JP2019216781A - treadmill - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無端ベルト上を走行できるようにしたトレッドミルに関するものであり、より具体的には、実際に地上を走行しているかのように、脚に負荷を与えられるようにしたトレッドミルに関するものである。 The present invention relates to a treadmill capable of running on an endless belt, and more specifically, to a treadmill capable of applying a load to a leg as if actually running on the ground. Things.
一般に、トレッドミルは、周回する無端ベルト上を人間が走行することにより、人間の脚や心肺機能を鍛えられるように設けられている(特許文献1など)。
Generally, a treadmill is provided so that a person runs on a rotating endless belt, thereby training a person's legs and cardiopulmonary function (
ところで、実際に、人間が地面を走行する場合、その人間の体重を前方に押し出すように脚に力をかけるようにするが、トレッドミル上でのトレーニングでは、周回する無端ベルトを後方に蹴り出すようしているため、脚にかかる負荷が著しく軽減されてしまう。このため、同じ距離を走ったとしても、地面を走行する場合と比べて、鍛えられる脚力が異なってしまうという問題があった。 By the way, when a person actually travels on the ground, he applies force to his legs to push his weight forward, but in training on a treadmill, he kicks the endless belt that goes around backwards. As a result, the load on the legs is significantly reduced. For this reason, there is a problem that even if the vehicle runs the same distance, the leg strength to be trained is different as compared with the case where the vehicle runs on the ground.
そこで、本発明は、実際に地上を走行しているかのように脚力を鍛えられるようにしたトレッドミルを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a treadmill capable of training leg strength as if it were actually running on the ground.
すなわち、本発明のトレッドミルは、上記課題を解決するために、人間が走行する無端ベルトと、当該無端ベルトを走行中における人間の蹴り出しを検出する蹴り出し検出部と、当該蹴り出し検出部によって人間の蹴り出しが検出された場合に、無端ベルトの周回速度を低減させるように制御する制御部とを備えるようにしたものである。 That is, in order to solve the above-described problems, the treadmill of the present invention includes an endless belt on which a person travels, a kick-out detection unit that detects a kick-out of a human while traveling on the endless belt, and a kick-out detection unit that And a control unit for controlling so as to reduce the circling speed of the endless belt when a kick-out of a person is detected by the control unit.
このように構成すれば、蹴り出し時に無端ベルトの速度が低減されるため、人間の体重に近い荷重を前進させるように脚に負荷をかけることができ、実際に地面を走行しているかのように脚力を鍛えさせることができる。 With this configuration, the speed of the endless belt is reduced at the time of kicking out, so that a load can be applied to the legs so as to advance a load close to the weight of a human, and it is as if the vehicle is actually running on the ground. Can train your leg strength.
また、このような発明において、前記蹴り出し検出部を、無端ベルトの下方に設けられたフォースプレートによって無端ベルトの平面方向に沿った荷重を検出して、蹴り出しを検出できるようにする。 Further, in such an invention, the kick-out detection unit can detect a kick-out by detecting a load along a plane direction of the endless belt by a force plate provided below the endless belt.
このように水平方向に沿った荷重を検出することで、実際の蹴り出しに近い状態を検出することができるようになる。 By detecting the load along the horizontal direction in this manner, a state close to actual kicking can be detected.
さらに、前記フォースプレートによって、人間の飛び跳ね状態が検出された場合、前記制御部によって、無端ベルトの周回速度を蹴り出し時の直前の周回速度に戻すようにする。 Further, when the force plate detects a jumping state of a person, the control unit returns the circling speed of the endless belt to the circling speed immediately before kicking.
このように構成すれば、人間が飛び跳ねて着地状態に戻る際、無端ベルトが元の周回速度に戻っているため、無端ベルト上における人間の位置を定位置にすることができるようになる。 With this configuration, when a person jumps back and returns to the landing state, the endless belt returns to the original circling speed, so that the position of the person on the endless belt can be fixed.
また、前記無端ベルト以外の固定部位と人間との間に連結される連結部材と、当該連結部材に作用する力を検出する力覚センサーとを備え、前記力覚センサーによって所定値以上の荷重が検出された場合に、前記制御部によって、無端ベルトの速度を上昇させるようにする。 A connection member connected between a fixed part other than the endless belt and a human; and a force sensor for detecting a force acting on the connection member, wherein a load equal to or more than a predetermined value is applied by the force sensor. When it is detected, the control section increases the speed of the endless belt.
このように構成すれば、蹴り出しと無端ベルトの速度低減によって人間が少し前方に進んだ場合、連結部材に設けられた力覚センサーでこれを検出することができ、無端ベルトの周回速度を速くして人間を元の位置に戻すことができるようになる。 With this configuration, when a person moves a little forward due to kicking out and a reduction in the speed of the endless belt, this can be detected by the force sensor provided on the connecting member, and the orbiting speed of the endless belt can be increased. To return the person to its original position.
また、前記連結部材を弾性体で構成する。 Further, the connecting member is formed of an elastic body.
このように構成すれば、ゴムなどの弾性体によって人間の飛び跳ね時にその人間を元の位置に戻すことができるようになり、無端ベルトのほぼ一定範囲の距離で人間を走行させることができるようになる。 With such a configuration, an elastic body such as rubber can return the person to the original position when the person jumps, so that the person can travel within a substantially constant range of the endless belt. Become.
本発明によれば、蹴り出し時に無端ベルトの速度が低減されるため、人間の体重に近い荷重を前進させるように脚に負荷をかけることができ、実際に地面を走行しているかのように脚力を鍛えさせることができるようになる。 According to the present invention, since the speed of the endless belt is reduced at the time of kicking, it is possible to apply a load to the legs so as to advance a load close to the weight of a human, and as if actually running on the ground You will be able to train your leg strength.
この実施の形態におけるトレッドミル1は、図1に示すように、人間が載って走行する無端ベルト2と、この無端ベルト2の人間載置面21の下方に設けられるフォースプレート40とを備えるようにしたものである。そして、特徴的に、人間がトレッドミル1上を走行している際に、人間の蹴り出し期を検出し、無端ベルト2の周回速度を低減させて脚に負荷をかけるようにしたものである。以下、本実施の形態におけるトレッドミル1の構成について詳細に説明する。
As shown in FIG. 1, the
まず、無端ベルト2は、人間が走行できるようにしたものであって、上下方向に周回するゴムなどの樹脂で構成される。この無端ベルト2は、モーター3によって周回できるようになっており、制御部8(図2参照)によってその周回速度が制御される。
First, the
一方、フォースプレート40は、無端ベルト2の人間載置面21の下方に接するように設けられるものであって、金属プレート42の四隅下方にロードセル41を設けて構成されている。そして、このロードセル41を用いて、無端ベルト2を介して作用する人間のZ軸方向の荷重や、Y軸方向の荷重を検出できるようになっている。なお、ここでZ軸方向は、鉛直方向下向きをプラス方向とし、Y軸方向については、走行方向の後向きをプラス方向としている。そして、これらのロードセル41でZ軸方向の荷重を検出する場合、四隅に設けられたロードセル41のZ軸方向の荷重を加算してZ軸方向の荷重を検出し、また、Y軸方向の荷重を検出する場合も同様に、四隅のロードセル41のY軸方向の荷重を加算してY軸方向の荷重を検出する。また、これらの四隅に設けられたロードセル41を用いて、Z軸方向の荷重からモーメントを算出し、人間の重心位置や、その移動速度なども検出する。なお、このようにフォースプレート40を無端ベルト2の下方に隣接して設けると、無端ベルト2の自重や摩擦によって初期荷重が検出されることになるが、これらの荷重についてはオフセットされる。そして、このようなフォースプレート40に設けられたロードセル41を用いて荷重を検出し、その値を蹴り出し検出部4(図2の機能ブロック図参照)に出力して、人間の「蹴り出し期」を検出するとともに、その際における無端ベルト2の速度を低減させるように制御部8を用いて制御する。
On the other hand, the
まず、人間の蹴り出し期を検出するに際して、トレッドミル1上を走行する際の人間の動作と、これに対応する荷重などについて説明する。
<蹴り出し期>
First, when detecting the kicking-out period of a human, the motion of the human when traveling on the
<Kickout period>
まず、人間が走行する場合、図3(a)に示すように、人間の足が身体の真下に存在している状態(立脚状態)からは、次の蹴り出しに備えて脚を曲げていくようになる。すると、それに伴って、Z軸方向の荷重Fzが徐々に大きくなり、最も強く蹴り出した瞬間P2にFzが最大になって、そこから足先を無端ベルト2から離れるまでの間、Fzが徐々に小さくなっていく。
First, when a human runs, as shown in FIG. 3A, from a state in which the human foot is directly below the body (a standing state), the leg is bent in preparation for the next kick-out. Become like Then, along with that, the load Fz in the Z-axis direction gradually increases, and Fz reaches a maximum at the moment P2 at which the kick is most strongly kicked out, and Fz gradually increases until the foot is separated from the
一方、Y軸方向の荷重については、Fzの荷重に無端ベルト2の周回に伴う摩擦抵抗を積算した荷重の他に、蹴り出しに伴うY軸方向の荷重が、フォースプレート40にかかることになる。このFy荷重についても、Fzと同様に、P1からP2に向けて荷重が徐々に大きくなり、そこから飛び跳ね期のタイミングであるP3に向かって値が小さくなっていく。
<飛び跳ね期>
On the other hand, as for the load in the Y-axis direction, in addition to the load obtained by integrating the frictional resistance caused by the rotation of the
<Bounce period>
人間が地面を蹴り出して足先が地面から離れた状態(P3)からは、Fzの荷重が掛からなくなる(Fz=0)。しかしながら、無端ベルト2はフォースプレート40に接触しながら移動しているため、無端ベルト2の自重に摩擦係数を積算した荷重がかかることになるが、この値については、オフセットによって無視される。
<着地期>
From the state where the human kicks out the ground and the toes are separated from the ground (P3), the load of Fz is not applied (Fz = 0). However, since the
<Landing season>
飛び跳ね状態から反対側の足が無端ベルト2に着地する場合(P4)、踵から無端ベルト2上に着地する。なお、ここでは、踵から着地する場合を想定しているが、走行方法によっては、足の先端側から接地する場合もある。この瞬間においては、フォースプレート40には、Z軸方向の荷重が急激に加わり、その後、脚の曲げに伴って荷重が減少するようになる。また、Y軸方向の荷重については、一瞬だけ大きな荷重がかかり(P5)、脚の曲げによって値が小さくなった後、再び荷重がかかるようになる。なお、このY軸方向の荷重は、走り方によっては、一瞬Y軸のプラス方向に荷重がかかるような場合もあり、そこから、再びマイナス方向に荷重がかかるような場合もある。そして、このように着地した後、無端ベルト2の周回によって、その足が身体の真下にきた状態になり、そこから再び蹴り出し期(P1〜)が始まる。
When the opposite foot lands on the
このような動作や荷重のもと、蹴り出し検出部4(図2の機能ブロック図参照)では、これらの各動作における荷重から人間の蹴り出し期を検出する。通常、人間が足を蹴り出す場合、無端ベルト2を介してフォースプレート40を後方に大きく蹴り出すことになる。このため、荷重が所定値よりも大きく検出された場合に、「蹴り出し期」に入ったと判断し、また、その荷重が所定値よりも小さくなった場合に、「蹴り出し期」が終了したと判断する。具体的には、Fzの荷重が所定値よりも大きくなった場合に「蹴り出し期」に入ったと判断し、Fzが所定値よりも小さくなった場合に「蹴り出し期」が終了したと判断する。ただし、このようにFzによる垂直荷重だけでは、飛び跳ね時と着地時の両方の場合に荷重が大きくなるため、正確に「蹴り出し期」のタイミングを判断することが難しくなる。このため、平面方向(Y軸方向)に沿った荷重であるFyが所定値よりも大きくなった状態も用いて、「蹴り出し期」に入ったと判断する。
Under such an operation or load, the kick-out detection unit 4 (see the functional block diagram in FIG. 2) detects a kick-out period of a person from the load in each of these operations. Normally, when a human kicks out a foot, the
制御部8は、この蹴り出し検出部4によって「蹴り出し期」に入ったと判断された場合に、無端ベルト2の周回速度を低減させるようにモーター3を制御する。この無端ベルト2の周回速度を低減させる場合、無端ベルト2を停止させる方法もあるが、急に無端ベルト2を停止させると走行のバランスを崩す可能性がある。ここで、「蹴り出し期」に入ったと判断された場合、Fzの荷重の増減に対応して緩やかに周回速度を低減させるようにする。具体的には、P1時点からFzが増大していくことになるが、その荷重の増大に対応して回転速度を緩やかに低減させるように制御部8を用いてモーター3を制御する。そして、ピークP2に達した瞬間から荷重Fzが減少していくことに対応して、無端ベルト2の周回速度を元の周回速度に戻すようにする。そして、人間が完全に飛び跳ねた際に、「蹴り出し期」に入る直前の周回速度に戻すようにする。ただし、このように蹴り出し期に無端ベルト2の周回速度を遅くした場合、相対的に人間はトレッドミル1上で前方に進んでしまうことになる。すなわち、図4に示すように、立脚時(a)から蹴り出しを始めた際、無端ベルト2が遅くなるので、人間の位置が少し前方に進むことになる(図4(b)〜(c))。そこで、床や壁面、トレッドミル1のフレームなどの固定部位5と人間(例えば、腰など)との間にゴムなどの弾性体で構成された連結部材6をつなぎ、飛び跳ね時にその弾性体の力で人間を元の位置に戻すようにする(図4(d))。
The
また、このように連結部材6で人間を引き戻すようにしても、人間の蹴り出し力によっては定位置よりも前方に進んでしまい、徐々に無端ベルト2の前方側へと進んでしまう可能性がある。そこで、連結部材6に設けられた力覚センサー7によって所定値以上の荷重が検出された場合、すなわち、人間が前方に進みすぎてしまった場合、無端ベルト2の周回速度を上昇させるようにする。ただし、人間が着地した際に蹴り出し期に入る直前よりも速くすると走行のバランスが崩れてしまう可能性があるため、着地後に周回速度を緩やかに上昇させるようにする。このように周回速度を上昇させる場合、フォースプレート40によって人間の重心位置を検出し、その重心位置が定位置に収まるように周回速度を上昇させるようにするとよい。
Further, even if the connecting
次に、このように構成されたトレッドミル1の動作フローについて、図5を用いて説明する。
Next, an operation flow of the
まず、人間がトレッドミル1の無端ベルト2に載って走行を開始する場合、片脚が立脚状態となり、もう片方の脚を踏み出すような状態となる(図3(a))。
First, when a person starts running on the
このとき、トレッドミル1は、フォースプレート40によってZ軸方向の荷重FzやY軸方向の荷重Fyを検出し(ステップS1)、これらの値が所定値以上になった場合に、「蹴り出し期」に入ったと判断する(ステップS2)。
At this time, the
そして、制御部8は、Fzの荷重の大きさに応じて無端ベルト2の周回速度を緩やかに低減させるように制御する(ステップS3)。このとき、人間が踏み込みから蹴り出しを行うタイミング(P1〜P2)においては、無端ベルト2が徐々に低速になり、そこから再び無端ベルト2の周回速度が元に戻るようになる。これにより人間は、自分の体重を前方に進ませようと脚に力を掛けることができるようになる。
Then, the
次に、人間の飛び跳ねが検出された場合(ステップS4)、垂直荷重Fzや水平荷重Fyは無荷重の状態に戻るため、制御部8によって「蹴り出し期」直前の周回速度に戻される(ステップS5)。なお、この飛び跳ね期においては、人間の脚力によって蹴り出し位置から少し前方に進んでしまうことになるが、人間の腰などに取り付けられたゴムなどの連結部材6によって、元の位置に引き戻される(図4(c)〜(d))。
Next, when jumping of a person is detected (step S4), the vertical load Fz and the horizontal load Fy return to the state of no load, so that the
次に、人間が着地した場合、Fzが急激に増え、これによって着地期に入ったことが検出される(ステップS6)。なお、この着地時においては、Fzは所定値よりも大きくなるが、Fyが所定値を超えないため、「蹴り出し期」ではないと判断される。 Next, when a person lands, Fz sharply increases, thereby detecting that a landing period has been entered (step S6). At the time of this landing, Fz is larger than a predetermined value, but Fy does not exceed the predetermined value, so that it is determined that the kicking period is not reached.
着地期に入った後においては、先の飛び跳ね期に連結部材6の力覚センサー7によって所定値以上の荷重が検出されている場合(ステップS7)、その荷重に応じて徐々に無端ベルト2の周回速度を上昇させ(ステップS8)、人間が無端ベルト2の所定位置に収まるように無端ベルト2を周回させる。
After the landing period, if a load equal to or greater than a predetermined value is detected by the
同様にして、反対側の脚による蹴り出しや飛び跳ね、着地などを繰り返していくようにする(ステップS1〜S7)。 Similarly, kicking, jumping, landing, and the like by the opposite leg are repeated (steps S1 to S7).
このように上記実施の形態によれば、人間が走行する無端ベルト2と、当該無端ベルト2を走行中における人間の蹴り出しを検出する蹴り出し検出部4と、当該蹴り出し検出部4によって人間の蹴り出しが検出された場合に、無端ベルト2の周回速度を低減させるように制御する制御部8とを備えるようにしたもので、蹴り出し時に無端ベルト2の速度が低減され、人間の体重に近い荷重を前進させるように脚に負荷をかけることができるようになる。これにより、実際に地面を走行しているような状態で脚力を鍛えさせることができるようになる。
As described above, according to the above-described embodiment, the
また、前記蹴り出し検出部4を、無端ベルト2の下方に設けられたフォースプレート40によって無端ベルト2の平面方向に沿った荷重を検出して、蹴り出しを検出するようにしたので、実際の蹴り出しに近い状態を検出することができるようになる。
Further, since the kick-out
さらに、前記フォースプレート40によって、人間の飛び跳ね状態が検出された場合、前記制御部8によって、無端ベルト2の周回速度を蹴り出し時の直前の周回速度に戻すようにしたので、人間が飛び跳ねて着地状態に戻る際、無端ベルト2が元の周回速度に戻っているため、無端ベルト2上における人間の位置を定位置にすることができるようになる。
Further, when the jumping state of a human is detected by the
また、前記無端ベルト2以外の固定部位5と人間との間に連結される連結部材6と、当該連結部材6に作用する力を検出する力覚センサー7とを備え、前記力覚センサー7によって所定値以上の荷重が検出された場合に、前記制御部8によって、無端ベルト2の速度を上昇させるようにしたので、蹴り出しによって人間が少し前方に進んだ場合、連結部材6に設けられた力覚センサー7でこれを検出することができ、無端ベルト2の周回速度を速くして人間を元の位置に戻すことができるようになる。
Further, a
また、前記連結部材6を弾性体で構成するようにしたので、ゴムなどによって人間の飛び跳ね時にその人間を元の位置に戻すことができるようになり、ほぼ一定範囲に収めて人間を走行させることができるようになる。
In addition, since the connecting
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。 The present invention is not limited to the above embodiment, but can be implemented in various modes.
例えば、上記実施の形態では、ゴムなどの連結部材6を人間の腰に取り付けて引き戻すようにしたが、ゴムなどを取り付けることなく人間を走行させ、その人間の重心位置が所定範囲を超えて前方に移動した際に、これを引き戻すように周回速度を上昇させるようにしてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the connecting
また、上記実施の形態では、連結部材6に力覚センサー7を取り付けて無端ベルト2の周回速度を制御させるようにしたが、この力覚センサー7を設けることなく、ゴムの弾性力によって人間を引き戻すようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the
さらに、上記実施の形態では、フォースプレート40によって人間の位置を検出できるようにしたが、別途設けられた光学センサーなどによって人間の位置を検出して、所定の範囲内で人間を走行させるように制御してもよい。
Further, in the above-described embodiment, the position of the person can be detected by the
また、上記実施の形態では、水平方向の荷重Fyによって蹴り出し期を検出できるようにしたが、蹴り出しに伴う垂直方向の荷重Fzによって蹴り出し期を検出できるようにしてもよい。 In the above embodiment, the kicking-out period can be detected by the horizontal load Fy. However, the kicking-out period may be detected by the vertical load Fz accompanying the kicking.
また、上記実施の形態では、無端ベルト上を走行する人間の例として、飛び跳ねるように走行する人間を例に挙げて説明したが、これに限らず、歩行する人間や車椅子に乗って走行する人間などの場合にも適用することができる。 Further, in the above-described embodiment, as an example of a person running on the endless belt, a person running so as to jump is described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a person walking and a person running in a wheelchair are described. Such a case can be applied.
1・・・トレッドミル
2・・・無端ベルト
21・・・人間載置面
3・・・モーター
4・・・蹴り出し検出部
40・・・フォースプレート
41・・・ロードセル
42・・・金属プレート
5・・・固定部位
6・・・連結部材
7・・・力覚センサー
8・・・制御部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
当該無端ベルトを走行中における人間の蹴り出しを検出する蹴り出し検出部と、
当該蹴り出し検出部によって人間の蹴り出しが検出された場合に、無端ベルトの周回速度を低減させるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とするトレッドミル。 An endless belt on which humans run,
A kick-out detection unit that detects a kick-out of a person while traveling on the endless belt,
A control unit that controls so as to reduce the circling speed of the endless belt when the kick-out detection unit detects a kick-out of a human;
A treadmill comprising:
当該連結部材にかかる作用する力を検出する力覚センサーと、
を備え、
前記力覚センサーによって所定値以上の荷重が検出された場合、前記制御部によって、無端ベルトの速度を上昇させるようにした請求項1に記載のトレッドミル。 Further, a connecting member connected between a fixed part other than the endless belt and a human,
A force sensor for detecting a force acting on the connecting member,
With
2. The treadmill according to claim 1, wherein when a load equal to or more than a predetermined value is detected by the force sensor, the control unit increases the speed of the endless belt. 3.
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