KR20110008225A - 운동시스템 - Google Patents

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KR20110008225A
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마사유키 미츠이
마츠키 야마모토
유키코 미시마
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파나소닉 전공 주식회사
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Abstract

운동 시스템은 타동 운동 기기(10), 가속도 센서(20), 자세 평가 장치(30), 제시 장치(40)를 포함한다. 타동 운동 기기(10)는 사용자(80)에 타동 운동을 행하게 한다. 가속도 센서(20)는 사용자(80)의 허리부 부근에 장착되고, 3 축 방향 각각의 가속도를 검출하여 자세 평가 장치(30)에 출력한다. 자세 평가 장치(30)는 상기 가속도에 기초하여 타동 운동 중의 사용자(80)의 자세를 평가하기 위한 물리량을 산출하고, 산출된 상기 물리량과 소정의 기준값을 비교하여 사용자(80)의 자세를 평가한다. 자세 평가 장치(30)는 사용자(80)의 자세의 평가의 결과에 기초하여 사용자(80)의 자세의 개선을 위한 운동 지시를 작성하여 제시 장치(40)에 출력한다. 제시 장치(40)는 상기 운동 지시를 사용자(80)에 제시한다.

Description

운동시스템{Exercise System}
본 발명은, 타동(他動) 운동 기기(passive exercise device)를 사용하는 운동 시스템으로 관한 것이다.
일본국 특허출원 공개공보 제2007-21231호는 승마형의 타동 운동 기기를 개시한다. 상기 타동 운동 기기는 사용자가 넘어서 착석하는 안장 형상의 좌석부를 갖는다. 상기 타동 운동 기기는 상기 좌석부를 요동시킴으로써 상기 좌석부에 앉은 사용자에게 승마 운동을 모방한 타동 운동을 행하게 한다.
상기 타동 운동 기기의 사용에 숙달되어 있는 사용자(숙련자)는 상기 좌석부의 움직임에 추종하여 자신의 신체를 움직일 수 있다. 그로 인해, 숙련자는 원하는 부위의 근육을 단련하거나, 군살을 뺄 수 있다.
그러나 상기 타동 운동 기기의 사용에 익숙하지 않은 사용자(초심자)는 상기 좌석부의 움직임에 추종하여 자신의 신체를 움직일 수 없다. 그로 인해, 초심자는 운동 효과를 충분히 얻을 수 없다.
예를 들면, 승마형의 타동 운동 기기에서는, 사용자는 상기 좌석부가 요동하여도 두부(head)가 흔들리지 않도록 상반신의 균형을 잡을 필요가 있다. 숙련자의 경우 두부의 움직임이 적고 허리부의 움직임이 좌석부의 움직임에 맞춰서 커지는 경향이 있다. 그러나 초심자의 경우 허리부의 움직임으로 좌석부의 움직임을 흡수할 수 없고, 두부나 상반신의 움직임이 커지는 경향이 있다.
따라서, 초심자의 경우, 타동 운동중의 자세를 운동 지도원이 봐 주고, 나쁜 부분을 교정하는 것이 바람직하다. 그러나 자택 등에서는 타동 운동 중의 자세를 운동 지도원이 봐 주는 것은 어렵다. 여기에서 타동 운동중의 자세를 거울로 확인하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 신체의 어느 부위의 움직임이 나쁜지, 자세를 개선하기 위해서는 어떤 점에 주의하면 좋은지 하는 것을, 타동 운동 중의 자세를 보아서 판단하는 것은, 초심자에게는 어렵다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어져 있다. 본 발명의 목적은 타동 운동 중의 자세를 개선하기 위한 운동 지시를 사용자에 제시할 수 있는 운동 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 관련되는 운동 시스템은 타동 운동 기기, 가속도 센서, 자세 평가 장치, 그리고 제시 장치를 포함한다. 상기 타동 운동 기기는 사용자가 앉는 좌석부를 갖는다. 상기 타동 운동 기기는 상기 좌석부를 움직여서 상기 사용자에 타동 운동을 행하게 하도록 구성된다. 상기 가속도 센서는 상기 사용자의 허리부 부근에 장착된다. 상기 가속도 센서는 3축 방향 각각의 가속도를 검출하여 상기 자세 평가 장치에 출력하도록 구성된다. 상기 자세 평가 장치는 물리량 산출부, 운동 지시 작성부를 포함한다. 상기 물리량 산출부는 상기 가속도 센서로부터 출력된 상기 가속도에 기초하여 타동 운동 중의 상기 사용자의 자세를 평가하기 위한 물리량을 산출하도록 구성된다. 상기 운동 지시 작성부는 상기 물리량 산출부에서 산출된 상기 물리량과 소정의 기준값을 비교하여 상기 사용자의 자세를 평가하도록 구성된다. 상기 운동 지시 작성부는 상기 사용자의 자세의 평가의 결과에 기초하여 상기 사용자의 자세의 개선을 위한 운동 지시를 작성하도록 구성된다. 상기 제시 장치는 상기 운동 지시 작성부에서 작성된 상기 운동 지시를 상기 사용자에 제시하도록 구성된다.
상술한 바와 같은 운동 시스템은 타동 운동 중의 자세를 개선하기 위한 상기 운동 지시를 상기 사용자에 제시할 수 있다. 그로 인해, 상기 사용자는 제시된 상기 운동 지시를 따름으로써, 타동 운동시의 자세를 개선할 수 있다. 그 결과, 상기 사용자는 운동 지도원이 없어도 효율적인 훈련을 행할 수 있게 된다.
바람직하게는, 상기 자세 평가 장치는 상기 운동 지시를 기억하는 운동 지시 기억부를 구비한다. 상기 운동 지시 작성부는 상기 운동 지시를 작성함에 있어서, 상기 사용자의 자세의 평가의 결과에 대응하는 상기 운동 지시를 상기 운동 지시 기억부에서 읽어내도록 구성된다.
이 경우, 상기 운동 시스템은 상기 운동 지시를 용이하게 작성할 수 있다.
바람직하게는, 상기 타동 운동 기기는 상기 좌석부를 좌우 방향(측면방향)에 대해서 직교하는 면내에서 전후로 요동시킨다. 상기 물리량은 연직방향에 대한 상기 사용자의 골반의 각도의 변화이다.
이 경우, 상기 운동 시스템은 복근이나 등골을 사용하여 골반의 위치를 바른 위치에 유지하고 있는가 아닌가를 평가할 수 있다.
바람직하게는, 상기 타동 운동 기기는 상기 좌석부를 좌우 방향에 대해서 직교하는 면내에서 전후로 요동시킨다. 상기 물리량은 상기 사용자의 신체의 전후의 이동량이다.
이 경우, 상기 운동 시스템은 골반의 각도를 변화시킴으로써 좌석부의 전후의 움직임을 흡수할 수 있는가 아닌가를 평가할 수 있다. 또한, 상기 운동 시스템은 복근에 힘을 줌으로써 골반을 지지할 수 있는가 아닌가를 평가할 수 있다. 또한, 상기 운동 시스템은 상반신이 전후로 흔들리지 않는가 아닌가를 평가할 수 있다.
바람직하게는, 상기 타동 운동 기기는 상기 좌석부를 전후 방향에 대해서 직교하는 면내에서 좌우로 요동시킨다. 상기 물리량은, 상기 사용자의 신체의 좌우의이동량이다.
이 경우, 상기 운동 시스템은 허벅다리에 힘을 주어서 상기 좌석부를 끼고 있음으로써 허리를 지지하고 있는가 아닌가를 평가할 수 있다. 또한, 상기 운동 시스템은 상반신이 좌우 방향으로 흔들리지 않는가 아닌가를 평가할 수 있다.
바람직하게는, 상기 타동 운동 기기는 상기 좌석부를 좌우 대칭으로 요동시킨다. 상기 물리량은 상기 좌석부가 좌측으로 기울어져 있을 때의 사용자의 신체의 움직임과 상기 좌석부가 우측으로 기울어져 있을 때의 사용자의 신체의 움직임과의 편차이다.
이 경우, 상기 운동 시스템은 좌우 균등한 움직임을 행할 수 있는가 아닌가를 평가할 수 있다.
바람직하게는, 상기 타동 운동 기기는 상기 좌석부를 주기 운동시킨다. 상기 물리량 산출부는 복수의 물리량을 산출한다. 복수의 물리량 중 하나는 단위 주기당 다른 물리량의 분산이다.
이 경우, 상기 운동 시스템은 상기 사용자가 타동 운동을 안정적으로 행하고 있는가 아닌가를 평가할 수 있다.
바람직하게는, 상기 타동 운동 기기는 상기 좌석부를 주기 운동시킨다. 상기 가속도 센서에 의해 얻어진 상기 가속도로부터 구한 값의 주기 마다의 분산이다.
이 경우, 상기 운동 시스템은 상기 사용자가 타동 운동을 안정적으로 행하고 있는가 아닌가를 평가할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 운동 시스템은 타동 운동 중의 자세를 개선하기 위한 상기 운동 지시를 상기 사용자에 제시할 수 있다. 그로 인해, 상기 사용자는 제시된 상기 운동 지시를 따름으로써, 타동 운동시의 자세를 개선할 수 있다. 그 결과, 상기 사용자는 운동 지도원이 없어도 효율적인 훈련을 행할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 운동 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태의 운동 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태의 운동 시스템의 에 있어서의 타동 운동 기기의 블록도이다.
도 4a는 타동 운동 기기에 사용자가 탄 상태를 윗쪽에서 본 도면이다.
도 4b는 타동 운동시의 허리부의 궤적을 윗쪽에서 본 도면이다.
도 4c는 타동 운동 기기를 탄 상태를 측면 쪽에서 본 도면이다.
도 5a는 골반 각도의 산출 방법의 설명도이다.
도 5b는 골반 각도의 산출 방법의 설명도이다.
도 6은 (a)가 좌우 방향의 변위의 시간 변화를 나타내는 그래프이고, (b)가 좌우 방향의 가속도의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 (a)가 좌우 방향의 가속도의 실측값의 시간 변화를 나타내는 그래프이고, (b)가 전후 방향의 가속도의 실측값의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태의 운동 시스템의 동작을 설명하는 플로우챠트이다.
도 9는 진단 결과를 표시하는 화면의 설명도이다.
도 10a는 타동 운동시의 골반 각도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10b는 타동 운동시의 골반 각도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11a는 타동 운동시의 사용자의 허리부의 궤적을 윗쪽에서 본 도면이다.
도 11b는 타동 운동시의 사용자의 허리부의 궤적을 윗쪽에서 본 도면이다.
도 11c는 타동 운동시의 사용자의 허리부의 궤적을 윗쪽에서 본 도면이다.
도 11d는 타동 운동시의 사용자의 허리부의 궤적을 윗쪽에서 본 도면이다.
도 11e는 타동 운동시의 사용자의 허리부의 궤적을 윗쪽에서 본 도면이다.
본 발명의 일 실시 형태의 운동 시스템은 도 2에 나타내는 바와 같이, 타동 운동 기기(10), 가속도 센서(20), 자세 평가 장치(30), 영상 표시 장치(제시 장치)(40), 서버(웹 서버)(50)를 포함한다. 자세 평가 장치(30), 영상 표시 장치(40), 서버(50)는 통신 네트워크(인터넷)(70)를 통해 서로 접속된다. 자세 평가 장치(30), 영상 표시 장치(40), 서버(50)는 통신 네트워크(70)를 통해 서로 데이터 통신을 행하도록 구성된다.
서버(50)는 정보 콘텐츠나 영상 콘텐츠 등의 각종 콘텐츠를 영상 표시 장치(40)에 송신한다. 서버(50)는 타동 운동 기기(10)를 채용한 타동 운동 시의 사용자(80)의 자세를 진단하기 위한 애플리케이션(웹 애플리케이션)(51)을 콘텐츠의 하나로서 갖는다. 서버(50)는 영상 표시 장치(40)의 요구에 따라서 애플리케이션(51)을 실행한다.
타동 운동 기기(10)는 사용자(80)에게 타동 운동을 행하게 한다. 타동 운동(passive exercise)이라 함은 사용자(80)의 신체에 외력을 가함으로써 근육군을 신축시키는 운동이다. 사용자(80)는 타동 운동 기기(10)를 사용하여 타동 운동을 함으로써, 자발적으로 근력을 발휘한 경우와 같은 운동 효과를 얻을 수 있다.
타동 운동 기기(10)는 도 2 ~ 도 4에 나타내는 바와 같이, 제어부(control unit)(11), 좌석부(12), 구동부(drive unit)(13), 기억부(memory unit)(14), 조작부(manipulation unit)(15), 본체부(16)를 구비한다.
좌석부(12)는 사용자(80)가 위에 올라타서 착석할 수 있도록 안장 형상으로 형성된다. 조작부(15)는 좌석부(12)의 전단측 표면에 장착된다.
타동 운동 기기(10)에서 좌석부(12)의 기준 위치는 좌석부(12)에 착석한 사용자(80)의 골반의 방향이 직립시의 사용자(80)의 골반의 방향과 거의 동일하게 될 때의 좌석부(12)의 위치로 정의된다. 또한, 기준 위치에 있는 좌석부(12)에 사용자(80)가 앉은 상태에서는 좌석부(12)의 전후 방향과 사용자(80)의 전후 방향이 거의 일치하고, 좌석부(12)의 좌우 방향과 사용자(80)의 좌우 방향이 거의 일치하며, 좌석부(12)의 상하 방향과 사용자(80)의 상하 방향이 거의 일치한다.
본체부(16)는 바닥 등의 정위치에 놓이는 받침대부(pedestal)(161), 받침대부(161)의 표면에 마련되어지는 원통부(cylindrical portion)(162)를 구비한다. 본체부(16)는 원통부(162)의 상단부에 좌석부(12)를 구비한다. 원통부(162)는 제어부(11), 구동부(13), 및 기억부(14)를 내장한다.
구동부(13)는 좌석부(12)를 요동 운동시키도록 구성된다. 특히, 본 실시 형태에 있어서의 구동부(13)는 좌석부(12)를 좌우 방향에 대해서 직교하는 면내에서 전후로 요동시키도록(바꿔 말하면, 좌우 방향으로 연장한 회전축 주위를 정회전 및 역회전시키도록) 구성된다. 또한, 구동부(13)는 좌석부(12)를 전후 방향에 대해서 직교하는 면내에서 좌우로 요동시키도록(바꿔 말하면, 전후 방향으로 연장한 회전축 주위를 정회전 및 역회전시키도록) 구성된다.
기억부(14)는 좌석부(12)를 구동부(13)에 의해 여러 가지 패턴으로 요동시키기 위한 동작 프로그램을 기억한다. 특히, 기억부(14)는 좌석부(12)의 중심의 궤적(궤도)이 아라비아 숫자의 "8"을 그리도록(도 4b 참조), 좌석부(12)를 좌우 양측으로 주기적으로 요동(주기운동)시키기 위한 동작 프로그램(이하, "기본 프로그램"이라 칭한다)을 기억한다. 기본 프로그램에서, 좌석부(12)가 기준 위치부터 이동하고, 좌석부(12)의 중심의 궤적이 아라비아 숫자의 "8"을 그린 후 기준 위치로 되돌아갈 때까지가, 1주기이다.
조작부(15)는 사용자(80)가 각종의 조작(예를 들면, 전원의 온/오프 조작, 프로그램의 선택 조작, 좌석부(12)를 요동시키는 속도의 선택 조작, 운동시간의 선택 조작)을 하기 위해서 사용할 수 있다.
제어부(11)는 마이크로 컴퓨터를 사용하여 구성될 수 있다. 제어부(11)는 조작부(15)의 조작에 따라서 구동부(13)의 동작을 제어하도록 구성된다.
본 실시 형태에 있어서의 타동 운동 기기(10)는 좌석부(12)를 요동시킴으로써 사용자(80)에 승마 운동을 모방한 타동 운동을 행하게 하는 승마형의 타동 운동 기기이다. 또한, 운동 시스템에서는 승마형의 타동 운동 기기(10) 대신에, 사용자(80)에 보행 운동을 행하게 하는 타동 운동 기기를 사용하는 것도 가능하다.
가속도 센서(20)는 사용자(80)의 허리부 부근에 벨트(도시하지 않음)를 사용하여서 장착되는 하우징(21)을 구비한다.
하우징(21)은 상자 형상으로 형성되고, 가속도 센서(20)의 회로 구성 요소를 수용한다. 가속도 센서(20)의 회로 구성 요소는 예를 들면, 연산 처리부(22), 가속도 검출부(23), 기억부(24), 무선 통신부(신호 출력부)(25), 조작부(26), 전원부(27)를 포함한다.
가속도 검출부(23)는 3축 방향의 가속도(A)[X축 방향의 가속도(Ax), Y축 방향의 가속도(Ay), Z축 방향의 가속도(Az)]를 검출하도록 구성된다. 여기에서, X축, Y축, 및 Z축은 서로 직교하는 축이다. 가속도 검출부(23)가 검출한 가속도(A)는 연산 처리부(22)로 출력된다.
기억부(24)는 ROM이나 RAM 등의 기억장치이다. 기억부(24)는 연산 처리부(22)의 동작 프로그램이나 가속도(A)를 기억한다.
무선 통신부(25)는 소정의 통신 방식(예를 들면, 블루투스(등록상표) 또는 IrDA(등록상표))을 사용하여서 자세 평가 장치(30)와 근거리의 무선 통신을 행하도록 구성된다.
조작부(26)는 사용자(80)가 각종의 조작(예를 들면, 전원의 온/오프 조작, 측정 개시/측정 종료의 조작, 각종의 설정 조작)을 행하기 위해서 사용할 수 있다.
전원부(27)는 전지를 이용하여 내부 회로[연산 처리부(22), 가속도 검출부(23), 기억부(24), 무선 통신부(25), 및 조작부(26)]에 전력을 급하도록 구성된다.
연산 처리부(22)는 예를 들면 마이크로컴퓨터이다. 연산 처리부(22)는 상기 내부 회로를 제어하도록 구성된다. 연산 처리부(22)는 소정의 주파수에서 가속도 검출부(23)로부터 가속도(A)를 읽어내고, 기억부(24)에 기억시킨다. 연산 처리부(22)는 무선 통신부(25)가 자세 평가 장치(30)로부터 가속도 요구 신호를 수신하면, 소정 측정 시간에 걸쳐 가속도(A)를 얻는다. 그 후, 연산 처리부(22)는 얻어진 가속도(A)를 무선 통신부(25)로 송신시킨다.
가속도 센서(20)는 사용자(80)의 자세가 직립하여 있을 때에, 가속도 검출부(23)의 X축 방향이 사용자(80)의 좌우 방향, Y축 방향이 사용자(80)의 전후 방향, Z축 방향이 사용자(80)의 상하 방향으로 정렬되도록 사용자(80)의 허리부 부근에 장착된다. 따라서, 사용자(80)의 자세가 직립하여 있을 때, X축 방향의 가속도(Ax)는 좌우 방향의 가속도이고, Y축 방향의 가속도(Ay)는 전후 방향의 가속도이며, Z축 방향의 가속도(Az)는 상하 방향의 가속도가 된다.
이와 같이 가속도 센서(20)는 3축의 가속도(A)(3축 방향 각각의 가속도(Ax, Ay, Az)를 검출하여 자세 평가 장치(30)에 출력하도록 구성된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 가속도 센서(20)는 가속도 검출부(23)에서 검출된 가속도(A)를 그대로 자세 평가 장치(30)로 송신한다. 그러나 가속도 센서(20)는 자세 평가 장치(30)로 가속도(A)를 송신하기 전에, 후술하는 제로 점(zero point) 보정 처리를 행하도록 구성하여도 좋다. 가속도 센서(20)가 제로 점 보정 처리를 실행하면, 자세 평가 장치(30)의 처리량을 저감할 수 있다.
자세 평가 장치(30)는 컴퓨터(개인용 컴퓨터)이고, 자세 진단 처리와 제로 점 보정 처리(직립 계측 처리)를 행하도록 구성된다. 자세 진단 처리는 타동 운동 기기(10)를 사용하여 타동 운동 중의 사용자(80)의 자세를 개선하기 위한 운동 지시를 작성하는 처리이다. 제로 점 보정 처리는 가속도 센서(20)의 기울기를 보정하는 처리이다.
자세 평가 장치(30)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 연산 처리부(31), 무선 통신부(32), 네트워크 통신부(33), 수집 데이터 기억부(34), 해석 데이터 기억부(35), 운동 지시 기억부(39)를 구비한다. 한편, 수집 데이터 기억부(34), 해석 데이터 기억부(35), 운동 지시 기억부(39)는 ROM이나 RAM등의 기억 장치에 의해 구성된다.
무선 통신부(32)는 상술한 바와 같은 소정의 통신 방식을 이용하여 가속도 센서(20)와 근거리의 무선 통신을 행한다. 따라서, 무선 통신부(32)는 가속도 센서(20)로부터 가속도(A)를 수신한다.
네트워크 통신부(33)는 통신 네트워크(70)를 통해 서버(50)와의 사이에서 서로 데이터 통신을 행한다.
수집 데이터 기억부(34)는 무선 통신부(32)가 수신한 가속도(A)를 기억한다.
해석 데이터 기억부(35)는 연산 처리부(31)가 가속도(A)를 사용하여 각종의 데이터 해석을 행한 결과를 기억한다.
연산 처리부(31)는 예를 들면 마이크로 컴퓨터이다. 연산 처리부(31)는 데이터 수집 기능부(36), 데이터 해석 기능부(37), 운동 지시 작성부(38)를 구비한다. 데이터 수집 기능부(36), 데이터 해석 기능부(37), 및 운동 지시 작성부(38)는 연산 처리부(31)의 연산 기능에 의해 실현된다.
데이터 수집 기능부(data collection function unit)(36)는 가속도 센서(20)로부터 가속도(A)를 얻기 위해서, 무선 통신부(32)로 가속도 요구 신호를 송신시킨다. 데이터 수집 기능부(36)는 무선 통신부(32)가 수신한 가속도(A)를 수집 데이터 기억부(34)에 기억시킨다. 무선 통신부(32)와 데이터 수집 기능부(36)는 가속도 센서(20)의 센서 출력인 가속도(A)를 취득하는 센서 출력 취득부를 구성한다.
데이터 해석 기능부(37)는 가속도 센서(20)로 검출된 가속도(A)에 기초하여 진단 지표를 산출하도록 구성된다. 진단 지표는 타동 운동 중의 사용자(80)의 자세를 평가하기(진단하기) 위한 물리량이다. 데이터 해석 기능부(37)는 진단 지표를 산출함에 있어서, 수집 데이터 기억부(34)로부터 가속도(A)를 읽어낸다. 데이터 해석 기능부(37)는 산출된 진단 지표를 해석 데이터 기억부(35)에 기억시킨다.
승마형의 타동 운동 기기(10)의 경우, 운동 지도원은 타동 운동시의 사용자(80)의 자세를 하기의 표 1의 좌측란에 나타내는 8개의 진단 항목(a~h)마다 진단한다. 그리고 운동 지도원은 각 진단 항목(a~h)의 진단 결과를 바탕으로, 사용자(80)가 타동 운동 기기(10)에 바르게 타고 있는지 아닌지를 판단한다.
진단항목 진단지표
a : 상반신이 움직이지 않는가(전후좌우)? 허리의 전후 이동량, 허리의 좌우 이동량
b : 신체의 근육이 긴장하지 않도록 이완(relax)될 수 있는가? 골반 각도의 진동 폭
허리의 전후 이동량
c : 복근에서 힘을 가하여 골반을 지지하고 있는가 허리의 전후 이동량
d :허벅지 안쪽에서 힘을 가하여 좌석부를 끼우고 있는가? 허리의 전후 이동량, 허리의 좌우 이동량
e : 허리 근육을 사용하여 골반의 위치를 바른 위치로 유지되어 있는가 골반 각도
f : 골반 각도를 변화시켜 좌석부의 움직임을 흡수할 수 있는가? 골반 각도의 진동 폭, 허리의 전후 이동량
g : 좌우 균형이 맞게 타고 있는가? 허리의 전후 이동량의 좌우 차
허리의 좌우 이동량의 좌우 차
h : 안정되게 타고 있는가? 각 진단 지표의 주기 마다의 편차
상술한 점을 감안하여, 자세 평가 장치(30)는 운동 지도원이 행하는 진단과 같은 진단을 행할 수 있도록 구성된다. 즉, 자세 평가 장치(30)는 타동 운동 시의 사용자(80)의 자세를 8개의 진단 항목(a~h) 마다 진단하도록 구성된다.
표 1의 우측란은, 각 진단 항목(a~h)에 대응하는 진단 지표를 나타낸다. 표 1을 보면 알 수 있는 바와 같이, 8개의 진단 항목(a~h) 모두를 진단하기 위해서는, "허리의 전후 이동량(전후의 흔들림)", "허리의 좌우 이동량(좌우의 흔들림)", "골반 각도의 진동 폭", "골반 각도", "허리의 전후 이동량의 좌우 차", "허리의 좌우 이동량의 좌우 차", "진단 지표의 주기 마다의 편차(안정도)"의 7개의 진단 지표가 필요하다.
여기에서, "허리의 전후 이동량의 좌우 차"와 "허리의 좌우 이동량의 좌우 차"는 진단 항목(g)에만 관계된다. 따라서, 본 실시 형태에서는, "허리의 전후 이동량의 좌우 차"와 "허리의 좌우 이동량의 좌우 차"를 종합하여 "각 진단 지표의 좌우 차(좌우 균형)"라는 1개의 진단 지표로 한다.
또한, "골반 각도의 진동 폭"은 진단 항목(b, f)에 대응하지만, "허리의 전후 이동량"도 진단 항목(b, f)에 대응한다. "허리의 전후 이동량"만을 사용하여 진단 항목(b, f)를 진단한 결과는, "골반 각도의 진동 폭"과 "허리의 전후 이동량"의 양쪽을 사용하여 진단 항목(b, f)를 진단한 결과와 거의 같다.
이상의 점을 고려하고, 본 실시 형태에 있어서의 자세 평가 장치(30)는 "전후의 흔들림", "좌우의 흔들림", "골반 각도", "좌-우 균형", "안정도" 등 5개의 진단 지표를 사용하여서, 사용자(80)의 자세의 진단을 행한다.
그 다음에, 도 4를 참조하여 각 진단 지표에 대해서 설명한다. 도 4b는, 사용자(80)의 허리부(골반)의 궤적[사용자(80)에 장착된 가속도 센서(20)의 궤적]을 윗쪽에서 본 도면(이하, "운동 궤적"이라 한다 )이다.
"전후의 흔들림"은 우측 영역에 있어서의 사용자(80)의 허리부의 전후의 이동량(UR)와 좌측 영역에 있어서의 사용자(80)의 허리부의 전후의 이동량(UL)으로 정의된다. 예를 들면, "허리의 전후 이동량"은, 이동량(UR)과 이동량(UL) 중 큰 어느 한쪽이다. "허리의 전후 이동량"은 이동량(UR)과 이동량(UL)의 평균값이어도 좋다.
전술한 우측 영역은 기준 위치에 있는 좌석부(12)에 착석하고 있는 사용자(80)의 신체의 중심 위치에 대하여 우측 영역이다. 즉, 우측 영역은 좌석부(12)가 기준 위치부터 우측으로 기울어져 있는 영역이다. 전술한 좌측 영역은 기준 위치에 있는 좌석부(12)에 착석하고 있는 사용자(80)의 신체의 중심 위치에 대하여 좌측 영역이다. 즉, 좌측 영역은 좌석부(12)가 기준 위치부터 좌측으로 기울어져 있는 영역이다.
"좌우의 흔들림"은 우측 영역에 있어서의 사용자(80)의 허리부의 좌우 이동량(SR)과 좌측영역에 있어서의 사용자(80)의 허리부의 좌우 이동량(SL)으로 정의된다. 예를 들면, "허리의 좌우 이동량"은 SR+SL이다.
"좌우 균형"은 "허리의 전후 이동량의 좌우 차"와 "허리의 좌우 이동량의 좌우 차"이다. "허리의 전후 이동량의 좌우 차"는 이동량(UL)과 이동량(UR)의 비UL/UR이다. "허리의 좌우 이동량의 좌우 차"는 이동량(SL)과 이동량(SR)의 비SL/SR이다. 또한, "허리의 전후 이동량의 좌우 차"는 UL과 UR의 차의 절대치(=|UL-UR|)이어도 좋다. "허리의 좌우 이동량의 좌우 차"는 SL과 SR의 차의 절대치(=|SL-SR|)이어도 좋다.
"안정도"는 하나의 예로서는 "허리부의 좌우 이동량의 주기마다 편차"이다. "허리부의 좌우 이동량의 주기 마다의 편차"는 SL이나 SR의 편차(예를 들면, SL이나 SR의 표준 편차)이다(도 4b에 있어서의 D2참조). 또한, 본 실시 형태에 있어서의 "안정도"는, 반드시 진단 지표의 주기 마다의 편차일 필요는 없고, 가속도 센서(20)에 의해 얻어진 가속도(A)로부터 구한 값의 주기 마다의 편차이어도 좋다. 가속도(A)로부터 구한 값은, 예를 들면, 진단 지표 이외의 값이나, 본 실시 형태에서는 진단에 사용되지 않는 상술한 진단 지표(예를 들면 "골반 각도의 진동 폭")이다.
"골반 각도"는 도 4c에 나타내는 바와 같이, 좌우 방향에 대해 직교하는 면내에서 연직방향에 대한 골반의 각도θ1 이다. 본 실시 형태에서는, 사용자(80)의 자세가 직립하여 있을 때의 골반의 방향을 기준으로 하고 있다.
"골반 각도의 진동 폭"은 도 4c에 나타내는 바와 같이, 타동 운동의 1주기 중에 골반 각도 θ1가 변화된 폭 θ2이다.
하기의 표 2는 각 진단 지표가 어느 진단 항목에 대응하는가를 나타내고 있다.
표 2에 나타내는 바와 같이, "전후의 흔들림"은 5개의 진단 항목(a~d, f)에 대응한다. 여기서, 진단 항목(c)과 같이 복근에서 힘을 가하여 골반을 유지하기 위해서는, 진단 항목(f)와 같이 골반 각도를 변화시켜서 좌석부의 움직임을 흡수할 필요가 있다. 또한, 사용자가 진단 항목(c, f)의 내용을 충족시키지 않으면, 사용자의 신체가 긴장하여 있고(진단 항목b), 상반신이 불안정하다(진단 항목a). 따라서, "전후의 흔들림"에 대응하는 진단 항목(a~d, f)는 서로 관련되어 있다.
진단항목 진단지표
허리의 전후 이동량 a : 상반신이 움직이지 않는가(전후좌우)?
b : 신체의 근육이 긴장하지 않도록 이완될 수 있는가?
c : 복근에서 힘을 가하여 골반을 지지하고 있는가
d :허벅지 안쪽에서 힘을 가하여 좌석부를 끼우고 있는가?
f : 골반 각도를 변화시켜 좌석부의 움직임을 흡수할 수 있는가?
허리의 좌우 이동량 a : 상반신이 움직이지 않는가(전후좌우)?
d :허벅지 안쪽에서 힘을 가하여 좌석부를 끼우고 있는가?
골반 각도의 진동 폭 b : 신체의 근육이 긴장하지 않도록 리렉스될 수 있는가?
f : 골반 각도를 변화시켜 좌석부의 움직임을 흡수할 수 있는가?
골반 각도 e : 허리 근육을 사용하여 골반의 위치를 바른 위치로 유지되어 있는가
각 진단 지표의 좌우 차 g : 좌우 균형이 맞게 타고 있는가?
각 진단 지표의 주기 마다의 편차 h : 안정되게 타고 있는가?
데이터 해석 기능부(37)는 가속도 센서(20)에서 검출된 가속도(A)를 바탕으로 상기 5개의 진단 지표를 산출한다. 본 실시 형태에서는, 데이터 해석 기능부(37)가 가속도 센서(20)로부터 출력된 가속도(A)에 기초하여 타동 운동 중의 사용자(80)의 자세를 평가하기 위한 물리량(진단 지표)을 산출하는 물리량 산출부를 구성한다.
여기에서, 가속도 센서(20)는 상술한 바와 같이, 사용자(80)의 자세가 직립하여 있을 때에, 가속도 검출부(23)의 X축 방향이 사용자(80)의 좌우 방향, Y축 방향이 사용자(80)의 전후 방향, Z축 방향이 사용자(80)의 상하 방향으로 각각 정렬되도록 사용자(80)의 허리부 부근에 장착되는 것이 바람직하다.
그러나 가속도 센서(20)의 장착은 사용자(80) 자신이 행한다. 따라서, 실제로는, 도 5a에 나타내는 바와 같이, Y축 방향이 전후 방향에서 벗어나 버린다. Y 축 방향이 전후 방향에서 벗어나면, 이러한 차이에 기인하는 오프셋 각도 θ0 가 골반 각도 θ1에 추가 된다. 그로 인해, 골반 각도 θ1를 바르게 검출할 수 없는 우려가 있다.
거기에서, 자세 평가 장치(30)는 자세진단 처리의 전처리로서, 제로 점 보정 처리를 행하도록 구성된다. 제로 점 보정 처리를 행하는 때는 사용자(80)는 허리부에 가속도 센서(20)를 장착한 상태로 직립을 취한다.
자세 평가 장치(30)는 제로 점 보정 처리에서는, 가속도 센서(20)에 가속도(A)를 송신하도록 요구한다. 이 경우, 가속도 센서(20)는 자세 평가 장치(30)로부터의 요구에 따라서, 소정의 계측 시간(예를 들면 10초간) 동안만 가속도(A)를 검출하여 자세 평가 장치(30)에 송신한다.
무선 통신부(32)가 가속도(A)를 수신하면, 데이터 수집 기능부(36)는 무선 통신부(32)가 수신한 가속도(A)를 수집 데이터 기억부(34)에 기억시킨다. 데이터 해석 기능부(37)는 수집 데이터 기억부(34)에 기억된 가속도(A)를 바탕으로 하여, 오프셋 각도 θ0 산출한다.
오프셋 각도 θ0 는 Y축 방향의 가속도(Ay)의 평균치(상기 소정의 계측 시간의 평균치)를 a(Ay0), 중력가속도를 g라고 하면, 다음 식(1)으로 나타내진다. 또한, 가속도 센서(20)에서는 구조상 중력가속도 성분은 음양이 반전하여 검출된다. 그로 인해, 다음 식(1)에서는 a(Ay0)에 -1을 곱한다.
<수식1>
Figure pct00001
(1)
다음에 상기 5개의 진단 지표의 산출 방법에 대해서 설명한다.
최초에, 골반 각도 θ1의 산출 방법에 대해서 설명한다. 데이터 해석 기능부(37)는 전후 방향에 대응하는 Y축 방향의 가속도(Ay)의 1주기에서의 평균치(주기 평균)[a(Ay)]와 중력가속도(g)를 사용하여, 골반 각도 θ1를 산출한다. 도 5b는 골반 각도 θ1의 산출 방법을 설명하는 도면이다.
가속도(Ay)는 사용자(80)의 타동 운동에 의한 가속도(이하, "운동 가속도"라고 한다 )의 Y축 방향의 성분에 중력 가속도의 Y축 방향의 성분이 합쳐진 값이다. 타동 운동 기기(10)는 좌석부(12)를 주기 운동시키는 경우, 운동 가속도의 주기 평균은 제로가 된다.
그로 인해, 가속도(Ay)의 주기 평균[a(Ay)]은 중력 가속도의 Y축 방향의 성분과 동일하다고 가정할 수 있다. 따라서, 골반 각도θ1는 다음 식(2)에서 나타낼 수 있다.
<수식2>
Figure pct00002
(2)
그 다음에, 전후의 흔들림 및 좌우의 흔들림 각각의 산출 방법에 대해서 설명한다.
여기에서, 변위는 가속도의 2회 적분에 의해 구할 수 있다. 따라서, 이론상으로는, 전후 방향에 대응하는 가속도(Ay)를 2회 적분함으로써, 전후의 흔들림을 구할 수 있다. 또한, 좌우 방향에 대응하는 X축 방향의 가속도(Ax)를 2회 적분함으로써 좌우의 흔들림을 구할 수 있다.
그러나 가속도를 2회 적분하여 구한 사용자(80)의 허리의 궤적은 실제의 사용자(80)의 허리의 궤적과 다른 결과를 얻을 수 있었다. 그로 인해, 가속도를 2회 적분하는 방법에서는, 전후의 흔들림과 좌우의 흔들림을 정밀하게 구하는 것이 어렵다.
본 발명자들의 연구에 따르면, 가속도 센서(20)로 검출된 가속도(A)의 진폭과, 변위의 진폭(즉, 전후의 흔들림 및 좌우의 흔들림) 사이에 상호 관련이 있다는 것을 알았다.
따라서, 데이터 해석 기능부(37)는 가속도(Ax)의 진폭에서 이동량(SL, SR)를 산출하고가속도(Ay)의 진폭으로부터 이동량(UL, UL)을 산출한다.
도 6은 그래프(a)가 좌우 방향의 변위의 시간변화를 나타낸다. 또한, 도 6은 그래프 (b)가 가속도(Ax)의 시간변화를 나타낸다. 좌우 방향의 변위가 음(-)으로 되는 기간이 1주기 중의 좌측 영역에서 사용자(80)가 타동 운동하고 있는 기간(좌측 영역 기간)이다. 좌우 방향의 변위가 음으로 되는 기간이, 1주기 중의 우측 영역에서 사용자(80)가 타동 운동하고 있는 기간(우측 영역 기간)이다.
승마형의 타동 운동 기기(10)의 좌석부(12)의 운동은 단진동에 가까운 주기운동이다. 그로 인해, 가속도(Ax)의 궤적과 변위의 궤적은 위상이 반전되어 있다.
도 6의 (b)에서는, 중력가속도를 무시하고 있지만, 실제로는 가속도(Ax)는 중력 가속도 성분(중력 가속도의 X축 방향의 성분)을 포함한다. 그로 인해, 가속도(Ax)의 궤적은 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 기본 선(92: base line)이 변동하는 것과 같은 궤적(91)이 된다.
상술한 바와 같이 타동 운동 기기(10)의 좌석부(12)의 운동은 단진동에 가까운 주기 운동이다. 따라서, 가속도(Ay)의 주기평균[a(Ay)]은, 중력가속도의 X축 방향 성분의 주기 평균과 같게 되는 것으로 생각할 수 있다. 그로 인해, 가속도(Ax)의 기본 선(92)은 가속도(Ax)의 주기평균[a(Ax)]에 가깝다고 생각될 수 있다. 시간(t)에 있어서의 주기 평균은 시간(t-T)로부터 시간(t+T)의 기간 내의 가속도(Ax)의 평균치라고 하고 있다. 여기에서, T는 타동 운동 기기(10)의 좌석부(12)의 주기이다.
따라서, 가속도(Ax)로부터 주기평균[a(Ax)]을 감산한 값의 절대치를 가속도(Ax)의 진폭으로 간주할 수 있다.
그리고 가속도(Ax)의 진폭을 시간 적분함으로써, 좌우의 흔들림[이동량(SR, SL)]을 산출한다. 여기에서, 우측 영역기간을 tR이라고 하면, 이동량(SR)은 다음 식(3)으로 나타낼 수 있다. 또한, 좌측영역기간을 tL이라고 하면, 이동량(SL)은 다음 식(4)으로 나타낼 수 있다.
<수식3>
Figure pct00003
(3)
Figure pct00004
(4)
우측 영역 기간(tR)과, 좌측 영역 기간(tL)은, 가속도(Ax)에 의해 구할 수 있다. 즉, 데이터 해석 기능부(37)는, 가속도(Ax)가 주기 평균[a(Ax)] 보다 커지는 기간을 우측 영역 기간(tR)으로 판정하고, 가속도(Ax)가 주기 평균[a(Ax)]보다 작아지는 기간을 좌측 영역 기간(rL)으로 판정한다. 또한, 우측 영역 기간(tR)의 개시 시점으로부터 다음의 우측 영역 기간(tR)의 개시 시점까지의 기간을, 사용자(80)의 허리부의 운동의 주기라고 한다. 이와 같이 하여 구해진 사용자(80)의 허리부의 운동의 주기는, 안정도의 산출에 사용된다.
가속도(Ay)의 궤적도 가속도(Ax)의 궤적과 같이 중력가속도의 영향을 받는다. 그로 인해, 도 7의 b에 나타내는 바와 같이, 가속도(Ay)의 궤적도 기본 선(94)이 변동된 것 같은 궤적(93)이 된다.
따라서, 가속도(Ay)에 대해서도, 가속도(Ay)로부터 주기평균[a(Ay)]을 감산한 값의 절대치를 가속도(Ay)의 진폭으로 간주한다.
그리고 다음 식(5), (6)에 나타내는 바와 같이, 가속도(Ay)의 진폭을 시간 적분함으로써, 전후의 흔들림(이동량UR, UL)을 구한다.
<수식4>
Figure pct00005
(5)
Figure pct00006
(6)
그 다음에, 좌우 균형의 산출 방법에 대해서 설명한다. 데이터 해석 기능부(37)는 좌우의 흔들림의 좌우 균형과 전후의 흔들림의 좌우 균형을 산출한다. 구체적으로는, 데이터 해석 기능부(37)는 이동량(SL)을 이동량(SR)으로 나눔으로써 좌우의 흔들림의 좌우 균형을 산출한다. 또한, 데이터 해석 기능부(37)는 이동량(UL)을 이동량(UR)으로 나눔으로써(제산함으로써) 전후의 흔들림의 좌우 균형을 산출한다.
최종적으로, 안정도의 산출 방법에 대해서 설명한다. 예를 들면, 데이터 해석 기능부(37)는 전후의 흔들림의 안정도와 좌우의 흔들림의 안정도를 산출한다. 구체적으로는, 데이터 해석 기능부(37)는 이동량(SL, SR, UL, UR) 각각의 표준 편차를 안정도로서 산출한다.
한편, 데이터 해석 기능부(37)는 전후 방향의 가속도(Ay)의 주기 평균[a(Ay)]로부터 다음 식(7)을 이용해서 골반 각도 θ1의 주기 평균 θ3을 구한다. 또한, 데이터 해석 기능부(37)는 좌우 방향의 가속도(Ax)의 주기 평균[a(Ax)]로부터 다음 식(8)을 사용하여 좌우 각도의 주기평균 θ4을 구한다.
<수식5>
Figure pct00007
(7)
Figure pct00008
(8)
운동 지시 작성부(38)는 데이터 해석 기능부(37)에서 산출된 진단 지표(본 실시 형태에서는, 전후의 흔들림, 좌우의 흔들림, 골반 각도, 좌우 균형, 안정도의 5개의 진단 지표)을 각각 소정의 기준값과 비교하여 사용자(80)의 자세를 평가하도록 구성된다.
예를 들면, 운동 지시 작성부(38)는 좌우의 흔들림의 좌우 균형(SL/SR)이 1부근이면, 좌우의 흔들림의 좌우 균형이 양호하다고 판단한다. 또한, 운동 지시 작성부(38)는 전후의 흔들림의 좌우 균형(UL/UR)이 1부근이면, 전후의 흔들림의 좌우 균형이 양호하다고 판단한다. 또한, 운동 지시 작성부(38)는 이동량(SL, SR, UL, UR)의 표준 편차가 소정의 합격 기준 값 내에 들어 있으면, 안정도가 허용 범위 내이라고 판단한다. 각 진단 지표에 관한 기준 값은, 숙련자의 타동 운동 시의 가속도나 이상적인 탑승을 했을 경우의 시뮬레이션 결과를 참조하여, 적합한 값으로 결정하면 좋다.
이하에서는, 설명을 간단히 하기 위해서, 전후의 흔들림, 좌우의 흔들림, 안정도(안정성), 골반 각도의 4개의 진단 지표 마다에, 사용자(80)의 자세를 양호(0), 가능(△), 불량(X)의 3단계로 평가하는 예를 나타낸다.
운동 지시 작성부(38)는 사용자(80)의 자세를 평가하면, 그 평가에 기초하여 운동 지시를 작성하도록 구성된다.
여기에서, 운동 지시 기억부(39)는 진단 지표 마다의 평가(0, △, X)에 대응하는 운동 지시를 기억하고 있다. 운동 지시는 사용자(80)의 자세를 개선하기 위한 지시이고, 예를 들면, 하기의 표 3에 나타내는 바와 같은 문자 메시지이다.
O △ X
전후의 흔들림 대단히 능숙하게 타고 있습니다. 그 상태로 계속하여 주시기 바랍니다. 전후의 흔들림은 그 상태로 계속하면 근력이 붙고, 점진적으로 안정될 수 있습니다. 복근에 힘을 꽉 주기 바랍니다.
좌우의 흔들림 좌우의 흔들림은 그 상태로 계속하면 근력이 붙고, 점진적으로 안정될 수 있습니다. 허벅지를 조여 주시기 바랍니다.
안정도 안정도는 그 상태로 계속하면 근력이 붙고, 점진적으로 안정될 수 있습니다. 머리와 어깨를 움직이지 않도록 의식하여 주시기 바랍니다.
골반 각도 골반 각도는 그 상태로 계속하면 골반이, 점진적으로 안정될 수 있습니다. (골반이 뒤쪽으로 경사진 사람)
배를 당기고, 항문을 아래로 향하도록 의식하여 주시기 바랍니다.
(골반이 앞쪽으로 경사진 사람)
등골 근육을 펴고, 가리마를 천정으로 당기는 느낌을 의식하여 주시기 바랍니다.
운동 지시 작성부(38)는 운동 지시를 작성함에 있어서는, 사용자(80)의 자세의 평가에 대응하는 운동 지시를 운동 지시 기억부(39)로부터 읽어낸다. 예를 들면, 운동 지시 작성부(38)는 4개의 진단 지표의 평가가 모두 "0"이면, "대단히 능숙하게 타고 있습니다. 그 상태로 계속하여 주시기 바랍니다."라는 내용의 운동 지시를 작성한다. 운동 지시 작성부(38)는 4개의 진단 지표 중 적어도 1개의 평가가 "△" 또는 "X"이면, 평가가 "△" 또는 "X"인 진단 지표에 대한 운동 지시를 기억부(39)로부터 읽어낸다. 여기에서, 평가가 "△" 또는 "X"인 진단 지표가 복수 있을 경우, 운동 지시 작성부(38)는 각 진단 지표에 대한 운동 지시를 조합한다. 예를 들면, 운동 지시 작성부(38)는 "좌우의 흔들림" 및 "안정도"의 평가가 함께 "X"일 경우, "머리나 어깨를 움직이지 않도록 의식하고, 허벅지를 확실히 조여 주시기 바랍니다."라는 내용의 운동 지시를 작성한다. 운동 지시 작성부(38)는 예를 들면, "좌우의 흔들림" 및 "안정도"의 평가 결과가 함께 "△"이면, "좌우의 흔들림과 안정도는, 그 상태로 계속하면 근력이 붙고, 점진적으로 안정될 수 있습니다."라는 내용의 운동 지시를 작성한다.
또한, 연산 처리부(31)는 표시용 데이터를 작성한다. 표시용 데이터는, 예를 들면, 운동 궤적이나, 골반 각도θ1의 변화를 나타내는 그래프, 각 진단 지표의 평가나 운동 지시를 영상 표시 장치(40)에 표시하기 위한 데이터이다.
여기에서, 연산 처리부(31)는 이동량(SR, SL, UR, UL)을 파라메터로 사용하여 기준이 되는 템플릿을 변형 함으로써 운동 궤적을 작성한다. 여기에서, 템플릿은 예를 들면, 도 11(a)에 나타내는 바와 같이 이상적인 운동 궤적이다.
네트워크 통신부(33)는 연산 처리부(31)에서 작성된 표시용 데이터를 서버(50)에 송신한다. 이와 같이 하여 운동 지시 작성부(38)에서 작성된 운동 지시는, 영상 표시 장치(40)에 출력된다.
그 다음에, 자세 평가 장치(30)의 동작에 대해서 간단히 설명한다. 데이터 수집 기능부(36)는 네트워크 통신부(33)가 후술하는 제1 또는 제2의 실행 요구 신호를 수신하면, 무선 통신부(32)에 가속도 요구 신호를 송신한다. 데이터 해석 기능부(37)는 무선 통신부(32)가 가속도 센서(20)로부터 수신한 가속도(A)를 바탕으로 진단 지표를 산출한다. 운동 지시 작성부(38)는 데이터 해석 기능부(37)에서 산출된 진단 지표를 이용하여, 타동 운동 중의 사용자(80)의 자세를 평가한다. 또한, 운동 지시 작성부(38)는 진단 지표의 평가에 기초하여 운동 지시를 작성한다. 네트워크 통신부(33)는 운동 지시 작성부(38)에서 작성된 운동 지시를 나타내는 데이터를 포함하는 표시용 데이터를 서버(50)에 송신한다.
영상 표시 장치(40)는 운동 지시 작성부(38)에서 작성된 운동 지시를 사용자(80)에 제시하도록 구성된다. 영상 표시 장치(40)는 예를 들면, 네트워크 접속 기능을 구비한 텔레비전 장치(예를 들면, 액정 텔레비전)이다. 영상 표시 장치(40)는 타동 운동 기기(10)의 좌석부(12)에 앉은 사용자(80)가 볼 수 있는 위치에 설치된다.
영상 표시 장치(40)는 통신 네트워크(70)를 통해 서버(50)의 애플리케이션(51)으로부터 송신된 영상을 화면(41) 상에 표시한다. 영상 표시 장치(40)는 리모트 컨트롤러(60)로부터 송신되는 무선 신호(예를 들면 적외선 신호)을 수신하는 무선 수신부(42)을 구비한다. 무선 신호는 사용자(80)의 조작에 따라서 리모트 컨트롤러(60)로부터 송신된다.
영상 표시 장치(40)는 무선 수신부(42)가 수신한 무선 신호의 조작 내용에 따라서, 채널이나 음량을 선택하는 처리, 서버(50)가 제공하는 웹페이지(도 9 참조)을 화면(41)에 표시하는 처리, 서버(50)에 애플리케이션(51)을 실행시키는 처리를 행한다.
그 다음에, 본 실시 형태의 운동 시스템의 동작을 도 8의 플로우 챠트에 기초하여 간단히 설명한다.
우선, 리모트 콘트롤러(60)를 사용하여, 영상 표시 장치(40)에 자세 진단용의 웹페이지(도 9 참조)을 표시한다.
도 9에 나타내는 웹페이지는, 직립 계측 버튼(B1)과, 계측 개시 버튼(B2)을 중앙 아래쪽에 갖는다.
직립 계측 버튼(B1)은 자세 평가 장치(30)에 제로 점 보정 처리를 행하게 하기 위한 버튼이다. 제로 점 보정 처리가 바르게 실행되기 위해서는, 사용자(80)는 허리부에 가속도 센서(20)를 장착하고, 직립된 상태를 유지할 필요가 있다.
계측 개시 버튼(B2)은 자세 평가 장치(30)에 자세 진단 처리를 행하게 하기 위한 버튼이다. 자세 진단 처리가 바르게 실행되기 위해서는, 사용자(80)는 허리부에 가속도 센서(20)를 장착하고, 타동 운동 기기(10)에 의해 타동 운동을 행할 필요가 있다.
리모트 컨트롤러(60)에 의해 직립 계측 버튼(B1)이 선택되면, 영상 표시 장치(40)는 직립 계측 버튼(B1)이 선택된 것을 통지하는 신호(제1 통지 신호)를 서버(50)에 송신한다.
서버(50)는 제1 통지 신호를 수신하면 애플리케이션(51)을 실행한다.
서버(50)는 애플리케이션(51)의 지시에 따라서 제로 점 보정 처리의 실행을 요구하는 신호(제1 실행 요구 신호)를 자세 평가 장치(30)에 송신한다.
자세 평가 장치(30)의 네트워크 통신부(33)가 제1 실행 요구 신호를 수신하면, 데이터 수집 기능부(36) 및 무선 통신부(32)가 협동하고, 가속도 센서(20)로부터 소정의 계측 시간 분의 가속도(A)를 복구하고, 수집 데이터 기억부(34)에 기억시킨다(스텝 S1).
그 후에, 데이터 해석 기능부(37)는 수집 데이터 기억부(34)에 기억된 가속도(Ax)를 읽어내고, 오프셋 각도 θ0를 산출한다(스텝 S2).
그 후에, 리모트 컨트롤러(60)에 의해 계측 개시 버튼(B2)이 선택되면, 영상 표시 장치(40)는 계측 개시 버튼(B2)이 선택된 것을 통지하는 신호(제2 통지 신호)를 서버(50)에 송신한다.
서버(50)는 제2 통지 신호를 수신하면, 애플리케이션(51)을 실행한다. 서버(50)는 애플리케이션(51)의 지시에 따라서, 자세 진단 처리의 실행을 요구하는 신호(제2 실행 요구 신호)를 자세 평가 장치(30)에 송신한다.
자세 평가 장치(30)의 네트워크 통신부(33)가 제2 실행 요구 신호를 수신하면, 데이터 수집 기능부(36) 및 무선 통신부(32)가 협동하여, 가속도 센서(20)로부터 소정의 계측 시간 분의 가속도(A)를 복구하고, 수집 데이터 기억부(34)에 기억시킨다(스텝S3).
그 후에, 데이터 해석 기능부(37)는 수집 데이터 기억부(34)로부터 가속도 센서(20)의 가속도(A)를 읽어낸다. 데이터 해석 기능부(37)는 오프셋 각도 θ0을 이용하여, 가속도 센서(20)의 기울기를 보정한다(스텝 S4).
그 후에, 데이터 해석 기능부(37)는 좌우 방향에 대응하는 X축 방향의 가속도(Ax)에 기초하여, 우측 영역 기간(tR)과, 좌측 영역 기간(tL)의 판정을 행한다(스텝 S5).
그 후에, 데이터 해석 기능부(37)는 스텝(S5)에서의 판정 결과에 기초하여, 주기를 설정한다(스텝 S6).
그 후에, 데이터 해석 기능부(37)는 가속도(Ax)의 주기평균[a(Ax)]과, 가속도(Ay)의 주기평균[a(Ay)]을 산출한다(스텝 S7).
그 후에, 데이터 해석 기능부(37)는 상기 식(7), (8)을 사용하여, 골반 각도 θ1 주기 평균 θ3과 좌우 각도의 주기 평균 θ4을 산출한다(스텝 S8).
그 후에, 데이터 해석 기능부(37)는 상기 식(3)~(6)을 사용하여, 전후의 흔들림과 좌우의 흔들림을 산출한다(스텝 S9). 또한, 데이터 해석 기능부(37)는 좌우 균형도와 안정도를 산출한다.
그 후에, 운동 지시 작성부(38)는 데이터 해석 기능부(37)에서 산출된 진단 지표를 각각 소정의 기준값과 비교하여 사용자(80)의 자세를 평가한다. 또한, 운동 지시 작성부(38)는 사용자(80)의 자세를 평가에 기초하여 운동 지시를 작성한다(스텝 S10). 자세 평가 장치(30)는 표시용 데이터를 작성하여 서버(50)에 송신한다.
애플리케이션(51)은 서버(50)가 수신한 표시용 데이터에 기초하여, 운동 궤적, 골반 각도θ1의 변화를 나타내는 그래프, 각 진단 지표의 평가, 운동 지시를 표시하는 웹페이지(도 9 참조)을 영상 표시 장치(40)에 표시한다(스텝 S11).
도 9에 나타내는 웹페이지의 우측 상단에는, 전회의 진단 결과(C1)과 이번의 진단 결과(C2)가 좌우로 나란히 표시된다. 각 진단 결과(C1, C2)에는, 각 평가 항목의 진단 결과(0,△, X), 운동 궤적, 골반 각도 θ1의 변화를 나타내는 그래프가 표시된다. 또한, 도 9에 나타내는 웹페이지의 우측 상단에는 이상적인 탑승 방법을 했을 때의 허리부의 궤적(C3)과 운동 지시(C4)가 표시된다. 한편, 도 9에 나타내는 예에서는, 좌우의 편차의 진단 결과는 표시되지 않는다. 그러나 좌우의 편차의 진단 결과도 표시하여도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 운동 시스템은, 타동 운동 중의 사용자(80)의 자세를 개선하기 위한 운동 지시를 사용자(80)에 제시할 수 있다. 그로 인해, 사용자(80)는 제시된 운동 지시에 따름으로써, 타동 운동시의 자세를 개선할 수 있다. 그 결과, 사용자(80)는 운동 지도원이 없어도 효율적인 훈련을 행할 수 있다.
또한, 자세 평가 장치(30)는 운동 지시를 기억하는 운동 지시 기억부(39)를 구비한다. 운동 지시 작성부(38)는 운동 지시를 작성함에 있어서, 사용자(80)의 자세의 평가의 결과에 대응하는 운동 지시를 운동 지시 기억부(39)로부터 읽어낸다. 그로 인해, 운동 시스템은, 운동 지시를 용이하게 작성할 수 있다.
도 10은 타동 운동시의 골반 각도 θ1의 변화를 나타낸다. 도 10a에서는, 직립 시의 골반 각도(오프셋 각도) θ0에 대하여 골반 각도θ1 가 작다. 즉, 골반이 후방으로 경사지는 형태로 안정되어 있지 않다. 이 경우, 운동 시스템은, 예를 들면, "배를 당기고, 항문을 아래로 향하도록 의식하고, 머리나 어깨를 움직이지 않도록 하여 주시기 바랍니다."라는 내용의 운동 지시를 작성하고, 영상 표시 장치(40)에 의해 사용자(80)에 제시한다.
따라서, 사용자(80)는 영상 표시 장치(40)에 제시된 운동 지시에 따라서 연습을 행함으로써, 타동 운동시의 자세를 개선할 수 있다. 그 결과, 도 10b에 나타내는 바와 같이, 타동 운동시의 골반 각도 θ1 가 직립 시의 골반 각도 θ0 근방에서 안정하게 된다.
도 11a~도 11e는 운동 궤적(이동 궤적)이다.
도 11a는 이상적인 운동 궤적을 나타낸다. 도 11a에 나타내는 예에서는, 좌측 영역의 좌우의 흔들림(E30)과, 우측 영역의 좌우의 흔들림(E40)이 거의 동일하다.
도 11b에 나타내는 예에서는 도 11a에 있어서의 전후의 흔들림(E10) 보다도, 전후의 흔들림(E11)이 크다. 이 경우, 운동 시스템은, 예를 들면, "복근에 힘을 꽉 주시기 바랍니다."라는 내용의 운동 지시를 작성해서 영상 표시 장치(40)에 의해 사용자(80)에 제시한다.
따라서, 사용자(80)는 영상 표시 장치(40)에 제시된 운동 지시에 따라서 연습을 행함으로써, 타동 운동 시의 자세를 개선할 수 있다. 그 결과, 사용자(80)는 타동 운동시의 전후의 흔들림(E11)을, 도 11a에 나타내는 이상적인 전후의 흔들림(E10)에 가깝게 행할 수 있다.
도 11c에 나타내는 예에서는, 도 11a에 있어서의 좌우의 흔들림(E20)보다도, 좌우의 흔들림(E21)이 크다. 이 경우, 운동 시스템은, 예를 들면 "허벅지를 꽉 조여 주시기 바랍니다."라는 내용의 운동 지시를 작성하고, 영상 표시 장치(40)에 의해 사용자(80)에 제시한다.
따라서, 사용자(80)는 영상 표시 장치(40)에 제시된 운동 지시에 따라서 연습을 행함으로써, 타동 운동 시의 자세를 개선할 수 있다. 그 결과, 사용자(80)는 타동 운동 시의 좌우의 흔들림(E21)을, 도 11a에 나타내는 이상적인 좌우의 흔들림(E20)에 가깝게 행할 수 있다.
도 11d에 나타내는 예에서는, 좌측 영역의 좌우의 이동량(E31)이 우측 영역의 좌우의 이동량(E41)보다 크고, 좌우 균형이 나쁘다. 이 경우, 운동 시스템은, 예를 들면, "운동이 좌측으로 치우치고 있습니다. 좌석의 중앙에 앉고, 좌우 균등하게 운동하도록 의식해 주시기 바랍니다."라는 내용의 운동 지시를 작성하여 영상 표시 장치(40)에 의해 사용자(80)에 제시한다.
따라서, 사용자(80)는, 영상 표시 장치(40)에 제시된 운동 지시에 따라서 연습을 행함으로써, 타동 운동 시의 자세를 개선할 수 있다. 그 결과, 사용자(80)는 타동 운동시의 좌우 균형을 개선할 수 있다.
도 11e에 나타내는 예에서는, 도 11a에 나타내는 예에 비하여, 전후의 흔들림 및 좌우의 흔들림의 주기 마다의 편차가 크다(안정도가 나쁘다). 이 경우, 운동 시스템은, 예를 들면, "머리나 어깨를 움직이지 않도록 의식하여 주시기 바랍니다."라는 내용의 운동 지시를 작성하고, 영상 표시 장치(40)에 의해 사용자(80)에 제시한다.
따라서, 사용자(80)는 영상 표시 장치(40)에 제시된 운동 지시에 따라서 연습을 행함으로써, 타동 운동 시의 자세를 개선할 수 있다. 그 결과, 사용자(80)는 타동 운동시의 안정도를 개선할 수 있다.
또한, 자세 평가 장치(30)는 연직방향에 대한 사용자(80)의 골반의 각도의 변화(골반 각도)를 진단 지표로서 사용한다. 그로 인해, 운동 시스템은, 복근이나 등골을 사용해서 골반의 위치를 바른 위치로 유지하고 있는가 아닌가를 평가할 수 있다.
더욱, 자세 평가 장치(30)는 사용자(80)의 신체의 전후의 이동량(허리의 전후 이동량)을 진단 지표로서 사용한다. 그로 인해, 운동 시스템은, 골반의 각도를 변화시킴으로써, 좌석부(12)의 전후의 움직임을 흡수할 수 있는가 아닌가를 평가할 수 있다. 또한, 운동 시스템은, 복근에 힘을 줌으로써 골반을 지지할 수 있는가 아닌가를 평가할 수 있다. 또한, 운동 시스템은, 상반신이 전후로 흔들리지 않는가 아닌가를 평가할 수 있다.
더욱, 자세 평가 장치(30)는 진단 지표로서, 사용자(80)의 신체의 좌우의 이동량(허리의 좌우 이동량)을 사용한다. 그로 인해, 운동 시스템은, 허벅지에 힘을 주어서 좌석부(12)를 끼워둠으로써 허리를 지지하고 있는가 아닌가를 평가할 수 있다. 또한, 운동 시스템은, 상반신이 좌우 방향으로 흔들리지 않는가 아닌가를 평가할 수 있다.
더욱, 자세 평가 장치(30)는 좌석부(12)가 좌측으로 기울어져 있을 때의 사용자(80)의 신체의 움직임과 좌석부(12)가 우측으로 기울어져 있을 때의 사용자(80)의 신체의 움직임의 차이(각 진단 지표의 좌우 차)를 진단 지표로서 사용한다. 그로 인해, 운동 시스템은, 좌우 균등한 움직임을 행할 수 있는가 아닌가를 평가할 수 있다.
더욱, 자세 평가 장치(30)는 진단 지표로서, 다른 진단 지표의 주기 마다의 차이(각 진단 지표의 좌우 차)를 사용한다. 그로 인해, 운동 시스템은 사용자(80)가 타동 운동을 안정적으로 행하고 있는가 아닌가를 평가할 수 있다. 또한, 진단 지표는, 상술한 바와 같이 가속도 센서(20)에 의해 얻어진 가속도로부터 구한 값의 주기 마다의 차이이어도 좋다. 이 경우도, 운동 시스템은, 사용자(80)가 타동 운동을 안정적으로 행하고 있는가 아닌가를 평가할 수 있다.
한편, 본 실시 형태의 운동 시스템에서는, 가속도 센서(20)의 가속도(A)를 수집하는 컴퓨터[자세 평가 장치(30)]가 각 진단 지표를 산출하는 기능이나, 각 진단 지표에 기초하여 자세를 진단하는 기능을 갖는다. 그러나 서버(50)가 각 진단 지표를 산출하는 기능이나, 각 진단 지표에 기초하여 자세를 진단하는 기능을 갖고 있어도 좋다.

Claims (8)

  1. 운동 시스템에 있어서,
    타동 운동 기기;
    가속도 센서;
    자세 평가 장치; 그리고
    제시 장치를 포함하고,
    상기 타동 운동 기기는 사용자가 앉는 좌석부를 구비하여 상기 좌석부를 움직여서 상기 사용자에 타동 운동을 행하게 하도록 구성되며,
    상기 가속도 센서는 상기 사용자의 허리부 부근에 장착되고 3 축 방향 각각의 가속도를 검출하여 상기 자세 평가 장치에 출력하도록 구성되고,
    상기 자세 평가 장치는 물리량 산출부 및 운동 지시 작성부를 포함하며, 상기 물리량 산출부는 상기 가속도 센서로부터 출력된 상기 가속도에 기초하여 타동 운동 중의 상기 사용자의 자세를 평가하기 위한 물리량을 산출하도록 구성되며, 상기 운동 지시 작성부는 상기 물리량 산출부에서 산출된 상기 물리량과 소정의 기준값을 비교하여 상기 사용자의 자세를 평가하고 상기 사용자의 자세의 평가의 결과에 기초하여 상기 사용자의 자세의 개선을 위한 운동 지시를 작성하도록 구성되고,
    상기 제시 장치는 상기 운동 지시 작성부에서 작성된 상기 운동 지시를 상기 사용자에 제시하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 운동 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자세 평가 장치는 상기 운동 지시를 기억하는 운동 지시 기억부를 구비하고,
    상기 운동 지시 작성부는 상기 운동 지시를 작성함으로써 상기 사용자의 자세의 평가의 결과에 대응하는 상기 운동 지시를 상기 운동 지시 기억부에서 읽어내도록 구성되는 것을 특징으로 하는 운동 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 타동 운동 기기는 상기 좌석부를 좌우 방향에 대해 직교하는 면내에서 전후로 요동시키도록 구성되고,
    상기 물리량은 연직 방향에 대한 상기 사용자의 골반의 각도의 변화인 것을 특징으로 하는 운동 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 타동 운동 기기는 상기 좌석부를 좌우 방향에 대해서 직교하는 면내에서 전후로 요동시키도록 구성되고,
    상기 물리량은 상기 사용자의 신체의 전후의 이동량인 것을 특징으로 하는 운동 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 타동 운동 기기는 상기 좌석부를 전후 방향에 대해서 직교하는 면내에서 좌우로 요동시키도록 구성되고,
    상기 물리량은 상기 사용자의 신체의 좌우의 이동량인 것을 특징으로 하는 운동 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 타동 운동 기기는 상기 좌석부를 좌우로 요동시키도록 구성되고,
    상기 물리량은 상기 좌석부가 좌측으로 기울어져 있을 때의 사용자의 신체의 움직임과 상기 좌석부가 우측으로 기울어져 있을 때의 사용자의 신체의 움직임의 차이인 것을 특징으로 하는 운동 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 타동 운동 기기는 상기 좌석부를 주기 운동시키도록 구성되고,
    상기 물리량 산출부는 복수의 물리량을 산출하도록 구성되며,
    상기 복수의 물리량 중의 1개는 다른 물리량의 주기 마다의 편차로 정의되는 것을 특징으로 하는 운동 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 타동 운동 기기는 상기 좌석부를 주기 운동시키도록 구성되고,
    상기 물리량은 주기당 값의 편차로 정의되며, 상기 값은 상기 가속도 센서로부터 얻어진 가속도를 사용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 운동 시스템.
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