JP2008212425A - 運動支援装置およびその情報処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的な運動を簡単に行わせることが可能な運動支援装置を提供する。
【解決手段】被検者の単位時間あたり脈拍数を検出する手段３０２と、時間の経過に伴って変動する単位時間あたりの脈拍数の目標値を算出する手段３０１と、前記算出された前記脈拍数の目標値と、前記検出された脈拍数との差分量に応じて、出力する音声を制御する手段３０１と、前記制御された音声を出力する手段３０６とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、被検者の運動時の拍動（心拍数または脈拍数）を検知し、被検者の運動状態を監視しながら被検者の運動を支援する運動支援装置に関するものである。

従来より、運動時の被検者の脈拍を検知し、一定の脈拍以上になった場合に、被検者にアラームを報知することで、運動中の事故を未然に防止する装置が知られている。かかる装置によれば、被検者は、アラームが報知された場合に、運動負荷が高すぎると判断し、負荷を減らしたり、休憩をとるなどの措置を講じることができる。

一方で、日頃から運動不足がちで肥満体質の人の場合、自身にとって最適な運動負荷を見出すことは難しく、過負荷になりすぎたり、負荷が少なくすぎたりしてしまうことが多い。一般に、負荷が少なすぎれば所望の効果が得られないが、逆に、負荷を高くしすぎても、効率的に脂肪を燃焼させることができるとは限らず、かえって心肺機能に悪影響を及ぼしてしまうといったこともある。

このため、最近では、運動中の脈拍を随時管理することで、効率的に運動する方法が浸透してきている。そして、このような方法に対応するため、上記装置では、運動中の被検者の脈拍を検知し、リアルタイムに表示する機能を備えており、被検者は、自身の脈拍を常に確認しながら運動を行うことができるようになっている。
特開２００１−２１８７４５号公報

しかしながら、運動中に、表示された自身の脈拍を頻繁に確認しながら運動を継続することは容易ではない。例えば、ジョギング中やウォーキング中に手首等に装着された装置上の表示を確認するのは困難であり、確認のために一旦立ち止まったりしなければならないといった弊害もある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、被検者が効率的な運動を行うことが可能な運動支援装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明に係る運動支援装置は以下のような構成を備える。即ち、
被検者の単位時間あたりの心拍数または脈拍数を検出する検出手段と、
時間の経過に伴って変動する単位時間あたりの心拍数または脈拍数の目標値を算出する算出手段と、
前記算出手段において算出された前記心拍数または脈拍数の目標値と、前記検出手段により検出された心拍数または脈拍数との差分量に応じて、出力する音声を制御する制御手段と、
前記制御手段により制御された音声を出力する出力手段とを備える。

本発明によれば、被検者が効率的な運動を行うことが可能となる。

はじめに本発明の概要について説明する。本発明にかかる運動支援装置は、第１に、被検者の効率的な運動として、心肺機能の強化と効率的な脂肪の燃焼を実現するために、「マフェトン理論」を取り入れた点に特徴がある。

具体的には、被検者の運動時の脈拍数を検知し、検知した脈拍数が「マフェトン理論」に沿って推移しているか否かを監視する。更に、当該理論からはずれた場合に、被検者にそれを報知することで、被検者の効率的な運動を支援する。

第２に、本発明にかかる運動支援装置は、検知した脈拍数が「マフェトン理論」から外れていた場合に、その差分に応じた音を出力（差分に応じて音階等が調整された音声を出力）することで、被検者の脈拍を当該理論に沿った値に導くことを特徴としている。かかる構成により、被検者は、運動中に自身の脈拍値を確認する手間を省くことができ、当該音を聞きながら、運動負荷を調整することで、効率的な運動を行うことが可能となる。

以下、必要に応じて添付図面を参照しながら本発明の各実施形態を詳細に説明する。

［第１の実施形態］
１．マフェトン理論の概要
マフェトン理論とはトレーニング理論の１つであり、「競技成績が良く鍛え上げられているはずの選手が、なぜ健康を損なってしまうのか？」、「競技力の向上と健康とを両立させるのは不可能なことなのだろうか？」といった種々の疑問をきっかけに誕生した理論である。当該理論は、有酸素運動を行い、エアロビック筋を鍛え、脂肪を効率的に燃やせる体づくりを行うことを目的としている。

このような目的を実現するために、マフェトン理論では、まず、被検者に適した運動時の最大脈拍数を算出する。図１は、マフェトン理論において、被検者に適した運動時の最大脈拍数を算出するための方法を示した図である。

図１に示すように、マフェトン理論は、被検者の体の状態を４通りに分類したうえで、それぞれの状態ごとに、被検者の年齢に対応した最大脈拍数を算出する。例えば、被検者の現在の体の状態が“Ｃ”に該当し、被検者の年齢が“３０歳”であった場合、最大脈拍数（上限）は、１８０−３０＝１５０と算出される。また、最大脈拍数（下限）は、１５０−１０＝１４０と算出される。

更に、マフェトン理論では、被検者に適した運動時の最大脈拍数に対して、運動時間に応じて時間配分を調節することで、上記目的を実現する。

図２は、図１に基づいて算出された、被検者（体の状態＝Ｃ、年齢＝３０）の運動時の最大脈拍数に対する運動時間に応じた時間配分の一例を示した図（以下、「脈拍変動図」と称す）である。

図２において、横軸は運動を開始してからの経過時間を、縦軸は被検者の目標となる脈拍数（脈拍目標値）を表わしている。同図の場合、３０分間の運動を行う場合、運動開始から１５分経過した際に最大脈拍数に到達するように脈拍数を上昇させていき、最大脈拍数に到達後は、残りの１５分をかけて、運動開始時の脈拍数まで落としていくように運動を行うこととなる。

図２に示すような、脈拍変動が実現できるように被検者が運動負荷を調整することで、心肺機能を向上させ、かつ効率的に脂肪を燃焼させることが可能となる。

２．装置の外観構成
図３は、本実施形態にかかる運動支援装置３００の外観構成を示す図であり、図３の（Ａ）は正面図を、図３の（Ｂ）は側面図をそれぞれ示している。

図３（Ａ）に示すように、運動支援装置３００は、本体部３０１と脈拍検出部３１１と装着部３２１とに大別できる。

本体部３０１は、被検者の耳の穴に装着され、後述する制御のもと、所定の音声を出力することで、マフェトン理論に沿った運動を行うように被検者を導く。本体部３０１には、マフェトン理論における最大脈拍数を算出するために必要な情報を入力するためのモードボタン３０２及び選択ボタン３０３と、各種情報を表示する表示部３０４と、運動開始時に押圧する開始ボタン３０５とを備える。

モードボタン３０２を押すと、表示部３０４に表示される表示内容が変化する。１回押圧すると、“体の状態”入力モードになり、Ａ〜Ｄのアルファベットが表示される。被検者は、選択ボタン３０３により、Ａ〜Ｄのいずれかを選択することで、自身の現在の体の状態を入力することができる。

更に、もう１回押圧すると、“年齢”入力モードになり、年齢を表わす数値が表示されるため、被検者は、選択ボタン３０３により、当該数値を増加減させることで、自身の現在の年齢を入力することができる。

更に、もう１回押圧すると、“脈拍数”表示モードになり、脈拍検出部３１１において検出された現在の脈拍数を表示する。なお、更にもう１回押圧すると、“体の状態”入力モードに戻る。

なお、図３の（Ｂ）に示すように、本体部３０１は、被検者の耳の穴に装着しやすく、かつ出力される音声等が被検者に聞こえやすいように、イヤホン部３０６を有している。本体部３０１より出力された音声は、イヤホン部３０６を介して被検者の耳に到達する。

脈拍検出部３１１は、被検者の耳たぶに装着されることで、被検者の脈拍を検出し、本体部３０１に送信する機能を有する。脈拍検出部３１１は、図３の（Ｂ）に示すように、２つの挟持部材３１２、３１３を備え、被検者の耳たぶの表裏を挟持することで、耳たぶに装着される。なお、挟持部材３１３には、被検者の脈拍を検出するためのセンサ３１４が設けられている。

装着部３２１は、本体部３０１が被検者の耳の穴に装着された状態で、被検者の耳のつけ根部分に掛止されるように所定の円形状を有しており、固定部３２２を介して、一端が、本体部３０１に固定されている。

また、他端は脈拍検出部３１１に接続されており、装着部３２１の内部には、脈拍検出部３１１にて検出された脈拍を本体部３０１に送信するための電気配線が施されている。

図４は、運動支援装置３００を被検者の耳に装着した様子を示している。同図に示すように、本体部３０１は被検者の耳の穴に装着され、装着部３２１は耳のつけ根において掛止され、脈拍検出部３１１は耳たぶに挟持されている。

３．装置の機能構成
次に、本実施形態にかかる運動支援装置３００の機能構成について説明する。図５は、運動支援装置３００の機能構成を示す図である。

図５において、５０１は目標値算出部であり、被検者より入力された“体の状態”及び“年齢”に基づいて、マフェトン理論の脈拍変動図を算出するとともに、運動開始からの経過時間に基づいて、その時々の脈拍目標値を出力する。

５０２は差分検出部であり、目標値算出部５０１において出力された脈拍目標値と、脈拍検出部において検出された被検者の実際の脈拍数とを比較し、その差分を検出する。

５０３は音声制御部であり、差分検出部５０２において検出された差分に基づいて、音声を出力する。具体的には、差分検出部５０２において検出された差分が一定の許容値内（例えば、脈拍目標値の±５％以下）であった場合には、予め定められた音楽を出力するよう制御する。また、差分検出部５０２において検出された差分が、一定の許容値を超えていた場合であって、脈拍目標値よりも実際の脈拍値の方が大きい場合には、被検者の脈拍数を落とすための音声（例えば、音階の低いピッチ音で、かつピッチ数の少ない音）を出力する。

一方、差分検出部５０２において検出された差分が、一定の許容値を超えていた場合であって、脈拍目標値よりも実際の脈拍値の方が小さい場合には、被検者の脈拍数を上げるための音声（例えば、音階の高いピッチ音で、かつピッチ数の多い音）を出力する。

５０４は入力部であり、図３において示したモードボタン３０２、選択ボタン３０３、開始ボタン３０５等を含む。５０５は表示部であり、図３において示した表示部３０４に対応する。

５０６は音声出力部であり、音声制御部５０３において出力が制御された音声を出力する（図３のイヤホン部３０６に対応する）。５０７は脈拍検出部であり、図３の脈拍検出部３１１に対応する。

５０８はタイマ部であり、入力部５０４（開始ボタン３０５）を介して運動開始が指示された場合に、カウントアップを開始し、運動開始からの経過時間を計測する。５０９は接続部であり、各部５０１から５０８を電気的に接続する役割を果たす。

４．装置における処理の流れ
次に、本実施形態にかかる運動支援装置３００における処理の流れについて説明する。図６は、運動支援装置３００における処理の流れを説明するための図である。入力部５０４を介して被検者の“年齢”と“体の状態”が入力されると、目標値算出部５０１では、図１、２で示したマフェトン理論に基づいて、最大脈拍数と時間配分とを算出し、脈拍変動図６０１を生成する。

続いて、入力部５０４を介して、被検者より運動開始の指示を受けると、タイマ部５０８では、タイマのカウントアップを開始する。目標値算出部５０１では、タイマ部５０８より出力されるタイマ値に対応する脈拍目標値を、脈拍変動図６０１に基づいて出力する。

目標値算出部５０１において出力された脈拍目標値は、随時、差分検出部５０２に入力され、そのとき脈拍検出部５０７において検出された被検者の脈拍値との差分を算出する。

差分検出部５０２において検出された差分値は音声制御部５０３に入力され、該差分値に応じた音声を音声出力部５０６より出力する。以上の制御処理を、運動開始から所定時間経過するまで繰り返す。

図６の例では、運動開始から５分が経過した際の、処理を示している。運動開始から５分経過時点での脈拍目標値は、脈拍変動図６０１より９０拍／分である。したがって、運動開始から５分経過時は、脈拍目標値として９０拍／分が差分検出部５０２に入力される。

このときの脈拍検出部５０７に脈拍値が１００拍／分であったとすると、（被検者の実際の脈拍値）−（脈拍目標値）＝１００−９０＝１０となり、脈拍目標値（９０拍／分）の許容値（±５％、すなわち、８５．５％〜９４．５％）を超えており、かつ脈拍目標値よりも実際の脈拍値の方が大きいことから、音声制御部では、ピッチ数の多いピッチ音であって、音階の低いピッチ音を出力するよう制御する。

これにより、被検者は、マフェトン理論に比べ、現在の運動負荷が高いと認識でき、被検者は自発的に運動負荷を下げる（例えば、ジョギングやウォーキングなら、その速度を落とす）ようになる。つまり、脈拍数の表示を確認しなくとも、効率的な運動を行うことができる。

５．音声制御部の機能
次に、音声制御部５０３における制御処理の詳細について説明する。図７は、音声制御部５０３における制御処理を説明するための図である。同図において、脈拍変動図に、各脈拍目標値における許容値（点線）の表示を付加したものである。更に、被検者の実際の脈拍値をプロット（三角印）したものである。

ここでは、音声制御部５０３における制御処理の一例として、運動開始から１０分が経過した場合における制御処理について説明する。同図に示すように、運動開始から１０分経過した時点での脈拍目標値は１２０拍／分である。

したがって、脈拍目標値１２０拍／分に対して、実際の被検者の脈拍値が、矢印７０１方向にずれた場合であって、点線で示す許容値を超えていた場合には、出力されるピッチ音の音階が、当該ずれ量に比例して下がっていく。また、出力されるピッチ音のピッチ数は当該ずれ量に比例して上がっていく（つまり、ずれ量が大きいほど音階が下がり、ピッチ数は多くなる）。

反対に、脈拍目標値１２０拍／分に対して、実際の被検者の脈拍値が、矢印７０２方向にずれた場合であって、点線で示す許容値を下回っていた場合には、出力されたピッチ音の音階が、当該ずれ量に比例して上がっていく。また、出力されるピッチ音のピッチ数も当該ずれ量に比例して上がっていく（つまり、ずれ量が大きいほど音階が上がり、ピッチ数は多くなる）。

図８は、脈拍目標値１２０拍／分における音声制御部５０３における制御内容を説明するための図である。図８は横軸に脈拍数を、縦軸に出力されるピッチ音の音階および該ピッチ音のピッチ数をそれぞれ示している（音階は、紙面上方向ほど低く、下方向ほど高くなる。また、ピッチ数は原点から離れるほど大きくなる）。

図８に示すように、各脈拍目標値では、許容値を超えた場合に、そのずれ量に比例して、ピッチ音の音階ならびにピッチ数を変動させるように音声制御部５０４が制御処理を行う（許容値内にある場合には、所定の音楽が出力される）。

以上の説明から明らかなように、本実施形態にかかる運動支援装置では、マフェトン理論に基づいて、被検者が運動を行うよう構成されている。

また、本実施形態にかかる運動支援装置では、被検者の運動が、マフェトン理論に沿って行われているか否かを随時監視し、マフェトン理論から外れていた場合には、報知するよう構成されている。これにより、被検者は効率的な運動を行うことができる。

更に、本実施形態にかかる運動支援装置では、被検者の運動が、マフェトン理論から外れていた場合に、音声を制御することにより、被検者に報知するよう構成されている。これにより、被検者は、運動中に自身の脈拍値を確認する手間を省くことができ、当該音を聞きながら、運動負荷を調整することが可能となる。

［第２の実施形態］
上記第１の実施形態においては、被検者の実際の脈拍数が、脈拍目標値における許容値を超えていた場合に、出力されるピッチ音の音階とピッチ数の両方を変動させるように制御することとしたが、本発明はこれに限られない。音階を固定し、ピッチ数のみを変動させるように制御しても良いし、ピッチ数を固定し、音階のみを変動させるように制御しても良い。

また、上記第１の実施形態においては、被検者の実際の脈拍数が、脈拍目標値における許容値を超えていた場合に、ピッチ音を出力することとしたが、本発明はこれに限定されない。被検者に運動負荷を上げる（または下げる）ことを意識させることができる音声であれば何でも良い。

また、上記第１の実施形態においては、各脈拍目標値に対して許容値を設け、該許容値を超えた場合に、音声制御部５０４が、出力するピッチ音の音階及びピッチ数を制御することとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、許容値を設けずに、脈拍目標値からのずれ量に比例して、音声制御部５０４が、出力するピッチ音の音階及びピッチ数を制御するようにしてもよい。

また、上記第１の実施形態においては、脈拍変動図を算出するにあたり、運動時間を固定とし、“年齢”と“体の状態”のみを入力する構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、運動時間を可変として、運動時間を入力する機能を付加してもよい。その場合、目標値算出部では、運動時間と年齢と体の状態とを用いて脈拍変動図を生成することとなる。

また、上記第１の実施形態においては、表示部に、脈拍数等を表示する構成としたが、本発明はこれに限られず、運動開始からの経過時間を表示するようにしてもよいし、あるいは運動開始から運動終了までの消費カロリを、検出された脈拍数の推移に基づいて算出する機能を付加し、それを表示するようにしてもよい。

また、上記第１の実施形態にかかる運動支援装置３００では、脈拍検出部３１１を設け、被検者の脈拍数を検出することとしたが、本発明は特にこれに限られない。例えば、心拍検出部を設け、被検者の心拍数を検出するようにしてもよい。この場合、上記第１の実施形態における“脈拍”の記載を、全て“心拍”に読み替えることで、心拍数を用いた場合の運動支援装置を実現することができる。

また、上記第１の実施形態では、被検者の運動が、マフェトン理論から外れていた場合に、音声を制御することにより、被検者に報知するように構成したが、本発明は特にこれに限られない。例えば、表示部より出力される光を制御することにより、被検者に報知するように構成してもよい。

その場合、脈拍目標値の許容値を超えた際、そのずれ量に応じて発光間隔（点滅間隔）を変更するように制御することが考えられる。具体的には、図７において、運動開始から１０分経過した時点での実際の被検者の脈拍値が、矢印７０１方向にずれた場合であって、点線で示す許容値を超えていた場合、または、矢印７０２方向にずれた場合であって、点線で示す許容値を下回っていた場合には、当該ずれ量に比例して発光間隔が短くなるように（または長くなるように）制御することが考えられる。また、矢印７０１方向にずれた場合と矢印７０２方向にずれた場合とで、発光する色を変えるようにしてもよい。

さらに、ずれ量に応じて発光量を変更するように制御しても良い。

マフェトン理論において、被検者に適した最大脈拍数を算出するための方法を示した図である。 図１に基づいて算出された、被検者（体の状態＝Ｃ、年齢＝３０）の運動の時間配分の一例を示した図である。 運動支援装置３００の外観構成を示す図である。 運動支援装置３００を被検者の耳に装着した様子を示す図である。 運動支援装置３００の機能構成を示す図である。 運動支援装置３００における処理の流れを説明するための図である。 音声制御部５０３における制御処理を説明するための図である。 脈拍目標値１２０拍／分における音声制御部５０３における制御内容を説明するための図である。

Claims (11)

1. 被検者の単位時間あたりの心拍数または脈拍数を検出する検出手段と、
   時間の経過に伴って変動する単位時間あたりの心拍数または脈拍数の目標値を算出する算出手段と、
   前記算出手段において算出された前記心拍数または脈拍数の目標値と、前記検出手段により検出された心拍数または脈拍数との差分量に応じて、出力する音声を制御する制御手段と、
   前記制御手段により制御された音声を出力する出力手段と
   を備えることを特徴とする運動支援装置。
2. 前記算出手段は、前記被検者の年齢と体の状態に関する情報に基づいて、マフェトン理論を用いて、運動開始指示が入力されてからの経過時間に対応する、単位時間あたりの心拍数または脈拍数の目標値を算出することを特徴とする請求項１に記載の運動支援装置。
3. 前記算出手段は、前記被検者の年齢と体の状態と運動時間に関する情報とに基づいて、マフェトン理論を用いて、運動開始指示が入力されてからの経過時間に対応する、単位時間あたりの心拍数または脈拍数の目標値を算出することを特徴とする請求項１に記載の運動支援装置。
4. 前記制御手段は、前記検出された心拍数または脈拍数の方が、前記心拍数または脈拍数の目標値より大きい場合には、前記被検者に運動負荷の軽減を意識させるように音声を制御することを特徴とする請求項１に記載の運動支援装置。
5. 前記制御手段は、前記検出された心拍数または脈拍数の方が、前記心拍数または脈拍数の目標値より小さい場合には、前記被検者に運動負荷の増加を意識させるように音声を制御することを特徴とする請求項１に記載の運動支援装置。
6. 前記制御手段は、前記差分量に応じて、出力される音声であるピッチ音の音階またはピッチ数のいずれか一方または両方を制御することを特徴とする請求項１に記載の運動支援装置。
7. 前記制御手段は、前記心拍数または脈拍数の目標値における所定の許容値を超えた場合に、出力される音声であるピッチ音の音階またはピッチ数のいずれか一方または両方を制御することを特徴とする請求項１に記載の運動支援装置。
8. 前記検出手段は、前記被検者の耳より、単位時間あたりの心拍数または脈拍数を検出することを特徴とする請求項１に記載の運動支援装置。
9. 前記出力手段は、前記被検者の耳に挿入可能であることを特徴とする請求項１に記載の運動支援装置。
10. 運動開始指示が入力されてから一定時間内に前記被検者が消費した消費カロリーを、前記検出手段により検出した単位時間あたりの心拍数または脈拍数の推移に基づいて算出することを特徴とする請求項１に記載の運動支援装置。
11. 被検者の単位時間あたりの心拍数または脈拍数を検出する検出工程と、
    時間の経過に伴って変動する単位時間あたりの心拍数または脈拍数の目標値を算出する算出工程と、
    前記算出工程において算出された前記心拍数または脈拍数の目標値と、前記検出工程において検出された心拍数または脈拍数との差分量に応じて、出力する音声を制御する制御工程と、
    前記制御工程において制御された音声を出力する出力工程と
    を備えることを特徴とする運動支援装置における情報処理方法。

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