JP5260988B2 - 受動型運動機器及び制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の動作パターンで動作することによってユーザの運動を補助する運動補助機構を有する受動型運動機器、当該運動補助機構を制御する制御装置に関する。

従来、ユーザが受動的に利用する運動機器である受動型運動機器が知られている。このような受動型運動機器は、所定の動作パターン（例えば、上下動、回動、揺動）で動作することによってユーザの運動を補助する運動補助機構と、当該運動補助機構を制御する制御装置とを有する。受動型運動機器を利用するユーザは、例えば運動補助機構に乗ることで、体の少なくとも一部が動かされ、容易に運動を行うことができる。

また、ユーザが運動補助機構による補助を受けつつも積極的に運動をするほど、実際にユーザに与えられる運動負荷は大きくなり、ユーザの運動の強度を示す運動強度（例えば、心拍数、酸素摂取量、又はＭＥＴｓ；Ｍｅｔａｂｏｌｉｃ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓなど）は増加する。

このような受動型運動機器において、運動補助機構の動作の強度（例えば動作速度）を設定する負荷設定値を自動で調整する場合、次のような手法が提案されている（特許文献１参照）。

具体的には、特許文献１に記載の受動型運動機器は、ユーザの運動強度を測定し、測定した運動強度が目標運動強度を上回る場合に負荷設定値を下げる。また、当該受動型運動機器は、測定した運動強度が目標運動強度を下回る場合に負荷設定値を上げる。
特開２００７−２６０１８２号公報

しかしながら、受動型運動機器においては、ユーザの運動強度を上げるために負荷設定値を上げても、ユーザが単に運動補助機構によって動かされている場合、ユーザの運動強度はあまり上がらない。それどころか、負荷設定値を上げることによってユーザの負荷が増大し、ユーザの積極性が減退すると、ユーザの運動強度が下がる可能性もある。

また、受動型運動機器では、ユーザの運動強度を下げるために運動補助機構の動作の強度を下げても、ユーザが積極的に運動をしている場合には、ユーザの運動強度はあまり下がらない。それどころか、負荷設定値を下げることによってユーザの負荷が軽減され、ユーザの積極性が増進すると、ユーザの運動強度が上がる可能性もある。

つまり、従来の受動型運動機器では、負荷設定値を必ずしも適切に調整しておらず、ユーザの運動強度を目標運動強度に近付けることができない恐れがあった。

そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、ユーザの運動強度に応じて適切に負荷設定値を調整することによって、ユーザの運動強度を目標運動強度に近付けることが可能な受動型運動機器及び制御装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、所定の動作パターンで動作することによってユーザの運動を補助する運動補助機構（運動補助機構１０ａ）を有する受動型運動機器（受動型運動機器１０）であって、前記ユーザの運動の強度を示す運動強度を測定する運動強度測定部（運動強度導出部１５０）と、前記運動強度測定部によって測定された前記運動強度である測定運動強度と、前記ユーザの運動強度の目標として設定された目標運動強度とを比較する運動強度比較部（負荷設定値調整部１４２）と、前記測定運動強度と前記目標運動強度との比較結果に応じて、前記運動補助機構の動作の強度を設定する負荷設定値を調整する負荷調整部（負荷設定値調整部１４２）とを備え、前記負荷調整部は、前記測定運動強度が前記目標運動強度を下回る場合、前記負荷設定値を下げることを要旨とする。

このような受動型運動機器によれば、負荷調整部は、測定運動強度が目標運動強度を下回る場合、負荷設定値を上げるのではなく、負荷設定値を敢えて下げる。これにより、ユーザの負荷が軽減され、ユーザの積極的な運動が強まるため、ユーザの運動強度を上げることができる。すなわち、測定運動強度が目標運動強度を下回る場合に、ユーザの運動強度を目標運動強度に近付けることができる。

なお、運動補助機構の実際の動作強度（以下、適宜「合成負荷値」という）は、運動補助機構の寄与分（以下、適宜「補助負荷値」という）と、ユーザの寄与分（以下、適宜「実行負荷値」という）との和となる。ここで、ユーザの運動強度は、実効負荷値のみによって定められ、実効負荷値に比例して上昇する。負荷設定値が下がると補助負荷値も下がるため、合成負荷値が一定であると仮定すると、実行負荷値が上がることになり、ユーザの運動強度を上げることができる。

本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記負荷調整部は、前記測定運動強度が前記目標運動強度を下回る場合、前記負荷設定値を下げる前に前記負荷設定値を一時的に上げ、前記負荷設定値を上げたことによって前記測定運動強度が下がった場合、前記負荷設定値を下げることを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、本発明の第１又は第２の特徴に係り、前記測定運動強度が前記目標運動強度を下回る場合、前記ユーザに対して運動強度を上げるように促す通知を行う通知部（表示部１２０）をさらに備えることを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、所定の動作パターンで動作することによってユーザの運動を補助する運動補助機構（運動補助機構１０ａ）を有する受動型運動機器（受動型運動機器１０）であって、前記ユーザの運動の強度を示す運動強度を測定する運動強度測定部（運動強度導出部１５０）と、前記運動強度測定部によって測定された前記運動強度である測定運動強度と、前記ユーザの運動強度の目標として設定された目標運動強度とを比較する運動強度比較部（負荷設定値調整部１４２）と、前記測定運動強度と前記目標運動強度との比較結果に応じて、前記運動補助機構の動作の強度を設定する負荷設定値を調整する負荷調整部（負荷設定値調整部１４２）とを備え、前記負荷調整部は、前記測定運動強度が前記目標運動強度を上回る場合、前記負荷設定値を上げることを要旨とする。

このような受動型運動機器によれば、負荷調整部は、測定運動強度が目標運動強度を上回る場合、負荷設定値を下げるのではなく、負荷設定値を敢えて上げる。これにより、ユーザの負荷が増大し、積極的な運動が弱まるため、ユーザの運動強度を下げることができる。すなわち、測定運動強度が目標運動強度を上回る場合に、ユーザの運動強度を目標運動強度に近付けることができる。

なお、負荷設定値が上がると上記補助負荷値も上がるため、上記合成負荷値が一定であると仮定すると、上記実行負荷値が下がることになり、ユーザの運動強度を下げることができる。

本発明の第５の特徴は、本発明の第４の特徴に係り、前記負荷調整部は、前記測定運動強度が前記目標運動強度を上回る場合、前記負荷設定値を上げる前に前記負荷設定値を一時的に下げ、前記負荷設定値を下げたことによって前記測定運動強度が上がった場合、前記負荷設定値を上げることを要旨とする。

本発明の第６の特徴は、本発明の第４又は５の特徴に係り、前記測定運動強度が前記目標運動強度を上回る場合、前記ユーザに対して運動強度を下げるように促す通知を行う通知部（表示部１２０）をさらに備えることを要旨とする。

本発明の第７の特徴は、本発明の第１〜第６のいずれかの特徴に係り、前記測定運動強度と前記目標運動強度との差が所定値を超える場合、前記運動補助機構の動作を停止させる動作停止部（駆動制御部１６０）をさらに備えることを要旨とする。

本発明の第８の特徴は、所定の動作パターンで動作することによってユーザの運動を補助する運動補助機構を制御する制御装置であって、前記ユーザの運動の強度を示す運動強度を測定する運動強度測定部と、前記運動強度測定部によって測定された前記運動強度である測定運動強度と、前記ユーザの運動強度の目標として設定された目標運動強度とを比較する運動強度比較部と、前記測定運動強度と前記目標運動強度との比較結果に応じて、前記運動補助機構の動作の強度を設定する負荷設定値を調整する負荷調整部とを備え、前記負荷調整部は、前記測定運動強度が前記目標運動強度を下回る場合、前記負荷設定値を下げることを要旨とする。

本発明の第９の特徴は、所定の動作パターンで動作することによってユーザの運動を補助する運動補助機構を制御する制御装置であって、前記ユーザの運動の強度を示す運動強度を測定する運動強度測定部と、前記運動強度測定部によって測定された前記運動強度である測定運動強度と、前記ユーザの運動強度の目標として設定された目標運動強度とを比較する運動強度比較部と、前記測定運動強度と前記目標運動強度との比較結果に応じて、前記運動補助機構の動作の強度を設定する負荷設定値を調整する負荷調整部とを備え、前記負荷調整部は、前記測定運動強度が前記目標運動強度を上回る場合、前記負荷設定値を上げることを要旨とする。

本発明の特徴によれば、ユーザの運動強度に応じて適切に負荷設定値を調整することによって、ユーザの運動強度を目標運動強度に近付けることが可能な受動型運動機器及び制御装置を提供することができる。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。具体的には、（１）受動型運動機器の全体概略構成、（２）制御装置の構成、（３）実効負荷値の導出処理及び運動強度の導出処理、（４）制御装置の動作、（５）作用・効果、（６）その他の実施形態について説明する。以下の実施形態における図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。

（１）受動型運動機器の全体概略構成
図１は、本実施形態に係る受動型運動機器１０の全体概略構成図である。図２は、受動型運動機器１０の機能ブロック構成図である。

図１に示すように、受動型運動機器１０は、ユーザが体全体をひねる運動であるツイスト運動と、ユーザが足踏みをする運動であるステップ運動とを同時に実施可能とするツイスト・ステップ方式の受動型運動機器である。

受動型運動機器１０は、基体部１１と、基体部１１によって回動可能に支持される円柱状の回動台部１２とを含む。回動台部１２は、駆動部３１（図２参照）が発生する駆動力によって、Ｄ１方向及びＤ２方向に回動する。

回動台部１２の上面部には、ユーザの左足が置かれる左側ペダル１３Ｌと、ユーザの右足が置かれる右側ペダル１３Ｒとが配置される。左側ペダル１３Ｌ及び右側ペダル１３Ｒは、駆動部３１（図１において不図示、図２参照）が発生する駆動力によって、上方ＵＰ及び下方ＤＮに交互に移動する。

具体的には、左側ペダル１３Ｌが上方ＵＰに移動する際には右側ペダル１３Ｒが下方ＤＮに移動し、左側ペダル１３Ｌが下方ＤＮに移動する際には右側ペダル１３Ｒが上方ＵＰに移動する。

さらに、左側ペダル１３Ｌ及び右側ペダル１３Ｒの上下動は、回動台部１２の回動と連動している。すなわち、回動台部１２がＤ１方向に回動する際に右側ペダル１３Ｒが下方ＤＮに移動し、回動台部１２がＤ２方向に回動する際に左側ペダル１３Ｌが下方ＤＮに移動する。

なお、以下においては、左側ペダル１３Ｌ及び右側ペダル１３Ｒの上下動の速さと、回動台部１２の回動の速さとを総称して適宜「運動補助機構１０ａの動作速度」と呼ぶ。また、左側ペダル１３Ｌ及び右側ペダル１３Ｒの上下動の回数を適宜「ステップ数」と呼ぶ。

このように、回動台部１２の回動と、左側ペダル１３Ｌ及び右側ペダル１３Ｒの上下動とによって、ユーザは、受動型運動機器１０による補助を受け、ツイスト運動とステップ運動とを同時に行うことができる。本実施形態において、駆動部３１、回動台部１２、左側ペダル１３Ｌ及び右側ペダル１３Ｒは、ユーザの運動を補助する運動補助機構１０ａを構成する。

受動型運動機器１０には、支持部１４が連結されている。支持部１４は、基体部１１の端部から上方に向けて延び、ユーザインタフェース部１５及びハンドル１６を支持する。なお、支持部１４は、折りたたみ可能に構成されている。ユーザインタフェース部１５は、支持部１４の上端部に配置され、ユーザとのインタフェースとして機能する。ハンドル１６は、ユーザによって把持される。

図２に示すように、受動型運動機器１０は、運動補助機構１０ａを制御する制御装置１００を含む。制御装置１００は、ＣＰＵやメモリなどを含む。

受動型運動機器１０は、ユーザの心拍を検出する心拍センサ４０を含む。心拍センサ４０は、検出した心拍を電気信号として制御装置１００に伝達する。心拍センサ４０としては、例えば、ユーザの耳たぶに装着されるクリップ状の心拍センサを採用できる。

運動補助機構１０ａは、例えばモータや伝動装置などによって構成される駆動部３１を含む。駆動部３１は、回動台部１２、左側ペダル１３Ｌ及び右側ペダル１３Ｒを駆動する。制御装置１００及び駆動部３１には、受動型運動機器１０に設けられた電源部５０から電力が供給される。

運動補助機構１０ａは、運動補助機構１０ａに関する物理量を検出するセンサ部３２を含む。センサ部３２は、運動補助機構１０ａの動作の強度を示すセンサ値を出力する。例えば、センサ部３２としては、駆動部３１におけるモータに取り付けられ、モータ回転数（回転速度）を検出するポテンショ・メータやロータリー・エンコーダが使用できる。

（２）制御装置の構成
次に、図３〜図６を用いて、制御装置１００の構成、具体的には、（２．１）制御装置の全体構成、（２．２）運動強度導出部の構成、（２．３）入力部の構成例、（２．４）表示部の構成例について説明する。

（２．１）制御装置の全体構成
図３は、制御装置１００の機能ブロック構成図である。

図３に示すように、制御装置１００は、ユーザインタフェース部１５を構成する入力部１１０及び表示部１２０を含む。入力部１１０は、各種のボタンによって構成され、ユーザからの入力を受付ける。表示部１２０は、各種の情報を表示するディスプレイによって構成される。

制御装置１００は、負荷設定値取得部１３１、補助負荷値導出部１３２、センサ値取得部１３４、合成負荷値導出部１３５、及び運動強度導出部１５０を含む。

負荷設定値取得部１３１は、運動補助機構１０ａの動作の強度（具体的には、動作速度）を設定する負荷設定値を取得する。本実施形態において、負荷設定値は、制御装置１００によって自動的に調整される。

補助負荷値導出部１３２は、負荷設定値取得部１３１によって取得された負荷設定値に基づいて、運動補助機構１０ａがユーザの運動を補助することによって軽減されるユーザの運動負荷の大きさを示す補助負荷値を導出する。このような補助負荷値は、運動補助機構１０ａの動作強度（動作速度）のうち、運動補助機構１０ａの寄与分（補助分）を反映している。

センサ値取得部１３４は、運動補助機構１０ａに設けられたセンサ部３２が出力し、運動補助機構１０ａの実際の動作強度を表すセンサ値を取得する。運動補助機構１０ａの動作強度の実測値を取得することで、後述の合成負荷値を求めることができるが、これは、運動補助機構１０ａが、ユーザに与えられる運動負荷とユーザの運動を補助する補助負荷の両方の影響を受けて実際の動作（例えば、速度、加速度、運動補助機構１０ａが受ける圧力など）が変化するためである。

合成負荷値導出部１３５は、センサ値取得部１３４によって取得されたセンサ値に基づいて、補助負荷値と実効負荷値とが合成された値である合成負荷値を導出する。実効負荷値は、実際にユーザに与えられる運動負荷の大きさを示す。また、合成負荷値は、運動補助機構１０ａの動作速度の実測値に対応する値である。

すなわち、合成負荷値と、補助負荷値と、実効負荷値との間には、以下のような関係が成り立つ。

合成負荷値＝補助負荷値＋実効負荷値
実効負荷値＝合成負荷値−補助負荷値 ・・・（１）
運動強度導出部１５０は、補助負荷値導出部１３２によって導出された補助負荷値と、合成負荷値導出部１３５によって導出された合成負荷値との差を実効負荷値として計算する。

このように、運動補助機構１０ａの動作強度（動作速度）において、運動補助機構１０ａの寄与分（補助分）を除いたものが、実際にユーザに与えられる運動負荷（実効負荷値）となる。例えば、運動補助機構１０ａが“５”の速度で動作すべき設定値であるときに、センサ部３２から求められた実際の動作速度が“７”であれば、ユーザが“２”の速度で運動補助機構１０ａを動作させていることになる。

運動強度導出部１５０は、計算された実効負荷値から、ユーザの運動の強度を示す運動強度（ＭＥＴｓ）を導出する。このように、実効負荷値から測定運動強度（ＭＥＴｓ）を導出することによって、運動補助機構１０ａによる補助分を排除して、ユーザの積極的な運動を精度良く反映した運動強度を導出することができる。

なお、運動強度（ＭＥＴｓ）は、実効負荷値に比例して増加するため、実効負荷値から運動強度を容易に計算可能である。以下においては、運動強度導出部１５０によって得られた運動強度を適宜「測定運動強度」という。

制御装置１００は、運動時間取得部１３７、体重取得部１３８、及び乗算部１３６をさらに含む。乗算部１３６は、運動強度導出部１５０によって導出された測定運動強度（ＭＥＴｓ）と、運動時間取得部１３７によって取得された運動時間とを乗算する。すなわち、乗算部１３６は、以下の式（２）により、ユーザの運動量を示すエクササイズ（Ｅｘ）を計算する。

エクササイズＥｘ＝測定運動強度ＭＥＴｓ×運動時間 ・・・（２）
また、乗算部１３６は、運動強度導出部１５０によって導出された測定運動強度と、運動時間取得部１３７によって取得された運動時間と、体重取得部１３８によって取得された体重と、所定の係数（具体的には、１．０５）とを乗算する。

これにより、乗算部１３６は、以下の式（３）により、ユーザが消費したエネルギーを示すカロリー消費量（ｋｃａｌ）を計算する。ここでは、式（２）で得られたエクササイズＥｘを利用するものとする。

カロリー消費量（ｋｃａｌ）＝１．０５×エクササイズＥｘ×体重（ｋｇ） ・・・（３）
なお、カロリー消費量“１ｋｃａｌ”＝酸素摂取量“２００ｍｌ”であり、１ＭＥＴｓは、２１０ｍｌ／ｋｇ／ｈであるため、式（３）における“１．０５”という係数が導き出される。

制御装置１００は、目標運動強度取得部１４１及び負荷設定値調整部１４２をさらに含む。目標運動強度取得部１４１は、ユーザの運動強度の目標として設定された値である目標運動強度を取得する。目標運動強度は、例えば入力部１１０に対するユーザの入力によって決定される。

負荷設定値調整部１４２は、目標運動強度取得部１４１によって取得された目標運動強度と、運動強度導出部１５０によって導出された測定運動強度との比較結果に応じて、負荷設定値を自動調整する。

制御装置１００は、心拍センサ４０のセンサ値からユーザの心拍数を取得する心拍数取得部１３９と、駆動部３１を制御する駆動制御部１６０とを含む。

駆動制御部１６０は、負荷設定値調整部１４２によって調整される負荷設定値に応じて、運動補助機構１０ａの動作速度などを制御する。なお、駆動制御部１６０は、ユーザが入力部１１０に対して入力した負荷設定値に従って運動補助機構１０ａの動作速度を制御しても良い。

さらに、駆動制御部１６０は、目標運動強度と測定運動強度との差が所定値を超える場合、運動補助機構１０ａの動作を強制的に停止させる動作停止部としても機能する。

（２．２）運動強度導出部の構成
図４は、運動強度導出部１５０の機能ブロック構成図である。図４に示すように、運動強度導出部１５０は、引算部１５１、記憶部１５２、特定部１５３、及び運動強度取得部１５４を含む。

引算部１５１は、合成負荷値導出部１３５によって導出された合成負荷値から、補助負荷値導出部１３２によって導出された補助負荷値を引くことによって実効負荷値を計算する。

記憶部１５２は、ユーザの心拍数と運動強度との関係を運動負荷の大きさ別に定義する複数の対応関係情報を予め記憶する。

特定部１５３は、記憶部１５２が記憶する対応関係情報の中から、引算部１５１によって計算された実効負荷値に対応する対応関係情報を特定する。

運動強度取得部１５４は、特定部１５３によって特定された対応関係情報を参照して、心拍数取得部１３９によって取得された心拍数に対応する運動強度を測定運動強度として取得する。

（２．３）入力部の構成例
図５は、入力部１１０の構成例を示す正面図である。

図５に示すように、入力部１１０は、個人設定ボタンＢ１、入力ボタンＢ２、手動コースボタンＢ３、運動スピードボタンＢ４、センサ自動コースボタンＢ５、スタート／ストップボタンＢ６、メモリ／読み出しボタンＢ７、累積ボタンＢ８、緊急停止ボタンＢ９、及び電源入／切ボタンＢ１０を含む。ここでは、本発明に関連するボタンについて詳しく説明する。

個人設定ボタンＢ１及び入力ボタンＢ２は、ユーザの性別、年齢、体重などの個人情報の入力及び設定に用いられるボタンである。

手動コースボタンＢ３は、予め定められた運動を行う手動コースの種別を選択するためのボタンである。

運動スピードボタンＢ４は、手動コースにおいて、運動補助機構１０ａの動作速度を設定するボタンである。すなわち、本実施形態において、運動スピードボタンＢ４は、ユーザが負荷設定値を入力するために用いられる。

センサ自動コースボタンＢ５は、センサ自動コースの種別を選択するためのボタンである。センサ自動コースでは、負荷設定値が自動調整される。ここで、センサ自動コースの種別は、運動強度別に定められている。すなわち、運動スピードボタンＢ４は、ユーザが目標運動強度を入力するために用いられる。一例として、センサ自動コースでは、３ＭＥＴｓ相当の運動強度に相当するスローウォークと、４ＭＥＴｓ相当の運動強度に相当するクイックウォークと、５ＭＥＴｓ相当の運動強度に相当するジョギングとが定められている。

メモリ／読み出しボタンＢ７は、予め記憶された個人情報を選択して読み出すためのボタンである。

（２．４）表示部の構成例
図６は、表示部１２０の構成例を示す正面図である。

図６に示すように、表示部１２０は、時間表示領域Ａ１、カロリー消費量／ステップ数表示領域Ａ２、運動強度表示領域Ａ３、心拍数表示領域Ａ４、動作速度表示領域Ａ５、運動コース表示領域Ａ６、メモリ表示領域Ａ７、性別表示領域Ａ８、年齢／体重表示領域Ａ９を含む。ここでは、本発明に関連する表示領域について詳しく説明する。

時間表示領域Ａ１は、ユーザの運動時間を表示する領域である。運動時間は、運動時間取得部１３７によって取得（計測）される。

カロリー消費量／ステップ数表示領域Ａ２は、ユーザのカロリー消費量及びステップ数を交互に表示する領域である。カロリー消費量は、乗算部１３６が測定運動強度に基づいて計算する。

運動強度表示領域Ａ３は、測定運動強度をＭＥＴｓ単位で表示する領域である。図６の例では、１ＭＥＴｓ〜１０ＭＥＴｓの範囲内で測定運動強度が帯グラフ状に表示される。

心拍数表示領域Ａ４は、ユーザの心拍数を表示する領域である。心拍数は、心拍数取得部１３９が単位時間当たりの心拍の回数に基づいて取得（計算）する。

動作速度表示領域Ａ５は、運動補助機構１０ａの動作速度を表示する領域である。あるいは、動作速度表示領域Ａ５は、実効負荷値を表示する。本実施形態では、運動補助機構１０ａの動作速度が１０段階で帯グラフ状に表示されるものとする。

運動コース表示領域Ａ６は、選択された運動コース、具体的には、センサ自動コース又は手動コースのいずれを実行中であるかを表示する領域である。

なお、表示部１２０は、図６に示す各表示領域に限らず、後述する各種の情報を表示可能である。

（３）実効負荷値の導出処理及び運動強度の導出処理
次に、図７及び図８を用いて、実効負荷値の導出処理及び測定運動強度の導出処理について説明する。

（３．１）実効負荷値の導出処理
図７は、実効負荷値の導出処理を説明するための概念図である。

補助負荷値導出部１３２は、図７（ａ）に示すように、負荷設定値取得部１３１によって取得された負荷設定値に基づいて補助負荷値を導出する。補助負荷値は、負荷設定値の増加に比例して増加する。このため、比例係数をＫ１とすると、補助負荷値は次の式（４）によって計算できる。

補助負荷値＝Ｋ１×負荷設定値 ・・・（４）
なお、比例係数Ｋ１は、負荷設定値毎の補助負荷値の設計値、もしくは、運動補助機構１０ａに人が乗っていない状態で負荷設定値毎に予め測定した補助負荷値の実測値から決定される。

次に、合成負荷値導出部１３５は、センサ値取得部１３４によって取得されたセンサ値に基づいて合成負荷値を導出する。上述したように、合成負荷値は、補助負荷値と実効負荷値とが合成された値である。なお、実効負荷値では、ユーザの安静時おけるエネルギー消費量（基礎代謝）も考慮されている。

合成負荷値は、センサ値の増加に比例して増加する。このため、比例係数をＫ２とし、基礎代謝分の運動負荷をＡすると、合成負荷値は次の式（５）によって計算できる。

合成負荷値＝Ｋ２×センサ値＋Ａ ・・・（５）
具体的には、式（５）は、以下のようにして得られる。具体的には、酸素摂取量計測などの被験者実験によって、負荷設定値とセンサ値と運動強度との関係を得る。

暫定的に、負荷設定値とセンサ値とが等しい状態において、センサ値と運動強度（実効運動強度）との関係式を式（６）のように決定する。基礎代謝分の運動強度をＡｍとして、
実効運動強度＝Ｋｍ０×センサ値＋Ａｍ ・・・（６）
次に、センサ値と合成運動強度との比例係数Ｋｍ２を決定する。

合成運動強度＝Ｋｍ２×センサ値＋Ａｍ ・・・（７）
ここで、比例係数Ｋｍ２は、次のようにして決定される。具体的には、図７（ｃ）に示すように、負荷設定値を一定とした場合、補助運動強度も一定となるため、センサ値の変化に伴う合成運動強度の変化量は、センサ値の変化に伴う実効運動強度の変化量と等しくなり、以下の式（８）が成り立つ。

Δ運動強度＝Ｋｍ２×Δセンサ値 ・・・（８）
式（８）から、比例係数Ｋｍ２が決定される。

次に、負荷設定値とセンサ値とが等しい場合、補助運動強度＝合成運動強度−実効運動強度であり、Ｋｍ２とＫｍ０との差をＫｍ１とする（Ｋｍ１＝Ｋｍ２−Ｋｍ０）と、
補助運動強度＝Ｋｍ１×負荷設定値 ・・・（９）
が成り立つ。式（４）及び式（９）から、
Ｋ３＝Ｋｍ１／Ｋ１
Ｋ２＝Ｋｍ２／Ｋ３
Ａ＝Ａｍ／Ｋ３ ・・・（１０）
とすると、式（５）が得られる。

運動強度導出部１５０の引算部１５１は、図７（ｄ）に示すように、合成負荷値導出部１３５によって導出された合成負荷値と、補助負荷値導出部１３２によって導出された補助負荷値との差を求めることによって、実効負荷値を計算する。

このように、運動補助機構１０ａの動作速度に対応する合成負荷値のうち、運動補助機構１０ａがユーザの運動を補助する度合い（補助負荷値）を排除することで、ユーザが積極的に運動をする度合い（実効負荷値）が求められる。

（３．２）測定運動強度の導出処理
図８は、測定運動強度の導出処理を説明するための概念図である。

記憶部１５２は、図８に示すように、ユーザの心拍数と運動強度との関係を運動負荷の大きさ別に定義する複数の対応関係情報を予め記憶する。図８の例では、説明を簡略化するために、運動負荷の大きさが、”大”、“中”、”小”の３種類であるケースについて例示する。

なお、図８（ａ）は、負荷が”小”である場合に、ユーザの心拍数（測定心拍数）とユーザの運動強度との関係を示すグラフである。図８（ｂ）は、負荷が“中”である場合に、ユーザの心拍数（測定心拍数）とユーザの運動強度との関係を示すグラフである。図８（ｃ）は、負荷が”大”である場合に、ユーザの心拍数（測定心拍数）とユーザの運動強度との関係を示すグラフである。

図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、ユーザの心拍数の上昇に伴うユーザの運動強度の増加量（ｂ／ａ）は、負荷が低いほど小さい。すなわち、“ｂ１／ａ”（負荷＝”小”）＜“ｂ２／ａ”（負荷＝“中”）＜“ｂ３／ａ”（負荷＝”大”）の関係が成り立つ。

特定部１５３は、記憶部１５２が記憶する対応関係情報の中から、引算部１５１によって計算された実効負荷値に対応する対応関係情報を特定する。

運動強度取得部１５４は、特定部１５３によって特定された対応関係情報を参照して、心拍数取得部によって取得された心拍数に対応する運動強度を取得する。

なお、ユーザの心拍数が比較的低いケース（例えば、心拍数が１００以下であるケース）では、ユーザの精神的な要素が心拍数に与える影響が大きいことが知られている。また、運動負荷が小さい場合には、ユーザの心拍数が比較的低いと想定される。

したがって、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、ユーザの心拍数が比較的低いと想定されるケースであるほど、ユーザの心拍数の上昇に伴うユーザの運動強度の増加量を小さくする。これにより、ユーザの精神的な要素によって心拍数が変動したとしても、ユーザの運動強度が影響を受けにくいため、より正確にユーザの運動強度を導出可能となる。

（４）制御装置の動作
次に、図９〜図１３を用いて、制御装置１００の動作、具体的には、（４．１）制御装置の全体動作、（４．２）測定運動強度の導出動作、（４．３）負荷設定値の調整動作について説明する。

（４．１）制御装置の全体動作
図９は、制御装置１００の全体動作を示すフローチャートである。

ステップＳ１１０において、負荷設定値取得部１３１は負荷設定値を取得する。すなわち、負荷設定値取得部１３１は、手動コース時において、運動スピードボタンＢ４に対してユーザが入力した値を負荷設定値として取得し、センサ自動コース時において、負荷設定値調整部１４２によって自動的に変更及び設定される負荷設定値を取得する。

ステップＳ１２０において、補助負荷値導出部１３２は、ステップＳ１１０において取得された負荷設定値から、式（４）を用いて補助負荷値を計算する。

ステップＳ１３０において、センサ値取得部１３４は、センサ値（運動補助機構１０ａの動作速度の実測値）を取得する。

ステップＳ１４０において、合成負荷値導出部１３５は、ステップＳ１３０において取得されたセンサ値から、式（５）を用いて合成負荷値を計算する。

ステップＳ１５０において、運動強度導出部１５０は、計算された合成負荷値から補助負荷値を引くことによって実効負荷値を計算する。さらに、運動強度導出部１５０は、計算した実効負荷値から測定運動強度を導出する。

ステップＳ１６０において、乗算部１３６は、式（２）及び式（３）を用いて、ユーザの運動量（エクササイズＥｘ）及びカロリー消費量を計算する。

ステップＳ１７０において、表示部１２０は、実効負荷値、測定運動強度、運動量（エクササイズＥｘ）、及びカロリー消費量を表示する。

（４．２）測定運動強度の導出動作
図１０は、測定運動強度の導出動作を示すフローチャートである。

ステップＳ１５１において、引算部１５１は、実効負荷値を計算する。

ステップＳ１５２において、特定部１５３は、記憶部１５２が記憶する対応関係情報の中から、引算部１５１によって計算された実効負荷値に対応する対応関係情報を特定する。

ステップＳ１５３において、心拍数取得部１３９は、心拍センサ４０が検出した心拍からユーザの心拍数を取得する。

ステップＳ１５４において、運動強度取得部１５４は、特定部１５３によって特定された対応関係情報を参照して、心拍数取得部１３９によって取得された心拍数に対応する測定運動強度を取得する。

（４．３）負荷設定値の調整動作
図１１は、負荷設定値の調整動作を示すフローチャートである。

ステップＳ２０１において、目標運動強度取得部１４１は、目標運動強度（例えば、３ＭＥＴｓ、４ＭＥＴｓ、又は５ＭＥＴｓなど）を取得する。

ステップＳ２０２において、負荷設定値調整部１４２は、目標運動強度取得部１４１によって取得された目標運動強度と、運動強度導出部１５０によって導出された測定運動強度との差を計算する。

ステップＳ２０３において、負荷設定値調整部１４２は、ステップＳ２０２で計算した差が所定値を超えるか否かを判定する。差が所定値を超える場合、駆動制御部１６０は、ステップＳ２０５において運動補助機構１０ａの動作を停止させるよう駆動制御部１６０に指示する。駆動制御部１６０は、当該指示に応じて運動補助機構１０ａの動作を停止させる。

ステップＳ２０４において、負荷設定値調整部１４２は、運動強度導出部１５０によって導出された測定運動強度が、目標運動強度取得部１４１によって取得された目標運動強度を上回るか又は下回るかを判定する。なお、測定運動強度と目標運動強度とが等しい場合には、処理が終了する。

測定運動強度が目標運動強度を上回る場合、負荷設定値調整部１４２は、ステップＳ２０７において負荷設定値を一時的に下げる。具体的には、予め定められた一定時間において負荷設定値を下げる。

ステップＳ２０７において、負荷設定値調整部１４２は、負荷設定値を下げる前よりも測定運動強度が上がったか否かを判定する。測定運動強度が上がったと判定される場合には、ステップＳ２０８において、負荷設定値調整部１４２は負荷設定値を上げる。具体的には、負荷設定値を下げる前の状態よりも負荷設定値を大きくする。

一方、ステップＳ２０７において測定運動強度が下がったと判定された場合、ステップＳ２０８において、負荷設定値調整部１４２は負荷設定値を下げる。具体的には、負荷設定値を下げたままにする、あるいは、負荷設定値をさらに下げる。

なお、ステップＳ２０６〜ステップＳ２０９の各過程において、表示部１２０は、ユーザに対して運動強度を下げるように促すための画面を表示する。

また、ステップＳ２０４において測定運動強度が目標運動強度を下回ると判定された場合、負荷設定値調整部１４２は、ステップＳ２１０において負荷設定値を一時的に上げる。具体的には、予め定められた一定時間において負荷設定値を上げる。

ステップＳ２１１において、負荷設定値調整部１４２は、負荷設定値を上げる前よりも測定運動強度が下がったか否かを判定する。測定運動強度が下がったと判定される場合、ステップＳ２１２において、負荷設定値調整部１４２は負荷設定値を下げる。具体的には、負荷設定値を上げる前の状態よりも負荷設定値を小さくする。

一方、ステップＳ２１１において測定運動強度が上がったと判定された場合、ステップＳ２１３において、負荷設定値調整部１４２は負荷設定値を上げる。具体的には、負荷設定値を上げたままにする、あるいは、負荷設定値をさらに上げる。

なお、ステップＳ２１０〜ステップＳ２１３の各過程において、表示部１２０は、ユーザに対して運動強度を上げるように促す表示を行う。例えば、表示部１２０は、ユーザを励ますなどのアドバイスを行うための画面を表示する。

（５）作用・効果
本実施形態に係る受動型運動機器１０によれば、負荷設定値調整部１４２は、測定運動強度が目標運動強度を下回る場合、負荷設定値を上げるのではなく、負荷設定値を敢えて下げる。これにより、ユーザの負荷が軽減され、ユーザの積極的な運動が強まるため、ユーザの運動強度を上げることができる。すなわち、測定運動強度が目標運動強度を下回る場合に、ユーザの運動強度を目標運動強度に近付けることができる。

なお、負荷設定値が下がると補助負荷値も下がるため、合成負荷値が一定であると仮定すると、実行負荷値が上がることになり、ユーザの運動強度を上げることができる。このため、運動補助機構１０ａの動作速度が一定になるように制御や表示を行いつつ、負荷設定値調整部１４２が負荷設定値を下げることによって、ユーザは、運動補助機構１０ａの動作速度を好みの速度に保ちながら所望の運動強度を得ることができる。

本実施形態に係る受動型運動機器１０によれば、測定運動強度が目標運動強度を下回る場合、負荷設定値調整部１４２は、負荷設定値を下げる前に負荷設定値を一時的に上げ、負荷設定値を上げたことによって測定運動強度が下がった場合、負荷設定値を下げる。

負荷設定値を上げたことによって測定運動強度が下がる場合には、ユーザの積極性が減退したことになり、このようなケースでは負荷設定値を下げてユーザの積極性を増進することが好ましい。このため、負荷設定値を上げたことによって測定運動強度が下がる場合に負荷設定値を下げることによって、より確実にユーザの運動強度を目標運動強度に近付けることができる。

さらに、表示部１２０は、測定運動強度が目標運動強度を下回る場合に、ユーザに対して運動強度を上げるように促す画面を表示する。このため、より確実にユーザの運動強度を上げることができ、ユーザの運動強度を目標運動強度に近付けることができる。

本実施形態に係る受動型運動機器１０によれば、負荷設定値調整部１４２は、測定運動強度が目標運動強度を上回る場合、負荷設定値を下げるのではなく、負荷設定値を敢えて上げる。これにより、ユーザの負荷が増大し、積極的な運動が弱まるため、ユーザの運動強度を下げることができる。すなわち、測定運動強度が目標運動強度を上回る場合に、ユーザの運動強度を目標運動強度に近付けることができる。

なお、負荷設定値が上がると上記補助負荷値も上がるため、合成負荷値が一定であると仮定すると、実行負荷値が下がることになり、ユーザの運動強度を下げることができる。このため、運動補助機構１０ａの動作速度が一定になるように制御や表示を行いつつ、負荷設定値調整部１４２が負荷設定値を上げることによって、ユーザは、運動補助機構１０ａの動作速度を好みの速度に保ちながら所望の運動強度を得ることができる。

本実施形態に係る受動型運動機器１０によれば、測定運動強度が目標運動強度を上回る場合、負荷設定値を上げる前に負荷設定値を一時的に下げ、負荷設定値を下げたことによって測定運動強度が上がった場合、負荷設定値を上げる。

負荷設定値を下げたことによって測定運動強度が上がる場合には、ユーザの積極性が増進したことになり、このようなケースでは負荷設定値を上げてユーザの積極的な運動を弱めることが好ましい。このため、負荷設定値を下げたことによって測定運動強度が上がる場合に負荷設定値を上げることによって、より確実にユーザの運動強度を目標運動強度に近付けることができる。

さらに、表示部１２０は、測定運動強度が目標運動強度を上回る場合に、ユーザに対して運動強度を下げるように促す画面を表示する。このため、より確実にユーザの運動強度を下げることができ、ユーザの運動強度を目標運動強度に近付けることができる。

本実施形態に係る受動型運動機器１０によれば、駆動制御部１６０は、測定運動強度と目標運動強度との差が所定値を超える場合に、運動補助機構１０ａの動作を停止させる。したがって、ユーザの運動強度が目標運動強度からかけ離れた場合、すなわち、緊急停止が必要な場合や、ユーザの過剰な運動を中止させる必要がある場合などにおいて、運動補助機構１０ａの動作を自動で停止させることができる。

（６）その他の実施形態
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。

上述した実施形態では、負荷設定値調整部１４２は、測定運動強度（ＭＥＴｓ）と目標運動強度（ＭＥＴｓ）との比較結果に応じて負荷設定値を調整していた。しかしながら、測定運動強度及び目標運動強度として心拍数を使用しても良い。或いは、負荷設定値調整部１４２は、実効負荷値や合成負荷値を測定運動強度とし、負荷設定値や負荷理想値を目標運動強度とし、これらに対する比較の結果に応じて負荷設定値を調整しても良い。ここで、負荷理想値とは、例えば負荷設定値とセンサ値とが同等である場合における実効負荷値、すなわち、受動型運動機器１０が実現すべき理想の運動負荷である。

上述した実施形態では、測定運動強度が目標運動強度を下回る場合、負荷設定値調整部１４２は、負荷設定値を下げる前に負荷設定値を一時的に上げる処理を行っていたが、当該処理を省略しても良い。すなわち、測定運動強度が目標運動強度を下回る場合、直ちに負荷設定値を下げても良い。

また、上述した実施形態では、測定運動強度が目標運動強度を上回る場合、負荷設定値調整部１４２は、負荷設定値を上げる前に負荷設定値を一時的に下げる処理を行っていたが、当該処理を省略しても良い。すなわち、測定運動強度が目標運動強度を上回る場合、直ちに負荷設定値を上げても良い。

上述した実施形態では、運動強度導出部１５０の運動強度取得部１５４は、心拍数取得部１３９によって取得された心拍数に対応する測定運動強度を取得していた。しかしながら、運動強度導出部１５０は、心拍数に応じて測定運動強度を導出する構成に限らず、実効負荷値から直接ユーザの運動強度を導出しても良い。具体的には、ユーザの運動強度は実効負荷値の増加に比例して増加するため、実効負荷値に係数Ｋ３を乗算することによって測定運動強度を計算可能である。

また、上述した実施形態では、補助負荷値導出部１３２は、負荷設定値取得部１３１によって取得された負荷設定値から、式（４）を用いて補助負荷値を計算していた。しかしながら、補助負荷値導出部１３２は、計算により補助負荷値を得る場合に限らず、負荷設定値と補助負荷値とを対応付けたテーブルを用いて補助負荷値を導出しても良い。同様に、合成負荷値導出部１３５は、計算ではなく、センサ値と合成負荷値とを対応付けたテーブルを用いて合成負荷値を導出しても良い。

また、補助負荷値導出部１３２は、運動強度（ＭＥＴｓ）に換算された補助負荷値を導出しても良い。合成負荷値導出部１３５は、運動強度（ＭＥＴｓ）に換算された合成負荷値を導出しても良い。このような構成により、運動強度導出部１５０は、実効負荷値をそのままユーザの測定運動強度として導出可能となる。

上述した実施形態では、表示部１２０を具備する受動型運動機器１０について説明したが、このようなディスプレイに限らず、音声（スピーカ）による通知を行う構成でも良い。

また、センサ部３２は、モータ回転数に限らず、回動台部１２、左側ペダル１３Ｌ及び右側ペダル１３Ｒの動作速度、動作加速度、荷重又は圧力などを検出しても良い。

上述した実施形態では、ツイスト・ステップ方式の受動型運動機器１０を例に説明したが、他の方式の受動型運動機器に対して制御装置１００を適用可能である。例えば、乗馬を摸して座部（シート）を揺動させる方式の受動型運動機器に対して制御装置１００を適用しても良い。この場合、揺動する座部が運動補助機構に相当する。

このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

本発明の本実施形態に係る受動型運動機器の全体概略構成図である。 本発明の本実施形態に係る受動型運動機器の機能ブロック構成図である。 本発明の本実施形態に係る制御装置の機能ブロック構成図である。 本発明の本実施形態に係る運動強度導出部の機能ブロック構成図である。 本発明の本実施形態に係る入力部の構成を示す正面図である。 本発明の本実施形態に係る表示部の構成を示す正面図である。 本発明の本実施形態に係る実効負荷値の導出処理を説明するための概念図である。 本発明の本実施形態に係る測定運動強度の導出処理を説明するための概念図である。 本発明の本実施形態に係る制御装置の全体動作を示すフローチャートである。 本発明の本実施形態に係る運動強度の導出動作を示すフローチャートである。 本発明の本実施形態に係る負荷設定値の調整動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…受動型運動機器、１０ａ…運動補助機構、１１…基体部、１２…回動台部、１３Ｌ…左側ペダル、１３Ｒ…右側ペダル、１４…支持部、１５…ユーザインタフェース部、１６…ハンドル、３１…駆動部、３２…センサ部、４０…心拍センサ、５０…電源部、１００…制御装置、１１０…入力部、１２０…表示部、１３１…負荷設定値取得部、１３２…補助負荷値導出部、１３４…センサ値取得部、１３５…合成負荷値導出部、１３６…乗算部、１３７…運動時間取得部、１３８…体重取得部、１３９…心拍数取得部、１４１…目標運動強度取得部、１４２…負荷設定値調整部、１５０…運動強度導出部、１５１…引算部、１５２…記憶部、１５３…特定部、１５４…運動強度取得部、１６０…駆動制御部

Claims (5)

1. 所定の動作パターンで動作することによってユーザの運動を補助する運動補助機構を有する受動型運動機器であって、
   前記ユーザの運動の強度を示す運動強度を測定する運動強度測定部と、
   前記運動強度測定部によって測定された前記運動強度である測定運動強度と、前記ユーザの運動強度の目標として設定された目標運動強度とを比較する運動強度比較部と、
   前記測定運動強度と前記目標運動強度との比較結果に応じて、前記運動補助機構の動作の強度を設定する負荷設定値を調整する負荷調整部と
   を備え、
   前記運動補助機構の動作の強度は、前記負荷設定値の増大に伴って増大し、
   前記負荷調整部は、
   前記測定運動強度が前記目標運動強度を下回る場合、前記負荷設定値を下げる前に前記負荷設定値を一時的に上げ、
   前記負荷設定値を上げたことによって前記測定運動強度が下がった場合、前記負荷設定値を下げる
   ことを特徴とする受動型運動機器。
2. 前記測定運動強度が前記目標運動強度を下回る場合、前記ユーザに対して運動強度を上げるように促す通知を行う通知部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の受動型運動機器。
3. 所定の動作パターンで動作することによってユーザの運動を補助する運動補助機構を有する受動型運動機器であって、
   前記ユーザの運動の強度を示す運動強度を測定する運動強度測定部と、
   前記運動強度測定部によって測定された前記運動強度である測定運動強度と、前記ユーザの運動強度の目標として設定された目標運動強度とを比較する運動強度比較部と、
   前記測定運動強度と前記目標運動強度との比較結果に応じて、前記運動補助機構の動作の強度を設定する負荷設定値を調整する負荷調整部と
   を備え、
   前記運動補助機構の動作の強度は、前記負荷設定値の増大に伴って増大し、
   前記負荷調整部は、
   前記測定運動強度が前記目標運動強度を上回る場合、前記負荷設定値を上げる前に前記負荷設定値を一時的に下げ、
   前記負荷設定値を下げたことによって前記測定運動強度が上がった場合、前記負荷設定値を上げる
   ことを特徴とする受動型運動機器。
4. 前記測定運動強度が前記目標運動強度を上回る場合、前記ユーザに対して運動強度を下げるように促す通知を行う通知部をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の受動型運動機器。
5. 前記測定運動強度と前記目標運動強度との差が所定値を超える場合、前記運動補助機構の動作を停止させる動作停止部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の受動型運動機器。

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