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JP2018038656A - Joint torque computing system, cycle computer, and joint torque measuring method - Google Patents

Joint torque computing system, cycle computer, and joint torque measuring method Download PDF

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JP2018038656A
JP2018038656A JP2016175672A JP2016175672A JP2018038656A JP 2018038656 A JP2018038656 A JP 2018038656A JP 2016175672 A JP2016175672 A JP 2016175672A JP 2016175672 A JP2016175672 A JP 2016175672A JP 2018038656 A JP2018038656 A JP 2018038656A
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JP
Japan
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joint
information
position information
torque
pedal
Prior art date
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Pending
Application number
JP2016175672A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
内田 和男
Kazuo Uchida
和男 内田
安弘 中西
Yasuhiro Nakanishi
安弘 中西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bridgestone Cycle Co Ltd
Bridgestone Corp
Original Assignee
Bridgestone Cycle Co Ltd
Bridgestone Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a joint torque computing system, a cycle computer and a joint torque measuring method materializing downsizing and measuring a joint torque of lower extremities in a short time.SOLUTION: A joint torque computing system 10 includes a first detection part 11, a second detection part 12, and an arithmetic processing part 14. The arithmetic processing part 14 calculates second joint position information of a knee joint on the basis of rotation position information of a crank 31 acquired from the first detection part 11, length information from a hip joint to the knee joint, length information from the knee joint to an ankle joint, length information from the ankle joint to a pedal shaft 32, first joint position information of the ankle joint, and third joint position information of the hip joint. The arithmetic processing part 14 performs arithmetic processing by inverse dynamics analysis on the basis of tread force information applied to a pedal 33, acquired from the second detection part 12, and one information out of the first, second, and third joint position information, and calculates a joint torque of one joint out of the ankle, knee, and hip joints.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、関節トルク演算システム、サイクルコンピュータ及び関節トルクの測定方法に関する。   The present invention relates to a joint torque calculation system, a cycle computer, and a joint torque measurement method.

下記特許文献1には、関節力及び関節モーメントのフィードバック推定方法並びに装置が開示されている。この推定方法並びに装置は、バイオメカニクス分野(Biomechanics field)において、逆動力学に基づいて人間や動物の動作の解析に使用されている。例えば、上記推定方法及び装置では、人間や動物の関節トルクや関節間の力を見積もることができる。
また、下記特許文献2には、有限要素解析、プロセス統合及び設計最適化を用いた筋骨格モデリングが開示されている。この開示された技術では、モーションキャプチャデータ(Motion capture data)からモーションデータを生成し、このモーションデータから筋骨格モデルの逆動力学解析が行われる。
Patent Document 1 below discloses a feedback estimation method and apparatus for joint force and joint moment. This estimation method and apparatus are used in the biomechanics field for analyzing human and animal movements based on inverse dynamics. For example, the estimation method and apparatus can estimate the joint torque and force between joints of humans and animals.
Patent Document 2 below discloses musculoskeletal modeling using finite element analysis, process integration, and design optimization. In the disclosed technique, motion data is generated from motion capture data, and an inverse dynamic analysis of the musculoskeletal model is performed from the motion data.

一方、下記特許文献3には、ペダリング状態計測装置が開示されている。この装置では自転車のペダリングスキルの評価指標を算出することができる。
同様に自転車に関して、下記特許文献4には、筋疲労決定装置、筋疲労決定方法及び筋疲労決定用プログラムが開示されている。この開示された技術では、自転車のペダリング中の筋疲労情報をリアルタイムに生成することができる。
そして、下記特許文献5には、自転車サイクリングの膝関節の運動軌跡を分析する測定システム及びその方法が開示されている。
On the other hand, the following Patent Document 3 discloses a pedaling state measuring device. This apparatus can calculate an evaluation index for pedaling skills of a bicycle.
Similarly, regarding a bicycle, Patent Literature 4 below discloses a muscle fatigue determination device, a muscle fatigue determination method, and a muscle fatigue determination program. With this disclosed technique, muscle fatigue information during pedaling of a bicycle can be generated in real time.
Patent Document 5 below discloses a measurement system and method for analyzing the motion trajectory of a knee joint during bicycle cycling.

特許第4264345号公報Japanese Patent No. 4264345 特開2015−011714号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-011714 特開2014−008789号公報JP 2014-008789 A 特開2016−107093号公報JP 2006-107093 A 特開2015−091311号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-091311

自転車のペダリング動作中にライダー(人間)の下肢の関節位置を推定する手法は、特許文献3〜特許文献5の各々に開示される通り複数存在する。しかしながら、関節位置の推定には、モーションキャプチャシステム等の大掛かりな装置が必要とされ、しかも時間が掛かる。
一方、自転車に市販のサイクルコンピュータ及びセンサ類を装着すれば、ペダリング動作がセンサ類により検出され、検出された各種情報がサイクルコンピュータの表示画面に表示される。ここで、各種情報とは、例えば走行距離、積算距離、走行速度、ケイデンス、心拍数、消費カロリー等の情報である。しかしながら、上記センサ類を用いて下肢の関節トルクを推定する技術は皆無である。
There are a plurality of methods for estimating the joint position of the lower limb of the rider (human) during the pedaling operation of the bicycle as disclosed in each of Patent Documents 3 to 5. However, estimation of the joint position requires a large-scale device such as a motion capture system and takes time.
On the other hand, when a commercially available cycle computer and sensors are mounted on the bicycle, pedaling operations are detected by the sensors, and various types of detected information are displayed on the display screen of the cycle computer. Here, the various information is information such as travel distance, integrated distance, travel speed, cadence, heart rate, calorie consumption, and the like. However, there is no technique for estimating the joint torque of the lower limbs using the sensors.

本発明は、上記事実を考慮し、簡易な構成により小型化を実現することができ、かつ、短時間において下肢の関節の関節トルクを測定することができる関節トルク演算システム、サイクルコンピュータ及び関節トルクの測定方法を提供する。   In consideration of the above-described facts, the present invention can realize a reduction in size with a simple configuration, and can measure a joint torque of a lower limb joint in a short time, a cycle computer, and a joint torque Provides a measurement method.

本発明の第1態様に係る関節トルク演算システムは、
自転車のクランク軸に一端部が連結され、クランク軸を中心に回転するクランクの回転位置を検出する第1検出部と、
クランクの他端部にクランクシャフトを介して連結されたペダルに作用する踏力を検出する第2検出部と、
第1検出部から取得される回転位置情報と、股関節から膝関節までの第1長さ情報、膝関節から足首関節までの第2長さ情報及び足首関節からペダルシャフトまでの第3長さ情報と、足首関節の第1関節位置情報と、股関節の第3関節位置情報とに基づいて、膝の第2関節位置情報を算出し、第2検出部から取得される踏力情報と、第1関節位置情報、第2関節位置情報及び第3関節位置情報の少なくとも1つの情報とに基づいて、逆動力学解析による演算処理を行い、足首関節、膝関節及び股関節の少なくとも1つの関節の関節トルクを算出する演算処理部と、
を備える。
The joint torque calculation system according to the first aspect of the present invention includes:
A first detector connected to one end of the crankshaft of the bicycle and detecting a rotational position of a crank that rotates about the crankshaft;
A second detector for detecting a pedal force acting on a pedal connected to the other end of the crank via a crankshaft;
Rotational position information acquired from the first detector, first length information from the hip joint to the knee joint, second length information from the knee joint to the ankle joint, and third length information from the ankle joint to the pedal shaft And the second joint position information of the knee based on the first joint position information of the ankle joint and the third joint position information of the hip joint, the pedaling force information acquired from the second detection unit, and the first joint Based on at least one of the position information, the second joint position information, and the third joint position information, a calculation process by inverse dynamics analysis is performed, and the joint torque of at least one of the ankle joint, the knee joint, and the hip joint is calculated. An arithmetic processing unit to calculate,
Is provided.

第1態様に係る関節トルク演算システムは、第1検出部と、第2検出部と、演算処理部とを備える。第1検出部は、自転車のクランク軸に一端部が連結され、クランク軸を中心に回転するクランクの回転位置を検出する。第2検出部は、クランクの他端部にペダルシャフトを介して連結されたペダルに作用する踏力を検出する。   The joint torque calculation system according to the first aspect includes a first detection unit, a second detection unit, and a calculation processing unit. The first detector is connected at one end to the crankshaft of the bicycle and detects the rotational position of the crank that rotates about the crankshaft. A 2nd detection part detects the pedal effort which acts on the pedal connected with the other end part of the crank via the pedal shaft.

演算処理部は、第1検出部から取得される回転位置情報と、第1長さ情報〜第3長さ情報と、足首関節の第1関節位置情報と、股関節の第3関節位置情報とに基づいて、膝関節の第2関節位置情報を算出する。
ここで、回転位置情報は、クランク軸を中心としてクランクを介して回転するペダルシャフトの回転位置情報でもある。第1長さ情報は股関節から膝関節までの長さ情報、第2長さ情報は膝関節から足首関節までの長さ情報、第3長さ情報は足首関節からペダルシャフトまでの長さ情報である。第1長さ情報の長さの値、第2長さ情報の長さの値、第3長さ情報の長さの値は、各々、一定である。また、第3関節位置情報は位置が固定された股関節の位置情報である。
第1関節位置情報は、足首関節の位置情報であり、ペダルの姿勢角度の変化に伴い変動する。第1関節位置情報は、例えば、初期値として取得するか、又はペダルの姿勢角度の実測値から取得する。
演算処理部では、第1関節位置情報に基づいて、幾何学計算により簡易に第2関節位置情報を算出することができる。
The arithmetic processing unit includes the rotational position information acquired from the first detection unit, the first length information to the third length information, the first joint position information of the ankle joint, and the third joint position information of the hip joint. Based on this, the second joint position information of the knee joint is calculated.
Here, the rotational position information is also rotational position information of a pedal shaft that rotates about the crankshaft via the crank. The first length information is the length information from the hip joint to the knee joint, the second length information is the length information from the knee joint to the ankle joint, and the third length information is the length information from the ankle joint to the pedal shaft. is there. The length value of the first length information, the length value of the second length information, and the length value of the third length information are each constant. The third joint position information is position information of the hip joint whose position is fixed.
The first joint position information is position information of the ankle joint, and fluctuates with a change in the posture angle of the pedal. The first joint position information is acquired as, for example, an initial value, or is acquired from an actual measurement value of the pedal posture angle.
The arithmetic processing unit can easily calculate the second joint position information by geometric calculation based on the first joint position information.

第2関節位置情報が幾何学計算により算出されると、第1関節位置情報、第2関節位置情報及び第3関節位置情報がすべて特定される。演算処理部では、第1関節位置情報、第2関節位置情報及び第3関節位置情報の少なくとも1つの情報と、第2検出部から取得される踏力情報とに基づいて、逆動力学解析(筋骨格解析)による演算処理を行う。
これにより、演算処理部では、モーションキャプチャシステム等の大掛かりな装置を用いることなく、簡単な演算処理により、足首関節、膝関節及び股関節の少なくとも1つの関節の関節トルク(関節負担)を算出することができる。
When the second joint position information is calculated by geometric calculation, the first joint position information, the second joint position information, and the third joint position information are all specified. In the arithmetic processing unit, based on at least one information of the first joint position information, the second joint position information, and the third joint position information, and the pedaling force information acquired from the second detection unit, an inverse dynamic analysis (musculoskeletal) (Case analysis) is performed.
Accordingly, the arithmetic processing unit calculates joint torque (joint burden) of at least one of the ankle joint, the knee joint, and the hip joint by a simple arithmetic processing without using a large-scale device such as a motion capture system. Can do.

本発明の第2態様に係る関節トルク演算システムは、第1実施態様に係る関節トルク演算システムにおいて、第1長さ情報、第2長さ情報及び第3長さ情報を少なくとも入力する情報入力部と、関節トルクの算出結果を少なくとも出力する情報出力部と、を更に備える。   The joint torque calculation system according to the second aspect of the present invention is the information input unit for inputting at least the first length information, the second length information, and the third length information in the joint torque calculation system according to the first embodiment. And an information output unit that outputs at least a calculation result of the joint torque.

第2態様に係る関節トルク演算システムは、情報入力部と、情報出力部とを備える。情報入力部には第1長さ情報、第2長さ情報及び第3長さ情報が少なくとも入力されるので、この入力により演算処理部において第2関節位置情報を算出することができる。
また、情報出力部では、演算処理部により算出された関節トルクの算出結果が少なくとも出力される。例えば、情報出力部に表示機能が装備されている場合、ユーザが関節トルクの算出結果を確認することができる。
The joint torque calculation system according to the second aspect includes an information input unit and an information output unit. Since at least the first length information, the second length information, and the third length information are input to the information input unit, the second joint position information can be calculated in the arithmetic processing unit by this input.
The information output unit outputs at least the calculation result of the joint torque calculated by the arithmetic processing unit. For example, when the information output unit is equipped with a display function, the user can check the calculation result of the joint torque.

本発明の第3態様に係る関節トルク演算システムでは、第2実施態様に係る関節トルク演算システムにおいて、ペダルのペダルシャフト上における姿勢角を検出する第3検出部を更に備え、第3検出部から取得される角度情報を用いて、第1関節位置情報及び前記踏力情報の少なくとも一方が生成される。   In the joint torque calculation system according to the third aspect of the present invention, the joint torque calculation system according to the second embodiment further includes a third detection unit that detects a posture angle of the pedal on the pedal shaft, At least one of the first joint position information and the pedal effort information is generated using the acquired angle information.

第3態様に係る関節トルク演算システムは、第3検出部を更に備える。第3検出部では、ペダルのペダルシャフト上における姿勢角が検出される。この姿勢角情報が取得されると、この姿勢角情報と足首関節からペダルシャフトまでの第3長さ情報とに基づいて、演算処理部では第1関節位置情報を算出することができる。このため、第3検出部から取得される姿勢角情報に基づいて、第1関節位置情報がリアルタイムに算出することができるので、関節トルクもリアルタイムに算出することができる。   The joint torque calculation system according to the third aspect further includes a third detection unit. The third detection unit detects the posture angle of the pedal on the pedal shaft. When the posture angle information is acquired, the arithmetic processing unit can calculate the first joint position information based on the posture angle information and the third length information from the ankle joint to the pedal shaft. For this reason, since the first joint position information can be calculated in real time based on the attitude angle information acquired from the third detection unit, the joint torque can also be calculated in real time.

また、関節トルク演算システムでは、第1関節位置情報が、足首関節の関節位置の実測に基づいて生成されてもよい。この場合、足首の関節位置の実測に基づいて第1関節位置情報が生成されるので、センサ類等の追加装置が無くなる。例えば、足首関節からペダルシャフトまでの第3長さ情報はメジャーを用いて測定され、この測定値が第1関節位置情報とされる。   In the joint torque calculation system, the first joint position information may be generated based on actual measurement of the joint position of the ankle joint. In this case, since the first joint position information is generated based on the actual measurement of the joint position of the ankle, additional devices such as sensors are eliminated. For example, the third length information from the ankle joint to the pedal shaft is measured using a measure, and this measurement value is used as the first joint position information.

さらに、第1関節位置情報として、例えばペダリング動作を行うユーザの技能レベル毎、ユーザの体格毎等に平均化され、かつ、データベース化された関節位置情報を使用することができる。そして、第1関節位置情報は情報入力部から入力される。このため、追加装置が無い分、関節トルク演算システムの小型化を更に図ることができる。   Furthermore, as the first joint position information, for example, joint position information averaged for each skill level of the user who performs the pedaling operation, for each physique of the user, and the database can be used. Then, the first joint position information is input from the information input unit. For this reason, since there is no additional device, the joint torque calculation system can be further reduced in size.

本発明の第4態様に係る関節トルク演算システムでは、第2態様又は第3態様に係る関節トルク演算システムにおいて、演算処理部は、関節トルクと回転位置情報とに基づいて、関節においてクランク軸の所定の回転角度当たりの物理量を算出し、閾値に対する物理量の大小を判定する。   In the joint torque calculation system according to the fourth aspect of the present invention, in the joint torque calculation system according to the second aspect or the third aspect, the calculation processing unit is configured to determine the crankshaft of the joint based on the joint torque and the rotational position information. A physical quantity per predetermined rotation angle is calculated, and the magnitude of the physical quantity with respect to the threshold is determined.

第4態様に係る関節トルク演算システムでは、演算処理部は、物理量を算出し、閾値に対する物理量の大小を判定する。物理量は、関節トルクと回転位置情報とに基づいて、クランク軸の所定の回転角度当たりの関節における物理量として算出される。閾値は任意に設定される。
このため、物理量の大小が判定される結果として、例えばユーザのペダリングパフォーマンスを測定することができる。さらに、ペダリングパフォーマンスの測定結果に基づいて、ポジショニング、ペダリング等の操作状態がユーザ自身において確認可能となる。また、第三者がユーザに対して理想的な操作状態を提案可能となる。
In the joint torque calculation system according to the fourth aspect, the calculation processing unit calculates a physical quantity and determines the magnitude of the physical quantity with respect to the threshold value. The physical quantity is calculated as a physical quantity at the joint per predetermined rotation angle of the crankshaft based on the joint torque and the rotational position information. The threshold is arbitrarily set.
For this reason, as a result of determining the magnitude of the physical quantity, for example, the pedaling performance of the user can be measured. Furthermore, based on the measurement result of pedaling performance, the user can confirm the operation state such as positioning and pedaling. Also, a third party can propose an ideal operation state to the user.

本発明の第5態様に係る関節トルク演算システムでは、第4態様に係る関節トルク演算システムにおいて、物理量は、関節トルクと関節の角速度とに基づき導出される関節パワーである。   In the joint torque calculation system according to the fifth aspect of the present invention, in the joint torque calculation system according to the fourth aspect, the physical quantity is a joint power derived based on the joint torque and the angular velocity of the joint.

第5態様に係る関節トルク演算システムでは、物理量が関節トルクと関節の角速度とに基づき導出される関節パワーとされているので、ユーザのペダリングパフォーマンスの定量化を実現することができる。   In the joint torque calculation system according to the fifth aspect, since the physical quantity is the joint power derived based on the joint torque and the angular velocity of the joint, the user's pedaling performance can be quantified.

本発明の第6態様に係る関節トルク演算システムでは、第5態様に係る関節トルク演算システムにおいて、情報出力部は、関節パワーを出力する。   In the joint torque calculation system according to the sixth aspect of the present invention, in the joint torque calculation system according to the fifth aspect, the information output unit outputs the joint power.

第6態様に係る関節トルク演算システムでは、関節パワーが情報出力部から出力されるので、ユーザが関節パワーを確認することができる。   In the joint torque calculation system according to the sixth aspect, since the joint power is output from the information output unit, the user can check the joint power.

本発明の第7態様に係る関節トルク演算システムでは、第2態様又は第6態様に係る関節トルク演算システムにおいて、回転位置情報は第1検出部からリアルタイムに取得し、踏力情報は第2検出部からリアルタイムに取得し、演算処理部は関節トルクをリアルタイムに算出し、情報出力部は関節トルクをリアルタイムに出力する。   In the joint torque calculation system according to the seventh aspect of the present invention, in the joint torque calculation system according to the second aspect or the sixth aspect, the rotational position information is acquired in real time from the first detection unit, and the pedal effort information is acquired from the second detection unit. The calculation processing unit calculates the joint torque in real time, and the information output unit outputs the joint torque in real time.

第7態様に係る関節トルク演算システムでは、関節トルクが、演算処理部によりリアルタイムに算出され、情報出力部によりリアルタイムに出力される。このため、例えばユーザは関節トルクをリアルタイムに確認することができる。   In the joint torque calculation system according to the seventh aspect, the joint torque is calculated in real time by the calculation processing unit and output in real time by the information output unit. Therefore, for example, the user can check the joint torque in real time.

本発明の第8態様に係る関節トルク演算システムでは、第6態様に係る関節トルク演算システムにおいて、回転位置情報は第1検出部からリアルタイムに取得し、踏力情報は第2検出部からリアルタイムに取得し、演算処理部は関節トルク及び関節パワーをリアルタイムに算出し、情報出力部は少なくとも関節パワーをリアルタイムに出力する。   In the joint torque calculation system according to the eighth aspect of the present invention, in the joint torque calculation system according to the sixth aspect, the rotational position information is acquired from the first detection unit in real time, and the treading force information is acquired from the second detection unit in real time. The arithmetic processing unit calculates joint torque and joint power in real time, and the information output unit outputs at least joint power in real time.

第8態様に係る関節トルク演算システムでは、関節トルク及び関節パワーが演算処理部によりリアルタイムに算出され、少なくとも関節パワーが情報出力部によりリアルタイムに出力される。このため、例えばユーザは少なくとも関節パワーをリアルタイムに確認することができる。   In the joint torque calculation system according to the eighth aspect, the joint torque and the joint power are calculated in real time by the calculation processing unit, and at least the joint power is output in real time by the information output unit. For this reason, for example, the user can confirm at least the joint power in real time.

本発明の第9態様に係るサイクルコンピュータでは、第1態様〜第8態様のいずれか1つに係る関節トルク演算システムの演算処理部が筐体に内蔵されている。   In the cycle computer according to the ninth aspect of the present invention, the calculation processing unit of the joint torque calculation system according to any one of the first to eighth aspects is built in the housing.

第9態様に係るサイクルコンピュータでは、演算処理部が筐体に内蔵される。サイクルコンピュータは例えば自転車にコンパクトに装着されるので、自転車の走行中に関節トルク、関節パワーを算出してユーザがペダリングパフォーマンスを確認することができる。   In the cycle computer according to the ninth aspect, the arithmetic processing unit is built in the housing. Since the cycle computer is mounted compactly on, for example, a bicycle, the user can check the pedaling performance by calculating joint torque and joint power while the bicycle is running.

本発明の第10態様に係る関節トルクの測定方法は、
自転車のクランク軸に一端部が連結され、かつ、クランク軸を中心に回転するクランクの回転位置を検出して回転位置情報を取得し、
クランクの他端部にペダルシャフトを介して連結されたペダルに作用する踏力を検出して踏力情報を取得し、
股関節から膝関節までの第1長さ情報、膝関節から足首関節までの第2長さ情報及び足首関節からペダルシャフトまでの第3長さ情報を取得し、
足首関節の第1関節位置情報及び股関節の第3関節位置情報を取得し、
回転位置情報と第1関節位置情報と第3関節位置情報とに基づいて、膝関節の第2関節位置情報を算出し、
踏力情報と、第1関節位置情報、第2関節位置情報及び第3関節位置情報の少なくとも1つの情報とに基づいて、逆動力学解析による演算処理を行い、足首関節、膝関節及び股関節の少なくとも1つの関節の関節トルクを算出する。
The method for measuring joint torque according to the tenth aspect of the present invention comprises:
One end is connected to the crankshaft of the bicycle, and the rotational position of the crank that rotates around the crankshaft is detected to obtain rotational position information,
Detecting pedaling force acting on a pedal connected to the other end of the crank via a pedal shaft to obtain pedaling force information;
Obtaining first length information from the hip joint to the knee joint, second length information from the knee joint to the ankle joint, and third length information from the ankle joint to the pedal shaft;
Obtaining the first joint position information of the ankle joint and the third joint position information of the hip joint;
Based on the rotational position information, the first joint position information, and the third joint position information, the second joint position information of the knee joint is calculated,
Based on the pedaling force information and at least one information of the first joint position information, the second joint position information, and the third joint position information, a calculation process by inverse dynamics analysis is performed, and at least the ankle joint, the knee joint, and the hip joint Calculate the joint torque of one joint.

第10態様に係る関節トルクの測定方法では、自転車のクランク軸を中心に回転するクランクの回転位置が検出され、回転位置情報が取得される。一方、クランク軸にクランクを介して連結されたペダルに作用する踏力が検出され、踏力情報が取得される。また、第1長さ情報〜第3長さ情報、足首関節の第1関節位置情報、股関節の第3関節位置情報がそれぞれ取得される。
ここで、回転位置情報は、クランク軸を中心としてクランクを介して回転するペダルシャフトの回転位置情報でもある。第1長さ情報は股関節から膝関節までの長さ情報、第2長さ情報は膝関節から足首関節までの長さ情報、第3長さ情報は足首関節からペダルシャフトまでの長さ情報である。第1長さ情報の長さの値、第2長さ情報の長さの値、第3長さ情報の長さの値は、各々、一定である。また、第3関節位置情報は位置が固定された股関節の位置情報である。
第1関節位置情報は、足首関節の位置情報であり、ペダルの姿勢角度の変化に伴い変動する。第1関節位置情報は、例えば、初期値として取得するか、又はペダルの姿勢角度の実測値から取得する。
この第1関節位置情報に基づいて、幾何学計算により簡易に第2関節位置情報を算出することができる。
In the joint torque measurement method according to the tenth aspect, the rotational position of the crank that rotates about the crankshaft of the bicycle is detected, and rotational position information is acquired. On the other hand, the pedal effort applied to the pedal connected to the crankshaft via the crank is detected, and the pedal effort information is acquired. Further, the first length information to the third length information, the first joint position information of the ankle joint, and the third joint position information of the hip joint are acquired.
Here, the rotational position information is also rotational position information of a pedal shaft that rotates about the crankshaft via the crank. The first length information is the length information from the hip joint to the knee joint, the second length information is the length information from the knee joint to the ankle joint, and the third length information is the length information from the ankle joint to the pedal shaft. is there. The length value of the first length information, the length value of the second length information, and the length value of the third length information are each constant. The third joint position information is position information of the hip joint whose position is fixed.
The first joint position information is position information of the ankle joint, and fluctuates with a change in the posture angle of the pedal. The first joint position information is acquired as, for example, an initial value, or is acquired from an actual measurement value of the pedal posture angle.
Based on the first joint position information, the second joint position information can be easily calculated by geometric calculation.

第2関節位置情報が幾何学計算により算出されると、第1関節位置情報、第2関節位置情報及び第3関節位置情報がすべて特定される。第1関節位置情報、第2関節位置情報及び第3関節位置情報の少なくとも1つの情報と、第2検出部から取得される踏力情報とに基づいて、逆動力学解析による演算処理が行われる。
これにより、モーションキャプチャシステム等の大掛かりな装置を用いることなく、簡単な演算処理により、足首関節、膝関節及び股関節の少なくとも1つの関節トルクを算出することができる。
When the second joint position information is calculated by geometric calculation, the first joint position information, the second joint position information, and the third joint position information are all specified. Based on at least one of the first joint position information, the second joint position information, and the third joint position information, and the pedaling force information acquired from the second detection unit, a calculation process based on inverse dynamics analysis is performed.
Accordingly, at least one joint torque of the ankle joint, the knee joint, and the hip joint can be calculated by a simple calculation process without using a large-scale device such as a motion capture system.

本発明の第11態様に係る関節トルクの測定方法は、第10態様に係る関節トルクの測定方法において、関節トルクと回転位置情報とに基づいて、関節においてクランク軸の所定の回転角度当たりの物理量を算出し、閾値に対する物理量の大小を判定する。   The joint torque measurement method according to the eleventh aspect of the present invention is the joint torque measurement method according to the tenth aspect, wherein the physical quantity per predetermined rotation angle of the crankshaft in the joint is based on the joint torque and the rotational position information. And the magnitude of the physical quantity with respect to the threshold is determined.

第11態様に係る関節トルクの測定方法では、物理量が算出され、閾値に対する物理量の大小が判定される。物理量は、関節トルクと回転位置情報とに基づいて、クランク軸の所定の回転角度当たりの関節における物理量として算出される。閾値は任意に設定される。
このため、物理量の大小が判定される結果として、例えばユーザのペダリングパフォーマンスを測定することができる。さらに、ペダリングパフォーマンスの測定結果に基づいて、ポジショニング、ペダリング等の操作状態がユーザ自身において確認可能となる。また、第三者がユーザに対して理想的な操作状態を提案可能となる。
In the joint torque measurement method according to the eleventh aspect, the physical quantity is calculated, and the magnitude of the physical quantity with respect to the threshold is determined. The physical quantity is calculated as a physical quantity at the joint per predetermined rotation angle of the crankshaft based on the joint torque and the rotational position information. The threshold is arbitrarily set.
For this reason, as a result of determining the magnitude of the physical quantity, for example, the pedaling performance of the user can be measured. Furthermore, based on the measurement result of pedaling performance, the user can confirm the operation state such as positioning and pedaling. Also, a third party can propose an ideal operation state to the user.

本発明によれば、簡易な構成により小型化を実現することができ、かつ、短時間において下肢の関節の関節トルクを測定することができる関節トルク演算システム、サイクルコンピュータ及び関節トルクの測定方法を提供することができる。   According to the present invention, there is provided a joint torque calculation system, a cycle computer, and a joint torque measuring method capable of realizing downsizing with a simple configuration and measuring the joint torque of a lower limb joint in a short time. Can be provided.

本発明の実施の形態に係る関節トルク演算システム及びこの関節トルク演算システムが適用される自転車の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a joint torque calculation system according to an embodiment of the present invention and a bicycle to which the joint torque calculation system is applied. 図1に示される関節トルク演算システムのシステムブロック図である。FIG. 2 is a system block diagram of the joint torque calculation system shown in FIG. 1. 図1に示される関節トルク演算システムの演算処理部が含まれるサイクルコンピュータの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a cycle computer including a calculation processing unit of the joint torque calculation system shown in FIG. 1. 図1に示される関節トルク演算システムが適用される自転車にユーザが乗った状態においてユーザの下肢の関節位置関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the joint positional relationship of a user's leg in the state in which the user got on the bicycle to which the joint torque calculation system shown in FIG. 1 is applied. 図4に示される足首の関節位置関係をペダル座標系において示す要部の模式図である。It is a schematic diagram of the principal part which shows the joint positional relationship of the ankle shown by FIG. 4 in a pedal coordinate system. 実施の形態に係る関節トルク演算システムを用いた関節トルクの測定方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the measuring method of the joint torque using the joint torque calculation system which concerns on embodiment. 図1に示される関節トルク演算システムが適用される自転車にユーザが乗った状態においてユーザの下肢の関節位置関係をクランクの一定角度毎に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the joint positional relationship of a user's lower leg for every fixed angle of a crank in the state where the user got on the bicycle to which the joint torque calculation system shown in FIG. 1 is applied. 図1〜図3に示される関節トルク演算システムにおいて第2検出部により取得された踏力情報を説明する測定図である。It is a measurement figure explaining the treading force information acquired by the 2nd detection part in the joint torque calculation system shown by FIGS. 関節パワーの発生源を説明する図4に対応するユーザの下肢を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the user's leg corresponding to FIG. 4 explaining the generation source of joint power. (A)は実施の形態に係る関節トルク演算システムを用いた膝関節トルクの算出結果を示す図であり、(B)は股関節トルクの算出結果を示す図である。(A) is a figure which shows the calculation result of the knee joint torque using the joint torque calculation system which concerns on embodiment, (B) is a figure which shows the calculation result of a hip joint torque. (A)は比較例に係るシステムを用いた膝関節トルクの算出結果を示す図であり、(B)は股関節トルクの算出結果を示す図である。(A) is a figure which shows the calculation result of the knee joint torque using the system which concerns on a comparative example, (B) is a figure which shows the calculation result of a hip joint torque. (A)は実施の形態に係る関節トルク演算システムを用いた股関節トルクの算出結果を示す図、(B)は股関節の角速度の算出結果を示す図、(C)は股関節パワーの算出結果を示す図である。(A) is a figure which shows the calculation result of the hip joint torque using the joint torque calculation system which concerns on embodiment, (B) is a figure which shows the calculation result of the angular velocity of a hip joint, (C) shows the calculation result of hip joint power. FIG. 実施の形態に係る関節トルク演算システムを用いた各関節パワーの割合の算出結果を示すグラフである。It is a graph which shows the calculation result of the ratio of each joint power using the joint torque calculation system which concerns on embodiment.

以下、図1〜図13を用いて、本発明の一実施の形態に係る関節トルク演算システム、サイクルコンピュータ及び関節トルクの測定方法を説明する。ここで、図中、適宜、示される矢印X、矢印Y、矢印Zは、3次元座標のX軸、Y軸、Z軸に一致する方向である。なお、本実施の形態の適用方向が限定されるものではない。   Hereinafter, a joint torque calculation system, a cycle computer, and a joint torque measurement method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, in the drawing, the arrow X, arrow Y, and arrow Z that are shown are directions that coincide with the X, Y, and Z axes of the three-dimensional coordinates. Note that the application direction of the present embodiment is not limited.

[関節トルク演算システムの構成]
(1)自転車の構成
図1に示されるように、本実施の形態に係る関節トルク演算システム10は、自転車20に適用され、この自転車20に装着されている。自転車20は骨格部材としてのフレーム21を備えている。フレーム21は、トップチューブ211、ダウンチューブ212及びシートチューブ213を側面視において実質的に三角形状に連結し、シートチューブ213、シートステイ214及びチェーンステイ215を側面視において三角形状に連結して組立てられている。シートチューブ213の上部には高さ調整が可能とされるシートポスト221を介してサドル22が取付けられている。
[Configuration of joint torque calculation system]
(1) Configuration of Bicycle As shown in FIG. 1, a joint torque calculation system 10 according to the present embodiment is applied to a bicycle 20 and is attached to the bicycle 20. The bicycle 20 includes a frame 21 as a skeleton member. The frame 21 is assembled by connecting the top tube 211, the down tube 212, and the seat tube 213 in a substantially triangular shape in a side view, and connecting the seat tube 213, the seat stay 214, and the chain stay 215 in a triangular shape in a side view. It has been. A saddle 22 is attached to the upper portion of the seat tube 213 via a seat post 221 whose height can be adjusted.

フレーム21の前部には上下方向に延設されたヘッドチューブ23が連結されている。ヘッドチューブ23の上部にはヘッドチューブ23の軸芯を中心として回動可能なハンドルバー24が取り付けられ、ハンドルバー24の両端部にはそれぞれハンドルグリップ241が設けられている。ヘッドチューブ23の下部には上下方向に延設された左右一対のフロントフォーク25の一端部が連結されている。フロントフォーク25の他端部には外周部にタイヤ261が装着されたフロントホイール26が取付けられている。フロントホイール26はY軸を中心として回転可能とされている。   A head tube 23 extending in the vertical direction is connected to the front portion of the frame 21. A handle bar 24 that is rotatable about the axis of the head tube 23 is attached to the upper portion of the head tube 23, and handle grips 241 are provided at both ends of the handle bar 24. One end of a pair of left and right front forks 25 extending in the vertical direction is connected to the lower portion of the head tube 23. A front wheel 26 having a tire 261 mounted on the outer peripheral portion is attached to the other end of the front fork 25. The front wheel 26 is rotatable about the Y axis.

一方、フレーム21の後部には、リアギア27を介して、外周部にタイヤ281が装着されたリアホイール28が取付けられている。リアホイール28は、フロントホイール26と同様に、Y軸を中心として回転可能とされている。   On the other hand, a rear wheel 28 having a tire 281 mounted on the outer peripheral portion is attached to the rear portion of the frame 21 via a rear gear 27. As with the front wheel 26, the rear wheel 28 is rotatable about the Y axis.

フレーム21のダウンチューブ212とシートチューブ213とチェーンステイ215との連結部分にはフロントギア29が取付けられている。フロントギア29はY軸方向を回転軸方向とするクランク軸30に連結され、クランク軸30はY軸を中心として矢印A方向のY軸周りに回転する構成とされている。クランク軸30にはクランク(クランクアーム)31の一端部が連結されている。クランク31はクランク軸30の両端部に左右一対に設けられている。一方のクランク31は、他方のクランク31に対して、クランク軸30を中心として180度反転した位置に取付けられている。クランク31の他端部にはペダルシャフト32が連結され、ペダルシャフト32にはペダル33が矢印B方向に回動自在(又は回転自在)に取付けられている。   A front gear 29 is attached to a connecting portion of the down tube 212, the seat tube 213, and the chain stay 215 of the frame 21. The front gear 29 is connected to a crankshaft 30 having the Y-axis direction as the rotation axis direction, and the crankshaft 30 is configured to rotate around the Y-axis in the direction of arrow A about the Y-axis. One end of a crank (crank arm) 31 is connected to the crankshaft 30. A pair of left and right cranks 31 are provided at both ends of the crankshaft 30. One crank 31 is attached to the other crank 31 at a position that is inverted 180 degrees about the crankshaft 30. A pedal shaft 32 is connected to the other end of the crank 31, and a pedal 33 is attached to the pedal shaft 32 so as to be rotatable (or rotatable) in the direction of arrow B.

フロントギア29とリアギア27との間はチェーン34が巻き掛けられている。つまり、ペダル33にユーザ40の踏力が入力されると、踏力は、ペダルシャフト32及びクランク31を介してクランク軸30に、このクランク軸30を回転させる回転力として伝達される。そして、この回転力は、フロントギア29、チェーン34及びリアギア27を介してリアホイール28に伝達され、自転車20を走行させる駆動力となる。   A chain 34 is wound between the front gear 29 and the rear gear 27. That is, when the pedaling force of the user 40 is input to the pedal 33, the pedaling force is transmitted to the crankshaft 30 via the pedal shaft 32 and the crank 31 as a rotational force that rotates the crankshaft 30. The rotational force is transmitted to the rear wheel 28 via the front gear 29, the chain 34, and the rear gear 27, and becomes a driving force for running the bicycle 20.

(2)ユーザ
図1に示されるように、自転車20にはユーザ40が乗り、ユーザ40は自転車20を操作して走行させる。ここでは、ユーザ40は人間である。一般的に、逆動力学解析(筋骨格解析)において、剛体と見なせる2以上の自然数N個のリンク(セグメント)SとN−1個の関節(ジョイント)Jとを含んで構成されるオブジェクト(測定対象物)として、ユーザ40を表現することができる。
(2) User As shown in FIG. 1, a user 40 rides on the bicycle 20, and the user 40 operates the bicycle 20 to run. Here, the user 40 is a human. In general, in inverse dynamics analysis (musculoskeletal analysis), an object including two or more natural number N links (segments) S and N-1 joints (joints) J that can be regarded as rigid bodies ( The user 40 can be expressed as a measurement object.

少し詳しく説明すると、例えば、人間の頭部はリンクS1、胴体、腰部は各々リンクS2、S3として表現される。右上腕、右前腕、右手は各々リンクS4、S5、S6、左上腕、左前腕、左手は各々リンクS7、S8、S9として表現される。右大腿、右下腿、右足は各々リンクS10、S11、S12、左大腿、左下腿、左足は各々リンクS13、S14、S15として表現される。すなわち、オブジェクトは15(=N)個のリンクS1〜S15を備えている。
なお、リンクS1〜リンクS15の順序は、説明を簡単にするために、便宜的に並べている。
More specifically, for example, a human head is expressed as a link S1, and a torso and a waist are expressed as links S2 and S3, respectively. The upper right arm, right forearm, and right hand are represented as links S4, S5, and S6, and the left upper arm, left forearm, and left hand are represented as links S7, S8, and S9, respectively. The right thigh, right lower leg, and right foot are represented as links S10, S11, and S12, and the left thigh, left lower leg, and left foot are represented as links S13, S14, and S15, respectively. That is, the object has 15 (= N) links S1 to S15.
The order of the links S1 to S15 is arranged for convenience in order to simplify the description.

一方、リンクS1、リンクS2の各々は関節J1により連結され、リンクS2、リンクS3の各々は関節J2により連結されている。リンクS2、リンクS4の各々は関節J3、リンクS4、リンクS5の各々は関節J4、リンクS5、リンクS6の各々は関節J5によりそれぞれ連結されている。リンクS2、リンクS7の各々は関節J6、リンクS7、リンクS8の各々は関節J7、リンクS8、リンクS9の各々は関節J8によりそれぞれ連結されている。
同様に、リンクS3、リンクS10(以下、「右大腿S10」という場合がある)の各々は関節J9(以下、「右股関節J9」という場合がある)により連結されている。リンクS10、リンクS11(以下、「右下腿S11」という場合がある)の各々は関節J10(以下、「右膝関節J10」という場合がある)により連結されている。リンクS11、リンクS12(以下、「右足S12」という場合がある)の各々は関節J11(以下、「右足首関節J11」という場合がある)により連結されている。
さらに、リンクS3、リンクS13の各々は関節(左股関節)J12により連結され、リンクS13、リンクS14の各々は関節(左膝関節)J13により連結され、リンクS14、リンクS15の各々は関節(左足首関節)J14によりそれぞれ連結されている。すなわち、オブジェクトは14(=N−1)個の関節J1〜関節J14を備えている。
この関節J1〜関節J14の順序は、同様に、便宜的に並べている。
On the other hand, each of link S1 and link S2 is connected by joint J1, and each of link S2 and link S3 is connected by joint J2. Each of the links S2 and S4 is connected by a joint J3, each of the links S4 and S5 is connected by a joint J4, and each of the links S5 and S6 is connected by a joint J5. Each of the links S2 and S7 is connected by a joint J6, each of the links S7 and S8 is connected by a joint J7, and each of the links S8 and S9 is connected by a joint J8.
Similarly, each of the link S3 and the link S10 (hereinafter also referred to as “right thigh S10”) is connected by a joint J9 (hereinafter also referred to as “right hip joint J9”). Each of the link S10 and the link S11 (hereinafter sometimes referred to as “right lower leg S11”) is connected by a joint J10 (hereinafter also referred to as “right knee joint J10”). Each of the link S11 and the link S12 (hereinafter sometimes referred to as “right foot S12”) is connected by a joint J11 (hereinafter sometimes referred to as “right ankle joint J11”).
Further, each of the links S3 and S13 is connected by a joint (left hip joint) J12, each of the links S13 and S14 is connected by a joint (left knee joint) J13, and each of the links S14 and S15 is a joint (left foot). Neck joints) are connected by J14. That is, the object has 14 (= N−1) joints J1 to J14.
The order of the joints J1 to J14 is similarly arranged for convenience.

ここで、すべてのリンクS1〜リンクS15は、各々、X軸、Y軸及びZ軸を含む3次元座標系において3つの位置的自由度及び3つの速度的自由度を有する。つまり、すべてのリンクS1〜リンクS15は合計6個の自由度を備えている。同様に、すべての関節J1〜関節J14は合計6個の自由度を備えている。   Here, all the links S1 to S15 each have three positional degrees of freedom and three speed degrees of freedom in a three-dimensional coordinate system including the X axis, the Y axis, and the Z axis. That is, all the links S1 to S15 have a total of six degrees of freedom. Similarly, all the joints J1 to J14 have a total of six degrees of freedom.

(3)関節トルク演算システムの具体的構成
図1及び図2に示されるように、関節トルク演算システム10は、第1検出部11と、第2検出部12と、第3検出部13と、演算処理部14とを含んで構成されている。さらに、関節トルク演算システム10は、情報入力部15と、情報出力部16と、電源17とを備えている。
(3) Specific Configuration of Joint Torque Calculation System As shown in FIGS. 1 and 2, the joint torque calculation system 10 includes a first detection unit 11, a second detection unit 12, a third detection unit 13, And an arithmetic processing unit 14. Further, the joint torque calculation system 10 includes an information input unit 15, an information output unit 16, and a power source 17.

第1検出部11は例えばフロントギア29に装着され、この第1検出部11には磁気式又は光学式の回転(回転数)検出センサが使用されている。第1検出部11では、クランク軸30を中心に回転するクランク31の回転位置を検出することができる。また、クランク31の回転位置の検出は、クランク31の長手方向の長さ、詳細にはクランク軸30の中心からペダルシャフト32の中心までの寸法が既知であるので、ペダルシャフト32の回転位置の検出を意味する。
第2検出部12はペダルシャフト32に装着され、この第2検出部12には踏力検出センサ(踏力計)が使用されている。第2検出部12では、少なくともX軸及びZ軸を含む二次元座標系において、ユーザ40の下肢からペダル33を介してペダルシャフト32に作用する踏力の大きさ、又は大きさと方向とを検出することができる。また、第2検出部12には、ペダル33に装着された圧力センサを使用することができる。
第3検出部13はペダル33及びペダルシャフト32のいずれか一方に装着され、この第3検出部13には例えば慣性センサが使用されている。第3検出部13では、ペダルシャフト32に対するペダル33の姿勢角(傾斜角度)を検出することができる。
The first detector 11 is mounted on, for example, a front gear 29, and a magnetic or optical rotation (rotation number) detection sensor is used for the first detector 11. The first detector 11 can detect the rotational position of the crank 31 that rotates about the crankshaft 30. The rotation position of the crank 31 is detected because the length of the crank 31 in the longitudinal direction, specifically, the dimension from the center of the crankshaft 30 to the center of the pedal shaft 32 is known. Means detection.
The second detection unit 12 is attached to the pedal shaft 32, and a pedal force detection sensor (pedal force meter) is used for the second detection unit 12. The second detection unit 12 detects the magnitude of the pedal force acting on the pedal shaft 32 from the lower limb of the user 40 via the pedal 33 or the magnitude and direction in a two-dimensional coordinate system including at least the X axis and the Z axis. be able to. Further, a pressure sensor attached to the pedal 33 can be used for the second detection unit 12.
The third detection unit 13 is mounted on either the pedal 33 or the pedal shaft 32, and an inertial sensor is used for the third detection unit 13, for example. The third detection unit 13 can detect the posture angle (tilt angle) of the pedal 33 with respect to the pedal shaft 32.

演算処理部14は、本実施の形態において、ユーザ40の下肢の右股関節J9、右膝関節J10、右足首関節J11の少なくとも1つの関節の関節トルクを算出する。演算処理部14は、例えば、中央演算処理ユニット(CPU: Central Processing Unit)、記憶装置を少なくとも備えたマイクロプロセッサにより構築されている。
関節Jを回転させることによりユーザ(人間)40の動作が生成されているので、関節トルク(関節モーメント)は、関節負担であり、関節の負担を示す物理量である。演算処理部14における関節トルクの算出方法は後に説明する。
In the present embodiment, the arithmetic processing unit 14 calculates the joint torque of at least one of the right hip joint J9, the right knee joint J10, and the right ankle joint J11 of the lower limb of the user 40. The arithmetic processing unit 14 is constructed by, for example, a microprocessor including at least a central processing unit (CPU) and a storage device.
Since the motion of the user (human) 40 is generated by rotating the joint J, the joint torque (joint moment) is a joint burden, which is a physical quantity indicating the joint burden. The calculation method of the joint torque in the arithmetic processing unit 14 will be described later.

また、演算処理部14は、同様に、関節(左股関節)J12、関節(左膝関節)J13、関節(左足首関節)J14の少なくとも1つの関節の関節トルクを算出する。関節トルクの算出方法は左右において同一手法であるため、本実施の形態は下肢の右側の右股関節J9、右膝関節J10及び右足首関節J11の関節トルクの算出方法を説明し、左側の関節J12〜関節J14の関節トルクの算出方法の説明は省略する。   Similarly, the arithmetic processing unit 14 calculates the joint torque of at least one of the joint (left hip joint) J12, the joint (left knee joint) J13, and the joint (left ankle joint) J14. Since the joint torque calculation method is the same for the left and right, the present embodiment describes a method for calculating the joint torque of the right hip joint J9, right knee joint J10, and right ankle joint J11 on the right side of the lower limb, and the left joint J12. -Description of the calculation method of the joint torque of the joint J14 is omitted.

さらに、演算処理部14では、下肢の右側の右股関節J9、右膝関節J10及び右足首関節J11の少なくとも1つの関節の関節パワーが算出され、かつ、下肢の左側の関節J12〜関節J14の少なくとも1つの関節の関節パワーが算出される。ここで、関節パワーは、関節の関節トルクと関節の角速度との積(関節パワー=関節トルク×角速度)により定義される。演算処理部14における関節パワーの算出方法は後に説明する。   Further, the arithmetic processing unit 14 calculates the joint power of at least one of the right hip joint J9, the right knee joint J10, and the right ankle joint J11 on the right side of the lower limb, and at least the joints J12 to J14 on the left side of the lower limb. The joint power of one joint is calculated. Here, the joint power is defined by the product of the joint torque of the joint and the angular velocity of the joint (joint power = joint torque × angular velocity). The calculation method of the joint power in the arithmetic processing unit 14 will be described later.

情報入力部15では、関節トルクの算出に必要な情報が少なくとも入力される。例えば、図4に示されるように、情報入力部15には、第1長さ情報としての右股関節J9から右膝関節J10までの右大腿S10の長さLf と、第2長さ情報としての右膝関節J10から右足首関節J11までの右下腿S11の長さLl とが入力される。
また、情報入力部15には、第3長さ情報としての右足首関節J11からペダルシャフト32の中心位置までの長さLapが入力される。これらの第1長さ情報〜第3長さ情報は関節トルクの算出に際して事前に測定器具(measure)を用いて測定して取得される。第1長さ情報〜第3長さ情報は、「ユーザモデル情報」として情報入力部15に入力され、関節トルク演算システム10の図示を省略した記憶装置に登録(格納)される。
The information input unit 15 receives at least information necessary for calculating the joint torque. For example, as shown in FIG. 4, the information input unit 15 includes the length L f of the right thigh S10 from the right hip joint J9 to the right knee joint J10 as the first length information, and the second length information. The length L l of the right lower leg S11 from the right knee joint J10 to the right ankle joint J11 is input.
In addition, the information input unit 15 receives the length L ap from the right ankle joint J11 to the center position of the pedal shaft 32 as the third length information. These first length information to third length information are obtained by measuring in advance using a measuring instrument when calculating the joint torque. The first length information to the third length information are input to the information input unit 15 as “user model information” and registered (stored) in a storage device (not shown) of the joint torque calculation system 10.

さらに、情報入力部15には、右股関節J9の関節位置が第3関節位置情報として入力される。ユーザ40はサドル22に腰掛けて自転車20を操作するので、右股関節J9の関節位置は固定値として取扱われる。具体的には、自転車20のサドル22の位置のジオメトリ(geometry)を測定し、例えば、サドル22の前後中間位置及び左右中間位置においてサドル22の上面から上方へ30mmの位置が右股関節J9の関節位置とされる。この第3関節位置情報は、「ユーザモデル情報」として情報入力部15に入力され、関節トルク演算システム10の記憶装置に登録される。   Furthermore, the joint position of the right hip joint J9 is input to the information input unit 15 as third joint position information. Since the user 40 sits on the saddle 22 and operates the bicycle 20, the joint position of the right hip joint J9 is handled as a fixed value. Specifically, the geometry of the position of the saddle 22 of the bicycle 20 is measured. For example, the position of 30 mm upward from the upper surface of the saddle 22 at the front and rear intermediate position and the left and right intermediate position of the saddle 22 is the joint of the right hip joint J9. It is assumed to be a position. The third joint position information is input to the information input unit 15 as “user model information” and registered in the storage device of the joint torque calculation system 10.

また、関節トルク演算システム10では、第3検出部13を備えてペダル33の姿勢角が検出される構成とされ、この姿勢角情報に基づいて右足首関節J11の関節位置が第1関節位置情報として算出される構成とされている。
一方において、第3検出部13の構成に代えて、或いは第3検出部13と併用して、関節トルク演算システム10では、右足首関節J11の第1関節位置情報が情報入力部15から入力される構成とされてもよい。具体的には、関節トルクの算出に際して事前に測定器具を用いて測定され、ユーザ40のタイプ毎に診断して決定され、データベース化された第1関節位置情報が使用される。
ここで、ユーザ40のタイプは、例えば、プロフェショナルのロードレーサレベルの上級者、アマチュアのロードレーサレベルの中級者、上級者並びに中級者以外の一般的レベルの初級者の3つに分類される。データベース化された第1関節位置情報は、「ユーザモデル情報」として情報入力部15から入力されると、関節トルク演算システム10の記憶装置に登録される。
Further, the joint torque calculation system 10 is configured to include the third detection unit 13 to detect the posture angle of the pedal 33, and based on this posture angle information, the joint position of the right ankle joint J11 is the first joint position information. It is set as the structure calculated as.
On the other hand, instead of the configuration of the third detection unit 13 or in combination with the third detection unit 13, in the joint torque calculation system 10, the first joint position information of the right ankle joint J <b> 11 is input from the information input unit 15. It may be configured as follows. Specifically, first joint position information that is measured using a measuring instrument in advance when calculating the joint torque, is determined by diagnosis for each type of the user 40, and is stored in a database is used.
Here, the type of the user 40 is classified into, for example, a professional road racer level advanced person, an amateur road racer level intermediate person, an advanced person, and a general level beginner other than the intermediate person. When the first joint position information in the database is input as “user model information” from the information input unit 15, it is registered in the storage device of the joint torque calculation system 10.

図1及び図2に戻って、情報出力部16は、ここでは表示装置、更に具体的には液晶表示ディスプレイ(Liquid Crystal Display)又は有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ(Organic Electroluminescence Display)を含んで構成されている。情報出力部16としては、ユーザ40がディスプレイにタッチして各種情報を入力することができ、情報入力部15の一部として使用することができるタッチセンサ式の表示装置であることが好ましい。情報出力部16は、演算処理部14により算出された関節トルク及び関節パワーの少なくとも一方の情報を表示する構成とされている。表示方法として、例えば関節トルク、関節パワーの各々の数値を表示する方法、関節トルク、関節パワーの各々の大きさを示す記号やグラフ等を表示する方法のいずれかが採用される。   1 and 2, the information output unit 16 is configured to include a display device, more specifically, a liquid crystal display or an organic electroluminescence display. . The information output unit 16 is preferably a touch sensor type display device that allows the user 40 to input various information by touching the display and can be used as part of the information input unit 15. The information output unit 16 is configured to display information on at least one of joint torque and joint power calculated by the arithmetic processing unit 14. As a display method, for example, any one of a method of displaying numerical values of joint torque and joint power, and a method of displaying symbols and graphs indicating the magnitudes of joint torque and joint power are employed.

上記第1検出部11、第2検出部12、第3検出部13、演算処理部14、情報入力部15、情報出力部16は各々バス配線18に接続されている。ここで、バス配線18として、ケーブル等の有線、国際標準規格IEEE 802.11規格、IEEE 802.15.1規格等を使用した無線の一方又は双方が含まれる。   The first detection unit 11, the second detection unit 12, the third detection unit 13, the arithmetic processing unit 14, the information input unit 15, and the information output unit 16 are each connected to a bus wiring 18. Here, the bus wiring 18 includes one or both of wire such as a cable, and wireless using the international standard IEEE 802.11 standard, IEEE 802.15.1 standard, or the like.

電源17は、第1検出部11、第2検出部12、第3検出部13、演算処理部14、情報入力部15、情報出力部16の各々に電力を供給し、関節トルク演算システム10を動作させる。電源17には一次電池、二次電池のいずれか一方又は双方が使用されている。また、電源17は、第1検出部11、第2検出部12及び第3検出部13に電力を供給する電源と、演算処理部14、情報入力部15及び情報出力部16に電力を供給する電源との複数系統としてもよい。   The power source 17 supplies power to each of the first detection unit 11, the second detection unit 12, the third detection unit 13, the calculation processing unit 14, the information input unit 15, and the information output unit 16. Make it work. For the power source 17, either one or both of a primary battery and a secondary battery are used. The power supply 17 supplies power to the first detection unit 11, the second detection unit 12, and the third detection unit 13, and supplies power to the arithmetic processing unit 14, the information input unit 15, and the information output unit 16. It is good also as a several system with a power supply.

(4)サイクルコンピュータの構成
図1及び図3に示されるように、自転車20のハンドルバー24にはサイクルコンピュータ19が装着されている。サイクルコンピュータ19は、装着状態において、前後方向(X軸方向)及び左右方向(Y軸方向)の寸法に対して高さ方向(Z軸方向)の寸法が小さい、樹脂製又は軽金属性の中空六面体の筐体190を備えている。筐体190には関節トルク演算システム10の演算処理部14が内蔵され、更に電源17が内蔵されている。筐体190の上面部分には、大半の面積を占め、情報入力部15、情報出力部16の各々として使用されるタッチセンサ式の表示装置が配設されている。
(4) Configuration of Cycle Computer As shown in FIGS. 1 and 3, the cycle computer 19 is attached to the handlebar 24 of the bicycle 20. The cycle computer 19 is a resin-made or light metal hollow hexahedron that is smaller in the height direction (Z-axis direction) than the front-rear direction (X-axis direction) and the left-right direction (Y-axis direction). The housing 190 is provided. The casing 190 incorporates the calculation processing unit 14 of the joint torque calculation system 10 and further includes a power supply 17. A touch sensor type display device that occupies most of the area and is used as each of the information input unit 15 and the information output unit 16 is disposed on the upper surface portion of the housing 190.

図3に示される情報出力部16では、メニューモードの選択によって、関節トルク、関節パワーの少なくとも一方の情報が表示可能とされている。加えて、情報出力部16では、例えば走行距離、積算距離、走行速度、日時、気温、湿度、ラップタイム、ケイデンス、心拍数、消費カロリー等の各種情報の1つ又は複数が表示可能とされている。情報出力部16では、一度に複数の情報が表示可能とされている。   The information output unit 16 shown in FIG. 3 can display at least one information of joint torque and joint power by selecting the menu mode. In addition, the information output unit 16 can display one or more of various information such as travel distance, integrated distance, travel speed, date and time, temperature, humidity, lap time, cadence, heart rate, calorie consumption, and the like. . The information output unit 16 can display a plurality of information at a time.

サイクルコンピュータ19の筐体190の右側面には、サイクルコンピュータ19(関節トルク演算システム10)の起動、停止を操作する電源スイッチ191、ラップタイムの操作スイッチ192が配設されている。また、筐体190の左側面には、メニューモードの選択スイッチ193が配設されている。   On the right side surface of the casing 190 of the cycle computer 19, a power switch 191 for operating the cycle computer 19 (joint torque calculation system 10) to start and stop, and a lap time operation switch 192 are disposed. A menu mode selection switch 193 is disposed on the left side of the housing 190.

なお、図示を省略するが、サイクルコンピュータ19には、外部機器に接続可能なインターフェースが配設されている。ここで、外部機器とは、パーソナルコンピュータ、外部モニタ、外部プリンタ等である。インターフェースが配設されているので、例えばパーソナルコンピュータからサイクルコンピュータ19へ各種情報がインターフェースを介して入力可能である。また、各種情報がインターフェースを介してパーソナルコンピュータ、外部モニタ或いは外部プリンタへ出力可能である。   Although not shown, the cycle computer 19 is provided with an interface that can be connected to an external device. Here, the external device is a personal computer, an external monitor, an external printer, or the like. Since the interface is provided, various information can be input from the personal computer to the cycle computer 19 via the interface, for example. Various information can be output to a personal computer, an external monitor, or an external printer via an interface.

[関節トルクの測定方法]
上記関節トルク演算システム10を用いた関節トルクの測定方法は以下の通りである。関節トルクの測定方法では、関節トルクが測定された後、関節パワーが測定される。
[Measuring method of joint torque]
A method for measuring the joint torque using the joint torque calculation system 10 is as follows. In the joint torque measurement method, the joint power is measured after the joint torque is measured.

関節トルクの測定方法では、図4に示されるように、ユーザ40の下肢がX軸及びZ軸を含む二次元モデルとして取扱われる。ここで、自転車20のクランク軸30の中心位置と下肢の右股関節J9の関節位置(関節中心位置。以下、同様。)との相対位置は常に同一であり、クランク軸30から右股関節J9までの長さLhcは一定であると仮定する。測定により、右股関節J9の関節位置が特定され、図6に示されるように、第3関節位置情報が取得される(S50)。第3関節位置情報は関節トルク演算システム10の情報入力部15から入力される(図1〜図3参照)。 In the joint torque measurement method, as shown in FIG. 4, the lower limb of the user 40 is handled as a two-dimensional model including the X axis and the Z axis. Here, the relative position between the center position of the crankshaft 30 of the bicycle 20 and the joint position of the right hip joint J9 of the lower limb (joint center position, the same applies hereinafter) is always the same, and from the crankshaft 30 to the right hip joint J9. It is assumed that the length L hc is constant. By measurement, the joint position of the right hip joint J9 is specified, and the third joint position information is acquired as shown in FIG. 6 (S50). The third joint position information is input from the information input unit 15 of the joint torque calculation system 10 (see FIGS. 1 to 3).

図4に示されるように、下肢の右大腿S10の長さLf 、右下腿S11の長さLl 、右足首関節J11からペダルシャフト32までの長さLapは一定であると仮定する。測定により、長さLf は第1長さ情報として、長さLl は第2長さ情報として、長さLapは第3長さ情報として各々特定され、図6に示されるように、第1長さ情報〜第3長さ情報が取得される。第1長さ情報〜第3長さ情報は情報入力部15から入力される(S51)。 As shown in FIG. 4, it is assumed that the length L f of the right thigh S10 of the lower limb, the length L l of the right lower leg S11, and the length L ap from the right ankle joint J11 to the pedal shaft 32 are constant. From the measurement, the length L f is specified as the first length information, the length L l is specified as the second length information, and the length L ap is specified as the third length information. As shown in FIG. First length information to third length information are acquired. The first length information to the third length information are input from the information input unit 15 (S51).

図1及び図2に示される第1検出部11によりクランク31の回転位置が検出される。図4に示されるように、クランク31は一定長さを有しているので、クランク軸30の中心位置からペダルシャフト32の中心位置までの長さLc は常に同一である。
このため、クランク軸30からペダルシャフト32の二次元座標系における回転位置は、Z軸とクランク31とがなすクランク角度をθ とすると、下記式(1)及び式(2)により算出されるX軸方向の座標位置Xp 及びZ軸方向の座標位置Zp により特定される。回転位置は図1〜図3に示される演算処理部14により算出される。


上記式(1)及び式(2)によりペダルシャフト32の回転位置が算出されると、図6に示されるように、ペダルシャフト32の回転位置情報が取得される(S52)。
ここで、クランク角度θ の角速度は一定であると仮定する。演算処理部14では、例えば1分間当たりのペダル回転数を算出することができるので、この算出結果に基づいて一周期に掛かる時間が算出され、角速度を算出することができる。この角速度は演算処理部14により算出される。
The rotational position of the crank 31 is detected by the first detector 11 shown in FIGS. As shown in FIG. 4, the crank 31 because it has a fixed length, the length L c of the center position of the crank shaft 30 to the center position of the pedal shaft 32 is always the same.
For this reason, the rotational position in the two-dimensional coordinate system from the crankshaft 30 to the pedal shaft 32 is calculated by the following equations (1) and (2), where θ is the crank angle formed by the Z-axis and the crank 31. specified by coordinate positions in the axial direction X p and Z-axis coordinate position Z p. The rotational position is calculated by the arithmetic processing unit 14 shown in FIGS.


When the rotational position of the pedal shaft 32 is calculated by the above formulas (1) and (2), the rotational position information of the pedal shaft 32 is acquired as shown in FIG. 6 (S52).
Here, it is assumed that the angular velocity of the crank angle θ 1 is constant. The arithmetic processing unit 14 can calculate, for example, the number of pedal rotations per minute, so that the time required for one cycle can be calculated based on the calculation result, and the angular velocity can be calculated. This angular velocity is calculated by the arithmetic processing unit 14.

図1及び図2に示される第2検出部12によりペダル33を介してペダルシャフト32に作用する踏力が検出される。第2検出部12は、踏力検出センサ、具体的には3分力計や6分力計が使用され、二次元座標系における踏力の大きさと方向とが検出される。踏力が検出されると、図6に示されるように、踏力情報が取得される(S53)。   The pedaling force acting on the pedal shaft 32 is detected via the pedal 33 by the second detector 12 shown in FIGS. 1 and 2. The second detection unit 12 uses a pedal force detection sensor, specifically a three-component force meter or a six-component force meter, and detects the magnitude and direction of the pedal force in the two-dimensional coordinate system. When the pedal effort is detected, the pedal effort information is acquired as shown in FIG. 6 (S53).

ここで、図7に示されるように、クランク31が例えば30度回転する毎に踏力情報が取得され、クランク31が1回転すると、踏力情報が12回取得される。踏力情報は、図8に示されるように、横軸をクランク角度[deg]、縦軸を踏力[N]とすると、クランク31の所定回転角度毎に、X軸方向に作用する力の大きさ及びZ軸方向に作用する力の大きさを示す情報として得られる。
データFx1、Fz1は、クランク31の一回転を100分割して、100分の1の回転角度毎に精密に測定したX軸方向に作用する力、Z軸方向に作用する力の測定値である。データFx2、Fz2は、本実施の形態に使用される第2検出部12を用いて、クランク31の一回転を12分割して、12分の1の回転角度毎に測定したX軸方向に作用する力、Z軸方向に作用する力の測定値である。
双方のデータから、第2検出部12により測定された踏力は精密に測定された踏力に対して大差が無く、第2検出部12により取得される踏力情報は正確である。なお、クランク31一回転当たりの踏力情報の取得回数はこの12回に限定されるものではない。
Here, as shown in FIG. 7, pedal force information is acquired every time the crank 31 rotates, for example, 30 degrees, and when the crank 31 rotates once, the pedal force information is acquired 12 times. As shown in FIG. 8, the pedaling force information is the magnitude of the force acting in the X-axis direction at every predetermined rotation angle of the crank 31, where the horizontal axis is the crank angle [deg] and the vertical axis is the pedaling force [N]. And information indicating the magnitude of the force acting in the Z-axis direction.
The data F x1 and F z1 are measured values of the force acting in the X-axis direction and the force acting in the Z-axis direction which are precisely measured at every one-hundredth rotation angle by dividing one rotation of the crank 31 into 100. It is. The data F x2 and F z2 are obtained by dividing the rotation of the crank 31 into 12 parts using the second detection unit 12 used in the present embodiment, and measuring the X-axis direction at every one-twelfth rotation angle. Is a measured value of the force acting on the Z axis and the force acting in the Z-axis direction.
From both data, the pedaling force measured by the second detector 12 is not significantly different from the precisely measured pedaling force, and the pedaling force information acquired by the second detector 12 is accurate. Note that the number of times the pedal force information is acquired per one rotation of the crank 31 is not limited to 12 times.

次に、図1及び図2に示される第3検出部13によりペダルシャフト32に対するペダル33の姿勢角が検出され、図6に示されるように、ペダル33の姿勢角情報が取得される(S54)。
図4に示されるように、ペダル33に右足S12(のシューズ)が固定されていると仮定すると、右足首関節J11からペダルシャフト32までの長さLapは常に一定になる。図5に示されるように、ペダル33を中心とした二次元座標系で見たとき、ペダルシャフト32に対する右足首関節J11の関節位置の座標は(a1 ,a2 )により表される。
クランク軸30からの右足首関節J11の関節位置は、X軸とペダル33とがなす姿勢角をθp とすると、下記式(3)及び式(4)により算出されるX軸方向の座標位置Xa 及びZ軸方向の座標位置Za により特定される。座標位置Xa 及び座標位置Za は演算処理部14により算出される(S55)。


上記式(3)及び式(4)に基づいて右足首関節J11の関節位置が算出されると、第1関節位置情報が取得される(S56)。
Next, the posture angle of the pedal 33 with respect to the pedal shaft 32 is detected by the third detector 13 shown in FIGS. 1 and 2, and the posture angle information of the pedal 33 is acquired as shown in FIG. 6 (S54). ).
As shown in FIG. 4, assuming that the right foot S12 (the shoe) is fixed to the pedal 33, the length L ap from the right ankle joint J11 to the pedal shaft 32 is always constant. As shown in FIG. 5, when viewed in a two-dimensional coordinate system centered on the pedal 33, the coordinates of the joint position of the right ankle joint J11 relative to the pedal shaft 32 are represented by (a 1 , a 2 ).
The joint position of the right ankle joint J11 from the crankshaft 30 is the coordinate position in the X-axis direction calculated by the following expressions (3) and (4), where θ p is the posture angle formed by the X-axis and the pedal 33. identified by X a and Z-axis coordinate position Z a. Coordinates X a and coordinate position Z a is calculated by the arithmetic processing unit 14 (S55).


When the joint position of the right ankle joint J11 is calculated based on the above formulas (3) and (4), the first joint position information is acquired (S56).

一方、事前に測定した測定値から、又はデータベース化された情報から第1関節位置情報を取得することができる(S57)。このとき、関節トルク演算システム10では、ペダル33の姿勢角を検出する第3検出部13が配設されていても、配設されていなくてもよい。第1関節位置情報は情報入力部15から入力される。   On the other hand, the first joint position information can be acquired from the measured values measured in advance or from the information stored in the database (S57). At this time, in the joint torque calculation system 10, the third detection unit 13 that detects the posture angle of the pedal 33 may or may not be provided. The first joint position information is input from the information input unit 15.

次に、図6に示されるように、右膝関節J10の関節位置が算出され(S58)、第2関節位置情報が取得される(S59)。図4に示されるように、右膝関節J10の関節位置は、右股関節J9の第3関節位置情報と、ペダルシャフト32の回転位置情報と、第1長さ情報〜第3長さ情報と、右足首関節J11の第1関節位置情報とに基づいて、演算処理部14により算出される。この算出には幾何学計算が使用される。右膝関節J10の関節位置が算出されると、この算出結果に基づいて右膝関節J10の関節位置が第2関節位置情報として取得される。
ここで、右足首関節J11の第1関節位置情報、右膝関節J10の第2関節位置情報及び右股関節J9の第3関節位置情報の下肢の関節位置情報がすべて取得される。
Next, as shown in FIG. 6, the joint position of the right knee joint J10 is calculated (S58), and the second joint position information is acquired (S59). As shown in FIG. 4, the joint position of the right knee joint J10 includes the third joint position information of the right hip joint J9, the rotational position information of the pedal shaft 32, the first length information to the third length information, Based on the first joint position information of the right ankle joint J11, the calculation processing unit 14 calculates. Geometric calculation is used for this calculation. When the joint position of the right knee joint J10 is calculated, the joint position of the right knee joint J10 is acquired as the second joint position information based on the calculation result.
Here, the first joint position information of the right ankle joint J11, the second joint position information of the right knee joint J10, and the joint position information of the lower limbs of the third joint position information of the right hip joint J9 are all acquired.

なお、ユーザ40の下肢の左側の関節(左膝関節)J13についても、同様の手順に基づいて、関節トルク演算システム10により関節位置が算出され、関節位置情報が取得される。   Note that the joint position of the left joint (left knee joint) J13 of the user 40 is calculated by the joint torque calculation system 10 based on the same procedure, and joint position information is acquired.

関節トルク演算システム10では、クランク31の一定の回転角度毎に第2関節位置情報が取得される構成とされている。ここでは、踏力情報の取得回数と同様に、クランク31が30度回転する毎に第2関節位置情報が取得され、クランク31が1回転すると、第2関節位置情報が12回取得される(図7参照)。同様に、クランク31の一回転当たりの第2関節位置情報の取得回数は12回に限定されるものではない。   The joint torque calculation system 10 is configured to acquire the second joint position information for each constant rotation angle of the crank 31. Here, the second joint position information is acquired every time the crank 31 rotates 30 degrees, and the second joint position information is acquired twelve times when the crank 31 rotates once, similarly to the number of times the pedal force information is acquired (see FIG. 7). Similarly, the number of acquisition times of the second joint position information per rotation of the crank 31 is not limited to 12 times.

図6に示されるように、逆動力学解析(筋骨格解析)による演算処理を行い、右足首関節J11、右膝関節J10及び右股関節J9の少なくとも1つの関節の関節トルクが算出される(S60)。関節トルクは、第2検出部12から取得される踏力情報と、第1関節位置情報、第2関節位置情報及び第3関節位置情報の少なくとも1つの関節位置情報とに基づいて、演算処理部14により算出される。   As shown in FIG. 6, calculation processing by inverse dynamics analysis (musculoskeletal analysis) is performed, and the joint torque of at least one of the right ankle joint J11, the right knee joint J10, and the right hip joint J9 is calculated (S60). ). The joint torque is calculated based on the pedal effort information acquired from the second detection unit 12 and at least one joint position information of the first joint position information, the second joint position information, and the third joint position information. Is calculated by

逆動力学解析において、関節トルクの算出にはニュートンオイラー法(Newton Euler method)が使用される。
まず、ユーザ40の下肢系の右足首関節J11の関節反力と関節トルクとの関係は下記式(5)及び式(6)により表される。

In inverse dynamics analysis, the Newton Euler method is used to calculate the joint torque.
First, the relationship between the joint reaction force and the joint torque of the right ankle joint J11 of the lower limb system of the user 40 is expressed by the following formulas (5) and (6).

ここで、各数式に使用される記号の意味は以下の通りである。
Here, the meanings of the symbols used in each formula are as follows.

上記式(5)と式(6)とを連立させることにより、右足首関節J11に関して、関節トルクを表す下記式(7)を得ることができる。
By combining the above equations (5) and (6), the following equation (7) representing the joint torque can be obtained for the right ankle joint J11.

逆動力学解析では、ユーザ40の外部と接触する端部のリンク側、ここでは右足S12側から計算が開始され、ユーザ40の体幹部に向けて逐次的に関節トルクが算出される。ニュートンオイラー法に従えば、数値解が得られるだけではなく、上記式(7)に示されるように、解析解を得ることができる。   In the inverse dynamic analysis, the calculation is started from the link side of the end portion in contact with the outside of the user 40, here the right foot S12 side, and the joint torque is sequentially calculated toward the trunk of the user 40. According to the Newton Euler method, not only a numerical solution can be obtained, but also an analytical solution can be obtained as shown in the above equation (7).

すなわち、式(7)の右辺第1項は、右足関節J11からペダルシャフト32までのモーメントアームにより、ペダル33に踏力相当を付与するための等価トルクである。右辺第2項は、右足S12の重心を重力に対抗しながら加速するためのトルクである。右辺第3項は、右足S12の角運動量の変化を実現するためのトルクである。   That is, the first term on the right side of the equation (7) is an equivalent torque for applying a pedal effort equivalent to the pedal 33 by the moment arm from the right foot joint J11 to the pedal shaft 32. The second term on the right side is a torque for accelerating the gravity center of the right foot S12 against the gravity. The third term on the right side is a torque for realizing a change in the angular momentum of the right foot S12.

さらに、帰納的手法により、右膝関節J10に関して、関節トルクを表す式(8)を得ることができる。同様に、右股関節J9に関して、関節トルクを表す式(9)を得ることができる。

Furthermore, the expression (8) representing the joint torque can be obtained for the right knee joint J10 by an inductive technique. Similarly, for the right hip joint J9, Expression (9) representing the joint torque can be obtained.

右足首関節J11、右膝関節J10、右股関節J9の各々の関節トルクが算出されると、図6に示されるように、下肢系の各関節の関節トルクが取得される(S61)。
関節トルクが取得されると、この関節トルクは図2及び図3に示される情報出力部16において数値又は記号やグラフにより出力可能となる。情報出力部16では、クランク31の一回転当たりにおいて、例えば、踏力情報の取得回数及び第2関節位置情報の取得回数と同様に、リアルタイムに関節トルクを12回表示することができる。また、情報出力部16では、クランク31の回転位置毎に対応させて該当する回転位置の関節トルクを表示することができる。
When the joint torques of the right ankle joint J11, the right knee joint J10, and the right hip joint J9 are calculated, as shown in FIG. 6, the joint torque of each joint of the lower limb system is acquired (S61).
When the joint torque is acquired, the joint torque can be output as a numerical value, a symbol, or a graph in the information output unit 16 shown in FIGS. The information output unit 16 can display the joint torque 12 times in real time in the same manner as the number of times the pedal force information is acquired and the number of times the second joint position information is acquired per rotation of the crank 31, for example. Further, the information output unit 16 can display the joint torque at the corresponding rotational position corresponding to each rotational position of the crank 31.

[関節パワーの測定方法]
本実施の形態に係る関節トルク演算システム10では、図6に示されるように、関節トルクが取得された後に、関節パワーが算出される(S62)。上記の通り、自転車20においてユーザ40のペダリング動作中における下肢系の関節トルクが算出される。ここでは、取得された関節トルク情報からユーザ40に対して意味のある物理量を取得し、この物理量の大小を判定することによりペダリングパフォーマンスの指標化を実現することができる。
[Measuring method of joint power]
In the joint torque calculation system 10 according to the present embodiment, as shown in FIG. 6, the joint power is calculated after the joint torque is acquired (S62). As described above, the joint torque of the lower limb system during the pedaling operation of the user 40 in the bicycle 20 is calculated. Here, it is possible to realize pedaling performance indexing by acquiring a meaningful physical quantity for the user 40 from the acquired joint torque information and determining the magnitude of the physical quantity.

詳しく説明すると、図1に示されるように、ユーザ40は自転車20のペダル33にパワーを伝達する。ペダル33に伝達されたパワーは、ペダルシャフト32、クランク31、クランク軸30、フロントギア29を順次介してチェーン34に伝達される。このパワーは、更にリアギア27を介してリアホイール28に伝達され、自転車20の駆動力になる。ペダル33に伝達されるパワー、すなわちペダルパワー(推進パワー)の発生源がどこであるかは、図9を参照すると、ユーザ40に対する運動方程式から下記式(10)に示すように導くことができる。

ここで、各数式に使用される記号の意味は以下の通りである。
More specifically, as shown in FIG. 1, the user 40 transmits power to the pedal 33 of the bicycle 20. The power transmitted to the pedal 33 is transmitted to the chain 34 through the pedal shaft 32, the crank 31, the crankshaft 30, and the front gear 29 in order. This power is further transmitted to the rear wheel 28 via the rear gear 27 and becomes the driving force of the bicycle 20. With reference to FIG. 9, the source of the power transmitted to the pedal 33, that is, the pedal power (propulsion power) can be derived from the equation of motion for the user 40 as shown in the following formula (10).

Here, the meanings of the symbols used in each formula are as follows.

上記式(10)の右辺第1項は股関節、ここでは右股関節J9の並進運動によるパワーである。右辺第2項は右股関節J9の股関節パワー、右辺第3項は右膝関節J10の膝関節パワー、そして右辺第4項は右足首関節J11の足首関節パワーである。すなわち、関節パワーは関節トルクと角速度との積により表わされる。関節パワーは図1〜図3に示される演算処理部14により算出され、この関節パワーが算出されると、図6に示されるように関節パワーが取得される(S63)。   The first term on the right side of the above formula (10) is the power by the translational motion of the hip joint, here the right hip joint J9. The second term on the right side is the hip joint power of the right hip joint J9, the third term on the right side is the knee joint power of the right knee joint J10, and the fourth term on the right side is the ankle joint power of the right ankle joint J11. That is, joint power is represented by the product of joint torque and angular velocity. The joint power is calculated by the arithmetic processing unit 14 shown in FIGS. 1 to 3, and when this joint power is calculated, the joint power is acquired as shown in FIG. 6 (S63).

ここで、右辺第1項の股関節の並進運動によるパワーは、ユーザ40が上体の体重を使って股関節を通じて足を下方に押す成分、左足の動きを通して右足を動かす成分、ハンドルバー24を強く押し引きする反動により下肢に力を伝える成分等が含まれている。つまり、純粋に股関節が発生させるパワーではなく、下肢以外の部位が股関節を通じてペダル33に影響を及ぼす成分である。
ペダルパワーにおける股関節パワーの寄与率は下記式(11)により表される。

股関節の併進運動によるパワーの寄与率は、ペダルパワーにおいて支配的ではなく、実験の結果、全体の約10[%]を支配するに止まる(図13参照)。
Here, the power by translational motion of the hip joint in the first term on the right side is the component in which the user 40 pushes the foot downward through the hip joint using the weight of the upper body, the component that moves the right foot through the movement of the left foot, and the handlebar 24 is pushed strongly. Contains components that transmit force to the lower limbs by pulling back. That is, it is not a power generated purely by the hip joint, but a component other than the lower limb that affects the pedal 33 through the hip joint.
The contribution ratio of the hip joint power to the pedal power is expressed by the following equation (11).

The contribution ratio of power due to the translational movement of the hip joint is not dominant in the pedal power, and as a result of the experiment, it only dominates about 10% of the whole (see FIG. 13).

ペダルパワーは、単位時間当たりのエネルギの変化量であるため、時々刻々と変化する物理量である。従って、上記式(10)の右辺第1項から右辺第4項の各成分のペダルパワーに対する寄与率は時々刻々と変化する。   The pedal power is a physical quantity that changes from moment to moment because it is the amount of change in energy per unit time. Accordingly, the contribution ratio of each component of the first term on the right side to the fourth term on the right side of the formula (10) with respect to the pedal power changes every moment.

そこで、ペダル33の所定の回転角度当たり(一周期当たり)のペダルパワーの平均値と各成分の平均値との比が下記式(12)を用いて算出され、関節パワーが定量化される(S64)。式(12)ではペダルパワーの平均値と股関節パワーの平均値との比が算出され、股関節パワーが定量化されている。他の関節パワーについても、同様の手法により定量化することができる。また、所定の回転角度とは、クランク31の1回転中の角度、例えばクランク31の上死点から下死点までの180度の角度、クランク31の1回転、又は2回転以上の複数回転を含む意味において使用されている。

ここで、t cycle はペダル33が1回転に要する時間である。
Therefore, the ratio between the average value of the pedal power per predetermined rotation angle (per cycle) of the pedal 33 and the average value of each component is calculated using the following equation (12), and the joint power is quantified ( S64). In Expression (12), the ratio of the average value of the pedal power and the average value of the hip joint power is calculated, and the hip joint power is quantified. Other joint powers can be quantified by the same method. The predetermined rotation angle is an angle during one rotation of the crank 31, for example, an angle of 180 degrees from the top dead center to the bottom dead center of the crank 31, one rotation of the crank 31, or a plurality of rotations of two or more rotations. Used to mean including.

Here, t cycle is the time required for the pedal 33 to make one rotation.

この後、定量化された関節パワーが閾値に対して比較され、閾値に対して関節パワーの大小が判定される(S65)。例えば、右股関節パワーが閾値よりも大きいと判定されると、右股関節J9では大きな股関節パワーが発生していることが、ユーザ40において認識可能となる。また、右股関節パワーが閾値よりも小さいと判定されると、右股関節J9では小さい関節パワーが発生していることが、ユーザ40において認識可能となる。下肢の片側だけでなく、例えば、右股関節J9の関節パワーと関節J12(図1に示される左股関節)の関節パワーとの違いも判定することができる。判定は、図1〜図3に示される演算処理部14において実行され、判定結果はペダリングパフォーマンスとして情報出力部16に数値又は記号やグラフにより表示される。   Thereafter, the quantified joint power is compared with the threshold value, and the magnitude of the joint power is determined with respect to the threshold value (S65). For example, if it is determined that the right hip joint power is greater than the threshold, the user 40 can recognize that a large hip joint power is generated at the right hip joint J9. If it is determined that the right hip joint power is smaller than the threshold value, the user 40 can recognize that a small joint power is generated in the right hip joint J9. In addition to one side of the lower limb, for example, the difference between the joint power of the right hip joint J9 and the joint power of the joint J12 (left hip joint shown in FIG. 1) can also be determined. The determination is executed in the arithmetic processing unit 14 shown in FIGS. 1 to 3, and the determination result is displayed as a pedaling performance on the information output unit 16 by a numerical value, a symbol, or a graph.

なお、ペダリングパフォーマンスは、ペダル33の一周期における関節パワーの最大値と最小値とを算出し、閾値に対して関節パワーの最大値の大小、閾値に対して最小値の大小をそれぞれ判定し、この判定結果によりユーザ40において判断してもよい。また、ペダリングパフォーマンスは、ペダル33の一周期における変動値を算出し、閾値に対して関節パワーの変動値の大小を判定し、この判定結果によりユーザ40において判断してもよい。   In addition, the pedaling performance calculates the maximum value and the minimum value of the joint power in one cycle of the pedal 33, and determines the magnitude of the maximum value of the joint power with respect to the threshold and the magnitude of the minimum value with respect to the threshold, respectively. The determination result may be determined by the user 40. In addition, the pedaling performance may be determined by the user 40 by calculating a fluctuation value in one cycle of the pedal 33, determining the magnitude of the fluctuation value of the joint power with respect to the threshold value, and determining the result.

これらの一連の手順が完了すると、図6に示されるように、関節トルク演算システム10を用いた関節トルクの測定方法が終了する。   When these series of procedures are completed, the joint torque measurement method using the joint torque calculation system 10 is completed as shown in FIG.

[本実施の形態の作用及び効果]
本実施の形態に係る関節トルク演算システム10は、図1及び図2に示されるように、第1検出部11と、第2検出部12と、演算処理部14とを備える。第1検出部11は、自転車20のクランク軸30に一端部が連結され、クランク軸30を中心に回転するクランク31の回転位置を検出する。第2検出部12は、クランク31の他端部にクランクシャフト32を介して連結されたペダル33に作用する踏力を検出する。
[Operation and effect of the present embodiment]
As shown in FIGS. 1 and 2, the joint torque calculation system 10 according to the present embodiment includes a first detection unit 11, a second detection unit 12, and a calculation processing unit 14. The first detector 11 is connected at one end to the crankshaft 30 of the bicycle 20 and detects the rotational position of the crank 31 that rotates about the crankshaft 30. The second detection unit 12 detects a pedal force acting on a pedal 33 connected to the other end of the crank 31 via a crankshaft 32.

演算処理部14は、第1検出部11から取得される回転位置情報と、第1長さ情報〜第3長さ情報と、右足首関節J11の第1関節位置情報と、右股関節J9の第3関節位置情報とに基づいて、右膝関節J10の第2関節位置情報を算出する。
ここで、図4に示されるように、回転位置情報は、クランク軸30を中心としてクランク31を介して回転するペダルシャフト32の回転位置情報でもある。第1長さ情報は右股関節J9から右膝関節J10までの長さ情報、第2長さ情報は右膝関節J10から右足首関節J11までの長さ情報、第3長さ情報は右足首関節J11からペダルシャフト32までの長さ情報である。第1長さ情報の長さの値、第2長さ情報の長さの値、第3長さ情報の長さの値は、各々、一定である。また、第3関節位置情報は位置が固定された右股関節J9の位置情報である。第1関節位置情報は、右足首関節J11の位置情報であり、図5に示されるように、ペダル33の姿勢角度の変化に伴い変動する。
第1関節位置情報は、例えば、初期値として取得するか、又はペダル33の姿勢角度の実測値から取得する。
演算処理部14では、第1関節位置情報に基づいて、幾何学計算により簡易に第2関節位置情報を算出することができる。
The arithmetic processing unit 14 includes the rotation position information acquired from the first detection unit 11, the first length information to the third length information, the first joint position information of the right ankle joint J11, and the first hip position J9. Based on the three joint position information, the second joint position information of the right knee joint J10 is calculated.
Here, as shown in FIG. 4, the rotational position information is also rotational position information of the pedal shaft 32 that rotates about the crankshaft 30 via the crank 31. The first length information is the length information from the right hip joint J9 to the right knee joint J10, the second length information is the length information from the right knee joint J10 to the right ankle joint J11, and the third length information is the right ankle joint. This is the length information from J11 to the pedal shaft 32. The length value of the first length information, the length value of the second length information, and the length value of the third length information are each constant. The third joint position information is position information of the right hip joint J9 whose position is fixed. The first joint position information is the position information of the right ankle joint J11, and varies as the posture angle of the pedal 33 changes as shown in FIG.
For example, the first joint position information is acquired as an initial value, or is acquired from an actual measurement value of the posture angle of the pedal 33.
The arithmetic processing unit 14 can easily calculate the second joint position information by geometric calculation based on the first joint position information.

第2関節位置情報が幾何学計算により算出されると、第1関節位置情報、第2関節位置情報及び第3関節位置情報がすべて特定される。演算処理部14では、第1関節位置情報、第2関節位置情報及び第3関節位置情報の少なくとも1つの情報と、第2検出部12から取得される踏力情報とに基づいて、逆動力学解析による演算処理を行う。
これにより、演算処理部14では、モーションキャプチャシステム等の大掛かりな装置を用いることなく、簡単な演算処理により、右足首関節J11、右膝関節J12及び右股関節J9の少なくとも1つの関節の関節トルクを算出することができる。ユーザ40の下肢の左側の関節J14、関節J13、関節J12についても、同様に、関節トルクを算出することができる。
When the second joint position information is calculated by geometric calculation, the first joint position information, the second joint position information, and the third joint position information are all specified. The arithmetic processing unit 14 performs an inverse dynamic analysis based on at least one of the first joint position information, the second joint position information, and the third joint position information, and the pedal effort information acquired from the second detection unit 12. Perform the calculation process by.
Thereby, the arithmetic processing unit 14 calculates the joint torque of at least one of the right ankle joint J11, the right knee joint J12, and the right hip joint J9 by simple arithmetic processing without using a large-scale device such as a motion capture system. Can be calculated. Similarly, the joint torque can be calculated for the joint J14, the joint J13, and the joint J12 on the left side of the lower limb of the user 40.

従って、関節トルク演算システム10では、簡易な構成により小型化を実現することができ、かつ、短時間において下肢の関節J9〜J14の関節トルクを測定することができる。   Therefore, the joint torque calculation system 10 can be downsized with a simple configuration, and can measure the joint torques of the lower limb joints J9 to J14 in a short time.

図10(A)には本実施の形態に係る関節トルク演算システム10を用いた膝関節トルクの測定結果が示されている。横軸はクランク31の回転角度[deg]であり、縦軸は膝関節トルク[Nm]である。膝関節トルクはクランク31の回転角度が30度毎に測定(算出)されている。すなわち、クランク31の1回転において12回の膝関節トルクが測定されている。
図11(A)には、モーションキャプチャシステムを含む大掛かりな装置を用いた膝関節トルクの測定結果が示されている。ここでは、精密な踏力計が使用され、膝関節トルクはクランク31の回転角度が3.6度毎に測定され、クランク31の1回転において100回の膝関節トルクが測定されている。
図10(A)に示される膝関節トルクの測定値並びに膝関節トルクの変化傾向は、図11(A)に示される膝関節トルクの測定値並びに膝関節トルクの変化傾向に対してほぼ一致している。すなわち、関節トルク演算システム10を用いた膝関節トルクの測定結果の精度が高く、十分な実用性がある。
FIG. 10A shows the measurement result of the knee joint torque using the joint torque calculation system 10 according to the present embodiment. The horizontal axis is the rotation angle [deg] of the crank 31, and the vertical axis is the knee joint torque [Nm]. The knee joint torque is measured (calculated) every 30 degrees of the rotation angle of the crank 31. That is, twelve knee joint torques are measured in one rotation of the crank 31.
FIG. 11A shows the measurement results of knee joint torque using a large-scale device including a motion capture system. Here, a precise pedal force meter is used, the knee joint torque is measured every 3.6 degrees of the rotation angle of the crank 31, and the knee joint torque is measured 100 times in one rotation of the crank 31.
The measured values of the knee joint torque and the change tendency of the knee joint torque shown in FIG. 10A are almost the same as the measured values of the knee joint torque and the change tendency of the knee joint torque shown in FIG. ing. That is, the accuracy of the measurement result of the knee joint torque using the joint torque calculation system 10 is high, and there is sufficient practicality.

図10(B)には本実施の形態に係る関節トルク演算システム10を用いた股関節トルクの算出結果が示されている。横軸はクランク31の回転角度[deg]であり、縦軸は股関節トルク[Nm]である。股関節トルクはクランク31の回転角度が30度毎に算出されている。すなわち、クランク31の1回転において12回の股関節トルクが測定されている。
図11(B)には、上記大掛かりな装置を用いた股関節トルクの算出結果が示されている。股関節トルクはクランク31の回転角度が3.6度毎に算出され、クランク31の1回転において100回の股関節トルクが算出されている。
図10(B)に示される股関節トルクの算出値並びに股関節トルクの変化傾向は、図11(B)に示される股関節トルクの算出値並びに股関節トルクの変化傾向に対してほぼ一致している。ここでも、関節トルク演算システム10を用いた股関節トルクの算出結果の精度が高く、十分な実用性がある。
FIG. 10B shows the calculation result of the hip joint torque using the joint torque calculation system 10 according to the present embodiment. The horizontal axis is the rotation angle [deg] of the crank 31, and the vertical axis is the hip joint torque [Nm]. The hip joint torque is calculated every 30 degrees of the rotation angle of the crank 31. That is, twelve hip joint torques are measured in one rotation of the crank 31.
FIG. 11B shows the calculation result of the hip joint torque using the large-scale apparatus. The hip joint torque is calculated every 3.6 degrees of the rotation angle of the crank 31, and 100 hip joint torques are calculated in one rotation of the crank 31.
The calculated value of the hip joint torque and the change tendency of the hip joint torque shown in FIG. 10B are substantially the same as the calculated value of the hip joint torque and the change tendency of the hip joint torque shown in FIG. Also here, the accuracy of the calculation result of the hip joint torque using the joint torque calculation system 10 is high, and there is sufficient practicality.

また、本実施の形態に係る関節トルク演算システム10は、図1〜図3に示されるように、更に情報入力部15と、情報出力部16とを備える。情報入力部15には第1長さ情報、第2長さ情報及び第3長さ情報が少なくとも入力されるので、この入力により演算処理部14において第2関節位置情報を算出することができる。
一方、情報出力部16では、演算処理部14により算出された関節トルクの算出結果が少なくとも出力される。情報出力部16には表示機能が装備されているので、ユーザ40が目視によって関節トルクの算出結果を確認することができる。
The joint torque calculation system 10 according to the present embodiment further includes an information input unit 15 and an information output unit 16 as shown in FIGS. Since at least the first length information, the second length information, and the third length information are input to the information input unit 15, the second joint position information can be calculated in the arithmetic processing unit 14 by this input.
On the other hand, the information output unit 16 outputs at least the calculation result of the joint torque calculated by the arithmetic processing unit 14. Since the information output unit 16 is equipped with a display function, the user 40 can visually check the calculation result of the joint torque.

さらに、本実施の形態に係る関節トルク演算システム10では、右足首関節J11の関節位置の実測に基づいて第1関節位置情報が生成されるので、センサ類等の追加装置が無くなる。例えば、図4及び図5に示されるように、右足首関節J11からペダルシャフト32までの第3長さ情報(長さLap)はメジャーを用いて測定され、この測定値が第1関節位置情報とされる。
また、第1関節位置情報として、例えばペダリング動作を行うユーザ40の技能レベル毎、ユーザ40の体格毎等に平均化され、かつ、データベース化された関節位置情報を使用することができる。そして、第1関節位置情報は図1〜図3に示される情報入力部15から入力される。このため、追加装置が無い分、関節トルク演算システム10の小型化を更に図ることができる。
Furthermore, in the joint torque calculation system 10 according to the present embodiment, since the first joint position information is generated based on the actual measurement of the joint position of the right ankle joint J11, additional devices such as sensors are eliminated. For example, as shown in FIGS. 4 and 5, the third length information (length L ap ) from the right ankle joint J11 to the pedal shaft 32 is measured using a measure, and this measured value is the first joint position. Information.
In addition, as the first joint position information, for example, joint position information averaged for each skill level of the user 40 performing the pedaling operation, each physique of the user 40, and the like and made into a database can be used. And 1st joint position information is input from the information input part 15 shown by FIGS. 1-3. For this reason, the joint torque calculation system 10 can be further reduced in size because there is no additional device.

また、本実施の形態に係る関節トルク演算システム10は、図1及び図2に示されるように、第3検出部13を更に備える。第3検出部13では、ペダル33のペダルシャフト32上における姿勢角が検出される。ペダル33の姿勢角情報が取得されると、図4及び図5に示されるように、この姿勢角情報と右足首関節J11からペダルシャフト32までの第3長さ情報(長さLap)とに基づいて、演算処理部14では第1関節位置情報を算出することができる。
このため、第3検出部13から取得される姿勢角情報に基づいて、第1関節位置情報がリアルタイムに算出することができるので、関節トルクもリアルタイムに算出することができる。例えば、クランク31の1回転当たり12回の関節トルクをリアルタイムに算出することができる。
また、第3検出部13は、慣性センサ等の非常に小さな装置(部品)であるため、関節トルク演算システム10の小型化を実現することができる。第3検出部13として例えば市販されている慣性センサを利用することができるので、関節トルク演算システム10の製作費用も削減することができる。
Further, the joint torque calculation system 10 according to the present embodiment further includes a third detection unit 13 as shown in FIGS. 1 and 2. The third detector 13 detects the posture angle of the pedal 33 on the pedal shaft 32. When the posture angle information of the pedal 33 is acquired, as shown in FIGS. 4 and 5, the posture angle information and the third length information (length L ap ) from the right ankle joint J11 to the pedal shaft 32 are obtained. Based on the above, the arithmetic processing unit 14 can calculate the first joint position information.
For this reason, since the first joint position information can be calculated in real time based on the attitude angle information acquired from the third detection unit 13, the joint torque can also be calculated in real time. For example, 12 joint torques per rotation of the crank 31 can be calculated in real time.
Moreover, since the 3rd detection part 13 is a very small apparatus (parts), such as an inertial sensor, size reduction of the joint torque calculation system 10 is realizable. For example, since a commercially available inertial sensor can be used as the third detection unit 13, the manufacturing cost of the joint torque calculation system 10 can also be reduced.

さらに、本実施の形態に係る関節トルク演算システム10では、演算処理部14は、物理量を算出し(図9参照)、閾値に対する物理量の大小を判定する。物理量は、関節トルクと回転位置情報とに基づいて、クランク31の所定の回転角度当たりの関節における物理量として算出される。閾値は任意に設定される。
このため、物理量の大小が判定される結果として、例えばユーザ40のペダリングスキルを測定することができる。加えて、ペダリングスキルの測定結果に基づいて、ポジショニング、ペダリング等の自転車の操作状態がユーザ40自身において確認可能であり、又第三者がユーザ40に対して理想的な操作状態を提案可能となる。
Further, in the joint torque calculation system 10 according to the present embodiment, the calculation processing unit 14 calculates a physical quantity (see FIG. 9) and determines the magnitude of the physical quantity with respect to the threshold value. The physical quantity is calculated as a physical quantity in the joint per predetermined rotation angle of the crank 31 based on the joint torque and the rotational position information. The threshold is arbitrarily set.
For this reason, as a result of determining the magnitude of the physical quantity, for example, the pedaling skill of the user 40 can be measured. In addition, based on the measurement results of pedaling skills, the operation state of the bicycle such as positioning and pedaling can be confirmed by the user 40 itself, and a third party can propose an ideal operation state to the user 40. Become.

また、本実施の形態に係る関節トルク演算システム10では、図9に示されるように、物理量が関節トルクと関節の角速度とに基づき導出される関節パワーとされているので、ユーザ40のペダリングパフォーマンスの定量化を実現することができる。   Further, in the joint torque calculation system 10 according to the present embodiment, as shown in FIG. 9, since the physical quantity is the joint power derived based on the joint torque and the angular velocity of the joint, the pedaling performance of the user 40 Can be quantified.

図12(A)には本実施の形態に係る関節トルク演算システム10を用いた股関節トルクの算出結果が示されている。横軸はクランク31の回転角度[deg]であり、縦軸は股関節トルク[Nm/W]である。符号40(1)が付されたデータは上級者であるユーザ40(図12(A)〜図12(C)において同様)の股関節トルクの算出結果である。符号40(2)が付されたデータは中級者であるユーザ40(図12(A)〜図12(C)において同様)の股関節トルクの算出結果である。
上級者の股関節トルクは、クランク角度が90度付近において、中級者の股関節トルクに比べて約2倍大きい。
FIG. 12A shows the calculation result of the hip joint torque using the joint torque calculation system 10 according to the present embodiment. The horizontal axis is the rotation angle [deg] of the crank 31, and the vertical axis is the hip joint torque [Nm / W]. Data to which reference numeral 40 (1) is attached is a calculation result of hip joint torque of a user 40 who is an advanced user (the same applies to FIGS. 12A to 12C). The data to which reference numeral 40 (2) is attached is the calculation result of the hip joint torque of the intermediate user 40 (the same applies to FIGS. 12A to 12C).
The hip joint torque of the advanced person is approximately twice as large as the hip joint torque of the intermediate person when the crank angle is around 90 degrees.

図12(B)には股関節の角速度の算出結果が示されている。横軸はクランク31の回転角度[deg]であり、縦軸は股関節の角速度[deg/sec]である。角速度は幾何学的に決まってしまうので、上級者、中級者のスキルに関係無く、角速度の違いは少ない。   FIG. 12B shows the calculation result of the angular velocity of the hip joint. The horizontal axis represents the rotation angle [deg] of the crank 31, and the vertical axis represents the angular velocity [deg / sec] of the hip joint. Since the angular velocity is determined geometrically, there is little difference in angular velocity regardless of the skills of advanced and intermediate players.

そして、図12(C)には股関節パワーの算出結果が示されている。横軸はクランク31の回転角度[deg]であり、縦軸は股関節パワーである。
上級者では、クランク角が90度付近の股関節の角速度のピークに股関節トルクのピークを合わせているので、股関節パワーが極めて大きくなっている。上級者の股関節パワーは中級者の股関節パワーに比べて約2倍大きい。
FIG. 12C shows a calculation result of the hip joint power. The horizontal axis is the rotation angle [deg] of the crank 31, and the vertical axis is the hip joint power.
In the advanced player, the peak of the hip joint torque is matched with the peak of the angular velocity of the hip joint having a crank angle of around 90 degrees, so the hip joint power is extremely large. The hip joint power of advanced players is about twice as high as that of intermediate players.

図13は下肢の各関節パワーの割合の算出結果をグラフにより示している。横軸は、左側から右側に向かって、足首関節パワー、膝関節パワー及び股関節パワーのそれぞれを含む回転によるパワーと、股関節の並進運動によるパワーとを示している。縦軸は各関節パワーの割合[%]である。符号40(11)、40(12)が付されたデータは2名の上級者のそれぞれの関節パワーの算出結果である。符号40(21)、40(22)、40(23)が付されたデータは3名の中級者のそれぞれの関節パワーの算出結果である。そして、符号40(31)、40(32)、40(33)が付されたデータは3名の初級者のそれぞれの関節パワーの算出結果である。
上級者では、中級者並びに初級者に比べて、膝関節パワーの割合が低いので、膝関節の負担率が低い。また、上級者では、中級者並びに初級者に比べて、股関節パワーの割合が高いので、股関節の負担率が高い。
FIG. 13 is a graph showing the calculation results of the ratio of each joint power of the lower limbs. The horizontal axis indicates the power by rotation including the ankle joint power, the knee joint power, and the hip joint power and the power by the translational motion of the hip joint from the left side to the right side. The vertical axis represents the ratio [%] of each joint power. Data with reference numerals 40 (11) and 40 (12) are the calculation results of the joint powers of the two advanced players. Data with reference numerals 40 (21), 40 (22), and 40 (23) are the calculation results of the joint powers of the three intermediate players. The data with reference numerals 40 (31), 40 (32), and 40 (33) are the calculation results of the joint powers of the three beginners.
In advanced players, the knee joint power ratio is lower than in intermediate and beginners, so the burden on knee joints is low. Moreover, since the ratio of the hip joint power is higher in the advanced person than in the intermediate and beginners, the burden ratio of the hip joint is high.

さらに、本実施の形態に係る関節トルク演算システム10では、演算処理部14により算出された関節パワーが図1〜図3に示される情報出力部16から出力される。演算処理部14では、例えば図12(C)に示されるように、股関節パワーが1つの物理量として算出され、この算出結果が情報出力部16から数値又は記号やグラフ等により表示される。また、演算処理部14では、例えば図13に示されるように、各関節パワーの割合が物理量として算出され、この算出結果が情報出力部16からグラフにより表示される。
このため、上級者、中級者、初級者のそれぞれのペダリングパフォーマンスが、ユーザ40の目視によって、一目瞭然に、しかも明確に認識可能となる。
Furthermore, in the joint torque calculation system 10 according to the present embodiment, the joint power calculated by the calculation processing unit 14 is output from the information output unit 16 shown in FIGS. In the arithmetic processing unit 14, for example, as illustrated in FIG. 12C, the hip joint power is calculated as one physical quantity, and the calculation result is displayed from the information output unit 16 as a numerical value, a symbol, a graph, or the like. Further, in the arithmetic processing unit 14, for example, as shown in FIG. 13, the ratio of each joint power is calculated as a physical quantity, and the calculation result is displayed from the information output unit 16 as a graph.
For this reason, the pedaling performances of the advanced, intermediate, and beginner can be clearly and clearly recognized by the visual observation of the user 40.

また、本実施の形態に係る関節トルク演算システム10では、関節トルクが、演算処理部14によりリアルタイムに算出され、情報出力部16によりリアルタイムに出力される。例えば、クランク31の回転角度が30度毎に12回の関節トルクを表示することができる。このため、例えばユーザ40は関節トルクをリアルタイムに目視によって確認することができる。   In the joint torque calculation system 10 according to the present embodiment, the joint torque is calculated in real time by the calculation processing unit 14 and output in real time by the information output unit 16. For example, 12 joint torques can be displayed every 30 degrees of the rotation angle of the crank 31. For this reason, for example, the user 40 can confirm the joint torque visually in real time.

さらに、本実施の形態に係る関節トルク演算システム10では、関節トルク及び関節パワーが演算処理部14によりリアルタイムに算出され、少なくとも関節パワーが情報出力部16によりリアルタイムに出力される。このため、例えばユーザは少なくとも関節パワーをリアルタイムに目視によって確認することができる。   Furthermore, in the joint torque calculation system 10 according to the present embodiment, the joint torque and the joint power are calculated in real time by the calculation processing unit 14, and at least the joint power is output in real time by the information output unit 16. For this reason, for example, the user can confirm at least the joint power by visual observation in real time.

また、図3に示されるように、本実施の形態に係るサイクルコンピュータ19では、演算処理部14が筐体190に内蔵される。サイクルコンピュータ19は例えば自転車20にコンパクトに装着されるので、自転車20の走行中に関節トルク、関節パワーを算出してユーザ40が目視によりペダリングパフォーマンスを確認可能となる。   As shown in FIG. 3, in the cycle computer 19 according to the present embodiment, the arithmetic processing unit 14 is built in the housing 190. Since the cycle computer 19 is mounted compactly on the bicycle 20, for example, the joint torque and joint power are calculated while the bicycle 20 is running, and the user 40 can visually confirm the pedaling performance.

また、サイクルコンピュータ19では、演算処理部14に内蔵された図示を省略した記憶装置、或いは演算処理部14に対して外付けの記憶装置に、関節トルクの算出結果(関節トルク情報)、関節パワーの算出結果(関節パワー情報)を格納することができる。これらの情報は、サイクルコンピュータ19のインターフェースを介して外部コンピュータ(例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯端末等)に転送可能である。これにより、自転車20の走行中や走行後に、外部コンピュータを用いてペダリングパフォーマンスの分析を実施することができる。   In the cycle computer 19, the joint torque calculation result (joint torque information), joint power is stored in a storage device (not shown) built in the arithmetic processing unit 14 or a storage device external to the arithmetic processing unit 14. The calculation result (joint power information) can be stored. These pieces of information can be transferred to an external computer (for example, a notebook personal computer or a portable terminal) via the interface of the cycle computer 19. Thereby, the pedaling performance can be analyzed using the external computer while the bicycle 20 is traveling or after traveling.

さらに、図6に示されるように、本実施の形態に係る関節トルクの測定方法では、まず図1及び図4に示される自転車20のクランク軸30を中心に回転するクランク31の回転位置が検出され、回転位置情報が取得される(S52)。一方、クランク軸30にクランク31を介して連結されたペダルシャフト32に作用する踏力が検出され、踏力情報が取得される(S53)。また、第1長さ情報〜第3長さ情報が取得され(S51)、右足首関節J11の第1関節位置情報が取得される(S56又はS57)。なお、回転位置情報、第1長さ情報〜第3長さ情報、第1関節位置情報のそれぞれの取得順序は問わない。   Further, as shown in FIG. 6, in the joint torque measuring method according to the present embodiment, first, the rotational position of the crank 31 that rotates around the crankshaft 30 of the bicycle 20 shown in FIGS. 1 and 4 is detected. Then, rotational position information is acquired (S52). On the other hand, the pedal effort acting on the pedal shaft 32 connected to the crankshaft 30 via the crank 31 is detected, and the pedal effort information is acquired (S53). Further, the first length information to the third length information are acquired (S51), and the first joint position information of the right ankle joint J11 is acquired (S56 or S57). In addition, each acquisition order of rotation position information, 1st length information-3rd length information, and 1st joint position information is not ask | required.

ここで、回転位置情報は、クランク軸30を中心としてクランク31を介して回転するペダルシャフト32の回転位置情報でもある。例えば下肢の右側では、第1長さ情報は右股関節J9から右膝関節J10までの長さ情報、第2長さ情報は右膝関節J10から右足首関節J11までの長さ情報、第3長さ情報は足首関節J11からペダルシャフト32までの長さ情報である。第1長さ情報の長さLf の値、第2長さ情報の長さLl の値、第3長さ情報の長さLapの値は、各々、一定である。また、第3関節位置情報は位置が固定された右股関節J9の位置情報である。第1関節位置情報は、右足首関節J11の位置情報であり、ペダル33の姿勢角度の変化に伴い変動する。この第1関節位置情報に基づいて、幾何学計算により簡易に第2関節位置情報(右膝関節J10の位置情報)を算出することができる。 Here, the rotational position information is also rotational position information of the pedal shaft 32 that rotates about the crankshaft 30 via the crank 31. For example, on the right side of the lower limb, the first length information is the length information from the right hip joint J9 to the right knee joint J10, the second length information is the length information from the right knee joint J10 to the right ankle joint J11, and the third length. The length information is length information from the ankle joint J11 to the pedal shaft 32. The value of the length L f of the first length information, the value of the length L l of the second length information, and the value of the length L ap of the third length information are constant. The third joint position information is position information of the right hip joint J9 whose position is fixed. The first joint position information is the position information of the right ankle joint J11 and fluctuates as the posture angle of the pedal 33 changes. Based on the first joint position information, the second joint position information (position information of the right knee joint J10) can be easily calculated by geometric calculation.

第2関節位置情報が幾何学計算により算出されると、第1関節位置情報、第2関節位置情報及び第3関節位置情報がすべて特定される。第1関節位置情報、第2関節位置情報及び第3関節位置情報の少なくとも1つの情報と、図1及び図2に示される第2検出部12から取得される踏力情報とに基づいて、逆動力学解析による演算処理が行われる。
これにより、モーションキャプチャシステム等の大掛かりな装置を用いることなく、簡単な演算処理により、右足首関節J11、右膝関節J10及び右股関節J9の少なくとも1つの関節トルクを算出することができる。
従って、関節トルクの測定方法では、簡易な構成により小型化を実現することができ、かつ、短時間において下肢の関節の関節トルクを測定することができる。
When the second joint position information is calculated by geometric calculation, the first joint position information, the second joint position information, and the third joint position information are all specified. Based on at least one information of the first joint position information, the second joint position information, and the third joint position information, and the pedaling force information acquired from the second detection unit 12 shown in FIGS. 1 and 2, the reverse power Arithmetic processing by academic analysis is performed.
Accordingly, at least one joint torque of the right ankle joint J11, the right knee joint J10, and the right hip joint J9 can be calculated by a simple calculation process without using a large-scale device such as a motion capture system.
Therefore, in the joint torque measurement method, the size can be reduced with a simple configuration, and the joint torque of the lower limb joint can be measured in a short time.

また、本実施の形態に係る関節トルクの測定方法では、物理量が算出され、閾値に対する物理量の大小が判定される。物理量は、関節トルクと回転位置情報とに基づいて、クランク31の所定の回転角度当たりの関節J9〜J14における物理量として算出される。閾値は任意に設定される。
このため、物理量の大小が判定される結果として、例えばユーザ40のペダリングパフォーマンス(ペダリングスキル)を測定することができる。さらに、ペダリングパフォーマンスの測定結果に基づいて、最適なポジショニング、最適なペダリング等の提案がユーザ40に対して可能となる。
In the joint torque measurement method according to the present embodiment, the physical quantity is calculated, and the magnitude of the physical quantity with respect to the threshold is determined. The physical quantity is calculated as a physical quantity in the joints J9 to J14 per predetermined rotation angle of the crank 31 based on the joint torque and the rotational position information. The threshold is arbitrarily set.
For this reason, as a result of determining the magnitude of the physical quantity, for example, the pedaling performance (pedaling skill) of the user 40 can be measured. Further, based on the measurement result of pedaling performance, it is possible for the user 40 to propose optimal positioning, optimal pedaling, and the like.

[その他の実施形態]
上記実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
例えば、上記実施の形態では、自転車に乗るユーザの下肢の関節トルクや関節パワーの測定(算出)に本発明が適用されたが、本発明は、競技用ボートを漕ぐユーザの下肢や上肢の関節トルクや関節パワーの測定に適用してもよい。
また、上記実施の形態では、ユーザは人間とされているが、例えば人間と同等のリンクと関節とを有する人間型ロボットや、下肢に相当するリンクと関節とを有するロボットに、本発明を適用することができる。勿論、本発明は、動物の関節トルクや関節パワーの測定にも適用可能である。
さらに、上記実施の形態では、情報出力部として表示装置に適用された例を説明したが、情報出力部は、音声出力装置としてもよいし、表示装置と音声出力装置とを混在させてもよい。具体的には、音声出力装置は、自転車の操作中のユーザに対して、関節トルクや関節パワーを音声により知らせる構成とされる。
[Other Embodiments]
Although the present invention has been described based on the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
For example, in the above-described embodiment, the present invention is applied to the measurement (calculation) of the joint torque and joint power of the user's lower limb riding on a bicycle. You may apply to the measurement of torque or joint power.
In the above embodiment, the user is a human, but the present invention is applied to, for example, a humanoid robot having links and joints equivalent to those of humans, and a robot having links and joints equivalent to lower limbs. can do. Of course, the present invention can also be applied to measurement of animal joint torque and joint power.
Furthermore, in the above-described embodiment, an example in which the information output unit is applied to a display device has been described. However, the information output unit may be an audio output device, or a display device and an audio output device may be mixed. . Specifically, the voice output device is configured to notify the user who is operating the bicycle of joint torque and joint power by voice.

10…関節トルク演算システム、11…第1検出部、12…第2検出部、13…第3検出部、14…演算処理部、15…情報入力部、16…情報出力部、19…サイクルコンピュータ、20…自転車、30…クランク軸、31…クランク、32…ペダルシャフト、33…ペダル、40…ユーザ、S1〜S15…リンク(セグメント)。J1〜J14…関節(ジョイント)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Joint torque calculation system, 11 ... 1st detection part, 12 ... 2nd detection part, 13 ... 3rd detection part, 14 ... Calculation processing part, 15 ... Information input part, 16 ... Information output part, 19 ... Cycle computer , 20 ... bicycle, 30 ... crankshaft, 31 ... crank, 32 ... pedal shaft, 33 ... pedal, 40 ... user, S1-S15 ... link (segment). J1 to J14: Joints.

Claims (11)

自転車のクランク軸に一端部が連結され、前記クランク軸を中心に回転するクランクの回転位置を検出する第1検出部と、
前記クランクの他端部にペダルシャフトを介して連結されたペダルに作用する踏力を検出する第2検出部と、
前記第1検出部から取得される回転位置情報と、股関節から膝関節までの第1長さ情報、前記膝関節から足首関節までの第2長さ情報及び前記足首関節から前記ペダルシャフトまでの第3長さ情報と、前記足首関節の第1関節位置情報と、前記股関節の第3関節位置情報とに基づいて、前記膝関節の第2関節位置情報を算出し、前記第2検出部から取得される踏力情報と、前記第1関節位置情報、前記第2関節位置情報及び前記第3関節位置情報の少なくとも1つの情報とに基づいて、逆動力学解析による演算処理を行い、前記足首関節、前記膝関節及び前記股関節の少なくとも1つの関節の関節トルクを算出する演算処理部と、
を備えた関節トルク演算システム。
A first detector that is connected to a crankshaft of a bicycle and that detects a rotational position of a crank that rotates about the crankshaft;
A second detector for detecting a pedal force acting on a pedal connected to the other end of the crank via a pedal shaft;
The rotational position information acquired from the first detection unit, the first length information from the hip joint to the knee joint, the second length information from the knee joint to the ankle joint, and the first length information from the ankle joint to the pedal shaft. Based on the three length information, the first joint position information of the ankle joint, and the third joint position information of the hip joint, the second joint position information of the knee joint is calculated and acquired from the second detection unit Based on the pedaling force information and at least one of the first joint position information, the second joint position information, and the third joint position information, performing an arithmetic process by inverse dynamics analysis, An arithmetic processing unit for calculating a joint torque of at least one of the knee joint and the hip joint;
Joint torque calculation system with
前記第1長さ情報、前記第2長さ情報及び前記第3長さ情報を少なくとも入力する情報入力部と、
前記関節トルクの算出結果を少なくとも出力する情報出力部と、
を更に備えた請求項1に記載の関節トルク演算システム。
An information input unit for inputting at least the first length information, the second length information, and the third length information;
An information output unit for outputting at least the calculation result of the joint torque;
The joint torque calculation system according to claim 1, further comprising:
前記ペダルの前記ペダルシャフト上における姿勢角を検出する第3検出部を更に備え、
前記第3検出部から取得される角度情報を用いて、前記第1関節位置情報及び前記踏力情報の少なくとも一方が生成される
請求項2に記載の関節トルク演算システム。
A third detector for detecting a posture angle of the pedal on the pedal shaft;
The joint torque calculation system according to claim 2, wherein at least one of the first joint position information and the pedal effort information is generated using angle information acquired from the third detection unit.
前記演算処理部は、
前記関節トルクと前記回転位置情報とに基づいて、前記関節において前記クランク軸の所定の回転角度当たりの物理量を算出し、
閾値に対する前記物理量の大小を判定する
請求項2又は請求項3に記載の関節トルク演算システム。
The arithmetic processing unit includes:
Based on the joint torque and the rotational position information, a physical quantity per predetermined rotation angle of the crankshaft is calculated in the joint;
The joint torque calculation system according to claim 2 or 3, wherein the magnitude of the physical quantity with respect to a threshold is determined.
前記物理量は、前記関節トルクと前記関節の角速度とに基づき導出される関節パワーである
請求項4に記載の関節トルク演算システム。
The joint torque calculation system according to claim 4, wherein the physical quantity is joint power derived based on the joint torque and an angular velocity of the joint.
前記情報出力部は、前記関節パワーを出力する
請求項5に記載の関節トルク演算システム。
The joint torque calculation system according to claim 5, wherein the information output unit outputs the joint power.
前記回転位置情報は前記第1検出部からリアルタイムに取得し、
前記踏力情報は前記第2検出部からリアルタイムに取得し、
前記演算処理部は前記関節トルクをリアルタイムに算出し、
前記情報出力部は前記関節トルクをリアルタイムに出力する
請求項2又は請求項6に記載の関節トルク演算システム。
The rotational position information is acquired from the first detection unit in real time,
The pedal effort information is acquired in real time from the second detection unit,
The arithmetic processing unit calculates the joint torque in real time,
The joint torque calculation system according to claim 2, wherein the information output unit outputs the joint torque in real time.
前記回転位置情報は前記第1検出部からリアルタイムに取得し、
前記踏力情報は前記第2検出部からリアルタイムに取得し、
前記演算処理部は前記関節トルク及び前記関節パワーをリアルタイムに算出し、
前記情報出力部は少なくとも前記関節パワーをリアルタイムに出力する
請求項6に記載の関節トルク演算システム。
The rotational position information is acquired from the first detection unit in real time,
The pedal effort information is acquired in real time from the second detection unit,
The arithmetic processing unit calculates the joint torque and the joint power in real time,
The joint torque calculation system according to claim 6, wherein the information output unit outputs at least the joint power in real time.
請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の演算処理部が筐体に内蔵されているサイクルコンピュータ。   A cycle computer in which the arithmetic processing unit according to any one of claims 1 to 8 is built in a housing. 自転車のクランク軸に一端部が連結され、前記クランク軸を中心に回転するクランクの回転位置を検出して回転位置情報を取得し、
前記クランクの他端部にペダルシャフトを介して連結されたペダルに作用する踏力を検出して踏力情報を取得し、
股関節から膝関節までの第1長さ情報、前記膝関節から足首関節までの第2長さ情報及び前記足首関節から前記ペダルシャフトまでの第3長さ情報を取得し、
前記足首関節の第1関節位置情報及び前記股関節の第3関節位置情報を取得し、
前記回転位置情報と前記第1関節位置情報と前記第3関節位置情報とに基づいて、前記膝関節の第2関節位置情報を算出し、
前記踏力情報と、前記第1関節位置情報、前記第2関節位置情報及び前記第3関節位置情報の少なくとも1つの情報とに基づいて、逆動力学解析による演算処理を行い、前記足首関節、前記膝関節及び前記股関節の少なくとも1つの関節の関節トルクを算出する
関節トルクの測定方法。
One end of the bicycle is connected to the crankshaft, and the rotational position of the crank that rotates around the crankshaft is detected to obtain rotational position information.
Detecting pedaling force information acting on a pedal connected to the other end of the crank via a pedal shaft to obtain pedaling force information;
Obtaining first length information from the hip joint to the knee joint, second length information from the knee joint to the ankle joint, and third length information from the ankle joint to the pedal shaft;
Obtaining first joint position information of the ankle joint and third joint position information of the hip joint;
Based on the rotational position information, the first joint position information, and the third joint position information, the second joint position information of the knee joint is calculated,
Based on the pedaling force information and at least one information of the first joint position information, the second joint position information, and the third joint position information, a calculation process by inverse dynamics analysis is performed, and the ankle joint, A joint torque measuring method for calculating a joint torque of at least one of the knee joint and the hip joint.
前記関節トルクと前記回転位置情報とに基づいて、前記関節において前記クランク軸の所定の回転角度当たりの物理量を算出し、
閾値に対する前記物理量の大小を判定する
請求項10に記載の関節トルクの測定方法。
Based on the joint torque and the rotational position information, a physical quantity per predetermined rotation angle of the crankshaft is calculated in the joint;
The method for measuring joint torque according to claim 10, wherein the magnitude of the physical quantity with respect to a threshold is determined.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113080946A (en) * 2021-04-29 2021-07-09 合肥工业大学 Human body sitting and standing transfer capacity measuring device and method and electronic equipment
KR20230013196A (en) * 2021-07-15 2023-01-26 동서대학교 산학협력단 Knee braces to prevent injuries when biking outdoors

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0331782A (en) * 1989-06-29 1991-02-12 Toyobo Co Ltd Magnetic encoder
JP2003116822A (en) * 2001-06-26 2003-04-22 Matsushita Electric Works Ltd Muscular action analyzer and training apparatus

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0331782A (en) * 1989-06-29 1991-02-12 Toyobo Co Ltd Magnetic encoder
JP2003116822A (en) * 2001-06-26 2003-04-22 Matsushita Electric Works Ltd Muscular action analyzer and training apparatus

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
赤羽秀徳 他: "ペダリング動作時の足関節底屈・背屈運動の違いが下肢の関節ダイナミクスおよびクランクトルクに及ぼす影響", 体力科学, vol. 53巻、2号, JPN6020024252, 2004, JP, pages 221 - 234, ISSN: 0004476787 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113080946A (en) * 2021-04-29 2021-07-09 合肥工业大学 Human body sitting and standing transfer capacity measuring device and method and electronic equipment
CN113080946B (en) * 2021-04-29 2024-05-14 合肥工业大学 Human body sitting station transfer capability measuring device, measuring method and electronic equipment
KR20230013196A (en) * 2021-07-15 2023-01-26 동서대학교 산학협력단 Knee braces to prevent injuries when biking outdoors
KR102560408B1 (en) * 2021-07-15 2023-07-27 동서대학교 산학협력단 Knee braces to prevent injuries when biking outdoors

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