JPWO2013153635A1 - トレーニング装置 - Google Patents

Abstract

負荷の適正度合いを評価する機能を備えたトレーニング装置を提供する。
トレーニング装置は、トレーニング機と、検出手段と、演算手段とを備える。トレーニング機は、トレーニング動作に応じて変位する変位部およびトレーニング動作中にトレーニング実施者に負荷を与えるための負荷生成部を備える。検出手段は、変位部の変位を検出する。演算手段は、時間軸上において検出部で検出した変位に含まれるトレーニング動作一単位分の波形が有する固有の値を複数の波形について少なくとも１つずつ取得し、複数個取得した固有の値についてばらつき、変化の傾向、および所定値との乖離のうち少なくとも１つを評価する。演算手段は、その評価に従って負荷生成部の制御、負荷生成部に設定する負荷値の算出および評価結果の報知のうち少なくとも１つを実行する。

Description

本発明は、トレーニング装置に関する。

従来、例えば、日本特開２０１１−１４３２６６号公報に開示されているように、身体能力向上等の特定の目的を達するためのトレーニングに資するように、トレーニング実施者の運動を評価する機能を備えた装置が知られている。この公報では、具体的には、体性感覚運動統合評価訓練システムを開示しており、身体能力のうち特に運動感覚を評価する機能を備える装置を開示している。

日本特開２０１１−１４３２６６号公報 日本特開２００５−３２８９２６号公報 日本特開２００９−４５２３６号公報 日本特開２０１１−６７３１９号公報

トレーニングを行う際には、その目的に応じて、多くの場合、各種トレーニング装置（トレーニング機）が用いられる。以下、「トレーニング」と記載した場合には、高齢者或いは病後のリハビリテーション等の各種の訓練も含むものとする。トレーニングを実施する状況は多岐に渡り、健常者や運動選手の筋力トレーニング、高齢者介護予防或いは病後のリハビリテーション等を含む様々な場面で、種々の目的を達成するためのトレーニングが実施されている。

筋力トレーニングを効果的に実施する為には、トレーニング装置においてトレーニング実施者に適切な負荷を加えつつ、予定した運動を継続的に実施させる必要がある。負荷が重過ぎれば適切なトレーニング動作を実施できず、負荷が軽すぎれば所望のトレーニング効果を得ることができないからである。このような観点において、特にリハビリテーション等の現場においては、トレーナー等がトレーニング実施者本人（リハビリ対象者）の運動を目視観察等するとともに本人とのコミュニケーションを図り、トレーナー等がその表情等を含む状況を総合的に勘案して、負荷の軽重を調節していた。しかしながら、このような実情のもとでは、トレーナー等の負担が増大するし、また運動観察やコミュニケーション等を図ってもトレーナー等個人の力量に頼る限り観察精度や負荷調節の妥当性判断には限界がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、負荷の適正度合いを評価する機能を備えたトレーニング装置を提供することを目的とする。

本発明にかかるトレーニング装置は、トレーニング機と、検出手段と、演算手段とを備える。トレーニング機は、トレーニング動作に応じて変位する変位部および前記トレーニング動作中にトレーニング実施者に負荷を与えるための負荷生成部を備える。検出手段は、前記変位部の変位を検出する。演算手段は、時間軸上において前記検出部で検出した前記変位に含まれるトレーニング動作一単位分の波形が有する固有の値を複数の波形について少なくとも１つずつ取得し、複数個取得した前記固有の値についてばらつき、変化の傾向、および所定値との乖離のうち少なくとも１つを評価する。演算手段は、その評価に従って前記負荷生成部の制御、前記負荷生成部に設定する負荷値の算出および前記評価結果の報知のうち少なくとも１つを実行する。

上記本発明の一つの好ましい形態として、前記演算手段は、ピーク点特定手段と算出手段とを含む。ピーク点特定手段は、複数の前記波形のそれぞれについて、変位座標成分が最大値となる点であるピーク点を、前記固有の値として特定する。算出手段は、変位座標に見た複数の前記ピーク点のばらつきの大きさ、複数の前記ピーク点の増減の傾向、および複数の前記ピーク点の所定変位との差分のうち少なくとも１つに基づいて、前記負荷生成部を制御し又は前記負荷生成部で設定すべき負荷値を算出する。

上記本発明の他の好ましい形態として、トレーニング装置は、単位波形評価手段を更に備える。単位波形評価手段は、前記検出部で検出した前記変位に含まれるトレーニング動作一単位分の１つの波形の形状に基づいて、前記演算手段による前記負荷生成部の制御又は前記演算手段が算出した前記負荷生成部で設定すべき負荷値を算出する。前記演算手段は、前記演算手段による制御内容又は負荷値の内容に対して、前記単位波形評価手段による制御内容又は負荷値の内容を算入して、前記負荷生成部を制御し又は前記負荷生成部に設定する負荷値を算出する手段を含む。

上記本発明の更に他の好ましい形態として、前記単位波形評価手段は、対称性判定手段とパターン判定手段とを含む。対称性判定手段は、前記１つの波形の対称性が所定の度合いよりも低いか否かを判定する。パターン判定手段は、前記判定手段で対称性の低い波形が算出された場合には、前記対称性の低い波形が所定パターンと一致するか否か又は所定度合い以上近似するか否かを判定する。トレーニング装置は、前記対称性の低い波形が前記所定パターンと一致又は所定度合い以上近似する場合には、所定の信号を出力する出力手段をさらに備える。

本発明によれば、トレーニング動作一単位分の波形の間の関係に基づいて、負荷の適正度合いを評価することができる。

本発明の実施の形態１にかかるトレーニング装置のシステム構成を示す図である。 本発明の実施の形態にかかる、運動状況に基づく負荷制御技術について説明するための図である。 本発明の実施の形態にかかる、運動状況に基づく負荷制御技術について説明するための図である。 本発明の実施の形態にかかる、運動状況に基づく負荷制御技術について説明するための図である。 本発明の実施の形態にかかる、運動状況に基づく負荷制御技術について説明するための図である。 本発明の実施の形態にかかる、運動状況に基づく負荷制御技術について説明するための図である。 本発明の実施の形態にかかる、運動状況に基づく負荷制御技術について説明するための図である。 本発明の実施の形態にかかる、運動状況に基づく負荷制御技術について説明するための図である。 本発明の実施の形態にかかる、運動状況に基づく負荷制御技術について説明するための図である。 本発明の実施の形態にかかる、運動状況に基づく負荷制御技術について説明するための図である。 本発明の実施の形態にかかる、運動状況に基づく負荷制御技術について説明するための図である。 本発明の実施の形態にかかる、運動状況に基づく負荷制御技術について説明するための図である。 本発明の実施の形態にかかる、運動状況に基づく負荷制御技術について説明するための図である。 本発明の実施の形態においてトレーニング装置１０の演算装置２０が実行するルーチンのフローチャートである。

実施の形態の装置の構成．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるトレーニング装置のシステム構成を示す図である。図１には、トレーニングを実施しているユーザ２も併せて示している。本実施形態にかかるトレーニング装置１０は、筋力トレーニング機１２を備えている。筋力トレーニング機１２は、いわゆるレッグプレスを行うことができ、レッグプレスの際にユーザ２が脚を固定する可動部１６を備えている。レッグプレスは、膝を伸ばす運動であり、下肢全体の筋力を強化し、立ち上がる、歩く、座るなどの基本動作に必要な筋力を向上させることができる。

トレーニング装置１０は、演算装置２０を備えている。演算装置２０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）と、ＲＯＭ，ＲＡＭ等のメモリデバイスと、各装置との信号入出力を担う入出力インターフェースとを内蔵する。運動状況検出器２２、運動負荷変更装置２８と接続するとともに、記憶装置２６とも接続している。演算装置２０は、記憶装置２６内に予め保存された運動状況解析用演算プログラムを実行することができる。演算装置２０は、運動状況検出器２２からの信号を受け、記憶装置２６との協働によってその運動状況解析用演算プログラムを実行し、運動状況の解析結果を記憶装置２６内の所定アドレスにデータベースの形態で保存することができる。記憶装置２６は、ＨＤＤなどの大容量記憶デバイスを含んでもよい。

運動状況検出器２２は、筋力トレーニング機１２においてユーザ２がトレーニングを行っている際における、ユーザ２のトレーニング動作の状況を検出する。具体的には、筋力トレーニング機１２には、可動部１６の位置を検出するためのエンコーダ２２ａが取り付けられている。エンコーダ２２ａは、可動部１６の位置に応じて比例的に増加する値を示す出力信号を発する。エンコーダ２２ａの出力信号はエンコーダ信号検出器２２ｂに供給される。

エンコーダ信号検出器２２ｂは、エンコーダ２２ａの出力信号をサンプリングするサンプリング回路を含んでいる。本実施の形態では５０ミリ秒周期で出力信号の取り込みが実施されるものとする。エンコーダ信号検出器２２ｂはその出力信号と距離とを対応付けた関数を記憶しており、この関数に従って距離Ｌを算出することができる。このようにして、運動状況検出器２２は、エンコーダ２２ａからの電気信号を受けて、可動部１６の移動に係る情報（図１の紙面左右方向を軸とした位置、変位、変位速度等）を検出することができる。なお、運動状況検出器２２には、日本特開２０１１−６７３１９号公報に記載されている筋力トレーニング機械の運動状況検出装置にかかる構成を利用してもよい。

運動負荷変更装置２８は、筋力トレーニング機１２におけるレッグプレス動作の負荷（具体的には、トレーニング実施中における可動部１６の変位を妨げる負荷）を調節するための負荷生成部として働く。運動負荷変更装置２８には、複数の錘２９が負荷錘（同じ負荷錘を多数備えても良いし、異なる重さの負荷錘を所定数ずつ備えてもよい）として搭載されている。錘２９は可動部１６と連結されている。この連結により、現時点で設定している錘２９の重さに応じた負荷が可動部１６へと付与され、レッグプレス動作の負荷となる。運動負荷変更装置２８は、演算装置２０からの制御信号により指定される負荷を実現するように、指示された負荷の大きさに合わせて予め定められた負荷錘の選択パターンに従って、それら複数の負荷錘を組み合わせる。

このようにすることで、ユーザ２や他の補助者による負荷調節作業を要求することなく、演算装置２０の制御によって負荷の調節を自動的に行うことができる。なお、好ましくは、運動負荷変更装置２８は、日本特開２００９−４５２３６号公報に記載されている筋力トレーニング用負荷付与装置にかかる構成を搭載してもよい。なお、負荷生成のための装置は、必ずしも錘の調節のような機械的な仕組みのものに限定されない。油圧式、電磁式その他の各種物理的な原理を用いて抵抗力を発生させる装置を用いて可動部１６に負荷を与えても良い。

トレーニング装置１０は、入力部３０および表示部３２を備えている。入力部３０は、演算装置２０と接続している。表示部３２は、具体的には、液晶パネル等から構成されたディスプレイ装置であり、演算装置２０での運動状況解析結果を出力する。なお、表示部３２と入力部３０とがタッチパネルディスプレイ等として一体に構成されていても良い。

実施の形態の装置の判定及び制御の動作．
［解析基本データ］
図２乃至図１３は、本発明の実施の形態にかかる、運動状況に基づく負荷制御技術について説明するための図である。前述したように、本実施形態にかかるトレーニング装置１０はレッグプレスを行うための装置である。

トレーニング装置１０のユーザ２は脚を伸ばして縮めるという一単位の動作を繰り返す。この一単位の動作により、エンコーダ２２ａの出力信号の値は一定期間増加し、その後減少に転ずる。これを距離Ｌと時間ｔの二次元平面上に図示したのが図２である。図２には理想的な形態として三角波形を描いているが、人間の動作であるため実際には有る程度対称性が損なわれた曲線波形となる。
ユーザ２のレッグプレス動作に伴って、図２および図３に示すように、運動開始位置（Ｌ＝０）から距離Ｌが一定の最大値まで増加し、その後、減少してもとの値に戻るという波形が描かれる。以下、レッグプレスの往復動作一単位において、脚を伸ばすことで距離Ｌが増加する期間を時間Ｔ_１とし、脚を縮めることで距離Ｌが減少する期間を時間Ｔ_２とする。本実施の形態では、一例として、往路（伸ばす）に４秒かけ、復路（縮める）に４秒かけてレッグプレスの往復運動を行うことを前提とするものとする。それぞれの三角波形の最大値を頂点Ｐと称し、１回目の往復運動の頂点をＰ１、２回目の往復運動の頂点をＰ２、・・・、ｎ回目の往復運動の頂点をＰｎとも称す。ただし、ｎは正の整数である。

トレーニング装置１０は、演算装置２０に対して下記の処理（１）および処理（２）を実行させることによって、現在の錘２９による負荷が適切であるか否かを判定することができる。各処理の内容は記憶装置２６にプログラムとして記憶されている。
処理（１）は、複数の頂点Ｐの関係に基づいて負荷の妥当性を判定する処理である。
処理（２）は、１つの波形の対称性などに基づいて負荷の妥当性を判定する処理である。
なお、以下に述べる解析方法や演算処理（判定処理）において評価のために「所定値」を用いている。この所定値は解析手法ごとや処理ごとに異なる値を用いることが普通であるが、可能であれば複数の解析手法、処理の間で共用してもよい。

［複数の頂点Ｐの関係に基づいて負荷の妥当性を判定する処理］
図４乃至９は、本実施の形態において演算装置２０が実行する負荷妥当性判定処理の処理内容を説明する為の図である。本実施の形態では、複数の三角波形の頂点Ｐ１、Ｐ２、・・・Ｐｎのうち所定個数を利用して、それらの頂点の位置関係に基づいて、負荷の妥当性の判定を行う。具体的には、本実施の形態では、図４などにあるとおり６つの波形それぞれの頂点の位置関係を判定に利用する。
頂点Ｐの抽出は、エンコーダ２２ａの出力を監視することで行うことができる。すなわち、図２にも示したとおり、往路と復路との間で距離Ｌの増大と減少とが切り替わるため、その切り替わりの点を頂点Ｐとして抽出することができる。つまり、頂点Ｐは、距離Ｌの軸上における、往復運動の折り返し位置である。
なお、本実施の形態では６つの頂点Ｐを解析に用いるが、解析に使用する頂点Ｐの個数は２つ以上であればよく、また６つより多数であってもよい。

本実施の形態では、解析方法として下記のものを用いる。
（解析方法１）
複数の頂点Ｐのばらつきを解析する。つまり、距離Ｌの軸上における折り返し位置のばらつきを解析する。ばらつきの評価は、例えば平均偏差の大きさに基づいて行えばよい。頂点Ｐのばらつき（折り返し位置のばらつき）が小さいほど、つまり頂点Ｐの距離軸方向成分の値が同一であるほど、負荷がより妥当であると考えられる。また、設定した所定折り返し位置Ｌ１と、頂点Ｐの位置が近いほど、負荷がより妥当であると判定してもよい。

図４に示す波形の場合には、複数回の折り返し位置（頂点Ｐの距離方向成分）がほぼ水平に近い状態であり、いずれの頂点Ｐも設定した折り返し位置（距離Ｌ１）に近い。そこで、図４の場合には、負荷は適正と判定され、負荷の変更は行われない。一方、図６に示すように折り返し位置（頂点Ｐ）が不規則でばらばらである場合には、負荷は重いと判断され、次回以降のトレーニング開始時には負荷が軽減される。具体的には、平均偏差の大きさが所定値より大きい場合には、図６のごとく負荷が重いと判断される。

（解析方法２）
ここで、複数の頂点Ｐ全体を現すために作成した直線、折れ線、曲線を、「ピーク線」とも称す。本実施の形態では、ピーク線は複数の頂点Ｐの間をつなげて作成した線としている。しかしながら、本発明はこれに限られず、複数の頂点Ｐに対して最小二乗法などを適用して作成した線でもよく、複数の頂点Ｐに対して直線あるいは曲線でフィッティングを行って作成した線であっても良い。

図５では、折り返し位置（頂点Ｐの距離方向成分）が、時間の経過とともに徐々に増大し、ピーク線が右肩上がりの傾斜になっている。しかも、最終的に所定の折り返し位置（Ｌ１）に到達している。このようなパターンは、適正なトレーニング動作が行われているとはいえないものの、その要因の特定が困難であるため、現時点では負荷の変更は行わない。図５のケースに該当するか否かの判定は、ピーク線の傾きが増加（正の値）を示しているか否かの判定や、その傾きが所定値以上か否かを判定すればよい。

図７では、折り返し位置（頂点Ｐの距離方向成分）が、時間の経過とともに徐々に減少し、ピーク線が右肩下がりの傾斜になっている。この場合には、現在の負荷が、ユーザ２にとって適切ではなく重いと考えることができる。そこで、次回以降のトレーニング開始時には負荷が軽減される。図７のケースに該当するか否かの判定は、ピーク線の傾きが減少（負の値）を示しているか否かの判定や、その負の値が所定値を下回るか否かを判定すればよい。

（解析方法３）
図８では、折り返し位置（頂点Ｐの距離方向成分）が当初上がり調子であったものが途中から下がり調子となっており、ピーク線が山の形状を有している。これは、過負荷によりユーザ２が疲労していることによるものと考えられるため、負荷が重いと判定される。そこで、次回以降のトレーニング開始時には負荷が軽減される。図８のケースに該当するか否かの判定は、ピーク線の傾きが増加（正の値）と減少（負の値）の両方を有しているか否かの判定や、その正の値の絶対値および負の値の絶対値がそれぞれ所定値以上か否かを判定すればよい。

（解析方法４）
図９は、距離Ｌ１の設定間違い等により全体のストロークが短く検出されている状態を示す。この場合は、距離Ｌ１に基づく評価はできないので、このＬ１を再設定（図９であれば、より小さな値に設定）する。負荷の変更はしない。図９のケースに該当するか否かの判定は、ピーク線と距離Ｌ１との平均的な距離が所定値以上に大きいか否かを判定すればよい。

（他の解析方法）
上述した解析方法のほか、負荷の妥当性の判断は、「ストロークの平均値」を求めて所定値と比較してもよい。また、「折り返し位置の最大値と最小値との差（つまり、頂点Ｐの最大値と最小値の差）」を所定値と比較して、その最大値と最小値の差が小さいほど負荷が妥当であると判断してもよい。また、複数の三角波形の間で、特に隣接する２つの三角波形の間で、「頂点Ｐの差分を取りその差の大きさ」を所定量と比較し、２つの頂点Ｐの差分が小さいほど負荷が妥当であると判断してもよい。また、「ピーク線の傾きの大きさ」を所定傾きと比較し、この傾きが小さいほど負荷が妥当であると判断してもよい。「折り返し位置からの所定位置に対する差分の大きさ」を所定値と比較してもよい。

上記の解析方法によって得られた解析結果は、負荷の妥当性を量的に表すための「妥当性パラメータ」として算出してもよい。たとえば、上述した各解析方法で、それぞれ所定値との比較を行う処理を説明しているが、所定値との差分を計算し、その差分と妥当性パラメータの算出を所定規則（例えば比例関係）に従って行ってもよい。この妥当性パラメータの値が大きいほど負荷が妥当であるという規則を設定した場合は、ばらつきの値などが小さいほど妥当性パラメータの値を大きく算出すればよい。

［１つの波形の対称性などに基づいて負荷の妥当性を判定する処理］
本実施の形態では、上記の「複数の頂点Ｐの関係に基づいて負荷の妥当性を判定する処理」に加えて、下記の処理も付随的に実行するものとする。これにより、上記の「複数の頂点Ｐの関係に基づいて負荷の妥当性を判定する処理」のみでは判断が難しい場合に最終的な結論を得ることができたり、或いは、より精度良く妥当性の判断を行うことができたりする。

図１０は、本実施の形態においてトレーニング装置１０が実施する、運動時間に応じた負荷の妥当性評価の一例を示す図である。前述したように、本実施の形態ではレッグプレスを往路４秒かつ復路４秒の往復運動とすることを想定している。図１０（ａ）は、往路が２秒であり、想定した４秒よりもマイナス２秒ほど短い。逆に、図１０（ｂ）は、往路が７秒であり、想定した４秒よりもプラス３秒ほど長い。この場合、図１０（ｂ）の結果のほうが、基準である４秒との乖離が大きいので、負荷の妥当性は図１０（ａ）よりも相対的に低く、負荷の変更の必要性が高いという結論となる。そこで、このような往路と復路の間の時間的関係に基づいて解析を行っても良い。

つまり、演算装置２０が、運動時間判定処理を実行してもよい。この運動時間判定処理は、往路時間と復路時間をそれぞれ基準時間と比較し、基準時間に対しての乖離が大きいほど、負荷が妥当ではないと言う判定をする処理である。運動時間判定処理の計算プログラムはあらかじめ記憶装置２６に記憶されている。

図１１は、本実施の形態においてトレーニング装置１０が実施する、運動時間に応じた負荷の妥当性評価の一例を示す図である。本実施の形態おいては、トレーニング動作の運動速度を負荷妥当性評価の判定要素とする。特に、本実施の形態では、トレーニング動作中の運動速度の変化が少ないほど、負荷が妥当であるという判断をする。図１１に示す波形からは、速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３という異なる速度（つまり距離／時間）でトレーニング動作が実施されていることが分かる。図２や図３に示す波形と比較すると、図２や図３では速度一定であり、往路と復路とでそれぞれ傾きが一定である。

そこで、演算装置２０が、速度判定処理を実行してもよい。この速度判定処理は、距離と時間の関係から速度を算出し、速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３のように異なる速度が算出された場合に、それらの各速度の大きさの違いが所定値範囲内であれば、負荷が妥当であると言う判定を行う処理である。速度判定処理の計算プログラムはあらかじめ記憶装置２６に記憶されている。

図１２は、本実施の形態においてトレーニング装置１０が実施する、運動時間に応じた負荷の妥当性評価の一例を示す図である。本実施の形態おいては、トレーニング動作のスムース度合い（滑らかさの度合い）を負荷妥当性評価の判定要素とする。特に、本実施の形態では、トレーニング動作中のスムース度合いが高いほど、負荷が妥当であるという判断をする。この点、図１２に示す波形はスムース度合いが低いことが分かる。図２や図３に示す波形と比較すると、図２や図３では直線的な波形であり、往路と復路とでそれぞれスムース度合いが高い。

そこで、演算装置２０が、スムース判定処理を実行してもよい。このスムース判定処理は、波形のスムース度合いの大きさを定量的に評価する各種公知の計算プログラムを実行し、算出したスムース度合いの値が所定値範囲内であれば、負荷が妥当であると言う判定を行う処理である。例えば、スムースな基準直線と実際に検出した段差の凹凸の各頂点との間のずれの大きさ（例えば平均値）が、所定値よりも小さいかどうか等の判定を行っても良い。スムース判定処理の計算プログラムはあらかじめ記憶装置２６に記憶されている。

図１３は、本実施の形態においてトレーニング装置１０が実施する、運動時間に応じた負荷の妥当性評価の一例を示す図である。本実施の形態おいては、トレーニング動作一単位の波形の対称性を負荷妥当性評価の判定要素とする。特に、本実施の形態では、トレーニング動作一単位の波形が、往路と復路で線対称の形状に近いほど、負荷が妥当であるという判断をする。この点、図１３に示す波形は図２、図３および図１１に示す波形と比較すると対称性が低い。図２や図３では完全に線対称の三角波形であり、往路と復路の傾きが一致している二等辺三角形である。これに対し、図１３に示す波形は、往路部分と復路部分とで非対称となっている。

そこで、演算装置２０は、対称性判定処理を実行してもよい。この対称性判定処理は、波形の往路部分と復路部分とを比較してそれらの乖離量を計算する計算処理を含み、その乖離量が小さいほど対称性が高いものとする判定、例えば乖離量が所定値範囲内であれば負荷が妥当であると言う判定を行う処理である。対称性判定処理の計算プログラムはあらかじめ記憶装置２６に記憶されている。

上記の、運動時間判定処理、速度判定処理、スムース判定処理、対称性判定処理のそれぞれにおいて負荷が妥当と判定された場合には、負荷の値は一定値に保たれる。一方、それらの間で負荷が妥当ではないと判定された場合には、例えば多数決や適宜に重み付けを行って、最終的に負荷が妥当か否かの結論を得ればよい。

負荷が妥当ではないと言う結論が得られた場合、それぞれの処理で導き出された負荷増量と負荷減量の結論を総合して、例えば多数決、平均値、重み付け等に従って、最終的な負荷調整量を算出する処理を演算装置２０に実行させればよい。また、負荷の妥当性パラメータを同様に算出してもよい。

［解析結果の利用］
（負荷制御および負荷自動制御モード）
上記の各解析方法によって負荷の妥当性判定を行ったら、その判定結果を、実際の運動負荷変更装置２８の負荷制御に利用する。利用の態様としては、負荷が妥当（適正）と判定されたのであれば、同じ負荷でトレーニングを継続し、次回以降も同一負荷でトレーニングを開始してもよい。一方、負荷が妥当ではないと判定されたのであれば、次回以降のトレーニング開始時の負荷設定時に自動的に変更（所定規則に則って増加又は減少）してもよい。自動的に負荷を変更するモードを「負荷自動制御モード」とも称す。

現在の負荷が妥当でないと判定された場合であってかつ現在の負荷が重いという判定がされた場合は、以降の負荷を低減するように演算装置２０が次回以降の負荷を算出する。逆に、現在の負荷が妥当でないと判定された場合であってかつ現在の負荷が軽いという判定がされた場合は、以降の負荷を増加するように演算装置２０が次回以降の負荷を算出する。尚、負荷の変更量或いは目標値の決定は、一回の増加、減少にそれぞれ一定量を定めておいてもよく、または妥当性パラメータの値に比例的な関係を有するように算出してもよい。

なお、複数の解析アルゴリズムの解析結果（妥当か否か、負荷増量又は低減）に齟齬、対立があった場合には、多数決や重み付けにより最終的な結論を出す調整処理を演算装置２０が実行してもよい。

（アンケートモード）
上記の説明では、負荷の値を自動的に調節するという態様を説明した。しかしながら、トレーニング装置１０が負荷の自動調節を行わなくともよい。つまり、上記の解析方法で得た解析結果の利用の態様としては、解析結果を表示部３２に表示するのみにとどめても良く、或いは、負荷として設定する候補としての負荷設定値の算出処理に反映させるのみとしてもよい。

解析結果の表示をすることで、解析結果に対してどのような措置をとるかの判断、たとえば負荷を維持、増加、低減するかの最終的な判断を、トレーナー等やユーザ２自身にゆだねても良い。また、候補として算出した負荷設定値を使用するか否かはユーザ２の任意に任せても良い。ユーザ２はその判定結果に基づく負荷設定値（負荷変更）を受け入れるか否かを、入力部３０から入力してもよい。これは一種のアンケートである。

このようなアンケートモードであっても、負荷の適正度合いを評価する機能を用いて、トレーナー等の負担を軽減し、負荷調節の妥当性判断を少ない負担で客観的且つ精度良く行うことができる。

なお、解析結果の表示は、例えば「適切」「きつい」「楽」という文字などを表示部３２に表示するようにしてもよい。演算装置２０は、負荷が妥当と判定された場合は「適切」と、負荷を低減すべきと判定された場合は「きつい」と、負荷を増量すべきと判定された場合には「楽」と、それぞれ表示部３２に表示する処理を実行する。

なお、トレーニング装置１０が「負荷自動調節モード」と「アンケートモード」の何れのモードで動作するかは、手動切替や自動切替により切り替えることができるようにすればよい。また、負荷の自動調節モードであっても、解析結果の表示を行うことは妨げられない。

実施の形態の装置の具体的処理．
図１４は、本発明の実施の形態においてトレーニング装置１０の演算装置２０が実行するルーチンのフローチャートである。

図１４のルーチンでは、先ず、演算装置２０が、今回のトレーニングが初回であるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１００）。この処理は、予め、記憶装置２６にテーブルを設けてトレーニング履歴を保存する処理を記憶させておき、ステップＳ１００ではこのテーブル中に過去のトレーニング履歴があるか否かを判定する処理を実行すればよい。トレーニング履歴が無い場合には、初回であると判定される。なお、トレーニング履歴には、トレーニング日時、ユーザ２のＩＤ、トレーニング内容（負荷の値、レッグプレス回数、時間その他の内容）などが含まれていても良い。

ステップＳ１００において初回であると判定された場合には、演算装置２０が、初期設定の負荷（所定値）を実現するように錘２９を組み合わせるための制御信号を、運動負荷変更装置２８に対して与える処理を実行する（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１００において初回ではないと判定された場合には、演算装置２０が、前回の解析結果を参照する処理を実行する（ステップＳ１２０）。本実施の形態では、記憶装置２６内に、前回の解析結果を記憶する「解析結果記憶領域」を設けるものとする。演算装置２０は、このステップにおいてこの解析結果記憶領域を参照する。この解析結果記憶領域には、後述するステップＳ１１２の運動情報解析処理の結果が保存されている。

次に、演算装置２０が、前回の解析結果から、負荷変更が必要か否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１２２）。演算装置２０は、このステップＳ１２２において解析結果記憶領域を参照する。負荷変更が必要か否かの判定結果は、後述するステップＳ１１２の運動情報解析処理の処理結果から決まる。

ステップＳ１２２において負荷変更が必要でないと判定された場合には、演算装置２０は、トレーニング履歴に保存された前回のトレーニングと同一の負荷となる錘２９の組み合わせを実現するように、運動負荷変更装置２８に制御信号を与える処理を実行する。

ステップＳ１２２において負荷変更が必要であると判定された場合には、演算装置２０が、前回より重い又は軽い負荷をセットするように、運動負荷変更装置２８に制御信号を与える処理を実行する（ステップＳ１２４）。演算装置２０は、このステップにおいてこの解析結果記憶領域を参照する。前回より重い負荷とするか又は軽い負荷とするかは、後述するステップＳ１１２の運動情報解析処理の処理結果から決まる。

次に、演算装置２０が、運動開始準備が整ったことをユーザ２に報知する処理（例えば表示部３２に運動開始可能と表示）を実行し、さらに情報収集を開始する処理を実行する（ステップＳ１０４）。情報収集を開始する処理とは、具体的には、運動状況検出器２２においてエンコーダ２２ａの出力信号のサンプリングを開始する処理である。ステップＳ１０４の後、ユーザ２が運動を開始する。

次に、演算装置２０が、運動情報収集をする処理を実行する（ステップＳ１０６）。この処理では、５０ミリ秒周期でエンコーダ２２ａの出力信号の取り込みが実施されるものとする。この期間、ユーザ２は予め定められたトレーニング予定に従ってレッグプレスを実施する。

次に、演算装置２０が、運動が終了したか否かの判定処理を実行する（ステップＳ１０８）。このステップでは、例えば、入力部３０から運動終了操作があったか否かや、今回のトレーニング予定についての入力情報がある場合にはその入力情報に基づくレッグプレス往復動作回数に現在までの運動回数が達したか否かの判定が実施される。運動終了ではないと判定された場合、処理はステップＳ１０６にループし、短周期の連続データ取り込みが継続される。

ステップＳ１０８で運動終了と判定された場合には、演算装置２０が、情報収集を終了する処理を実行する（ステップＳ１１０）。

次に、演算装置２０が、運動情報解析を行うための処理を実行する（ステップＳ１１２）。このステップでは、演算装置２０が、上述した「実施の形態の装置の判定及び制御の動作」で説明した、（１）複数の頂点Ｐの関係に基づいて負荷の妥当性を判定する処理、および（２）１つの波形の対称性などに基づいて負荷の妥当性を判定する処理を実行する。この処理により、負荷変更が必要か否かの情報、および、負荷変更が必要であれば前回より重い負荷とするか又は軽い負荷とするかの情報が、上述したように、記憶装置２６の「解析結果記憶領域」に記憶される。

次に、演算装置２０が、結果出力処理を実行する（ステップＳ１１４）。このステップでは、演算装置２０が、ステップＳ１１２の解析結果に応じて、「適切」「きつい」「楽」という文字などを表示部３２に表示する。

次に、演算装置２０が、次回の負荷決定及び保存をする処理を実行する（ステップＳ１１６）。このステップでは、ステップＳ１１２の解析結果に基づいて、次回の負荷を「解析結果記憶領域」に記憶した内容どおりとするか否かを決定する。
負荷自動制御モードであれば、ステップＳ１１２の解析結果がそのまま反映される。一方、アンケートモードであれば、ステップＳ１１４で入力部３０への情報入力を促す処理（例えば表示部３２に「アンケート回答入力待ち」等と表示する処理）を実行してもよく、入力部３０への入力操作に基づいて最終的な次回の負荷を決定してもよい。つまり、表示部３２に「きつい」又は「楽」という表示をしたとしても、入力部３０に対して「適正」という入力があった場合には、次回の負荷は今回の負荷と同一に設定されるようにしてもよい。その後、今回のルーチンが終了する。

実施の形態の装置の変形例．
（神経系異常等との判別処理）
なお、図１３は、負荷が妥当ではないという場合の一類型として示したが、図１３に示すような波形は、ユーザ２が神経系の損傷等を有している場合に得られる波形として典型的なものの一つである。図１３に示す波形は、往路においてまず速度Ｖ１で増加し、次に速度Ｖ２（但しＶ１＜Ｖ２）で急激に増加し、さらに速度Ｖ３（但し、Ｖ３＜Ｖ２）で緩やかに増加する。その後、復路において速度Ｖ４（但し、Ｖ４の絶対値は、Ｖ３の絶対値より大きい）で減少し、次いで速度Ｖ５（但しＶ５の絶対値はＶ４の絶対値よりも大きい）で更に急激に減少し、その後速度Ｖ６（但しＶ６の絶対値はＶ５の絶対値よりも小さい）で緩やかに減少する。また、往路の波形を積分値（面積Ｓ１）は、復路の波形の積分値（面積Ｓ２）よりも大きい。また、往路部分の波形と比べて、復路部分の波形は、紙面上方に向かって先細りの尖った形状を有している。

そこで、演算装置２０は、対称性の低い波形が算出された場合には、更に、その波形が図１３に示すような所定パターンと一致（又は有意に近似）するか否かを判定してもよい。一致（又は有意に近似）する場合には、神経系などの異常が疑われるという解析結果を示してもよい。或いは、負荷以外の要因によりトレーニングに異常が発生している可能性があるという解析結果を示してもよい。

その具体的な判定処理は、例えば、次の処理（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の少なくとも１つを演算装置２０が実行するものであってもよい。
処理（Ａ）は、上記のＶ１乃至Ｖ６の関係に該当するか否かの判定を行う処理である。
処理（Ｂ）は、面積Ｓ１、Ｓ２の関係に該当するか否かの判定を行う処理である。
処理（Ｃ）は、予め取得しておいた神経系異常ユーザの波形との間でフィッティングを行いその近似度（マッチング度合い）が所定％以上であるか否かの判定を行う処理である。

このような場合、演算装置２０が、負荷以外の要因でトレーニング異常が生じていることを示す「特定異常出力値」を、表示部３２に表示するなどして報知する処理を実行したり、記憶装置２６内のトレーニング履歴テーブルに記録する処理を実行してもよい。

なお、上記の「神経系異常等との判別処理」は、実施の形態にかかる「実施の形態の装置の判定及び制御の動作」で説明した（１）および（２）の処理とは、一緒に用いても良く或いは別途単独に用いても良い。
別途単独に用いる場合には、そのトレーニング装置は、筋力トレーニング機１２と、運動状況検出器２２と、演算装置２０と、記憶装置２６とを備える。そして、演算装置２０は、対称性の低い波形が算出された場合には、更に、その対称性の比較が図１３に示すような所定パターンと一致（又は有意に近似）するか否かを判定する処理を実行する。一致（又は有意に近似）する場合には、神経系などの異常が疑われるという解析結果又は負荷以外の要因によりトレーニングに異常が発生している可能性があるという解析結果を示す出力信号を発する。その出力信号に基づいて、表示部３２への表示を行ったり、外部報知をしたりしてもよく、この場合には、負荷の解析結果にかかわらず負荷変更を行わないという負荷変更停止処理を実施してもよい。
なお、上記の説明では、「負荷に起因する不適当な動作」と「神経系異常」とを判別する判別処理（神経系異常等判別処理）を説明した。ここで、神経系異常の症状は、筋肉の異常（肉離れ等）、骨の異常（疲労骨折等）、関節の異常（関節面のずれ等）に起因して発生することが考えられる。そこで、上述した判別処理は、これらの筋肉、骨、関節についての異常の有無を判定する判定処理（筋肉等異常判定処理）として提供されても良い。

（各波形の固有の値）
実施の形態では、エンコーダ２２ａの出力信号から得られる複数の波形のそれぞれについて、変位座標成分が最大値となる頂点Ｐ１、Ｐ２、・・・Ｐｎを特定することとした。この複数の頂点Ｐの値を利用して、負荷の妥当性の解析を行った。しかしながら、本発明は、頂点Ｐを用いる形態のみに限られるものではない。時間軸上においてトレーニング動作一単位分の波形が有する「固有の値」を複数の波形について少なくとも１つずつ取得し、複数個取得した固有の値についてばらつき、変化の傾向、および所定値との乖離のうち少なくとも１つを評価することができる。

この固有の値は、例えば、個々の波形の積分値（面積）や、１つの波形の長さ、波形の立ち上がりの角度、波形の頂点Ｐ位置における内角、フィッティング等で求めた波形形状を表すパラメータであってもよい。これらの固有の値は、それぞれ、距離Ｌの軸方向位置（折り返し位置、ストローク）との相関やトレーニング動作一往復にかかった時間（つまりＴ１とＴ２の合計時間であり、三角波形の底辺の長さ）との相関を有する。よって、これらの固有の値も、頂点Ｐと同様に、折り返し位置等のばらつきや増減傾向などを指し示す指標として利用することができる。これらの固有の値を用いて各トレーニング動作一単位分の波形の間の関係（ばらつきや傾向）を評価し、負荷の妥当性判断を行ってもよい。

（トレーニング運動の種類）
なお、実施の形態では、トレーニング装置１０で実施するトレーニング動作として、レッグプレスを選択した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。例えば、ヒップアブダクション、ローイング、レッグエクステンションといった各種のトレーニング動作を行うためのトレーニング装置にも、本発明を適用することができる。上半身の筋力を鍛える各種トレーニングや、四肢運動のリハビリテーションにおいて腕、肩、肘、手首、指、その他上半身、下半身の各種部位を規則的に動かすトレーニングを実施するトレーニング装置においても、本発明を適用することができる。

すなわち、上述した実施の形態では、可動部１６の位置に応じて、その位置（開始点からの距離）と時間との二次元平面上に描かれる波形を対象にして、複数の頂点Ｐに基づく解析や１つの波形に基づく解析を行った。レッグプレスのような単純な往復運動であれば、距離方向の軸を１つ決定することで足りる。

しかしながら、必ずしも本発明はレッグプレスのような単純な一次元的な往復運動（Ｘ軸のみの運動）に限定されない。二次元的又は三次元的な運動を行ったとしても、独立の座標系としてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸などの直交座標軸を選定して、それぞれの軸上で実施の形態と同様に複数の頂点Ｐに基づく解析や１つの波形に基づく解析をしてもよい。なお、直線的な往復運動のみならず、曲線的な往復運動を含んでも良く、例えば一定角度の回転を往復的に繰り返すなどのトレーニング動作であってもよい。このような場合であっても、変位（動作距離）を縦軸にとり、時間を横軸に取ることで、図２などに示す波形を抽出することができる。

レッグプレス以外の各種トレーニングにおいても、上記の実施の形態で説明したのと同様に、演算装置２０、トレーニング装置１０、運動状況検出器２２、記憶装置２６、運動負荷変更装置２８を含む図１のハードウェア構成上で実現すればよい。

（運動状況の検出方法）
なお、運動状況の検出は、筋力トレーニング機１２においてトレーニング中に変位する部位（変位部）の変位を検出するものであってもよいし、トレーニングの動作に応じたトレーニング実施者（ユーザ２）のトレーニング対象部位（実施の形態では、脚の角度や伸ばした長さ等）の変位を検出するものであってもよい。

ユーザのトレーニング動作を検出するためのセンサの構成についても、エンコーダ２２ａに限られない。位置、変位、速度、加速度、角速度、角加速度その他の物理量を電気的、機械的その他の各種物理情報として検出する各種センシング技術を用いればよい。運動状況の検出においては、トレーニング動作の加速度を加速度センサを用いて検出してもよい。例えば、スムース判定、対称性判定などのために、加速度センサを用いることができる。具体的には、トレーニング動作に応じて変位する身体部位（腕、肩、肘、手首、指、その他上半身、下半身の各種部位）に加速度センサを取り付けて、加速度の測定を行っても良い。

また、トレーニングの動作の変位についての軌跡（具体的には、二次元的な軌跡つまり平面上の軌跡、三次元的な軌跡つまり三次元空間の軌跡）を、例えばモーションセンサ等の各種センサを用いたセンシング技術によって検出してもよい。これらの検出データを所定の基準データ（基準値や基準パターン）と比較することにより、実際のトレーニングの動作と、所定の動作（現段階で予定する動作、あるいは標準的若しくは理想的な動作）との間の乖離（差異）の大きさを算出し、その算出結果を負荷制御に用いても良い。

（プログラム用記録媒体、プログラム、トレーニング方法）
なお、本発明においては、本実施の形態において説明する制御処理、演算処理、判定処理その他の処理が、ＣＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＯＭその他のプログラム用記憶媒体に記憶して提供されても良い。また、プログラム単体として流通させても良い。また、上記の実施の形態で行った制御、解析方法、処理の内容は「トレーニング方法」の発明として実施されても良い。

２ ユーザ
１０ トレーニング装置
１２ 筋力トレーニング機
１６ 可動部
２０ 演算装置
２２ 運動状況検出器
２２ａ エンコーダ
２２ｂ エンコーダ信号検出器
２６ 記憶装置
２８ 運動負荷変更装置
２９ 錘
３０ 入力部
３２ 表示部

Claims (4)

1. トレーニング動作に応じて変位する変位部および前記トレーニング動作中にトレーニング実施者に負荷を与えるための負荷生成部を備えたトレーニング機と、
   前記変位部の変位を検出する検出手段と、
   時間軸上において前記検出部で検出した前記変位に含まれるトレーニング動作一単位分の波形が有する固有の値を複数の波形について少なくとも１つずつ取得し、複数個取得した前記固有の値についてばらつき、変化の傾向、および所定値との乖離のうち少なくとも１つを評価し、その評価に従って前記負荷生成部の制御、前記負荷生成部に設定する負荷値の算出および前記評価結果の報知のうち少なくとも１つを実行する演算手段と、
   を備えることを特徴とするトレーニング装置。
2. 前記演算手段は、
   複数の前記波形のそれぞれについて、変位座標成分が最大値となる点であるピーク点を、前記固有の値として特定するピーク点特定手段と、
   変位座標に見た複数の前記ピーク点のばらつきの大きさ、複数の前記ピーク点の増減の傾向、および複数の前記ピーク点の所定変位との差分のうち少なくとも１つに基づいて、前記負荷生成部を制御し又は前記負荷生成部で設定すべき負荷値を算出する算出手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のトレーニング装置。
3. 前記検出部で検出した前記変位に含まれるトレーニング動作一単位分の１つの波形の形状に基づいて、前記演算手段による前記負荷生成部の制御又は前記演算手段が算出した前記負荷生成部で設定すべき負荷値を算出する単位波形評価手段を、更に備え、
   前記演算手段は、前記演算手段による制御内容又は負荷値の内容に対して、前記単位波形評価手段による制御内容又は負荷値の内容を算入して、前記負荷生成部を制御し又は前記負荷生成部に設定する負荷値を算出する手段を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のトレーニング装置。
4. 前記単位波形評価手段は、
   前記１つの波形の対称性が所定の度合いよりも低いか否かを判定する対称性判定手段と、
   前記判定手段で対称性の低い波形が算出された場合には、前記対称性の低い波形が所定パターンと一致するか否か又は所定度合い以上近似するか否かを判定するパターン判定手段と、
   を含み、
   前記対称性の低い波形が前記所定パターンと一致又は所定度合い以上近似する場合には、所定の信号を出力する出力手段をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のトレーニング装置。

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