JP2023140229A - Vibration training device and vibration application method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動トレーニング装置及び振動付与方法に関する。 The present invention relates to a vibration training device and a vibration application method.
近年、生活習慣病の増大など疾病構造の変化や、高齢化が進行し、健康に暮らせる健康寿命と平均寿命との格差が広がっている。平均寿命が延びたとしても、心臓病や脳梗塞、また転倒・骨折で寝たきり、認知症などで、自立して健やかな生活を送ることが困難な高齢者も増加している。これらより国の重要課題として平均寿命と健康寿命のギャップを縮める健康寿命の延長こそが重要とされ、より効果的なリハビリテーションの確立が不可欠となっている。上記のような問題を解決すべく、使用者等(例えば、要介護者)の筋肉に振動を付与し、振動による刺激のみで通常のリハビリテーションよりも簡易的かつ効果的に使用者等の筋力、代謝機能、骨量改善、それに伴う運動機能を改善させることが可能である動的運動療法装置がある。これは振動刺激により身体に加速度を付加することにより、筋力トレーニング効果を増幅させる、感覚器を刺激することによるバランス機能を改善させる、骨量を増加させる、など使用者等が動かなくても、さまざまな生理学的な反応を引き起こす原理を利用している。そのため、通常の運動と比較し、非常に安全で障害者や虚弱高齢者に安全にリハビリテーションを提供できることで注目されている(例えば、特許文献1及び特許文献2)。
In recent years, due to changes in the disease structure such as an increase in lifestyle-related diseases and the aging of the population, the gap between the healthy life expectancy and the average life expectancy is widening. Even though average life expectancy has increased, the number of elderly people who have difficulty living independent and healthy lives is increasing due to heart disease, cerebral infarction, being bedridden due to falls and fractures, and dementia. Therefore, extending healthy life expectancy by narrowing the gap between average life expectancy and healthy life expectancy is an important national issue, and establishing more effective rehabilitation is essential. In order to solve the above problems, vibrations are applied to the muscles of the user (for example, a person in need of care), and the muscle strength of the user, etc. can be improved more easily and effectively than normal rehabilitation using only vibration stimulation. There is a dynamic exercise therapy device that can improve metabolic function, bone mass, and associated motor function. This applies acceleration to the body through vibration stimulation to amplify the effects of muscle training, improves balance function by stimulating sensory organs, increases bone mass, etc., even when the user does not move. It uses principles that trigger various physiological responses. Therefore, compared to normal exercise, it is attracting attention because it is extremely safe and can safely provide rehabilitation to disabled people and frail elderly people (for example,
ところで、特許文献1に記載の動的運動療法装置は、プラットフォーム(振動プレートに相当)上に患者を立たせて、プラットフォームに振動を付与することにより、患者の筋力に刺激を与えるものとされている。また、前記動的運動療法装置は、立位をとることが困難な患者の場合、プラットフォーム上に設けた座部に患者を座らせた状態で、プラットフォームに振動を付与することにより、患者の筋力に刺激を与えるものとされている。
By the way, the dynamic exercise therapy device described in
上述した特許文献1に記載の動的運動療法装置は、予め患者の体重を体重計等により計測し、計測された体重を見掛けの体重として設定するものとされている。また、前記運動療法装置は、加速度計(処理デバイスに相当)により、振動プレートに掛かる荷重を見掛けの体重を基準とした偏差の値として、計測するものとされている。得られた偏差の値は、ルックアップテーブル(比較表)に基づいて、対応する機械的振動エネルギーの伝達率に換算される。
The dynamic exercise therapy device described in
しかしながら、特許文献1に記載の動的運動療法装置は、加速度計により、見掛けの体重を基にして、振動プレートに掛かる荷重を偏差の値として取得するものとされているので、直接的に振動プレートに掛かる荷重を計測することができない。また、前記動的運動療法装置は、患者が振動プレートに完全に乗った状態(振動プレートに患者の全体重が掛かった状態)を基準(見かけの体重)として、当該基準からの偏差の値を計測するものとされている。従って、振動プレートが非振動状態にある場合において、患者が動的運動療法装置に載った場合は、患者の実際の体重と見掛けの体重とがほぼ同じとなるため、加速度が発生しない。そのため、振動プレートが非振動状態にある場合は、荷重(患者の実際の体重)を測定することができない問題がある。
健常者は、自発的にトレーニングするため、自分の体に与える負荷を自分で調整する。一方、トレーナーが付きそう高齢者や患者を対象とするトレーニングは自発的ではなく、医学的に実証されたプロトコールに基づいた方法で実施する。
高齢者や術後患者等の実施の際、使用者が適正な座位姿勢を保った状態での下肢荷重を測定し、付き添うトレーナーがその程度を認識することが大切であり、その上で姿勢を変化させた時の荷重変化量を確認してトレーニングすることが重要となるが、特許文献1に記載の動的運動療法装置等の従来技術では実現できないという問題もある。
However, the dynamic exercise therapy device described in
Healthy people train voluntarily, so they adjust the load on their bodies by themselves. On the other hand, training for elderly people and patients who are likely to be accompanied by a trainer is not spontaneous, but is conducted using methods based on medically proven protocols.
When performing this on elderly patients or post-operative patients, it is important to measure the load on the lower limbs while the user maintains a proper sitting posture, and for the accompanying trainer to recognize the extent of the load. It is important to train by checking the amount of change in load when changing the load, but there is also the problem that this cannot be achieved with conventional techniques such as the dynamic exercise therapy device described in
また、特許文献1に記載の動的運動療法装置は、上述のように見掛けの体重を基準として偏差の値を算出しており、実際の体重を基準とするものではないので、計測に誤差を生じやすい。そのため、患者に対して正確に振動(加速度運動)を付与することが困難である。また、前記動的運動療法装置は、偏差の値を機械的振動エネルギーの伝達率に変換するに際し、ルックアップテーブルを用いて間接的に行うためサンプリング頻度を高めることが困難であり、測定誤差も生じやすい問題がある。また、前記動的運動療法装置は、見掛けの体重を基準としているため、振動プレートに使用者が身体の一部(例えば、足)だけを載せる場合は、使用者の足に対して適正な荷重で振動を付与することができない問題があった。上述したように前記動的運動療法装置は、見掛けの体重を別途に体重計で測定する必要がある。しかしながら、例えば、要介護者のように体重計に載ることが困難な者の場合は、事前に体重を測定してルックアップテーブルにより算出が必要となり、その手間が課題となる。さらに、算出した値が姿勢や下肢筋力の緊張状態で大きく変化する(例えば、同じ座位姿勢でも大腿四頭筋やヒラメ筋肉、前脛骨筋の緊張の程度で下肢の荷重が大きく変化する)ので、同じ身長・体重の者でも荷重は異なり、ルックアップテーブルのみでは十分に対応できない。
In addition, the dynamic exercise therapy device described in
また、特許文献2に記載の振動刺激装置(振動により人体を刺激する装置)は、振動プレート(振動板)に係る荷重を測定することができない。そのため、特許文献1と同様の問題を有している。
Further, the vibration stimulation device (device that stimulates the human body by vibration) described in
そこで、本発明は、非振動状態及び振動状態において荷重を計測可能な振動トレーニング装置及び振動付与方法を提供することを目的とする。また、本発明は、非振動状態及び振動状態において荷重変化を表示可能な振動トレーニング装置及び振動付与方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a vibration training device and a vibration application method that can measure loads in a non-vibration state and a vibration state. Another object of the present invention is to provide a vibration training device and a vibration application method that can display load changes in a non-vibration state and a vibration state.
(1)上述した課題を解決すべく提供される本発明の振動トレーニング装置は、使用者が足を載せる振動プレートと、前記振動プレートに振動を付与する振動発生ユニットと、前記振動プレートに対して下方側に配される支持ベースと、前記支持ベース及び前記振動プレートの間に配されると共に前記振動プレートを下面側から支持しつつ前記振動プレートを上方に向けて付勢する弾性部材と、前記振動プレートの下方側において、前記弾性部材及び前記振動発生ユニットが配される領域を避けた領域に配される変位計と、前記変位計で検出された変位量を演算処理する演算部と、を備え、前記変位計は、前記振動プレートが非振動状態にある場合の高さを第一位置として当該振動プレートの上下方向への変位量を検出することが可能であり、前記演算部は、前記第一位置からの変位量に基づいて、前記振動プレートに掛かる荷重を算出可能であること、を特徴とするものである。 (1) The vibration training device of the present invention, which is provided to solve the above-mentioned problems, includes a vibration plate on which a user places his or her feet, a vibration generation unit that applies vibration to the vibration plate, and a vibration training device that applies vibration to the vibration plate. a support base disposed on the lower side; an elastic member disposed between the support base and the vibrating plate and urging the vibrating plate upward while supporting the vibrating plate from the lower surface side; A displacement meter disposed on the lower side of the vibrating plate in an area avoiding an area where the elastic member and the vibration generating unit are disposed, and a calculation section for calculating the amount of displacement detected by the displacement meter. The displacement meter is capable of detecting the displacement amount of the vibrating plate in the vertical direction with a height when the vibrating plate is in a non-vibrating state as a first position, and the calculating unit is configured to detect the vertical displacement amount of the vibrating plate. The present invention is characterized in that the load applied to the vibrating plate can be calculated based on the amount of displacement from the first position.
上述した振動トレーニング装置は、変位計により、振動プレートが非振動状態にある場合の高さを第一位置として、振動プレートの上下方向への変位量を検出することが可能である。すなわち、上述した振動トレーニング装置は、非振動状態での振動プレートの上下方向の変位量を検出することが可能である。従って、上述した振動トレーニング装置は、検出した前記変位量に基づいて、振動プレートに掛かる荷重を算出することができる。これにより、上述した振動トレーニング装置は、従来測定することができなかった非振動状態においても荷重(例えば、使用者の体重や身体の一部の重量)を測定することができる。そのため、予め使用者の体重(見かけの体重)を測定する必要がないので、例えば、高齢者や要介護者等が、わざわざ別途に体重計に載って体重を測定する必要がない。これにより、使用者の負担や介助者の負担を軽減できる効果が期待できる。なお、変位計には、例えば、接触式のものや非接触式のものなど各種の変位計を用いることができる。 The vibration training device described above is capable of detecting the amount of displacement of the vibration plate in the vertical direction using a displacement meter, with the height when the vibration plate is in a non-vibration state being the first position. That is, the vibration training device described above is capable of detecting the amount of vertical displacement of the vibration plate in a non-vibration state. Therefore, the vibration training device described above can calculate the load applied to the vibration plate based on the detected displacement amount. Thereby, the vibration training device described above can measure loads (for example, the user's weight or the weight of a part of the body) even in a non-vibration state, which could not be measured conventionally. Therefore, there is no need to measure the user's weight (apparent weight) in advance, so there is no need for, for example, elderly people, people in need of care, etc. to take the trouble to separately weigh themselves on a scale. This can be expected to reduce the burden on the user and the caregiver. Note that various types of displacement meters, such as contact type and non-contact type, can be used as the displacement meter.
また、上述した振動トレーニング装置は、第一位置からの変位量に基づいて、振動プレートに掛かる荷重を算出可能であるので、振動プレートに振動を付与した際にも第一位置を基準として振動プレートに掛かる荷重を算出することができる。また、上述した振動トレーニング装置は、ルックアップテーブル(比較表)を用いることなく、荷重を算出できるため、トレーナーが目視確認できる。また、上述した振動トレーニング装置は、荷重の測定精度を高めることができる。 In addition, the vibration training device described above can calculate the load applied to the vibration plate based on the amount of displacement from the first position, so even when applying vibration to the vibration plate, the vibration training device can calculate the load applied to the vibration plate based on the first position. It is possible to calculate the load applied to the Further, the above-described vibration training device can calculate the load without using a lookup table (comparison table), so the trainer can visually check it. Further, the vibration training device described above can improve the accuracy of load measurement.
(2)上述した本発明の振動トレーニング装置は、前記荷重及び前記変位量のいずれか一方又は双方を直接的又は間接的に表示する表示装置を備えるとよい。 (2) The vibration training device of the present invention described above may include a display device that directly or indirectly displays either or both of the load and the displacement amount.
上述した振動トレーニング装置は、かかる構成とすることにより、使用者(例えば、高齢者や要介護者)に対して、振動を付与する際の目標値(指針)を視覚的に提供することができる。そのため、上述した振動トレーニング装置は、正確な荷重や変位量に基づいて、使用者に対して振動を付与することができ、適正なトレーニング効果(筋肉の刺激による効果)を得ることができる。また、上述した振動トレーニング装置は、例えば、使用者のトレーニングを介助する介助者(例えば、理学療法士やトレーナー)の利便性を向上させることが期待できる。 With this configuration, the vibration training device described above can visually provide a target value (guideline) when applying vibration to a user (for example, an elderly person or a person in need of care). . Therefore, the above-mentioned vibration training device can apply vibration to the user based on accurate load and displacement amount, and can obtain an appropriate training effect (effect due to muscle stimulation). Further, the above-described vibration training device can be expected to improve the convenience of an assistant (eg, a physical therapist or a trainer) who assists the user in training, for example.
(3)上述した本発明の振動トレーニング装置において、前記演算部は、前記使用者が非振動状態にある前記振動プレートに足を載せた状態を第二位置として、前記第一位置から前記第二位置への変位量に基づいて基準荷重を算出可能であり、前記表示装置は、前記振動プレートが非振動状態及び振動状態にある場合の前記基準荷重に対する荷重変化を直接的又は間接的に表示可能であるとよい。 (3) In the above-described vibration training device of the present invention, the calculation unit is configured to move from the first position to the second position, with the user placing his or her feet on the vibration plate in a non-vibrating state as a second position. A reference load can be calculated based on the amount of displacement to the position, and the display device can directly or indirectly display a load change with respect to the reference load when the vibrating plate is in a non-vibrating state and a vibrating state. It would be good if it were.
上述した振動トレーニング装置は、かかる構成とすることにより、演算部において、非振動状態で、基準荷重を算出できる。ここで、基準荷重は、使用者が全体重を掛けた場合は、使用者の体重となり、使用者が例えば足だけを振動プレートに載せて荷重を掛けた場合は、その荷重(足による荷重)となる。基準荷重は、座面位置と足底の位置、下肢筋力の状態によって変化するが、それを計測可能とする(座面位置は、足底からの水平方向の距離と高さ方向の距離によって変化し、使用者の身体状態とトレーニングの目的によっても異なる)。そのため、上述した振動トレーニング装置は、振動プレートを非振動状態から振動状態とした際に、非振動状態にある基準荷重(負荷量)に基づいて、振動状態における荷重変化を表示装置に表示させることができる。振動トレーニング装置は荷重量で身体に与える効果が異なる。例えば荷重量が低い場合は感覚刺激によるバランス機能改善効果、荷重量が増加することで筋力増幅効果が得られる。つまり、適切に荷重量を管理することで、上述した振動トレーニング装置は、正確な荷重変化に基づいて、適切に使用者に対して振動を付与することができ、適正なトレーニング効果(筋肉の刺激による効果、バランス改善効果、血流改善効果など)を得ることができる。さらに、使用者のトレーニングを介助する介助者(例えば、理学療法士やトレーナー)は客観的に振動トレーニング装置の効果を使用者等に伝えることができる。また虚弱高齢者など多くの使用者等は使用者自身で荷重を増加させることが難しいため、荷重量の変化自体が振動トレーニング効果判定として有用になる。荷重量を客観的に観察することで、各使用者ごとのトレーニングプロトコールを確立することができ、効果的なリハビリテーション手法を開発するためのエビデンスの確立にもつながる可能性がある。 With this configuration, the vibration training device described above can calculate the reference load in a non-vibration state in the calculation section. Here, the reference load is the user's body weight if the user applies the entire body weight, and if the user applies the load by placing only the foot on the vibrating plate, for example, the reference load is the load (load due to the foot). becomes. The reference load changes depending on the seat position, the position of the sole of the foot, and the state of lower limb muscle strength, but it can be measured (the seat position changes depending on the horizontal distance from the sole of the foot and the distance in the height direction) However, it also varies depending on the user's physical condition and training purpose). Therefore, when the vibration training device described above changes the vibration plate from a non-vibrating state to a vibrating state, the display device displays the load change in the vibrating state based on the reference load (load amount) in the non-vibrating state. I can do it. Vibration training devices have different effects on the body depending on the amount of load. For example, when the amount of load is low, the effect of improving balance function due to sensory stimulation is obtained, and when the amount of load is increased, the effect of increasing muscle strength is obtained. In other words, by appropriately managing the load amount, the above-mentioned vibration training device can appropriately apply vibration to the user based on accurate load changes, resulting in an appropriate training effect (muscle stimulation). effect, balance improvement effect, blood flow improvement effect, etc.). Furthermore, an assistant (for example, a physical therapist or a trainer) who assists the user in training can objectively convey the effects of the vibration training device to the user. Further, since it is difficult for many users such as frail elderly people to increase the load themselves, changes in the amount of load itself are useful in determining the effectiveness of vibration training. By objectively observing the load amount, it is possible to establish a training protocol for each user, which may also lead to the establishment of evidence for developing effective rehabilitation methods.
(4)上述した本発明の振動トレーニング装置は、前記変位計が、前記振動プレートにおける重心の下方側に位置するように配されるとよい。 (4) In the above-described vibration training device of the present invention, it is preferable that the displacement meter is located below the center of gravity of the vibration plate.
上述した振動トレーニング装置は、かかる構成とすることにより、振動による影響が少ない位置(例えば、振動を減衰したプレートに変位計を配置)で、変位計による変位の検出を行うことができる。すなわち、振動プレートにおける重心は、振動プレートが振動する際に上下方向以外への振れがないため、精度の良い上下方向への変位量を検出することができる。そのため、精度の良い荷重の算出が可能である。また、振動プレートにおける重心は、例えば、それぞれの弾性部材が配された領域の水平方向における中心と一致させるとよい。これにより、振動プレートが振動する際の上下方向以外への振れが抑制される。 With this configuration, the vibration training device described above can detect displacement using a displacement meter at a position where the influence of vibration is small (for example, by disposing the displacement meter on a plate that dampens vibrations). That is, since the center of gravity of the vibrating plate does not swing in any direction other than the vertical direction when the vibrating plate vibrates, the amount of displacement in the vertical direction can be detected with high accuracy. Therefore, it is possible to calculate the load with high accuracy. Further, the center of gravity of the vibrating plate may be made to coincide with the center in the horizontal direction of the area where each elastic member is arranged, for example. This suppresses vibration in directions other than the vertical direction when the vibration plate vibrates.
(5)上述した本発明の振動トレーニング装置において、前記演算部は、所定時間に検出された複数の前記変位量に係るデータを、移動平均法を用いて演算処理することにより前記荷重を算出するとよい。 (5) In the above-described vibration training device of the present invention, the calculation unit calculates the load by processing data related to the plurality of displacement amounts detected in a predetermined time using a moving average method. good.
上述した振動トレーニング装置は、かかる構成とすることにより、サンプリング数を必要以上に増やすことなく、例えば、移動平均法により平均化することにより、精度の良い荷重を算出できる。そのため、上述した振動トレーニング装置は、演算部への負荷を軽減することができる。 With this configuration, the vibration training device described above can calculate a load with high accuracy by averaging using the moving average method, for example, without increasing the number of samplings more than necessary. Therefore, the vibration training device described above can reduce the load on the calculation section.
(6)上述した本発明の振動トレーニング装置は、前記変位計が、非接触変位計であるとよい。 (6) In the vibration training device of the present invention described above, it is preferable that the displacement meter is a non-contact displacement meter.
上述した振動トレーニング装置は、かかる構成とすることにより、変位計を配置する位置の自由度を高めることができる。ここで、非接触変位計には、例えば、レーザー変位計が利用可能である。 By having such a configuration, the above-described vibration training device can increase the degree of freedom in arranging the displacement meter. Here, for example, a laser displacement meter can be used as the non-contact displacement meter.
(7)上述した課題を解決すべく提供される本発明の振動付与方法は、使用者が足を載せる振動プレートと、前記振動プレートに振動を付与する振動発生ユニットと、前記振動プレートの上下方向への変位量を計測する変位計と、前記変位量を演算処理することにより荷重を算出する演算部と、前記荷重及び前記変位量のいずれか一方又は双方を直接的又は間接的に表示する表示装置と、を備える振動トレーニング装置を用い、前記振動発生ユニットによる振動を発生させる前の非振動状態において、前記振動プレートの高さを第一位置として設定する第一位置設定ステップと、前記非振動状態おいて、前記使用者が前記振動プレートに足を載せた状態における前記第一位置から変位した位置を第二位置として計測する第二位置計測ステップと、前記第一位置から前記第二位置への変位量に基づいて基準荷重を算出する基準荷重算出ステップと、前記振動発生ユニットによって振動を前記振動プレートに付与することにより振動状態とする振動発生ステップと、振動状態において、荷重を算出する振動状態荷重算出ステップと、前記非振動状態及び前記振動状態における荷重及び前記基準荷重に対する荷重変化のいずれか一方又は双方を直接的又は間接的に表示させる表示ステップと、を実行すること、を特徴とするものである。 (7) The vibration imparting method of the present invention, which is provided to solve the above-mentioned problems, includes a vibrating plate on which a user places his or her feet, a vibration generating unit that imparts vibration to the vibrating plate, and a vertical direction of the vibrating plate. a displacement meter that measures the amount of displacement to, a calculation unit that calculates a load by calculating the amount of displacement, and a display that directly or indirectly displays either or both of the load and the amount of displacement. a first position setting step of setting the height of the vibration plate as a first position in a non-vibration state before the vibration generation unit generates vibration, using a vibration training device comprising a vibration training device; a second position measuring step of measuring, as a second position, a position displaced from the first position with the user's foot placed on the vibrating plate; and moving from the first position to the second position. a standard load calculating step of calculating a standard load based on the amount of displacement of the vibration generating unit; a vibration generating step of applying vibration to the vibrating plate by the vibration generating unit to bring it into a vibrating state; and a vibration generating step of calculating a load in the vibrating state. It is characterized by executing a state load calculation step and a display step of directly or indirectly displaying either or both of the load in the non-vibration state and the vibration state and the load change with respect to the reference load. It is something to do.
上述した振動付与方法は、第一位置設定ステップにより、非振動状態における振動プレートの高さを第一位置として設定できる。すなわち、振動プレートの無負荷の状態が、第一位置として設定される。なお、第一位置の設定は、手動又は自動で行えばよい。また、上述した振動付与方法は、第二位置計測ステップにより、使用者が振動プレートに足を載せた状態における第一位置から変位した位置を第二位置として計測できる。また、上述した振動付与方法は、基準荷重算出ステップにより、第一位置から第二位置への変位量に基づいた基準荷重を算出できる。すなわち、非振動状態で使用者が振動プレートに付与した負荷(基準荷重)を測定することができる。これにより、上述した振動付与方法は、従来測定することができなかった非振動状態においても荷重(例えば、使用者の体重や身体の一部の重量)を測定することができる。そのため、予め使用者の体重(見かけの体重)を測定する必要がないので、例えば、高齢者や要介護者等が、わざわざ別途に体重計に載って体重を測定する必要がない。これにより、使用者の負担や介助者の負担を軽減できる効果が期待できる。なお、各ステップにおける変位の検出は、例えば、非接触変位計を用いればよい。
なお、第一位置から第二位置への変位量に基づく基準荷重を算出せず、トレーニング時の姿勢における振動状態での荷重測定を行うこともできる。
In the above-described vibration imparting method, the height of the vibrating plate in the non-vibrating state can be set as the first position by the first position setting step. That is, the no-load state of the vibrating plate is set as the first position. Note that the first position may be set manually or automatically. Further, in the above-described vibration imparting method, a position displaced from the first position when the user's foot is placed on the vibration plate can be measured as the second position by the second position measurement step. Further, in the above-described vibration applying method, the reference load can be calculated based on the amount of displacement from the first position to the second position by the reference load calculation step. That is, it is possible to measure the load (reference load) applied to the vibrating plate by the user in a non-vibrating state. Thereby, the above-described vibration application method can measure the load (for example, the user's weight or the weight of a part of the body) even in a non-vibration state, which could not be measured conventionally. Therefore, there is no need to measure the user's weight (apparent weight) in advance, so there is no need for, for example, elderly people, people in need of care, etc. to take the trouble to separately weigh themselves on a scale. This can be expected to reduce the burden on the user and the caregiver. Note that displacement in each step may be detected using, for example, a non-contact displacement meter.
Note that it is also possible to measure the load in a vibrating state in the training posture without calculating the reference load based on the amount of displacement from the first position to the second position.
また、上述した振動付与方法は、振動発生ステップにより、振動を振動プレートに付与することができる。これにより、上述した振動付与方法は、振動プレートに基準荷重の負荷を掛けた状態で、使用者に対して振動を付与できる。また、上述した振動付与方法は、振動状態荷重算出ステップにより、振動状態における荷重を算出することができる。また、上述した振動付与方法は、表示ステップにより、非振動状態及び振動状態において、前記基準荷重に対する荷重変化を直接的又は間接的に表示させることができる。これにより、上述した振動付与方法は、正確な荷重変化に基づいて、適切に使用者に対して振動を付与することができ、適正なトレーニング効果(筋肉の刺激による効果、バランス改善効果、血流改善効果など)を得ることができる。また、上述した振動付与方法は、例えば、使用者のトレーニングを介助する介助者(例えば、理学療法士やトレーナー)の利便性を向上させることが期待できる。 Further, in the above-described vibration imparting method, vibration can be imparted to the vibrating plate through the vibration generating step. As a result, the above-described vibration application method can apply vibration to the user while the reference load is applied to the vibration plate. Further, in the vibration application method described above, the load in the vibration state can be calculated by the vibration state load calculation step. Further, in the above-described vibration applying method, the load change with respect to the reference load can be directly or indirectly displayed in the non-vibration state and the vibration state by the display step. As a result, the vibration application method described above can appropriately apply vibration to the user based on accurate load changes, and can produce appropriate training effects (muscle stimulation effects, balance improvement effects, blood flow effects, etc.). improvement effects, etc.). Moreover, the above-described vibration application method can be expected to improve the convenience of an assistant (eg, a physical therapist or a trainer) who assists the user in training, for example.
本発明によれば、非振動状態及び振動状態において荷重を計測可能な振動トレーニング装置及び振動付与方法を提供することができる。また、本発明によれば、非振動状態及び振動状態において荷重変化を表示可能な振動トレーニング装置及び振動付与方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a vibration training device and a vibration application method that can measure loads in a non-vibration state and a vibration state. Further, according to the present invention, it is possible to provide a vibration training device and a vibration application method that can display load changes in a non-vibration state and a vibration state.
本発明に係る振動トレーニング装置1の一実施形態について、図1~図7を参照しながら以下に詳細を説明する。
An embodiment of the
図1に示すように、振動トレーニング装置1は、複数の車輪2と、車輪2上に支持された本体カバー3と、支柱4と、ハンドル5と、操作パネル6と、振動プレート20等で外形が形成されている。また、図2(a)及び図2(b)に示すように、振動トレーニング装置1は、前記の他、支持ベース10と、振動発生ユニット100と、弾性部材30と、変位計40と、制御部50等、を備えている。
As shown in FIG. 1, the
本体カバー3は、上部カバー3aと、下部カバー3bとに分割形成されている。上部カバー3aは、上面側に振動プレート20が配されている。下部カバー3bは、車輪2に支持されており、車輪2と一体となって水平方向に移動自在なものとされている。
The
支持ベース10は、振動プレート20に対して下方側に配され、下部カバー3bの底面に対して上方側に間隔を空けて水平に配されている。支持ベース10は、正方形状に形成され四隅がC面取りされている(図3参照)。支持ベース10は、下部カバー3b上に固定されたゴム11を介して支持されている。ゴム11は、振動が床面に伝達されることを抑制している。支持ベース10は、後述する振動発生ユニット100及び弾性部材30を支持するものとされている。支持ベース10の上方側には、振動発生ユニット100及び弾性部材30が支持されている。また、支持ベース10は、中央部に開口12が形成されており、後述する変位計40が開口12を貫通するように配される。
The
振動発生ユニット100は、支持ベース10上の中央付近に支持されており、振動プレート20の中央付近下方に位置している。図4に示すように、振動発生ユニット100は、モータ101を駆動源として、モータ101の回転を上下方向の振動に変換するものとされている。モータ101は、インバータモータ、サーボモータ、ステッピングモータ等の各種のモータを利用することができるが、本実施形態では、例えば、DCブラシレスモータが用いられている。振動発生ユニット100は、間隔を空けて立設された固定板102,102(手前側の固定板102は図示省略)と、底板108と、固定板102に支持されたモータ101と、モータ101のモータ軸に接続されたプロペラシャフト103と、2本の回転シャフト104,104と、を備えている。回転シャフト104,104は、プロペラシャフト103を介して幅方向(図示左右方向)両側に配されている。回転シャフト104,104は、それぞれ、固定板102,102の間に回転可能に支持されている。固定板102,102の上端側は、振動プレート20の下面側に固定されている。また、底板108は、支持ベース10上に固定されている。
The
振動発生ユニット100は、プロペラシャフト103に一体回転可能に固定された駆動プーリ110と、それぞれの回転シャフト104,104に一体回転可能に固定された従動プーリ111,111と、を備えている。駆動プーリ110は、モータ101の回転と同期した回転が可能である。また、駆動プーリ110及び従動プーリ111,111には、両面に歯が形成されたタイミングベルト112が掛け渡されている。タイミングベルト112は、駆動プーリ110の回転を従動プーリ111,111に伝達することができる。本実施形態では、駆動プーリ110の回転に伴って、従動プーリ111,111が、それぞれ逆方向に同期して回転するようにタイミングベルト112が掛け渡されている。従って、従動プーリ111,111の回転に伴って回転シャフト104,104が互いに逆法方向に同期して回転する。なお、本実施形態では、1つのモータ101により、2本の回転シャフト104,104が互いに逆方向に同期して回転するように構成しているが、2つのモータ101を用いて、2本の回転シャフト104,104が互いに逆方向に同期して回転するようにしてもよい。かかる場合は、2つのモータをインバータ等で回転シャフト104,104を互いに逆方向に同期させて回転させればよい。
The
上述した回転シャフト104,104は、それぞれ左右対称に設けられているため、以下では、一方側について説明する。回転シャフト104の先端側には、第一の錘体105が、回転シャフト104と一体的に回転可能に固定されている。また、回転シャフト104の基端側(従動プーリ111側)には、第二の錘体106が、回転シャフト104と一体的に回転可能に固定されている。また、回転シャフト104の中間部には、第三の錘体107が、回転シャフト104に対して回転可能に支持されている。第一の錘体105及び第二の錘体106は、例えば、鉄を素材として形成されている。第三の錘体107は、例えば、アルミニウムを素材として形成されている。なお、第一の錘体105、第二の錘体106、及び第三の錘体107は、付与する振動に応じて、各種の材質で形成することができる。
Since the above-mentioned
回転シャフト104の表面には、駆動ピン(図示せず)が設けられている。駆動ピンは、回転シャフト104の径方向に向けて突出しており、第三の錘体107と係合することが可能である。第三の錘体107は、駆動ピンが係合することにより、回転シャフト104と一体的に回転することができる。
A drive pin (not shown) is provided on the surface of the
ここで、回転シャフト104が一方向(図4のa方向)に回転するときは、第三の錘体107が、駆動ピン(図示せず)により第一の錘体105及び第二の錘体106とは180度反対側の位置に保持され、第一の錘体105及び第二の錘体106の遠心力が低減されることで、鉛直方向の振動が弱められる。これに対して、回転シャフト104が逆方向(図4のb方向)に回転するときは、第三の錘体107が、駆動ピンにより第一の錘体105及び第二の錘体106とは同じ方向を向く位置に保持され、第一の錘体105及び第二の錘体106の遠心力が増加されることで、鉛直方向の振動が強められる。振動発生ユニット100による振動は、振動プレート20に伝達される。
Here, when the
図1に示すように、支柱4は、上部カバー3aの前端側に立設されている。支柱4には、上端側にハンドル5と、操作パネル6と、が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
ハンドル5は、手前側が幅方向に沿って直線状に形成され、幅方向両端側が後方に向けて突出形成されることにより、全体としてコの字状に形成されている。使用者M(図6参照)は、ハンドル5の適所を握ることにより、トレーニングに適した姿勢を採ることができる。ハンドル5は、使用形態に合わせて、各種の形状に形成することができ、必要に応じて、可動式のものとすることもできる。
The
操作パネル6は、例えば、タッチパネルで形成されている。本実施形態では、操作パネル6は、表示装置60と、入力部61と、を含むものとされている。表示装置60は、例えば、入力部61としての操作ボタンや振動トレーニング装置1における各種の設定画面を表示することができる。また、表示装置60は、後述する振動プレート20の変位量や振動プレート20に掛かる荷重W等の各種の表示を行うことができる。表示装置60における具体的な表示の詳細は後述する。
The operation panel 6 is formed of, for example, a touch panel. In this embodiment, the operation panel 6 includes a
入力部61は、例えば、タッチパネルに表示される操作ボタンである。操作ボタンは、例えば、トレーニング(振動発生)を開始するスタートボタン、トレーニング(振動発生)を停止するボタン、トレーニングで付与する振動の振動条件(周波数及び振幅等)を設定する設定ボタン、トレーニング時間を変更する設定ボタン等の各種のボタンを備えている。また、入力部61は、タッチパネルに表示される操作ボタンだけではなく、非常停止ボタン等の各種のボタンとしてタッチパネル以外の場所に配置することも可能である。
The
ここで、振幅は、高又は低の2段階で調節することができ、周波数は、例えば20Hz、30Hz又は50Hzの3段階で調節することが可能である。振幅の調整は、上述したように回転シャフト104の回転方向により調整することができ、周波数は、回転シャフト104の回転数により調整することができる。
Here, the amplitude can be adjusted in two steps, high or low, and the frequency can be adjusted in three steps, for example, 20 Hz, 30 Hz, or 50 Hz. The amplitude can be adjusted by changing the rotational direction of the
振動プレート20は、上面側に使用者M(図6参照)が足を載せるためのゴムマット21が敷設されている。ゴムマット21には、所定の位置(使用者Mが足を載せる位置)にマーク(本実施形態では線)が施されている。ゴムマット21に施すマークは、振動プレート20の重心位置に対して、左右対称となるように施されている。振動プレート20の下面側における中央付近には、振動発生ユニット100の固定板102(図4参照)が固定されている。従って、振動発生ユニット100で発生させた振動が、振動プレート20に伝達される。これにより、振動プレート20が振動する。また、図2(a)及び図2(b)に示すように、振動プレート20は、弾性部材30によって、支持されている。
The vibrating
図3(a)及び(b)に示すように、支持ベース10の4つの面取り部のそれぞれに位置するように4つの弾性部材30が配されている。弾性部材30は、それぞれ面取り部の面取り方向に沿うように配されている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, four
図2(a)に示すように、弾性部材30は、本実施形態では、六角形のリング形状に形成されたゴム部材である。弾性部材30は、支持ベース10及び振動プレート20の間に配されており、上面で振動プレート20を下面側から支持している。また、弾性部材30は、下面が支持ベース10の上面側に支持されている。これにより、弾性部材30は、振動プレート20を下方側から支持しつつ、振動プレート20を上方に向けて付勢している。4つの弾性部材30は、それぞれ振動プレート20の中心(重心)に対して対称となるように配置されている。すなわち、振動プレート20は、4つの弾性部材30に均等に支持されており、水平状態に近い状態で保たれる。詳細は後述するが、弾性部材30は、上下(鉛直)方向に対して、所定の弾性係数に従う弾性力を有しており、振動プレート20に負荷が掛かった際に所定の弾性力で弾性変形することが可能である。
As shown in FIG. 2(a), the
変位計40は、本実施形態では、非接触式変位計(例えば、レーザー変位計)が用いられている。図2及び図3(b)に示すように、変位計40は、支持ベース10及び振動プレート20の間において、弾性部材30及び振動発生ユニット100が配される領域を避けた領域に配されている。具体的には、変位計40は、振動プレート20の重心の下方側における下部カバー3b上にブラケット(図示せず)を介して取り付けられている。また、図2(a)及び図2(b)に示すように、変位計40の上方には、変位計40の計測と干渉しないように、支持ベース10の開口12が位置している。また、開口12の上方には、変位計40と向き合うように反射部材41が設けられている。反射部材41は、振動発生ユニット100の底板108に固定されている。反射部材41は、変位計40から照射されるレーザー光を反射することができる。変位計40は、反射部材41に反射された光から、反射部材41との距離を計測することができる。変位計40による変位量Lの測定の詳細は、後述する。
In this embodiment, the
ここで、振動プレート20の重心は、4つの弾性部材30の配された領域の水平方向における中心と一致する位置とされている。そのため、変位計40は、振動による影響が少ない位置で、変位の検出を行うことができる。すなわち、振動プレート20における重心は、振動プレート20が振動する際に上下方向以外への振れが少ないため、精度の良い上下方向への変位量Lを検出することができる。また、上述したように変位計40に非接触変位計を用いれば、変位計40を配置する位置の自由度を高めることができる。なお、変位計40は、配置するレイアウトに応じて、非接触式のものだけではなく、接触式のものを用いることも可能である。
Here, the center of gravity of the vibrating
図2(a)及び図5に示すように制御部50は、下部カバー3bの後方側(支柱4の下方側)に設けられている。制御部50は、例えば、コンピュータにより構成されており、図5に示すように、演算部51と、記憶部52等を備えている。また、制御部50には、変位計40と、表示装置60と、入力部61と、モータドライバ113等が接続されている。制御部50は、振動トレーニング装置1の全体の動作を制御することができる。制御部50は、入力部61で設定された条件に従って、振動を発生させることができる。
As shown in FIGS. 2A and 5, the
モータドライバ113には、モータ101が接続されている。モータドライバ113は、制御部50からの指令に応じて、モータ101の駆動制御を行うことができる。
The
演算部51は、変位計40で計測された変位量を演算処理することができる。具体的には、演算部51は、変位計40で計測された振動プレート20の上下方向の変位量に基づいて、振動プレート20に掛かる荷重を算出することができる。なお、演算部51による荷重の算出の詳細は後述する。演算部51は、荷重の算出の他、振動トレーニング装置1における各種の演算処理や制御を行うことが可能である。
The
記憶部52は、フラッシュメモリ等の記憶媒体で構成されている。記憶部52は、使用者M(患者M)の各種の情報(性別、年齢、体重等)や、トレーニング条件等を記憶することができる。また、記憶部52は、適宜、記憶した情報を呼び出して、表示装置60に表示したり、入力部61にトレーニング条件を設定したりすることが可能である。
The
以上が、本発明に係る振動トレーニング装置1の構成であり、次に振動トレーニング装置1を用いた振動付与方法及び演算部51における荷重の算出についての詳細を説明する。
The above is the configuration of the
本実施形態では、図6に示すように、使用者Mが、足(振動を付与したい身体部分)のみを振動プレート20に載せる場合について説明する。まず、振動トレーニング装置1による振動の付与に先立ち、予め振動の振動条件が操作パネル6を介して設定される。
In this embodiment, as shown in FIG. 6, a case will be described in which the user M places only his feet (body part to which vibrations are to be applied) on the
図7は、変位計40による振動プレート20の上下方向への変位を示すチャート図である。振動プレート20は、使用者Mが足を載せる前の状態において、高さが第一位置P1(図示省略)に位置する。すなわち、変位計40が変位量0(ゼロ)を示す。また、制御部50(演算部51)により、このときの高さ(非振動状態の高さ)が第一位置P1として設定される(第一位置設定ステップ)。言い換えると、振動プレート20の無負荷の状態が、第一位置P1として設定される。なお、第一位置P1の設定は、手動又は自動で行えばよい。
FIG. 7 is a chart showing vertical displacement of the vibrating
次に、振動プレート20に振動を付与する前の状態(非振動状態とも称する)において、使用者Mは、別途用意された椅子7に着座し、振動プレート20の所定の位置(例えば、マークの施された位置)に足を載せる(図6参照)。すなわち、本実施形態では、振動プレート20に対して使用者Mの全体重が掛かるものではなく、使用者Mの足の重量のみが掛かるものとされている。また、使用者Mは、所定の姿勢をとるようにハンドル5の所定位置を握る(図6参照)。このとき、図7に示すように、振動プレート20に荷重が掛かることで、振動プレート20の高さが変位計40により第二位置P2として計測される(第二位置計測ステップ)。具体的には、変位計40は、第一位置P1から第二位置P2への変位量L1(初期変位量L1とも称する)を計測する。
Next, in a state before vibration is applied to the vibration plate 20 (also referred to as a non-vibration state), the user M sits on a separately
ここで、荷重Wは、弾性部材30の弾性係数Kに基づいて、算出することができる。弾性係数Kは、弾性部材30の荷重に応じた縮み量(圧縮計等により計測)の関係から予め求めることができる。なお、弾性部材30としてバネを用いる場合は、バネ係数を使用すればよい。荷重Wは、例えば、弾性部材30に線形変化するバネを用いる場合は、以下の(式1)により算出できる。線形変化しない弾性部材30を用いる場合は、弾性部材30の弾性変形に応じて、(式1)を変形すればよい。
Here, the load W can be calculated based on the elastic modulus K of the
荷重W=4(バネの個数)×K(バネ係数)×L(変位量)・・・(式1) Load W = 4 (number of springs) x K (spring coefficient) x L (displacement) (Formula 1)
従って、上述した初期変位量L1が、計測されると、演算部51は、初期変位量L1に基づいて、基準荷重W1(負荷量W1)を算出する(基準荷重算出ステップ)。ここで、基準荷重W1は、(式1)に基づいた(式2)により、算出することができる。
Therefore, when the above-mentioned initial displacement amount L1 is measured, the
基準荷重W1=4(バネの個数)×K(バネ係数)×L1(初期変位量)・・(式2) Standard load W1 = 4 (number of springs) x K (spring coefficient) x L1 (initial displacement amount) (Formula 2)
このように、本発明の振動トレーニング装置1や振動付与方法では、基準荷重算出ステップにより、非振動状態で使用者Mが振動プレートに付与した負荷(基準荷重)を測定することができる。これにより、本発明の振動トレーニング装置1や振動付与方法は、従来測定することができなかった非振動状態においても荷重W(例えば、使用者Mの体重や身体の一部の重量)を測定することができる。そのため、予め使用者Mの体重(見かけの体重)を測定する必要がないので、例えば、高齢者や要介護者等が、わざわざ別途に体重計に載って体重を測定する必要がない。これにより、使用者の負担や介助者の負担を軽減できる効果が期待できる。また、虚弱高齢者など多くの使用者等は荷重を増加させることが難しいため、荷重量の変化自体が振動トレーニング効果判定として有用になる。重量を客観的に観察することで、各使用者のトレーニングプロトコールを確立することができ、効果的なリハビリテーション手法を開発するためのエビデンスの確立にもつながる可能性がある。
As described above, in the
基準荷重算出ステップにおいて、基準荷重W1が算出されると、使用者Mが振動プレート20に足を載せた状態で、振動を振動プレート20に付与することにより振動状態とする(振動発生ステップ)。振動発生ステップでは、制御部50により、所定の振動条件に従った振動を発生させる制御が行われる。なお、振動の付与は、使用者M、理学療法士又は介護者等が、表示装置60に表示された操作ボタン(入力部61)を操作することにより開始することができる。
In the reference load calculation step, when the reference load W1 is calculated, the user M applies vibration to the
振動発生ステップでは、図7に示すように、所定の周波数(本実施形態では50Hz)で、振動が付与される。振動発生ステップでは、第二位置P2(基準荷重が付与された状態)を中心として所定の振幅で振動プレート20の高さが変位する。すなわち、0.02秒を1周期として、振動プレート20の高さが変位する。ここで、本実施形態では、変位計40のサンプリング間隔が例えば、0.002秒とされている。従って、1周期あたり10回のサンプリングが行われ、変位量Lに係るデータ(第一位置P1からの変位)がサンプリングされる。本実施形態では、サンプリング毎に第一位置P1からの変位(高さH)がa、b、c、d、e、f、g、h、i、jの順に順次変位するものとする。
In the vibration generation step, as shown in FIG. 7, vibration is applied at a predetermined frequency (50 Hz in this embodiment). In the vibration generation step, the height of the
演算部51は、所定時間にサンプリングで検出された高さHを以下の(式3)に基づいて移動平均化することにより変位量Lを算出する。
The
変位量L=(H1+H2+・・・Hn)/n・・・(式3) Displacement amount L=(H1+H2+...Hn)/n...(Formula 3)
なお、本実施形態における具体的な変位量Lは、以下の(式4)に基づいて算出できる。 Note that the specific displacement amount L in this embodiment can be calculated based on the following (Formula 4).
変位量L=(a+b+c+d+e+f+g+h+i+j)/10・・・(式4) Displacement amount L=(a+b+c+d+e+f+g+h+i+j)/10...(Formula 4)
演算部51は、振動状態における変位量Lに基づいて、荷重Wを算出する(振動状態荷重算出ステップ)。すなわち、使用者Mの足により、振動プレート20に付与された荷重W(振幅による変動の影響を除外した荷重W)が算出される。このように、本実施形態では、移動平均法により変位量Lが算出される。そのため、サンプリング数を必要以上に増やすことなく、精度の良い荷重Wの算出が行える。これにより、本発明の振動トレーニング装置1や振動付与方法は、演算部51への負荷を軽減することができる。また、本発明の振動トレーニング装置1や振動付与方法は、振動プレート20に基準荷重W1の負荷を掛けた状態で、使用者Mに対して振動を付与できる。
The
非振動状態及び振動状態で計測された荷重W及び基準荷重W1に対する荷重変化のいずれか一方又は双方は、表示装置60に直接的又は間接的に表示される(表示ステップ)。ここで、表示装置60に直接的に表示されるものは、実際の荷重Wや基準荷重W1を数値的に表したものが例示される。また、表示装置60に間接的に表示されるものは、視覚的にグラフで表示されるものや基準荷重W1に対するプラス又はマイナスの変化をインジケータとして表示するものなどが例示される。
Either or both of the load W measured in the non-vibrating state and the vibrating state and the load change with respect to the reference load W1 are displayed directly or indirectly on the display device 60 (display step). Here, what is directly displayed on the
このように、表示装置60は、荷重W及び変位量Lのいずれか一方又は双方を直接的又は間接的に表示することができる。従って、本発明の振動トレーニング装置1及び振動付与方法は、使用者M(例えば、高齢者や要介護者)に対して、振動を付与する際の目標値(指針)を視覚的に提供することができる。そのため、本発明の振動トレーニング装置1や振動付与方法は、正確な荷重Wや変位量Lに基づいて、使用者Mに対して振動を付与することができ、適正なトレーニング効果(筋肉の刺激による効果)を得ることができる。また、本発明の振動トレーニング装置1及び振動付与方法は、例えば、使用者Mのトレーニングを介助する介助者(例えば、理学療法士やトレーナー)の利便性を向上させることができる。
In this way, the
また、本発明の振動トレーニング装置1は、変位計40により、振動プレート20が非振動状態にある場合の高さHを第一位置P1として、振動プレート20の上下方向への変位量Lを検出することが可能である。すなわち、振動トレーニング装置1は、非振動状態での振動プレート20の上下方向の変位量Lを検出することが可能である。従って、振動トレーニング装置1は、検出した変位量Lに基づいて、振動プレート20に掛かる荷重Wを算出することができる。これにより、振動トレーニング装置1は、従来測定することができなかった非振動状態においても荷重W(例えば、使用者Mの体重や身体の一部の重量)を測定することができる。そのため、予め使用者Mの体重(見かけの体重)を測定する必要がないので、例えば、高齢者や要介護者等が、わざわざ別途に体重計に載って体重を測定する必要がない。また、使用者Mの負担や介助者の負担を軽減できる効果が期待できる。
In addition, the
また、本発明の振動トレーニング装置1は、第一位置P1からの変位量Lに基づいて、振動プレート20に掛かる荷重を算出可能であるので、振動プレート20に振動を付与した際にも第一位置P1を基準として振動プレート20に掛かる荷重Wを算出することができる。また、振動トレーニング装置1は、ルックアップテーブル(比較表)を用いることなく、荷重Wを算出できる。そのため、振動トレーニング装置1は、荷重Wの測定精度を高めることができる。
Moreover, since the
上述したように、本発明の振動トレーニング装置1において、演算部51は、使用者Mが非振動状態にある振動プレート20に足を載せた状態を第二位置P2として、第一位置P1から第二位置P2への変位量L1に基づいて基準荷重W1を算出可能であり、表示装置60は、振動プレート20が非振動状態及び振動状態にある場合の基準荷重W1に対する荷重変化を直接的又は間接的に表示可能なものとされている。
As described above, in the
ここで、基準荷重W1は、使用者Mが全体重を掛けた場合は、使用者Mの体重となり、使用者Mが例えば足だけを振動プレート20に載せて荷重Wを掛けた場合は、その荷重(足による荷重)となる。そのため、本発明の振動トレーニング装置1は、振動プレート20を非振動状態から振動状態とした際に、非振動状態にある基準荷重W1(負荷量)に基づいて、振動状態における荷重変化を表示装置60に表示させることができる。これにより、本発明の振動トレーニング装置1は、正確な荷重変化に基づいて、適切に使用者Mに対して振動を付与することができ、適正なトレーニング効果(筋肉の刺激による効果、バランス改善効果、血流改善効果など)を得ることができる。
Here, the reference load W1 is the weight of the user M when the user M applies the entire body weight, and when the user M applies the load W with only the feet placed on the
次に、本発明の振動トレーニング装置1を用いたトレーニングの目的別の実施方法について、以下に説明する。
Next, methods for implementing training according to purpose using the
≪トレーニング方法について≫
トレーニングの目的としては、主に、筋力の向上、バランス感覚の向上、血管の拡張、柔軟性の向上などがある。そこで、振動トレーニング装置1は、目的別のモード(メニュー)が用意されている。例えば、筋力の向上を目的としたモードには、「やんわり筋トレモード」、「がっつり筋トレモード」がある。筋力の向上では、前傾姿勢をとることで体重を足底にしっかり乗せると効果が得られやすくなる。そこで、本発明による振動トレーニング装置1では、体重が足底にしっかり載っていることを例えば、表示装置60に表示されたインジケータ(荷重計)によって可視化している。
≪About training methods≫
The main goals of training include improving muscle strength, improving the sense of balance, dilating blood vessels, and improving flexibility. Therefore, the
また、例えば、バランス感覚の向上を目的としたモードには、「バランス改善モード」があり、柔軟性の向上を目的としたモードには、「ストレッチモード」があり、血管の拡張を目的としたモードには、「疲労血流改善モード」がある。以下、各モードについて、図8~図12を参照しながら、詳細を説明する。 For example, a mode aimed at improving the sense of balance includes a ``balance improvement mode'', a mode aimed at improving flexibility includes a ``stretch mode'', and a mode aimed at improving the sense of balance includes a ``stretch mode''. The mode includes a "fatigue blood flow improvement mode." Each mode will be described in detail below with reference to FIGS. 8 to 12.
≪やんわり筋トレモード≫
図8(a1)に示すように、まず、使用者Mが別途用意した椅子7(上下可能なものとするとよい)に着席すると共に、足幅が開かれた状態(ワイドスタンス)で、使用者Mが、足を振動プレート20の所定位置に載せる。この状態で、振動プレート20に振動が付与される。なお、「やんわり筋トレモード」における振動条件は、周波数30Hz、振幅1.5mmとされている。また、トレーニング条件は、上記振動条件による振動を30秒間付与した後、60秒間の休憩を行うことを1セットとして、これが3セット(回)行われるものとされている。なお、トレーニング中は、表示装置60に示されたインジケータによって、確認しながら行われる。また、トレーニングは適宜、理学療法士等が支援しながら行われる。
≪Gentle muscle training mode≫
As shown in FIG. 8(a1), user M first takes a seat on a separately prepared chair 7 (preferably one that can be raised and lowered), and with his or her feet spread apart (wide stance). M places his feet on the vibrating
続いて、図8(a2)に示すように、使用者Mの足幅を通常の状態とすると共に、使用者Mが中間的なスクワット状態となるように椅子7の高さを下げる。この状態で、上記図8(a1)における条件と同じトレーニング条件でトレーニングが行われる。
Subsequently, as shown in FIG. 8(a2), the height of the
続いて、図8(a3)に示すように、使用者Mが深いスクワット状態となるように、さらに椅子7の高さを下げる。この状態で、上記図8(a1)における条件と同じトレーニング条件でトレーニングが行われる。
Subsequently, as shown in FIG. 8(a3), the height of the
続いて、図8(a4)に示すように、使用者Mがワイドスタンスを取ると共に使用者Mのつま先が、振動プレート20に接するよう椅子7の高さを上げる。この状態で、図8(a1)におけるトレーニング条件と同じ条件でトレーニングが行われる。
Subsequently, as shown in FIG. 8(a4), the user M takes a wide stance and raises the height of the
続いて、図8(a5)に示すように、使用者Mの足幅を通常の状態とすると共に、使用者Mのつま先が振動プレート20に接する状態で、使用者Mが中間的なスクワット状態となるように椅子7の高さを下げる。この状態で、上記図8(a1)における条件と同じトレーニング条件でトレーニングが行われる。
Subsequently, as shown in FIG. 8(a5), the user M's foot width is set to the normal state, and the user M's toes are in contact with the
続いて、図8(a6)に示すように、使用者Mのつま先が振動プレート20に接する状態で、使用者Mが深いスクワット状態となるように、さらに椅子7の高さを下げる。この状態で、上記図8(a1)における条件と同じトレーニング条件でトレーニングが行われる。このように、本発明の振動トレーニング装置1を用いることにより、視覚的に荷重の状態を確認しながら、正確なトレーニングを行うことができる。以上が、「やんわり筋トレモード」の詳細であり、次に、「がっつり筋トレモード」の詳細について、図9を参照しながら以下に説明する。
Subsequently, as shown in FIG. 8(a6), the height of the
≪がっつり筋トレモード≫
図9(b1)に示すように、まず、使用者Mが高さを下げた椅子7に着席し、使用者Mがスクワット状態を取る。また、使用者Mは、足幅が通常の状態で、足を振動プレート20の所定位置に載せる。この状態で、振動プレート20に振動が付与される。なお、「がっつり筋トレモード」における振動条件は、周波数40Hz、振幅2mmとされている。また、トレーニング条件は、上記振動条件による振動を30秒間付与した後、60秒間の休憩を行うことを1セットとして、これが3セット(回)行われるものとされている。なお、トレーニング中は、表示装置60に示されたインジケータによって、確認しながら行われる。また、トレーニングは適宜、理学療法士等が支援しながら行われる。
≪Tough muscle training mode≫
As shown in FIG. 9(b1), first, the user M takes a seat on the
続いて、図9(b2)に示すように、使用者Mが片足を振動プレート20に載せた状態で、上記図9(b1)における条件と同じトレーニング条件でトレーニングが行われる。
Subsequently, as shown in FIG. 9(b2), training is performed under the same training conditions as in FIG. 9(b1) above, with the user M placing one foot on the vibrating
続いて、図9(b3)に示すように、使用者Mの片足が深いスクワット状態となるように、さらに椅子7の高さを下げる。この状態で、上記図9(b1)における条件と同じトレーニング条件でトレーニングが行われる。
Subsequently, as shown in FIG. 9(b3), the height of the
続いて、図9(b4)に示すように、使用者Mの両足のつま先が、振動プレート20に接する状態とすると共に使用者Mがスクワット状態となる高さに椅子7を上げる。この状態で、図9(b1)におけるトレーニング条件と同じ条件でトレーニングが行われる。
Subsequently, as shown in FIG. 9(b4), the toes of both feet of the user M are brought into contact with the vibrating
続いて、図9(b5)に示すように、使用者Mの片足のつま先が、振動プレート20に接する状態とすると共に使用者Mがスクワット状態を取る。この状態で、上記図9(b1)における条件と同じトレーニング条件でトレーニングが行われる。
Subsequently, as shown in FIG. 9(b5), the toe of one foot of the user M is brought into contact with the
続いて、図8(a6)に示すように、使用者Mの片足のつま先が、振動プレート20に接する状態とすると共に使用者Mが深いスクワット状態となるように椅子7の高さを下げる。この状態で、上記図9(b1)における条件と同じトレーニング条件でトレーニングが行われる。このように、本発明の振動トレーニング装置1を用いることにより、視覚的に荷重の状態を確認しながら、正確なトレーニングを行うことができる。以上が、「がっつり筋トレモード」の詳細であり、次に、「バランス改善モード」の詳細について、図10を参照しながら以下に説明する。
Subsequently, as shown in FIG. 8(a6), the height of the
≪バランス改善モード≫
「バランス改善モード」は、身体のバランス感覚を改善するためのものとされている。図10(c1)に示すように、まず、使用者Mが高さを下げた椅子7に着席し、使用者Mがスクワット状態を取る。また、使用者Mは、足幅が通常の状態で、足を振動プレート20の所定位置に載せる。この状態で、振動プレート20に振動が付与される。なお、「バランス改善モード」における振動条件は、周波数40Hz、振幅2mmとされている。また、トレーニング条件は、上記振動条件による振動を30秒間付与した後、60秒間の休憩を行うことを1セットとして、これが3セット(回)行われるものとされている。なお、トレーニング中は、表示装置60に示されたインジケータによって、確認しながら行われる。また、トレーニングは適宜、理学療法士等が支援しながら行われる。
≪Balance improvement mode≫
The "balance improvement mode" is said to be for improving the body's sense of balance. As shown in FIG. 10(c1), first, the user M takes a seat on the
続いて、図10(c2)に示すように、使用者Mが深いスクワット状態となるように椅子7の高さを下げる。片足を振動プレート20に載せた状態で、上記図10(c1)における条件と同じトレーニング条件でトレーニングが行われる。
Subsequently, as shown in FIG. 10(c2), the height of the
続いて、図10(c3)に示すように、使用者Mが目を閉じた状態で、軽いスクワット状態となるように、椅子7の高さを上げる。この状態で、上記図10(c1)における条件と同じトレーニング条件でトレーニングが行われる。このように、本発明の振動トレーニング装置1を用いることにより、視覚的に荷重の状態を確認しながら、正確なバランス改善のトレーニングを行うことができる。以上が、「バランス改善モード」の詳細であり、次に、「ストレッチモード」の詳細について、図10を参照しながら以下に説明する。
Subsequently, as shown in FIG. 10(c3), the height of the
≪ストレッチモード≫
「ストレッチモード」は、身体の柔軟性向上を目的としたトレーニングを行うものとされている。図11(d1)に示すように、まず、使用者Mのふくらはぎが、伸びるように振動プレート20の前端部分に補助板8を傾斜状態で設ける。使用者Mは、補助板8に足裏が接するように椅子7に着席する。
≪Stretch mode≫
The "stretch mode" is said to perform training aimed at improving the flexibility of the body. As shown in FIG. 11(d1), first, the auxiliary plate 8 is provided in an inclined state at the front end portion of the vibrating
次に、図11(d2)に示すように、補助板8を除去することで、使用者Mのふくらはぎが伸びた状態で、かかとが振動プレート20に載せられた状態となる。この状態で、振動プレート20に振動が付与される。なお、「ストレッチモード」における振動条件は、周波数30Hz、振幅2mmとされている。また、トレーニング条件は、使用者Mのふくらはぎが伸びた状態で、上記振動条件による振動を10秒間付与した後、ストレッチ状態で上記振動条件による振動を5秒間行うことを1セットとして、これが4セット(回)行われるものとされている。すなわち、振動付与時間は、トレーニングの1セットの合計が、1分となる。なお、トレーニング中は、表示装置60に示されたインジケータによって、確認しながら行われる。また、トレーニングは適宜、理学療法士等が支援しながら行われる。
Next, as shown in FIG. 11(d2), by removing the auxiliary plate 8, the calf of the user M is stretched and the heel is placed on the vibrating
続いて、図11(d3)に示すように、使用者Mの足を曲げて、振動プレート20の手前側に使用者の足が載った状態(ストレッチ状態)とする。この状態で、上記振動条件による振動が5秒間行われる。このように、本発明の振動トレーニング装置1を用いることにより、視覚的に荷重の状態を確認しながら、正確にストレッチによるトレーニングを行うことができる。以上が、「ストレッチモード」の詳細であり、次に、「疲労血流改善モード」の詳細について、図12を参照しながら以下に説明する。
Subsequently, as shown in FIG. 11(d3), the user M's legs are bent so that the user's legs are placed on the front side of the vibration plate 20 (stretched state). In this state, vibration is performed for 5 seconds under the above vibration conditions. In this way, by using the
「疲労血流改善モード」は、血管を拡張することにより血流を改善し疲労を回復させるためのものとされている。図12(e1)~図12(e3)に示すように、「疲労血流改善モード」では、上述した「ストレッチモード」と同様のトレーニングが行われる。 The "fatigue blood flow improvement mode" is said to be for improving blood flow and recovering from fatigue by dilating blood vessels. As shown in FIGS. 12(e1) to 12(e3), in the "fatigue blood flow improvement mode", the same training as in the "stretching mode" described above is performed.
また、図12(e4)に示すように、椅子7の座面の高さと、振動プレート20の高さとが同じになるように椅子7の高さ及び振動プレート20の高さが相対的に調整される。ここで、使用者Mは、足を伸ばしたリラクゼーション状態に椅子7に着席する。これにより、使用者Mの伸びた足が振動プレート20上に載せられた状態となる。すなわち、使用者Mのふくらはぎからかかとにかけての部分が、振動プレート20に接した状態となる。かかる状態で、図12(d1)と同じ振動条件の振動が付与される。ここで、トレーニング条件は、上記振動条件の振動が60秒間付与された後、10秒の休憩が行われることを1セットとして、これが3セット(回)行われるものとされている。このように、本発明の振動トレーニング装置1を用いることにより、視覚的に荷重の状態を確認しながら、正確に疲労改善及び血流改善によるトレーニングを行うことができる。以上が、「疲労血流改善モード」の詳細である。
Further, as shown in FIG. 12(e4), the height of the
上述したように、「バランス改善モード」、「ストレッチモード」、及び「血流改善モード」は、前傾姿勢ではなく通常姿勢で行われる。従って、通常姿勢では、前傾姿勢ほど大きく体重を足底に乗せないため、荷重計のレベルは前傾姿勢時より低くなる。また、本発明による振動トレーニング装置1は、足底から振動(圧力の変動情報)を与えると、空間における位置情報として変換され、これを継続することによって、中枢神経系における検出力を高めて、バランス感覚の向上を図ることができる。また、本発明の振動トレーニング装置1は、健常者のトレーニングのみならず、介助が必要な患者にも使い易いという利点がある。例えば、高齢者または患者がトレーニングを行う隣で、介助者がインジケータをリアルタイムで目視確認できるため、高齢者または患者に適切な姿勢をとるように促すことができる。なお、周波数、振幅、トレーニング時間なども、トレーニングの目的毎に最適化を図るとよい。また、椅子7は、適宜、設ければよく、振動トレーニング装置1に椅子7を組み込むこともできる。また、椅子7は、高さが変えれるものだけではなく、複数の高さの椅子7を用いてもよい。
As described above, the "balance improvement mode", "stretch mode", and "blood flow improvement mode" are performed in the normal posture, not in the forward leaning posture. Therefore, in the normal posture, the weight is not placed on the soles of the feet as much as in the forward leaning posture, so the level of the load meter is lower than in the forward leaning posture. Further, in the
以上が、本発明の実施形態に係る振動トレーニング装置及び振動付与方法であるが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形を行うことができる。 The vibration training device and vibration application method according to the embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made.
本実施形態で用いられる振動トレーニング装置1は、上述した実施形態に限定されない。例えば、振動発生ユニット100の構造は、各種の構造のものを用いることができる。例えば、振動の大きさが1段階のものや2段階以上に変更できるものとしてもよい。また、振動トレーニング装置1は、本実施形態の形状や大きさのものだけではなく、各種の形状や大きさのものを用いることができる。
The
また、本実施形態では、椅子7が、振動トレーニング装置1とは、別途に準備されているが、椅子7が振動トレーニング装置1に搭載されていてもよい。また、本実施形態では、支持ベース10が、下部カバー3bにゴム11を介して支持されている構造を例示したが、支持ベース10が下部カバー3bとして形成されていてもよい。また、本実施形態では、弾性部材30が、六角形状でリング形状のゴム部材で形成されているが、これには限定されず、弾性部材30には、弾性変形が可能な各種のものが利用できる。例えば、弾性部材30は、コイルバネ等のバネであってもよい。また、弾性部材30は、単数のものや、2つ以上の複数のものなど各種の個数のものを配することができる。かかる場合は、振動プレート20の重心に対して、水平方向に対称となるようにそれぞれの弾性部材30が配されるとよい。
Further, in this embodiment, the
また、本実施形態では、変位計40として非接触変位計を用いているが、変位計40は、接触式のものを用いることも可能である。また、本実施形態では、変位計40が、振動プレート20の変位を、振動発生ユニット100を介して間接的に検出しているが、変位計40による変位の検出は、振動プレート20の変位を直接的に検出してもよい。また、本実施形態では、変位計40が、振動プレート20の下方側において、弾性部材30及び振動発生ユニット100が配される領域を避けた領域に配されるものとしたが、変位計40を配する位置は、適宜の振動プレート20の上下方向への変位を検出可能なものであれば各種の位置に配することができる。かかる場合は、振動による影響が少ない振動プレート20の重心に近い位置に変位計を配することが望ましい。なお、弾性部材30が単数である場合は、弾性部材30と干渉しない範囲で弾性部材30の中心付近に変位計40を配するとよい。
Further, in this embodiment, a non-contact displacement meter is used as the
本実施形態では、制御部50に設けられた演算部51により、変位量Lや荷重Wを算出しているが、演算部51は、制御部50に設けられたものだけではなく、例えば、演算部51が変位計40そのものに設けられていてもよい。また、変位計40によるサンプリング間隔は、上述した実施形態に係るものだけではなく、各種のサンプリング間隔を採用することができる。また、振動条件は、実施形態に係るものだけではなく、各種の条件を採用することができる。また、変位量Lや荷重Wの算出は、移動平均法によるものだけではなく、各種の算術手段を用いることができる。また、本実施形態では、ルックアップテーブル(比較表)を用いない演算方法を例示したが、ルックアップテーブルを用いて演算することも可能である。また、本実施形態では、別途の体重測定を排することにより、見掛けの体重を使用しないものを例示したが、別途に体重測定を行って、見掛けの体重を用いることも可能である。例えば、見掛けの体重も考慮して使用者Mの身体全体や身体の一部に対して振動が付与されてもよい。また、本実施形態では、足のみに振動を付与しているが、本発明の振動トレーニング装置1は、身体全体や手など別の部位に対しても振動を付与することが可能である。
In this embodiment, the displacement amount L and the load W are calculated by the
また、本実施形態では、演算部51において、使用者Mが非振動状態にある振動プレート20に足を載せた状態を第二位置P2として、第一位置P1から第二位置P2への変位量に基づいて基準荷重W1を算出しているが、第一位置P1や第二位置P2は、各種の位置を基準として設定することができる。
In the present embodiment, the
また、表示装置60は、タッチパネルと併用されているものだけではなく、各種のディスプレイ装置やインジケータランプ等を用いることができる。また、本実施形態では、振動プレート20が、非振動状態及び振動状態にある場合の基準荷重W1に対する荷重変化を表示装置60において表示させているが、表示装置60による荷重W,W1や変位量L,L1の表示形態は、各種のものを採用することができる。
Furthermore, the
以上が、本発明に係る振動トレーニング装置及び振動付与方法の各種の実施形態や変形例であるが、本発明は上述した実施形態や変形例において例示したものに限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲でその教示及び精神から他の実施形態があり得ることは当業者に容易に理解できよう。 The above are various embodiments and modifications of the vibration training device and vibration application method according to the present invention, but the present invention is not limited to the embodiments and modifications described above, and the invention is not limited to the embodiments and modifications described above. It will be readily apparent to those skilled in the art that other embodiments may be devised without departing from the scope and spirit of the invention.
本発明の振動トレーニング装置及び振動付与方法は、病院、介護施設、スポーツジム等の各種の施設、あるいは家庭等において利用することができる。また、本発明の振動トレーニング装置及び振動付与方法は、高齢者、要介護者、怪我や病気による患者、アスリート等、各種の使用者に対して利用することができる。 The vibration training device and vibration application method of the present invention can be used in various facilities such as hospitals, nursing care facilities, and sports gyms, or at home. Further, the vibration training device and vibration application method of the present invention can be used for various users such as the elderly, people in need of care, patients with injuries or illnesses, and athletes.
1 :振動トレーニング装置
5 :ハンドル
10 :支持ベース
20 :振動プレート
30 :弾性部材
40 :変位計
41 :反射部材
50 :制御部
51 :演算部
60 :表示装置
61 :入力部
100 :振動発生ユニット
L :変位量
W1:基準荷重
1: Vibration training device 5: Handle 10: Support base 20: Vibration plate 30: Elastic member 40: Displacement meter 41: Reflection member 50: Control section 51: Computation section 60: Display device 61: Input section 100: Vibration generation unit L : Displacement W1: Standard load
Claims (7)
前記振動プレートに振動を付与する振動発生ユニットと、
前記振動プレートに対して下方側に配される支持ベースと、
前記支持ベース及び前記振動プレートの間に配されると共に前記振動プレートを下面側から支持しつつ前記振動プレートを上方に向けて付勢する弾性部材と、
前記振動プレートの下方側において、前記弾性部材及び前記振動発生ユニットが配される領域を避けた領域に配される変位計と、
前記変位計で検出された変位量を演算処理する演算部と、を備え、
前記変位計は、
前記振動プレートが非振動状態にある場合の高さを第一位置として当該振動プレートの上下方向への変位量を検出することが可能であり、
前記演算部は、前記第一位置からの変位量に基づいて、前記振動プレートに掛かる荷重を算出可能であること、を特徴とする振動トレーニング装置。 a vibrating plate on which the user rests his/her feet;
a vibration generating unit that applies vibration to the vibration plate;
a support base disposed below the vibration plate;
an elastic member disposed between the support base and the vibrating plate, supporting the vibrating plate from below and urging the vibrating plate upward;
a displacement meter disposed on the lower side of the vibrating plate in an area avoiding an area where the elastic member and the vibration generating unit are disposed;
a calculation unit that performs calculation processing on the amount of displacement detected by the displacement meter;
The displacement meter is
It is possible to detect the amount of displacement of the vibration plate in the vertical direction using a height when the vibration plate is in a non-vibration state as a first position,
The vibration training device according to claim 1, wherein the calculation unit is capable of calculating a load applied to the vibration plate based on the amount of displacement from the first position.
前記表示装置は、前記振動プレートが非振動状態及び振動状態にある場合の前記基準荷重に対する荷重変化を直接的又は間接的に表示可能であること、を特徴とする請求項2に記載の振動トレーニング装置。 The calculation unit is capable of calculating a reference load based on the amount of displacement from the first position to the second position, with a state in which the user places his or her feet on the vibration plate in a non-vibrating state as a second position. and
The vibration training according to claim 2, wherein the display device is capable of directly or indirectly displaying a load change with respect to the reference load when the vibration plate is in a non-vibration state and a vibration state. Device.
前記振動発生ユニットによる振動を発生させる前の非振動状態において、前記振動プレートの高さを第一位置として設定する第一位置設定ステップと、
前記非振動状態おいて、前記使用者が前記振動プレートに足を載せた状態における前記第一位置から変位した位置を第二位置として計測する第二位置計測ステップと、
前記第一位置から前記第二位置への変位量に基づいて基準荷重を算出する基準荷重算出ステップと、
前記振動発生ユニットによって振動を前記振動プレートに付与することにより振動状態とする振動発生ステップと、
振動状態において、荷重を算出する振動状態荷重算出ステップと、
前記非振動状態及び前記振動状態における荷重及び前記基準荷重に対する荷重変化のいずれか一方又は双方を直接的又は間接的に表示させる表示ステップと、を実行すること、を特徴とする振動付与方法。 A vibration plate on which the user places his or her feet, a vibration generation unit that applies vibration to the vibration plate, a displacement meter that measures the amount of vertical displacement of the vibration plate, and a load that calculates the amount of displacement by calculating the amount of displacement. using a vibration training device comprising a calculation unit that calculates the load and a display device that directly or indirectly displays either or both of the load and the displacement amount,
a first position setting step of setting the height of the vibration plate as a first position in a non-vibration state before the vibration generation unit generates vibration;
a second position measuring step of measuring, as a second position, a position displaced from the first position when the user places his or her feet on the vibration plate in the non-vibrating state;
a reference load calculation step of calculating a reference load based on the amount of displacement from the first position to the second position;
a vibration generating step of applying vibration to the vibrating plate by the vibration generating unit to bring it into a vibrating state;
a vibration state load calculation step of calculating a load in a vibration state;
A method for applying vibration, comprising: directly or indirectly displaying either or both of the load in the non-vibrating state and the vibrating state and a load change with respect to the reference load.
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