(57)【要約】【課題】トレーニングマシンにおいて、適切なダブルコンセントリック運動を実現し、かつ、負荷量をきめ細かく制御すること。【解決手段】本発明のトレーニングシステムＳは、制御装置１とトレーニングマシン２を備えている。トレーニングマシン２は、受信した電流値情報に基づいた電流を発生させるドライバ２１と、ドライバ２１から供給された電流の大きさに応じた負荷を発生させる可変負荷発生手段と、運動者の動きに関する情報を検出する検出部を備えている。制御装置１における負荷調整部１３は、運動者の力覚入力方向が変わったと判断したときに、負荷の方向を変える。【選択図】図１
2009225845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動者に対する目標負荷値を生成する制御装置と、当該目標負荷値に基づいて負荷を発生させるトレーニングマシンと、を備え、前記運動者に双方向の運動を行わせるトレーニングシステムであって、
前記トレーニングマシンは、
受信した電流値情報に基づいた電流を発生させる駆動回路と、
前記駆動回路から供給された電流の大きさに応じた負荷を発生させる可変負荷発生手段と、
前記運動者の動きに関する情報を検出する検出部と、を備え、
前記制御装置は、
予め与えられた双方向の運動に関するトレーニングプログラムに基づいて前記目標負荷値を生成する負荷値生成部と、
前記目標負荷値を、前記可変負荷発生手段がその目標負荷値の負荷を実現するための電流値に変換し、その電流値情報を前記駆動回路に送信する負荷調整部と、を備え、
前記負荷調整部は、
前記検出部から受信した前記運動者の動きに関する情報と、前記駆動回路が受信する前記電流値情報とに基づいて、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力と前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力との合力を推定する外乱推定部と、
少なくとも前記検出部から受信した前記運動者の動きに関する情報と、前記駆動回路が受信する前記電流値情報とに基づいて、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力を推定する力覚推定部と、を有し、
前記外乱推定部と前記力覚推定部が推定したそれぞれの値に基づき、前記目標負荷値から前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力を減じた大きさの負荷を前記可変負荷発生手段に発生させる電流値情報を前記駆動回路に送信し、
さらに、前記検出部から受信した前記運動者の動きに関する情報から前記運動者の力覚入力方向が変わったと判断したときに、前記負荷の方向を変える
ことを特徴とするトレーニングシステム。
【請求項２】
運動者に対する目標負荷値を生成する制御装置と、可撓性のある負荷伝達媒体でそれぞれ接続された第１の可変負荷発生手段と第２の可変負荷発生手段とが発生する負荷の和によって当該目標負荷値の負荷を発生させるトレーニングマシンと、を備え、前記運動者に双方向の運動を行わせるトレーニングシステムであって、
前記制御装置は、
予め与えられた双方向の運動に関するトレーニングプログラムに基づいて前記目標負荷値を生成する負荷値生成部と、
前記負荷伝達媒体の張力の目標値である目標張力値を生成する張力制御部と、
前記第１の可変負荷発生手段が発生する負荷を調整する第１の負荷調整部と、
前記第２の可変負荷発生手段が発生する負荷を調整する第２の負荷調整部と、を備え、
前記第１の負荷調整部は、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力と前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力との合力を推定する第１の外乱推定部と、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力を推定する第１の力覚推定部と、を有し、
前記第２の負荷調整部は、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力と前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力との合力を推定する第２の外乱推定部と、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力を推定する第２の力覚推定部と、を有し、
前記第１の力覚推定部と前記第２の力覚推定部により推定した前記運動者の力の和を前記運動者の実際の力と推定し、前記第１の力覚推定部と前記第２の力覚推定部により推定した前記運動者の力の差を前記負荷伝達媒体の張力と推定し、前記推定した運動者の実際の力と前記目標負荷値がつり合い、また、前記推定した負荷伝達媒体の張力と前記目標張力値がつり合うように、前記第１の可変負荷発生手段と前記第２の可変負荷発生手段とを制御する
ことを特徴とするトレーニングシステム。
【請求項３】
運動者に対する目標負荷値を生成する制御装置と、当該目標負荷値に基づいて負荷を発生させるトレーニングマシンと、を備え、前記運動者に双方向の運動を行わせるトレーニングシステムにおけるトレーニングマシンの制御方法であって、
前記トレーニングマシンは、
受信した電流値情報に基づいた電流を発生させる駆動回路と、
前記駆動回路から供給された電流の大きさに応じた負荷を発生させる可変負荷発生手段と、
前記運動者の動きに関する情報を検出する検出部と、を備え、
前記制御装置は、
予め与えられた双方向の運動に関するトレーニングプログラムに基づいて前記目標負荷値を生成する負荷値生成部と、
前記目標負荷値を、前記可変負荷発生手段がその目標負荷値の負荷を実現するための電流値に変換し、その電流値情報を前記駆動回路に送信する負荷調整部と、を備え、
前記負荷調整部は、
前記検出部から受信した前記運動者の動きに関する情報と、前記駆動回路が受信する前記電流値情報とに基づいて、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力と前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力との合力を推定する外乱推定部と、
少なくとも前記検出部から受信した前記運動者の動きに関する情報と、前記駆動回路が受信する前記電流値情報とに基づいて、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力を推定する力覚推定部と、を有し、
前記外乱推定部と前記力覚推定部が推定したそれぞれの値に基づき、前記目標負荷値から前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力を減じた大きさの負荷を前記可変負荷発生手段に発生させる電流値情報を前記駆動回路に送信し、
さらに、前記検出部から受信した前記運動者の動きに関する情報から前記運動者の力覚入力方向が変わったと判断したときに、前記負荷の方向を変える
ことを特徴とするトレーニングマシンの制御方法。
【請求項４】
運動者に対する目標負荷値を生成する制御装置と、可撓性のある負荷伝達媒体でそれぞれ接続された第１の可変負荷発生手段と第２の可変負荷発生手段とが発生する負荷の和によって当該目標負荷値の負荷を発生させるトレーニングマシンと、を備え、前記運動者に双方向の運動を行わせるトレーニングシステムにおけるトレーニングマシンの制御方法であって、
前記制御装置は、
予め与えられた双方向の運動に関するトレーニングプログラムに基づいて前記目標負荷値を生成する負荷値生成部と、
前記負荷伝達媒体の張力の目標値である目標張力値を生成する張力制御部と、
前記第１の可変負荷発生手段が発生する負荷を調整する第１の負荷調整部と、
前記第２の可変負荷発生手段が発生する負荷を調整する第２の負荷調整部と、を備え、
前記第１の負荷調整部は、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力と前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力との合力を推定する第１の外乱推定部と、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力を推定する第１の力覚推定部と、を有し、
前記第２の負荷調整部は、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力と前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力との合力を推定する第２の外乱推定部と、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力を推定する第２の力覚推定部と、を有し、
前記第１の力覚推定部と前記第２の力覚推定部により推定した前記運動者の力の和を前記運動者の実際の力と推定し、前記第１の力覚推定部と前記第２の力覚推定部により推定した前記運動者の力の差を前記負荷伝達媒体の張力と推定し、前記推定した運動者の実際の力と前記目標負荷値がつり合い、また、前記推定した負荷伝達媒体の張力と前記目標張力値がつり合うように、前記第１の可変負荷発生手段と前記第２の可変負荷発生手段とを制御する
ことを特徴とするトレーニングマシンの制御方法。
【請求項５】
目標負荷値に対応した電流値情報を受信して電流を発生させる駆動回路と、前記駆動回路から供給された電流の大きさに応じた負荷を発生させる可変負荷発生手段と、前記運動者の動きに関する情報を検出する検出部と、を備えたトレーニングマシンと接続され、運動者に対する前記目標負荷値を生成するトレーニングマシンの制御装置であって、
予め与えられた双方向の運動に関するトレーニングプログラムに基づいて前記目標負荷値を生成する負荷値生成部と、
前記目標負荷値を、前記可変負荷発生手段がその目標負荷値の負荷を実現するための電流値に変換し、その電流値情報を前記駆動回路に送信する負荷調整部と、を備え、
前記負荷調整部は、
前記検出部から受信した前記運動者の動きに関する情報と、前記駆動回路が受信する前記電流値情報とに基づいて、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力と前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力との合力を推定する外乱推定部と、
少なくとも前記検出部から受信した前記運動者の動きに関する情報と、前記駆動回路が受信する前記電流値情報とに基づいて、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力を推定する力覚推定部と、を有し、
前記外乱推定部と前記力覚推定部が推定したそれぞれの値に基づき、前記目標負荷値から前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力を減じた大きさの負荷を前記可変負荷発生手段に発生させる電流値情報を前記駆動回路に送信し、
さらに、前記検出部から受信した前記運動者の動きに関する情報から前記運動者の力覚入力方向が変わったと判断したときに、前記負荷の方向を変える
ことを特徴とするトレーニングマシンの制御装置。
【請求項６】
可撓性のある負荷伝達媒体でそれぞれ接続された第１の可変負荷発生手段と第２の可変負荷発生手段とが発生する負荷の和によって目標負荷値の負荷を発生させるトレーニングマシンと接続され、運動者に対する前記目標負荷値を生成するトレーニングマシンの制御装置であって、
予め与えられた双方向の運動に関するトレーニングプログラムに基づいて前記目標負荷値を生成する負荷値生成部と、
前記負荷伝達媒体の張力の目標値である目標張力値を生成する張力制御部と、
前記第１の可変負荷発生手段が発生する負荷を調整する第１の負荷調整部と、
前記第２の可変負荷発生手段が発生する負荷を調整する第２の負荷調整部と、を備え、
前記第１の負荷調整部は、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力と前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力との合力を推定する第１の外乱推定部と、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力を推定する第１の力覚推定部と、を有し、
前記第２の負荷調整部は、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力と前記トレーニングマシンの機構に起因する抵抗力との合力を推定する第２の外乱推定部と、前記可変負荷発生手段に加えられる前記運動者による力を推定する第２の力覚推定部と、を有し、
前記第１の力覚推定部と前記第２の力覚推定部により推定した前記運動者の力の和を前記運動者の実際の力と推定し、前記第１の力覚推定部と前記第２の力覚推定部により推定した前記運動者の力の差を前記負荷伝達媒体の張力と推定し、前記推定した運動者の実際の力と前記目標負荷値がつり合い、また、前記推定した負荷伝達媒体の張力と前記目標張力値がつり合うように、前記第１の可変負荷発生手段と前記第２の可変負荷発生手段とを制御する
ことを特徴とするトレーニングマシンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運動者がトレーニングを行うための、トレーニングシステム、トレーニングマシンの制御方法および制御装置に関し、より詳しくは、双方向でトレーニングができ、かつ、正確な負荷を発生させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、健康志向の高まりなどにともなって、フィットネスジムなどでトレーニングマシンを使用した運動を行う人々が増加している。また、国の施策として、あるいは、個人的にも、健康の維持や体力低下の防止のためにトレーニングマシンによる運動を行う高齢者などが増えてきている。そして、トレーニングマシンとしては、たとえば、足の筋肉を鍛えるためのレッグプレスマシンや、胸や腕の筋肉を鍛えるためのチェストプレスマシンなどがある。
【０００３】
ところで、筋肉は、収縮する方向にしか力を出すことができないが、筋肉のトレーニングとしては、コンセントリック運動とエキセントリック運動の２種類がある。
コンセントリック運動とは、筋肉が縮みながら力を出す運動で、たとえば、レッグプレス運動では、足先の板を押しながら膝を伸ばすトレーニングである。そのとき、大腿四頭筋（太ももの前面の筋肉群）は、縮みながら、収縮する方向に力を出している。
また、エキセントリック運動とは、筋肉が伸ばされながら力を出す運動で、たとえば、レッグプレス運動では、足先の板を押してはいるが、膝が曲がる方向に行うトレーニングのことである。そのとき、大腿四頭筋は、伸ばされながら、収縮する方向に力を出している。
【０００４】
そして、一般に、コンセントリック運動よりもエキセントリック運動のほうが、筋肉の強化には有効であると言われている。なぜなら、コンセントリック運動よりもエキセントリック運動のほうが、運動による筋線維の損傷の度合いが大きく、損傷修復機転により筋肥大が得られやすいからである。
【０００５】
しかし、エキセントリック運動は（遅発性）筋肉痛の頻度が高い運動であり、プロのスポーツ選手などにとってならともかく、高齢者やリハビリテーションを行う病人やケガ人などにとっては、コンセントリック運動のほうが適していると言われている。
したがって、健康の維持や体力低下の防止のためのトレーニングとしては、エキセントリック運動よりもコンセントリック運動のほうが好ましい。たとえば、従来のレッグプレスマシンのような機器によるトレーニングであれば、膝を伸ばすときは足先の板を押し、膝を曲げるときは足先の板を引くようにすれば、足先の往復運動のいずれにおいても、コンセントリック運動（以下、ダブルコンセントリック運動という。）をしていることになり、好ましい。なお、この場合、膝を曲げるときは、ハムストリングス（太ももの後面の筋肉群）によるコンセントリック運動をしていることになる。
【０００６】
そして、従来の板おもり式や空気圧式のトレーニングマシンではダブルコンセントリック運動を実現することができないが、たとえば、特許文献１では、モータにより負荷を発生させ、可動部（たとえばベンチプレス運動のバー）の位置や運動方向によって負荷方向を変えることにより、ダブルコンセントリック運動を実現することができる技術が開示されている。
また、従来の油圧式のトレーニングマシンでも、ダブルコンセントリック運動を実現しているものがある。
【特許文献１】特開２００５−１９８８４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の技術では、ダブルコンセントリック運動を実現することはできるが、運動者が実際に力を入れている方向や大きさに関係なく、可動部の位置や運動方向によって負荷方向が変わるため、運動者に突然、過大な負荷をかけてしまう可能性があるという問題があった。また、運動者と機器の接触部分に圧力センサなどを設ければ、運動者が実際に力を入れている方向や大きさを検出することもできるが、そのためには、圧力センサの設置やメンテナンスのための費用や手間が発生してしまうという問題があった。
さらに、油圧式のトレーニングマシンでは、ダブルコンセントリック運動を実現することができても、構造上、負荷の大きさは可動部の速度に比例するため、負荷量をきめ細かく制御することが難しかった。
【０００８】
そこで、本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、トレーニングマシンにおいて、適切なダブルコンセントリック運動を実現し、かつ、負荷量をきめ細かく制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明のトレーニングシステムは、制御装置とトレーニングマシンを備えている。
そして、トレーニングマシンは、受信した電流値情報に基づいた電流を発生させる駆動回路と、駆動回路から供給された電流の大きさに応じた負荷を発生させる可変負荷発生手段と、運動者の動きに関する情報を検出する検出部を備えている。
また、制御装置は、予め与えられた双方向の運動に関するトレーニングプログラムに基づいて目標負荷値を生成する負荷値生成部と、目標負荷値を、可変負荷発生手段がその目標負荷値の負荷を実現するための電流値に変換し、その電流値情報を駆動回路に送信する負荷調整部を備えている。
さらに、負荷調整部は、検出部から受信した運動者の動きに関する情報と、駆動回路が受信する電流値情報とに基づいて、可変負荷発生手段に加えられる運動者による力とトレーニングマシンの機構に起因する抵抗力との合力を推定する外乱推定部と、少なくとも検出部から受信した運動者の動きに関する情報と、駆動回路が受信する電流値情報とに基づいて、可変負荷発生手段に加えられる運動者による力を推定する力覚推定部と、を有し、外乱推定部と力覚推定部が推定したそれぞれの値に基づき、目標負荷値からトレーニングマシンの機構に起因する抵抗力を減じた大きさの負荷を可変負荷発生手段に発生させる電流値情報を駆動回路に送信し、さらに、検出部から受信した運動者の動きに関する情報から運動者の力覚入力方向が変わったと判断したときに、負荷の方向を変える。
なお、その他の手段については後記する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、トレーニングマシンにおいて、適切なダブルコンセントリック運動を実現し、かつ、負荷量をきめ細かく制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の各実施形態に係るトレーニングシステムについて、適宜図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
まず、図１を参照しながら、第１実施形態のトレーニングシステムの構成について説明する。図１は、第１実施形態のトレーニングシステムの構成図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態のトレーニングシステムＳは、１台の管理装置Ｍと、複数のトレーニングユニットＵを備えて構成される。
なお、便宜上、トレーニングシステムＳ、トレーニングユニットＵという表現を使い分けているが、トレーニングユニットＵをトレーニングシステムと呼んでも（みなしても）かまわない。
【００１３】
管理装置Ｍは、複数のトレーニングユニットＵを総合的に管理する装置であり、たとえば、ＰＣ（Personal Computer）から構成される。管理装置Ｍは、各トレーニングユニットＵに対して、そのトレーニングユニットＵを使用する者（以下、「運動者」という。）に合わせたトレーニングプログラムを送信し、また、各トレーニングユニットＵからトレーニング結果を受信し、記録する。
【００１４】
トレーニングプログラムは、たとえば、双方向の運動に関する、実際の重量プレートに換算した負荷（３０ｋｇなど）、反復回数（１０回など）、および、セット数（５セットなど）などから構成される。トレーニング結果についても同様である。なお、運動者の識別は、ＩＤ（Identification）カードや暗証番号などにより行えばよいが、それらの手段などについては図示や詳細な説明を省略する。
【００１５】
トレーニングユニットＵは、制御装置１とトレーニングマシン２を備えて構成される。
制御装置１は、処理部１１、負荷値生成部１２および負荷調整部１３を備えて構成される。制御装置１は、たとえば、ＰＣ（Personal Computer）によって実現することができ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤ（Hard Disk）などによって、処理部１１〜負荷調整部１３の機能を実現する。
【００１６】
ここで、図１の説明の途中であるが、説明の便宜のため、図２について説明する（適宜図１参照）。図２は、第１実施形態のトレーニングマシンの構成図である。
図２に示すように、トレーニングマシン２は、ドライバ２１（駆動回路）、サーボモータ２２（可変負荷発生手段）、位置センサ２３（検出部）、イス２０１、固定部２０２、レール２０３、ベルト２０４、滑車２０５および固定部材２０６を備えて構成される。
【００１７】
ドライバ２１は、前記した負荷調整部１３から受信した電流値情報に基づいて、サーボモータ２２の駆動電流を発生する手段である。
サーボモータ２２は、ドライバ２１が生成した駆動電流により駆動し、その駆動電流の大きさに応じた力をベルト２０４に与える。
位置センサ２３は、サーボモータ２２の動き、ベルト２０４の動きなどのいずれかを検出することにより、イス２０１の位置を検出する手段であり、たとえばエンコーダである。
【００１８】
イス２０１は、運動者Ｅがトレーニング中に座る手段であり、下部の一部がベルト２０４の一部に固定されている。そして、イス２０１は、ベルト２０４の移動とともに、レール２０３の上を図２の左右方向にスライドする。
固定部２０２は、トレーニングをする運動者Ｅが足先を固定部材２０６で固定するものである。
ベルト２０４は、剛性の高い（たるみ（可撓性）を考慮する必要がない）部材で一続きに構成され、サーボモータ２２と滑車２０５に巻きつけられている。
【００１９】
運動者Ｅは、固定部２０２を足で押圧すると、イス２０１とともに図２の左方向に移動する（以下、この運動を「レッグプレス」という。）。また、運動者Ｅは、膝を曲げるように足に力を入れると、足先が固定部２０２に固定されているので、イス２０１とともに図２の右方向に移動する（以下、この運動を「レッグプル」という。）。
【００２０】
なお、ここでのトレーニングプログラムは、レッグプレスとレッグプルの双方向の運動に関するものとなっている。
また、サーボモータ２２が時計回りに回転する方向、つまり、運動者Ｅがレッグプレスを行うときに与えられるべき負荷の方向を、負荷の正方向（順方向）とする。
【００２１】
図１に戻って（適宜図２参照）、処理部１１は、管理装置Ｍからトレーニングプログラムを受信し、また、トレーニングマシン２の位置センサ２３からトレーニングマシン２のイス２０１の位置情報を受信し、必要に応じてそれらの情報を変換し、負荷値生成部１２に送信する。
【００２２】
負荷値生成部１２は、重量変換部１２１、速度情報演算部１２２および位置情報演算部１２３を備えて構成される。
重量変換部１２１は、処理部１１から受信したトレーニングプログラムにおける負荷情報を、力の大きさに変換する。たとえば、処理部１１から受信した負荷情報（Ｍｆ）が「３０ｋｇ」（実際の重量プレートに換算した負荷）であるとすると、そのＭｆにｇ（地球の重力加速度9.8ｍ/ｓ２）を乗算することで、３０（ｋｇ）×９．８（ｍ/ｓ２）＝２９４Ｎ（ニュートン）という力の大きさに変換することができる。
【００２３】
速度情報演算部１２２は、トレーニングマシン２のイス２０１の速度情報（ｖ）によってトレーニングマシン２の負荷を変化させるときに、ｖにＤｆ（ダンピングファクタ：イス２０１の速度に応じて負荷を変化させるためにｖに乗算する係数）を乗算することでその変化量を算出する。
なお、イス２０１の速度情報（ｖ）は、速度情報演算部１２２が、イス２０１の位置情報から算出することができる。また、イス２０１の速度情報（ｖ）の算出は、処理部１１で行うようにしてもよい。さらに、イス２０１の速度情報（ｖ）によってトレーニングマシン２の負荷を変化させる必要がないときは、Ｄｆをゼロにしておけばよい。
【００２４】
位置情報演算部１２３は、トレーニングマシン２のイス２０１の位置情報（ｘ）によってトレーニングマシン２の負荷を変化させるときに、ｘにＫｆ（位置定数：イス２０１の位置に応じて負荷を変化させるためにｘに乗算する係数）を乗算することで、その変化量を算出する。
なお、イス２０１の位置情報（ｘ）によってトレーニングマシン２の負荷を変化させる必要がないときは、Ｋｆをゼロにしておけばよい。
【００２５】
負荷値生成部１２は、重量変換部１２１、速度情報演算部１２２および位置情報演算部１２３により算出した値の合計を、目標負荷値として負荷調整部１３に出力する。なお、ここでは、目標負荷値を、力（たとえば単位がＮ（ニュートン））であるものとしているが、トレーニングマシン２のサーボモータ２２に対する目標トルク（たとえば単位がＮ・ｍ（ニュートンメートル））などであってもよい。また、目標負荷値の向きを正か負のいずれにでも自在に設定できることは、言うまでもない。
【００２６】
負荷調整部１３は、加速度変換部１３１、電流変換部１３２、外乱推定部１３３、電流変換部１３４、力覚推定部１３５、減算部１３６および加算部１３７を備えて構成される。
減算部１３６は、負荷値生成部１２が生成した目標負荷値から力覚推定部１３５により推定された運動者の力覚入力Ｐ（運動者Ｅがトレーニングマシン２に与える力）を減じ、力覚偏差を算出する。
【００２７】
加速度変換部１３１は、その力覚偏差を、トレーニングマシン２の可動部（イス２０１と運動者Ｅ）の質量（ｋｇ）で除算することで、その偏差の力によって与えられるべき固定部２０２の加速度を算出する。たとえば、その偏差がゼロであれば、加速度変換部１３１が算出する加速度もゼロとなる。
電流変換部１３２は、加速度変換部１３１で算出した加速度に１／Ｋｔｎを乗算することで、その加速度を電流値に変換するものである。なお、Ｋｔｎは、サーボモータ２２のトルク定数である。
【００２８】
加算部１３７は、電流変換部１３２が変換した電流値（電流値情報）と、電流変換部１３４が変換した電流値（電流値情報）を加算するものである。
外乱推定部１３３は、加算部１３７が算出した電流値と、位置センサ２３から受信したトレーニングマシン２の可動部の位置情報（必要に応じて加速度情報に変換）に基づき、サーボモータ２２の回転に対する抵抗力（運動者の力覚入力Ｐと摩擦力Ｆの和（合力））を推定するものであり、いわゆる外乱オブザーバとしての機能を有する。なお、外乱推定部１３３は、ベルト２０４の振動を抑制するためなどに用いられる、いわゆる状態オブザーバとしての機能を備えていてもよい。
【００２９】
なお、外乱オブザーバ（外乱推定部１３３および力覚推定部１３５における一機能）については、特開２００５−２１２０５４号公報などに、その詳細な記載がある。ただし、従来の外乱オブザーバは、産業用ロボットなど、予め決められた作業に関する制御に対して用いられていたものであり、本実施形態のように、人（運動者Ｅ）による不確定な力覚入力に対して用いられたものではない。
【００３０】
つまり、本実施形態の外乱オブザーバは、外乱オブザーバとしての根本的な動作原理自体は従来のものと同様であるが、トレーニングマシンという適用分野や、不確定な力覚入力に対応するアルゴリズムなどの点で、従来のものと大きく異なっている。
【００３１】
なお、トレーニングマシン２の機構に起因する抵抗力としては、摩擦力Ｆのほかに、構成部品の経時劣化など他の要因も考えられるが、ここでは便宜的に、それらすべてをまとめて「摩擦力Ｆ」と表記する。
【００３２】
電流変換部１３４は、外乱推定部１３３が推定した抵抗力に１／Ｋｔｎを乗算することで、その抵抗力を電流値に変換するものである。なお、Ｋｔｎは、サーボモータ２２のトルク定数である。
【００３３】
力覚推定部１３５は、加算部１３７が算出した電流値と、位置センサ２３から受信したトレーニングマシン２の可動部の位置情報（必要に応じて加速度情報に変換）と、予めサーボモータ２２について行った実験結果（回転速度と摩擦力Ｆとの関係）に基づき、サーボモータ２２の回転に対する抵抗力のうち、運動者の力覚入力Ｐ（運動者による力）だけを推定するものであり、いわゆる外乱オブザーバとしての機能を有する。なお、力覚推定部１３５は、ベルト２０４の振動を抑制するためなどに用いられる、いわゆる状態オブザーバとしての機能を備えていてもよい。
【００３４】
なお、運動者Ｅは、負荷値生成部１２の生成する目標負荷値によってトレーニングをするとき、その目標負荷値の負荷のほかに、可動部の重量（自身の体重とイス２０１の重量の合計値）による慣性力にも抗って運動をすることになる。これは、たとえば、バーベルを担いでスクワット（屈伸運動）をする者が、バーベルの重量だけでなく、自身の体重にも抗って運動をすることになるのと同様である。
【００３５】
そして、運動者Ｅがトレーニングマシン２によってトレーニングをする場合、トレーニング前に、外乱推定部１３３が運動者Ｅの体重データとイス２０１の重量データを把握しておく必要がある。そこで、イス２０１の重量データは、外乱推定部１３３に対して予め入力しておけばよい。また、運動者Ｅの体重データは、外乱推定部１３３に対して予め入力しておいてもよいし、あるいは、トレーニング前に運動者Ｅがトレーニングマシン２で少し運動をし、そのときの慣性データなどから外乱推定部１３３が推定し、算出するようにしてもよい。
【００３６】
トレーニングマシン２については、図２とともにすでに説明しているので、重複説明を適宜省略し、補足説明のみを行う。
サーボモータ２２に対しては、その回転の抵抗力として、運動者の力覚入力Ｐおよび摩擦力Ｆが加えられる。
【００３７】
次に、図３を参照しながら、トレーニングマシンによって運動者に与えられる負荷の大きさの経時的変化について説明する（適宜図１、図２参照）。図３は、トレーニングマシンによる負荷の大きさに関する経時的変化の一例を示したタイムチャートである。
図３において、縦軸は、トレーニングマシン２によって運動者Ｅに与えられる負荷の大きさを表わし、横軸は、時間の経過を表わしている。なお、１回目、２回目、・・・、というのは、トレーニングマシン２において運動者Ｅが足の屈伸運動を行った回数を表わしている。
【００３８】
そして、すでに前記したように、制御装置１の負荷値生成部１２は、処理部１１から受信するトレーニングプログラムやトレーニングマシン２の可動部の位置情報などに基づいて、運動者Ｅに与える負荷を自由に変化させることができる。
たとえば、トレーニングを行う場合、最初から大きな負荷をかけると運動者Ｅの体に過度の負担をかけてしまうことになるので、図３に示すように、１回目の負荷は小さくするのが望ましい。また、運動効果や運動者の希望などに応じて、各回ごとに、さらに、各回の運動の最中にも負荷を変えることができる。
また、ここでは負荷の方向を一方向としているが、双方向の負荷を実現することもできる。
【００３９】
続いて、図４および図５を参照しながら、トレーニングシステムにおける制御装置とトレーニングマシンの処理について説明する（適宜図１、図２参照）。図４および図５は、制御装置とトレーニングマシンの処理の流れを示したフローチャートである。
【００４０】
まず、制御装置１の処理部１１は、管理装置Ｍからトレーニングプログラム（レッグプレスおよびレッグプルを３０ｋｇ×１０回ずつで合計５セットなど）を受信する（ステップＳ４０１）。
【００４１】
次に、負荷値生成部１２は、処理部１１からトレーニングプログラムを受信し、それに応じて順方向または逆方向の目標負荷値を生成する（ステップＳ４０３）。たとえば、トレーニングプログラムの負荷情報（Ｍｆ）が「レッグプレスで３０ｋｇ」であるとすると、目標負荷値は、運動がレッグプレスだから正であり、また、「３０ｋｇ」にｇ（9.8ｍ/ｓ２）を乗算することで「＋２９４Ｎ」と算出することができる。
なお、トレーニングマシン２の可動部の速度情報（ｖ）や位置情報（ｘ）によってトレーニングマシン２の負荷を変化させるときは、速度情報演算部１２２や位置情報演算部１２３も演算を行うことになる。
【００４２】
続いて、負荷調整部１３の加速度変換部１３１は、負荷値生成部１２で算出した目標負荷値（たとえば＋２９４Ｎ）を、トレーニングマシン２の可動部の質量（ｋｇ）で除算することで、その目標負荷値の力によって与えられるべき可動部の加速度を算出する（ステップＳ４０５）。
なお、このステップＳ４０５は、２周目以降の処理では、後記するステップＳ４３３とステップＳ４３５の処理を行うことになる。
【００４３】
次に、電流変換部１３２は、加速度変換部１３１で算出した加速度に１／Ｋｔｎを乗算することで、その加速度を電流値に変換し、その電流値を、加算部１３７を経由して、トレーニングマシン２のドライバ２１に送信する（ステップＳ４０７）。
【００４４】
続いて、トレーニングマシン２のドライバ２１は、受信した電流値に応じて、サーボモータ２２の駆動電流を生成する（ステップＳ４０９）。
その後、サーボモータ２２は、ドライバ２１が生成した駆動電流により駆動し（ステップＳ４１１）、その駆動電流の大きさに応じた力でベルト２０４に力を加える。
【００４５】
運動者Ｅは、サーボモータ２２の駆動力に逆らってレッグプレスを行い、位置センサ２３は、所定時間（たとえば1/10000秒）ごとにそのイス２０１（可動部）の位置を検出し、その位置情報を外乱推定部１３３に送信する（ステップＳ４１３）。
【００４６】
続いて、外乱推定部１３３は、加算部１３７から受信した電流値と、位置センサ２３から受信したイス２０１の位置情報（必要に応じて加速度情報に変換）に基づき、サーボモータ２２の回転に対する抵抗力（運動者の力覚入力Ｐと摩擦力Ｆの和）を推定する（ステップＳ４１５）。
【００４７】
そして、負荷調整部１３は、ステップＳ４１５で推定した抵抗力を、電流変換部１３４でその値に１／Ｋｔｎを乗算することで、電流値に変換し、さらに、電流変換部１３２で変換した電流値と加算し、ドライバ２１にその合計値を送信する（ステップＳ４１７）。
つまり、外乱推定部１３３によってサーボモータ２２の回転に対する抵抗力を推定し、その抵抗力に相当する電流値をドライバ２１に送信することで、サーボモータ２２には、その抵抗力を完全に打ち消し、さらに、加速度変換部１３１が算出した加速度を実現するために必要な電流が供給されることになる。
【００４８】
ドライバ２１は、受信した電流値に応じて、駆動電流を生成し（ステップＳ４１９）、その駆動電流によってサーボモータ２２が駆動する（ステップＳ４２１）。
運動者Ｅは、サーボモータ２２の駆動力に逆らってレッグプレスを行い、位置センサ２３は、所定時間（たとえば1/10000秒）ごとにイス２０１（可動部）の位置を検出し、その位置情報を力覚推定部１３５に送信する（ステップＳ４２３）。
【００４９】
次に、力覚推定部１３５は、加算部１３７から受信した電流値と、位置センサ２３から受信したイス２０１の位置情報（必要に応じて加速度情報に変換）と、予めサーボモータ２２について行った実験結果（回転速度と摩擦力Ｆとの関係）に基づき、サーボモータ２２の回転に対する抵抗力のうち、運動者の力覚入力Ｐだけを推定する（ステップＳ４２５）。
【００５０】
続いて、制御装置１の処理部１１は、力覚推定部１３５が推定した運動者の力覚入力Ｐを受信し、その力覚入力方向が逆転したか否かを判断する（ステップＳ４２７）。
運動者Ｅの力覚入力方向が逆転していた場合（ステップＳ４２７でＹｅｓ）、処理部１１は、目標負荷方向を逆転する、すなわち、運動を、レッグプレスからレッグプルに、あるいは、レッグプルからレッグプレスに変更する（ステップＳ４２９）。
運動者Ｅの力覚入力方向が逆転していない場合（ステップＳ４２７でＮｏ）、処理部１１は、目標負荷方向を逆転しない、すなわち、レッグプレスあるいはレッグプルの運動を継続する（ステップＳ４３１）。
【００５１】
ここでは、イス２０１の位置や運動方向に関係なく、運動者の力覚入力Ｐによって負荷方向を逆転している。したがって、運動者Ｅが意識して足の力の入れる方向を切り替えれば、負荷の方向も切り替わり、ダブルコンセントリック運動、すなわち、レッグプレスとレッグプルの両方の運動をすることができる。
【００５２】
一方、運動者Ｅが固定部２０２を押し続ける方向にばかり足の力を入れた場合、イス２０１が往復運動をしていても、負荷の方向は同じままで、従来のレッグプレスマシンと同様の負荷が実現されることになる。
この場合、ダブルコンセントリック運動は実現されないが、運動者Ｅが足の力の方向を変えないときにまで負荷の方向を変えると、その負荷の方向を変える瞬間に運動者Ｅに過剰な負荷がかかることになるので、このように負荷の方向を変えないことが望ましい。
【００５３】
次に、図５に移って、減算部１３６は、負荷値生成部１２が生成した目標負荷値から力覚推定部１３５により推定された運動者の力覚入力Ｐを減じ、力覚偏差を算出する（ステップＳ４３３）。
【００５４】
そして、加速度変換部１３１は、その力覚偏差を、トレーニングマシン２の可動部の質量（ｋｇ）で除算することで、加速度に変換する、すなわち、その力覚偏差の力によって与えられるべき可動部の加速度を算出する（ステップＳ４３５）。
【００５５】
すなわち、前記したステップＳ４１７で、電流変換部１３４から加算部１３７に対して、サーボモータ２２の回転に対する抵抗力に相当する電流値を入力していることで、このステップＳ４３３およびＳ４３５に基づいた処理では、摩擦力Ｆの存在や大きさと関係なく、負荷値生成部１２が生成した目標負荷値と力覚推定部１３５が推定した運動者の力覚入力Ｐを減算部１３６において純粋に比較して、力覚偏差を算出し、その力覚偏差によってサーボモータ２２を制御することができる。
換言すれば、この後のステップＳ４４１までの処理を行うことで、運動者Ｅは、摩擦力Ｆの存在や大きさと関係なく、負荷値生成部１２が生成する目標負荷値に相当する正確な負荷によるトレーニングを行うことができる。
【００５６】
次に、電流変換部１３２は、加速度変換部１３１で算出した加速度に１／Ｋｔｎを乗算することで、その加速度を電流値に変換し、その電流値を、加算部１３７を経由して、トレーニングマシン２のドライバ２１に送信する（ステップＳ４３７）。
【００５７】
ドライバ２１は、ステップＳ４３７で負荷調整部１３が送信した電流値に対応する大きさの駆動電流を生成し（ステップＳ４３９）、その駆動電流によってサーボモータ２２が駆動する（ステップＳ４４１）。
運動者Ｅは、サーボモータ２２の駆動力に逆らってトレーニングマシン２の固定部２０２を足の力で押し（あるいは引き）、位置センサ２３は、所定時間ごとにそのイス２０１（可動部）の位置を検出し、その位置情報を制御装置１の処理部１１に送信する（ステップＳ４４３）。
【００５８】
そして、処理部１１は、所定の条件（トレーニングプログラムの完遂、運動者の力覚入力Ｐがゼロ、など）により、トレーニングが終了したのか否かを判断する（ステップＳ４４５）。
【００５９】
トレーニングが終了していない場合（ステップＳ４４５でＮｏ）、処理部１１は、トレーニングプログラム、および、トレーニングマシン２の位置センサ２３から受信した可動部の位置情報（必要に応じて速度情報に変換）に基づいて、負荷情報を生成し、その負荷情報を負荷値生成部１２に送信する。それを受けて、負荷値生成部１２は、ステップＳ４０３の場合と同様に、目標負荷値を生成し（ステップＳ４４７）、ステップＳ４０５に戻る。なお、このステップＳ４０５〜ステップＳ４０５の１周の処理は、たとえば1/10000秒周期で行うことができる。
トレーニングプログラムが終了している場合（ステップＳ４４５でＹｅｓ）、処理部１１は、トレーニング結果を管理装置Ｍに送信し（ステップＳ４４９）、処理を終了する。
【００６０】
次に、図６を参照しながら、運動者Ｅがトレーニングを行うときの負荷の方向について説明する（適宜図１〜図５参照）。図６は、（Ａ）が、運動者Ｅが力覚入力方向を逆転させた場合のイス２０１の位置、運動者Ｅの力覚入力方向および目標負荷の方向と大きさの関係を表したタイムチャートであり、（Ｂ）が、運動者Ｅが力覚入力方向を逆転させなかった場合のイス２０１の位置、運動者Ｅの力覚入力方向および目標負荷の方向と大きさの関係を表したタイムチャートである。
【００６１】
図６（Ａ）に示すように、運動者Ｅが力覚入力方向を逆転させた場合（時刻a,b,c,d）
、目標負荷の方向も変わり、ダブルコンセントリック運動が実現されている。
一方、図６（Ｂ）に示すように、運動者Ｅが力覚入力方向を逆転させなかった場合、イス２０１の速度の向きが逆転しても（時刻e,f,g,h）、目標負荷の方向は変わらず、ダブルコンセントリック運動ではなく、負荷が一方向の従来のレッグプレスマシンと同様の運動が実現される。
【００６２】
このように、第１実施形態のトレーニングシステムＳによれば、トレーニングマシン２において、圧力センサなどを用いることなく適切なダブルコンセントリック運動を実現することができるので、圧力センサの使用による費用の増加や、圧力センサの故障などのよる信頼性の低減を回避することができる。また、力覚推定部１３５を含めた制御装置１により、負荷量をきめ細かく制御することができる。
さらに、運動者Ｅが足の力の方向を変えないときには、あえてダブルコンセントリック運動を実現しないことにより、運動者Ｅへの過剰な負荷の付与を回避することができる。
【００６３】
また、複数のトレーニング（レッグプレスとレッグプル）を１台のトレーニングマシン２で実現することにより、運動者Ｅがトレーニングマシンに乗り降りする回数を減らすことができ、トレーニングマシンへの乗り降りの煩わしさを低減することができる。
さらに、複数のトレーニングを１台のトレーニングマシン２で実現することにより、省スペース化を図ることができる。
【００６４】
さらに、運動者Ｅの力覚入力方向の逆転により負荷の方向を変えることで、ゲーム性や趣向性が増し、運動者Ｅのトレーニングに対するモチベーションの向上に寄与することができる。
また、外乱推定部１３３と力覚推定部１３５を備えた負荷調整部１３などにより、負荷を自由自在に調整できるので、負荷の方向を変えるだけでなく、板おもり式の場合のような加速度に比例した負荷、油圧式の場合のような速度に比例した負荷、あるいは、バネ式・ゴム式の場合のような変位に比例した負荷など、多種多様かつ正確な負荷を実現することができる。
【００６５】
また、運動者Ｅは、トレーニングマシン２によるダブルコンセントリック運動を行うことにより、足の多くの筋肉が同時に鍛えられる。そして、それにより、たとえば、運動者Ｅは、歩行時につま先が高く上がるようになり、少しの段差によるつまずきやそれに伴う転倒などの可能性を低減することができる。
【００６６】
なお、説明の都合上、外乱推定部１３３による処理と力覚推定部１３５による処理を交互に行うものとしたが、実際にはそれらの処理を並列して行うようにしてもよい。
また、この第１実施形態では、駆動力の発生および伝達の手段として、サーボモータ２２とベルトを例に挙げて説明したが、それ以外でも、ボールねじ、ラック＆ピニオン、リニアモータなど、双方向に駆動力を発生させて伝達できるものであれば、他の手段であってもよい。
【００６７】
（第２実施形態）
続いて、図７〜図１２を参照しながら、第２実施形態のトレーニングシステムについて説明する。図７は、第２実施形態のトレーニングシステムの構成図である。
【００６８】
図７に示すように、本実施形態のトレーニングシステムＳ１は、１台の管理装置Ｍと、複数のトレーニングユニットＵ１を備えて構成される。なお、図７のトレーニングシステムＳ１における各構成は、図１のトレーニングシステムＳにおける各構成と多く重複しており、同様の構成については、同一の符号、または、同一の符号の末尾にａかｂを付加した符号によって表記し、重複説明を適宜省略する。
また、便宜上、トレーニングシステムＳ１、トレーニングユニットＵ１という表現を使い分けているが、トレーニングユニットＵ１をトレーニングシステムと呼んでも（みなしても）かまわない。
【００６９】
トレーニングユニットＵ１は、制御装置１ａとトレーニングマシン２ａを備えて構成される。
制御装置１ａは、処理部１１ａ、負荷値生成部１２ａ、負荷調整部１３ａ（第１の負荷調整部）、負荷調整部１３ｂ（第２の負荷調整部）、張力制御部７１、逆変換部７２、加算部７３、減算部７４、減算部７５および減算部７６を備えて構成される。
制御装置１ａは、たとえば、ＰＣによって実現することができ、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤなどによって、処理部１１ａ〜減算部７６の機能を実現する。
【００７０】
ここで、図７の説明の途中であるが、説明の便宜のため、図８について説明する（適宜図７参照）。図８は、第２実施形態のトレーニングマシンの構成図である。
図８に示すように、トレーニングマシン２ａは、図２のトレーニングマシン２の場合と同様のイス２０１、固定部２０２、レール２０３、滑車２０５ａ、固定部材２０６を備えている。
【００７１】
トレーニングマシン２ａは、また、ワイヤ２０７（負荷伝達媒体）、そのワイヤ２０７の両端と接続されたサーボモータ２２ａ（第１の可変負荷発生手段）、サーボモータ２２ｂ（第２の可変負荷発生手段）を備えている。
そして、サーボモータ２２ａにはドライバ２１ａと位置センサ２３ａが接続され、サーボモータ２２ｂにはドライバ２１ｂと位置センサ２３ｂが接続されている。
【００７２】
サーボモータ２２ａ，２２ｂは、それぞれ、図の矢印の方向を負荷の正方向として、負荷を発生させる。
ワイヤ２０７は、可撓性のある部材であり、サーボモータ２２ａ，２２ｂの駆動力によってそれらに巻き取られる。
【００７３】
図７に戻って（適宜図８参照）、処理部１１ａは、管理装置Ｍからトレーニングプログラムを受信し、また、トレーニングマシン２ａの位置センサ２３ａあるいは２３ｂからトレーニングマシン２のイス２０１の位置情報を受信し、必要に応じてそれらの情報を変換し、負荷値生成部１２ａに送信する。
【００７４】
張力制御部７１は、処理部１１ａからの指示により、ワイヤ２０７の目標張力値を生成するものである。
加算部７３は、力覚推定部１３５ａ（第１の力覚推定部），１３５ｂ（第２の力覚推定部）が推定した、サーボモータ２２ａ，２２ｂのそれぞれに対する運動者Ｅの力覚入力を加算し、運動者Ｅの実際の力覚入力の値を算出する手段である。
【００７５】
減算部７５は、力覚推定部１３５ａ，１３５ｂが推定した、サーボモータ２２ａ，２２ｂのそれぞれに対する運動者Ｅの力覚入力に関し、前者から後者を減算し、ワイヤ２０７にかかっている実際の張力の値を算出する手段である。
減算部７４は、図１の減算部１３６と同様に、負荷値生成部１２ａが生成した目標負荷値から加算部７３により算出された運動者Ｅの実際の力覚入力の値を減じ、力覚偏差を算出する。
【００７６】
減算部７６は、張力制御部７１が生成した目標張力値から減算部７５により算出された実際の張力の値を減じ、張力偏差を算出する。
逆変換部７２は、減算部７４から受信した力覚偏差と減算部７６から受信した張力偏差に基づき、逆変換する。すなわち、サーボモータ２２ａ，２２ｂのそれぞれの駆動力を算出する。
【００７７】
ここで、図９を参照しながら、負荷と張力の組み合わせについて説明する。図９は、負荷と張力の組み合わせの例を示した座標平面である。
図９に示すように、負荷が同じでも（たとえば１００Ｎ（ニュートン））、張力を異ならせる必要がある場合（２００Ｎ、２２０Ｎなど）が考えられる。これは、たとえば、同じ負荷でトレーニングする場合でも、イス２０１の動きが激しいときと、イス２０１の動きが穏やかなときでは、ワイヤ２０７がたるんだり振動したりする可能性が異なり、張力（目標張力値）を異ならせる必要があるからである。また、張力が同じままで、負荷を異ならせる必要がある場合も同様である。
【００７８】
さらに、図１０を参照しながら、各サーボモータの駆動力の算出の例について説明する。図１０は、レッグプレスの場合において、各サーボモータの駆動力の算出の例を示す表であり、この算出は、たとえば処理部１１ａなどが行うものである。
図１０に示すように、たとえば、負荷が＋１００Ｎ、張力が２００Ｎであれば、サーボモータ２２ａを＋１５０Ｎ、サーボモータ２２ｂを−５０Ｎとすればよい。また、負荷が＋１００Ｎ、張力が２２０Ｎであれば、サーボモータ２２ａを＋１６０Ｎ、サーボモータ２２ｂを−６０Ｎとすればよい。つまり、いわゆる和差算（数量の和や差をもとにして、その数量を求める計算法）に基づいて、サーボモータ２２ａ，２２ｂのそれぞれの駆動力を算出すればよく、その他の場合も同様である。
【００７９】
次に、図１１および図１２を参照しながら、第２実施形態のトレーニングシステムにおける制御装置とトレーニングマシンの処理について説明する（適宜図７〜図１０参照）。図１１および図１２は、制御装置とトレーニングマシンの処理の流れを示したフローチャートである。
【００８０】
まず、制御装置１ａの処理部１１ａは、管理装置Ｍからトレーニングプログラム（レッグプレスおよびレッグプルの重量やセット数など）を受信する（ステップＳ１１０１）。
次に、負荷値生成部１２ａは処理部１１ａから受信したトレーニングプログラムに基づいて目標負荷値を生成し、また、張力制御部７１は処理部１１ａから受信したトレーニングプログラムに基づいて目標張力値を生成する（ステップＳ１１０３）。たとえば、負荷値生成部１２ａは処理部１１ａから受信したトレーニングプログラムに基づいて目標負荷値を＋１００Ｎと算出し、張力制御部７１は処理部１１ａから受信したトレーニングプログラムに基づいて目標張力値を２００Ｎと算出する。
【００８１】
続いて、逆変換部７２は、負荷値生成部１２ａから受信した目標負荷値と張力制御部７１から受信した目標張力値から、個別目標負荷値を算出する、すなわち、サーボモータ２２ａ，２２ｂのそれぞれの駆動力を算出する（ステップＳ１１０５）。
【００８２】
次に、ステップＳ１１０７において、負荷調整部１３ａの加速度変換部１３１ａは、負荷値生成部１２ａが算出した目標負荷値を、トレーニングマシン２ａの可動部の質量（ｋｇ）で除算することで、その目標負荷値の力によって与えられるべき可動部の加速度を算出する。また、負荷調整部１３ｂにおいても、同様の処理が行われる。
なお、このステップＳ１１０５では、２周目以降において、後記するステップＳ１１２５〜Ｓ１１３１の処理を行うことになる。
【００８３】
次に、ステップＳ１１０９において、電流変換部１３２ａは、加速度変換部１３１ａで算出した加速度に１／Ｋｔｎを乗算することで、その加速度を電流値に変換し、その電流値を、加算部１３７ａを経由して、トレーニングマシン２ａのドライバ２１ａに送信する。また、負荷調整部１３ｂにおいても、同様の処理が行われる。
【００８４】
続いて、ステップＳ１１１１において、サーボモータ２２ａはドライバ２１ａが生成した駆動電流により駆動し、運動者Ｅはサーボモータ２２ａの駆動力に逆らってトレーニングを行い、位置センサ２３は所定時間（たとえば1/10000秒）ごとにそのイス２０１（可動部）の位置を検出してその位置情報を外乱推定部１３３ａ（第１の外乱推定部）に送信する。なお、このステップＳ１１１１の処理は、図４のステップＳ４０９〜Ｓ４１３の処理に相当する。また、サーボモータ２２ｂなどにおいても、同様の処理が行われる。
【００８５】
次に、外乱推定部１３３ａ，１３３ｂ（第２の外乱推定部）が、それぞれ、運動者Ｅの力覚入力と摩擦力の和を推定したり、トレーニングマシン２ａでサーボモータ２２ａ，２２ｂが駆動したりするが、それらの処理は、図４のステップＳ４１５〜Ｓ４２３と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００８６】
続いて、ステップＳ１１１３において、力覚推定部１３５ａは、加算部１３７ａから受信した電流値と、位置センサ２３ａから受信したイス２０１の位置情報（必要に応じて加速度情報に変換）と、予めサーボモータ２２ａについて行った実験結果（回転速度と摩擦力Ｆとの関係）に基づき、サーボモータ２２ａの回転に対する抵抗力のうち、運動者の力覚入力Ｐａだけを推定する。また、サーボモータ２２ｂなどにおいても、同様の処理が行われる。
【００８７】
次に、加算部７３は、力覚推定部１３５ａ，１３５ｂが推定した、サーボモータ２２ａ，２２ｂのそれぞれに対する運動者Ｅの力覚入力を加算し、運動者Ｅの実際の力覚入力の値を算出（推定）する。
【００８８】
続いて、制御装置１ａの処理部１１ａは、加算部７３が算出した運動者Ｅの力覚入力を受信し、その力覚入力方向が逆転したか否かを判断する（ステップＳ１１１７）。
運動者Ｅの力覚入力方向が逆転していた場合（ステップＳ１１１７でＹｅｓ）、処理部１１ａは、目標負荷方向を逆転する、すなわち、運動を、レッグプレスからレッグプルに、あるいは、レッグプルからレッグプレスに変更する（ステップＳ１１１９）。
【００８９】
運動者Ｅの力覚入力方向が逆転していない場合（ステップＳ１１１７でＮｏ）、処理部１１ａは、目標負荷方向を逆転しない、すなわち、レッグプレスあるいはレッグプルの運動を継続する（ステップＳ１１２１）。
ここで、イス２０１の位置や運動方向に関係なく、運動者Ｅの力覚入力によって負荷方向を逆転しているのは、第１実施形態の場合と同様である。
【００９０】
次に、図１２に移って、減算部７５は、力覚推定部１３５ａ，１３５ｂが推定した、サーボモータ２２ａ，２２ｂのそれぞれに対する運動者Ｅの力覚入力について、前者から後者を減算し、ワイヤ２０７の張力値を算出（推定）する（ステップＳ１１２３）。
【００９１】
続いて、減算部７４は、負荷値生成部１２ａが生成した目標負荷値から加算部７３により算出された運動者Ｅの力覚入力を減じ、力覚偏差を算出する（ステップＳ１１２５）。
そして、減算部７６は、張力制御部７１が生成した目標張力値から減算部７５により算出されたワイヤ２０７の張力値を減じ、張力偏差を算出する（ステップＳ１１２７）。
【００９２】
次に、逆変換部７２は、減算部７４から受信した力覚偏差と減算部７６から受信した張力偏差から、サーボモータ２２ａ，２２ｂのそれぞれに関する個別力覚偏差（図１の減算部１３６が算出する力覚偏差に対応するもの）を算出する（ステップＳ１１２９）。
そして、ステップＳ１１３１において、加速度変換部１３１ａは、サーボモータ２２ａに対する個別力覚偏差を、トレーニングマシン２ａの可動部の質量で除算することで、加速度に変換する、すなわち、その個別力覚偏差によって与えられるべき可動部の加速度を算出する。また、加速度変換部１３１ｂにおいても、同様の処理が行われる。
【００９３】
次に、ステップＳ１１３３において、電流変換部１３２ａは、加速度変換部１３１ａで算出した加速度に１／Ｋｔｎを乗算することで、その加速度を電流値に変換し、その電流値を、加算部１３７ａを経由して、トレーニングマシン２ａのドライバ２１ａに送信する。電流変換部１３２ｂにおいても、同様の処理が行われる。
【００９４】
続いて、ステップＳ１１３５において、サーボモータ２２ａはドライバ２１ａが生成した駆動電流により駆動し、運動者Ｅはサーボモータ２２ａの駆動力に逆らってトレーニングを行い、位置センサ２３は所定時間（たとえば1/10000秒）ごとにそのイス２０１（可動部）の位置を検出してその位置情報を外乱推定部１３３ａに送信する。なお、このステップＳ１１３５の処理は、図５のステップＳ４３９〜Ｓ４４３の処理に相当する。また、サーボモータ２２ｂなどにおいても、同様の処理が行われる。
【００９５】
次に、処理部１１ａは、所定の条件（トレーニングプログラムの完遂、運動者Ｅの力覚入力がゼロ、など）により、トレーニングが終了したのか否かを判断する（ステップＳ１１３７）。
【００９６】
トレーニングが終了していない場合（ステップＳ１１３７でＮｏ）、処理部１１ａは、トレーニングプログラム、および、トレーニングマシン２ａの位置センサ２３ａ（あるいは２３ｂ）から受信した可動部の位置情報（必要に応じて速度情報に変換）を、必要に応じて変換し、負荷値生成部１２ａと張力制御部７１に送信する。これを受けて、負荷値生成部１２ａは目標負荷値を生成し、張力制御部７１は目標張力値を生成する（ステップＳ１１３９）。
以降は、ステップＳ１１０５の処理に戻る。なお、このステップＳ１１０５〜ステップＳ１１０５の１周の処理は、たとえば1/10000秒周期で行うことができる。
【００９７】
トレーニングプログラムが終了している場合（ステップＳ１１３７でＹｅｓ）、処理部１１ａは、トレーニング結果を管理装置Ｍに送信し（ステップＳ１１４１）、処理を終了する。
【００９８】
このようにして、第２実施形態のトレーニングシステムＳ１によれば、第１実施形態のトレーニングシステムＳと同様に、適切なダブルコンセントリック運動ときめ細かい負荷量の制御を実現できることのほかに、次のような効果を奏する。
つまり、サーボモータを２台使い（２２ａ，２２ｂ）、力覚推定部１３５ａ，１３５ｂによって推定した運動者Ｅの力覚入力に関して、その和を運動者Ｅの実際の力覚入力、その差をワイヤ２０７の張力、と別々に算出して制御することによって、たとえば、動きの激しい運動の場合はワイヤ２０７がたるみにくいように、目標負荷値はそのままでワイヤ２０７の目標張力値だけを大きくするなど、より柔軟な制御を実現することができる。
【００９９】
すなわち、ワイヤの両端にサーボモータを備えて巻き上げる従来技術では、片方のサーボモータがワイヤの位置を制御し、他方のサーボモータが負荷量の制御を行っていたので、２つのサーボモータの動作が互いに干渉し合い、制御が非常に困難であった。しかし、この第２実施形態のトレーニングシステムＳ１では、力覚推定部１３５ａ，１３５ｂが推定した運動者Ｅの力覚入力の和と差の値を制御することで、スムーズな制御を実現し、そういった従来技術の問題点を解消している。
【０１００】
なお、第２実施形態のトレーニングマシン２ａでは、２つのサーボモータ２２ａ，２２ｂによる負荷の正方向を同一（滑車２０５ａによる負荷方向の反転を考慮しないとして）としたが、負荷の正方向を逆方向として、それに合わせて制御装置１ａにおける各処理を行うようにしてもよい。
【０１０１】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。
たとえば、本実施形態では、ローパスフィルタ（不図示）の精度などの関係上、外乱推定部と力覚推定部を別々に設けるものとしたが、１つの部が両方の機能を実現するようにしてもよい。
また、本実施形態では、負荷方向を切り替える条件を、運動者Ｅの力覚入力方向の逆転のみとしたが、それに加えて、イス２０１の位置や速度などの条件を組み合わせてもよい。
さらに、トレーニングマシン２において、イス２０１（と運動者Ｅ）を可動部としたが、イス２０１を固定し、足先の板（固定部２０２に相当）を可動部としてもよい。
さらに、本発明は、レッグプレスマシンだけでなく、チェストプレスマシン、アームカールマシンなど、負荷により運動を行うトレーニングマシン全般に適用が可能である。その他、具体的な構成について、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】第１実施形態のトレーニングシステムの構成図である。
【図２】第１実施形態のトレーニングマシンの構成図である。
【図３】トレーニングマシンによる負荷の大きさに関する経時的変化の一例を示したタイムチャートである。
【図４】第１実施形態において、制御装置とトレーニングマシンの処理の流れを示したフローチャートである。
【図５】第１実施形態において、制御装置とトレーニングマシンの処理の流れを示したフローチャートである。
【図６】（Ａ）は、運動者が力覚入力方向を逆転させた場合のイスの位置、運動者の力覚入力方向および目標負荷の方向と大きさの関係を表したタイムチャートであり、（Ｂ）は、運動者が力覚入力方向を逆転させなかった場合のイスの位置、運動者の力覚入力方向および目標負荷の方向と大きさの関係を表したタイムチャートである。
【図７】第２実施形態のトレーニングシステムの構成図である。
【図８】第２実施形態のトレーニングマシンの構成図である。
【図９】負荷と張力の組み合わせの例を示した座標平面である。
【図１０】レッグプレスの場合において、各サーボモータの駆動力の算出の例を示す表である。
【図１１】第２実施形態において、制御装置とトレーニングマシンの処理の流れを示したフローチャートである。
【図１２】第２実施形態において、制御装置とトレーニングマシンの処理の流れを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０３】
Ｍ      管理装置
Ｓ      トレーニングシステム
Ｕ      トレーニングユニット
１，１ａ  制御装置
２，２ａ  トレーニングマシン
１１，１１ａ  処理部
１２，１２ａ  負荷値生成部
１３，１３ａ，１３ｂ  負荷調整部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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