(57)【要約】【課題】トレーニング装置を安全で利便的にできる技術を提供する。【解決手段】トレーニング装置１０は、運動者の操作により移動可能なハンドル５０と、ハンドル５０の移動と回転運動を相互変換する運動変換機構と、運動変換機構によりハンドル５０の移動と連動して回転軸が回転するモータ７１と、モータ７１のトルクを制御する制御部と、を備えることを特徴とする。モータ７１によりハンドル５０に負荷が加えられるため、ハンドル５０に負荷を加えるためのウェイトが不要となる。【選択図】図１
2015163108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動者の操作により移動可能なハンドルと、
前記ハンドルの移動と回転運動を相互変換する運動変換機構と、
前記運動変換機構によりハンドルの移動と連動して回転軸が回転するモータと、
前記モータのトルクを制御する制御部と、を備えることを特徴とするトレーニング装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記運動変換機構を介してハンドルに負荷が加わるようにモータのトルクを制御することを特徴とする請求項１に記載のトレーニング装置。
【請求項３】
前記ハンドルに加わる負荷を検出する負荷センサを更に備え、
前記制御部は、前記負荷センサの検出値が目標値に近づくようにモータのトルクを制御することを特徴とする請求項１または２に記載のトレーニング装置。
【請求項４】
前記制御部は、運動者がハンドルを操作しているときの運動の状態及び／又は時間に応じて目標値を設定し、その目標値に前記負荷センサの検出値が近づくようにモータのトルクを制御することを特徴とする請求項３に記載のトレーニング装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記ハンドルの加速度に応じて目標値を設定し、その目標値に前記負荷センサの検出値が近づくようにモータのトルクを制御することを特徴とする請求項３または４に記載のトレーニング装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記ハンドルに負荷を加えている方向にハンドルが移動するとき、前記負荷センサの検出値が所定の上限値以下となるようにモータのトルクを制御することを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載のトレーニング装置。
【請求項７】
前記ハンドルが運動者により操作されている状態にあるか否かを検出する操作状態検知センサを更に備え、
前記制御部は、前記操作状態検知センサの検出結果に応じてモータのトルクを制御することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のトレーニング装置。
【請求項８】
他のトレーニング装置において他の運動者により操作されるハンドルの移動量を示す操作情報を取得する情報取得部を更に備え、
前記制御部は、前記操作情報を用いてモータのトルクを制御することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のトレーニング装置。
【請求項９】
前記運動変換機構は、前記ハンドルに取り付けられるワイヤーが巻き回されるドラムを備え、
前記ハンドルとドラムの間においてワイヤーに張力が作用している間、ワイヤーがたるもうとするときに動作してワイヤーに張力を付与する張力付与機構を更に備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のトレーニング装置。
【請求項１０】
前記張力付与機構は、前記ドラムからワイヤーが送り出されているときに、ワイヤーを巻き取る方向にドラムを付勢するドラム付勢部材を有することを特徴とする請求項９に記載のトレーニング装置。
【請求項１１】
前記運動変換機構は、
前記モータの回転軸の回転と連動して支軸周りに揺動する揺動アームを有し、
前記揺動アームの端部が異なる軌跡を描いて揺動するように複数の動作を切り替え可能に構成されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のトレーニング装置。
【請求項１２】
支持体と、
前記支持体に固定される負荷発生装置と、
前記負荷発生装置により負荷が加えられるハンドルと、を備え、
前記負荷発生装置は、モータのトルクを制御することにより前記ハンドルに負荷を加えることを特徴とするトレーニング装置。
【請求項１３】
モータと、
前記モータが外部の対象物へ力を伝達するための媒体と、
前記媒体に発生させるべき負荷の目標値を取得する第１取得部と、
前記媒体に生じる力のセンサによる検出値を取得する第２取得部と、
前記モータのトルクを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記対象物から作用する外力によりモータの回転軸が一方向に回転しようとするとき、前記検出値が前記目標値に近づくように、前記一方向とは逆方向のトルクをモータに発生させることを特徴とする制御ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運動者の筋力トレーニングに用いられる装置と、ハンドル等の外部の対象物に加える負荷を制御するための制御ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なトレーニング装置は、着座部と、着座した運動者が操作するバーベル、バー等のハンドルとを備え、ハンドルを操作する運動者の手足にはウェイトを使って負荷が加えられる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１２２４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のトレーニング装置ではウェイトを使って運動者に負荷を与える。このため運動者が７０ｋｇのバーベルを持ち上げる運動をしたければ、７０ｋｇのウェイトが必要になる。また、トレーニング中にウェイトが落下すると大きな事故を起こしかねない。更に、トレーニング中の重さの調整やトレーニング装置の運搬もウェイトが存在しているために面倒で不便である。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされ、その目的は、トレーニング装置を安全で利便的にできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様はトレーニング装置に関する。トレーニング装置は、運動者の操作により移動可能なハンドルと、ハンドルの移動と回転運動を相互変換する運動変換機構と、運動変換機構によりハンドルの移動と連動して回転軸が回転するモータと、モータのトルクを制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の別の態様に係るトレーニング装置は、支持体と、支持体に固定される負荷発生装置と、運動者の操作により移動可能であり、負荷発生装置により負荷が加えられるハンドルと、を備え、負荷発生装置は、モータのトルクを制御することを特徴とする。
【０００８】
これらの態様によれば、運動者がハンドルを用いて運動している間、モータによりハンドルに負荷が加えられ、従来のウェイトと同等の負荷をハンドルに加えることができる。
【０００９】
また、本発明の別の態様は制御ユニットに関する。制御ユニットは、モータと、モータが外部の対象物へ力を伝達するための媒体と、媒体に発生させるべき負荷の目標値を取得する第１取得部と、媒体に生じる力のセンサによる検出値を取得する第２取得部と、モータのトルクを制御するトルク調整部と、を備え、トルク調整部は、対象物から作用する外力によりモータの回転軸が一方向に回転しようとするとき、検出値が目標値に近づくように、前記一方向とは逆方向のトルクをモータに発生させることを特徴とする。
【００１０】
この態様によれば、ハンドル等の対象物にモータにより負荷が加えられ、対象物に負荷を加えるためのウェイトが不要となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、トレーニング装置を安全で利便的にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は第１実施形態に係るトレーニング装置の全体構成を示すブロック図であり、（ｂ）はその動作時の全体構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態に係るトレーニング装置の制御系全体を示すブロック図である。
【図３】ダンベルを用いて運動者が運動している状態を模式的に示す図である。
【図４】第１実施形態に係るモータの制御系を示すブロック図である。
【図５】第２実施形態に係るトレーニング装置をベンチプレスとして使用している状態を斜め横方向から見た図である。
【図６】第２実施形態に係るトレーニング装置を運動者の頭部側から見た図である。
【図７】第２実施形態に係るトレーニング装置の収容時の状態を示す図である。
【図８】第２実施形態に係るトレーニング装置をラットプルダウンとして使用している状態を示す斜視図である。
【図９】第２実施形態に係るトレーニング装置をアームカールとして使用している状態を示す斜視図である。
【図１０】第２実施形態に係るトレーニング装置をレッグカールとして使用している状態を示す斜視図である。
【図１１】第２実施形態に係る負荷発生装置の構成を示す斜視図である。
【図１２】第２実施形態に係る負荷発生装置を別の角度から見た斜視図である。
【図１３】第２実施形態に係る駆動ユニットの構成を示す平面断面図である。
【図１４】第２実施形態に係る駆動ユニットの回転伝達部材が回転ストッパに係合している状態を示す図である。
【図１５】第３実施形態に係るトレーニング装置を用いてラットプルダウンをしている状態を示す図である。
【図１６】第３実施形態に係るトレーニング装置を用いてレッグカールをしている状態を示す図である。
【図１７】第３実施形態に係る負荷発生装置の内部構成を示す側面断面図である。
【図１８】（ａ）は、第３実施形態に係る負荷発生装置の内部構成を示す平面断面図であり、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大した平面断面図である。
【図１９】第３実施形態に係る揺動アームの一つの動作態様を示す図である。
【図２０】第３実施形態に係る揺動アームの他の動作態様を示す図である。
【図２１】第４実施形態に係るトレーニング装置の制御系を示すブロック図である。
【図２２】第５実施形態に係るトレーニングシステムの構成図である。
【図２３】第５実施形態に係るトレーニングシステムが行う処理内容を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は第１の実施の形態に係るトレーニング装置１０の全体構成を示すブロック図である。トレーニング装置１０は、ハンドル５０と、基体６１と、負荷発生装置６０とを備える。
【００１４】
ハンドル５０は、ワイヤー５１に脱着可能に取り付けられ、そのワイヤー５１を介して負荷発生装置６０のドラム８１とつながれる。ハンドル５０は往復動するように運動者により操作される。すなわち、ハンドル５０によりワイヤー５１を引く方向（以下、往路方向Ｑ１という）と、逆側に戻す方向（以下、復路方向Ｑ２という）に操作される。
【００１５】
基体６１は上下方向に延びる長尺部材である。基体６１は床面に固定される。基体６１には第１固定プーリ１５３が回転自在に支持される。基体６１にはプーリ保持部６９が設けられ、そのプーリ保持部６９には第２固定プーリ１５４が回転自在に支持される。また、基体６１には可動プーリ１５１が取り付けられる。可動プーリ１５１は鉛直方向にスライド可能に設けられた支持軸１５５に回転自在に取り付けられる。また、可動プーリ１５１は基体６１に取り付けられたつるまきばね１５７により吊り支持される。ワイヤー５１は、ハンドル５０から第１固定プーリ１５３、可動プーリ１５１、第２固定プーリ１５４を経由してドラム８１に至る。
【００１６】
負荷発生装置６０は、運動変換機構８０と、モータ７１を備える。運動変換機構８０は、ドラム８１の他に、減速機構８３を含む。ドラム８１にはワイヤー５１が巻き回される。
【００１７】
減速機構８３は、複数のギアやベルト等により構成される。減速機構８３は、モータ７１のモータ回転軸７２の回転を減速してドラム８１に伝達する。モータ７１のモータ回転軸７２が一方向Ｍａに回転すると、ドラム８１によりワイヤー５１が巻き取られる。以下、このモータ回転軸の一方向Ｍａの回転と、これとは逆方向Ｍｂの回転を、それぞれ正回転、逆回転という。また、ドラム８１によりワイヤー５１を巻き取り方向と送り出す方向を、それぞれ方向Ｄａ、方向Ｄｂという。
【００１８】
運動者がハンドル５０を往路方向Ｑ１に移動させてワイヤー５１を引くと、ドラム８１が送り出し方向Ｄｂに回転する。ドラム８１の送り出し方向Ｄｂの回転は、減速機構８３を介してモータ７１のモータ回転軸５２の逆回転として伝達される。このようにドラム８１と減速機構８３を含む運動変換機構８０は、ハンドル５０の往路方向Ｑ１の移動と、ドラム８１等の回転運動を相互変換する。また、モータ７１は、運動変換機構８０により、ハンドル５０の移動と連動してモータ回転軸７２が逆回転する。
【００１９】
モータ回転軸７２が方向Ｍｂに逆回転する間、モータ７１は、後述の制御部１１０により、方向Ｍａの正回転のトルクがモータ回転軸７２に加わるように制御され、そのトルクによりハンドル５０に負荷が加えられる。
【００２０】
運動者がハンドル５０を復路方向Ｑ２に移動させると、モータ回転軸７２が正回転し、減速機構８３によりドラム８１が巻き取り方向Ｄａに回転する。ドラム８１が巻き取り方向Ｄａに回転すると、ドラム８１にワイヤー５１が巻き取られる。このとき、ハンドル５０の移動速度がドラム８１の巻き取り速度より遅いかぎり、ハンドル５０に負荷が加えられる。
【００２１】
ここで、運動者がハンドル５０をドラム８１の巻き取り速度より速く戻した場合、ワイヤー５１の張力が失われ、ワイヤー５１がたるんでしまう。
【００２２】
このたるみを防止する機構として張力付与機構１５０が設けられている。図１（ｂ）は、ハンドル５０を往路方向Ｑ１に移動させ、ワイヤー５１に張力を加えている際の張力付与機構１５０の状態を示す図である。張力付与機構１５０は、可動プーリ１５１と、一端を基体６１に固定され、他端を可動プーリ１５１と接続されたつるまきばね１５７を有する。可動プーリ１５１は、直線上を往復運動できるように取り付けられ、プーリストッパ１５９に接触することで移動が制限される。
【００２３】
ハンドル５０を往路方向Ｑ１に移動させている場合、つるまきばね１５７の付勢力に抗して可動プーリ１５１がつるまきばね１５７を伸ばす方向にスライドする。これにより、可動プーリ１５１には、つるまきばね１５７が縮む方向に力が加えられている。また、可動プーリ１５１は、基体６１に設けられるプーリストッパ１５９と係合するまでスライドする。可動プーリ１５１がつるまきばね１５７を伸ばす方向にスライドすることにより、ドラム８１からハンドル５０に至る経路で、ワイヤー５１が架け渡される経路の距離が短くなる。
【００２４】
ワイヤー５１にかかる張力が小さくなり、たるみが生じると、つるまきばね１５７の付勢力により可動プーリ１５１がつるまきばね１５７の縮む方向にスライドする。つまり、ワイヤー５１が架け渡される経路の距離が長くなる。一般に、パネの復元力による応答速度は、減速機構８３を介して接続されたモータ７１の応答速度より速いため、ワイヤー５１のたるみが顕在化するより前にたるみを解消できる。
【００２５】
図２は、図１のトレーニング装置１０の制御系全体を示すブロック図である。トレーニング装置１０は、モータ７１の他に、第１センサ１０１ａと、第２センサ１０１ｂと、第３センサ１０１ｃと、負荷センサ１０３と、入力部１０５と、表示部１０７と、通信部１０９と、制御部１１０と、駆動回路２００を含む。
【００２６】
モータ７１はブラシレスモータであるが、サーボモータ、ステッピングモータ等の他のモータが用いられてもよい。第１センサ１０１ａは、ハンドル５０の加速度を示す検出値Ｓ２を生成する。第２センサ１０１ｂ、第３センサ１０１ｃは、ハンドル５０の移動方向、移動量を示す検出値をそれぞれ生成する。
【００２７】
本実施の形態において、第１センサ１０１ａ〜第３センサ１０１ｃはロータリエンコーダを用いて一体に構成される。図１のトレーニング装置１０では、第１センサ１０１ａ〜第３センサ１０１ｃとしてのロータリエンコーダは、回転センサ１０１としてモータ７１に取り付けられている。ある変形例において、第１センサ１０１ａとして、ジャイロセンサなどの加速度センサを用いてもよい。また、位置、速度（方向を含む）、加速度は、微分積分の関係にある。したがって、いずれかひとつを検出し、残りを微分、積分演算に基づいて求めてもよい。
【００２８】
負荷センサ１０３は、たとえば、ひずみセンサ（歪みゲージ）である。負荷センサ１０３は、図１の負荷発生装置６０のプーリ保持部６９に取り付けられる。ハンドル５０にワイヤー５１を通じて負荷が加えられたとき、その負荷に応じた大きさの荷重がプーリ保持部６９に作用する。負荷センサ１０３は、この荷重を検出し、負荷の大きさを示す電気信号（負荷検出値Ｓ１）を制御部１１０に出力する。負荷検出値Ｓ１は、ワイヤー５１の張力Ｆを示すものと把握できる。
【００２９】
入力部１０５は、データの入力を受け付ける機能を有し、キーユニット、フットスイッチ、マイク、音声認識ユニット等により構成される。表示部１０７は、データを表示する機能を有し、ディスプレイ等により構成される。通信部１０９は、携帯端末等の他の情報処理装置との間で通信する機能を有する。
【００３０】
制御部１１０は、検出結果取得部１１１と、目標値設定部１１３と、トルク調整部１１５と、管理部１１７を含む。制御部１１０の各機能は、演算装置、メモリ、メモリにロードされたプログラムや、回路などによって実現され、図２ではそれらの連携により実現される機能ブロックを描く。これらの機能ブロックはハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組み合わせによりいろいろな形で実現できる。
【００３１】
本実施の形態に係るトレーニング装置１０は、ウェイトを用いた従来のトレーニング装置と同様の負荷を、運動者に与えることが可能となっている。
【００３２】
図３はダンベルを用いて運動者が運動している状態を模式的に示す図である。ウェイト１２０として質量ｍのダンベルを手１２１で掴み、運動者が腕を加速度αで上下に往復させる運動を考える。運動者の手１２１には、下記の式（１０）に示すように、重力によりウェイト１２０から作用する力ｍ［ｋｇ］×ｇ［ｍ／ｓ２］と、加速度運動によりウェイト１２０から作用する慣性力ｍ［ｋｇ］×α［ｍ／ｓ２］とを加算した負荷Ｆｗ［Ｎ］が加わる。つまり、運動者の手１２１には、加速度αの大きさに応じて時々刻々と変動する負荷が加わる。なお、加速度αは、鉛直方向（Ｚ方向）に加速する向きを正にとるものとする。
Ｆｗ＝ｍ×ｇ＋ｍ×α＝ｍ×（ｇ＋α）  ・・・（１０）
【００３３】
図２に戻る。質量ｍのウェイト１２０を用いて運動したときと同様の負荷をモータ７１の制御によりハンドル５０に加える場合、式（１０）で与えられる力Ｆｗを発生させるように、モータ７１の発生トルクを制御すればよい。この力Ｆｗは、上述したワイヤー５１に作用する張力Ｆに相当する。つまり、モータ７１の発生トルクは、現在の運動者の運動の状態、より詳しくは、運動者の体の部位に付随して動くハンドル５０の加速度αに応じて、時々刻々と変化させる必要がある。
【００３４】
負荷センサ１０３からの負荷検出値Ｓ１は、ハンドル５０に加わる負荷Ｆｗ、言い換えればワイヤー５１の張力Ｆに比例した大きさとなる。したがって、負荷Ｆｗの目標値ＦＲＥＦを、式（１０）にもとづいて変化させることで、モータ７１によって質量ｍのウェイト１２０を再現することが可能となる。
【００３５】
質量ｍは運動者の入力部１０５の操作を通じて入力される。ハンドル５０の加速度αは、第１センサ１０１ａの検出値Ｓ２にもとづいて取得される。たとえば、第１センサ１０１ａとしてモータ７１の回転センサ１０１を用いる場合、検出値Ｓ２として、モータの回転数ωの加速度ω’が取得される。その場合、回転加速度ω’に所定の係数を乗じた値が、ハンドルの加速度αとなる。係数は、ワイヤー５１を巻き取るドラム８１の径、減速機構８３の減速比等に応じて定められる。
【００３６】
目標値設定部１１３は、入力部１０５から入力される質量ｍと、ハンドル５０の移動中に第１センサ１０１ａの検出値Ｓ２から得られる加速度α（ｔ）と、を受け、式（１０）にもとづいて、ハンドル５０の負荷Ｆｗの目標値ＦＲＥＦを演算する。
【００３７】
トルク調整部１１５は、ハンドル５０に負荷が加わるように、モータ７１のトルクを制御する。トルクの制御は、負荷センサ１０３の検出値が運動者の運動に応じて適応的に定められる目標値に近づくように、モータ７１の電流を調整するフィードバック制御により実現される。なお、フィードバック制御に代えて、あるいはそれに加えて、フィードフォワード制御を用いてもよい。
【００３８】
目標値設定部１１３は、ハンドル５０の操作によりハンドル５０の加速度αが変化すると、その加速度αに応じて動的に目標値ＦＲＥＦを設定する。ハンドル５０には、動的に変化する目標値ＲＥＦに追従して変化する負荷Ｆｗがフィードバック制御により加えられる。これにより、質量ｍのウェイトによりハンドル５０に負荷を加えた場合と同様の慣性力を考慮した運動を実現できる。
【００３９】
図４は、モータ７１の制御系を示すブロック図である。
トルク調整部１１５は、フィードバックコントローラ１１５ａおよびデューティコントローラ１１５ｂを含む。フィードバックコントローラ１１５ａは、ハンドル５０の負荷の検出値ＦＳＥＮＳＥとその目標値ＦＲＥＦ（ｔ）の誤差がゼロとなるように値が調節されるトルク指令値Ｓ３を生成する。デジタル信号処理を用いる場合、フィードバックコントローラ１１５ａは、ＰＩ（比例・積分）コントローラが利用できる。ＰＩコントローラに代えて、Ｐ（比例）コントローラ、ＰＩＤ（比例・積分・微分）コントローラを用いてもよい。フィードバックコントローラ１１５ａをアナログ回路で構成する場合、演算増幅器（誤差増幅器）が利用可能である。
【００４０】
デューティコントローラ１１５ｂは、トルク指令値Ｓ３に応じたデューティ比を有する制御パルスＳ４を生成する。駆動回路２００は、制御パルスＳ４に応じてモータ７１をＰＷＭ（パルス幅変調）駆動する。
【００４１】
トルク調整部１１５は、ＰＷＭ駆動に代えて、リニア駆動を行ってもよい。この場合、トルク指令値Ｓ３に応じてモータ７１に印加される駆動電圧の振幅が調節される。
【００４２】
図２に戻る。管理部１１７は、運動者のトレーニング内容に関するトレーニング情報を管理する。トレーニング情報には、１セット毎のハンドル５０の移動回数や、負荷の質量を示す情報が含まれる。管理部１１７は、運動者がトレーニングを行う都度、回転センサ１０１の検出結果や入力部１０５から入力された情報を用いて、ハンドル５０の移動回数等を監視して記憶する。管理部１１７は、入力部１０５からの入力により運動者が行うトレーニングの種類を判断し、トレーニングの種類毎にハンドル５０の移動回数等を記憶してもよい。管理部１１７は、トレーニング情報を表示部１０７に表示したり、通信部１０９を通して携帯端末等の情報処理装置に送信してもよい。運動者は、トレーニング情報の表示を通して自らのトレーニング内容を確認できる。例えば、入力部１０５、表示部１０７、および管理部１１７は、携帯端末で動作するアプリケーションとして提供されてもよい。そのアプリケーションと通信部１０９とが通信をすることで、必要な情報が制御部１１０に提供されてもよい。
【００４３】
次に、本実施形態に係るトレーニング装置１０の動作の一例を説明する。トレーニングの開始時、運動者はハンドル５０を操作して移動開始位置に移動させ、入力部１０５の操作により準備ができた旨を入力する。移動開始位置では、ハンドル５０を操作してワイヤー５１を引くと張力が作用する。移動開始位置は、そのワイヤー５１に張力が作用し始める位置からワイヤー５１を更に引く等して調整してもよい。
【００４４】
制御部１１０は、運動者の入力を受け付けてから、所定時間の経過後、表示部１０７の表示を通して準備が完了した旨を報知する。運動者は、これを確認したら、ハンドル５０の操作を開始する。この報知はスピーカー等の音声出力部による音声出力を通して行われてもよい。
【００４５】
運動者がハンドル５０を往路方向Ｑ１（図１参照）に移動させると、運動変換機構８０によりモータ回転軸７２が逆回転する。モータ回転軸７２の逆回転の間、モータ７１は、モータ回転軸７２に正回転のトルクが加わるように制御部１１０により制御される。ハンドル５０には、モータ回転軸７２のトルクに応じた大きさの復路方向Ｑ２（図１参照）の負荷が加えられる。トルクの制御には、上述のように、負荷センサ１０３の検出値ＦＳＥＮＳＥが目標値ＦＲＥＦに近づくようにフィードバック制御が行われる。ハンドル５０には、質量ｍのウェイトにより負荷を加えた場合と同様の復路方向Ｑ２の負荷が加わる。
【００４６】
運動者がハンドル５０を復路方向Ｑ２に移動させると、モータ回転軸７２が正回転し、ドラム８１が巻き取り方向Ｄａに回転してワイヤー５１が巻き取られる。制御部１１０は、このときも上述のフィードバック制御を行い、ハンドル５０に復路方向Ｑ２の負荷が加わる。管理部１１７は、ハンドル５０が移動した回数をカウントし、予め設定された回数に到達すると運動の終了を通知するとともにハンドル５０にかかる負荷を無くす。
【００４７】
別の例では、入力部１０５が音声認識機能を有し、運動者からの音声指示に応じて制御部１１０は動作してもよい。例えば、運動者が「開始」と声を発すると、トレーニングのための負荷を加え始める。トレーニング中に運動者が「少し重く」とか「少し軽く」と声を発することで、入力部１０５が音声を認識して目標値設定部１１３に設定されている目標値を調整してもよい。また「中止」と声を発することで、負荷を無くしてトレーニング処理を中止しても良い。
【００４８】
以上のトレーニング装置１０によれば、モータ７１が発生するトルクによりハンドル５０に負荷が加わるため、負荷用のウェイトが不要となる。例えば、５０ｋｇ相当の負荷をモータ７１と減速機構８３を使って実現する場合、それらは５０ｋｇに満たない重量で実現できる。設計にもよるが１０ｋｇ程度で実現できる。また、電気的な制御によりモータ７１が発生するトルクの大きさを制御できるため、運動者に与える負荷の大きさにかかわらず、トレーニング装置１０の重量は一定である。つまり、従来の運動装置は、運動者に与える負荷の大きさに比例して装置とウェイトの重量も増すが、トレーニング装置１０は負荷が大きくなっても装置の重量は一定である。このように、従来の装置と比べて軽い重量になるため、運搬作業が容易である。また、軽量になるため、設置場所についても床の補強などの必要がなくなる。また、負荷の調整をモータ７１のトルク制御により簡単に実現できるため、従来のような様々な重さのウェイトを手作業で組み替える手間が不要になる。また、ウェイトの落下という危険性が無いため、運動者が安心してトレーニングに励むことができ、子供や高齢者などの弱者であっても安心して体力作りに挑戦することができる。
【００４９】
（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態に係るトレーニング装置１０をベンチプレスとして使用している状態を斜め横方向から見た図であり、図６は、図５のトレーニング装置１０を運動者の頭部側から見た図である。以下、第１の実施の形態で説明した要素と同一の要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５０】
トレーニング装置１０は、ハンドル５０と、負荷発生装置６０の他に、支持体２０と、座体４０とを備える。支持体２０は、一対のフレーム構造体２１を備える。フレーム構造体２１は、複数のパイプ等のフレームを接続して構成され、各フレームにより平面状の構面が形成される。左右のフレーム構造体２１には、それぞれ負荷発生装置６０が着脱可能に取り付けられている。負荷発生装置６０から伸びるワイヤー５１は、複数のプーリに架け渡されてハンドル５０に導かれる。ワイヤー５１とハンドル５０はカラビナ５３を介して接続される。
【００５１】
カラビナ５３はワイヤー５１の捻れを取り除き、ハンドル５０に捻れの影響が及ばないようにするとともに、十分な大きさを有することでワイヤー５１が負荷発生装置６０に巻き取られる長さを規制する物理的なリミッタの役目がある。これにより、なんからの理由によりモータ７１の制御ができなくなった場合でも、運動者に危険がおよぶまでワイヤー５１が巻き取られることを防止できる。
【００５２】
フレーム構造体２１は、床面に載置される脚フレーム２３と、脚フレーム２３から上方に延びるメインフレーム２５と、メインフレーム２５より脚フレーム２３の後方位置から上方に延びる補強フレーム２７を含む。脚フレーム２３には、その上面に座体４０や運動者が載るマット２９が載置される。脚フレーム２３は、複数の分割フレーム２４をヒンジで連結して構成される。
【００５３】
座体４０は、床面にマット２９を介して載置される支持台４１と、支持台４１の上面に装着されるシートとしての着座部４３を備える。マット２９は脚フレーム２３を上から押さえつけるように配置され、座体４０に載った運動者の体重がマット２９を介して脚フレーム２３に伝わるように構成される。これにより、運動者の体重でトレーニング装置１０を支えることができ、トレーニング装置１０の重量が軽量であったとしても運動時に装置を固定し、安全に運動を行うことができる。別の例では、支持台４１と脚フレーム２３とが結合することで、運動者の体重がトレーニング装置１０に作用するように構成してもよい。
【００５４】
一対のフレーム構造体２１は平行に配置され、それらの間には運動者がトレーニングするためのトレーニング用スペース３１が設けられる。各フレーム構造体２１は補強フレーム２７がリンク体３４を介して連結される。リンク体３４は複数のリンクにより構成される。
【００５５】
運動者は、着座部４３に横たわり通常のベンチプレスと同じようにハンドル５０を両手で握る。腕を曲げた状態から、ワイヤー５１を介して腕に作用する荷重に打ち勝ちながら徐々に腕を伸ばす。伸ばし終えたら、今度はゆっくりと腕を折り曲げてハンドル５０を自身の胸に近づける。これを繰り返すことで運動者は上半身を鍛えることができる。
【００５６】
負荷発生装置６０は、図２の制御部１１０により制御され、運動者があたかもウェイトを持ち上げているかのようにワイヤー５１を引っ張り、ハンドル５０を把持する運動者の腕に負荷を加える。制御部１１０はハンドル５０の加速度も考慮してモータ７１を制御するので、運動者はリアルなウェイトを持ち上げているかのように感じることができる。つまり、運動者が非常にゆっくりとハンドル５０を持ち上げようとすれば、運動者には設定した荷重のみが加わる。運動者が急激にハンドル５０を持ち上げようとすれば、その加速度に応じて大きくなる慣性力も加えた荷重がかかる。
【００５７】
従来のベンチプレスの場合、運動者はウェイトの上げ下げを繰り返した後、所定の位置にウェイトを戻さなければならない。運動者は自身の筋力の限界を認識し、限界の範囲内で余力を残してトレーニングをする必要がある。これは、トレーニングが危険であることの裏返しであり、ある程度の筋力を有する者だけが許される運動手段であると言える。また、ウェイトトレーニングの熟練者であっても、意図せずウェイトを自分に落としてしまうかもしれないという不安を感じながらトレーニングを行っている。
【００５８】
図５のトレーニング装置１０は、ハンドル５０に加える荷重をモータ７１のトルクを利用して生成するため、運動者が安全に、そして安心してトレーニングできるように負荷を調整することができる。すなわち、トレーニング装置１０は、運動者がハンドル５０にかかる荷重に耐えられなくなり、ハンドル５０に挟まるような状態になったとしてもハンドル５０にかかる荷重を無くして運動者の身の安全を確保する。また、トレーニング装置１０は、運動者がトレーニング装置１０にかかる荷重に耐えられなくなったと判断した場合、引っ張り荷重を無くし、単にハンドル５０自体の重量だけが腕にかかるように制御することができる。
【００５９】
図２のトルク調整部１１５は、負荷を加える方向（復路方向Ｑ２）にハンドル５０が移動するとき、負荷センサ１０３の検出値が所定の上限値より小さくなるようにモータ７１のトルクを制御する。つまり、なんらかの理由によりハンドル５０が運動者の身体の一部に触れ、運動者がハンドル５０に挟まるような状態になったとしても、ハンドル５０を引っ張り続けることが無いように上限値が定められている。この上限値は、負荷によりハンドル５０が加速されて運動者やトレーニング装置１０等に衝突しても安全な値が設定される。
【００６０】
ハンドル５０の移動方向は第２センサ１０１ｂの検出値から得る。第２センサ１０１ｂとしてモータ７１の回転センサ１０１を用いる場合、この検出値として、モータ回転軸７２の回転方向が得られる。ハンドル５０が復路方向Ｑ２に移動するとき、モータ回転軸７２が方向Ｍａに正回転する。トルク調整部１１５は、モータ回転軸７２の正回転を回転センサ１０１により検出した場合、負荷センサ１０３の検出値が上限値以下となるように制御する。
【００６１】
運動者が疲労によりハンドル５０にかかる荷重に耐えられないと判断された場合、自動的に荷重を軽くすることで安全にトレーニングを行うことができる。トルク調整部１１５は、ハンドル５０が復路方向Ｑ２にあり、負荷センサ１０３の検出値が急激に低くなった場合に運動者が疲労していると判断して、荷重を下げてもよい。例えば、一定間隔で負荷センサ１０３の検出値を取り込み、現時点までの平均値より所定の閾値を越えて検出値が低くなった場合に疲労したと判断してもよい。
【００６２】
負荷センサ１０３が歪みゲージの場合、ワイヤー５１に張力が生じている場合に歪みが生じ、張力が無くなると歪みも無くなる。ベンチプレスをしている際に運動者が疲れてハンドル５０を支えきれなくなると、急激にハンドル５０が落ちようとする。このとき歪みが減る。トルク調整部１１５は、歪みの変化量に基づいて、運動者の疲労の度合いを判断して安全な荷重を自動的に設定する。
【００６３】
図７は、図５のトレーニング装置１０を収容した時の状態を示す図である。脚フレーム２３は、複数の分割フレーム２４の連結箇所で折り曲げ可能である。この連結箇所は運動時には一体化してひとつの構造体になるように形成される。つまり、連結箇所は収容時には折り曲げることができ、運動時には図５のマット２９を介して運動者の体重がトレーニング装置１０に作用するように一体化するように形成される。
【００６４】
リンク体３３は、一対のフレーム構造体２１が近づく方向に折り畳み可能である。トレーニング装置１０は、フレーム構造体２１に取り付けられた負荷発生装置６０の位置をずらし、リンク体３３を折り畳んだうえで脚フレーム２３を折り曲げて、支持体２０全体を小型化した状態で収容できる。
【００６５】
図８は、図５のトレーニング装置１０をラットプルダウンとして使用している状態を示す斜視図である。トレーニング装置１０は、ワイヤー５１を運動方法に応じて適切なプーリにかけることで複数の運動を実現する。ラットプルダウンとして使用する場合、メインフレーム２５からプーリ支持棒３９を引き延ばし、プーリ支持棒３９の先端に中間プーリ３７を取り付ける。別の例ではプーリ支持棒３９は着脱可能に構成されても良い。そして、負荷発生装置６０から延びるワイヤー５１を中間プーリ３７にかける。これにより、運動者が座体４０に座った状態でハンドル５０を引き下げる運動、つまりラットプルダウンと呼ばれる運動を行うことができる。
【００６６】
図９は、図５のトレーニング装置１０をアームカールとして使用している状態を示す斜視図である。この例では、左右の負荷発生装置６０に接続されたワイヤー５１にそれぞれ運動者が把持する部分が輪状に形成されている環状ハンドル５０Ｂを取り付けてある。左右の負荷発生装置６０には異なる荷重を設定できるので、例えば右手には３０ｋｇの荷重をかけ、左手には２５ｋｇの荷重をかけるということもできる。
【００６７】
図１０は、図５のトレーニング装置１０をレッグカールとして使用している状態を示す斜視図である。この例では、左右の負荷発生装置６０に接続されたワイヤー５１にそれぞれ環状ハンドル５０Ｂが取り付けられている。環状ハンドル５０Ｂは、運動者の足首に装着できるように輪状に形成されており、運動者の足首が痛くならないように布などの柔らかい素材でできている。
【００６８】
このように、トレーニング装置１０では運動の種類に応じて複数の形状のハンドル５０が用意されており、運動の種類に応じて取り替えることができる。また、負荷発生装置６０は着脱可能であり、位置を自由に変えることができるため、運動の種類に応じて適切な位置に取り付けることで様々な運動形態に柔軟に対応できる。
【００６９】
図１１は、図５から図１０を用いて説明した負荷発生装置６０の詳細な構成を示す斜視図である。図１２は、図１１の負荷発生装置６０を別の角度から見た斜視図である。負荷発生装置６０は、基体６１と、基体６１に取り付けられた揺動フレーム６３と、駆動ユニット７３と、メインフレーム２５に負荷発生装置６０を固定するための装着部６７が設けられる。装着部６７は、メインフレーム２５を締め付けて固定するクランプであってよい。これによりメインフレーム２５に対する負荷発生装置６０の位置を調整したり、メインフレーム２５から負荷発生装置６０を取り外したりできる。別の例では、装着部６７は、ピンやねじ等の固定具を用いてメインフレーム２５に着脱可能に構成されてもよい。
【００７０】
駆動ユニット７３は、モータ７１とワイヤー５１が巻かれるドラム８１とドラム８１を覆うハウジング８９を有する。モータ７１の駆動力はギア機構を介してドラム８１に伝達される。また、モータ７１には回転センサ１０１が設けられており、モータ７１の回転状態をリアルタイムで検出する。
【００７１】
基体６１には支軸６５が取り付けられる。揺動フレーム６３は支軸６５を介して基体６１に取り付けられる。揺動フレーム６３は、支軸６５の周りに回動自在に取り付けられる。揺動フレーム６３は一対の板材により構成され、その間に幅Ｗの隙間６６が設けられる。揺動フレーム６３にはワイヤー５１をガイドするための複数の可動プーリ６４が回転自在に支持される。また、基体６１にはプーリ保持部６９が設けられ、ワイヤー５１をガイドするための固定プーリ７０が回転自在に支持される。ワイヤー５１は、ドラム８１から固定プーリ７０、可動プーリ６４を経由してハンドル５０に至る。
【００７２】
図５のカラビナ５３は、揺動フレーム６３の隙間６６の幅Ｗより大きく、かつ、揺動フレーム６３内の複数の可動プーリ６４の間隔より大きい幅寸法を有する。これにより、カラビナ５３は、ワイヤー５１がドラム８１に巻き取られたときに、揺動フレーム６３や各可動プーリ６４と接触することにより、ワイヤー５１の巻き取りを規制する規制部材となる。このとき、揺動フレーム６３や可動プーリ６４はワイヤー５１の巻き取りを止める巻き取りストッパとなる。
【００７３】
カラビナ５３は、負荷発生装置６０に巻き取られるワイヤー５１の他端に連結される。ハンドル５０には、カラビナ５３と連結するための短いワイヤー５１（以下、接続用ワイヤーという）が接続されており、接続用ワイヤーとカラビナ５３とが連結される。運動に応じた長さの接続用ワイヤーを用意しておくことにより、意図しないワイヤー５１の巻き取りが生じた場合でも、カラビナ５３でワイヤー５１の巻き取りが制限され、接続用ワイヤーは適切な長さがあるので運動者の安全を確保できる。
【００７４】
固定プーリ７０と可動プーリ６４と支軸６５は、固定プーリ７０および可動プーリ６４の接線の方向と固定プーリ７０と可動プーリ６４とに渡るワイヤー５１の断面の中心線と支軸６５がほぼ一直線上に並ぶように配置される。これにより揺動フレーム６３が揺動してもスムーズにワイヤー５１を導くことができる。負荷発生装置６０が装着部６７と揺動フレーム６３を有することにより、負荷発生装置６０の取り付け位置やワイヤー５１のかけ方を柔軟にできるようになり、ひとつのトレーニング装置１０で複数種類の運動を実現できる。
【００７５】
図１３は、図１１および図１２の駆動ユニット７３の平面断面図である。駆動ユニット７３は、運動変換機構８０と、モータ７１を含む。運動変換機構８０は、ドラム８１の他に、減速機構８３を含む。モータ７１はハウジング８９に取り付けられ、ドラム８１や減速機構８３はハウジング８９に収容される。
【００７６】
減速機構８３は、出力ギア８５と、複数の中間ギア８７を備える。各中間ギア８７はウォームギアやスパーギアである。減速機構８３は、モータ回転軸７２の回転を各中間ギア８７により減速して出力ギア８５に伝達する。
【００７７】
出力ギア８５には一体に回転する出力軸９１が設けられる。出力軸９１は、ハウジング８９に軸受（図示せず）で回転自在に支持される。出力軸９１の中間部はドラム８１内に配置され、雄ねじ部９１ａが形成される。
【００７８】
ドラム８１内には回転伝達部材９３が配置される。回転伝達部材９３は、出力軸９１が挿通される筒状部９３ａと、筒状部９３ａから外周側に延びる複数の延出部９３ｂを備える。筒状部９３ａには雌ねじ部９３ｃが形成され、雌ねじ部９３ｃに出力軸９１の雄ねじ部９１ａが螺合される。雄ねじ部９１ａと雌ねじ部９３ｃは、出力軸９１の回転を回転伝達部材９３の直線運動に変換する送りねじ機構９５となる。
【００７９】
ドラム８１の内周面には、出力軸９１の軸方向に沿って複数の溝部８１ａが形成される。回転伝達部材９３の延出部９３ｂは溝部８１ａ内に嵌め合わされ、溝部８１ａに沿ってスライド可能である。回転伝達部材９３は、溝部８１ａと延出部９３ｂの係合によりドラム８１と一体に回転する。
【００８０】
出力ギア８５の軸方向の側部には複数の回転ストッパ９７が設けられる。回転ストッパ９７はドラム８１の内側に向けて突出する。
【００８１】
駆動ユニット７３の動作を説明する。回転伝達部材９３は、駆動ユニット７３の動作前、出力ギア８５から出力軸９１の軸方向に離れた位置にある。モータ回転軸７２が一方向Ｍａに回転すると、減速機構８３の各ギア８５、８７及び出力軸９１が回転し、送りねじ機構９５により回転伝達部材９３が出力ギア８５に近づく方向（以下、接近方向Ｃという）に移動する。
【００８２】
図１４は、図１３の回転伝達部材９３が回転ストッパ９７に係合している状態を示す図である。回転伝達部材９３は、延出部９３ｂが回転ストッパ９７に係合する位置（以下、係合位置という）に到達するまで移動する。回転伝達部材９３が係合位置にあるとき、回転ストッパ９７と延出部９３ｂとが接することにより、出力ギア８５の回転力がドラム８１に伝達される。
【００８３】
運動者がハンドル５０を往路方向Ｑ１（図５参照）に移動させてワイヤー５１を引くと、ドラム８１が送り出し方向Ｄｂに回転してワイヤー５１が送り出される。ドラム８１の送り出し方向Ｄｂの回転は、係合位置にある回転伝達部材９３により、出力ギア８５に伝達される。出力ギア８５の回転により、各中間ギア８７が回転し、モータ回転軸７２が方向Ｍｂに逆回転する。
【００８４】
モータ回転軸７２が方向Ｍｂに逆回転する間、前述の制御部１１０により、モータ７１は方向Ｍａの正回転のトルクがモータ回転軸７２に加わるように制御され、そのトルクによりハンドル５０に負荷が加えられる。
【００８５】
運動者がハンドル５０を復路方向Ｑ２（図５参照）に移動させると、モータ回転軸７２が正回転し、各中間ギア８７が回転し、出力ギア８５が巻き取り方向Ｄａに回転する。この回転は、係合位置にある回転伝達部材９３により、ドラム８１に伝達される。ドラム８１が巻き取り方向Ｄａに回転し、ドラム８１にワイヤー５１が巻き取られる。このとき、モータ７１の回転速度はハンドル５０を戻す速度に応じて変化し、ハンドル５０を戻す速度が速くなれば、ハンドル５０を戻す速度が遅いときより高速に回転して、ハンドル５０の動きに追従するように制御される。
【００８６】
モータ７１が追従できない早さでハンドル５０が復路方向Ｑ２に戻された場合、すなわちドラム８１の最大の巻き取り速度より早くハンドル５０が復路方向Ｑ２に戻された場合、ワイヤー５１がたるんでしまう。このたるみを防止する張力付与機構１５０として、ドラム８１内には、ぜんまいばね９９が配置される。ぜんまいばね９９は、出力軸９１の外周面に長手方向の一端側が固定され、他端側がドラム８１の内周面に固定される。
【００８７】
ぜんまいばね９９は、ドラム８１に対して出力軸９１が巻き取り方向Ｄａに相対回転すると巻き締められる。この巻き締めは、図１３に示すように、回転伝達部材９３の延出部９３ｂが回転ストッパ９７に係合しない位置（以下、非係合位置という）にあるとき、モータ回転軸７２が正回転すると行われる。この巻き締めによりドラム８１が巻き取り方向Ｄａに付勢される。この巻き締め時、ぜんまいばね９９の付勢力によりドラム８１が回転しないように、運動者がハンドル５０を引いてワイヤー５１に張力を与えてもよい。
【００８８】
ぜんまいばね９９の巻き締め後、ワイヤー５１がたるむと、即座に、ぜんまいばね９９の付勢力により出力軸９１に対してドラム８１が巻き取り方向Ｄａに相対回転する。一般に、パネの復元力による応答速度は、減速機構８３を介して接続されたモータ７１の応答速度より速いため、ワイヤー５１のたるみが顕在化するより前にたるみを解消できる。この回転によりワイヤー５１がドラム８１に巻き取られ、ワイヤー５１のたるみが取り除かれる。たるみが無くなり、ワイヤー５１に張力が与えられるとドラム８１の回転が止まる。
【００８９】
このドラム８１の相対回転により、回転伝達部材９３が一体に回転し、送りねじ機構９５により回転伝達部材９３が出力ギア８５から離れる方向（以下、離間方向Ｄという）に移動する。回転ストッパ９７は、回転伝達部材９３が離間方向Ｄの移動を伴い回転するとき、回転伝達部材９３の延出部９３ｂと接触してその回転を規制しないように、出力ギア８５からの長さが調整される。ドラム８１の巻き取り方向Ｄａの回転が回転ストッパ９７により拘束されず、ドラム８１の回転量を大きくでき、ワイヤー５１のたるみ量が大きい場合でも張力を与え易くなる。
【００９０】
ドラム８１の回転が止まるまでの間、モータ回転軸７２は正回転し続け、出力軸９１がドラム８１より遅い回転速度で巻き取り方向Ｄａに回転する。ドラム８１の回転が止まると、出力軸９１の巻き取り方向Ｄａの回転により、回転伝達部材９３が接近方向Ｃに移動しつつ、ぜんまいばね９９がまた巻き締められる。回転伝達部材９３が係合位置に到達すると、出力ギア８５とドラム８１の間でまた回転を伝達可能となる。このような構造により、図１を用いて説明した張力付与機構１５０よりコンパクトな張力付与機構１５０を形成できる。
【００９１】
（第３の実施の形態）
図１５は、第３の実施の形態に係るトレーニング装置１０を用いてラットプルダウンをしている状態を示す図である。この形態のトレーニング装置１０は、モータからの負荷をギアと剛体の構造部材とを介して運動者に伝達する負荷発生装置６０を有する。
【００９２】
負荷発生装置６０は、支持台４１に支持体２０を介して取り付けられる。支持体２０は、複数のアーム部材を連結したアームユニット１３０である。アームユニット１３０は、第１支持アーム１３１と、第２支持アーム１３３を含む。第１支持アーム１３１の基端側は支持台４１に回動可能に連結される。第１支持アーム１３１の先端側は第２支持アーム１３３の基端側に回動可能に連結され、第２支持アーム１３３の先端側には負荷発生装置６０が回動可能に連結される。また、第１支持アーム１３１および第２支持アーム１３３の他部材との連結箇所は、所定の角度で固定できるように形成されている。
【００９３】
図１６は、図１５のトレーニング装置１０を用いてレッグカールをしている状態を示す図である。このように第１支持アーム１３１および第２支持アーム１３３の連結部分の固定角度を調整することにより、複数の運動をひとつのトレーニング装置１０で実現できる。
【００９４】
図１７は、図１５の負荷発生装置６０の内部構成を示す側面断面図である。負荷発生装置６０は、運動変換機構８０と、モータ７１を含む。運動変換機構８０は、減速機構８３と、揺動アーム１４０を含む。モータ７１や減速機構８３はハウジング８９に収容される。ハウジング８９の前部にはアーム孔８９ａが開口し、揺動アーム１４０の前部はアーム孔８９ａから突き出る。
【００９５】
減速機構８３は、出力ギア８５と、複数の中間ギア８７を備える。ハウジング８９には支軸１４１が設けられ、出力ギア８５は支軸１４１周りに回動自在に支持される。各中間ギア８７はウォームギアやスプロケットであり、複数のスプロケットには無端状のローラーチェーン８８が架け渡される。
【００９６】
出力ギア８５の軸方向に直交する一方の面には筒状のレール部８５ａが形成される。レール部８５ａ内には筒状の揺動アーム１４０が嵌合される。出力ギア８５が支軸１４１周りに回動すると、レール部８５ａとの係合により揺動アーム１４０が一体に回動する。つまり、運動者がハンドル５０を握り揺動アーム１４０を動かせば、その移動方向とは逆側に負荷が生じるようにモータ７１がトルクを発生する。この形態によれば、揺動アーム１４０をどちらの方向に動かしても適切な負荷を与えることができる。
【００９７】
支軸１４１を中心に揺動アーム１４０が回動すると、ハンドル５０の軌跡は円弧になる。一般にアームカールやベンチプレスではウェイトを鉛直方向に上げ下げするので、ハンドル５０が円弧状に動いてしまうと運動者は違和感を覚える。そこで、揺動アーム１４０には長手方向に延びる長孔１４０ｂが形成され、長孔１４０ｂには支軸１４１が挿通される。レール部８５ａに対して揺動アーム１４０が長手方向にスライドすると、長孔１４０ｂ内を支軸１４１が相対移動し、揺動アーム１４０のスライドが支軸１４１により拘束されない。これにより、ハンドル５０を鉛直方向に動かすことができるとともに、ハンドル５０を動かす際の手ぶれも再現でき、従来のトレーニング方法と同じ感覚が得られる。また、アームカールやレッグカールなどのトレーニングではハンドル５０は円弧状に動くことが好ましいため、第１ロックピン１４７が設けられる。第１ロックピン１４７を使い、揺動アーム１４０がレール部８５ａに対してスライドすることを抑制することによりハンドル５０を円弧状に動かすことができる。
【００９８】
図１８（ａ）は、負荷発生装置６０の内部構成を示す平面断面図である。図１８では負荷発生装置６０の主要な部分のみ示し、他の部位を適宜省略する。揺動アーム１４０の前端部には側方に突出するハンドル５０が設けられる。ハンドル５０は、運動者の手や足で操作され、四肢の曲げ伸ばしを伴う往復動作により移動する。ハンドル５０は回動自在に揺動アーム１４０に取り付けられており、運動者がハンドル５０をしっかりと握っていても揺動アーム１４０の角度で運動者の手首に余計な負担がかからないように形成される。揺動アーム１４０の前端部には負荷センサ１０３が取り付けられ、揺動アーム１４０を介して運動者に加わる負荷を計測する。
【００９９】
図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の第１ロックピン１４７の周辺を拡大した平面断面図である。揺動アーム１４０の後部の外周側にはリンク部材１４３とリンク動作切替部材１４５が配置される。リンク部材１４３は、前端部１４３ａが開口するＵ字状に形成され、内側に揺動アーム１４０が収められる。リンク動作切替部材１４５は、前端部１４５ａが開口するＵ字状に形成され、内側にリンク部材１４３と揺動アーム１４０が収められる。
【０１００】
リンク部材１４３は、後部寄りの位置が固定ピン１４４により揺動アーム１４０に回動自在に連結される。リンク部材１４３の前端部１４３ａには側方に突出する凸部１４６が形成される。リンク動作切替部材１４５には中間部分に凸部１４６が嵌められる穴が形成され、リンク動作切替部材１４５とリンク部材１４３は凸部１４６により回動自在に連結される。リンク動作切替部材１４５の前端部１４５ａは支軸１４１に回動自在に連結される。
【０１０１】
リンク動作切替部材１４５の後部には第１ロックピン１４７と第２ロックピン１４９が脱着可能に取り付けられる。第１ロックピン１４７および第２ロックピン１４９の着け外しにより、揺動アーム１４０の動作が変化する。
【０１０２】
図１９は揺動アーム１４０の一つの動作態様を示す図である。リンク動作切替部材１４５に第１ロックピン１４７を取り付け、第２ロックピン１４９を取り外したとき、リンク部材１４３やリンク動作切替部材１４５は、第１ロックピン１４７により揺動アーム１４０に固定される。よって、揺動アーム１４０が支軸１４１周りに揺動したとき、リンク部材１４３やリンク動作切替部材１４５も一体に回動する。揺動アーム１４０の前端部１４０ａは支軸１４１周りの曲線状軌跡Ｔ１を描くように移動する。
【０１０３】
図２０は揺動アーム１４０の他の動作態様を示す図である。リンク動作切替部材１４５から第１ロックピン１４７を取り外し、第２ロックピン１４９を取り付けたとき、リンク動作切替部材１４５は、支軸１４１と第２ロックピン１４９により二箇所でハウジング８９に固定される。よって、揺動アーム１４０が支軸１４１に揺動したとき、リンク動作切替部材１４５は、ハウジング８９に固定されたままとなる。一方、リンク部材１４３は、リンク動作切替部材１４５との連結箇所の位置（図２０の凸部１４６の位置）が固定され、揺動アーム１４０の揺動に追従して、その連結箇所周りに回動する。
【０１０４】
リンク部材１４３と揺動アーム１４０のなす角度をθとし、支軸１４１から揺動アーム１４０の前端部１４０ａまでの距離をＬ１とする。この角度θがゼロのとき、つまり、揺動アーム１４０とリンク部材１４３が同一直線上の位置にあるとき、距離Ｌ１は最も短くなる。角度θが大きくなるように回動すると、揺動アーム１４０は、距離Ｌ１が大きくなるように長手方向前方にスライドする。角度θに応じた距離Ｌ１の変化量はリンク部材１４３の長さにより調整される。この調整により、揺動アーム１４０の前端部１４０ａは、支軸１４１周りに揺動したとき、直線状軌跡Ｔ２を描くように移動する。
【０１０５】
揺動アーム１４０の前端部１４０ａが直線状軌跡Ｔ２を描くとき、運動者は、図１５に示すように、ラットプルダウン等のハンドル５０を直線状に移動させるトレーニングを行える。また、揺動アーム１４０の前端部１４０ａが曲線状軌跡Ｔ１を描くとき、運動者は、図１６に示すように、レッグカール等のハンドル５０を曲線状に移動させるトレーニングを行える。よって、本実施形態に係るトレーニング装置１０によれば、ハンドル５０の描く軌跡が異なる複数種類のトレーニングを行う場合でも、単一のトレーニング装置１０により実現できる。
【０１０６】
なお、ハンドル５０は、図１７に示すように、支軸１４１周りの一方向を往路方向Ｐ１とし、その往路方向Ｐ１と反対の方向を復路方向Ｐ２として操作される。ハンドル５０が往路方向Ｐ１に移動したとき、その移動により揺動アーム１４０が同方向に移動し、減速機構８３の各ギア８５、８７が回転し、モータ回転軸７２が方向Ｍｂに逆回転する。ハンドル５０が復路方向Ｐ２に移動したとき、揺動アーム１４０の移動や、減速機構８３の各ギア８５、８７の回転により、モータ回転軸７２が方向Ｍａに正回転する。
【０１０７】
このように揺動アーム１４０と減速機構８３を含む運動変換機構８０は、ハンドル５０の往復動と、各ギア８５等の回転運動を相互変換する。また、モータ７１は、この運動変換機構８０により、ハンドル５０の往復動と連動してモータ回転軸７２が回転する。
【０１０８】
第１および第２の実施形態に係る運動変換機構８０では、モータ７１の駆動力をハンドル５０に伝達する経路にワイヤー５１が含まれている。ワイヤー５１に張力が作用する方向となる往路方向Ｑ１にハンドル５０を移動させた場合、モータ７１によりドラム８１を巻き取り方向Ｄａに回転させることで、ドラム８１からワイヤー５１を介してハンドル５０に負荷を加えられる。一方、ハンドル５０を復路方向Ｑ２に移動させる場合、運動者はハンドル５０を往路方向Ｑ１に押し支えながら徐々に自分に近づけることで筋力を鍛えることになる。これは、従来のウェイトを用いたベンチプレスにおいて、バーベルを押し上げ、ゆっくりと手前に戻すときに筋肉に加わる負荷のかかり方と同じである。
【０１０９】
これに対して、第３の実施形態に係る運動変換機構８０では、モータ７１の駆動力がギアや剛体の揺動アーム１４０を介してハンドル５０に伝達される。このため、ハンドル５０を往路方向Ｐ１、および復路方向Ｐ２の何れの方向に移動させるときにも逆方向にモータ７１により負荷を加えることができる。つまり、復路方向Ｐ２であっても、運動者が積極的に揺動アーム１４０を近づけるように筋肉を使う必要がある。
【０１１０】
制御部１１０は、ハンドル５０を往路方向Ｐ１に移動させたときは復路方向Ｐ２の負荷を加え、復路方向Ｐ２に移動させたときは往路方向Ｐ１の負荷を加えるようにモータ７１を制御してもよい。ハンドル５０の移動方向に応じて負荷の方向を変化させることになる。これにより、たとえば、図１５に示すように、ハンドル５０を掴んで上下に動かす場合に、ハンドル５０を下降させるときは上向きの負荷を加えることができ、ハンドル５０を上昇させるときは下向きの負荷を加えることができる。つまり、運動者はハンドル５０をどちらの方向に動かしても積極的に筋肉を使うトレーニングが可能になる。もちろん、ハンドル５０を往路方向Ｐ１に動かす場合に、復路方向Ｐ２の負荷を加え、ハンドル５０を復路方向Ｐ２に動かす場合に、従来のウェイトを用いたトレーニング装置と同じように復路方向Ｐ２に負荷を加えてもよい。この場合は、運動者は負荷を押し支えることにより筋肉を鍛えることができる。また、揺動アーム１４０を利用することにより、運動者が運動中にハンドル５０を手放したとしても、運動者にハンドル５０が落ちてくることは無い。つまり、従来のトレーニング装置では当然起こりうる「落として怪我をする」という事故が起こらない。運動者は安全に、そして安心してトレーニングを行うことができる。
【０１１１】
（第４の実施の形態）
図２１は、第４の実施の形態に係るトレーニング装置１０の制御系を示すブロック図である。この形態のトレーニング装置１０は、操作状態検知センサ１１９をさらに備える。
【０１１２】
操作状態検知センサ１１９はロードセルである。センサ１１９はハンドル５０に取り付けられる。センサ１１９は、運動者の手や足に接触する位置に受圧面が設けられ、受圧面に加えられる荷重を検出する。
【０１１３】
トルク調整部１１５は、以下のように、操作状態検知センサ１１９の検出結果に応じてモータ７１のトルクを制御する。センサ１１９により荷重が検出される間、ハンドル５０が運動者により操作されていると判断できる。このとき、トルク調整部１１５は、ハンドル５０に負荷が加わるようにモータ７１のトルクを制御する。
【０１１４】
一方、操作状態検知センサ１１９により荷重が検出されない間、ハンドル５０が運動者により操作されていないと判断できる。この場合、モータ７１にトルクを加える制御を停止し、ハンドル５０に負荷を加えないようにする。ハンドル５０を操作不能になっても、負荷によりハンドル５０が大きく加速され難くなり、運動者等へのハンドル５０の強い衝突を抑えられる。
【０１１５】
なお、第３の実施の形態に係るトレーニング装置１０のように、ハンドル５０に往路方向Ｐ１、復路方向Ｐ２の負荷を与えられる構造の場合、操作状態検知センサ１１９により荷重が検出されなければハンドル５０の移動方向と反対方向に負荷を加えるようにモータ７１を制御し、ハンドル５０を停止させてもよい。
【０１１６】
また、操作状態検知センサ１１９は、ハンドル５０が運動者により操作されているか否かが検出できればよい。センサ１１９は、運動者の手や足がハンドル５０に接触する位置に、物体が存在しているか否かを検出する近接センサ等により構成されてもよい。
【０１１７】
（第５の実施の形態）
モータのトルクを利用して運動者に負荷を与える装置であれば、電気的な信号を装置に与えることで負荷を調整できる。この実施の形態は、負荷を調整する信号をトレーニング装置間で通信することで、対戦型ゲームのような娯楽性のあるトレーニングを実現するものである。綱引きを例に実施の形態を説明する。
【０１１８】
図２２は、第５の実施の形態に係るトレーニングシステム３００の構成図である。トレーニングシステム３００は、第１トレーニング装置１０ａと、第２トレーニング装置１０ｂを備える。第１トレーニング装置１０ａは、第１ハンドル５０ａと、第１モータ７１ａと、第１制御部１１０ａと、第１通信部１０９ａを備える。第２トレーニング装置１０ｂは、第２ハンドル５０ｂと、第２モータ７１ｂと、第２制御部１１０ｂと、第２通信部１０９ｂを備える。第１トレーニング装置１０ａの第１ハンドル５０ａは運動者Ａが操作し、第２トレーニング装置１０ｂの第２ハンドル５０ｂは運動者Ｂが操作する。各構成要素の詳細は第１の実施の形態に係るトレーニング装置と同じであるため、第１トレーニング装置１０ａと第２トレーニング装置１０ｂとで区別しない場合、それらの構成要素の「第１」、「第２」、「ａ」、「ｂ」の記載を省略する。
【０１１９】
第１通信部１０９ａは、第１情報取得部１６１ａを含む。第１情報取得部１６１ａは、第２トレーニング装置１０ｂにおいて運動者Ｂにより操作される第２ハンドル５０ｂの移動量を示す操作情報を取得する。第２ハンドル５０ｂの移動量は、第２トレーニング装置１０ｂの第３センサ１０１ｃ（図示せず）の検出値に基づいて取得される。この操作情報は、第２トレーニング装置１０ｂの第２通信部１０９ｂから第１通信部１０９ａに送信される。
【０１２０】
第２通信部１０９ｂも第２情報取得部１６１ｂを含む。第２情報取得部１６１ｂは、第１トレーニング装置１０ａにおいて運動者Ａにより操作される第１ハンドル５０ａの移動量を示す操作情報を取得する。
【０１２１】
図２３はトレーニングシステム３００が行う処理内容を説明するための図である。第１ハンドル５０ａが移動する座標系は、第１モータ７１ａにより負荷が加えられる方向（図中右側）を負の方向とし、負荷の方向と反対の方向（図中左側）を正の方向とする。この座標系は、第１ハンドル５０ａの初期位置の座標をｘａ０とする。また、第２ハンドル５０ｂが移動する座標系は、第２モータ７１ｂにより第２ハンドル５０ｂに負荷が加えられる方向（図中左側）を正の方向とし、負荷の方向と反対の方向（図中右側）を負の方向とする。この座標系は、第２ハンドル５０ｂの初期位置の座標をｘｂ０とする。
【０１２２】
トレーニングシステム３００では、各ハンドル５０の操作を通じて綱引きのような運動が擬似的に行われる。綱引きでは、運動者Ａが綱を握った状態のまま、その握った位置を距離Ｌだけ移動させると、運動者Ｂが綱を握った位置も同方向に距離Ｌだけ移動する。運動者Ａが綱を握る位置と運動者Ｂが綱を握る位置との移動量が同じになる。
【０１２３】
この綱を握る位置を各ハンドル５０の位置に置き換えて考えると、第１ハンドル５０ａや第２ハンドル５０ｂが移動したとき、それらの初期位置からの移動量が合致する位置（以下、合致位置という）に各ハンドル５０があれば、綱引きを擬似的に実現できる。そこで、各トレーニング装置１０の制御部１１０は、各ハンドル５０の移動量に応じて異なる負荷をハンドル５０に加え、各ハンドル５０が合致位置に移動するようにモータ７１のトルクを制御する。
【０１２４】
運動者Ａ、Ｂは、図２３（ａ）に示すように、各々が操作するハンドル５０を操作して初期位置に移動させ、入力部１０５の操作により準備ができた旨を入力する。各制御部１１０は、運動者Ａ、Ｂの入力を受け付けてから、所定時間が経過後、初期位置にある各ハンドル５０に初期負荷Ｆｍ０が加わるようにモータ７１を制御する。ここでは、各ハンドル５０に初期負荷Ｆｍ０と同じ力Ｆｈ０が運動者Ａ、Ｂにより加えられ、各ハンドル５０が初期位置から変位しないとする。制御部１１０は、ハンドル５０に負荷を加えている間、逐次、自らのハンドル５０の移動量を示す操作情報を通信部１０９を通して送信する。各情報取得部１６１は、逐次、他のトレーニング装置１０のハンドル５０の移動量を示す操作情報を取得する。
【０１２５】
第１制御部１１０ａは、第１ハンドル５０ａの初期位置からの移動量から、第２ハンドル５０ｂの初期位置からの移動量を減算した値を基準値として演算する。第１ハンドル５０ａの移動量は第１トレーニング装置１０ａの回転センサ１０１の検出値を用いて求め、第２ハンドル５０ｂの移動量は情報取得部１６１が取得した操作情報を用いる。
【０１２６】
この基準値は各ハンドル５０が合致位置にあるか否かを示す指標となる。各ハンドル５０が初期位置から同じ移動量で移動すると、基準値はゼロとなり、各ハンドル５０が合致位置にあると判断できる。一方、第１ハンドル５０ａの正の方向の移動量が第２ハンドル５０ｂより大きいと、基準値は正となり、第１ハンドル５０ａの正の方向の移動量が第２ハンドル５０ｂより小さいと、基準値は負となる。
【０１２７】
図２３（ａ）の例では、第１ハンドル５０ａと第２ハンドル５０ｂの初期位置からの移動量がゼロとなり、基準値がゼロとなる。基準値がゼロの場合、制御部１１０は、初期負荷Ｆ０を加える制御を続行する。第１ハンドル５０ａ、第２ハンドル５０ｂは、運動者Ａ、運動者Ｂが初期負荷Ｆ０と同じ力を加えているかぎり移動しない。
【０１２８】
運動者Ａが初期負荷Ｆｈ０より大きい負荷Ｆｈ１を第１ハンドル５０ａに加え、第１ハンドル５０ａが初期位置から正の方向に移動量Ｌａ１だけずれた位置ｘａ１に移動する場合を考える。この場合、第１ハンドル５０ａの移動量Ｌａ１から第２ハンドル５０ｂの移動量ゼロを減算した基準値は正となる。各ハンドル５０を合致位置に移動させるには、第１ハンドル５０ａを負の方向に移動させるか、第２ハンドル５０ｂを正の方向に移動させればよい。
【０１２９】
そこで、第１制御部１１０ａは、基準値が正の場合、図２３（ｃ）に示すように、初期負荷Ｆｍ０より大きい負の方向の負荷Ｆｍ１が第１ハンドル５０ａに加わるように第１モータ７１ａを制御する。また、第２制御部１１０ｂは、初期負荷Ｆｍ０より大きい正の方向の負荷Ｆｍ１が加わるように第２モータ７１ｂを制御する。負荷Ｆｍ１は、運動者Ａが操作している第１ハンドル５０ａを負の方向に移動させ、運動者Ｂが操作している第２ハンドル５０ｂを正の方向に移動させるのに十分な大きさの負荷が設定される。第１ハンドル５０ａは位置ｘａ１より負の方向に移動し、第２ハンドル５０ｂは初期位置ｘｂ０より正の方向に移動する。
【０１３０】
各ハンドル５０は、図２３（ｄ）に示すように、初期位置ｘａ０、ｘｂ０からの距離Ｌａ２が同じとなる位置ｘａ２、ｘｂ２、つまり、合致位置を通過する。この後、図２３（ｅ）に示すように、第１ハンドル５０ａは慣性により位置ｘａ２から負の方向にずれた位置ｘａ３に移動し、第２ハンドル５０ｂは慣性により位置ｘｂ２から正の方向にずれた位置ｘｂ３に移動する。
【０１３１】
このとき、第１ハンドル５０ａの移動量Ｌａ３から第２ハンドル５０ｂの移動量Ｌｂ３を減算した基準値は負となる。この場合、各ハンドル５０を合致位置に移動させるためには、第１ハンドル５０ａを正の方向に移動させるか、第２ハンドル５０ｂを負の方向に移動させればよい。
【０１３２】
そこで、第１制御部１１０ａは、基準値が負の場合、初期負荷Ｆｍ０より小さい負の方向の負荷Ｆｍ２が加わるように第１モータ７１ａを制御する。また、第２制御部１１０ｂは、初期負荷Ｆｍ０より小さい正の方向の負荷Ｆｍ２が加わるように第２モータ７１ｂを制御する。運動者Ａは第１ハンドル５０ａを正の方向に引き易くなり、運動者Ｂは第２ハンドル５０ｂを負の方向に引き易くなり、図２３（ｆ）に示すように、各ハンドル５０の初期位置からの移動量が同じとなる位置ｘａ４、ｘｂ４となる合致位置に移動させ易くなる。
【０１３３】
この動作の繰り返しにより、全体を通じて運動者により大きい荷重が加えられた方向に、各ハンドル５０が初期位置から移動し、擬似的な綱引きが行われる。本実施形態に係るトレーニング装置１０によれば、他のハンドル５０の移動量を示す操作情報を用いてモータ７１のトルクを制御して、他の運動者との間で力比べを行える。
【０１３４】
なお、他のハンドル５０の操作情報を用いて綱引きのような運動を行う例を説明したが、この他に、他のハンドル５０の移動量と同じ移動量で自らのハンドル５０が移動するように制御してもよい。この制御は、たとえば、次の場合に有効となる。
【０１３５】
運動者Ａ、Ｂがそれぞれ初心者、熟練者であり、運動者Ａが第１トレーニング装置１０ａを用い、運動者Ｂが第２トレーニング装置１０ｂを用いて同じトレーニングを行う。この場合に、第２ハンドル５０ｂの移動量と同じ移動量で第１ハンドル５０ａを移動させると、第１ハンドル５０ａを操作している運動者Ａの体の動きは、第２ハンドル５０ｂを操作している運動者Ｂの体の動きに似る。よって、運動者Ａは、運動者Ｂからトレーニングの説明を受けたり、運動者Ｂの姿勢を見ながら、運動者Ｂの動きと似た動きをでき、トレーニングの内容をより効果的に習得できる。
【０１３６】
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示すにすぎない。また、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。
【０１３７】
第２の実施の形態に係るぜんまいばね９９は、ドラム８１からワイヤー５１が送り出されているときに、ドラム８１を巻き取り方向Ｄａに付勢するドラム付勢部材として説明した。ドラム付勢部材は、ぜんまいばね９９の他にも、ねじりばね、定荷重ばね等の公知のばね部材が用いられてもよい。
【０１３８】
第３の実施形態に係る運動変換機構８０は、揺動アーム１４０の前端部１４０ａが曲線状軌跡Ｔ１と直線状軌跡Ｔ２の何れかを描いて揺動するように、複数の動作を切り替え可能に構成された。各動作において揺動アーム１４０の前端部１４０ａが描く軌跡は、曲線状軌跡Ｔ１と直線状軌跡Ｔ２に限定されず、異なる軌跡を描いて揺動するように複数の動作を切り替え可能に構成されていればよい。
【０１３９】
変形例として、図５のトレーニング装置１０は、ハンドル５０をつり上げるワイヤー（以下、つり上げワイヤーという）を更に備えてもよい。つり上げワイヤーでハンドル５０を吊ることにより、運動者がハンドル５０を手放した場合でもハンドル５０が運動者に落ちること無く更に安全にトレーニングを行うことができる。この場合、つり上げワイヤーは、ワイヤー５１の動きに連動して駆動するリールに接続される。ワイヤー５１が引き出される場合、つり上げワイヤーはリールに巻きとられる。ワイヤー５１が巻き取られる場合、つり上げワイヤーはリールから巻き出される。
【０１４０】
別の変形例として、図２２のトレーニングシステム３００は、第１トレーニング装置１０ａに対して、複数台の第２トレーニング装置１０ｂが通信可能に接続されても良い。例えば、有名なオリンピック選手と力比べをするテレビ番組を想定した場合、第１トレーニング装置１０ａをオリンピック選手が操作して、第２トレーニング装置１０ｂを複数の視聴者が操作することも考えられる。この場合、第１トレーニング装置１０ａが第１トレーニング装置１０ａを操作するオリンピック選手の力を検出し、その力を各第２トレーニング装置１０ｂの第２情報取得部１６１ｂが取得し、負荷として第２ハンドル５０ｂに加えるように動作してもよい。
【０１４１】
更に別の変形例として、図１および図１１の負荷センサ１０３は、ハンドル５０に負荷が加えられたとき、その負荷に応じた大きさの荷重を検出できる位置に取り付けられればよく、ハンドル５０や支持体２０等に取り付けられてもよい。負荷センサ１０３は、ひずみセンサの他に、ワイヤー５１の途中位置に設置される張力センサ等でもよい。
【０１４２】
更に別の変形例は、制御ユニットである。この制御ユニットは、モータ７１と、モータ７１が外部の対象物へ力を伝達するための媒体と、媒体に発生させるべき負荷の目標値を取得する第１取得部と、媒体に生じる力の負荷センサ１０３による検出値を取得する第２取得部と、モータ７１のトルクを制御する制御部と、を備える。この制御部は、対象物から作用する外力によりモータ７１のモータ回転軸７２が一方向Ｍａに回転しようとするとき、検出値が目標値に近づくように、一方向Ｍａとは逆方向Ｍｂのトルクをモータ７１に発生させる。
【０１４３】
この制御ユニットでいう対象物とは上述の実施形態でいうハンドル５０に対応するが、これに限定されないし、制御ユニットの用途もトレーニング装置に限定されない。また、媒体とは、上述の実施形態でいう運動変換機構８０のドラム８１、減速機構８３、揺動アーム１４０や、ワイヤー５１に対応する。また、第１取得部、第２取得部、制御部は、それぞれ検出結果取得部１１１、目標値設定部１１３、トルク調整部１１５に対応する。
【０１４４】
モータ７１のトルク制御に関する変形例を説明する。
【０１４５】
実施の形態では、ウェイトを用いたトレーニングを再現する場合を説明したが、本発明はそれには限定されない。
上述したウェイトを再現するモードは、ハンドル５０の負荷Ｆｗが、ハンドル５０の加速度に応じて変化する目標値ＦＲＥＦと一致するように、モータ７１が制御されるものと把握できる。これを一般化すると、ハンドルの加速度αを引数とする関数ｆ（α）を定義し、ＦＲＥＦ＝ｆ（α）にしたがってハンドル５０の負荷Ｆｗの目標値ＦＲＥＦを設定するという技術的思想が導かれる。本発明はかかる技術的思想の範囲において有効である。
【０１４６】
ウェイトを再現するモードに代えて、あるいはそれに加えて、以下のモードの少なくともひとつ、あるいは複数が切り替え可能であってもよい。
【０１４７】
（第１モード）
このモードでは、ハンドル５０の負荷Ｆｗが、固定された目標値ＦＲＥＦに保たれるように、モータ７１が制御される。
【０１４８】
（第２モード）
このモードでは、ハンドル５０の負荷Ｆｗが、ハンドル５０の位置に応じて変化する目標値ＦＲＥＦと一致するように、モータ７１が制御される。たとえばハンドル５０を所定範囲で往復運動させる際に、ハンドルの座標ｘを引数とする関数ｆ（ｘ）を定義し、ＦＲＥＦ＝ｆ（ｘ）にしたがってハンドル５０の負荷Ｆｗの目標値ＦＲＥＦを設定してもよい。たとえば、ワイヤー５１の送り出し量が多くなるにしたがって、目標値ＦＲＥＦを低下させてもよい。
【０１４９】
このモードでは、運動者がハンドル５０を操作しているときの運動の状態に応じて目標値ＦＲＥＦが設定され、この運動の状態を示す状態量としてハンドル５０の位置が用いられることになる。この状態量としては、ハンドル５０の加速度の他、ハンドル５０の速度が用いられてもよい。
【０１５０】
（第３モード）
このモードでは、ハンドル５０の負荷Ｆｗが、時間ｔに応じて変化する目標値ＦＲＥＦと一致するように、モータ７１が制御される。時間ｔを引数とする関数ｆ（ｔ）を定義し、ＦＲＥＦ＝ｆ（ｔ）にしたがってハンドル５０の負荷Ｆｗの目標値ＦＲＥＦを設定してもよい。たとえば周期関数ｆ（ｔ）＝ｓｉｎ（ωｔ）にしたがって、周期的にハンドル５０の負荷Ｆｗを制御してもよい。このモードでは、運動者がハンドル５０を操作して運動しているときの時間に応じて目標値ＦＲＥＦが設定されることになる。
【０１５１】
（第４モード）
このモードでは、運動者の運動状態にかかわらず、モータ７１は常に一定のトルクを発生する。
【０１５２】
このほかにもモータ７１を用いることで、任意の負荷をユーザに与えることができることが理解される。この利点を生かすことで、障害者のリハビリ運動に最適な負荷や、アスリートの特定動作のトレーニングに最適な負荷を発生させることが可能となる。
【０１５３】
第１の実施の形態では、ハンドル５０に加わる負荷Ｆｗとしてワイヤー５１の張力Ｆを負荷センサ１０３によって測定し、その目標値を式（１０）にしたがって変化させる場合を説明したが、本発明はそれには限定されない。たとえば、張力Ｆ［Ｎ］に代えて、モータ７１のトルクＴ［Ｎ・ｍ］を検出してもよい。モータのトルクＴと張力Ｆには以下の関係が成り立つ。
Ｔ＝ｋ×Ｆ
ｋ［ｍ］は、ワイヤー５１を巻き取るドラム８１の径、減速機構８３の減速比等に応じた長さのディメンジョンを有するパラメータである。したがって、トルクＴの検出値が、ハンドル５０の負荷Ｆｗの目標値ＴＲＥＦ（＝ｋ×ＦＲＥＦ）と一致するように、フィードバックあるいはフィードフォワード制御により、モータ７１を制御することで、張力Ｆを測定したときと同様の効果を得ることができる。
【０１５４】
実施の形態では、センサの出力を利用したフィードバック（クローズドループ）制御について説明したが、モータ７１は、オープンループ制御してもよい。
【０１５５】
更に別の変形例として、運動者がハンドルを適切な速度で移動できるように移動速度の目安を通知する機能を備えてもよい。ハンドルを適切な速度で移動することにより、ワイヤー５１がたるむ現象を防ぐことができる。この機能を実現するために、図２の制御部１１０は、ハンドルの移動速度の目安を運動者に知らせるための通知部を更に備える。この通知部は、第１センサ１０１ａが検出したハンドル５０の加速度が所定の加速度を超えた場合に警告音を出してもよいし、常に「ピッピッピッ」と連続音を出し、ハンドル５０の加速度が早くなるにつれて連続音の間隔を短くすることで運動者に注意を促してもよい。通知の形態はいろいろと考えられるが、要はモータ７１の性能により予め決められる値とリアルタイムで検出されるハンドル５０の加速度とに基づいて、適正な移動速度か否かを判定し、判定結果に応じた通知を行えばよい。
【符号の説明】
【０１５６】
１０  トレーニング装置、  ２０  支持体、  ５０  ハンドル、  ５１  ワイヤー、  ６０  負荷発生装置、  ７１  モータ、  ８０  運動変換機構、  ８１  ドラム、  １０３  負荷センサ、  １１０  制御部、  １４０  揺動アーム、  １５０  張力付与機構。
【図１】
2015163108.tif 000003
【図２】
2015163108.tif 000004
【図３】
2015163108.tif 000005
【図４】
2015163108.tif 000006
【図５】
2015163108.tif 000007
【図６】
2015163108.tif 000008
【図７】
2015163108.tif 000009
【図８】
2015163108.tif 000010
【図９】
2015163108.tif 000011
【図１０】
2015163108.tif 000012
【図１１】
2015163108.tif 000013
【図１２】
2015163108.tif 000014
【図１３】
2015163108.tif 000015
【図１４】
2015163108.tif 000016
【図１５】
2015163108.tif 000017
【図１６】
2015163108.tif 000018
【図１７】
2015163108.tif 000019
【図１８】
2015163108.tif 000020
【図１９】
2015163108.tif 000021
【図２０】
2015163108.tif 000022
【図２１】
2015163108.tif 000023
【図２２】
2015163108.tif 000024
【図２３】
2015163108.tif 000025