KR102225119B1

KR102225119B1 - 전기자극 장치, 트레이닝 장치 및 전기자극 방법

Info

Publication number: KR102225119B1
Application number: KR1020167028716A
Authority: KR
Inventors: 타케시 아키바; 히로시 요코이
Original assignee: 시스템 인스트루먼츠 컴퍼니 리미티드; 국립대학법인 전기통신대학
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2021-03-08
Also published as: EP3173124B1; JP6429255B2; US10258794B2; EP3173124A1; CN106659891B; CN106659891A; US20170100586A1; EP3173124A4; WO2016013067A1; JPWO2016013067A1; KR20170035830A; DK3173124T3

Abstract

전기자극 장치로서, 제1∼제4 전극과, 제1∼4 전극 각각에 전기자극 신호를 공급하는 전기자극 생성부를 구비한다. 전기자극 생성부는, 제1, 2 전극에 제1 자극 패턴에 따라 전기자극 신호를 공급하고, 제3, 4 전극에 제2 자극 패턴에 따라 전기자극 신호를 공급한다. 제1 자극 패턴은, 제1 파형에 따라 자극 강도가 변화하는 전기자극 신호를 제1 전극에 공급하고, 제2 파형에 따라 자극 강도가 변화하는 전기자극 신호를 제2 전극에 공급하도록 정하여지고, 제2 파형은 제1 파형과 연동하여 증감한다. 제2 자극 패턴은, 제3 파형에 따라 자극 강도가 변화하는 전기자극 신호를 제3 전극에 공급하고, 제4 파형에 따라 자극 강도가 변화하는 전기자극 신호를 제4 전극에 공급하도록 정하여지고, 제4 파형은 제3 파형과 연동하여 증감한다. 전기자극 생성부는, 제1, 2 자극 패턴의 전기자극을 교대로 행한다.

Description

전기자극 장치, 트레이닝 장치 및 전기자극 방법{ELECTRICAL STIMULATION DEVICE, TRAINING APPARATUS, AND ELECTRICAL STIMULATION METHOD}

본 발명은, 전기자극(電氣刺激) 장치, 트레이닝 장치 및 전기자극 방법에 관한 것이다.

근육 허약자 또는 뇌혈관 장애자 등은, 보행 등의 동작에 필요한 근력을 자기 자신이 트레이닝하는 것이 곤란하다. 종래, 예를 들면, 하기한 특허 문헌 1, 2에 개시되어 있는 바와 같이, 전기자극에 의한 운동 보조를 행하는 트레이닝 장치가 알려져 있다. 특허 문헌 1의 단락 0075에는, 굴신(屈伸) 운동과 전기자극 장치의 통전(通電)과의 관계가 기재되어 있다. 같은 특허 문헌 1의 단락 0106에는, 전기자극의 크기는 일정하지 않아도 좋은 취지의 기재도 있다. 특허 문헌 2의 단락 0018에, 근육에 전기자극을 주어 근육을 수축시키는 취지의 기재가 있고, 동 문헌의 단락 20에는, 대퇴굴근(大腿屈筋)과 대퇴사두근(大腿四頭筋)에 전기자극 장치의 도자(導子)를 장착하는 것이 기재되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특개2008-67917호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특개2004-209040호 공보

그러나, 상기 특허 문헌이 개시하는 기술은, 대퇴부에 전극을 장착하여 다리(脚)를 단순하게 굴곡 신전(伸展)시키기 위한 전기자극 방법이다. 일상 생활에서 행하여지는 예를 들면 보행 등의 복잡한 동작을 위해 필요한 근력 트레이닝을 행하는 관점에서는, 종래의 기술에는 아직도 개선의 여지가 남아 있다.

본 발명은, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 실용적인 근력 트레이닝을 행할 수가 있는 전기자극 장치, 트레이닝 장치 및 전기자극 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

제1의 발명은, 전기자극 장치로서, 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극 및 제4 전극과, 전기자극 생성부를 구비한다. 전기자극 생성부는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 의한 제1 전기자극과 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극에 의한 제2 전기자극을 교대로 행하도록, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 각각에 전기자극 신호를 공급한다.

제2의 발명은, 전기자극 장치로서, 복수의 전극과, 상기 복수의 전극에 전기자극 신호를 공급하는 전기자극 생성부를 구비한다. 상기 복수의 전극은, 제1 전극 및 제2 전극을 포함한다. 상기 전기자극 생성부는, 제1 파형에 따라 자극 강도가 변화하는 전기자극 신호를 상기 제1 전극에 공급하고, 제2 파형에 따라 자극 강도가 변화하는 전기자극 신호를 상기 제2 전극에 공급한다. 상기 제1 파형은, 진폭의 증가에 의해 제1 피크에 달하고, 상기 제1 피크에서 미리 정한 제1 구간이 경과한 후에 감소한다. 상기 제2 파형은, 상기 제1 파형이 상기 제1 피크에 달한 후에 제2 피크에 달하도록 생성되고, 상기 제2 피크에 달한 후에 감소한다.

제3의 발명은, 트레이닝 장치이고, 운동 상황을 검출하는 운동 검출부와, 제1의 발명 또는 제2의 발명에 관한 전기자극 장치를 구비한다. 전기자극 장치는, 복수의 전극과, 상기 전극에 전기자극 신호를 공급하는 전기자극 생성부를 구비한다. 상기 트레이닝 장치는, 상기 운동 상황이 미리 정한 운동 상태에 일치하면 상기 전기자극 생성부의 출력을 조정하도록, 상기 운동 검출부의 출력 신호를 상기 전기자극 생성부에 피드백한다.

제4의 발명은, 전기자극 방법으로서, 다리를 굴곡시키도록 운동을 촉구하고, 상기 굴곡과 연동하여, 발목(足首)을 저굴(底屈)시키도록 하퇴부(下腿部)의 제1 부분에 제1 전기자극 신호를 공급하고, 상기 굴곡의 후에, 상기 다리를 신전시키도록 운동을 촉구하고, 상기 신전과 연동하여, 상기 발목을 배굴(背屈)시키도록 상기 하퇴부의 제2 부분에 제2 전기자극 신호를 공급한다. 상기 굴곡에 수반하는 상기 제1 전기자극 신호에서의 전기자극과, 상기 신전에 수반하는 상기 제2 전기자극 신호에서의 전기자극을 교대로 행한다.

본 발명에 의하면, 실용적인 근력 트레이닝을 행할 수가 있다.

본 발명의 다른 목적, 다른 특징 및 다른 효과는, 이하의 설명에 의해 분명하게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태에 관한 트레이닝 장치를 도시하는 사시도.
도 2는 본 발명의 실시의 형태에 관한 트레이닝 장치를 도시하는 사시도.
도 3은 본 발명의 실시의 형태에 관한 운동 장치의 페달부를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 실시의 형태에 관한 운동 장치의 페달부를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 실시의 형태에 관한 운동 장치의 동작을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극기를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극 방법을 설명하는 모식도.
도 8은 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극 방법을 설명하는 모식도.
도 9는 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극 방법을 설명하는 모식도.
도 10은 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극 방법을 설명하는 모식도.
도 11은 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극 방법을 설명하는 모식도.
도 12는 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극 방법을 설명하는 모식도.
도 13은 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극 신호의 파형도.
도 14는 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극 신호의 파형도.
도 15는 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극 신호의 파형도.
도 16은 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극 신호의 파형도.
도 17은 본 발명의 실시의 형태의 트레이닝 장치의 제어 플로 차트.
도 18은 본 발명의 실시의 형태의 트레이닝 장치의 제어 플로 차트.
도 19는 본 발명의 실시의 형태의 트레이닝 장치의 제어 플로 차트.
도 20은 본 발명의 실시의 형태의 트레이닝 장치의 제어 플로 차트.
도 21은 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극 신호의 변형예를 도시하는 파형도.
도 22는 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극 신호의 변형예를 도시하는 파형도.
도 23은 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극 신호의 변형예를 도시하는 파형도.
도 24는 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극 신호의 변형예를 도시하는 파형도.
도 25는 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극 신호의 변형예를 도시하는 파형도.
도 26은 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극 신호의 변형예를 도시하는 파형도.
도 27은 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극 신호의 변형예를 도시하는 파형도.
도 28은 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극 신호의 변형예를 도시하는 파형도.
도 29는 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극 신호의 변형예를 도시하는 파형도.

뇌혈관 장애자 또는 근육 허약자는, 일어나는, 앉다, 쭈그리는, 서 있는, 걷는 및 달리는 등의 동작에 필요한 근력을 자기 자신이 트레이닝하는 것이 곤란하다. 이러한 자를 대상으로 하여, 동작에 필요한 근력을 강화하기 위해, 본 실시 형태의 트레이닝 장치(1)가 알맞게 사용된다. 본 실시의 형태에서는, 운동 실시자(2)가 베드 등에 누운 상태에서, 다리(3)에 전기자극을 부여하면서, 부하를 주지 않은 또는 가벼운 부하를 준 상태에서의 레그 프레스를 행한다. 트레이닝 장치(1)는 운동 장치(10) 및 전기자극기(100)를 구비하고 있고, 운동 장치(10)는 상기한 레그 프레스에 알맞다. 그러나, 이 운동 장치(10)를 이용하는 실시의 형태로 본 발명이 한정되는 것이 아니고, 레그 프레스 이외의 다른 트레이닝을 행하는 기구를 사용하여도 좋다.

실시의 형태에 관한 트레이닝 장치의 구성.

[트레이닝 장치의 전체 구성]

도 1은, 본 발명의 실시의 형태에 관한 트레이닝 장치(1)를 도시하는 사시도이다. 도 1에는, XYZ 직교 좌표계도 나타내고 있다. 바람직하게는, Z축은 연직 방향과 일치하고, XY 평면은 수평면과 일치하는 것으로 한다. 도 2는, 트레이닝 장치(1)의 사용 상황을 도시한다. 트레이닝 장치(1)는, 운동 장치(10)와 전기자극기(100)를 구비한다. 운동 장치(10)는, 운동 검출부(20)를 구비한다. 운동 검출부(20)는, 레그 프레스를 실시할 수 있는 페달부(21)와, 페달부(21)의 위치를 검출하는 인코더(26)를 구비한다. 페달부(21)는, 왕복 이동 가능한 변위부에 상당하고, 인코더(26)는 변위부의 운동 상황을 검출하는 센서에 상당한다.

[운동 장치의 구성 및 동작]

도 1에는, 본 발명의 실시의 형태에 관한 운동 장치(10)가 도시되어 있다. 운동 장치(10)는, 지지체(30)와, 운동 검출부(20)와, 부하 생성부(40)와, 전달 와이어(24)를 구비한다. 지지체(30)는, 운동 장치(10)의 골격을 이루는 구조체이다. 지지체(30)에, 운동 검출부(20) 및 부하 생성부(40)라는 운동 장치(10)가 장비하는 각 구성 요소가 일체화되어 있다. 운동 검출부(20)는, 페달부(21)의 이동 거리를 검출하여 운동 상황을 검출할 수 있다. 부하 생성부(40)는 페달부(21)의 이동을 방해하도록 부하를 줄 수 있고, 전달 와이어(24)는 그 부하를 전달한다.

(지지체)

지지체(30)는, 예를 들면 알루미늄 등의 경량의 금속재료가 바람직하게 사용된 복수의 프레임(31, 32, 33, 34, 35, 36 및 37)이 사다리형상(梯子狀)으로 조합된 것이다. 장척의 프레임(31, 33, 37)이 Y축방향으로 신전하도록 평행하게 나열되어 있다. 지지체(30)는, 그 외형 치수로서, 폭(W) 및 길이(L)를 구비한다.

(운동 검출부)

운동 검출부(20)는, 제1 레일(23), 페달부(21) 및 인코더(26)를 구비하고 있고, 이들은 케이스(25)에 수납된다. 케이스(25)는, 케이스 부착구(取付具)(27)에 의해, 지지체(30)에 착탈 가능하게 부착되어 있다. 케이스(25)에는, 커버(22)가 부착되어 있다. 커버(22)에는, 길이(d)를 구비하는 2개의 슬릿(22a)이 마련된다. 페달부(21)는 제1 레일(23)상을 왕복 이동할 수 있고, 길이(d)가 최대 이동 거리이다. 또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 커버(22)의 옆에는 천판(29)이 부착 가능하다. 케이스 부착구(27)는, 지지체(30)의 폭(W) 방향에 따른 복수의 위치에, 케이스(25)를 부착 가능하다. 이에 의해, 운동 실시자(2)의 좌우 양 다리에 대응할 수 있다. 페달부(21)는, 제1 레일(23)에 장착되어, 제1 레일(23)상에서 길이(L) 방향(도 1에서는 정확히 X축방향)으로 왕복 이동이 가능하다. 발(4)을 놓는 페달부(21)로부터 제1 레일(23)이 직선으로 늘어나기 때문에, 운동 방향을 규제할 수 있고, 재현성이 높은 직선 운동을 행할 수가 있다. 본 실시 형태에서 위치 센서의 한 예로서 이용하는 인코더(26)는, 제1 레일(23)상에서의 페달부(21)의 위치를 검출하는 것이고, 공지의 각종 로터리 인코더를 사용 가능하다. 위치 센서 대신에, 속도 센서 또는 가속도 센서로 페달부(21)의 운동을 검지하여도 좋다.

도 3 및 도 4는, 운동 장치(10)의 페달부(21)를 도시하는 도면이다. 페달부(21)는, 페달 본체(21a)와, 이동 금구(移動金具)(21b)와, 회전축(21e)을 구비한다. 페달 본체(21a)는, 발(4)의 바닥측(裏側)을 놓기 위한 매트(21ca) 및 발뒤꿈치를 놓기 위한 매트(21cb)와, 표면에 이들의 매트(21ca 및 21cb)가 고정된 플레이트(21f)와, 플레이트(21f)의 이면에 마련된 금구(21d)를 구비한다. 회전축(21e)을 중심으로 하여 페달 본체(21a)가 회전 가능하고, 제1 레일(23)의 진행 방향축에 대한 페달 본체(21a)의 각도(θ)가 가변이다. 또한 페달부(21)에 압력 센서를 마련하여도 좋고, 또는 페달부(21)에 각도(θ)를 검출하는 각도 센서를 마련하여도 좋다. 페달부(21)에 가속도 센서를 마련하여, 페달부(21)의 위치, 속도 및 가속도를 검출하여도 좋다. 또한, 인코더(26)에 대신하여 또는 이와 병용하여, 예를 들면 특개2004-209040호 공보에 기재되어 있는 바와 같은 근전위(筋電位) 센서를 이용하여 운동 검출부(20)를 구성하여도 좋다. 대퇴사두근 및 대퇴굴근 등에 발생하는 근전위의 값을 근전계로 검지하여, 대퇴사두근 및 대퇴굴근 등의 각 근의 수축 상태를 개별적으로 알도록 하여도 좋다. 이들의 각종 센서의 신호는 제어 장치(28)에 공급된다.

(부하 생성부)

운동 장치(10)는, 페달부(21)의 이동을 방해하도록 부하를 주는 부하 생성부(40)를 구비하고 있다. 부하 생성부(40)의 부하는 추(44)로 조절이 가능하고, 본 실시 형태에서는 추(44)를 싣지 않은 무부하 상태로 한다. 부하 생성부(40)는, 제2 레일(42)과, 바구니(かご)부(41)와, 고정구(43)를 구비한다. 제2 레일(42)은, Z축방향으로 늘어나도록, 지지체(30)의 폭(W)방향측 단부 즉 프레임(37)의 일단에 고정되어 있다. 바구니부(41)는, 제2 레일(42)에 이동 가능하게 장착되어 있다. 바구니부(41)에는, 얇은 평면 블록인 추(44)를 1장 이상 수납 가능하다. 고정구(43)는, 제2 레일(42)과 지지체(30)를 접속하고, 지지체(30)에 대한 제2 레일(42)의 부착 위치를 변경 가능하다. 또한, 실시의 형태에서는 제2 레일(42)을 지지체(30)의 폭(W)방향측의 단부에 고정하였지만, 그 밖에도, 길이(L)방향측의 단부에 고정하여도 좋다. 또한, 단부가 아니라, 평면시(平面視)로 본 지지체(30)의 면 내의 어느 하나의 위치, 예를 들면 지지체(30)의 W×L 평면의 중앙 부근에, 제2 레일(42)에 상당하는 바구니 승강식의 부하 생성부를 마련하여도 좋다.

(전달 와이어)

도 1에 도시하는 바와 같이, 운동 장치(10)는, 전달 와이어(24)를 구비한다. 도 1에서는, 편의상, 굵은 점선으로 전달 와이어(24)를 도시하고 있다. 전달 와이어(24)는, 페달부(21)와 바구니부(41)와의 사이에서 힘을 전달하는 전달 수단의 한 예이고, 제1 레일(23)상에서의 페달의 이동과 연동하여 제2 레일(42)상에서 바구니부(41)를 변위시킨다. 전달 와이어(24)는, 페달부(21)에 접속하고, 제1 레일(23)의 측방에 마련한 도시하지 않는 활차에 걸려 있다. 전달 와이어(24)는, 일방의 단부가 페달부(21)에 접속하고, 타방의 단부가 바구니부(41)에 접속하여 있다. 전달 와이어(24)는, 도 1의 위치(R1) 및 위치(R2)에서, 도시하지 않은 롤러를 통하여 방향 전환한다. 프레임(37)의 상부에는 커버(45)가 마련된다. 또한, 전달 와이어(24) 대신에, 예를 들면 벨트 또는 기어 등의 동력 전달 요소 부품을 이용하여도 좋다.

도 2에는, 운동 장치(10)를 베드(200)에 부착하여, 운동 실시자(2)가 레그 프레스를 행하는 양상이 도시되어 있다. 위를 향하여 누운 운동 실시자(2)는, 운동 장치(10)의 페달부(21)에, 그 발(4)을 싣는다. 운동 실시자(2)는, 다리(3)를 굴신시켜서 레그 프레스 운동을 행한다. 지지체(30)가, 부착 수단의 한 예인 부착벨트(50)을 통하여, 베드(200)상에 고정되어 있다. 부착 수단은 예를 들면 금구 등이라도 좋다.

도 5는, 운동 장치(10)의 동작을 도시하는 도면이다. 도 5는, 페달부(21)를 d1만 제1 레일(23)상에서 진행시킨 도면이다. 페달부(21)가 d1만큼 이동하면, 이에 연동하여 바구니부(41)가 이동한다. 바구니부(41)에는 추(44)가 수납되기 때문에, 바구니부(41)는 중력의 작용에 의해 연직 하방으로 가세되어 있다. 이 가세력이 부하가 되어 전달 와이어(24)로 전달되어, 페달부(21)의 d1 방향으로의 이동이 방해된다.

또한, 본 실시 형태에서, 무부하 상태에서의 레그 프레스만을 실시하여도 좋다. 그 경우에는, 페달부(21)에 부하를 줄 필요가 없기 때문에, 운동 장치(10)가 부하 생성부(40) 및 전달 와이어(24)를 구비하지 않아도 좋다.

(제어 장치)

운동 장치(10) 내부에는, 프로세서, 메모리 등을 내장한 제어 장치(28)가 탑재되어 있다. 제어 장치(28)는 인코더(26)와 접속하고, 인코더(26) 및 다른 각종 센서의 출력을 일정 시간 간격으로 기록할 수 있다. 운동 장치(10)는, 케이블(61) 또는 다른 USB 케이블 등을 통하여 외부의 퍼스널 컴퓨터에 접속하여도 좋다. 이에 의해, 퍼스널 컴퓨터에 각 개인의 복수회분의 전자 데이터를 보존하는 등의 정보 관리가 가능해진다. 운동 실시자(2)가 복수인인 경우에 개인 정보를 데이터베이스화하여 둘 수도 있다. 또한, 데이터베이스 기능 등을 제어 장치(28)에 탑재하여도 좋다.

[전기자극기(電氣刺激器))의 구성 및 동작]

도 6은, 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극기(100)를 도시하는 도면이다. 전기자극기(100)는, 각각 플러스극 및 마이너스극을 구비하는 복수의 전극 패드(110)와, 복수의 전극 패드(110) 각각에 전기자극 신호를 공급하는 전기자극 생성부(120)를 구비한다. 전극 패드(110)는, 4개의 전극 패드(110a, 110b, 110c 및 110d)를 포함한다. 전극 패드(110a∼110d)와 전기자극 생성부(120)는 각각 배선을 통하여 접속하고 있다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 전극 패드(110a∼110d)에, 4개의 채널(Ch1∼Ch4)가 할당되어 있다.

전기자극 생성부(120)는, 전극 패드(110a∼110d)에의 전기자극 신호를 출력하는 전력 회로(130)와, 전력 회로(130)의 출력을 조절하는 조정 회로(140)와, 전기자극 신호의 파형 등의 정보를 기억한 메모리(152)와, 전기자극 생성부(120)의 외부에 대해 데이터 입출력을 행하기 위한 입출력 회로(154)와, 메모리(152)로부터 판독된 전기자극 신호 파형에 따라 자극 강도를 변화시키도록 조정 회로(140)를 제어하는 컨트롤러(150)를 구비한다. 전력 회로(130)는, 전극 패드(110a∼110d) 각각과 접속하는 전력 회로부(130a∼130d)를 포함하고 있고, 전극 패드(110a∼110d)마다 개별의 전기자극을 발생시킬 수 있다. 조정 회로(140)는, 전력 회로부(130a∼130d) 각각과 접속하는 조정 회로부(140a∼140d)를 포함하고 있고, 전극 패드(110a∼110d)마다 전기자극을 조절 가능하다. 전기자극의 조절은, 구체적으로는, 자극의 강약 즉 자극 강도의 조절을 포함한다. 자극 강도의 조절은, 이미 공지의 각종의 전기자극기술에 의거하여 행하면 좋지만, 구체적으로는 전극 패드(110a∼110d)에 인가하는 전압치 또는 전류치를 조절하여도 좋다. 예를 들면 특개2008-67917호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 교류 전압, 펄스 전압을 이용하여도 좋고, 교류 전류, 펄스 전류를 이용하여도 좋다. 주파수, 주기, 듀티 등에 대해도 바람직한 범위를 적절하게 선정하면 좋다.

메모리(152)에는, 후술하는 전기자극 신호의 파형 등의 제어 프로그램이 기억되어 있다. 구체적으로는, 메모리(152)는, 제1 자극 패턴(A1∼A4)의 정보, 제2 자극 패턴(B1∼B4)의 정보 및 각 자극 패턴에 속하는 복수의 파형을 생성하기 위해 필요한 정보를 기억하고 있다. 전기자극 생성부(120)는, 전극 패드(110a 및 110b)에 제1 자극 패턴(A1∼A4)에 따라 Ch1, Ch2의 전기자극 신호를 공급하고, 전극 패드(110c 및 110d)에 제2 자극 패턴(B1∼B4)에 따라 Ch3, Ch4의 전기자극 신호를 공급한다. 제1 자극 패턴(A1∼A4)은, Ch1을 전극 패드(110a)에 공급하고, Ch2를 전극 패드(110b)에 공급하도록 미리 정하여진다. 제2 자극 패턴(B1∼B4)은, Ch3을 전극 패드(110c)에 공급하고, Ch4를 전극 패드(110d)에 공급하도록 미리 정하여진다.

본 실시의 형태에서는 운동 장치(10)의 외부에 전기자극기(100)를 별도로 마련하고 있지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것이 아니다. 전기자극기(100)를 운동 장치(10)의 내부 즉 케이스(25) 내에 수납하고, 전극 패드(110a)∼전극 패드(110d)를 외부로 인출 가능하게 하여도 좋다. 또한, 본 실시의 형태에서는, 제어 장치(28)와 전기자극기(100)를 다른 하드웨어로서 설명하고 있지만, 이것은 한 예이고, 본 발명은 이것으로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 제어 장치(28)와 전기자극기(100)의 사이에서 프로세서, 메모리 등을 공용화하여도 좋다.

실시의 형태에 관한 전기자극 방법을 이용한 근력 트레이닝.

도 7∼도 12는, 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극 방법을 이용한 근력 트레이닝을 설명하기 위한 모식도이다. 도 7에는, 운동 실시자(2)의 다리(3)가 도시되어 있다. 다리(3)는, 대퇴부(3a), 하퇴부(3b), 무릎(3c), 발(4) 및 발목(4a)을 구비한다. 전극 패드(110a)로 대퇴사두근(5a)에 Ch1의 자극을 줌에 의해, 무릎(3c)을 신전시키도록 대퇴사두근(5a)가 자극된다. 전극 패드(110b)로 전경골근(前脛骨筋)(5b)에 Ch2의 자극을 줌에 의해, 발목(4a)을 배굴시키도록 전경골근(5b)가 자극된다. 전극 패드(110c)로 대퇴이두근(大腿二頭筋)(5c)에 Ch3의 자극을 줌에 의해, 무릎(3c)을 굴곡시키도록 대퇴이두근(5c)이 자극된다. 전극 패드(110d)로 비복근(비腹筋)(5d)에 Ch4의 자극을 줌에 의해, 발목(4a)을 저굴시키도록 비복근(5d)가 자극된다. 다리(3)를 굴곡시키도록 운동을 촉구하고, 굴곡과 연동하여, 장딴지(비복근)에 Ch4의 자극을 공급함으로써 다리(3)를 저굴시킨다. 굴곡의 후에, 다리(3)를 신전시키도록 운동을 촉구하고, 신전과 연동하여, 정강이(전경골근)에 Ch2의 자극을 공급함으로써 다리(3)를 배굴시킨다. 본 실시 형태에 관한 전기자극 방법은, 굴곡 및 저굴을 위한 Ch3 및 Ch4의 전기자극과, 신전 및 배굴을 위한 Ch1 및 Ch2의 전기자극을, 교대로 행한다. 또한, Ch3, Ch4의 전기자극과 Ch1, Ch2의 전기자극 중 어느 쪽을 최초에 행하는지는, 초기 상태를 상태(S1)와 상태(S2)의 어느 쪽으로 설정하는지에 따라 임의로 정하면 좋다.

도 8은, 그 장소에서 제자리걸음을 하는 경우의 무릎(3c) 및 발목(4a)의 움직임을 설명하는 도면이다. 상태(S1)는, 다리(3)를 펴서 직립하고 있는 상태이다. 상태(S1)로부터 서서히 무릎이 굴곡하고, 서서히 발목이 저굴함으로써, 상태(S2)에 이른다. 상태(S2)는, 제자리걸음시에 무릎을 피크 위치까지 들어올린 상태이다. 상태(S2)로부터, 서서히 무릎(3c)을 신전시켜서, 서서히 발목(4a)을 배굴시킴으로써, 상태(S3)에 이른다. 상태(S3)은, 다리(3)를 펴 가서, 재차 직립으로 되돌아온 상태이다.

도 9∼도 12는, 도 8의 제자리걸음 동작을 실현하기 위한 전기자극 방법을 도시하고 있다. 도 9는 상태(S1)를 도시하고 있다. 전극 패드(110c)에 Ch3의 전기자극 신호를 공급함으로써 무릎(3c)이 굴곡하고, 전극 패드(110d)에 Ch4의 전기자극 신호를 공급함으로써 발목(4a)이 저굴한다. 이에 의해, 도 10의 상태(S2)로 이행한다. 계속해서, 도 11의 상태(S2)에서, 전극 패드(110a)에 Ch1의 전기자극 신호를 공급함으로써 무릎(3c)이 신전하고, 전극 패드(110b)에 Ch2의 전기자극 신호를 공급함으로써 발목(4a)이 배굴한다. 이에 의해, 도 12와 같이 상태(S3)이 된다. 이와 같이 상태(S1, S2, S3, S1, S2, S3 …)라는 동작을 반복하도록, Ch1∼Ch4의 전기자극 신호를 각각 공급하면 좋다.

실시의 형태에 관한 전기자극 신호의 파형.

도 13∼도 16은, 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극기(100)가 생성하는 전기자극 신호의 파형도이다. 각 도면에는, 제1 자극 패턴(A1∼A4) 및 제2 자극 패턴(B1∼B4)이 도시되어 있다. 각 채널(Ch1∼Ch4) 각각에서, 횡축이 시간이고, 종축이 자극 강도이다. 도 14∼도 16에서는, 파형도의 지면(紙面) 상방에, 보행 상태를 모식적으로 도시하고 있다. 트레이닝 장치(1)는, 도 13∼도 16에 도시하는 파형에 따라, Ch1∼Ch4의 전기자극 신호를 이용하여 운동 실시자(2)에게 근력 트레이닝을 시킨다. 도 13∼도 16에 도시하는 바와 같이, Ch1∼Ch4는, 각각, 파형(161)∼175에 따라 자극 강도가 변화한다. Ch2의 파형은 Ch1의 파형과 연동하여 증감하고, Ch4의 파형은 Ch3의 파형과 연동하여 증감한다.

전기자극기(100)는, 도 13∼도 16에 도시하는 바와 같이 제1 자극 패턴(A1∼A4)의 전기자극과 제2 자극 패턴(B1∼B4)의 전기자극을 교대로 행한다. 이에 의해, 전기자극기(100)는, Ch1 및 Ch2에 의한 전기자극과, Ch3 및 Ch4에 의한 전기자극을 교대로 행할 수 있다. 여기서 말하는 「교대로 행하는 전기자극」은, 도 13∼도 16 각각의 자극 패턴을 반복하는 형태로 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1 자극 패턴(A1∼A4) 중 임의로 선택한 2개 이상의 자극 패턴이 계속된 후에 제2 자극 패턴(B1∼B4)의 적어도 하나가 나타나도 좋고, 제2 자극 패턴(B1∼B4)으로부터 임의로 선택한 2개 이상의 자극 패턴이 계속된 후에 제1 자극 패턴(A1∼A4)의 적어도 하나가 나타나도 좋고, 이들이 연속적 또는 소정의 정지 기간을 두고 반복하여 발생하여도 좋다.

Ch1 및 Ch2의 전기자극과 Ch3 및 Ch4의 전기자극이 동시에 부여되지 않는 것이 바람직하고, 제1 자극 패턴(A1∼A4) 및 제2 자극 패턴(B1∼B4)에 따라 Ch1 및 Ch2의 전기자극과 Ch3 및 Ch4의 전기자극이 서로 배타적으로 부여되는 것이 바람직하다. 제1 자극 패턴(A1∼A4)에 의한 전기자극과 제2 자극 패턴(B1∼B4)에 의한 전기자극과 사이에 휴게(休憩) 시간을 마련함으로써, 운동 실시자(2)의 부담을 경감하면서 배타적인 전기자극의 부여를 확보하여도 좋다. 단, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 여기서 말하는 「교대로 행하는 전기자극」에는, 제1 자극 패턴(A1∼A4)의 전기자극과 제2 자극 패턴(B1∼B4)의 전기자극이 시간적으로 어긋내어져서 교대로 발생하면서 이들의 전기자극이 일부 중복되어 있는 전기자극이 나타나는 편을 포함하여도 좋다.

도 13은, 도 9∼도 12에 도시한 제자리걸음 동작을 실현하기 위한 전기자극 신호의 파형이다. 도 13에 도시하는 한 예에서는, Ch1, Ch3의 파형(161, 163)는 대형파(臺形波)이고, Ch2, Ch4의 파형(162, 164)는 삼각파(三角波)이고, Ch2, Ch4의 삼각파는 증가보다도 감소쪽이 급한 경사를 가지며, 감소 기간보다도 증가 기간쪽이 길다. 상태(S1)로부터 상태(S2)로의 이행을 위해 Ch3, Ch4 각각이 자극이 온이 되고, 상태(S2)로의 도달시에 Ch3, Ch4가 자극이 오프가 되고 Ch1, Ch2가 자극 온이 된다. 상태(S2)로부터 상태(S3)로 도달하면, Ch1, Ch2가 자극이 오프가 되고, 레그 프레스의 한 왕복동작이 완료된다.

도 14∼도 16은, 보행시의 동작을 실현하기 위한 전기자극 신호의 파형이다. 도 14는, 한쪽다리(片脚)를 앞으로 내는 동작을 위한 근력 트레이닝에서 이용되는 파형을 도시한다. 도 14에서는, Ch1∼Ch4에 파형(165∼168)의 전기자극 신호를 흘림으로써, 상태(SW1∼SW6)까지 다리(3)의 상태가 이행한다. 상태(SW1)는, 초기 상태이다. 상태(SW1)는, 다리(3)를 앞으로 내기 위해 굴곡을 시작할 때의 다리(3)의 상태이고, Ch3에서 파형(167)이 증가를 시작하는 타이밍에 상당한다. 상태(SW2)는, 지면(地面)을 차기 위해 저굴을 시작할 때의 다리(3)의 상태이고, Ch3에서 파형(167)이 피크값으로 유지되고 Ch4에서 파형(168)이 증가를 시작하는 타이밍에 상당한다. 상태(SW3)는, 지면을 찬 발(4)이 지면을 떨어졌기 때문에 저굴을 종료한 때의 다리(3)의 상태이고, Ch4에서 파형(168)이 피크값에 달하여 파형(168)가 감소를 시작하는 타이밍에 상당한다. 상태(SW4)는, 소정 위치까지 굴곡을 행하였기 때문에 굴곡을 종료하고, 다리(3)를 앞으로 내기 위해 신전과 배굴을 시작할 때의 다리(3)의 상태이다. 상태(SW4)는, Ch3에서 파형(167)이 감소를 시작하는 타이밍에 상당한다. 상태(SW4)와 상태(SW5) 사이의 구간은, 우선 Ch3의 파형(167)이 제로까지 내려간다. Ch3이 제로가 된 시점에서, Ch1의 파형(165) 및 Ch2의 파형(166)이 증가를 시작한다. 상태(SW5)는, 신전한 다리(3)가 지면에 붙었기 때문에, 배굴의 출력을 서서히 약하게 한 때의 다리(3)의 상태이다. 상태(SW5)는, Ch2에서 파형(166)이 증가로부터 감소로 바뀌는 타이밍에 상당한다. 상태(SW6)는, 발(4) 바닥(裏)이 지면에 붙었기 때문에 신전 및 배굴을 종료한 때의 다리(3)의 상태이다. 상태(SW6)는, 종료 상태이다. 상태(SW6)로부터, 미리 정한 「운동 정지 기간」을 두고서, 운동 실시자(2)를 휴식시킨다. 그 후, 상기한 상태(SW1) 이후의 동작이 반복된다. 제어 장치(28)에 각 상태(SW1∼SW6) 각각의 페달부(21)의 위치 등을 기억하여 두고, 인코더(26)의 출력에 의거하여 상태(SW1∼SW6)가 검지되는 것이 바람직하다. 페달부(21)의 각도(θ)를 각도 센서 등으로 검지하여, 보다 정확하게 운동 상황을 검출하여도 좋다.

도 15는, 도 14의 전기자극 신호의 파형의 변형예이다. 도 15가 도 14와 다른 것은, Ch2의 파형(171)이 삼각파이고 Ch1의 피크 중에 Ch2가 내려가는 것, Ch4의 파형(172)이 대형파인 것, Ch1의 후반 부분에 Ch4의 파형(173)이 존재하고 있고 Ch1과 Ch4에서 온 구간이 중복되어 있는 것이다. 도 16은, 도 14 및 도 15의 후의 보행 동작을 생성하는 파형이다. 상태(SW6 또는 SW16)로부터, 상태(SW21)로 보행 동작이 이어진다.

도 16에 도시하는 제1 자극 패턴(A4) 및 제2 자극 패턴(B4)에서는, Ch1에 대형파의 파형(174)이 있고, Ch2에 삼각파의 파형(175)이 있을 뿐이다. Ch3 및 Ch4는 오프로 유지된다. 상태(SW21)로부터 상태(SW22)까지의 구간길이는, 상태(SW1)(또는 SW11)와 상태(SW6)(또는 SW16)의 구간길이와 같다. 상태(SW22)로부터, 상태(SW1 또는 SW11)로 보행 동작이 이어진다.

전기자극 신호의 파형은, 목적으로 하는 운동에 응하여 다양하게 설정할 수 있다. 설정하는 관점의 한 예를 설명하면, 전기자극 신호의 크기는 자극의 강도에 비례한다. Ch1∼Ch4 각각의 자극의 강도는, 다리(3)의 변위량 즉 신전량, 배굴량, 굴곡량 및 저굴량과 각각 상관을 갖는다. 또한, 전기자극 신호의 변화율은, 「자극의 강약을 변화시키는 속도」에 비례한다. 파형의 변화율이 크면 다리(3)를 빨리 움직이는 자극이 생기고, 파형의 변화율이 작으면 다리(3)를 천천히 서서히 움직이는 자극이 생긴다. 그래서, 도 14 및 도 15에 도시하는 바와 같이, 제1 자극 패턴(A2, A3)쪽이, 제2 자극 패턴(B2, B3)보다도, 자극의 공급 기간이 길어도 좋다. 이에 의해 현실의 보행 동작에 접근한 근력 트레이닝이 가능하다.

여기서, Ch1 또는 Ch3에 속하는 파형(161, 163, 165, 167 및 174)을, 「제1 파형 그룹」이라고 칭하고, Ch2 또는 Ch4에 속하는 파형(162, 164, 166, 168, 171, 172, 173 및 175)을, 「제2 파형 그룹」이라고 칭한다. 제1 파형 그룹은, 무릎(3c)의 신전과 굴곡을 행하는 전기자극 신호의 파형이다. 제2 파형 그룹은, 발목(4a)의 배굴과 저굴을 행하는 전기자극 신호의 파형이다. 그래서, 하기한 중 하나 또는 복수의 관계가 바람직하게 적용되어도 좋다. 도 14∼도 16에 도시하는 바와 같이, 제1 파형 그룹의 파형이 각각 피크에 달한 후에, 제2 파형 그룹의 파형이 각각 피크에 달하도록, 이들의 파형을 증가시켜도 좋다. 제1 파형 그룹의 파형의 온 구간과 제2 파형 그룹의 파형의 온 구간의 적어도 일부가 중복되어도 좋다. 제1 파형 그룹의 파형이 피크값을 유지하고 있는 사이에, 제2 파형 그룹의 파형이 증가하여 피크값에 달하는 구간을 마련하여도 좋다. 제1 파형 그룹의 파형이 피크값을 유지하고 있는 사이에, 제2 파형 그룹의 파형이 감소를 시작하여도 좋다. 제1 파형 그룹의 파형보다도, 제2 파형 그룹의 파형쪽이, 피크값을 나타내는 구간이 짧아도 좋다. 제2 파형 그룹의 파형은, 증가의 경사보다도 감소의 경사가 급하여도 좋다. 파형(166)과 같이, 제2 파형 그룹의 파형은, 제1 경사로 값이 감소하는 제1 감소 구간과, 제1 경사보다도 큰 제2 경사로 값이 감소하는 제2 감소 구간을 포함하고 있어도 좋다.

또한, 각각의 파형(161∼174)의 사이에서 피크값(즉 진폭)를 상위시켜도 좋고, 이에 의해 신전량, 배굴량, 굴곡량 및 저굴량을 각각 조정하여도 좋다. Ch1∼Ch4 중 「2개의 Ch」의 파형의 관계를 다음과 같이 정하여도 좋다. 2개의 Ch의 파형의 사이에서 증가시의 변화율과 감소시의 변화율의 적어도 일방을 상위(相違)시켜도 좋고, 증가 또는 감소는 계단형상 또는 연속적으로 변화시켜도 좋다. 2개의 Ch의 파형의 사이에서 증가 구간의 길이와 감소 구간의 길이의 적어도 일방을 상위시켜도 좋고, 2개의 Ch의 파형의 사이에서 증가 시작 시기와 감소 시작 시기의 적어도 일방을 상위시켜도 좋고, 2개의 Ch의 파형의 사이에서 증가 종료 시기와 감소 종료 시기의 적어도 일방을 상위시켜도 좋다. 여기서 말하는 「2개의 Ch」는, 구체적으로는, Ch1과 Ch2의 조(組), Ch3과 Ch4의 조, Ch1과 Ch3의 조, 또는 Ch2와 Ch4의 조로 하여도 좋다.

또한, 제1 자극 패턴(A1∼A4) 및 제2 자극 패턴(B1∼B4) 각각에서, 동일한 자극 패턴에 속하는 복수의 파형은, 서로 온 구간이 중복되어 있어도 좋고, 각각의 온 구간이 중복되지 않아도 좋다. 예를 들면, 도 14에서 제2 자극 패턴(B2)에 속하는 파형(167, 168)은 온 구간이 중복되어 있는데, 파형(167)을 조기(早期)에 저하시키고, 그 후에 파형(168)의 증가를 시작함으로써 이들의 파형(167, 168)의 온 구간을 중복시키지 않아도 좋다. 또한, 전극 패드(110a∼110d) 각각의 자극 강도는, 서로 독립적으로 설정할 수 있는 것이 바람직하다. 사람의 동작에는 개인차가 있기 때문에, 모든 파형의 증가, 수평, 감소는 유저가 적절하게 조정할 수 있는 것이 바람직하다. 무릎 관절이 조금 아픈 경우, 또는 파형의 증가가 빠르면 고통인 경우에는, 파형의 증가의 경사를 완만하게 하여도 좋다. 파형을 수평으로 유지하는 경우에, 그 유지 구간의 길이 및 유지하는 강도도, 적절하게 조정할 수 있는 것이 바람직하다. 파형의 감소의 경사를 완만하게 하여도 좋다. 마찬가지로 파형의 피크값, 즉 주어야 할 자극 강도의 최대치도 조정 가능한 것이 바람직하다. 구체적인 조정 방법의 한 예로서, 복수의 유저가 있는 경우에는 각 유저에게 식별 번호(ID)를 설정하고, 유저마다 상기한 파라미터군을 설정할 수 있도록 하여도 좋다. 유저마다 설정 파라미터군을 전환 가능하게 하여도 좋다.

전극 패드(110a 및 110c)의 자극으로 무릎(3c)의 신전 및 굴곡을 행하고, 전극 패드(110b 및 110d)의 자극으로 발목(4a)의 배굴 및 저굴을 행할 수가 있다. 무릎(3c)의 굴곡에 연동하여 발목(4a)이 저굴하고, 무릎(3c)의 신전에 연동하여 발목(4a)이 배굴한다. 이와 같이, 굴곡과 저굴을 1세트로 하고, 신전과 배굴을 1세트로 하여, 이들을 교대로 행함으로써, 굴신(屈伸), 제자리걸음, 또는 보행 등의 동작이 실현된다. 도 13∼16에서 도시한 바와 같이 제1 자극 패턴(A1∼A4)과 제2 자극 패턴(B1∼B4)을 교대로 공급함에 의해, 굴신, 제자리걸음, 보행 등의 동작을 유도하는 전기자극을 다리(3)에 정확하게 줄 수 있다. 이에 의해, 보다 정밀하면서 실용적인 근력 트레이닝을 행할 수가 있다. 본 실시 형태는 레그 프레스에 의한 근력 트레이닝이고, 바람직한 적용 대상으로서 제자리걸음 및 보행 트레이닝에 본 발명을 적용할 수 있지만, 그 장소에서 일어나는, 앉는, 쭈그리는, 서 있다는 동작을 행하기 위한 근력을 단련할 수도 있다. 보행으로 한하지 않고, 달리기 위한 근력 트레이닝에 본 발명을 적용하여도 좋다.

실시의 형태에 관한 트레이닝 장치의 구체적 제어.

도 17∼도 20은, 본 발명의 실시의 형태에 관한 트레이닝 장치(1)의 제어 플로 차트이다. 기능적으로 동일 또는 상당하는 처리 스텝에는, 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 이 제어는 트레이닝 장치(1)가 구비하는 제어 수단으로 실시되면 좋고, 각 스텝의 처리가 제어 장치(28)와 컨트롤러(150)에서 적절하게 분담되어도 좋다. 또한, 상술한 파형도로 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 자극의 온 및 자극의 오프에서, 상승 에지가 소정의 증가율로 상승하고, 하강 에지가 소정의 감소율로 하강하도록 하고 있다. 이에 의해 급격한 자극 변화를 억제하고 있다. 단 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 파형의 상승 및 하강의 적어도 일방을 빠르게 변화시켜도 좋다.

도 17은 제자리걸음 동작을 실현하는 제어를 도시하고 있다. 도 17에서는, 우선, 상태(S1) 스텝 S100에서 Ch3, Ch4의 자극을 온 한다. 이에 의해, 도 13에 도시하는 Ch3, Ch4의 전기자극 신호가 전극 패드(110c 및 110d)에 출력된다. 다음에 스텝 S102에서 제어 장치(28)가 인코더(26)의 출력을 취득하고, 페달부(21)의 위치 정보가 취득된다. 다음에 스텝 S104에서 판정 처리가 실시되어, 미리 정한 위치에 페달부(21)가 달하면 처리는 스텝 S106으로 진행하고, 그렇지 않은 경우는 처리는 스텝 S102로 되돌아온다. 「미리 정한 위치」는, 상태(S2)에서 발(4)이 올라간 위치와 대응하는 위치이다. 스텝 S106에서는 상태(S2)이고, 모든 Ch1∼Ch4에서 자극이 오프가 된다. 다음에, 스텝 S108에서, 미리 정한 휴게시간이 카운트된다. 스텝 S108의 휴게시간이 종료되면, 다음에, 스텝 S110에서 Ch1, Ch2의 자극을 온 한다. 다음에, 스텝 S112에서 인코더(26)의 출력이 취득되고, 스텝 S114에서, 제어 장치(28)가, 원래의 위치로 페달부(21)이 되돌아왔는지의 여부를 판정한다. 원래의 위치로 페달부(21)이 되돌아와왔으면, 상태(S3)에서 발(4)이 지면에 닿은 상태와 대응하기 때문이다. 스텝 S114의 조건 성립시에는 처리는 스텝 S116으로 진행하여 전(全) 자극이 오프 되고, 스텝 S118에서 휴게시간이 카운트된다. 그 후, 스텝 S120에서, 적산 운동 회수를 계수하는 계수치가 잉크리먼트되고, 적산 운동 회수가 미리 정한 지정 운동 회수에 달하였는지의 여부가 판정된다. 적산 운동 회수가 지정 운동 회수에 달할 때까지 스텝 S100∼S120의 처리가 반복되고, 지정 운동 회수에 달하면 도 17의 루틴이 종료된다.

도 18은, 도 17의 루틴의 변형예를 도시한다. 도 18의 루틴에서는 시간 계측치에 의거하여 Ch1∼Ch4의 온 오프를 전환한다. 도 18의 루틴에서는, 우선, 스텝 S200에서 타이머에 의한 시간 계측이 시작된다. 다음에, 도 17과 마찬가지로 스텝 S100의 처리가 실행된다. 다음에, 스텝 S204에서, 스텝 S100의 처리 실행 후의 경과 시간이 계측된다. 다음에, 스텝 S206에서, 경과 시간이 미리 정한 제1 소정 시간에 달하였는지의 여부가 판정된다. 이 「제1 소정 시간」은, 스텝 S100에서의 자극 온이 있고 나서 발(4)이 올라간 상태(S2)에 달하였다고 추정하는 시간이고, 도 13의 Ch3의 온 기간과 같은 길이로 설정하면 좋다. 스텝 S206에서 경과 시간이 미리 정한 시간에 달하였다고 판정된 경우에는, 처리는 스텝 S106, S108, S110으로 진행한다. 그 후, 스텝 S214에서 경과 시간이 취득되고, 스텝 S216에서 경과 시간이 미리 정한 제2 소정 시간에 달하였는지의 여부가 판정된다. 이 「제2 소정 시간」은, 스텝 S110에서의 자극 온이 있고 나서 초기의 위치에 페달부(21)가 되돌아왔다고 추정하는 시간이고, 도 13의 Ch1의 온 기간과 같은 길이로 설정하면 좋다. 스텝 S216의 조건 성립시에는, 도 17의 루틴과 마찬가지로, 스텝 S116의 전 자극 오프, 스텝 S118의 휴식 및 스텝 S120의 운동 회수의 판정이 행하여지고, 적산 운동 회수가 지정 운동 회수에 달하면 루틴이 종료된다.

도 19 및 도 20은, 도 14 및 도 16에 도시하는 파형도에 따라 자극 신호를 주는 제어 플로 차트이다. 도 19의 루틴에서는, 우선 스텝 S300에서 다리(3)가 상태(SW1)일 때에 Ch3의 자극을 온으로 하고, 다음에 스텝 S302에서 인코더(26)의 출력을 취득하는 센서 정보 취득 처리가 행하여지고, 또한 스텝 S304에서 페달부(21)가 미리 정한 굴곡 시작 위치에 도달하였는지의 여부가 판정된다. 페달부(21)가 굴곡 시작 위치에 도달하였다고 판정되지 않은 경우에는 처리는 스텝 S302로 되돌아온다. 스텝 S304에서 페달부(21)가 굴곡 시작 위치에 도달하였다고 판정된 경우에는, 다리(3)가 상태(SW2)이고, 계속해서 스텝 S306에서 Ch4의 자극이 온이 된다. 계속해서, 스텝 S308에서 센서 정보 취득 처리가 행하여지고, 스텝 S310에서 페달부(21)가 미리 정한 저굴 위치에 도달하였는지의 여부의 판정이 행하여진다. 페달부(21)가 저굴 위치에 도달한 경우에는, 다리(3)가 상태(SW3)이고, 스텝 S312에서 Ch4의 자극이 오프 된다. 이 시점에서 Ch3의 자극 온은 계속하고 있고, 그 후, 스텝 S314에서 센서 정보 취득 처리가 행하여지고, 스텝 S316에서 페달부(21)가 미리 정한 굴곡 위치에 도달하였는지의 여부가 판정된다. 페달부(21)가 굴곡 위치에 도달하였다고 판정된 경우는, 다리(3)는 상태(SW4)이고, 계속된 스텝 S318에서 Ch3의 자극은 오프, Ch1 및 Ch2의 자극이 온이 된다.

다음에, 처리는 도 20의 루틴에서의 스텝 S320으로 진행하여 센서 정보 취득 처리가 행하여지고, 또한 스텝 S322에서는, 「발뒤꿈치가 지면에 닿은 때의 발(4)의 위치에 대응시켜서 미리 정한 위치」에 페달부(21)가 도달하였는지의 여부가 판정된다. 페달부(21)가 배굴 위치에 도달하였다고 판정되면, 다리(3)는 상태(SW5)이고, 스텝 S324에서 Ch2의 자극 강도를 서서히 약하게 하기 시작한다. 계속해서 스텝 S326에서 센서 정보 취득 처리가 행하여지고, 스텝 S328에서는, 「발바닥이 지면에 닿은 때의 발목(4a)의 위치와 대응시켜서 미리 정한 위치」에 페달부(21)가 도달하였는지의 여부가 판정된다. 페달부(21)가 저굴 위치에 도달하였다고 판정된 경우에는, 다리(3)는 상태(SW6)이고, 계속된 스텝 S330에서 전 자극을 오프 한다. 이 때, 도 14에 도시하는 바와 같이 Ch2의 자극이 제로가 되고 나서 약간 지연되어 Ch1의 자극이 제로가 된다. 그 후, 스텝 S332에서 미리 정한 휴게시간이 카운트된다. 휴게시간의 경과 후, 도 16에 도시하는 파형도를 실현하도록, 다리(3)가 상태(SW21)인 때에 스텝 S334에서 Ch1 및 Ch2를 온으로 한다. 그 후, 스텝 S336에서 센서 정보 취득 처리가 행하여지고, 스텝 S338에서 페달부(21)가 미리 정한 배굴 위치에 도달하였는지의 여부가 판정된다. 페달부(21)가 배굴 위치에 도달하였다고 판정된 경우에는, 다리(3)가 상태(SW22)이고, 스텝 S340에서 전 자극이 오프가 된다. 그 후, 스텝 S342에서 미리 정한 휴게시간이 카운트되고, 그 경과 후에, 도 17 및 도 18의 스텝 S120과 같이 운동 회수의 판정이 행하여진다. 적산 운동 회수가 지정 운동 회수보다도 적은 경우에는, 처리는 도 19의 스텝 S300으로 되돌아온다. 적산 운동 회수가 지정 운동 회수에 달한 경우에는, 금회의 루틴이 종료된다.

도 19 및 도 20의 루틴에서는, 상태(SW1∼SW6)의 후, 계속해서 SW21, SW22로 이행하고, 그 후, 재차 SW1부터 같은 동작을 반복한다. 이것은, 제2 자극 패턴(B2)에 의한 전기자극, 제1 자극 패턴(A2)에 의한 전기자극, 제1 자극 패턴(A4)에 의한 전기자극을 행하고, 이것을 1세트로 하여 반복함으로써 실현되고 있다. 이와 같은 경우도, 「제2 자극 패턴(B2)에 의한 전기자극」, 「제1 자극 패턴(A2 및 A4)에 의한 전기자극」, 「제2 자극 패턴(B2)에 의한 전기자극」 …이라는 바와 같이, 제1, 2 자극 패턴의 전기자극을 교대로 행하고 있다. 또한, 도 20의 루틴에서는 인코더(26)의 출력에 의거한 페달부(21)의 위치에 응하여 자극 온 오프 및 자극 강도 조정 등을 행하고 있지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 도 18의 루틴의 시간 계측치에 의거한 자극 조정과 마찬가지로, 도 20에서도 시간 계측치에 의거하여 자극 온 오프 및 자극 강도 조정 등을 행하여도 좋다.

이상 설명하는 실시의 형태에 관한 구체적 처리에 의하면, 운동 상황이 미리 정한 상태(SW1∼SW22)에 일치하면 전기자극기(100)의 출력을 조정하도록, 인코더(26)의 출력 신호를 전기자극기(100)에 피드백할 수 있다. 또한, 페달부(21)에 각도 센서 등을 마련하여 발목(4a)의 배굴 및 저굴을 정확하게 검지하는 변형예가, 바람직하게 적용된다.

또한, 상술한 실시의 형태의 기재에서 다양한 변형예 및 변형의 가능성에 관해 설명하여 왔지만, 또한 하기한 변형이 시행되어도 좋다. 도 21∼도 29는, 본 발명의 실시의 형태에 관한 전기자극 신호의 변형예를 도시하는 파형도이고, 각 도면에 복수의 파형을 겹쳐서 도시하고 있다. Ch1∼Ch4에 각각 공급되는 전기자극 신호에, 이하의 파형(401∼427) 및 이들과 균등한 형상의 파형으로 이루어지는 군에서 선택한 하나의 파형을 적용하여도 좋다. 도 21에 도시하는 구간 폭이 다른 대형파(401∼403)가 적용 가능하고, 대형파(401∼403)는 피크값(P1∼P4)을 선택할 수 있다. 도 22에 도시하는 삼각파(404∼408)가 적용 가능하고, 증가율과 감소율이 동등한 삼각파(406)를 적용하여도 좋고, 증가의 경사가 감소의 경사보다 작은 삼각파(407, 408) 또는 그 반대의 삼각파(404, 405)를 적용하여도 좋다. 도 23에 도시하는 바와 같이, 증가의 경사가 2단계인 파형(409, 410) 또는 감소의 경사가 2단계인 파형(411, 412)를 적용하여도 좋다. 증가 또는 감소의 경사의 단수는, 2단계로 한하지 않고, 3단계 이상이라도 좋다. 대형파는 도 13∼16에 도시하는 바와 같이 등각대형의 파형으로 한정되지 않고, 도 24 및 도 25에 도시하는 바와 같이, 대형(臺形)의 다리의 길이가 다른 비 각대형의 대형파(413∼419)를 적용하여도 좋다. 도 26 및 도 27에 도시하는 바와 같이, 계단형상으로 감소하는 파형(420∼422) 또는 계단형상으로 증가하는 파형(423∼425)를 적용하여도 좋다. 도 28에 도시하는 바와 같이, 전체로서 대형파에 근사하고 연속적, 곡선적으로 변화하는 부분을 포함한 파형(426)를 적용하여도 좋고, 도 29에 도시하는 바와 같이 전체로서 삼각파에 근사하고 연속적, 곡선적으로 변화하는 부분을 포함하는 파형(427)를 적용하여도 좋다.

또한, 본 발명에서는, 본 실시의 형태에서 설명한 전기자극 처리, 제어 처리, 연산 처리, 판정 처리 기타의 처리가, CD-ROM, DVD-ROM 기타의 프로그램 기억 매체에 기억하여 제공되어도 좋다. 또한, 프로그램 단체(單體)로서 유통시켜도 좋다. 또한, 상기한 실시의 형태에서 전기자극 신호의 발생 방법이 「전기자극 방법」으로서 실시되어도 좋다. 상기한 실시의 형태에서 운동 장치(10)를 이용하여 행한 제어, 해석 방법, 처리의 내용은 「트레이닝 방법」의 발명으로서 실시되어도 좋다.

또한, 실시의 형태에서는, 다리(3)의 근력 트레이닝에 본 발명을 적용하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 다른 운동, 예를 들면 팔(腕)의 근력 트레이닝에 본 발명을 적용하여도 좋다. 구체적으로는, 예를 들면, 물건을 든 때, 줍는 때, 들어올리는 때 등에, 팔꿈치 및 손목(手首)이 연동하여 동작한다. 그래서, 팔의 근육에 대해 본 발명에 관한 전기자극기, 트레이닝 장치 및 전기자극 방법을 적용함으로써, 팔꿈치의 굴곡과 신전에 맞추어서 손목의 장굴(掌屈)과 배굴(背屈)을 반복하는 동작을 행하도록 하여도 좋다. 예를 들면, 전기자극기(100)를 이용하여, 전극 패드(110a) 및 전극 패드(110c)의 자극으로 팔의 신전 및 굴곡을 행하고, 전극 패드(110b) 및 전극 패드(110d)의 자극으로 손목의 배굴 및 장굴을 행하도록 하여도 좋다.또한, 운동 장치(10)에서의 운동 검출부(20)에 관해서는, 페달부(21)를 손에 부착 가능하게 구성하고, 팔의 굴신에 응한 손(手)의 왕복 직선 운동에 따라 레일(23)의 방향 및 길이를 변형하여도 좋다. 이와 같이 하여, 상술한 실시의 형태에 관한 트레이닝 장치(1)가 갖는 모든 구성, 동작 및 제어 등 및 그 변형예를, 팔의 근력 트레이닝에 응용하여도 좋다.

1 : 트레이닝 장치 2 : 운동 실시자
3 : 다리 3a : 대퇴부
3b : 하퇴부 3c : 무릎
4 : 발 4a : 발목
5a : 대퇴사두근 5b : 전경골근
5c : 대퇴이두근 5d : 비복근
10 : 운동 장치 20 : 운동 검출부
21 : 페달부 21a : 페달 본체
21b : 이동 금구 21ca : 매트
21cb : 매트 21d : 금구
21e : 회전축 21f : 플레이트
22 : 커버 22a : 슬릿
23 : 레일 24 : 전달 와이어
25 : 케이스 26 : 인코더
27 : 케이스 부착구 28 : 제어 장치
29 : 천판 30 : 지지체
31∼37 : 프레임 40 : 부하 생성부
41 : 바구니부 42 : 레일
43 : 고정구 44 : 추
45 : 커버 50 : 부착벨트
61 : 케이블 100 : 전기자극기
110, 110a∼110d : 전극 패드 120 : 전기자극 생성부
130 : 전력 회로 130a∼130d : 전력 회로부
140 : 조정 회로 140a∼140d : 조정 회로부
150 : 컨트롤러 152 : 메모리
154 : 입출력 회로 200 : 베드
A1∼A4, B1∼B4 : 자극 패턴 Ch1∼Ch4 : 채널

Claims

제1 전극, 제2 전극, 제3 전극 및 제4 전극과,
상기 제1∼4 전극 중 2개의 전극에 의한 전기자극 강도가 연동하여 증감하고, 상기 제1∼4 전극 중 다른 2개의 전극에 의한 전기자극 강도가 연동하여 증감하고, 또한 상기 2개의 전극에 의한 전기자극과 상기 다른 2개의 전극에 의한 전기자극을 교대로 행하도록, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 각각에 전기자극 신호를 공급하는 전기자극 생성부를 구비하며,
상기 2개의 전극을 제1 전극조로 하고, 상기 다른 2개의 전극을 제2 전극조로 하고,
상기 제1 전극조 중 일방의 전극에 제1 파형에 따라 자극 강도가 변화하는 전기자극 신호를 공급하고, 상기 제1 전극조 중 타방의 전극에 제2 파형에 따라 자극 강도가 변화하는 전기자극 신호를 공급하도록 정하여지고, 상기 제2 파형과 상기 제1 파형이 연동하여 증감하고,
상기 제2 전극조 중 일방의 전극에 제3 파형에 따라 자극 강도가 변화하는 전기자극 신호를 공급하고, 상기 제2 전극조 중 타방의 전극에 제4 파형에 따라 자극 강도가 변화하는 전기자극 신호를 공급하도록 정하여지고, 상기 제4 파형과 상기 제3 파형이 연동하여 증감하는 것을 특징으로 하는 전기자극 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 파형이 피크에 달한 후에 상기 제2 파형이 피크에 달하도록 상기 제1 파형 및 상기 제2 파형을 증가시키고, 상기 제3 파형이 피크에 달한 후에 상기 제4 파형이 피크에 달하도록 상기 제3 파형 및 상기 제4 파형을 증가시키는 것을 특징으로 하는 전기자극 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 파형의 온 구간과 상기 제2 파형의 온 구간의 적어도 일부가 중복되고, 상기 제3 파형의 온 구간과 상기 제4 파형의 온 구간의 적어도 일부가 중복되는 것을 특징으로 하는 전기자극 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 파형보다도 상기 제2 파형쪽이 피크값을 나타내는 구간이 짧고, 상기 제3 파형보다도 상기 제4 파형쪽이 피크값을 나타내는 구간이 짧은 것을 특징으로 하는 전기자극 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 파형과 상기 제4 파형의 적어도 일방은, 증가의 경사보다도 감소의 경사가 급한 것을 특징으로 하는 전기자극 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 전극조에 의한 전기자극 쪽이, 상기 제2 전극조에 의한 전기자극보다도, 자극의 공급 기간이 긴 것을 특징으로 하는 전기자극 장치.
제1 전극, 제2 전극, 제3 전극 및 제4 전극과,
상기 제1∼4 전극 중 2개의 전극에 의한 전기자극 강도가 연동하여 증감하고, 상기 제1∼4 전극 중 다른 2개의 전극에 의한 전기자극 강도가 연동하여 증감하고, 또한 상기 2개의 전극에 의한 전기자극과 상기 다른 2개의 전극에 의한 전기자극을 교대로 행하도록, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 각각에 전기자극 신호를 공급하는 전기자극 생성부를 구비하며,
상기 2개의 전극 중 일방의 전극에 제1 전기자극 신호가 공급되고, 상기 2개의 전극 중 타방의 전극에 제2 전기자극 신호가 공급되고,
상기 제1 전기자극 신호와 상기 제2 전기자극 신호는, 자극 강도 증가의 변화율과 자극 강도 감소의 변화율 중 적어도 일방이 서로 다른 것을 특징으로 하는 전기자극 장치.
복수의 전극과,
상기 복수의 전극에 전기자극 신호를 공급하는 전기자극 생성부를 구비하고,
상기 복수의 전극은, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고,
상기 전기자극 생성부는, 제1 파형에 따라 자극 강도가 변화하는 전기자극 신호를 상기 제1 전극에 공급하고, 제2 파형에 따라 자극 강도가 변화하는 전기자극 신호를 상기 제2 전극에 공급하고,
상기 제1 파형은, 진폭의 증가에 의해 제1 피크에 달하고, 상기 제1 피크에서 미리 정한 제1 구간이 경과한 후에 감소하고,
상기 제2 파형은, 상기 제1 파형이 상기 제1 피크에 달한 후에 상기 제1 구간의 도중에서 제2 피크에 달하고, 상기 제2 피크에 달한 후에 감소하는 것을 특징으로 하는 전기자극 장치.
제8항에 있어서,
상기 제2 파형은, 상기 제1 파형의 증가와 동기하여 증가를 시작하고, 상기 제1 파형보다도 완만하게 증가함으로써 상기 제1 파형이 상기 제1 피크에 도달한 후도 계속 증가하는 구간을 갖는 것을 특징으로 하는 전기자극 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 제2 파형은, 제1 경사로 값이 감소하는 제1 감소 구간과, 상기 제1 경사보다도 큰 제2 경사로 값이 감소하는 제2 감소 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자극 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 복수의 전극은, 제3 전극을 포함하고,
상기 제3 전극에, 제3 파형의 전기자극 신호를 공급하고,
상기 제3 파형의 자극 강도는, 상기 제2 파형의 자극 강도가 감소를 종료한 후에 증가를 시작하고, 미리 정한 제2 구간을 경과한 후에 감소를 시작하고,
상기 제1 파형의 자극 강도와 상기 제3 파형의 자극 강도가 동기하여 감소하는 것을 특징으로 하는 전기자극 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 제1 구간의 경과를 검지하는 구간 검지 수단을 포함하고,
상기 구간 검지 수단은, 시간의 계측에 의해 상기 제1 구간의 경과를 검지하는 수단, 또는, 상기 복수의 전극으로 자극을 주는 부위의 운동 상황을 검출하는 운동 검출 수단으로부터의 정보에 의거하여 상기 제1 구간의 경과를 검지하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자극 장치.
운동 상황을 검출하는 운동 검출부와,
제1 전극, 제2 전극, 제3 전극 및 제4 전극과,
상기 제1∼4 전극 중 2개의 전극에 의한 전기자극 강도가 연동하여 증감하고, 상기 제1∼4 전극 중 다른 2개의 전극에 의한 전기자극 강도가 연동하여 증감하고, 또한 상기 2개의 전극에 의한 전기자극과 상기 다른 2개의 전극에 의한 전기자극을 교대로 행하도록, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 각각에 전기자극 신호를 공급하는 전기자극 생성부를 구비한 전기자극 장치를 구비하고,
상기 운동 상황이 미리 정한 운동 상태에 일치하면 상기 전기자극 생성부의 출력을 조정하도록, 상기 운동 검출부의 출력 신호를 상기 전기자극 생성부에 피드백하는 것을 특징으로 하는 트레이닝 장치.
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