(57)【要約】【課題】装置の部品点数を少なくすることのできる身体鍛錬装置を提供する。【解決手段】身体鍛錬装置１は、使用者が把持するための本体ケース１０と、本体ケース１０内に設けられたモータ２０とを含む。モータ２０は、電力が供給されることにより磁場を生成する電機子２１と、この電機子２１と対向するとともに電機子２１が発生する磁場の作用により回転する回転体２６とを含む。電機子２１は本体ケース１０内に設けられている。身体鍛錬装置１は、回転体２６の回転に伴う遠心力により、使用者の身体を鍛錬する。【選択図】図１
2011244980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者が把持するためのケースと、遠心力により使用者の身体に負荷を与えるための可動部と、この可動部を駆動する駆動部とを含む身体鍛錬装置において、
前記駆動部は、電力が供給されることにより磁場を生成する電機子と、この電機子と対向するとともに前記電機子が発生する磁場の作用により回転する回転体とを含むモータであり、
前記電機子は、前記ケース内に設けられ、
前記回転体は、前記可動部を兼ねる
ことを特徴とする身体鍛錬装置。
【請求項２】
請求項１に記載の身体鍛錬装置において、
前記回転体の重心は、前記モータの回転軸と同心である
ことを特徴とする身体鍛錬装置。
【請求項３】
請求項１に記載の身体鍛錬装置において、
前記回転体の重心は、前記モータの回転軸と異なるところに位置する
ことを特徴とする身体鍛錬装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の身体鍛錬装置において、
前記モータの回転速度および回転方向および角加速度の少なくとも一つを可変制御する
ことを特徴とする身体鍛錬装置。
【請求項５】
請求項４に記載の身体鍛錬装置において、
使用者の動作態様を検知するための動作センサを含み、
この動作センサの出力信号に基づいて前記モータの回転速度および回転方向および角加速度の少なくとも一つを可変制御する
ことを特徴とする身体鍛錬装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の身体鍛錬装置において、
当該身体鍛錬装置の状態を示すための状態センサを含み、
この状態センサの出力信号に基づいて前記モータの回転速度および回転方向および角加速度の少なくとも一つを可変制御する
ことを特徴とする身体鍛錬装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の身体鍛錬装置において、
使用者の鍛錬に関する動作の情報を表示する表示部を含む
ことを特徴とする身体鍛錬装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の身体鍛錬装置において、
当該身体鍛錬装置は、前記モータを複数有し、
前記複数のモータの回転軸は互いにねじれまたは交差の関係に位置する
ことを特徴とする身体鍛錬装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者が把持するためのケースと、遠心力により使用者の身体に負荷を与えるための可動部と、この可動部を駆動させる駆動部とを含む身体鍛錬装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記身体鍛錬装置として、例えば特許文献１のジャイロ総合エクササイズ装置が知られている。
この装置は、使用者が把持するための棒状の一対の把持部と、これら把持部の間に設けられる中央ジャイロ球体とを含む。中央ジャイロ球体内には、モータと、このモータの出力軸のギヤに噛み合う内歯を有するとともに、出力軸の回転によって回転するロータ（可動部）とが設けられている。この装置を使用して身体鍛錬するときには、把持部をロータの回転軸に対して傾ける。これにより、使用者にジャイロモーメントが作用する。そしてこのジャイロモーメントに対して使用者が抗することにより使用者の身体が鍛錬される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２３７８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記装置は、ロータの出力軸にモータとは別体のロータを取り付ける構成であるため、同装置を構成する部品点数が多い。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置の部品点数を少なくすることのできる身体鍛錬装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の身体鍛錬装置は、使用者が把持するためのケースと、遠心力により使用者の身体に負荷を与えるための可動部と、この可動部を駆動する駆動部とを含み、前記駆動部は、電力が供給されることにより磁場を生成する電機子と、この電機子と対向するとともに前記電機子が発生する磁場の作用により回転する回転体とを含むモータであり、前記電機子は、前記ケース内に設けられ、前記回転体は、前記可動部を兼ねることを特徴とする。
【０００６】
この身体鍛錬装置において、前記回転体の重心は、前記モータの回転軸と同心であることが好ましい。
この身体鍛錬装置において、前記回転体の重心は、前記モータの回転軸と異なるところに位置することが好ましい。
【０００７】
この身体鍛錬装置において、前記モータの回転速度および回転方向および角加速度の少なくとも一つを可変制御することが好ましい。
この身体鍛錬装置において、使用者の動作態様を検知するための動作センサを含み、この動作センサの出力信号に基づいて前記モータの回転速度および回転方向および角加速度の少なくとも一つを可変制御することが好ましい。
【０００８】
この身体鍛錬装置において、同装置の状態を示すための状態センサを含み、この状態センサの出力信号に基づいて前記モータの回転速度および回転方向および角加速度の少なくとも一つを可変制御することが好ましい。
【０００９】
この身体鍛錬装置において、使用者の鍛錬に関する動作の情報を表示する表示部を含むことが好ましい。
この身体鍛錬装置において、当該身体鍛錬装置は、前記モータを複数有し、前記複数のモータの回転軸は互いにねじれまたは交差の関係に位置することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、装置の部品点数を少なくすることのできる身体鍛錬装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の身体鍛錬装置の第１実施形態について、（ａ）は同装置の構成を示す模式図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面構造を示す断面図。
【図２】同実施形態の身体鍛錬装置について、（ａ）は使用者が同装置を把持した状態を示す模式図、（ｂ）は（ａ）から同装置を傾けた状態を示す模式図、（ｃ）は（ａ）から同装置を傾けた状態を示す模式図。
【図３】同実施形態の身体鍛錬装置の制御構成を示すブロック図。
【図４】同実施形態の身体鍛錬装置の制御回路のＰＷＭ指令値を示すグラフ。
【図５】同実施形態の身体鍛錬装置について、使用者が同装置を把持した状態にて上腕の回旋運動をしたときの関節可動域を示す模式図。
【図６】同実施形態の身体鍛錬装置について、「落下抑制処理」の手順を示すフローチャート。
【図７】同実施形態の身体鍛錬装置について、「第１連動処理」の手順を示すフローチャート。
【図８】同実施形態の身体鍛錬装置について、「第２連動処理」の手順を示すフローチャート。
【図９】同実施形態の身体鍛錬装置について、「第３連動処理」の手順を示すフローチャート。
【図１０】本発明の身体鍛錬装置の第２実施形態について、各モードのＰＷＭ指令値を示すグラフ。
【図１１】本発明の身体鍛錬装置の第３実施形態について、モータの断面構造を示す断面図。
【図１２】本発明の身体鍛錬装置のその他の実施形態について、（ａ）は同装置の構成を示す模式図、（ｂ）は使用者が同装置を把持した状態を示す模式図。
【図１３】本発明の身体鍛錬装置のその他の実施形態について、同装置の構成を示す模式図。
【図１４】本発明の身体鍛錬装置のその他の実施形態について、使用者が同装置を装着した状態を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施形態）
図１〜図９を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
図１（ａ）に示すように、身体鍛錬装置１には、使用者が把持する円筒形状の筐体であるとともにケースを構成する本体ケース１０が設けられている。本体ケース１０の内部には、駆動部を構成するモータ２０と、モータ２０を制御するための制御回路３０と、電池を含む駆動電源４０と、身体鍛錬装置１の状態や使用者の動作を検知するためのセンサ５１〜５４とが収容されている。
【００１３】
本体ケース１０の上端面には、表示部６０が設けられている。この表示部６０には、使用者が身体鍛錬装置１を用いて身体鍛錬を行った場合、使用者の身体鍛錬するための動作に関する情報（例えば、消費カロリー、運動時間等）が表示される。また表示部６０には、身体鍛錬装置１の動作状態に関する情報が表示される。表示部６０は、情報を数値、グラフおよびメータとして表示する。
【００１４】
図１（ｂ）に示すように、モータ２０は、駆動電源４０（図１（ａ）参照）の電力が供給されることにより磁場を生成する電機子２１と、電機子２１と対向する円環形状の磁石２２と、磁石２２を外側から保持する有蓋円筒形状のホルダ２３とを含む。ホルダ２３には、回転軸体となるシャフト２４が固定されている。このシャフト２４は、転がり軸受２５により回転可能に支持されている。これにより、磁石２２およびホルダ２３はシャフト２４と回転軸Ｊ１を中心に一体に回転する。以下では、磁石２２およびホルダ２３により構成される回転体を「回転体２６」とする。この回転体２６は、遠心力により使用者の身体に負荷を与えるための可動部を兼ねている。
【００１５】
電機子２１は、薄板の磁性鋼板がシャフト２４に沿った方向に複数積層されることにより形成される電機子コア７１と、電機子コア７１のティース７１Ａに巻回される導電線７２とを含む。ティース７１Ａに導電線７２が巻回されることにより、コイル７３が形成されている。この電機子２１は、本体ケース１０内に設けられている。
【００１６】
制御回路３０には、導電線７２の両端部と、駆動電源４０とが電気的に接続されている。これにより、制御回路３０を介して駆動電源４０の電力が導電線７２に供給される。これにより、モータ２０が駆動する。
【００１７】
図２を参照して、身体鍛錬装置１の使用方法について説明する。
使用者が本体ケース１０を把持した状態において、図示しない電源スイッチをオン操作する。これにより、モータ２０（図１参照）が駆動する。この状態において、図２（ｂ）に示すように、前方Ｘ１（使用者から離れる方向）に身体鍛錬装置１を傾けた場合、モータ２０の回転軸が傾くため、矢印方向Ｙ１に向けてジャイロモーメントＪＭが発生する。
【００１８】
一方、図２（ｃ）に示すように、後方Ｘ２（使用者に向かう方向）に身体鍛錬装置１を傾けた場合、モータ２０の回転軸が傾くため、矢印方向Ｙ２に向けてジャイロモーメントＪＭが発生する。
【００１９】
ジャイロモーメントＪＭは、回転体２６（図１（ｂ）参照）の慣性力Ｑおよび回転角速度ωと、身体鍛錬装置１を傾けるときの角速度Ωとに基づいて以下の式にて算出される。
ＪＭ＝Ｑω×Ω
これにより、ジャイロモーメントＪＭは、回転体２６の回転角速度ωおよび身体鍛錬装置１を傾けるときの角速度Ωが大きくなるにつれて大きくなる。
【００２０】
一方、上記角速度Ωは、使用者の筋肉に刺激を与えるための周波数としても作用する。そのため、角速度Ωが過度に大きい場合、すなわち筋肉に与える刺激の周期が過度に短い場合、ジャイロモーメントＪＭに対して筋肉が反応することが困難となる。そのため、ジャイロモーメントＪＭを調整するときには、回転体２６の回転角速度ω、すなわちモータ２０の回転速度を調整する。
【００２１】
図３を参照して、制御回路３０の構成および制御について説明する。
制御回路３０は、センサ５１〜５４からの信号が入力される判断部３１と、判断部３１の信号が入力される制御部３２とを含む。
【００２２】
判断部３１は、センサ５１〜５４からの信号に基づいてモータ２０の回転速度や角加速度を制御する制御信号を出力する。
制御部３２は、判断部３１の制御信号に基づいて、モータ２０に供給する電流量をＰＷＭ（pulse-width modulation）にて制御する。具体的には、矩形パルス状のＰＷＭ指令値をモータ２０に出力する（図４参照）。そして電流量を増大させる要求に対してパルス幅Ｔが大きくなるように変更する。
【００２３】
センサ５１〜５４は、以下のように区別される。すなわち使用者の動作態様を検知するための動作センサとして、加速度センサ５１および力センサ５２とがある。また身体鍛錬装置１の状態を示すための状態センサとして、ジャイロセンサ５３およびポテンショメータ５４とがある。
【００２４】
加速度センサ５１は、身体鍛錬装置１の本体ケース１０（図１参照）の加速度に応じた信号を制御回路３０に出力する。力センサ５２は、本体ケース１０の歪みに応じた信号を制御回路３０に出力する。ジャイロセンサ５３は、身体鍛錬装置１の角度および角速度に応じた信号を制御回路３０に出力する。ポテンショメータ５４は、モータ２０の回転速度に応じた信号を制御回路３０に出力する。
【００２５】
制御回路３０は、上記センサの信号に基づいて次のパラメータを算出する。
加速度センサ５１が検知した加速度を積分することにより、使用者の動作速度および動作変位をそれぞれ算出する。
【００２６】
力センサ５２が検知した歪み量に基づいて使用者が本体ケース１０に加えた力（以下、「把持力ＦＨ」）を算出する。
加速度センサ５１が検知した加速度に基づいて、使用者が把持した状態において身体鍛錬装置１が移動した軌道、すなわち使用者の動作軌道を算出する。また上記加速度に基づいて所定時刻における身体鍛錬装置１の速度、すなわち使用者の動作速度を算出する。また上記加速度に基づいて所定時刻における身体鍛錬装置１の加速度、すなわち使用者の動作加速度を算出する。ここで、使用者の動作速度とは、使用者が身体鍛錬装置１を把持した状態において腕を動作させたときの腕の速度である。また使用者の動作加速度とは、使用者が身体鍛錬装置１を把持した状態において腕を動作させたときの腕の加速度である。
【００２７】
ポテンショメータ５４は、モータ２０の回転速度の変化、すなわち角加速度を検知する。この検知した角加速度に基づいて慣性力Ｑを算出する。
ジャイロセンサ５３の出力およびポテンショメータ５４の出力に基づいて、ジャイロモーメントＪＭを算出する。
【００２８】
これら算出した力に基づいて、制御回路３０は次の（Ａ）および（Ｂ）の制御を行う。
（Ａ）使用者が身体鍛錬装置１を把持した状態から同装置１が動くことにより同装置１が使用者の手から落下してしまうことを抑制するための制御を行う（以下、「落下抑制制御」）。
【００２９】
（Ｂ）使用者の動作に対して、身体鍛錬装置１の負荷により使用者の関節可動域の限界点で過大な負荷が加わることを抑制するための制御を行う（以下、「動作連動制御」）。例えば、使用者が身体鍛錬装置１を把持した状態において上腕を回旋する運動を行うとする。この場合、以下の３つの制御を行う。
【００３０】
（Ｂ１）使用者の関節可動域の中央域から限界域に向かうにつれてモータ２０の回転速度を小さくし、関節可動域の限界域から中央域に向かうにつれてモータ２０の回転速度を大きくする（以下、「第１連動制御」）。
【００３１】
（Ｂ２）使用者の上腕の回旋の軌道を学習した後、使用者の上腕の回旋運動の軌道が学習した軌道から大きく外れる場合にモータ２０の回転速度を小さくする（以下、「第２連動制御」）。
【００３２】
（Ｂ３）使用者の上腕の回旋運動の動作速度および動作加速度の少なくとも一方が過大となるときにモータ２０の回転速度を小さくする（以下、「第３連動制御」）。
落下抑制制御の詳細について説明する。
【００３３】
身体鍛錬装置１が動作する力が使用者が同装置１を保持する力よりも大きくなるとき、身体鍛錬装置１の動作に伴い使用者の手から同装置１が落下してしまう可能性がある。そこで、落下抑制制御は、身体鍛錬装置１が動作する力を使用者が同装置１を保持する力以下となるようにモータ２０の回転速度および角加速度を制御する。具体的には、把持力ＦＨがジャイロモーメントＪＭに対して適切な把持力よりも小さいときには、モータ２０の回転速度を小さくするとともに、把持力ＦＨが慣性力Ｑに対して適切な把持力よりも小さいときには、モータ２０の角加速度を小さくする。この制御により、身体鍛錬装置１の動作に伴い使用者の手から同装置１が落下してしまう可能性を低くすることができる。
【００３４】
ここで、把持力ＦＨとジャイロモーメントＪＭおよび慣性力Ｑとの関係、すなわちジャイロモーメントＪＭおよび慣性力Ｑに対して適切な把持力は、実験等により予め設定される。具体的には、ジャイロモーメントＪＭと、このモーメントＪＭに対して適切な把持力との関係を示すマップ（以下、「第１マップ」）を予め用意する。そして慣性力Ｑと、この慣性力Ｑに対して適切な把持力との関係を示すマップ（以下、「第２マップ」）を予め用意する。
【００３５】
そのときどきの把持力ＦＨと、第１マップから算出されたそのときどきのジャイロモーメントＪＭに対して適切な把持力（以下、「第１基準把持力ＦＨ１」）との比較を行う。またそのときどきの把持力ＦＨと、第２マップから算出されたそのときどきの慣性力Ｑに対して適切な把持力（以下、「第２基準把持力ＦＨ２」）との比較を行う。これらの比較に基づいて、モータ２０の速度および加速度を制御する。
【００３６】
図５を参照して、第１連動制御の詳細について説明する。図５は、使用者の上腕の回旋運動のうちの動作の一部（腕振り）について模式的に示している。
図５に示すように、関節可動域の限界位置ＲＬは、上腕を所定方向にそれ以上動かすことのできない領域である。また中央位置ＲＣは、上腕を所定方向に十分に動かすことのできる領域である。限界位置ＲＬでは、上腕が動かないため、上腕の動作加速度の変化量が関節可動域の中で最小となる。また中央位置ＲＣでは、上腕が十分に動くため動作加速度の変化量が関節可動域の中で最大となる。また動作加速度の変化量は、所定時間当たりの加速度センサ５１の出力値の変化量（以下、「加速度変化量ＶＡ」）に基づいて算出することができる。
【００３７】
これに基づいて、第１連動制御では、上腕の回旋運動中において加速度変化量ＶＡが大きくなるにつれてモータ２０の回転速度を大きくする。このため、中央位置ＲＣではモータ２０の回転速度が関節可動域の中で最大となるとともに、限界位置ＲＬではモータ２０の回転速度が関節可動域の中で最小となる。これにより、使用者の回旋運動中において、上腕に適切な負荷を作用させることができるため、効果的な身体鍛錬を行うことができる。
【００３８】
第２連動制御の詳細について説明する。
使用者毎に上腕の長さおよび関節可動域が異なるため、使用者の上腕の回旋運動の軌道は、使用者毎に異なる。そのため、使用者がはじめて身体鍛錬装置１を使用するときには、使用者の回旋運動の軌跡を同装置１に学習させる必要がある。そこで、第２連動制御では、使用者の回旋運動の軌跡を学習する。具体的には、使用者が身体鍛錬装置１を把持した状態にて回旋運動するときの始点を設定する。そして始点から上腕を１回回転させたときの回転量を加速度センサ５１の出力値に基づいて算出する。身体鍛錬装置１は、その算出値を使用者の回旋運動の正常な軌道として学習する。以下では、この学習した回旋運動の軌道を「目標軌道ＭＴ」とする。
【００３９】
第２連動制御では、使用者がモータ２０を駆動させた状態の身体鍛錬装置１を把持して回旋運動を行うときの軌道（以下、「実軌道ＲＴ」）が目標軌道ＭＴから大きく外れる場合には、モータ２０の回転速度を小さくする。これにより、ジャイロモーメントＪＭおよび慣性力Ｑを小さくする。その結果、実軌道ＲＴと目標軌道ＭＴとのずれを抑制することができる。
【００４０】
第３連動制御の詳細について説明する。
使用者が上腕の回旋運動中において上腕の動作速度および動作加速度が過大となるときには、使用者が適切な上腕の回旋運動を行っていないおそれがある。そこで、第３連動制御では、上腕の回旋運動中において加速度センサ５１の出力に基づいて算出された上腕の動作速度および動作加速度が予め設定された上腕の動作速度の閾値および動作加速度の閾値以上のときには、モータ２０の回転速度を小さくする。
【００４１】
図６を参照して、制御回路３０（図３参照）が実行する落下抑制制御の具体的な手順を示す落下抑制処理について説明する。本処理は、所定時間周期毎に繰り返し実行される。
ステップＳ１０において、使用者が身体鍛錬装置１を使用するか否かを判定する。すなわち、使用者が身体鍛錬装置１を把持すること、および電源スイッチをオン操作することの両方を満たしたとき、使用者が身体鍛錬装置１を使用すると判定する。
【００４２】
使用者が身体鍛錬装置１を把持したか否かは力センサ５２（図３参照）により判定される。すなわち力センサ５２が所定値以上の歪み量を検知したとき、使用者が身体鍛錬装置１を把持していると判定する。
【００４３】
使用者が身体鍛錬装置１を使用しているとき、ステップＳ１１において把持力ＦＨ、ジャイロモーメントＪＭおよび慣性力Ｑをそれぞれ算出する。一方、使用者が身体鍛錬装置１を使用していないとき、一旦処理を終了する。
【００４４】
そして、ステップＳ１２において把持力ＦＨが第１基準把持力ＦＨ１より小さいか否かを判定する。
ここで、把持力ＦＨが第１基準把持力ＦＨ１よりも小さいとき、ジャイロモーメントＪＭによって使用者の手から身体鍛錬装置１が落下してしまう可能性が高いと判断する。そしてステップＳ１３において第１基準把持力が把持力ＦＨ以下となるようにモータ２０の回転速度を小さくする。
【００４５】
一方、把持力ＦＨが第１基準把持力ＦＨ１以上のとき、ジャイロモーメントＪＭによって使用者の手から身体鍛錬装置１が落下してしまう可能性が低いと判断する。そしてステップＳ１４において把持力ＦＨが第２基準把持力ＦＨ２よりも小さいか否かを判定する。
【００４６】
ここで、把持力ＦＨが第２基準把持力ＦＨ２よりも小さいとき、慣性力Ｑによって使用者の手から身体鍛錬装置１が落下してしまう可能性が高いと判断する。そしてステップＳ１５において第２基準把持力ＦＨ２が把持力ＦＨ以下になるようにモータ２０の角加速度を小さくする。一方、把持力ＦＨが第２基準把持力ＦＨ２以上のとき、慣性力Ｑによって使用者の手から身体鍛錬装置１が落下してしまう可能性が低いと判断し、一旦処理を終了する。
【００４７】
図７を参照して、制御回路３０（図３参照）が実行する第１連動制御の具体的な手順を示す第１連動処理について説明する。本処理は、所定時間周期毎に繰り返し実行される。
ステップＳ２０において、使用者が身体鍛錬装置１を使用するか否かを判定する。この判定方法は、落下抑制処理のステップＳ１０と同様である。
【００４８】
使用者が身体鍛錬装置１を使用しているとき、ステップＳ２１において加速度変化量ＶＡを算出する。すなわち、使用者の上腕の回旋運動の加速度の傾きを算出する。
そして、ステップＳ２２において算出された加速度変化量ＶＡに基づいてモータ２０の回転速度を制御する。この場合、加速度変化量ＶＡとモータ２０の回転速度との関係のマップを予め用意するとともに、このマップに基づいてモータ２０の回転速度を算出する。このマップは、加速度変化量ＶＡが大きくなるにつれてモータ２０の回転速度が小さくなる傾向を示す。
【００４９】
図８を参照して、制御回路３０（図３参照）が実行する第２連動制御の具体的な手順を示す第２連動処理について説明する。本処理は、所定時間周期毎に繰り返し実行される。
ステップＳ３０において、使用者が身体鍛錬装置１を使用するか否かを判定する。この判定方法は、落下抑制処理のステップＳ１０と同様である。
【００５０】
使用者が身体鍛錬装置１を使用しているとき、ステップＳ３１において使用者個人が学習した軌道（目標軌道ＭＴ）があるか否かを判定する。目標軌道ＭＴがないとき、ステップＳ３２において使用者に目標軌道ＭＴを取得する旨を報知する。具体的には、表示部６０（図１参照）に「動作軌道のサンプルデータを取ってください」等のメッセージを表示する。
【００５１】
一方、目標軌道ＭＴがあるとき、ステップＳ３３において実軌道ＲＴが目標軌道ＭＴからずれているか否かを判定する。具体的には、学習した目標軌道ＭＴに対応する回転量と、実軌道ＲＴに対応する実回転量との差が所定値以上か否かを判定する。この所定値は、実験等により予め設定されている。
【００５２】
実軌道ＲＴが目標軌道ＭＴからずれているとき、すなわち目標軌道ＭＴに対応する回転量が実軌道ＲＴに対応する実回転量との差が所定値以上のとき、使用者の回旋運動が適切ではない可能性があると判断する。そしてステップＳ３４においてモータ２０の回転速度を小さくする。
【００５３】
一方、実軌道ＲＴが目標軌道ＭＴからずれていないとき、すなわち目標軌道ＭＴに対応する回転量が実軌道ＲＴに対応する実回転量との差が所定値よりも小さいとき、使用者の回旋運動が適切であると判断し、一旦処理を終了する。
【００５４】
図９を参照して、制御回路３０（図３参照）が実行する第３連動制御の具体的な手順を示す第３連動処理について説明する。本処理は、所定時間周期毎に繰り返し実行される。
ステップＳ４０において、使用者が身体鍛錬装置１を使用するか否かを判定する。この判定方法は、落下抑制処理のステップＳ１０と同様である。
【００５５】
使用者が身体鍛錬装置１を使用しているとき、ステップＳ４１において上腕の動作速度および動作加速度を算出する。そしてステップＳ４２において上腕の動作速度が閾値以上であることおよび動作加速度が閾値以上であることの少なくとも一方を満たすか否かを判定する。ここで、上腕の動作速度の閾値および動作加速度の閾値のそれぞれは、実験等により予め設定されている。
【００５６】
上腕の動作速度が閾値以上または動作加速度が閾値以上であるとき、使用者の回旋運動が適切でない可能性が高いと判断する。そしてモータ２０の回転速度を小さくする。一方、上腕の動作速度が閾値よりも小さい、かつ動作加速度が閾値よりも小さいとき、使用者の回旋運動が適切でない可能性は低いと判断する。そして一旦処理を終了する。
【００５７】
本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、使用者は、モータ２０の回転中に回転体２６の回転軸Ｊ１を傾けることにより、前腕にジャイロモーメントＪＭが作用する。すなわち、回転体２６がジャイロモーメントＪＭを発生させるための可動部を兼ねる構成である。したがって、従来のモータ（駆動部）とロータ（可動部）とが別体として構成される場合と比較して、身体鍛錬装置１の部品点数を削減することができる。
【００５８】
（２）本実施形態では、各センサ５１〜５４の信号に基づいてジャイロモーメントＪＭを制御する。したがって、使用者の動作および身体鍛錬装置１の状態に応じて前腕に作用する負荷の大きさを制御することができる。
【００５９】
（３）本実施形態では、落下抑制制御においてそのときどきの把持力ＦＨが第１基準把持力ＦＨ１および第２基準把持力ＦＨ２よりも小さくなるように制御している。したがって、使用者が身体鍛錬装置１を用いて鍛錬しているときに、使用者の手から同装置１が落下してしまうことを抑制することができる。
【００６０】
（４）本実施形態では、動作連動制御により、使用者が身体鍛錬装置１を用いて鍛錬するときに、併せて上腕の回旋運動を行う場合に使用者の腕に過大な負荷が作用することを抑制している。したがって、使用者は、上腕の回旋運動を安定して行うことができる。
【００６１】
（第２実施形態）
図１０を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態では、第１実施形態と異なる点について詳細に説明し、第１実施形態と共通する構成には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００６２】
本実施形態では、第１の実施形態の構成から各種センサ５１〜５４（図１参照）を省略するとともに同センサ５１〜５４に基づく落下抑制制御および動作連動制御を省略する。そして図示しない制御スイッチにより設定されたモードに基づいて、モータ２０（図１参照）の回転速度を制御する。具体的には、制御スイッチを操作することにより、制御部３２（図３参照）は制御スイッチのモードに応じて電機子２１（図１参照）に供給する電流量をＰＷＭ（pulse-width modulation）により制御する。
【００６３】
制御スイッチには、強モード、通常モードおよび弱モードの３モードが設けられている。制御部３２は、設定されたモードに基づいて電機子２１に供給する電流量を変更する。すなわち強モードに設定されたとき、制御部３２は電機子２１に供給する電流量を３モードの中で最大、すなわちパルス幅Ｔを３モードの中で最大にする。弱モードに設定されたとき、制御部３２は電機子２１に供給する電流量を３モードの中で最小、すなわちパルス幅Ｔを３モードの中で最小にする。通常モードに設定されたとき、制御部３２は電機子２１に供給する電流量を弱モードの電流量と強モードの電流量との間の所定値、すなわちパルス幅Ｔを弱モードのパルス幅Ｔと強モードのパルス幅Ｔとの間の所定幅に設定する。このように電流量を変更することにより、強モードでは、モータ２０の回転速度が３モードの中で最大となる。弱モードでは、モータ２０の回転速度が３モードの中で最小となる。通常モードでは、モータ２０の回転速度が弱モードのモータ２０の回転速度と強モードのモータ２０の回転速度との間の所定値となる。
【００６４】
本実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）に加え、以下の効果を奏することができる。
（５）本実施形態では、使用者が制御スイッチを操作することにより、モータ２０の回転速度を変更する。したがって、使用者は、制御スイッチを操作することにより、前腕に作用する負荷（遠心力ＦＷ）の大きさを変更することができる。
【００６５】
（６）本実施形態では、身体鍛錬装置１から各センサ５１〜５４をそれぞれ省略している。したがって、センサ５１〜５４を有する身体鍛錬装置１と比較して、同装置１の構成および制御回路３０の構成の簡略化を図ることができる。
【００６６】
（第３実施形態）
図１１を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態では、第１実施形態と異なる点について詳細に説明し、第１実施形態と共通する構成には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００６７】
第１実施形態では、回転体２６の重心と回転体２６の回転軸Ｊ１とが一致しているため、この回転軸Ｊ１を回転させるように身体鍛錬装置１を傾けることにより、使用者にジャイロモーメントＪＭを作用させている。これに対して本実施形態では、回転体２６の重心Ｇが回転体２６の回転軸Ｊ１（回転中心）とは異なるところに位置している。そして回転体２６の回転に伴い発生する振動を使用者に作用させる。
【００６８】
回転体２６のホルダ２３に固定された磁石２２は、平面視において円弧形状にて形成されている。これにより、回転体２６の重心Ｇは、回転体２６の回転軸Ｊ１よりも磁石２２側に偏ったところに位置する。そしてモータ２０を回転させた場合、回転体２６の偏心に伴い身体鍛錬装置１（図１参照）が振動する。これにより、使用者の腕には振動が作用する。
【００６９】
本実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）に加え、以下の効果を奏することができる。
（７）本実施形態では、回転体２６の重心Ｇが回転体２６の回転軸Ｊ１と異なるところに位置する。したがって、モータ２０の回転に伴い身体鍛錬装置１が振動するため、使用者の腕には振動が作用する。この振動により、使用者の腕を鍛錬することができる。
【００７０】
（その他の実施形態）
本発明の身体鍛錬装置の具体的な構成は、上記実施形態に限定されることなく、例えば以下の変更が可能である。また、以下の変形例は、上記実施形態についてのみ適用されるものでなく、異なる変形例同士を互いに組み合わせて実施することもできる。
【００７１】
・第１実施形態では、落下抑制制御において、把持力ＦＨを第１基準把持力ＦＨ１および第２基準把持力ＦＨ２との両方と比較したが、把持力ＦＨを第１基準把持力ＦＨ１および第２基準把持力ＦＨ２の一方のみと比較してもよい。この場合、把持力ＦＨが第１基準把持力ＦＨ１よりも小さいことに基づいてモータ２０の回転速度を小さくするように制御する。または把持力ＦＨが第２基準把持力ＦＨ２よりも小さいことのみに基づいてモータ２０の回転速度を小さくするように制御する。
【００７２】
・第１実施形態では、第２連動制御において、学習する目標軌道ＭＴとして回旋運動の回転量を学習し、目標軌道ＭＴに対応する回転量と実軌道ＲＴに対応する実回転量との差が所定値以上のときに回旋運動が異常と判断した。しかしながら、上記軌道を学習方法および判定方法はこれに限定されることはない。その一例として、以下の（Ａ）〜（Ｃ）のものが挙げられる。
【００７３】
（Ａ）加速度センサ５１の信号に基づいて上腕を１回転させたときの動作速度を算出する。この場合、身体鍛錬装置１は、上腕を１回転させたときの動作速度の変化を示すグラフを学習する。そして実軌道ＲＴに対応する動作速度と、目標軌道ＭＴに対応する動作速度とを比較する。そのときどきの実軌道ＲＴに対応する動作速度が目標軌道ＭＴに対応する動作速度に対して所定値以上乖離するとき、モータ２０の回転速度を小さくする。
【００７４】
（Ｂ）加速度センサ５１の信号に基づいて上腕を１回転させたときの動作加速度を算出する。この場合、身体鍛錬装置１は、上腕を１回転させたときの動作加速度の変化を示すグラフを学習する。そして実軌道ＲＴに対応する動作加速度と、目標軌道ＭＴに対応する動作加速度とを比較する。そのときどきの実軌道ＲＴに対応する動作加速度が目標軌道ＭＴに対応する動作加速度に対して所定値以上乖離するとき、モータ２０の回転速度を小さくする。
【００７５】
（Ｃ）ジャイロセンサ５３の信号に基づいて上腕を１回転させたときの身体鍛錬装置１の傾き量を算出する。この場合、身体鍛錬装置１は、上腕を１回転させたときの同装置１の傾き量の変化を示すグラフを学習する。そして使用者が実軌道ＲＴの同装置１の傾き量と、目標軌道ＭＴに対応する同装置１の傾き量とを比較する。そのときどきの実軌道ＲＴに対応する傾き量が目標軌道ＭＴに対応する傾き量に対して所定値以上乖離するとき、モータ２０の回転速度を小さくする。
【００７６】
上述の回転量の算出の方法（以下、「方法（Ｄ）」）と上記（Ａ）〜（Ｃ）とを組み合わせて用いることもできる。詳細には、２つの条件として、（Ａ）および（Ｂ）の組み合わせ、（Ａ）および（Ｃ）の組み合わせ、（Ａ）および（Ｄ）の組み合わせ、（Ｂ）および（Ｃ）の組み合わせ、（Ｂ）および（Ｃ）の組み合わせ、（Ｃ）および（Ｄ）の組み合わせが挙げられる。そして３つの条件として、（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）の組み合わせ、（Ａ）、（Ｂ）および（Ｄ）の組み合わせ、（Ａ）、（Ｃ）および（Ｄ）の組み合わせ、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）の組み合わせが挙げられる。そして４つの条件として（Ａ）〜（Ｄ）の組み合わせが挙げられる。
【００７７】
・第１実施形態では、落下抑制制御および動作連動制御において、モータ２０の回転速度を小さくすることにより、ジャイロモーメントＪＭおよび慣性力Ｑを制御したが、ジャイロモーメントＪＭおよび慣性力Ｑの制御態様はこれに限られない。例えば、モータ２０の回転方向を反転することにより、ジャイロモーメントＪＭおよび慣性力Ｑの方向を変更する制御を行うこともできる。また、モータ２０の回転速度を小さくすることおよびモータ２０の回転方向を反転することを組み合わせることもできる。
【００７８】
・第１実施形態では、落下抑制制御および動作連動制御において、モータ２０の回転速度を小さくする制御を行ったが、これに代えて報知手段を用いることもできる。すなわち、報知手段により身体鍛錬装置１が使用者の手から落下する可能性があること、および上腕の回旋運動が適切でないことを使用者に知らせることもできる。具体的には、図３に示すように、制御回路３０には、報知部３３が設けられる。上述のセンサの信号に基づいて、使用者の手から身体鍛錬装置１が落下する可能性がある、または回旋運動が適切ではないと判断部３１が判断したときには、制御部３２を介して報知部３３に制御信号を出力する。この信号に基づいて報知部３３は、音、光、振動およびこれらの組み合わせにより、使用者に手から身体鍛錬装置１が落下する可能性がある旨または回転運動が適切ではない旨を報知する。
【００７９】
・第２実施形態では、制御部３２により強モード、通常モードおよび弱モードの３モードにより電機子２１の電力供給を制御したが、電力供給の制御態様はこれに限られない。例えば、強モードおよび弱モードの２モードにより制御することもできる。また４モード以上により制御することもできる。
【００８０】
・第２実施形態では、パルス幅Ｔを変更することにより強モード、通常モードおよび弱モードの３モードをそれぞれ設定したが、各モードの内容はパルス幅Ｔの変更のみに限られない。例えば、ＰＷＭの周波数を変更することもできる。具体的には、強モードの周波数が最も大きく、弱モードの周波数が最も小さくなるように設定する。そして通常モードの周波数は、弱モードの周波数と強モードの周波数との間の所定周波数に設定する。
【００８１】
・第２実施形態では、モータ２０の回転速度を変更する制御を行ったが、モータ２０の回転方向を反転する制御を行うこともできる。この場合、カウンタを追加するとともに、所定時間をカウントするカウンタにより所定期間に達したことに基づいて、モータ２０の回転方向を反転するように制御する。
【００８２】
・第２実施形態では、制御回路３０がＰＷＭ指令値をモータ２０に出力することにより電機子２１の電力供給を制御したが、制御回路３０の電力供給の制御態様はこれに限られない。例えば、ＰＷＭに代えてＰＡＭ（pulse-amplitude modulation）により電機子２１の電力供給を制御することもできる。
【００８３】
・第２実施形態では、使用者が制御スイッチを使用することにより、モータ２０の回転速度を変更したが、モータ２０の回転速度の変更態様はこれに限られない。例えば、制御回路３０にＰＷＭ指令値のパターンを予め用意し、このパターンに基づいてモータ２０の回転速度を変更することもできる。また、ＰＷＭ指令値のパターンをモータ２０の角加速度を変更するように設定した場合、同パターンに基づいてモータ２０の角加速度を変更することもできる。
【００８４】
・第３実施形態では、磁石２２が円弧形状に形成されることにより、回転体２６の重心が回転体２６の回転軸Ｊ１とは異なるところに位置したが、回転体２６の重心Ｇと回転軸Ｊ１とが互いに異なるところに位置する構成はこれに限られない。例えば、ホルダ２３の一部分に質量を付加もしくはホルダ２３の質量を減少させることにより、回転体２６の重心Ｇを回転軸Ｊ１とは異なるところに位置させることもできる。
【００８５】
・上記各実施形態では、身体鍛錬装置１はモータ２０が１つ設けられるのみであったが、モータの個数はこれに限られない。例えば、図１２（ａ）に示すように、本体ケース１０内に設けられるとともに、本体ケース１０よりも上方に位置する可動部９０を回転させる第１モータ８０と、可動部９０を構成する第２モータ８１とを含む構成とすることもできる。具体的には、可動部９０には、第１モータ８０の出力軸８０Ａに固定されるとともに出力軸８０Ａと回転軸Ｊ２を中心に一体に回転するホルダ９１が設けられている。このホルダ９１には、第２モータ８１が、同モータ８１の出力軸８１Ａ（回転軸Ｊ２）が第１モータ８０の出力軸８０Ａ（回転軸Ｊ１）に直交するように設けられている。この場合、１２（ｂ）に示すように、使用者は、本体ケース１０を把持するとともに図示しない電源スイッチをオン操作することにより、第１モータ８０および第２モータ８１を回転させる。これにより、使用者の腕にジャイロモーメントＪＭが作用する。このような構成によれば、使用者が身体鍛錬装置１を傾ける動作をせずともジャイロモーメントＪＭを腕に作用させることができる。これにより、使用者が容易に腕を鍛錬することができる。
【００８６】
・また図１３に示すように、３個の身体鍛錬装置１を含めて１つの身体鍛錬装置１として構成することもできる。この場合、各装置１のモータ２０の回転軸は、互いに交差またはねじれの関係となるように配置される。これにより、使用者の身体に負荷を与える方向が複数となる。したがって、使用者の身体鍛錬を効果的に行うことができる。またこの構成では、制御回路３０および駆動電源４０が装置全体としてそれぞれ３つ設けられているが、制御回路３０および駆動電源４０は、装置全体としてそれぞれ１つにすることもできる。
【００８７】
・上記各実施形態では、電機子２１の外側に磁石２２が配置されるとともに、磁石２２が回転する、いわゆるアウターロータ式のモータであったが、モータ２０の構成はこれに限られない。例えば、電機子２１と磁石２２とがモータ２０の回転軸方向において互いに対向する構成とすることもできる。
【００８８】
・上記各実施形態では、モータ２０の回転体２６が磁石２２およびホルダ２３およびシャフト２４により構成されたが、回転体２６の構成はこれに限られない。例えば、磁石２２に代えて磁性体の薄板を積層する複数の磁歯を有するロータコアを設けることもできる。すなわち、アウターロータ型のステッピングモータとすることもできる。
【００８９】
・上記実施形態では、使用者は、身体鍛錬装置１を把持することにより身体鍛錬を行ったが、図１４に示すように、使用者は、身体鍛錬装置１を腕に装着することにより、身体鍛錬を行うこともできる。この場合、身体鍛錬装置１には、同装置１を使用者の腕に装着するためのバンド１００が設けられている。また、身体鍛錬装置１の装着態様は使用者の腕に限られず、使用者の脚に装着することもできる。
【符号の説明】
【００９０】
１…身体鍛錬装置、１０…本体ケース（ケース）、２０…モータ（駆動部）、２１…電機子、２６…回転体（可動部）、５１…加速度センサ（動作センサ）、５２…力センサ（動作センサ）、５３…ジャイロセンサ（状態センサ）、５４…ポテンショメータ（状態センサ）、６０…表示部、８１…モータ（駆動部）、９０…可動部、Ｊ１…回転軸、Ｇ…重心。
【図１】
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【図２】
2011244980.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011244980.tif 000009
【図８】
2011244980.tif 000010
【図９】
2011244980.tif 000011
【図１０】
2011244980.tif 000012
【図１１】
2011244980.tif 000013
【図１２】
2011244980.tif 000014
【図１３】
2011244980.tif 000015
【図１４】
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