(57)【要約】 【課題】運動を中断することなく、動きのパスをリアルタイムで変更できる運動器具を提供する。【解決手段】  本発明の運動器具は、（ａ）第１ペダルと、（ｂ）第２ペダルと、（ｃ）駆動システムと、（ｄ）制御システムとを有する。前記駆動システムは、前記第１と第２のペダルと関連し、前記第１と第２のペダルのそれぞれを、２５ｃｍ×１５ｃｍの範囲に渡って、少なくとも２次元で規定されるパスに沿って動かす。前記制御システムは、前記駆動システムと関連し、前記駆動システムを制御し、これにより前記第１と第２のペダルの各々に対し、運動パスを生成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動器具において、
（ａ）第１ペダルと、
（ｂ）第２ペダルと、
（ｃ）駆動システムと、
（ｄ）制御システムと、
を有し、
前記駆動システムは、前記第１と第２のペダルと関連し、前記第１と第２のペダルのそれぞれを、２５ｃｍ×１５ｃｍの範囲に渡って、少なくとも２次元で規定される任意パスに沿って動かし、
前記制御システムは、前記駆動システムと関連し、前記駆動システムを制御し、これにより前記第１と第２のペダルの各々に対し、運動パスを規定する
ことを特徴とする運動器具。
【請求項２】
前記駆動システムは、前記第１と第２のペダルのそれぞれを、７０ｃｍ×４０５ｃｍの範囲に渡って、少なくとも２次元で規定されるパスに沿って動かす
ことを特徴とする請求項１記載の運動器具。
【請求項３】
前記駆動システムは、少なくとも１本の軸の周囲で、前記第１と第２のペダルの回転状態を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の運動器具。
【請求項４】
前記制御システムは、ユーザの足を動かすために、前記パスに沿って、前記第１と第２のペダルを能動的に動かす
ことを特徴とする請求項１記載の運動器具。
【請求項５】
前記制御システムは、前記第１と第２のペダルの動きを前記パスに制限し、
これにより、前記第１と第２のペダルは、ユーザの足の動きにより、前記パスに沿って動く
ことを特徴とする請求項１記載の運動器具。
【請求項６】
前記駆動システムは、前記制御システムの制御の下で、抵抗力を生成し、
これにより、前記パスに沿った運動に対する所定のプロファイルの抵抗力を提供する
ことを特徴とする請求項５記載の運動器具。
【請求項７】
前記制御システムは、３次元で規定された前記パスに沿って、前記第１と第２のペダルを能動的に動かす
ことを特徴とする請求項１記載の運動器具。
【請求項８】
前記制御システムは、運動を中断せずに、前記パスを変更する
ことを特徴とする請求項１記載の運動器具。
【請求項９】
前記制御システムは、オーディオ・ビジュアル娯楽システムに接続され、前記オーディオ・ビジュアル娯楽システムにより表示される事象と同期して前記パスを変更する
ことを特徴とする請求項８記載の運動器具。
【請求項１０】
前記制御システムは、サイクリング運動、ステッピング運動、ウオーキング運動、ランニング運動、スキー運動からなるグループから選択された動きを模擬するために、少なくもと２個のパスの間で切り替わる
ことを特徴とする請求項９記載の運動器具。
【請求項１１】
前記パスは、前記オーディオ・ビジュアル娯楽システムにより表示された事象で同期して生成された動作シミュレーション作用により修正される
ことを特徴とする請求項９記載の運動器具。
【請求項１２】
前記制御システムは、サイクリング運動、ステッピング運動、ウオーキング運動、ランニング運動、スキー運動からなるグループから選択された動きを模擬するために、少なくもと２個のパスの間で切り替わる
ことを特徴とする請求項８記載の運動器具。
【請求項１３】
前記制御システムは、少なくとも１つのモードで前記駆動システムを操作し、
この１つのモードにおいては、前記第１と第２のペダルは、等距離で反対方向に動く
ことを特徴とする請求項１記載の運動器具。
【請求項１４】
前記制御システムは、少なくとも１つのモードで前記駆動システムを操作し、
この１つのモードにおいては、前記第１と第２のペダルは、同期して平行に動く
ことを特徴とする請求項１記載の運動器具。
【請求項１５】
前記制御システムは、少なくとも１つのモードで前記駆動システムを操作し、
この１つのモードにおいては、前記第１と第２のペダルは、同期せずに動く
ことを特徴とする請求項１記載の運動器具。
【請求項１６】
前記駆動システムは、複数の線形アクチュエータを含む
ことを特徴とする請求項１記載の運動器具。
【請求項１７】
前記駆動システムは、複数の電気制御のアクチュエータを含む
ことを特徴とする請求項１記載の運動器具。
【請求項１８】
前記駆動システムは、複数の油圧また水圧のアクチュエータを含む
ことを特徴とする請求項１記載の運動器具。
【請求項１９】
前記第１と第２のペダルは、コンベヤー・ベルトの一部として実施され、
前記駆動システムは、前記コンベヤー・ベルトを駆動する駆動機構を含む
ことを特徴とする請求項１記載の運動器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運動器具に関し、特に、運動中動きの軌道／通過点のリアルタイムでの変更が可能な運動器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な種類の運動器具が知られている。人が２本の足を使う運動器具は、動きのパスの形状（軌道）で分類される。すなわち、円軌道の運動は「自転車」型の装置、上下の運動は「ステッピング（歩行）」型の装置、前後の動きは「スキー」型の装置に関連する。
【０００３】
複数の動きを提供するようユーザが変更可能な様々な装置が提案されている。これらの装置は、不使用時に装置の機械的な調整を必要とし、運動を中断することなく、運動中に動きの種類を変更できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
運動を中断することなく、動きの軌道をリアルタイムで変更できる、或いは、従来の運動器具が提供する運動の種類以上の運動モードを提供できる運動器具が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、運動中に動きのパス（軌道）をリアルタイムで変更できる運動器具である。
【０００６】
本発明の運動器具は、（ａ）第１ペダルと、（ｂ）第２ペダルと、（ｃ）駆動システムと、（ｄ）制御システムとを有する。前記駆動システムは、前記第１と第２のペダルと関連し、前記第１と第２のペダルのそれぞれを、２５ｃｍ×１５ｃｍの範囲に渡って、少なくとも２次元で規定される任意パスに沿って動かす。前記制御システムは、前記駆動システムと関連し、前記駆動システムを制御し、これにより前記第１と第２のペダルの各々に対し、運動パスを生成する。
【０００７】
本発明の一実施例によれば、前記駆動システムは、前記第１と第２のペダルのそれぞれを、７０ｃｍ×４０５ｃｍの範囲に渡って、少なくとも２次元で規定される任意パスに沿って動かす。
【０００８】
本発明の一実施例によれば、前記駆動システムは、少なくとも１本の軸の周囲で、前記第１と第２のペダルの回転状態を制御する。
【０００９】
本発明の一実施例によれば、前記制御システムは、ユーザの足を動かすために、前記任意パスに沿って、前記第１と第２のペダルを能動的に動かす。
【００１０】
本発明の一実施例によれば、前記制御システムは、前記第１と第２のペダルの動きを前記任意パスに制限する。これにより、前記第１と第２のペダルは、ユーザの足の動きにより、前記任意パスに沿って動く。
【００１１】
本発明の一実施例によれば、前記駆動システムは、前記制御システムの制御の下で、抵抗力を生成する。これにより、前記任意パスに沿った運動に対する所定のプロファイルの抵抗力を提供する。
【００１２】
本発明の一実施例によれば、前記制御システムは、３次元で規定された前記任意パスに沿って、前記第１と第２のペダルを能動的に動かす。
【００１３】
本発明の一実施例によれば、前記制御システムは、運動を中断せずに、前記任意パスを変更する。
【００１４】
本発明の一実施例によれば、前記制御システムは、オーディオ・ビジュアル娯楽システムに関連し、前記オーディオ・ビジュアル娯楽システムにより表示される事象と同期して前記任意パスを変更する。
【００１５】
本発明の一実施例によれば、前記制御システムは、サイクリング運動、ステッピング運動、ウオーキング運動、ランニング運動、スキー運動からなるグループから選択された動きを模擬するために、少なくもと２個の任意パスの間で切り替わる。
【００１６】
本発明の一実施例によれば、前記任意パスは、前記オーディオ・ビジュアル娯楽システムにより表示された事象で同期して生成された動作シミュレーション作用により修正される。
【００１７】
本発明の一実施例によれば、前記制御システムは、サイクリング運動、ステッピング運動、ウオーキング運動、ランニング運動、スキー運動からなるグループから選択された動きを模擬するために、少なくもと２個の任意パスの間で切り替わる。
【００１８】
本発明の一実施例によれば、前記制御システムは、少なくとも１つのモードで前記駆動システムを操作し、この１つのモードにおいては、前記第１と第２のペダルは、等距離で反対方向に動く。
【００１９】
本発明の一実施例によれば、前記制御システムは、少なくとも１つのモードで前記駆動システムを操作し、この１つのモードにおいては、前記第１と第２のペダルは、同期して平行に動く。
【００２０】
本発明の一実施例によれば、前記制御システムは、少なくとも１つのモードで前記駆動システムを操作する。この１つのモードにおいては、前記第１と第２のペダルは、同期せずに動く。
【００２１】
本発明の一実施例によれば、前記駆動システムは、複数の線形アクチュエータを含む。
【００２２】
本発明の一実施例によれば、前記駆動システムは、複数の電気で制御されるアクチュエータを含む。
【００２３】
本発明の一実施例によれば、前記駆動システムは、複数の油圧また水圧のアクチュエータを含む。
【００２４】
本発明の一実施例によれば、前記第１と第２のペダルは、コンベヤー・ベルトの一部として実施される。前記駆動システムは、前記コンベヤー・ベルトを駆動する駆動機構を含む。
【実施例】
【００２５】
図１−４に、本発明の第１実施例を示す。本発明の運動器具１０は、第１ペダル１２、第２ペダル１４、駆動システム１６を有する。この駆動システム１６は、２５ｃｍ×１５ｃｍの範囲に渡って、少なくとも２次元で規定される任意パスに沿って、第１と第２のペダルを動かす。駆動システム１６は、制御システム１８により制御され、第１ペダル１２と第２ペダル１４のそれぞれに対する運動パスを規定する。
【００２６】
図面の表示を簡単にするために、１個の第１ペダル１２と駆動システム１６の半分のみを以降の図面に示す。同様に、制御システム１８とその構成要素（以下に説明する）は、後続の図面から省いている。少なくとも主要な構成要素は、各実施例の中に明確に含まれている。
【００２７】
本発明の運動器具は、複数のモードの運動を提供する。この複数のモードの運動には、従来の運動器具に対応する標準の運動パターン、本発明の運動器具に特有な更なる運動パターン、ユーザにより個別にプログラムされる運動パターン、或いは娯楽システムと接続され生成される運動パターンが含まれる。各種の動きを生成するのに必要なペダルの移動範囲は、必要とされる動きの幾何学的なパラメータに依存する。例えば、楕円トレーニングは４０ｃｍ×１５ｃｍを必要とし、サイクリング・トレーニングは３５ｃｍ×３５ｃｍを必要とし、ステッピング・トレーニングは２８ｃｍ×１７ｃｍを必要とする。これらのあらゆる運動パターンもしくはそれ以上の運動パターンを提供し、様々な体格のユーザに対するパラメータの変更を可能とするために、駆動システム１６は、少なくとも７０ｃｍ×４０ｃｍの範囲に渡って少なくとも２次元で規定される範囲に渡って、第１と第２のペダルを移動させる。この運動の範囲内において、駆動システム１６は、制御システム１８により規定されるあらゆる連続するパスに追従するよう構成される。ある実施例においては、本発明の駆動システム１６は、線形運動の更なる自由度を提供し、３次元で規定される運動パスにも追従できる。更に駆動システム１６は、少なくとも１本、好ましくは２本あるいは３本の回転軸の周囲に、ペダルが回転する状態を制御する。
【００２８】
本発明の運動器具は、受動モードまたは能動モードのいずれでも動作可能である。受動モードにおいては、装置の動きはユーザが加える力と同一方向である（即ち、ユーザが能動的で、装置は受動的／反応的である）。能動モードにおいては、装置がユーザの手足を動かし、この装置の動きの方向とは反対方向にユーザは抵抗力を加える（即ち、装置が能動的で、ユーザは受動的／反応的である）。ある実施例においては、装置は、能動モードと受動モードの間で切り替わることができる。他の実施例においては、１つの運動パスは、能動モードの部分と受動モードの部分の両方を有する。例えば、サイクリング運動の上方向の戻り運動において、足の重みが動きに抵抗するような場合である。
【００２９】
能動モードの場合には、制御システム１８は、ユーザの足を動かすために、任意パスに沿って、ペダルを能動的に動かす。
【００３０】
受動モードの場合には、制御システム１８は、任意のパスに、ペダルの許容された動きを制限する。その結果、第１と第２のペダルが、ユーザの足の動きにより、その任意パスに沿って動く。好ましくは、駆動システム１６は、制御システム１８の制御の下で抵抗力を生成し、それにより任意パスに沿った動きに対する抵抗力の所定のプロファイルを提供する。
【００３１】
受動的システムを実現するための多くのオプションが実現可能である。本発明の一実施例においては、一方向のアクチュエータは、他の方向のアクチュエータあるいはエンコーダに対し「従属装置として作用する（slaved）」。その結果、例えば、垂直方向の移動は、強制的な水平方向移動成分が伴い、これにより足置きが所定のパスに追従できるようになる。同様な効果が、スライドするリミット・スイッチの範囲を規定することにより、達成される。この構成においては、アクチュエータは、動きの所定のパスの周囲に規定される包絡線の外側を動こうとする力に対し、高い抵抗力を生成する。別の構成は、本明細書を参照することにより、当業者には明らかである。
【００３２】
本発明の運動器具が従来の運動器具と異なる点は、本発明の運動器具は、新規の駆動システムを採用している点である。この駆動システムは、２次元以上の動きの範囲内において規定される任意パスに追従できる。この機能により、制御システム１８は、運動を中断することなく、任意パスを変更できる。言い換えると、本発明の運動器具は、運動の実行中に、動きの様々なパス（例えば、サイクリング動作（図１）、ステッピング動作（図２）、ウオーキング動作、ランニング動作、スキー動作（図３）に対応するパス）の間で切り替わることができる。同様に、本発明の運動器具は、このような動きのパスの間で連続的に切り替わることもできる。あるいは、動きのあまり標準的でない他のパスも実行できる（図４）。かくして、様々な運動の種類に対する所定の時間を必要とするような構成されたトレーニング・セッションは、本発明により構成された１個の運動器具を用いて、運動を中断することなく、実現可能である。
【００３３】
様々な種類の運動動作を提供することに加えて、本発明により、各種類の動きの様々なパラメータの調整が可能となる。例えば、運動は、電子制御のみで、ユーザのステップサイズ（歩幅）を瞬時に調整できる。運動器具の機械的調整は必要ではない。かくして、同一の運動器具を、プロのバスケットボール・プレーヤと子供が、機械的調整を必要とすることなく、交互に用いることができる。
【００３４】
更に、ユーザの足は、動きの全サイクルを通じて、ペダルと連続的に接触している必要は必ずしもない。例えば、歩行型の運動においては、ユーザの足の戻り動作は、宙に浮き再び動きの前方で、ペダルに接触してもよい。
【００３５】
本発明の更なる選択的特徴は、制御システム１８は、オーディオ・ビジュアル娯楽システム２０に（無線有線を問わず）接続することができる点である。この変形例によれば、制御システム１８は、そのオーディオ・ビジュアル娯楽システム２０により表示される事象と同期して、任意パスを変更できる。例えばビデオ・プレゼンテーションにおいては、最初の歩行運動は、画像が登るべき階段に到達した時を表示した時は、ステッピング運動に切り替わる。選択的事項として、動きのパスは、オーディオ・ビジュアル娯楽システム２０により表示される事象と同期して生成される動きシミレーション作用により、修正できる。この変形例によれば、ステッピング動作は、オーディオ・ビジュアル娯楽システム２０により地震が写し出された時には、振動動作に変更される。更に、本発明の装置の動作の他のパラメータ、例えば動きに抗する抵抗力、あるいは動きのスピードが、変更される。例えば、抵抗力は、画像が山を登る時には増加し、山を自転車で下る時には、スピードは増加する。
【００３６】
本発明の更なる変形例では、通信ネットワークへの通信を採用し、オンライン・競争ゲームへの参加が可能となる。また本発明の装置は、オーディオ・ビジュアル娯楽システム２０を採用する際には、上記した特徴の一部あるいは全てを採用できる。
【００３７】
本発明の２つのペダルは、反対方向に等しい動きになるよう配置される。この操作モードは、サイクリング、ステッピング、楕円のスキーのような従来の動きを含む幅広い運動に適応できる。
【００３８】
別の動作モードにおいては、２つのペダルは、平行な動きで同期して動く。これは、ジャンピング運動に対応するか、ローイング運動を模擬する。
【００３９】
別の動作モードにおいては、第１と第２のペダルは、同期せずに動くこともできる。これは、足の戻りのパスが負荷の掛かった足のパスと対称ではないような歩行シミュレーションにある程度当て嵌まる。他のシミュレーションにおいては、非対称がより強調される。
【００４０】
選択事項として、上記のシステムは、類似するアクチュエータ要素とハンド・サポート表面を追加し、同期する手（ハンド）の動きを提供することもできる。一例として、これは、標準の楕円の運動者の機能を提供するのに用いられる。
【００４１】
本発明は、必要とされる動きを生成するあらゆる種類のアクチュエータあるいはそれらの組み合わせで、実現できる。一例として、関節で繋がったアームの線形アクチュエータ（図１−４）と回転アクチュエータ（図５）との組み合わせ、線形アクチュエータと回転アクチュエータの組み合わせ（図６）がある。選択的事項として、図５のような実施例は、ロボット工学の技術分野で公知の各関節での回転を制御する駆動ベルトの装置を用いて、実現できる。図７−９に示す更なる実施例は、線形アクチュエータ上での平行動作のレバー機構、線形アクチュエータ上でのはさみ型リフト機構と、このはさみ形リフト機構上での線形アクチュエータを含む。
【００４２】
図１０Ａ−１０Ｂに更なる実施例を示す。同図において、各足は、小さなコンベヤー・ベルトの一部として実現されるサポート表面を具備する。このコンベヤー・ベルトは、通常、ほぼ水平方向に留置されるが、固定あるいは可変の傾斜の調整あるいは他の調整をしてもよい。各コンベヤー・ベルトは、コンベヤー・ベルトを双方向に駆動するモータ装置を搭載する。各足置き・コンベヤーは、垂直方向（例えば、線形パス（図１０Ａ）に沿って）に動くように、搭載される。一定又は可変の半径のアームの回転システム（図１０Ｂ）を介して、あるいはアーチ形の運動を介して、搭載される。コンベヤー・ベルトに沿った線形方向の移動と、このコンベヤー・ベルトその物の移動との上下運動の組み合わせにより、必要とされる自由度を提供し、２次元の足の動きのパスを規定する。受動動作においては、即ちユーザが動きを生成する様式においては、ペダルは、ユーザがペダルを動かして、所望の抵抗でもって垂直方向の動きを行うように、配置される。コンベヤー・ベルト機構は、垂直運動に応じて駆動されて、足を動きの所望のパスに沿って向けるために、ほぼ直交（ほぼ水平）方向に動きを生成して、コンベヤー・ベルトの垂直運動の水平方向成分を修正する。能動的操作においては、垂直方向の動きと水平方向のコンベヤーの動きが、パワー駆動される。選択的事項として、本発明の装置は、２つのコンベヤー機構が同一の高さで並んで配置され同一方向に駆動されるよう構成される場合には、本発明の装置は従来のトレッドミルの機能も提供できるよう、構成することもできる。
【００４３】
上記した全ての場合において、アクチュエータは、電気的に、例えば、サーボ・モータ、ステッパー・モータ、線形モータを用いて、制御されるか、油圧アクチュエータ、空気アクチュエータあるいは適宜のタイプのアクチュエータにより駆動される駆動ベルトにより動かされるが、これらは全て各実施例の構造的要件によって、決まる。
【００４４】
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】様々な動きのパスを示す、本発明の運動器具の第１実施例を示す図。
【図２】様々な動きのパスを示す、本発明の運動器具の第１実施例を示す図。
【図３】様々な動きのパスを示す、本発明の運動器具の第１実施例を示す図。
【図４】様々な動きのパスを示す、本発明の運動器具の第１実施例を示す図。
【図５】本発明の運動器具の第２実施例を表す図。
【図６】本発明の運動器具の第３実施例を表す図。
【図７】本発明に使用される駆動システムの第１のオプションを表す図。
【図８】本発明に使用される駆動システムの第２のオプションを表す図。
【図９】本発明に使用される駆動システムの第３のオプションを表す図。
【図１０Ａ】本発明を実施するために、各足に対し垂直方向に移動可能なベルトコンベアに基づく駆動システムの更なるオプションを表す図。
【図１０Ｂ】本発明を実施するために、各足に対し垂直方向に移動可能なベルトコンベアに基づく駆動システムの更なるオプションを表す図。
【符号の説明】
【００４６】
１０  運動器具
１２  第１ペダル
１４  第２ペダル
１６  駆動システム
１８  制御システム
２０  オ−ディオ・ビジュアル娯楽システム
【図１】
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【図２】
2009535085.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2009535085.tif 000008
【図７】
2009535085.tif 000009
【図８】
2009535085.tif 000010
【図９】
2009535085.tif 000011
【図１０Ａ】
2009535085.tif 000012
【図１０Ｂ】
2009535085.tif 000013
【国際調査報告】
2009535085.tif 000014