(57)【要約】【課題】コンピュータシミュレーションと筋電の計測とを併用することにより、他動訓練装置の最適な移動条件を短時間で決定する。【解決手段】シミュレータ２は、他動訓練装置１の支持台を移動させる移動条件に対する筋活動および関節間力をコンピュータシミュレーションにより求める。条件絞込部６は、種々の移動条件についてシミュレータ２で求めた筋活動および関節間力の中から望ましい候補条件を複数選択する。動作模擬装置３は、他動訓練装置１の支持台のすべての動きを実現する支持台を備え、条件絞込部６で求めた候補条件に従って支持台を移動させる。筋電計測装置４は、動作模擬装置３の支持台に搭乗した被験者の筋電を計測する。評価装置５は、被験者に関する筋電の計測結果から筋活動量が大きい移動条件を、他動訓練装置１に搭載する移動条件として選択する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者が搭乗する支持台を備え駆動装置により支持台を移動させることにより利用者を他動的に運動させる他動訓練装置に関して支持台の移動条件を決定する方法であって、支持台の移動条件と利用者の筋活動および関節間力との関係を支持台の複数の移動条件についてコンピュータシミュレーションにより求める第１過程と、第１過程で求めた移動条件のうち利用者の着目部位における複数種類の筋に関する筋活動および複数種類の関節に関する関節間力が目的範囲内である複数の移動条件を候補条件に用いて支持台を多自由度で移動させる動作模擬装置を制御するとともに支持台に搭乗した被験者の筋電を計測する第２過程と、筋電の計測結果から支持台の移動条件を決定する第３過程とを有することを特徴とする他動訓練装置の移動条件評価方法。
【請求項２】
前記第１過程では、人体のモデルとなる倒立振子を支持台の移動条件に従って強制振動させたときの時間経過に伴う倒立振子の位置変化から時間経過に伴う人体の関節の位置変化を推定し、推定した関節の位置変化を筋骨格モデルに適用することにより筋および関節に作用する負荷を求めることを特徴とする請求項１記載の他動訓練装置の移動条件評価方法。
【請求項３】
前記第３過程では、前記第２過程で各筋について求めた筋放電量の平均値またはピーク値が最大となる移動条件を前記他動訓練装置の移動条件とすることを特徴とする請求項１又は２記載の他動訓練装置の移動条件評価方法。
【請求項４】
前記第２過程では、関節間力の目的範囲をあらかじめ設定した規定値以下とし、候補条件として、着目する関節における関節間力が規定値以下であり、かつ筋活動が上位の規定個数である移動条件を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の他動訓練装置の移動条件評価方法。
【請求項５】
利用者が搭乗する支持台を備え駆動装置により支持台を移動させることにより利用者を他動的に運動させる他動訓練装置に関して支持台の移動条件を決定するシステムであって、支持台の移動条件と利用者の筋活動および関節間力との関係を支持台の複数の移動条件についてコンピュータシミュレーションにより求めるシミュレータと、シミュレータで求めた移動条件のうち利用者の着目部位における複数種類の筋に関する筋活動および複数種類の関節に関する関節間力が目的範囲内である複数の移動条件を候補条件に用いて制御され支持台を多自由度で移動させる動作模擬装置と、動作模擬装置の支持台に搭乗した被験者の筋電を計測する筋電測定装置と、筋電の計測結果から支持台の移動条件を決定する評価装置とを備えることを特徴とする他動訓練装置の移動条件評価システム。
【請求項６】
前記シミュレータは、人体のモデルとなる倒立振子を支持台の移動条件に従って強制振動させたときの時間経過に伴う倒立振子の位置変化から時間経過に伴う人体の関節の位置変化を推定するバランスシミュレータと、バランスシミュレータにより推定した関節の位置変化を筋骨格モデルに適用することにより筋および関節に作用する負荷を求める筋・骨格シミュレータとを備えることを特徴とする請求項５記載の他動訓練装置の移動条件評価システム。
【請求項７】
前記評価装置は、前記動作模擬装置で各筋について求めた筋放電量の平均値またはピーク値が最大となる移動条件を前記他動訓練装置の移動条件とすることを特徴とする請求項５又は６記載の他動訓練装置の移動条件評価システム。
【請求項８】
前記動作模擬装置は、関節間力の目的範囲をあらかじめ設定した規定値以下とし、候補条件として、着目する関節における関節間力が規定値以下であり、かつ筋活動が上位の規定個数である移動条件を用いることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の他動訓練装置の移動条件評価システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利用者が搭乗する支持台を駆動装置で移動させ利用者の姿勢を変化させることにより利用者を他動的に運動させる他動訓練値において、実装すべき支持台の移動条件を決定するために用いる他動訓練装置の移動条件評価方法および他動訓練装置の移動条件評価システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、利用者の身体の一部を支える支持台を他動的に移動させて利用者の姿勢を変化させるようにした他動訓練装置が種々提案されている。
【０００３】
この種の他動訓練装置には、たとえば、利用者が跨る形で着座する支持台を揺動させることにより乗馬運動を模擬するものがある（たとえば、特許文献１参照）。また、利用者が足で自重の一部を支える姿勢（座位）において臀部ないし腰部を支持する支持台を揺動させることにより利用者の脚部に作用する自重の割合を変化させるもの（たとえば、特許文献２参照）や、利用者が足を支持台に載せた姿勢（立位）において足の位置や向きを変化させるように支持台を移動させることにより歩行運動や脚部の関節可動域を広げる運動を行わせるものもある。
【０００４】
他動訓練装置では、支持台の移動条件を変化させと各筋に作用する負荷の大きさや各関節に作用する負荷の大きさが変化する。すなわち、支持台の移動条件を変化させることにより、負荷が主として作用する筋の種類や当該筋の筋活動の程度が変化し、また各関節における関節間力がが変化する。一般的には、関節間力を小さくしつつ、筋活動を高めるように支持台の移動条件を決定することが望ましい。
【０００５】
ところで、支持台の移動条件と筋活動と関節間力との関係を求める場合に、現状では、複数の被験者に他動訓練装置を実際に利用させ、支持台の移動条件を変化させることによって、筋活動や関節間力がどのように変化するかを計測している。筋活動は、被験者の筋電を計測することにより求めることができるが、関節間力は直接計測することができないから、測定可能な部位に作用する力を計測するとともに、人体を模擬するモデルを用いてコンピュータシミュレーションを行うことによって、関節間力を推定する技術を採用している（たとえば、特許文献３参照）。特許文献３では、関節間力として、関節に作用する剪断力を求めている。
【特許文献１】特開２００４−３４４６８４号公報
【特許文献２】特開２００６−１２２５９５号公報
【特許文献３】特開２００６−３４６４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述のように他動訓練装置を実際に動作させて筋活動や関節間力を求めると、１日に実測可能な移動条件の種類は２０条件程度が上限になる。したがって、着目する筋の筋活動を高め、かつ関節間力を小さくするような最適な移動条件を求めようとすれば、膨大な時間を要する上に、被験者の負担が大きくなるという問題を有している。
【０００７】
また、支持台の移動条件によっては関節間力が大きくなるから、被験者の安全を考慮して実測を行うには、関節間力が大きくなると予想される移動条件を排除して計測を行うことが必要である。その結果、移動条件の選択範囲を必要以上に狭めてしまうことがあり、最適とは言えない移動条件が選択されることもある。
【０００８】
さらに、他動訓練装置を用いることによる人の実際の筋のすべての動きをコンピュータシミュレーションによって求めることはできず、その一方で、伸展性反射では筋放電量が小さいことがあるから、筋電図から観測できる筋放電量だけで筋使用量を判断すると判断を誤る場合がある。
【０００９】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、コンピュータシミュレーションを用いることにより比較的短い時間で多くの移動条件について筋活動および関節間力を評価し、しかもコンピュータシミュレーションのみによって実機の移動条件を決定するのではなく、被験者の筋電も併せて評価することでコンピュータシミュレーションと筋放電量の計測との組み合わせで最適な移動条件を決定することを可能にし、実機に搭載する移動条件を最適化することができる他動訓練装置の移動条件評価方法およびその移動条件評価システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、利用者が搭乗する支持台を備え駆動装置により支持台を移動させることにより利用者を他動的に運動させる他動訓練装置に関して支持台の移動条件を決定する方法であって、支持台の移動条件と利用者の筋活動および関節間力との関係を支持台の複数の移動条件についてコンピュータシミュレーションにより求める第１過程と、第１過程で求めた移動条件のうち利用者の着目部位における複数種類の筋に関する筋活動および複数種類の関節に関する関節間力が目的範囲内である複数の移動条件を候補条件に用いて支持台を多自由度で移動させる動作模擬装置を制御するとともに支持台に搭乗した被験者の筋電を計測する第２過程と、筋電の計測結果から支持台の移動条件を決定する第３過程とを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第１過程では、人体のモデルとなる倒立振子を支持台の移動条件に従って強制振動させたときの時間経過に伴う倒立振子の位置変化から時間経過に伴う人体の関節の位置変化を推定し、推定した関節の位置変化を筋骨格モデルに適用することにより筋および関節に作用する負荷を求めることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記第３過程では、前記第２過程で各筋について求めた筋放電量の平均値またはピーク値が最大となる移動条件を前記他動訓練装置の移動条件とすることを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において、前記第２過程では、関節間力の目的範囲をあらかじめ設定した規定値以下とし、候補条件として、着目する関節における関節間力が規定値以下であり、かつ筋活動が上位の規定個数である移動条件を用いることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、利用者が搭乗する支持台を備え駆動装置により支持台を移動させることにより利用者を他動的に運動させる他動訓練装置に関して支持台の移動条件を決定するシステムであって、支持台の移動条件と利用者の筋活動および関節間力との関係を支持台の複数の移動条件についてコンピュータシミュレーションにより求めるシミュレータと、シミュレータで求めた移動条件のうち利用者の着目部位における複数種類の筋に関する筋活動および複数種類の関節に関する関節間力が目的範囲内である複数の移動条件を候補条件に用いて制御され支持台を多自由度で移動させる動作模擬装置と、動作模擬装置の支持台に搭乗した被験者の筋電を計測する筋電測定装置と、筋電の計測結果から支持台の移動条件を決定する評価装置とを備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明では、請求項５の発明において、前記シミュレータは、人体のモデルとなる倒立振子を支持台の移動条件に従って強制振動させたときの時間経過に伴う倒立振子の位置変化から時間経過に伴う人体の関節の位置変化を推定するバランスシミュレータと、バランスシミュレータにより推定した関節の位置変化を筋骨格モデルに適用することにより筋および関節に作用する負荷を求める筋・骨格シミュレータとを備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明では、請求項５又は６の発明において、前記評価装置は、前記動作模擬装置で各筋について求めた筋放電量の平均値またはピーク値が最大となる移動条件を前記他動訓練装置の移動条件とすることを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明では、請求項５〜７のいずれかの発明において、前記動作模擬装置は、関節間力の目的範囲をあらかじめ設定した規定値以下とし、候補条件として、着目する関節における関節間力が規定値以下であり、かつ筋活動が上位の規定個数である移動条件を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１、５の発明によれば、他動訓練装置の実機を用いずにコンピュータシミュレーションにより種々の移動条件について筋活動および関節間力を推定するから、比較的短い時間で多くの移動条件について筋活動および関節間力を評価することが可能になる。ただし、コンピュータシミュレーションで求めた筋活動および関節間力には誤差があり、とくに多数の移動条件について短時間で評価しようとすればシミュレーションに用いるモデルとしてパラメータの少ない簡単なモデルを用いることになるから、筋活動および関節間力についてコンピュータシミュレーションのみで移動条件を決定すると、最適な移動条件を選択することができない場合がある。
【００１９】
そこで、請求項１、５の発明では、コンピュータシミュレーションの結果の中から利用者の着目部位における複数種類の筋に関する筋活動および複数種類の関節に関する関節間力が目的範囲内である複数の移動条件を候補条件として選択し、候補条件から最適な移動条件を絞り込んでいる。すなわち、支持台を多自由度で移動させる動作模擬装置を各候補条件で制御することによってコンピュータシミュレーションで得られた候補条件に合致する支持台の動きを実現するとともに、支持台に搭乗させた被験者の筋電を計測しており、候補条件ごとの筋電の計測結果から支持台の移動条件を決定している。
【００２０】
このようにコンピュータシミュレーションにより絞り込んだ候補条件を用いて被験者の筋電を実測しているから、多種類の移動条件について短時間で大まかに評価することができる。また、評価した移動条件から候補条件を絞り込む際に、筋力の強化効果を重視したり被験者にとっての安全性を重視したりする絞り込みが可能になる。さらに、絞り込んだ候補条件に対して筋電の実測に基づく評価を行うことで、筋電の実測に要する時間が低減され、比較的短い時間でほぼ最適な移動条件を決定することが可能になる。
【００２１】
請求項２、６の発明によれば、他動訓練装置の動作を機械振動モデルである倒立振子のモデルに関連付けることにより、時間経過に伴う関節の位置変化を推定し、関節の位置変化を筋骨格モデルに当てはめることにより、筋骨格モデルを用いて筋活動や関節間力を推算しているから、比較的少ない演算量で筋活動や関節間力を求めることができる。つまり、多数の移動条件について、比較的短時間でコンピュータシミュレーションを行うことができる。
【００２２】
請求項３、７の発明によれば、複数種類の筋について求めた筋放電量の平均値またはピーク値が最大となる移動条件を他動訓練装置の移動条件として決定するから、被験者の筋電に基づいて候補条件から最適な移動条件を決定する作業を自動化することができる。
【００２３】
請求項４、８の発明によれば、着目する関節における関節間力が規定値以下であり、かつ筋活動が上位の規定個数である移動条件を候補条件としているから、候補条件の選択を自動化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本実施形態では、他動訓練装置として、利用者が搭乗する支持台を備え駆動装置により支持台を移動させる。他動訓練装置１としては、たとえば、図２に示すように、利用者が立った姿勢で利用するものがあり、この他動訓練装置１は、利用者が左右の足をそれぞれ載せる一対の足置き台４１を支持台として備え、足置き台４１の位置をベースフレーム４０に内蔵した駆動装置（図示せず）により変位させる構成を有している。足置き台４１は、前後方向、左右方向、上下方向、前後方向の軸周り、左右方向の軸周り、上下方向の軸周りの少なくとも１自由度の変位が可能となる駆動装置を用いて駆動される。
【００２５】
たとえば、伸縮する６本のロッドを備え２本ずつのロッドを並行させて配置したパラレルリンク機構を用いて各足置き台４１をそれぞれ移動させれば、各足置き台４１はそれぞれ６自由度の変位が可能になる。あるいはまた、モータを駆動源とし、クランクやギアなどを組み合わせて直進移動と回転移動との変換を行う機構を用いれば、適宜の自由度で足置き台４１を移動させることができ、とくに駆動源が１個である場合には、左右の足置き台４１を特定の関係で連動させるのが容易になる。
【００２６】
他動訓練装置１には、図３に示すように、利用者Ｈの臀部を支持する支持台（座部４２）を備え、利用者Ｈが座部４２に跨る形で搭乗する構成を有し、座部４２を移動させることにより利用者Ｈに乗馬運動を模擬した運動を行わせるものや、図４に示すように、利用者Ｈの臀部ないし腰部を支持する支持台（座部４３）と利用者Ｈの左右の各足をそれぞれ載せる支持台（足置き台４４）とを備え、利用者Ｈの荷重を３箇所で支持するとともに座部４３を傾動するように移動させ、座部４３で支持する荷重の割合を変化させることにより、利用者Ｈの脚部に作用する負荷を変化させるものもある。図４に示す構成では、足置き台４４に作用する荷重に応じて足置き台４４が上下方向に移動可能であって、膝関節の角度がほぼ一定に保たれるようにしてある。
【００２７】
以下では、図２に示す他動訓練装置２に適用する場合を例として説明するが、本発明の技術思想は、図３や図４に示す形態の他動訓練装置２に適用することも可能である。
【００２８】
本実施形態は、図１に示すように、他動訓練装置１における支持台の移動条件を変更したときの利用者の身体の応答をコンピュータシミュレーションにより求めるシミュレータ２と、他動訓練装置２の支持台の動きを様々な移動条件で模擬する動作模擬装置３と、動作模擬手段３の支持台に搭乗した被験者Ｈｅについて着目する各筋の筋電を計測する筋電測定装置４とを備える。
【００２９】
ここに、支持台の移動条件とは、支持台が移動する軌道、振幅（移動範囲）、周波数（移動速度）などのパラメータで設定される条件を意味する。シミュレータ２の内部では、移動条件は支持台の代表点位置の時間変化として表現されるが、シミュレータ２のオペレータは、パラメータ（具体例は後述する）を設定すれば、シミュレータ２の内部において支持台の代表点位置の時間変化が自動的に生成される。
【００３０】
シミュレータ２で設定する移動条件には、現実の他動訓練装置１に設定できない範囲の移動条件や利用者に許容できないような移動条件であっても設定可能である。実現できない移動条件も含めて種々の移動条件をシミュレータ２で試行すれば、移動条件と利用者の身体の応答との関係についておよその傾向を知ることが可能になる。したがって、シミュレータ２において種々の移動条件を試行すれば、実際に人の搭乗する支持台に適用した場合に、高い運動効果が得られかつ安全な使用が可能な移動条件を絞り込むことが可能になる。
【００３１】
図１に示す構成では、シミュレータ２で試行した各種の移動条件から運動模擬装置３で試行する候補条件を絞り込むための条件絞込部６を設けている。シミュレータ２と条件絞込部６とはコンピュータにおいてプログラムを実行することにより実現されるものであり、ＣＲＴや液晶ディスプレイのようなモニタ装置と、キーボードやマウスのような入力装置とを備える。
【００３２】
条件絞込部６では、シミュレータ２で試行した各種の移動条件について得られた結果をモニタ装置お画面上に表示し、オペレータが入力装置を用いることにより候補条件を指定することが可能である。また、後述するように、候補条件として採用するためのルール（つまり、高い運動効果が得られかつ安全な使用が可能な移動条件を選択するルール）を規定しておき、ルールに適合する移動条件のうちルールに対する適合度の高いほうから規定の複数個（たとえば、１０個程度）を候補条件として採用するようにしてもよい。このような方法を採用すれば、候補条件の絞り込みを自動化することが可能である。
【００３３】
条件絞込部６で候補条件として採用した移動条件は動作模擬装置３に適用される。動作模擬装置３は、図２に示した他動訓練装置２の支持台（足置き台４１）の移動を模擬するするものであるから、たとえば、図５に示すように、被験者Ｈｅの左右の足を支持する支持台５１を、それぞれ多自由度（図示例は６自由度）で移動させることが可能な一対のパラレルリンク機構５０を用いる。
【００３４】
パラレルリンク機構５０は、支持台５１を架台５２に対して６本のリンク５３で支持するとともに、各リンク５３にそれぞれ付設され正逆に回転するモータ５４を用いて各リンク５３を個別に伸縮させることによって、支持台５１を移動させる構成になっている。各リンク５３の各一端はそれぞれ支持台５１と架台５２とにユニバーサルジョイント５５を介して結合される。この構成ではリンク５３の伸縮により、支持台５１を前後方向、左右方向、上下方向、前後軸回り方向、左右軸回り方向、上下軸回り方向に移動させることが可能になっている。
【００３５】
動作模擬装置３の各モータ５４の回転量および回転のタイミングは、図示しないコントローラにより制御される。したがって、条件絞込部６で採用された候補条件で支持台５１を移動させるために、コントローラには、候補条件を各モータ５４の回転量および回転タイミングに変換する変換演算部が設けられている。変換演算部では、１つの候補条件を与えると当該候補条件を各モータ５４に与える操作量の時系列に変換する演算を行う。つまり、変換演算部は、コンピュータにより構成され、候補条件を入力としてモータ５４の操作量を出力する。したがって、変換演算部は、シミュレータ２および条件絞込部６と同じコンピュータで構成することが可能である。
【００３６】
動作模擬装置３は、被験者Ｈｅを支持台５１に搭乗させ候補条件で支持台５１を移動させた場合における被験者Ｈｅの筋活動を計測する目的で設けられている。したがって、動作模擬装置３を駆動する際には、被験者Ｈｅの着目部位における複数種類の筋に関する筋活動を筋電測定装置４により検出する。たとえば、図２に示した他動訓練装置１を使用すると、利用者の足部、下腿部、大腿部、臀部、腰背部、腹部などの筋活動が高まると考えられるから、動作模擬装置３に搭乗する被験者Ｈｅにおいても、これらの筋を着目部位として筋電を筋電測定装置４により計測する。
【００３７】
シミュレータ２においてシミュレーションを行った移動条件（たとえば、２０００個）の中から１０個の候補条件に絞り込んだとすれば、１０個の候補条件についてそれぞれ被験者Ｈｅの筋電を計測することになる。この場合、１人の被験者Ｈｅのみについて筋電を計測するのではなく、年齢や性別の異なる被験者Ｈｅについて筋電を計測する。また、１人について複数回ずつ筋電を計測するのが望ましい。１０種類程度の候補条件であれば、筋電の実測を行っても比較的短期間での計測が可能である。
【００３８】
候補条件についてそれぞれ筋電を計測すれば、各候補条件で支持台５１を移動させることによる人体の筋活動を知ることができるから、評価装置５において、各候補条件のうち筋活動について最適と判断できる候補条件を他動訓練装置１の移動条件として決定する。評価装置５で決定する移動条件は、シミュレータ２で設定した移動条件の中から最終的に１個に絞り込んだものであり、他動訓練装置１を安全に利用できる範囲か否かはシミュレータ２および動作模擬装置３によって検証されており、運動効果については動作模擬装置３によって実証されているから、他動訓練装置１に搭載する移動条件として最適であると言える。
【００３９】
以下では、上述した各部についてさらに詳しく説明する。シミュレータ２は、図６に示すように、それぞれコンピュータシミュレーションを行う３種類のシミュレータ１０、２０、３０を統合した構成を有する。以下では、第２のシミュレータ２０をバランスシミュレータと呼び、第３のシミュレータ３０を筋・骨格シミュレータと呼ぶ。
【００４０】
第１のシミュレータ１０は、他動訓練装置１における支持台（足置き台４１）の移動を模擬する装置模擬部１１を備え、他動訓練装置１に設けたの移動条件が移動条件設定部１２から入力されることにより、移動条件に応じた支持台の移動を模擬する。
【００４１】
支持台の移動には必ずしも周期性は要求されず、また支持台の移動軌跡は幾何学形状である必要もないが、移動条件の設定の容易さを考慮し、本実施形態では、支持台の移動が周期性を有し、移動軌跡は１以上の方向の往復移動の合成で表される形状を採用する。つまり、移動軌跡は、前後方向、左右方向、上下方向から選択される直進往復移動と、ロール（前後方向の軸周り）、ピッチ（左右方向の軸周り）、ヨー（上下方向の軸周り）から選択される回転往復移動とから適宜に選択される往復移動の合成で表される（もちろん、１自由度の場合には１種類の往復移動で表される）。
【００４２】
したがって、移動条件設定部１２において、移動条件として、支持台の移動軌跡を決める往復移動の方向、往復移動の方向ごとの振幅および周期（周波数）、複数の往復移動が合成されている場合の各往復移動の位相関係、往復移動の基準位置（往復移動の中央位置など）を設定することができる。
【００４３】
本実施形態では、他動訓練装置１の支持台の移動に伴って利用者の筋活動や関節間力を評価することが目的であるから、筋・骨格シミュレータ３０では、体節（骨）、関節、筋（筋肉）を要素とする筋骨格モデルを用いる。ただし、他動訓練装置の支持台の動きを筋骨格モデルに直接適用するのは困難である。
【００４４】
そこで、本実施形態では、バランスシミュレータ２０において、人体の動きの本質を失わない程度に単純化した機械振動系のモデルとして人体を記述し、記述したモデルと装置模擬部１１で模擬した他動訓練装置の動作との関係を運動方程式で表している。機械振動系のモデルによる人体の記述は振動モデル生成部２１で行われる。また、上述の運動方程式の解を求める動力学演算を行うために、バランスシミュレータ２０には動力学演算部２２が設けられる。動力学演算部２２では、他動訓練装置を動作させたときの人体の関節の位置の変化（位置および速度）を求める。
【００４５】
関節の屈伸は当該関節に関連した筋の収縮により生じるから、筋・骨格シミュレータ３０で用いる筋骨格モデルに対して、バランスシミュレータ２０で求めた時間経過に伴う関節の位置の変化を適用することにより、当該関節に関連した筋に作用する負荷（筋活動）を求めることができる。また、体節に作用する負荷が求められることにより関節に作用する負荷（関節間力）が求められる。すなわち、各関節の屈伸に関わる筋の筋活動（筋に作用する負荷）と、各関節に作用する負荷（関節間力）とは、関節の位置の変化（軌道）から逆動力学演算により求められる。
【００４６】
したがって、筋・骨格シミュレータ３０には、筋骨格モデルによる人体の記述を行う筋骨格モデル生成部３１と、バランスシミュレータ２０で求めた関節の位置の変化から筋および関節に作用する負荷を求める逆動力学演算部３２とが設けられる。
【００４７】
シミュレータ２の動作について、さらに詳しく説明する。装置模擬部１１では、利用者の荷重を支持する支持台の位置と、各支持台の移動条件とにのみ着目しており、機構についてはとくに考慮しない。言い換えると、装置模擬部１１は、人体のどの部位が支持台で支持され、接触部位のうちのどこをどのように移動させるかを模擬する。人体のうち支持台で支持される部位は、支持台に接触する接触部位であり、接触部位は人体の動きを拘束する拘束条件になる。なお、支持台の移動に関する自由度は移動条件における往復移動の方向に含まれる。
【００４８】
本実施形態が想定している他動訓練装置１は、利用者の両足を支持し、各足を６自由度で（６方向に）移動させるものであるから、装置模擬部１１では、各足置き台４１ごとにそれぞれ移動を規定する６自由度の移動条件が必要である。ただし、左右の足置き台４１は逆位相または同位相で対称に移動するという制約条件を用いることによって、両足置き台４１ごとに個々に移動条件を既定する場合よりは移動条件の記述量を低減させることができる。
【００４９】
上述したように、移動条件は、シミュレータ２の内部では足置き台４１の代表点位置の時間変化として表されるが、オペレータが移動条件設定部１２から入力する移動条件は、動作軌道、周波数、振幅、位相などの複数個のパラメータにより表される。
【００５０】
ここでは、床面などに設置されるベースフレーム４０の上面に沿って足置き台４１が移動する場合を想定している。また、実際の他動訓練装置１では、足置き台４１はベースフレーム４１の上面に沿った回転軸の回りで回転往復移動が可能であって、足置き台４１に載せた足を足関節の回りに回転させる（底屈と背屈との少なくとも一方）が可能であるが、シミュレーションを簡単に行うために、本実施形態のバランスシミュレータ２０ではこの動作のシミュレーションを省略している。
【００５１】
動作軌道は、ベースフレーム４０の上面に沿う面内での足置き台４１の代表点位置の移動軌跡であり、一直線、弧状、８字状などの移動軌跡を選択することができる。周波数は、足置き台４１の１秒間における往復移動の回数であって、足置き台４１の移動速度を規定し、振幅は、足置き台４１の往復移動の際の移動距離を規定する。また、位相は、左右の足置き台４１が同じ位置に移動する動作（たとえば、一方の足置き台４１が移動範囲の前端位置であるときに、他方の足置き台４１も移動範囲の前端位置に位置する動作）と、左右の足置き台４１が逆の位置に移動する動作（たとえば、一方の足置き台４１が移動範囲の前端位置であるときに、他方の足置き台４１が移動範囲の後端位置に位置する動作）とを選択可能である。前者を同相、後者を逆相と呼ぶ。
【００５２】
パラメータとしては、上述したもののほか、ベースフレーム４０の前後方向に対して足置き台４１の移動方向がなす角度（斜め角度）、左右の足置き台４１の代表点（たとえば、中心点）がなす平均距離（足幅）などがある。また、本実施形態では、バランスシミュレータ２０においては、底屈・背屈を考慮していないが、足置き台４１を上下に回転させて底屈・背屈を行う場合には、足置き台４１の回転軸に関して位置・向き・回転の角度範囲（回転振幅）・回転の角度範囲の中心位置がベースフレーム４０の上面に対してなす角度（オフセット角度）などもパラメータになる。
【００５３】
ここに、移動方向を表す座標系は左手直交座標系を用い、各座標軸周りの回転は各座標軸の正の向きに向かって右回り（時計方向）としている。また、各座標軸方向への直進移動に関してはそれぞれ適宜の位置を位相が０°である基準位置とし、各座標軸周りの回転移動に関しては当該座標軸に直交する平面に含まれる一方の座標軸の方向をそれぞれ位相が０°である基準位置とする。たとえば、ｘｙｚ直交座標系を用いるとすると、ｘ軸周りの回転移動における基準位置は、ｘ軸に直交するｙｚ平面に含まれるｙ軸の方向またはｚ軸の方向が位相が０°である基準位置になる。
【００５４】
本実施形態では、他動訓練装置１における座標系は各足置き台４１ごとに設定され、足の大きさは無視して足関節をｙ軸回りの関節軸とみなし、足置き台４１の上面が水平である位置をｘ軸周りとｙ軸周りとの基準位置としている。また、ｘ軸の正の向きは踵から爪先に向かう向きとする。
【００５５】
装置模擬部１１では、上述したパラメータが与えられると、時間経過に伴う足置き台４１の位置変化を算出する。すなわち、一定時間毎の足置き台４１の位置の時系列を出力する。
【００５６】
ところで、バランスシミュレータ２０および筋・骨格シミュレータ３０において、人体をモデルで記述するにあたっては、個人の体格に関する条件が必要である。筋や関節に作用する負荷を評価するにはモデルの記述が重要であって、個人の体格の条件としては、身長、体重だけではなく、筋の分布を決める年齢、性別も必要である。また、体脂肪量や筋量などの条件もモデルの記述の精度を高めるのに役立つ条件になる。たとえば、「身長：１７０ｃｍ、体重：６０ｋｇ、年齢：７０歳、性別：男性」を個人の体格に関する条件としてバランスシミュレータ２０および筋・骨格シミュレータ３０に与える。体格の条件は、身体情報入力部１３から入力する。なお、本実施形態では、身体情報入力部１３から（身長，体重，年齢，性別）を入力するものとする。
【００５７】
身体情報入力部１３から入力された体格の情報は、データ照合部１４において、（身長，体重，年齢，性別）の４つ組と（体節の長さ，体節の質量，体節の慣性モーメント）とを関係付けて登録した人体データ記憶部１５と照合される。人体データ記憶部１５の諸データは、人体の統計的な値により求められたものを用いる。ただし、計算量を低減するために、年齢、性別、体節の慣性モーメントは考慮せず、（身長，体重）に体節の長さ（上半身長、大腿長など）と体節の質量とを関係付けておく。
【００５８】
なお、（身長，体重）に対する体節の長さおよび質量は解剖学的に求めた統計的な値を用いることができるが、（身長，体重）の標準値に対する体節の長さおよび質量を規定しておき、（身長，体重）が身体情報入力部１３から与えられたときに、体節の長さおよび質量を標準値に対する比例演算（あるいは、他の適宜の関係式）で算出するようにしてもよい。このような演算の際には年齢や性別も考慮する。また、後述するように、人体のモデルの要素として慣性要素や復元要素を考慮する必要があるから、復元力の強さについても、人体データ記憶部１５に格納しておくのが望ましい。復元力についても標準値を規定しておき、年齢や性別ごとの筋力に関するデータを用いて補正するようにしてもよい。
【００５９】
本実施形態では、上述したように、バランスシミュレータ２０において人体を機械振動系のモデルとして記述する。すなわち、足置き台４１に足を載せているから足が接触部位であり、足位置が支持台に拘束されるという拘束条件を有している。この状態で足置き台４１を周期的に移動させると、利用者はバランスを保って真っ直ぐに立とうとする。
【００６０】
したがって、もっとも簡単な機械振動系のモデルとしては、図７（ａ）に示すように、利用者の体重に相当する質量Ｍを有する１本のリンクＬからなる倒立振子を用いることができる（以下、「１リンクモデル」という）。この倒立振子の振る舞いを解析するために、倒立振子は、慣性要素（加速度に比例した力を発揮する要素：重力を含む）と減衰要素（速度に比例した力を発揮する要素）と復元要素（変位に比例した力を発揮する要素）との３要素を備えているものとする。
【００６１】
他動訓練装置１の足置き台４１を周期的に移動させることは、リンクＬの下端位置を周期的に変位させる動作で表すことにし、１リンクモデルでは、リンクＬは下端位置に設けた関節軸Ｊの周りでの回転のみが許容されているものとする。つまり、リンクＬの慣性要素、減衰要素、復元要素は、関節軸Ｊの周りに作用する。したがって、倒立振子の運動は、慣性要素と減衰要素と復元要素とを含む運動方程式で記述することができる。一方、他動訓練装置１が倒立振子に作用させる力は、上述したように、各方向ごとに正弦波状に変化する振動としているから、動力学演算部２２において強制振動の運動方程式を解くことによって、倒立振子の位置の時間変化を算出することができる。
【００６２】
ところで、時刻ｔにおいて関節軸Ｊの周りに作用するトルクＴ（ｔ）については、図８に示すモデルで求めている。関節軸Ｊの周りで体節（リンクＬ）が基準角度θ０に対して角度θ（ｔ）だけ回転したときに、トルクＴ（ｔ）は次式で表すことができる。角度θ（ｔ）は関節角度であって、１リンクモデルではリンクＬの正立位置に対する傾き角度に相当し、一対のリンク間の関節軸Ｊの周りではリンク同士のなす角度になる。なお、関節角度θ（ｔ）は、リンクのなす角度の絶対値を用いるほか、安静時（立位の場合は安静立位時）の関節角度を基準角度として計測した角度を用いてもよい。
Ｔ（ｔ）＝Ｋｐ・（θ（ｔ）−θ０）＋Ｋｄ・ｄθ（ｔ）／ｄｔ
ただし、Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｄ：微分ゲインである。比例ゲインＫｐおよび微分ゲインＫｄは、モデルとする人体の筋力から求められる。トルクＴ（ｔ）は関節角度θ（ｔ）に比例する値のみとしたり、関節角度θ（ｔ）の積分値を加味したり、人体の応答時間を考慮した時間遅れを加味したりしてもよい。また、一般的なＰＩＤ制御と同様に、数１の項を加算してもよい。数１におけるＫｉは積分ゲインである。
【００６３】
【数１】
2010004954.tif 000003
上述した倒立振子によるモデルでは、個々の関節の位置が不明であるから、筋・骨格シミュレータ３０で用いる筋骨格モデルに関節の位置を当てはめることができない。そこで、図９に示すように、実際の他動訓練装置１の初期位置において人体の基準点（たとえば、重心）と各関節との位置関係を実測し、その位置関係をリンクＬの基準点（たとえば、重心）の位置に当てはめることにより、倒立振子における基準点の位置から各関節ｊ０〜ｊ６の位置を推定する。なお、図示例において、ｊ０は腰関節、ｊ１，ｊ２は股関節、ｊ３，ｊ４は膝関節、ｊ５，ｊ６は足関節を表す。また、人体の基準点と各関節との位置関係を実測する際にはモーションキャプチャなどの装置を用いる。
【００６４】
１リンクモデルは単純であるから計算量は少ないが、各関節ｊ０〜ｊ６の位置を１個の基準点の位置から推定しているので、求めた各関節ｊ０〜ｊ６の位置が高い精度であるとは言えない。そこで、図７（ｂ）のように、上半身と下半身とに分けた質量Ｍ１，Ｍ２を有する２本のリンクＬ１，Ｌ２と２個の関節軸Ｊ１，Ｊ２とからなるモデル（以下、「２リンクモデル」という）で人体を表すようにしてもよい。
【００６５】
このモデルでは、図１０に示すように、一方の関節軸Ｊ１に１つの基準点（腰関節など）を関係付けるとともに、各リンクＬ１，Ｌ２にそれぞれ基準点（たとえば、重心）を規定している。ただし、本実施形態では、主として下半身の関節ｊ０〜ｊ６について動きを考察するものであるから、各リンクＬ１，Ｌ２のうち上半身に相当するリンクＬ１については、下半身に相当するリンクＬ２の動きに影響を与えるものとしてのみ用いており、各関節ｊ０〜ｊ６とリンクＬ１の基準点との位置関係は不要である。
【００６６】
倒立振子を用いるモデルで各関節位置を精度よく検出するには、図７（ｃ）のように、筋骨格モデルと同数の体節および関節軸（関節ｊ０〜ｊ６）を備えるモデル（以下、「多リンクモデル」という）を用いることが考えられる。多リンクモデルでは、各関節ｊ０〜ｊ６の位置を個々に求めることができるから、バランスシミュレータ２０で求めた各関節ｊ０〜ｊ６の位置をそのまま筋・骨格シミュレータ３０に当てはめることが可能になる。ただし、バランスシミュレータ２０で関節ｊ０〜ｊ６の位置を個々に求めるから計算量は大幅に増加する。
【００６７】
バランスシミュレータ２０では、計算量と精度とがトレードオフになるから、必要に応じてモデルを選択するのが望ましい。たとえば、概略の評価のために図７（ａ）の１リンクモデルまたは図７（ｂ）の２リンクモデルを用いて移動条件の範囲を絞り込み、その後、絞り込んだ範囲内で図７（ｃ）の多リンクモデルを用いて評価を行うようにするなどの使用が可能になる。
【００６８】
なお、人体データ記憶部１５から抽出されるデータは各体節の長さや質量であるから、１リンクモデルや２リンクモデルを用いる場合には、人体データ記憶部１５から抽出したデータをそのまま用いることができず、リンク長、リンク質量、復元力への修正が必要である。したがって、どのモデルを用いるかに応じて、人体データ記憶部１５から抽出したデータを倒立振子モデル修正部２３において修正することにより、リンク長、リンク質量，復元力を求める。また、図９、図１０に示す例では、頭部を分離したモデルを図示しているが、本実施形態では頭部を分離せずに演算を行っている。
【００６９】
上述した各関節ｊ０〜ｊ６の位置は所定の時間間隔で求められる。すなわち、動力学演算部２２では、時間経過に伴う各関節ｊ０〜ｊ６の位置変化を算出する。言い換えると、各関節ｊ０〜ｊ６の位置の時系列を出力する。
【００７０】
筋・骨格シミュレータ３０は、バランスシミュレータ２０の動力学演算部２２で求めた各関節ｊ０〜ｊ６の位置の時間変化を筋骨格モデルに適用し、逆動力学演算により各筋および各関節に作用する負荷を算出する。筋骨格モデルは、倒立振子を用いた人体のモデルと同様に、身体情報入力部１３から入力された（身長，体重，年齢，性別）を用いて設定される。すなわち、データ照合部１４において身体情報入力部１３から入力されたデータを人体データ記憶部１５と照合することにより、得られた体節の長さ、体節の質量、体節の慣性モーメントなどを用いる。また、人体データ記憶部１５から抽出したデータは、必要に応じて筋骨格モデル修正部３３において修正される。筋骨格モデル生成部３１では、必要に応じて修正されたデータを用いて筋骨格モデルを生成する。
【００７１】
筋骨格モデルは、筋を伸縮しない線、骨格を剛体のリンク、関節を関節軸として表したものである。筋・骨格シミュレータ３０に設けた逆動力学演算部３２では、バランスシミュレータ２０において倒立振子を用いて求めた各関節ｊ０〜ｊ６の位置変化を、筋骨格モデルの関節軸の位置変化として当てはめる。ここに、筋骨格モデルでは、各リンクに筋の力学モデルに従う筋が設けられているものとし、筋や関節に作用する負荷を逆動力学演算により求める。
【００７２】
筋の力学モデルとしては、Ｈｉｌｌのモデルを用いる。すなわち、図１１に示すように、収縮要素（張力発生器と減衰要素とを並列に結合したもの）６１と弾性要素６２とを直列に結合し、さらに弾性要素６３を並列に結合して筋の機能を模擬している。また、図示例では筋に対して弾性要素６４を直列に結合して腱の機能を模擬している。
【００７３】
筋骨格モデルに適用する筋のモデルは、図１１に示す構成に限らず、計算量を低減するために弾性要素のみで模擬する簡略な構成を用いたり、精度を高めるために筋の収縮速度を考慮した構成を用いたりすることも可能である。
【００７４】
逆運動学演算部３２では、筋骨格モデルの各部位の位置の時間変化に基づいて逆動力学演算を行うことにより、筋や関節に作用する負荷を算出するから、筋骨格モデル生成部３１で生成された筋骨格モデルのほか、装置模擬部１１で生成された足置き台４１の位置変化と、動力学演算部２２で求めた関節ｊ０〜ｊ６の位置変化とが必要である。これらの位置の時系列を筋骨格モデルに適用することで、筋活動や関節間力の時系列を算出することができる。
【００７５】
ところで、一連の動きに関与する筋は複数存在しているから、一般に、複数の関節の位置変化から筋や関節への負荷を算出すると複数の解が得られる。したがって、何らかの規定（ルール）により解を絞り込むことが必要である。本実施形態では、生物はエネルギー消費の少ない効率がよいほうの解を選択するというルールにより解を絞り込んでいる。すなわち、複数の解のうち筋の使用度（たとえば、発揮できる最大筋力に対する実際に発揮した筋力を百分率で表した値）の合計がもっとも小さい解を選択する。なお、筋の使用度だけではなく、筋の体積を筋の使用度に乗算した値や、遅筋と速筋との使用度の比率を解の選択の指標に用いてもよい。
【００７６】
移動条件設定部１２により設定する移動条件や身体情報入力部１３により入力する体格の条件を変更して、バランスシミュレータ２０と筋・骨格シミュレータ３０とによる処理を繰り返すことにより、装置模擬部１１で模擬した他動訓練装置１を使用する場合について、種々の移動条件や体格による各筋および各関節への負荷を算出することができる。
【００７７】
算出結果の評価は、他動訓練装置１を用いる目的に応じて異なるが、着目する筋の筋活動が大きく、しかも各関節の関節間力が小さいという条件を満たすように算出結果を評価することが多いと考えられる。着目する筋は、他動訓練装置１の動作および運動の目的に応じて異なるが、たとえば、高齢者が転倒を防止するための筋群を強化したり、膝痛や腰痛の予防のために膝周辺や腰背部周辺の筋群を強化する場合などがある。
【００７８】
筋活動の評価には、着目する筋の筋活動の平均値（足置き台４１の１周期の間の平均値）、筋骨格モデルで設定したすべての筋の筋活動の平均値などを用いる。着目する筋は、筋を個別（たとえば、内側広筋と外側広筋）に指定したり、身体の特定部位（大腿部、下腿部など）の筋群として指定したり、機能別の筋群（膝関節伸展筋群、足関節底屈筋群など）として指定したりする。図２に示した他動訓練装置１の場合、着目する筋は、たとえば、大腿伸展（大腿直筋、外側広筋、内側広筋）、大腿屈曲（大腿二頭筋長頭）、下腿背屈（前脛骨筋）、下腿屈曲（腓腹筋、ヒラメ筋）になる。
【００７９】
また、関節間力の評価には、特定の関節（膝関節、足関節、股関節など）に作用する力や特定の関節の角度などを用いる。たとえば、膝関節に作用するせん断方向の力であれば４００Ｎ以下という制約条件で評価したり、膝関節の角度であれば１００度（膝関節を伸展させた位置を０度としている）以下という制約条件で評価する。これらの制約条件をあらかじめ制限値として与えておき、移動条件や体格に応じて制限値の範囲外か否かを自動的に判断するのが望ましい。
【００８０】
筋・骨格シミュレータ３０で算出された各筋および各関節に作用する負荷を上述のように評価することで、着目する筋の筋活動が大きく、かつ関節間力が小さく安全に使用できる移動条件を求めることが可能になる。
【００８１】
たとえば、移動条件ごとに着目するすべての筋についての平均の筋活動率と、膝関節の関節間力である膝剪断力とを求め、筋活動率を横軸とし膝剪断力を縦軸として、２０００種類程度の移動条件についてシミュレーションを行った結果を示すと図１２のようになる。シミュレーションの際には、他動訓練装置１の実機において明らかに実現不可能である移動条件や、筋活動が目的とするレベルに対して相当に低いことが既知である移動条件に関しては除外しておくのが望ましいが、範囲外と予想される移動条件であっても含めておくのが望ましい。
【００８２】
図１２のように得られた結果に対して、膝剪断力（関節間力）については、利用者が膝に痛みを感じない範囲の上限値を設定することが可能であるから、条件絞込部６では、膝剪断力について上限値を規定しておき、膝剪断力が上限値よりも小さい範囲で候補条件を抽出する。つまり、関節間力の目的範囲をあらかじめ設定した規定値以下として、候補条件の選択範囲を安全に利用できる範囲内に絞り込んでいるのである。
【００８３】
候補条件を抽出するルールは、本実施形態では、（１）「膝剪断力が上限値よりも小さい」というルールのほか、（２）「筋活動率は大きいほうが望ましい」というルールを採用する。つまり、ルール（１）が成立し、かつルール（２）が成立する移動条件を候補条件とする。
【００８４】
ただし、シミュレーションでは、実機を使用する際に利用者が予測に基づいて動作することや、利用者の個体差については考慮できないから、実機を用いたとき効果については被験者により効果を確認することが必要である。したがって、シミュレーションの結果から候補条件を複数個に絞り込むのであって、本実施形態では、シミュレータ２によるシミュレーションの結果に基づいて１０個の候補条件を抽出している。
【００８５】
図１２に基づいて例示すれば、上述したルール（１）を適用するために、膝剪断力の上限値を４００［Ｎ］としておき、膝剪断力が４００［Ｎ］よりも小さい範囲内で、ルール（２）を満たすように筋活動率の上位１０個（破線の楕円で囲んだ範囲）を抽出する。抽出した結果に対応する移動条件を候補条件とする。シミュレータ２および条件絞込部６はコンピュータであるから、シミュレータ２によりシミュレーションを行うすべての移動条件を図示しない記憶装置に記憶しておき、シミュレーションの結果から選択した１０個に対応する移動条件を記憶装置から読み出して候補条件とするのである。候補条件は、記憶装置において移動条件とは異なる領域に格納される。
【００８６】
なお、筋活動および関節間力は、移動条件だけではなく体格によっても異なる。したがって、特定の移動条件について適正な運動が行える体格の範囲を求めたり、特定の体格に対して適正な運動が行える移動条件を求めたりすることも可能である。これらの結果は、図示しない記憶装置に格納することにより、いつでも参照できるようにしておくのが望ましい。
【００８７】
シミュレータ２によるシミュレーションの結果に基づいて条件絞込部６が採用した候補条件は、上述した動作模擬装置３に適用され、動作模擬装置３の支持台５１に搭乗した被験者について筋電測定装置４を用いて筋電が計測される。被験者は、人数が多いほうが個体差の影響を除去しやすくなり、また体格、年齢、性別についても分散していることが望ましい。
【００８８】
筋電測定装置４により各筋について筋電を求めた後、評価装置５では、計測した筋電から筋放電量の平均値またはピーク値が最大となる移動条件を抽出する。筋放電量の平均値は、各筋について求めた筋放電量の時間積分値を意味する。筋放電量の平均値やピーク値は、各被験者ごとにかつ各筋ごとに求められるから、候補条件の比較が容易になるように、評価装置５では、筋放電量の平均値あるいはピーク値を、被験者について平均し、さらに各筋について総和を求める。こうして得られた値は、各候補条件ごとの筋活動の程度を表しているから、評価装置５では、筋活動が最大になる候補条件を実機に搭載する移動条件として選択する。
【００８９】
上述の例では、各筋の筋放電量の絶対値を用いているが、より厳密に評価するには筋放電量を正規化するのが望ましい。つまり、各筋ごとに発揮筋力（平均値またはピーク値）の最大随意筋力（MVC：Maximum Voluntary Contraction）に対する割合（％ＭＶＣ）を求めることによって正規化し、各筋について求めた％ＭＶＣの全筋に関する総和（または平均値）を被験者について平均した値を用いて候補条件を評価するのが望ましい。なお、ＭＶＣは。
【００９０】
一例として１０種類の候補条件に対して、着目するすべての筋に関して求めた％ＭＶＣの平均値（平均％ＭＶＣ）を被験者について平均した値を図１３に示す。この例では、各筋の発揮筋力を最大随意筋力で正規化しているから、筋の種類にかかわらず筋活動を同基準で比較することが可能になる。図１３では候補条件Ｔ１〜Ｔ１０についての筋活動の大きさ（全部位の筋についての平均％ＭＶＣ）を示しており、１０個の候補条件の中で候補条件４の平均％ＭＶＣが最大であるから、候補条件４が実機に搭載する移動条件として選択される。このように％ＭＶＣのような筋活動の指標を用い、評価装置５では、候補条件の中で％ＭＶＣが最大になるものを実機に搭載する移動条件として選択するから、候補条件の中から実際の他動訓練装置１に搭載する移動条件を評価装置５により自動的に選択することが可能になる。
【００９１】
なお、上述の例では、筋活動を定量化するために筋電測定装置４により筋電を計測しているが、近赤外線分光法による酸素消費量を計測するなど、筋活動を定量的に計測することができる指標であれば、どのような値を用いてもよい。
【００９２】
上述の例では、図２に示すように利用者が立った姿勢で利用する他動訓練装置１を例として説明し、バランスシミュレータ２０において足位置を拘束するという条件を用いたが、図３に示す他動訓練装置１は、股関節の位置で座部４２に拘束されることになる。つまり、股関節の位置は座部４２（支持台）の移動条件により決定される。そこで、倒立振子としては、多リンクモデルのほか、図３（ｂ）のような上半身に相当するリンクＬを備えた１リンクモデルを用いることができる。図示例では下端が関節軸Ｊになっている。
【００９３】
また、図４に示す他動訓練装置１は、座部４３で股関節の位置が拘束され足置き台４４により足関節の位置が拘束されている。言い換えると、股関節の位置と足関節の位置とは座部４３（支持台）の移動条件により決定される。この他動訓練装置１については、図３に示した他動訓練装置１と同様に、多リンクモデルのほか、図４（ｂ）のような上半身に相当するリンクＬを備えた１リンクモデルを用いることができる。図示例では下端が関節軸Ｊになっている。
【００９４】
図３に示す他動訓練装置１と図４に示す他動訓練装置１とのいずれの場合であっても、１リンクモデルを用いる場合には、図７（ａ）に示した１リンクモデルを用いる場合と同様に、着目する関節について基準点に対する位置関係で推定することができる。
【００９５】
なお、図３、図４に示す他動訓練装置１では、座部４２、４３に着座した状態において、人体と座部４２、４３との接触箇所を複数点に分割する必要があれば、移動条件から各接触箇所ごとの位置変化を求めてモデルの動きに反映させてもよい。また、上半身を１リンクモデルで模擬しているが、背骨や首の位置に適宜の関節軸を設け複数のリンクを有する倒立振子によるモデルを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】実施形態を示すブロック図である。
【図２】実施形態の対象である他動訓練装置を示す斜視図である。
【図３】他動訓練装置の他例を示す図である。
【図４】他動訓練装置の別例を示す図である。
【図５】同上に用いる動作模擬装置の一例を示す側面図である。
【図６】同上に用いるシミュレータを示すブロック図である。
【図７】同上の倒立振子によるモデルの例を示す図である。
【図８】同上における倒立振子の復元力を説明する図である。
【図９】同上において１リンクモデルと関節の位置との関係を示す図である。
【図１０】同上において２リンクモデルと関節の位置との関係を示す図である。
【図１１】同上に用いる筋の力学モデルを示す図である。
【図１２】同上において種々の移動条件に対して得られた結果を示す図である。
【図１３】同上において候補条件に対する％ＭＶＣを示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
１  他動訓練装置
２  シミュレータ
３  動作模擬装置
４  筋電測定装置
５  評価装置
６  条件絞込部
２０  バランスシミュレータ
３０  筋・骨格シミュレータ
４１  足置き台（支持台）
４２  座部（支持台）
４３  座部（支持台）
４４  足置き台（支持台）
５１  支持台
【図１】
2010004954.tif 000004
【図２】
2010004954.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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