JP2007275283A - 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、歩行運動誘導装置20の動作によりユーザの歩行運動が誘導されている過程で、歩行比kおよび消費エネルギー等の生理変数が測定される。そして、このユーザの身体機能の活性化または身体負荷の軽減に鑑みて生理変数が適当な値となった状態における歩行比kが推奨歩行比k0として設定される。これにより、推奨歩行比k0がこのユーザの身体機能の活性化等に鑑みて適当に設定されうる。そして、歩行運動誘導装置20によりこの推奨歩行比k0に基づいて歩行運動が誘導されることで、歩幅qおよび歩行率pがこのユーザの身体機能の活性化等に鑑みて適当なものとなるように、当該誘導スケールおよびリズムが適当に制御されうる。
【選択図】 図1
Description
図1は本発明の運動管理システムの構成例示図であり、図2〜図3は本発明の運動管理方法の説明図であり、図4は歩行運動を誘導する仮想的なバネおよびダンパの説明図であり、図5は推奨歩行比の設定方法の説明図であり、図6は本発明の運動管理方法の説明図であり、図7〜図9は本発明の運動管理システムの効果に関する実験結果の説明図である。
+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)
新たな固有角速度ωMの関数であるf1(ωM)およびf2(ωM)の係数c,c0,c1,c2は、目標運動設定部211によって設定された目標となる運動リズムに応じた係数として設定され得る。
z1R=g1+(ωmR)g+(φHR)yR+−g1-(ωmR)g-(φHR)yRR- ‥(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。
g1-(p,ω)≡Σkak-ωk (ak-:係数,k=0〜3)‥(4.2)
g+(φ)≡c1+(φ−φ0+)+c2+(φ−φ0+)3
(c1+,c2;:係数,φ0+:屈曲方向の股関節角度φHの目標値)‥(4.3)
g-(φ)≡c1-(φ−φ0-)+c2-(φ−φ0-)3
(c1-,c2-:係数,φ0-:伸展方向の股関節角度φHの目標値)‥(4.4)
+g2-(ωmL)(dφHL/dt)H-(φHL)yL-,
z2R=−g2+(ωmR)(dφHR/dt)H+(φHR)yR+
+g2-(ωmR)(dφHR/dt)H-(φHR)yR-‥(5)
ここで「g2+」「g2-」「H+」および「H-」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。
g2-(ω)≡Σkbk-ωk (bk-: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)
−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‥(6)
ここで「g1+」「g1-」「g+」および「g-」は次式(6.1)〜(6.4)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)‥(6.1)
g1-(p0,ω)≡Σkak-(p0)ωk
(ak-(p0):係数,k=0〜3)‥(6.2)
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)‥(6.3)
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)‥(6.4)
+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-‥(7)
ここで「g2+」「g2-」は次式(7.1)〜(7.2)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)
Claims (11)
- 動物の運動を管理するシステムであって、
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運動誘導装置(以下、適宜「第2運動誘導装置」という。)の動作を制御する制御部と、
動物の生理状態に応じた生理変数を測定する生理変数測定部と、
動物の運動スケールおよびリズムのうち一方または両方に応じた運動変数を測定する運動変数測定部と、
制御部により運動変数が変化するように制御されている第2運動誘導装置の動作によって動物の運動が誘導されている過程で、生理変数測定部により測定された生理変数が該動物の身体機能の活性化または身体負荷の軽減に鑑みて適当な値となった状態で、運動変数測定部により測定された運動変数を該運動変数の推奨値として設定する推奨値設定部とを備えていることを特徴とする運動管理システム。 - 前記制御部が、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。 - 生理変数測定部が、動物の酸素摂取量、呼吸周波数、心拍数、脈拍数、血圧、血中飽和酸素濃度、乳酸値、筋電位および消費エネルギーのうち一部または全部を生理変数とし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、
動物の運動の速さを調節しながら第2運動誘導装置とは別に該動物の運動を誘導する運動誘導装置(以下、適宜「第1運動誘導装置」という。)の動作により運動が誘導されている動物の運動の速さを表す第1運動変数を第1運動誘導装置の動作の速さに基づいて測定する第1運動変数測定部と、
動物の運動のリズムまたはスケールを表す第2運動変数を第1運動誘導装置と該動物との相互作用状態または第2運動誘導装置の動作状態に基づいて測定する第2運動変数測定部とにより構成され、かつ、
第1および第2運動変数の関数を前記運動変数とし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。 - 第1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、第2運動変数測定部が動物の歩幅または歩行率(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。
- 運動変数測定部が第1運動変数としての歩行または走行速度に対する第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または走行速度の比率である歩行比を前記運動変数として測定することを特徴とする請求項5記載の運動管理システム。
- 第1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運動が誘導されている動物の第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4記載の運動管理システム。
- 第1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運動の速さを表す第1運動変数として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。
- 推奨値設定部が、複数の動物のそれぞれの身体的特徴を識別するための識別子を認識した上で各動物の複数の推奨値を予備的に設定し、認識した識別子ごとに予備的に設定済みの推奨値に基づいて新たな推奨値を設定することにより、識別子および推奨値が対応付けられているデータベースを構築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。
- 動物の運動を管理する方法であって、
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、動物の運動スケールおよびリズムのうち一方または両方に応じた運動変数が変化するように該動物の運動を誘導し、
動物の生理状態に応じた生理変数を測定し、
動物の運動変数を測定し、
測定された生理変数が該動物の身体機能の活性化または身体負荷の軽減に鑑みて適当な値となった状態で測定された運動変数を該運動変数の推奨値として設定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、
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運動誘導装置の動作を制御する制御機能と、
動物の生理状態に応じた生理変数を測定する生理変数測定機能と、
動物の運動スケールおよびリズムのうち一方または両方に応じた運動変数を測定する運動変数測定機能と、
制御機能により運動変数が変化するように制御されている第2運動誘導装置の動作によって動物の運動が誘導されている過程で、生理変数測定機能により測定された生理変数が該動物の身体機能の活性化または身体負荷の軽減に鑑みて適当な値となった状態で、運動変数測定機能により測定された運動変数を該運動変数の推奨値として設定する推奨値設定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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