JP7257811B2

JP7257811B2 - 負荷付与装置

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Publication number: JP7257811B2
Application number: JP2019028343A
Authority: JP
Inventors: 淳榮; 宏貴齊藤; 修一赤岩; 優矢上嶋; 仁志辻
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2023-04-14
Anticipated expiration: 2039-02-20
Also published as: JP2020130632A

Description

特許法第３０条第２項適用展示会名：第４回ＩｏＴ／Ｍ２Ｍ展（秋）開催日：平成３０年１０月２４日～平成３０年１０月２６日公開場所：幕張メッセ（千葉県千葉市美浜区中瀬２－１）

本発明は、使用者が可動部材とともに体の一部、例えば、腕、脚など、を動かす際に、当該可動部材を介して使用者に負荷を与える負荷付与装置に関する。

従来、使用者が筋肉を鍛えることを目的として使用するトレーニング装置や、使用者が筋力の回復等を目的として使用するリハビリ装置が知られている。トレーニング装置やリハビリ装置は、おもり、ばね等を用いて使用者に負荷を与える仕組みのものが多いが、おもり、ばね以外の物で使用者に負荷を与える仕組みのトレーニング装置等も知られている。例えば、特許文献１には、磁気粘性流体を用いて使用者に負荷を与えるトレーニング装置（特許文献１では「筋力訓練・評価装置」と称している。）が開示されている。

特開２００２－１２６１２２号公報

しかし、従来のトレーニング装置等では、腕や脚の動作を繰り返すだけの単調なトレーニングになりやすいため、使用者がすぐに飽きてしまうという問題がある。

本発明は、使用者が可動部材とともに体の一部を動かす際に、当該可動部材を介して使用者に負荷を与える負荷付与装置であって、使用者が楽しみながら使用できる負荷付与装置を提供することを目的とする。

本発明に係る負荷付与装置は、内部に封入された磁気粘性流体に付与する磁場の強さを変えることで、制動力出力部の制動力を変化させる制動装置と、使用者の力によって動作されるとともに、前記制動装置による制動力が付与される可動部材と、映像を表示する表示部と、前記表示部に表示される映像の内容に応じて前記磁気粘性流体に付与する磁場を制御する制御装置と、を備える。なお、前記磁場の制御として、磁場の強さの制御、磁場の変動周波数の制御などを例示することができる。

かかる構成を備える負荷付与装置によれば、使用者は、楽しみながら本装置を使用することができる。

前記負荷付与装置において、前記表示部は、前記映像として、複数種類の仮想空間を入れ替えて表示することが可能であり、前記制御装置は、前記表示部に表示される仮想空間の種類に応じて前記磁気粘性流体に付与する磁場を制御する、ものとしてもよい。

前記負荷付与装置において、前記表示部は、前記映像として、仮想空間と、該仮想空間に配されるオブジェクトとを表示することが可能であり、前記制御装置は、前記表示部に表示される前記オブジェクトの種類または状態に応じて前記磁気粘性流体に付与する磁場を制御する、ものとしてもよい。

前記負荷付与装置において、前記可動部材の位置、速度および加速度の何れか１つ以上を検出する検出部を備え、前記制御装置は、前記検出部が検出する検出値と、前記表示部に表示される映像の内容とに応じて前記磁気粘性流体に付与する磁場を制御する、ものとしてもよい。

前記負荷付与装置において、前記制御装置は、前記検出部が検出する検出値に基づいて前記表示部が表示する前記オブジェクトを動作させる、ものとしてもよい。

前記負荷付与装置において、前記制動力出力部と前記可動部材との間の動力伝達経路上にワンウェイクラッチが設けられている、ものとしてもよい。

前記制動装置、前記可動部材および前記検出部を１組とする負荷付与モジュールが複数組設けられている、ものとしてもよい。

前記制動装置、前記可動部材および前記検出部を１組とする負荷付与モジュールが４組設けられており、前記オブジェクトは四肢を有し、前記制御装置は、前記４組の負荷付与モジュールの各可動部材の動作と、前記オブジェクトの各肢の動作とを対応させる、ものとしてもよい。

本発明によれば、使用者は、楽しみながら負荷付与装置を使用することができる。

本実施形態に係る負荷付与装置の概略を示す右側面図である。本実施形態に係る負荷付与装置の概略を示す正面図である。第１および第２負荷付与モジュールを示す図である。第３および第４負荷付与モジュールを示す図である。制動装置の構成例を示す断面図である。図５のＡ部拡大図である。制御系を示すブロック図である。表示部に表示される第１コンテンツの１つの映像を示す図である。表示部に表示される第１コンテンツの他の映像を示す図である。表示部に表示される第１コンテンツの更に他の映像を示す図である。表示部に表示される第１コンテンツの更に別の映像を示す図である。表示部に表示される第２コンテンツの１つの映像を示す図である。表示部に表示される第３コンテンツの１つの映像を示す図である。表示部に表示される第３コンテンツの他の映像を示す図である。表示部に表示される第４コンテンツの１つの映像を示す図である。表示部に表示される第４コンテンツの他の映像を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る負荷付与装置について、図面を参照しつつ説明する。図１に示すように、本実施形態に係る負荷付与装置１は、枠体２、第１～第４の負荷付与モジュールＭ１～Ｍ４、座席３、表示部４および制御装置５を備えている。

図１に示す例では、枠体２の内側に、第１～第４の負荷付与モジュールＭ１～Ｍ４、座席３、表示部４および制御盤５Ｂが備え付けられている。また、枠体２の内側には、使用者が座席３に座って手足を動作させることができるスペースが確保されている。本実施形態では、枠体２は、図１および図２に示すように、梁７と柱８で直方体状に形成された骨組みで形成されている。柱８と柱８の間には、補強のために、適宜、軸材９が架設されている。また、梁７と梁７との間にも、補強のために、適宜、軸材が架設されている。座席３は、枠体２の内側の後側に設置されている。第１および第２負荷付与モジュールＭ１，Ｍ２は、枠体２の内側の上部に設置されている。第３および第４の負荷付与モジュールＭ３，Ｍ４は、枠体２の内側の下部前部に設置されている。表示部４は、座席３に着座した使用者が見ることができる場所に設置されている。本実施形態では、表示部４は、枠体２の内側の前部に取り付けられている。

第１および第２の負荷付与モジュールＭ１，Ｍ２は、図３に示すように、それぞれ、制動装置１１、減速機１２、可動部材１３および検出部１４を備えている。第１の負荷付与モジュールＭ１は、座席３に着座した使用者から視て右上に配置され、第２の負荷付与モジュールＭ２は、同使用者から視て左上に配置されている。第１の負荷付与モジュールＭ１と第２の負荷付与モジュールＭ２とは、図２に示すように、同一の構成からなり、互いに左右対称に配置されている。

制動装置１１は、内部に封入された磁気粘性流体に付与する磁場の強さを変えることで、制動力出力部である回転軸１６の制動力を変化させる。なお、制動装置１１の具体的な構成については後に例示する。

減速機１２は、負荷入力部１７と負荷出力部１８を有する。負荷入力部１７から入力される回転は、減速されて負荷出力部１８から出力される。換言すると、負荷入力部１７から入力された負荷トルクは増大されて負荷出力部１８から出力される。なお、負荷入力部１７は、カップリング１９を介して制動装置１１の回転軸１６に連結されている。負荷出力部１８には、可動部材１３が取り付けられている。負荷出力部１８には、さらに、フランジ付シャフト２４のフランジ部２４ａが連結されている。

可動部材１３は、使用者の腕の力によって動作される。本実施形態では、可動部材１３は、基端部が減速機の負荷出力部１８に固定され、使用者の手で先端側が押し引きされることで回動するようになっている。図３に例示する可動部材１３は、板材からなる可動本体部１３ａと、可動本体部１３ａの先端から板厚方向に突出したハンドル部１３ｂとを備えている。使用者は、ハンドル部１３ｂを持って可動部材の先端側を前後方向に揺動させることができる。なお、可動部材１３の基端部は、フランジ付シャフト２４のフランジ部２４ａと減速機１２の負荷出力部１８との間に挟み付けられている。

可動部材１３には、制動装置１１による制動力が付与されるようになっている。すなわち、制動装置１１の回転軸１６の制動力が減速機１２によって増大されて可動部材１３に伝達される。

検出部１４は、可動部材１３の回転位置等を検出する。本実施形態では、検出部１４として、ポテンショメータが使用されている。検出部１４の入力軸２１は、カップリング１９およびフランジ付シャフト２４を介して可動部材１３に連結されている。したがって、可動部材１３が回動すると、可動部材１３とともにポテンショメータの入力軸２１も回動する。これにより、検出部１４は、可動部材１３の回転位置に応じた信号値を制御装置５に出力する。

以上のように構成される第１および第２の負荷付与モジュールＭ１，Ｍ２は、モジュール取付金具１５によって枠体２の内側の上部に固定されている。モジュール取付金具１５は、例えば、図３に示すように、ベース部１５ａ、第１プレート部１５ｂ、第２プレート部１５ｃおよび第３プレート部１５ｄで構成されている。ベース部１５ａは、枠体２に対して固定されている。第１プレート部１５ｂは、ベース部１５ａから下方に延出して制動装置１１を支持している。第２プレート部１５ｃは、ベース部１５ａから下方に延出して減速機１２を支持している。第３プレート部１５ｄは、ベース部１５ａから下方に延出してベアリングハウジング１０およびベアリング２０を介してフランジ付シャフト２４を回転自在に支持している。

一方、第３および第４の負荷付与モジュールＭ３，Ｍ４は、図４に示すように、それぞれ、制動装置１１、減速機１２、可動部材１３Ａおよび検出部１４を備えている。これらを備えている点は、第１および第２の負荷付与モジュールＭ１，Ｍ２と同様である。第３および第４の負荷付与モジュールＭ３，Ｍ４は、さらに、制動装置１１の回転軸１６と可動部材１３Ａとの間の動力伝達経路上にワンウェイクラッチ２５を備えている。なお、図４に例示するワンウェイクラッチ２５は、回転軸１６とカップリング１９の間に設けられている。

第３の負荷付与モジュールＭ３は、座席３に着座した使用者から視て右下に配置され、第４の負荷付与モジュールＭ４は、同使用者から視て左下に配置されている。第３の負荷付与モジュールＭ３と第４の負荷付与モジュールＭ４とは、同一の構成からなり、互いに左右対称に配置されている。

可動部材１３Ａは、使用者の脚の力によって動作される。本実施形態では、可動部材１３Ａは、基端部が減速機１２の負荷出力部１８に固定され、使用者の足で先端側が上下されることで回動する。図４に例示する可動部材１３Ａは、板材からなる可動本体部１３Ａａと、可動本体部１３Ａａの先端から板厚方向に突出したペダル部１３Ａｂと、使用者の足をペダル部１３Ａｂ上に結束する結束具１３Ａｃとを備えている。使用者は、足を上下に動かすことで可動部材１３Ａの先端側を上下方向に揺動させることができる。なお、結束具１３Ａｃには、面ファスナー式のものを使用することができる。本実施形態では、可動部材１３Ａは、基端部が先端部よりも常に前側に配された状態で使用される。つまり、可動部材１３Ａは、常に、基端部が先端部よりも使用者から離れた位置にある状態で使用される。

ワンウェイクラッチ２５は、その一方（内径側）が、制動装置１１の回転軸１６に連結され、その他方（外径側）が、減速機１２の負荷入力部１７に、カップリング１９を介して連結されている。ワンウェイクラッチ２５は、可動部材１３Ａの一方向の回転力を制動装置１１側に伝達し、可動部材１３Ａの他方向の回転力を制動装置１１側に伝達しない。本実施形態では、使用者が足を下げる動作を行う場合に（図１において可動部材１３Ａが反時計回りに回転する場合に）、ワンウェイクラッチ２５は、可動部材１３Ａの回転力を制動装置１１側に伝達する。一方、使用者が足を上げる動作を行う場合に（図１において可動部材１３Ａが時計回りに回転する場合に）、ワンウェイクラッチ２５は、可動部材１３Ａの回転力を制動装置１１側に伝達しない。よって、本実施形態では、使用者が足を下げる動作を行う場合にのみ、制動装置１１で発生する負荷が使用者の足に付与される。

以上のように構成される第３および第４の負荷付与モジュールＭ３，Ｍ４は、モジュール取付金具１５Ａによって枠体２の内側の底部に固定されている。モジュール取付金具１５Ａは、例えば、図４に示すように、ベース部１５Ａａ、第１プレート部１５Ａｂ、第２プレート部１５Ａｃおよび第３プレート部１５Ａｄで構成されている。ベース部１５Ａａは、枠体２に対して固定されている。第１プレート部１５Ａｂは、ベース部１５Ａａから上方に延出して制動装置１１を支持している。第２プレート部１５Ａｃは、ベース部１５Ａａから上方に延出して減速機１２を支持している。第３プレート部１５Ａｄは、ベース部１５ａから上方に延出してベアリングハウジング１０およびベアリング２０を介してフランジ付シャフト２４を回転自在に支持している。

座席３は、使用者が着席した状態で負荷付与装置１を使用できるように設置されている。本実施形態では、座席３として、背もたれ付きのシートが採用されているが、座席の形態は特に限定されない。また、第１～第４の負荷付与モジュールＭ１～Ｍ４の配置形態によっては、座席３を省略することもあり得る。

表示部４は、制御装置５から供給される画像情報に基づいて映像を表示する。表示部４は、例えば、液晶ディスプレイを用いて構成される。

制御装置５は、検出部１４が検出する検出値と、表示部４に表示される映像の内容とに応じて磁気粘性流体に付与する磁場を制御する。制御装置５は、制動装置１１に供給する電流値を制御することにより、磁気粘性流体に付与する磁場を制御する。磁気粘性流体に付与する磁場の制御としては、磁気粘性流体に付与する磁場の強さの制御、磁気粘性流体に付与する磁場の変動周波数の制御などを例示することができる。上記「映像の内容」は、例えば、映像として表示される仮想空間の種類、オブジェクトの種類、オブジェクトの状態などである。

制御装置５の構成例を図６に示す。図６に例示する制御装置５は、コンテンツ制御装置５Ａと制御盤５Ｂとで構成されている。

コンテンツ制御装置５Ａは、例えば、ＯＳ（オペレーティングシステム）およびアプリケーションプログラムをインストールしたパーソナルコンピュータを用いて構成することができる。コンテンツ制御装置５Ａは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる制御部５Ａａと、ハードディスク装置等からなる記憶部５Ａｂと、有線シリアル通信を行うための通信インターフェース５Ａｃとを備えている。また、コンテンツ制御装置５Ａには、キーボード、マウス等からなる操作部２７が接続されている。

コンテンツ制御装置５Ａの制御部５Ａａは、各種のアプリケーションプログラムを実行することで、表示部４に画像データを送信する。また、制御部５Ａａは、表示部４に表示する映像の内容に応じて制動装置１１に発生させるべき負荷に関する情報を制御盤５Ｂに送信する。すなわち、制御部５Ａａは、表示部４に表示する映像の内容に応じて制動装置１１に供給すべき電流値に関する情報（以下「電流指示情報」ともいう。）を制御盤５Ｂに送信する。電流指示情報には、電流値の情報、電流値を周期的に変化させるか否かの情報、電流値を周期的に変化させる場合の周波数の情報、および、電流値を周期的に変化させる場合における電流の波形情報（正弦波、矩形波等）が含まれる。使用者は、操作部２７において所定の選択操作を行うことにより、表示部４に表示させるコンテンツを選択・実行することができるようになっている。

制御盤５Ｂは、通信制御部５Ｂａと、Ａ／Ｄ変換部５Ｂｂと、給電制御部５Ｂｃとを備えている。

通信制御部５Ｂａは、コンテンツ制御装置５Ａとの間で各種情報の授受を行う。例えば、通信制御部５Ｂａは、第１～第４の負荷付与モジュールの各検出部１４で検出され、Ａ／Ｄ変換部５Ｂｂを介して受信する角度情報をコンテンツ制御装置５Ａに転送する。また通信制御部５Ｂａは、コンテンツ制御装置５Ａから受信する電流指示情報を給電制御部５Ｂｂに転送する。

Ａ／Ｄ変換部５Ｂｂは、第１～第４の負荷付与モジュールの各検出部１４から受信するアナログ信号をデジタル信号に変換して通信制御部５Ｂａに転送する。

給電制御部５Ｂｃは、コンテンツ制御装置５Ａから通信制御部５Ｂａを介して受信する電流指示情報に従って、各制動装置１１に電流を供給する。

表示部４に表示される映像には、例えば、図７に示すように、仮想空間５１と、仮想空間５１に配置されるオブジェクト５４が含まれる。

次に、制動装置１１の構成例について、図５および図５Ａに基づいて、以下に詳述する。なお、制動装置１１は、内部に封入された磁気粘性流体３００に付与する磁場の強さを変えることで、制動力出力部（回転軸１６）の制動力を変化させることができるものであればよく、以下に詳述する構成例と異なる構成を備えた制動装置であっても構わない。

図５に例示する制動装置１１は、軸線Ｎ回りに回転可能な回転側部材１００と、枠体２等の非回転物に固定される固定側部材２００とを備える。回転側部材１００と固定側部材２００とは、磁気粘性流体３００を介してトルクが伝達される。したがって、伝達されるトルクが大きくなるほど、制動装置１１による制動力が大きくなる。

回転側部材１００は、軸線Ｎ回りに回転する回転軸１６のほか、図５Ａに示すように、回転軸１６の外周に所定間隔をおいて固設された多数の環状の円板１２０などで構成されている。回転軸１６は非磁性体からなり、円板１２０は磁性体からなる。

図５Ａに示すように、多数の円板１２０間の内径側には、それぞれ、環状の薄板スペーサ１２１が介設されている。円板１２０および薄板スペーサ１２１は、環状の厚板スペーサ１２３と、回転軸１６において円板１２０の内径部より大径に形成された大径部１１４との間に挟まれ、ボルト１２２（図５参照）にて締結されている。

一方、固定側部材２００は、上記多数の円板１２０間にそれぞれ配設された多数の環状のプレート２１０、磁場発生手段２２０、この磁場発生手段２２０等を支持する支持部材２３１，２３２などで構成されている。プレート２１０は磁性体からなり、支持部材２３１，２３２は非磁性体からなる。

図５Ａに示すように、多数のプレート２１０間の外径側には、それぞれ、環状の薄板スペーサ２１１（前記薄板スペーサ１２１よりも内径および外径のサイズが大きいもの）が介設されている。プレート２１０および薄板スペーサ２１１は、環状の厚板スペーサ２１２（前記厚板スペーサ１２３よりも内径および外径のサイズが大きいもの）と、後述する一対の第２ヨーク２２３との間に挟まれ、ボルト２１３（図５参照）にて締結されている。

磁場発生手段２２０は、図５に示すように、前記プレート２１０より遠心側に設けられたコイル２２１と、このコイル２２１を遠心側から軸線Ｎ方向両側に亘って包囲するように形成された第１ヨーク２２２と、この第１ヨーク２２２の両端部にそれぞれ連設された一対の第２ヨーク２２３とを備えている。一対の第２ヨーク２２３は、円板１２０とプレート２１０とが磁気粘性流体３００を介して軸線Ｎ方向に交互に配設された部分を両側から挟むように配設されている。第１および第２ヨーク２２２，２２３は磁性体からなる。

支持部材２３１，２３２は、回転軸１６の外周にベアリング２３３を介して設けられている。

磁気粘性流体３００は、磁性粒子を分散媒に分散させてなる液体であり、例えば、その磁性粒子がナノサイズの金属粒子（金属ナノ粒子）からなるものが使用できる。磁性粒子は磁化可能な金属材料からなり、金属材料に特に制限はないが軟磁性材料が好ましい。軟磁性材料としては、例えば鉄、コバルト、ニッケル及びパーマロイ等の合金が挙げられる。分散媒は、特に限定されるものではないが、一例として疎水性のシリコーンオイルを挙げることができる。磁気粘性流体における磁性粒子の配合量は、例えば３～４０ｖｏｌ％とすればよい。磁気粘性流体にはまた、所望の各種特性を得るために、各種の添加剤を添加することも可能である。

制御盤５Ｂの給電制御部５Ｂｃからコイル２２１に電流が印加されると、図５中の黒塗り矢印Ｐで示すように、第１ヨーク２２２、第２ヨーク２２３、円板１２０の外径側およびプレート２１０の内径側に磁路が形成され、磁路を横切る円板１２０およびプレート２１０間の隙間に介在する磁気粘性流体３００が所定の粘度（ずり応力）を発現する。

このように構成された制動装置１１では、円板１２０およびプレート２１０は、それらの隙間に磁気粘性流体３００を介在させながら相対回転するため、上記コイル２２１に印加する電流値に応じた強さの磁場が磁気粘性流体に付与される。よって、回転軸１６は、コイル２２１に印加される電流値に応じた制動力を発現する。

次に、負荷付与装置１の動作について説明する。本実施形態に係る負荷付与装置１においては、４種類のゲームコンテンツが利用可能となっている。

第１のコンテンツは、使用者が、図７～図９に示す３種類の仮想空間５１～５３内で、ランニングすることを想定したゲームコンテンツである。先ず、第１のコンテンツを開始させるための所定操作が操作部２７（図６）において行われると、ゲームが開始する。制御部５Ａａは、最初に表示部４に第１仮想空間５１（図７）を表示させる。この第１仮想空間５１には、道路を表現した道路オブジェクト５４が表示される。第１仮想空間５１が表示部４に表示されているときに、使用者が足で第３および第４の負荷付与モジュールＭ３，Ｍ４のペダル部１３Ａｂを上下動させると、制御部５Ａａは、検出されるペダル部１３Ａｂの上下動作の速度に応じた速度で使用者が道路オブジェクト５４上を進む様子を表示部４に表示する。

また、表示部４に第１仮想空間５１が表示されており、かつ、可動部材１３Ａの回転位置が所定の範囲内にあるとき、給電制御部５Ｂｃは、電流指示情報に従って、所定レベル（以下「第１レベル」ともいう。）の電流値（一定の電流値又は周期的に変動する電流値）の電流を第３および第４の負荷付与モジュールＭ３，Ｍ４の制動装置１１に給電する。このため、使用者は、ペダル部１３Ａｂを所定の高さ範囲内で踏み下げる際に、負荷を受ける。本実施形態では、図１に示すように、可動本体部１３Ａａの回転位置がθ１からθ２の範囲内にあるときに、使用者が負荷を受けるようになっている。なお、回転位置θ１は、使用者が足を下げた位置に対応し、回転位置θ２は使用者が足を上げた位置に対応している。各回転位置θ１，θ２は、使用者ごとに予めコンテンツ制御装置５Ａに対して登録できるようになっている。なお、可動部材１３Ａの回転位置が所定の範囲内にある場合に限り、給電制御部５Ｂｃが制動装置１１に給電して負荷を発生させるのは、使用者に足の移動範囲の上端位置と下端位置を認識させるためである。

表示部４に第１仮想空間５１が表示されているときに、ペダル部１３Ａｂが所定の回数だけ上下動されると、制御部５Ａａは、表示部４に表示している第１仮想空間５１を次のステージの第２仮想空間５２（図８参照）に切り替える。第２仮想空間５２には、砂漠を表現した砂漠オブジェクト５５と、水たまりを表現した水たまりオブジェクト４２とが表示される。第２仮想空間５２が表示部４に表示されているときに、使用者が足でペダル部１３Ａｂを上下動させると、制御部５Ａａは、検出されるペダル部１３Ａｂの上下動作の速度に応じた速度で使用者が砂漠オブジェクト５５および水たまりオブジェクト４２上を進む様子を表示部４に表示する。

また、表示部４に第２仮想空間５２が表示されており、かつ、可動部材１３Ａの回転位置が所定の範囲内にあるとき、給電制御部５Ｂｃは、電流指示情報に従って、第１レベルより高いレベル（以下「第２レベル」ともいう。）の電流値（一定の電流値又は周期的に変動する電流値）の電流を第３および第４の負荷付与モジュールＭ３，Ｍ４の制動装置１１に給電する。これにより、第３および第４の負荷付与モジュールＭ３，Ｍ４の制動装置１１は、より大きな制動力を発生し、使用者は、ペダル部１３Ａｂを所定の高さ範囲内で踏み下げる際に、ペダル部１３Ａｂから、第１仮想空間５１が表示されていたときよりも大きな負荷を受ける。

表示部４に第２仮想空間５２が表示されているときに、ペダル部１３Ａｂが所定の回数だけ上下動されると、制御部５Ａａは、表示部４に表示している第２仮想空間５２を次のステージの第３仮想空間５３（図９参照）に切り替える。第３仮想空間５３には、山道を表現した山道オブジェクト５６が表示される。第３仮想空間５３が表示部４に表示されているときに、使用者が足でペダル部１３Ａｂを上下動させると、制御部５Ａａは、検出されるペダル部１３Ａｂの上下動作の速度に応じた速度で使用者が山道オブジェクト５６上を登って行く様子を表示部４に表示する。

また、表示部４に第３仮想空間５３が表示されており、かつ、可動部材１３Ａの回転位置が所定の範囲内にあるとき、給電制御部５Ｂｃは、電流指示情報に従って、第２レベルより高いレベルの電流値（一定の電流値又は周期的に変動する電流値）の電流を第３および第４の負荷付与モジュールＭ３，Ｍ４の制動装置１１に給電する。これにより、第３および第４の負荷付与モジュールＭ３，Ｍ４の制動装置１１は、より大きな制動力を発生し、使用者は、ペダル部１３Ａｂを所定の高さ範囲内で踏み下げる際に、ペダル部１３Ａｂから、第２仮想空間５２が表示されていたときよりも大きな負荷を受ける。

表示部４に第３仮想空間５３が表示されているときに、ペダル部１３Ａｂが所定の回数だけ上下動されると、制御部５Ａａは、表示部４に表示している第３仮想空間５３を第４仮想空間５７（図１０参照）に切り替える。第４仮想空間５７には、ゴールした旨の情報が表示されるとともに、山頂での眺望が表示される。第４仮想空間５７が一定時間表示された後、第１のゲームコンテンツは終了する。

次に、第２のコンテンツについて説明する。第２のコンテンツは、使用者が図１１に示す対戦相手オブジェクト５８を相手にボクシングをすることを想定したゲームコンテンツである。先ず、第２のコンテンツを開始させるための所定操作が操作部２７において行われると、ゲームが開始する。制御部５Ａａは、表示部４に仮想空間５９（図１１参照）を表示させる。この仮想空間５９には、対戦相手オブジェクト５８が表示される。表示部４に仮想空間５９が表示されているとき、使用者が可動部材１３のハンドル部１３ｂを持った腕を後ろから前に押し出すと、対戦相手オブジェクト５８に対してパンチを与える設定になっている。

表示部４に仮想空間５９が表示されており、可動部材１３の回転位置が所定の範囲内にあり、かつ、可動本体部１３ａの回転位置がθ３からθ４に向けて移動するとき、給電制御部５Ｂｃは、電流指示情報に従って所定の電流値（一定の電流値又は周期的に変動する電流値）の電流を第１および第２の負荷付与モジュールＭ１，Ｍ２の制動装置１１に給電する。このため、使用者は、ハンドル部１３ｂを所定の範囲内で押し出すときに、ハンドル部１３ｂから負荷を受ける。本実施形態では、図１に示すように、可動本体部１３ａの回転位置がθ３からθ４の範囲内にあるときに、使用者が負荷を受けるようになっている。なお、回転位置θ３は、使用者が手を引き寄せた位置に対応し、回転位置θ４は使用者が手を押し出した位置に対応している。各回転位置θ３，θ４は、使用者ごとに予めコンテンツ制御装置５Ａに対して登録できるようになっている。なお、可動部材１３の回転位置が所定の範囲内にある場合に限り、給電制御部５Ｂｃが制動装置１１に給電して負荷を発生させるのは、使用者に手の移動範囲の前端位置と後端位置を認識させるためである。

また、給電制御部５Ｂｃは、電流指示情報に従って、使用者がハンドル部１３ｂを押し出す速度が遅い程、制動装置１１に大きな電流を供給し、使用者が受ける負荷を増大させるように制御する。この第２のコンテンツでは、対戦相手オブジェクト５８の右肩または左肩に時々火の輪６０が表示されるようになっている。火の輪６０が表示されたタイミングで火の輪６０が表示された側の可動部材１３を後位置から前位置に押し出すことで有効なパンチを行ったとみなされ、加点されるようになっている。所定時間内に所定の点数が加点されると使用者が勝者となってゲームが終了する。一方、所定時間内に所定の点数まで加点されなければ、使用者が敗者となってゲームが終了する。

次に、第３のコンテンツについて説明する。第３のコンテンツは、図１２に示すように、使用者を想定したオブジェクト６１（以下「使用者オブジェクト６１」ともいう。）が仮想空間６２において表示され、使用者オブジェクト６１に向かって飛来してくる飛来オブジェクト６３を対戦相手オブジェクト６４の方へ跳ね飛ばすことを想定したコンテンツである。使用者オブジェクト６１は、飛来オブジェクトを跳ね飛ばすために、しゃがんだ状態（図１２参照）から手を上に突き上げて立ち上がった状態（図１３参照）に変化することが要求される。先ず、第３のコンテンツを開始させるための所定操作が操作部２７において行われると、ゲームが開始する。制御部５Ａａは表示部４に仮想空間６２（図１２参照）を表示させる。この仮想空間６２には、使用者オブジェクト６１、飛来オブジェクト６３、対戦相手オブジェクト６４が表示される。

使用者が手を下げて可動部材１３のハンドル部１３ｂを低い位置にするとともに、足を上げて、ペダル部１３Ａｂを高い位置にすることで、使用者オブジェクト６１は、図１２に示すように、しゃがんだ状態を形成する。一方、使用者が手を頭上に突き上げて可動部材１３のハンドル部１３ｂを高い位置にするとともに、足を押し下げて、ペダル部１３Ａｂを低い位置にすることで、使用者オブジェクト６１は、図１３に示すように、手を上に突き上げて立ち上がった状態を形成する。飛来オブジェクト６３が使用者オブジェクト６１に到達するタイミングと、使用者オブジェクト６１がしゃがんだ状態から手を上に突き上げて立ち上がった状態になるタイミングとが合致すると、飛来オブジェクト６３は、使用者オブジェクト６１の拳によって対戦相手オブジェクト６４の方に跳ね飛ばされ、対戦相手オブジェクト６４に衝突する。飛来オブジェクト６３が対戦相手オブジェクト６４に衝突すると、対戦相手オブジェクト６４はダメージを受ける。登場する飛来オブジェクト６３の種類は複数ある。登場する飛来オブジェクト６３の種類に応じて飛来速度が異なる。また、登場する飛来オブジェクト６３の種類によって制動装置１１が発生する制動力が異なり、使用者に付与される負荷も異なる。この第３のコンテンツでは、所定時間内に所定の回数のダメージを対戦相手オブジェクト６４に与えることで使用者が勝者となって、ゲームが終了する。一方、所定時間内に所定の回数のダメージを対戦相手オブジェクト６４に与えることができなければ、使用者が敗者となって、ゲームが終了する。なお、第３コンテンツにおいても、使用者は、可動本体部１３Ａａの回転位置が所定の範囲内にあるとき、および、可動本体部１３ａの回転位置が所定の範囲内にあるときに、それぞれ負荷を受けるようになっている。

第４のコンテンツは、使用者が図１４および図１５に示すように仮想空間６６，６７に表示された岩山オブジェクト６８，７０をトレッキングすることを想定したゲームコンテンツである。先ず、第４のコンテンツを開始させるための所定操作が操作部２７において行われると、ゲームが開始する。制御部５Ａａは、最初に表示部４に仮想空間６６（図１４参照）を表示させる。この仮想空間６６には、比較的傾斜の緩やかな岩山を表した第１岩山オブジェクト６８が表示される。仮想空間６６が表示部４に表示されているとき、使用者が手で第１および第２の負荷付与モジュールＭ１，Ｍ２のハンドル部１３ｂを前後動させ、足で第３および第４の負荷付与モジュールＭ３，Ｍ４のペダル部１３Ａｂを上下動させると、制御部５Ａａは、検出される動作速度に応じた速度で使用者オブジェクト６９が第１の岩山オブジェクト６８を登って行く様子を表示部４に表示する。本実施形態では、各可動部材１３，１３Ａの動作と、使用者オブジェクト６９の各肢の動作が対応している。

表示部４に第１の岩山オブジェクト６８が表示されているとき、第１～第４の負荷付与モジュールＭ１～Ｍ４の各制動装置１１は、所定レベルの制動力を発生し、使用者の両腕および両脚に負荷を与える。この第４のコンテンツも、第１のコンテンツと同様に、使用者が所定回数の動作を行うと、ステージが移行する。ステージが進むごとに、第１～第４の負荷付与モジュールＭ１～Ｍ４の各制動装置１１は、ステージに応じた制動力を発生する。つまり、ステージが進むにつれて使用者の両腕および両脚に高い負荷が付与される。なお、第４のコンテンツでは、図１４に示すように、使用者オブジェクト６９が比較的傾斜の緩い第１岩山オブジェクト６８を登るステージと、図示しないが、使用者オブジェクト６９が雪山を表した雪山オブジェクトを登るステージと、図１５に示すように、使用者オブジェクト６９が傾斜が急峻な第２岩山オブジェクト７０を登るステージとが用意されている。第４コンテンツにおいても、使用者は、可動本体部１３Ａａの回転位置が所定の範囲内にあるとき、および、可動本体部１３ａの回転位置が所定の範囲内にあるときに、それぞれ負荷を受けるようになっている。

以上では、負荷付与装置１において利用可能な４種類のゲームコンテンツを説明したが、負荷付与装置１において利用可能なコンテンツは、上記コンテンツに限定されない。負荷付与装置１は表示部４に表示する様々な映像の内容（例えば、仮想空間およびオブジェクトの種類や状態）および可動部材１３，１３Ａの回転位置、回転速度若しくは回転加速度に応じて磁気粘性流体に付与する磁場の強さを制御することができ、使用者には、映像の内容に応じて異なる負荷を提供することができる。

また、負荷付与装置１は、映像による娯楽性を伴った装置に構成されているので、使用者は、飽きることなく、楽しみながら本装置を使用してトレーニングやリハビリを行うことができる。

なお、本発明に係る負荷付与装置は、トレーニング装置、リハビリ装置、ゲーム装置として使用できることはもとより、その他の様々な用途において使用することができる。

＜実施形態の変形例＞
既述した実施形態においては、検出部１４は、可動部材１３，１３Ａの回転位置を検出しているが、検出部１４の代わりに、又は検出部１４とともに、回転速度または回転加速度を検出するセンサを用いることも可能である。

既述した実施形態においては、第１および第２の負荷付与モジュールＭ１，Ｍ２はワンウェイクラッチを備えていないが、第３および第４の負荷付与モジュールＭ３，Ｍ４のように、ワンウェイクラッチを備えたものとすることも可能である。また、既述した実施形態においては、第３および第４の負荷付与モジュールＭ３，Ｍ４はワンウェイクラッチを備えているが、第１および第２の負荷付与モジュールＭ１，Ｍ２のように、ワンウェイクラッチを備えていないものとすることも可能である。

既述した実施形態において、制御装置５は、可動部材１３，１３Ａの回転位置に応じて変化する負荷を制動装置１１に発生させるようにしてもよい。また、制御装置５は、可動部材１３，１３Ａの回転位置に応じて制動装置１１に供給する電流値の変動周波数を変化させることにより、使用者に付与する感触を変化させるようにしてもよい。また、制御装置５は、表示部４に表示されるオブジェクトが特定の状態（特定の姿態、特定の形態）になり、かつ、可動部材１３，１３Ａの回転位置、回転速度又は回転加速度が特定の位置、速度又は加速度になった場合に、特定の値の負荷を制動装置１１に発生させるようにしたり、制動装置１１に供給する電流値の変動周波数を特定の周波数にして使用者に特定の感触を付与するようにしてもよい。

Ｍ１～Ｍ４負荷付与モジュール
１負荷付与装置
４表示部
５制御装置
１１制動装置
１３，１３Ａ可動部材
１４検出部
１６回転軸（制動力出力部）
２５ワンウェイクラッチ
５１～５３、５９、６２、６６、６７仮想空間
５４道路オブジェクト
５５砂漠オブジェクト
５６山道オブジェクト
５８，６４対戦相手オブジェクト
６１，６９使用者オブジェクト
６３飛来物オブジェクト
６８第１岩山オブジェクト
７０第２岩山オブジェクト
３００磁気粘性流体

Claims

内部に封入された磁気粘性流体に付与する磁場の強さを変えることで、制動力出力部の制動力を変化させる制動装置と、
使用者の力によって動作されるとともに、前記制動装置による制動力が付与される可動部材と、
映像を表示する表示部と、
前記表示部に表示される映像の内容に応じて前記磁気粘性流体に付与する磁場を制御する制御装置と、
を備え、
前記制動力出力部と前記可動部材との間の動力伝達経路上にワンウェイクラッチが設けられている、
ことを特徴とする負荷付与装置。
内部に封入された磁気粘性流体に付与する磁場の強さを変えることで、制動力出力部の制動力を変化させる制動装置と、
使用者の力によって動作されるとともに、前記制動装置による制動力が付与される可動部材と、
映像を表示する表示部と、
前記表示部に表示される映像の内容に応じて前記磁気粘性流体に付与する磁場を制御する制御装置と、
を備え、
前記可動部材の位置を検出する検出部を備え、
前記制御装置は、前記検出部が検出する前記可動部材の位置が所定の範囲内にある場合に限り、前記磁気粘性流体に磁場を付与する、
ことを特徴とする負荷付与装置。
内部に封入された磁気粘性流体に付与する磁場の強さを変えることで、制動力出力部の制動力を変化させる制動装置と、
使用者の力によって動作されるとともに、前記制動装置による制動力が付与される可動部材と、
映像を表示する表示部と、
前記表示部に表示される映像の内容に応じて前記磁気粘性流体に付与する磁場を制御する制御装置と、
を備え、
前記可動部材の位置、速度および加速度の何れか１つ以上を検出する検出部を備え、
前記制御装置は、前記検出部が検出する前記可動部材の位置、速度および加速度の何れか１つ以上と、前記表示部に表示される映像の内容とに応じて前記磁気粘性流体に付与する磁場を制御する、
ことを特徴とする負荷付与装置。
請求項２または３に記載の負荷付与装置において、
前記表示部は、前記映像として、仮想空間と、該仮想空間に配されるオブジェクトとを表示することが可能であり、
前記制御装置は、前記検出部が検出する検出値に基づいて前記表示部が表示する前記オブジェクトを動作させる、
ことを特徴とする負荷付与装置。
請求項２または３に記載の負荷付与装置において、
前記制動装置、前記可動部材および前記検出部を１組とする負荷付与モジュールが複数組設けられている、
ことを特徴とする負荷付与装置。
請求項２または３に記載の負荷付与装置において、
前記表示部は、前記映像として、仮想空間と、該仮想空間に配されるオブジェクトとを表示することが可能であり、
前記制動装置、前記可動部材および前記検出部を１組とする負荷付与モジュールが４組設けられており、
前記オブジェクトは四肢を有し、
前記制御装置は、４組の前記負荷付与モジュールの各可動部材の動作と、前記オブジェクトの各肢の動作とを対応させる、
ことを特徴とする負荷付与装置。
請求項３に記載の負荷付与装置において、
前記表示部は、前記映像として、仮想空間と、該仮想空間に配されるオブジェクトとを表示することが可能であり、
前記オブジェクトには、前記表示部に表示される状態が変化するものが含まれ、
前記制御装置は、前記表示部に表示されるオブジェクトが特定の状態になり、かつ、前記可動部材の位置、速度又は加速度が特定の位置、速度又は加速度になった場合に、特定の強さの磁場および／または特定の周波数で変動する磁場を前記磁気粘性流体に付与する、
ことを特徴とする負荷付与装置。