JP2661598B2

JP2661598B2 - スキートレーニング装置

Info

Publication number: JP2661598B2
Application number: JP7233877A
Authority: JP
Inventors: 聡久剣持; 伸一福住
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1994-09-12
Filing date: 1995-09-12
Publication date: 1997-10-08
Anticipated expiration: 2015-09-12
Also published as: JPH08131594A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スキートレーニン
グ装置に関し、特に荷重状態やスキーのターンの動作を
測定し、荷重、足の傾き、スキー板の方向付けおよび地
形情報を用いて滑走速度などの滑走状態を推定し、スキ
ーの動作および滑走状態に応じて制動を行う制御部を有
するスキートレーニング装置に関するものである。

【０００２】よって、スキーのトレーニング装置、スポ
ーツジム、ホテルなどでの運動器具として、スポーツの
分野において利用することができる。また、アミューズ
メント機器、人工現実感システムへの応用も可能であ
る。

【０００３】

【従来の技術】従来、この種のスキートレーニング装置
は、概して２つの方式に基づいて構成されている。ま
ず、第一の方式は、レール上を可動する足台に利用者が
乗り、レールに沿って左右に反復運動を行うものであ
る。この方式を用いた製品としては、米国サイエンティ
フィック・スポーツ・システムズ（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉ
ｃＳｐｏｒｔｓＳｙｓｔｅｍｓ）社製のスキーヤー
ズ・エッジ（ＳＫＩＥＲ’ＳＥＤＧＥ）、国内のエル
タス愛社製のウェーデルン・マスター（ＷＥＤＥＬＮ
ＭＡＳＴＥＲ）などがある。

【０００４】この方式では、足台に取り付けられたロー
プが滑車を介してバネに連結されており、レールの中央
位置から左右に離れるほどバネ変位が大きくなるような
構造となっている（例えば、「スキーヤーズ・エッジ取
扱説明書」，ｐ２、または「ウェーデルン・マスター・
ユーザーマニュアル」，ｐ４など）。左右それぞれの足
台部分の可動範囲は、製品によって異なっており、スキ
ーヤーズエッジ（ＳＫＩＥＲ’ＳＥＤＧＥ）では内外
側への傾きのみが可能であるのに対し、ウェーデルン・
マスター（ＷＥＤＥＬＮＭＡＳＴＥＲ）では足の向き
も変えることが可能になっている。

【０００５】また、第２の方式は、図１２に示すよう
に、利用者が乗る足台５２が左右それぞれ内外側（Ａ）
に回転可能であり、可動部５が固定された主軸５１を中
心としてアウトロータ式に回転することにより（Ｂ）、
足台５２全体が扇形の弧の軌跡（Ｃ，Ｄ）に沿って運動
する方式のものである。可動部５には、主軸５１を中心
とした両側からバネ５３が連結されており、これによ
り、扇形の弧の軌跡の中央位置からの変位が大きいほ
ど、バネ５３による復元力が強く働く構造となってい
る。また、６はトレーニング中に両手で握るハンドル、
７はハンドル６を支える固定支柱、８はハンドブレー
キ、９は可動部５の支持部を含むベースフレームであ
る。

【０００６】この方式を用いた製品としては、フィンラ
ンドのチュンチューリ（ＴＵＮＴＵＲＩ）社製のプロス
キーフィット（ＰＲＯＳＫＩＦＩＴ）などの製品が市
販されている。左右の足台５２の内外側への回転によ
り、スキー板の方向を軸とした傾きが表現可能である。
また、主軸５１を中心とした旋回運動（Ｂ）により、タ
ーン外側への踏み込みを表現できるようになっている
（例えば、「プロスキーフィット・オーナーズマニュア
ル」，ｐｐ７〜９，ｐ１６など）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のスキ
ートレーニング装置では、いずれの方式を用いた製品で
も、バネを用いて中央位置に戻る力を与えていることか
ら、中央位置からの変位が大きい位置で留まることが困
難となっている。このため、回転半径の大きなターン動
作および斜滑降の動作をトレーニングできないという問
題点があった。また、単調な往復運動を行うことに終始
しがちになるため、スキー技術の訓練というよりも、単
なる筋力トレーニングの要素が強くなり、さらに、ター
ン動作を行うときの踏み込みに対しては、急激な踏み込
みをバネが吸収するため、ターン動作の臨場感を損なう
などの問題点があった。

【０００８】このように、従来のスキートレーニング装
置における問題点は、バネを用いて中央位置に戻る力を
与えることが原因であり、これを解決するためには、バ
ネによる復元力だけでなく、荷重や変位に応じて位置を
制御する要素を加えることが必要である。本発明はこの
ような課題を解決するためのものであり、大きな回転半
径のターン動作および斜滑降の動作を行うことを可能と
するスキートレーニング装置を提供することを目的とし
ている。

【０００９】また、本発明の別の目的は、大きな回転半
径のターン動作および斜滑降の動作を行うことを可能と
することにより、単調な往復運動を行うことに終始させ
ず、スキー技術の訓練に役立つスキートレーニング装置
を提供することにある。さらに、本発明の別の目的は、
ターン動作を行うときの踏み込みに応じた抵抗を発生さ
せることにより、ターン動作の臨場感を向上させたスキ
ートレーニング装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明によるスキートレーニング装置は、左
右の足の荷重を計測し荷重情報として出力するととも
に、可動部の変位および足台の回転角を計測し変位情報
として出力する計測部と、荷重情報および変位情報と、
滑走する斜面の状態を示す所定の地形情報とに基づい
て、滑走速度、ゲレンデにおける訓練者の位置、および
雪面にかかる荷重に応じた雪面からの反力の大きさを示
すエッジング強度を推定し、運動情報として出力する運
動推定部と、荷重情報、変位情報および運動情報を用い
て制動量を算出し、制動情報として出力する制動制御部
と、可動部に対して制動情報に応じた制動を加える制動
部とを備えるものである。

【００１１】したがって、計測部で計測された荷重情報
および変位情報と、地形情報とに基づいて、運動推定部
により、滑走速度、ゲレンデにおける訓練者の位置、お
よびエッジング強度が推定されて運動情報として出力さ
れ、この運動情報と荷重情報および変位情報とから制動
量が制動制御部により算出されて制動部に制御情報とし
て出力され、これに応じた制動が可動部に加えられる。

【００１２】また、地形情報に、滑走する斜面の斜度、
雪面の動摩擦係数および除雪抵抗を含むようにしたもの
である。また、エッジング強度は、荷重情報として得ら
れた計測値と、変位情報として得られた計測値と、訓練
者の全荷重とから求めるようにしたものである。また、
エッジング強度は、推定されるスキー板の方向と速度の
方向との角度差が直角に近いほど大きくなるようにした
ものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図１は本発明の一実施の形態であるスキ
ートレーニング装置の制御系を示すブロック図であり、
以下の説明において、可動部を含む他の部分は、前述の
スキートレーニング装置（図１２参照）と同様であるも
のとする。同図において、１は左右の足の荷重１００、
可動部５の変位および回転角１０１を検出部１ａと、こ
れら検出結果に基づいて荷重情報１１０および変位情報
１１１を出力するデータ変換部１ｂとを有する計測部で
ある。

【００１４】２はこれら荷重情報１１０、変位情報１１
１および地形情報２００から、滑走速度２０１、ゲレン
デにおける訓練者の位置２０２およびエッジ２０３を推
定し、運動情報２１０として出力する運動推定部、３は
荷重情報１１０、変位情報１１１および運動情報２１０
を用いて制動量を算出し、制動情報３１０を出力する制
動制御部、４はこの制動情報３１０に応じて可動部５に
制動を加える制動部である。

【００１５】計測部１では、左右の足の荷重１００、可
動部５の変位および足台５２の回転角１０１が検出さ
れ、荷重情報１１０および変位情報１１１として出力さ
れる。例えば、図２に示すように、左右の足それぞれの
荷重および回転角が検出されるとともに、左右の足全体
すなわち可動部５の変位が主軸５１回りの回転角として
検出され、荷重情報１１０は、ｗi （ｉ＝１，２，…，
６）、変位情報１１１はｘj （ｊ＝１，２，３）のよう
に出力される。

【００１６】図３，４は、運動推定部２の内部を示す構
成図であり、特に、図３は地形情報２００を内部に記憶
しておく場合を示しており、図４は地形情報２００を外
部からの入力によって得る場合を示している。運動推定
部２には、計測部１から出力された荷重情報１１０およ
び変位情報１１１に加えて地形情報２００が入力されて
おり、滑走状態推定部２１により滑走速度２０１および
ゲレンデにおける訓練者の位置２０２が算出されるとと
もに、エッジング強度算出部２２によりエッジング強度
２０３が算出され、運動情報作成部２３により、これら
を組にした運動情報２１０が生成され出力される。

【００１７】なお、地形情報２００は、斜面の斜度、雪
面の動摩擦係数および除雪抵抗などを組とした情報であ
り、図３に示すように、運動推定部２内にデータ記憶部
２４を設けて、ここに予め格納しておいても良く、また
図４に示すように、運動推定部２内に地形情報入力部２
５を設けて、外部から入力するようにしても良い。

【００１８】ここで、図５を参照して、運動推定部２に
おける運動情報２１０の算出方法について説明する。図
５は、スキーの滑走に関与する力を示す説明図である。
スキーの滑走において滑走に関与する力は、重力、摩擦
抵抗、除雪抵抗、空気抵抗であり、滑走は数１の運動方
程式によって表現することができる（例えば、棚橋「ス
キー滑走メカニズム -材料と振動の摩擦への寄与- 」日
本機械学会誌，Ｖｏｌ．９５，Ｎｏ．８８８，ｐｐ．１
００１〜１００４，１９９２など）。

【００１９】

【数１】

【００２０】ただし、Ｍは人間とスキー用具全体の質量
（全荷重）、θは斜度、μ_k は滑走面と雪面との間の動
摩擦抵抗、Ｒは除雪抵抗、Ｄは空気抵抗、ｇは重力加速
度、ｓは距離である。数１において、時刻ｔにおける荷
重量Ｍｇは、荷重情報１１０から、Ｍｇ＝（Σｗ_i ）ｇのようにして得ることができ、θ、μ_k およびＲは地形
情報として得ることができる。また、Ｄ，ｇは定数とし
て運動推定部２の内部に記憶しておくことができるの
で、時刻ｔにおける加速度は、

【００２１】

【数２】

【００２２】により、求めることができる。したがっ
て、時刻ｔ＝０における速度ｖ(0) 、距離ｓ(0) も運動
推定部２の内部に記憶しておくことにより、数１を速度
について差分表現した数３を用いて時刻ｔにおける速度
ｖを求め、さらにこの速度ｖおよび数４とを用いれば、
時刻ｔにおける距離ｓを求めることができる。

【００２３】

【数３】

【００２４】

【数４】

【００２５】このようにして、運動推定部２の滑走状態
推定部２１により、滑走速度２０１およびゲレンデにお
ける訓練者の位置２０２が算出される。

【００２６】また、雪面にかかる荷重に応じた雪面から
の反力の大きさを示すエッジング強度２０３は、例え
ば、速度の方向とスキー板の方向の差が直角に近いほど
大きく、ターンの内向きに生じる反力すなわちターンの
外向きにかかる荷重が大きいほど大きい、と仮定するこ
とができる。以下、図６および図７を参照して、この仮
定に基づいたエッジング強度２０３の算出方法について
説明する。

【００２７】図６は、速度の方向とスキー板の方向との
関係を示す説明図である。ｙ軸方向に斜度が最大となる
ように斜面上の座標系ｘｙを設定し、滑走速度２０１す
なわちｖを、ｖ＝（ｖ_x ，ｖ_y ）と表した場合、速度の
方向すなわちｖとｙ軸とがなす角度θ_v は、

【００２８】

【数５】

【００２９】となる。スキー板とｙ軸とがなす角度をス
キー板の方向θ_s とすると、このθ_sは、例えば、変位
情報１１１から図２における全体の回転角ｘ₃ を用い
て、θ_s＝ｘ₃ のようにして得ることができる。

【００３０】また、図７はターンの内向きに生じる反力
を示す説明図である。ターンの内向きに生じる反力は、
スキー板の傾きに応じて荷重反力を雪面に投影した成分
として求めることができ、エッジング強度２０３は、例
えばターンの内向きに生じる反力の雪面投影成分を全荷
重で除することにより、体重に依存しない無次元の強度
として算出することができる。図２によれば、スキー位
置の傾きは、変位情報ｘ₁ およびｘ₂ として得られ、左
右の足の荷重Ｐ_R ，Ｐ_L は、Ｐ_L ＝ｗ₁ ＋ｗ₂ ＋ｗ₃ お
よびＰ_R ＝ｗ₄ ＋ｗ₅＋ｗ₆ により得られる。

【００３１】したがって、ターンの内向きに生じる力
は、図７に示すように、左右の足の荷重反力を雪面に投
影した成分となり、左右のスキー板の傾きをｘ₁ ，ｘ₂
とすれば、それぞれＰ_L sinｘ₁ ，Ｐ_R sinｘ₂ となるこ
とから、エッジ強度２０３は、例えば、

【００３２】

【数６】

【００３３】のように求めることができる。ただし、Ｅ
はエッジング強度、ａ，ｂは各項に対する重み付けの定
数である。定数ａ，ｂは、運動方程式２の内部に記憶し
ておくことができるので、数６を用いてエッジング強度
２０３を求めることができる。なお、全荷重Ｍは、装置
利用時に、Ｍ＝ｗ₁ ＋ｗ₂ ＋ｗ₃ ＋ｗ₄ ＋ｗ₅ ＋ｗ₆ に
より校正することができる。

【００３４】このようにして、運動推定部２のエッジン
グ強度算出部２２により、エッジング強度２０３が算出
され、前述した滑走速度２０１、ゲレンデにおける訓練
者の位置２０２、およびエッジング強度２０３を組とし
た運動情報２１０が運動推定部２から制動制御部３（図
１参照）に出力される。

【００３５】制動制御部３では、荷重情報１１０、変位
情報１１１および運動情報２１０を用いて制動量を算出
し、制動情報３１０として出力される。制動量を算出す
るには、例えば、エッジング強度２０３と滑走方向の変
化とを用いる。また、利用者の体重により運動量が異な
ることから、利用者の体重も用いる必要がある。例え
ば、Ｃ_b ＝ｐＭＥにより、制動量Ｃ_b が算出される。ただし、ｐは定数、
Ｍは利用者の体重、Ｅは前述のエッジング強度２０３で
ある。

【００３６】このようにして、制動制御部３により制動
量Ｃ_b が算出されて、制動部４を制御するための電気的
な信号、例えば電圧信号などに変換され、制動情報３１
０として出力される。したがって、滑走動作に応じて推
定された雪面から受ける反力を含む制動情報３１０に応
じて、制動部４により、可動部５に制動が加えられるも
のとなり、単にバネを用いて中央位置に戻る力を与える
従来のものと比較して、中央位置からの変位が大きい位
置で留まることが可能となり、回転半径の大きなターン
動作および斜滑降の動作をトレーニングすることができ
る。

【００３７】実際には、フィンランドのチュンチューリ
（ＴＵＮＴＵＲＩ）社製プロスキーフィット（ＰＲＯ
ＳＫＩＦＩＴ）の足台部分に、図８に示すように、日本
電気三栄（株）製の荷重変換器９Ｅ０１−Ｌ４３−５０
Ｋなどの荷重センサ１１を装着し、日本電気三栄（株）
製のストレンアンプＡＳ−２１０１などの信号増幅器を
用いて増幅することにより、荷重を検出することができ
る。また、前述のプロスキーフィット（ＰＲＯＳＫＩ
ＦＩＴ）の主軸５１部分の可動部５あるいは足台５２の
回転軸１６に、図９および図１０に示すように、（株）
ニコン製のロータリエンコーダＲＭＨ−３６０などの角
度センサ（ロータリエンコーダ）１２，１５に装着する
ことにより、各種変位および回転角を検出することがで
きる。

【００３８】これらにより、計測部１（図１参照）の検
出部１ａを実現することができる。またデータ変換部１
ｂは、カノープス（株）製のＡＤＸＭ−９８ＡなどのＡ
／Ｄコンバータおよびコンテック（株）のＣＮＴ２４−
４Ａなどのパルスカウンタモジュールを、日本電気
（株）製のＰＣ−９８２１Ａｆなどのパーソナルコンピ
ュータに接続して用いることにより、増幅された荷重セ
ンサ１１の出力および、ロータリエンコーダ出力を時系
列データとして得ることができ、荷重情報１１０および
変位情報１１１を得ることができる。以上のようにし
て、計測部１を実現することができる。

【００３９】また、運動推定部２（図３，４参照）は、
前述した処理をプログラム化し、日本電気（株）製のＰ
Ｃ−９８２１Ａｆなどのパーソナルコンピュータ上で動
作させることにより実現できる。さらに、データ記憶部
２４は、前述のパーソナルコンピュータの主記憶部の一
部を用いることにより実現できる。また、地形情報入力
部２５は、前述のパーソナルコンピュータが有するＲＳ
−２３２Ｃ通信インターフェースなどを用いるととも
に、通信処理をプログラムとして動作させることにより
実現できる。以上のようにして、運動推定部２を実現す
ることができる。

【００４０】制動制御部３（図１参照）は、前述した処
理をプログラム化し、日本電気（株）製のＰＣ−９８２
１Ａｆなどのパーソナルコンピュータ上で動作させ、
（株）インターフェース製のＡＺＩ−２７１０などを用
いて制動情報３１０をディジタル信号として出力するこ
とにより実現できる。また制動部４は、メトロニクス
（株）製のＭＴＲ３５−３Ｓなどの可変直流電圧定電流
電源を用い、制動情報３１０をその入力とすることによ
り、制動量に応じた電圧を発生させることができ、この
電圧を小倉クラッチ（株）製の乾式多板電磁ブレーキＭ
ＤＢ−１０などの電磁ブレーキ１３に供給することによ
り、制動部４を実現することができる。

【００４１】この制動部４を、図９に示すように、前出
のチュンチューリ（ＴＵＮＴＵＲＩ）社製のプロスキー
フィット（ＰＲＯＳＫＩＦＩＴ）の主軸５１部分の可
動部５に取り付けることにより、スキーのターン動作に
対する制動力を与えることが可能となり、本発明のスキ
ートレーニング装置が実現できる。あるいは、図１１に
示すように、乾式多板電磁ブレーキの代わりにチュンチ
ューリ（ＴＵＮＹＵＲＩ）社製のプロスキーフィット
（ＰＲＯＳＫＩＦＩＴ）に付属のハンドブレーキの制
動部分であるブレーキパッド２４を利用し、制動情報３
１０に応じてメトロニクス（株）製のＭＴＲ３５−３Ｓ
などのコントローラ（プログラマブル電源）２１からソ
レノイドコイル２２に電圧を供給し、ワイヤー２３に引
張力を与えることにより、制動部４を実現することがで
きる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、計測部
で計測された荷重情報および変位情報と、地形情報とに
基づいて、運動推定部により、滑走速度、ゲレンデにお
ける訓練者の位置、およびエッジング強度を推定して運
動情報として出力し、この運動情報と荷重情報および変
位情報とから制動制御部により制動量を算出し、これに
応じて可動部に制動を加えるようにしたので、計測部に
より計測された動作に応じて雪面から受ける反力が推定
されて制動が加えられるものとなり、従来の単調な往復
運動を行うだけではなく、より実際の滑走運動に近いト
レーニングを実施することが可能となる。

【００４３】また、地形情報に、滑走する斜面の斜度、
雪面の動摩擦係数および除雪抵抗を含むようにしたの
で、様々に地形の変化する実際のゲレンデで滑走するの
と同様の臨場感を提供することが可能となる。また、エ
ッジング強度として、荷重情報として得られた計測値
と、変位情報として得られた計測値と、訓練者の全荷重
とから求めるようにし、あるいはエッジング強度とし
て、推定されるスキー板の方向と速度の方向との角度差
が直角に近いほど大きくするようにしたので、各種滑走
動作に応じたより正確な雪面からの反力を推定すること
が可能となり、スキー技術の訓練に役立つスキートレー
ニングを実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態によるスキートレーニ
ング装置の制御系を示すブロック図である。

【図２】荷重情報および変位情報の計測例を示す説明
図である。

【図３】運動推定部（地形情報を内部に記憶しておく
もの）を示すブロック図である。

【図４】運動推定部（地形情報を外部から入力するも
の）を示すブロック図である。

【図５】スキーの滑走に関与する力を示す説明図であ
る。

【図６】速度の方向とスキー板の方向との関係を示す
説明図である。

【図７】ターンの内向きに生じる反力を示す説明図で
ある。

【図８】荷重センサの設置例を示す説明図である。

【図９】主軸まわりの回転角を検出する角度センサお
よび中央回転軸まわりの回転を制動する電磁ブレーキの
設置例を示す説明図である。

【図１０】左右の足の傾きを検出する角度センサの設
置例を示す説明図ある。

【図１１】主軸まわりの回転を制動する電磁ブレーキ
の他の設置例を示す説明図である。

【図１２】一般的なスキートレーニング装置を示す外
観図である。

【符号の説明】

１…計測部、２…運動推定部、３…制動制御部、４…制
動部、５…可動部、２１…滑走状態推定部、２２…エッ
ジング強度算出部、２３…運動情報作成部、２４…デー
タ記憶部、２５…地形情報入力部、１００…左右の足の
荷重、１０１…変位および回転角、１１０…荷重情報、
１１１…変位情報、２００…地形情報、２０１…滑走速
度、２０２…訓練者の位置、２０３…エッジング強度、
２１０…運動情報、３１０…制動情報。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】スキー板の代わりとして訓練者が乗る内
外側に回転可能な足台と、この足台を支持するとともに
訓練者によるスキーの滑走動作運動に応じて前記足台を
自在に可動させる可動部とを有し、この可動部に所定の
制動を加えることによりターンや斜滑降などのスキーの
滑走動作を訓練するスキートレーニング装置において、左右の足の荷重を計測し荷重情報として出力するととも
に、前記可動部の変位および前記足台の回転角を計測し
変位情報として出力する計測部と、前記荷重情報および前記変位情報と、滑走する斜面の状
態を示す所定の地形情報とに基づいて、滑走速度、ゲレ
ンデにおける訓練者の位置、および雪面にかかる荷重に
応じた雪面からの反力の大きさを示すエッジング強度を
推定し、運動情報として出力する運動推定部と、前記荷重情報、前記変位情報および前記運動情報を用い
て制動量を算出し、制動情報として出力する制動制御部
と、前記可動部に対して前記制動情報に応じた制動を加える
制動部とを備えることを特徴とするスキートレーニング
装置。
【請求項２】請求項１記載のスキートレーニング装置
において、前記地形情報は、滑走する斜面の斜度、雪面の動摩擦係
数および除雪抵抗を含むことを特徴とするスキートレー
ニング装置。
【請求項３】請求項１記載のスキートレーニング装置
において、前記エッジング強度は、前記荷重情報として得られた計
測値と、前記変位情報として得られた計測値と、訓練者
の全荷重とから求めることを特徴とするスキートレーニ
ング装置。
【請求項４】請求項１記載のスキートレーニング装置
において、前記エッジング強度は、推定されるスキー板の方向と速
度の方向との角度差が直角に近いほど大きくなることを
特徴とするスキートレーニング装置。