JP6184353B2

JP6184353B2 - 運動療法装置の制御装置および制御方法

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Publication number: JP6184353B2
Application number: JP2014053246A
Authority: JP
Inventors: 浩徳鈴木
Original assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2034-03-17
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Description

本発明は、エルゴメータ等の運動療法装置に係り、特に、運動者の脚力が左右で大きく異なる場合でも、等速度負荷制御と定ワット負荷制御とを併用して運動負荷を制御することができる運動療法装置の制御装置及び制御方法に関するものである。

従来から、体力増強やリハビリテーションを目的とした運動療法において、エルゴメータ等の運動療法装置を使用したトレーニングが行われてきた。

このような運動療法装置の運動負荷制御方法の一つとして、運動者の発揮しうる筋力・体調・疲労度などが時間変化しても、発揮筋力と等価の運動負荷を自動的に発生させることができる等速度負荷制御がある（例えば、特許文献１参照）。エルゴメータのようにペダルを回転させる運動を行う装置では、ペダルの回転位置により、装置に伝達される負荷量が異なる。このような場合に、等速度負荷制御を利用すれば、ペダルの回転位置が変化してゆく過程で滑らかな負荷調節を行うことにより、スムーズにペダルを回転させることができる。

このような等速度負荷制御では、左右の脚でペダルを踏み込む脚力が異なる場合には、その脚力に応じた負荷強度を与えようと制御されるため、左右別々の負荷強度状態となる。このことは、脚の運動能力が左右のうちの一方が低い場合でも、過剰な負荷を与えることがなく、脚の運動能力に見合った随意的な運動負荷が与えられるという点に関して優れている。

一方で、運動療法装置の別の運動負荷制御方法として、発生する負荷のピーク値あるいは平均値が一定になるように運動負荷を制御する、定ワット負荷制御を用いることも可能である（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−１９２７８１号公報特開２００１−２９９９５７号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
運動者の脚力が左右で大きく異なる場合に随意的な発揮筋力が毎回変動すると、ペダルに対する負荷トルクおよび回転速度が左右で大きくなることになる。このため、特に、等速度負荷制御と定ワット負荷制御とを併用する場合には、等速度負荷制御により負荷トルクが左右で変動することにより、結果的に、後述する定ワット負荷制御による定ワット性が低下してしまうという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、運動者の脚力が左右で大きく異なる場合でも、等速度負荷制御と定ワット負荷制御とを併用して運動負荷を制御することができる運動療法装置の制御装置および制御方法を得ることを目的とする。

この発明に係る運動療法装置の制御装置は、運動者がペダルを漕ぐことによりトレーニングを行う際に、運動者のペダリングによる回転トルクと等しくなるようにペダルへの負荷トルクを制御する等速度負荷制御と、運動者のペダリング一回転の仕事率の平均値である平均ワットまたは最大値であるピークワットが、各ペダリング回転間で一定となるようにペダルへのトルク目標値を制御する定ワット負荷制御とを併用する運動療法装置の制御装置であって、ワット目標値とワット測定値との差であるワット偏差および回転速度測定値を入力値とし、運動者がペダルを漕ぐことによるペダルへの仕事率が一定のワット目標値となるように定ワット負荷制御を行うとともに、ペダルの回転速度目標値およびゲインの少なくともいずれか一方を調整することにより、ペダルへの負荷トルクを等速度負荷制御する等速度負荷制御部とを備えた運動療法装置の制御装置であって、等速度負荷制御部は、入力値に基づいて、左ペダル用の回転速度目標値および左ペダル用のゲインの少なくともいずれか一方を調整することで、左ペダル用のトルク目標値を出力する左ペダル用等速度負荷制御器と、入力値に基づいて、右ペダル用の回転速度目標値および右ペダル用のゲインの少なくともいずれか一方を調整することで、右ペダル用のトルク目標値を出力する右ペダル用等速度負荷制御器とを個別に有して構成され、運動者のペダリングよるペダルへの回転トルクまたはペダルの回転位置の情報を基に、左ペダル用等速度負荷制御器および右ペダル用等速度負荷制御器のどちらを使用するかを判別して、左ペダル用等速度負荷制御器を使用すると判別した場合には、回転速度測定値を左ペダル用等速度負荷制御器への入力値とし、かつ、左ペダル用等速度負荷制御器から出力される左ペダル用のトルク目標値を等速度負荷制御部からの出力値として採用し、右ペダル用等速度負荷制御器を使用すると判別した場合には、回転速度測定値を右ペダル用等速度負荷制御器への入力値とし、かつ、右ペダル用等速度負荷制御器から出力される右ペダル用のトルク目標値を等速度負荷制御部からの出力値として採用するように、入出力を切替える切替器を更に備えるものである。

運動者がペダルを漕ぐことによりトレーニングを行う際に、運動者のペダリングによる回転トルクと等しくなるようにペダルへの負荷トルクを制御する等速度負荷制御と、運動者のペダリング一回転の仕事率の平均値である平均ワットまたは最大値であるピークワットが、各ペダリング回転間で一定となるようにペダルへのトルク目標値を制御する定ワット負荷制御とを併用する運動療法装置の制御方法であって、運動者のペダリングよるペダルへの回転トルクまたはペダルの回転位置の情報を基に、左ペダル用の等速度負荷制御を行うか、右ペダル用の等速度負荷制御を行うかを判別する判別ステップと、判別ステップにより左ペダル用の等速度負荷制御を行うと判別された場合に、ワット目標値とワット測定値との差であるワット偏差と回転速度測定値を入力値とし、運動者がペダルを漕ぐことによる左ペダルへの仕事率が一定のワット目標値となるように定ワット負荷制御を行うとともに、左ペダル用の回転速度目標値および左ペダル用のゲインの少なくともいずれか一方を調整することにより、左ペダル用のトルク目標値を算出し、負荷トルクとして出力する左ペダル制御ステップと、判別ステップにより右ペダル用の等速度負荷制御を行うと判別された場合に、ワット目標値とワット測定値との差であるワット偏差と回転速度測定値を入力値とし、運動者がペダルを漕ぐことによる右ペダルへの仕事率が一定のワット目標値となるように定ワット負荷制御を行うとともに、右ペダル用の回転速度目標値および右ペダル用のゲインの少なくともいずれか一方を調整することにより、右ペダル用のトルク目標値を算出し、負荷トルクとして出力する右ペダル制御ステップと、判別ステップにより左ペダル用の等速度負荷制御を行うと判別された場合には、左ペダル制御ステップで算出された左ペダル用のトルク目標値を負荷トルクとして採用し、判別ステップにより右ペダル用の等速度負荷制御を行うと判別された場合には、右ペダル制御ステップで算出された右ペダル用のトルク目標値を負荷トルクとして採用する出力切替ステップとを有するものである。

この発明によれば、左右のペダルの回転速度目標値およびゲインを左右独立に調整して、左右のペダルへの負荷トルクを左右独立に等速度負荷制御するとともに、等速度負荷制御の左右のどちらを使用するかを、運動者のペダリングよるペダルへの回転トルクまたはペダルの回転位置の情報を基に判別して切替えるようにしている。この結果、運動者の脚力が左右で大きく異なる場合でも、等速度負荷制御と定ワット負荷制御とを併用して運動負荷を制御することができる運動療法装置の制御装置および制御方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る運動療法装置の構成の例示図である。図１に示す運動療法装置の負荷制御ユニットの内部構成の例示図である。本発明の実施の形態１に係る、運動者の左右の脚力が大きく異なる場合の、運動者のペダリング動作におけるペダルの回転位置とペダルに加わる回転トルクとの関係を示す図である。図３においてピークワットが左右で一致するように等速度負荷制御した場合のワット測定値を示す図である。本発明の実施の形態２に係る運動療法装置の制御装置にトルク目標値を滑らかにするための一次遅れフィルターを設けた構成の例示図である。本発明の実施の形態２に係る一次遅れフィルターを設けない場合のトルク目標値を示す図である。本発明の実施の形態２に係る一次遅れフィルターを設けた場合のトルク目標値を示す図である。従来の運動療法装置において、ペダルへの負荷トルク制御を行う負荷制御ユニットの内部構成を示す例示図である。運動者のペダリング動作におけるペダルの回転位置とペダルに加わる回転トルクとの関係を示す図である。運動者の脚力が左右で大きく異なる場合の、運動者のペダリング動作におけるペダルの回転位置とペダルに加わる回転トルクとの関係を示す図である。

以下、この発明における、運動療法装置の制御装置および制御方法の好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。また、以下では、まず始めに、図８〜図１０を用いて、従来技術の概要を説明し、その後、図１〜図７を用いて、本発明の構成、効果を詳細に説明する。

実施の形態１．
定ワット負荷制御では、ペダルへの負荷トルクは、下式（１）に示すように、ペダルのトルク目標値と回転速度測定値との積が、一定のワット目標値となるように制御される。すなわち、例えば、ペダルの回転速度測定値が変動した場合は、下式（１）のワット目標値が一定値となるように、トルク目標値が制御される。

一方、等速度負荷制御では、ペダルのトルク目標値は、下式（２）に示すように、ペダルの回転速度測定値と等速度負荷制御の回転速度目標値Ｎとの差にゲインＧを乗算したものとして算出される。

したがって、等速度負荷制御と定ワット負荷制御とが併用される場合は、左右の脚によるペダルへの仕事率が一定のワット目標値となるように、等速度負荷制御の回転速度目標値ＮおよびゲインＧが調整される。
Ｗ_ＣＭＤ＝Ｔ_ＣＭＤ×Ｎ_ＦＢ／９．５５・・・（１）
Ｔ_ＣＭＤ＝（Ｎ_ＦＢ−Ｎ）×Ｇ・・・（２）
Ｗ_ＣＭＤ：ワット目標値（Ｗ）
Ｔ_ＣＭＤ：トルク目標値（Ｎ・ｍ）
Ｎ_ＦＢ：回転速度測定値（ｒ／ｍｉｎ）
Ｎ：回転速度目標値（ｒ／ｍｉｎ）
Ｇ：ゲイン
９．５５：比例定数

図８は、従来の運動療法装置において、ペダルへの負荷トルク制御を行う負荷制御ユニット３の内部構成を示す例示図である。図８に示す負荷制御ユニット３では、ペダリング動作による仕事率が、マンマシン・インターフェイスユニット２から出力されるワット目標値となるように、等速度負荷制御部３１の出力であるトルク目標値が、回転速度目標値ＮおよびゲインＧによって調整される。なお、負荷制御ユニット３の各構成要素の機能については、後述する。

図９は、運動者のペダリング動作におけるペダル６の回転位置とペダル６に加わる回転トルクとの関係を示す図である。上述のように、定ワット負荷制御では、運動者のペダリング動作による仕事率が一定となるように、回転速度目標値ＮおよびゲインＧが調整される。

しかしながら、運動者がペダル６を漕ぐことによりトレーニングを行う運動療法装置において、ペダリング動作による仕事率を、ペダリング一回転内においても常に一定となるように制御しようとする場合を考える。この場合には、図９に示すような、ペダリングの上支点（０°）付近や下支点（１８０°）付近のような運動者がペダル６に力が伝えにくい回転位置でも、同じようなペダル６への負荷トルクとなってしまう。この結果、ペダル６の回転位置によっては、運動者が脚力を出しにくい状態となってしまうという課題がある。

そこで、図８に示す負荷制御ユニット３では、定ワット負荷制御を、ペダリング一回転よりも長い周期で実施するようにしている。具体的には、運動者のペダリング一回転の仕事率の平均値である平均ワットまたは最大値であるピークワットが、ペダリングの各回転間で一定となるようにペダル６へのトルク目標値を制御する。そして、回転速度目標値ＮおよびゲインＧも、ペダリング一回転よりも長い周期において調整するようにしている。

この結果、回転速度目標値ＮおよびゲインＧの更新がペダリング一回転よりも長い周期であれば、ペダル６の回転速度測定値と回転速度目標値Ｎとの差異が生じるので、等速度負荷制御が機能し、運動者の随意的な発揮筋力が一定しているほど定ワット性が安定する。このように、等速度負荷制御の利点の一つとして、上支点付近および下支点付近でペダル６に掛かる負荷トルクが少なくなり、自動的にこのような課題が回避される点がある。

なお、運動者の着座部５６の位置とペダル取り付け軸１４の中心位置との関係が図９と異なれば、図９に示す上支点（０°）の絶対位置は、運動者の大転子５５からペダル取り付け軸１４にペダル６が結合している結合部までの距離が最短の位置となり、その他の角度もそれに応じて変化する。

図１０は、運動者の脚力が左右で大きく異なる場合の、運動者のペダリング動作におけるペダル６の回転位置とペダル６に加わる回転トルクとの関係を示す図である。図１０に示すように、左右で脚力が大きく異なり、運動者の随意的な発揮筋力が毎回変動する場合は、ペダル６のトルク目標値および回転速度の変動が大きくなる。このため、等速度負荷制御を利用した定ワット負荷制御は、正確さに欠け、結果的に定ワット負荷制御を行うことが困難となる。なお、図１０では、右脚の脚力が左脚と比べて非常に強く、右脚のみペダル６を強く踏むようペダリングしている場合を示している。

図１０に示すような、運動者の脚力が左右で大きく異なる場合の平均ワットは、右脚の平均ワットと左脚の平均ワットの時間平均となる。したがって、定ワット負荷制御では、平均ワットがワット目標値となるようにペダル６のトルク目標値が制御される。ここで、例えば、図１０に示すように、右脚のピークワットが左脚のピークワットに比べ非常に大きい場合には、平均ワットは、左脚平均ワットおよび右脚平均ワットと乖離しすぎている。このため、一つの回転速度目標値Ｎで、左右のペダル６のトルク目標値を適切に制御することができなくなってしまう。このように、左右アンバランスな脚力の運動者の場合、等速度負荷制御の優位性を持ったまま、定ワット負荷制御を行うことは困難であった。

図１は、本発明の実施の形態１に係る運動療法装置１の構成の例示図である。

運動療法装置１は、運動内容の選択、設定、および運動状態などの表示を行うマンマシン・インターフェイスユニット２と、運動者に対する運動負荷を制御する負荷制御ユニット３と、負荷制御ユニット３により制御されて運動負荷を発生させる負荷モータ４と、負荷モータ４で発生した運動負荷を運動者の足へ適切な負荷トルクおよび回転速度として伝達する減速機構５と、減速機構５に取り付けられ回転自在に結合されたペダル取り付け軸１４と、ペダル取り付け軸１４に回転自在に結合されて、運動者が実際に足を乗せて運動を行うペダル６を備えて構成される。

なお、右足用および左足用のペダル取り付け軸１４およびペダル６は、運動者の両足に対して運動負荷が掛けられるように、ペダル取り付け軸１４の回転軸に対して垂直にそれぞれ反対向きに備えられている。

次に、図１に示すマンマシン・インターフェイスユニット２は、制御部７、表示装置８、記憶部９、入力装置１０、および通信インターフェイス１１を備えて構成される。

制御部７は、記憶部９に記憶されているトレーニングの運動負荷および運動時間（またはペダル回転回数）の設定値（以下、「運動プログラム」という）に従って、通信インターフェイス１１を介して負荷制御ユニット３を制御する。また、制御部７は、入力装置１０から運動プログラムを入力して記憶部９に記憶する。また、制御部７は、記憶部９の運動プログラムをグラフ化して表示装置８に表示するとともに、後述の負荷制御ユニット３から入力したペダル６の回転位置および回転速度の情報を表示装置８に表示する。

図１に示す負荷制御ユニット３は、マンマシン・インターフェイスユニット２が出力する運動負荷目標値に従って負荷モータ４を制御する。また、負荷制御ユニット３は、負荷モータ４に取付けられた位置・速度検出器１２が出力する負荷モータ４の回転軸の回転位置および回転速度の測定値から、ペダル６の回転位置および回転速度を計算して、マンマシン・インターフェイスユニット２に出力する。

図２は、図１に示す負荷制御ユニット３の内部構成の例示図である。電流フィードバック演算部３６は、負荷モータ４に取付けられた電流検出器１３が出力する電流値を負荷モータ４の電流値に換算して電流測定値として出力する。電流→トルク変換部３８は、電流測定値をトルク測定値に換算して出力する。ワット測定値演算部２４は、トルク測定値と、速度フィードバック演算部２６が出力する回転速度測定値とを乗算してワット測定値として出力する。

通信インターフェイス部２２は、マンマシン・インターフェイスユニット２により設定された運動負荷目標値としてワット目標値を受信し、出力する。等速度負荷制御部３１は、ワット目標値とワット測定値との差であるワット偏差と、速度フィードバック演算部２６が出力するペダル６の回転速度測定値を入力し、上式（２）に従ってペダル６の負荷トルクを等速度負荷制御する。

具体的には、等速度負荷制御部３１は、ワット測定値とワット目標値とを比較し、ワット測定値がワット目標値よりも大きい場合は、ペダル６の回転速度目標値Ｎ_Ｌ、Ｎ_Ｒを大きくする。この結果、上式（２）の回転速度測定値と回転速度目標値Ｎ_Ｌ、Ｎ_Ｒが小さくなるため、トルク目標値は小さくなる。一方、ワット測定値がワット目標値以下の場合は、ペダル６の回転速度目標値Ｎ_Ｌ、Ｎ_Ｒを小さくする。この結果、上式（２）の回転速度測定値と回転速度目標値Ｎ_Ｌ、Ｎ_Ｒの差が大きくなるため、トルク目標値は大きくなる。

トルク→電流変換演算部２９は、等速度負荷制御部３１から出力されるトルク目標値を電流目標値に換算して出力する。負荷モータ制御部３０は、電流フィードバック演算部３６が出力する電流測定値が、電流目標値となるように、負荷モータ４をフィードバック制御する。負荷制御ユニット３は、トレーニングが終了するまで以上の制御を繰り返す。

次に、運動者の脚力が左右で大きく異なる場合について考察する。以下の説明では、運動者の右脚力が左脚力よりも大きいものとし、運動者が右足で強く踏み込めばペダル６が高速で回転し、運動者が左足で弱く踏み込めばペダル６が低速で回転するような運動が継続している場合を想定する。これは、左右で脚力が著しく異なる、例えば片麻痺患者の運動時によく見られる状態である。この状態では、左脚と右脚の回転速度が左右では異なるが、それぞれの脚については、ほぼ一定の回転速度となっている。

図３は、本発明の実施の形態１に係る、左右の脚力が大きく異なる場合の、ペダリング動作による回転トルクとペダル６の回転位置との関係を示す図である。

等速度負荷制御部３１は、左右のペダル６の負荷トルクをそれぞれ独立に等速度負荷制御する。速度切替器３４は、位置フィードバック演算部３２が出力する回転位置測定値を基にして、ペダル６の回転位置に応じて、左右の等速度負荷制御部３１Ｌ、３１Ｒのいずれを使用するかを切替える。このとき、速度フィードバック演算部２６が出力する回転速度測定値は、選択された方の等速度負荷制御部３１Ｌ、３１Ｒに対して出力される。この結果、左右で共通の回転速度測定値を用いる一方、回転速度目標値Ｎ_Ｌ、Ｎ_ＲおよびゲインＧ_Ｌ、Ｇ_Ｒを、左右それぞれに最適化された値として保持および調整し、トルク目標値をトルク切替器３５によって切替えることができるので、等速度負荷制御が安定する。

このようにして、運動者のペダリングの主体となっている方の脚のペダル６をペダル６の回転位置を基に判別して、等速度負荷制御部３１Ｌ、３１Ｒを切替えることができる。これにより、回転速度目標値Ｎ_Ｌ、Ｎ_ＲおよびゲインＧ_Ｌ、Ｇ_Ｒとして、左右それぞれに最適化された値を保持および調整することができる。この結果、左右でペダル６の回転速度が異なった場合でも、左右個別のワット目標値を実現するトルク目標値が得られる。

図４は、図３においてピークワットが左右で一致するように等速度負荷制御する場合のワット測定値を示す図である。ペダリング一回転を右脚と左脚で分割して考えた右脚の平均ワットと左脚の平均ワットの平均値である平均ワットをワット目標値と一致させる回転速度目標値Ｎ_Ｌ、Ｎ_ＲおよびゲインＧ_Ｌ、Ｇ_Ｒの制御方法としては、次の２通りが考えられ、いずれの適用可能である。第１の方法は、図３で示したように左右のピークワットは異なるがペダリング一回転の平均ワットをワット目標値と一致するよう制御する方法である。また、第２の方法は、図４に示すように左右のピークワットも一致するよう制御する方法である。

以上のように、実施の形態１では、運動者がペダルを漕ぐことによりトレーニングを行う運動療法装置であって、等速度負荷制御と、定ワット負荷制御とを併用する運動療法装置の制御装置において、以下のような技術的特徴を有する。すなわち、左右のペダルの回転速度目標値およびゲインを左右独立に調整して、左右のペダルへの負荷トルクを左右独立に等速度負荷制御するとともに、等速度負荷制御の左右のどちらを使用するかを運動者のペダリングよるペダルへの回転トルクまたはペダルの回転位置の情報を基に判別して、切替えるようにしている。この結果、運動者の脚力が左右で大きく異なる場合でも、等速度負荷制御と定ワット負荷制御とを併用して運動負荷を制御することができる。

また、左右の脚それぞれで発揮筋力が異なっていても、左右の脚それぞれで安定的な運動を行う条件下においては、等速度負荷制御器を利用した運動療法装置でも、定ワットの正確さが向上する。この結果、医師らが処方した運動処方を正確に実施できる。

また、主動的に運動している脚を判別する方法として、ペダルの回転位置を利用すれば、主動的に運動している脚の判別の正確さが向上する。

なお、ワット目標値とワット測定値の差から回転速度目標値Ｎ_Ｌ、Ｎ_ＲおよびゲインＧ_Ｌ、Ｇ_Ｒを変更する方法は、回転速度目標値Ｎ_Ｌ、Ｎ_ＲおよびゲインＧ_Ｌ、Ｇ_Ｒの両方を可変してもよいし、どちらか一方は固定値としてあらかじめ設定しておき、どちらか一方のみを可変することでも良い。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る運動療法装置１の制御装置にトルク目標値を滑らかにするための一次遅れフィルター３９を設けた構成の例示図である。

図５では、トルク切替器３５の後段に、トルク目標値の不連続性を滑らかにするための一次遅れフィルター３９を設けている。左右のペダル６の負荷トルクを独立に等速度負荷制御する場合は、左右のペダル６の回転速度が常に一定とはならず、多少の速度変動がある場合や左右切替時、および回転速度目標値Ｎ_Ｌ、Ｎ_ＲおよびゲインＧ_Ｌ、Ｇ_Ｒを調整した際には、等速度負荷制御部３１Ｌ、３１Ｒのトルク目標値が急激に変化する。このことから、これらの場合に、急激なトルク変動を発生させないためのフィルター機能を加えたものである。

図６は、本発明の実施の形態２に係る一次遅れフィルター３９を設けない場合のトルク目標値を示す図である。また、図７は、本発明の実施の形態２に係る一次遅れフィルター３９を設けた場合のトルク目標値を示す図である。

図６では、ペダル６の回転位置が０°および１８０°付近にて急峻な負荷トルク変化が発生しているが、図７では上記の角度付近においてトルク目標値は急峻な変化が一次遅れフィルター３９の効果により抑えられる。

以上のように、実施の形態２では、左右の等速度負荷制御器から出力される負荷トルク値が異なった状態で左右の切替えが行われた際に発生する急激なトルク変動を緩和するための一次遅れフィルター３９を備えている。この結果、左右の等速度負荷制御のトルク目標値の差が大きい状態であっても、一次遅れフィルター３９にて急峻なトルク目標値の変化が抑制され、踏み心地が向上する。

１運動療法装置、２マンマシン・インターフェイスユニット、３負荷制御ユニット、４負荷モータ、５減速機構、６ペダル、７制御部、８表示装置、９記憶部、１０入力装置、１１通信インターフェイス、１２位置・速度検出器、１３電流検出器、１４ペダル取り付け軸、２２通信インターフェイス部、２４ワット測定値演算部、２６速度フィードバック演算部、２９トルク→電流変換演算部、３０負荷モータ制御部、３１、３１Ｌ、３１Ｒ等速度負荷制御部、３２位置フィードバック演算部、３４速度切替器、３５トルク切替器、３６電流フィードバック演算部、３８電流→トルク変換部、３９一次遅れフィルター、５５大転子、５６着座部、Ｇ、Ｇ_Ｌ、Ｇ_Ｒゲイン、Ｎ、Ｎ_Ｌ、Ｎ_Ｒ回転速度目標値。

Claims

運動者がペダルを漕ぐことによりトレーニングを行う際に、前記運動者のペダリングによる回転トルクと等しくなるように前記ペダルへの負荷トルクを制御する等速度負荷制御と、前記運動者のペダリング一回転の仕事率の平均値である平均ワットまたは最大値であるピークワットが、各ペダリング回転間で一定となるように前記ペダルへのトルク目標値を制御する定ワット負荷制御とを併用する運動療法装置の制御装置であって、
ワット目標値とワット測定値との差であるワット偏差および回転速度測定値を入力値とし、運動者がペダルを漕ぐことによるペダルへの仕事率が一定のワット目標値となるように定ワット負荷制御を行うとともに、ペダルの回転速度目標値およびゲインの少なくともいずれか一方を調整することにより、前記ペダルへの前記負荷トルクを等速度負荷制御する等速度負荷制御部と
を備えた運動療法装置の制御装置であって、
前記等速度負荷制御部は、
前記入力値に基づいて、左ペダル用の回転速度目標値および左ペダル用のゲインの少なくともいずれか一方を調整することで、左ペダル用のトルク目標値を出力する左ペダル用等速度負荷制御器と、
前記入力値に基づいて、右ペダル用の回転速度目標値および右ペダル用のゲインの少なくともいずれか一方を調整することで、右ペダル用のトルク目標値を出力する右ペダル用等速度負荷制御器と
を個別に有して構成され、
前記運動者のペダリングよる前記ペダルへの回転トルクまたはペダルの回転位置の情報を基に、前記左ペダル用等速度負荷制御器および前記右ペダル用等速度負荷制御器のどちらを使用するかを判別して、前記左ペダル用等速度負荷制御器を使用すると判別した場合には、前記回転速度測定値を前記左ペダル用等速度負荷制御器への入力値とし、かつ、前記左ペダル用等速度負荷制御器から出力される左ペダル用のトルク目標値を前記等速度負荷制御部からの出力値として採用し、前記右ペダル用等速度負荷制御器を使用すると判別した場合には、前記回転速度測定値を前記右ペダル用等速度負荷制御器への入力値とし、かつ、前記右ペダル用等速度負荷制御器から出力される右ペダル用のトルク目標値を前記等速度負荷制御部からの出力値として採用するように、入出力を切替える切替器
を更に備える運動療法装置の制御装置。
請求項１に記載の運動療法装置の制御装置において、
前記切替器により前記等速度負荷制御部からの出力値として採用された前記負荷トルクの急激な変化を滑らかにするための一次遅れフィルターを更に備える
運動療法装置の制御装置。
運動者がペダルを漕ぐことによりトレーニングを行う際に、前記運動者のペダリングによる回転トルクと等しくなるように前記ペダルへの負荷トルクを制御する等速度負荷制御と、前記運動者のペダリング一回転の仕事率の平均値である平均ワットまたは最大値であるピークワットが、各ペダリング回転間で一定となるように前記ペダルへのトルク目標値を制御する定ワット負荷制御とを併用する運動療法装置の制御方法であって、
前記運動者のペダリングよる前記ペダルへの回転トルクまたはペダルの回転位置の情報を基に、左ペダル用の等速度負荷制御を行うか、右ペダル用の等速度負荷制御を行うかを判別する判別ステップと、
前記判別ステップにより左ペダル用の等速度負荷制御を行うと判別された場合に、ワット目標値とワット測定値との差であるワット偏差と回転速度測定値を入力値とし、運動者がペダルを漕ぐことによる左ペダルへの仕事率が一定のワット目標値となるように定ワット負荷制御を行うとともに、左ペダル用の回転速度目標値および左ペダル用のゲインの少なくともいずれか一方を調整することにより、左ペダル用のトルク目標値を算出し、前記負荷トルクとして出力する左ペダル制御ステップと、
前記判別ステップにより右ペダル用の等速度負荷制御を行うと判別された場合に、ワット目標値とワット測定値との差であるワット偏差と回転速度測定値を入力値とし、運動者がペダルを漕ぐことによる右ペダルへの仕事率が一定のワット目標値となるように定ワット負荷制御を行うとともに、右ペダル用の回転速度目標値および右ペダル用のゲインの少なくともいずれか一方を調整することにより、右ペダル用のトルク目標値を算出し、前記負荷トルクとして出力する右ペダル制御ステップと、
前記判別ステップにより左ペダル用の等速度負荷制御を行うと判別された場合には、前記左ペダル制御ステップで算出された前記左ペダル用のトルク目標値を前記負荷トルクとして採用し、前記判別ステップにより右ペダル用の等速度負荷制御を行うと判別された場合には、前記右ペダル制御ステップで算出された前記右ペダル用のトルク目標値を前記負荷トルクとして採用する出力切替ステップと
を有する
運動療法装置の制御方法。