JP2012120638A - トレーニングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】運動者が、筋力や筋持久力を鍛えるだけでなく、同時に、神経筋協調性を向上させることができるトレーニングシステムを提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、運動者が体の所定部位をトレーニングするためのトレーニングシステム１であって、ＭＲ流体を用いて負荷を発生させるトレーニング装置２と、トレーニング装置２を制御する制御装置３と、トレーニング中のゲーム画面を表示する表示手段４と、を備える。制御装置３は、トレーニング装置２の負荷を制御しながら、運動者のトレーニング動作に対応するゲーム画面を作成して表示手段４に表示させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、運動者がトレーニングするためのトレーニングシステムに関する。

近年、国レベルで、健康志向が高まっており、また、介護予防などの各種制度が実施されている。それにともなって、トレーニング装置による運動を行う高齢者などが増えてきている。トレーニング装置としては、例えば、脚の筋肉を鍛えるためのレッグプレスマシンや、胸や腕の筋肉を鍛えるためのチェストプレスマシンなどがある。また、トレーニング装置において運動者に負荷を与える手段としては、モータ、板おもり（金属プレート）、油圧などがある。

また、例えば、特許文献１では、トレーニング装置において、磁気粘性流体（ＭＲ（Magnet Rheological）流体）を用いて運動の負荷を与える技術が開示されている。この技術によれば、ＭＲ流体の特性により、高速応答や高負荷を容易に実現することができる。

特開２００２−１２６１２２号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、運動者の筋力や筋持久力を鍛えることはできるが、神経筋協調性（神経と筋との協調性）の向上を図ることはできない。人間の健康の維持には、筋力や筋持久力を鍛えるだけでなく、神経筋協調性を向上させることも重要であると考えられている。

そこで、本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、運動者が、筋力や筋持久力を鍛えるだけでなく、同時に、神経筋協調性を向上させることができるトレーニングシステムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、運動者が体の所定部位をトレーニングするためのトレーニングシステムであって、ＭＲ流体を用いて負荷を発生させるトレーニング装置と、トレーニング装置を制御する制御装置と、トレーニング中のゲーム画面を表示する表示手段と、を備える。制御装置は、トレーニング装置の負荷を制御しながら、運動者のトレーニング動作に対応するゲーム画面を作成して表示手段に表示させる。なお、その他の手段については後記する。

本発明によれば、運動者が、筋力や筋持久力を鍛えるだけでなく、同時に、神経筋協調性を向上させることができるトレーニングシステムを提供することができる。

本実施形態のトレーニングシステムの構成図である。 トレーニング装置の構造の具体例を含む模式図である。 （ａ）は速度負荷関係情報を示すグラフであり、（ｂ）はＭＲ流体負荷特性情報を示すグラフであり、（ｃ）はモータ負荷特性情報を示すグラフである。 表示手段に表示される画面の例を示す図である。 （ａ）はトレーニングに関する通常例を示す画面図であり、（ｂ）と（ｃ）はトレーニングに関する失敗例を示す画面図である。 本実施形態の制御装置の制御ブロックなどを示す図である。 トレーニングシステムにおける処理の流れを示すフローチャートである。 表示手段に表示される画面の他の例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態と称する。）について、図面を参照（言及図以外も適宜参照）しながら説明する。
まず、図１を参照しながら、本実施形態のトレーニングシステムの構成について説明する。図１に示すように、本実施形態のトレーニングシステム１は、トレーニング装置２、制御装置３、表示手段４、音声手段５および入力手段６を備えている。

トレーニング装置２は、運動者がトレーニングを行うための装置である。トレーニングを行う体の部位は、運動者の腕、胸、腹、背中、脚など、どの部位であってもよい。トレーニング装置２は、機構部２１、ＭＲ流体負荷発生部２２、ＭＲ駆動回路２２ａ、パワーアシストモータ２３、モータ駆動回路２３ａ、負荷検知センサ２４および変位検知センサ２５を備えている。

機構部２１は、トレーニング装置２における負荷伝達機構や構造であり、詳細は図２で後記する。
ＭＲ流体負荷発生部２２は、ＭＲ流体を用いた負荷発生部であり、例えば、ピストン構造の内部にＭＲ流体と電磁石コイルを有する形態として実現することができる。ＭＲ流体は、磁場を受けていないときは、一般的な油圧作動油と同様に液状であり、ニュートン流体としての挙動を示すが、外部から磁場が与えられた場合には、ＭＲ流体中に均一に分散していた磁性粒子が磁場方向に沿って連結し、鎖状のクラスタを形成する。このクラスタがＭＲ流体の変形（流れ）に対して抵抗するために、見かけの粘度が急激に大きくなり、流動時には降伏応力を有する塑性流体の挙動を示す。

なお、ＭＲ流体の磁場によるこのような粘性変化は可逆的であり、磁場を除くことにより速やかに元の状態に戻る。また、磁場の強さを調節することにより粘度変化の程度を調節することができる。このＭＲ流体の状態変化は極めて高速で生じ、磁場の変化に対する応答速度は、数ミリ秒のレベルである。したがって、ＭＲ流体負荷発生部２２によって、高速応答と高負荷を容易に実現することができる。
ＭＲ駆動回路２２ａは、ＭＲ流体負荷発生部２２を駆動する回路である。

パワーアシストモータ２３は、ＭＲ流体負荷発生部２２により発生する負荷（特に初期抵抗値（詳細は後記））や機構部２１の機械摩擦力などの少なくとも一部を相殺して、運動者に実際に与えられる負荷が適切な大きさになるようにする手段である。
モータ駆動回路２３ａは、パワーアシストモータ２３を駆動する回路である。

負荷検知センサ２４は、運動者がトレーニング動作によって発生させている負荷を検知する手段であって、例えば、ロードセルによって実現することができる。
変位検知センサ２５は、運動者によるトレーニング動作時の所定部位（手やトレーニング装置２の可動部）の変位を検知する手段であって、例えば、ロータリエンコーダによって実現することができる。

制御装置３は、入出力インタフェース３１、記憶部３２、演算部３３、表示インタフェース３４および音声インタフェース３５を備えて構成され、例えば、ＰＣ（Personal Computer）によって実現することができる。

入出力インタフェース３１は、トレーニング装置２との間で信号の入出力をしたり、入力手段６からの信号を入力したりする手段であり、例えば電子回路から構成される。

記憶部３２は、速度負荷関係情報３２１、ＭＲ流体負荷特性情報３２２、モータ負荷特性情報３２３、ゲーム情報３２４などの各種情報を格納する手段であり、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）やＨＤ（Hard Disk）などから構成される。また、記憶部３２には、その他、演算部３３の各種動作プログラム（不図示）も格納される。

速度負荷関係情報３２１は、運動者のトレーニング動作の速度と、そのときの目標負荷との関係を示す情報であり、詳細は図３（ａ）で後記する。
ＭＲ流体負荷特性情報３２２は、ＭＲ流体負荷発生部２２に流す電流の値と、そのときに発生する負荷の大きさとの関係を示す情報であり、詳細は図３（ｂ）で後記する。

モータ負荷特性情報３２３は、パワーアシストモータ２３に入力する電圧の値と、そのときに発生するパワーアシスト力の大きさとの関係を示す情報であり、詳細は図３（ｃ）で後記する。
ゲーム情報３２４は、トレーニングに関するゲームの情報であり、例えば、ゲーム内容、表示画面情報、音声情報などからなり、詳細は図４で後記する。

演算部３３は、ＭＲ流体負荷制御部３３１、モータ制御部３３２およびゲーム処理部３３３を備え、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）とＲＡＭ（Random Access Memory）から構成される。

ＭＲ流体負荷制御部３３１は、運動者のトレーニング動作の速度と、速度負荷関係情報３２１とに基づいて、ＭＲ流体負荷発生部２２の負荷を制御する（詳細は図７で後記）。
モータ制御部３３２は、ＭＲ流体負荷特性情報３２２とモータ負荷特性情報３２３とに基づいて、パワーアシストモータ２３のパワーアシスト力を制御する（詳細は図７で後記）。

ゲーム処理部３３３は、ゲーム情報３２４に基づいて、トレーニング中のゲームに関する処理を行い、表示手段４に表示画面を表示させたり、音声手段５から音声を出力させたりする。

表示インタフェース３４は、ゲーム処理部３３３からの指示により、表示手段４へ表示を指示する。
音声インタフェース３５は、ゲーム処理部３３３からの指示により、音声手段５へ音声出力を指示する。

表示手段４は、表示インタフェース３４からの指示により表示を行うものであり、例えば液晶表示機である。
音声手段５は、音声インタフェース３５からの指示により音声出力を行うものであり、例えば各種スピーカである。

次に、トレーニング装置２の具体例について説明する。図２に示すように、トレーニング装置２は、ここでは、レッグプレスマシンとローイングマシンの複合装置であるものとする。
トレーニング装置２において、枠体２０２に、主動チェーン機構２２３、下肢従動チェーン機構２１３、上肢従動チェーン機構２０３が設けられている。

主動チェーン機構２２３は、２つのスプロケット２２４，２２５と、それらに係合するチェーン２２６からなる。チェーン２２６の途中部分に、ＭＲ流体負荷発生部２２が設置されている。チェーン２２６は、ＭＲ流体負荷発生部２２による負荷に抗って動くこととなる。スプロケット２２４とパワーアシストモータ２３は、チェーン２３１で連結されている。また、スプロケット２２４の近傍に変位検知センサ２５が設置される。変位検知センサ２５は、トレーニング動作によるスプロケット２２４の動きを変位として検知する。

下肢従動チェーン機構２１３は、２つのスプロケット２１４，２１５と、それらに係合するチェーン２１６からなる。チェーン２１６の一部に、複数の穴を有する位置調整部２１７が取り付けられている。つまり、チェーン２１６と位置調整部２１７とは一体に動く。運動者Ｍが脚で加力する下肢操作部２１８（第２位置調整部）は、１つの穴があいており、その穴と位置調整部２１７のいずれかの穴とにピン２１９（第２ピン）を挿通することで、下肢操作部２１８と位置調整部２１７が固定される。なお、下肢操作部２１８には、運動者Ｍが足を引っ張る方向にも加力できるように足先を固定するための固定手段２１８１（ベルトなど）が設けられている。

上肢従動チェーン機構２０３は、２つのスプロケット２０４，２０５と、それらに係合するチェーン２０６からなる。チェーン２０６の一部に、複数の穴を有する位置調整部２０７（第１位置調整部）が設置されている。つまり、チェーン２０６と位置調整部２０７とは一体に動く。運動者Ｍが腕で加力する上肢操作部２０８は、１つの穴があいており、その穴と位置調整部２０７のいずれかの穴とにピン２０９（第１ピン）を挿通することで、上肢操作部２０８と位置調整部２０７が固定される。また、チェーン２０６の途中には負荷検知センサ２４が取り付けられている。負荷検知センサ２４は、例えば、引張型のロードセルであり、チェーン２０６に発生する引張力を検知することで、運動者Ｍのトレーニング動作による負荷（力）の大きさを検知する。

チェーン２３２は、スプロケット２２４とスプロケット２１４に係合している。また、チェーン２３３は、スプロケット２２４とスプロケット２０４に係合している。これらにより、すべてのスプロケットとチェーンは、連動することになる。

また、トレーニング装置２には、座部２０１が設置されており、その座部２０１に座った運動者Ｍは、脚で下肢操作部２１８を押しながら腕で上肢操作部２０８を引き、また、脚で下肢操作部２１８（固定手段２１８１）を引きながら腕で上肢操作部２０８を押すことで、ＭＲ流体負荷発生部２２による負荷を受けながらトレーニングを行う。運動者Ｍは、トレーニングを行う際、表示手段４を見て、また、音声手段５による音声を聞いて、トレーニングを行う。

次に、図３を参照して、速度負荷関係情報３２１、ＭＲ流体負荷特性情報３２２、モータ負荷特性情報３２３について説明する。
図３（ａ）に示すように、速度負荷関係情報３２１は、横軸をトレーニング動作の速度（Ｖ）、縦軸を目標負荷（Ｆｒ）とした場合、線分Ｌ１，Ｌ２に表す関係として表現できる。ここでは、下肢操作部２１８を脚で押す方向を速度の正の向きとし、その逆方向を目標負荷の正の向きとする。線分Ｌ１，Ｌ２が座標軸の原点を通り、速度が正の場合と負の場合とで負荷の向きが逆となり、かつ、原点付近で連続するように設定することで、運動者Ｍは、運動方向が変わるときに強い衝撃を受けずに済み、スムーズにフルコンセントリック運動（双方向のコンセントリック運動）を行うことができる。

なお、筋肉は、収縮する方向にしか力を出すことができないが、筋肉トレーニングとしては、コンセントリック運動とエキセントリック運動の２種類がある。コンセントリック運動とは、筋肉が縮みながら力を出す運動であって、例えば、レッグプレス運動では押圧板（下肢操作部２１８）を押しながら膝を伸ばすトレーニングである。そのとき、大腿四頭筋（太ももの前面の筋肉群）は、縮みながら、収縮する方向に力を出している。また、エキセントリック運動とは、筋肉が伸ばされながら力を出す運動で、例えば、レッグプレス運動では、押圧板を押してはいるが、膝が曲がる方向に行うトレーニングのことである。そのとき、大腿四頭筋は、伸ばされながら、収縮する方向に力を出している。

一般的に、コンセントリック運動よりもエキセントリック運動の方が、筋肉の強化には有効であると言われている。なぜなら、コンセントリック運動よりもエキセントリック運動のほうが、運動による筋線維の損傷の度合いが大きく、損傷修復機転により筋肥大が得られやすいからである。

しかし、エキセントリック運動は（遅発性）筋肉痛の頻度が高い運動であり、プロのスポーツ選手などにとってはともかく、高齢者やリハビリテーションを行う病人やケガ人などにとっては、コンセントリック運動の方が適していると言われている。したがって、健康の維持や体力低下の防止のためのトレーニングとしては、エキセントリック運動よりもコンセントリック運動の方が好ましい。つまり、膝を伸ばすときに押圧板を押すレッグプレス運動を例にとれば、さらに、膝を曲げるときに押圧板を引くようにすれば、足先の往復運動のいずれにおいてもコンセントリック運動をしていることになり、好ましい。そして、本実施形態のトレーニングシステム１によれば、運動の目的に応じて、速度と目標負荷との関係を自由に設定することができ、コンセントリック運動とエキセントリック運動のいずれでも実現することができる。

図３（ｂ）に示すように、ＭＲ流体負荷特性情報３２２は、横軸を電流（ｉ_ＦＦ）、縦軸を負荷（Ｆｒ）とした場合、線分Ｌ３に表す関係として表現できる。ここでは、線分Ｌ３からわかるように、電流値がゼロのとき、負荷として初期抵抗値（Ｆｆ）がある。このため、運動者Ｍのトレーニング動作の開始時に、ＭＲ流体負荷発生部２２によってこの初期抵抗値分の負荷が発生し、スムーズなトレーニングの阻害要因となりうるので、この負荷をパワーアシストモータ２３で相殺する必要がある。

また、実際には、ＭＲ流体負荷発生部２２により発生する負荷の大きさは、トレーニング動作の速度にも依存する。線分Ｌ４，Ｌ５は、トレーニング動作の速度によって補正した場合の電流と負荷の大きさとの関係の上限と下限をそれぞれ示している。

図３（ｃ）に示すように、モータ負荷特性情報３２３は、横軸を入力電圧（Ｖ１）、縦軸をパワーアシスト力（Ｆｆ）とした場合、線分Ｌ６に表す関係として表現できる。なお、ここでは、入力電圧もパワーアシスト力も０以上の場合についてしか規定していないので、実際にパワーアシストモータ２３を制御する場合は、パワーアシストする方向も考慮する必要がある（詳細は後記）。

続いて、トレーニング中に表示手段４に表示される画面例について説明する。図４に示すように、表示手段４には、表示領域４０１、４１１、４２１、４３１および４４１が設けられ、また、それらにおける表示情報は記憶部３２のゲーム情報３２４に格納されている。

表示領域４０１には、トレーニングの開始（ＳＴＡＲＴ）から終了（ＧＯＡＬ）までの工程を模式的に示す川４０２とその進捗度（川４０２における地点）を示す表示４０３、および、進捗度をパーセント表示する表示４０４が示されている。
表示領域４１１には、現在の消費カロリーが表示される。

表示領域４２１には、河川レベルが、一例として、「激流」、「急流」、「標準」および「緩流」の４段階で表示されている。ここでは、例として「急流」を選択した場合を表示している。なお、このレベル分けは、何段階（１段階を含む）であってもよく、また、０〜１００％のように連続的に設定できるものであってもよい。
表示領域４３１には、動作の失敗（詳細は後記）回数が表示される。

表示領域４４１には、自船４４２、先導船４４３、救助船４４４、里程標４４５、漕手４４６、オール４４７およびメータ表示４４８が表示される。なお、先導船４４３、救助船４４４、里程標４４５およびメータ表示４４８は、基準動作に対応する画像である。ここでは、先導船４４３および救助船４４４は、一定の速度で前方（図４の上方）に相対的に進んでいるものとし、表示領域４４１におけるそれらの絶対的位置は固定されている。

自船４４２は、運動者Ｍのトレーニング動作によって上下方向に移動する。具体的には、運動者Ｍが基準動作通りの動作をしていれば、その位置は変わらないが、運動者Ｍが基準動作よりも速い動作をすれば、自船４４２の位置が上方に移動し、運動者Ｍが基準動作よりも遅い動作をすれば、自船４４２の位置が下方に移動する。つまり、基準動作とトレーニング動作との差分に応じて表示手段４への表示を変化させる。漕手４４６の漕ぐオール４４７は、運動者Ｍのトレーニング動作（つまり、変位検知センサ２５からの検知信号）に連動して動き、メータ表示４４８は、オール４４７の外側の端部に対応してトレーニングの基準動作（位置）を表示するものである。つまり、運動者Ｍが基準動作通りの動作をしていれば、メータ表示４４８の動きとオール４４７の外側の端部の動きが同調する。里程標４４５は、川４０２における地点の表示をするものであり、時間経過とともに下方に移動する。

次に、前記した画面例に関するトレーニング動作の通常（成功）画面と失敗画面の例について説明する。図５は、（ａ）が通常画面の例、（ｂ）と（ｃ）が失敗画面の例である。

図５（ａ）では、通常画面として、自船４４２が先導船４４３と救助船４４４のいずれにも接触していない画面を表示している。
図５（ｂ）では、失敗例１として、運動者Ｍの動作が基準動作よりもかなり遅い場合の画面を表示している。また、このとき、音声手段５から「動作が遅すぎです。」という音声を合わせて流すとよい。
図５（ｃ）では、失敗例２として、運動者Ｍの動作が基準動作よりもかなり速い場合の画面を表示している。また、このとき、音声手段５から「動作が速すぎです。」という音声を合わせて流すとよい。

次に、図６、図７を参照して、トレーニングシステム１における各構成の処理や動作について説明する。なお、図６に示すように、ＭＲ流体負荷制御部３３１は、ＭＲ流体負荷決定部３３０２、ＦＢ（フィードバック）制御部３３０４、ＦＦ（フィードフォワード）制御部３３０６を有する。また、モータ制御部３３２は、制御電圧算出部３３０７、アシスト方向決定部３３０８を有する。また、演算部３３は、速度算出部３３０１を有している。

まず、制御装置３の演算部３３は、運動者Ｍによるトレーニングが開始したか否かを判断し（図７のステップＳ１）、Ｎｏの場合はステップＳ１を繰り返し、Ｙｅｓの場合はステップＳ２に進む。なお、トレーニングが開始したか否かは、例えば、入力手段６からのトレーニング開始の指示の有無や、負荷検知センサ２４が運動者Ｍによるトレーニング装置２に対する加力を検知したか否かなどによって判断すればよい。

次に、ステップＳ２において、速度算出部３３０１は、変位検知センサ２５からの変位情報（ｘ）に基づき、トレーニング動作の速度（Ｖ）を算出する。
次に、ステップＳ３において、ＭＲ流体負荷制御部３３１は、ＭＲ流体負荷発生部２２を制御する。具体的には、まず、ＭＲ流体負荷決定部３３０２は、トレーニング動作の速度（Ｖ）と、速度負荷関係情報３２１（図３（ａ）参照）とに基づいて、ＭＲ流体負荷（目標負荷）（Ｆｒ）を決定する。

次に、ＦＦ制御部３３０６は、その目標負荷（Ｆｒ）とＭＲ流体負荷特性情報３２２（図３（ｂ）参照）とに基づいて、ＭＲ流体負荷発生部２２の制御電流（ｉ_ＦＦ）の値を算出する。
次に、ＭＲ流体負荷制御部３３１は、目標負荷（Ｆｒ）と、負荷検知センサ２４が検知した現実負荷（現実に発生している負荷）（Ｆ）との差分を計算し、負荷偏差（ΔＦ）を算出する（図６の符号３３０３）。

次に、ＦＢ制御部３３０４は、その負荷偏差（ΔＦ）を用いて、ＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）制御によって、制御電流（ｉ_ＦＢ）の値を算出する。
次に、ＭＲ流体負荷制御部３３１は、制御電流（ｉ_ＦＦ）の値と制御電流（ｉ_ＦＢ）の値とを加算し（図６の符号３３０５）、その加算後の制御電流（ｉ）によってＭＲ流体負荷発生部２２を制御する。

図７に戻って、次に、ステップＳ４において、モータ制御部３３２は、パワーアシストモータ２３を制御する。具体的には、まず、制御電圧算出部３３０７は、ＦＦ制御部３３０６からのパワーアシスト力（初期抵抗値（Ｆｆ）（速度によって補正した後の値でもよい。））とモータ負荷特性情報３２３（図３（ｃ）参照）とに基づいて、パワーアシストモータ２３の制御電圧の絶対値（Ｖ１）を算出する。

次に、アシスト方向決定部３３０８は、負荷検知センサ２４からの現実負荷（Ｆ）に基づいて（−Ｆ／｜Ｆ｜）を算出することで、パワーアシストモータ２３によってパワーアシストすべき方向を決定し、方向も考慮した制御電圧（Ｖ２）によってパワーアシストモータ２３を制御する。

図７に戻って、次に、ゲーム処理部３３３はゲーム処理を行う（ステップＳ５）。具体的には、ゲーム情報３２４と変位検知センサ２５からの変位情報に基づいて、ゲーム内容について処理を行い、表示手段４に画面を表示させたり（図４参照）、音声手段５に音声を出力させたりする。

次に、制御装置３の演算部３３は、運動者Ｍによるトレーニングが終了したか否かを判断し（ステップＳ６）、Ｎｏの場合はステップＳ２に戻り、Ｙｅｓの場合は処理を終了する。なお、トレーニングが終了したか否かは、例えば、入力手段６からのトレーニング終了の指示の有無や、負荷検知センサ２４が運動者Ｍによるトレーニング装置２に対する加力を検知しなくなっているか否かなどによって判断すればよい。

このようにして、トレーニングシステム１によれば、運動者Ｍは、ただ筋力や筋持久力を鍛えるだけでなく、表示手段４を見たり音声手段５からの音声を聞いたりしながらトレーニング動作をし、そのトレーニング動作がゲームの進行に反映されることから、同時に、脳や神経を使用し、神経筋協調性を向上させることができる。

また、ＭＲ流体を用いて負荷を発生させることで、高速応答、高負荷、低コスト化、省消費電力化を実現することができる。

また、安全面や効果を配慮して負荷の大きさや基準動作を設定しておけば、運動者Ｍは、安全で効果的な動作を行いながら、かつ、ゲーム感覚で、楽しく、高いモチベーションでトレーニングを行うことができる。
また、適切な負荷でトレーニングできることによって、介護予防、生活習慣病（メタボリック症候群などを含む。）予防、有酸素運動などの効果が期待できる。

また、パワーアシストモータ２３によって運動者Ｍのトレーニング動作を補助することで、運動者Ｍはスムーズなトレーニングを行うことができる。
また、トレーニング動作の速度によって目標負荷の大きさを決定することで、適切な負荷でのトレーニングを実現することができる。

また、ＰＩＤ制御を行うことで、目標負荷と現実負荷との差を小さくすることができる。
また、上肢操作部２０８をピン２０９で固定するための位置調整部２０７の穴を複数設けたことにより、運動者Ｍの体格や好みに合わせて上肢操作部２０８の位置を調整することができる。

また、下肢操作部２１８をピン２１９で固定するための位置調整部２１７の穴を複数設けたことにより、運動者Ｍの体格や好みに合わせて下肢操作部２１８の位置を調整することができる。

次に、図８を参照して、トレーニング中に表示手段４に表示される他の画面例について説明する。この他の画面例では、宇宙空間で、飛来する隕石など当たらないようにロケットを操作する場合について説明する。なお、前記したトレーニングシステム１では、ＭＲ流体負荷発生部２２は１つであったが、ここでは、ＭＲ流体負荷発生部２２が４つあり、運動者Ｍの両手と両足のそれぞれに独立した負荷がかかるものとする。

図８に示すように、表示手段４には、宇宙空間の背景として複数の星４５３が表示されている。表示手段４の中央付近にはロケット４５２が位置している。運動者Ｍは、トレーニング動作によってロケット４５２の位置を操作し、ロケット４５２が飛来してくる隕石４５１に当たらないようにする。その際、例えば、右足で操作部を押せばロケット４５２が右前方に移動し、左足で操作部を押せばロケット４５２が左前方に移動し、右手で操作部を引けばロケット４５２が右後方に移動し、左手で操作部を引けばロケット４５２が左後方に移動するようにすればよい。あるいは、両手の操作で左右への旋回を行い、両足の操作で上下の昇降を行うようにしてもよい。そして、そのロケット４５２の動きや、衝突を回避した隕石４５１の数などによってスコア４５４が決まるようにしておけばよい。

これにより、運動者Ｍは、筋力や筋持久力を鍛えるだけでなく、同時に、神経筋協調性を向上させることができ、また、安全で効果的な動作を行いながら、かつ、ゲーム感覚で、楽しく、高いモチベーションでトレーニングを行うことができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。
例えば、本発明は、レッグプレスマシンとローイングマシンの複合装置だけでなく、それらの単体装置や、チェストプレスマシン、アームカールマシンなど、他のトレーニング装置についても適用が可能である。

また、図３（ａ）に示した速度負荷関係情報３２１における速度と目標負荷との関係は固定でなくてもよく、運動者Ｍのトレーニング動作の速度および発生させた負荷の大きさの少なくとも一方が、所定の基準範囲に収まっていない場合、所定の基準範囲に収まるように、速度負荷関係情報３２１における速度と目標負荷との関係を変更するようにしてもよい。

また、ＭＲ流体は温度が１５０℃以上になると流体特性が変化（劣化）するので、ＭＲ流体負荷発生部２２の内部の温度を検出する温度検出手段をＭＲ流体負荷発生部２２の付近に備え、ＭＲ流体負荷発生部２２の内部の温度が１５０℃以上になったとき、トレーニング装置２の制御を中止するようにしてもよい。

また、ピン２０９を動かすソレノイド（第１ソレノイド）を設け、パワーアシストモータ２３とそのソレノイドを制御することで、位置調整部２０７のいずれかの穴と上肢操作部２０８に設けられた穴とにピン２０９を挿通して、上肢操作部２０８の位置を調整するようにしてもよい。

また、ピン２１９を動かすソレノイド（第２ソレノイド）を設け、パワーアシストモータ２３とそのソレノイドを制御することで、位置調整部２１７のいずれかの穴と下肢操作部２１８に設けられた穴とにピン２１９を挿通して、下肢操作部２１８の位置を調整するようにしてもよい。

また、チェーンを係合させる２つのスプロケットのギア比によって、上肢の可動域と下肢の可動域との差を調整したり（一般に、上肢よりも下肢の方が、可動域が小さい。）、上肢にかかる負荷と下肢にかかる負荷の大きさを調整したりしてもよい。

また、通常のゲームコントローラを併用してもよい。そうすれば、ゲームのバリエーションを広げることができる。
また、適用するゲームとしては、前記したボートのゲームやロケットのゲームのほか、カーレース、シューティングゲーム、ダンスゲーム、楽器（太鼓など）演奏ゲーム、格闘ゲーム、スポーツゲーム、クイズゲーム（選択式クイズなど）など、何でもよい。
その他、具体的な構成や処理の内容について、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

１ トレーニングシステム
２ トレーニング装置
３ 制御装置
４ 表示手段
５ 音声手段
６ 入力手段
２１ 機構部
２２ ＭＲ流体負荷発生部
２３ パワーアシストモータ
２４ 負荷検知センサ
２５ 変位検知センサ
３１ 入出力インタフェース
３２ 記憶部
３３ 演算部
３４ 表示インタフェース
３５ 音声インタフェース
２０１ 座部
２０２ 枠体
２０３ 上肢従動チェーン機構
２０４，２０５，２１４，２１５，２２４，２２５ スプロケット
２０６，２１６，２２６，２３１，２３２，２３３ チェーン
２０７，２１７ 位置調整部
２０８ 上肢操作部
２０９，２１９ ピン
２１３ 下肢従動チェーン機構
２１８ 下肢操作部
２１８１ 固定手段
２２３ 主動チェーン機構
３２１ 速度負荷関係情報
３２２ ＭＲ流体負荷特性情報
３２３ モータ負荷特性情報
３２４ ゲーム情報
３３１ ＭＲ流体負荷制御部
３３２ モータ制御部
３３３ ゲーム処理部
Ｍ 運動者

Claims (14)

1. 運動者が体の所定部位をトレーニングするためのトレーニングシステムであって、トレーニング装置と、前記トレーニング装置を制御する制御装置と、前記トレーニング中のゲーム画面を表示する表示手段と、を備えており、
   前記トレーニング装置は、
   前記運動者に与える負荷を、磁場の強度によって粘性が変化するＭＲ（Magnet Rheological）流体を用いて発生させるＭＲ流体負荷発生部と、
   前記発生した負荷を前記運動者に伝達する機構である機構部と、
   前記運動者のトレーニング動作を検知する変位検知センサと、を備え、
   前記制御装置は、
   前記ＭＲ流体負荷発生部に関する電流値と負荷との関係であるＭＲ流体負荷特性情報、トレーニングの目標負荷、および、トレーニングに関するゲームの内容であるゲーム情報を記憶する記憶部と、
   前記ＭＲ流体負荷特性情報および前記目標負荷を用いて前記ＭＲ流体負荷発生部を制御し、前記ゲーム情報および前記変位検知センサが検知した前記運動者のトレーニング動作を用いて前記トレーニング動作に対応する画像を作成して前記表示手段に表示させる演算部と、を備える
   ことを特徴とするトレーニングシステム。
2. 前記トレーニング装置は、
   前記運動者のトレーニング動作を補助するパワーアシストモータを、さらに備え、
   前記制御装置の演算部は、
   前記ＭＲ流体負荷特性情報を用いてパワーアシスト力を決定し、前記決定したパワーアシスト力に基づいて前記パワーアシストモータを制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載のトレーニングシステム。
3. 前記制御装置の記憶部は、
   前記運動者のトレーニング動作の速度とその速度に対応する目標負荷の大きさとの関係である速度負荷関係情報を、さらに記憶しており、
   前記制御装置の演算部は、
   前記変位検知センサからの検知信号に基づいて前記運動者のトレーニング動作の速度を算出し、前記算出した速度と前記速度負荷関係情報とを用いて、前記ＭＲ流体負荷発生部および前記パワーアシストモータを制御する
   ことを特徴とする請求項２に記載のトレーニングシステム。
4. 前記トレーニング装置は、
   前記運動者がトレーニング動作で発生させている負荷の大きさを検知する負荷検知センサを、さらに備え、
   前記制御装置の演算部は、
   前記運動者がトレーニング動作で発生させている負荷の大きさと、前記目標負荷との差を算出し、その差が小さくなるように前記ＭＲ流体負荷発生部を制御する
   ことを特徴とする請求項３に記載のトレーニングシステム。
5. 前記トレーニング装置は、
   前記運動者がトレーニング動作で発生させている負荷の大きさを検知する負荷検知センサを、さらに備え、
   前記制御装置の演算部は、
   前記運動者のトレーニング動作の速度および発生させた負荷の大きさの少なくとも一方が、所定の基準範囲に収まっていない場合、前記所定の基準範囲に収まるように、前記速度負荷関係情報における速度と目標負荷との関係を変更する
   ことを特徴とする請求項３に記載のトレーニングシステム。
6. 前記トレーニング装置は、
   前記ＭＲ流体負荷発生部の内部の温度を検出する温度検出手段を、さらに備え、
   前記制御装置の演算部は、
   前記温度検出手段が検出した前記ＭＲ流体負荷発生部の内部の温度が所定温度以上であった場合、前記トレーニング装置の制御を中止する
   ことを特徴とする請求項１に記載のトレーニングシステム。
7. 前記体の所定部位は、前記運動者の下肢であり、
   前記トレーニング装置の機構部は、
   前記運動者の下肢で加力して操作する下肢操作部と、
   前記ＭＲ流体負荷発生部により発生する負荷を伝達し、前記下肢操作部と連動するチェーンと、
   前記チェーンを可動に支持する２つのスプロケットと、を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のトレーニングシステム。
8. 前記体の所定部位は、前記運動者の上肢であり、
   前記トレーニング装置の機構部は、
   前記運動者の上肢で加力して操作する上肢操作部と、
   前記ＭＲ流体負荷発生部により発生する負荷を伝達し、前記上肢操作部と連動するチェーンと、
   前記チェーンを可動に支持する２つのスプロケットと、を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のトレーニングシステム。
9. 前記体の所定部位は、前記運動者の上肢および下肢であり、
   前記トレーニング装置の機構部は、
   前記運動者の上肢で加力して操作する上肢操作部と、
   前記運動者の下肢で加力して操作する下肢操作部と、
   前記ＭＲ流体負荷発生部により発生する負荷を前記上肢操作部と前記下肢操作部とに伝達する１つ以上のチェーンと、
   前記１つ以上のチェーンを可動に支持する２つ以上のスプロケットと、を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のトレーニングシステム。
10. 前記上肢操作部と前記下肢操作部とは、前記運動者の上肢が伸展するときは前記運動者の下肢が屈曲し、前記運動者の下肢が伸展するときは前記運動者の上肢が屈曲するように、前記１つ以上のチェーンで連結されている
    ことを特徴とする請求項９に記載のトレーニングシステム。
11. 前記体の所定部位は、前記運動者の両手および両足であり、
    前記ＭＲ流体負荷発生部および前記機構部は、前記運動者の両手および両足それぞれのために独立して４つずつある
    ことを特徴とする請求項１に記載のトレーニングシステム。
12. 前記上肢操作部と連動するチェーン、および、そのチェーンを可動に支持する２つスプロケットと、
    前記下肢操作部と連動するチェーン、および、そのチェーンを可動に支持する２つスプロケットと、
    前記ＭＲ流体負荷発生部により発生する負荷を伝達するチェーン、および、そのチェーンを可動に支持する２つスプロケットと、
    前記ＭＲ流体負荷発生部により発生する負荷を伝達するチェーンに前記パワーアシストモータの駆動力を伝達する機構と、
    前記３つのチェーンを連動させるために６つの前記スプロケットのいずれか２つずつに係合する２つのチェーンと、を備える
    ことを特徴とする請求項９に記載のトレーニングシステム。
13. 前記上肢操作部と連動するチェーンに、複数の穴を有する第１位置調整部が固定され、当該複数の穴のいずれかと前記上肢操作部に設けられた穴とに第１ピンを挿通することで、前記上肢操作部と前記第１位置調整部とが固定され、
    前記下肢操作部と連動するチェーンに、複数の穴を有する第２位置調整部が固定され、当該複数の穴のいずれかと前記下肢操作部に設けられた穴とに第２ピンを挿通することで、前記下肢操作部と前記第２位置調整部とが固定される
    ことを特徴とする請求項１２に記載のトレーニングシステム。
14. 前記第１ピンを動かす第１ソレノイドと、
    前記第２ピンを動かす第２ソレノイドと、をさらに備え、
    前記制御装置の演算部は、
    前記パワーアシストモータと前記第１ソレノイドを制御することで、第１位置調整部のいずれかの穴と前記上肢操作部に設けられた穴とに第１ピンを挿通し、
    前記パワーアシストモータと前記第２ソレノイドを制御することで、第２位置調整部のいずれかの穴と前記上肢操作部に設けられた穴とに第２ピンを挿通する
    ことを特徴とする請求項１３に記載のトレーニングシステム。

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