JP2009119252A

JP2009119252A - 揺動型運動装置

Info

Publication number: JP2009119252A
Application number: JP2008274734A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Michimori; 章弘道盛; Norio Nakano; 紀夫中野; Bungo Imai; 文吾今井; Mototaka Nagai; 基孝永井; Nozomi Toyama; 望遠山
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2009-06-04

Abstract

【課題】使用者が自身の姿勢の良否を容易に判断したり、どのように矯正すればよいのかを容易に把握することができるものとする。
【解決手段】使用者が乗る可動部２と、該可動部に揺動運動を行わせる駆動部とを備えるとともに、上記使用者の可動部２上での姿勢情報を取得する姿勢情報取得手段４と、基準となる姿勢に関する情報を記録した基準姿勢情報格納手段３３と、上記姿勢情報取得手段から得た姿勢情報と基準姿勢情報格納手段から読み出した基準姿勢情報とを比較して使用者の姿勢を基準姿勢に近づけるための使用者の姿勢の修正情報を求める比較演算手段３０と、上記姿勢の修正情報を使用者に対して報知する報知手段３５とを備える。基準姿勢との比較によってどのような姿勢にすればよいのかが使用者に報知される。
【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て使用者に乗馬を模した運動負荷を付与したり、使用者がその上に立つ台を揺動させることで使用者にバランスを保つことを強制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による運動は、使用者が座る可動部の動きに対する無意識の反射運動の連続であり、身体への負担が少ない上に運動が苦手な人でも利用することができるために、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。また、使用者が立つ台を揺動させることで例えばサーフィンを模した運動を使用者に負荷するもの、使用者が腰掛けるシートを揺動させるとともに使用者の各足を個別に載せる足載せ台を上下動させることによって歩行動作を模した運動を使用者に負荷するものなども提供されている。

上記揺動型運動装置では、可動部の動きに合わせて使用者が自身の姿勢をどのような状態に保つことができるのかがきわめて重要であるが、模範姿勢をビデオ映像などで示されても、使用者にしてみれば自身の姿勢がどのようなものとなっているのかを判断することは難しい。特に、静止状態であれば鏡に写る姿を見ることで模範姿勢に近づけることができるとしても、可動部が動いている時の自身の姿勢と模範姿勢との違いを把握することは難しい。

特開平１１−１５５８３６号公報には、上記のような運動装置において、可動部を動かした際の使用者の状態をビデオカメラや磁気計測装置を用いて観測し、この観測結果に基づいて使用者の腰痛予防やバランス機能の向上に関連した腰部筋肉群の強化をより有効に行うことができるように可動部の駆動状況を変化させるものが示されている。しかし、このものにおいても、使用者が自身の姿勢がよいのかどうか、また悪い時にどのように矯正すればよいのかを使用者が判断できるものとはなっていない。
特開平１１−１５５８３６号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、使用者が自身の姿勢の良否を容易に判断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、また使用者が自身の姿勢をどのように矯正すればよいのかを容易に把握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、使用者が乗る可動部と、該可動部に揺動運動を行わせる駆動部とを備えるとともに、上記使用者の可動部上での姿勢情報を取得する姿勢情報取得手段と、基準となる姿勢に関する情報を記録した基準姿勢情報格納手段と、上記姿勢情報取得手段から得た姿勢情報と基準姿勢情報格納手段から読み出した基準姿勢情報とを比較して使用者の姿勢を基準姿勢に近づけるための使用者の姿勢の修正情報を求める比較演算手段と、上記姿勢の修正情報を使用者に対して報知する報知手段とを備えていることに特徴を有している。

基準姿勢との比較によってどのような姿勢にすればよいのかが使用者に報知されるようにしたものである。

上記姿勢情報取得手段としては、使用者に装着される加速度センサもしくは角度センサを用いることができるほか、可動部に乗った使用者を動画で撮像する撮像手段と、撮像手段で撮像した画像から人物部分を抽出する画像処理手段とからなるものとしてもよい。

また、本発明は、使用者が乗る可動部と、該可動部に揺動運動を行わせる駆動部とを備えた揺動型運動装置において、上記使用者の可動部上での映像としての姿勢情報を取得する姿勢情報取得手段と、基準となる姿勢に関する映像としての情報を記録した基準姿勢情報格納手段と、姿勢情報取得手段で得た映像としての姿勢情報と、基準姿勢情報格納手段から読み出した映像としての基準姿勢情報とを合成して両映像を重ね合わせた映像を出力する映像出力手段を備えていることに他の特徴を有している。基準姿勢と自身の姿勢との違いを使用者は映像を通じて明確に認識することができる。

上記姿勢情報取得手段には、使用者の上半身の姿勢情報を取得するものを好適に用いることができるが、使用者の顔部の姿勢情報を取得するものであってもよく、更に顔部の姿勢情報は使用者の視線を検出することで得るものであってもよい。

本発明は、姿勢情報取得手段で得た姿勢と基準姿勢との比較から求めた姿勢の修正情報が報知手段によって報知されるために、使用者にしてみれば可動部に乗って可動部の動きに合わせた動きを行っている時の姿勢が好ましいものであるかどうかや、どのように姿勢を修正すべきかを容易に判断することができるものであり、このために揺動型運動装置における運動効果をより効果的に受けることができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図２に示す揺動型運動装置は、使用者が座るシート２を前後左右に揺動させることで、シート２に座った使用者にバランス訓練となる運動を行わせるもので、馬の背や鞍を模した形状となっているとともに上面が座面となっている上記シート２と、上部内に上記シート２の揺動駆動を行う駆動部を納めた本体１とからなり、上記シート２の前端側には半円弧状で両端がシート２に前後に回動自在に連結された手綱６が配されているとともに、操作パネル８が設けられており、またシート２の前寄り両側からは夫々鐙７，７が吊り下げられている。

図１は上記運動装置のブロック回路図を示しており、図中３１は上記駆動部の動力源としてのモータ、３はこのモータ３１の動作をモータ駆動回路３９を介して制御する制御回路であり、上記操作パネル８に設けられたスイッチ群及び操作パネル８上に配された液晶ディスプレーからなる表示部８０も上記制御回路３に接続されている。

また、図２において、図中４は可動部である上記シート２を駆動部で動かす時の使用者の姿勢情報を取得するための３Ｇ型の加速度センサであり、ここでは使用者の頭部と肘と足首の３箇所に装着しているとともに、各加速度センサ４は図１に示すように上記制御回路３が備える通信部３８に対して加速度情報を無線乃至有線通信で送る通信部４０を備えている。

そして上記制御回路３は、上記モータ３１の駆動を担うだけでなく、使用者の姿勢の良否などの判断も担うものとなっており、この判断のために、基準となる姿勢に関する情報を記録した基準姿勢情報格納メモリ３３と、姿勢の修正情報を使用者に対して音声で報知する報知手段３５とが接続されているとともに、上記加速度センサ４から得た姿勢情報と基準姿勢情報格納メモリ３３から読み出した基準姿勢情報とを比較して使用者の姿勢を基準姿勢に近づけるための使用者の姿勢の修正情報を求める比較演算部３０を備えている。

今、使用者が上記加速度センサ４を装着してシート２に座って上記駆動部を作動させれば、上記シート２は前後左右に例えば８の字を描く揺動動作を行うものであり、この時、使用者はシート２の動きとほぼ逆方向の動きを反射的に行うことで、シート２上でのバランスを保つことができる。

上記使用者の動きは、姿勢情報取得手段である加速度センサ４によって捉えられて上記制御回路３に送られる。ここで、使用者の頭部に装着された加速度センサ４から得られる加速度の変化から、制御回路３における比較演算部３０は頭部の揺れの軌跡を求め、更にはこの軌跡を包括するエリアＡ１の大きさを求める。図３(b)にこの頭部の揺れの軌跡とエリアＡ１の例を示す。

一方、上記基準姿勢情報格納メモリ３３には、本例の場合、模範姿勢で乗っていた時の頭部と肘と足首の加速度変化から求めた各部の揺れの軌跡を包括するエリアＡ２（図３(a)参照）の大きさの情報を納めてある。

上記比較演算部３０は、上述のようにして求めたエリアＡ１の大きさと模範姿勢（基準姿勢）に基づくエリアＡ２の大きさとを比較し、図３に示す例の場合、頭部の揺れの範囲が大きいことから、使用者に対して頭部を極力揺らさない姿勢をとるように指摘する修正情報を報知手段３５に送って使用者に対し報知を行うことで使用者に姿勢の修正を促す。腕（肘）や足（足首）についても同様の判断を行って使用者に姿勢の修正を促す。なお、加速度センサ４の装着箇所は上記の部位に限るものではなく、たとえば肩や背中などに装着するものであってもよい。

また、可動部２の揺動に対して頭部と腕と足とを動かしてバランスをとる時、各部は同じタイミングで動いてバランスをとるのではなく、異なったタイミングで（また、部位によっては異なる方向へ）動いてバランスをとることから、上記タイミングや動きの方向からも使用者の姿勢の良否を判別することができ、この点に基づいて使用者に姿勢の修正を促すようにしてもよい。

報知手段３５として音声報知の例を上げたが、姿勢が良くない時の報知はシート２に組み込んだ振動素子を振動させることで行ったり、使用者の各部に装着される各加速度センサ４に組み込んだ振動素子を振動させることで行ってもよく、特に後者の場合は良くない動きが検出されている加速度センサ４に組み込んだ振動素子を振動させることによって、どの部位の動きが良くないかを使用者に知らせることができる。振動素子に代えて、電気的刺激手段を用いてもよい。

また、前記操作パネル８の表示部８０に姿勢を修正すべき箇所を表示する部分を設けて、この表示を用いて報知を行うようにしたり、接続したテレビなどの機器に映像としての修正情報を表示するようにしてもよい。

姿勢情報取得手段として加速度センサ４を用いた例を示したが、これに限るものではなく、たとえば図４に示すように使用者の前方に赤外線センサ４８を設置し、この赤外線センサ４８で人体及びその姿勢の検出を行うようにすることもできる。

図５及び図６に他例を示す。これは姿勢情報取得手段として、可動部に乗った使用者を動画で撮像する撮像装置４２と、この撮像装置４２で撮像した画像から人物部分を抽出する画像処理回路４３とを用いるとともに、該姿勢情報取得手段で得た映像としての姿勢情報と、基準姿勢情報格納メモリ３３から読み出した映像としての基準姿勢情報とを合成して両映像を重ね合わせて出力する映像出力部４５を設けたもので、上記撮像装置４２は１台だけであってもよいが、使用者を前方から撮像する撮像装置４２と、使用者を側方から撮像する撮像装置４２の２台があることが好ましい。

撮像装置４２で撮像した画像から人物部分を抽出することは、画像中の前後の駒から動きのある部分を抽出することで行えばよく、この時、抽出された画像中に可動部２も含まれていてもよい。このような処理は周知の画像処理技術によって容易に行うことができる。

そして基準姿勢情報格納メモリ３３には、上述のように映像としての基準姿勢情報を格納しておく。なお、この基準姿勢情報は、撮像装置４２から得た映像としての姿勢情報に重ね合わせた時の両者の区別を容易とするために、たとえばワイヤフレームで構成したものを好適に用いることができる。また、上記両姿勢情報は可動部２の動きによって同期をとることができるようにしておく。

このものでは、上記映像出力部４５に家庭内のテレビ４６を接続することにより、図７に示すように使用者の映像としての姿勢情報Ｍ１に同じく映像としての基準姿勢情報Ｍ２が重ね合わせられた合成画像を使用者が見ることができるために、使用者にしてみれば、自身の姿勢が基準姿勢とどのように違うのかが一目で判別することができる上に、姿勢をどのように修正すれば基準姿勢に近づけることができるのかも容易に把握することができる。

これは合成画像を生成することが、使用者の姿勢を基準姿勢に近づけるための使用者の姿勢の修正情報を求めることになると同時に報知手段としても機能することにもなっていることを意味する。もちろん、比較演算部３０において両画像の位置や動きの違いや動きの位相を基に姿勢修正情報を求めて、音声による報知手段３５で報知するようにしてもよく、この場合、テレビを接続しなくても姿勢の修正情報を得ることができる。

上記修正情報を得るにあたっては、顔の眉の中間点、首の顔の付け根、肩甲骨下部、臀部上腰の４点を画像から抽出して、基準姿勢情報と比較することで、姿勢の良否判断をより的確に行うことができるとともに的確な修正情報を得ることができる。姿勢が特に良くない部位については、画像処理上でズームアップや切り出しによってより細かく注目することができるようにしておくことも好ましい。

２台の撮像装置４２を設けたものでは、前方から捉えた基準画像（基準姿勢情報）と側方からの捉えた基準画像（基準姿勢情報）とを予め用意して、前方からの画像同士と側方からの画像同士とを重ね合わせたものを一画面内に展開することで、使用者は画面を切り替えることなく姿勢を認識することができる。

なお、上記撮像装置４２は小型で且つ広角レンズを備えたものが好ましい。また、運動装置の本体１に機械的に連結された固定位置にあるものでは撮像装置４２の位置や向きについて何ら調整の必要はないが、本体１から分離設置されるものでは、撮像装置４２の設置位置と向きが問題となる。この点については、揺動型運動装置の例えばシート２に複数の基準マークを設けておき、撮像装置４２が捉えた画像内における上記複数の基準マークの像がその画像内の所定位置に夫々きた時、シート２と撮像装置４２との相対位置関係が所定の状態になることから、上記基準マークの像の位置を画像処理によって求めて、複数の基準マークの像の画像中における位置座標が夫々予め定めた座標位置にきた時、音声報知がなされるようにしておくことで、使用者は撮像装置４２を適正位置に適正な向きで設置することができたことを判別することができる。

図８は撮像装置４２による使用者の姿勢情報の取得に関する他の例を示しており、可動部であるシート２の前端側に配した撮像装置４２で使用者の上半身の前方から見た姿勢情報を、シート２の後端側に配した撮像装置４２で使用者の上半身の後方から見た姿勢情報を取得する。

図９に示すように、使用者の左右の側方に複数の発光素子５１と受光素子５２との対を前後方向に複数並べて、発光素子５１から出て対をなす受光素子５２に至る光を使用者が遮ったことで使用者の位置を検知するものとし、この位置情報を元に使用者の姿勢情報を取得するようにしてもよい。

姿勢情報取得手段で取得する使用者の姿勢情報は、上半身中の頭部だけであってもよい。頭部の位置が好ましい位置にあれば、上半身全体も好ましい状態にあると推測することができるからである。

また、頭部の姿勢情報を取得するにあたっては、特に顔部の向きも検出することができるものを用いてもよい。頭部の前後左右方向の位置が可動部２の動きに応じてどこにあるかというだけでなく、図１０(a)に示すように、顔が正面を向いていると、図１０(b)に示すようなうつむき加減となっていたりする場合よりも、良好な運動結果を得やすいからである。

顔の向きの検出については、姿勢情報取得手段として撮像装置４２を用いて、例えば目と鼻と口の位置を検出し、これらの位置関係から顔が向いている方向を算出し、左右方向と上下方向の角度を図１１に示すようにプロットして左右上下の任意の角度（例えば２０°）以上に現在の顔の向きがあれば、正面方向を向くように報知する。図１１では右上方向にほぼ３０°の角度があるために、左下方向に顔の向きを戻すように音声や画像で報知することで、使用者に姿勢修正を促す。

なお、撮像装置４２で得た画像から使用者の身体の向きや顔の向きを検出することについては、本出願人による特許第２９１９２８４号公報や特開２００６−６５４１９号公報に示された技術を用いることができるために、ここでは詳細を省略する。

顔の向きは図１３に示す視線Ｌ（の向き）で代用してもよい。この視線Ｌは撮像装置４２で得た画像データから目の部分を抽出して、たとえば瞳孔とまぶたの位置を検出することで、視線Ｌを算出することができる。そして、上記の顔の向きの場合と同様に、視線Ｌの左右方向と上下方向の角度を算出し、左右上下の任意の範囲以外に視線Ｌがあれば、正面方向に視線を調整するように使用者に報知するのである。

この場合、顔の向き（及び視線Ｌ）を姿勢情報として用いる場合、撮像装置４２を用いることになり、この時、図１２に示すように揺動型運動装置本体に配置すれば、撮像装置４２と使用者との位置関係の調整の必要がなく、手軽に利用することができるが、取得する姿勢情報の精度の点からは、図１４に示すように、前方正面に配置することが好ましく、また、修正情報や合成画像を使用者に呈示するためのテレビ４６を正面に置くと、使用者は視線Ｌを正面方向に向けた状態を保ちやすくなる。

このほか、揺動型運動装置として加速度センサ等を利用して使用者の運動量を求めることができるようにしたものでは、使用者の運動中の消費カロリーもしくはメッツをテレビ画面上に表示するようにしてもよい。

揺動型運動装置の可動部２の揺動による他動運動を行う場合だけでなく、可動部２の揺動運動を受けながら、使用者が可動部２上で積極的に身体を動かせば、運動効果をより高めることができるが、このような動きについても基準画像を用意しておけば、上記積極的な運動についてもより効果的な動きが得られるように修正情報を得ることができる。

また、姿勢情報取得手段として使用者に装着する加速度センサ４を用いている場合、加速度センサ４の出力を利用して遊ぶことができるテレビゲームプログラムを用意することも可能である。この場合、ゲームを楽しみながら運動を行うことができる。

逆に、３Ｇ型の加速度センサやジャイロセンサをコントローラに備えて該コントローラを動かすことでゲームを行えるようにしたテレビゲーム機器が存在していることから、このテレビゲーム機器とリンクして模範画面を出力するソフトウェアを用意すれば、上記コントローラを姿勢情報取得手段として利用して、模範通りの動きができているかどうかを確認することができるようにすることも可能である。

上記実施例では、乗馬を模した運動を使用者に負荷する揺動型運動装置を示したが、本発明はこの形態のものに限定されるものではなく、使用者が立つ台を揺動させることで、例えばサーフィンを模した運動を使用者に負荷するもの、使用者が腰掛けるシートを揺動させるとともに使用者の各足を個別に載せる足載せ台を上下動させることによって歩行動作を模した運動を使用者に負荷するものなどにも適用することができる。

本発明の実施の形態の一例のブロック回路図である。同上の側面図である。 (a)(b)は使用者に装着した加速度センサの出力から得た軌跡の説明図である。他例の側面図である。更に他の例の側面図である。同上のブロック回路図である。同上の出力される画像の説明図である。同上の他例の側面図である。同上の更に他例の側面図である。 (a)(b)は顔の向きを示す側面図である。顔の向きの修正情報を得ることについての説明図である。別の例の側面図である。視線を説明するもので、(a)は側面図、(b)は正面図である。他の例の側面図である。

符号の説明

２シート
３制御回路
４加速度センサ
３０比較演算部
３３基準姿勢情報格納メモリ
３５報知手段

Claims

使用者が乗る可動部と、該可動部に揺動運動を行わせる駆動部とを備えた揺動型運動装置において、上記使用者の可動部上での姿勢情報を取得する姿勢情報取得手段と、基準となる姿勢に関する情報を記録した基準姿勢情報格納手段と、上記姿勢情報取得手段から得た姿勢情報と基準姿勢情報格納手段から読み出した基準姿勢情報とを比較して使用者の姿勢を基準姿勢に近づけるための使用者の姿勢の修正情報を求める比較演算手段と、上記姿勢の修正情報を使用者に対して報知する報知手段とを備えていることを特徴とする揺動型運動装置。
上記姿勢情報取得手段は、使用者に装着される加速度センサもしくは角度センサであることを特徴とする請求項１記載の揺動型運動装置。
上記姿勢情報取得手段は、可動部に乗った使用者を動画で撮像する撮像手段と、撮像手段で撮像した画像から人物部分を抽出する画像処理手段とからなることを特徴とする請求項１記載の揺動型運動装置。
使用者が乗る可動部と、該可動部に揺動運動を行わせる駆動部とを備えた揺動型運動装置において、上記使用者の可動部上での映像としての姿勢情報を取得する姿勢情報取得手段と、基準となる姿勢に関する映像としての情報を記録した基準姿勢情報格納手段と、姿勢情報取得手段で得た映像としての姿勢情報と、基準姿勢情報格納手段から読み出した映像としての基準姿勢情報とを合成して両映像を重ね合わせた映像を出力する映像出力手段を備えていることを特徴とする揺動型運動装置。
上記姿勢情報取得手段は、使用者の上半身の姿勢情報を取得するものであ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。
姿勢情報取得手段は、上記使用者の顔部の姿勢情報を取得するものであるものであ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。
姿勢情報取得手段は、上記使用者の視線を検出して顔部の姿勢情報を取得するものであることを特徴とする請求項６記載の揺動型運動装置。