(57)【要約】【課題】足首の状態を測定できる運動補助プログラムおよびこれを備える運動補助システムを提供する。【解決手段】運動補助プログラムは検出部により検出された下肢の状態に関する第１状態情報を読み込む第１ステップＳ１と、第１状態情報に応じて足首の状態を演算する第２ステップＳ２と、演算された足首の状態に関する第２状態情報を出力する第３ステップＳ３と、を制御部に実行させる。【選択図】図１１
2020103651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出部により検出された下肢の状態に関する第１状態情報を読み込む第１ステップと、
前記第１状態情報に応じて足首の状態を演算する第２ステップと、
演算された足首の状態に関する第２状態情報を出力する第３ステップと、を制御部に実行させる
運動補助プログラム。
【請求項２】
前記第１ステップでは、下肢の角速度に関する情報を含む前記第１状態情報を読み込む
請求項１に記載の運動補助プログラム。
【請求項３】
前記第１ステップでは、下腿の角速度に関する情報および足の角速度に関する情報を含む前記第１状態情報を読み込む
請求項２に記載の運動補助プログラム。
【請求項４】
前記第１ステップでは、下肢の加速度に関する情報を含む前記第１状態情報を読み込む
請求項１〜３のいずれか一項に記載の運動補助プログラム。
【請求項５】
前記第１ステップでは、下腿の加速度に関する情報および足の加速度に関する情報を含む前記第１状態情報を読み込む
請求項４に記載の運動補助プログラム。
【請求項６】
前記第１ステップでは、足裏の圧力に関する情報を含む前記第１状態情報を読み込む
請求項１〜５のいずれか一項に記載の運動補助プログラム。
【請求項７】
前記第２ステップでは、足首の内反角度および足首の外反角度の少なくとも一方を含む足首内外反角度を演算し、
前記第３ステップでは、前記足首内外反角度に関する情報を含む前記第２状態情報を出力する
請求項１〜６のいずれか一項に記載の運動補助プログラム。
【請求項８】
前記第２ステップでは、足首の底屈角度および足首の背屈角度の少なくとも一方を含む足首底背屈角度を演算し、
前記第３ステップでは、前記足首底背屈角度に関する情報を含む前記第２状態情報を出力する
請求項１〜７のいずれか一項に記載の運動補助プログラム。
【請求項９】
下肢の運動を補助する補助部を制御する指示情報を前記第１状態情報および前記第２状態情報の少なくとも一方に応じて演算する第４ステップを前記制御部にさらに実行させ、
前記第３ステップでは、前記指示情報をさらに出力する
請求項１〜８のいずれか一項に記載の運動補助プログラム。
【請求項１０】
前記第４ステップでは、足首の状態が安定するように前記補助部を動作させるための前記指示情報を前記第１状態情報および前記第２状態情報の少なくとも一方に応じて演算する
請求項９に記載の運動補助プログラム。
【請求項１１】
下肢に装着されるウェアと、
前記ウェアに設けられる前記検出部と、
前記検出部により検出された前記第１状態情報を送信する送信部と、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の運動補助プログラムとを備える
運動補助システム。
【請求項１２】
前記検出部は下腿の角速度を検出する下腿角速度センサ、下腿の加速度を検出する下腿加速度センサ、足の角速度を検出する足角速度センサ、足の加速度を検出する足加速度センサ、および、足裏の圧力を検出する足裏圧力センサの少なくとも１つを含む
請求項１１に記載の運動補助システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は運動補助プログラムおよびこれを備える運動補助システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
歩行動作の種類を判別する運動補助システムが知られている。従来の運動補助システムは例えば歩行動作の種類に応じて下肢の運動を補助する。特許文献１は従来の運動補助システムの一例を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１３６５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
運動中の足首の状態に関する情報は下肢の怪我の発生を抑えることに利用できると考えられる。一方、従来の運動補助システムでは、運動中の足首の状態を測定できない。
本発明の目的は足首の状態を測定できる運動補助プログラムおよびこれを備える運動補助システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に関する運動補助プログラムの一形態は、検出部により検出された下肢の状態に関する第１状態情報を読み込む第１ステップと、前記第１状態情報に応じて足首の状態を演算する第２ステップと、演算された足首の状態に関する第２状態情報を出力する第３ステップと、を制御部に実行させる。
【０００６】
本発明に関する運動補助システムの一形態は、下肢に装着されるウェアと、前記ウェアに設けられる前記検出部と、前記検出部により検出された前記第１状態情報を送信する送信部と、前記運動補助プログラムとを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に関する運動補助プログラムおよびこれを備える運動補助システムによれば、足首の状態を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態の運動補助システムの使用状態の一例を示す斜視図。
【図２】図１の装着体の分解斜視図。
【図３】図１の運動補助システムのブロック図。
【図４】足首内外反角度の一例を示す模式図。
【図５】足首底背屈角度の一例を示す模式図。
【図６】ジャンプ運動に基づく第１状態情報の一例を示すグラフ。
【図７】ジャンプ運動に基づく第１状態情報の別の一例を示すグラフ。
【図８】サイドステップ運動に基づく第１状態情報の一例を示すグラフ。
【図９】サイドステップ運動に基づく第１状態情報の別の一例を示すグラフ。
【図１０】底背屈運動に基づく第１状態情報の一例を示すグラフ。
【図１１】運動補助プログラムに従う第１制御の一例を示すフローチャート。
【図１２】運動補助プログラムに従う第２制御の一例を示すフローチャート。
【図１３】運動補助システムの使用方法の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（運動補助プログラムおよびこれを備える運動補助システムが取り得る形態の一例）
本発明に関する運動補助プログラムの一形態は、検出部により検出された下肢の状態に関する第１状態情報を読み込む第１ステップと、前記第１状態情報に応じて足首の状態を演算する第２ステップと、演算された足首の状態に関する第２状態情報を出力する第３ステップと、を制御部に実行させる。
上記運動補助プログラムによれば、足首の状態を測定できる。
【００１０】
前記運動補助プログラムの一例によれば、前記第１ステップでは、下肢の角速度に関する情報を含む前記第１状態情報を読み込む。
足首の状態は下肢の角速度に反映される。上記運動補助プログラムによれば、下肢の角速度に関する情報が第１状態情報に含まれるため、足首の状態を好適に測定できる。
【００１１】
前記運動補助プログラムの一例によれば、前記第１ステップでは、下腿の角速度に関する情報および足の角速度に関する情報を含む前記第１状態情報を読み込む。
足首の状態は下腿の角速度および足の角速度に反映される。上記運動補助プログラムによれば、下腿の角速度に関する情報および足の角速度に関する情報が第１状態情報に含まれるため、足首の状態を好適に測定できる。
【００１２】
前記運動補助プログラムの一例によれば、前記第１ステップでは、下肢の加速度に関する情報を含む前記第１状態情報を読み込む。
足首の状態は下肢の加速度に反映される。上記運動補助プログラムによれば、下肢の加速度に関する情報が第１状態情報に含まれるため、足首の状態を好適に測定できる。
【００１３】
前記運動補助プログラムの一例によれば、前記第１ステップでは、下腿の加速度に関する情報および足の加速度に関する情報を含む前記第１状態情報を読み込む。
足首の状態は下腿の加速度および足の加速度に反映される。上記運動補助プログラムによれば、下腿の加速度に関する情報および足の加速度に関する情報が第１状態情報に含まれるため、足首の状態を好適に測定できる。
【００１４】
前記運動補助プログラムの一例によれば、前記第１ステップでは、足裏の圧力に関する情報を含む前記第１状態情報を読み込む。
足首の状態は足裏の圧力に反映される。上記運動補助プログラムによれば、足裏に関する情報が第１状態情報に含まれるため、足首の状態を好適に測定できる。
【００１５】
前記運動補助プログラムの一例によれば、前記第２ステップでは、足首の内反角度および足首の外反角度の少なくとも一方を含む足首内外反角度を演算し、前記第３ステップでは、前記足首内外反角度に関する情報を含む前記第２状態情報を出力する。
足首の内反角度および足首の外反角度は足首の捻挫と関連する。上記運動補助プログラムによれば、足首の捻挫に関するリスクを判定できる。
【００１６】
前記運動補助プログラムの一例によれば、前記第２ステップでは、足首の底屈角度および足首の背屈角度の少なくとも一方を含む足首底背屈角度を演算し、前記第３ステップでは、前記足首底背屈角度に関する情報を含む前記第２状態情報を出力する。
足首の底屈角度および足首の背屈角度は足首の捻挫と関連する。上記運動補助プログラムによれば、足首の捻挫に関するリスクを判定できる。
【００１７】
前記運動補助プログラムの一例によれば、下肢の運動を補助する補助部を制御する指示情報を前記第１状態情報および前記第２状態情報の少なくとも一方に応じて演算する第４ステップを前記制御部にさらに実行させ、前記第３ステップでは、前記指示情報をさらに出力する。
上記運動補助プログラムによれば、足首の状態に応じて下肢の運動を補助できる。
【００１８】
前記運動補助プログラムの一例によれば、前記第４ステップでは、足首の状態が安定するように前記補助部を動作させるための前記指示情報を前記第１状態情報および前記第２状態情報の少なくとも一方に応じて演算する。
上記運動補助プログラムによれば、足首の安定性が高まるため、足首の捻挫の発生を抑えることができる。
【００１９】
本発明に関する運動補助システムの一形態は、下肢に装着されるウェアと、前記ウェアに設けられる前記検出部と、前記検出部により検出された前記第１状態情報を送信する送信部と、前記運動補助プログラムとを備える。
上記運動補助システムによれば、足首の状態を測定できる。
【００２０】
前記運動補助システムの一例によれば、前記検出部は下腿の角速度を検出する下腿角速度センサ、下腿の加速度を検出する下腿加速度センサ、足の角速度を検出する足角速度センサ、足の加速度を検出する足加速度センサ、および、足裏の圧力を検出する足裏圧力センサの少なくとも１つを含む。
上記運動補助システムによれば、足首の状態を好適に測定できる。
【００２１】
（実施の形態）
図１を参照して、運動補助システム１の構成について説明する。
運動補助システム１は例えば運動者が行うトレーニングに利用される。トレーニングは例えば一般的な生活およびスポーツ等に関連する下肢Ｌの運動を含む。一例では、下肢Ｌの運動はジャンプ運動、サイドステップ運動、および、底背屈運動等を含む。ジャンプ運動は両足が接地面から離れるように飛び跳ねる運動である。接地面の一例は地面である。サイドステップ運動は片足を接地面から離して移動する運動である。底背屈運動は底屈と背屈とを繰り返すように足首を動かす運動である。
【００２２】
運動補助システム１を構成する主な要素は装着体１０、端末装置４０、および、運動補助プログラムである。装着体１０は身体に装着される。装着体１０は左半身に装着される左半身用の装着体１０、および、右半身に装着される右半身用の装着体（図示略）を含む。左半身用の装着体１０の構成は右半身用の装着体の構成と実質的に同じである。左半身用の装着体１０の機能は右半身用の装着体の機能と実質的に同じである。左半身用の装着体１０の形状は右半身用の装着体の形状と左右対称の関係を有する。以下の説明では、左半身用の装着体１０について詳細に説明し、右半身用の装着体に関する説明を省略する。
【００２３】
装着体１０を構成する主な要素はウェア１１、検出ブロック２０、および、補助ブロック３０である。ウェア１１は下肢Ｌに装着される。ウェア１１は第１ウェア１２および第２ウェア１８を含む。第１ウェア１２および第２ウェア１８は互いに一体に構成されてもよく、互いに別体に構成されてもよい。図１に示される例では、第１ウェア１２および第２ウェア１８は互いに別体に構成される。第１ウェア１２は例えば足および足首まわりに装着される。第２ウェア１８は例えば膝まわりに装着される。第２ウェア１８は円環形状を有する。第２ウェア１８は伸縮可能な材料により構成されることが好ましい。
【００２４】
図２に示されるように、第１ウェア１２は足首被覆部１３、足被覆部１４、インソール１５、および、調節部１６を含む。足首被覆部１３は足首を被覆可能な部分を含む。足首被覆部１３は例えば足を挿入可能に中空状に構成される。足被覆部１４は足を被覆可能な部分を含む。足被覆部１４は例えば足首被覆部１３と一体に構成される。足被覆部１４は足裏被覆部１４Ａおよび一対の甲被覆部１４Ｂを含む。足裏被覆部１４Ａは足裏を被覆可能な部分を含む。甲被覆部１４Ｂは足の甲を被覆可能な部分を含む。一対の甲被覆部１４Ｂは足裏被覆部１４Ａから延び。足裏被覆部１４Ａに対して折り返し可能な構成を有する。インソール１５は足裏被覆部１４Ａ内に挿入される。
【００２５】
調節部１６は足被覆部１４の装着サイズを調節可能な構造を有する。装着サイズは足被覆部１４が足に装着された状態における足被覆部１４の内周を規定する。一例では、足被覆部１４の装着サイズが調節部１６により調節されることによって、足被覆部１４が足を締め付ける強さが変更される。調節部１６は例えば面ファスナ１７により構成される。面ファスナ１７はフック（図示略）およびループ１７Ａを含む。フックは例えば一方の甲被覆部１４Ｂの外面に設けられる（図示略）。ループ１７Ａは例えば他方の甲被覆部１４Ｂの内面１４Ｃに設けられる。一例では、足首被覆部１３に足が挿入され、一方の甲被覆部１４Ｂが足を覆うように折り返され、足被覆部１４が足にフィットするようにループ１７Ａがフックに貼り合わせられることによって、第１ウェア１２が足および足首まわりに適切に装着される。
【００２６】
検出ブロック２０は例えばウェア１１に設けられる。一例では、検出ブロック２０は第１ウェア１２に設けられる。検出ブロック２０は有線または無線によって端末装置４０と電気的に通信可能に構成される。一例では、検出ブロック２０は端末装置４０と無線通信可能に構成される。補助ブロック３０は例えばウェア１１に設けられる。一例では、補助ブロック３０は第２ウェア１８に設けられる。具体的には、補助ブロック３０は後述する補助部３１（図３参照）が身体と接触するように第２ウェア１８に設けられる。補助ブロック３０は有線または無線によって端末装置４０と電気的に通信可能に構成される。一例では、補助ブロック３０は端末装置４０と無線通信可能に構成される。
【００２７】
端末装置４０は装着体１０とは別体に設けられる。端末装置４０はスマートデバイスおよびパーソナルコンピュータの少なくとも一方を含む。スマートデバイスはスマートウォッチ等のウェアラブルデバイス、スマートフォン、および、タブレットコンピュータの少なくとも１つを含む。図１に示される例では、端末装置４０はタブレットコンピュータを含む。端末装置４０は検出ブロック２０および補助ブロック３０とペアリングすることによって、検出ブロック２０および補助ブロック３０と無線通信できる。ペアリングに必要な通信要素は検出ブロック２０、補助ブロック３０、および、端末装置４０のそれぞれに含まれる。端末装置４０はウェア１１に取り付けられてもよい。
【００２８】
図３を参照して、運動補助システム１の具体的な構成について説明する。図３に示される運動補助システム１は一方の装着体１０を省略している。
検出ブロック２０を構成する主な要素は検出部２１および送信部２３である。検出部２１は足首の状態を検出する。一例では、検出部２１は下腿の角速度を検出する下腿角速度センサ２１Ａ、下腿の加速度を検出する下腿加速度センサ２１Ｂ、足の角速度を検出する足角速度センサ２１Ｃ、足の加速度を検出する足加速度センサ２１Ｄ、および、足裏の圧力を検出する足裏圧力センサ２２の少なくとも１つを含む。
【００２９】
下腿角速度センサ２１Ａはウェア１１に設けられる。一例では、下腿角速度センサ２１Ａは足首被覆部１３に設けられる（図２参照）。下腿角速度センサ２１Ａは前後軸まわりの角速度、左右軸まわりの角速度、および、上下軸まわりの角速度の少なくとも１つを検出する。一例では、下腿角速度センサ２１Ａは３軸角速度センサである。下腿角速度センサ２１Ａにより検出される値が積分されると、前後軸に対する下腿の角度、左右軸に対する下腿の角度、および、上下軸に対する下腿の角度の少なくとも１つが算出される。
【００３０】
下腿加速度センサ２１Ｂはウェア１１に設けられる。一例では、下腿加速度センサ２１Ｂは足首被覆部１３に設けられる（図２参照）。図２に示される例では、下腿角速度センサ２１Ａおよび下腿加速度センサ２１Ｂは１つのケース２０Ａに収容され、一体で足首被覆部１３に取り付けられる。下腿加速度センサ２１Ｂは前後軸の加速度、左右軸の加速度、および、上下軸の加速度の少なくとも１つを検出する。一例では、下腿加速度センサ２１Ｂは３軸加速度センサである。
【００３１】
足角速度センサ２１Ｃはウェア１１に設けられる。一例では、足角速度センサ２１Ｃは足被覆部１４に設けられる（図２参照）。足角速度センサ２１Ｃは前後軸まわりの角速度、左右軸まわりの角速度、および、上下軸まわりの角速度の少なくとも１つを検出する。一例では、足角速度センサ２１Ｃは３軸角速度センサである。足角速度センサ２１Ｃにより検出される値が積分されると、前後軸に対する足の角度、左右軸に対する足の角度、および、上下軸に対する足の角度の少なくとも１つが算出される。
【００３２】
足加速度センサ２１Ｄはウェア１１に設けられる。一例では、足加速度センサ２１Ｄは足被覆部１４に設けられる（図２参照）。図２に示される例では、足角速度センサ２１Ｃおよび足加速度センサ２１Ｄは１つのケース２０Ｂに収容され、一体で足被覆部１４に取り付けられる。足加速度センサ２１Ｄは前後軸の加速度、左右軸の加速度、および、上下軸の加速度の少なくとも１つを検出する。一例では、足加速度センサ２１Ｄは３軸加速度センサである。
【００３３】
足裏圧力センサ２２はウェア１１に設けられる。一例では、足裏圧力センサ２２はインソール１５に設けられる。図２に示される例では、足裏圧力センサ２２は足の拇指球の圧力を検出する第１足裏圧力センサ２２Ａ、足の小指球の圧力を検出する第２足裏圧力センサ２２Ｂ、および、踵の圧力を検出する第３足裏圧力センサ２２Ｃの少なくとも１つを含む。第１足裏圧力センサ２２Ａはインソール１５において、足の拇指球に対応する部分に設けられる。第２足裏圧力センサ２２Ｂはインソール１５において、足の小指球に対応する部分に設けられる。第３足裏圧力センサ２２Ｃはインソール１５において、踵に対応する部分に設けられる。各足裏圧力センサ２２Ａ〜２２Ｃにより検出される値が実質的に等しい場合、運動者の立位姿勢が安定している。
【００３４】
送信部２３は検出部２１により検出された第１状態情報を送信する。第１状態情報は下肢Ｌの角速度に関する情報、下肢Ｌの加速度に関する情報、および、足裏の圧力に関する情報の少なくとも１つを含む。具体的には、第１状態情報は下腿の角速度に関する情報、下腿の加速度に関する情報、足の角速度に関する情報、足の加速度に関する情報、および、足裏の圧力に関する情報の少なくとも１つを含む。
【００３５】
送信部２３は第１送信部２３Ａおよび第２送信部２３Ｂを含む。第１送信部２３Ａは例えばケース２０Ａに収容される（図２参照）。一例では、第１送信部２３Ａは下腿角速度センサ２１Ａおよび下腿加速度センサ２１Ｂと電気的に接続される。第１送信部２３Ａにより送信される第１状態情報には、下腿の角速度に関する情報、および、下腿の加速度に関する情報の少なくとも一方が含まれる。第１送信部２３Ａは下腿角速度センサ２１Ａおよび下腿加速度センサ２１Ｂの少なくとも一方により検出された第１状態情報を端末装置４０に送信する。
【００３６】
第２送信部２３Ｂは例えばケース２０Ｂに収容される（図２参照）。一例では、第２送信部２３Ｂは足角速度センサ２１Ｃ、足加速度センサ２１Ｄ、および、足裏圧力センサ２２と電気的に接続される。第２送信部２３Ｂにより送信される第１状態情報には、足の角速度に関する情報、足の加速度に関する情報、および、足裏の圧力に関する情報の少なくとも１つが含まれる。第２送信部２３Ｂは足角速度センサ２１Ｃ、足加速度センサ２１Ｄ、および、足裏圧力センサ２２の少なくとも１つにより検出された第１状態情報を端末装置４０に送信する。
【００３７】
補助ブロック３０を構成する主な要素は補助部３１、受信部３２、および、電圧制御部３３である。補助部３１は下肢Ｌの運動を補助する。補助部３１は第１電極３１Ａおよび第２電極３１Ｂを含む。一例では、電極３１Ａ、３１Ｂは総腓骨神経に電気刺激を付与する。電極３１Ａ、３１Ｂは例えばウェア１１が下肢Ｌに装着された状態において、下肢Ｌのうちの腓骨頭下端に対応する部分と接触するように第２ウェア１８に設けられる。各電極３１Ａ、３１Ｂの一方から他方に向けて電流が流れることにより、総腓骨神経に電気刺激が付与される。受信部３２は端末装置４０から各種の情報を受信する。一例では、受信部３２は補助部３１の制御に関する各種の情報を受信する。補助部３１の制御に関する各種の情報には、電気刺激を付与するタイミングに関する情報、電気刺激の刺激パターンに関する情報、および、電気刺激の強度に関する情報の少なくとも１つが含まれる。電圧制御部３３は例えば受信部３２により受信された各種の情報に基づいて電極３１Ａ、３１Ｂを制御する。
【００３８】
装着体１０は検出ブロック２０および補助ブロック３０に電力を供給する電源１９をさらに含む。電源１９は例えばウェア１１に設けられる。電源１９は有線または無線によって検出ブロック２０および補助ブロック３０と電気的に接続される。電源１９は検出ブロック２０を構成する各種の電気的な要素、および、補助ブロック３０を構成する各種の電気的な要素に電力を供給する。電源１９は一次電池または二次電池を含む。装着体１０は検出ブロック２０に電力を供給する電源と、補助ブロック３０に電力を供給する電源とを個別に含んでいてもよい。
【００３９】
端末装置４０を構成する主な要素は制御部４１、操作部４２、報知部４３、および、電源４４である。制御部４１は１つまたは複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Micro Processing Unit）を含む。制御部４１は第１状態情報および操作部４２の操作に関する操作情報の少なくとも一方に基づいて各種の制御を実行する。制御部４１は情報読込部４１Ａ、状態演算部４１Ｂ、情報出力部４１Ｃ、リスク判定部４１Ｄ、および、補助演算部４１Ｅを含む。情報読込部４１Ａは検出部２１により検出された下肢Ｌの状態に関する第１状態情報を読み込む。情報読込部４１Ａは例えば第１状態情報を状態演算部４１Ｂおよび補助演算部４１Ｅに出力する。
【００４０】
状態演算部４１Ｂは第１状態情報に応じて足首の状態を演算する。一例では、状態演算部４１Ｂは第１状態情報に応じて下肢Ｌの運動を判定し、第１状態情報と下肢Ｌの運動との関係に基づいて足首の状態を演算する。足首の状態は足首内外反角度Ａ（図４参照）および足首底背屈角度Ｂ（図５参照）を含む。
【００４１】
状態演算部４１Ｂは例えば第１状態情報に応じて足首内外反角度Ａを演算する。図４に示されるように、足首内外反角度Ａは足首の内反角度Ａ１および足首の外反角度Ａ２の少なくとも一方を含む。足首の内反角度Ａ１は例えば足首が内反する状態において、足裏と接地面とがなす小さい方の角度により規定される。足首の外反角度Ａ２は例えば足首が外反する状態において、足裏と接地面とがなす小さい方の角度により規定される。足首内外反角度Ａは例えば下腿角速度センサ２１Ａ、足角速度センサ２１Ｃ、および、足裏圧力センサ２２の少なくとも１つの検出結果に応じて演算される。
【００４２】
状態演算部４１Ｂは例えば第１状態情報に応じて足首底背屈角度Ｂを演算する。図５に示されるように、足首底背屈角度Ｂは足首の底屈角度Ｂ１および足首の背屈角度Ｂ２の少なくとも一方を含む。足首の底屈角度Ｂ１は例えば足首が底屈する状態において、足裏と仮想線ＬＩとがなす小さい方の角度により規定される。仮想線ＬＩは足首が中間位の状態における足裏を規定する。足首の中間位は足が接地面に接した状態に類似する足首の状態を示す。一例では、足首の中間位は下腿と足とがなす小さい方の角度が９０度の状態を示す。足首の背屈角度Ｂ２は例えば足首が背屈する状態において、足裏と仮想線ＬＩとがなす小さい方の角度により規定される。足首底背屈角度Ｂは例えば下腿角速度センサ２１Ａ、足角速度センサ２１Ｃ、および、足裏圧力センサ２２の少なくとも１つの検出結果に応じて演算される。
【００４３】
図３に示されるように、状態演算部４１Ｂは足首の状態に関する演算結果を情報出力部４１Ｃに出力する。情報出力部４１Ｃは演算された足首の状態に関する第２状態情報を出力する。一例では、情報出力部４１Ｃは第２状態情報をリスク判定部４１Ｄおよび補助演算部４１Ｅに出力する。
【００４４】
リスク判定部４１Ｄは第２状態情報に基づいて足首の捻挫に関するリスク（以下「捻挫のリスク」）を判定する。リスク判定部４１Ｄは例えばリスク条件が成立すると、捻挫のリスクに関するリスク情報を情報出力部４１Ｃに出力する。リスク条件の成立は捻挫のリスクが高いことを示唆する。情報出力部４１Ｃはリスク情報を報知部４３に出力する。情報出力部４１Ｃはリスク情報とは別に、下肢Ｌの運動に関する情報を報知部４３に出力してもよい。リスク判定部４１Ｄはリスク条件の成立の有無にかかわらずリスク情報を情報出力部４１Ｃに出力してもよい。
【００４５】
リスク判定部４１Ｄは例えば第２状態情報と予め設定された閾値との関係に基づいてリスク条件の成立の有無を判定する。閾値は端末装置４０に搭載されるメモリ（図示略）に格納される。一例では、閾値は腓骨筋の状態、足首の柔軟性、怪我の履歴、ジャンプ運動の高さ、ジャンプ運動の回数、サイドステップ運動の速度、サイドステップ運動の回数、底背屈運動における底屈角度Ｂ１、底背屈運動における背屈角度Ｂ２、および、底背屈運動の回数の少なくとも１つに基づいて規定される。
【００４６】
補助演算部４１Ｅは下肢Ｌの運動を補助する補助部３１を制御する指示情報を、第１状態情報および第２状態情報の少なくとも一方に応じて演算する。補助演算部４１Ｅは例えば補助条件が成立すると、第１状態情報および第２状態情報の少なくとも一方に応じて指示情報を演算する。補助演算部４１Ｅは例えばリスク情報に基づいて補助条件の成立の有無を判定する。一例では、補助演算部４１Ｅはリスク条件が成立すると、補助条件が成立したと判定する。補助演算部４１Ｅは演算した指示情報を情報出力部４１Ｃに出力する。情報出力部４１Ｃは指示情報を補助ブロック３０に出力する。電圧制御部３３は受信部３２を介して取得した指示情報に応じて電極３１Ａ、３１Ｂを制御する。補助演算部４１Ｅは補助条件の成立の有無にかかわらず指示情報を演算してもよい。
【００４７】
操作部４２は例えば運動補助システム１の操作に関する情報を入力可能に構成される。報知部４３は例えば運動補助システム１に関する情報を報知可能に構成される。報知部４３はスピーカ４３Ａおよびディスプレイ４３Ｂの少なくとも一方を含む。スピーカ４３Ａは運動補助システム１に関する情報を音で報知する。ディスプレイ４３Ｂは運動補助システム１に関する情報を画像で報知する。ディスプレイ４３Ｂは操作部４２と一体に構成されてもよい。この場合、ディスプレイ４３Ｂはタッチパネルディスプレイである。電源４４は端末装置４０を構成する各種の電気的な要素に電力を供給する。
【００４８】
運動補助システム１は運動補助プログラムに従って各種の制御を実行する。運動補助プログラムは検出部２１により検出された下肢Ｌの状態に関する第１状態情報を読み込む第１ステップＳ１と、第１状態情報に応じて足首の状態を演算する第２ステップＳ２と、演算された足首の状態に関する第２状態情報を出力する第３ステップと、を制御部４１に実行させる。運動補助プログラムによれば、足首の状態を測定できる。
【００４９】
第１ステップＳ１では、下肢Ｌの角速度に関する情報を含む第１状態情報を読み込む。第１ステップＳ１では、下腿の角速度に関する情報および足の角速度に関する情報を含む第１状態情報を読み込む。下腿の角速度および足の角速度に足首の状態が反映されるため、足首の状態を好適に測定できる。第１ステップＳ１では、下肢Ｌの加速度に関する情報を含む第１状態情報を読み込む。第１ステップＳ１では、下腿の加速度に関する情報および足の加速度に関する情報を含む第１状態情報を読み込む。下腿の加速度および足の加速度に足首の状態が反映されるため、足首の状態を好適に測定できる。第１ステップＳ１では、足裏の圧力に関する情報を含む第１状態情報を読み込む。足裏の圧力に足首の状態が反映されるため、足首の状態を好適に測定できる。
【００５０】
第２ステップＳ２では、足首の内反角度Ａ１および足首の外反角度Ａ２の少なくとも一方を含む足首内外反角度Ａを演算する。第３ステップＳ３では、足首内外反角度Ａに関する情報を含む第２状態情報を出力する。足首の捻挫と関連する足首内外反角度Ａに関する情報が第２状態情報に含まれるため、捻挫のリスクを好適に判定できる。第２ステップＳ２では、足首の底屈角度Ｂ１および足首の背屈角度Ｂ２の少なくとも一方を含む足首底背屈角度Ｂを演算する。第３ステップＳ３では、足首底背屈角度Ｂに関する情報を含む第２状態情報を出力する。足首の捻挫と関連する足首底背屈角度Ｂに関する情報が第２状態情報に含まれるため、捻挫のリスクを好適に判定できる。
【００５１】
運動補助プログラムは下肢Ｌの運動を補助する電極３１Ａ、３１Ｂを制御する指示情報を第１状態情報および第２状態情報の少なくとも一方に応じて演算する第４ステップＳ４を制御部４１にさらに実行させる。第４ステップＳ４では、足首の状態が安定するように電極３１Ａ、３１Ｂを動作させるための指示情報を第１状態情報および第２状態情報の少なくとも一方に応じて演算する。第４ステップＳ４では、足が接地する直前に腓骨筋が活性化するように電極３１Ａ、３１Ｂを動作させるための指示情報を第１状態情報および第２状態情報の少なくとも一方に応じて演算する。足が接地する直前は足が接地する瞬間以前のタイミングである。一例では、足が接地する直前は足が接地面に向かう方向に移動するタイミングである。足が接地する直前は例えば第１状態情報に基づいて推定される。第３ステップＳ３では、指示情報をさらに出力する。運動補助プログラムによれば、腓骨筋が活性化するように電気刺激が付与されるため、足首の安定性を高めることができる。このため、足首の捻挫の発生を抑えることができる。
【００５２】
図６を参照して、ジャンプ運動に基づく第１状態情報の一例について説明する。図６に示されるグラフは足首の状態（安定、不安定）と第１状態情報との関係の一例を示す。
ジャンプ運動は例えば３つのフェーズに区分される。一例では、ジャンプ運動は離地、最頂点、および、着地に区分される。離地は膝が大きく曲げられ、膝が伸ばされるとともに足が接地面から離れる期間である。最頂点はジャンプ運動において身体が最高位に到達する期間である。着地は足が空中から接地する期間である。
【００５３】
一方の下肢Ｌに対応する検出部２１の検出結果、および、他方の下肢Ｌに対応する検出部２１の検出結果は実質的に同じである。図６に示されるグラフは一方の下肢Ｌに対応する検出部２１の検出結果の一例を示す。図６に示される破線はセンサ値が０を示す。図６に示される実線の角速度は前後軸まわりの角速度を示す。図６に示される一点鎖線の角速度は左右軸まわりの角速度を示す。図６に示される二点鎖線の角速度は上下軸まわりの角速度を示す。
【００５４】
図６に示される例では、足首の状態によって以下のとおり差異が見られる。ジャンプ運動の離地において、足の拇指球の圧力および足の小指球の圧力に差異が見られる。ジャンプ運動の着地前において、下腿の角速度および足の角速度に差異が見られる。ジャンプ運動の着地において、足の拇指球の圧力および足の小指球の圧力に差異が見られる。以上の点を踏まえ、リスク条件が設定されることが好ましい。
【００５５】
図７を参照して、ジャンプ運動に基づく第１状態情報の別の一例について説明する。図６に示されるグラフは足首の状態と第１状態情報との関係の一例を示す。
一方の下肢Ｌに対応する検出部２１の検出結果、および、他方の下肢Ｌに対応する検出部２１の検出結果は実質的に同じである。図７に示されるグラフは一方の下肢Ｌに対応する検出部２１の検出結果の一例を示す。図７に示される破線はセンサ値が０を示す。図７に示される例では、足首の状態によって以下のとおり差異が見られる。ジャンプ運動の着地前において、前後軸まわりの足の角度に差異が見られる。以上の点を踏まえ、リスク条件が設定されることが好ましい。
【００５６】
図８を参照して、サイドステップ運動に基づく第１状態情報の一例について説明する。図８に示されるグラフは足首の状態と第１状態情報との関係の一例を示す。
サイドステップ運動は例えば３つのフェーズに区分される。一例では、サイドステップ運動は第１両脚立位、片足立位、および、第２両脚立位に区分される。第１両脚立位は両足が接地する期間である。片足立位は一方の足が接地し、他方の足が接地面から離れる期間である。第２両脚立位は一方の足が接地し、他方の足が空中から接地する期間である。
【００５７】
図８に示されるグラフはサイドステップ運動において移動する下肢Ｌに対応する検出部２１の検出結果の一例を示す。図８に示される破線はセンサ値が０を示す。図８に示される実線の角速度は前後軸まわりの角速度を示す。図８に示される一点鎖線の角速度は左右軸まわりの角速度を示す。図８に示される二点鎖線の角速度は上下軸まわりの角速度を示す。図８に示される例では、足首の状態によって以下のとおり差異が見られる。サイドステップ運動の第２両脚立位において、下腿の角速度および足の角速度に差異が見られる。以上の点を踏まえ、リスク条件が設定されることが好ましい。
【００５８】
図９を参照して、サイドステップ運動に基づく第１状態情報の別の一例について説明する。図９に示されるグラフは足首の状態と第１状態情報との関係の一例を示す。
図９に示される実線のグラフはサイドステップ運動において移動する下肢Ｌに対応する検出部２１の検出結果の一例を示す。図９に示される一点鎖線のグラフはサイドステップ運動において移動しない下肢Ｌに対応する検出部２１の検出結果の一例を示す。図９に示される破線はセンサ値が０を示す。図９に示される例では、足首の状態によって以下のとおり差異が見られる。サイドステップ運動の第２両脚立位において、前後軸まわりの足の角度に差異が見られる。以上の点を踏まえ、リスク条件が設定されることが好ましい。
【００５９】
図１０を参照して、底背屈運動に基づく第１状態情報の一例について説明する。図１０に示されるグラフは足首の状態と第１状態情報との関係の一例を示す。
底背屈運動は例えば３つのフェーズに区分される。一例では、底背屈運動は中間位、底屈、および、背屈に区分される。中間位は下腿と足とがなす小さい方の角度が９０度の期間である。底屈は下腿と足とがなす小さい方の角度が９０度よりも大きい期間である。背屈は下腿と足とがなす小さい方の角度が９０度未満の期間である。
【００６０】
一方の下肢Ｌに対応する検出部２１の検出結果、および、他方の下肢Ｌに対応する検出部２１の検出結果は実質的に同じである。図１０に示されるグラフは一方の下肢Ｌに対応する検出部２１の検出結果の一例を示す。図１０に示される破線はセンサ値が０を示す。図１０に示される実線の角速度は前後軸まわりの角速度を示す。図１０に示される一点鎖線の角速度は左右軸まわりの角速度を示す。図１０に示される二点鎖線の角速度は上下軸まわりの角速度を示す。
【００６１】
図１０に示される例では、足首の状態によって以下のとおり差異が見られる。底背屈運動の底屈に移行するタイミングにおいて、足の角速度に差異が見られる。底背屈運動の背屈に移行するタイミングにおいて、足の角速度に差異が見られる。底背屈運動の底屈において、前後軸まわりの足の角度および左右軸まわりの足の角度に差異が見られる。以上の点を踏まえ、リスク条件が設定されることが好ましい。
【００６２】
運動補助システム１は例えば運動補助プログラムに従って第１制御および第２制御の少なくとも一方を実行する。第１制御はリスク情報を出力する制御を含む。第２制御は指示情報を出力する制御を含む。一例では、操作部４２の操作に基づいて第１制御および第２制御の少なくとも一方が実行される。運動補助システム１は運動補助プログラムに従って第１制御および第２制御を並行して実行してもよい。
【００６３】
図１１を参照して、運動補助システム１が実行する第１制御の一例について説明する。
制御部４１はステップＳ１１において、第１状態情報を読み込む。具体的には、情報読込部４１Ａは検出部２１により検出された下肢Ｌの状態に関する第１状態情報を読み込む。ステップＳ１１は第１ステップＳ１に相当する。制御部４１はステップＳ１２において、足首の状態を演算する。具体的には、状態演算部４１Ｂは第１状態情報に応じて足首の状態を演算する。換言すれば、第１状態情報に応じて足首の状態が測定される。ステップＳ１２は第２ステップＳ２に相当する。制御部４１はステップＳ１３において、第２状態情報を出力する。具体的には、情報出力部４１ＣはステップＳ１２において演算された足首の状態に関する第２状態情報をリスク判定部４１Ｄに出力する。ステップＳ１３は第３ステップＳ３に相当する。
【００６４】
制御部４１はステップＳ１４において、リスク条件が成立するか否かを判定する。具体的には、リスク判定部４１Ｄは第２状態情報と予め設定された閾値との関係に基づいて、リスク条件が成立するか否かを判定する。制御部４１はステップＳ１４において、リスク条件が成立しないと判定した場合、ステップＳ１１に処理を戻す。制御部４１はステップＳ１４において、リスク条件が成立すると判定した場合、ステップＳ１５の処理に移行する。制御部４１はステップＳ１５において、リスク情報を出力する。具体的には、情報出力部４１Ｃは捻挫のリスクに関するリスク情報を報知部４３に出力する。報知部４３はリスク情報を報知する。
【００６５】
以上の処理を経て、ステップＳ１１〜ステップＳ１５の処理を終了する。制御部４１は運動補助システム１が利用される期間において、ステップＳ１１〜ステップＳ１５の処理を含む第１制御を繰り返し実行してもよい。図１１に示されるステップＳ１１〜ステップＳ１５の処理において、ステップＳ１４の処理を省略してもよい。
【００６６】
図１２を参照して、運動補助システム１が実行する第２制御の一例について説明する。
第２制御に含まれるステップＳ２１〜ステップＳ２２の処理は、第１制御に含まれるステップＳ１１〜ステップＳ１２の処理と同じである。制御部４１はステップＳ２３において、第２状態情報を出力する。具体的には、情報出力部４１ＣはステップＳ２２において演算された足首の状態に関する第２状態情報を補助演算部４１Ｅに出力する。ステップＳ２３は第３ステップＳ３に相当する。
【００６７】
制御部４１はステップＳ２４において、補助条件が成立するか否かを判定する。具体的には、補助演算部４１Ｅはリスク情報に基づいて補助条件が成立するか否かを判定する。制御部４１はステップＳ２４において、補助条件が成立しないと判定した場合、ステップＳ２１に処理を戻す。制御部４１はステップＳ２４において、補助条件が成立すると判定した場合、ステップＳ２５の処理に移行する。
【００６８】
制御部４１はステップＳ２５において、指示情報を演算する。具体的には、補助演算部４１Ｅは第１状態情報および第２状態情報の少なくとも一方に応じて指示情報を演算する。ステップＳ２５は第４ステップＳ４に相当する。制御部４１はステップＳ２６において、指示情報を出力する。具体的には、情報出力部４１Ｃは指示情報を補助ブロック３０に出力する。ステップＳ２６は第３ステップＳ３に相当する。電圧制御部３３は指示情報に応じて電極３１Ａ、３１Ｂを制御する。一例では、電圧制御部３３は指示情報に応じて、腓骨筋が活性化するように電極３１Ａ、３１Ｂを制御する。
【００６９】
以上の処理を経て、ステップＳ２１〜ステップＳ２６の処理を終了する。制御部４１は運動補助システム１が利用される期間において、ステップＳ２１〜ステップＳ２６の処理を含む第２制御を繰り返し実行してもよい。図１２に示されるステップＳ２１〜ステップＳ２６の処理において、ステップＳ２２〜ステップＳ２４の少なくとも１つの処理を省略してもよい。
【００７０】
図１３を参照して、運動補助システム１の使用方法の一例について説明する。
運動者は例えば以下のステップに従って運動補助システム１を利用する。図１３に示される例では、運動補助プログラムに従って少なくとも第１制御が実行される。運動者はステップＳ３１において、運動補助システム１の電源を投入する。運動補助システム１の電源が投入されると、検出部２１に含まれるセンサの基準値および電極３１Ａ、３１Ｂの基準値がキャリブレーションされる。運動者はステップＳ３２において、装着体１０と端末装置４０とのペアリングを実行する。一例では、操作部４２の操作に応じて検出ブロック２０および補助ブロック３０と端末装置４０とがペアリングされる。運動者はステップＳ３３において、ウェア１１を下肢Ｌに装着する。運動者はステップＳ３４において、各種のトレーニングを実施する。運動者はトレーニングを実施する前に、運動補助システム１が実行する運動補助プログラムの内容を操作部４２の操作によって設定してもよい。運動補助プログラムの内容が設定されない場合、例えば前回利用時と同様の運動補助プログラムが実行される。
【００７１】
ステップＳ３５において、運動補助プログラムが実行される。一例では、制御部４１は運動補助プログラムに従って第１制御を実行する。第１制御では、捻挫のリスクに関するリスク情報が報知部４３により報知される。運動者を補助するトレーナはステップＳ３６において、リスク情報を確認する。トレーナは例えばリスク情報に基づいて、運動者に適したトレーニングまたは休憩等を指示する。運動者はステップＳ３１またはステップＳ３２の前に、ウェア１１を下肢Ｌに装着してもよい。ステップＳ３６では、運動者がリスク情報を確認してもよい。
【００７２】
運動補助システム１によれば、運動補助プログラムに従って各種の制御が実行されるため、運動者が捻挫のリスクに応じたトレーニングを実施できる。このため、下肢Ｌの怪我の発生（例えば足首の捻挫）を抑制できる。また、運動補助プログラムに従って第２制御が実行される場合、腓骨筋が活性化するように電気刺激が付与されるため、腓骨筋の筋収縮の遅延が生じにくい。このため、捻挫のリスクが低減される。
【００７３】
（変形例）
上記実施の形態に関する説明は本発明に関する運動補助プログラムおよびこれを備える運動補助システムが取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に関する運動補助プログラムおよびこれを備える運動補助システムは例えば以下に示される上記実施の形態の変形例、および、相互に矛盾しない少なくとも２つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。
【００７４】
・制御部４１の配置は任意に変更可能である。一例では、制御部４１はサーバに含まれる。この場合、装着体１０および端末装置４０はインターネットを介して通信する。
・補助部３１の構成は任意に変更可能である。一例では、補助部３１は下肢Ｌの動作を機械的に矯正する矯正装置を含む。一例では、下肢Ｌの運動に伴う下肢Ｌの動作が矯正装置によって矯正されるため、足首の状態が安定しやすい。
【００７５】
・送信部２３の構成は任意に変更可能である。第１例では、送信部２３は第１送信部２３Ａおよび第２送信部２３Ｂに加えて第３送信部をさらに含む。第３送信部は足裏圧力センサ２２と電気的に接続される。第３送信部により送信される第１状態情報には、足裏の圧力に関する情報が含まれる。第３送信部は足裏圧力センサ２２により検出された第１状態情報を端末装置４０に送信する。第２例では、送信部２３の数は１つである。この場合、送信部２３は下腿角速度センサ２１Ａ、下腿加速度センサ２１Ｂ、足角速度センサ２１Ｃ、足加速度センサ２１Ｄ、および、足裏圧力センサ２２と電気的に接続される。
【００７６】
・装着体１０の構成は任意に変更可能である。第１例では、装着体１０はウェア１１を含まない。この場合、検出ブロック２０および補助ブロック３０は直接的に下肢Ｌに取り付けられる。一例では、検出ブロック２０および補助ブロック３０を覆うようにテープ等が下肢Ｌに巻き付けられることによって、検出ブロック２０および補助ブロック３０が下肢Ｌに固定される。第２例では、装着体１０は補助ブロック３０を含まない。この場合、運動補助システム１は運動補助プログラムに従って第１制御だけ実行可能である。
【００７７】
・運動補助システム１の構成は任意に変更可能である。一例では、運動補助システム１は人工知能（Artificial Intelligence：ＡＩ）を搭載する。換言すれば、運動補助プログラムは人工知能を含む。人工知能は例えば多層構造のニューラルネットワークを用いたディープランニング等を含む。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明に関する運動補助プログラムおよびこれを備える運動補助システムは、家庭用および業務用をはじめとする各種の運動補助システムに利用できる。
【符号の説明】
【００７９】
１      ：運動補助システム
１１    ：ウェア
２１    ：検出部
２１Ａ  ：下腿角速度センサ
２１Ｂ  ：下腿加速度センサ
２１Ｃ  ：足角速度センサ
２１Ｄ  ：足加速度センサ
２２    ：足裏圧力センサ
２３    ：送信部
３１    ：補助部
４１    ：制御部
Ａ      ：足首内外反角度
Ａ１    ：内反角度
Ａ２    ：外反角度
Ｂ      ：足首底背屈角度
Ｂ１    ：底屈角度
Ｂ２    ：背屈角度
Ｌ      ：下肢
Ｓ１    ：第１ステップ
Ｓ２    ：第２ステップ
Ｓ３    ：第３ステップ
Ｓ４    ：第４ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2020103651.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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