JP2009254697A - 運動システム - Google Patents

Abstract

【課題】他動運動機器を用いた他動運動の運動指導員がいない場合でも、運動中の姿勢を評価して、姿勢改善のための運動指示を得ることが可能な運動システムを提供する。
【解決手段】本システムは、ユーザが座る座席部を揺動させることで他動運動を行わせる他動運動機器と、ユーザの腰部付近に装着された加速度センサ２のセンサ出力をもとに運動中の姿勢を評価し、評価結果に応じて姿勢改善のための運動指示を作成する姿勢評価装置３と、作成された運動指示をユーザに提示する映像表示装置４を備える。姿勢評価装置３は、ワイヤレス通信部３２が加速度センサ２から受信したセンサ出力を収集データ記憶部３４に記憶させるデータ収集機能部３６と、センサ出力から運動中の姿勢を物理量として評価可能な診断指標の評価値を求めるデータ解析機能部３７と、評価値を所定の基準値と比較した結果に基づいて運動指示を作成する運動指示作成部３８を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、他動運動機器を用いた運動システムに関するものである。

従来、他動運動機器として、ユーザが跨いで着座する鞍状の座席部と、この座席部を揺動運動させる駆動部とを備え、座席部を揺動させることにより、座席部に座ったユーザに対して乗馬運動を模した他動運動を行わせるものが提供されている（例えば特許文献１参照）。

この他動運動機器では、８の字を描くように座席部を動かすことで、腰回りの筋肉や太ももの内側の筋肉を鍛えることができ、また前傾姿勢あるいは後傾姿勢で座席部に着座した状態で運動を行うことで、異なる部位の筋肉を鍛えたり贅肉を落とすための運動を行うことができる。
特開２００７−２１２３１号公報

上述の他動運動機器を用いて他動運動を行う場合、機器の使用に熟達しているユーザであれば、他動運動機器の動きに追従させて自分の体を動かすことで、目的の部位の筋肉を鍛えたり、贅肉を落とす効果が得られるが、機器の使用に不慣れなユーザの場合は、他動運動機器の動きに追従させて自分の体を動かすことができないために、運動効果を十分に得ることができなかった。例えば乗馬型の他動運動機器では、座席が動揺しても頭部がぶれないように上半身でバランスをとるため、熟練者では頭部の動きが少なく、腰部の動きは座席部の動きに合わせて大きくなるが、不慣れなユーザでは腰部の動きで座席部の動きを吸収できず、頭部や上半身の動きが大きくなる傾向がある。

したがって、他動運動機器を用いた他動運動を行う場合、運動指導員などに運動中の姿勢を見てもらい、悪い部分を矯正してもらうのが好ましいが、自宅などで他動運動機器を用いた運動を行う際には、運動中の姿勢を運動指導員に見てもらうことができないため、自身の姿を鏡に映して、確認することしかできなかった。しかしながら、他動運動機器の使用に熟達していないユーザでは自身の運動姿勢を見ても、体のどの部位の動きが悪く、また姿勢を改善するためにはどのような点に気を付ければ良いのかを判断するのが難しく、充分な運動効果が得られないという問題もあった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、他動運動機器を用いた他動運動の運動指導員がいない場合でも、運動中の姿勢を評価して、姿勢改善のための運動指示を得ることが可能な運動システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、ユーザが座る座席部を揺動させることによってユーザに他動運動を行わせる他動運動機器と、他動運動を行うユーザの腰部付近に装着される加速度センサと、加速度センサのセンサ出力をもとにユーザの運動中の姿勢を評価し、評価結果に応じて姿勢改善のための運動指示を作成する姿勢評価装置と、姿勢評価装置により作成された運動指示をユーザに提示する提示装置とを具備し、加速度センサは、３軸方向の加速度を検出する加速度検出部、および、加速度検出部の検出結果に基づいたセンサ出力を外部に出力する信号出力部を備えるとともに、姿勢評価装置は、加速度センサから出力されたセンサ出力を取得するセンサ出力取得部と、取得したセンサ出力から運動中の姿勢を物理量として評価可能な診断指標の評価値を求める評価量算出部と、評価量算出部の求めた評価値を予め設定された基準値と比較した結果に基づいて運動指示を作成する運動指示作成部を備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、他動運動機器が座席部を少なくとも前後方向に揺動させ、評価量算出部が、診断指標として、骨盤の鉛直方向に対する角度の変化を検出することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、他動運動機器が座席部を少なくとも前後方向に揺動させ、評価量算出部が、診断指標として、ユーザの体の前後方向への移動量を検出することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１の発明において、他動運動機器が座席部を少なくとも左右方向に揺動させ、評価量算出部が、診断指標として、ユーザの体の左右方向への移動量を検出することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１の発明において、他動運動機器が座席部を左右対称な動きで揺動させ、評価量算出部が、診断指標として、体の左右方向における中心位置に対して左側領域でのユーザの動きと、中心位置に対して右側領域でのユーザの動きとのばらつきを検出することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項２乃至５の何れか１つの発明において、他動運動機器が座席部を周期運動させ、評価量算出部が、周期毎に求めた評価値のばらつきを診断指標として検出することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、姿勢評価装置の評価量算出部が、加速度センサから取得したセンサ出力より運動中の姿勢を評価する診断指標の評価値を求め、運動指示作成部では、上記の評価値を基準値と比較した結果に基づいて運動指示を決定しているので、他動運動機器を用いた他動運動に熟達したインストラクターがユーザの運動中の姿勢を見なくても、ユーザの運動中の姿勢を評価して、姿勢改善のための運動指示をユーザに提示することができ、他動運動機器を用いた他動運動による運動効果を向上させ、効率的なトレーニングを行うことができる運動システムを提供できる。

請求項２の発明によれば、骨盤の角度変化を診断指標として検出しているので、腹筋や背筋を使って、骨盤の位置を正しい位置に保つことができているかを評価することができる。

請求項３の発明によれば、ユーザの体の前後方向への移動量を診断指標として検出しているので、骨盤の角度を変化させることによって座席部の前後方向への揺動動作を吸収し、同時に腹筋に力を入れることで骨盤を支えることができているか、また上半身が前後方向に動いていないかを評価することができる。

請求項４の発明によれば、ユーザの体の左右方向への移動量を診断指標として検出しているので、内股に力を入れて座席部を挟むことによって腰を支えているか、また上半身が左右方向に動いていないかを評価することができる。

請求項５の発明によれば、左側領域でのユーザの動きと右側領域でのユーザの動きとのばらつきを診断指標として検出しているので、左右均等な動きが行えているか評価することができる。

請求項６の発明によれば、周期毎に求めた評価値のばらつきを診断指標として検出しているので、ユーザが他動運動を安定的に行っているか否かを評価することができる。

以下に本発明に係る運動システムの実施形態を図面に基づいて説明する。

図２は運動システムの概略的なシステム構成図であり、この運動システムは、他動運動機器１と、他動運動機器１のユーザＡが装着する加速度センサ２と、姿勢評価装置３と、映像表示装置４（提示装置）と、Ｗｅｂサーバ５とを主要な構成として備えている。なお、姿勢評価装置３と映像表示装置４とＷｅｂサーバ５とは、インターネットのような通信ネットワーク８を介して接続され、通信ネットワーク８を介して相互にデータ通信が行えるようになっている。

他動運動機器１はユーザに対して他動的な運動を行わせるものであり、本実施形態では、例えば、ユーザが跨いで着座する鞍状の座席部１２を揺動させることによって、乗馬運動を模した他動運動を行わせる乗馬型の運動機器を用いている。図３は他動運動機器１の概略的なブロック図を示し、鞍状の座席部１２を揺動運動させる駆動部１３と、座席部１２を様々なパターンで揺動させるための動作プログラムを記憶した記憶部１４と、電源のオン／オフ操作や動作プログラムの選択操作や座席部１２を揺動させる速さや運動時間などの選択操作を行うための操作部１５と、マイクロコンピュータからなり、操作部１５の操作にしたがって駆動部１３の動作を制御する制御部１１とを備えている。

加速度センサ２は、箱状の器体２１の内部に図１に示す回路構成要素を内蔵したもので、器体２１をユーザＡの腰部付近にベルト（図示せず）を介して装着する。器体２１に内蔵される回路構成要素としては、演算処理部２２、加速度検出部２３、記憶部２４、信号出力部としてのワイヤレス通信部２５、操作部２６、電源部２７などがある。

加速度検出部２３は３軸方向の加速度（左右方向の加速度Ａｘ、前後方向の加速度Ａｙ、上下方向の加速度Ａｚ）を検出し、検出結果を演算処理部２２に出力する。記憶部２４はＲＯＭやＲＡＭなどからなり、動作プログラムや加速度検出部２３の検出結果などを記憶する。ワイヤレス通信部２５は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＩｒＤＡ（登録商標）などの通信方式を用いて近距離のワイヤレス通信を行うものである。操作部２６は、ユーザが各種の操作（例えば電源のオン／オフ操作や測定開始／測定終了の操作や各種の設定操作など）を行うためのものである。電源部２７は電池を電源として内部回路に動作電力を供給する。演算処理部２２は例えばマイクロコンピュータからなり、内部回路の動作を全体的に制御する。そして、演算処理部２２は、所定の周波数で加速度検出部２３から検出結果を読み取り、記憶部２４に記憶させる。また、演算処理部２２は、ワイヤレス通信部２５が受信した信号送信要求に応じて、加速度検出部２３から検出結果を所定の計測時間分取り込み、取り込んだ検出結果に基づくセンサ出力をワイヤレス通信部２５から送信させる。尚、加速度センサ２では、加速度検出部２３の検出結果をそのままセンサ出力として姿勢評価装置３に送信しているが、後述するゼロ点補正などの前処理を行った後のセンサ出力を姿勢評価装置３に出力しても良く、姿勢評価装置３側の処理量を低減することができる。

一方、姿勢評価装置３は、演算処理部３１と、ワイヤレス通信部３２と、ネットワーク通信部３３と、収集データ記憶部３４と、解析データ記憶部３５とを主要な構成として備えている。

ワイヤレス通信部３２は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＩｒＤＡ（登録商標）などの通信方式を用いて近距離のワイヤレス通信を行うものである。

ネットワーク通信部３３は、通信ネットワーク８を介してＷｅｂサーバ５との間で相互にデータ通信を行うものである。

収集データ記憶部３４は、加速度センサ２から取得したセンサ出力などを記憶する。

解析データ記憶部３５は、加速度センサ２のセンサ出力に基づいて演算処理部３１が各種のデータ解析を行った結果を記憶する。

また演算処理部３１は例えばマイクロコンピュータからなり、データ収集機能部３６、データ解析機能部３７および運動指示作成部３８を備えている。ここにおいて、データ収集機能部３６とデータ解析機能部３７と運動指示作成部３８とは演算処理部３１の演算機能によって実現されている。

演算処理部３１のデータ収集機能部３６は、ワイヤレス通信部３２から加速度センサ２に対して信号送信要求を無線送信させ、この信号送信要求に応じて加速度センサ２から返送されたセンサ出力をワイヤレス通信部３２が受信すると、受信したセンサ出力を収集データ記憶部３４に記憶させる。ここにおいて、ワイヤレス通信部３２とデータ収集機能部３６とでセンサ出力取得部が構成される。

評価量算出部としてのデータ解析機能部３７は、収集データ記憶部３４から読み出したセンサ出力をもとに、運動中の姿勢を評価するために用いる後述の各種診断指標について、その評価量を演算により求めている。またデータ解析機能部３７は、演算により求めた各種診断指標の評価値を解析データ記憶部３５に記憶させる。

運動指示作成部３８は、データ解析機能部３７が求めた各種診断指標の評価値と、図示しない記憶部に予め設定された基準値とを比較し、その比較結果に応じて姿勢改善のための運動指示の内容を作成する。

姿勢評価装置３では、後述するＷｅｂアプリケーション６から送信された姿勢診断命令をネットワーク通信部３３が受信すると、この姿勢診断命令に基づいて演算処理部３１がワイヤレス通信部３２から加速度センサ２に信号送信要求を無線送信し、加速度センサ２から運動時のセンサ出力を返送させる。そして、ワイヤレス通信部３２が加速度センサ２から返送されたセンサ出力を受信すると、演算処理部３１のデータ解析機能部３７が、加速度センサ２のセンサ出力をもとに、運動時の姿勢を評価するための各診断指標の評価値を演算により求めるとともに、運動指示作成部３８が、各診断指標の評価値を基準値と比較した結果に基づいて姿勢改善のための運動指示を作成し、各診断指標の評価値とともに姿勢改善のための運動指示をネットワーク通信部３３からＷｅｂアプリケーション６へ返送させる。

また映像表示装置４はネットワーク接続機能を備えた液晶テレビなどのテレビジョン装置からなり、他動運動機器１に座ったユーザＡから目視可能な位置に設置されている。この映像表示装置４は通信ネットワーク８を介してＷｅｂサーバ５のＷｅｂアプリケーション６から配信された映像を画面４ａ上に表示する。また映像表示装置４は、リモコン７から送信される赤外線のようなワイヤレス信号を受信するワイヤレス受信部４ｂを備えており、ユーザＡの操作に応じてリモコン７から送信されたワイヤレス信号をワイヤレス受信部４ｂが受信すると、ワイヤレス信号の操作内容に応じてチャンネルや音量の切り替えを行ったり、通信ネットワーク８を介してＷｅｂサーバ５にアクセスし、Ｗｅｂサーバ５が提供するＷｅｂページを表示させたり、Ｗｅｂアプリケーション６を実行させることができる。

Ｗｅｂサーバ５は、通信ネットワーク８を介して接続される映像表示装置４に対して、情報コンテンツや映像コンテンツなどの各種コンテンツを配信するものである。そして、Ｗｅｂサーバ５には、コンテンツの１つとして他動運動機器１を用いた運動時の姿勢を診断するＷｅｂアプリケーション６が用意されており、映像表示装置４からの実行要求に応じてＷｅｂアプリケーション６を実行させることで、後述の姿勢診断処理が実行される。

本実施形態の運動システムは以上のような構成を有しており、この運動システムによる姿勢診断処理について以下に説明する。

ところで、本システムで説明する乗馬型の他動運動機器１の場合、この他動運動機器１の使用に熟達した運動指導員が、ユーザの運動時の姿勢を見て、他動運動機器１に正しく乗れているか否かを判断する際に、下記表１の診断項目の欄（左欄）に挙げるような診断を行っている。

本発明者らは、コンピュータを用いた姿勢評価装置３で運動指導員が行うのと同様の診断を行えるように、表１に示すａ〜ｈの各診断項目について、それぞれ、物理量で評価可能な診断指標を採用したものであり、各診断項目に対応する診断指標を表１の右欄に示す。この表１を診断指標をキーにしてまとめ直すと、下記の表２になり、診断指標として「腰の前後移動量」「腰の左右移動量」「骨盤角度の振れ幅」「骨盤角度」「各指標の左右差」「各指標の周期毎のばらつき」の６つの診断指標を採用することにした。ここにおいて、図５（ｂ）の運動軌跡をもとに各指標を説明すると、腰の前後移動量は右側領域（ユーザＡの体の中心位置に対して右側の領域）ではＷ１、左側領域（中心位置に対して左側の領域）ではＷ２となり、腰の左右移動量は左側領域ではＷ３、右側領域ではＷ４となる。また、各指標の左右差のうち前後移動量の左右差Ｄ１は、左側領域での前後移動量Ｗ１と右側領域での前後移動量Ｗ２の差分の絶対値｜Ｗ１−Ｗ２｜から求めることができ、各指標の周期毎のばらつきのうち左右移動量の周期毎のばらつきＤ２は、各周期の左右移動量（例えば右側領域での左右移動量Ｗ２）のばらつきから求めることができる。また骨盤角度は、図５（ｃ）に示すように鉛直方向に対する骨盤（すなわち加速度センサ２）の角度θ１から求めることができ、運動中に骨盤角度θ１が変化した角度範囲から骨盤角度の振れ幅θ２を求めることができる。

なお表２では、「腰の前後移動量」から診断される項目は複数あるが、項目ｃの腹筋で力を入れて骨盤を支えるためには、項目ｆの骨盤角度を変化させて座席部の動きを吸収する必要がある。そして、項目ｃ、ｆの内容ができていなければ、体が緊張して（項目ｂ）、上半身が動いてしまう（項目ａ）。このように「腰の前後移動量」から診断される項目は、それぞれが独立しているものではなく、互いに関連している。また「骨盤角度の振れ幅」からはｂとｆの診断を行っているが、これらｂ，ｆの診断は腰の前後移動量からも行えるので、本発明者らは骨盤角度の振れ幅を検出しなくても同等の診断が行えると判断し、「腰の前後移動量」「腰の左右移動量」「骨盤角度」「各指標の左右差」「各指標の周期毎のばらつき」の５つの診断指標を用いて、姿勢の診断を行うことにした。

以下に、姿勢評価装置３が加速度センサ２のセンサ出力をもとに上記の５つの診断指標を演算する方法について説明する。ところで、加速度センサ２はユーザ自身が装着するため、図６（ａ）に示すように加速度センサ２が傾いて取り付けられると、骨盤角度に装着状態におけるオフセット角度θ０が重畳されることになり、装着状態によっては骨盤角度などを正しく検出できない可能性がある。そこで、演算処理部３１では、加速度センサ２を装着して立位している状態で加速度センサ２から入力されるセンサ出力をもとに、加速度センサ２の前後方向の傾きを補正するゼロ点補正を行い、ゼロ点補正後のセンサ出力をもとに上記指標の演算を行っている。

先ずゼロ点補正の方法について図６（ａ）を参照して説明を行う。加速度センサ２を装着して静止している状態では、加速度センサ２により検出される加速度は重力加速度と等しくなる。したがって、姿勢評価装置３では、ユーザＡが立位している状態で加速度センサ２に所定の計測時間（例えば１０秒間）だけ加速度の検出処理を行わせ、その検出結果を加速度センサ２から無線送信させる。そして、姿勢評価装置３のワイヤレス通信部３２が加速度センサ２から所定の計測時間分のセンサ出力を受信すると、ワイヤレス通信部３２の受信したセンサ出力を演算処理部３１のデータ収集機能部３６が収集データ記憶部３４に記憶させるとともに、データ解析機能部３７が、収集データ記憶部３４から所定時間の前後方向加速度データを読み出して、その平均値ａ（Ａｙ）を求めた後、以下の式（１）を用いてオフセット角度θ０を求めている。尚、ｇは重力加速度である。また加速度センサ２では、構造上、重力成分の正負が反転して検出されるため、式（１）では加速度平均値ａ（Ａｙ０）に（−１）を乗算している。

θ０＝Ｓｉｎ^−１（−ａ（Ａｙ０）／ｇ） …（１）
次に、加速度センサ２を腰部に装着した状態で運動を行った時の加速度センサ２のセンサ出力をもとに、上記５つの診断指標値を求める処理について説明する。

まず、演算処理部３１のデータ解析機能部３７が骨盤角度を求める処理について説明する。データ解析機能部３７では、データ収集機能部３６によって収集された加速度センサ２のセンサ出力をもとに、前後方向の加速度Ａｙの周期平均と重力加速度ｇとを用いて、前後方向における骨盤角度θ１を求める。図６は骨盤角度θ１の算出方法を説明する図であり、他動運動機器１が座席部１２を周期運動させる場合は、１周期での運動加速度（前後方向加速度Ａｙ）の平均値がゼロになるため、前後方向加速度Ａｙの周期平均が重力加速度と等しくなると仮定できる。したがってデータ解析機能部３７では、前後方向加速度Ａｙの周期平均ａ（Ａｙ）と重力加速度とを用い、以下の式（２）から骨盤角度θ１を求めている。

θ１＝Ｓｉｎ^−１（ａ（Ａｙ）／ｇ） …（２）
次に、演算処理部３１のデータ解析機能部３７が腰の左右移動量および前後移動量を求める処理について説明する。位置は加速度を２回積分した値であることから、理論上は加速度センサ２の加速度データを２回積分すれば位置が求まるはずだが、本発明者らが加速度データの２回積分を行って運動軌跡を求めたところ、実際の軌跡との誤差が大きく、この方法で左右移動量および前後移動量を求めることは困難であった。一方、本発明者らが加速度センサ２により検出された加速度の振幅と、位置の振幅（すなわち左右方向および前後方向の移動量）とを実測した結果、両者の間には相関があることが判明したので、左右方向の加速度の振幅から左右方向の移動量を推定し、前後方向の加速度の振幅から前後方向の移動量を推定することとした。

すなわち、データ解析機能部３７では、収集データ記憶部３４から読み出した左右方向軸の加速度データをもとに、左側領域であるか右側領域であるかの判定を行って、運動周期を求める。図７（ａ）は左右方向の位置を示す軌跡、同図（ｂ）は左右方向の加速度を示す軌跡であり、左右方向の位置がプラスになるときが左側領域での運動、左右方向の位置がマイナスになるときが右側領域での運動を示している。乗馬型の他動運動機器１の運動は単振動に近い周期運動であるため、加速度の軌跡は位置の軌跡と位相が反転している。

図７（ｂ）に示した加速度の軌跡は重力成分を無視したものであり、実際には加速度センサ２の検出データに重力成分が加わるため、左右方向における加速度Ａｘの軌跡は図８（ａ）に示すように基線イが変動したような軌跡アとなる。ここで、他動運動機器１の運動は単振動に近い周期運動であり、加速度Ａｘの周期平均は重力成分の周期平均に等しくなると考えられるので、左右方向における加速度Ａｘの基線イは、左右方向における加速度Ａｘの周期平均に近いと考えられる。したがって、データ解析機能部３７では、左右方向における加速度検出値Ａｘからその周期平均ａ（Ａｘ）を減算した値の絶対値（｜Ａｘ−ａ（Ａｘ）｜）を左右方向の加速度振幅とみなし、左右の各領域において左右方向の加速度振幅を足し合わせた面積から各領域での左側移動量および右側移動量を求めている。ここで、右側領域での移動量をＳＲ、左側領域での移動量をＳＬ、左右方向の加速度検出値をＡｘ、左右方向の加速度検出値の周期平均をａ（Ａｘ）、右側領域で運動する期間をｔＲ、左側領域で運動する期間をｔＬとすると、右側領域および左側領域での左右移動量ＳＲ、ＳＬはそれぞれ下記の式（３）、式（４）で求められる。

また、前後方向における加速度Ａｙの軌跡も、左右方向における加速度Ａｘの軌跡と同様に重力成分の影響を受け、図８（ｂ）に示すように基線エが変動したような軌跡ウとなる。したがって、データ解析機能部３７では、左右方向の移動量を求めるのと同様に、前後方向の加速度検出値Ａｙからその周期平均ａ（Ａｙ）を減算した値の絶対値（｜Ａｙ−ａ（Ａｙ）｜）を前後方向の加速度振幅とみなし、左右の各領域において前後方向の加速度振幅を足し合わせた面積から左側領域での前後移動量と右側領域での前後移動量を求めている。ここで、右側領域での前後移動量をＵＲ、左側領域での前後移動量をＵＬ、前後方向の加速度検出値をＡｙ、前後方向の加速度検出値の周期平均をａ（Ａｙ）、右側領域で運動する期間をｔＲ、左側領域で運動する期間をｔＬとすると、右側領域および左側領域での前後移動量ＵＲ、ＵＬはそれぞれ下記の式（５）、式（６）で求められる。

上述のようにしてデータ解析機能部３７が、腰の左右移動量、前後移動量および骨盤角度を検出すると、左側領域で運動する際の検出データと、右側領域で運動する際の検出データの比から左右バランス（左右差）を演算により求める。例えばデータ解析機能部３７では、左側領域での左右方向移動量ＳＬと右側領域での左右方向移動量ＳＲとの比ＳＬ／ＳＲが１付近であれば左右方向の移動量の左右バランスが良好と判断する。またデータ解析機能部３７では、左側領域での前後移動量ＵＬと右側領域での前後移動量ＵＲの比率ＵＬ／ＵＲが１付近であれば前後移動量の左右バランスが良好と判断する。

またデータ解析機能部３７では上記各指標の周期毎のばらつきを演算により求めている。すなわちデータ解析機能部３７では、左側領域での左右方向移動量ＳＬ、右側領域での左右方向移動量ＳＲ、左側領域および右側領域での前後移動量ＵＲ，ＵＬのそれぞれについて標準偏差を算出し、その算出結果が所定の合格基準値内に収まっていれば、周期毎のばらつきが許容範囲内であると判断する。

姿勢評価装置３では個々の評価指標を上記のような方法で求めているが、本システムを用いた姿勢診断処理について図４のフローチャートに基づいて説明する。運動時の姿勢を診断したいユーザＡが、加速度センサ２を腰部に装着して立位している状態でリモコン７を操作して、映像表示装置４に姿勢診断用のＷｅｂページ（図１０参照）を表示させた後、Ｗｅｂページの中央下側に表示された立位測定ボタンＢ１を選択する操作を行うと、映像表示装置４からＷｅｂサーバ５にＷｅｂアプリケーション６の実行要求が送信され、Ｗｅｂアプリケーション６が姿勢評価装置３に立位計測処理の実行要求を送信する。この時、姿勢評価装置３では、Ｗｅｂアプリケーション６から送信された立位計測の実行要求に従って、演算処理部３１が上述のゼロ点補正処理を実行する。すなわち演算処理部３１では、データ収集機能部３６が加速度センサ２から所定の計測時間分のセンサ出力を取り込んで（図４のステップＳ１）、収集データ記憶部３４に記憶させ、その後、データ解析機能部３７が収集データ記憶部３４から読み込んだ前後方向の加速度データをもとに、上述したゼロ点補正処理を行い、装着時の加速度センサ２の傾きを算出する（ステップＳ２）。

次に、ユーザＡがリモコン７を操作して、図１０のＷｅｂページに表示された測定開始ボタンＢ２を選択する操作を行うと、映像表示装置４がリモコン操作に応じてＷｅｂサーバ５にＷｅｂアプリケーション６の実行要求を送信し、Ｗｅｂアプリケーション６が姿勢評価装置３に姿勢診断処理の実行要求を送信する。また同時に、ユーザＡは他動運動機器１の操作部１５を操作して座席部１２を８の字状に動かす運動を選択すると、制御部１１が駆動部１３を制御して、所定の周期および振幅で座席部１２を８の字状に運動させる。

この時、姿勢評価装置３では、Ｗｅｂアプリケーション６から送信された姿勢診断処理の実行要求にしたがって、演算処理部３１が姿勢診断プログラムを実行し、データ収集機能部３６が加速度センサ２から所定の計測時間分のセンサ出力を取り込み（ステップＳ３）、収集データ記憶部３４に記憶させる。その後、データ解析機能部３７が収集データ記憶部３４から加速度データを読み込み、ゼロ点補正などの処理を行った後（ステップＳ４）、左右方向加速度の周期平均を求め、左右方向加速度が周期平均より大きくなる部分を右側領域の運動、周期平均より小さくなる部分を左側領域の運動と判断し（ステップＳ５）、右側領域の運動が開始する時点から次の右側領域の運動が開始する時点までを１周期と設定する（ステップＳ６）。次にデータ解析機能部３７は、前後方向の加速度データの周期移動平均ａ（Ａｘ）と、左右方向の加速度データの周期移動平均ａ（Ａｙ）を算出し（ステップＳ７）、前後方向加速度の周期移動平均ａ（Ａｘ）から式（７）を用いて骨盤角度の周期平均θ３を求めるとともに、左右方向加速度の周期移動平均ａ（Ａｙ）から下記の式（８）を用いて左右角度の周期平均θ４を求める。

θ３＝Ｓｉｎ^−１（−ａ（Ａｘ）／ｇ）−θ０ …（７）
θ４＝Ｓｉｎ^−１（−ａ（Ａｙ）／ｇ） …（８）
次にデータ解析機能部３７では、上述した式（３）〜式（６）を用いて腰の前後移動量、左右移動量をそれぞれ算出するとともに（ステップＳ９）、左右バランスおよび安定性を算出する。そして、運動指示作成部３８は、データ解析機能部３７の求めた診断指標（腰の前後移動量、左右移動量、骨盤角度、左右バランス、安定性）の評価値をそれぞれ所定の基準値と比較することによって、各診断指標についてユーザＡの乗り方を例えば良（○）、可（△）、不良（×）の３段階で評価し、この評価結果に基づいてユーザＡに与える運動指示を作成する（ステップＳ１０）。ここで、姿勢評価装置３の記憶部（図示せず）には、各々の診断指標毎にその評価結果（○、△、×）に対応する運動指示が予め登録されている。表３は文字メッセージからなる運動指示の一例を示し、各診断指標の評価結果が全て「○」であれば、運動指示作成部３８は例えば「大変上手に乗れています。その調子で続けてください。」のような指示内容を作成する。また４つの診断指標のうち１つでも評価結果が「△」又は「×」であれば、運動指示作成部３８は、評価結果が「△」又は「×」となった診断指標に対する指示内容を記憶部から読み出し、それらを組み合わせて運動指示を作成する。例えば「左右のぶれ」および「安定度」の評価結果がともに「×」であれば、運動指示作成部３８は「頭や肩を動かさないように意識し、内ももをしっかり締めてください。」のような運動指示を作成する。また「左右のぶれ」および「安定度」の評価結果がともに「△」であれば、運動指示作成部３８は「左右の揺れと安定度は、その調子で続ければ筋力がつき、次第に安定してきます。」のような運動指示を作成する。

そして、姿勢診断処理および運動指示の作成処理が終了すると、演算処理部３１では、上方から見た腰の移動軌跡や骨盤角度の変化を示すグラフや、各診断指標の評価結果や運動指示の表示データを作成して、ネットワーク通信部３３からＷｅｂアプリケーション６に送信し、Ｗｅｂアプリケーション６が映像表示装置４に、上から見た腰の移動軌跡や骨盤角度の変化を示すグラフと、各診断指標の評価結果および運動指示を表示させる（ステップＳ１１）。図１０は映像表示装置４に表示される画面の一例を示し、画面右上に前回の診断結果（図中のＣ１）と今回の診断結果（図中のＣ２）とが左右に並べて表示されている。また前回と今回の診断結果には、各評価項目の診断結果（○、△、×）とともに、上側から見た時の腰部の移動軌跡と、骨盤角度の変化軌跡とが表示されている。なお図１０に示す例では、左右のばらつきの診断結果が表示されていないが、左右のばらつきの診断結果を一緒に表示させても良い。また図中の右下には、理想の乗り方をしたときの腰部の移動軌跡Ｃ３と、運動指示作成部３８により作成された運動指示Ｃ４が表示されている。而して、本実施形態の運動システムによれば、姿勢評価装置３のデータ解析機能部３７が、加速度センサ２から受信したセンサ出力より運動中の姿勢を評価する評価値を求め、運動指示作成部３８では、上記の評価値を基準値と比較した結果に基づいてユーザＡに与える運動指示を作成し、ユーザＡに提示しているので、他動運動機器１を用いた他動運動に熟達した運動指導員がユーザＡの運動中の姿勢を見なくても、ユーザＡの運動中の姿勢を評価して、姿勢改善のための運動指示をユーザＡに提示でき、他動運動機器１を用いた他動運動による運動効果を向上させて、効率的なトレーニングを行うことができる。

ここで、図９（ａ）（ｂ）は運動時の骨盤角度の変化を示す軌跡であり、図９（ａ）の測定結果では、立位姿勢で測定した骨盤角度θ０に対して、骨盤角度が後傾気味で、安定していない。したがって、このユーザＡが上述の乗り方診断を行うと、例えば「お腹を引っ込めて、おしりの穴を下に向けるように意識し、頭や肩を動かさないようにしてください。」のような運動指示が映像表示装置４に提示されるので、この運動指示に従って練習を行うことで、運動時の姿勢が改善され、図９（ｂ）に示すように立位姿勢時の骨盤角度θ０で安定させることができる。

また図１１（ａ）〜（ｅ）は運動時の骨盤を上側から見た移動軌跡を示し、同図（ｂ）に示すように前後方向の移動量（前後のぶれ）Ｅ１が大きい場合、このユーザＡが本システムによる姿勢診断を行うと、例えば「腹筋にしっかり力を入れてください。」といった運動指示が映像表示装置４に提示されるので、この運動指示に従って練習を行うことで、運動時の姿勢が改善され、図１１（ａ）に示す理想的な移動軌跡の前後移動量Ｅ１に近付けることができる。

また同図（ｃ）に示すように左右方向の移動量（左右のぶれ）Ｅ２が大きい場合、このユーザＡが上述の乗り方診断を行うと、例えば「内ももを締めてください。」といった運動指示が映像表示装置４に提示されるので、この運動指示に従って練習を行うことで、運動時の姿勢が改善され、図１１（ａ）に示す理想的な移動軌跡の左右移動量Ｅ２に近付けることができる。

また更に同図（ｄ）に示すように左側領域での左右移動量Ｅ３と右側領域での左右移動量Ｅ４との比率と１との差が所定の閾値よりも大きく、左右バランスが悪い場合、このユーザＡが上述の乗り方診断を行うと、例えば左に偏っている場合「運動が左に偏っています。座席の真ん中に座って、左右均等に運動するように意識してください。」といった運動指示が映像表示装置４に提示されるので、この運動指示に従って練習を行うことで、運動時の姿勢が改善され、図１１（ａ）に示す理想的な移動軌跡の左右バランスに近付けることができる。

また同図（ｅ）に示すように周期毎のばらつきが大きい場合（安定性が悪い場合）、このユーザＡが上述の乗り方診断を行うと、例えば「頭や肩を動かさないように意識してください。」といった運動指示が映像表示装置４に提示されるので、この運動指示に従って練習を行うことで、運動時の姿勢が改善され、図１１（ａ）に示すような理想的な移動軌跡に近付けることができる。

なお、本実施形態の姿勢評価装置３では、骨盤の角度変化を診断指標として検出しているので、腹筋や背筋を使って、骨盤の位置を正しい位置に保つことができているかを評価することができる。また、姿勢評価装置３では、ユーザの体の前後方向への移動量を診断指標として検出しているので、骨盤の角度を変化させることによって座席部１２の前後方向への揺動動作を吸収し、同時に腹筋に力を入れることで骨盤を支えることができているか、また上半身が前後方向に動いていないかを評価することができる。さらに、姿勢評価装置３では、ユーザの体の左右方向への移動量を診断指標として検出しているので、内股に力を入れて座席部１２を挟むことによって腰を支えているか、また上半身が左右方向に動いていないかを評価することができる。また、姿勢評価装置３では、中心位置に対して左側領域でのユーザの動きと、中心位置に対して右側領域でのユーザの動きとのばらつきを診断指標として検出しているので、左右均等な動きが行えているか評価することができる。さらに、姿勢評価装置３では、周期毎に求めた評価値のばらつきを診断指標として検出しているので、ユーザＡが他動運動を安定的に行っているか否かを評価することができる。

また本実施形態では、加速度センサ２のセンサ出力を収集するコンピュータ（姿勢評価装置３）に各診断指標の評価値を演算する機能や、評価値をもとに姿勢診断を行う機能を持たせているが、Ｗｅｂサーバ５側に診断指標の演算機能や姿勢診断機能を持たせても良いことは言うまでもない。

本実施形態の運動システムの概略的なブロック図である。 同上の運動システムの全体構成を示す概略構成図である。 同上に用いる他動運動機器のブロック図である。 同上の動作を説明するフローチャートである。 （ａ）は他動運動機器にユーザが乗った状態を上方から見た図、（ｂ）はユーザの腰部の動きを上方から見た運動軌跡、（ｃ）は他動運動機器に乗った状態を側方から見た図である。 （ａ）は立位状態での骨盤角度の算出方法を説明する説明図、（ｂ）は運動中の骨盤角度の算出方法を説明する説明図である。 （ａ）は運動中の左右方向位置の変化を示す軌跡、（ｂ）は運動中の左右方向加速度の変化を示す軌跡である。 （ａ）は運動中の左右方向加速度の実際の測定値を示す軌跡、（ｂ）は運動中の前後方向加速度の実際の測定値を示す軌跡である。 （ａ）（ｂ）は運動中の骨盤角度の変化を示す説明図である。 同上の診断結果を表示する画面の説明図である。 （ａ）〜（ｅ）は運動時の腰部の動きを上方から見た運動軌跡の説明図である。

符号の説明

１ 他動運動機器
２ 加速度センサ
３ 姿勢評価装置
４ 映像表示装置（提示装置）
５ Ｗｅｂサーバ
６ Ｗｅｂアプリケーション
８ 通信ネットワーク
１２ 座席部
２３ 加速度検出部
２５ ワイヤレス通信部（信号出力部）
３１ 演算処理部
３２ ワイヤレス通信部（センサ出力取得部）
３４ 収集データ記憶部
３６ データ収集機能部（センサ出力取得部）
３７ データ解析機能部（評価量算出部）
３８ 運動指示作成部

Claims (6)

1. ユーザが座る座席部を揺動させることによってユーザに他動運動を行わせる他動運動機器と、他動運動を行うユーザの腰部付近に装着される加速度センサと、加速度センサのセンサ出力をもとにユーザの運動中の姿勢を評価し、評価結果に応じて姿勢改善のための運動指示を作成する姿勢評価装置と、姿勢評価装置により作成された運動指示をユーザに提示する提示装置とを具備し、
   前記加速度センサは、３軸方向の加速度を検出する加速度検出部、および、加速度検出部の検出結果に基づいたセンサ出力を外部に出力する信号出力部を備えるとともに、
   前記姿勢評価装置は、加速度センサから出力されたセンサ出力を取得するセンサ出力取得部と、取得したセンサ出力から運動中の姿勢を物理量として評価可能な診断指標の評価値を求める評価量算出部と、評価量算出部の求めた評価値を予め設定された基準値と比較した結果に基づいて前記運動指示を作成する運動指示作成部を備えたことを特徴とする運動システム。
2. 前記他動運動機器が前記座席部を少なくとも前後方向に揺動させ、前記評価量算出部が、前記診断指標として、骨盤の鉛直方向に対する角度の変化を検出することを特徴とする請求項１記載の運動システム。
3. 前記他動運動機器が前記座席部を少なくとも前後方向に揺動させ、前記評価量算出部が、前記診断指標として、ユーザの体の前後方向への移動量を検出することを特徴とする請求項１記載の運動システム。
4. 前記他動運動機器が前記座席部を少なくとも左右方向に揺動させ、前記評価量算出部が、前記診断指標として、ユーザの体の左右方向への移動量を検出することを特徴とする請求項１記載の運動システム。
5. 前記他動運動機器が前記座席部を左右対称な動きで揺動させ、前記評価量算出部が、前記診断指標として、体の左右方向における中心位置に対して左側領域でのユーザの動きと、中心位置に対して右側領域でのユーザの動きとのばらつきを検出することを特徴とする請求項１記載の運動システム。
6. 前記他動運動機器が前記座席部を周期運動させ、前記評価量算出部が、周期毎に求めた前記評価値のばらつきを前記診断指標として検出することを特徴とする請求項２乃至５の何れか１項に記載の運動システム。

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