KR101337089B1

KR101337089B1 - 트레이닝 시스템

Info

Publication number: KR101337089B1
Application number: KR1020110129615A
Authority: KR
Inventors: 히로시 이시이; 시즈오 다까또우; 겐이찌 혼다; 하지메 와따나베; 고우이찌 야마다; 야스유끼 무라야마; 도시히꼬 시라이시; 신 모리시따
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼; 고쿠리츠다이가쿠호진 요코하마 고쿠리츠다이가쿠; 다께이기끼고교 가부시끼가이샤
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2013-12-05
Also published as: KR20120063438A; US9205300B2; US20150099608A1; US8932183B2; JP5598854B2; JP2012120638A; US20120142497A1

Abstract

운동자가, 근력이나 근지구력을 단련할 뿐만 아니라, 동시에, 신경근 협조성을 향상시킬 수 있는 트레이닝 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다. 본 발명은, 운동자가 몸체의 소정 부위를 트레이닝하기 위한 트레이닝 시스템(1)으로서, MR 유체를 이용하여 부하를 발생시키는 트레이닝 장치(2)와, 트레이닝 장치(2)를 제어하는 제어 장치(3)와, 트레이닝 중의 게임 화면을 표시하는 표시 수단(4)을 구비한다. 제어 장치(3)는, 트레이닝 장치(2)의 부하를 제어하면서, 운동자의 트레이닝 동작에 대응하는 게임 화면을 작성하여 표시 수단(4)에 표시시킨다.

Description

트레이닝 시스템{TRAINING SYSTEM}

본 발명은, 운동자가 트레이닝하기 위한 트레이닝 시스템에 관한 것이다.

최근, 국가 차원에서, 건강 지향이 높아져 있고, 또한, 개호 예방 등의 각종 제도가 실시되고 있다. 그에 수반하여, 트레이닝 장치에 의한 운동을 행하는 고령자 등이 증가되고 있다. 트레이닝 장치로서는, 예를 들면, 다리의 근육을 단련하기 위한 레그 프레스 머신이나, 가슴이나 팔의 근육을 단련하기 위한 체스트 프레스 머신 등이 있다. 또한, 트레이닝 장치에 있어서 운동자에게 부하를 주는 수단으로서는, 모터, 판추(금속 플레이트), 유압 등이 있다.

또한, 예를 들면, 특허 문헌 1에서는, 트레이닝 장치에 있어서, 자기 점성 유체(MR(Magnet Rheological) 유체)를 이용하여 운동의 부하를 부여하는 기술이 개시되어 있다. 이 기술에 따르면, MR 유체의 특성에 의해, 고속 응답이나 고부하를 용이하게 실현할 수 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2002-126122호 공보

그러나, 특허 문헌 1의 기술에서는, 운동자의 근력이나 근지구력을 단련할 수는 있지만, 신경근 협조성(신경과 근과의 협조성)의 향상을 도모할 수는 없다. 인간의 건강 유지에는, 근력이나 근지구력을 단련할 뿐만 아니라, 신경근 협조성을 향상시키는 것도 중요하다고 생각되고 있다.

따라서, 본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 운동자가, 근력이나 근지구력을 단련할 뿐만 아니라, 동시에, 신경근 협조성을 향상시킬 수 있는 트레이닝 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 운동자가 몸체의 소정 부위를 트레이닝하기 위한 트레이닝 시스템으로서, MR 유체를 이용하여 부하를 발생시키는 트레이닝 장치와, 트레이닝 장치를 제어하는 제어 장치와, 트레이닝 중의 게임 화면을 표시하는 표시 수단을 구비한다. 제어 장치는, 트레이닝 장치의 부하를 제어하면서, 운동자의 트레이닝 동작에 대응하는 게임 화면을 작성하여 표시 수단에 표시시킨다. 또한, 그 밖의 수단에 대해서는 후기한다.

본 발명에 따르면, 운동자가, 근력이나 근지구력을 단련할 뿐만 아니라, 동시에, 신경근 협조성을 향상시킬 수 있는 트레이닝 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 본 실시 형태의 트레이닝 시스템의 구성도.
도 2는 트레이닝 장치의 구조의 구체예를 포함하는 모식도.
도 3의 (a)는 속도 부하 관계 정보를 나타내는 그래프이며, 도 3의 (b)는 MR 유체 부하 특성 정보를 나타내는 그래프이며, 도 3의 (c)는 모터 부하 특성 정보를 나타내는 그래프.
도 4는 표시 수단에 표시되는 화면의 예를 나타내는 도면.
도 5의 (a)는 트레이닝에 관한 통상예를 나타내는 화면도이며, 도 5의 (b)와 도 5의 (c)는 트레이닝에 관한 실패예를 나타내는 화면도.
도 6은 본 실시 형태의 제어 장치의 제어 블록 등을 나타내는 도면.
도 7은 트레이닝 시스템에 있어서의 처리의 흐름을 설명하는 플로우차트.
도 8은 표시 수단에 표시되는 화면의 다른 예를 나타내는 도면.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 실시 형태라고 칭함)에 대하여, 도면을 참조(언급 도면 이외에도 적절히 참조)하면서 설명한다.

우선, 도 1을 참조하면서, 본 실시 형태의 트레이닝 시스템의 구성에 대해서 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 트레이닝 시스템(1)은, 트레이닝 장치(2), 제어 장치(3), 표시 수단(4), 음성 수단(5) 및 입력 수단(6)을 구비하고 있다.

트레이닝 장치(2)는, 운동자가 트레이닝을 행하기 위한 장치이다. 트레이닝을 행하는 몸체의 부위는, 운동자의 팔, 가슴, 배, 등, 다리 등, 어떤 부위라도 된다. 트레이닝 장치(2)는, 기구부(21), MR 유체 부하 발생부(22), MR 구동 회로(22a), 파워 어시스트 모터(23), 모터 구동 회로(23a), 부하 검지 센서(24) 및 변위 검지 센서(25)를 구비하고 있다.

기구부(21)는, 트레이닝 장치(2)에 있어서의 부하 전달 기구나 구조이며, 상세한 것은 도 2에서 후기한다.

MR 유체 부하 발생부(22)는, MR 유체를 이용한 부하 발생부이며, 예를 들면, 피스톤 구조의 내부에 MR 유체와 전자석 코일을 갖는 형태로서 실현할 수 있다. MR 유체는, 자장을 받고 있지 않을 때에는, 일반적인 유압 작동유와 마찬가지로 액상이며, 뉴턴 유체로서의 거동을 나타내지만, 외부로부터 자장이 주어진 경우에는, MR 유체 중에 균일하게 분산되었던 자성 입자가 자장 방향을 따라서 연결하고, 쇄상의 클러스터를 형성한다. 이 클러스터가 MR 유체의 변형(흐름)에 대하여 저항하기 때문에, 외관의 점도가 급격히 커져, 유동시에는 항복 응력을 갖는 소성 유체의 거동을 나타낸다.

또한, MR 유체의 자장에 의한 이와 같은 점성 변화는 가역적이며, 자장을 제외함으로써 신속하게 원래의 상태로 되돌아간다. 또한, 자장의 강도를 조절함으로써 점도 변화의 정도를 조절할 수 있다. 이 MR 유체의 상태 변화는 매우 고속으로 발생하고, 자장의 변화에 대한 응답 속도는, 수밀리미터초의 레벨이다. 따라서, MR 유체 부하 발생부(22)에 의해, 고속 응답과 고부하를 용이하게 실현할 수 있다.

MR 구동 회로(22a)는, MR 유체 부하 발생부(22)를 구동하는 회로이다.

파워 어시스트 모터(23)는, MR 유체 부하 발생부(22)에 의해 발생하는 부하(특히 초기 저항값(상세는 후기))나 기구부(21)의 기계 마찰력 등의 적어도 일부를 상쇄하여, 운동자에게 실제로 주어지는 부하가 적절한 크기로 되도록 하는 수단이다.

모터 구동 회로(23a)는, 파워 어시스트 모터(23)를 구동하는 회로이다.

부하 검지 센서(24)는, 운동자가 트레이닝 동작에 의해 발생시키고 있는 부하를 검지하는 수단이며, 예를 들면, 로드 셀에 의해 실현할 수 있다.

변위 검지 센서(25)는, 운동자에 의한 트레이닝 동작시의 소정 부위(손이나 트레이닝 장치(2)의 가동부)의 변위를 검지하는 수단이며, 예를 들면, 로터리 인코더에 의해 실현할 수 있다.

제어 장치(3)는, 입출력 인터페이스(31), 기억부(32), 연산부(33), 표시 인터페이스(34) 및 음성 인터페이스(35)를 구비하여 구성되고, 예를 들면, PC(Personal Computer)에 의해 실현할 수 있다.

입출력 인터페이스(31)는, 트레이닝 장치(2)와의 사이에서 신호의 입출력을 하거나, 입력 수단(6)으로부터의 신호를 입력하거나 하는 수단이며, 예를 들면 전자 회로로 구성된다.

기억부(32)는, 속도 부하 관계 정보(321), MR 유체 부하 특성 정보(322), 모터 부하 특성 정보(323), 게임 정보(324) 등의 각종 정보를 저장하는 수단이며, 예를 들면 ROM(Read Only Memory)이나 HD(Hard Disk) 등으로 구성된다. 또한, 기억부(32)에는, 그 밖에, 연산부(33)의 각종 동작 프로그램(도시 생략)도 저장된다.

속도 부하 관계 정보(321)는, 운동자의 트레이닝 동작의 속도와, 그때에 목표 부하와의 관계를 나타내는 정보이며, 상세한 것은 도 3의 (a)에서 후기한다.

MR 유체 부하 특성 정보(322)는, MR 유체 부하 발생부(22)에 흘리는 전류의 값과, 그때에 발생하는 부하의 크기와의 관계를 나타내는 정보이며, 상세한 것은 도 3의 (b)에서 후기한다.

모터 부하 특성 정보(323)는, 파워 어시스트 모터(23)에 입력하는 전압의 값과, 그때에 발생하는 파워 어시스트력의 크기와의 관계를 나타내는 정보이며, 상세한 것은 도 3의 (c)에서 후기한다.

게임 정보(324)는, 트레이닝에 관한 게임의 정보이며, 예를 들면, 게임 내용, 표시 화면 정보, 음성 정보 등으로 이루어지고, 상세한 것은 도 4에서 후기한다.

연산부(33)는, MR 유체 부하 제어부(331), 모터 제어부(332) 및 게임 처리부(333)를 구비하고, 예를 들면 CPU(Central Processing Unit)와 RAM(Random Access Memory)으로 구성된다.

MR 유체 부하 제어부(331)는, 운동자의 트레이닝 동작의 속도와, 속도 부하 관계 정보(321)에 기초하여, MR 유체 부하 발생부(22)의 부하를 제어한다(상세는 도 7에서 후기).

모터 제어부(332)는, MR 유체 부하 특성 정보(322)와 모터 부하 특성 정보(323)에 기초하여, 파워 어시스트 모터(23)의 파워 어시스트력을 제어한다(상세는 도 7에서 후기).

게임 처리부(333)는, 게임 정보(324)에 기초하여, 트레이닝 중의 게임에 관한 처리를 행하고, 표시 수단(4)에 표시 화면을 표시시키거나, 음성 수단(5)으로부터 음성을 출력시키거나 한다.

표시 인터페이스(34)는, 게임 처리부(333)로부터의 지시에 의해, 표시 수단(4)에 표시를 지시한다.

음성 인터페이스(35)는, 게임 처리부(333)로부터의 지시에 의해, 음성 수단(5)에 음성 출력을 지시한다.

표시 수단(4)은, 표시 인터페이스(34)로부터의 지시에 의해 표시를 행하는 것이며, 예를 들면 액정 표시기이다.

음성 수단(5)은, 음성 인터페이스(35)로부터의 지시에 의해 음성 출력을 행하는 것이며, 예를 들면 각종 스피커이다.

다음으로, 트레이닝 장치(2)의 구체예에 대해서 설명한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 트레이닝 장치(2)는, 여기서는, 레그 프레스 머신과 로잉 머신의 복합 장치인 것으로 한다.

트레이닝 장치(2)에 있어서, 틀체(202)에, 주동 체인 기구(223), 하지 종동 체인 기구(213), 상지 종동 체인 기구(203)가 설치되어 있다.

주동 체인 기구(223)는, 2개의 스프로킷(224, 225)과, 그들에 계합하는 체인(226)으로 이루어진다. 체인(226)의 도중 부분에, MR 유체 부하 발생부(22)가 설치되어 있다. 체인(226)은, MR 유체 부하 발생부(22)에 의한 부하에 저항하여 움직이게 된다. 스프로킷(224)과 파워 어시스트 모터(23)는, 체인(231)으로 연결되어 있다. 또한, 스프로킷(224)의 근방에 변위 검지 센서(25)가 설치된다. 변위 검지 센서(25)는, 트레이닝 동작에 의한 스프로킷(224)의 움직임을 변위로서 검지한다.

하지 종동 체인 기구(213)는, 2개의 스프로킷(214, 215)과, 그들에 계합하는 체인(216)으로 이루어진다. 체인(216)의 일부에, 복수의 구멍을 갖는 위치 조정부(217)가 부착되어 있다. 즉, 체인(216)과 위치 조정부(217)는 일체로 움직인다. 운동자(M)가 다리로 힘을 가하는 하지 조작부(218)(제2 위치 조정부)는, 1개의 구멍이 뚫려 있고, 그 구멍과 위치 조정부(217) 중 어느 하나의 구멍에 핀(219)(제2핀)을 삽통함으로써, 하지 조작부(218)와 위치 조정부(217)가 고정된다. 또한, 하지 조작부(218)에는, 운동자(M)가 발을 잡아당기는 방향으로도 힘을 가할 수 있도록 발 끝을 고정하기 위한 고정 수단(2181)(벨트 등)이 설치되어 있다.

상지 종동 체인 기구(203)는, 2개의 스프로킷(204, 205)과, 그들에 계합하는 체인(206)으로 이루어진다. 체인(206)의 일부에, 복수의 구멍을 갖는 위치 조정부(207)(제1 위치 조정부)가 설치되어 있다. 즉, 체인(206)과 위치 조정부(207)는 일체로 움직인다. 운동자(M)가 팔로 힘을 가하는 상지 조작부(208)는, 1개의 구멍이 뚫려 있고, 그 구멍과 위치 조정부(207) 중 어느 하나의 구멍에 핀(209)(제1핀)을 삽통함으로써, 상지 조작부(208)와 위치 조정부(207)가 고정된다. 또한, 체인(206)의 도중에는 부하 검지 센서(24)가 부착되어 있다. 부하 검지 센서(24)는, 예를 들면, 인장형의 로드 셀이며, 체인(206)에 발생하는 인장력을 검지함으로써, 운동자(M)의 트레이닝 동작에 의한 부하(력)의 크기를 검지한다.

체인(232)은, 스프로킷(224)과 스프로킷(214)에 계합하고 있다. 또한, 체인(233)은, 스프로킷(224)과 스프로킷(204)에 계합하고 있다. 이들에 의해, 모든 스프로킷과 체인은, 연동하게 된다.

또한, 트레이닝 장치(2)에는, 시트부(201)가 설치되어 있고, 그 시트부(201)에 앉은 운동자(M)는, 다리로 하지 조작부(218)를 누르면서 팔로 상지 조작부(208)를 당기고, 또한, 다리로 하지 조작부(218)(고정 수단(2181))를 당기면서 팔로 상지 조작부(208)를 누름으로써, MR 유체 부하 발생부(22)에 의한 부하를 받으면서 트레이닝을 행한다. 운동자(M)는, 트레이닝을 행할 때, 표시 수단(4)을 보고, 또한, 음성 수단(5)에 의한 음성을 듣고, 트레이닝을 행한다.

다음으로, 도 3을 참조하여, 속도 부하 관계 정보(321), MR 유체 부하 특성 정보(322), 모터 부하 특성 정보(323)에 대해서 설명한다.

도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 속도 부하 관계 정보(321)는, 횡축을 트레이닝 동작의 속도 V, 종축을 목표 부하(Fr)로 한 경우, 선분 L1, L2에 나타내는 관계로서 표현할 수 있다. 여기서는, 하지 조작부(218)를 다리로 누르는 방향을 속도의 플러스의 방향으로 하고, 그 역방향을 목표 부하의 플러스의 방향으로 한다. 선분 L1, L2가 좌표축의 원점을 통하고, 속도가 플러스의 경우와 마이너스의 경우에서 부하의 방향이 반대로 되고, 또한, 원점 부근에서 연속하도록 설정함으로써, 운동자(M)는, 운동 방향이 변할 때에 강한 충격을 받지 않게 되어, 스무스하게 풀 컨센트릭 운동(쌍방향의 컨센트릭 운동)을 행할 수 있다.

또한, 근육은, 수축하는 방향으로만 힘을 낼 수 있지만, 근육 트레이닝으로서는, 컨센트릭 운동과 익센트릭 운동의 2종류가 있다. 컨센트릭 운동이란, 근육이 수축되면서 힘을 내는 운동이며, 예를 들면, 레그 프레스 운동에서는 압압판(하지 조작부(218))을 누르면서 무릎을 펴는 트레이닝이다. 그때, 대퇴사두근(대퇴의 전방면의 근육군)은 수축되면서, 수축되는 방향으로 힘을 내고 있다. 또한, 익센트릭 운동이란, 근육이 신장되서 힘을 내는 운동이고, 예를 들면, 레그 프레스 운동에서는, 압압판을 누르고는 있지만, 무릎이 구부러지는 방향으로 행하는 트레이닝이다. 그때, 대퇴사두근은, 신장하게 되면서, 수축되는 방향으로 힘을 내고 있다.

일반적으로, 컨센트릭 운동보다도 익센트릭 운동의 쪽이, 근육의 강화에는 유효하다고 말하고 있다. 왜냐하면, 컨센트릭 운동보다도 익센트릭 운동의 쪽이, 운동에 의한 근섬유의 손상의 정도가 커서, 손상 수복기전에 의해 근비대가 얻어지기 쉽기 때문이다.

그러나, 익센트릭 운동은(지발성) 근육통의 빈도가 높은 운동이며, 프로 스포츠 선수 등에 있어서는 여하튼, 고령자나 리허빌리테이션을 행하는 병자나 부상자 등에 있어서는, 컨센트릭 운동의 쪽이 적합하다고 말하고 있다. 따라서, 건강 유지나 체력 저하의 방지를 위한 트레이닝으로서는, 익센트릭 운동보다도 컨센트릭 운동의 쪽이 바람직하다. 즉, 무릎을 펼 때에 압압판을 누르는 레그 프레스 운동을 예로 들면, 또한, 무릎을 구부릴 때에 압압판을 당기도록 하면, 발 끝의 왕복 운동 중 어느 쪽에서도 컨센트릭 운동을 하고 있는 것으로 되어 바람직하다. 그리고, 본 실시 형태의 트레이닝 시스템(1)에 따르면, 운동의 목적에 따라서, 속도와 목표 부하와의 관계를 자유롭게 설정할 수 있어, 컨센트릭 운동과 익센트릭 운동 중 어느 것이어도 실현할 수 있다.

도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, MR 유체 부하 특성 정보(322)는, 횡축을 전류(i_FF), 종축을 부하(Fr)로 한 경우, 선분 L3에 나타내는 관계로서 표현할 수 있다. 여기서는, 선분 L3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전류값이 제로일 때, 부하로서 초기 저항값(Ff)이 있다. 이때문에, 운동자(M)의 트레이닝 동작의 개시시에, MR 유체 부하 발생부(22)에 의해 이 초기 저항값분의 부하가 발생하고, 스무스한 트레이닝의 저해 요인으로 될 수 있으므로, 이 부하를 파워 어시스트 모터(23)로 상쇄할 필요가 있다.

또한, 실제로는, MR 유체 부하 발생부(22)에 의해 발생하는 부하의 크기는, 트레이닝 동작의 속도에도 의존한다. 선분 L4, L5는, 트레이닝 동작의 속도에 의해 보정한 경우의 전류와 부하의 크기와의 관계의 상한과 하한을 각각 나타내고 있다.

도 3의 (c)에 도시하는 바와 같이, 모터 부하 특성 정보(323)는, 횡축을 입력 전압(V1), 종축을 파워 어시스트력(Ff)으로 한 경우, 선분 L6에 나타내는 관계로서 표현할 수 있다. 또한, 여기서는, 입력 전압도 파워 어시스트력도 0 이상의 경우에 대해서만 규정하고 있으므로, 실제로 파워 어시스트 모터(23)를 제어하는 경우는, 파워 어시스트하는 방향도 고려할 필요가 있다(상세는 후기).

계속해서, 트레이닝 중에 표시 수단(4)에 표시되는 화면예에 대해서 설명한다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 표시 수단(4)에는, 표시 영역(401, 411, 421, 431 및 441)이 형성되고, 또한, 그들에 있어서의 표시 정보는 기억부(32)의 게임 정보(324)에 저장되어 있다.

표시 영역(401)에는, 트레이닝의 개시(START)로부터 종료(GOAL)까지의 공정을 모식적으로 나타내는 강(川;402)과 그 진척도(강(402)에 있어서의 지점)를 나타내는 표시(403), 및, 진척도를 퍼센트 표시하는 표시(404)가 나타내어져 있다.

표시 영역(411)에는, 현재의 소비 칼로리가 표시된다.

표시 영역(421)에는, 하천 레벨이, 일례로서, 「격류」, 「급류」, 「표준」 및 「완류」의 4단계로 표시되어 있다. 여기서는, 예로 들어 「급류」를 선택한 경우를 표시하고 있다. 또한, 이 레벨 분류는, 몇 단계(1단계를 포함함)이어도 되고, 또한, 0∼100％와 같이 연속적으로 설정할 수 있는 것이어도 된다.

표시 영역(431)에는, 동작의 실패(상세는 후기) 횟수가 표시된다.

표시 영역(441)에는, 자선(自船;442), 선도선(443), 구조선(444), 이정표(445), 조수(446), 오어(oar;447) 및 미터 표시(448)가 표시된다. 또한, 선도선(443), 구조선(444), 이정표(445) 및 미터 표시(448)는, 기준 동작에 대응하는 화상이다. 여기서는, 선도선(443) 및 구조선(444)은, 일정한 속도에 의해 전방(도 4의 상방)에 상대적으로 진행되어 있는 것으로 하고, 표시 영역(441)에 있어서의 그들의 절대적 위치는 고정되어 있다.

자선(442)은, 운동자(M)의 트레이닝 동작에 의해 상하 방향으로 이동한다. 구체적으로는, 운동자(M)가 기준 동작대로의 동작을 하고 있으면, 그 위치는 변하지 않지만, 운동자(M)가 기준 동작보다도 빠른 동작을 하면, 자선(442)의 위치가 상방으로 이동하고, 운동자(M)가 기준 동작보다도 느린 동작을 하면, 자선(442)의 위치가 하방으로 이동한다. 즉, 기준 동작과 트레이닝 동작과의 차분에 따라서 표시 수단(4)에의 표시를 변화시킨다. 조수(446)가 젓는 오어(447)는, 운동자(M)의 트레이닝 동작(즉, 변위 검지 센서(25)로부터의 검지 신호)에 연동하여 움직이고, 미터 표시(448)는 오어(447)의 외측 단부에 대응하여 트레이닝의 기준 동작(위치)을 표시하는 것이다. 즉, 운동자(M)가 기준 동작대로의 동작을 하고 있으면, 미터 표시(448)의 움직임과 오어(447)의 외측 단부의 움직임이 동조된다. 이정표(445)는, 강(402)에 있어서의 지점의 표시를 하는 것이며, 시간 경과와 함께 하방으로 이동한다.

다음으로, 상기한 화면예에 관한 트레이닝 동작의 통상(성공) 화면과 실패 화면의 예에 대해서 설명한다. 도 5의 (a)가 통상 화면의 예, 도 5의 (b)와 도 5의 (c)가 실패 화면의 예이다.

도 5의 (a)에서는, 통상 화면으로서, 자선(442)이 선도선(443)과 구조선(444) 중 어느 것에도 접촉하지 않는 화면을 표시하고 있다.

도 5의 (b)에서는, 실패예 1로서, 운동자(M)의 동작이 기준 동작보다도 매우 느린 경우의 화면을 표시하고 있다. 또한, 이때, 음성 수단(5)으로부터 「동작이 매우 느립니다.」라고 하는 음성을 아울러 보내면 된다.

도 5의 (c)에서는, 실패예 2로서, 운동자(M)의 동작이 기준 동작보다도 매우 빠른 경우의 화면을 표시하고 있다. 또한, 이때, 음성 수단(5)으로부터 「동작이 매우 빠릅니다.」라고 하는 음성을 아울러 보내면 된다.

다음으로, 도 6, 도 7을 참조하여, 트레이닝 시스템(1)에 있어서의 각 구성의 처리나 동작에 대해서 설명한다. 또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, MR 유체 부하 제어부(331)는, MR 유체 부하 결정부(3302), FB(피드백) 제어부(3304), FF(feed forward) 제어부(3306)를 갖는다. 또한, 모터 제어부(332)는, 제어 전압 산출부(3307), 어시스트 방향 결정부(3308)를 갖는다. 또한, 연산부(33)는, 속도 산출부(3301)를 갖고 있다.

우선, 제어 장치(3)의 연산부(33)는, 운동자(M)에 의한 트레이닝이 개시되었는지의 여부를 판단하고(도 7의 스텝 S1), "아니오"의 경우는 스텝 S1을 반복하고, "예"의 경우는 스텝 S2로 진행한다. 또한, 트레이닝이 개시되었는지의 여부는, 예를 들면, 입력 수단(6)으로부터의 트레이닝 개시의 지시 유무나, 부하 검지 센서(24)가 운동자(M)에 의한 트레이닝 장치(2)에 대한 가력(加力)을 검지하였는지의 여부 등에 의해 판단하면 된다.

다음으로, 스텝 S2에 있어서, 속도 산출부(3301)는, 변위 검지 센서(25)로부터의 변위 정보(x)에 기초하여, 트레이닝 동작의 속도 (V)를 산출한다.

다음으로, 스텝 S3에 있어서, MR 유체 부하 제어부(331)는, MR 유체 부하 발생부(22)를 제어한다. 구체적으로는, 우선, MR 유체 부하 결정부(3302)는, 트레이닝 동작의 속도 (V)와, 속도 부하 관계 정보(321)(도 3의 (a) 참조)에 기초하여, MR 유체 부하(목표 부하)(Fr)를 결정한다.

다음으로, FF 제어부(3306)는, 그 목표 부하(Fr)와 MR 유체 부하 특성 정보(322)(도 3의 (b) 참조)에 기초하여, MR 유체 부하 발생부(22)의 제어 전류(i_FF)의 값을 산출한다.

다음으로, MR 유체 부하 제어부(331)는, 목표 부하(Fr)와, 부하 검지 센서(24)가 검지한 현실 부하(현실에 발생하고 있는 부하)(F)와의 차분을 계산하고, 부하 편차(ΔF)를 산출한다(도 6의 부호 3303).

다음으로, FB 제어부(3304)는, 그 부하 편차(ΔF)를 이용하여, PID(Proportional Integral Derivative) 제어에 의해, 제어 전류(i_FB)의 값을 산출한다.

다음으로, MR 유체 부하 제어부(331)는, 제어 전류(i_FF)의 값과 제어 전류(i_FB)의 값을 가산하고(도 6의 부호 3305), 그 가산 후의 제어 전류(i)에 의해 MR 유체 부하 발생부(22)를 제어한다.

도 7을 다시 참조하면, 다음으로, 스텝 S4에 있어서, 모터 제어부(332)는, 파워 어시스트 모터(23)를 제어한다. 구체적으로는, 우선, 제어 전압 산출부(3307)는, FF 제어부(3306)로부터의 파워 어시스트력(초기 저항값(Ff)(속도에 의해 보정한 후의 값이어도 됨))과 모터 부하 특성 정보(323)(도 3의 (c) 참조)에 기초하여, 파워 어시스트 모터(23)의 제어 전압의 절대값(V1)을 산출한다.

다음으로, 어시스트 방향 결정부(3308)는, 부하 검지 센서(24)로부터의 현실 부하(F)에 기초하여 (-F/|F|)를 산출함으로써, 파워 어시스트 모터(23)에 의해 파워 어시스트해야 할 방향을 결정하고, 방향도 고려한 제어 전압(V2)에 의해 파워 어시스트 모터(23)를 제어한다.

도 7을 다시 참조하면, 다음으로, 게임 처리부(333)는 게임 처리를 행한다(스텝 S5). 구체적으로는, 게임 정보(324)와 변위 검지 센서(25)로부터의 변위 정보에 기초하여, 게임 내용에 대해서 처리를 행하고, 표시 수단(4)에 화면을 표시시키거나(도 4 참조), 음성 수단(5)에 음성을 출력시키거나 한다.

다음으로, 제어 장치(3)의 연산부(33)는, 운동자(M)에 의한 트레이닝이 종료되었는지의 여부를 판단하고(스텝 S6), "아니오"의 경우는 스텝 S2로 되돌아가고, "예"의 경우는 처리를 종료한다. 또한, 트레이닝이 종료되었는지의 여부는, 예를 들면, 입력 수단(6)으로부터의 트레이닝 종료의 지시 유무나, 부하 검지 센서(24)가 운동자(M)에 의한 트레이닝 장치(2)에 대한 가력을 검지하지 않게 되어 있는지의 여부 등에 의해 판단하면 된다.

이와 같이 하여, 트레이닝 시스템(1)에 따르면, 운동자(M)는, 단, 근력이나 근지구력을 단련할 뿐만 아니라, 표시 수단(4)을 보거나 음성 수단(5)으로부터의 음성을 듣거나 하면서 트레이닝 동작을 하고, 그 트레이닝 동작이 게임의 진행에 반영되므로, 동시에, 뇌나 신경을 사용하여, 신경근 협조성을 향상시킬 수 있다.

또한, MR 유체를 이용하여 부하를 발생시킴으로써, 고속 응답, 고부하, 저코스트화, 소비 전력 절약화를 실현할 수 있다.

또한, 안전면이나 효과를 배려하여 부하의 크기나 기준 동작을 설정해 두면, 운동자(M)는, 안전하고 효과적인 동작을 행하면서, 또한, 게임 감각으로, 즐겁게, 높은 모티베이션으로 트레이닝을 행할 수 있다.

또한, 적절한 부하로 트레이닝할 수 있음으로써, 개호 예방, 생활 습관병(메타블릿 증후군 등을 포함함) 예방, 유산소 운동 등의 효과를 기대할 수 있다.

또한, 파워 어시스트 모터(23)에 의해 운동자(M)의 트레이닝 동작을 보조함으로써, 운동자(M)는 스무스한 트레이닝을 행할 수 있다.

또한, 트레이닝 동작의 속도에 의해 목표 부하의 크기를 결정함으로써, 적절한 부하에서의 트레이닝을 실현할 수 있다.

또한, PID 제어를 행함으로써, 목표 부하와 현실 부하와의 차를 작게 할 수 있다.

또한, 상지 조작부(208)를 핀(209)으로 고정하기 위한 위치 조정부(207)의 구멍을 복수 형성함으로써, 운동자(M)의 체격이나 기호에 맞춰서 상지 조작부(208)의 위치를 조정할 수 있다.

또한, 하지 조작부(218)를 핀(219)으로 고정하기 위한 위치 조정부(217)의 구멍을 복수 형성함으로써, 운동자(M)의 체격이나 기호에 맞춰서 하지 조작부(218)의 위치를 조정할 수 있다.

다음으로, 도 8을 참조하여, 트레이닝 중에 표시 수단(4)에 표시되는 다른 화면예에 대해서 설명한다. 이 밖의 화면예에서는, 우주 공간에서, 비래하는 운석 등 부딪히지 않도록 로켓을 조작하는 경우에 대해서 설명한다. 또한, 상기한 트레이닝 시스템(1)에서는, MR 유체 부하 발생부(22)는 1개였지만, 여기서는, MR 유체 부하 발생부(22)가 4개 있고, 운동자(M)의 양손과 양발의 각각에 독립된 부하가 걸리는 것으로 한다.

도 8에 도시하는 바와 같이, 표시 수단(4)에는, 우주 공간의 배경으로서 복수의 별(453)이 표시되어 있다. 표시 수단(4)의 중앙 부근에는 로켓(452)이 위치하고 있다. 운동자(M)는, 트레이닝 동작에 의해 로켓(452)의 위치를 조작하고, 로켓(452)이 비래해 오는 운석(451)에 부딪히지 않도록 한다. 그때, 예를 들면, 오른발로 조작부를 누르면 로켓(452)이 우측 전방으로 이동하고, 왼발로 조작부를 누르면 로켓(452)이 좌측 전방으로 이동하고, 오른손으로 조작부를 당기면 로켓(452)이 우측 후방으로 이동하고, 왼손으로 조작부를 당기면 로켓(452)이 좌측 후방으로 이동하도록 하면 된다. 혹은, 양손의 조작으로 좌우로의 선회를 행하고, 양발의 조작으로 상하의 승강을 행하도록 해도 된다. 그리고, 그 로켓(452)의 움직임이나, 충돌을 회피한 운석(451)의 수 등에 의해 스코어(454)가 결정되도록 해 두면 된다.

이에 의해, 운동자(M)는, 근력이나 근지구력을 단련할 뿐만 아니라, 동시에, 신경근 협조성을 향상시킬 수 있고, 또한, 안전하고 효과적인 동작을 행하면서, 또한, 게임 감각으로, 즐겁게, 높은 모티베이션으로 트레이닝을 행할 수 있다.

이상으로 실시 형태의 설명을 끝내지만, 본 발명의 양태는 이들에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 본 발명은, 레그 프레스 머신과 로잉 머신의 복합 장치뿐만 아니라, 그들의 단체 장치나, 체스트 프레스 머신, 아암 컬 머신 등, 다른 트레이닝 장치에 대해서도 적용이 가능하다.

또한, 도 3의 (a)에 도시한 속도 부하 관계 정보(321)에 있어서의 속도와 목표 부하와의 관계는 고정이 아니어도 되고, 운동자(M)의 트레이닝 동작의 속도 및 발생시킨 부하의 크기 중 적어도 한쪽이, 소정의 기준 범위에 들어가지 않는 경우, 소정의 기준 범위에 들어가도록, 속도 부하 관계 정보(321)에 있어서의 속도와 목표 부하와의 관계를 변경하도록 해도 된다.

또한, MR 유체는 온도가 150℃ 이상으로 되면 유체 특성이 변화(열화)되므로, MR 유체 부하 발생부(22)의 내부의 온도를 검출하는 온도 검출 수단을 MR 유체 부하 발생부(22)의 부근에 구비하고, MR 유체 부하 발생부(22)의 내부의 온도가 150℃ 이상으로 되었을 때, 트레이닝 장치(2)의 제어를 중지하도록 하여도 된다.

또한, 핀(209)을 움직이는 솔레노이드(제1 솔레노이드)를 설치하고, 파워 어시스트 모터(23)와 그 솔레노이드를 제어함으로써, 위치 조정부(207) 중 어느 하나의 구멍과 상지 조작부(208)에 형성된 구멍에 핀(209)을 삽통하여, 상지 조작부(208)의 위치를 조정하도록 해도 된다.

또한, 핀(219)을 움직이는 솔레노이드(제2 솔레노이드)를 설치하고, 파워 어시스트 모터(23)와 그 솔레노이드를 제어함으로써, 위치 조정부(217) 중 어느 하나의 구멍과 하지 조작부(218)에 형성된 구멍에 핀(219)을 삽통하여, 하지 조작부(218)의 위치를 조정하도록 해도 된다.

또한, 체인을 계합시키는 2개의 스프로킷의 기어비에 의해, 상지의 가동 영역과 하지의 가동 영역과의 차를 조정하거나(일반적으로, 상지보다도 하지의 쪽이, 가동 영역이 작음), 상지에 관한 부하와 하지에 관한 부하의 크기를 조정하거나 해도 된다.

또한, 통상적인 게임 컨트롤러를 병용해도 된다. 그렇게 하면, 게임의 베리에이션을 확대할 수 있다.

또한, 적용되는 게임으로서는, 상기한 보트의 게임이나 로켓의 게임 외에, 카 레이스, 슈팅 게임, 댄스 게임, 악기(북 등) 연주 게임, 격투 게임, 스포츠 게임, 퀴즈 게임(선택식 퀴즈 등) 등, 어느 것이어도 된다.

그 밖에, 구체적인 구성이나 처리의 내용에 대해서, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경이 가능하다.

1 : 트레이닝 시스템
2 : 트레이닝 장치
3 : 제어 장치
4 : 표시 수단
5 : 음성 수단
6 : 입력 수단
21 : 기구부
22 : MR 유체 부하 발생부
23 : 파워 어시스트 모터
24 : 부하 검지 센서
25 : 변위 검지 센서
31 : 입출력 인터페이스
32 : 기억부
33 : 연산부
34 : 표시 인터페이스
35 : 음성 인터페이스
201 : 시트부
202 : 틀체
203 : 상지 종동 체인 기구
204, 205, 214, 215, 224, 225 : 스프로킷
206, 216, 226, 231, 232, 233 : 체인
207, 217 : 위치 조정부
208 : 상지 조작부
209, 219 : 핀
213 : 하지 종동 체인 기구
218 : 하지 조작부
2181 : 고정 수단
223 : 주동 체인 기구
321 : 속도 부하 관계 정보
322 : MR 유체 부하 특성 정보
323 : 모터 부하 특성 정보
324 : 게임 정보
331 : MR 유체 부하 제어부
332 : 모터 제어부
333 : 게임 처리부
M : 운동자

Claims

운동자가 몸체의 소정 부위를 트레이닝하기 위한 트레이닝 시스템으로서, 트레이닝 장치와, 상기 트레이닝 장치를 제어하는 제어 장치와, 상기 트레이닝 중의 게임 화면을 표시하는 표시 수단을 구비하고 있고,
상기 트레이닝 장치는,
상기 운동자에게 부여하는 부하를, 자장의 강도에 의해 점성이 변화하는 MR(Magnet Rheological) 유체를 이용하여 발생시키는 MR 유체 부하 발생부와,
상기 발생한 부하를 상기 운동자에게 전달하는 기구인 기구부와,
상기 운동자의 트레이닝 동작을 검지하는 변위 검지 센서를 구비하고,
상기 제어 장치는,
상기 MR 유체 부하 발생부에 관한 전류값과 부하와의 관계인 MR 유체 부하 특성 정보, 트레이닝의 목표 부하, 및, 트레이닝에 관한 게임의 내용인 게임 정보를 기억하는 기억부와,
상기 MR 유체 부하 특성 정보 및 상기 목표 부하를 이용하여 상기 MR 유체 부하 발생부를 제어하고, 상기 게임 정보 및 상기 변위 검지 센서가 검지한 상기 운동자의 트레이닝 동작을 이용하여 상기 트레이닝 동작에 대응하는 화상을 작성하여 상기 표시 수단에 표시시키는 연산부를 구비하고,
상기 몸체의 소정 부위는, 상기 운동자의 상지 및 하지이며,
상기 트레이닝 장치의 기구부는,
상기 운동자의 상지로 힘을 가하여 조작하는 상지 조작부와,
상기 운동자의 하지로 힘을 가하여 조작하는 하지 조작부와,
상기 상지 조작부와 연동하는 체인, 및, 그 체인을 가동으로 지지하는 2개의 스프로킷과,
상기 하지 조작부와 연동하는 체인, 및, 그 체인을 가동으로 지지하는 2개의 스프로킷과,
상기 MR 유체 부하 발생부에 의해 발생하는 부하를 전달하는 체인, 및, 그 체인을 가동으로 지지하는 2개의 스프로킷과,
상기 MR 유체 부하 발생부에 의해 발생하는 부하를 전달하는 체인에 파워 어시스트 모터의 구동력을 전달하는 기구와,
상기 3개의 체인을 연동시키기 위해 6개의 상기 스프로킷 중 어느 2개씩 계합하는 2개의 체인을 구비하는 것을 특징으로 하는 트레이닝 시스템.
제1항에 있어서,
상기 상지 조작부와 연동하는 체인에, 복수의 구멍을 갖는 제1 위치 조정부가 고정되고, 그 복수의 구멍 중 어느 하나와 상기 상지 조작부에 형성된 구멍에 제1 핀을 삽통함으로써, 상기 상지 조작부와 상기 제1 위치 조정부가 고정되고,
상기 하지 조작부와 연동하는 체인에, 복수의 구멍을 갖는 제2 위치 조정부가 고정되고, 그 복수의 구멍 중 어느 하나와 상기 하지 조작부에 형성된 구멍에 제2 핀을 삽통함으로써, 상기 하지 조작부와 상기 제2 위치 조정부가 고정되는 것을 특징으로 하는 트레이닝 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1 핀을 움직이는 제1 솔레노이드와,
상기 제2 핀을 움직이는 제2 솔레노이드를 더 구비하고,
상기 제어 장치의 연산부는,
상기 파워 어시스트 모터와 상기 제1 솔레노이드를 제어함으로써, 상기 제1 위치 조정부 중 어느 하나의 구멍과 상기 상지 조작부에 형성된 구멍에 상기 제1 핀을 삽통하고,
상기 파워 어시스트 모터와 상기 제2 솔레노이드를 제어함으로써, 상기 제2 위치 조정부 중 어느 하나의 구멍과 상기 상지 조작부에 형성된 구멍에 상기 제2 핀을 삽통하는 것을 특징으로 하는 트레이닝 시스템.
운동자가 몸체의 소정 부위를 트레이닝하기 위한 트레이닝 시스템으로서, 트레이닝 장치와, 상기 트레이닝 장치를 제어하는 제어 장치와, 상기 트레이닝 중의 게임 화면을 표시하는 표시 수단을 구비하고 있고,
상기 트레이닝 장치는,
상기 운동자에게 부여하는 부하를, 자장의 강도에 의해 점성이 변화하는 MR 유체를 이용하여 발생시키는 MR 유체 부하 발생부와,
상기 발생한 부하를 상기 운동자에게 전달하는 기구인 기구부와,
상기 운동자의 트레이닝 동작을 검지하는 변위 검지 센서를 구비하고,
상기 제어 장치는,
상기 MR 유체 부하 발생부에 관한 전류값과 부하와의 관계인 MR 유체 부하 특성 정보, 트레이닝의 목표 부하, 및, 트레이닝에 관한 게임의 내용인 게임 정보를 기억하는 기억부와,
상기 MR 유체 부하 특성 정보 및 상기 목표 부하를 이용하여 상기 MR 유체 부하 발생부를 제어하고, 상기 게임 정보 및 상기 변위 검지 센서가 검지한 상기 운동자의 트레이닝 동작을 이용하여 상기 트레이닝 동작에 대응하는 화상을 작성하여 상기 표시 수단에 표시시키는 연산부를 구비하고,
상기 몸체의 소정 부위는, 상기 운동자의 양손 및 양발이며,
상기 MR 유체 부하 발생부 및 상기 기구부는, 상기 운동자의 양손 및 양발 각각을 위해 독립적으로 4개씩 있는 것을 특징으로 하는 트레이닝 시스템.
운동자가 몸체의 소정 부위를 트레이닝하기 위한 트레이닝 시스템으로서, 트레이닝 장치와, 상기 트레이닝 장치를 제어하는 제어 장치와, 상기 트레이닝 중의 게임 화면을 표시하는 표시 수단을 구비하고 있고,
상기 트레이닝 장치는,
상기 운동자에게 부여하는 부하를, 자장의 강도에 의해 점성이 변화하는 MR 유체를 이용하여 발생시키는 MR 유체 부하 발생부와,
상기 발생한 부하를 상기 운동자에게 전달하는 기구인 기구부와,
상기 운동자의 트레이닝 동작을 검지하는 변위 검지 센서를 구비하고,
상기 제어 장치는,
상기 MR 유체 부하 발생부에 관한 전류값과 부하와의 관계인 MR 유체 부하 특성 정보, 트레이닝의 목표 부하, 및, 트레이닝에 관한 게임의 내용인 게임 정보를 기억하는 기억부와,
상기 MR 유체 부하 특성 정보 및 상기 목표 부하를 이용하여 상기 MR 유체 부하 발생부를 제어하고, 상기 게임 정보 및 상기 변위 검지 센서가 검지한 상기 운동자의 트레이닝 동작을 이용하여 상기 트레이닝 동작에 대응하는 화상을 작성하여 상기 표시 수단에 표시시키는 연산부를 구비하고,
상기 트레이닝 장치는,
상기 MR 유체 부하 발생부의 내부의 온도를 검출하는 온도 검출 수단을, 더 구비하고,
상기 제어 장치의 연산부는,
상기 온도 검출 수단이 검출한 상기 MR 유체 부하 발생부의 내부의 온도가 소정 온도 이상이었던 경우, 상기 트레이닝 장치의 제어를 중지하는 것을 특징으로 하는 트레이닝 시스템.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제