(57)【要約】  運動者に対する負荷をより適切に調節することができる運動療法装置を提供する。運動療法装置１０は、トルク検出手段１３および制御手段１２を備える。トルク検出手段１３は、回転部１１に加わるトルクを検出する。制御手段１２は、力基準と、検出されたトルクとに基づき、回転部１１の運動速度を変更するための処理を行うよう構成される。
2020026440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部を有する運動療法装置であって、
前記可動部に加わる力を検出する力検出手段と、
力基準と、検出された前記力とに基づき、前記可動部の運動速度を変更するための処理を行うよう構成される制御手段と、
を備える、装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
検出された前記力が前記力基準より大きい場合には、前記可動部の運動速度をより大きくし、
検出された前記力が前記力基準より小さい場合には、前記可動部の運動速度をより小さくする
よう構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記可動部は円運動を実行可能であり、前記力はトルクとして表される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記運動療法装置は、力基準決定モードおよび運動実施モードで動作可能であり、
前記制御手段は、
‐前記力基準決定モードでは、検出される力に基づいて前記力基準を決定し、
‐前記運動実施モードでは、前記可動部の運動速度を変更するための前記処理を行う
よう構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は運動療法装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
運動療法装置は、骨格筋力の維持または回復等を実現するための装置である。運動療法装置は可動部を備え、使用者に可動部に対する力を加える運動を繰り返し行わせる。繰り返し運動としては、たとえば両足でペダルをこぐ動作が挙げられる。【０００３】
運動療法装置を用いて、たとえば等速度運動またはワット指示運動を行うことができる。等速度運動とは、可動部を一定速度で動かす運動のことを意味し、たとえばペダルを等速円運動させる運動のことをいう。また、ワット指示運動とは、可動部に一定の仕事を加える運動のことを意味する。ワット指示運動では、運動療法装置は、運動者が可動部に加える力の大きさに応じ、仕事（または単位時間内の仕事量）が一定となるように、運動速度を変更するよう指示する情報を出力する場合がある。【０００４】
公知の運動療法装置としては、たとえば特許文献１に記載されるエルゴメータ等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１７３８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の運動療法装置では、運動者に対する負荷の調節が困難であるという問題があった。【０００７】
たとえば、運動者の体調の変化等により、等速度運動では普段と同じ速度でペダルを回転させても普段と同じ力が出せない場合がある。このような場合には負荷が不足し、運動の効果が減少または喪失する可能性がある。従来の運動療法装置では等速度運動では、本人の出す力に等しい大きさの負荷を掛けるため負荷は運動者に依存し、この負荷の不足を解決することができない。【０００８】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、運動者に対する負荷をより適切に調節することができる運動療法装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の問題点を解決するため、この発明に係る運動療法装置は、可動部を有する運動療法装置であって、
前記可動部に加わる力を検出する力検出手段と、
力基準と、検出された前記力とに基づき、前記可動部の運動速度を変更するための処理を行うよう構成される制御手段と、
を備える。
特定の態様によれば、
前記制御手段は、
検出された前記力が前記力基準より大きい場合には、前記可動部の運動速度をより大きくし、
検出された前記力が前記力基準より小さい場合には、前記可動部の運動速度をより小さくする
よう構成される。
特定の態様によれば、前記可動部は円運動を実行可能であり、前記力はトルクとして表される。
特定の態様によれば、
前記運動療法装置は、力基準決定モードおよび運動実施モードで動作可能であり、
前記制御手段は、
‐前記力基準決定モードでは、検出される力に基づいて前記力基準を決定し、
‐前記運動実施モードでは、前記可動部の運動速度を変更するための前記処理を行う
よう構成される。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る運動療法装置は、運動者に対する負荷をより適切に調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る運動療法装置の使用方法の例を示す図である。
【図２】図１の運動療法装置の構成の例を示す図である。
【図３】等速度運動におけるＦ−Ｖ特性の例を示すグラフである。
【図４】図１の運動療法装置の処理の流れの例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態３に係る運動療法装置の、トルク基準決定モードにおける処理の流れの例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、本発明の実施の形態１に係る運動療法装置１０の使用方法の例を示す。運動療法装置１０は可動部を有し、可動部はたとえば円運動を実行可能な回転部１１として構成される。図１の例では回転部１１は一対のペダルであり、運動者２０が足でトルクを加えることにより回転させることができる。運動療法装置１０の機械的構成は、公知の運動療法装置に基づいて設計されてもよい。
【００１３】
運動者２０は、運動療法装置１０を用いて運動療法を実施することができる。とくに、本実施形態では、運動療法装置１０は等速度運動を行うことができる。また、運動療法装置１０は回転部１１の動作を制御して運動者２０に対する負荷を調節することができる。たとえば、一般的に、等速度運動において回転部１１の回転速度を増大させると運動者２０に対する負荷は減少し、回転部１１の回転速度を減少させると運動者２０に対する負荷は増大する。（力―速度関係；運動療法ガイド  井上一他  日本医事新報社  改訂第３版６６ページ  ２０００年）なお、本明細書において、「等速度運動」とは、角速度が一定となる円運動（等速円運動）を含む場合がある。
【００１４】
図２に、運動療法装置１０の構成の例を示す。運動療法装置１０は制御手段１２を備える。制御手段１２はたとえばコンピュータによって構成され、運動療法装置１０の動作を制御する。コンピュータは公知の構成を有するものが利用可能であるが、たとえば演算手段（ＣＰＵまたは他のプロセッサ等）および記憶手段（半導体メモリ、ＨＤＤ等）を備えるものであってもよい。制御手段１２は、運動療法装置１０の動作に際し、目標トルク取得手段、トルク平均化手段および速度指示手段として動作する（詳細は後述する）。言い換えると、運動療法装置１０は、目標トルク取得手段、トルク平均化手段および速度指示手段を備えるということができる。
【００１５】
また、運動療法装置１０はトルク検出手段１３を備える。トルク検出手段１３は、回転部１１に加わるトルクを検出する手段であり、検出されたトルクを制御手段１２に伝達する。トルク検出手段１３はたとえば公知のトルクセンサ等を用いて構成することができる。
【００１６】
また、運動療法装置１０は速度制御手段１４を備える。速度制御手段１４は、回転部１１の回転速度を制御する。速度制御手段１４は公知の構成により実現可能である。
【００１７】
図３のグラフに、運動療法装置１０を用いた等速度運動におけるＦ−Ｖ特性の例を示す。縦軸がピークトルクＦを表し、横軸が回転速度Ｖを表す。曲線Ｃ１およびＣ２はいずれも運動者２０のＦ−Ｖ特性を表すが、曲線Ｃ１は体調が通常の場合に対応し、曲線Ｃ２は体調が悪い場合に対応するものとする。運動者２０は、運動療法装置１０が２０［ｒｐｍ］の等速度運動を実施している場合には、通常はトルクＴ２［Ｎ・ｍ］を生成するが、体調が悪い場合にはトルクＴ１［Ｎ・ｍ］しか生成することができない。
【００１８】
人体の特性により、等速度運動において、回転速度を下げるとピークトルクが上昇し、逆に回転速度を上げるとピークトルクが低下する。すなわち、曲線Ｃ１およびＣ２は単調減少関数を表す。
【００１９】
ここで、運動に係るトルクが低下すると、運動療法の効果が減殺または喪失する場合がある。人間の筋組成は、タイプＩの筋肉、タイプＩＩａの筋肉およびタイプＩＩｂの筋肉を含み、これらのうち、タイプＩが持久力に関連し、タイプＩＩａおよびＩＩｂが瞬発力に関連する。タイプＩの筋肉を訓練する場合に比べて、タイプＩＩａおよびＩＩｂの筋肉を訓練する場合には、より大きい負荷が必要となる。運動者２０が発生可能な最大トルクがＴｐ［Ｎ・ｍ］である場合には、タイプＩＩａおよびＩＩｂの筋肉が働くトルク、例えばＴｐ×０．２［Ｎ・ｍ］以上の負荷を与えないと十分な筋肉の訓練効果が生じない。
【００２０】
したがって、筋肥大のための運動療法の効果をより確実に得るためには、運動に係るトルク（目標トルク）をなるべく安定して維持する必要がある。しかしながら、運動者２０が発生可能なトルクは、体調等の要因に応じて変化するので、状況に応じて運動療法装置１０の運動速度（等速度運動の速度指示値、ワット運動の場合には運動回転数指示手段）を変化させる必要がある。
【００２１】
図４は、運動療法装置１０の処理の流れの例を示すフローチャートである。運動療法装置１０は、運動者２０に対する運動療法の実施に関連して図４の処理を実行する。本実施形態では、運動療法装置１０は等速度運動療法を実施する等速度運動療法装置であり、回転部１１は一定の回転数で回転する。
【００２２】
まず運動療法装置１０の制御手段１２が目標トルクを取得する（ステップＳ１）。この処理はたとえば目標トルク取得手段によって実行される。本実施形態では、目標トルクは、運動療法装置１０の動作の基準となるトルク基準値である。
【００２３】
取得される目標トルクは、たとえばステップＳ１より前に制御手段１２に入力され、制御手段１２の記憶手段に記憶されたものである。目標トルクの決定方法は任意であるが、たとえば、多数の被験者による最大脚伸展トルクの平均（ノーマティブデータ）に所定の比率を乗算したものであってもよく、特定の運動者２０の過去の最大脚伸展トルクの平均に所定の比率を乗算したものであってもよい。最大脚伸展トルクの一例として、運動者２０が数回転の最大努力でのぺダリング中に発生した最大トルクがある。この比率がタイプＩＩａおよびＩＩｂの筋肉が働かないトルク例えば０．２未満の場合には運動療法の効果が減殺されるため、比率はタイプＩＩａおよびＩＩｂの筋肉が働くトルクである必要がある。たとえば０．５または０．８であってもよい。
【００２４】
図４には示さないが、運動者２０は、ステップＳ１の前後に、運動療法装置１０の使用を開始する。すなわち、両足で回転部１１にトルクを加えて回転させる。
【００２５】
制御手段１２は、回転部１１に加わるトルクを検出する（ステップＳ２）。たとえば、トルク検出手段１３がトルクを検出し、検出されたトルクを表す信号を制御手段１２に送信し、制御手段１２がこれを受信する。なお、本明細書および図面において、ステップＳ１で取得される目標トルクと区別するために、ステップＳ２で検出されるトルクを「実トルク」と呼ぶ場合がある。
【００２６】
次に、制御手段１２は、実トルクを平均化する（ステップＳ３）。この処理はたとえばトルク平均化手段によって実行される。平均化は周期的に行われる。周期はたとえば回転部１１の運動の１８０周期（１８０回転）に対応する。たとえば、運動者２０の右足が弱く左足が強い場合には、右足を踏み込む瞬間に発生する弱いトルクと、左足を踏み込む瞬間に発生する強いトルクと、どちらにも力が込められない瞬間に発生するゼロに近いトルクとを含む様々なトルク変動が平均化される。
【００２７】
次に、運動療法装置１０は、数分間の実トルク（この例では平均化されたもの）と、目標トルクとに基づき、回転部１１の回転速度を変更するための処理を行う（ステップＳ４）。この処理はたとえば速度指示手段（等速度指示値変更手段）および速度制御手段１４によって実行される。
【００２８】
たとえば、実トルクが目標トルクより大きい場合には、制御手段１２は回転部１１の回転速度をより大きくするよう制御する。より具体的には、制御手段１２が所定の速度指示を生成し、これを速度制御手段１４に伝達する。この場合の速度指示の内容は、たとえば、所定時間後（たとえば１分後）に、現在の回転速度から所定の速度差分（たとえば１ｒｐｍ）だけ回転速度（等速度運動における）を上げるというものである。速度制御手段１４はこの速度指示に従って回転部１１の回転を制御する。この場合には、運動者２０が生成するトルクがより小さくなり、結果として目標トルクにより近い大きさのトルクを生成することができると考えられる。このようにして、過度に大きいトルクでの運動が回避される。
【００２９】
逆に、実トルクが目標トルクより小さい場合には、制御手段１２は回転部１１の回転速度をより小さくするよう制御する。より具体的には、制御手段１２が所定の速度指示（等速度制御回転速度）を生成し、これを速度制御手段１４に伝達する。この場合の速度指示の内容は、たとえば、所定時間後に、現在の回転速度から所定の速度差分だけ回転速度（等速度制御回転速度）を下げるというものである。速度制御手段１４はこの速度指示に従って回転部１１の回転を制御する。この場合には、運動者２０が生成するトルクがより大きくなり、結果として目標トルクにより近い大きさのトルクを生成することができると考えられる。このようにして、過度に小さいトルクでの運動が回避される。
【００３０】
なお、実トルクと目標トルクとが等しい場合には、制御手段１２および速度制御手段１４は、回転部１１に対する制御をとくに行わなくともよいし、回転部１１の回転速度を維持するよう制御してもよい。
【００３１】
その後、処理はステップＳ２に戻り、ステップＳ２〜Ｓ４の処理が繰り返される。これによって、実トルクが時間とともに目標トルクに近づいてゆくような制御が行われることになる。このため、トルクの大きさが適切に保たれ、運動療法の効果を維持することができる。
【００３２】
以上説明するように、本発明の実施の形態１に係る運動療法装置１０によれば、運動者２０に対する負荷をより適切に調節することができる。
【００３３】
実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１において、運動療法装置１０が等速度運動以外の運動を実施するよう変更するものである。実施の形態２では、等速度運動以外の運動として、運動療法装置１０はワット指示運動を実施する。以下、実施の形態２に係る運動療法装置について説明する。
【００３４】
ワット指示運動では、速度制御手段１４は回転部１１の回転速度を直接的に制御するのではなく、運動者２０に対して運動速度を変更する指示を出すことにより、間接的に回転部１１の回転速度を変更するよう構成される。実施の形態３に係る速度制御手段１４は情報出力手段として構成することができ、たとえばスピーカーのような音声出力手段であってもよいし、液晶ディスプレイのような画面表示手段であってもよい。
Ｗ＝トルク［（Ｎ・ｍ］）×回転速度［ｒｐｍ］（ｒ/min.）／９．５５  の関係から同一のワットで回転速度を落とすことによりトルクを増すことができる。
【００３５】
ステップＳ１〜Ｓ３の処理は実施の形態１と同じである。ステップＳ４において、制御手段１２は、速度制御手段１４を制御して、回転部１１の回転速度を変更するための情報を出力する。たとえば、スピーカーから出力されるピッチ音のピッチを変更する。運動者２０はこのピッチ音の周期に合わせるように回転部１１を回転させ、これによって結果的に回転速度が変更される。
【００３６】
以上説明するように、本発明の実施の形態２に係る運動療法装置によれば、実施の形態１と同様に、運動者２０に対する負荷トルクをより適切に調節することができる。
【００３７】
実施の形態３
実施の形態３は、実施の形態１または２において、運動療法装置１０が複数のモードで動作可能なように変更するものである。以下、実施の形態３に係る運動療法装置について説明する。
【００３８】
実施の形態３では、運動療法装置は、トルク基準決定モードおよび運動実施モードで動作可能である。モードの選択または切り替えは、運動者２０等からの入力に基づき、公知の技術に基づいて実現可能である。たとえば、運動療法装置はモード選択スイッチを備えてもよい。
【００３９】
トルク基準決定モードは、実施の形態１のステップＳ１で取得されるべき目標トルクを決定するためのモードである。制御手段１２は、トルク基準決定モードにおいて、測定されるトルクに基づいてトルク基準（たとえば実施の形態１における目標トルク）を決定するように構成される。
【００４０】
運動実施モードは、運動療法を実施するためのモードである。運動実施モードにおける運動療法装置の動作は、たとえば実施の形態１に係る運動療法装置１０と同様であってもよい。すなわち、制御手段１２は、運動実施モードにおいて、実トルクおよび目標トルクに基づき、回転部１１の運動速度を変更するための処理を行う。
【００４１】
トルク基準決定モードにおいてトルク基準を決定する方法は適宜設計可能であるが、一例を以下に示す。
図５は、トルク基準決定モードにおける運動療法装置の処理の流れの例を示すフローチャートである。まず制御手段１２は、回転部１１を固定した状態でトルクの検出を行う（ステップＳ１１）。たとえば、トルク検出手段１３がトルクを検出し、検出されたトルクを表す信号を制御手段１２に送信し、制御手段１２がこれを受信する。なお、この時、運動者２０は全力で回転部１１を回転させようとすると想定する。
【００４２】
次に、制御手段１２は、検出されたトルクに基づいてトルク基準（たとえば目標トルク）を決定する（ステップＳ１２）。たとえば、ステップＳ１１で検出されたトルクに所定の比率を乗算することにより、トルク基準を算出する。この比率が０．２未満の場合には運動療法の効果が減殺されるため、比率は０．２以上である必要がある。比率はたとえば０．５または０．８であってもよい。
【００４３】
制御手段１２は、決定されたトルク基準を記憶手段に格納してもよい。また、ステップＳ１２の実行が終了することに応じ、モードをトルク基準決定モードから運動実施モードに切り替えてもよい。
【００４４】
以上説明するように、本発明の実施の形態３に係る運動療法装置によれば、実施の形態１と同様に、運動者２０に対する負荷をより適切に調節することができる。また、実際のトルク測定によってトルク基準を決定するので、運動者２０に合わせたトルク設定が可能となる。
【００４５】
上述の実施の形態１〜３において、以下のような変形を施すことができる。
実施の形態１〜３では、トルク基準はトルクの大きさを表す情報であるが、トルク基準は、トルクの大きさの範囲（トルク基準範囲）を表す情報であってもよい。たとえば、実トルクがトルク基準範囲内にある場合には、制御手段１２は回転部１１の回転速度を維持するよう制御し、実トルクがトルク基準範囲の上限より大きい場合には、制御手段１２は回転部１１の回転速度をより大きくするよう制御し、実トルクがトルク基準範囲の下限より小さい場合には、制御手段１２は回転部１１の回転速度をより小さくするよう制御してもよい。
【００４６】
実施の形態１〜３では、ステップＳ３において実トルクが平均化されるが、ステップＳ３では単純な平均化以外の演算を行ってもよい。
【００４７】
実施の形態１では、可動部は回転部１１として構成され、回転部１１に加わる力はトルクとして表されるが、可動部は回転するものでなくともよい。たとえばエキスパンダーのような往復運動を行うものであってもよい。その場合には、可動部にはトルクでなく一定方向に往復する力が加えられてもよく、運動療法装置はトルクでなくより一般的なモーメントまたは力に基づいて動作してもよい。また、その場合には、実施の形態１〜３における回転速度はより一般的な運動速度であってもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０  運動療法装置、１１  回転部（可動部）、１２  制御手段、１３  トルク検出手段（力検出手段）、１４  速度制御手段、２０  運動者。
【図１】
2020026440.tif 000003
【図２】
2020026440.tif 000004
【図３】
2020026440.tif 000005
【図４】
2020026440.tif 000006
【図５】
2020026440.tif 000007
【国際調査報告】
2020026440.tif 000008
2020026440.tif 000009
2020026440.tif 000010