〜(5.4)のそれぞれによって定義される関数である。
(bK+(p0):係数,k=0〜3)‥(5.1)
g2-(p0,ω)≡Σkbk-(p0)ωk
(bk-(p0):係数,k=0〜3)‥(5.2)
H+(φ)≡0(φ≦0),1(φ>0) ‥(5.3)
H-(φ)≡0(φ>0),1(φ≦0) ‥(5.4)
Claims (13)
- 動物の運動を管理するシステムであって、
第1運動誘導装置の動作により誘導されている動物の運動スケールおよび運動リズムのうち一方または両方を表す運動変数を第1運動誘導装置の動作の速さに基づいて測定する運動変数測定部と、
動物の運動リズムと調和したリズムで該動物の運動スケールを調節しながら該動物の運動を誘導する第2運動誘導装置の動作を、運動変数測定部により測定された運動変数に基づいて制御する制御部とを備えていることを特徴とする運動管理システム。 - 運動変数測定部が、第1運動誘導装置が有する回動体の回動方向に逆らう方向に誘導されている動物の運動の速さを表す第1運動変数を、当該回動体の回動速度に基づいて測定することを特徴とする請求項1記載の運動管理システム。
- 運動変数測定部が第1運動誘導装置としてのトレッドミルが有する複数のローラに掛け渡された回動体としての無端ベルトの動きに逆らう方向に誘導されている動物の歩行または走行速度を、当該無端ベルトの駆動速度に基づいて第1運動変数として測定することを特徴とする請求項2記載の運動管理システム。
- 運動変数測定部が動物と第1運動誘導装置との相互作用力の時間変化パターンに基づいて該動物の運動リズムを表す第2運動変数をさらに測定し、
制御部が運動変数測定部により測定された第2運動変数に基づいて第2運動誘導装置の動作を制御することを特徴とする請求項1記載の運動管理システム。 - 運動変数測定部が、第1運動誘導装置としてのトレッドミルが有する複数のローラに掛け渡された無端ベルトを支持する踏板が動物から受ける圧力の時間変化パターンに基づき、該動物の歩行率(単位時間当たりの歩数を意味する。)を第2運動変数として測定することを特徴とする請求項4記載の運動管理システム。
- 運動変数測定部が動物の歩行または走行速度を第1運動変数として測定し、動物の歩幅または歩行率を第2運動変数として測定し、
制御部が、第1運動変数としての歩行速度に対する第2運動変数としての歩幅の二乗の比率、または第2運動変数としての歩行率の二乗に対する第1運動変数としての歩行速度の比率である歩行比を目標歩行比に一致させるように第2運動誘導装置の動作を制御することを特徴とする請求項1記載の運動管理システム。 - 制御部が、動物の運動振動子を測定する運動振動子測定部と、
運動振動子測定部により測定された運動振動子と、固有角速度が反映された形で相互に引き込み合う1次振動子を生成する1次振動子生成部と、
運動振動子測定部により測定された運動振動子と1次振動子生成部により生成された1次振動子との位相差に基づき、新たな固有角速度を設定する固有角速度設定部と、
固有角速度設定部により設定された新たな固有角速度が反映されたリズムで振動する2次振動子を生成する2次振動子生成部と、
2次振動子生成部により生成された2次振動子に加え、運動変数測定部により測定された運動変数に基づいて第2運動誘導装置の動作のスケールおよびリズムを特定する誘導振動子を生成する誘導振動子生成部とを備えていることを特徴とする請求項1記載の運動管理システム。 - 誘導振動子生成部が、2次振動子生成部により生成された2次振動子と、固有角速度設定部により設定された新たな固有角速度とに加え、運動変数測定部により測定された運動変数に基づき、運動振動子測定部により測定されたユーザの運動スケールに応じた運動振動子をユーザの目標運動スケールに応じた目標値に近付ける第1ポテンシャルにより表現される第1誘導振動子を含む誘導振動子を生成することを特徴とする請求項7記載の運動管理システム。
- 誘導振動子生成部が、2次振動子生成部により生成された2次振動子と、固有角速度設定部により設定された固有角速度と、運動振動子測定部により測定されたユーザの運動スケールに応じた運動振動子の時間微分値とに加え、運動変数測定部により測定された運動変数に基づき、該運動振動子の絶対値の増大を抑制する第2ポテンシャルにより表現される第2誘導振動子を含む誘導振動子を生成することを特徴とする請求項8記載の運動管理システム。
- 2次振動子生成部が、運動振動子測定部により測定された運動振動子の周期変化の大きさが閾値を超えた場合、固有角速度設定部により設定された新たな固有角速度に代えて、運動振動子測定部により測定された運動振動子の角速度と、1次振動子生成部により生成された1次振動子の角速度とのうち一方または両方が反映されたリズムで振動する2次振動子を生成することを特徴とする請求項7記載の運動管理システム。
- 制御部が、動物の2つの異なる身体部分の動きに応じた運動振動子を第1および第2運動振動子として測定する運動振動子測定部と、
運動振動子測定部により測定された第1運動振動子と、固有角速度が反映された形で相互に引き込み合う1次振動子を生成する1次振動子生成部と、
運動振動子測定部により測定された第1運動振動子と1次振動子生成部により生成された1次振動子との位相差に基づき、新たな固有角速度を設定する固有角速度設定部と、
運動振動子測定部により測定された第2運動振動子に基づき、固有角速度設定部により設定された新たな固有角速度が反映されたリズムで振動する2次振動子を生成する2次振動子生成部と、
2次振動子生成部により生成された2次振動子に加え、運動変数測定部により測定された運動変数に基づき、第2運動誘導装置の動作のスケールおよびリズムを特定する誘導振動子を生成する誘導振動子生成部とを備えていることを特徴とする請求項1記載の運動管理システム。 - 動物の運動を管理する方法であって、
第1運動誘導装置の動作により誘導されている動物の運動スケールおよび運動リズムのうち一方または両方を表す運動変数を第1運動誘導装置の動作の速さに基づいて測定し、
動物の運動リズムと調和したリズムで該動物の運動スケールを調節しながら該動物の運動を誘導する第2運動誘導装置の動作を、測定した運動変数に基づいて制御することを特徴とする運動管理方法。 - 動物の運動を管理する機能をコンピュータに付与するプログラムであって、
第1運動誘導装置の動作により誘導されている動物の運動スケールおよび運動リズムのうち一方または両方を表す運動変数を第1運動誘導装置の動作の速さに基づいて測定する運動変数測定機能と、
動物の運動リズムと調和したリズムで該動物の運動スケールを調節しながら該動物の運動を誘導する第2運動誘導装置の動作を、運動変数測定機能により測定された運動変数に基づいて制御する制御機能とをコンピュータに付与することを特徴とする運動管理プログラム。
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