(57)【要約】【課題】膝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状態情報に応じて膝の状態を演算する第２ステップＳ２と、演算された膝の状態に関する第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６
2020103652.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状態情報に応じて膝の状態を演算する第２ステップと、
演算された膝の状態に関する第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、３軸の前記加速度に関する情報を含む前記第１状態情報を読み込み、
前記第２ステップでは、上下軸の前記加速度と、左右軸および前後軸により規定される水平面の前記加速度との関係を基に膝の状態を演算する
請求項２に記載の運動補助プログラム。
【請求項４】
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１〜３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４ステップでは、膝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４に記載の運動補助プログラム。
【請求項６】
前記第４ステップでは、足が接地する直前に下肢の筋肉が活性化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４または５に記載の運動補助プログラム。
【請求項７】
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１〜６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８】
前記検出部は大腿の加速度を検出する大腿加速度センサを含む
請求項７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】
運動中の膝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、運動中の膝の状態を測定できない。
本発明の目的は膝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状態情報に応じて膝の状態を演算する第２ステップと、演算された膝の状態に関する第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、膝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のウェアの内面を示す正面図。
【図３】図１の運動補助システムのブロック図。
【図４】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５】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６】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７】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８】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状態情報に応じて膝の状態を演算する第２ステップと、演算された膝の状態に関する第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、膝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。
膝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、膝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、３軸の前記加速度に関する情報を含む前記第１状態情報を読み込み、前記第２ステップでは、上下軸の前記加速度と、左右軸および前後軸により規定される水平面の前記加速度との関係を基に膝の状態を演算する。
運動補助プログラムを利用して運動する運動者がジャンプする場合、その運動が上下軸の加速度に反映される。また、運動者が着地した場合の膝の安定性は上下軸の加速度および水平面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、膝の安定性を判定できる。
【００１２】
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、膝の状態に応じて下肢の運動を補助できる。
【００１３】
前記運動補助プログラムの一例によれば、前記第４ステップでは、膝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、膝の安定性を高めることができる。
【００１４】
前記運動補助プログラムの一例によれば、前記第４ステップでは、足が接地する直前に下肢の筋肉が活性化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。
足の状態が非接地から接地に変化する状態では、膝の安定性が低下するおそれが相対的に高い。上記運動補助プログラムによれば、例えばジャンプした運動者が着地するような場合に膝の安定性を高めることができる。
【００１５】
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、膝の状態を測定できる。
【００１６】
前記運動補助システムの一例によれば、前記検出部は大腿の加速度を検出する大腿加速度センサを含む。
上記運動補助システムによれば、膝の状態を好適に測定できる。
【００１７】
（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およびサイドステップ運動等を含む。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。
【００１８】
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１０を含む。左半身用の装着体１０の構成は右半身用の装着体１０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１０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１０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１０に関する説明を省略する。
【００１９】
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（図２参照）、および、補助ブロック３０（図２参照）である。ウェア１１は下肢Ｌに装着される。一例では、ウェア１１は下肢Ｌに巻き付けられるように下肢Ｌに装着される。検出ブロック２０は例えばウェア１１に設けられる。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は下肢Ｌと接触するようにウェア１１に設けられる。
【００２０】
図２に示されるように、ウェア１１は下肢被覆部１２、一対の巻付部１３、および、調節部１４を含む。下肢被覆部１２は下肢Ｌに巻き付け可能な帯である。下肢被覆部１２は下肢Ｌを締め付けることに寄与する部分を含む。一対の巻付部１３は下肢被覆部１２を覆うように下肢被覆部１２に巻き付け可能な帯である。一対の巻付部１３は下肢被覆部１２を下肢Ｌに巻き付けるために把持可能な部分を含む。一対の巻付部１３は下肢被覆部１２に設けられ、下肢被覆部１２の長手方向に延びる。一対の巻付部１３は例えば下肢被覆部１２と一体に設けられる。
【００２１】
調節部１４は下肢被覆部１２の装着サイズを調節可能な構造を有する。装着サイズは下肢被覆部１２が下肢Ｌに装着された状態における下肢被覆部１２の内周を規定する。一例では、下肢被覆部１２の装着サイズが調節部１４により調節されることによって、下肢被覆部１２が下肢Ｌを締め付ける強さが変更される。調節部１４は例えば面ファスナ１５により構成される。面ファスナ１５はフック（図示略）およびループ１５Ａを含む。フックは例えば下肢被覆部１２の外面１２Ｂ（図１参照）に設けられる。ループ１５Ａは例えば巻付部１３の内面１３Ａに設けられる。一例では、下肢被覆部１２が下肢Ｌにフィットするように一対の巻付部１３が下肢被覆部１２に巻き付けられ、ループ１５Ａがフックに貼り合わせられることによって、ウェア１１が下肢Ｌに適切に装着される。図１に示される例では、ウェア１１は大腿Ｔに装着される。
【００２２】
検出ブロック２０は例えば下肢被覆部１２の内面１２Ａに設けられる。検出ブロック２０は下肢被覆部１２の外面１２Ｂに設けられてもよく、下肢被覆部１２を構成する生地の内部に設けられてもよい。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は例えば下肢被覆部１２の内面１２Ａに設けられる。一例では、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下肢被覆部１２の内面１２Ａに設けられる。図２に示される例では、補助ブロック３０は下肢被覆部１２の中央に配置されるように下肢被覆部１２の内面１２Ａに設けられる。補助ブロック３０に含まれる補助部３１以外の要素は下肢被覆部１２の外面１２Ｂに設けられてもよく、下肢被覆部１２を構成する生地の内部に設けられてもよい。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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２２である。検出部２１は下肢Ｌの状態を検出する。一例では、検出部２１は大腿Ｔの加速度を検出する大腿加速度センサ２１Ａを含む。大腿加速度センサ２１Ａ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、大腿加速度センサ２１Ａは上下軸の加速度と、左右軸および前後軸により規定される水平面の加速度とを検出する３軸加速度センサである。大腿加速度センサ２１Ａはウェア１１に設けられる。一例では、大腿加速度センサ２１Ａはウェア１１が大腿Ｔに装着された状態において、膝の近傍に配置されるようにウェア１１に設けられる。送信部２２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の加速度に関する情報を含む。具体的には、第１状態情報は３軸の加速度に関する情報を含む。一例では、送信部２２は大腿加速度センサ２１Ａ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。
【００２５】
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。電極３１Ａ、３１Ｂは例えば大腿Ｔの筋肉に電気刺激を付与する。一例では、電極３１Ａ、３１Ｂは大腿Ｔのハムストリングまたは中臀筋に電気刺激を付与する。ハムストリングは半腱様筋を含む。本実施形態では、電極３１Ａ、３１Ｂは大腿Ｔの半腱様筋に電気刺激を付与する。電極３１Ａ、３１Ｂはウェア１１が大腿Ｔに装着された状態において、大腿Ｔのうちの半腱様筋に対応する部分と接触するようにウェア１１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、大腿Ｔの半腱様筋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。
【００２６】
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１６をさらに含む。電源１６は例えばウェア１１に設けられる。電源１６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１６は検出ブロック２０を構成する電気的な要素、および、補助ブロック３０を構成する電気的な要素に電力を供給する。電源１６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。
【００２７】
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。
【００２８】
状態演算部４１Ｂは第１状態情報に応じて膝の状態を演算する。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膝の状態を演算する。状態演算部４１Ｂは上下軸の加速度と、左右軸および前後軸により規定される水平面の加速度との関係を基に膝の状態を演算する。状態演算部４１Ｂは膝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は演算された膝の状態に関する第２状態情報を出力する。情報出力部４１Ｃは例えば第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。
【００２９】
リスク判定部４１Ｄは第２状態情報に基づいて膝前十字靱帯（Anterior Cruciate Ligament：ＡＣＬ）の損傷に関するリスク（以下「膝前十字靭帯のリスク」）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、膝前十字靭帯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膝前十字靭帯が損傷する可能性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。
【００３０】
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、閾値は半腱様筋の状態、膝の安定性、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、および、サイドステップ運動の回数の少なくとも１つに基づいて規定される。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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大腿加速度センサ２１Ａにより検出された大腿Ｔ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状態情報に応じて膝の状態を演算する第２ステップＳ２と、演算された膝の状態に関する第２状態情報を出力する第３ステップＳ３と、を制御部４１に実行させる。運動補助プログラムによれば、膝の状態を測定できる。
【００３４】
第１ステップＳ１では、大腿Ｔ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、３軸の加速度に関する情報を含む第１状態情報を読み込む。大腿Ｔの加速度に膝の状態が反映されるため、膝の状態を好適に測定できる。第２ステップＳ２では、上下軸の加速度と、左右軸および前後軸により規定される水平面の加速度との関係を基に膝の状態を演算する。下肢Ｌの運動における膝の安定性は上下軸の加速度および水平面の加速度に反映される。運動補助プログラムによれば、膝の安定性を判定できる。
【００３５】
運動補助プログラムは大腿Ｔ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ステップでは、膝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ステップでは、足が接地する直前に半腱様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、半腱様筋が活性化するように電気刺激が付与されるため、膝の安定性を高めることができる。
【００３６】
図４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４に示されるグラフは膝の状態（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。
【００３７】
一方の下肢Ｌに対応する大腿加速度センサ２１Ａの検出結果、および、他方の下肢Ｌに対応する大腿加速度センサ２１Ａの検出結果は実質的に同じである。図４に示されるグラフは一方の下肢Ｌに対応する大腿加速度センサ２１Ａの検出結果の一例を示す。図４に示される破線は大腿加速度センサ２１Ａの値が０を示す。図４に示される前後軸の加速度において前方に向かう加速度を正で示し、後方に向かう加速度を負で示す。図４に示される左右軸の加速度において外方に向かう加速度を正で示し、内方に向かう加速度を負で示す。図４に示される上下軸の加速度において下方に向かう加速度を正で示し、上方に向かう加速度を負で示す。
【００３８】
ジャンプ運動の着地において、前後軸の加速度が第１加速度未満となる場合、膝の状態が不安定であることが示唆される。具体的には、前後軸の加速度が第１加速度未満となる場合、着地において膝の屈曲が小さく、膝に作用する負荷が高いことが推定される。このため、ジャンプ運動の着地において、前後軸の加速度が第１加速度未満となる場合、膝前十字靱帯のリスクが高いと推定される。
【００３９】
ジャンプ運動の離地において、左右軸の加速度が第２加速度未満となる場合、膝の状態が不安定であることが示唆される。具体的には、左右軸の加速度が第２加速度未満となる場合、離地における膝の屈曲に伴って膝が内側に移動するため、膝に作用する負荷が高いことが推定される。このため、ジャンプ運動の離地において、左右軸の加速度が第２加速度未満となる場合、膝前十字靱帯のリスクが高いと推定される。
【００４０】
ジャンプ運動の着地において、左右軸の加速度が第３加速度未満となる場合、膝の状態が不安定であることが示唆される。具体的には、左右軸の加速度が第３加速度未満となる場合、着地における膝の屈曲に伴って膝が内側に移動するため、膝に作用する負荷が高いことが推定される。このため、ジャンプ運動の着地において、左右軸の加速度が第３加速度未満となる場合、膝前十字靱帯のリスクが高いと推定される。
【００４１】
ジャンプ運動の着地において、上下軸の加速度が急激に変化する場合、膝の状態が不安定であることが示唆される。具体的には、上下軸の加速度が急激に変化する場合、着地において膝の屈曲が小さく、膝に作用する負荷が高いことが推定される。このため、ジャンプ運動の着地において、上下軸の加速度が急激に変化する場合、膝前十字靱帯のリスクが高いと推定される。
【００４２】
図５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５に示されるグラフは膝の状態と第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。
【００４３】
図５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（以下「移動下肢」）に対応する大腿加速度センサ２１Ａの検出結果を実線で示し、サイドステップ運動において移動しない下肢Ｌに対応する大腿加速度センサ２１Ａの検出結果を一点鎖線で示す。図５に示される破線は大腿加速度センサ２１Ａの値が０を示す。図５に示される前後軸の加速度において前方に向かう加速度を正で示し、後方に向かう加速度を負で示す。図５に示される左右軸の加速度において外方に向かう加速度を正で示し、内方に向かう加速度を負で示す。図５に示される上下軸の加速度において下方に向かう加速度を正で示し、上方に向かう加速度を負で示す。
【００４４】
サイドステップ運動の第２両脚立位において、移動下肢に対応する左右軸の加速度が第４加速度未満となる場合、膝の状態が不安定であることが示唆される。具体的には、移動下肢に対応する左右軸の加速度が第４加速度未満となる場合、移動下肢が空中から接地する場合における膝の屈曲に伴って膝が内側に移動するため、膝に作用する負荷が高いことが推定される。このため、サイドステップ運動の第２両脚立位において、移動下肢に対応する左右軸の加速度が第４加速度未満となる場合、膝前十字靱帯のリスクが高いと推定される。
【００４５】
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。
【００４６】
図６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は大腿加速度センサ２１Ａにより検出された大腿Ｔ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、膝の状態を演算する。具体的には、状態演算部４１Ｂは第１状態情報に応じて膝の状態を演算する。換言すれば、第１状態情報に応じて膝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膝の状態に関する第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。
【００４７】
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は膝前十字靭帯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。
【００４８】
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６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。
【００４９】
図７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膝の状態に関する第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。
【００５０】
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。
【００５１】
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、足が接地する直前に半腱様筋が活性化するように電極３１Ａ、３１Ｂを制御する。
【００５２】
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７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。
【００５３】
図８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８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、大腿加速度センサ２１Ａ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を大腿Ｔ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。
【００５４】
ステップＳ３５では、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、膝前十字靭帯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を大腿Ｔ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。
【００５５】
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、運動者が膝前十字靭帯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（例えば膝前十字靭帯の損傷）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、半腱様筋が活性化するように電気刺激が付与されるため、膝の痛みに影響を与える膝の外反モーメントが小さくなる。このため、膝の痛みを軽減できる。
【００５６】
（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。
【００５７】
・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、膝の状態が安定しやすい。
【００５８】
・検出部２１の種類は任意に変更可能である。第１例では、検出部２１は大腿加速度センサ２１Ａに代えてまたは加えて、大腿Ｔの角速度を検出する大腿角速度センサを含む。第２例では、検出部２１は大腿加速度センサ２１Ａに代えてまたは加えて、大腿Ｔの筋電図を測定する筋電計を含む。第３例では、検出部２１は大腿加速度センサ２１Ａに代えてまたは加えて、下腿の加速度を検出する下腿加速度センサを含む。第４例では、検出部２１は大腿加速度センサ２１Ａに代えてまたは加えて、下腿の角速度を検出する下腿角速度センサを含む。
【００５９】
・ウェア１１の装着対象は任意に変更可能である。第１例では、ウェア１１は下腿に装着される。第２例では、ウェア１１は上腕に装着される。ウェア１１は装着対象に応じた形状を有する。
【００６０】
・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は直接的に大腿Ｔ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大腿Ｔ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が大腿Ｔ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。
【００６１】
・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】
【００６２】
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】
【００６３】
１      ：運動補助システム
１１    ：ウェア
２１    ：検出部
２１Ａ  ：大腿加速度センサ
２２    ：送信部
３１    ：補助部
４１    ：制御部
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
Ｔ      ：大腿
【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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