WO2011135972A1 - ペダリング運動用計測装置及びセンサ装置 - Google Patents

ペダリング運動用計測装置及びセンサ装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2011135972A1
WO2011135972A1 PCT/JP2011/058244 JP2011058244W WO2011135972A1 WO 2011135972 A1 WO2011135972 A1 WO 2011135972A1 JP 2011058244 W JP2011058244 W JP 2011058244W WO 2011135972 A1 WO2011135972 A1 WO 2011135972A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
force
sensor
bicycle
crank
pedaling
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/058244
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
松本　整
Original Assignee
クラブコング株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by クラブコング株式会社 filed Critical クラブコング株式会社
Priority to EP11774756.8A priority Critical patent/EP2565611A4/en
Priority to JP2012512740A priority patent/JP5025838B2/ja
Priority to US13/639,288 priority patent/US8899110B2/en
Publication of WO2011135972A1 publication Critical patent/WO2011135972A1/ja
Priority to US14/525,734 priority patent/US20150046100A1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/161—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B22/00—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements
    • A63B22/06—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with support elements performing a rotating cycling movement, i.e. a closed path movement
    • A63B22/0605—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with support elements performing a rotating cycling movement, i.e. a closed path movement performing a circular movement, e.g. ergometers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B24/00—Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
    • A63B24/0062—Monitoring athletic performances, e.g. for determining the work of a user on an exercise apparatus, the completed jogging or cycling distance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62J—CYCLE SADDLES OR SEATS; AUXILIARY DEVICES OR ACCESSORIES SPECIALLY ADAPTED TO CYCLES AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. ARTICLE CARRIERS OR CYCLE PROTECTORS
    • B62J45/00—Electrical equipment arrangements specially adapted for use as accessories on cycles, not otherwise provided for
    • B62J45/20—Cycle computers as cycle accessories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62J—CYCLE SADDLES OR SEATS; AUXILIARY DEVICES OR ACCESSORIES SPECIALLY ADAPTED TO CYCLES AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. ARTICLE CARRIERS OR CYCLE PROTECTORS
    • B62J45/00—Electrical equipment arrangements specially adapted for use as accessories on cycles, not otherwise provided for
    • B62J45/40—Sensor arrangements; Mounting thereof
    • B62J45/42—Sensor arrangements; Mounting thereof characterised by mounting
    • B62J45/421—Sensor arrangements; Mounting thereof characterised by mounting at the pedal crank
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M3/00—Construction of cranks operated by hand or foot
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/005—Measuring force or stress, in general by electrical means and not provided for in G01L1/06 - G01L1/22
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/24—Devices for determining the value of power, e.g. by measuring and simultaneously multiplying the values of torque and revolutions per unit of time, by multiplying the values of tractive or propulsive force and velocity
    • G01L3/242—Devices for determining the value of power, e.g. by measuring and simultaneously multiplying the values of torque and revolutions per unit of time, by multiplying the values of tractive or propulsive force and velocity by measuring and simultaneously multiplying torque and velocity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/26—Devices for measuring efficiency, i.e. the ratio of power output to power input
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/165—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in capacitance
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B24/00—Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
    • A63B24/0062—Monitoring athletic performances, e.g. for determining the work of a user on an exercise apparatus, the completed jogging or cycling distance
    • A63B2024/0071—Distinction between different activities, movements, or kind of sports performed
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B71/00—Games or sports accessories not covered in groups A63B1/00 - A63B69/00
    • A63B71/06—Indicating or scoring devices for games or players, or for other sports activities
    • A63B71/0619—Displays, user interfaces and indicating devices, specially adapted for sport equipment, e.g. display mounted on treadmills
    • A63B2071/065—Visualisation of specific exercise parameters
    • A63B2071/0652—Visualisation or indication relating to symmetrical exercise, e.g. right-left performance related to spinal column

Definitions

  • the present invention relates to a pedaling exercise measuring device and a sensor device, and more particularly to a sensor device for measuring a force applied to a pedal of a bicycle and a pedaling exercise measuring device for guiding predetermined information based on the measured information. It is.
  • a gauge is provided by suspending a drive disk (spider) and a crank arm, and a drive disk (spider) is generated by a force applied to the crank by a user's pedaling operation. ) And the crank, the force (torque) used to rotate the crank is measured.
  • Patent Document 2 International Publication No. WO2008 / 058164 describes a power meter in which a strain gauge is provided on a spider arm or a crank arm as separate embodiments. Each of these power meters measures the force (torque) used to rotate the crank by measuring the distortion generated in the spider arm and the crank arm by the force applied to the crank via the pedal. .
  • Patent Document 3 US Pat. No. 5,027,303
  • strain gauges are attached to the upper and lower surfaces of both the left and right crank arms, and the distortion generated in the crank arms due to the force applied to the cranks via the pedals. By measuring, the force (torque) used to rotate the crank is measured.
  • each power meter measures the strain generated in the crank and spider by the force applied to the crank through the pedal using a strain gauge provided at a specific location, so that the crank rotates. This is common in that the force used in the measurement is measured.
  • the type in which strain gauges are attached to the spiders of Patent Documents 1 and 2 is a configuration in which the spider is driven by the stepping force simultaneously applied to the left and right cranks, so the total force applied by the spider to both the left and right cranks. Measure the distortion against.
  • the total force of the force applied when the right crank moves from top dead center to bottom dead center and the force applied when the left crank moves from bottom dead center to top dead center
  • this type of power meter cannot determine whether the left and right pedaling operations are unbalanced, and whether the left and right pedaling forces have canceled each other, and is it effectively pedaled? It was not enough to judge whether or not.
  • any of the above power meters measures the torque used to rotate the crank, and cannot measure how the force is exerted on the crank.
  • the force exerted on the pedal is not the same as the force used to actually rotate the crank.
  • the purpose of applying force to the pedal is to rotate the crank, but not all of the force exerted on the crank is used to rotate the crank, and in fact, a loss occurs in the exerted force.
  • the force exerted on the crank will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 19, if a force indicated by a vector is applied to the pedal 100 provided on the front end side of the crank, f1 ⁇ L1, f2 ⁇ L2,... If the magnitudes of the forces f1 to f4 are constant, the torque of the longest f3 and L3 of the crank arm is maximized.
  • the conventional power meters disclosed in the above-mentioned patent documents all measure only the force of rotating the crank arm, and the force exerted on the crank, that is, the pedal is effective. It was not possible to measure whether the crank arm was rotating. This difference is recognized as a pedaling technique and can be a barometer that shows how efficiently the force exerted on the pedal is used to rotate the crank. A power meter capable of obtaining an output result has been demanded.
  • an object of the present invention is to provide a measuring device capable of obtaining a measurement result as to whether or not force is utilized more efficiently for rotating the crank arm for each of the left and right pedaling operations. It is to provide a sensor device.
  • the present invention is configured as follows.
  • the first speed for detecting the rotation speed of the wheel by detecting the movement of the wheel of the bicycle provided with the crank member having the pair of left and right crank arms connected by the hanger shaft and the pedal.
  • a measurement main body provided with one sensor unit and a second sensor unit disposed on the left and right crank arms and detecting the magnitude and direction of the force applied to the left and right crank arms;
  • a first work calculation unit for calculating a work performed by the bicycle based on the rotation speed of the wheel detected by the first sensor unit;
  • a second work calculation unit that calculates the work of the user given to the crank member by the user based on the magnitude and direction of the force applied to the left and right crank arms detected by the second sensor unit;
  • a pedaling exercise measuring device including an efficiency calculating unit that calculates the efficiency of the bicycle based on the work of the bicycle and a user.
  • the first work calculation unit calculates the work of the bicycle based on information on a distance traveled by the bicycle based on the number of rotations of the wheels. Providing a measuring device.
  • the second work calculation unit calculates the user's work based on a value of a force applied in a rotational tangential direction of the left and right crank arms.
  • a measuring device for pedaling movement is provided.
  • the first sensor unit is composed of a magnetic sensor provided on a wheel of the bicycle and a facing member stationary with respect to the wheel. Provide a measuring device.
  • the second sensor unit is added to the crank member based on an angle sensor that measures an angular position of the crank arm that is rotated by a user's action, and distortion of the crank member.
  • a pedaling motion measuring device which includes a plurality of force sensors for measuring the force applied, and outputs information on the force applied to the crank member in association with the angular position of the crank arm.
  • the plurality of force sensors of the second sensor unit are radially disposed between the left and right crank arms and the hanger shaft with respect to the rotation center of the hanger shaft.
  • the plurality of force sensors of the second sensor unit are radially disposed between the left and right crank arms and the hanger shaft with respect to the rotation center of the hanger shaft.
  • the pedaling motion measuring device according to the fifth aspect, wherein the plurality of force sensors of the second sensor unit are electrostatic capacitance type force sensors.
  • a vector calculation unit that calculates the magnitude and direction of the force applied to the crank member by the operation of the user based on the output from the sensor unit.
  • the pedaling motion measurement device according to the ninth aspect, wherein the vector calculation unit calculates the magnitude of the force of the specific component among all the forces applied to the crank member. .
  • the strain sensor is provided on the facing surface along the rotation direction of each crank arm so as to face the direction intersecting the rotation axis of the crank member.
  • a measuring device for pedaling exercise according to a fifth aspect is provided.
  • the first work calculation unit stores a reference strain stored in advance as an output value of each force sensor when a constant force is applied to the crank arm at each angular position from a certain direction.
  • a pedaling motion measuring device according to a fifth aspect is provided that calculates the magnitude and direction of a force applied to a crank member by comparing information and an output value from each force sensor.
  • the crank arm includes a straight portion along the radial direction of the rotation axis of the crank member and an intersection portion extending so as to intersect with the radial direction of the rotation axis of the crank member.
  • the strain sensor of the sensor unit provides the pedaling movement measuring device according to the fifth aspect, which is provided at each of the straight portion and the intersecting portion.
  • an angle sensor that measures an angular position of a crank arm of a crank member that rotates by a user's action;
  • a sensor unit including a plurality of force sensors arranged radially with respect to the rotation center of the hanger shaft between the left and right crank arms and the hanger shaft;
  • a vector calculation unit for calculating the magnitude and direction of the force applied to the crank member by the operation of the user by associating the position information measured by the angle sensor with the output of each of the force sensors of the sensor unit;
  • a pedaling motion sensor device is provided.
  • the work performed by the bicycle is calculated based on the movement of the bicycle wheel, while the work performed by the user on the crank arm to rotate the crank arm is obtained and compared. So you can guide the efficiency of your bike.
  • common factors such as the weight of the bicycle including the user can be offset, and the calculation can be facilitated.
  • the sensor unit since the sensor unit is provided in each of the pair of left and right crank arms, the vector of the force applied to each crank arm can be calculated. Therefore, the force used to rotate the crank member can be derived from the force vector exerted on the crank member.
  • the efficiency of the bicycle is used to measure how efficiently the force effective for rotating the crankset exhibited by the user performing the pedaling exercise is used to move the bicycle. Is one of the indicators. Bicycle efficiency is calculated based on, for example, the work rate (work / hour) actually performed by the bicycle measured at a certain time with the same average speed and the work rate used to rotate the crankset. Can do.
  • the force applied to the crankset when the user depresses the pedal is influenced by the pedaling skill of the user, the posture during bicycle exercise according to the user's physique, and the rotation resistance of the crank according to the muscle strength of the user.
  • a part of the force applied to the crank is converted into deflection of various members such as a frame, a crank, and a chain, and is not used for moving the bicycle.
  • the efficiency of the bicycle itself is evaluated by taking the ratio of the work derived from the force actually used to move the bicycle and the work actually performed by the bicycle as the bicycle efficiency. This is one of the indicators.
  • the user can use it as a guide when selecting the bicycle parts that suits him. That is, when a bicycle part is replaced, a comparison of the bicycle efficiency before and after the part replacement can be used as a guideline for determining whether the bicycle part is suitable for the user's own pedaling skill, physique, or the like.
  • the work actually performed by the bicycle is derived based on, for example, the total weight of the actually moving bicycle and the user, and the number of rotations of the bicycle wheel. Since the total weight of the bicycle and the user is often the same, specifically, it can be calculated from the travel distance of the bicycle. As an example, based on the number of rotations of the wheel measured by a magnetic sensor or the like attached to the wheel, the bicycle can be guided by using information on the travel distance within a predetermined time. Also, the work given to the crank corresponds to the angular position of the crank that performs the rotational motion by determining which direction and how much force the user is applying according to the angular position of the crank that performs the rotational motion. The total value of the force components in the tangential direction can be derived as the work amount of the user.
  • a vector corresponding to the angular position is measured by using an angle sensor and a plurality of force sensors.
  • the force sensor can measure the vector with high accuracy by disposing the force sensor radially between the left and right crank arms and the hanger shaft with respect to the rotation center of the hanger shaft.
  • a capacitance sensor as a force sensor, power consumption can be reduced, and the apparatus can be reduced in size and weight.
  • FIG. 1 is a partially enlarged perspective view of a crank set of a bicycle on which a measurement unit of a pedaling motion measurement device according to a first embodiment of the present invention is mounted. It is a perspective view which shows the structure of the sensor unit provided in the crankset shown in FIG. It is a figure which shows the arrangement image of the sensor unit of FIG.
  • FIG. 11 It is a figure for demonstrating the distortion which the distortion sensor of FIG. 11 can measure. It is a schematic diagram of the force added at the time of reference distortion information creation. It is a figure which shows an example of the reference
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a bicycle equipped with a pedaling motion measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • the pedaling motion measurement device according to the present embodiment is mounted on a bicycle or a cycling exerciser, and the force applied to the pedal by the pedaling motion performed by the user and the force applied to the pedal are used to run the bicycle. Measure how efficiently it is used.
  • a bicycle 100 shown in FIG. 1 is provided with a crank set 102 as an example of a crank member of the present invention on a frame 101, and travels by rotating a rear wheel 104 via a chain 103.
  • a user sitting on the saddle 105 puts his / her legs on the left and right pedals 106 of the crankset 102 and rotates the crankset 102.
  • the configuration of the crankset and the rear wheel sprocket is accompanied by rotational resistance for rotating a predetermined crankset, and the user added when rotating the crankset 102 against the rotational resistance.
  • the crankset 102 is distorted according to the force.
  • the pedaling motion measuring apparatus can measure the force and direction applied by the user to the crankset 102 by measuring the distortion generated in the crankset 102, and the measurement result can be attached to the handle 108. Can be displayed on the arithmetic unit 3. Also, based on the force and direction (vector) applied to the crankset, the work applied to the crankset is calculated, and the bicycle work obtained from the bicycle travel distance described later is compared to measure the bicycle efficiency. To do. Details of these will be described later.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing the configuration of the pedaling motion measuring apparatus of FIG.
  • the pedaling motion measuring device 1 of the present embodiment includes a measuring device 2 attached to a bicycle frame 101 and a crankset 102 and an arithmetic device 3 attached to a handle 108.
  • the measuring device 2 includes left and right sensor units 4 (4R, 4L) attached to the left and right crank arms of the crank set 102, an angle sensor 5 for detecting the rotational angle position of the crank arm of the crank set, and a bicycle rear wheel.
  • the magnetic force element 21 attached, and the transmission device 6 that transmits the output signals of the wheel rotation sensor 22 and the angle sensor 5 attached to the bicycle frame to the arithmetic device 3 are provided.
  • the left and right sensor units (4R, 4L) and the angle sensor 5 that detects the rotation angle position of the crank arm of the crank set are examples of the second sensor unit of the present invention.
  • the magnetic element 21 and the wheel rotation sensor 22 are It is an example of the 1st sensor unit of this invention.
  • Communication between each sensor 4L, 4R, 5, 22 and the transmission device 6 is performed wirelessly, and further communication between the transmission device 6 and the arithmetic device 3 is performed wirelessly.
  • the computing device 3 computes and outputs the force and bicycle efficiency applied by the user to the crankset based on the output signal output from the measuring device 2.
  • the computing device 3 includes a receiving unit 7, a control computing unit 8, a program and various data 9, reference strain information 10 that is reference data for force computation, a display unit 11, and a speaker unit 12.
  • the control calculation unit 8 includes functional blocks of a vector calculation unit 8a, a first work calculation unit 8b, a second work calculation unit 8c, and an efficiency calculation unit 8d according to the purpose of each calculation.
  • the program, various data 9 and reference distortion information 10 are stored in a storage device (not shown) provided in the arithmetic device 3.
  • FIG. 3 is a partially enlarged perspective view of a crank set of a bicycle on which the measuring unit of the pedaling motion measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention is mounted.
  • the sensor unit 4 measures the magnitude and direction (vector) of the force applied to the crank arms 107L and 107R.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a sensor unit provided in the crankset shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing an arrangement image of the sensor unit of FIG.
  • FIG. 6 is a functional block diagram showing the configuration of the sensor unit of FIG.
  • the sensor unit 4 (4R, 4L) has a disk-like shape that is flat in the thickness direction.
  • the XYZ triaxial forces Fx, Fy, and Fz that are orthogonal to each other, and these three axes.
  • One set of sensor unit 4 (4R, 4L) is attached between hanger shaft 109 and left and right crank arms 107 (107R, 107L).
  • the sensor unit 4 (4 ⁇ / b> R, 4 ⁇ / b> L) includes the first to fourth triaxial force sensors 13 between the two support bodies 14 a, 14 b arranged to face each other. -1, 13-2, 13-3, and 13-4 are mounted.
  • the supports 14a and 14b are fixed to the hanger shaft 109 and the crank arm 107R, respectively.
  • the force applied between the crank arms 107R and 107L and the hanger shaft 109 is exerted on the triaxial force sensors 13-1, 13-2, 13-3, and 13-4 via the supports 14a and 14b. .
  • the triaxial force sensors 13-1, 13-2, 13-3, 13-4 may be directly coupled to the connection surfaces of the crank arms 107R, 107L with the hanger shaft 109.
  • the sensor unit 4 In (4R, 4L) the support body 14b provided on the crank arm 107R, 107L side can be omitted.
  • the sensor unit 4 (4R, 4L) includes a gyro element 15 and a triaxial acceleration sensor 16 as an example of an angle sensor 5 to be described later, a vector calculation in the 6-axis direction, and the sensor unit 4 A calculation unit 17 that calculates an angle of (4R, 4L) and an interface unit 18 for sending an output value from the calculation unit 17 to the transmission device 6 are provided.
  • the calculation unit 17 uses output values from the sensor unit 4 (4R, 4L).
  • Information on the angle of the sensor unit 4 (4R, 4L) is calculated based on calculation of a vector in a certain 6-axis direction and output values from the gyro element 15 and the triaxial acceleration sensor 16.
  • the first to fourth capacitive force sensors 13-1, 13-2, 13-3, 13-4 mounted on the sensor unit 4 (4R, 4L) are distorted by the applied force.
  • a sensor capable of measuring forces in three orthogonal directions for example, a capacitive three-axis force sensor (manufactured by Wako Tech Co., Ltd.) can be suitably used.
  • the coordinates indicating the axis of each force are defined as shown in FIGS.
  • the axis in the direction in which the crank arm extends with respect to the hanger shaft 109 is the X axis
  • the axis perpendicular to the crank arm on the surface along the surfaces on the supports 14a and 14b is the Y axis
  • the direction along the hanger shaft 109 Let the axis be the Z-axis.
  • the X-axis and the Y-axis are directions away from the hanger shaft 109
  • the Z-axis is a direction away from the bicycle frame.
  • the sensor unit 4 (4R, 4L) rotates around the Z axis by performing a cycling motion.
  • the first to fourth force sensors 13-1, 13-2, 13-3, 13-4 provided in the sensor unit 4 are electrostatic force type force sensors to suppress power consumption.
  • a sense sensor is used.
  • the first to fourth force sensors 13-1, 13-2, 13-3, 13-4 are arranged radially around the hanger shaft 109.
  • the four force sensors 13-1, 13-2, 13-3, and 13-4 all have the X-axis.
  • the direction detection value is output.
  • the four force sensors 13-1, 13-2, 13-3, and 13-4 all show the same output value.
  • the force applied to the two force sensors 13-1 and 13-3 arranged in the X-axis direction is the Z-axis.
  • the opposite direction That is, the moment (Mx, My) with respect to the axis in the direction along the main surfaces of the supports 14a, 14b is determined by the two force sensors arranged opposite to each other indicating different output values in the Z-axis direction. Can be measured.
  • Output values from the four force sensors 13-1, 13-2, 13-3, and 13-4 are input to the calculation unit 17, and are calculated as vector values in six axes by the calculation unit 17. Output to the outside. Based on the output values of the four force sensors existing between the support body 14a and the support body 14b in response to the pedaling force by the user, the vector in the 6-axis direction applied to the crank arm can be measured.
  • the configuration of the angle sensor 5 is not particularly limited as long as the angle position of the crank arm of the crankset 102 can be detected.
  • the angle sensor 5 uses a gyro element 15 and a triaxial acceleration sensor 16 provided in the sensor unit 4.
  • the angular position of the crank arm detected by the angle sensor 5 may be configured to detect an intermittent angular position, for example. In this embodiment, the angular position for every 1 degree can be measured. Since the left and right crank arms 107R and 107L are normally provided with an angular difference of 180 degrees, the angle sensor 5 may be mounted only on one of the sensor units.
  • the left and right sensor units 4 integrate the angular velocities obtained by the gyro element 15 and detect the rotation angle.
  • the calculation unit 17 of the sensor unit 4 outputs the forces in the XYZ triaxial directions and the moments around the respective axes in correspondence with the outputs from the four force sensors.
  • the output from these sensor units 4 is processed by the interface unit 18.
  • the transmission device 6 receives an output signal from the interface unit 18 of the left and right sensor units 4 (4R, 4L) and transmits it to the arithmetic device 3.
  • the transmission device 6 is disposed in the vicinity of the left and right sensor units 4 (4R, 4L), for example, the spider 116 of the front wheel sprocket, the position of the frame near the hanger shaft 109, and the like.
  • the communication means with the arithmetic device 3 by the transmission device 6 is preferably wireless communication, and a known communication method can be used. Note that wired communication may be used as a communication means between the transmission device 6 and the arithmetic device 3.
  • the output signal transmitted from the transmission device 6 is received by the reception unit 7 of the arithmetic device 3 and sent to the control arithmetic unit 8.
  • the control calculation unit 8 calculates the magnitude and direction of the force applied to the left and right crank arms 107R and 107L at each angular position from the output signal based on the program 9 and various data 10 stored in the apparatus. To do.
  • the calculation and various processes of the magnitude and direction of the force applied to the left and right crank arms 107R and 107L are handled by the vector calculation unit 8a of the control calculation unit 8.
  • the pedaling force of the user is applied to the pedal 106, and stress is applied to the crank arm 107 (107R, 107L) by the pedaling force.
  • the sensor unit 4 (4R, 4L) is provided between the hanger shaft 109 and the left and right crank arms 107 (107R, 107L). Based on the output at the center of the sensor unit, the user's Conversion is required to obtain the pedal force at the force point 117 on the pedal 106.
  • the vector calculation unit 8a performs this conversion process, and performs the conversion process to the pedal force of the user based on the output value from the sensor unit 4 (4R, 4L).
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the relationship between the sensor unit and the power point.
  • the crankshaft is along the X axis, so the position of the force point 117 on the Y axis is zero. Therefore, the three-dimensional position of the force point with respect to the sensor is specified based on the information of the X coordinate (crankshaft length L) and the Z axis coordinate (Mx rotation center, that is, the distance A from the X axis to the force point).
  • the crankset 102 is a rotational movement around the hanger shaft 109, and the component used for the rotation of the crankset among the pedal depression force applied to the crankset is detected by the force in the rotational tangential direction at the pedal position, that is, the sensor unit This is a component of the moment force Mz around the Z axis of the hanger axis. Therefore, although Fmz becomes the rotation effective pedal force, as shown in FIG. 5, there is a direction in Fmz.
  • the force point 117 is located outside the X axis of the sensor unit. Therefore, when the pedal 106 is depressed, the force that pushes the crank arm inward is measured. This component is measured as My (or Fmy).
  • FIG. 10 is a diagram showing an output display example showing a force vector applied by the user, calculated by the pedaling motion measuring apparatus according to the present embodiment.
  • the display screen 50 displays a pedaling vector display 51 in which a combined vector of Fx and Fmz is displayed along the trajectory of the left and right pedals.
  • the length Fb of the vector displayed at this time is calculated by (Fx 2 + Fmz 2 ) 1/2 and the direction of the vector to be displayed can be obtained by arcsin (Fx / Fb).
  • pedaling efficiency 52 and the ratio 52 between the pedal depression force Ft and the effective rotation force Fe and the numerical value 53 are displayed on the display screen as specific numerical values.
  • the magnitude and direction of the force applied to the crankset 102 by the user according to the angular position can be obtained. That is, the efficiency of the force applied to the pedal can be measured by measuring the pedaling force vector.
  • the pedaling movement measuring device it is possible to evaluate a specific component of the force applied to the pedal, for example, the effective rotation force used to rotate the crankset 102, in addition to the pedal. It can be evaluated how much of the generated force is lost other than for rotating the crankset 102. Thereby, evaluation of a user's pedaling skill can be performed.
  • a specific component of the force applied to the pedal for example, the effective rotation force used to rotate the crankset 102
  • the pedaling motion measurement device can calculate the efficiency of the bicycle in addition to the measurement of the pedaling motion of the user.
  • the efficiency of a bicycle is one of the indicators for measuring how efficiently the force applied by the user to the crankset was used to move the bicycle, and the work rate given to the crankset by the user And guided based on the distance the bicycle has traveled. Specifically, the work rate performed by the bicycle is calculated, and on the other hand, it is calculated based on the work rate performed by the user on the crank arm in order to rotate the crank arm.
  • the bicycle By calculating the efficiency of the bicycle, for example, it can be used as a guideline whether the bicycle parts such as the frame and saddle are suitable for the user's own cycling style, and can be one of the criteria for selecting the parts. it can.
  • the work given to the crankset 102 by the user is calculated based on the vector assigned to the crankset 102 derived by the vector calculation unit 8a.
  • the distance traveled by the bicycle is calculated based on the number of rotations of the bicycle wheel 104.
  • the work Pb performed by the bicycle is calculated by the first work calculation unit 8b based on the travel distance of the bicycle.
  • work is defined by the distance traveled by an object having a predetermined weight. Therefore, assuming that the total weight of the bicycle and the user is the same, the work distance can be used as a measure of the work of the bicycle.
  • the travel distance of the bicycle is the product of the travel distance per rotation of the wheel and the number of rotations, and the work rate of the bicycle is measured by measuring the number of rotations per unit time.
  • the rotational speed of the wheel is calculated by the magnetic element 21 and the wheel rotation sensor 22 provided on the rear wheel. It is provided at a position facing the magnetic element 21 of the bicycle frame, and the number of times that the magnetic element 21 passes the position opposed to the wheel rotation sensor 22 by the rotation of the wheel can be measured.
  • the bicycle travel distance is calculated by counting the number of rotations of the wheel within a predetermined time required for measurement, and multiplying the number of rotations by the size of the rear wheel (inches or distance traveled per revolution), the bicycle work rate Pb. Is calculated.
  • the rotation speed of the rear wheel of the bicycle changes depending on the gear ratio between the rear wheel sprocket and the crankset. Therefore, if the gear ratio is constant, the bicycle work rate is calculated based on the rotation speed of the crankset. You may calculate.
  • the work given to the crankset 102 by the user is based on the vector of each component given to the crankset 102 by the user's pedaling operation calculated by the vector computing unit 8a as described above. Manages the process. As described above, of the total force Ft applied to the crankset, the component that is used to rotate the crankset and is effective for moving the bicycle is the component of the moment force Mz centered on the Z-axis. The power of the ingredients is not involved in work.
  • the rotation effective component Mz is calculated by the vector calculation unit 8a based on the output result from the sensor unit 4 as described above.
  • Mzl and Mzr are Mz components added to the left crank and the right crank, respectively.
  • Ftl and Ftr are pedaling forces applied to the left crank and the right crank, respectively.
  • the pedaling efficiency 52 and the numerical display 53 shown in FIG. 10 may be based on the effective power Pe and the total power Pt.
  • the efficiency calculation unit 8d determines the efficiency of the bicycle based on both values.
  • the efficiency of the bicycle is calculated by subtracting the bicycle work rate Pb from the effective work rate Pe given by the user, and corresponds to the power loss due to the bicycle.
  • an efficient bicycle can efficiently use the force used to rotate the crankset 102 for moving the bicycle. The movement speed increases.
  • the loss caused by the bicycle includes the effects of air resistance and road resistance.
  • these influences can be reduced by sharing measurement conditions such as measurement at the same weather conditions, time of traveling at an average speed, measurement at traveling speed, or by measuring indoors.
  • the pedaling motion measuring apparatus can perform pedaling motion while the user is on board, and can measure the force vector applied to the crankset independently on the left and right. Further, by deriving the vector of the force applied to the crankset within a predetermined time and the travel distance of the bicycle, the user performs the user work rate given to the crank member within the unit time and the bicycle within the unit time. The bicycle work rate is calculated, and the bicycle efficiency is calculated from the difference between the two.
  • the bicycle work rate Pb can also be derived based on the distance.
  • the force applied to the crankset is measured while measuring the travel distance by the wheel rotation sensor 22. After that, when the vehicle travels a predetermined distance (for example, 1 km), the measurement of the force applied to the predetermined crankset is stopped, and the bicycle work rate Pb per unit time applied to the crankset within the travel distance is calculated. Measure the efficiency of the bicycle based on the work.
  • the efficiency of the bicycle can be obtained as an index value based on two works performed within a predetermined time. Also, if the measurement parameter conditions are the same, the bicycle efficiency can be measured under the same conditions, and used for performance evaluation of bicycle parts, for example, evaluation criteria such as whether the parts are suitable for you. Can do.
  • the pedaling motion measuring device according to the second embodiment of the present invention is common to the pedaling motion measuring device according to the first embodiment except for the configuration of the crankset and the number of sensor units mounted. Hereinafter, the difference will be mainly described.
  • the pedaling motion measuring device measures the force applied to the crankset 102 by the user by measuring the distortion generated in the crank arm 107 (107R, 107L), and the measurement result. Is displayed on the display unit 11 of the arithmetic unit 3 attached to the handle 108.
  • FIG. 11 is a partially enlarged perspective view of a crank set of a bicycle on which a measuring unit of a pedaling motion measuring device according to the second embodiment of the present invention is mounted.
  • one set of sensor unit 4 (4R, 4L) is attached to each of the left and right crank arms 107 (107R, 107L).
  • Each sensor unit 4 includes a plurality of strain sensors. When the left and right crank arms are slightly deformed by an external force, the strain sensor is deformed in the same manner, and the electric resistance or the like changes, whereby the strain of the crank arm can be measured.
  • the strain sensors 23-1, 23-2, 24-1, 24-2 included in the sensor unit 4 (4R, 4L) are opposed surfaces along the rotation direction 90 of the crank arm 107. 110 and 111 are provided so as to face each other in a direction crossing the rotation direction of the crank. The two strain sensors are disposed so as to face each other in a substantially vertical direction with respect to the crank rotation shaft 109 of the crankset 102.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the strain that can be measured by the strain sensor of FIG.
  • the XYZ triaxial directions of the strain sensor are defined.
  • the XYZ coordinate system of the strain sensor has a strain sensor 23 as shown in FIG. -1, 23-2, 24-1, 24-2 is based on the installation surfaces 110, 111 of the crank arm provided with the reference.
  • the XYZ coordinate system of the strain sensor will be described taking the two strain sensors 23-1 and 23-2 of the right sensor unit 4R as an example.
  • the strain sensor 23-1 is provided on the surfaces 110 of the crank arm facing each other, and the surface is defined as an XY plane.
  • the X axis is a direction orthogonal to the rotation axis 109 of the crank, and the direction away from the rotation axis is the positive direction.
  • the Y axis is a direction along a normal line to the installation surface 110 of the crank arm, and a direction away from the installation surface 110 is a positive direction.
  • the Z axis is parallel to the rotation axis 109 of the crank, and the outer direction of the crank is the positive direction.
  • the strain sensor 23-2 is provided on the installation surface 111 of the crank arm, and this surface becomes the XZ plane.
  • the X-axis and the Z-axis are in the same direction as the strain sensor 13-1, but the positive / negative is reversed for the Y-axis whose direction is away from the installation surface 111.
  • the strain sensors 23-1, 23-2, 24-1, 24-2 measure the forces in the following four axial directions in this embodiment. Specifically, as shown by an arrow 91 in FIG. 12, a torsional strain (displacement in the first direction) caused by receiving a force in the Y-axis direction as a center, and as shown by an arrow 92, Z Torsional strain (second direction displacement) generated around the Z-axis upon receiving an axial force, strain (third-direction displacement) that expands and contracts in the X-axis direction upon receiving an X-axis direction force indicated by an arrow 93, and arrows As shown at 94, torsional distortion (displacement in the fourth direction) generated around the Y-axis by receiving a force in the Z-axis direction is measured.
  • the distance D from the hanger shaft 109 is not particularly limited.
  • the crank arm 107 is cantilevered with respect to the rotation shaft 109 of the crank, the displacement amount of the first direction displacement shown by the arrow 92 can be increased by increasing D, while the arrow 93 The amount of displacement of the third direction displacement indicated by is reduced. Therefore, in order to balance the amount of displacement of both, it is preferable to appropriately adjust the position of the strain sensor according to the properties of the crank arm (such as Young's modulus) and the level of the user to be measured.
  • the angle sensor 5 is constituted by a slit disk and an optical sensor provided in the crankset 102 in the present embodiment.
  • the transmission unit 6 transmits output signals from the left and right sensor units 4 (4R, 4L), the angle sensor 5 and the magnetic sensor 51 to the arithmetic device 3. Among these, signals output from the left and right sensor units 4 (4R, 4L) and the angle sensor 5 are used to measure the magnitude and direction of the force applied to the crankset 102, and are output signals from the magnetic sensor 51. Is used to measure the bicycle efficiency described later.
  • the means for communicating with the arithmetic unit 3 by the transmission unit 6 is preferably wireless, but may be wired communication.
  • the output signal transmitted from the transmission unit 6 is received by the reception unit 7 of the calculation device 3 as an example of the vector calculation unit and is sent to the control calculation unit 8.
  • the control calculation unit 8 calculates the magnitude and direction of the force applied to the left and right crank arms 107R and 107L at the respective angular positions from the output signal based on the program and various data stored in the apparatus.
  • Examples of various data stored in the device include information on the properties of the crank and information on the installation position of the strain sensor.
  • the result calculated by the calculation device 3 is output via the display unit 11 and the speaker unit 12 by means that can be recognized by the user.
  • the reference strain information stored in the apparatus is used for the vector calculation of the force applied to the crank arms 107R and 107L.
  • the reference distortion information is information on the sensor output value of the sensor unit 4 corresponding to the distortion of the crank arm that occurs when a certain force is applied in a certain direction at each angular position.
  • FIG. 13 shows a schematic diagram of the force applied when creating the reference strain information.
  • the magnitude of the applied force used when creating the reference strain information may be appropriately selected depending on the properties of the crank arm, and the direction of the force is not particularly limited, but in the present embodiment, the downward direction is the vertical direction. It is said.
  • FIG. 14 shows an example of the reference distortion information of the right sensor unit 4R.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining changes in the sensor output value according to the angular position of the reference distortion information.
  • the reference strain information is expressed as an output value of a strain sensor of each sensor unit based on the strain of the crank arm when a constant force is applied to the pedal connected to the crank arm in a certain direction.
  • the displacement amounts for the first to fourth direction variations are recorded numerically for the two strain sensors 13-1 and 13-2 included in the sensor unit every 30 degrees. Note that the displacement amount corresponding to the angular position of the reference strain information does not necessarily need to be recorded every 30 °, and may be recorded every arbitrary angle.
  • the value of the first and second direction variations increases as the angular position increases between the reference position, which is the top dead center, and the value of the third and fourth direction variations. Becomes smaller.
  • the angular position is 90 °
  • the value of the second direction variation indicates the maximum value
  • the value of the third direction variation indicates the minimum value.
  • the values of the first to fourth direction variations are measured over 360 °, and the reference distortion information is created.
  • FIG. 16 shows the distribution of force for each direction displacement when a force is applied in the direction of the angle ⁇ .
  • the first strain sensor 23-1 Due to the force applied at an angle ⁇ with respect to the reference direction D1, the first strain sensor 23-1 has smaller first and second direction variations than the reference strain information at the angular position of 90 °, and the third direction variation. growing.
  • the angle position of the crank arm measured by the angle sensor is 90 °, and a force is applied to the crank arm existing at the angle position with an angle ⁇ inclined with respect to the reference direction D1.
  • the value of F1sin ⁇ can be calculated by comparing the reference strain information of the first and fourth direction variations at the angular position (90 °) with the output value of each strain sensor.
  • the inclination angle ⁇ is determined by comparing the ratio of the output values of the second direction variation and the third direction variation of each strain sensor. Further, the magnitude of the force F1 can be calculated from the value of the output value.
  • the vector of the force F1 is calculated by comparing the reference strain information and the output value of each strain sensor at each angular position.
  • An output example indicating a force vector applied by the user calculated by the pedaling motion measuring apparatus according to the present embodiment is the same as the output example of the first embodiment, as shown in FIG.
  • the bicycle efficiency is a measure of how efficiently the work given to the crankset is used to move the bicycle based on the work given to the crankset 102 by the user and the distance traveled by the bicycle.
  • the work given to the crankset 102 by the user is calculated based on the magnitude and direction of the force applied to the crankset 102 guided as described above, and the distance traveled by the bicycle is determined by the rear wheel 104 of the bicycle. It is calculated based on the number of rotations.
  • the efficiency of the bicycle is calculated by determining the ratio between the work rate obtained by calculating the force applied by the user to the crankset 102 per unit time and the work rate obtained by calculating the travel distance of the bicycle per unit time. .
  • the pedaling motion measurement device according to the third embodiment of the present invention is common to the pedaling motion measurement device according to the second embodiment except for the configuration of the crankset and the number of sensor units mounted. Hereinafter, the difference will be mainly described.
  • the crank arm 112 of the crank set according to the present embodiment has a bent structure, and includes a first straight portion 113 and a second straight portion 114 that extend radially from the hanger shaft 109, and a straight portion.
  • a bent portion 115 orthogonal to the radial direction of the hanger shaft 109 is provided in the middle portion of the shape portion.
  • the bent portion 115 may be configured with different thickness dimensions, such as a thinner wall than the straight portions 113 and 114.
  • the sensor unit is provided with three sets of six strain sensors 25 and 26 for the left and right crank arms 112R and 112L, one set for each of the first and second straight portions 113 and 114 and the bent portion 115, respectively. It is provided one by one.
  • the part where stress concentrates differs according to the angular position of the crank arm, and it is easy to detect the strain amount of the strain sensor at any angular position. Can do.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining changes in the sensor output value in accordance with the angular position of the reference strain information.
  • the angular position is specified by the extending direction of the first straight portion 113. Therefore, as shown in FIG. 18, the vertical downward force applied to the pedal at the position of the reference angle (0 °) is not located directly above the hanger shaft 109. Therefore, the reference strain information at the position of the reference position (0 °) degree has a large amount of strain of the strain sensors 25-3, 25-4, 26-3, 26-4 provided in the bent portion 115, and the straight shape
  • the distortion amounts of the strain sensors 25-1, 25-2, 25-5, 25-6, 26-1, 26-2, 26-5, and 26-6 provided in the sections 113 and 114 are small.
  • the strain sensors 25-1, 25-2, 25-5, 25-6, 26-1, 26-2, 26-5, 26- provided in the straight portions 113, 114 are increased. 6 becomes large, and the distortion amounts of the strain sensors 25-3, 25-4, 26-3, and 26-4 provided in the bent portion 115 become small.
  • the pedaling motion measuring apparatus of the present invention by providing sensor units on the left and right crank arms, the vector of the force applied to the crankset can be measured independently on the left and right.
  • the pedaling motion measuring device of the present invention can widen the application range. it can.
  • the pedaling motion measuring device is provided in a traveling bicycle, but it can also be used in a cycling exerciser, and as a measuring machine that measures a vector of force applied to a crankset. Can be used.
  • the computing device 3 of this embodiment is not attached to the handle of the bicycle, and may be configured by a computer. Further, the computer 3 may be configured to be communicable with the computer 3 of the present embodiment, and the measurement result may be examined in detail by the computer.
  • bent portion provided at the intermediate portion as in the crank arm of the third embodiment is not limited to a bent portion in the direction along the rotation direction of the crank arm, but a direction intersecting the rotation direction (hanger shaft) May be bent in a direction protruding outward).
  • the present invention can be used for judging the efficiency of pedaling exercise of a traveling bicycle or a cycling exerciser.
  • the distance A from the X axis to the power point is calculated based on the value stored in advance, but the value of A is the value of My and Fz. It is also possible to complement based on.
  • Fmy My / (((My / Fz) 2 ⁇ L 2 ) + L 2 ) 1/2 As above, Fmx and Fmy may be calculated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

　本発明のペダリング運動用計測装置は、自転車の車輪（１０４）の動きを検知して車輪の回転数を検知するための第１センサユニット（２１，２２）と、左右のクランクアーム（１０７）に配設され、左右のクランクアームに付与された力の大きさ及び方向を検知するための第２センサユニット（４、５）とを備える計測本体部（２）と、第１センサユニット（２１，２２）により検知された車輪の回転数に基づいて、所定時間内に自転車が行なった仕事を演算する第１仕事演算部（８ｂ）と、第２センサユニット（４、５）により検知された左右のクランクアーム（１０７）にそれぞれ付加された力の大きさ及び方向に基づいて、所定時間内に利用者が前記クランク部材に与えた仕事を演算する第２仕事演算部（８ｃ）と、自転車及び利用者の仕事に基づいて、自転車の効率を演算する、効率演算部（８ｄ）とを備える。

Description

ペダリング運動用計測装置及びセンサ装置
　本発明は、ペダリング運動用計測装置及びセンサ装置に関し、特に、自転車のペダルに加えられた力を計測するセンサ装置と、計測された情報に基づいて所定の情報を導くペダリング運動用計測装置に関するものである。
　従来、自転車やサイクリング運動器などにおいて、利用者のペダリングの効率を測定するために、クランクセットに与えた動力を測定するパワーメータが種々存在する。
　例えば、特許文献１（国際公開第ＷＯ８９／００４０１号）には、ドライブディスク（スパイダー）とクランクアームに懸架してゲージを設け、利用者のペダリング動作によりクランクに与えられた力によってドライブディスク（スパイダー）とクランクとの間に発生するひずみを測定することでクランクが回転するのに用いられた力（トルク）を測定するものである。
　また、特許文献２（国際公開第ＷＯ２００８／０５８１６４号）には、スパイダーアーム又はクランクアームに歪みゲージを設けたパワーメータがそれぞれ別個の実施例として記載されている。これらのパワーメータは、それぞれ、ペダルを介してクランクに与えられた力によって、スパイダーアーム及びクランクアームに生じる歪みを測定することで、クランクが回転するのに用いられた力（トルク）を測定する。
　さらに、特許文献３（米国特許第５０２７３０３号明細書）には、左右双方のクランクアームの上面及び下面に歪みゲージを取り付け、ペダルを介してクランクに与えられた力によって、クランクアームに生じる歪みを測定することで、クランクが回転するのに用いられた力（トルク）を測定するものである。
　上記のように、いずれのパワーメータも、ペダルを介してクランクに与えられた力によってクランク及びスパイダーに生じるひずみを特定箇所に設けられた歪みゲージを用いて測定することで、クランクが回転するのに用いられた力を測定する構成である点で共通する。
国際公開第ＷＯ８９／００４０１号 国際公開第ＷＯ２００８／０５８１６４号 米国特許第５０２７３０３号明細書
　しかし、特許文献１及び２のスパイダーに歪みゲージを取り付けるタイプのものは、左右のクランクに同時に与えられる踏み込み力によってスパイダーが従動する構成であるから、スパイダーが左右双方のクランクに与えられた合計力に対する歪みを測定する。よって、例えば、右側のクランクが上死点から下死点に向かって移動する際に与えられる力と左側のクランクが下死点から上死点に向かって移動する際に与えられる力の合計力がクランクに与えられた力が打ち消しあうように作用するときであっても、当該合計力に対応したスパイダーの歪みしか測定することができない。よって、左右それぞれのクランクに与えられた力を独立して測定することができないという問題を有していた。
　すなわち、このタイプのパワーメータは、左右のペダリング動作がアンバランスであるかどうかまた、左右のペダリング力が互いに打ち消しあっていないかなどの判定を行なうことができず、効率よいペダリングがなされているかどうかの判定には十分なものとはいえないものであった。
　また、特許文献２及び特許文献３のクランクアームに歪みゲージを取り付ける構成のものは、上記の問題はなく、左右それぞれのペダルに与えられた力をクランクアームに設けられた歪みゲージで個々に測定することができる。
　しかし、上記パワーメータは、いずれもクランクを回転させるために用いられたトルクを測定するものであって、どのようにクランクに力が発揮されたのかを測定することはできない。自転車のペダリング動作において、ペダルに発揮された力とクランクを実際に回転させるために用いられた力とは同一ではない。ペダルに力を加える目的はクランクを回転させるためであるが、クランクに発揮された力がすべてクランクを回転させるために用いられる訳ではなく、実際には発揮した力にロスが生じている。
　クランクに発揮される力について図１９を用いて説明する。図１９に示すように、クランクの先端側に設けられているペダル１００に対して、ベクトルで示される力が加わったとすると、ｆ１×Ｌ１、ｆ２×Ｌ２…がトルクとなる。力ｆ１～ｆ４の大きさが一定なら、クランクアームの最も長いｆ３、Ｌ３のトルクが最大となる。また、Ｌ３に対するＬ１、Ｌ２、Ｌ４の比は、Ｌ１＝Ｌ３ｃｏｓ６０°（Ｌ３の約０．５倍）、Ｌ２＝Ｌ３ｃｏｓ３０°（Ｌ３の約０．８７倍）、Ｌ４＝Ｌ３ｃｏｓ３０°（Ｌ３の約０．８７倍）となる。すなわち、ｆ１～ｆ４の方向が３０°ずつずれたとすると、有効なトルクはｆ１・Ｌ１が５０％、ｆ２・Ｌ２が８７％、ｆ３・Ｌ３が１００％、ｆ４・Ｌ４が８７％と算出される。したがって計算上は、軸に対して３０度方向がずれると１３％、６０度ずれると５０％もの力が、回転するために使われずに無駄になることがわかる。
　上記のことから、上記特許文献に開示されている従来のパワーメータは、いずれも単にクランクアームを回転させた力のみを測定するものであって、クランク、すなわちペダルに発揮された力が有効にクランクアームを回転させているかどうかについては測定を行なうことができなかった。この差はペダリング技術として認識されるものであって、ペダルに発揮された力がいかに効率よくクランクの回転に用いられているかを示すバロメータとなり得ることから、クランクの回転に用いられている力の出力結果を得ることができるパワーメータが求められていた。
　したがって、本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、左右のペダリング動作それぞれについて、クランクアームを回転させるためにより効率的に力が利用されているかについての測定結果を得ることができる計測装置及びセンサ装置を提供することにある。
　本発明は、上記目的を達成するため、以下のように構成している。本発明の第１態様によれば、ハンガー軸で接続された左右一対のクランクアームとペダルを有するクランク部材を備えた自転車の車輪の動きを検知して前記車輪の回転数を検知するための第１センサユニットと、左右の前記クランクアームに配設され、左右のクランクアームに付与された力の大きさ及び方向を検知するための第２センサユニットとを備える計測本体部と、
　前記第１センサユニットにより検知された車輪の回転数に基づいて、自転車が行なった仕事を演算する第１仕事演算部と、
　前記第２センサユニットにより検知された左右のクランクアームにそれぞれ付加された力の大きさ及び方向に基づいて、利用者が前記クランク部材に与えた利用者の仕事を演算する第２仕事演算部と、
　前記自転車及び利用者の仕事に基づいて、前記自転車の効率を演算する、効率演算部とを備えるペダリング運動用計測装置を提供する。
　本発明の第２態様によれば、前記第１仕事演算部は、車輪の回転数に基づいて自転車が移動した距離に関する情報に基づいて、前記自転車の仕事を演算する、第１態様のペダリング運動用計測装置を提供する。
　本発明の第３態様によれば、前記第２仕事演算部は、前記左右のクランクアームの回転接線方向に加えられた力の値に基づいて、前記利用者の仕事を演算する、第１態様のペダリング運動用計測装置を提供する。
　本発明の第４態様によれば、前記第１センサユニットは、前記自転車の車輪及び前記車輪に対して静止した対向部材に設けられた磁気センサで構成されている、第１態様のペダリング運動用計測装置を提供する。
　本発明の第５態様によれば、前記第２センサユニットは、利用者の動作によって回転する前記クランクアームの角度位置を測定する角度センサと、前記クランク部材の歪みに基づいてクランク部材に加えられた力を測定する複数の力覚センサとを備え、前記クランクアームの角度位置に対応づけてクランク部材に加えられた力の情報を出力する、第１態様のペダリング運動用計測装置を提供する。
　本発明の第６態様によれば、前記第２センサユニットの複数の力覚センサは、左右のクランクアームとハンガー軸と間に、前記ハンガー軸の回転中心に対して放射状に配設されている、第５態様のペダリング運動用計測装置を提供する。
　本発明の第７態様によれば、前記第２センサユニットの複数の力覚センサは、左右のクランクアームとハンガー軸と間に、前記ハンガー軸の回転中心に対して放射状に配設されている、第５態様のペダリング運動用計測装置を提供する。
　本発明の第８態様によれば、第２センサユニットの複数の力覚センサは、静電容量型力覚センサである、第５態様のペダリング運動用計測装置を提供する。
　本発明の第９態様によれば、さらに、前記センサユニットからの出力に基づいて、利用者の動作によってクランク部材に付与された力の大きさ及び方向を演算するベクトル演算部と、を備える、第５態様のペダリング運動用計測装置を提供する。
　本発明の第１０態様によれば、前記ベクトル演算部は、クランク部材に付与されたすべての力のうち特定成分の力の大きさを演算する、第９態様のペダリング運動用計測装置を提供する。
　本発明の第１１態様によれば、前記歪みセンサは、それぞれのクランクアームの回転方向に沿った対向面に、前記クランク部材の回転軸に対して交差する方向に対向して設けられている、第５態様のペダリング運動用計測装置を提供する。
　本発明の第１２態様によれば前記第１仕事演算部は、一定の力を各角度位置におけるクランクアームに一定方向から加えたときの各力覚センサの出力値として予め記憶されている基準歪み情報と各力覚センサからの出力値を比較することによってクランク部材に付与された力の大きさ及び方向を演算する、第５態様のペダリング運動用計測装置を提供する。
　本発明の第１３態様によれば、前記クランクアームは、前記クランク部材の回転軸の放射方向沿いの直状部と前記クランク部材の回転軸の放射方向に対して交差して延在する交差部を備え、
　前記センサユニットの歪みセンサは、直状部と交差部にそれぞれ設けられている、第５態様のペダリング運動用計測装置を提供する。
　本発明の第１４態様によれば、利用者の動作によって回転するクランク部材のクランクアームの角度位置を測定する角度センサと、
　左右のクランクアームとハンガー軸と間に、前記ハンガー軸の回転中心に対して放射状に配設された複数の力覚センサを備えたセンサユニットと、
　角度センサにより測定された位置情報と前記センサユニットのそれぞれの前記力覚センサの出力を対応づけて、利用者の動作によってクランク部材に付与された力の大きさ及び方向を演算するベクトル演算部と、
を備える、ペダリング運動用センサ装置を提供する。
　本発明によれば、自転車の車輪の動きに基づいて自転車が行った仕事を算出し、一方で、クランクアームを回転させるために利用者がクランクアームに行った仕事を求め、両者を比較することで、自転車の効率を導くことができる。自転車の効率の算出では、利用者を含む自転車の重量などの共通する要素を相殺することができ、計算を容易にすることができる。
　また、センサユニットは、左右一対のクランクアームにそれぞれ設けられているため、それぞれのクランクアームにかけられた力のベクトルを算出することができる。したがって、クランク部材に発揮された力のベクトルから、クランク部材を回転させるために用いられた力を導くことができる。
　本発明において、自転車の効率とは、利用者がペダリング運動を行うことによって発揮されたクランクセットを回転させるために有効な力が自転車を移動させるためにどの程度効率よく用いられたかを測定するための指標の一つである。自転車の効率は、例えば、平均速度が等しいある一定時間において測定された実際に自転車が行った仕事率（仕事量/時間）とクランクセットを回転することに使われた仕事率に基づいて求めることができる。利用者がペダルを踏み込むことでクランクセットに与える力は、利用者のペダリングスキルや利用者の体格に応じた自転車運動時の体勢や利用者の筋力に応じたクランクの回転抵抗などによって影響を受け、さらに、クランクに与えられた力の一部は、フレーム、クランク、チェーンなどの各種部材のたわみ等に変換されることで、自転車を移動させるために用いられない。本願では、クランクセットに発揮した力のうち、実際に自転車を移動させるために用いられた力に由来する仕事と、自転車が実際に行った仕事の割合を自転車の効率とし、自転車自体の性能評価指標の１つとしたものである。
　自転車の効率を指標として比較することで、利用者は自分にあった自転車の部品選択をする際の目安にすることができる。すなわち、自転車の部品を交換した場合、部品交換前後の自転車効率を比較することで、当該自転車部品が利用者自身のペダリングスキル、体格等に適しているかどうかを判断する目安とすることができる。
　自転車が実際に行った仕事は、例えば、実際に移動する自転車及び利用者の総重量、並びに自転車の車輪の回転数に基づいて導かれる。自転車及び利用者の総重量は共通する場合が多いため、具体的には、自転車の移動距離によって算出することができる。一例としては、車輪に取り付けた磁気センサなどで測定される車輪の回転数に基づいて、所定時間内に自転車が移動距離の情報を用いることで導くことができる。また、クランクに与えた仕事は、回転運動を行うクランクの角度位置に応じて、利用者がどの方向にどの大きさの力を与えているかを判定し、回転運動を行うクランクの角度位置に対応した接線方向の力成分の合計値を利用者の仕事量とすることで導くことができる。
　また、左右のクランクアームに付与された力の大きさ及び方向を検知するための第２センサユニットとして、角度センサと複数の力覚センサを用いることで、角度位置に応じたベクトルを測定することができる。力覚センサは、左右のクランクアームとハンガー軸と間に、前記ハンガー軸の回転中心に対して放射状に配設することで精度よくベクトルの測定が可能である。さらに、力覚センサとして、静電容量センサを用いることにより、消費電力を小さくすることができ、装置の小型、軽量化を図ることができる。
　本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。
本発明の実施形態にかかるペダリング運動用計測装置が搭載された自転車の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態にかかるペダリング運動計測装置の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第１実施形態にかかるペダリング運動計測装置の測定部が搭載された自転車のクランクセットの部分拡大斜視図である。 図３に示すクランクセットに設けられるセンサユニットの構成を示す斜視図である。 図４のセンサユニットの配置イメージを示す図である。 図４のセンサユニットの構成を示す機能ブロック図である。 図４のセンサユニットにＹ軸方向のモーメントが加わった場合の力覚センサに加わる力を示す図である。 図４のセンサユニットにＺ軸方向のモーメントが加わった場合の力覚センサに加わる力を示す図である。 センサユニットと力点との関係を示す模式図である。 本実施形態にかかるペダリング運動計測装置により算出された利用者が付加した力のベクトルを示す出力例を示す図である。 本発明の第２実施形態にかかるペダリング運動計測装置の測定部が搭載された自転車のクランクセットの部分拡大斜視図である。 図１１の歪みセンサが測定可能な歪みを説明するための図である。 基準歪み情報作成時に付加される力の模式図である。 右側センサユニットの基準歪み情報の一例を示す図である。 基準歪み情報の角度位置に応じたセンサ出力値の変化を説明する図である。 クランクアームに角度θの方向に力が加わった場合の各方向変位への力の分布を示す図である。 本発明の第２実施形態にかかるペダリング運動用パワーメータの測定部が搭載された自転車のクランクセットの部分拡大斜視図である。 基準歪み情報の角度位置に応じたセンサ出力値の変化を説明する図である。 クランクに発揮される力の方向の変化によるクランクの回転効率の変化を説明する図である。
　本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。以下、図面を参照して本発明における第１実施形態を詳細に説明する。
　（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態にかかるペダリング運動計測装置が搭載された自転車の構成を示す模式図である。本実施形態にかかるペダリング運動計測装置は、自転車あるいは、サイクリング運動器に搭載され、利用者が行なったペダリング運動によってペダルに付与された力及びペダルに付与された力が自転車を走らせるためにどの程度効率よく用いられているかを測定する。
　図１に示す自転車１００は、フレーム１０１に本発明のクランク部材の一例としてのクランクセット１０２が設けられており、チェーン１０３を介して後輪１０４を回転させて走行する。サドル１０５に座った利用者が、クランクセット１０２の左右のペダル１０６にそれぞれ脚をおき、クランクセット１０２を回転させる。このとき、クランクセットと後輪スプロケットの構成により、所定のクランクセットを回転させるための回転抵抗が伴い、利用者が回転抵抗に抗してクランクセット１０２を回転させる際に、利用者が加えた力に応じてクランクセット１０２に歪みが生じる。
　本発明の実施形態にかかるペダリング運動計測装置は、クランクセット１０２に生じた歪みを測定することにより、利用者がクランクセット１０２に加えた力及び方向を測定でき、測定結果をハンドル１０８に取り付けられた演算装置３に表示することができる。また、クランクセットに与えた力及び方向（ベクトル）に基づいて、クランクセットに与えた仕事を演算し、後述する自転車の移動距離から得られた自転車の仕事を比較して、自転車の効率を測定する。これらの詳細は後述する。
　図２は、図１のペダリング運動計測装置の構成を示す機能ブロック図である。本実施形態のペダリング運動計測装置１は、自転車のフレーム１０１及びクランクセット１０２に取り付けられた測定装置２とハンドル１０８に取り付けられた演算装置３とで構成される。
　測定装置２は、クランクセット１０２の左右のクランクアームにそれぞれ取り付けられた左右のセンサユニット４（４Ｒ、４Ｌ）、クランクセットのクランクアームの回転角度位置を検出する角度センサ５、自転車の後輪に取り付けられた磁力素子２１、及び自転車のフレームに取り付けられた車輪回転センサ２２及び角度センサ５の出力信号を演算装置３に送信する送信装置６とを備える。なお、左右のセンサユニット（４Ｒ、４Ｌ）、クランクセットのクランクアームの回転角度位置を検出する角度センサ５は、本発明の第２センサユニットの一例であり、磁力素子２１及び車輪回転センサ２２は、本発明の第１センサユニットの一例である。
　各センサ４Ｌ，４Ｒ，５，２２と送信装置６との間の通信は無線で行われており、さらに、送信装置６と演算装置３との間の通信も無線で行われている。
　演算装置３は、測定装置２から出力された出力信号に基づいて、クランクセットに利用者が与えた力及び自転車効率を演算し出力する。演算装置３は、受信部７、制御演算部８、プログラムや各種データ９、力演算の基準データである基準歪み情報１０、表示部１１、スピーカ部１２を備える。制御演算部８は、それぞれの演算の目的に応じてベクトル演算部８ａ、第１仕事演算部８ｂ、第２仕事演算部８ｃ、効率演算部８ｄの機能ブロックを有する。プログラムや各種データ９、基準歪み情報１０は、演算装置３内に設けられた図示しない記憶装置内に記憶されている。
　まず、クランクセットに与えた力の大きさ及び方向（ベクトル）の演算について説明する。図３は、本発明の第１実施形態にかかるペダリング運動計測装置の測定部が搭載された自転車のクランクセットの部分拡大斜視図である。本実施形態において、センサユニット４は、クランクアーム１０７Ｌ，１０７Ｒに加えられた力の大きさ及び方向（ベクトル）を測定する。
　図４は、図３に示すクランクセットに設けられるセンサユニットの構成を示す斜視図である。図５は、図４のセンサユニットの配置イメージを示す図である。
　図６は、図４のセンサユニットの構成を示す機能ブロック図である。
　センサユニット４（４Ｒ，４Ｌ）は、図３に示すように、厚み方向に扁平な円板状の形状であり、互いに直行するＸＹＺの３軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びこれらの３軸を中心とするモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚを測定することができる６軸力覚センサである。センサユニット４（４Ｒ，４Ｌ）は、ハンガー軸１０９と左右のクランクアーム１０７（１０７Ｒ，１０７Ｌ）との間にそれぞれ１組ずつ取り付けられている。
　センサユニット４（４Ｒ，４Ｌ）は、図４及び図６に示すように、対向して配置された２枚の支持体１４ａ，１４ｂの間に、第１から第４の３軸力覚センサ１３－１、１３－２、１３－３，１３－４が搭載されている。支持体１４ａ，１４ｂは、ハンガー軸１０９、クランクアーム１０７Ｒにそれぞれ固定されている。クランクアーム１０７Ｒ、１０７Ｌとハンガー軸１０９との間に加えられた力は、支持体１４ａ，１４ｂを介して３軸力覚センサ１３－１、１３－２、１３－３，１３－４に及ぼされる。
　なお、クランクアーム１０７Ｒ、１０７Ｌのハンガー軸１０９との接続面に３軸力覚センサ１３－１、１３－２、１３－３，１３－４を直接連結させてもよく、この場合、センサユニット４（４Ｒ，４Ｌ）は、クランクアーム１０７Ｒ、１０７Ｌ側に設けられる支持体１４ｂを省略することもできる。
　また、センサユニット４（４Ｒ，４Ｌ）には、図６に示すように、後述する角度センサ５の例としてのジャイロ素子１５及び三軸加速度センサ１６、６軸方向のベクトルの演算及びセンサユニット４（４Ｒ，４Ｌ）の角度を演算する演算部１７、演算部１７からの出力値を送信装置６に送るためのインターフェース部１８が設けられている。
　演算部１７は、後述するそれぞれの３軸力覚センサ１３－１、１３－２、１３－３，１３－４からの出力値に基づいて、センサユニット４（４Ｒ，４Ｌ）からの出力値である６軸方向のベクトルの演算、及びジャイロ素子１５と三軸加速度センサ１６からの出力値に基づいてセンサユニット４（４Ｒ，４Ｌ）の角度に関する情報を演算する。
　センサユニット４（４Ｒ，４Ｌ）に搭載される第１から第４の静電容量型力覚センサ１３－１、１３－２、１３－３，１３－４は、加えられた力によって発生する歪みに基づいて、直交する３軸方向の力を測定することができるセンサであり、例えば、静電容量型３軸力覚センサ（株式会社ワコーテック製）等を好適に用いることができる。
　センサユニット４（４Ｒ，４Ｌ）において、それぞれの力の軸を示す座標は、図４及び図５に示すように定義される。ハンガー軸１０９に対して、クランクアームが伸びる方向の軸をＸ軸、支持体１４ａ，１４ｂ上の面に沿った面上でクランクアームに直交する軸をＹ軸、ハンガー軸１０９に沿った方向の軸をＺ軸とする。それぞれの軸は、Ｘ軸及びＹ軸はハンガー軸１０９から遠ざかる方向、Ｚ軸は自転車のフレームから遠ざかる方向を正方向とする。センサユニット４（４Ｒ，４Ｌ）は、サイクリング運動をすることによって、Ｚ軸を中心として回転する。
　本実施形態において、センサユニット４に設けられている第１から第４の力覚センサ１３－１、１３－２、１３－３，１３－４は、消費電力を抑えるために静電容量型力覚センサが用いられている。第１から第４の力覚センサ１３－１、１３－２、１３－３，１３－４は、ハンガー軸１０９を中心として、放射状に配置されており、このような配置を行うことで、４つの３軸センサの出力値に基づいて、支持体１４ａ，１４ｂ間に加わった６軸方向の力（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）を測定することができる。
　例えば、支持体１４ａ，１４ｂ間にＸ軸方向に沿った方向の力が加わった場合は、４つの力覚センサ１３－１、１３－２、１３－３，１３－４は、いずれもＸ軸方向の検出値を出力する。このように、ＸＹＺ軸方向に沿った力が加わった場合は、４つの力覚センサ１３－１、１３－２、１３－３、１３－４は、いずれも同じ出力値を示すことになる。
　一方、図７に示すように、例えば矢印８１に示すＹ軸方向のモーメントＭｙが加わった場合は、Ｘ軸方向に配列する２つの力覚センサ１３－１、１３－３に加わる力がＺ軸に対して反対方向となる。すなわち、支持体１４ａ，１４ｂの主面に沿った方向の軸に対するモーメント（Ｍｘ，Ｍｙ）は、対向して配置された２つの力覚センサがＺ軸方向に異なる出力値を示すことでその力を測定することができる。
　また、図８に示すように、矢印８２に示すＺ軸方向のモーメントＭｚが加わった場合は、４つの力覚センサ１３－１、１３－２、１３－３，１３－４はいずれも異なる方向の出力を示す。
　上記の４つの力覚センサ１３－１、１３－２、１３－３，１３－４からの出力値は、演算部１７に入力され、演算部１７により６軸方向のベクトル値として演算されて、外部に出力される。利用者による踏力を受けて支持体１４ａと支持体１４ｂとの間に存在する４つの力覚センサの出力値に基づいて、クランクアームに付与された６軸方向のベクトルを測定することができる。
　角度センサ５は、クランクセット１０２のクランクアームの角度位置を検出可能なものであれば、特にその構成は問われない。本実施形態においては、角度センサ５は、センサユニット４に設けられたジャイロ素子１５及び三軸加速度センサ１６を用いる。角度センサ５により検出されるクランクアームの角度位置は、例えば、間欠的な角度位置が検出されるように構成されていてもよい。本実施形態では、１度ごとの角度位置を測定することができる。なお、左右のクランクアーム１０７Ｒ，１０７Ｌは通常１８０度の角度差を持つように設けられているため、角度センサ５は、一方のみのセンサユニットにのみ搭載してもよい。
　左右それぞれのセンサユニット４は、ジャイロ素子１５で得た角速度を積分し、回転角度の検出を行う。また、センサユニット４の演算部１７は、４つの力覚センサからの出力に応じて、ＸＹＺ３軸方向の力とそれぞれの軸周りのモーメントを対応づけて出力する。これらのセンサユニット４からの出力は、インターフェース部１８が処理を司る。
　送信装置６は、左右のセンサユニット４（４Ｒ，４Ｌ）のインターフェース部１８からの出力信号を受信し、演算装置３に送信するものである。送信装置６は、左右のセンサユニット４（４Ｒ，４Ｌ）の近傍位置、例えば、前輪スプロケットのスパイダー１１６や、フレームのハンガー軸１０９近傍位置などに配置される。送信装置６による演算装置３との通信手段は、無線通信であることが好ましく、公知の通信方法を用いることができる。なお、送信装置６と演算装置３との間の通信手段としては、有線通信を用いてもよい。
　送信装置６から送信された出力信号は、演算装置３の受信部７が受信し、制御演算部８に送られる。制御演算部８は、装置内に記憶されているプログラム９及び各種データ１０に基づいて、出力信号からそれぞれの角度位置における左右それぞれのクランクアーム１０７Ｒ，１０７Ｌにかけられた力の大きさ及び方向を演算する。左右それぞれのクランクアーム１０７Ｒ，１０７Ｌにかけられた力の大きさ及び方向の演算、各種処理は、制御演算部８のベクトル演算部８ａが処理を司る。
　クランクセット１０２では、利用者の踏力はペダル１０６に加えられ、当該踏力によりクランクアーム１０７（１０７Ｒ，１０７Ｌ）に応力が加わる。上記の通り、センサユニット４（４Ｒ，４Ｌ）は、ハンガー軸１０９と左右のクランクアーム１０７（１０７Ｒ，１０７Ｌ）との間に設けられており、センサユニット中心での出力に基づいて、利用者のペダル１０６上の力点１１７における踏力を求めるには変換を要する。ベクトル演算部８ａは、この変換処理を行うものであり、センサユニット４（４Ｒ，４Ｌ）からの出力値に基づいて、利用者の踏力への変換処理を行う。
　ベクトル演算部８ａが行う変換処理について説明する。図９は、センサユニットと力点との関係を示す模式図である。図９に示すように、本実施形態にかかるクランクセットは、クランク軸がＸ軸に沿っているので、力点１１７のＹ軸上の位置は０となる。よって、Ｘ座標(クランク軸の長さＬ)、Ｚ軸座標（Ｍｘ回転中心、すなわちＸ軸から力点までの距離Ａ）の情報に基づいて、センサに対する力点の３次元位置が特定される。
　センサユニット４（４Ｒ，４Ｌ）から出力された３軸方向のモーメント（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）を力点１１７における踏力（Ｆｍｘ，Ｆｍｙ，Ｆｍｚ）に変換するには、次の式による。
Ｆｍｘ＝Ｍｘ／Ａ
Ｆｍｙ＝Ｍｙ／（Ａ2＋Ｌ2）1/2
Ｆｍｚ＝Ｍｚ／Ｌ
　また、利用者がペダル１０６Ｒ，１０６Ｌに与えた力の総和がペダル踏力となるので、全ベクトルの合力となり、左右いずれのペダル踏力についても次の式により導かれる。
Ｆｔ＝（Ｆｘ2＋Ｆｙ2＋Ｆｚ2）1/2
　クランクセット１０２は、ハンガー軸１０９を中心とする回転運動であり、クランクセットに与えたペダル踏力のうちクランクセットの回転に用いられる成分は、ペダル位置における回転接線方向の力、すなわちセンサユニットで検出されるハンガー軸のＺ軸を中心とするモーメント力Ｍｚの成分である。したがって、Ｆｍｚが回転有効踏力となるが、図５に示すとおりＦｍｚには向きが存在する。右クランクの回転有効踏力をＦｅｒ、左クランクの回転有効踏力をＦｅｌとすると、それぞれの回転有効踏力は次の式で表される。
Ｆｅｒ＝－Ｆｍｚ
Ｆｅｌ＝Ｆｍｚ
　なお、左右のクランクの回転有効踏力の総和Ｆｅは、両者の加算により求められる。
　なお、図９に示すように、力点１１７はセンサユニットのＸ軸より外側に位置するため、ペダル１０６を踏み込むことで、クランクアームを内側に押し倒す力が計測される。この成分は、Ｍｙ（又はＦｍｙ）として測定される。
　図１０は、本実施形態にかかるペダリング運動計測装置により算出された利用者が付加した力のベクトルを示す出力表示例を示す図である。この表示画面５０には、ＦｘとＦｍｚの合成ベクトルを左右のペダルの軌跡に沿って表示したペダリングのベクトル表示５１が表示されている。このとき表示されるベクトルの長さＦｂは、（Ｆｘ2＋Ｆｍｚ2）1/2により算出され、表示すべきベクトルの向きは、arcsin（Ｆｘ／Ｆｂ）により求めることができる。
　また、表示画面にはペダリングの効率５２及び具体的な数値として、ペダル踏力Ｆｔと回転有効踏力Ｆｅとの比５２及び数値５３が表示される。
　本実施形態にかかるペダリング運動計測装置によれば、図１０に示すように、角度位置に応じた利用者によりクランクセット１０２に付与された力の大きさ及び向きを求めることができる。すなわち、ペダルの踏力のベクトルを測定することで、ペダルに加えられる力の効率を測定することができる。
　本実施形態にかかるペダリング運動計測装置によれば、ペダルに付与された力の特定成分、例えば、クランクセット１０２を回転させるために用いられた回転有効踏力の評価を行うことができ、ペダルに加えた力のうちクランクセット１０２を回転させるため以外にどの程度ロスしているのかについて評価することができる。これにより、利用者のペダリングスキルの評価を行うことができる。
　次に自転車の効率の演算について説明する。本実施形態にかかるペダリング運動計測装置は、上記のように、利用者のペダリング動作の計測に加え、自転車の効率の演算を行うことができる。自転車の効率は、利用者がクランクセットに与えた力が自転車を移動させるためにどの程度効率よく用いられたかを測定するための指標の一つであり、利用者がクランクセットに与えた仕事率と自転車が移動した距離に基づいて導かれる。具体的には、自転車が行った仕事率を算出し、一方で、クランクアームを回転させるために利用者がクランクアームに行った仕事率に基づいて算出する。
　自転車の効率を算出することによって、例えば、フレームやサドルなどの自転車の部品が利用者自身のサイクリングスタイルに合っているかどうかの目安にすることができ、部品選択の基準の一つにすることができる。
　利用者がクランクセット１０２に与えた仕事は、上記のベクトル演算部８ａによって導かれたクランクセット１０２に付与されたベクトルに基づいて算出される。一方、自転車が移動した距離については、自転車の車輪１０４の回転数に基づいて算出される。
　自転車が行った仕事Ｐｂは、自転車の移動距離に基づいて、第１仕事演算部８ｂによって演算される。一般に仕事は、所定の重さの物体が移動した距離によって定義されるため、自転車及び利用者の総重量が同じであると仮定すれば、移動距離によって自転車の仕事の目安とすることができる。自転車の移動距離は、車輪一回転あたりの移動距離と回転数の積であり、単位時間あたりの回転数を測定して自転車の仕事率を測定する。
　本実施形態では、図２に示すように、後輪に設けられた磁力素子２１と車輪回転センサ２２によって車輪の回転数を演算する。自転車のフレームの磁力素子２１の対向位置に設けられており、車輪の回転によって磁力素子２１が車輪回転センサ２２の対向位置を通過する回数を測定することができる。自転車の移動距離は、測定に要した所定時間内の車輪の回転数をカウントし、この回転数に後輪の大きさ（インチ数又は一回転当たりの移動距離）を乗じて自転車の仕事率Ｐｂを算出する。
　なお、自転車の後輪の回転数は、後輪スプロケットとクランクセットのギア比によって変化するものであるため、ギア比が一定の場合には、クランクセットの回転数に基づいて自転車の仕事率を演算してもよい。
　次に、利用者がクランクセット１０２に与えた仕事の算出について説明する。利用者がクランクセット１０２に与えた仕事は、上記の通りベクトル演算部８ａによって算出された利用者のペダリング動作によってクランクセット１０２に付与された各成分のベクトルに基づいて、第２仕事演算部８ｃが処理を司る。上記の通り、クランクセットに与えた力の総和Ｆｔのうち、クランクセットの回転に用いられ、自転車を移動させるために有効な成分は、Ｚ軸を中心とするモーメント力Ｍｚの成分であり、他の成分の力は仕事に関与しない。回転有効成分Ｍｚは、上記の通り、センサユニット４による出力結果に基づいてベクトル演算部８ａにより演算される。
　第２仕事演算部８ｃは、利用者のペダリング動作によりクランクセット１０２に発揮されたＭｚ成分に基づいて、次の式により有効仕事率Ｐｅの値とする。
Ｐｅ＝（Ｍｚｌ－Ｍｚｒ）×角速度
　なお、上記式において、Ｍｚｌ、Ｍｚｒは、それぞれ左クランク及び右クランクに加えられたＭｚ成分である。
　なお、ペダル踏力Ｆｔに基づく総仕事率Ｐｔは、Ｐｅ＝（Ｆｔｌ－Ｆｔｒ）×角速度により求められる。上記式において、Ｆｔｌ、Ｆｔｒは、それぞれ左クランク及び右クランクに加えられたペダル踏力である。図１０に示すペダリングの効率５２及び数値表示５３の値は、有効仕事率Ｐｅと総仕事率Ｐｔに基づいてもよい。
　上記のとおり、利用者がクランクセット１０２に与えた有効仕事率Ｐｅと自転車の移動距離に基づく自転車の仕事率Ｐｂが求められると、効率演算部８ｄは両者の値に基づいて、自転車の効率を求める。本実施形態においては、自転車の効率は、利用者が与えた有効仕事率Ｐｅから自転車の仕事率Ｐｂを差し引くことで算出され、自転車による力の損失分に相当する。すなわち、効率のよい自転車は、利用者がクランクセット１０２を回転させるために使われた力を効率よく自転車の移動に用いることができるため、同じ仕事率でペダリング運動をした場合を与えた場合の移動速度は速くなる。
　なお、自転車による損失分には、空気抵抗や路面の抵抗などの影響も含まれる。ただし、これらの影響は、同じ気象条件、平均速度で走行している時間、走行速度での測定など測定条件を共通にする又は室内で測定することなどで軽減することができる。
　本実施形態にかかるペダリング運動計測装置は、利用者が搭乗した状態で、ペダリング運動を行い、クランクセットに与えられた力のベクトルを左右独立して測定を行うことができる。また、所定時間内のクランクセットに与えられた力のベクトルと自転車の走行距離を導くことによって、単位時間内に利用者が前記クランク部材に与えた利用者仕事率及び単位時間内に自転車が行なった自転車仕事率を演算し、両者の差分から自転車の効率を演算する。
　なお、自転車の効率の演算においては、距離を基準として自転車仕事率Ｐｂを導くこともできる。例えば、車輪回転センサ２２によって走行距離を測定しながらクランクセットに与えられた力を測定する。その後、所定距離（例えば、１Ｋｍ）を走行した時点で、所定のクランクセットに与えた力の測定を停止し、当該走行距離内にクランクセットに与えた単位時間あたりの自転車仕事率Ｐｂを算出し、当該仕事に基づいて自転車の効率を測定する。
　本実施形態にかかるペダリング運動計測装置によれば、自転車の効率を所定の時間内に行った２つの仕事に基づいて指数値として求めることができる。また、測定のパラメータ条件が同じであれば、自転車の効率を同条件で測定することができ、自転車の部品の性能評価、例えば、その部品が自分に合っているかどうかなどの評価基準に用いることができる。
　（第２実施形態）
　本発明の第２実施形態にかかるペダリング運動計測装置は、クランクセットの構成及びセンサユニットの搭載数を除いて第１実施形態にかかるペダリング運動計測装置と共通する。以下、相違点を中心として説明する。
　本発明の実施形態にかかるペダリング運動計測装置は、クランクアーム１０７（１０７Ｒ，１０７Ｌ）に生じた歪みを測定することにより、利用者がクランクセット１０２に加えた力を測定するものであり、測定結果は、ハンドル１０８に取り付けられた演算装置３の表示部１１に表示される。
　図１１は、本発明の第２実施形態にかかるペダリング運動計測装置の測定部が搭載された自転車のクランクセットの部分拡大斜視図である。本実施形態においては、センサユニット４（４Ｒ，４Ｌ）は、左右のクランクアーム１０７（１０７Ｒ，１０７Ｌ）にそれぞれ１組ずつ取り付けられている。センサユニット４は、それぞれ複数の歪みセンサを備える。歪みセンサは、左右それぞれのクランクアームが外力で微小な変形をすると、同じように変形して電気抵抗などが変化することで、クランクアームの歪みを測定することができる。
　センサユニット４（４Ｒ，４Ｌ）に含まれる歪みセンサ２３－１、２３－２、２４－１，２４－２は、図１１に示すように、クランクアーム１０７の回転方向９０に沿って対向する面１１０，１１１に、クランクの回転方向に対して交差する向きに対向して設けられる。また、２つの歪みセンサはクランクセット１０２のクランクの回転軸１０９に対して略垂直方向に対向して配置される。
　図１２は、図１１の歪みセンサが測定可能な歪みを説明するための図である。まず、歪みセンサのＸＹＺ三軸方向について定義する。クランクアームに設けられている歪みセンサは、装置外部から見ると、クランクアームの回転に伴って位置及び向きが変動するため、歪みセンサのＸＹＺ座標系は、図４に示すように、歪みセンサ２３－１、２３－２、２４－１，２４－２が設けられているクランクアームの設置面１１０，１１１を基準とする。
　歪みセンサのＸＹＺ座標系について、右側センサユニット４Ｒの２つの歪みセンサ２３－１，２３－２を例にとって説明する。図１２に示すように、歪みセンサ２３－１はクランクアームの互いに対向する面１１０面上に設けられており、当該面をＸＹ平面とする。Ｘ軸はクランクの回転軸１０９に対して直交する方向とし、回転軸から遠ざかる方向を正方向とする。Ｙ軸はクランクアームの設置面１１０に対する法線に沿った方向であり、設置面１１０から離れる方向を正方向とする。Ｚ軸はクランクの回転軸１０９に平行であり、クランクの外側方向を正方向とする。
　また、歪みセンサ２３－２はクランクアームの設置面１１１面上に設けられており、当該面がＸＺ平面となる。歪みセンサ２３－２においては、Ｘ軸及びＺ軸は、歪みセンサ１３－１と同方向となるが、設置面１１１から離れる方向を正方向とするＹ軸については正負が逆になる。
　上記の通り、歪みセンサ２３－１、２３－２、２４－１，２４－２は、本実施形態では次の４軸方向の力を測定する。具体的には図１２の矢印９１で示されるに示すように、Ｙ軸方向の力を受けてＸ軸を中心として生じるねじれ歪み（第１方向変位）、矢印９２で示されるに示すようにＺ軸方向の力を受けてＺ軸を中心として生じるねじれ歪み（第２方向変位）、矢印９３で示されるＸ軸方向の力を受けてＸ軸方向に伸縮する歪み（第３方向変位）、矢印９４で示されるに示すようにＺ軸方向の力を受けてＹ軸を中心として生じるねじれ歪み（第４方向変位）を測定する。
　また、ハンガー軸１０９からの距離Ｄについては、特に限定されるものではない。ただし、クランクアーム１０７がクランクの回転軸１０９に対して片持ちで構成されているため、Ｄを大きくすることによって矢印９２に示す第１方向変位の変位量を大きくすることができる一方、矢印９３で示す第３方向変位の変位量が小さくなる。よって、両者の変位量のバランスをとるために、クランクアームの性状（ヤング率など）や、測定する利用者のレベルに応じて歪みセンサの位置を適宜調整することが好ましい。
　角度センサ５は、本実施形態おいてはクランクセット１０２に設けられたスリットディスクと光学センサなどにより構成されている。
　送信部６は、左右のセンサユニット４（４Ｒ，４Ｌ）、角度センサ５及び磁気センサ５１からの出力信号を演算装置３に送信するものである。このうち、左右のセンサユニット４（４Ｒ，４Ｌ）、角度センサ５から出力される信号は、クランクセット１０２に付与された力の大きさ及び向きの測定に用いられ、磁気センサ５１からの出力信号は、後述する自転車効率を測定するために用いられる。送信部６による演算装置３との通信手段は、無線であることが好ましいが、有線通信であってもよい。
　まず、最初にクランクセット１０２に付与された力の大きさ及び向きの測定について説明する。
　送信部６から送信された出力信号は、ベクトル演算部の一例としての演算装置３の受信部７が受信し、制御演算部８に送られる。制御演算部８は、装置内に記憶されているプログラム及び各種データに基づいて、出力信号からそれぞれの角度位置における左右それぞれのクランクアーム１０７Ｒ，１０７Ｌにかけられた力の大きさ及び方向を演算する。
　装置内に記憶されている各種データの例としては、クランクの性状に関する情報や歪みセンサの設置位置等の情報が含まれる。
　演算装置３により演算された結果は、利用者が認識可能な手段で表示部１１及びスピーカ部１２を介して出力される。
　なお、クランクアーム１０７Ｒ，１０７Ｌにかけられた力のベクトル演算には、装置内に記憶されている基準歪み情報が利用される。基準歪み情報は、それぞれの角度位置において、一定の力を一定方向に加えたときに生じるクランクアームの歪みに対応したセンサユニット４のセンサ出力値の情報である。
　図１３に、基準歪み情報作成時に付加される力の模式図を示す。基準歪み情報の作成時に用いられる付加される力の大きさは、クランクアームの性状によって適宜選択すればよく、また、力の方向は特に限定されるものではないが、本実施形態では鉛直方向下向きとしている。
　図１４に、右側センサユニット４Ｒの基準歪み情報の一例を示す。図１５に、基準歪み情報の角度位置に応じたセンサ出力値の変化を説明する図を示す。基準歪み情報は、クランクアームに連結されたペダルに一定の力を一定方向に力を加えたときのクランクアームの歪みに基づく、各センサユニットの歪みセンサの出力値として表される。本実施形態では、３０度ごとにセンサユニットに含まれる２つの歪みセンサ１３－１，１３－２について、第１から第４方向変異についての変位量が数値で記録されている。なお、基準歪み情報の角度位置に対応する変位量は、必ずしも３０°ごとに記録されている必要はなく、任意の角度ごとに記録されていてもよい。
　図１５に示すように、上死点に位置する基準位置(０°)においては、鉛直方向下向きに一定の力Ｆが加わると、クランクアーム１０７は、その長さ方向に縮小する方向に力が加わる。このため、第２方向変異の値はごく小さく、第３方向変異の値が大きくなる。なお、第１方向変異及び第４方向変異の変位量は、クランクアーム１０７から外側に突出しているペダルに力を加えるために生じるものである。
　上死点である基準位置から９０°までの間では、角度位置が大きくなるにつれて、図１５に示すように、第１及び第２方向変異の値が大きく、第３及び第４方向変異の値が小さくなる。角度位置が９０°のときには、第２方向変異の値が最大値を示し、第３方向変異の値が最小値を示す。以下、３６０°にわたって、第１から第４方向変異の値を測定し、基準歪み情報を作成する。
　次に、利用者のペダリング動作によりクランクセット１０２に発揮された力のベクトル演算について説明する。図１６に角度θの方向に力が加わった場合の各方向変位への力の分布を示す。
　図１６に示すように、基準歪み情報の基準方向Ｄ１に対して角度θだけ傾いた方向に力Ｆ１が加わると、第１方向変異及び第２方向変異はＦ１cosθにより変異し、第３方向変異は、Ｆ１sinθにより変異する。
　基準方向Ｄ１に対して角度θ傾いて加えられた力によって、第１歪みセンサ２３－１は、角度位置９０°における基準歪み情報よりも第１及び２方向変異が小さくなり、第３方向変異が大きくなる。
　よって、角度センサにより計測されるクランクアームの角度位置、基準歪み情報、利用者が加えた力により出力されたセンサユニットの各歪みセンサの出力値を比較することによって、利用者が加えた力のベクトルを算出することができる。
　例えば、図１６に示すように、角度センサにより計測されたクランクアームの角度位置が９０°であり、当該角度位置に存在するクランクアームに、基準方向Ｄ１に対して角度θ傾いて力が加えられた場合、当該角度位置（９０°）における第１及び第４方向変異の基準歪み情報と各歪みセンサの出力値を比較することにより、Ｆ１sinθの値を算出することができる。
　また、第２方向変異及び第３方向変異は、傾斜角θによりその比率が異なるため、各歪みセンサの第２方向変異及び第３方向変異の出力値の比を比較することにより傾斜角θを導くことができ、さらに、出力値の値により、力Ｆ１の大きさを算出することができる。
　このようにして、各角度位置において、基準歪み情報と各歪みセンサの出力値を比較することにより、力Ｆ１のベクトルを算出する。
　本実施形態にかかるペダリング運動計測装置により算出された利用者が付加した力のベクトルを示す出力例は、第１実施形態の出力例と同様であり、図１０に示すとおりである。
　次に、自転車効率の測定について説明する。自転車効率は、利用者がクランクセット１０２に与えた仕事と自転車が移動した距離に基づいて、クランクセットに与えた仕事がどれほど効率よく自転車の移動に用いられているかを測定するものである。利用者がクランクセット１０２に与えた仕事は、上記の通り導かれたクランクセット１０２に付与された力の大きさ及び向きに基づいて算出され、自転車が移動した距離については、自転車の後輪１０４の回転数に基づいて算出される。
　なお、利用者がクランクセット１０２に与えた仕事及び自転車が移動した距離の算出については第１実施形態と同様である。
　本実施形態では、利用者がクランクセット１０２に与えた力を単位時間で割り出した仕事率と自転車の移動距離を単位時間で割り出した仕事率との比を求めることにより、自転車の効率を算出する。
　(第３実施形態)
　本発明の第３実施形態にかかるペダリング運動計測装置は、クランクセットの構成及びセンサユニットの搭載数を除いて第２実施形態にかかるペダリング運動計測装置と共通する。以下、相違点を中心として説明する。
　本実施形態にかかるクランクセットのクランクアーム１１２は、図１７に示すように、屈曲した構造であり、ハンガー軸１０９から放射方向に伸びる第１直状部１１３，第２直状部１１４と、直状部の中間部分にハンガー軸１０９の放射方向に対して直交する屈曲部１１５を備えている。屈曲部１１５は直状部１１３，１１４に比較して薄肉にするなど、厚み寸法を異ならせて構成してもよい。
　センサユニットは、左右のクランクアーム１１２Ｒ，１１２Ｌそれぞれについて、３組６個の歪みセンサ２５，２６が設けられており、それぞれ、第１及び第２直状部１１３，１１４と屈曲部１１５に１組ずつ設けられている。
　このように歪みセンサを延在方向が異なる３つの部位に設けることにより、クランクアームの角度位置に応じて応力が集中する部位が異なり、あらゆる角度位置において歪みセンサの歪み量を検出しやすくすることができる。
　図１８は、基準歪み情報の角度位置に応じたセンサ出力値の変化を説明する図である。本実施形態においては、第１直状部１１３の延在方向により角度位置を特定する。よって、図１８に示すように、基準角度(０°)の位置におけるペダルに付与された鉛直方向下向きの力は、ハンガー軸１０９の真上には位置しない。したがって、基準位置(０°)度の位置における基準歪み情報は、屈曲部１１５に設けられた歪みセンサ２５－３，２５－４，２６－３，２６－４の歪み量が大きくなり、直状部１１３，１１４に設けられた歪みセンサ２５－１，２５－２，２５－５，２５－６，２６－１，２６－２，２６－５，２６－６の歪み量は小さくなる。
　一方、基準角度が増えるに従い、直状部１１３，１１４に設けられた歪みセンサ２５－１，２５－２，２５－５，２５－６，２６－１，２６－２，２６－５，２６－６の歪み量は大きくなり、屈曲部１１５に設けられた歪みセンサ２５－３，２５－４，２６－３，２６－４の歪み量が小さくなる。
　このように，本実施形態においては、設置方向の異なる歪みセンサを用いることで、角度位置に応じて応力が集中する歪みセンサを異ならせることができるため、あらゆる角度位置において歪み量を大きくすることができ、より正確な歪み量の算出を行なうことができる。
　以上説明したように、本発明のペダリング運動計測装置によれば、左右のクランクアームにそれぞれセンサユニットを設けることにより、クランクセットに付与された力のベクトルを左右独立して測定することができる。
　また、クランクは、ペダルのようにロードレーサ、ツーリング用自転車、競技用自転車などの自転車の種別間で大きく構造が異なることなどがないため、本発明のペダリング運動計測装置は適用範囲を広くすることができる。
　なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
　例えば、本実施形態においては、ペダリング運動計測装置は走行用自転車に設けられているが、サイクリング運動器にも用いることができ、また、クランクセットに付与された力のベクトルを測定する測定機として用いることができる。
　本実施形態の演算装置３は、自転車のハンドルに取り付けられるものではなく、コンピュータにより構成してもよい。また、本実施形態の演算装置３とコンピュータと通信可能に構成し、コンピュータにより測定結果をより詳細に検討するようにしてもよい。
　また、第３実施形態のクランクアームのように中間部位に設けられた屈曲部は、クランクアームの回転方向に沿った方向に屈曲するものに限られず、回転方向に対して交差する方向（ハンガー軸に対して外側に突出する方向）に屈曲して設けられていてもよい。
　本発明は、走行用自転車やサイクリング運動器のペダリング運動の効率の判断等に利用することができる。
　なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。
　なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
　上記実施形態１において、力点における踏力Ｆｍｘ、Ｆｍｙを変換するために、Ｘ軸から力点までの距離Ａを予め記憶させた値に基づいて算出しているが、Ａの値をＭｙ及びＦｚの値に基づいて補完することもできる。
　具体的には、ＭｙはＦｚにセンサ中心から力点までの直線距離ｋを乗じたものであるため、ｋ＝Ｍｙ／Ｆｚという関係が成り立つ。また、ｋ＝（Ａ2＋Ｌ2）1/2であることから、Ａ＝（ｋ2－Ｌ2）1/2である。
　したがって、Ａ＝（（Ｍｙ／Ｆｚ）2－Ｌ2）1/2により算出することが可能であり、これを用いることにより、
Ｆｍｘ＝Ｍｘ／（（Ｍｙ／Ｆｚ）2－Ｌ2）1/2
Ｆｍｙ＝Ｍｙ／（（（Ｍｙ／Ｆｚ）2－Ｌ2）＋Ｌ2）1/2
として、Ｆｍｘ、Ｆｍｙを算出するようにしてもよい。
　本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

Claims (14)

  1. 　ハンガー軸で接続された左右一対のクランクアームとペダルを有するクランク部材を備えた自転車の車輪の動きを検知して前記車輪の回転数を検知するための第１センサユニットと、左右の前記クランクアームに配設され、左右のクランクアームに付与された力の大きさ及び方向を検知するための第２センサユニットとを備える計測本体部と、
    　前記第１センサユニットにより検知された車輪の回転数に基づいて、自転車が行なった仕事を演算する第１仕事演算部と、
    　前記第２センサユニットにより検知された左右のクランクアームにそれぞれ付加された力の大きさ及び方向に基づいて、利用者が前記クランク部材に与えた利用者の仕事を演算する第２仕事演算部と、
    　前記自転車及び利用者の仕事に基づいて、前記自転車の効率を演算する、効率演算部とを備える、ペダリング運動用計測装置。
  2. 　前記第１仕事演算部は、車輪の回転数に基づいて自転車が移動した距離に関する情報に基づいて、前記自転車の仕事を演算する、請求項１に記載のペダリング運動用計測装置。
  3. 　前記第２仕事演算部は、前記左右のクランクアームの回転接線方向に加えられた力の値に基づいて、前記利用者の仕事を演算する、請求項１に記載のペダリング運動用計測装置。
  4. 　前記第１センサユニットは、前記自転車の車輪及び前記車輪に対して静止した対向部材に設けられた磁気センサで構成されている、請求項１に記載のペダリング運動用計測装置。
  5. 　前記第２センサユニットは、利用者の動作によって回転する前記クランクアームの角度位置を測定する角度センサと、前記クランク部材の歪みに基づいてクランク部材に加えられた力を測定する複数の力覚センサとを備え、前記クランクアームの角度位置に対応づけてクランク部材に加えられた力の情報を出力する、請求項１に記載のペダリング運動用計測装置。
  6. 　前記第２センサユニットの複数の力覚センサは、左右のクランクアームとハンガー軸と間に、前記ハンガー軸の回転中心に対して放射状に配設されている、請求項５に記載のペダリング運動用計測装置。
  7. 　前記第２センサユニットは、直交する３軸方向の力と３軸方向のモーメントを測定可能な６軸センサで構成されている、請求項５に記載のペダリング運動用計測装置。
  8. 　前記第２センサユニットの複数の力覚センサは、静電容量型力覚センサである、請求項５に記載のペダリング運動用計測装置。
  9. 　さらに、センサユニットからの出力に基づいて、利用者の動作によってクランク部材に付与された力の大きさ及び方向を演算するベクトル演算部と、を備える、請求項５に記載のペダリング運動用計測装置。
  10. 　前記ベクトル演算部は、クランク部材に付与されたすべての力のうち特定成分の力の大きさを演算する、請求項９に記載のペダリング運動用計測装置。
  11. 　前記歪みセンサは、それぞれのクランクアームの回転方向に沿った対向面に、前記クランク部材の回転軸に対して交差する方向に対向して設けられている、請求項５に記載のペダリング運動用計測装置。
  12. 　前記第１仕事演算部は、一定の力を各角度位置におけるクランクアームに一定方向から加えたときの各力覚センサの出力値として予め記憶されている基準歪み情報と各力覚センサからの出力値を比較することによって、クランク部材に付与された力の大きさ及び方向を演算する、請求項５に記載のペダリング運動用計測装置。
  13. 　前記クランクアームは、前記クランク部材の回転軸の放射方向沿いの直状部と前記クランク部材の回転軸の放射方向に対して交差して延在する交差部を備え、
    　前記センサユニットの歪みセンサは、直状部と交差部にそれぞれ設けられている、請求項５に記載のペダリング運動用計測装置。
  14. 　利用者の動作によって回転するクランク部材のクランクアームの角度位置を測定する角度センサと、
    　左右のクランクアームとハンガー軸と間に、前記ハンガー軸の回転中心に対して放射状に配設された複数の力覚センサを備えたセンサユニットと、
    　角度センサにより測定された位置情報と前記センサユニットのそれぞれの前記力覚センサの出力を対応づけて、利用者の動作によってクランク部材に付与された力の大きさ及び方向を演算するベクトル演算部と、
    を備える、ペダリング運動用センサ装置。
PCT/JP2011/058244 2010-04-28 2011-03-31 ペダリング運動用計測装置及びセンサ装置 WO2011135972A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11774756.8A EP2565611A4 (en) 2010-04-28 2011-03-31 DEVICE FOR MEASURING A PEDAL MOVEMENT AND SENSOR DEVICE THEREFOR
JP2012512740A JP5025838B2 (ja) 2010-04-28 2011-03-31 ペダリング運動用計測装置及びセンサ装置
US13/639,288 US8899110B2 (en) 2010-04-28 2011-03-31 Pedaling motion measuring device and pedaling motion sensor device
US14/525,734 US20150046100A1 (en) 2010-04-28 2014-10-28 Pedaling motion measuring device and pedaling motion sensor device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010102903 2010-04-28
JP2010-102903 2010-04-28

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US13/639,288 A-371-Of-International US8899110B2 (en) 2010-04-28 2011-03-31 Pedaling motion measuring device and pedaling motion sensor device
US14/525,734 Division US20150046100A1 (en) 2010-04-28 2014-10-28 Pedaling motion measuring device and pedaling motion sensor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011135972A1 true WO2011135972A1 (ja) 2011-11-03

Family

ID=44861290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/058244 WO2011135972A1 (ja) 2010-04-28 2011-03-31 ペダリング運動用計測装置及びセンサ装置

Country Status (4)

Country Link
US (2) US8899110B2 (ja)
EP (1) EP2565611A4 (ja)
JP (1) JP5025838B2 (ja)
WO (1) WO2011135972A1 (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013132581A1 (ja) * 2012-03-05 2013-09-12 パイオニア株式会社 計測装置、計測方法、計測プログラム及び計測プログラムを記録可能な記録媒体
US9322725B2 (en) 2012-08-28 2016-04-26 Shimano Inc. Pedaling force measurement device
JP2017038757A (ja) * 2015-08-19 2017-02-23 セイコーエプソン株式会社 ぺダリング計測装置、ぺダリング計測システム、ぺダリング計測方法、及びプログラム
JP2018044814A (ja) * 2016-09-13 2018-03-22 パイオニア株式会社 情報処理装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体
CN110774314A (zh) * 2018-07-30 2020-02-11 精工爱普生株式会社 机器人及机器人的异常检测方法
JP2020168951A (ja) * 2019-04-03 2020-10-15 株式会社シマノ 人力駆動車用制御装置および人力駆動車用ドライブユニット
TWI748316B (zh) * 2019-12-31 2021-12-01 金儀國際科技股份有限公司 一種可取得運動者出力大小的運動器材
JP2022502098A (ja) * 2018-06-25 2022-01-11 ワットバイク アイピー リミテッドWattbike IP Limited エクササイズマシンの動作中のユーザ有効性を監視する方法および装置

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9417144B2 (en) * 2011-01-21 2016-08-16 Foundation Fitness, LLC Apparatus, system and method for power measurement
WO2013046473A1 (ja) * 2011-09-30 2013-04-04 パイオニア株式会社 パワーメータ、仕事率測定方法、プログラム及び記録媒体
US9403576B2 (en) 2012-08-13 2016-08-02 Willem den Boer Power smoothing crank arm
WO2014109055A1 (ja) * 2013-01-11 2014-07-17 パイオニア株式会社 測定装置
EP2783729A1 (en) * 2013-03-27 2014-10-01 Tonic Fitness Technology, Inc. Detection apparatus of a training machine
US9809275B2 (en) 2013-08-08 2017-11-07 Willem den Boer Pedal-driven vehicle crank
EP2878524A1 (en) * 2013-11-27 2015-06-03 Mando Corporation Human machine interface of electric bicycle
TWI548438B (zh) 2013-12-20 2016-09-11 岱宇國際股份有限公司 可分析對稱指數的運動裝置
US9498395B2 (en) 2014-04-16 2016-11-22 Stephen C. Golden, JR. Joint movement detection device and system for coordinating motor output with manual wheelchair propulsion
US9463358B2 (en) * 2014-04-23 2016-10-11 Shimano Inc. Pedaling state detecting apparatus
US10203204B2 (en) * 2014-07-17 2019-02-12 Pioneer Corporation Rotation angle detection device
US9580138B2 (en) 2014-07-30 2017-02-28 Shimano Inc. Bicycle crank assembly
US20160041051A1 (en) * 2014-08-11 2016-02-11 Garmin Switzerland Gmbh Method and apparatus for determining and displaying force applied by cyclist
EP3186590B1 (en) * 2014-08-26 2019-07-03 4IIII Innovations Inc. Adhesively coupled power-meter for measurement of force, torque, and power
WO2016030859A1 (en) * 2014-08-29 2016-03-03 Roberts-Baxter Gregory John A measuring device
US9773966B2 (en) 2014-09-08 2017-09-26 Shimano Inc. Piezoelectric sensor for bicycle component
US9402578B2 (en) 2014-09-26 2016-08-02 Shimano Inc. Crank angle indicating system
US20160091007A1 (en) * 2014-09-30 2016-03-31 Dyno Pro Llc Removable blind-hole wide-expansion wedge fastener
ES2535582B1 (es) * 2015-01-19 2016-01-25 Rotor Componentes Tecnológicos S.L. Dispositivo de medición del par y la potencia de pedaleo en una bicicleta
US9581508B2 (en) 2015-01-23 2017-02-28 Shimano Inc. Bicycle pedaling force detector
AU2016220051A1 (en) * 2015-02-18 2017-08-24 Willem Den Boer Pedal-driven vehicle crank
JP6618263B2 (ja) * 2015-03-20 2019-12-11 ヤマハ発動機株式会社 自転車用のセンサアセンブリ、ドライブユニットおよび自転車
US9771126B2 (en) 2015-05-27 2017-09-26 Shimano Inc. Bicycle crank assembly
US20170050080A1 (en) * 2015-08-19 2017-02-23 Seiko Epson Corporation Pedaling measurement apparatus, pedaling measurement system, pedaling measurement method, and recording medium
JP6460972B2 (ja) 2015-12-21 2019-01-30 株式会社シマノ クランクアームアッセンブリ
US10675913B2 (en) 2016-06-24 2020-06-09 Specialized Bicycle Components, Inc. Bicycle wheel hub with power meter
US10416186B2 (en) 2016-07-06 2019-09-17 Sram, Llc Pedal activity sensor and methods of pedaling analysis
US10000253B1 (en) 2016-11-25 2018-06-19 Shimano Inc. Bicycle crank assembly
US10908632B2 (en) * 2018-04-09 2021-02-02 Marcin GOLEC Device and method for use in cycling
KR102538865B1 (ko) 2018-11-01 2023-06-01 엔에이치엔 주식회사 원터치 전자식 변속 레버 및 그 동작방법
US11029225B1 (en) 2019-12-27 2021-06-08 Shimano Inc. Electronic device, crank assembly with electronic device and drive train including crank assembly with electronic device
US11001327B1 (en) 2020-02-19 2021-05-11 Sram, Llc Pedal detection devices for bicycles
CN111985047B (zh) * 2020-07-28 2022-09-16 东风(十堰)车身部件有限责任公司 基于f-s曲线的双扭簧助力离合踏板预测方法
CN115798680B (zh) * 2023-02-06 2023-05-02 深圳市美林医疗器械科技有限公司 一种用于心脏康复的肢体训练系统、方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989000401A1 (en) 1987-07-09 1989-01-26 Ulrich Schoberer Powermeter for a crank drive
US5027303A (en) 1989-07-17 1991-06-25 Witte Don C Measuring apparatus for pedal-crank assembly
JPH07151620A (ja) * 1993-11-30 1995-06-16 Casio Comput Co Ltd 仕事率測定装置
WO2004113157A1 (ja) * 2003-06-20 2004-12-29 Hitoshi Matsumoto 自転車のペダリングの矯正装置
WO2008058164A2 (en) 2006-11-06 2008-05-15 Quarq Technology, Inc. Crankset based bicycle power measurement
JP2008254592A (ja) * 2007-04-05 2008-10-23 Sunstar Engineering Inc 電動アシスト自転車
WO2009006673A1 (en) * 2007-07-06 2009-01-15 Mark Fisher Crank arm with strain amplifier

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4423630A (en) * 1981-06-19 1984-01-03 Morrison Thomas R Cyclic power monitor
US4463433A (en) * 1981-10-09 1984-07-31 The Regents Of The University Of California Pedalling efficiency indicator
US7418862B2 (en) * 2005-12-09 2008-09-02 Wisconsin Alumni Research Foundation Electromechanical force-magnitude, force-angle sensor
WO2008109914A2 (en) * 2006-10-30 2008-09-18 Robert Masterton Smith Method and apparatus for measuring and monitoring torque exerted during pedalling of a bicycle or the like equipment
US8006574B2 (en) 2007-11-06 2011-08-30 Sram, Llc Crankset based bicycle power measurement
EP2072387A1 (en) * 2007-12-20 2009-06-24 Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno A cycling arrangement
US8011242B2 (en) * 2008-07-29 2011-09-06 Garmin Switzerland Gmbh System and device for measuring and analyzing forces applied by a cyclist on a pedal of a bicycle

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989000401A1 (en) 1987-07-09 1989-01-26 Ulrich Schoberer Powermeter for a crank drive
US5027303A (en) 1989-07-17 1991-06-25 Witte Don C Measuring apparatus for pedal-crank assembly
JPH07151620A (ja) * 1993-11-30 1995-06-16 Casio Comput Co Ltd 仕事率測定装置
WO2004113157A1 (ja) * 2003-06-20 2004-12-29 Hitoshi Matsumoto 自転車のペダリングの矯正装置
WO2008058164A2 (en) 2006-11-06 2008-05-15 Quarq Technology, Inc. Crankset based bicycle power measurement
JP2008254592A (ja) * 2007-04-05 2008-10-23 Sunstar Engineering Inc 電動アシスト自転車
WO2009006673A1 (en) * 2007-07-06 2009-01-15 Mark Fisher Crank arm with strain amplifier

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2565611A4 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013132581A1 (ja) * 2012-03-05 2013-09-12 パイオニア株式会社 計測装置、計測方法、計測プログラム及び計測プログラムを記録可能な記録媒体
US9322725B2 (en) 2012-08-28 2016-04-26 Shimano Inc. Pedaling force measurement device
JP2017038757A (ja) * 2015-08-19 2017-02-23 セイコーエプソン株式会社 ぺダリング計測装置、ぺダリング計測システム、ぺダリング計測方法、及びプログラム
JP2018044814A (ja) * 2016-09-13 2018-03-22 パイオニア株式会社 情報処理装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体
JP2022502098A (ja) * 2018-06-25 2022-01-11 ワットバイク アイピー リミテッドWattbike IP Limited エクササイズマシンの動作中のユーザ有効性を監視する方法および装置
JP7436398B2 (ja) 2018-06-25 2024-02-21 ワットバイク アイピー リミテッド エクササイズマシンの動作中のユーザ有効性を監視する方法および装置
CN110774314A (zh) * 2018-07-30 2020-02-11 精工爱普生株式会社 机器人及机器人的异常检测方法
JP2020168951A (ja) * 2019-04-03 2020-10-15 株式会社シマノ 人力駆動車用制御装置および人力駆動車用ドライブユニット
JP7424754B2 (ja) 2019-04-03 2024-01-30 株式会社シマノ 人力駆動車用制御装置
TWI748316B (zh) * 2019-12-31 2021-12-01 金儀國際科技股份有限公司 一種可取得運動者出力大小的運動器材

Also Published As

Publication number Publication date
JP5025838B2 (ja) 2012-09-12
EP2565611A1 (en) 2013-03-06
US20130019700A1 (en) 2013-01-24
EP2565611A4 (en) 2014-02-26
JPWO2011135972A1 (ja) 2013-07-18
US8899110B2 (en) 2014-12-02
US20150046100A1 (en) 2015-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5025838B2 (ja) ペダリング運動用計測装置及びセンサ装置
US20140200835A1 (en) Pedaling Torque Sensor Device for Each Cyclist's Leg and Power Meter Apparatus
Kooijman et al. Experimental validation of a model of an uncontrolled bicycle
US10000249B2 (en) Bicycle pedal
JP5490914B2 (ja) 測定装置及び測定方法
CN103968976B (zh) 一种车轮运动状态矢量检测系统和方法
EP2072387A1 (en) A cycling arrangement
US9528892B2 (en) Measuring device
US11235837B2 (en) Information output device
EP3628377A1 (en) Direct force measurement device for crank
WO2018186488A1 (ja) 操縦入力情報取得装置
CN104848818B (zh) Stewart平台姿态测量装置及测量方法
WO2018051827A1 (ja) 荷重推定装置
US9964456B2 (en) System for estimating total power input by a bicyclist using a single sided power meter system
JP2012106553A (ja) 運転解析装置
JP6434988B2 (ja) 操作姿勢出力装置
JP6300196B2 (ja) 運動具挙動解析装置、運動具挙動解析方法および運動具挙動解析プログラム
JP2014134507A (ja) 測定装置
JP2014162260A (ja) 安定性評価システム及び安定性評価方法
CN108407960A (zh) 电助自行车的后车架扭矩感测装置
JP2016088386A (ja) 運転姿勢出力装置
CN110132490B (zh) 一种行驶车辆车轮动平衡检测系统
WO2012056549A1 (ja) 測定装置及び測定方法
JP2014134509A (ja) 測定装置
JP2018038656A (ja) 関節トルク演算システム、サイクルコンピュータ及び関節トルクの測定方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11774756

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012512740

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13639288

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011774756

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE