JPS60215373A - トレ−ニング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はトレーニング装置に関するものであシ、更に詳
しくは、入力信号（例えば脈拍数）変化に応答して負荷
を比例制御する手段を有するトレーニング装置に関する
。

現在市場に健康運動器、エルゴメータ、トレーニング装
置等の名称で種々の装置が提供されている。

この１つにマイクロコンピュータを内臓し、その指令に
基づき身体条件（年令・体重・性別・脈拍数等）を入力
し、運動中の運動者の脈拍数と関連させ演算処理するこ
とによシ、使用者の最適負荷値及びその値下の管理脈拍
数を算出する装置が、例えば昭和５８年特許願第１２３
１７２号等によシ知られている。またこの装置によシ得
られた最適負荷値、管理脈拍数等を入力し、マイクロ・
コンピュータ内にプログラムされているプログラムに従
って使用者が運動を行なうことによシ好適なトレーニン
グを実行させる装置が、例えば昭和５８年特許願第１２
！＋１７３号等によシ知られている。この装置に於ては
、最高脈拍数から一定値をそれぞれ減算した値又は最適
負荷値下の脈拍数から一定値を増減した値を管理上限及
び管理下限脈拍数として設定し、トレーニングが開始さ
れたならば設定された初期負荷値から徐々にステップ式
で負荷値を上昇させていき、脈拍数が管理下限脈拍数に
達したならば、その時点での負荷値を維持し、管理上限
脈拍数に達したならば負荷値を減少させ、再び管理下限
脈拍数に達したならば負荷値を上昇させる、言わゆる「
ステップ制御」を用いて負荷を制御していた。

しかしこの方法では、管理脈拍数範囲内に於ける負荷値
の制御が段階的であシ、かつその間隔（１ステップ当り
の負荷変化量）が大きく、かつ、管理脈拍数内圧於ける
負荷変化段階が１ステツプのオン・オフ、多くとも２ス
テツプのオン・オフであシ、負荷値変更に対して脈拍数
の変化が時間的に遅延して表われるので管理脈拍数上限
で負荷を１ステツプ（もしくはそれ以上）下げたとして
も脈拍数は急には下がらず徐々に増加し、ある時間経過
した後はじめて減少する。同様に管理脈拍数下限で負荷
を１ステツプ、もしくはそれ以上上げたとしても脈拍数
はある時間経過してからはじめて増加する。従って管理
脈拍範囲を定めても現在脈拍数はしばしばこの範囲を逸
脱してしまい管理脈拍数範囲内で運動を維持することが
できないものであった。加えて負荷ステップ切シ換え時
の値が大きいので（例えば約１０Ｗのステップ）運動者
に対してショックを与えることにもなっていた。

従って、本発明は上記欠点に鑑みなされたものであシ、
従来の装置よりも更に好適に入力信号値　。

を所望の管理範囲内に維持することができるトレーニン
グ装置を提供することを目的とする。

前記目的は、周期的に脈拍数をサンプリングする手段と
、このサンプリングに基づき脈拍数を計算する手段と、
この脈拍数とあらかじめ設定されている目標脈拍値とを
比較しそれらの大小関係と共に差に応じた信号を発生す
る比較演算回路と、この比較演算回路の出力に応答して
負荷装置の負荷量を増減する手段と、この負荷装置の負
荷印加時間を管理するタイマ一手段とを有するトレーニ
ング装置に於て、 前記比較演算回路を、目標脈拍値に対してその上下に不
感帯を設けるための第１の設定回路と、不感帯の上下に
一定幅の比例帯を設けるための第２の設定回路と、前記
計算された脈拍数が比例帯領域内の場合、その脈拍数と
目標脈拍値との大小関係及び差に対応して負荷を比例増
減させるための信号を発生させるための偏差分演算回路
と、不感帯内脈拍判別回路、比例帯内判別回路及び上下
側比例制御時間タイマーの出力が接続されており、負荷
演算回路の制御を禁止する信号を出力する負荷禁止回路
と、比例帯負荷増減率設定回路、不感帯からの偏差分演
算回路及び負荷禁止回路の出力が接続されておシ、負荷
制御回路に必要な制御信号を発生する負荷演算回路から
構成することＫよシ達成することができる。

以下本発明を添付図面に示した１実施例を用いて説明す
る。

第１図は本発明に係る比例制御手段を有するトレーニン
グ装置１０の概略図でアリ、使用者はトレーニング装置
のチードル１上に乗υ、入出力ボックス２から伸びてい
る脈拍センサー３を耳等の脈拍測定可能個所に取り付け
ると共に、入出力ボックスの図示しないフロント・パネ
ル上のトレーニング操作手順に従ってミー操作をする。

例えば身体条件（年令・性別・目標脈拍値）の入力、ト
レーニング・プログラム（一般・減量等）の選択、トレ
ーニング時間の入力、不感帯幅、不感帯の上下に設ける
比例帯幅、及び比例帯内に於ける負荷増減率の設定（こ
れらは選択切換を自動にしておけは記憶されているメモ
リー内のデータから自動的に設定される。）。

また、トレーニング装置を用いてあらかじめ体力測定を
行なった後、トレーニング開始する場合には、体力測定
の結果得られる種々のデータを利用することができる。

例えば運動目標値（脈拍数）Ｋ対する初期負荷設定値（
比例制御開始負荷値）として運動者の最高脈拍数に和尚
する負荷値に対して一定の定数（α５〜０．８）を乗じ
た値で設定したり、又は運動最適脈拍数を運動目標値と
して使用することができる。

これら初期設定が完了したならば、使用者は入出力ボッ
クス上のスタートボタンを押圧し、ハンドル４を把りな
がらペダル５上に足を載置し、連続的に足の屈伸運動を
行なうことによりペダルに連結されている負荷装置を駆
動してトレーニングを開始する。図中６．７は後述する
トレーニング装置の制御回路６及び制御回路に応答して
負荷装置を制御する負荷制御回路７である。

第２図は制御装置６を詳細に説明するための図である。

制御装置６は基本的にはマイクロコンピュータで構成さ
れており、入出力ボックス２より入力されたデータはマ
イクロコンピュータ６の工１０を介してＲＡＭに記憶さ
れると共に、スタート・スイッチの抑圧によｐＲＯＭ内
に記憶されているプログラムをＲＡＭ内に転送及び必要
に応じてデータを呼び出すことにより、ＣＰＵはプログ
ラムに従って脈拍センサー５から工１０を介して入力さ
れる脈拍数とＲＡＭ又はＲＯＭ内のデータと比較し、所
望の制御信号を工１０を介して負荷制御装置７に出力す
る。ＲＯＭ内には前述した様に、一般・減量等のトレー
ニング・プログラム、入力されたデータ、又は体力測定
より得られるデータ等が記憶されており、これらを基に
、自動的に、目標値、不感帯幅、不感帯上下の比例帯幅
、比例帯内に於ける負荷増減率、初期負荷設定値及び運
動開始時負荷より初期負荷値までのステップ式印加数等
のトレーニングに必要な全てのデータを演算する。

第３図は本発明に係るトレーニング装置の佑１ｊ御回路
であるマイクロコンピュータを機能的にブロック図で表
わしたものである。

脈拍センサー３、例えば発光素子と受光素子とからなり
耳を把持して脈拍を検出するセンサーからの出力信号は
、好適な波形整形回路２０で整形された後、公知のパル
ス・カウンタで計数され、入出カバネル２上の脈拍表示
ユニット２２で表示される。運動者の現在脈拍数は一定
周期、例えば３秒おきに３秒ずつサンプリングされ波形
整形回路２０に入力され脈拍をなめらかにしパルス・カ
ウンタ２１で計数された後、図示しない変換回路で１分
当りの脈拍数に換算された後脈拍表示ユニット２２で表
示される。

この波形整形回路は、例えば公知の（３Ｒ素子によるフ
ィルタを用いても構成することができる。

加えて移動平均算出回路と組み合わせ、脈拍数を平均化
することにより、サンプリング周期が短い場合のサンプ
リング周期毎の差を小さくすることができる。

しかし、本発明の構成は通常の波形整形回路又はＣＲ素
子を用いて脈拍を揃えるのみで、その平均化した脈拍数
とは一致したり多少誤差のある脈拍数を計数しても、そ
れに対応する負荷変化量は後述するようにステップ制御
はど大きくなく、かつ比例制御であるので、移動平均算
出回路は、備えてなくともよい。

パルス・カウンタ２１の出力はまた、比較演算回路内の
比例帯内脈拍判別回路２３、不感帯内脈拍判別回路２４
及び不感帯からの偏差分演算回路２５の一方の入力端子
に供給されている。

入出カバネル上にはトレーニング時間設定器２６、初期
負荷値設定器２７と共に、本発明の特徴である比例帯幅
設定用スイッチ、比例帯負荷増減率設定用スイッチ、及
び不感帯設定スイッチが設けてあり、これらの１作をフ
ロント・）くネル上で操作し、自動・手動設定切換可能
である。これらの値が入力されない場合には、内臓され
たマイクロコンピュータによシ自動的に設定される。手
動設定の場合にはこれらのスイッチを手動にすると共に
、入出カバネル上の図示しないテン・キーを用いて設定
する。自動設定の場合には、比較・演算回路内の１’ｌ
ＯＭ内に記憶されているプログラムに従って後述するフ
ローチャートに示すようＫ。

例えば不感帯幅が目標値±５拍、比例帯幅が不感帯上下
限値からそれぞれ±１５拍及び比例帯負荷増減率が１拍
／１Ｗと設定される。従って、第３図に於ては、手動又
は自動で値を設定するための構成をそれぞれ不感帯設定
回路２９、比例帯幅設定回路２８、及び比例帯幅増減率
設定回路３０で表わしており、これらの出力はそれぞれ
不感帯内脈拍判別回路２４と不感帯からの偏差分演算回
路２５のそれぞれの他方の入力端子、比例帯内脈拍判別
回路２３の他方の入力端子、及び負荷演算回路３２の一
入力端子に接続されている。

従って比例帯内判別回路はパルス・カウンタから供給さ
れる現在脈拍数と比例帯幅設定回路で設定された脈拍数
範囲とを比較し、現在脈拍数が設定範囲か否かを判別し
、その結果に対応する信号を負荷制御禁止回路３１の一
方の入力に供給する。

また不感帯内脈拍判別回路２４は現在脈拍数と不感帯幅
設定回路２９の設定範囲とを比較し、現在脈拍数が設定
範囲か否かを判別し、その結果に対応する信号を負荷制
御禁止回路の他方の入力に供給する。

また不感帯幅設定回路２９の出力は不感帯からの偏差分
演算回路２５にも供給されておシ、演算回路２５は現在
脈拍数が上側又は下側比例帯内の時、現在脈拍数と、そ
の属する比例帯と不感帯との臨界値との差をその大小関
係と共に負荷演算回路３２に供給している。

負荷演算回路は、トレーニングが開始されると、トレー
ニング開始時負荷値から比例制御開始の初期設定負荷値
までを数段階（後述する第６図及び第８図に於ては６段
階）に設定し、一定時間経過するごとに１ステツプ負荷
値を増加させる。そして初期設定負荷値に達する前に不
感帯脈拍数に達した場合にはその時点で負荷値を一定程
度下げると共に比例制御が開始される。一方初期設定値
を超えても現在脈拍数が不感帯に達しなかった場合には
（その状態を一定時間保持した後）、ステップ制御から
比例制御に切シ換わる。ステップ制御から比例制御に切
り換わると、負荷演算回路は、現在脈拍数が比例帯内の
場合は、サンプリングされた脈拍数と不感帯臨界値とを
比較すると共に、不感帯からの偏差分演算回路からの信
号に応答して新たな負荷値を設定する。また現在脈拍数
が下側比例帯から不感帯に入った場合には、入った直後
のサンプリングによる脈拍数と不感帯下限値とが比較さ
れ、不感帯内脈拍判別回路からの出力信号により、負荷
制御禁止回路が動作し、負荷演算回路に制御禁止信号を
出力する。負荷演算回路はこの信号を受信すると、更な
る新しい負荷値を設定するための演算を中止し、信号を
受信した時点での負荷値を維持する。

次に本発明で用いる比例制御方法を説明する。

現在脈拍数が不感帯から上側比例帯に変化した場合には
、脈拍数が変化した直後のサンプリングに基づく脈拍数
が不感帯上限値と比較され、その差を出力する偏差分演
算回路の信号に応答して負荷演算回路は新たな負荷値を
設定する。その直後、負荷禁止回路は比例帯制御時間タ
イマーよシ設定される負荷禁止時間（例えば１５秒間）
禁止信号を出力し負荷演算回路の新たなサンプリングに
基づく負荷値の変更を禁止する。負荷演算回路は、比例
帯制御時間タイマーによる禁止時間が解除されると、そ
の直後のサンプリングに基づく脈拍数との差に対応する
偏差分演算回路の信号に応答して新たな負荷値を設定し
、負荷禁止回路により一定時間新たな負荷値の演算が禁
止される。

一方現在脈拍数が不感帯から下側比例帯に入った場合に
は、入った直後のサンプリングによる脈拍数と不感帯下
限値との比較よシ比例制御が開始される。この場合、下
側比例帯に於ける比例帯制御時間タイマーによる負荷禁
止回路の出力維持時間は、前記上側比例帯のそれよりも
長く、例えば１分に設定されている。

また現在脈拍数が上、下側いずれかの比例帯から不感帯
に変化した場合には、比例制御は直ちに停止され、不感
帯内に変化する直前の負荷が維持される。

次に第４図に示したフローチャートを用いて本発明の実
施例の回路動作を説明する。

運動者が種々の身体条件、又は運動最適脈拍数及びトレ
ーニング時間を入力した後スタート：スイッチを押圧す
ると、マイクロコンピュータはこの値を基にＲＯＭ内に
記憶されているプログラムに従って不感帯幅、脈拍上下
側比例帯幅、上下側負荷増減率定数、及び初期設定負荷
値が計算（及び入出カバネル上に表示）される。例えば
目標値として脈拍数１４０拍／分が入力されたとすると
、まずこの値の±５拍、すなわち１３５〜１４５拍が不
感帯として設定され、続いてこれらの値をそれぞれ上限
、下限値として±１５拍、すなわち１２０〜１３５及び
１４５〜１６０拍が比例帯として設定され、続いて最高
脈拍数相当の負荷値１４０ＶＮｃ一定係数を乗した値（
例えばα５）が初期設定負荷値７０Ｗとして設定される
。続いてトレーニング時間が設定されたか否かが判断さ
れ、スタート可能か否かが判断される。以上の判断が全
てＹＥＳならば、例えば入出カバネル面上でＯＫのラン
プが点滅する。そして運動者はペタルを踏むととＫよシ
、トレーニングを開始する。

トレーニングが開始されると、負荷演算回路はプログラ
ムに従って負荷値を初期設定負荷値まで徐々にステップ
式に現在脈拍数が不感帯下限に達するまでるステップで
増加させる。現在脈拍数が不感帯下限に達すると、負荷
演算回路は一程度（例えば１０Ｗ）負荷を下げるように
負荷制御回路に信号を供給する。続いて一定時間この負
荷値を維持すると共に、前述した本発明の特徴である脈
拍比例制御が開始される。　。

すなわち、一定周期毎のサンプリングに基づく現在脈拍
数の入力に対してまずその値が、比例帯内にあるか否か
が判断され、Ｎｏならば負荷制御が禁止される。ＹＥＳ
の場合は次に不感帯内にあるか否かが判断され、ＹＥＳ
ならば負荷制御が禁止される。Ｎｏの場合は次に脈拍が
上側比例帯内圧あるか否かが判断され、ＮＯの場合には
下側比例帯内か否かが判断される。Ｙ］Ｉｉ８の場合に
は上側比例制御が開始され、上側比例帯用タイマーがス
タートされると共に、不感帯上限の脈拍数と現在脈拍数
との偏差が演算され、この偏差にあらかじめ設定されて
いる増減率定数が乗じられ（この場合はマイナスの値）
その結果に対応する負荷量だけその直前の負荷量から減
算される。

一方前述した現在脈拍数が上限比例帯内でなかった場合
は、下側比例帯内か否かが判断され、ＮＯの場合には、
トレーニング時間が終了か否かが判断されＹｌ！ｉｓの
場合には、プログラムに従って徐々に負荷が減少され、
スムーズにトレーニングが終了される。ＮＯの場合には
トレーニング中止条件か否かが判断され、ＹＥＳの場合
にはただちにトレーニングが中止される。ＮＯの場合に
は脈拍が上、下側比例帯内にあるか否かのフローに戻シ
再び判断される。脈拍が下限比例帯内にある場合には、
下側比例制御タイマーがスタートすると共に、タイマー
がタイムアツプか否かが判断され、ＹＦｆＳの場合には
、不感帯下限からの偏差が測定され、この値に基づき偏
差脈拍にあらかじめ設定されている増減率定数が乗じら
れ（この場合はプラスの値）、その結果に対応する負荷
量だけその直前の負荷量に加算される。

上述した７０−チャートを用いた説明に於て、目標値を
管理脈拍数の中心値として設定し、この上下に同じ幅の
比例帯を用いて説明したが、目標値を不感帯の上下限一
方の側に近く設定することも、比例帯幅を上下で異なら
せることもできる。

また、前述した上側及び下側比例制御時間タイマーの設
定時間をそれぞれ１５秒、１分として説明してきたが最
小時間としてサンプリング周期ま　−で短かく又は長く
することも可能であるが、実際の使用に際しては脈拍数
の変化は負荷印加時点より遅れて表われるのでおのずか
ら限定される。実際社員を対象にトレーニングを行なっ
た結果、相対的に上側比例帯よシも下側比例帯の負荷制
御時間を長くとることが望ましい。

第５図から第８図は従来と本発明の装置とを用いてトレ
ーニングを行なった図である。第５図及び第６図は４２
才の男性の従来の装置及び本発明の装置を用いてトレー
ニングを行なった図であル第７図及び第８図は２６オの
女性の同様の図である。図から容易に理解できるように
、本発明の装置は従来と比較して目標値上一定幅（本発
明では不感帯、従来例では管理脈拍帯に相当）に到達し
てからの脈拍数変化が少なくかつ一定幅をはずれた場合
に於てもその範囲内への復帰がスムーズに行なわれるの
で、運動者に対して急激な脈拍数の増加・減少を伴なう
負荷変化を伴なうことなく、かつ機械的ショックを与え
ることなくトレーニングをさせることができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るトレーニング装置の概略図であり
、 第２図はトレーニング装置のブロック図であ夛、第３図
は演算回路を機能的に表わしたブロック図であり、 第４図は本発明に係る制御をフローチャートで示したも
のであり、 第５図から第８図はトレーニング時間に対して運動者の
脈拍数変化を表わす図である。 （図中符号） １：サドル、２：入出力ボックス、３：脈拍センサー、
４：ハンドル、５：ペダル、６：制御回路１．７：負荷
制御回路、１０ニトレーニング装置、２０：波形整形回
路、２１：バルスカウｙり、２２：波形表示ユニット、
２３：比例帯内脈拍判別回路、２４：不感帯内脈拍判別
回路、２５：不感帯からの偏差分演算回路、２６：トレ
ーニング時間設定器、２７：初期負荷値設定器、２８：
比例帯幅設定回路、２９：不感帯幅設定回路、３０：比
例帯負荷増減率設定回路、３１：負荷制御禁止回路、３
２：負荷制御禁止回路、３３：上下側比例制御時間タイ
マー、３４：負荷制御回路。 （＃？Ｅか３名） 第　１　図 第　２　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 周期的に脈拍数をサンプリングする手段と、このサンプ
   リングに基づき脈拍数を計算する手段と、この脈拍数と
   あらかじめ設定されている目標脈拍値とを比較しそれら
   の大小関係と共に差に応じた信号を発生する比較演算回
   路と、この比較演算回路の出力に応答して負荷装置の負
   荷量を増減する手段と、この負荷装置の負荷印加時間を
   管理するタイマ一手段とを有するトレーニング装置であ
   って、 前記比較演算回路は、目標脈拍値に対してその上下に不
   感帯を設けるための第１の設定回路と、不感帯の上下に
   一定幅の比例帯を設けるための第２の設定回路と、前記
   計算された脈拍数が比例帯領域内の場合、その脈拍数、
   と目標脈拍値との大小関係及び差に対応して負荷を比例
   増減させるための信号を発生させるための偏差分演算回
   路と、不感帯内脈拍判別回路、比例帯内判別回路及び上
   下側比例制御時間タイマーの出力が接続されておシ、負
   荷演算回路の制御を禁止する信号を出力する負荷禁止回
   路と、比例帯負荷増減率設定回路、不感帯からの偏差分
   演算回路及び負荷禁止回路の出力が接続されており、負
   荷制御回路に必要な制御信号を発生する負荷演算回路か
   ら構成されることを特徴とするトレーニング装置。