JP3497332B2 - User responsive exercise device - Google Patents

User responsive exercise device

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JP3497332B2
JP3497332B2 JP27257796A JP27257796A JP3497332B2 JP 3497332 B2 JP3497332 B2 JP 3497332B2 JP 27257796 A JP27257796 A JP 27257796A JP 27257796 A JP27257796 A JP 27257796A JP 3497332 B2 JP3497332 B2 JP 3497332B2
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user
position deviation
movable surface
exercise device
speed
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株式会社 日立インダストリイズ
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動手段によって
回転する無端軌道面上を利用者が歩行または走行する利
用者応答型運動装置に関し、特に、脳卒中、糖尿病等の
病後や関節手術等の手術後に行なわれるメディカルリハ
ビリテーション、競技選手等がけがをした後に行なわれ
るアスレチックリハビリテーション等における歩行リハ
ビリテーション(以下、リハビリと略す)、または美容
のための歩行姿勢の矯正を目的とする歩行訓練に好適な
利用者応答型運動装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a user-responsive exercise device in which a user walks or runs on an endless orbital surface that is rotated by driving means, and in particular, surgery such as after stroke or diabetes, or joint surgery. Users who are suitable for walking rehabilitation (hereinafter abbreviated as rehabilitation) in medical rehabilitation that is performed later, athletic rehabilitation that is performed after athletes, etc. are injured, or walking training for the purpose of correcting the walking posture for beauty. Responsive exercise device.

【0002】[0002]

【従来の技術】利用者の位置を検出して走行速度を変化
させる利用者応答型運動装置が特公平2−47231号
公報や特開昭63−309280号公報などに開示され
ている。特公平2−47231号公報に開示されている
利用者応答型運動装置は、利用者が可動面上の所定範囲
内に位置する時は可動面の定速駆動を行ない、利用者の
位置が可動面上の所定範囲を外れた時は正または負の加
速度のオンオフ操作を実行する。より具体的には、可動
面上の走者の位置が次第に前進し、前進限界線を越えた
場合に、可動面がワンステップ加速するように加速制御
を行ない、走者の位置が次第に後退し、後退限界線を越
えた時は可動面がワンステップ減速するように減速制御
を行なう。
2. Description of the Related Art A user-responsive exercise device for detecting a user's position and changing a traveling speed is disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 2-47231 and Japanese Patent Laid-Open No. 63-309280. The user-responsive exercise device disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 2-47231 performs constant speed driving of the movable surface when the user is located within a predetermined range on the movable surface, and the position of the user is movable. When it deviates from the predetermined range on the surface, on / off operation of positive or negative acceleration is executed. More specifically, when the position of the runner on the movable surface gradually moves forward and exceeds the forward limit line, acceleration control is performed so that the movable surface accelerates by one step, and the position of the runner gradually retreats and moves backward. When exceeding the limit line, deceleration control is performed so that the movable surface decelerates in one step.

【0003】特開昭63−309280号公報に開示さ
れた利用者応答型運動装置も、走者が可動面上の所定範
囲を外れた時に走者と距離測定器との間の距離に基づい
て可動面の速度の変化率(加速度)を与える。
The user-responsive exercise device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-309280 also has a movable surface based on the distance between the runner and the distance measuring device when the runner is out of a predetermined range on the movable surface. Gives the rate of change (acceleration) of.

【0004】すなわち、上記従来の装置では利用者が設
定範囲内に留まる定速走行時は積極的制御を行なわず、
速度変化により走者の位置が所定範囲を外れた時に加減
速を行なう加速度(減速度)制御であり、定速走行がデ
フォールト状態である。結果として可動面の速度は、加
速度制御の結果として定まっている。
That is, in the above-mentioned conventional apparatus, the user does not actively control when the vehicle is traveling at a constant speed while staying within the set range.
This is an acceleration (deceleration) control in which acceleration / deceleration is performed when the position of the runner deviates from a predetermined range due to a change in speed, and constant speed running is the default state. As a result, the velocity of the movable surface is determined as a result of acceleration control.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ボタンのオンオフによ
り可動面の移動速度を制御するタイプの運動装置を用い
て歩行リハビリを行なう場合、利用者の運動を一定速度
に規定してしまうことが多い。
When walking rehabilitation is performed using an exercise device of a type in which the moving speed of a movable surface is controlled by turning a button on and off, the user's exercise is often regulated to a constant speed.

【0006】上記従来技術においては、利用者の速度変
化が可能であるが、利用者が歩行速度を変化させても、
装置の可動面の移動速度が迅速に変化しなかった。この
ため、利用者の歩行能力にあわせた速度が迅速に得られ
ず歩行感覚に違和感が残る。また、歩けなくなって停止
した場合に減速が間に合わず走行面から利用者が転落す
る可能性があった。
In the above prior art, the speed of the user can be changed, but even if the user changes the walking speed,
The moving speed of the movable surface of the device did not change rapidly. For this reason, the speed corresponding to the walking ability of the user cannot be quickly obtained, and the sense of walking remains uncomfortable. In addition, when the user cannot walk and stops, deceleration may not be in time and the user may fall from the traveling surface.

【0007】本発明の目的は、歩行開始から終了に到る
までの可動面の移動速度を、利用者の速度に追従して変
化させることができ、万一歩行が停止しても可動面から
の利用者の転落を防止できる利用者応答型運動装置を提
供することにある。
An object of the present invention is to change the moving speed of a movable surface from the start to the end of walking in accordance with the speed of the user, so that even if the walking is stopped, It is an object of the present invention to provide a user-responsive exercise device capable of preventing a user from falling.

【0008】本発明の他の目的は、マラソンのような走
行競技に参加する走者や歩行リハビリを行なう歩行者な
ど利用形態が異なる利用者に対応可能な利用者応答型運
動装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a user-responsive exercise device capable of coping with users having different usage patterns such as a runner participating in a running competition such as a marathon and a pedestrian performing walking rehabilitation. is there.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、利用者が歩行または走行する可動面を有する無端軌
道機構と、外部から入力される制御信号に基づいた速度
で前記可動面が移動するように前記無端軌道機構を駆動
する駆動手段と、前記可動面上に設定した基準位置から
前記可動面上の利用者の位置までの位置偏差を検出する
位置偏差検出手段と、前記位置偏差検出手段により検出
された位置偏差を入力し、位置偏差の増大に従って単調
に増大する出力信号を形成して、前記駆動手段に前記制
御信号として送出する制御手段と、前記基準位置を任意
に変更する手段と、を有する利用者応答型運動装置が提
供される。
According to one aspect of the present invention, an endless track mechanism having a movable surface on which a user walks or runs, and the movable surface moves at a speed based on a control signal input from the outside. Drive means for driving the endless track mechanism, position deviation detection means for detecting a position deviation from a reference position set on the movable surface to a user's position on the movable surface, and the position deviation detection Inputting the position deviation detected by the means, forming an output signal that monotonically increases as the position deviation increases, and sending it as the control signal to the driving means; and means for arbitrarily changing the reference position. A user-responsive exercise device having:

【0010】基準位置からの利用者の位置偏差に対応し
た速度で可動面を駆動することにより、利用者の速度に
迅速に追随して可動面を移動させることができる。また
位置偏差が零になると可動面の速度を零とするため、利
用者の可動面上の位置が基準位置より後方に行くことを
防止でき、可動面からの利用者の転落を防止することが
できる。
By driving the movable surface at a speed corresponding to the position deviation of the user from the reference position, the movable surface can be moved quickly following the speed of the user. Further, when the positional deviation becomes zero, the velocity of the movable surface becomes zero, so that the position of the user on the movable surface can be prevented from moving backward from the reference position, and the user can be prevented from falling from the movable surface. it can.

【0011】本発明の他の観点によると、上述の利用者
応答型運動装置において、利用者の進行方向を前記位置
偏差の正方向とした時、前記制御手段は前記位置偏差が
負の値を持つ間は前記出力信号を零に維持することを特
徴とする利用者応答型運動装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, in the above-described user-responsive exercise device, when the traveling direction of the user is the positive direction of the position deviation, the control means sets the position deviation to a negative value. A user-responsive exercise device is provided which is characterized in that the output signal is maintained at zero while holding.

【0012】可動面は利用者の歩行(または走行)の向
きと逆向きにのみ移動する。利用者が可動面上に上がり
基準位置まで進む間、可動面は移動せず、利用者が基準
位置を越えた時に、可動面が利用者の歩行の向きと逆向
きに移動を開始する。従って利用者は安全に歩行を開始
することができる。
The movable surface moves only in the direction opposite to the walking (or running) direction of the user. The movable surface does not move while the user moves up to the reference position on the movable surface, and when the user exceeds the reference position, the movable surface starts moving in the direction opposite to the walking direction of the user. Therefore, the user can safely start walking.

【0013】本発明のさらに他の観点によると、利用者
が歩行または走行する可動面を有する無端軌道機構と、
外部から入力される制御信号に基づいた速度で前記可動
面が移動するように前記無端軌道機構を駆動する駆動手
段と、前記可動面上に設定した基準位置から前記可動面
上の利用者の位置までの位置偏差を検出する位置偏差検
出手段と、歩行と走行の利用モードを切り替える入力操
作に基づいて切替信号を出す切替手段と、前記位置偏差
検出手段により検出された位置偏差を入力し、位置偏差
に応じた大きさの第1出力を形成する現在値対応動作と
位置偏差を積分した量に応じた大きさの第2出力を形成
する積分動作とを行なうことができ、歩行の利用モード
では現在値対応動作のみによる制御を行ない、走行の利
用モードでは現在値対応動作と積分動作とを組み合わせ
た制御を行なうスイッチを有し、利用モードに依存した
出力信号を形成し、前記駆動手段に前記制御信号として
送出する制御手段とを有する利用者応答型運動装置が提
供される。
According to still another aspect of the present invention, an endless track mechanism having a movable surface on which a user walks or runs,
Driving means for driving the endless track mechanism so that the movable surface moves at a speed based on a control signal input from the outside, and a user position on the movable surface from a reference position set on the movable surface. Position deviation detection means for detecting the position deviation up to, switching means for outputting a switching signal based on an input operation for switching the use mode of walking and running, and the position deviation detected by the position deviation detection means are input, It is possible to perform a current value corresponding operation that forms a first output having a magnitude corresponding to the deviation and an integration operation that forms a second output having a magnitude corresponding to the amount obtained by integrating the position deviation. The control is performed only by the operation corresponding to the current value, and in the use mode of traveling, it has a switch for performing a control that combines the operation corresponding to the current value and the integral operation, and forms an output signal depending on the use mode. User response type exercise device having a control means for sending a said control signal to said drive means.

【0014】基準位置から利用者の位置までの位置偏差
を制御量とし、現在値対応動作による制御と、現在値対
応動作と積分動作とを組み合わせた制御とを制御手段が
前記切替手段の切替信号に基づき切り替えて行なうこと
により、可動面を利用者の歩行速度または走行速度に迅
速に追随させて移動させることができる。
With the positional deviation from the reference position to the user's position as the control amount, the control means controls the current value responsive operation and the control combining the current value responsive operation and the integral operation by the switching signal of the switching means. The movable surface can be moved quickly while following the walking speed or running speed of the user.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態による利用者応答型運動装置を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A user-responsive exercise device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】図1は、本発明の一実施形態による利用者
応答型運動装置の部分概略正面図及び制御系のブロック
図を示す。フレーム3に2つのローラ4が取り付けら
れ、2つのローラ4の間に無端軌道ベルト1が架けられ
ている。利用者10は無端軌道ベルト1の上面(可動
面)上を速度Vhで歩行する。可動面は利用者10が歩
行する向きと反対向きに速度Vhで移動する。便宜上、
利用者10の進行方向(図中右向き方向)を正の方向と
する。すると、可動面の向きを含めた速度は−Vmとな
る。利用者10は、フレーム3に対して速度Vh−Vm
を持つ。
FIG. 1 is a partial schematic front view of a user-responsive exercise device according to an embodiment of the present invention and a block diagram of a control system. Two rollers 4 are attached to the frame 3, and the endless track belt 1 is hung between the two rollers 4. The user 10 walks on the upper surface (movable surface) of the endless track belt 1 at a speed Vh. The movable surface moves at a speed Vh in the direction opposite to the direction in which the user 10 walks. For convenience,
The traveling direction of the user 10 (rightward direction in the figure) is defined as a positive direction. Then, the speed including the direction of the movable surface becomes −Vm. The user 10 has the speed Vh-Vm for the frame 3.
have.

【0017】利用者10の両側には、フレーム3に取り
付けられた手摺12が配置されている。無端軌道ベルト
1の可動面の下方には歩行路長Lの全範囲で利用者10
の体重を支える支持板2が配置されている。一方のロー
ラ4に、プーリを介してモータ5から回転力が与えられ
る。モータ5は、モータ駆動装置6により駆動される。
Handrails 12 attached to the frame 3 are arranged on both sides of the user 10. Below the movable surface of the endless track belt 1, the user 10
A support plate 2 that supports the weight of the vehicle is arranged. A rotating force is applied to one roller 4 from a motor 5 via a pulley. The motor 5 is driven by the motor drive device 6.

【0018】利用者10の前方に超音波センサまたは光
学センサ等から構成される距離測定器8が配置されてい
る。距離測定器8は、基準位置0からの利用者10の位
置偏差Δxを計測し、利用者意思読取装置7に位置偏差
Δxに対応した位置偏差情報を送出する。利用者10が
基準位置よりも前方にいる場合、位置偏差Δxは正とな
る。利用者意思読取装置7は利用者の位置偏差情報に基
づいて無端軌道ベルト1の可動面の好ましい移動速度を
決定し、モータ駆動装置6にモータ制御信号を送出す
る。さらに、制御情報表示装置9に対して、モータ制御
信号に対応した加減速情報を送出する。
A distance measuring device 8 composed of an ultrasonic sensor or an optical sensor is arranged in front of the user 10. The distance measuring device 8 measures the position deviation Δx of the user 10 from the reference position 0, and sends the position deviation information corresponding to the position deviation Δx to the user intention reading device 7. When the user 10 is in front of the reference position, the position deviation Δx becomes positive. The user intention reading device 7 determines a preferable moving speed of the movable surface of the endless track belt 1 based on the position deviation information of the user, and sends a motor control signal to the motor driving device 6. Further, acceleration / deceleration information corresponding to the motor control signal is sent to the control information display device 9.

【0019】制御情報表示装置9は、利用者意思読取装
置7から与えられた加減速情報に基づいて、加減速の状
態を利用者10に視認可能に表示する。
The control information display device 9 visually displays the acceleration / deceleration state to the user 10, based on the acceleration / deceleration information provided from the user intention reading device 7.

【0020】次に、図1に示す利用者応答運動装置の動
作を説明する。利用者10が可動面上の基準位置Oより
も後方(図1において左側)から可動面上に上がり、前
方に配置した距離測定器8に向かって歩行または走行を
開始する。
Next, the operation of the user response exercise device shown in FIG. 1 will be described. The user 10 goes up from the rear (left side in FIG. 1) of the reference position O on the movable surface to the movable surface and starts walking or running toward the distance measuring device 8 arranged in front.

【0021】距離測定器8は基準位置Oから利用者10
の位置までの距離、即ち位置偏差Δxを計測する。利用
者10が基準位置Oより前方に居る状態での位置偏差Δ
xを正、基準位置Oより後方に居る状態での位置偏差Δ
xを負とする。
The distance measuring device 8 is moved from the reference position O to the user 10
The distance to the position, that is, the position deviation Δx is measured. Position deviation Δ when the user 10 is in front of the reference position O
Position deviation Δ when x is positive and is behind the reference position O
Let x be negative.

【0022】利用者10が基準位置Oよりも前方に進む
と位置偏差Δxが正になる。利用者意思読取装置7は、
位置偏差Δxが正になったことを検出すると、モータ駆
動装置6に対してモータ回転開始の指示をする。モータ
駆動装置6がモータ5に駆動信号を送出し、モータ5が
回転を開始して無端軌道ベルト1が回転を始める。
When the user 10 moves forward from the reference position O, the position deviation Δx becomes positive. The user intention reading device 7 is
When it is detected that the positional deviation Δx becomes positive, the motor drive device 6 is instructed to start the motor rotation. The motor drive device 6 sends a drive signal to the motor 5, the motor 5 starts rotating, and the endless track belt 1 starts rotating.

【0023】次に、モータ駆動装置6と利用者意思読取
装置7の動作について図2を参照して説明する。
Next, the operation of the motor drive device 6 and the user intention reading device 7 will be described with reference to FIG.

【0024】図2に示すように、利用者10の加速又は
減速しようという意思に基づいて歩行または走行動作が
行なわれる。以下では利用者10が歩行を行なうものと
して説明する。利用者10は自分の意思に従って筋肉運
動を行ない、その結果ある時刻に無端軌道ベルト1に対
してある速度Vhに達する。無端軌道ベルト1の可動面
は、利用者10の歩行方向と逆向きに速度−Vmで移動
する。従って、可動面上の利用者10はフレーム3に固
定された基準位置Oに対して速度Vhと速度−Vmとの
合成であるVh+(−Vm)=Vh−Vm=ΔVの合成
速度で移動する。この合成速度ΔVの積分値が、利用者
10の基準位置Oに対する位置偏差Δxとなる。
As shown in FIG. 2, a walking or running motion is performed based on the user's intention to accelerate or decelerate. In the following description, it is assumed that the user 10 walks. The user 10 performs a muscle exercise according to his or her intention, and as a result, reaches a certain speed Vh with respect to the endless orbital belt 1 at a certain time. The movable surface of the endless track belt 1 moves at a speed of −Vm in the direction opposite to the walking direction of the user 10. Therefore, the user 10 on the movable surface moves with respect to the reference position O fixed to the frame 3 at a combined speed of Vh + (− Vm) = Vh−Vm = ΔV, which is a combination of the speed Vh and the speed −Vm. . The integrated value of this combined velocity ΔV becomes the position deviation Δx with respect to the reference position O of the user 10.

【0025】すなわち、フレーム3に固定された距離測
定器8によって測定される距離は、合成速度ΔVで移動
する利用者10と距離測定器8との間の距離である。距
離測定器8と基準位置Oとの間の距離と測定された距離
との差を求めることにより位置偏差Δxが得られる。
That is, the distance measured by the distance measuring device 8 fixed to the frame 3 is the distance between the user 10 moving at the combined velocity ΔV and the distance measuring device 8. The position deviation Δx is obtained by calculating the difference between the distance between the distance measuring device 8 and the reference position O and the measured distance.

【0026】利用者意思読取装置7は、増幅器7bを有
している。利用者意思読取装置7の出力は、単方向器7
uに入力される。単方向器7uは、たとえばダイオード
で形成され、正の速度指令値のみを通過させる。増幅器
7bは、位置偏差ΔxにゲインKvを乗算して、速度指
令値Pvを形成する。従って、単方向器7uは、速度指
令値Pvの正の値のみを通し、モータ制御信号Mcを生
成する。
The user intention reading device 7 has an amplifier 7b. The output of the user intention reading device 7 is the unidirectional device 7
Input to u. The unidirectional device 7u is formed of, for example, a diode and passes only a positive speed command value. The amplifier 7b multiplies the position deviation Δx by the gain Kv to form the speed command value Pv. Therefore, the unidirectional device 7u passes only the positive value of the speed command value Pv and generates the motor control signal Mc.

【0027】図3に位置偏差Δxとモータ制御信号Mc
との関係を示す。位置偏差Δxが負および零の間はモー
タ制御信号Mcは零であり、位置偏差Δxが正の領域で
はモータ制御信号McはΔxに比例する。但し、モータ
制御信号Mcは上限値を有する。
FIG. 3 shows the position deviation Δx and the motor control signal Mc.
Shows the relationship with. The motor control signal Mc is zero while the position deviation Δx is negative and zero, and the motor control signal Mc is proportional to Δx in the region where the position deviation Δx is positive. However, the motor control signal Mc has an upper limit value.

【0028】すなわち利用者意思読取装置7は、距離測
定器8の測定した位置偏差Δxに基づき利用者の重心位
置または胴体表面の位置と原点との位置偏差を算出し、
その位置偏差Δxに比例した速度に無端軌道ベルトを駆
動して、利用者の歩きたい速度に無端軌道ベルト1の速
度を追従させる、いわゆる比例制御を行なっている。
That is, the user intention reading device 7 calculates the position deviation between the center of gravity of the user or the position of the body surface and the origin based on the position deviation Δx measured by the distance measuring device 8,
The so-called proportional control is performed in which the endless orbital belt is driven at a speed proportional to the position deviation Δx so that the speed of the endless orbital belt 1 follows the speed that the user wants to walk.

【0029】図4(A)、(B)は、図2に示す制御を
行なった時のシミュレーション結果を示す。なお、ここ
では、利用者意思読取装置7におけるゲインKvをKv
=1.12(単位:1/s)とした場合の利用者10の
速度Vhと、これに対する可動面の速度Vmの変化を図
4(A)に示す。なお、図4(A)の速度は単位(km
/h)で示している。
FIGS. 4A and 4B show simulation results when the control shown in FIG. 2 is performed. Here, the gain Kv in the user intention reading device 7 is set to Kv.
FIG. 4 (A) shows a change in the speed Vh of the user 10 and a change in the speed Vm of the movable surface corresponding to the speed Vh = 1.12 (unit: 1 / s). The speed in FIG. 4A is in units (km
/ H).

【0030】図4(A)に示すように、利用者10が基
準位置Oを越えた時(t=0)から12秒未満までは、
時速約3kmを目標として下記(1)式で表される速度
で加速し、12秒から20秒未満までの間は、時速約4
kmを目標として下記(2)式で表される速度で加速
し、20秒以降は歩行を中止しようとして下記(3)式
で表される速度で減速した時の無端軌道ベルト1の可動
面の移動速度Vmの変化をシミュレーションした。
As shown in FIG. 4A, from when the user 10 exceeds the reference position O (t = 0) to less than 12 seconds,
Accelerate at a speed represented by the following formula (1) with a target of about 3 km / h, and from about 12 seconds to less than 20 seconds, about 4 km / h
With a target of km, the movable surface of the endless track belt 1 is accelerated at a speed represented by the following formula (2) and decelerated at a speed represented by the following formula (3) in order to stop walking after 20 seconds. A change in the moving speed Vm was simulated.

【0031】 Vh=Vh1 …(1) Vh=Vh1+Vh2 …(2) Vh=Vh1+Vh2−Vh3 …(3) ただし、 Vh1=(1−exp(−0.5t))×0.833 Vh2=(1−exp(−0.6(t−12)))×
0.278 Vh3=(1−exp(−0.3(t−20)))×
1.111 とした。
Vh = Vh1 (1) Vh = Vh1 + Vh2 (2) Vh = Vh1 + Vh2-Vh3 (3) where Vh1 = (1-exp (-0.5t)) × 0.833 Vh2 = (1- exp (-0.6 (t-12))) x
0.278 Vh3 = (1-exp (-0.3 (t-20))) *
It was set to 1.111.

【0032】図4(A)は、利用者10の速度Vhおよ
び可動面の移動速度Vmの時間変化を示す。tは歩行者
が基準位置を越えた歩行開始時点からの経過時間、0.
833、0.278、1.111は無限時間経過後の
(1)式から(3)式まで各々の最終速度(単位:m/
s)である。
FIG. 4A shows a time change of the speed Vh of the user 10 and the moving speed Vm of the movable surface. t is the elapsed time from the start of walking when the pedestrian exceeds the reference position, and 0.
833, 0.278 and 1.111 are the final speeds (unit: m / m) from the formulas (1) to (3) after the infinite time has elapsed.
s).

【0033】図4(A)に示すように、利用者の速度V
hの上昇に伴って可動面の移動速度Vmは少し遅れて、
但し、連続的にかつ滑らかに追従していることがわか
る。VhとVmの加減速は一致しており、一方が加速し
ている間に他方が減速することはない。
As shown in FIG. 4A, the speed V of the user
As h increases, the moving speed Vm of the movable surface is slightly delayed,
However, it can be seen that the tracking is continuous and smooth. The acceleration and deceleration of Vh and Vm are the same, and while one is accelerating, the other is not decelerating.

【0034】図4(B)は、図4(A)の状況における
利用者10の基準位置Oからの位置偏差Δxの時間変化
を示す。
FIG. 4B shows the time variation of the position deviation Δx from the reference position O of the user 10 in the situation of FIG. 4A.

【0035】図4(A)、(B)に示すように、基準位
置Oから(1)、(2)式に従って歩行速度を高めてい
くと、基準位置Oから約0.75m前進した所で約3k
m/hの時速に達し、さらに基準位置Oから約1m前進
したところで約4km/hの速度に達する。その後、
(3)式に従って急速に速度Vhを落とすと、それに伴
って利用者の位置は後退し、やがて速度Vh、可動面移
動速度Vmはともに零になり、また、歩行者の位置も基
準位置Oに戻っている。
As shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B), when the walking speed is increased from the reference position O in accordance with the equations (1) and (2), it is moved forward from the reference position O by about 0.75 m. About 3k
The speed reaches about 4 km / h when the vehicle reaches a speed of m / h and further advances from the reference position O by about 1 m. afterwards,
When the velocity Vh is rapidly reduced according to the equation (3), the position of the user retreats along with it, and eventually the velocity Vh and the moving surface moving velocity Vm both become zero, and the position of the pedestrian also becomes the reference position O. I'm back.

【0036】このように、利用者が急減速しても利用者
の速度に対応して可動面の移動速度を迅速にかつ滑らか
に急減速することができるため、利用者10は可動面の
後部から転落することなく装置を停止でき、歩行リハビ
リ等を行なう際の安全性の向上をはかることができる。
As described above, even if the user suddenly decelerates, the moving speed of the movable surface can be rapidly and smoothly decelerated in accordance with the speed of the user. The device can be stopped without falling, and the safety can be improved when performing walking rehabilitation or the like.

【0037】ここで、本実施例の速度制御を従来の運動
装置の加速度制御と比較してみる。従来の運動装置で利
用者が速度を上げても利用者の位置が、所定範囲内であ
れば可動面は定速移動する。利用者の位置が前進限界線
を越えたとき、初めて可動面の加速が開始する。やがて
可動面の速度が利用者の速度と等しくなる。しかし、こ
こまでの期間は(Vh−Vm)は正であり、利用者の位
置は前進を続け、前進限界線よりも前方に移動してい
る。
Now, the speed control of this embodiment will be compared with the acceleration control of the conventional exercise device. Even if the user speeds up with a conventional exercise device, if the position of the user is within a predetermined range, the movable surface moves at a constant speed. Only when the user's position crosses the forward limit line will the movable surface begin to accelerate. Eventually, the speed of the movable surface becomes equal to the speed of the user. However, (Vh-Vm) is positive during the period up to this point, and the position of the user continues to move forward and moves forward from the forward movement limit line.

【0038】従って、可動面の速度は利用者の速度を越
えて上昇せざるを得ない。可動面の速度が利用者の速度
を越え、(Vh−Vm)が負になると、利用者の位置は
後退する。利用者の位置が前進限界線よりも後方になっ
てようやく加速が停止して可動面は定速走行する。しか
し、(Vh−Vm)は負であり、利用者の位置は後退を
続ける。利用者の位置が後退限界線を越えて初めて可動
面の再加速が開始する。やがて(Vh−Vm)が正とな
り、利用者の位置は前進を始める。利用者の位置が後退
限界線よりも前方になって初めて再加速が停止する。
Therefore, the speed of the movable surface cannot help but exceed the speed of the user. When the velocity of the movable surface exceeds the velocity of the user and (Vh-Vm) becomes negative, the position of the user retreats. Only when the user's position is behind the forward limit line, the acceleration stops and the movable surface runs at a constant speed. However, (Vh-Vm) is negative and the user's position continues to retreat. Re-acceleration of the movable surface starts only when the user's position exceeds the backward limit line. Eventually (Vh-Vm) becomes positive, and the position of the user begins to move forward. The reacceleration stops only when the user's position is in front of the backward limit line.

【0039】このように、従来の加速制御では、速度の
オーバシュートが生じる。また、利用者の位置が前進/
後退限界線を越えるまで制御の時間的遅れがある。特に
加速から減速に変わった時等に制御の時間的遅れが大き
くなる。本実施例の速度制御では、図4(A)に示すよ
うにオーバシュートも制御の時間的遅れもない。
As described above, in the conventional acceleration control, speed overshoot occurs. Also, the user's position is
There is a control time delay until the backward limit line is crossed. In particular, the control time delay becomes large when the acceleration is changed to the deceleration. In the speed control of this embodiment, as shown in FIG. 4 (A), there is no overshoot or control time delay.

【0040】距離測定器8を利用者10の前方に設置し
た場合を例に取り説明したが、利用者10が歩行または
走行する際には腕を振ってはずみをつけており、胸の前
にまで大きく振られた腕を距離測定器8が利用者10の
位置として検出し、腰、胸の位置との間にずれが生じて
測定誤差となることがある。
The case where the distance measuring device 8 is installed in front of the user 10 has been described as an example. However, when the user 10 walks or runs, he or she swings his arms to give a momentum to the front of his chest. The distance measuring device 8 may detect the arm that has been swung greatly as the position of the user 10, and a deviation may occur between the position of the waist and the position of the chest, resulting in a measurement error.

【0041】ところで、腕を後方に振る時は腕が背中の
後方に回ることはほとんどない。そこで腕の振りと腰、
胸の移動を区別するために、距離測定器8を利用者の後
方に設置したほうが、より正確な測定を行なうことがで
きる。
By the way, when the arm is swung backward, the arm rarely turns to the back of the back. So swinging the arms and the waist,
If the distance measuring device 8 is installed behind the user in order to distinguish the movement of the chest, more accurate measurement can be performed.

【0042】なお、図5に示すように、利用者意思読取
装置7にさらにフィルタ7fを設けてもよい。フィルタ
7fにより距離測定器8から与えられる位置偏差信号に
含まれる利用者の腕振り等によるノイズを取り除き、利
用者の本来の位置を示す位置偏差Δxfを得る。その後
は、前述の実施例同様、増幅器7bにおいてゲインKv
を付与して速度指令値Pvfを生成し、単方向器7uで
負値をカットし、モータ制御信号Mcを生成する。
As shown in FIG. 5, the user intention reading device 7 may be further provided with a filter 7f. The filter 7f removes the noise due to the user's arm swing included in the position deviation signal given from the distance measuring device 8 to obtain the position deviation Δxf indicating the user's original position. After that, as in the above-described embodiment, the gain Kv is increased in the amplifier 7b.
Is generated to generate the speed command value Pvf, the negative value is cut by the unidirectional device 7u, and the motor control signal Mc is generated.

【0043】すなわち利用者意思読取装置7は、距離測
定器8の捉えた位置偏差Δxからノイズを除去して利用
者の重心位置または胴体表面の位置と基準位置Oとの位
置偏差を推定した位置偏差Δxfを生成し、Δxfを元
に利用者の歩きたい速度に無端軌道ベルト1の速度を追
従させる、いわゆる補正比例動作をもって制御を行な
う。このようにして、距離測定器8を利用者10の後方
でなく前方に設けても利用者10の腕振り等のノイズを
除去して本来の位置を把握することができる。なお、こ
の時のシミュレーション結果は図4(A)及び図4
(B)とほぼ同じであるため、説明は省略する。
That is, the user intention reading device 7 removes noise from the position deviation Δx captured by the distance measuring device 8 and estimates the position deviation between the user's center of gravity position or the body surface position and the reference position O. The control is performed by a so-called correction proportional operation in which the deviation Δxf is generated and the speed of the endless track belt 1 is made to follow the desired walking speed of the user based on Δxf. In this way, even if the distance measuring device 8 is provided in front of the user 10 instead of behind it, noise such as arm swing of the user 10 can be removed and the original position can be grasped. The simulation result at this time is shown in FIG.
Since it is almost the same as (B), the description is omitted.

【0044】次に本発明の他の実施形態による利用者応
答型運動装置を説明する。図6は、本発明の他の実施形
態による利用者応答型運動装置の部分概略正面図及び制
御系のブロック図である。図6に示す利用者応答型運動
装置は、走行モードと歩行モードとの2つのモードを有
し、利用者が走行モードと歩行モードのいずれかを選択
して利用可能なように手摺12に利用形態切替スイッチ
13を設けている。
Next, a user-responsive exercise device according to another embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a partial schematic front view of a user-responsive exercise device and a block diagram of a control system according to another embodiment of the present invention. The user-responsive exercise device shown in FIG. 6 has two modes, a running mode and a walking mode, and is used for the handrail 12 so that the user can select and use either the running mode or the walking mode. A form change switch 13 is provided.

【0045】利用形態切替スイッチ13を利用者が操作
した場合、切替信号Scが利用者意思読取装置7と、利
用者意思読取装置7と距離計測器8との間に設置した基
準位置変更器14に与えられる。なお、図1に示す実施
形態と同一部分には同一符号を付け説明は省略する。
When the user operates the usage mode changeover switch 13, the switching signal Sc causes the user intention reading device 7 and the reference position changing device 14 installed between the user intention reading device 7 and the distance measuring device 8. Given to. Note that the same parts as those of the embodiment shown in FIG.

【0046】基準位置変更器14は、利用形態切替スイ
ッチ13が利用者10の操作で走行モードとされた時
は、可動面上の基準位置を符号OR の箇所に設定し、歩
行モードとされた時は可動面上の基準位置を符号Oの箇
所に設定するように、距離測定器8の出力を修正して、
これらの基準位置からの位置偏差Δxの演算を行なう。
The reference position changer 14, when the usage mode changeover switch 13 is set to the driving mode by operating the user 10 sets a reference position on the moving surface at a position of the code O R, is a walking mode When it is set, the output of the distance measuring device 8 is corrected so that the reference position on the movable surface is set to the position of the symbol O,
The position deviation Δx from these reference positions is calculated.

【0047】たとえば、図7に示すように、基準位置変
更器14は、スイッチ14a、14b、演算器14cを
含む。利用形態切替スイッチ13からの切替信号Scが
歩行モードの場合にはスイッチ14aをON、スイッチ
14bをOFFとし、走行モードの場合にはスイッチ1
4aをOFF、スイッチ14bをONにする。
For example, as shown in FIG. 7, the reference position changer 14 includes switches 14a and 14b and a calculator 14c. When the switching signal Sc from the usage mode switching switch 13 is in the walking mode, the switch 14a is turned on and the switch 14b is turned off. In the traveling mode, the switch 1 is turned on.
4a is turned off and switch 14b is turned on.

【0048】スイッチ14aがON(スイッチ14bは
OFF)の歩行モードであれば、距離測定器8が出す利
用者10と基準位置Oとの位置偏差Δxをそのまま利用
者意思読取装置7に伝達する。スイッチ14bがON
(スイッチ14aはOFF)の走行モードの場合には、
距離測定器8が出す基準位置Oと利用者10との位置偏
差から両基準位置O−OR 間の距離L2を演算器14c
で減算した位置偏差Δxを出す。
In the walking mode in which the switch 14a is ON (the switch 14b is OFF), the positional deviation Δx between the user 10 and the reference position O output by the distance measuring device 8 is directly transmitted to the user intention reading device 7. Switch 14b is ON
In the case of the traveling mode (switch 14a is OFF),
Calculator 14c the distance L2 between the reference position O to the distance measuring instrument 8 is out of the position deviation between the user 10 both reference position O-O R
The position deviation Δx subtracted in step 1 is output.

【0049】これは、距離測定器8が基準位置Oを基準
として位置偏差を出す構成となっているためである。利
用者10が走行モードを設定すると位置OR を可動面上
の基準位置とすることになる。基準位置変更器14はこ
の調整を行なう。利用者意思読取装置7は、位置OR
可動面上の基準位置とした位置偏差Δxを受け取る。な
お、位置OとOR のいずれを基本とするかは任意であ
る。位置OR を基本とする時は、スイッチ14aに+L
2の演算を行なう演算器を接続すればよい。
This is because the distance measuring device 8 is constructed so as to generate a position deviation with reference to the reference position O. It becomes the position O R and the user 10 sets the traveling mode to be the reference position on the moving surface. The reference position changer 14 makes this adjustment. The user intention reading device 7 receives the position deviation Δx with the position O R as the reference position on the movable surface. Incidentally, one or a basic position O and O R is arbitrary. When using the position O R as the basis, add + L to the switch 14a.
It suffices to connect a computing unit that performs the computation of 2.

【0050】利用者意思読取装置7は、増幅器7aと積
分器7cを含み、過去の位置偏差の積分値に対応する制
御を行なう積分制御系と増幅器7aを含む現在値対応制
御系とを有する。両制御系の出力は加算器7dで加算さ
れる。利用者意思読取装置7の積分動作系にはスイッチ
7eが設けられている。スイッチ7eは切替信号Scに
より、走行モードにおいては基準位置変更器14のスイ
ッチ14bと同様にONになり、歩行モードにおいては
OFFとなる。
The user intention reading device 7 includes an amplifier 7a and an integrator 7c, and has an integral control system for performing control corresponding to the integrated value of the past position deviation and a current value corresponding control system including the amplifier 7a. The outputs of both control systems are added by the adder 7d. A switch 7e is provided in the integral operation system of the user intention reading device 7. The switch 7e is turned on by the switching signal Sc in the traveling mode similarly to the switch 14b of the reference position changer 14, and turned off in the walking mode.

【0051】従って、利用者意思読取装置7は走行モー
ドにおいては積分動作系制御と現在値対応動作系制御が
働き、歩行モードにおいては現在値対応動作系制御のみ
が働く。
Therefore, in the user intention reading device 7, the integral motion system control and the current value corresponding motion system control work in the running mode, and only the current value corresponding motion system control works in the walking mode.

【0052】利用者10による操作で利用形態切替スイ
ッチ13が歩行モードにされた場合、すなわち現在値対
応動作系を動作させた場合には、図6の利用者応答型運
動装置は図1に示すものとほぼ同等になるため、説明は
省略する。なお、利用者意思読取装置7には、歩行モー
ドとされた時に利用者10が基準位置Oより後方になっ
たら、モータ5の回転を停止させるリミッタとなる単方
向器7uを設けておくのが望ましい。
When the use mode changeover switch 13 is set to the walking mode by the operation of the user 10, that is, when the operation system corresponding to the current value is operated, the user responsive exercise device of FIG. 6 is shown in FIG. The description is omitted because it is almost the same as the one described above. It should be noted that the user intention reading device 7 is provided with a unidirectional device 7u serving as a limiter for stopping the rotation of the motor 5 when the user 10 is behind the reference position O in the walking mode. desirable.

【0053】歩行モードにおいては、図1乃至図5に示
す実施態様と同様に、利用者10が急減速しても利用者
の歩行速度に対応して可動面の移動速度を急減速するこ
とができるため、利用者10は可動面の後部から転落す
ることなく装置を停止でき、歩行リハビリ等を行なう際
の安全性の向上をはかることができる。
In the walking mode, similarly to the embodiment shown in FIGS. 1 to 5, even if the user 10 suddenly decelerates, the moving speed of the movable surface can be rapidly decelerated corresponding to the walking speed of the user. Therefore, the user 10 can stop the device without falling from the rear part of the movable surface, and can improve the safety when performing walking rehabilitation or the like.

【0054】一方、利用者10による操作で、利用形態
切替スイッチ13が走行モードにされた場合、すなわち
積分動作系と現在値対応動作系を動作させた場合の利用
者応答型運動装置の動作について、以下説明する。
On the other hand, the operation of the user-responsive exercise device when the use mode changeover switch 13 is set to the traveling mode by the operation of the user 10, that is, when the integral operation system and the current value corresponding operation system are operated. This will be described below.

【0055】図7に示すように、利用者意思読取装置7
は、スイッチ7e、増幅器7a、7b、積分器7c及び
加算器7dから構成される。増幅器7aは、距離測定器
8から基準位置変更器14を介して与えられる位置偏差
ΔxにゲインKaを付与して図8に示すような加速度指
令値Paを生成する。積分器7cは、加速度指令値Pa
を数値的に時間積分して速度指令値Psを生成する。増
幅器7bは同じく位置偏差ΔxにゲインKvを付与して
図9に示すような速度指令値Pvを生成する。
As shown in FIG. 7, the user intention reading device 7
Is composed of a switch 7e, amplifiers 7a and 7b, an integrator 7c and an adder 7d. The amplifier 7a adds a gain Ka to the position deviation Δx given from the distance measuring device 8 via the reference position changer 14 to generate an acceleration command value Pa as shown in FIG. The integrator 7c has an acceleration command value Pa
Is numerically integrated over time to generate a speed command value Ps. Similarly, the amplifier 7b adds a gain Kv to the position deviation Δx to generate a speed command value Pv as shown in FIG.

【0056】加算器7dは、速度指令値Psと速度指令
値Pvを加算して単方向器7uに出力し、単方向器7u
はモータ制御信号Mcを生成する。すなわち、利用者意
思読取装置7は利用者10の位置を制御量とし、位置偏
差Δx=0を目標値として、現在値対応動作と積分動作
とを組み合わせた制御動作を行なっている。
The adder 7d adds the speed command value Ps and the speed command value Pv and outputs the result to the unidirectional device 7u.
Generates a motor control signal Mc. That is, the user intention reading device 7 performs a control operation in which the current value corresponding operation and the integration operation are combined with the position of the user 10 as a control amount and the position deviation Δx = 0 as a target value.

【0057】利用者10がスイッチ13を走行モードに
切り替えているが、図4(A)に示すシミュレーション
時と同一の進行速度であって、加速度指令値Paは図
8、速度指令値Pvは図9に示すものとし、ゲインKv
をKv=1.12(単位:1/s)、ゲインKaをKa
=1.67(単位:1/s2 )とした時のシミュレーシ
ョン結果を図10(A)、(B)に示す。
Although the user 10 switches the switch 13 to the traveling mode, the traveling speed is the same as in the simulation shown in FIG. 4A, the acceleration command value Pa is shown in FIG. 8, and the speed command value Pv is shown in FIG. 9 and the gain Kv
Is Kv = 1.12 (unit: 1 / s), and the gain Ka is Ka
= 1.67 (unit: 1 / s 2 ) the simulation results are shown in FIGS.

【0058】図10(A)は、利用者10の速度Vhに
示すように、走行開始後約2秒間は利用者の走行速度V
hの上昇に対して可動面の移動速度Vmが遅れて上昇
し、移動速度Vmが速度Vhに等しくなった後も移動速
度Vmの増加は急には低下せずにオーバシュートする。
その後、Vmは飽和し、やがて低下して走行開始後約5
秒程で移動速度Vmが速度Vhに等しくなる。利用者が
走行開始後12秒の時点で更に加速を行なうと、やはり
一旦移動速度Vmの速度はオーバシュートするが、約2
秒ほどでやはり速度Vhに等しくなる。同様に走行開始
後20秒の時点で急減速を行なっても約2秒ほどで速度
Vhに移動速度Vmが等しくなっている。
In FIG. 10A, as shown by the speed Vh of the user 10, the running speed V of the user is maintained for about 2 seconds after the start of running.
The moving speed Vm of the movable surface rises with a delay with respect to the rising of h, and even after the moving speed Vm becomes equal to the speed Vh, the increase of the moving speed Vm does not suddenly decrease but overshoots.
After that, Vm saturates and eventually decreases to about 5 after the start of running.
In about a second, the moving speed Vm becomes equal to the speed Vh. When the user further accelerates at 12 seconds after the start of traveling, the moving speed Vm once overshoots again, but about 2
After about a second, the speed becomes equal to Vh. Similarly, the moving speed Vm becomes equal to the speed Vh in about 2 seconds even if the rapid deceleration is performed 20 seconds after the start of running.

【0059】図10(B)は、図10(A)の状況にお
ける利用者10の基準位置OR からの位置偏差Δxの時
間変化を示す。
FIG. 10B shows the time variation of the position deviation Δx from the reference position O R of the user 10 in the situation of FIG. 10A.

【0060】図10(A)、(B)に示すように、利用
者が歩行速度を高め約2km/hになった時点では利用
者の位置は基準位置OR から約20cm前進するが5秒
ほどで基準位置OR に戻る。利用者の速度Vhが3km
/hに達した時でも基準位置OR のままである。歩行開
始12秒後に急加速を行なっても利用者10は若干前進
するだけですぐに基準位置OR へと戻っている。走行開
始20秒後に急減速を行なうと基準位置OR から約20
cm後退するが、徐々に基準位置OR に戻り、利用者1
0が歩行を停止すると可動面の移動速度も0になるとと
もに利用者10は基準位置OR に戻っている。
[0060] FIG. 10 (A), the (B), the user is the position of the user is approximately 20cm forward from the reference position O R at the time became about 2km / h enhances the walking speed 5 seconds as in returns to the reference position O R. User speed Vh is 3km
Even when it reaches the / h remains of the reference position O R. Even if a rapid acceleration is made 12 seconds after the start of walking, the user 10 just returns slightly to the reference position O R with only a slight forward movement. When performing rapid deceleration in the running after 20 seconds after the reference position O from R 20
cm, but gradually returns to the reference position O R , and the user 1
When 0 stops walking, the moving speed of the movable surface also becomes 0 and the user 10 returns to the reference position O R.

【0061】このように、走行モードでは、積分制御に
より利用者位置は速度に拘らず、同じ位置に戻るように
制御される。また、走行モードにおいても、現在値対応
制御により利用者10の意思に応じた急減速に対応して
可動面の移動速度を迅速に急減速することができるた
め、利用者10は可動面からの転落を防止され、基準位
置OR 付近を走行することができる。
As described above, in the traveling mode, the user position is controlled by the integral control so as to return to the same position regardless of the speed. Further, even in the traveling mode, since the moving speed of the movable surface can be rapidly decelerated in response to the sudden deceleration according to the intention of the user 10 by the current value corresponding control, the user 10 can move from the movable surface. are prevented falling, you can travel around the reference position O R.

【0062】また、距離測定器8を利用者10の前方に
設置した場合を例に取り説明したが、腕の振りと腰、胸
の移動を区別するために、距離測定器8を利用者の後方
に設置してもよい。利用者の後方に設置したほうが、よ
り正確な測定を行なうことができる。
Further, the case where the distance measuring device 8 is installed in front of the user 10 has been described as an example. However, in order to distinguish the swing of the arm from the movement of the waist and the chest, the distance measuring device 8 is set by the user. You may install in the back. The more accurate the measurement, the better it is installed behind the user.

【0063】利用者意思読取装置7は、距離測定器8の
捉えた位置偏差Δxから利用者の重心位置または胴体表
面の位置と原点との位置偏差を推定した位置偏差Δxf
を元に利用者の歩きたい速度に無端軌道ベルト1の速度
を追従させる、いわゆる補正比例動作をもって制御動作
を行なってもよい。
The user intention reading device 7 estimates a position deviation Δxf between the origin and the position of the user's center of gravity or the surface of the body from the position deviation Δx captured by the distance measuring device 8.
Based on the above, the control operation may be performed by a so-called corrected proportional operation in which the speed of the endless track belt 1 is made to follow the desired walking speed of the user.

【0064】たとえば、図11に示すように、利用者意
思読取装置7の増幅器7bの前にフィルタ7fを設け、
フィルタ7fにより距離測定器8から与えられる位置偏
差信号に含まれる利用者の腕振り等によるノイズを取り
除き、利用者の本来の位置を示す位置偏差Δxfを得、
増幅器7bにおいてゲインKvを付与して速度指令値P
vfを生成してもよい。なお、フィルタ7fを基準位置
変更器14の出力の後に設けて利用者意思読取装置7の
入力を位置偏差Δxfとしてもよい。但し、積分動作系
においては、算出する速度指令値Psにはそれほどノイ
ズの影響が無い。
For example, as shown in FIG. 11, a filter 7f is provided in front of the amplifier 7b of the user intention reading device 7,
By the filter 7f, noise due to the user's arm swing included in the position deviation signal given from the distance measuring device 8 is removed, and the position deviation Δxf indicating the original position of the user is obtained,
The gain Kv is applied to the amplifier 7b and the speed command value P
vf may be generated. The filter 7f may be provided after the output of the reference position changer 14 and the input of the user intention reading device 7 may be the position deviation Δxf. However, in the integral operation system, the calculated speed command value Ps is not so affected by noise.

【0065】つまり、距離測定器8を利用者10の前方
に設けても後方に設けた時と同様に利用者10の本来の
位置を把握することができ、距離測定器8の設置場所を
限定せずにすむ。なお、この時のシミュレーション結果
は図10(A)及び図10(B)とほぼ同じであるた
め、説明は省略する。
That is, even if the distance measuring device 8 is provided in front of the user 10, the original position of the user 10 can be grasped similarly to the case where the distance measuring device 8 is provided behind the user 10, and the installation place of the distance measuring device 8 is limited. You don't have to. Note that the simulation result at this time is almost the same as that in FIGS. 10A and 10B, and thus the description is omitted.

【0066】以上述べたように、図6乃至図11に示す
実施態様による利用者応答型運動装置は、歩行モードを
利用者10が選択した時には、歩行中に利用者10が基
準位置Oより後方に行くことがないため、無端軌道ベル
ト1から落ちず、従って、基準位置Oを可動面の後方端
に近い位置に設定できる。それにより、利用者10前方
の歩行路が長くなり、利用者10が前方に移動できる範
囲が広がる。歩行時に基準位置Oから前方に利用者10
が離れるほど利用者10の速度Vhは速くなる。従っ
て、基準位置Oの後退は無端軌道ベルト1の移動速度V
mの可変速度範囲を広げる。また、利用形態切替スイッ
チを利用することにより、リハビリ時のゆっくりした歩
行からランニングまで、幅広い運動に対応が可能であ
る。
As described above, in the user-responsive exercise device according to the embodiment shown in FIGS. 6 to 11, when the walking mode is selected by the user 10, the user 10 moves backward from the reference position O while walking. Therefore, the reference position O can be set at a position close to the rear end of the movable surface. As a result, the walking path in front of the user 10 becomes longer, and the range in which the user 10 can move forward is expanded. When walking, the user 10 moves forward from the reference position O.
The farther away, the faster the speed Vh of the user 10 becomes. Therefore, the retreat of the reference position O depends on the moving speed V of the endless track belt 1.
Widen the variable speed range of m. In addition, by using the usage mode changeover switch, it is possible to support a wide range of exercises from slow walking to running during rehabilitation.

【0067】なお、図1や図6に示す利用者応答型運動
装置において、制御情報表示装置9は、利用者意思読取
装置7で決定された可動面の加速量及び距離測定器8か
ら得られた位置偏差Δxを例えば、CRTや液晶表示パ
ネル、プラズマ放電表示パネル上の棒グラフ等で表示す
る。走行路の加減速状況を表示することにより、利用者
は歩行の加減速が正確に検知されて制御系が適切に働い
ていることを確認することができ、利用者の意思と違っ
た動きをしていないことを確かめることができる。ま
た、装置の追従性の限界を知ることで、歩行の加速の加
減をすることができ、安全、快適に運動することが可能
になる。
In the user-responsive exercise device shown in FIGS. 1 and 6, the control information display device 9 is obtained from the acceleration amount of the movable surface and the distance measuring device 8 determined by the user intention reading device 7. The position deviation Δx is displayed by, for example, a bar graph on a CRT, a liquid crystal display panel, or a plasma discharge display panel. By displaying the acceleration / deceleration status of the road, the user can confirm that the acceleration / deceleration of walking is accurately detected and that the control system is working properly, and the user can make a movement different from the user's intention. You can be sure that you are not. Further, by knowing the limit of the followability of the device, it is possible to adjust the acceleration of walking and to exercise safely and comfortably.

【0068】なお、増幅器7b、7aがリニアな特性を
有する場合を説明したが、リニア以外の特性のものを用
いることもできる。たとえば、入力変化に対して1次以
上の出力変化を示す増幅器を用いてもよい。また、制御
系をアナログ回路で構成する場合を示したが、デジタル
回路で構成することもできる。この場合、増幅器7b、
7aに代えてルックアップテーブル等を用いることもで
きる。リニア以外の任意形状の特性を実現することもで
きる。
Although the case where the amplifiers 7b and 7a have a linear characteristic has been described, it is also possible to use a characteristic other than linear. For example, an amplifier that exhibits a first-order or higher-order output change with respect to an input change may be used. Further, although the case where the control system is configured by an analog circuit is shown, it may be configured by a digital circuit. In this case, the amplifier 7b,
A lookup table or the like may be used instead of 7a. It is also possible to realize characteristics of any shape other than linear.

【0069】図12に図11の基準位置変更器14と走
者意思読取装置7の機能をパソコンとインターフェイス
を用いて実現した利用応答型運動装置を示す。距離測定
器8の出力信号は、入力インターフェイス21を介し
て、パソコン24に取り入れられる。利用者形態切替ス
イッチ13の切替信号Scは入力インターフェイス22
を介してパソコン24に取り入れられる。これらの情報
を基にパソコン内に組み込まれたソフトウェア25に沿
った演算が演算装置26によって行なわれ、出力インタ
ーフェイス23を介してモータ駆動装置6にモータ駆動
信号Mcが出力される。無端軌道ベルト1の加減速状況
は出力インターフェイス27を介して制御情報表示装置
9に送られる。パソコン24内のソフトウェア25内の
処理は、図1から図11にあげた処理をそれぞれソフト
ウェア化したものを行なう。このようなソフトウェア処
理は、既存の技術によって容易に実現可能であるので、
ここでは詳細には記述しない。
FIG. 12 shows a use response type exercise device in which the functions of the reference position changer 14 and the runner's intention reading device 7 of FIG. 11 are realized by using a personal computer and an interface. The output signal of the distance measuring device 8 is taken into the personal computer 24 via the input interface 21. The switching signal Sc of the user form switch 13 is the input interface 22.
Can be incorporated into the personal computer 24 via. Based on these pieces of information, the arithmetic unit 26 performs an operation according to the software 25 incorporated in the personal computer, and the motor drive signal Mc is output to the motor drive unit 6 via the output interface 23. The acceleration / deceleration status of the endless track belt 1 is sent to the control information display device 9 via the output interface 27. The processing in the software 25 in the personal computer 24 is performed by converting the processing shown in FIGS. 1 to 11 into software. Since such software processing can be easily realized by existing technology,
It will not be described in detail here.

【0070】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
The present invention has been described above with reference to the embodiments.
The present invention is not limited to these. For example,
It will be apparent to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations and the like can be made.

【0071】[0071]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、利
用者が運動中に何の操作をすることなく利用者の走りた
い速度、歩きたい速度に可動面の移動速度を制御するこ
とができる利用者応答型運動装置を得ることができる。
As described above, according to the present invention, the moving speed of the movable surface can be controlled to the speed the user wants to run or the speed the user wants to walk without performing any operation during exercise. It is possible to obtain a user-responsive exercise device that can be used.

【0072】また、制御動作として比例動作のみを選択
した時には、利用者が可動面上の基準位置に戻れば必ず
可動面が停止するため、利用者が安全に運動を行なうこ
とができる利用者応答型運動装置を得ることができる。
Further, when only the proportional action is selected as the control action, the movable surface is always stopped when the user returns to the reference position on the movable surface, so that the user can safely exercise. A mold exercise device can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施形態になる利用者応答型運動装
置の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a user-responsive exercise device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した利用者応答型運動装置の制御系の
詳細を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing details of a control system of the user-responsive exercise device shown in FIG.

【図3】図1に示した利用者応答型運動装置におけるモ
ータ制御信号Mcの特性の一例を示すグラフである。
3 is a graph showing an example of a characteristic of a motor control signal Mc in the user-responsive exercise device shown in FIG.

【図4】図1に示した利用者応答型運動装置の特性を示
すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing characteristics of the user-responsive exercise device shown in FIG.

【図5】図1に示した利用者応答型運動装置の他の制御
系の詳細を示すブロック図である。
5 is a block diagram showing details of another control system of the user-responsive exercise device shown in FIG.

【図6】本発明の他の実施形態になる利用者応答型運動
装置の構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of a user-responsive exercise device according to another embodiment of the present invention.

【図7】図6に示した利用者応答型運動装置の制御系の
詳細を示すブロック図である。
7 is a block diagram showing details of a control system of the user-responsive exercise device shown in FIG.

【図8】図6に示した利用者応答型運動装置における利
用者意思読取装置7の加速度指令値特性の一例を示すグ
ラフである。
8 is a graph showing an example of acceleration command value characteristics of the user intention reading device 7 in the user-responsive exercise device shown in FIG.

【図9】図6に示した利用者応答型運動装置における利
用者意思読取装置7の速度指令値特性の一例を示すグラ
フである。
9 is a graph showing an example of speed command value characteristics of a user intention reading device 7 in the user-responsive exercise device shown in FIG.

【図10】図6に示した利用者応答型運動装置の特性を
示すグラフである。
10 is a graph showing characteristics of the user-responsive exercise device shown in FIG.

【図11】図6に示した利用者応答型運動装置の他の制
御系の詳細を示すブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram showing details of another control system of the user-responsive exercise device shown in FIG. 6.

【図12】インターフェイス、コンピュータおよびソフ
トウェアを用いた利用者応答型運動装置の構成例を示す
ブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example of a user-responsive exercise device using an interface, a computer, and software.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:無端軌道ベルト、2:支持板、3:フレーム、4:
ローラ、5:モータ、6:モータ駆動装置、7:利用者
意思読取装置、7a、7b:増幅器、7u:単方向器、
7c:積分器、7d:加算器、7e:スイッチ、7f:
フィルタ、8:距離測定器、9:制御情報表示装置、1
0:利用者、12:手摺、13:利用形態切替スイッ
チ、14:基準位置変更器、14a、14b:スイッ
チ、14c:演算器
1: Endless track belt, 2: Support plate, 3: Frame, 4:
Roller, 5: Motor, 6: Motor drive device, 7: User intention reading device, 7a, 7b: Amplifier, 7u: Unidirectional device,
7c: integrator, 7d: adder, 7e: switch, 7f:
Filter, 8: distance measuring device, 9: control information display device, 1
0: user, 12: handrail, 13: usage pattern change switch, 14: reference position changer, 14a, 14b: switch, 14c: calculator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 北海 茨城県竜ヶ崎市向陽台5丁目2番 日立 テクノエンジニアリング株式会社 開発 研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−309280(JP,A) 特開 平10−71216(JP,A) 特開 平7−136295(JP,A) 特開 昭62−258684(JP,A) 特開 昭55−146176(JP,A) 実開 平5−35160(JP,U) 実開 昭60−43240(JP,U) 実開 昭59−164660(JP,U) 特公 平2−47231(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61H 1/02 A63B 22/02 A63B 22/06 A63B 23/04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor, Kita Suzuki, 5-2, Koyodai, Ryugasaki-shi, Ibaraki Hitachi Techno Engineering Co., Ltd. Development Laboratory (56) Reference JP-A-63-309280 (JP, A) 10-71216 (JP, A) JP-A-7-136295 (JP, A) JP-A-62-258684 (JP, A) JP-A-55-146176 (JP, A) Actually open 5-35160 (JP, A) U) Actual development Sho 60-43240 (JP, U) Actual development Sho 59-164660 (JP, U) Japanese Patent Publication 2-47231 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) ) A61H 1/02 A63B 22/02 A63B 22/06 A63B 23/04

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 利用者が歩行または走行する可動面を有
する無端軌道機構と、 外部から入力される制御信号に基づいた速度で前記可動
面が移動するように前記無端軌道機構を駆動する駆動手
段と、 前記可動面上に設定した基準位置から前記可動面上の利
用者の位置までの位置偏差を検出する位置偏差検出手段
と、 前記位置偏差検出手段により検出された位置偏差を入力
し、位置偏差の増大に従って単調に増大する出力信号を
形成して、前記駆動手段に前記制御信号として送出する
制御手段と、 前記基準位置を任意に変更する手段と、 を有する利用者応答型運動装置。
1. An endless track mechanism having a movable surface on which a user walks or runs, and driving means for driving the endless track mechanism so that the movable surface moves at a speed based on a control signal input from the outside. A position deviation detecting means for detecting a position deviation from the reference position set on the movable surface to the position of the user on the movable surface; and a position deviation detected by the position deviation detecting means, A user-responsive exercise device comprising: a control unit that forms an output signal that monotonically increases as the deviation increases and sends the output signal to the drive unit as the control signal; and a unit that arbitrarily changes the reference position.
【請求項2】 請求項1に記載の利用者応答型運動装置
において、 利用者の進行方向を前記位置偏差の正方向とした時、前
記制御手段は前記位置偏差が負の値を持つ間は前記出力
信号を零に維持することを特徴とする利用者応答型運動
装置。
2. The user-responsive exercise device according to claim 1, wherein when the traveling direction of the user is a positive direction of the position deviation, the control means is provided while the position deviation has a negative value. A user-responsive exercise device, characterized in that the output signal is maintained at zero.
【請求項3】 利用者が歩行または走行する可動面を有
する無端軌道機構と、外部から入力される制御信号に基
づいた速度で前記可動面が移動するように前記無端軌道
機構を駆動する駆動手段と、前記可動面上に設定した基
準位置から前記可動面上の利用者の位置までの位置偏差
を検出する位置偏差検出手段と、歩行と走行の利用モー
ドを切り替える入力操作に基づいて切替信号を出す切替
手段と、前記位置偏差検出手段により検出された位置偏
差を入力し、位置偏差に応じた大きさの第1出力を形成
する現在値対応動作と位置偏差を積分した量に応じた大
きさの第2出力を形成する積分動作とを行なうことがで
き、歩行の利用モードでは現在値対応動作のみによる制
御を行ない、走行の利用モードでは現在値対応動作と積
分動作とを組み合わせた制御を行なうスイッチを有し、
利用モードに依存した出力信号を形成し、前記駆動手段
に前記制御信号として送出する制御手段とを有する利用
者応答型運動装置。
3. An endless track mechanism having a movable surface on which a user walks or runs, and driving means for driving the endless track mechanism so that the movable surface moves at a speed based on a control signal input from the outside. A position deviation detecting means for detecting a position deviation from the reference position set on the movable surface to the position of the user on the movable surface, and a switching signal based on an input operation for switching between walking and running usage modes. A switching means for outputting and a position deviation detected by the position deviation detecting means are input, and a current value corresponding operation for forming a first output having a magnitude corresponding to the position deviation and a magnitude according to an integrated amount of the position deviation And an integration operation that forms the second output of the current value are performed. In the walking usage mode, control is performed only by the current value corresponding operation, and in the running usage mode, the current value corresponding operation and the integration operation are combined. Has a switch for controlling
A user-responsive exercise device comprising: a control means for forming an output signal depending on a usage mode and sending the output signal to the driving means as the control signal.
【請求項4】 請求項3記載の利用者応答型運動装置に
おいて、 前記位置偏差検出手段は、利用者の歩行の利用モードに
おける基準位置に対する利用者の位置の位置偏差を検出
し、さらに 前記位置偏差検出手段と前記制御手段の間に、前記切替
手段が出す切替信号に基づいて前記歩行の利用モードに
おける基準位置を前記歩行の利用モードにおける基準位
置に変更する基準位置変更手段を設けたことを特徴とす
る利用者応答型運動装置。
4. The user-responsive exercise device according to claim 3, wherein the position deviation detecting means detects a position deviation of a position of the user with respect to a reference position in a use mode of walking of the user, and further, the position. Between the deviation detecting means and the control means, there is provided a reference position changing means for changing the reference position in the walking use mode to the reference position in the walking use mode based on a switching signal issued by the switching means. Characteristic user-responsive exercise device.
【請求項5】 請求項3に記載の利用者応答型運動装置
において、前記制御手段は、前記位置偏差が負の値を持
つ間は前記第1出力を零に維持することを特徴とする利
用者応答型運動装置。
5. The user-responsive exercise device according to claim 3, wherein the control means maintains the first output at zero while the position deviation has a negative value. Person-responsive exercise device.
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