JP2010187883A - ぶら下がり運動具 - Google Patents

Abstract

【課題】健常者とともに体の強健でない運動者でも無理なくぶら下がり運動ができるように、運動者に無理のないぶら下がり位置および牽引力がかかるようにする。
【解決手段】ぶら下がり運動時にいきなり運動者が鉄棒等に全体重をかけることではなく、あらかじめ設定、調整された牽引力が漸次人体に加わるようにする。センサにより鉄棒または踏み台にかかる荷重を検出し、プログラム制御および電動機により鉄棒または踏み台の位置を上下に動かし、運動者にかかる牽引力の大きさと時間を、運動者にとって無理のないように制御する。

【選択図】図１

Description

本発明は身体にかかる負担の少ない懸垂運動またはぶら下がり運動を行うための運動具に関するものである。

懸垂運動またはぶら下がり運動（以下ぶら下がり運動と称する）は、筋肉増強、姿勢、背骨の矯正、腰痛、肩こり防止等に効果がある。

しかしながら通常の鉄棒でぶら下がり運動を行うためには、鉄棒にぶら下がるだけの強い体力が必要であった。また鉄棒は足が地面から離れるだけの高位置にあるためそこに飛びつくための体力と運動性が必要だった。また各運動者の身長が異なるため鉄棒の高さが各個人に対して必ずしも適切ではなかった。

従来のぶら下がり運動具は負担を軽くするいろいろな工夫がされているが、結局は手や腕に全体重がかかるため、十分な体力を必要とした。

このため懸垂運動またはぶら下がり運動が健康維持や体形矯正、体力増進に有効だと分かっていても、なかなか体力の十分でない一般の人が継続してぶら下がり運動を行うことは困難であった。いわんや車椅子の生活をしている人がぶら下がり運動を行うことは、不可能に近かった。

この理由はぶら下がり運動を行うためには運動者が運動具、たとえば鉄棒に全体重をかけなければならず、強健な体力を必要することによる。

特許公開２００８−２７２１５６ 特許公開２００６−１３６６０８

解決しようとする問題点は、高い位置に固定された鉄棒を使ってぶら下がり運動を行うことは運動者が全体重をかけなければならず、体力の弱い人がぶら下がり運動を行うことが困難である点である。

また他の問題点は、ぶら下がる鉄棒等の位置が体形、体力の異なる運動者にとって適切でない点である。

また他の問題点は家庭内でも使用できる場所を取らない簡単な構造の加重調整可能なぶら下がり運動具が得られないことである。

本発明はセンサにより鉄棒または踏み台にかかる荷重を検出し、プログラム制御およびそれに駆動される電動機により鉄棒または踏み台の位置を上下に動かし、運動者にかかる牽引力の大きさと時間を制御することを主要な特徴とする。

本発明では運動者のぶら下がり力として必ずしも全体重をかけることではなく、あらかじめ設定、調整された牽引力および時間で漸次人体に加わるようにする。そのために懸垂運動者がつかむ鉄棒等を電動でゆっくりと上昇させる。または運動者の乗っている踏み台をゆっくりと下降させる。牽引力を減らす場合にはプログラムに従って電動機を制御して鉄棒等をゆっくりと下降させる。または踏み台をゆっくりと上昇させる。

鉄棒等には下方向にぶら下がり力と上方向に牽引力が働くが、作用反作用の法則により両者は等しい。人間の体は弾力があるので、鉄棒または踏み台の位置を上下に動かすことにより人体にかかるぶら下がり力または牽引力を変化させ制御させることができる。

この場合の運動者がつかまる鉄棒は木、プラスチック等の違う材料による用具でもよく、また吊り輪等の違う形状の用具でもよい。以下これらを総称して鉄棒等と称する。

鉄棒等または踏み台にかかる荷重はセンサで検知され検出量と設定値を比較して電動機を制御し鉄棒を上下に移動させる。この制御はそれぞれの運動者の体力、目的に合わせて設定されたプログラムに従って行われる。

本発明の運動具によれば、強靭ではない体力の持ち主でもそれぞれの体力に応じた無理のないぶら下がり運動ができる。

また体力の増進に応じて新たなプログラムを設定することにより段階的に牽引力を増やし、さらなる体力の増進を図ることができる。

またプログラムの設定により懸垂負荷または牽引の時間も必ずしも連続的にかけるのではなく、周期的にかけることもでき、牽引力のかけられる時間とかけられない時間を繰り返すことにより疲労を回復しながら無理なくある程度長い時間のぶら下がり運動を行うことができ、運動の効果を上げることが出来る。また運動のつらさを味わうことなく長期的に運動を継続することができる。

また鉄棒または踏み台の初期の位置を運動者の体形や運動状況に応じて低くも高くもできるので、年齢、体形および体力的に幅広い範囲の運動者を対象とすることができる。

また実施形態によっては、ぶら下がっていない状態の荷重、即ち運動者の体重が表示パネルに表示されるので、この装置を体重計としても利用でき、日常の健康管理として活用することもできる。

運動者が椅子や車椅子（以下車椅子等と称する）を使う場合には、最初に車椅子等だけをセンサに乗せその時のセンサ出力値をゼロとすることにより、以降の体重および牽引力の値は車椅子等の重量を差し引いた値で表示、操作、制御することができ、車椅子等を使う強健ではない運動者でもぶら下がり運動を行うことができる。

図１はぶら下がり運動具の実施方法を示した説明図である。（実施例１） 図２はぶら下がり運動具の鉄棒の上下移動方法例を示した説明図である。（実施例１） 図３はぶら下がり運動具の制御方法例を示したブロック図である。（実施例１） 図４はぶら下がり運動具の他の実施方法を示した説明図である。（実施例２） 図５はぶら下がり運動具の他の実施方法を示した説明図である。（実施例３） 図６はぶら下がり運動具の踏み台上面の上下移動方法例を示した説明図である。（実施例３） 図７はぶら下がり運動具の表示操作部例を示した説明図である。（実施例１、２、３） 図８はぶら下がり運動具の動作例を示したグラフである。（実施例１、２、３）

本発明を実施するための、荷重または牽引力をセンサで検出し電動機を制御し鉄棒または踏み台を上下に移動させるという目的を、少ない部品点数で簡単な構造で実現することを可能とした。

図１は本発明装置の実施例１の外観図である。実施例１では運動者１は鉄棒４につかまりぶら下がり運動を行う。運動の開始にあたって鉄棒４は低い位置にあり運動者は容易にこれにつかむことができる。つかまった初期において運動者はぶら下がり動作を始めてはおらず、鉄棒には運動者を上に引っ張り上げる牽引力は発生していない。

表示操作部５の操作またはプログラムにより運動が開始されると鉄棒５は徐々に上に持ち上げられ運動者にかかる牽引力も徐々に増加する。牽引力が表示操作部によりあらかじめ設定された牽引目標設定値に達すると鉄棒５は一定の牽引力を保ったまま停止する。停止する時間はあらかじめ設定された時間設定値で決められる。

牽引目標設定値が体重以上に設定された場合には、運動者の全体重がかかったと判断される場合に停止する。これは鉄棒４が上にむけて駆動されているにも係わらず牽引力の増加がないこと、または牽引力の時間的微分値がゼロとなることで判別できる。この判断および電動機の停止はプロセッサーにより行われる。

プロセッサーに設定された一定時間が過ぎると鉄棒は徐々に下に下げられ運動者にかかる牽引力も徐々に減少する。鉄棒が下がり運動者にかかる牽引力がゼロに達すると鉄棒は停止する。停止時は運動者に牽引力はかからずその間運動は休みになる。

あらかじめ設定された休み時間が過ぎると再び鉄棒は上に持ち上げられ運動が開始される。以降はプログラムに従って以上の動作を繰り返す。運動を終了させる場合にはあらかじめ設定された終了時間に従い動作を停止させるかまたは運動者が鉄棒等から手をはなしたことを判定し動作を停止させる。この判定は牽引力がある一定時間以上ゼロとなったことを検出して行われる。

これらの動作は内蔵されているマイコンまたはプロセッサーおよびプログラムにしたがって行われる。

鉄棒は鉄棒支持具３およびワイア７によって引っ張られ上下に動かされる。ワイアの代わりにベルト等の他の形状、材料でもよい。

図２は鉄棒を上下に動かす機構を示したものである。図において鉄棒支持具３は支柱２に沿って、ワイア７、プーリ−６５、ワイア牽引ブロック６２、ワイア牽引送りネジ棒６５、ギアボックス６３、電動機６４により上下に駆動される。ワイア牽引ブロック６２にはメスネジが切られており、ワイア牽引送りネジ棒６１には、ブロック６２とかん合するオスネジが切られている。オスネジは左右で反対方向に切られており、送りネジ棒６１が回転すると、ブロック６２はそれぞれ反対方向に駆動され、ワイアを経由して鉄棒を上下に移動させる。

電動機６４の種類としては、直流モータやサーボモータ等の回転方向、速度を制御することが可能な電動機を使う。

鉄棒を上下に移動させる手段としては、図２のようにワイアやベルトを使用する以外に、広く普及している多くの種類の直線移動手段を利用することができる。

重量センサ６６は、圧力センサ等を使用して、ワイアにかかる力を検出する。その出力は運動者を持ちあげる牽引力を表す。運動者が全身でぶら下げっている場合にはその体重を表す。またその値は、運動初期において運動者がぶら下げっていない状態でゼロになるように校正される。

図３は実施例１の鉄棒等を上下に駆動させる制御を行うための電気的ブロック図を示したものである。制御はプログラムを内蔵したマイコンまたはプロセッサー５３（以下プロセッサーと称する）により行われる。プロセッサーの入出力回路として、圧力センサ５１、表示操作回路５２、電動機駆動回路５５、電動機５６および外部のパソコン等と接続するための外部インタフェース回路５４が接続されている。この実施例においては、圧力センサ５１は図２の重量センサ６６に位置する。表示操作回路５２のブロックには、各種スイッチ、表示モジュール、スピーカ等が入っている。

運動者の体力や状況によっては、運動者が手で掴まる用具として鉄棒の代わりに吊り輪であってもよい。例えば車椅子に乗ったままで運動を行う場合には吊り輪の方が位置が自由になりつかまりやすい場合もある。

この実施例では足元には何もないので、椅子や車椅子を使ってもその人にあった設定値（鉄棒初期位置、牽引力、運動時間等）に応じて運動できる。

後記の実施例を含めてそれぞれの実施例において、牽引力Ｆｐ、体重Ｆｂ、荷重Ｆｓの関係は異なるが、この実施例においては重量センサ出力すなわち荷重Ｆｓはそのときの牽引力Ｆｐとなり、以下の式で表わされる。
Ｆｐ ＝ Ｆｓ
体重Ｆｂは式中には出てこない。センサ出力である荷重Ｆｓが体重Ｆｂを表すのは、全体重が鉄棒等にかかった場合である。

この場合健康管理上体重を測定する必要がある場合には運動者がいったん鉄棒に全体重をかけるか、つかんだ鉄棒が上昇し運動者の体が底面から浮き上がった時点で測定する必要がある。

ただし後記の実施例２、３に示すような、足元に重力センサを組み込んだ踏み板８や踏み台９を置く必要がないので、バリアフリーとなり椅子や車椅子を使いやすいという利点が生ずる。

図４は本発明装置の実施例２の外観図を示したものである。これは重力センサを足元の踏み板８に組み込み、ここで重力を検出するものである。重力センサは体重または車椅子等を使用する場合はその重量を含めて検出する。ただし運動時に牽引されない車椅子等の重量はセンサ出力としてゼロになるように校正される。

牽引力は踏み板８に組み込まれた重力センサ出力により次の手順で計算される。まず運動者が重力センサ８に乗らず使用する椅子や車椅子等のみが乗せられた状態で出力がゼロになるように校正（キャリブレート）される。次に運動者が乗る。このときの重力センサ出力は運動者の体重を表す。プロセッサーはこの値を重力センサ初期値として記憶し、表示部に体重として表示する。記憶された体重の値は、運動中は定数として保持される。次に鉄棒が持ち上げられると重力センサ出力は減少する。プロセッサーはセンサ初期値と減少した出力を比較してこれを牽引力として表示し、また電動機制御に使用する。

踏み台を上下に移動させる制御の電気的ブロック図としては、図３に示すものがそのまま使える。センサの機械的位置は異なるが電気的ブロック図としては同じである。

この実施例において、牽引力Ｆｐ、体重Ｆｂ、荷重Ｆｓの関係は以下の通りである。
Ｆｐ ＝ Ｆｂ − Ｆｓ
ただし牽引力Ｆｐは鉄棒が運動者を吊上げる力であり、体重Ｆｂは牽引される運動者の重力であり、荷重Ｆｓは重力センサ出力である。
体重Ｆｂは初期に測定された重力センサ出力校正後の値であり、牽引されない車椅子等の重力はさし引かれ、一定値として保持される定数である。
牽引力Ｆｐおよび荷重Ｆｓは本運動具が動作するに従って変動する変数である
牽引力Ｆｐは、上記の式に示す通り体重Ｆｂからセンサ出力Ｆｓを差し引けばその値を求めることができる。

プロセッサーは牽引力Ｆｐの値と牽引力目標設定値（設定された定数）を比較してプログラムに従って電動機を制御する。牽引力Ｆｐが目標設定値に達したら、または牽引力が体重Ｆｂの値に達したら電動機を止めて、鉄棒をその位置に保持する。

本実施例２の利点は、椅子や車椅子に乗ったまま運動を行うことができるという効果がある。また運動の初期において体重が測定され表示されるので、体重計として使うこともでき日常の健康管理に利用することもできる。

これらの具体的な動作と表示操作部の関係は後に記述する。

図４は本発明装置の実施例３の外観図である。実施例１，２では鉄棒を上下に昇降させたが、実施例３では、鉄棒を上下に昇降させる代わりに運動者が乗る踏み台９の上面を上下に昇降させる。運動者が鉄棒をつかんだ状態で踏み台９の上面が徐々に下降すれば運動者に牽引力が加えられ、ぶら下がり運動が始まる。

図５は実施例２における踏み台９を上下に移動させる機構を示したものである。上下の移動はジャッキ９１およびこれを動かす電動機９２により行う。

重量センサ９３はジャッキの下に位置する。この位置は運動者の体重がかかれば任意の位置でもよく、たとえば踏み台の上面とジャッキの間の位置でもよい。

踏み台を上下に移動させる制御の電気的ブロック図としては、図３に示すものがそのまま使える。センサの位置はそれぞれの実施例で異なるが電気的ブロック図としては同じである。

この実施例において、牽引力Ｆｂ、体重Ｆｂ、荷重Ｆｓの関係は以下の通りであり、実施例２で示す式と同じである。
Ｆｐ ＝ Ｆｂ − Ｆｓ
制御も実施例２と同様に行われる。

実施例３の利点としては、上記の実施例１と比較するとぶら下がる支持具（支柱２および鉄棒４）は固定であり踏み台９と独立しているので、支持具として既存のぶら下がり運動具をそのまま使うことができる点である。このため本実施例の踏み台を独立した製品として製造、販売することができ、製品の寸法、コストを下げることができる。利用者としても広く普及している固定型のぶら下がり運動具をそのまま使うことができるので、製品提供者と使用者両方にとって経済的な効果がある。

図６は実施例１、２、３に共通する表示操作パネルの例を示したものである。

図７は実施例１，２、３に共通する動作を、縦軸を牽引力、横軸を時間としてグラフで示したものである。運動が開始されると牽引力（ぶら下がり力）が徐々に増加し、牽引設定値まで達したらそこで一定の値に保持し、設定された時間を過ぎると牽引力は徐々に減少し、ゼロに達したらそこで休止し、一定の休止時間が過ぎたら再び牽引力がかけられる。この動作を周期的に繰り返す。

各実施例に共通する具体的表示、操作、動作例としては、運動者は先ず鉄棒にぶら下がらない状態またはセンサの検出部分に乗らない状態または踏み台に乗らない状態で電源スイッチを入れる。

このときに表示操作部における初期状態として運動者の体重または牽引力がゼロとしてセットされる。または校正（キャリブレート）される。

次に鉄棒または踏み台の位置を運動者の体形に合わせるために図７に示す操作パネルの上下矢印（△印）で表示された押しボタンを操作して鉄棒等または踏み台の上下位置を運動者に合わせてセットする。または鉄棒等が運動者にとって低すぎる位置または踏み台が運動者にとって高すぎる位置にある場合には運動者が鉄棒等を押し上げると牽引力が負の値となり、プロセッサーはこれを検出し鉄棒等を上に移動させるかまたは踏み台上面を下に移動させる。牽引力がゼロになったところで鉄棒等または踏み台上面を停止させる。この動作により鉄棒または踏み台の位置が運動者の体形に合せられる。

次に運動具の動作パラメータ、すなわち周期的に牽引される牽引力、牽引時間、休みの時間を設定する。これは操作パネルのＳＥＴボタンで表示の点滅等を参照して設定対象を選び、上下の矢印ボタンでセットする。次にＳＴＡＲＴボタンを押して鉄棒等につかまるか踏み台に乗る。鉄棒等または踏み台に荷重がかからない間は、装置はまだ運動者の動作が始まっていないと判断して上下運動動作を開始しない。この判断、動作は安全上の観点からも必要である。

運動者が鉄棒等につかまるか踏み台に乗ると装置は設定されたパラメータおよびプログラムに従って動作を開始する。運動中の牽引力の変化は刻々表示部に表示される。

運動者が運動を終わらせたい場合は、運動者が鉄棒から手をはなすか踏み台から下りれば、装置は上記の判断により動作を停止させる。

初期設定において牽引力を運動者の体重以上に設定した場合には、装置は動作時に検出された体重と設定された牽引値を比較し、後者が前者を超えた場合には電動機を停止し鉄棒または踏み台の位置をその状態に停止させる。この装置動作は運動者が宙づりにされることを防ぎ運動者の安全が保たれる。

初期設定値は前回設定された値をメモリーに保つことにより繰り返し使用でき、毎回設定操作を行う必要はない。またはこれらの初期設定値として装置にあらかじめ設定された標準値（デフォルト値）を使用することもできる。この場合は設定の操作は必要としない。

また運動者に対する指示は各手順で内蔵のスピーカで行うこともでき、操作の簡便性を実現できる。

また複数の運動者が装置を使い場合には、各個人を認識して設定値の記憶、読み出しを行う。個人の設定はセットボタンと表示を組み合わせて行う。

各実施例に共通することであるが、表示操作部は図１に示すように装置の一部に設置することもできるが、操作の利便性のために、これを装置から取り外しができる構造として、近くの壁に設置し、または運動者の首にぶら下げる形状にすることもできる。この場合表示操作部と装置の間はインタフェースケーブルまたは無線（ワイアレス）で接続する。

またこれらの表示、制御等を図３のブロック図の外部インタフェース回路５４を経由して外部パソコン等に接続して行うこともできる。パソコンの各種の機能やディスプレーを利用することにより、一層効果的な制御や、表示、記録を行うことができる。

本発明の装置は、ぶら下がり運動のみならず懸垂運動具としても使うことができる。

運動者にかかっている牽引力また体重をセンサで検出し電動機を駆動して牽引力を制御することにより体力、体形の異なる幅広い範囲の運動者に対して運動を可能とするぶら下がり運動具を提供することができる。

１ 運動者
２ 支柱
３ 鉄棒支持具
４ 鉄棒
５ 表示操作部
６ 鉄棒昇降機構
７ 昇降ワイア
８ 踏み板
９ 昇降踏み台
５１ 表示操作回路
５２ 圧力センサ
５３ プロセッサー
５４ 外部インタフェース回路
５５ 電動機駆動回路
５６ 電動機
５７ ランプ付き押しボタンスイッチ
５８ 表示モジュール
６１ ワイア牽引送りねじ棒
６２ ワイア牽引ブロック
６３ ギアボックス
６４ 電動機
６５ プーリ−
６６ 重量センサ
９１ 昇降ジャッキ
９２ 電動機

Claims (6)

1. 鉄棒等にかかる荷重または踏み板にかかる荷重または踏み台にかかる荷重をセンサにより検出し、電動機を駆動制御して、運動者がつかむ鉄棒等の位置または運動者が乗る踏み台上面の位置を上下に駆動し、ぶら下がり運動を行う運動者にかかる牽引力および時間を制御することを特徴とするぶら下がり運動具。
2. 請求項１に述べる運動具において、重量センサおよび表示操作部および電動機ドライバーおよびこれらと接続されたマイコンまたはプロセッサーを有し、表示操作部の操作により、運動者にかかる牽引力、モード、周期を設定できまた運動中の牽引力等の動作をプログラム制御し、かつ実際にかけられている牽引力等をモニターできることを特徴とするぶら下がり運動具。
3. 請求項２に述べる運動具において、外部のパソコン等と接続するインタフェースを有し、当該パソコン等のプログラムにより、より詳細な制御、表示、記録を行うことを特徴とするぶら下がり運動具。
4. 請求項１に述べる運動具において、運動者の乗る椅子、車椅子等の重量をあらかじめ検出しセンサ出力初期値またはプログラムを校正することにより、 運動者が椅子、車椅子等に乗った状態でもぶら下がり運動ができることを特徴とするぶら下がり運動具。
5. 請求項１に述べる運動具において、表示操作部を装置から取り外しができる構造として、自由な場所や運動者の身体につけまたはぶら下げられることを可能とすることを特徴とするぶら下がり運動具。
6. 請求項１に述べる踏み台上面を移動させる運動具において、固定支持部として外部または既存のぶら下がり運動具を利用することを特徴とするぶら下がり運動具。