(57)【要約】コンピュータ対話式アイソメトリックエクササイズシステムは、エフェクタと、エフェクタ上の選択された位置に連結され、ユーザによってエフェクタに加えられた力を測定するセンサーであって、加えられた力がエフェクタ上にひずみをもたらす、センサーと、制御回路とを含む。制御回路は、ホストコンピュータへ転送するために、センサーによって測定された、加えられた力の情報に対応するデータを受信して処理するプロセッサを含む。処理されたデータは、ホストコンピュータと互換性のあるフォーマットで転送され、ユーザによるエフェクタ操作に応答するホストコンピュータとのユーザ対話を促進させる。複数のエフェクタがさらに組み合わせられ、ホストコンピュータとのユーザ対話と共にユーザに種々のアイソメトリックエクササイズを提供するシステムフレームを形成し得る。
2006508764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周辺機器として機能し、ホストコンピュータとのユーザ対話を促進するアイソメトリックエクササイズシステムであって、
ユーザにアイソメトリックエクササイズを提供する少なくとも１つのエフェクタと、
前記ユーザによって前記少なくとも１つのエフェクタに加えられた少なくとも１つの力を測定するために、前記少なくとも１つのエフェクタ上の選択された位置において連結される少なくとも１つのセンサーであって、前記加えられた力は前記少なくとも１つのエフェクタ上に測定可能なひずみをもたらす、少なくとも１つのセンサーと、
前記ホストコンピュータへ転送のために、前記少なくとも１つのセンサーによって測定された、加えられた力の情報に対応するデータを受信して処理するデータ処理モジュールを含むプロセッサであって、前記データ処理モジュールはホストコンピュータ周辺機器からのデータ出力に類似したフォーマットで情報を生成し、前記ユーザによる少なくとも１つのエフェクタの操作に応答する前記ホストコンピュータとのユーザ対話を促進するプロセッサと、
を具備する、アイソメトリックエクササイズシステム。
【請求項２】
前記システムは、
少なくとも１つのコネクタを介して互いに固定可能な複数のエフェクタを含むフレームをさらに具備する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記フレームにおける前記エフェクタの方向は、ユーザの好みに基づいて前記フレームのカスタマイザーションを可能とするように選択的に調整可能である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記フレームは少なくとも１人のユーザを支持するためのシートと、第１のコネクタを介して互いに接続される第１、第２および第３のエフェクタであって、前記第１のエフェクタは、前記フレームのベースから前記第１のコネクタまで延び、前記第２と第３のエフェクタは前記第１のコネクタから対向する方向に、かつ前記第１のエフェクタの長手方向ディメンションを横切る方向に延びる、第１、第２および第３のエフェクタとを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記プロセッサによって制御され、システム動作時において前記ユーザによるエフェクタ操作に関連した情報を出力するディスプレイをさらに具備する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
処理して前記ホストコンピュータへ転送するために、さらなる情報を前記プロセッサに提供する少なくとも１つの入力装置をさらに具備する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記システムは、システム動作時において前記ユーザによるアイソキネティックおよびアイソトニックエクササイズのうちの少なくとも１つを行うために、前記ユーザによって操作可能である少なくとも１つの入力装置を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つのエフェクタは、前記ユーザによるエフェクタ操作に応答して、複数の身体部分に関連した筋肉群のアイソメトリックエクササイズを促進する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
周辺機器として機能してホストコンピュータとのユーザ対話を促進するシステムを使用してアイソメトリックエクササイズを行う方法であって、前記システムは、少なくとも１つのエフェクタと、前記エフェクタ上の選択された位置において連結される少なくとも１つのセンサーと、プロセッサとを含み、該方法は、
（ａ）前記少なくとも１つのセンサーを備えた前記少なくとも１つのエフェクタに対してユーザによって加えられた少なくとも１つの力を測定する工程であって、前記少なくとも１つのエフェクタは、前記ユーザにアイソメトリックエクササイズを提供し、前記加えられた力は前記少なくとも１つのエフェクタ上に測定可能なひずみをもたらす工程と、
（ｂ）前記少なくとも１つのセンサーによって測定された、加えられた力の情報に対応するデータを処理する工程と、
（ｃ）ホストコンピュータ周辺機器から出力されるデータと類似するフォーマットで前記処理されたデータを前記ホストコンピュータに転送し、前記ユーザによる前記少なくとも１つのエフェクタの操作に応答する前記ホストコンピュータとのユーザ対話を促進する工程と、
を含む方法。
【請求項１０】
工程（ａ）は、
（ａ．１）少なくとも１つのコネクタを介して複数のエフェクタを互いに固定してフレームを形成する工程をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
工程（ａ．１）は、
（ａ．１．１）前記フレームにおいて前記エフェクタを選択的に方向付けをして、ユーザの好みに基づいて前記フレームのカスタマイザーションを可能とする工程をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
工程（ａ．１）は、
（ａ．１．１）前記フレーム上で前記ユーザを支持するシートを提供する工程と、
（ａ．１．２）第１のコネクタを介して互いに接続する第１、第２および第３のエフェクタを提供し、前記第１のエフェクタは前記フレームのベースから前記第１のコネクタまで延び、前記第２および第３のエフェクタは前記第１のコネクタから対向する方向に、かつ前記第１のエフェクタの長手方向ディメンションを横切る方向に延びる工程と、
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記システムは前記プロセッサによって制御されるディスプレイをさらに含む方法であって、該方法は、
（ｄ）システム動作時において前記ユーザによる前記少なくとも１つのエフェクタの操作に関して、前記ディスプレイを介して出力情報を提供する工程をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記システムは少なくとも１つの入力装置をさらに含む方法であって、該方法は、
（ｄ）処理して前記ホストコンピュータに転送するために、前記少なくとも１つの入力装置によって入力されたさらなる情報を前記プロセッサに提供する工程をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記システムは少なくとも１つの入力装置を含む方法であって、該方法は、
（ｄ）システム動作時おける前記ユーザによるアイソキネティックおよびアイソトニックエクササイズのうちの少なくとも１つを、前記少なくとも１つの入力装置の操作を介して促進する工程をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
（ｄ）前記ユーザによる前記少なくとも１つのエフェクタの操作に応答して、複数の身体部分に関連した筋肉群のアイソメトリックエクササイズを促進する工程をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
システム動作時において、前記プロセッサはさらに、前記ユーザによって前記少なくとも１つのエフェクタに加えられなければならない前記少なくとも１つの力の量を選択的に調整し、前記ユーザによる前記少なくとも１つのエフェクタの操作に応答する前記ホストコンピュータとのユーザ対話を促進する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記ユーザによって加えられなければならない前記少なくとも１つの力の量を前記プロセッサに入力する入力装置をさらに含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記プロセッサはさらに、システム動作時において選択された期間前記ユーザによって前記少なくとも１つのエフェクタに加えられた仕事量を決定し、前記ユーザによって加えられた仕事量に関する情報を出力するように前記ディスプレイを制御する、請求項５に記載のシステム。
【請求項２０】
（ｄ）前記ユーザによって前記少なくとも１つのエフェクタに加えられなければならない前記少なくとも１つの力の量を選択的に調整して、前記ユーザによる前記少なくとも１つのエフェクタの操作に応答する前記ホストコンピュータとのユーザ対話を促進する工程をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項２１】
工程（ｄ）は、
（ｄ．１）前記ユーザによって加えられなければならない前記少なくとも１つの力の量のユーザの入力を促進する工程を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
工程（ｂ）は、
（ｂ．１）システム動作時において選択された期間前記ユーザによって前記少なくとも１つのエフェクタに加えられた仕事量を、前記プロセッサを介して決定する工程をさらに含み、
工程（ｄ）は、
（ｄ．１）前記ユーザによって前記少なくとも１つのエフェクタに加えられた仕事量に関して、前記ディスプレイを介して出力情報を表示する工程を含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
（１．技術分野）
本発明はアイソメトリックエクササイズ装置に関する。詳細には、本発明はコンピュータシステム周辺機器として機能し、ユーザがアイソメトリックエクササイズを行う間、ホストコンピュータシステムとのユーザ対話を促進するアイソメトリックエクササイズシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
（２．関連技術の考察）
現在、多種多様なタイプのエクササイズ装置が一般的に使用され、特に沈降型ライフスタイル（ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ  ｌｉｆｅｓｔｙｌｅｓ）および／または労働環境を有する人々のために健康およびフィットネスを促進し、また特定タイプの傷害のリハビリを提供する。これらのエクササイズ装置の圧倒的多数は、操作中は、アイソキネティックおよび／またはアイソトニック形態のエクササイズを使用し、ユーザの筋肉は選択された範囲の動作を通して抵抗下で動かされる。
【０００３】
アイソメトリックエクササイズは、リハビリ、フィットネスおよび／またはトレーニングに非常に有用である別の有効形態の筋肉エクササイズである。例えば、アイソメトリックトレーニングは、飛行中、高重力を受けた際に下肢および体幹部のアイソメトリック筋収縮を行って意識喪失を防止する戦闘機パイロットに有用である。アイソメトリックエクササイズは、力が行使される間ユーザの筋肉の動きは実質的に最小限か、まったく動かないというような、行使された力の結果としての動きに著しく抵抗する物体に対するユーザによる力の行使によって生じる。アイソメトリックエクササイズの簡単な形態例は、静止表面（例えば、ドアフレームまたは壁）を押す、堅く握った手を開こうとする、または十分に堅いスチールバーを屈曲もしくは屈折させようとすることなどを含む。その本質的に単調な性質ゆえに、アイソメトリックエクササイズ装置は、より従来の形態のアイソトニックおよびアイソキネティックエクササイズ装置に比べると人気がなく、従ってタイプや可用性に制限がある。
【０００４】
多くのアイソメトリックエクササイズ装置における特に重要な特徴は、１つ以上の筋肉群によって抵抗物体に加えられる力を測定することができることである。これはバイオメトリクスの基本構成要素である。例えば、米国特許第５，９０４，６３９号（Ｓｍｙｓｅｒ他）は、ロードセルを搭載したハンドグリップ記録握力計を含む装置を開示している。ロードセルは回路基板に連結され、エクササイズ養生中に圧力をかけながら強く握り締められる。装置はさらに、可視的な手がかりをユーザに提供して、ユーザがどの手を使うべきか、圧力をかけて握り締める力の適用量に関してユーザに指示するディスプレイを含む。米国特許第６，０８６，５１８号（ＭａｃＣｒｅａｄｙ，Ｊｒ．）は、握り締め可能な面を備える本体構造と、力の適用レベルが予め設定された限度に達すると基準信号を生成する、本体構造に関連付けられた手段とを有する握り締め可能な運動装置を採用した同様のタイプの装置を開示している。
【０００５】
米国特許第４，７４２，８３２号（Ｋａｕｆｆｍａｎｎ他）は、人体の選択された筋肉の強さを測定する装置および方法を開示している。この装置は、力センサーを備えた直立の支持フレームと、フレーム上に固定して位置付けられた測定装置とを含む。第１の力伝達部材が患者にぴったりと嵌る装置を担持し、水平軸方向に力を伝達してセンサーと測定装置を作動させる。第２の力伝達部材は、患者にぴったりと嵌るさらなる装置を担持して垂直軸方向に力を伝達しながら、力転送機構は垂直軸方向に伝達された力を、第１の伝達部材によって伝達された水平方向の力に変換する。この装置はさらに、連続測定セッション時は、同位置に患者を位置付けるための装置を含む。
【０００６】
米国特許第６，２９６，５９５号（Ｓｔａｒｋ他）は、第１および第２の遠心端部分を備えるハウジングと、第１および第２の遠心端部分の動きを互いに対して保持するための保持手段とを含む整形外科保持装置について記載している。この保持装置はさらに、保持バーの応力を感知するための応力感知機構を有する長く延びたひずみバー（ｓｔｒａｉｎｉｎｇ  ｂａｒ）を含む。応力感知機構の出力に基づいて感知応力を示すために、マイクロプロセッサおよび記録機構を含む制御部が設けられる。長く延びたひずみバーは、遠心端部分間の角度を調整することができる調整可能ヒンジを含み得る。
【０００７】
米国特許第６，２２８，０００号（Ｊｏｎｅｓ）は、静的および動的強さテストの両方が被験者に対して行われる、被験者の筋力をテストする機械を開示している。テスト中は、コンピュータおよび被験者の身体部分の異なる位置の筋肉の強さを表示するためのディスプレイ画面に接続された装置によって、筋肉によって行使される力が測定される。動的強さのテストでは、被験者はテストされる筋肉を行使することによって動作アームを動かす。動作アームは被験者による動作に対抗する抵抗ウェイトに接続される。静的強さのテストでは、動作アームは適所に固定されており、被験者はテストする筋肉を行使する際に動作アームに対してその身体部分を行使する。身体部分の種々の角度位置でのトルクを考慮して筋力を表示することができるように、力および角度測定装置が動作アームとコンピュータに接続される。
【０００８】
米国特許第６，３２５，７６７号（Ｗｏｌｆｆ他）は、人の筋肉群の力の行使能力を測定する強さ測定装置について記載しており、この装置は、押圧要素に行使される力を測定することができる力測定部を備えて機能する、少なくとも１つの垂直方向に調整可能な押圧要素を含む。装置はさらに、やはり垂直方向に調整可能であり、テストする人の身体の特定部分を所定位置に保持するように機能する、少なくとも１つのさらなる押圧要素を含む。
【０００９】
前述の運動装置は、単調であり、概ね装置を操作するユーザによって加えられる力の量に関して、限定されたフィードバックを提供するという点において制限されている。特定のアイソメトリックエクササイズへのユーザの興味を高め、装置の連続および持続使用を確実にするためには、より高いフィードバックを提供し、かつユーザにとって楽しいアイソメトリック装置が望ましい。
【００１０】
従って、国際公報第ＷＯ９１／１１２２１号（Ｂｏｎｄ他）は、順次かつ自動的にアイソキネティック、アイソトニックおよびアイソメトリックエクササイズを行い、コンピュータが患者と対話して所望の治療を行う間、理学療法士は他の患者の世話をすることができるコンピュータ制御エクササイズシステムについて記載している。１つの実施形態では、患者の手足を上げる、またはねじるなどの患者の身体の動きは、別のランナーと競争するディスプレイ上のランナーに変換される。患者が繰り返しの回数またはエクササイズユニットに加えられたトルクなどのエクササイズのゴールに到達する、またはそれを超えると、その患者を表すランナーは、ゴールを表す他のランナーと引き分ける、または勝つことになる。
【００１１】
前述の国際公報におけるエクササイズシステムとコンピュータとの対話は、設定ゴールの到達に基づいたディスプレイ上での単純な表現に限定され、所定時間にユーザによってエクササイズ装置に加えられた力の正確な量または程度の表示は提供されない。さらに、このエクササイズシステムは、ユーザがコンピュータ生成バーチャルリアリティシナリオと対話して、シナリオ内のキャラクターまたは目標物ならびにシナリオに関連した他の特徴の多様な動きを制御することができる、バーチャルリアリティ対話環境を提供しない。これらのタイプのシナリオは、典型的にはコンピュータインターフェース装置を使用して、シナリオとのユーザ対話を促進する。これらの装置の大部分はひずみに基づいた力の測定を採用している。例えば、ラップトップコンピュータシステムのキーボードにおいて採用されるポインティング「ニップル」（ｐｏｉｎｔｉｎｇ  “ｎｉｐｐｌｅ”）および、戦闘機などの高性能航空機が使用する「フォーススティック（Ｆｏｒｃｅ−ｓｔｉｃｋ）」は、ひずみに基づいた技術を採用している。さらに、この技術は自動車からロボットインタフェースに至る種々の用途で採用され得る。これらの用途例に関しては、米国特許第６，２１６，５４７号（Ｌｅｈｔｏｖａａｒａ）および第６，３８８，６５５号（Ｌｅｕｎｇ）を参照する。
【００１２】
バーチャルリアリティをアイソメトリックエクササイズ装置と組み合わせる試みにおいて、インタラクティブビデオエクササイズシステム（ＩＶＥＳ）が、Ｄａｎｇ他による「Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ  Ｖｉｄｅｏ  Ｅｘｅｒｃｉｓｅ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｐｅｄｉａｔｒｉｃ  Ｂｒａｉｎ  Ｉｎｊｕｒｙ  Ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ」，ＲＥＳＮＡ２０周年会議議事録、１９９８年６月において開示されている。このシステムは、小児脳損傷の患者に機器を備えたビデオ−ゲームで高めるエクササイズプログラムを提供するものであり、このシステムはアイソメトリックテスト装置とデータ処理回路ボックスと適合ゲームコントローラを備えたＳｕｐｅｒＮＥＳＴＭシステムとを含む。アイソメトリックテスト装置は、椅子の２本の後ろ脚に取り付けられた金属のクロスバー上に固定して搭載された第１のロードセルを含む。高張力ケーブルおよびアンクルバンドが、椅子に座った被験者のすねを第１のロードセルに連結させる。第２のロードセルが、床に置かれる２つのアルミニウムプレート間に搭載される。被験者の足はヒールストップに接してトッププレート上に置かれ、２本の紐で固定される。被験者の膝のアイソメトリック伸長は第１のロードセルで測定され、被験者のアイソメトリック足首背屈は第２のロードセルで測定される。いずれのロードセルからの信号もデータ処理ボックスに送信され、そこで処理され、ポテンショメータによって設定された可変閾値と比較される。トランスデューサーの信号が閾値を越えると、電圧が適合ゲームコントローラに流され、これによりゲームにおいて選択された動作が実行される（例えば、右に動く、左に動く、上に動く、下に動くなど）。その結果、被験者は特定のアイソメトリックエクササイズを行うことによってのみゲームを行うことができる。
【００１３】
前述のＩＶＥＳシステムは、ＳｕｐｅｒＮＥＳＴＭシステムのゲームコントローラがシステムを動作可能とするように適合されていなければならないという点において制限されている。言い換えれば、ＩＶＥＳシステムはＳｕｐｅｒＮＥＳＴＭシステムと互換性のない他のコンピュータシステムに関連付けられたコンピュータゲームでの使用に対する柔軟性を有しない。さらに、ＩＶＥＳシステムは、アイソメトリック膝および足首エクササイズに限定されているので、ユーザの上半身だけをエクササイズする、または下半身との組み合わせにおいてエクササイズすることが望ましい種々の異なる状況において使用されることができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
（発明の目的および要旨）
従って、アイソメトリックエクササイズを行うことに関連付けられた興味および楽しみのレベルを高めるように、ユーザ操作時においてホストコンピュータシステムと対話するアイソメトリックエクササイズシステムを提供することを、本発明の目的とする。
【００１５】
本発明の別の目的は、エクササイズシステムに対してユーザによって加えられる力のタイプおよび量または程度を決定するように、アイソメトリックエクササイズシステムを構成することである。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、認識可能な方法でホストコンピュータシステムと通信を行い、エクササイズシステム上のアイソメトリックエクササイズの実施に基づいて、ホストコンピュータシステムによって生成されるバーチャルリアリティシミュレーションシナリオへのユーザ参加を促進するように、アイソメトリックエクササイズシステムを構成することである。
【００１７】
本発明のさらに別の目的は、「既製の」ゲームまたは他のソフトウェアプログラムを動作させることが可能な多種多様なコンピュータシステムでの使用に適応可能なように、アイソメトリックエクササイズシステムを構成することである。
【００１８】
本発明のさらなる目的は、設計においてモジュール式であるようにアイソメトリックエクササイズシステムを構成して、ユーザが所望の目的または特定用途にシステムをカスタマイズすることができるようにすることである。
【００１９】
前述の目的は個々に、および／または組み合わせて達成され、本明細書に添付された請求項により明確に要求されない限り、本発明は２つ以上の目的が組み合わされるのを必要とするものと解釈されることを意図しない。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明によると、周辺機器として機能し、ホストコンピュータシステムとのユーザ対話を促進するアイソメトリックエクササイズシステムは、少なくとも１つのエフェクタと、エフェクタ上の選択された位置に連結された少なくとも１つのセンサーと、プロセッサを含む制御回路とを含む。センサーはユーザによってエフェクタに加えられた少なくとも１つの力を測定し、加えられた力は、エフェクタ上のひずみをもたらすまたはエフェクタを歪める。エフェクタは金属ロッドの形態であり得、ユーザはその弾性限界内でわずかにかつ測定可能にエフェクタを変形させる力（例えば、屈曲、ねじり、引っ張り、圧縮力など）を加える。プロセッサは、ホストコンピュータシステムへ転送するために、センサーによって測定された、加えられた力の情報に対応するデータを受信して処理するデータ処理モジュールを含み、処理されたデータは、ホストコンピュータシステムと互換性のあるフォーマットで転送され、ユーザによるエフェクタの操作を介してホストコンピュータシステムとのユーザ対話を促進する。言い換えれば、プロセッサは、従来のコンピュータ周辺機器または入力装置によって提供されるものと同様のフォーマットでホストコンピュータシステムに情報を提供する。ホストコンピュータシステムは、情報を処理して、実行するソフトウェアアプリケーション（例えば、ゲーム）内のイベントを更新またはそれに応答する。複数のエフェクタは、１つ以上の適切なコネクタを介して任意の適切な方法で互いに接続され、ユーザの好みおよび／または特定用途に基づいてカスタマイズできるフレームを形成する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明はいくつかの利点を提供する。１つの利点は、本システムが従来の周辺装置（例えば、ジョイスティック、マウス、ゲームパッドなど）の方法で、多数の異なるタイプのコンピュータシステムで使用することができることであり、これらのシステムは「既製の」コンピュータゲームまたは他のソフトウェアなどの従来のソフトウェアアプリケーションを実行することが可能である。加えて、各エフェクタは、設計においてモジュール式であり、筋肉群の任意の望ましい組み合わせのアイソメトリックエクササイズを促進するように、エフェクタの異なる組み合わせに基づいて多種多様なシステムフレームを形造ることが可能である。
【００２２】
特に、種々の図において同じ番号が同じ構成要素を表すのに使用されている添付図面と合わせて、特定の実施形態の以下の詳細な説明を検討すれば、本発明の上記およびさらなる目的、特徴および利点が明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（好ましい実施形態の詳細な記述）
図１に本発明の対話式アイソメトリックエクササイズシステムが示される。具体的には、システム１は、エフェクタに加えられる１つ以上の量の力への応答を測定する、好ましくは長く延びたロッドまたはバー形状のエフェクタ２と、エフェクタならびにホストコンピュータシステム２０と通信する制御回路２００とを含む。制御回路は、エフェクタから力測定情報を受信し、かかる情報を下記で説明するようにホストコンピュータシステムが認識可能なデータに変えるプロセッサ１０（図３）を含む。プロセッサは任意の従来もしくは他のマイクロプロセッサまたは回路によって実装され得る。ホストコンピュータシステムは、典型的には、ベース（例えば、プロセッサ、メモリ、ソフトウェアなどを含む）、キーボード、モニター、およびオプションのマウスまたは他の入力装置を含む、従来のパーソナルまたは他のコンピュータシステム（例えば、ラップトップ、ＩＢＭ互換機、マッキントッシュＰＣ，ＰＤＡなど）によって実現される。ホストコンピュータシステムはソフトウェアアプリケーションを実行し、エクササイズシステムを介してアプリケーションとのユーザ対話を促進する。
【００２４】
エフェクタは、例えば、ユーザの手によってバーに加えられる屈曲、ねじり、引っ張りおよび圧縮力の任意の組み合わせに応答してその弾性限界内でわずかに変形することが可能な、適切な剛性を有する任意の材料（例えば、合金）で構成される長く延びた、概ね円筒状のバーまたはロッドを含む。エフェクタは円筒状のバーとして描かれてが、任意の選択されたタイプのグリップ外面（例えば、平坦、多角形など）を有する任意の適切な形状構成（例えば、ドーナツ形、Ｕ字形、Ｖ字形など）を含み得る。ユーザによって加えられるひずみ力の量およびタイプに比例する、エフェクタ２に加えられる変形量およびタイプは、下記で説明するように、エフェクタバー上の適切な位置に配置される１つ以上のセンサーによって測定可能である。
【００２５】
任意の数の異なる軸方向のエフェクタのごくわずかな程度のたわみを測定することができる模範的なセンサーは、ひずみゲージセンサーである。ひずみゲージは、物体に加えられるひずみを測定するのに周知であり、典型的には、金属のワイヤまたは金属箔装置の形態で実現される。ひずみゲージが物体の外面に適切な向きに適用されると、ひずみゲージの電気抵抗は、物体に加えられた特定のひずみ量に比例して変化する。ひずみゲージの抵抗の変化は測定可能である（例えば、ひずみゲージがブリッジの抵抗器の１つを形成する、従来のホイートストーンブリッジ構成を使用する）。ホイートストーンブリッジは任意の従来の方法で構成され、ひずみゲージの抵抗の変化を決定し得る。例えば、ひずみゲージが適用された物体がひずみ変形すると、基準電圧とブリッジで測定された電圧とを比較し、下記の方法で電圧差を処理することによって、ひずみゲージの抵抗の変化は容易に決定することができる。
【００２６】
２つのひずみゲージセンサー４および６がエフェクタ２の中心位置近くのエフェクタ外面に取り付けられる。または、センサーはエフェクタの内面に取り付けられ得ることに注意する。センサーはさらに、エフェクタバーの長手方向に並べられ、エフェクタバーの外周上約９０°Ｃ、互いにずらされる。図１に示すように、センサー６が概ね上向きになるようにエフェクタ２を方向付けすることによって、センサー４は水平軸Ｘ回りの概ね水平面におけるエフェクタ２の屈曲たわみを測定し、一方センサー６は垂直軸Ｙ回りの概ね垂直面におけるバーの屈曲たわみを測定する。単に基準ポイントを説明するのに、「上方向」「下方向」「最上部」「最下部」「側部」「正面」「後部」「上部」「下部」「垂直」「水平」「高さ」「幅」「長さ」などの用語が本明細書で使用されるが、本発明をいかなる特定の方向または構成に限定するものではないことを理解すべきである。さらなるセンサーが、エフェクタバーの圧縮、伸長およびねじりを測定するために設けられてもよい。例えば、第３のセンサーがエフェクタバー表面に沿って適切な配列で取り付けられ、バーの長手方向ディメンションに関するエフェクタバーのねじりたわみを測定し得る。
【００２７】
センサーは、個々のワイヤを介して制御回路２００に接続され、好ましくは、適切な覆いまたは導管８に配置される。制御回路はまた、適切なコネクタ１２を介して、ホストコンピュータシステム２０の標準周辺接続ポート（例えば、シリアル、パラレル、ＵＳＢなど）に接続される。制御回路プロセッサは、センサー４および６から測定されたひずみ情報を受信して、かかる測定情報を下記で説明するようにホストコンピュータシステム用の可読データパケットに変換する。データパケットは好ましくは、任意の標準周辺機器（例えば、従来のマウス、ジョイスティック、ゲームパッドなど）の入力と区別できないように構成される。言い換えれば、エフェクタ２は物理的にユーザによって操作され、プロセッサ１０からホストコンピュータシステム２０へ、ホストコンピュータシステム上を動作するソフトウェアプログラムの操作を制御するための周辺機器によって通常提供されるのと同タイプの入力の転送を行う。
【００２８】
操作において、システム１は基本的には周辺機器として機能し、しかるべきデータをホストコンピュータシステム２０に送信する。詳細には、ユーザは上述のようにセンサー６が概ね上向き状態にエフェクタ２を方向付け、手でその対向する端においてバーを保持する。手を使ってしかるべき量の屈曲力がユーザによってエフェクタ２に加えられ、上述のように特定方向およびＸ軸回りにエフェクタのごくわずかな程度の水平方向屈曲がもたらされ、その結果生じるひずみがセンサー４に加わる。測定されたひずみは、下記で説明するように、デジタルデータ値として制御回路２００のプロセッサ１０によって受信され、データパケットに入れられる。データパケットは、エフェクタに相当する方法で操作される従来のコンピュータ周辺機器から出力されるデータと類似したフォーマットを含む。同様に、ユーザがエフェクタに力を加えて、Ｙ軸回りの特定方向にエフェクタの垂直屈曲をもたらすと、その結果、データパケットはプロセッサによってホストコンピュータシステムに送信される。データパケットは、エフェクタに相当する方法で操作される従来のコンピュータ周辺機器から出力されるデータに類似したフォーマットを含む。ユーザがエフェクタにＸ軸とＹ軸の両軸回りに力を複合して加えると、同様に従来のコンピュータ周辺機器の対応する動作に類似したフォーマットで、データパケットはプロセッサによってホストコンピュータシステムに送信される。
【００２９】
プロセッサ１０によってホストコンピュータシステム２０に提供されたデータパケットは、典型的にはホストコンピュータシステムのディスプレイ画面２２上のコンピュータゲームまたはその他のソフトウェア提供画像用のコンピュータ周辺機器によって提供されるＸおよびＹ軸情報であり得、プロセッサによって提供される軸情報によって表示画像内に対応する変化が生じ、バーチャルリアリティシナリオ内にバーチャル動作を反映させる。このように、システム１はジョイスティックなどの標準周辺装置の操作性機能をシミュレートしつつ、同時にシステムのユーザの種々の筋肉群のアイソメトリック運動を達成する。加えて、システムは標準の「既製の」ゲーミングまたはかかる標準周辺装置で使用するように設計された他のソフトウェアプログラムで動作可能である。
【００３０】
上述のシステムは、１つ以上のソフトウェアプログラムの動作時において、別々に、または同時にユーザの複数の筋肉群をエクササイズするように修正され得る。他の構成要素を設けて、システムの動作を高めてもよい。例えば、ディスプレイ２２０（図３）を直接制御回路プロセッサに連結して、ユーザによってエフェクタの加えられた力の量およびタイプまたは全仕事量などの異なる形態の情報を提供し得る。さらなるエフェクタがシステムに設けられ、異なる筋肉群のアイソメトリックエクササイズならびに、ホストコンピュータシステムよって実行される特定バーチャルリアリティシナリオに対する複数方向のシミュレート動作および他の制御特徴を促進してもよい。さらに、フライホイールと組み合わせたフットペダルなどのエクササイズ構成要素を設けて、アイソケネティック、アイソトニックおよびアイソメトリック形態のエクササイズの組み合わせを可能とし、エクササイズのこの構成要素はさらにバーチャルリアリティシナリオにおける他の制御（例えば、シナリオを通してあちらこちら移動する速度を制御するためのスロットルなど）として機能し得る。
【００３１】
任意の適切なコネクタ（例えば、耳付きナット、カップリング、Ｔ字またはＹ字形金具、十字形金具など）を使用して、任意の数のエフェクタが任意の選択された向きに組み合わされ、特定の用途によって１つ以上の身体部分のアイソメトリックエクササイズを可能とし得る。例えば、それぞれが１つ以上のひずみセンサーを含む１対のエフェクタバーがベースに接続され、バーの向かい合う端部はＴ字形金具で共に接続され、金具はさらにベースから延びるバーと接続する特定用途のＴ字バー構成を形成する。バー上のセンサーは適切な配線ハーネスを介してプロセッサと連結され、標準周辺装置からの入力データとしてホストコンピュータシステムが認識可能なデータパケットへのひずみ測定値処理を促進することができる。エフェクタは、本質的には設計においてモジュラー式であり、種々の異なる構成で複数の拡張ロッドまたはコネクタを介して接続され、種々の異なる用途を達成すると同時に、特定の個々の必要性に対してシステムのカスタマイズを可能とし得る。例として、エフェクタはそれぞれ１つの軸における変形（例えば、伸長・圧縮、屈曲、ねじりなど）を測定する１セットのセンサーを備えて、共通の長さを含み得る。２つ以上のエフェクタを接続して複数の軸における変形を測定し得、一方では拡張ロッドを採用して所望の長さの一体化されたエフェクタを構成し得る。エフェクタはその他の要素（例えば、シート、制御回路など）が装着され得るベースに挿入され得る。
【００３２】
エフェクタの「コックピット」型システム構成の模範的実施形態が図２に示される。具体的には、システム１００は、支持面に係合し、長く延びた第１のベース部材１０１と、第１のベース部材の一方の端部に装着される長く延びた第２のベース部材１０２を含み、第２のベース部材はベースの前端部に配置されてベース用のＴ字構成を形成するベースを備えたフレームを含む。ベースの後端部近くの第１のベース部材の上面には、第２のベース部材と向かい合い、システム動作時はユーザを座位で支持するように構成されるシート１０３が固定される。
【００３３】
フレームはさらに、シート１０３に座ったユーザによる操作用にＴ字型ハンドルバー構成を形成する、１セットの長く延びた概ね円筒状のエフェクタバーを含む。詳細には、第１のエフェクタバー１０４が第１および第２のベース部材の接合点のベースの前端部から約４５°の角度でシート１０３の前面部のすぐ上の適切な位置に延在する。第２および第３のエフェクタバー１０６および１０８は第１のバーから離れて対向する方向に延びるように、適切な金具１０５（例えば、Ｔ字形、耳付き、十字形金具など）を介して、第１のバーの自由端で固定される。システム動作時においてユーザがアクセス可能なように、１つ以上の入力装置（例えば、ボタン、スイッチ、キーパッドなど）を含むコントロールパネル１０９が、第２と第３のバーの間の第１のバー１０４の後端部の金具において固定される。各エフェクタバーは好ましくはモジュール式で、ユーザによってバーに加えられる屈曲、ねじり、引っ張りおよび圧縮力の任意の組み合わせに応答して、弾性限界内でわずかにたわむことができる、適切な剛性を有する材料（例えば、合金）で構成される。各エフェクタバーは概ね円筒状であるが、エフェクタバーは任意の適切な形状（例えば、屈曲した、または湾曲した、Ｖ字形など）であり得、任意の適切な外面形状（例えば、曲線状、多角形など）を有し得ることに注意する。
【００３４】
ユーザによってそのバーに加えられる少なくとも１つのタイプのひずみを測定するために、少なくとも１つのセンサーが各エフェクタ上に配置される。詳細には、第１のバー１０４は、ベースと第１のバーとの接続点近くの第１のバーの外面の適切な位置に配置され、約９０°の角度でずらされる、２つのひずみゲージセンサー１１０および１１２を含む。センサー１１０および１１２は、下記で説明するように、システムの動作時に第２および／または第３のバー上をユーザが押す、または引く結果、第１のバーに加わるひずみ変形の量を測定する。同様に、第２および第３のバーはそれぞれ、第１のバーと各バーとの接続点近くのバー外面の適切な位置に配置される各ひずみゲージセンサー１１４、１１６を含む。センサー１１４および１１６は、下記で説明するように、ハンドルバー構成の旋回または操縦をシミュレートするために、ユーザが第２および／または第３のバーをねじろうとする際、水平軸方向に第２および第３のバーに加えた屈曲ひずみの量を測定する。
【００３５】
センサーは、しかるべき配線ハーネスを介して制御回路２００のプロセッサ１０（図３）に接続される。制御回路は、第１のバー１０４の下で、第１と第２のベース部材の接続点近くの適切な位置において第１のベース部材１０１に固定される。但し、制御回路はシステムフレーム上の任意の適切な位置に設けられ得、または代替的には、システムフレームから離れて位置付けされ得ることに注意する。制御回路はまた、適切なコネクタ１２２を介してホストコンピュータシステム２０の標準周辺機器またはその他のポート（例えば、シリアル、パラレル、ＵＳＢなど）にも接続される。センサーからプロセッサ１０によって受信されるひずみゲージ測定値は、下記で説明するようにホストコンピュータシステムが認識可能な情報パケットに変換される。ホストコンピュータシステムは、下記で説明するように、エフェクタバーに加えられるひずみ力に従って、ユーザによって操作可能なディスプレイ画面２２上のバーチャルリアリティシナリオを表示する。オプションとして、ディスプレイ画面２２０（図３）は、下記に説明するように、プロセッサに連結され得、システムの動作時にユーザが見るようにシステムフレーム上の適切な位置に設けられる。プロセッサは、ディスプレイ画面を制御して、種々の情報（例えば、任意の所定時間に特定エフェクタバーに加えられた力の程度、特定エクササイズセッション時にユーザによって行われる作業量および／または任意の他のエクササイズもしくはその他の関連情報）をユーザに表示する。さらに、高められた運動を提供するために、システムは他の付属品（例えば、ペダルまたは他のエクササイズ装置など）を含み得る。加えて、拡張ロッドを採用して、ユーザの特徴に従ったエフェクタを構成し得る（例えば、高さ、手の届く範囲など）。
【００３６】
図１および図２のシステムの模範的制御回路を図３に示す。具体的には、制御回路２００は、複数の増幅器と複数のアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器とプロセッサ１０とを含む。例として、図１の実施形態に関して、各センサー４、６は各増幅器２０２、２０４に接続され、各増幅器は各Ａ／Ｄ変換器２１０、２１２に接続される。各Ａ／Ｄ変換器はさらにプロセッサ１０に接続される。同様に、図２の実施形態に関する例として、各センサー１１０、１１２、１１４、１１６は各増幅器２０２、２０４、２０６，２０８に接続され、各増幅器は各Ａ／Ｄ変換器２１０、２１２，２１４、２１６に接続される。各Ａ／Ｄ変換器はさらにプロセッサ１０に接続される。オプションとして、好ましくはエクササイズシステム上またはユーザの見えるところに搭載されたディスプレイ２２０がさらにプロセッサに接続され、上述のように特定のエクササイズまたはその他の関連情報の表示を促進する。前述のように、プロセッサは、ホストコンピュータシステム２０の標準周辺機器またはその他のポートに接続される。従来の電源（図示せず）がしかるべき電力信号を各回路構成要素に提供する。回路は、バッテリおよび／または任意の他の適切な電源によって電力を供給され得る。回路構成要素を作動するために電源スイッチ（図示せず）がさらに含まれ得る。
【００３７】
１つ以上のさらなる入力装置が、オプションとしてプロセッサに接続され、システムの動作を高め得る。さらなる入力装置の例としては、これらに限定されないが、ボタン、スイッチ、キーパッド、およびフットペダルに連結されたフライホイールなどのエアロビック抵抗制御可能装置を含む。ホストコンピュータシステムに送信されるデータパケットに含むように、ボタン、スイッチ、キーパッドなどの入力装置は、情報を直接プロセッサに提供する。例としては、回路２００では、前述のような入力装置を含むコントロールパネル１０９（図２）が、プロセッサ１０に接続されて示される。
【００３８】
関連付けられたエフェクタバーの圧縮および伸長に応答して、各ひずみゲージセンサー電気抵抗が変化する。増幅器はそれぞれ、基本的にホイートストーンブリッジ構成で対応するセンサーを配置し、ホイートストーンブリッジで測定された電圧を基準電圧と比較することによって抵抗の変化を決定する。その差は典型的には０から５ボルトの範囲で増幅される。増幅された電圧値は各増幅器によって、各Ａ／Ｄ変換器（例えば、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ＡＤＣ０８０６０などの従来のＡ／Ｄ変換器）に送信され、そこでアナログ信号が８ビット（例えば、符号付きまたは符号なし）または１６ビットの（例えば、符号付きまたは符号なし）デジタル値に変換される。各Ａ／Ｄ変換器のデジタル値は、プロセッサの各所定の記憶場所に送信される。プロセッサは、好ましくはおよそ１０ミリ秒以下の所定時間間隔で記憶場所からサンプルを取り、連続して情報を処理してホストコンピュータシステムに送信し、実行しているソフトウェアアプリケーションを更新および／またはそれに応答する。
【００３９】
基本的には、増幅されたセンサー値はユーザによって加えられた力を表し、値が５ボルトに近づくにつれて、より大きい加えられた力を示す（ｇｒａｔｅｒ ａｐｐｌｉｅｄ  ｆｏｒｃｅ）ことを示す。増幅されたアナログ値は２５６の値（例えば、−１２７から＋１２７までの８ビット符号付き）または６５，５３６の値（例えば、−３２，７６７から＋３２，７６７までの１６ビット符号付き）の範囲内でデジタル化または量子化されて、加えられた力の大きさおよび／または方向を示す。このように５ボルトまでの増幅された電力値は、量子化範囲の最大値までのデジタル値を生成する。量子化は、変換時にはＡ／Ｄ変換器によって、またはプロセッサによって行われ得る。
【００４０】
センサーからのひずみ測定値に対応するＡ／Ｄ変換器からプロセッサによって受信されたデジタル値および上記の他のオプションの入力装置から受信した値は、ホストコンピュータシステムに転送するのに適したデータパケットに処理され配置される。プロセッサは任意の方法で未処理のデジタル値を処理し、種々のキャリブレーションを担当するか、または上述のように値を量子化範囲内に適切に調整し得る。データパケットは、標準周辺装置（例えば、マウス、ジョイスティック、ゲームパッドなど）からのデータ入力に類似したフォーマットである。例えば、プロセッサはすべての入力装置（例えば、ボタンなど）の状態および各センサーの値を含むＵＳＢデータパケットを構成し得る。ほんの一例として、データパケットは、ヘッダ情報、Ｘ軸に沿った対応センサーの力の測定値を示すＸ軸情報（例えば、８ビット符号付き）、Ｙ軸に沿った対応センサーの力の測定値を示すＹ軸情報（例えば、８ビット符号付き）、ラダーまたはステアリング情報（例えば、８ビット符号なし）、スロットルまたは速度情報（例えば、８ビット符号なし）および入力装置（例えば、ボタンなど）の状態に関するさらなる情報を含み得る。さらなるパケット位置が、プロセッサと接続された入力装置から受信されたデータに関連付けられ得、入力装置はシナリオに対するさらなる操作上の基準（例えば、ユーザが入力ボタンおよびスロットルなどを押すと、シナリオ内の武器が発射される）を表す。ホストコンピュータシステムは、従来の周辺機器から受信する情報に対するのと実質的に同じ方法で情報またはデータパケットを処理し、実行しているソフトウェアアプリケーション（例えば、ゲームなど）を更新およびまたはそれに応答する。
【００４１】
操作において、ユーザはまず上述のようにコネクタを使用してホストコンピュータシステムのしかるべきシリアルまたは他のポートに制御回路を接続して、システムをホストコンピュータシステムに連結させる。ソフトウェアプログラムを選択してホストコンピュータシステム上で動作させ、ユーザは少なくとも１つのエフェクタバーを握って力を加え、バー上にひずみをもたらすことによって、組み合わされたアイソメトリックエクササイズとソフトウェアプログラムとの対話を行う。ユーザによって加えられたひずみによって、少なくとも１つの各センサーの抵抗が変化する。センサーの抵抗の変化が測定され、増幅され、プロセッサに転送するためにデジタル値に変換される。プロセッサは、その情報を処理してしかるべきデータパケットに配置し、上述のようにホストコンピュータシステムに送信する。ホストコンピュータシステムは従来の周辺機器から受信する情報に対するのと実質的に同じ方法でその情報またはデータパケットを処理して、実行しているソフトウェアアプリケーション（例えば、ゲームなど）を更新および／またはそれに応答する。
【００４２】
図１に示すシステムの模範的な適用は、ホストコンピュータシステム２０のディスプレイ画面２２に表示されるゲームまたは他のバーチャルリアリティシナリオ用の周辺機器である。ユーザは、例えば、ホストコンピュータシステムが表示するシナリオ内のキャラクターまたは物体の対応動作が行われるように、ＸおよびＹ軸の少なくとも１つに対して１つ以上の屈曲力をエフェクタ２に加える。ホストコンピュータシステム２０に転送するためにプロセッサ１０によってアセンブルされたデジタルデータパケットは、Ｘ軸に対してユーザによってエフェクタ２に加えられた屈曲力が、ディスプレイ画面２２に表示されるシナリオにおいて水平軸方向に沿った対応する同等の動き（例えば、シナリオ内では左右の動作）となるように構成され得る。同様に、Ｙ軸に対してバーに加えられた屈曲力は、表示されるシナリオにおいて垂直軸方向に沿った対応する同等の動き（例えば、シナリオ内では上下の動作）となり得る。バーに加えられたＸおよびＹ軸両方に対する力の組み合わせは、表示されるシナリオでは、水平および垂直軸両方に沿った対応する動作（例えば、斜めの動作）となるであろう。
【００４３】
図２に示される上述のシステムにおいて、ユーザは、手を金具１０５およびセンサー１１４および１１６から外れた位置で第２および第３のバー１０６および１０８に置き、シート１０３に座った位置でシステム１００を操作する。前に押す力または反対に引く力（すなわち、バー１０６、１０８をユーザから離して押す、またはこれらのバーをユーザに向かって引く）を加えると、センサー１１０および／またはセンサー１１２の抵抗値がそれぞれ変化し、その結果、しかるべきデジタルデータ値が生成される。その値は、上述のようにホストコンピュータシステムに転送するために、プロセッサ１０によってデータパケットに入れられる。屈曲力を第２のバー１０６および／または第３のバー１０８に加えてその長手方向軸に沿ったバーの屈曲をもたらすによって、センサー１１４および／またはセンサー１１６の抵抗がそれぞれ変化し、その結果、しかるべきデジタルデータ値が生成される。その値は、上述のようにホストコンピュータシステムに転送するために、プロセッサ１０によってデータパケットに入れられる。ホストコンピュータシステムは、従来の周辺機器から受信する情報に対するのと実質的に同じ方法でその情報またはデータパケットを処理し、実行しているソフトウェアアプリケーション（例えば、ゲームなど）を更新および／またはそれに応答する。
【００４４】
上で述べたように、システム１００は、これに限定されないが、飛行または運転シナリオを含む多数の異なるバーチャルリアリティシナリオに有用なＴ字型ハンドルバー構成を有する「コックピット」フレーム設計を含む。模範的な飛行シナリオでは、Ｔ字型ハンドルバーは、シナリオでは従来の航空機操縦棹（ｙｏｌｋ）として機能するように実装され得る。ユーザが自分から離れるように第２および／第３のバー１０６および１０８を押そうすることによって間接的にひずみ力を第１のバー１０４に加えると、飛行シナリオにおいて急降下（例えば、地面に向かって）が達成される。同様に、ユーザが自分に向かってバーを引こうとして、ひずみ力を第２および／または第３のバー加えると、飛行シナリオにおいて上昇（例えば空に向かって）が達成され得る。ユーザが第１のバーに対して、時計回りまたは反時計回りの方向に第２および／または第３のバーを回転または旋回させようとしてその長手方向軸に沿って第２および／または第３のバーに対応する屈曲力を加えると、飛行シナリオにおいてローリング動作（例えば、左または右への旋回動作を表す水平軸回転）が達成され得る。コントロールパネル１０９上に配置される入力装置および／またはさらなる入力装置（例えば、フライホイールと組み合わさったユーザの足による操作用のさらなるエフェクタバーおよびフットパネルなど）を使用して、飛行速度を制御する、弾音および／または強奪者の制御、武器の発射などの飛行シナリオにおける他の特徴も達成され得る。ホストコンピュータシステムが他のシステム（例えば、ホストコンピュータのネットワークまたは他の通信媒体を介して）にリンクされた場合は、複数のユーザが同じバーチャルリアリティシナリオセッションに参加して、これによってセッション内の２人以上のユーザの間で競争的な対話（例えばチームレース）が促進される。
【００４５】
運転シナリオでは、システム１００は、ステアリングホイールおよびスロットル並びにブレーキの組み合わせとして第２および第３のバーを使用するように構成され得る。詳細には、第２および／または第３のバーに屈曲力を加えて第１のバーに対して時計回りまたは反時計回りにこれらのバーを回転または旋回させようとすると、運転シナリオにおいて対応する右または左の旋回が生じるであろう。加速および制動は、バーをユーザから離して押すかユーザに向かって引く、第２および／第３のバーに加えられたそれぞれの力によって達成されるであろう。速度を変更する、ギアを制御する、武器の発射などの運転シナリオにおけるさらなる特徴は、上述のようにさらなる入力装置を使用して達成することができる。
【００４６】
上で述べたように、プロセッサに接続されたオプションのディスプレイ画面は、ユーザによる特定エフェクタに加えられる力の行使のレベル並びに行われた仕事量など、特定情報を提供するのに実装され得る。他の特徴も、システム動作時においてユーザによって行われるエクササイズ活動に関連して表示され得る。
【００４７】
プロセッサは、さらにバーチャルリアリティシナリオにおける特定の応答を達成するために、１つ以上のエフェクタに対して要求される力のユーザによる行使レベルを制御するように構成され得る。例えば、プロセッサは、しかるべきデータ値をデータパケットに割り当て、それをホストコンピュータに送信する前に、ユーザが１つ以上のエフェクタに加えるひずみ力の量に比例する閾値抵抗レベルが達成されることを要求するように構成され得る。ひずみゲージ抵抗の変化に対する閾値は、しかるべき入力装置（例えば、キーパッド）を介してユーザによってプロセッサに入力され得る。または、ユーザ入力と共に閾値は、風の条件の変化、地形の勾配の変化（例えば、上り勾配を進む）などのバーチャルリアリティシナリオ内の条件に基づいて、プロセッサによって制御され得る。プロセッサはまた、バーチャルリアリティシナリオにおける上記の条件に基づいて、フットペダルなどのさらなる抵抗型入力装置をも制御し得る。
【００４８】
前述のシステムは、標準周辺機器によって生成される入力と区別できない方法で「既製の」ゲームまたはホストコンピュータシステム上で実現されるその他のソフトウェアとのユーザ対話を促進するように容易に統合され得る、アイソメトリックエクササイズ装置を提供する。エフェクタのモジュラー設計は、任意の選択された数および組み合わせのエフェクタとセンサーを使用して、多種多様な異なるシステム設計のアセンブリを促進し、任意の１つ以上のセンサーが各エフェクタに対して設けられ、ユーザによってエフェクタに加えられる、任意の数の選択されたタイプのひずみ力（例えば、屈曲力、ねじり力、圧縮および引っ張り力）を測定し得る。このように、ユーザは自分の必要性に対して、また特定用途用にシステムをカスタマイズし得る。システムは、身体部分の任意の組み合わせ用のアイソメトリックエクササイズを行うように設計され得る。加えて、フットペタルなどの入力装置が任意のシステム設計に組み込まれ、特定用途用にアイソメトリックエクササイズとアイソケネティックおよび／またはアイソトニックエクササイズを組み合わせ得る。
【００４９】
上記で説明され、図面に示される実施形態は、コンピュータ対話式アイソメトリックエクササイズシステムと、周辺機器として使用するためにエクササイズシステムをコンピュータシステムと動作可能に相互接続する方法とを実現する多くの方法のうち、ほんの少しを示していることが理解されるであろう。
【００５０】
エクササイズシステムと構成要素（例えば、エフェクタ、拡張プラグ、コネクタなど）は、任意のサイズまたは形状であり得、任意の適切な材料で構成され得る。エフェクタは、好ましくは、ユーザによる１つ以上のひずみまたは他の力を受けると材料の弾性限界内の測定可能なたわみを受ける任意の適切な材料で構成され得る。エフェクタは、任意の適切な形状構成を有し得、２つ以上のエフェクタは、任意の適切な方法で組み合わせられ、特定用途のユーザ用に所望の設計に適合するシステムフレームをもたらし得る。任意の適切な数のセンサーがエフェクタに適用され、ユーザによって加えられる任意の１つ以上のタイプのひずみまたは他の力（例えば、屈曲力、ねじり力、圧縮力および／または引っ張り力）の測定を促進し得る。
【００５１】
これに限定されないが、耳付きナット、連結器、Ｔ字形金具、Ｙ字形金具、十字形金具を含む任意の適切なコネクタが使用されて、任意の２つ以上のエフェクタが接続され得る。任意の数のコネクタが使用されて、エフェクタのシステムフレームを形成し得る。コネクタは、任意の適切な材料で構成され得る。フレームは任意の数量の任意のタイプのシート、またはユーザもしくはユーザの身体部分を支持するために任意の位置に配置される他のユーザ支持構造を含み得る。
【００５２】
任意の適切な数のセンサーを使用して、任意の適切な数のエフェクタに加えられる任意のタイプのひずみまたは他の力を測定し得る。センサーは、任意の適切な材料で構成され得、任意のエフェクタ位置に配置され得、任意の適切なタイプ（例えば、ひずみゲージなど）であり得る。さらにセンサーは、物体に加えられる力を測定するために、加えられた力に応答して測定可能に変化する任意の電気的、機械的または化学的特性を含み得る。
【００５３】
プロセッサは、任意の数量の任意のタイプのマイクロプロセッサまたは他の回路によって実装され得、一方、制御回路はシステムフレーム上の任意の適切な位置に配置され得るか、または代替的にシステムフレームから離れて配置され得る。制御回路および／またはプロセッサは、任意の適切な有線または無線接続を介してセンサーと通信し得る。制御回路および／またはプロセッサは、任意の適切な周辺機器またはコンピュータシステムの他のポートを介して１つ以上のホストコンピュータに接続され得る。プロセッサは、センサーによる力の測定値を表すデジタルデータを、さらにプロセッサからデータパケットを受信するホストコンピュータシステムが認識可能な任意の適切なデータパケットフォーマットに整え得る。データパケットは任意の所望の長さであり得、任意の所望の情報を含み得、任意の所望のフォーマットに整え得る。
【００５４】
プロセッサは、任意の所望のサンプリング速度（例えば、秒、ミリ秒、マイクロ秒など）で測定値のサンプルをとり得る、または割り込みに応答して測定値を受信し得る。アナログ値は任意の所望数のビットまたは分解能を有するデジタル値に変換し得る。プロセッサは、任意の所望な方法で未処理のデジタル測定値を処理して、ホストコンピュータシステムに転送するための情報を生成し得る。この情報は典型的には特定のアプリケーションに依存する。例えば、ユーザが大きく開いたスロットルおよび武器の発射を表すコントロールパネルボタンを押しながら中位の力をエフェクタに加えて右旋回を示すると、プロセッサはデータを処理し、ヘッダ（データパケット識別またはシーケンス表示子、パケット長などを含む）と、それぞれ５０から８０の範囲の値を示すＸおよびＹ軸情報（例えば、−１２７から＋１２７までの範囲を有する８ビット符号付きの値に対して中位の力を表し、ＸとＹ軸情報が同様の値を含むので右方向を表す）と、２５５のスロットル値（例えば、８ビット符号なしの値の最大値）と、発射ボタンを押したことを示す残りのパケットバイトに設定されるしかるべきビットとを含む模範的なデータパケットをアセンブルし得る。測定された力とＸおよびＹ軸の値またはその他の情報（例えば、スロットル、ステアリングなど）との相互関係は、任意の所望の方法で決定され得る。例として、増幅された測定値範囲は、デジタル値の分解能に対応する単位に分割され得る。８ビット符号なしのデジタル値（例えば、その値が力の大きさを表す場合）に関しては、各インクリメントは電圧範囲の１／２５６を示す。５ボルト範囲に関しては、各インクリメントはボルトの５／２５６であり、これはおよそ０．０２ボルトである。従って、３ボルトの増幅された力の測定値に関しては、デジタル値は約１５０（すなわち、３．０／０．２）に相当し得る。
【００５５】
任意の適切な数の任意のタイプの従来またはその他の回路を使用して、制御回路、増幅器、センサー、Ａ／Ｄ変換器およびプロセッサを実装し得る。増幅器は、任意の所望の電圧範囲の増幅された値を生成し得、一方Ａ／Ｄ変換器は、所望の分解能または所望の数量のビット（例えば、符号付きまたは符号なし）を有するデジタル値を生成し得る。制御回路は、任意の方法で配置された任意の数量の上記または他の構成要素を含み得る。センサーの抵抗変化は、任意の適切な従来の（例えば、ホイートストーンブリッジなど）または他の回路を介して任意の方法で決定され得る。増幅器およびプロセッサは回路内において分離される、または単一ユニットとして一体化され得る。任意の適切な数の任意のタイプの従来または他のディスプレイがプロセッサに接続され、特定コンピュータ対話式アイソメトリックエクササイズセッションに関連する任意のタイプの情報を提供し得る。ディスプレイは、エクササイズシステム上またはそこから離れた任意の適切な位置に位置付けられ得る。
【００５６】
任意の適切な数のさらなる入力装置がシステムに提供され、バーチャルリアリティシミュレーションシナリオを高め得る。入力装置は、システム動作時においてユーザがアクセス可能で、任意の適切な構成（例えば、ボタン、スイッチ、キーパッドなど）を有する任意の適切な数の制御パネル上に設けられ得る。オプションとして、入力装置は、エフェクタによって提供されるアイソメトリックエクササイズ特徴に加えて、アイソキネティックおよび／またはアイソトニックエクササイズ特徴を提供する入力装置（例えば、フットペダル、階段、スキータイプ運動具、トレッドミルなど）が設けられ得る。さらなるエクササイズ入力装置は、さらにプロセッサによって制御される抵抗であり得る。
【００５７】
ホストコンピュータシステムは、任意の数量の任意のパーソナルまたは他のタイプのコンピュータまたは処理システム（例えば、ＩＢＭ互換機、Ａｐｐｌｅ、Ｍａｃｉｎｔｏｓｈ、ラップトップ、パームパイロット、マイクロプロセッサ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＸｂｏｘ（Ｒ）システム、Ｓｏｎｙ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＰｌａｙ  Ｓｔａｔｉｏｎ２ＴＭシステム、Ｎｉｎｔｅｎｄｏ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．のＧａｍｅＣｕｂｅＴＭシステムなどのゲームコンソール）によって実現され得る。ホストコンピュータシステムは、任意の市販のオペレーティングシステム（たとえば、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）、ＯＳ／２、Ｕｎｉｘ（登録商標）、Ｌｉｎｕｘなど）、任意の市販の、および／またはカスタムソフトウェア（例えば、通信ソフトウェア、アプリケーションソフトウェアなど）および任意のタイプの入力装置（例えば、キーボード、マウス、マイクロフォンなど）を含み得る。エクササイズシステム／またはプロセッサのソフトウェアは任意の所望のコンピュータ言語で実現し得、本明細書に含まれる機能上の説明に基づいてコンピュータおよび／またはプログラミング技術における当業者によって開発可能であろうことは理解されるべきである。さらに、種々の機能を行うソフトウェアについての本明細書におけるいかなる言及も、概ね、ソフトウェア制御のもとでこれらの機能を行うコンピュータシステムまたはプロセッサを示すものである。プロセッサは、代替的にハードウェアまたは他の処理回路によって実装され得るか、またはホストコンピュータシステム上でセンサー測定値を受信するソフトウェアおよび／またはハードウェアモジュールとして実装され得る。プロセッサの種々の機能は、任意の数量（例えば、１つ以上）のハードウェアおよび／またはソフトウェアモジュールもしくはユニット、コンピュータまたは処理システムもしくは回路の中で任意の方法で割り当て得、コンピュータまたは処理システムもしくは回路は、局所的にまたは互いに離れて配置され、任意の適切な通信媒体（例えば、ＬＡＮ、ＷＡＮ、イントラネット、インターネット、ハードワイヤ、モデム接続、無線など）を介して通信し得る。上記のソフトウェアおよび／またはアルゴリズムは、本明細書に記載される機能を達成する任意の方法で修正され得る。
【００５８】
上記説明より、本発明は、新しいコンピュータ対話式アイソメトリックエクササイズシステムと、周辺機器として使用するためにコンピュータシステムにそのエクササイズシステムを動作可能に相互接続する方法とを提供し、アイソメトリックエクササイズシステムは周辺機器として機能して、ホストコンピュータシステムとのユーザ対話を促進することが理解されるであろう。
【００５９】
新しいコンピュータ対話式アイソメトリックエクササイズシステムと、周辺機器として使用するためにエクササイズシステムをコンピュータシステムに動作可能に相互接続する方法との好適な実施形態を説明したが、他の修正、変形および変更が本明細書で述べる教示の観点から当業者に提案されると考えられる。故に、このような変形、修正および変更はすべて、添付される請求項によって規定される本発明の範囲内と考えられることは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、本発明による対話式アイソメトリックエクササイズシステムの斜視図である。
【図２】図２は、本発明による対話式アイソメトリックエクササイズシステムの別の実施形態の斜視図である。
【図３】図３は、図１および図２のシステムの模範的制御回路の概略ブロック図である。
【図１】
2006508764.tif 000003
【図２】
2006508764.tif 000004
【図３】
2006508764.tif 000005
【国際調査報告】
2006508764.tif 000006