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トレーニングシステム、トレーニングマシンの制御方法および制御装置 コモンズ

国内特許コード P110005578
整理番号 5069
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2006-057092
公開番号 特開2007-229323
登録番号 特許第5055506号
出願日 平成18年3月3日(2006.3.3)
公開日 平成19年9月13日(2007.9.13)
登録日 平成24年8月10日(2012.8.10)
発明者
  • 石井 博
  • 林 郁男
  • 大石 潔
  • 桂 誠一郎
出願人
  • 国立大学法人長岡技術科学大学
発明の名称 トレーニングシステム、トレーニングマシンの制御方法および制御装置 コモンズ
発明の概要

【課題】目標負荷と現実負荷とをほぼ一致させることができるトレーニングマシンを備えたトレーニングシステムを提供すること。
【解決手段】本発明は、運動者に対する目標負荷値を生成する制御装置1と、当該目標負荷値に基づいて負荷を発生させるトレーニングマシン2と、を備えたトレーニングシステムである。制御装置1に備えられた負荷調整部13は、外乱推定機構133と力覚推定機構135が推定した値に基づき、前記目標負荷値から前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力を減じた大きさの負荷を可変負荷発生手段に発生させる電流値情報をドライバ21に送信する。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


近年、健康志向の高まりなどにともなって、フィットネスジムなどでトレーニングマシンを使用した運動を行う人々が増加している。また、国の施策として、あるいは、個人的にも、健康の維持や体力低下の防止のためにトレーニングマシンによる運動を行う高齢者が増えてきている。そして、トレーニングマシンとしては、たとえば、足の筋肉を鍛えるためのレッグプレスマシンや、胸や腕の筋肉を鍛えるためのチェストプレスマシンなどがある。



そのようなトレーニングマシンとして、金属製などの重量プレートを用いたものがあるが、その場合、重量変更が面倒だったり、1回のトレーニング中の負荷が一定なので運動者の脈拍が上がり過ぎているときなどでも負荷を下げたりすることができない、という問題があった。



そのため、重量プレートの代わりに、モータやバネなどを使って運動者に対する負荷を自由に変化させることができるトレーニングマシンが多く開発されている。
たとえば、特許文献1では、トルクモータによって負荷を発生させ、運動者の動きが弱まった場合に負荷を徐々に下げるトレーニングマシンに関する技術が開示されている。

【特許文献1】特開2005-198847号公報

産業上の利用分野


本発明は、トレーニングシステム、トレーニングマシンの制御方法および制御装置に関し、より詳しくは、トレーニングマシンで正確な負荷を発生させる技術に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
運動者に対する目標負荷値を生成する制御装置と、当該目標負荷値に基づいて負荷を発生させるトレーニングマシンと、を備えたトレーニングシステムであって、
前記トレーニングマシンは、
受信した電流値情報に基づいて電流を発生させるドライバと、
前記ドライバから供給された電流の大きさに応じた負荷を発生させる可変負荷発生手段と、
前記運動者の動きに関する加速度情報について演算する演算部と、を備え、
前記制御装置は、
予め与えられたトレーニングプログラムに基づいて前記目標負荷値を生成する負荷値生成部と、
前記目標負荷値を、前記可変負荷発生手段がその目標負荷値の負荷を実現するための電流値に変換し、その電流値情報を前記ドライバに送信する負荷調整部と、を備え、
前記負荷調整部は、
前記負荷値生成部で生成した目標負荷値の力によって与えられるべき前記可変負荷発生手段の加速度を算出する加速度変換部と、
前記演算部から受信した前記運動者の動きに関する加速度情報と、前記ドライバが受信する前記電流値情報とに基づいて、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力と前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力との合力を推定する外乱推定機構と、
少なくとも前記演算部から受信した前記運動者の動きに関する加速度情報と、前記ドライバが受信する前記電流値情報と、予め行った実験によって与えられている前記可変負荷発生手段による発生負荷の大きさと前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力との関係情報と、に基づいて、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力を推定する力覚推定機構と、を有し、
第1の処理において、
前記外乱推定機構は、前記演算部から受信した前記運動者の動きに関する加速度情報と、前記ドライバが受信する前記電流値情報とに基づいて、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力と前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力との合力を推定し、
前記負荷調整部は、前記推定した合力を電流値に変換し、前記加速度変換部が算出した加速度に基づき生成された電流値に、当該変換した電流値を加算し、当該加算された電流値を前記トレーニングマシンに送信し、
第2の処理において、
前記力覚推定機構は、少なくとも、前記演算部から受信した前記運動者の動きに関する加速度情報と、前記ドライバが受信する前記電流値情報と、前記関係情報と、に基づいて、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力を推定し、
前記負荷調整部は、前記負荷値生成部が生成した目標負荷値から、前記力覚推定機構により推定された前記運動者による力を減算して偏差を算出し、当該偏差を前記加速度変換部によって加速度に変換し、当該変換した加速度を電流値に変換し、当該変換した電流値を前記トレーニングマシンに送信し、
前記第1の処理と、前記第2の処理とを繰り返すことによって、前記目標負荷値から前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力を減じた大きさの負荷を前記可変負荷発生手段に発生させ
とを特徴とするトレーニングシステム。

【請求項2】
前記可変負荷発生手段は、サーボモータであることを特徴とする請求項1に記載のトレーニングシステム。

【請求項3】
前記トレーニングマシンは、さらに、前記可動部の位置を検出する位置センサを備え、
前記演算部は、前記位置センサが検出した前記可動部の位置に基づいて前記可動部の加速度情報を算出し、その加速度情報を前記外乱推定機構および前記力覚推定機構に、前記運動者の動きに関する加速度情報として送信することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のトレーニングシステム。

【請求項4】
前記演算部は、前記位置センサが検出した前記可動部の位置に基づいて前記可動部の速度情報を算出し、
前記負荷値生成部は、前記演算部が検出した前記可動部の位置と、前記演算部が算出した前記可動部の速度情報を使用して、前記目標負荷値を生成することを特徴とする請求項3に記載のトレーニングシステム。

【請求項5】
前記トレーニングマシンは、前記可動部が前記運動者とともに動く構成となっており、
前記外乱推定機構は、予め入力された体重データに基づき、前記運動者がその体重であるものと仮定して前記合力を推定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のトレーニングシステム。

【請求項6】
運動者に対する目標負荷値を生成する制御装置と、当該目標負荷値に基づいて負荷を発生させるトレーニングマシンと、を備えたトレーニングシステムにおけるトレーニングマシンの制御方法であって、
前記トレーニングマシンは、
受信した電流値情報に基づいて電流を発生させるドライバと、
前記ドライバから供給された電流の大きさに応じた負荷を発生させる可変負荷発生手段と、
前記運動者の動きに関する加速度情報について演算する演算部と、を備えており、
前記制御装置は、
予め与えられたトレーニングプログラムに基づいて前記目標負荷値を生成する負荷値生成部と、
前記目標負荷値を、前記可変負荷発生手段がその目標負荷値の負荷を実現するための電流値に変換し、その電流値情報を前記ドライバに送信する負荷調整部と、を備えており、
前記負荷調整部は、
前記負荷値生成部で生成した目標負荷値の力によって与えられるべき前記可変負荷発生手段の加速度を算出する加速度変換部と、
前記演算部から受信した前記運動者の動きに関する加速度情報と、前記ドライバが受信する前記電流値情報とに基づいて、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力と前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力との合力を推定する外乱推定機構と、
少なくとも、前記演算部から受信した前記運動者の動きに関する加速度情報と、前記ドライバが受信する前記電流値情報と、予め行った実験によって与えられている前記可変負荷発生手段による発生負荷の大きさと前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力との関係情報と、に基づいて、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力を推定する力覚推定機構と、を有しており、
第1の処理において、
前記外乱推定機構は、前記演算部から受信した前記運動者の動きに関する加速度情報と、前記ドライバが受信する前記電流値情報とに基づいて、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力と前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力との合力を推定し、
前記負荷調整部は、前記推定した合力を電流値に変換し、前記加速度変換部が算出した加速度に基づき生成された電流値に、当該変換した電流値を加算し、当該加算された電流値を前記トレーニングマシンに送信し、
第2の処理において、
前記力覚推定機構は、少なくとも、前記演算部から受信した前記運動者の動きに関する加速度情報と、前記ドライバが受信する前記電流値情報と、前記関係情報と、に基づいて、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力を推定し、
前記負荷調整部は、前記負荷値生成部が生成した目標負荷値から、前記力覚推定機構により推定された前記運動者による力を減算して偏差を算出し、当該偏差を前記加速度変換部によって加速度に変換し、当該変換した加速度を電流値に変換し、当該変換した電流値を前記トレーニングマシンに送信し、
前記第1の処理と、前記第2の処理とを繰り返すことによって、前記目標負荷値から前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力を減じた大きさの負荷を前記可変負荷発生手段に発生させる
ことを特徴とするトレーニングマシンの制御方法。

【請求項7】
運動者に対する目標負荷値を生成する制御装置と、当該目標負荷値に基づいて負荷を発生させるトレーニングマシンと、を備えたトレーニングシステムにおける前記制御装置であって、
前記トレーニングマシンは、
受信した電流値情報に基づいて電流を発生させるドライバと、
前記ドライバから供給された電流の大きさに応じた負荷を発生させる可変負荷発生手段と、
前記運動者の動きに関する加速度情報について演算する演算部と、を備え、
前記制御装置は、
予め与えられたトレーニングプログラムに基づいて前記目標負荷値を生成する負荷値生成部と、
前記目標負荷値を、前記可変負荷発生手段がその目標負荷値の負荷を実現するための電流値に変換し、その電流値情報を前記ドライバに送信する負荷調整部と、を備え、
前記負荷調整部は、
前記負荷値生成部で生成した目標負荷値の力によって与えられるべき前記可変負荷発生手段の加速度を算出する加速度変換部と、
前記演算部から受信した前記運動者の動きに関する加速度情報と、前記ドライバが受信する前記電流値情報とに基づいて、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力と前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力との合力を推定する外乱推定機構と、
少なくとも、前記演算部から受信した前記運動者の動きに関する加速度情報と、前記ドライバが受信する前記電流値情報と、予め行った実験によって与えられている前記可変負荷発生手段による発生負荷の大きさと前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力との関係情報と、に基づいて、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力を推定する力覚推定機構と、を有し、
第1の処理において、
前記外乱推定機構は、前記演算部から受信した前記運動者の動きに関する加速度情報と、前記ドライバが受信する前記電流値情報とに基づいて、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力と前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力との合力を推定し、
前記負荷調整部は、前記推定した合力を電流値に変換し、前記加速度変換部が算出した加速度に基づき生成された電流値に、当該変換した電流値を加算し、当該加算された電流値を前記トレーニングマシンに送信し、
第2の処理において、
前記力覚推定機構は、少なくとも、前記演算部から受信した前記運動者の動きに関する加速度情報と、前記ドライバが受信する前記電流値情報と、前記関係情報と、に基づいて、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力を推定し、
前記負荷調整部は、前記負荷値生成部が生成した目標負荷値から、前記力覚推定機構により推定された前記運動者による力を減算して偏差を算出し、当該偏差を前記加速度変換部によって加速度に変換し、当該変換した加速度を電流値に変換し、当該変換した電流値を前記トレーニングマシンに送信し、
前記第1の処理と、前記第2の処理とを繰り返すことによって、前記目標負荷値から前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力を減じた大きさの負荷を前記可変負荷発生手段に発生させる
ことを特徴とする制御装置。
産業区分
  • 運動娯楽用
  • 工業用ロボット
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2006057092thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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