JPH1043327A - 運動訓練装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 訓練を中断せずに走行速度を変更する運動訓
練装置において、利用者の走行中にモータの回転速度が
変化しても、変化前の走行速度を利用して歩幅を算出す
るため、算出した歩幅と実際の歩幅が異なる不具合が生
じる。 【解決手段】 モータ３の駆動速度を検出する回転速度
センサ５とベルト１の走行面１ａ上への利用者の着地を
検出する着地検出回路１０と着地検出回路１０からの着
地検出信号に基づき回転速度センサ５の検出したモータ
３の駆動速度を積分して利用者の着地間におけるベルト
１の移動距離を算出する歩幅算出回路１６を設けた。 【効果】 利用者の走行中に走行速度が変化しても正確
な歩幅を算出することができる運動訓練装置を得ること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マラソン競技など
に参加するための走行練習やリハビリテーション（以
下、リハビリと略する）などの歩行訓練を行う運動訓練
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】室内で行う運動訓練装置の一例として、
駆動手段によって回動する無端軌道面上を利用者が歩行
又は走行するいわゆるトレッドミルがある。このトレッ
ドミルにおいて、健康増進やリハビリなどのために走行
練習や歩行訓練を行う際の訓練度合の目安の一つとして
利用者の歩幅に着目し、利用者の走行中や歩行中の歩幅
を検出する機能を備えたものが従来から提案されてい
る。

【０００３】例えば、実公平０７−４５２３９号公報に
は、利用者が無端軌道面を形成するベルトに着地した際
に、ベルトを回動させるモータに瞬間的な速度低下が発
生することに着目し、モータの瞬間的な速度低下から足
の着地を検出し、着地時点間の時間間隔を測定するとと
もに、走行面の走行速度に着地時点間の時間間隔を掛け
合わせることで歩幅を算出する歩幅算出手段を備えたト
レッドミルが開示されている。

【０００４】従来のトレッドミルの一例を図７に示す。
トレッドミルにおけるベルト１は利用者の前方及び後方
に設けた一対のローラ２及びモータ３の回転軸３ａに巻
回してあり、利用者の走行面１ａを形成する。走行板１
ｂがベルト１の上面内周側に設けられ、走行面１ａのた
わみを防止している。あらかじめ利用者の走行速度を設
定するとサーボ制御回路４は設定された走行速度に応じ
てモータ３の駆動を制御する。モータ３の回転速度は常
時回転速度センサ５により検出され、検出した走行速度
は速度表示器６に表示される。

【０００５】更に、回転速度センサ５が検出する利用者
の走行面１ａへの足の着地によるモータ３の回転速度の
瞬間的な変化を基にして利用者の着地を検出する着地検
出回路１０と、検出した着地時点間の着地時間間隔を測
定する計時回路１１と、回転速度センサ５が検出したモ
ータ３の回転速度と計時回路１１が測定した着地時間間
隔とから歩幅を算出する歩幅算出回路１２を設け、算出
した歩幅を歩幅表示器１４により表示する。すなわち、
歩幅算出回路１２では、走行面１ａの走行速度ｖ及び着
地時間間隔ｔからｔ×ｖを基に歩幅ｗを算出している。
また、歩幅算出回路１２により算出した歩幅ｗに基づ
き、平均歩幅を算出する平均歩幅算出回路１３と平均歩
幅を表示する平均歩幅表示器１５を設けている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来のトレ
ッドミルには下記のような問題が生じる。

【０００７】訓練を中断せずに利用者の体調などに合わ
せて走行速度を変更する場合には、利用者の走行中にモ
ータ３の回転速度が変化するため、利用者の着地時点間
つまり着地時間間隔ｔ内における走行面１ａの走行速度
ｖが一定とならない。しかし、着地時間間隔ｔ内におい
て走行速度が変化していても変化前の走行速度を利用し
て歩幅を算出するため、算出した歩幅と実際の歩幅が異
なる不具合が生じる。

【０００８】すなわち、リハビリなどの歩行訓練におい
て、歩幅の変化やばらつきなどを回復度合の目安として
用いる場合には歩幅一歩ごとの確実な歩幅検出が要求さ
れる。

【０００９】しかしながら、設定走行速度を変更する場
合等、走行面の走行速度が変化している間は、正確な歩
幅を検出することができない。

【００１０】本発明の目的は、利用者の走行中に走行速
度が変化しても正確な歩幅を算出することができる運動
訓練装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の特徴とするところは、駆動手段によって回動
する無端軌道面上を利用者が歩行又は走行する運動訓練
装置において、駆動手段の駆動速度を検出する駆動速度
検出手段と無端軌道面上への利用者の着地を検出する着
地検出手段と着地検出手段からの着地検出信号に基づき
駆動速度検出手段の検出した駆動速度を積分して利用者
の着地間における無端軌道面の移動距離を算出する歩幅
算出手段を備えたことにある。

【００１２】本発明によれば、上記歩幅算出手段により
算出した無端軌道面の移動距離を利用者の歩幅として算
出することにより、走行速度が変化しても正確な歩幅を
算出できる運動訓練装置を得ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１及び図２を用いて本発明にお
ける一実施形態によるトレッドミルを説明する。

【００１４】図１は、本発明による一実施形態における
トレッドミルの概略全体図であり、図７と同一部分には
同一符号を付け説明を省略する。

【００１５】利用者が走行速度設定及び変更手段９によ
り走行速度の設定または変更を行うと、サーボ制御回路
４が設定後または変更後の速度データを受け取る。サー
ボ制御回路４は受け取った速度データに合わせてモータ
３の回転速度を制御する。

【００１６】回転速度センサ５によるモータ３の回転速
度の単位時間あたりの検出回数は定まっているとする。
予め検出回数からサンプリング時間ｄｔを算出する。例
えば、回転速度センサ５が１０００回／秒でモータ３の
回転速度を検出する場合には、サンプリング時間ｄｔは
１ｍｓとなる。算出したサンプリング時間間隔でモータ
３の回転速度を検出して速度表示器６に表示する。速度
変更が行われてサーボ制御回路４によりモータ３の回転
速度が変化した場合であっても変化した後の速度を表示
することができる。なお、速度表示器６への表示は例え
ば１０回の検出ごとに得られた速度を表示してもよい。

【００１７】利用者が走行面１ａに足を着地すると着地
した時点でモータ３の回転速度が瞬間的に変化（低下）
する。回転速度の瞬間的な変化は回転速度センサ５で検
出され、サーボ制御回路４に供給される。サーボ制御回
路４はモータ３の回転速度が設定速度になるように制御
すると共に、その時の回転速度を着地検出回路１０に供
給する。着地検出回路１０は、回転速度の変化から利用
者の着地を検出して着地検出信号を歩幅算出回路１６に
出力する。なお、着地検出回路１０は走行板１ｂの振動
を検出することにより利用者の着地を検出しても良い。

【００１８】歩幅算出回路１６は回転速度センサ５から
得られた検出速度も入力する。歩幅検出回路１６は、隣
接する着地検出信号間で検出速度の積分を行う。検出速
度を予めサンプリング時間当りの移動距離に換算してお
くか、積分後の値を換算することにより、走行面１ａの
移動距離として歩幅が得られる。歩幅表示器１７は歩幅
算出回路１６により算出した歩幅を表示する。

【００１９】図２を参照して、歩幅算出回路１６におけ
る歩幅の算出を以下より詳細に説明する。

【００２０】まず、走行速度を設定して「ＳＴＡＲＴ」
する。ステップＳ１で、着地検出回路１０が利用者の最
初の着地を検出すると、着地検出回数（以下、着地回
数）ｎに１が設定される。ステップＳ２で距離Ｄを初期
化して０にし、ステップＳ３に進む。

【００２１】ステップＳ３で回転速度センサ５がモータ
３の回転速度Ｖを検出する。ステップＳ４では回転速度
Ｖにサンプリング時間ｄｔを乗算して距離Ｄに加算し、
改めて距離Ｄとして格納する。すなわち、距離Ｄとして
サンプリング時間ｄｔ内の走行面の移動距離が検出され
る。その後、ステップＳ５に進み、新たな着地検出信号
の検出の有無を判別する。新たな着地検出信号を検出し
ていなければ、Ｎの矢印に従ってステップＳ３に戻りス
テップＳ５までを繰り返す。すなわち、新たな着地検出
信号を検出するまでは距離Ｄを更新し続ける。

【００２２】ステップＳ５において新たな着地検出信号
を検出した場合には、ステップＳ６に進み着地回数ｎを
１つ増やし、ステップＳ７にて距離Ｄを歩幅Ｗとして歩
幅表示器１４に表示する。ステップＳ８において、何ら
かの手段によりトレッドミルが中断信号を受け取ったか
否かを判別する。受け取っていなければＮの矢印に従っ
てステップＳ２に戻り距離Ｄをクリアして０とする。ま
た、中断信号を検出した場合にはＹの矢印に従って「Ｅ
ＮＤ」に進み終了する。

【００２３】本実施形態によれば、あらかじめ算出した
サンプリング時間間隔におけるモータ３の回転速度Ｖか
ら距離Ｄを算出するとともに、着地検出信号を検出する
までは距離Ｄを更新し続け、着地検出信号を検出した時
点で得られる距離Ｄを歩幅Ｗとみなすため、モータ３の
回転速度が利用者の走行途中で変化しても正確な歩幅を
得ることができる。

【００２４】なお、図１及び図２で算出した歩幅Ｗを利
用して様々な機能を付加したトレッドミルを図３乃至図
６を参照して以下に説明する。

【００２５】図３は、本発明による他の実施形態におけ
るトレッドミルの概略全体図であり、図１と同一部分に
は同一符号を付け説明を省略する。

【００２６】図３に示す実施形態においては、ＣＰＵ２
１が、インターフェース２２を介して回転速度検出セン
サ５や着地検出回路１０からの出力を受け取る。また、
ＣＰＵ２１にはＲＯＭ２３とＲＡＭ２４が接続されてお
り、ＲＯＭに記憶されたフローチャートに従って、ＲＡ
Ｍをレジスタ等として用いつつ、歩幅、平均歩幅、奇数
歩や偶数歩における平均歩幅を算出する。更に、歩幅表
示器１７、平均歩幅表示器１８、奇数歩の平均歩幅表示
器１９、偶数歩の平均歩幅表示器２０が設けてあり、イ
ンターフェース２２を介してＣＰＵ２１において算出し
た結果を表示する。

【００２７】本実施形態におけるＣＰＵ２１での歩幅、
平均歩幅、奇数歩や偶数歩における平均歩幅の算出を図
４乃至図６を参照して、以下より詳細に説明する。

【００２８】図４に示すように、走行速度を設定して
「ＳＴＡＲＴ」する。次に、ステップＳ１０１で着地検
出回路１０が利用者の着地を検出すると、着地検出回
数、すなわち、着地回数ｎを１に設定するとともに、偶
数歩幅Ｗｒ及び奇数歩幅Ｗｌを初期化して０に設定す
る。次いで、ステップＳ１０２で距離Ｄを初期化して０
に設定し、ステップＳ１０３に進む。

【００２９】ステップＳ１０３で回転速度センサ５がモ
ータ３の回転速度Ｖを検出する。ステップＳ１０４では
回転速度Ｖにサンプリング時間ｄｔを乗算して距離Ｄに
加算し、改めて距離Ｄとして格納する。すなわち、距離
Ｄを更新する。その後、ステップＳ１０５に進み着地検
出信号の検出の有無を判別する。着地検出信号を検出し
なければステップＳ１０３に戻りステップ１０５までを
繰り返す。すなわち、着地検出信号を検出するまでは距
離Ｄを更新し続ける。

【００３０】ステップＳ１０５において着地検出信号を
検出した場合には、ステップＳ１０６に進み着地回数ｎ
を１つ増やし、ステップＳ１０７にて距離Ｄを歩幅Ｗと
して歩幅表示器１７に表示する。

【００３１】次に、ステップＳ１０８で歩幅Ｗを歩幅デ
ータＷｎとし、歩幅データＷｎを図３に示すＲＡＭ２３
内のレジスタＷｎに格納する。すなわち、ＲＡＭ２３に
は着地回数分の歩幅データが保存される。

【００３２】次にＲＡＭ内に記憶されたデータを用いて
平均歩幅を算出するステップＳ２００や奇数歩や偶数歩
の歩幅平均をそれぞれ算出するステップＳ３００に進
む。ステップＳ２００やステップＳ３００を終了後はス
テップＳ１０９に進み中断信号を受け取ったか否かを判
別する。中断信号を受け取っていない場合はステップＳ
１０２に戻り、中断信号を受け取った場合は「ＥＮＤ」
に進み終了する。

【００３３】図５を用いて平均歩幅算出を行うステップ
Ｓ２００を説明する。予め、何歩で平均を取るかの歩数
Ａを設定しておく。

【００３４】まず、ステップＳ２０１で着地回数ｎが設
定歩数Ａの整数倍かどうか判別する。整数倍だった場合
はＹの矢印に従って、ステップＳ２０２に進み、整数倍
でなかった場合にはＮの矢印に従って「ＥＮＤ」に進
み、図４のステップＳ１０９に進む。

【００３５】ステップＳ２０２においては、ＲＡＭ２４
に格納してある歩幅データＷｎの総和を求めて設定歩数
Ａで除算することにより平均歩幅Ｍを求めることができ
る。

【００３６】例えば１０歩ごとに平均歩幅を算出する場
合には設定歩数Ａを１０とし、着地回数が１０の整数倍
の場合のみ平均歩幅を算出する。この場合、第１回目の
平均歩幅算出時にはｎは１から１０までの値を取るた
め、歩幅データＷ１から歩幅データＷ１０までがＲＡＭ
２３に保存されており、平均歩幅Ｍは歩幅データＷ１か
ら歩幅データＷ１０までの平均値となる。

【００３７】平均歩幅Ｍを算出したらステップＳ２０３
に進み、平均歩幅表示器１８に平均歩幅Ｍを表示して
「ＥＮＤ」に進み終了する。すなわち、図４に示すステ
ップＳ１０９に進む。なお、不要となった歩幅データは
適当に消去してもよい。

【００３８】図６を参照して奇数歩や偶数歩の歩幅平均
をそれぞれ算出するステップＳ３００について説明す
る。

【００３９】ステップＳ３０１において、着地回数ｎが
奇数か偶数か、すなわち奇数歩の着地か偶数歩の着地か
を判別する。奇数であればステップＳ３０２に、偶数で
あればステップＳ３０５に進む。

【００４０】着地回数ｎが奇数であれば、ステップＳ３
０２で奇数歩幅Ｗｌに歩幅データＷｎを加算して新たな
奇数歩幅Ｗｌとする。すなわち、帰趨歩幅Ｗｌを更新す
る。ステップＳ３０３で奇数歩幅平均Ｍｌを算出する。
すなわち、着地回数ｎが奇数の歩幅データＷｎのみを奇
数歩幅Ｗｌに加算し、歩幅データＷｎの加算回数で除算
し奇数歩幅平均Ｍｌとする。次に、ステップＳ３０４で
奇数歩幅平均Ｍｌを奇数歩の平均歩幅表示器１９に表示
し終了する。

【００４１】着地回数ｎが偶数であれば、ステップＳ３
０５で偶数歩幅Ｗｒに歩幅データＷｎを加算して偶数歩
幅Ｗｒとし、ステップＳ３０６で偶数歩幅平均Ｍｒを算
出する。すなわち、着地回数ｎが偶数の歩幅データＷｎ
のみを偶数歩幅Ｗｒに加算し、歩幅データＷｎの加算回
数で除算し偶数歩幅平均Ｍｒとする。次に、ステップＳ
３０７で偶数歩幅平均Ｍｒを偶数歩の平均歩幅表示器２
０に表示して終了、すなわち、図４に示すステップＳ１
０９に進む。

【００４２】なお、ステップＳ２００またはステップＳ
３００のどちらか一方あるいは両方を同時に処理しても
よいまた、上記実施形態においては、奇数歩や偶数歩の
歩幅平均として歩幅を算出したが、例えば、予め利用者
が第１歩目を右足から開始するとして利用すれば、右足
による歩幅の平均と左足による歩幅の平均として算出す
ることもできるため、左右個別の歩幅平均として表示す
ることもできる。

【００４３】更に、平均歩幅の算出は図５に示す以外
に、例えば一歩ごとの歩幅を蓄積して常時平均歩幅を算
出し表示を行ってもかまわない。

【００４４】以上述べたように、図１乃至図６に示す各
実施形態において利用者の歩幅はモータ３の回転速度Ｖ
とサンプリング時間ｄｔから算出したが、ベルト１の移
動距離から利用者の歩幅を算出してもよい。

【００４５】例えば、投光器、受光器及び遮断光検出器
から成るベルト移動距離算出手段を設けるとともに、ベ
ルト１の所定箇所にスリットを所定間隔毎に設ける。投
光器の光はベルト１に設けたスリット部を通過して受光
器が受光しているが、ベルト１の移動によりスリットの
無い部分が投光器の光を遮ると、遮断光検出器が光遮断
信号を歩幅算出回路１６に出力する。

【００４６】歩幅算出回路１６においては、着地検出回
路１０からの出力信号を基準として遮断光検出器の信号
の出力回数と予めベルト１に設けたスリットの間隔とか
らベルト１の移動距離を算出する。本実施形態によれ
ば、利用者の走行中に速度が変化してもベルト１の移動
距離を利用者の歩幅として計測することができるため、
より正確な歩幅を検出することができる。

【００４７】なお、ベルト１に対して何も加工を行わず
ベルト１の移動距離を検出する場合には、非接触式距離
計測器、例えば株式会社小野測器発行の「’９３〜’９
４総合カタログＶｏｌ．１７」第４４１頁〜第４４４頁
に記載された空間フィルタ式速度検出器を用いてベルト
１の移動距離及びベルト１の移動速度を検出してもよ
い。

【００４８】また、ベルト１の移動距離を移動距離検出
手段により検出する場合には、図２に示すステップＳ３
乃至ステップＳ６と図４に示すステップＳ１０３乃至ス
テップＳ１０６は必要なく、ベルト１の移動距離を距離
Ｄとして後工程で利用してもよい。本実施形態ではベル
ト１の移動距離を検出する移動距離検出手段を設けたこ
とにより、利用中に走行速度が変化してもより正確な歩
幅を算出するトレッドミルを得ることができる。

【００４９】なお、図１乃至図６に示す実施形態を適宜
組み合わせてもよい。その他、種々の置換、変更、組み
合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、利用者の走行中に走行
速度が変化しても正確な歩幅を算出することができ、走
行訓練や歩行訓練を行う際に指導者が訓練度合の目安と
して用いるのに適した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】本発明の一実施形態におけるトレッドミルを示
すブロック図である。

【図２】図１に示す実施形態における歩幅算出のフロー
を示すフローチャートである。

【図３】本発明の他の実施形態におけるトレッドミルを
示すブロック図である。

【図４】図３に示す実施形態における歩幅算出のフロー
を示すフローチャートである。

【図５】図４に示す歩幅算出方法の平均歩幅算出のフロ
ーを示すフローチャートである。

【図６】図４に示す歩幅算出方法の奇数歩や偶数歩の平
均歩幅算出のフローを示すフローチャートである。

【図７】従来のトレッドミルの一例を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１：ベルト １ａ：走行面 １
ｂ：走行板 ２：ローラ ３：モータ ３
ａ：回転軸 ４：サーボ制御回路 ５：回転速度センサ
６：速度表示器 １０：着地検出回路 １１：計時回路 １２，
１６：歩幅算出回路 １３：平均歩幅算出回路 １４，１７：歩幅表示器 １５，１８：平均歩
幅表示器 １９：奇数歩の平均歩幅表示器 ２０：偶数歩
の平均歩幅表示器 ２１：ＣＰＵ ２２：インターフェース ２３：ＲＯＭ
２４：ＲＡＭ

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動手段によって回動する無端軌道面上を
   利用者が歩行又は走行する運動訓練装置において、 駆動手段の駆動速度を検出する駆動速度検出手段と無端
   軌道面上への利用者の着地を検出する着地検出手段と着
   地検出手段からの着地検出信号に基づき駆動速度検出手
   段の検出した駆動速度を積分して利用者の着地間におけ
   る無端軌道面の移動距離を算出する歩幅算出手段を備え
   たことを特徴とする運動訓練装置。