JPH09122269A

JPH09122269A - 走行・運動訓練装置

Info

Publication number: JPH09122269A
Application number: JP7283136A
Authority: JP
Inventors: Yukio Yamada; 行雄山田; Masato Itagaki; 正人板垣; Yoshihiro Sakakibara; 義宏榊原; Tadayuki Saito; 忠之斉藤
Original assignee: Hitachi Techno Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 1997-05-13
Anticipated expiration: 2015-10-31
Also published as: JP3145285B2

Abstract

(57)【要約】【課題】走行・運動訓練装置上で走行あるいは歩行する
にあたり、トレーニング者または指導者に脚荷重データ
についての客観的なトレーニングの科学的な評価指標を
提供して、動機を与え、トレーニング者がトレーニング
を持続し易くし、その効果が表れる走行・運動訓練装置
を提供する。【解決手段】走行・運動訓練装置の無端ベルト上を走行
トレーニングするトレーニング者の脚が床に与える脚荷
重を無端ベルトの下方に設置した荷重検出手段で測定
し、その脚荷重データを演算処理し、利用者または指導
者にその結果を提供する手段を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トレーニング者が
走行できる無端ベルトを備えた走行・運動訓練装置に係
り、特に、トレーニング者の走行に関する評価指標をト
レーニング者や指導者に表示することのできる走行・運
動訓練装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の走行・運動訓練装置では、特開平
６−１５４３５４号公報に記載されているように、装置
上で走行する場合の評価指標として走行速度に関連した
表示を行うものが提案されている。即ち、予め設定した
設定速度情報とトレーニング者が走行している速度を計
測して得た検出速度情報を比較し、その差に応じて速度
に対するアドバイスを出すようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような装置では、
トレーニング者は速度だけを考えて走行するのみであ
る。そのため、トレーニングそのものが単調になりがち
であり、走行フォームなどに対する意識は少ない。即
ち、トレーニング者は腰、膝、足首、足底などの脚部全
体が受ける衝撃を考えずに走行するので、走行フォーム
は崩れ易く、脚関節部の疲労、損傷も生じ易い。そのた
め、長時間に渡って走行トレーニングを継続することが
難しく、トレーニングそのものが飽きられ易いことも重
なって、トレーニングの効果が得られにくい問題があっ
た。

【０００４】本発明の目的は、走行フォームなどに対す
る意識を持たせて走行トレーニングをさせることがで
き、単調化を阻止し長時間のトレーニングを可能としト
レーニング効果を期待できる走行・運動訓練装置を提供
することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の走行・運動訓練装置は、トレーニング者が走行でき
る無端ベルトを備えた走行・運動訓練装置において、前
記無端ベルトの下方にトレーニング者が無端ベルトに与
える走行脚荷重を検出する荷重計測手段を設け、さらに
該手段で計測した走行脚荷重を基準値に基づいて演算処
理してトレーニング者の走行に関する評価指標を表示す
る手段を設けたことを特徴とする。

【０００６】ここで、基準値としてトレーニング者の体
重と計測した走行脚荷重の波形データの接地時間中の平
均値と計測した脚荷重の周期時間中の平均値のいずれか
を使用し、計測した走行脚荷重を基準値に対する波形デ
ータとして表示する。

【０００７】トレーニング者の脚部が受ける衝撃を測定
できれば、トレーニングの内容を矯正、充実させ、トレ
ーニングの効果を向上させることができる。しかし、ト
レーニング者の脚部が受ける衝撃を直接測定することは
困難である。ところで、トレーニング者が脚部に受ける
脚荷重は、作用反作用の法則より、無端ベルトが受ける
荷重で近似することができる。無端ベルトが受ける走行
脚荷重を計測すれば、走行者が脚部全体に受ける衝撃を
知ることができ、走行フォームなどを反映する客観的判
断基準を得ることができる。

【０００８】走行・運動訓練装置上で走行または歩行を
するトレーニング者は、無端ベルトに作用する脚荷重を
計測され、その脚荷重波形データが例えばトレーニング
者の体重等の基準値に対する比率などとして演算され、
その結果が波形データで表示される。

【０００９】従って、走行フォームの崩れや脚関節部の
疲労に関連するデータによりトレーニングの評価を得る
ことができる。従ってトレーニングを持続する動機を持
つことができて単調化は防がれ、客観的なデータに基づ
いた科学的なトレーニングを行うことができる。このた
め、良好なトレーニング効果が得られる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の走行・運動訓練装
置を図に示した実施例を参照して説明する。この走行・
運動訓練装置は、トレーニング者が無端ベルト上を走行
（または歩行）した時、トレーニング者の脚が無端ベル
トに与える荷重（本明細書では、この荷重を脚荷重と呼
ぶ）を連続的に計測でき、また計測した脚荷重を演算処
理することができる。

【００１１】図１において、本発明の実施例による走行
・運動訓練装置１は、トレーニングユニット３０および
脚荷重データ評価ユニット３１から構成されている。ト
レーニングユニット３０には前後方向に回動自在に巻か
れた無端ベルト２があり、さらに該ユニット３０の前部
には操作パネル３及びディスプレイ４からなる操作表示
盤５が備わっている。又、脚荷重データ評価ユニット３
１は、パソコンを含む解析装置３２とその解析結果を表
示する映像ディスプレイ３３から構成されている。な
お、３４はトレーニングユニット３０と脚荷重データ評
価ユニット３１を接続している通信ケーブルである。

【００１２】トレーニングユニット３０の構造を図２を
参照して詳細に述べる。図２において、架台６の少なく
とも前後部に回転可能な複数個の回転支持体７を設け、
無端ベルト２は該回転支持体７に案内され、モータ８に
より駆動される。前部にはトレーニング者が視認可能な
操作表示盤５がある。架台６にはトレーニングユニット
３０を支える複数個の支持足９が付いており、無端ベル
ト２の下方に位置する該支持足９の下には複数個の荷重
検出器１０が組み込まれている。トレーニング者が無端
ベルトに与える垂直荷重は、荷重検出器１０で検出され
る。

【００１３】荷重検出器１０は、図２の荷重検出個所Ａ
部の拡大図である図３に示す通り、床面１１と支持足９
の間に設置されており、架台６を介して支持足９に与え
られた垂直方向荷重を検出する。トレーニング者がいな
い無負荷の状態で測定荷重が０になるように較正してお
く。複数個の荷重検出器１０は、例えば歪ゲージ式の荷
重センサ１０ａの突起部１０ｂで、架台６に与えられる
荷重を分担して支えており、通信ケーブル３４を介して
信号を解析装置３２へ伝送している。複数個の荷重検出
器１０の検出荷重を加算すれば、架台６が受ける荷重を
検出することができる。

【００１４】トレーニング者Ｍは、無端ベルト２の上で
歩行または走行のトレーニングを行なう。無端ベルト２
の下面ほぼ全面に、複数個のゴム等の緩衝材１２で支え
られた支持板１３が配置されており、該支持板１３はト
レーニング者Ｍの運動により発生した荷重を支えてい
る。緩衝材１２は、地上走行時の地面の柔らかさや靴の
緩衝作用などをシミュレートする役割も果たせる。

【００１５】図４に示す通り、無端ベルト２の下方にあ
る支持板１３の下部位置に直接荷重検出器１０が複数
個、配置されている構成でもよい。その詳細構成は、図
４の荷重検出個所Ｂ部の拡大図である図５に示す。荷重
検出器１０の荷重センサ１０ａは、架台６の上面にゴム
等の緩衝材１４を介して配置され、該荷重センサ１０ａ
の突起部１０ｂは、支持板１３の下面に取付けてある当
て板１５を、支えている。当て板１５には、凹部１５ａ
があり、接触部が大幅にずれないようにしてある。

【００１６】更に別の実施例を、図６及び図６のＣ部の
拡大図である図７に示す。荷重検出器１０は図４と同じ
構造であるが、無端ベルト２の下方にある支持板が一枚
の板ではなく、自由に回動する複数ローラ群１６からな
る基体１７の構造のものでもよい。

【００１７】以上述べた、図２、図４あるいは図６に示
した構成の走行・運動訓練装置において、無端ベルト２
上を走行又は歩行しているトレーニング者Ｍの脚が支持
板１３に与える脚荷重を荷重検出器１０により計測す
る。特に、走行した場合、一歩毎の着地した時の衝撃的
な垂直方向荷重を計測できる。

【００１８】各荷重検出器１０は、例えば、歪ゲージ式
の荷重センサ１０ａがホイートストンブリッジの１辺に
組み込まれていて、個々に受ける荷重に比例した出力電
圧が得られる。

【００１９】アナログ回路構成では複数個（Ｎ個）の荷
重検出器１０の出力端子は全て並列結線接続されてお
り、荷重検出器個々の脚荷重計測データは異なっても合
成出力電圧として各荷重検出器１０での脚荷重計測デー
タの平均値に相当する電圧が得られる。つまり、各荷重
検出器１０の出力電圧の和を並列接続した荷重検出器１
０の数で除した値が得られる。従って、この平均化され
た測定値を並列接続した荷重検出器１０の数（Ｎ個）倍
することにより、実際の脚荷重計測データが求まる。も
ちろん、直接和を出力する回路を用いてもよい。

【００２０】またディジタル回路構成では各荷重検出器
１０の出力電圧をアナログ／ディジタル変換して、一旦
記憶手段にそれぞれ格納し、次に格納されたデータを読
みだして加算すると、その演算結果はトレーニング者の
脚荷重そのものを示している。

【００２１】複数個の荷重検出器１０は無端ベルト２の
下方に配置される。例えば支持板１３または基体１７の
下面に設けられている。利用者Ｍの着地位置によっては
荷重検出器設置箇所が上方に浮き上がる恐れがある。浮
き上がりそして再落下するとと、正確な脚荷重測定が難
しくなる。

【００２２】従って、このような場合には、図８に示す
ように、正確な脚荷重計測の目的のためには、浮き上が
り防止機構１８を設置することが望ましい。図８は図５
の例を改良したもので、荷重検出器１０の近傍に支持板
１３と一体化されたプレート１９を設けている。該プレ
ート１９の上面をゴム等の緩衝材２０を介してストッパ
２１とナット２２で押さえ、かつ、該プレート１９の下
方への移動を可能に固定している。該ナット２２とネジ
締結されているシャフト２３は、架台６にネジ締めされ
ており、ロックナット２４で固定されている。

【００２３】この浮き上がり防止機構１８の緩衝材２０
には、若干の予荷重を付加しておく。荷重検出器１０を
４〜６個使用したとすると、荷重ピーク値は、体重の４
〜６倍の２００〜４００（Ｋｇｆ）であり、各荷重検出
器１０は４０〜１００（Ｋｇｆ）のピーク荷重を受け
る。従って、荷重検出器１０の出力を見ながら、測定精
度にあまり影響を与えない、例えば上記の値の約１０分
の１となる４〜５（Ｋｇｆ）程度の予荷重を付加してお
く。このようにしておくことにより、荷重検出位置での
支持板の浮き上がりを防止して、正確な垂直荷重を計測
することができる。

【００２４】以上述べた荷重検出器１０にて計測された
データは、図１に示す脚荷重データ評価ユニット３１の
解析装置３２に、通信ケーブル３４を介して伝送され、
その結果を映像ディスプレイ３３あるいはトレーニング
ユニット３０の前部にあるディスプレイ４に表示され
る。表示された脚荷重データの代表例を、図９に示す。

【００２５】図９において、横軸は時間Ｔ（Ｓｅｃ）で
あり、縦軸は各荷重検出器１０の計測データを合成した
荷重Ｗ（Ｋｇｆ）である。脚荷重波形４０ａ、４０ｂ
は、一歩毎の周期Ｔｏ単位の計測データとして解析さ
れ、この周期Ｔｏはトレーニング者の足が無端ベルトに
接している間の接地時間Ｔａとトレーニング者の足が浮
いている滞空時間Ｔｂに分類される。

【００２６】脚荷重波形はトレーニング者Ｍの脚の着地
形態により著しく異なる。宮下充正監修、小林寛道編著
「走る科学」（大修舘書店発行、１９９０．７）の図１
−３３及び図１−３４に記載のとおり、踵で着地した場
合の典型的な例は、図９の実線のような尖塔的なピーク
がある波形４０ａとなり、踵が着地しない場合は、図９
の点線のようなピークがない波形４０ｂとなる。

【００２７】図９に示す代表的な２つ脚荷重データ４０
ａと４０ｂについて、一般的に次のことが言える。前出
文献によれば、長距離走では脚荷重データ４０ａのよう
な踵から着地する選手が多く、短距離走では脚荷重デー
タ４０ｂのような足底を平らにして着地する選手が多
く、中距離走では様々である。

【００２８】従って、図９に示す如くピーク個所の荷重
Ｆｐと緩やかに変化する個所の最大荷重Ｆｃの比率Ｆｐ
／Ｆｃを求めれば、上記の特徴を評価できる。但し、こ
こで図９の脚荷重データ４０ａの場合はＦｐ／Ｆｃ＞
１、脚荷重データ４０ｂの場合はＦｐ／Ｆｃ＝１（Ｆｐ
＝Ｆｃ）となる。

【００２９】脚荷重データの解析装置３２では、図９の
計測データについて下記の内容の演算処理を行う。（１）接地時間Ｔａと滞空時間Ｔｂとの比率、（２）
脚荷重データの後述する基準値に対する比率。

【００３０】上記（１）（２）の比率に対する評価の詳
細内容は、次の通りである。まず（１）に関しては、ト
レーニング者Ｍの走行あるいは歩行について滞空時間Ｔ
ｂの接地時間Ｔａに対する比率を求め、図９中に併記す
る通り、その値を映像ディスプレイ３３に表す。この値
は、トレーニング者Ｍの身体を前方に運んでいる時間に
関連し、走行フォームに対する一つの評価指標になる。

【００３１】具体的には、一回毎の値あるいは数回の平
均値を表示する。しかし、この値は、体格、年齢、性
別、走法等により異なり、一般的な最適値は明確ではな
いが、利用者Ｍに対して長区間に渡り連続的に測定し、
変化の少ないことを目標に、トレーニングすることは有
益である。

【００３２】競歩においては、必ず一方の足は着地して
いなければならない。このルールに従う限り、滞空時間
Ｔｂは算出され得ない筈で、この場合は滞空時間Ｔｂ／
接地時間Ｔａの演算結果は零である。もし、何等かの数
値が表示されたなら、その歩行は競歩ではないので、ト
レーニング者は演算結果の零表示持続を目指して、つま
り、長時間に渡る零表示持続を動機としてトレーニング
に励むことができる。

【００３３】また、滞空時間Ｔｂ／接地時間Ｔａの値が
大きいものはストライド走法、逆に小さいものはピッチ
走法として、いずれも各トレーニング者の体格、体力に
応じて安定した演算結果が表示されるように努力目標を
もってトレーニングに励むことができる。

【００３４】次いで（２）に関しては、前述の基準値と
して（ａ）利用者Ｍの体重Ｗ₁、（ｂ）計測した脚
荷重の接地時間Ｔａ中の平均値Ｗ₂、（ｃ）計測した
脚荷重の周期時間Ｔｏ中の平均値Ｗ₃、がある。

【００３５】（ａ）については、たとえば、図１０に示
す通り脚荷重波形を体重Ｗ₁で除した比率を求め、縦軸
を体重Ｗ₁の倍数荷重で表す。この値の意味は、体重の
何倍の力が脚部に作用するか分かることである。この値
は小さいほうが脚関節部である腰、膝、足首、足底に作
用する衝撃力が小さいことであり、走行フォームにおい
て、疲労の少ない走法のトレーニング法を見出す一つの
評価指標になる。つまり、脚関節部への負担を軽減し
た、走行フォームを実現でき、従って長時間トレーニン
グが可能となる。

【００３６】（ｂ）については、たとえば、図１１に示
す通り脚荷重波形を接地時間Ｔａで平均化した値Ｗ₂を
基準として表示する。図１１では、面積Ｓ₀と面積Ｓ₂
が等しいものであり、縦軸は平均値Ｗ₂の倍数で荷重を
表している。

【００３７】この評価を運動力学的に解説すると、力
（脚荷重波形）を時間で積分した力積は運動量であり、
運動量は質量と速度の積で表される。従って、面積Ｓ₀
の値は、トレーニング者Ｍが床面から離れる時の上方速
度に比例する。換言すれば、この値はトレーニング者Ｍ
が前方へ身体を運ぶ際の、床面に作用するキック力に関
連し、トレーニングの一つの評価指標になる。

【００３８】（ｃ）については、たとえば、図１２に示
す通り脚荷重波形を周期時間Ｔ₀で平均化した値Ｗ₃を
基準として表示する。図１２では、面積Ｓ₀と面積Ｓ₃
が等しいものであり、縦軸は平均値Ｗ₃の倍数で荷重を
表している。平均値Ｗ₃はほぼトレーニング者Ｍの体重
Ｗ₁に近い値になる筈であり、常に片足のみ接地してい
る歩行の場合における面積Ｓ₀の形は面積Ｓ₃の形に近
似する。

【００３９】従ってこの値の評価は、上記（ａ）の評価
と同様、脚関節部に作用する衝撃力に関連し、平均値Ｗ
₃が小さいほど脚の疲労が少ない良い走行と云える。従
って、長時間に渡る少ない疲労の走行あるいは歩行を目
指す場合の一つの評価指標になる。

【００４０】上記（２）の（ａ）（ｂ）（ｃ）について
も、（１）と同様に個人差のあるデータであり、走行タ
イムと関連してトレーニング者固有の最適値を、この装
置で明確にすることができる。いずれの場合も、これら
の脚荷重データの評価結果は、利用者Ｍにはトレーニン
グユニット３０の前部にあるディスプレイ４によって、
指導者には別置きの映像ディスプレイ３３によって表示
される。

【００４１】尚、図１の実施例において、脚荷重データ
評価ユニット３１は、トレーニングユニット３０とは別
置き構造としたが、トレーニング者専用としてトレーニ
ングユニット３０内に解析装置３２を組み込み、映像デ
ィスプレイ３３をトレーニングユニット３０内のディス
プレイ４と兼用させることもできる。

【００４２】更に他の用途として、消費カロリー計算の
基になるデータは、利用者の体重、走行速度および走行
距離の値を用いて算出される。本装置によれば、運動開
始前に荷重検出器１０により利用者の体重を自動的に測
定することができ、走行速度および走行距離は、速度計
や距離計を組み込んでおいて装置の値として求められる
ので、入力の手間を省けると共に、正確な体重値を基に
して正確な消費カロリー結果を得ることができる。消費
カロリー結果のみの表示を得ることによって、周囲の眼
を気にしないでトレーニングに励むことができる。

【００４３】装置の表示に慣れたトレーニング者であれ
ば、トレーニングユニット３０の前部にあるディスプレ
イ４に表示される図１０〜図１２のいずれかの映像を参
照しながら永続的にトレーニングすることができる。ま
た、指導者が付き添っている場合にはデータに基づいた
科学的指導を受けながらトレーニングをすることができ
る。表示データとしてトレーニング開始時点や一定時間
後における走法が安定した時点での好データなどを参照
データとして表示し、比較しながらトレーニングに励む
こともできる。

【００４４】なお、垂直荷重を測定する場合を主に説明
したが、水平荷重も併せて計測してもよい。たとえば無
端ベルトの駆動モータに与えられる加減速データを用い
て水平加重を計測することができる。さらに、支持板に
も水平力を測定する手段を設け、加算・補正すれば水平
力の測定精度を向上できる。垂直加重と水平加重を併せ
て利用することにより、さらに種々の解析を行なうこと
もできる。

【００４５】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。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、脚
荷重に対する意識を持たせて走行トレーニングをさせる
ことができ、単調化を阻止し長時間のトレーニングを可
能としトレーニング効果を期待できる走行・運動訓練装
置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例になる走行・運動訓練装置の
斜視図である。

【図２】図１に示す走行・運動訓練装置の概略縦断面図
である。

【図３】図２の荷重検出箇所Ａ部の拡大図である。

【図４】本発明の他の実施例になる走行・運動訓練装置
の概略縦断面図である。

【図５】図４の荷重検出箇所Ｂ部の拡大図である。

【図６】本発明の更に他の実施例になる走行・運動訓練
装置の概略縦断面図である。

【図７】図６の荷重検出箇所Ｃ部の拡大図である。

【図８】図５の走行・運動訓練装置に付加した浮き上が
り防止機構を示す図である。

【図９】本発明走行・運動訓練装置で計測された脚荷重
データの代表例を示す図である。

【図１０】計測された脚荷重波形をトレーニング者の体
重に対する比率で表示した図である。

【図１１】計測された脚荷重波形を接地時間の平均値に
対する比率で表示した図である。

【図１２】計測された脚荷重波形を周期時間の平均値に
対する比率で表示した図である。

【符号の説明】

Ｍ…トレーニング者１…走行・運動訓練装置２…無端ベルト３…操作パネル４…ディスプレイ５…操作表示盤６…架台７…回転支持体８…モータ９…支持足１０…荷重検出器１０ａ…荷重センサ１０ｂ…荷重セン
サ突起部１１…床面１２…緩衝材１３…支持板１４…緩衝材１５…当て板１５ａ…当て板凹部１６…ローラ群１７…基体１８…浮き上がり防止機構１９…プレート２０…緩衝材２１…ストッパ２２…ナット２３…シャフト２４…ロックナット３０…トレーニン
グユニット３１…脚荷重データ評価ユニット３２…解析装置３３…映像ディスプレイ３４…通信ケーブ
ル４０ａ、４０ｂ…脚荷重波形

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者榊原義宏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 (72)発明者斉藤忠之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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トレーニング者が走行できる無端ベルトを
備えた走行・運動訓練装置において、前記無端ベルトの下方にトレーニング者が無端ベルトに
与える走行脚荷重を検出する荷重計測手段を設け、さら
に該手段で計測した走行脚荷重を基準値に基づいて演算
処理をしてトレーニング者の走行に関する評価指標とし
て表示する手段を設けたことを特徴とする走行・運動訓
練装置。
【請求項２】請求項１に記載のものにおいて、トレーニ
ング者が走行する無端ベルトの下面を支持する支持板ま
たは無端ベルトの裏面に当接して回動する複数のローラ
ー群を一体的に支持する基体を設け、前記荷重計測手段
は当該支持板または基体にかかる荷重をトレーニング者
の走行脚荷重として検出することを特徴とする走行・運
動訓練装置。
【請求項３】請求項１に記載のものにおいて、前記評価
指標を表示する手段は演算処理の基準値としてトレーニ
ング者の体重と計測した走行脚荷重の波形データの接地
時間中の平均値と計測した脚荷重の周期時間中の平均値
のいずれかを使用し、計測した走行脚荷重を基準値に対
する波形データとして表示するものであることを特徴と
する走行・運動訓練装置。
【請求項４】トレーニング者が走行できる無端ベルトを
備えた走行・運動訓練装置において、前記無端ベルトの下方にトレーニング者が無端ベルトに
与える走行脚荷重を検出する荷重計測手段を設け、さら
に該手段で計測した走行脚荷重の継続時間を演算処理を
してトレーニング者の走行に関する評価指標として表示
する手段を設けたことを特徴とする走行・運動訓練装
置。