(57)【要約】【目的】  本発明は、運動者の運動履歴を基に運動者の運動プログラムを更新して運動者の体力を増進させる運動機構制御システム及び運動機構制御方法を提供する。【構成】  本発明は、運動機構を利用して運動する運動者の心拍数を測定して運動者の運動プログラムを処方する運動処方システムにおいて、運動者の心拍数を測定する心拍数測定手段；及び、前記心拍数測定手段にて測定された心拍数によって最大酸素摂取量を算出し、前記最大酸素摂取量によって前記運動者の運動プログラムを更新する運動プログラム更新手段を含むことを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動機構を利用して運動する運動者の心拍数を測定して運動者の運動プログラムを処方する運動処方システムにおいて、
運動者の心拍数を測定する心拍数測定手段；及び、
前記心拍数測定手段にて測定された心拍数によって最大酸素摂取量を算出し、前記最大酸素摂取量によって前記運動者の運動プログラムを更新する運動プログラム更新手段を含むことを特徴とする運動処方システム。
【請求項２】
トレッドミルを利用して運動する運動者の心拍数を測定して運動者の運動プログラムを更新する運動処方システムにおいて、
前記運動者の心拍数を測定する心拍数測定手段；
前記心拍数測定手段と前記運動プログラムで指示された心拍数を比較して、差がある場合にこれを補正するように前記トレッドミルの駆動状態を変更して駆動させる運動量制御手段；及び、
前記運動者の運動による実際の酸素摂取量、運動強度、最大酸素摂取量の何れか一つと、前記運動プログラムで指示された酸素摂取量、運動強度、最大酸素摂取量の何れか一つとを対比して、差がある場合にこれを補正するように運動プログラムを更新させる運動プログラム更新手段を含むことを特徴とする運動処方システム。
【請求項３】
前記運動プログラム更新手段は、前記運動者の運動による酸素摂取量を数式１４、運動時の運動強度を数式１５で算出して数式１６によって更新された最大酸素摂取量を算出して、既設定の運動強度によって前記トレッドミルの駆動状態を再算出して運動プログラムを更新することを特徴とする請求項２に記載の運動処方システム。
[数式１４]
酸素摂取量 = 移動速度 ×a + 傾斜度(%)×移動速度 (m/min)×b + c
(a,b,cは統計集団によって変化する調整係数)
[数式１５]
運動強度 =(現在心拍数 - 安定時心拍数)/(最大心拍数 - 安定時心拍数)
[数式１６]
最大酸素摂取量 = 酸素摂取量/運動強度
【請求項４】
運動プログラムによって指示されたデータに従って駆動される駆動部を持つ少なくとも一つ以上の運動機構と、前記運動機構が通信網を介して接続される中央サーバーとからなる運動処方システムにおいて、
前記中央サーバーは、
運動者に対して処方された運動プログラムを格納する格納手段；
前記運動プログラムに駆動される前記運動機構によって運動中の運動者の心拍数と前記運動プログラムで指示された心拍数とを比較して、差が発生する場合に これを補正するように前記運動機構を制御するデータを前記駆動部に指示する運動量制御手段；及び、
前記運動者の運動による実際の酸素摂取量、運動強度、最大酸素摂取量の何れか一つと、前記運動プログラムで指示された酸素摂取量、運動強度、最大酸素摂取量の何れか一つとを対比して、差が発生する場合にこれを補正するように運動プログラムを更新させる運動プログラム更新手段を含むことを特徴とする運動処方システム。
【請求項５】
前記運動機構はトレッドミルで、前記運動プログラム更新手段は、前記運動者の運動による酸素摂取量を数式１７、運動時の運動強度を数式１８で算出して数式１９によって更新された最大酸素摂取量を算出して、既設定の運動強度によって前記トレッドミルの駆動状態を再算出して運動プログラムを更新することを特徴とする請求項４に記載の運動処方システム。
[数式１７]
酸素摂取量 = 移動速度 ×a + X(%) ×移動速度(m/min)×b + c
(a,b,cは統計集団によって変化する調整係数で、Xはトレッドミルの場合には傾斜度である)
[数式１８]
運動強度=(現在心拍数 - 安定時心拍数)/(最大心拍数 - 安定時心拍数)
[数式１９]
最大酸素摂取量 = 酸素摂取量/運動強度
【請求項６】
運動者の運動中の運動強度、心拍数、運動機構の駆動状態が指示された運動プログラムによって運動する運動者の運動プログラムを更新する運動処方方法において、
前記運動者の運動プログラムで指示された心拍数と運動時の運動者の実際の心拍数とを比較する段階；
前記指示された心拍数と前記実際の心拍数に誤差がある場合、前記誤差を補正するために前記運動機構の駆動状態を制御する駆動状態制御段階；及び、
前記実際の心拍数より運動強度、酸素摂取量、最大酸素摂取量の少なくとも何れか一つを算出して運動プログラムを更新する運動プログラム更新段階を含むことを特徴とする運動処方方法。
【請求項７】
前記運動プログラム更新段階は、前記運動者の運動による酸素摂取量を数式２０、運動時の運動強度を数式２１で算出して数式２２によって更新された最大酸素摂取量を算出して、既設定の運動強度によって前記運動機構の駆動状態を再算出して運動プログラムを更新することを特徴とする請求項６に記載の運動処方方法。
[数式２０]
酸素摂取量 = 移動速度 ×a + X(%)×移動速度(m/min)×b + c
(a,b,cは統計集団によって変化する調整係数)
[数式２１]
運動強度=(現在心拍数 - 安定時心拍数)/(最大心拍数 - 安定時心拍数)
[数式２２]
最大酸素摂取量 = 酸素摂取量/運動強度
【請求項８】
前記運動プログラム更新段階は、分類された運動自覚度を運動者が選択する時、選択された運動自覚度によって前記運動プログラムの指示された心拍数を再更新する運動自覚度に従う更新段階をさらに含むことを特徴とする請求項６または７に記載の運動処方方法。
【請求項９】
前記運動者の運動中の消耗カロリーを算出する段階と、前記消耗カロリーが既設定値に到達すれば、前記運動機構を終了させる段階とをさらに含むことを特徴とする請求項６または７に記載の運動処方方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
運動機構を利用して運動する間、運動者の運動状態及び運動履歴によって更新される運動プログラムに従い運動機構を自動調節する運動機構制御システム及び運動機構制御方法に関し、より詳しくは、運動者が運動機構を利用して運動する間に測定された心拍数を利用して過運動状態か運動不足状態かを判別して運動機構を制御し、運動履歴によって最大酸素摂取量を推定し、最大酸素摂取量に従う運動負荷を制御することで、徐々に体力を増進させる運動機構制御システム及び運動機構制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トレッドミルを始めとした運動機構を利用して運動者が運動する場合、運動者は本人の体力に無理のない運動を行い、継続的な運動を通じて本人の体力を増進させて健康を維持することを希望している。また、運動者は本人の運動状態を記録しておき、前記記録された運動履歴を基に本人の体力を慣らしていくことを希望している。また、運動者の目標も持久力強化、心肺機能強化、肥満治療のためのカロリー消耗等多様である。
下記の特許文献１は心拍数の変化に従う運動負荷が制御される従来の運動システムを開示している。
【特許文献１】大韓民国特許公開公報第２０００−００６４０７２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に開示された運動システムでは、心肺機能等の改善によって運動者の運動能力がアップされる時、運動者に提供される運動プログラムは運動を管理する管理者によって人為的に新しく作成されなければならず、多くのクライアントが中央サーバーに接続されている場合には各々のクライアントに個別的に運動プログラムを更新させなければならないため、このような運動プログラムも多くのエラーを発生させることがある。
【０００４】
したがって、本発明は前記問題点を解決するためのもので、本発明の目的は、運動者の運動履歴を基に運動者の運動プログラムを更新して運動者の体力を増進させる運動機構制御システム及び運動機構制御方法を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、更新される運動中、過運動状態を検出して運動速度を低下させて運動者に起こり得る危険状態を減少させ、運動不足状態を検出して運動速度を増加させて適切な運動効果を維持する運動機構制御システム及び運動機構制御方法を提供することにある。
【０００６】
本発明のまた他の目的は、カロリー消耗量に従う運動時間を決定して肥満などの治療目的で使用することができる運動機構制御システム及び運動機構制御方法を提供することにある。
【０００７】
本発明のまた他の目的は、運動者の運動機構に個別的に運用することができ、複数の運動機構と中央サーバーが通信網に接続されて中央サーバーを通じたデータ送受信によって運用することができる運動機構制御システム及び運動機構制御方法を提供することにある。
【０００８】
本発明のまた他の目的は、運動者の運動に対する自覚度によって運動強度を調節できる運動機構制御システム及び運動機構制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、運動機構を利用して運動する運動者の心拍数を測定して運動者の運動プログラムを処方する運動処方システムにおいて、運動者の心拍数を測定する心拍数測定手段；及び、前記心拍数測定手段にて測定された心拍数によって最大酸素摂取量を算出し、前記最大酸素摂取量によって前記運動者の運動プログラムを更新する運動プログラム更新手段を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、トレッドミルを利用して運動する運動者の心拍数を測定して運動者の運動プログラムを更新する運動処方システムにおいて、前記運動者の心拍数を測定する心拍数測定手段；前記心拍数測定手段と前記運動プログラムで指示された心拍数を比較して、差がある場合にこれを補正するように前記トレッドミルの駆動状態を変更して駆動させる運動量制御手段；及び、前記運動者の運動による実際の酸素摂取量、運動強度、最大酸素摂取量の何れか一つと、前記運動プログラムで指示された酸素摂取量、運動強度、最大酸素摂取量の何れか一つとを対比して、差がある場合にこれを補正するように運動プログラムを更新させる運動プログラム更新手段を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明における前記運動プログラム更新手段は、前記運動者の運動による酸素摂取量を数式１、運動時の運動強度を数式２で算出して数式３によって更新された最大酸素摂取量を算出して、既設定の運動強度によって前記トレッドミルの駆動状態を再算出して運動プログラムを更新することを特徴とする。
[数式１]
酸素摂取量 = 移動速度 ×a + 傾斜度(%)×移動速度 (m/min)×b + c
(a,b,cは統計集団によって変化する調整係数)
[数式２]
運動強度 =(現在心拍数 - 安定時心拍数)/(最大心拍数 - 安定時心拍数)
[数式３]
最大酸素摂取量 = 酸素摂取量/運動強度 
【００１２】
また、本発明は、運動プログラムによって指示されたデータに従って駆動される駆動部を持つ少なくとも一つ以上の運動機構と、前記運動機構が通信網を介して接続される中央サーバーとからなる運動処方システムにおいて、前記中央サーバーは、運動者に対して処方された運動プログラムを格納する格納手段；前記運動プログラムに駆動される前記運動機構によって運動中の運動者の心拍数と前記運動プログラムで指示された心拍数とを比較して、差が発生する場合にこれを補正するように前記運動機構を制御するデータを前記駆動部に指示する運動量制御手段；及び、前記運動者の運動による実際の酸素摂取量、運動強度、最大酸素摂取量の何れか一つと、前記運動プログラムで指示された酸素摂取量、運動強度、最大酸素摂取量の何れか一つとを対比して、差が発生する場合にこれを補正するように運動プログラムを更新させる運動プログラム更新手段を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、前記運動機構はトレッドミルで本発明における前記運動プログラム更新手段は、前記運動者の運動による酸素摂取量を数式４、運動時の運動強度を数式２で算出して数式３によって更新された最大酸素摂取量を算出して、既設定の運動強度によって前記トレッドミルの駆動状態を再算出して運動プログラムを更新することを特徴とする 。
[数式４]
酸素摂取量 = 移動速度 ×a + X(%)×移動速度(m/min)×b + c
(a,b,cは統計集団によって変化する調整係数で、Xはトレッドミルの場合には傾斜度である)
【００１４】
また、本発明は、運動者の運動中の運動強度、心拍数、運動機構の駆動状態が指示された運動プログラムによって運動する運動者の運動プログラムを更新する運動処方方法において、前記運動者の運動プログラムで指示された心拍数と運動時の運動者の実際の心拍数とを比較する段階；前記指示された心拍数と前記実際の心拍数に誤差がある場合、前記誤差を補正するために前記運動機構の運動状態を制御する運動状態制御段階；及び、前記実際の心拍数より運動強度、酸素摂取量、最大酸素摂取量の少なくとも何れか一つを数式２、３、４によって算出して運動プログラムを更新する運動プログラム更新段階を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明における前記運動プログラム更新段階は、分類された運動自覚度を運動者が選択する時、選択された運動自覚度によって前記運動プログラムの指示された心拍数を再更新する運動自覚度に従う更新段階をさらに含むことが望ましい。
【００１６】
また、本発明において、前記運動者の運動中の消耗カロリーを算出する段階と、前記消耗カロリーが既設定値に到達すれば、前記運動機構を終了させることが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、運動者が本人の体力に合う運動プログラムで運動することによって運動者が体力を増進でき、運動を管理する者は各々の運動者を別途に管理することなく自動的に運動者の運動プログラムを体力状態によって更新することで、合理的かつ経済的に管理できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施例を説明するためのシステムの斜視図である。図２は図１に示した第１実施例のシステムの制御過程を説明するためのブロック図である。
【００１９】
図１に示した実施例において、運動機構であるトレッドミル１０にはモーターによって速度及び傾斜度が調整される駆動装置を設置し、このような駆動装置は運動プログラムが内蔵されたコントローラー２０によって制御される。
【００２０】
コントローラー２０は、数値演算及び論理計算を行い制御対象を制御する制御信号を発生させる制御部２００と、制御部２００に連結してデータを入力させる入力部２０１と、カードを読み取るカードリーダー２０２とが連結する。このとき、入力部２０１はキー入力方式やモニタータッチ型入力方式などのあらゆる入力方式を含み、カードリーダー２０２は接触式カードと非接触式ＲＦ型カードリーダーを含む。また、制御部２００には制御部２００の運用プログラムが保存されるＲＯＭ２０３と一時的にデータを保存するＲＡＭ２０４とが連結され、外部と接続されてデータを送受信させるインターフェース２４０が連結し、モニター２０７を駆動させるためのモニター駆動ドライバー２０６が連結し、トレッドミル１０内の駆動装置を制御するための運動機構駆動部２０８が連結する。
【００２１】
また、制御部２００には、トレッドミル１０を利用して運動する運動者の心拍数を測定する脈拍測定部（心拍測定部）２３０と、運動中に消耗される運動者の消耗カロリーを算出してその量によってトレッドミル１０を制御するカロリー算出モジュール２０５と、運動者の運動プログラムを更新する運動プログラム更新モジュール２２０と、運動中にトレッドミル１０を利用した運動距離、運動量を検出してトレッドミル１０の稼動速度と傾斜度を変更させる運動量制御モジュール２０９とが連結している。このとき、モジュールという用語は純粋プログラムであることができ、ハードウェアとソフトウェアが結合されたファームウエアであることもでき、純粋ハードウェアであることもでき、一つの集積回路チップ形態で製造でき、分割されたチップ形態で製造でき、制御部２００に一体で内蔵されることができ、別途に分離でき、このような事項は設計上、多様に変形できる。また、制御部２００にはデータ格納部２１０が連結されて多様なデータベースが格納される。格納部２１０には、各々の運動者に対する個人情報が格納される個人情報ＤＢ２１５と、各々の運動者に対する運動プログラムが格納される運動プログラムＤＢ２１１と、各々の運動者の運動履歴が格納される運動履歴ＤＢ２１２と、各々の運動者が選択できる運動コースに対するデータが格納される運動コースＤＢ２１３と、各々の運動コースに対する動画が格納される動画ＤＢ２１４がある。
【００２２】
図３は本発明の一実施例を説明するための順序図である。
運動者がカードリーダー２０２や入力部２０１によって本人の個人情報を入力すると、制御部２００で入力される個人情報と個人情報ＤＢ２１５に格納された個人情報とを比較して運動者のトレッドミル１０の使用可否を承認し、新しい使用者の場合には会員への新規加入を行うようにする(Ｓ１０)、(Ｓ２０)。
【００２３】
制御部２００は、運動コースの動画ＤＢ２１４から動画目録を読み出してモニター２０７に表示して運動者が選択するようにし、特定動画目録が選択されると選択された動画を表示して運動者が動画を始めることができるようにする。制御部２００は、特定動画が選択されると運動コースＤＢ２１３から選択された運動コースに距離対高さを示した図４のようなグラフを読み出してモニターに表示する(Ｓ３０)、(Ｓ４０)。
【００２４】
運動プログラム更新モジュール２２０は運動履歴ＤＢ２１２から一週間の運動者の運動履歴を読み出して運動プログラムを更新する。このとき、運動者の運動状態によって補正値を算出し、補正値のある場合には新しい運動プログラムに更新してトレッドミル１０を駆動させ(Ｓ８０)、(Ｓ８１)、補正値のない場合には既存の運動プログラムを運動プログラムＤＢ２１１から読み出してトレッドミル１０を駆動させる(Ｓ５０)。
【００２５】
運動プログラムによってトレッドミル１０が駆動される時、制御部２００では運動者の運動に従って動画を表示させ、運動量制御モジュール２０９によって算出される運動距離を図４の点線のコース表示に移動距離を点線で表示する。また、運動中にカロリー算出モジュール２０５は運動者の消耗カロリーを算出し、運動者の設定に消費カロリーによって運動が制御されるようにすることができ、これに対しては後述する(Ｓ６０)。
【００２６】
また、運動者が図４に表示されたコースを運動中のとき、運動者の運動状態に従ってトレッドミル１０の運動量すなわち傾斜度と速度を制御する。図４に表示されたコースを選択する場合、距離に従う傾斜度は固定値を持って運動量を制御するためにはトレッドミル１０の運動速度を制御するようになるが、コースを選択しない場合には速度と傾斜度の何れか一つを固定させ、他の一つを変更させることができる(Ｓ６０)。
【００２７】
また、運動者は運動中または運動開始時に自覚度によって運動量を変更させることができ、これに対する詳細な説明は後述する(Ｓ６０)。
【００２８】
運動が終了した場合には運動距離、消費カロリー、最大酸素摂取量等の運動履歴を更新して運動履歴ＤＢ２１２に格納する(Ｓ７０)。
【００２９】
以下、運動プログラム更新モジュール２０９によって算出される特定傾斜度におけるトレッドミルの運動速度を算出する過程に対して説明する。
【００３０】
運動者が運動中に引用できる最大心拍数は統計的に数式５で計算され、運動中に運動プログラムによって運動者に目標で設定される目標心拍数は数式６で表現される。
[数式５]
最大心拍数 = (220 - 運動者の年齢)
[数式６]
目標心拍数 = (最大心拍数 - 安定時心拍数)×運動強度 + 安定時心拍数
(このとき、運動強度(%HRR)は運動者の最大酸素摂取量(%VO2max)の値の百分率で算定する。すなわち、50%HRRの運動強度は50%VO2maxを意味する。)
【００３１】
また、運動時の酸素摂取量は数式７で表現される。
[数式７]
酸素摂取量 = 水平要素摂取量 + 垂直要素摂取量 + 休息要素摂取量
このとき、水平要素摂取量は水平面の移動時に摂取される酸素摂取量で、垂直要素摂取量はトレッドミルの傾斜度によって垂直運動が行われながら摂取される酸素摂取量で、休息要素摂取量は休息時に必要とする酸素摂取量で、歩き運動時と駆け足運動時には各摂取量を決定する因子の係数が違うように適用される。
[数式８]
酸素摂取量 = 移動速度 ×a + X ×移動速度(m/min)×b + c
このとき a, b, cは運動機構の移動速度適用区間または運動者の標本集団によって変形される可変係数であり、 Xはトレッドミルの場合に傾斜度である)。
【００３２】
以下、運動機構は説明の便宜上、トレッドミル１０に対して限定して説明する。
トレッドミル１０のウォーキング時に酸素摂取量は数式９で表現され、この式は適正なウォーキング速度である５０〜１００m/min(３〜６km/hr)内ではより正確に適用される。
[数式９]
酸素摂取量 = 移動速度(m/min)×0.1(ml/kg/min) + 傾斜度(%)×移動速度(m/min)×0.8(ml/kg/min) + 3.5ml/kg/min
もし、酸素摂取量が２０ml/kg/min、目標心拍数が１２０回/分の運動者が傾斜度を０％としてウォーキングすれば、運動者の移動速度は数式９で得られる。すなわち、
20 = 移動速度×0.1 +3.5
したがって、移動速度 = 165(m/min)
また、傾斜度が 2％である場合にも同様に数式９を適用すれば、
20 = 移動速度×0.1 + 0.02×移動速度×1.8 +3.5
したがって、移動速度 = 121.3(m/min)
また、傾斜度が 5％である場合にも同様に数式９を適用すれば、
20 = 移動速度×0.1 + 0.05×移動速度×1.8 +3.5
したがって、移動速度 = 86.8(m/min)
になる。前記のように、運動者の体力条件(酸素摂取量)と特定傾斜が与えられる時、数式９を通じてその傾斜に従う運動者の移動速度が決定される。
【００３３】
また、ランニング時に酸素摂取量は数式１０で決定され、数式１０はランニング時の適正速度である１３４〜２６８m/min(８〜１６km/hr)の範囲内でより正確に適用される。
[数式１０]
酸素摂取量 = 移動速度(m/min)×0.2(ml/kg/min) + 傾斜度(%)×移動速度(m/min) ×1.8(ml/kg/min)×0.5 + 3.5ml/kg/min
もし、酸素摂取量が２０ml/kg/min、目標心拍数が１２０回/分である運動者が傾斜度を０％としてランニングすれば、運動者の移動速度は数式１０で得られる。すなわち、
20 = 移動速度×0.2 +3.5
したがって、移動速度 = 82.5(m/min)
また、傾斜度が２％である場合にも同様に数式１０を適用すれば、
20 = 移動速度×0.2 + 0.02×移動速度×1.8×0.5 +3.5
したがって、移動速度 = 75.7(m/min)
また、傾斜度が 5％である場合にも同様に数式１０を適用すれば、
20 = 移動速度×0.2 + 0.05×移動速度×1.8×0.5 +3.5
したがって、移動速度 = 67.3(m/min)
【００３４】
以下、運動者が運動時に運動量制御モジュール２０９によって体力条件と運動心拍数とを比較して速度が変更される過程を、最大酸素摂取量(VO2max)が４０ml/kg/minである４０才で、安定時心拍数が６０回/分で、体重が６０Kgである女性が運動プログラムによって５０％の運動強度で運動処方された場合を例に挙げて説明する。
【００３５】
この運動者の目標心拍数は数式２によって１２０回/分になり、もし運動者が運動中に心拍数が１３０回/分になれば、目標心拍数よりも１０回/分が超過するようになる。また、この運動者の運動強度は数式２の変形式である数式１１によって現在運動強度が得られる。
[数式１１]
現在心拍数 = (最大心拍数 - 安定時心拍数)×現在運動強度 + 安定時心拍数
すなわち、
現在運動強度=(現在心拍数 -安定時心拍数)/(最大心拍数 - 安定時心拍数)
=(130-60)/(220-40)-60｝≒0.58 = 58％
前記計算から、現在の運動者は運動プログラムで指示された50％の運動強度を８％と超過していることが分かる。
【００３６】
また、運動量制御モジュール２０９では処方された運動プログラムに一致するようにトレッドミル１０の速度を調整することになる。
【００３７】
現在傾斜度が5%で6Km/hr(=100m/min)でウォーキングしていれば、この運動者の酸素摂取量は数式８によって算出される。すなわち、
酸素摂取量 = 移動速度(m/min)×0.1(ml/kg/min) + 傾斜度(%)×移動速度(m/min) 
×1.8(ml/kg/min) + 3.5ml/kg/min
= 100(m/min)×0.1(ml/kg/min) + 0.05(%)×100(m/min)×1.8(ml/kg/min) + 
3.5ml/kg/min = 22.5(ml/kg/min)
【００３８】
また、この運動者の酸素摂取量は運動強度に比例するので、最大酸素摂取量は数式１２によって算出される。
[数式１２]
最大酸素摂取量 = 現在酸素摂取量/運動強度
したがって、この運動者の最大酸素摂取量は58%の運動強度で22.5(ml/kg/min)の酸素摂取量を持つので、22.5/0.58≒38.8(ml/kg/min)になる。最大酸素摂取量が38.8(ml/kg/min)である運動者が50%の運動強度で運動する時の酸素摂取量は19.4(ml/kg/min)で、この時のトレッドミルの運動速度は数式４によって決定される。すなわち、
19.4 = 移動速度×0.1 + 0.05×移動速度×1.8 + 3.5
したがって、移動速度 ≒ 83.7 m/min
になり、現在速度100m/minから83.7 m/minに減速して運動強度を調整するようになる。
【００３９】
実際の運動時の運動強度、酸素摂取量、最大酸素摂取量の何れか一つを、指示された運動プログラムと比較して他の変化された値を算出、推定できる。以下、最大酸素摂取量の推定方法について説明する。
【００４０】
最大酸素摂取量を推定するには数式１１によって運動強度を計算し、求めた運動強度を利用して数式１２によって最大酸素摂取量を求めるが、最大酸素摂取量は準備運動段階を過ぎて主運動が始まってから一定時間経過(３分程度)後から周期的に測定してこれに対する平均値を算出して得られる。
【００４１】
また、任意の時点で最大酸素摂取量は数式１１、１２によって次の数式１３で定義されることができる。
[数式１３]
現在酸素摂取量(最大心拍数 - 安定時心拍数)
最大酸素摂取量＝   
(現在心拍数 -安定時心拍数)
になり、結局、最大酸素摂取量は現在心拍数が低くなれば増加する。運動者が繰返して運動すれば、同じコースで同じ運動プログラムによって運動をする場合にも現在心拍数が低下して運動強度が下降するようになる。
【００４２】
したがって、同じ運動強度で現在心拍数が低いということは最大酸素摂取量が高いということを意味し、運動者の体力がそれだけ優秀だといえる。
【００４３】
通常、運動プログラムは準備運動段階、主運動段階及び仕上げ運動段階からなり、運動者が運動する時、次の運動の運動プログラムを更新するために最大酸素摂取量を前記数式１３によって決定する。このとき、最大酸素摂取量は主運動段階で一定周期で算出され、これらの平均値が運動プログラムを更新するための最大酸素摂取量で決定される。
【００４４】
以下、運動プログラムが更新される過程を説明する。
最大酸素摂取量(VO2max)が40ml/kg/minである４０才で、安定時心拍数が６０回/分で、体重が６０Kgである女性が、運動プログラムによって50%の運動強度でトレッドミル１０を利用して傾斜度なしにウォーキングする運動プログラムが処方された場合を、例として説明する。
【００４５】
この運動者の酸素摂取量は数式１２によって２０ml/kg/minで、目標心拍数は数式６によって１２０回/分で決定され、数式７によってトレッドミル１０の移動速度Ｖ１は１６５m/minで駆動されるようにする。このとき、運動によって運動者の体力が増進して同じトレッドミル１０の移動速度で心拍数が１１０回/分で検出されれば、この運動者の運動強度は数式１１によって０.４１７で算出され、このときの酸素摂取量が２０ml/kg/minであるので、この運動者の更新された最大酸素摂取量は数式１２によって４７.９６２ml/kg/minで補正されるべきである。運動プログラムは運動者の運動強度を50%で合わせるために、更新された最大酸素摂取量によって新しく更新される。すなわち、数式１２によってこの運動者の酸素摂取量は２３.９８１ml/kg/minで決定され、50%の運動強度でトレッドミル１０の移動速度Ｖ２は２０４.８１０m/minで設定される。この運動者は同じ運動強度を維持するために運動プログラムによって△V = V2 - V1 = ３９.８１０m/minの速度増強が行われる。前記の運動プログラム更新過程は任意の時点に対して説明された。ところが、これは主運動段階で周期的で最大酸素摂取量が算出され、これを平均して次の運動段階で適用されるが、運動中に任意の時間の間の平均最大酸素摂取量を算出して、その後の運動に対しても更新された運動プログラムによって適用するように設定できる。
【００４６】
また、運動プログラムは運動者の運動自覚度によって補正できる。運動自覚度は運動者が運動強度を自覚的に判断して決定する方法であって、表１は色々な段階の分類尺度とこれに従う心拍数調節量を反映する一例を表示する。
【表１】
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【００４７】
運動中にモニター２０７には運動自覚度を選択できる選択メニューが表示され、 運動者が運動に対する運動自覚度を選択すれば、運動量制御モジュール２０９では実際の心拍数に運動自覚度に従う心拍数調節量が反映され、それに従う速度調整及び傾斜度調整が行われる。
【００４８】
また、カロリー算出モジュール２０５では、運動に従う単位時間当り酸素摂取量を算出し、酸素１Ｌ当り熱量０.２２５kcalを消耗するので、運動時間中に消耗される消耗カロリーを算出する。運動者または運動処方プログラムによって目標運動カロリーを設定し、目標運動カロリーから消耗熱量を減算して０になる時点で運動が終了されるように制御できる。
【００４９】
図５は本発明の一実施例で運動量制御モジュールと運動プログラム更新モジュールの動作過程を説明するための順序図である。
【００５０】
運動プログラム更新モジュール２２０は、格納部２１０の運動プログラムＤＢ２１１から運動者の運動プログラムを読み出してモニター２０７に表示する(Ｓ６１)。図６は読み出した運動プログラムの一例を示したものである。図６に示した運動プログラムは、準備運動段階(運動開始から５分間)と、主運動段階(５分経過から３５分まで)と、仕上げ運動段階(３５分経過から運動終了まで)とからなる。心拍数表示線中、実線６１は最初にモニターに表示される運動プログラムの心拍数グラフで、点線は運動者の運動中に検出される実際の心拍数を表示したものである。このとき、モニター２０７には運動プログラムによって駆動されるトレッドミル１０の時間別移動速度と実際に測定される移動速度を表すことができ、目標運動強度と実際に行われる運動強度が対比して表示されることができ、動画ＤＢ２１４の特定動画を選択した場合には動画とこれに連動される運動コースＤＢ２１３から各地点での傾斜度を表示できる。
【００５１】
また、運動自覚度によって運動者が運動プログラムを調整する場合、運動プログラム更新モジュール２２０はモニター２０７に表１のような選択画面を表示させ、特定の運動自覚度を選択すると目標心拍数を変動させて、これに従う新しい目標心拍数、これに従う新しい移動速度、これに従う新しい傾斜度で調整して、運動プログラムを更新する(Ｓ６２)。このとき、特定コースを選択した場合には任意の地点で傾斜度は固定されて移動速度だけ調整される。特定コースが選択されない場合には任意に傾斜度を固定させて移動速度だけを調整したり、或いは移動速度を固定させて傾斜度を変更させることができる。
【００５２】
運動プログラムが更新されてトレッドミル１０を駆動して運動者が運動すれば(Ｓ６３)、運動量制御モジュール２０９で脈拍測定部２３０から測定された運動者の実際の心拍数と運動プログラム上の心拍数とを比較してトレッドミル１０の移動速度を調整する(Ｓ６４)。制御部２００では運動量制御モジュール２０９で調整された移動速度の情報が転送されて運動機構駆動部２０８を調整してトレッドミル１０を駆動する(Ｓ６３)。運動プログラム更新モジュール２２０はトレッドミル１０の駆動中またはトレッドミル１０の駆動終了後に平均最大酸素摂取量を算出する。平均最大酸素摂取量は数式１１とこれと関連した数式によって算出され、新しい平均最大酸素摂取量に基づいて新しい目標心拍数及び移動速度による運動プログラムに更新する(Ｓ６５)、(Ｓ６６)。
【００５３】
また、トレッドミル１０のカロリー算出モジュール２０５によって消耗カロリーを算出し(Ｓ６７)、消耗カロリーによってトレッドミル１０の終了が決定されるようにするカロリー制御モードの入力がある場合、目標運動カロリーと現在消耗カロリーとを比較して、消耗カロリーが目標運動カロリーに到達すると、カロリー算出モジュール２０５では制御部２００に終了信号を転送してトレッドミル１０を終了させる。
【００５４】
図７は本発明の他の実施例に対して説明する。
図１に示した運動処方システムは一つの運動機構が独立的に運営される場合に対して構成されたものであるが、図７は通信網によって複数の運動機構７２が一つのクライアント７１にＬＡＮで連結しており、多数のクライアント７１がインターネットまたはイントラネットによって連結している中央サーバー７０に接続されて運営される。
【００５５】
このとき、中央サーバー７０には複数の運動者の情報が格納され、図２で説明した運動処方システムに運動プログラム更新モジュール、運動量制御モジュール及びカロリー算出モジュールが具備されて、運動者の運動中に測定された心拍数をクライアント７１から転送されて処方された運動プログラムと比較し、比較値によって運動量を変化させるための制御信号を各クライアント７１に転送する。
【００５６】
クライアント７１は運動機構７２を利用して運動する運動者の心拍数を入力されて中央サーバー７０に転送し、中央サーバー７０から運動プログラムを転送されて、これに従う運動量(トレッドミルの場合は移動速度及び傾斜度に従う運動量)で運動機構を駆動させるための駆動信号をクライアントに接続される運動機構７２に転送する。
【００５７】
また、運動機構７２には、クライアント７１と接続されてクライアント７１から転送される画像信号を画像表示できるモニターが具備され、クライアント７１から入力される駆動信号によって運動機構が駆動される駆動部が具備される。また、運動機構７２には、カードリーダーが具備されて運動者の個人情報を入力されてクライアント７１に転送して認証をされることができ、モニターのタッチパネルまたは入力キーを利用した入力信号をクライアント７１に転送する入力部が具備される。クライアント７１と運動機構７２の役割分担は色々な形態でなされる。図７に示した実施例とは異なり、運動機構にエンベデッドチップ(embedded chip)を実装して運動機構で直接中央サーバー７０に接続でき、図１に示した制御部２００を備えて直接中央サーバー７０から転送される運動量に従う制御信号によって運動機構を制御できる等の色々な変形が可能である。
【００５８】
上述のように、本発明の詳細な説明では具体的な実施例に関して説明したが、これに限らず、本発明から逸脱しない範囲内で多様に変形・実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施例を説明するためのシステム斜視図である。
【図２】図１に示した第１実施例のシステムの制御過程を説明するためのブロック図である。
【図３】本発明の一実施例を説明するための順序図である。
【図４】本発明の一実施例の運動コースの高低を表示するためのグラフである。
【図５】本発明の一実施例で運動量制御モジュールと運動プログラム更新モジュールの動作過程を説明するための順序図である。
【図６】本発明の一実施例の読み出した運動プログラムの一例を示した図である。
【図７】本発明の他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０  トレッドミル
２０  コントローラー
７０  中央サーバー
７１  クライアント
７２  運動機構
２００  制御部
２０１  入力部 
２０２  カードリーダー
２０３  ＲＯＭ
２０４  ＲＡＭ
２０５  カロリー算出モジュール
２０６  モニター駆動ドライバー
２０７  モニター
２０８  運動機構駆動部
２０９  運動量制御モジュール
２１０  格納部
２１１  運動プログラムＤＢ
２１２  運動履歴ＤＢ
２１３  運動コースＤＢ
２１４  動画ＤＢ
２１５  個人情報ＤＢ
２２０  運動プログラム更新モジュール
２３０  脈拍測定部
２４０  インターフェース
【図１】
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【図２】
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【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】
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