(57)【要約】装具利用者の身体に装着されて装具利用者の動作を補助する弾性装具の強度調整を容易に行えるようにする。弾性装具の最適弾性強度を計算する計算装置は、複数の人が弾性装具を装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め格納した記憶部と、装具利用者の運動学的制約条件と弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき上記最適弾性強度を計算する最適化問題処理部と、を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
装具利用者の動作を補助する弾性装具を、複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め格納した記憶部と、
前記装具利用者の運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記弾性装具の最適弾性強度を計算する最適化問題処理部と、
を備えることを特徴とする、最適弾性強度計算装置。
【請求項２】
前記弾性強度・運動学的特性は、前記弾性装具を、前記複数の人の身体に装着して実験によって求められた歩行速度の予測値、関節の最大屈曲角度の予測値、関節の最大伸展角度の予測値、関節の最大関節モーメントの予測値、および筋肉の最大筋活動量の予測値から成る、請求項１に記載の最適弾性強度計算装置。
【請求項３】
前記運動学的制約条件は、前記装具利用者である歩行者が動作中に満たすべき運動学的条件から成る、請求項１又は２に記載の最適弾性強度計算装置。
【請求項４】
前記所定の評価指標は、前記装具利用者の歩行速度を最大化する第１の指標、関節可動域を最大化する第２の指標、最大関節モーメントを最小化する第３の指標、および前記第１乃至第３の指標の重み付き平均をとった第４の指標の中から選択された１つから成る、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算装置。
【請求項５】
装具利用者の運動学的制約条件を入力するための入力装置と、
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算装置と、
前記最適弾性強度を出力する表示装置と、
を備えることを特徴とする最適弾性強度計算システム。
【請求項６】
装具利用者の身体に装着されて前記装具利用者の動作を補助する弾性装具と、
前記装具利用者の運動学的制約条件を入力するための入力装置と、
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算装置と、
前記最適弾性強度を入力して前記弾性装具の弾性強度を調整する調整装置と、
を備えることを特徴とする運動補助システム。
【請求項７】
装具利用者の動作を補助する弾性装具を、複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め記憶部に格納し、
最適化問題処理部が、前記装具利用者の運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記弾性装具の最適弾性強度を計算する、
ことを含む、最適弾性強度計算方法。
【請求項８】
前記弾性強度・運動学的特性は、前記弾性装具を、前記複数の人の身体に装着して実験によって求められた歩行速度の予測値、関節の最大屈曲角度の予測値、関節の最大伸展角度の予測値、関節の最大関節モーメントの予測値、および筋肉の最大筋活動量の予測値から成る、請求項７に記載の最適弾性強度計算方法。
【請求項９】
前記運動学的制約条件は、前記装具利用者である歩行者が動作中に満たすべき運動学的条件から成る、請求項７又は８に記載の最適弾性強度計算方法。
【請求項１０】
前記所定の評価指標は、前記装具利用者の歩行速度を最大化する第１の指標、関節可動域を最大化する第２の指標、最大関節モーメントを最小化する第３の指標、および前記第１乃至第３の指標の重み付き平均をとった第４の指標の中から選択された１つから成る、請求項７乃至９のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算方法。
【請求項１１】
装具利用者の身体に装着されて前記装具利用者の動作を補助する弾性装具の最適弾性強度を、コンピュータに計算させる最適弾性強度計算プログラムを記録した記録媒体であって、前記最適弾性強度計算プログラムは、前記コンピュータに、
前記弾性装具を複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め記憶部に格納する手順と、
前記装具利用者の運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記最適弾性強度を計算する最適化問題処理手順と、を実行させるための最適弾性強度計算プログラム記録媒体。
【請求項１２】
前記弾性強度・運動学的特性は、前記弾性装具を、前記複数の人の身体に装着して実験によって求められた歩行速度の予測値、関節の最大屈曲角度の予測値、関節の最大伸展角度の予測値、関節の最大関節モーメントの予測値、および筋肉の最大筋活動量の予測値から成る、請求項１１に記載の最適弾性強度計算プログラム記録媒体。
【請求項１３】
前記運動学的制約条件は、前記装具利用者である歩行者が動作中に満たすべき運動学的条件から成る、請求項１１又は１２に記載の最適弾性強度計算プログラム記録媒体。
【請求項１４】
前記所定の評価指標は、前記装具利用者の歩行速度を最大化する第１の指標、関節可動域を最大化する第２の指標、最大関節モーメントを最小化する第３の指標、および前記第１乃至第３の指標の重み付き平均をとった第４の指標の中から選択された１つから成る、請求項１１乃至１３のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算プログラム記録媒体。
【請求項１５】
装具利用者の動作を補助する弾性装具を、複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め格納した記憶部と、
前記装具利用者の運動能力評価情報を運動学的制約条件に変換する変換部と、
前記運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記弾性装具の最適弾性強度を計算する最適化問題処理部と、
を備えることを特徴とする、最適弾性強度計算装置。
【請求項１６】
前記弾性強度・運動学的特性は、前記弾性装具を、前記複数の人の身体に装着して実験によって求められた歩行速度の予測値、関節の最大屈曲角度の予測値、関節の最大伸展角度の予測値、関節の最大関節モーメントの予測値、および筋肉の最大筋活動量の予測値から成る、請求項１５に記載の最適弾性強度計算装置。
【請求項１７】
前記運動能力評価情報は、前記装具利用者の運動能力を定量的に示す指標から成る、請求項１５又は１６に記載の最適弾性強度計算装置。
【請求項１８】
前記運動学的制約条件は、前記装具利用者である歩行者が動作中に満たすべき運動学的条件から成る、請求項１５乃至１７のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算装置。
【請求項１９】
前記所定の評価指標は、前記装具利用者の歩行速度を最大化する第１の指標、関節可動域を最大化する第２の指標、最大関節モーメントを最小化する第３の指標、および前記第１乃至第３の指標の重み付き平均をとった第４の指標の中から選択された１つから成る、請求項１５乃至１８のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算装置。
【請求項２０】
装具利用者の運動能力評価情報を入力するための入力装置と、
請求項１５乃至１９のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算装置と、
前記最適弾性強度を出力する表示装置と、
を備えることを特徴とする最適弾性強度計算システム。
【請求項２１】
装具利用者の身体に装着されて前記装具利用者の動作を補助する弾性装具と、
前記装具利用者の運動能力評価情報を入力するための入力装置と、
請求項１５乃至１９のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算装置と、
前記最適弾性強度を入力して前記弾性装具の弾性強度を調整する調整装置と、
を備えることを特徴とする運動補助システム。
【請求項２２】
装具利用者の動作を補助する弾性装具を、複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め記憶部に格納し、
変換部が、前記装具利用者の運動能力評価情報を運動学的制約条件に変換し、
最適化問題処理部が、前記運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記弾性装具の最適弾性強度を計算する、
ことを含む、最適弾性強度計算方法。
【請求項２３】
前記弾性強度・運動学的特性は、前記弾性装具を、前記複数の人の身体に装着して実験によって求められた歩行速度の予測値、関節の最大屈曲角度の予測値、関節の最大伸展角度の予測値、関節の最大関節モーメントの予測値、および筋肉の最大筋活動量の予測値から成る、請求項２２に記載の最適弾性強度計算方法。
【請求項２４】
前記運動能力評価情報は、前記装具利用者の運動能力を定量的に示す指標から成る、請求項２２又は２３に記載の最適弾性強度計算方法。
【請求項２５】
前記運動学的制約条件は、前記装具利用者である歩行者が動作中に満たすべき運動学的条件から成る、請求項２２乃至２４のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算方法。
【請求項２６】
前記所定の評価指標は、前記装具利用者の歩行速度を最大化する第１の指標、関節可動域を最大化する第２の指標、最大関節モーメントを最小化する第３の指標、および前記第１乃至第３の指標の重み付き平均をとった第４の指標の中から選択された１つから成る、請求項２２乃至２５のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算方法。
【請求項２７】
装具利用者の身体に装着されて前記装具利用者の動作を補助する弾性装具の最適弾性強度を、コンピュータに計算させる最適弾性強度計算プログラムを記録した記録媒体であって、前記最適弾性強度計算プログラムは、前記コンピュータに、
前記弾性装具を複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め記憶部に格納する手順と、
前記装具利用者の運動能力評価情報を運動学的制約条件に変換する変換手順と、
前記運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記最適弾性強度を計算する最適化問題処理手順と、
を実行させるための最適弾性強度計算プログラム記録媒体。
【請求項２８】
前記弾性強度・運動学的特性は、前記弾性装具を、前記複数の人の身体に装着して実験によって求められた歩行速度の予測値、関節の最大屈曲角度の予測値、関節の最大伸展角度の予測値、関節の最大関節モーメントの予測値、および筋肉の最大筋活動量の予測値から成る、請求項２７に記載の最適弾性強度計算プログラム記録媒体。
【請求項２９】
前記運動能力評価情報は、前記装具利用者の運動能力を定量的に示す指標から成る、請求項２７又は２８に記載の最適弾性強度計算プログラム記録媒体。
【請求項３０】
前記運動学的制約条件は、前記装具利用者である歩行者が動作中に満たすべき運動学的条件から成る、請求項記２７乃至２９のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算プログラム記録媒体。
【請求項３１】
前記所定の評価指標は、前記装具利用者の歩行速度を最大化する第１の指標、関節可動域を最大化する第２の指標、最大関節モーメントを最小化する第３の指標、および前記第１乃至第３の指標の重み付き平均をとった第４の指標の中から選択された１つから成る、請求項２７乃至３０のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算プログラム記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最適弾性強度計算装置、最適弾性強度計算システム、運動補助システム、最適弾性強度計算方法および最適弾性強度計算プログラム記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
装具利用者の身体に装着されて、装具利用者の運動（例えば歩行運動）を補助する装置、特に弾性体が発生する力を利用して運動補助する弾性装具が種々提案されている。【０００３】
例えば、特許文献１は、股関節の回転を、弾性体である圧縮バネが発生する力を用いて補助する歩行支援機を記載している。【０００４】
また、特許文献２は、足関節の回転を、弾性体であるコイルバネが発生する力を用いて補助する短下肢装具を記載している。【０００５】
また、本発明に関連する技術も種々知られている。【０００６】
例えば、特許文献３は、車両搭乗者収容構造内の仮想人体の姿勢を、制約条件の集合に従って決定する方法を開示している。特許文献３では、コンピュータシステムは、評価されるべき車両搭乗者収容体構造（構造）、仮想人体の関節モデルを記述するパラメータ、構造内での仮想人体の動作を限定する制約条件の集合、及び、その構造内に収容される仮想人体が実行すべき１又は複数の身体タスク（操作タスク）を受け取る。姿勢決定システムは、仮想人体の動作に課された制約条件の集合に従いつつ仮想人体の姿勢を決定する。閉形式多目的最適化（ＭＯＯ）技術を使用して初期姿勢が決定される。当該技術は、姿勢を決定する微分運動学モデルを含む。当該技術は、解析的に導出され、リアルタイムで稼働する。【０００７】
また、特許文献４は、筋力補助装置の駆動力を算出する技術を開示している。特許文献４において、筋力補助装置は、関節を含む骨格と筋肉とを有する生体（ヒト）によって装着される。各駆動部は、生体（ヒト）の骨格に関節を跨いで固定される。各駆動部は、例えば、伸縮可能な棒状のアクチュエータや、弾性繊維複合型空気圧ゴム人工筋である。駆動力制御部は、駆動力算出装置で算出された駆動力によって、各駆動部を駆動する。駆動力算出装置の筋力算出部は、Crowninshieldが提唱した最適化計算式の評価関数が最小となるように、各筋肉の筋力を最適化している。評価関数による最適化を行うにあたって、拘束条件を加えてもよいとしている。【０００８】
さらに、特許文献５は、筋肉を引張っているときの強度及び角度を調整できる足踏み式筋肉引張機を開示している。特許文献５において、弾性ロープ固定ロッドは、主体枠の中央に枢着され、その上端にある弾性ロープ固定ピンが弾性ロープの一端を固定する。弾性ロープ固定ロッドは角度調整具を介して主体枠に固定される。角度調整具によって弾性ロープの抵抗強度を調整できる。角度調整具により、弾性ロープ固定ロッドは弾性ロープの引張力を調整でき、ひいては足踏みの抵抗を調整できる。筋肉を引張っているときの角度を調整できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２０１６／０２４３６８号
【特許文献２】特許第４１５６９０９号公報
【特許文献３】特表２０１５−５２３５４４号公報
【特許文献４】国際公開第２００６／０９２８７２号
【特許文献５】実用新案登録第３１６９６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した特許文献１や特許文献２に開示された装置には、弾性強度を手動で調整するための調整ネジがあり、装具利用者毎の歩容の個人差、筋力低下状態、麻痺状態等、装具利用者の様々な状態を考慮して適切に設定しなければならない。ここで、「歩容」とは、歩いているときの身体運動の様子のことである。【００１１】
しなしながら、その調整は容易ではない。例えば、股関節の屈曲運動を補助する弾性装具の弾性強度を強めたとする。この場合、遊脚期に大腿の振出がより強く補助される。しかし、一方で、立脚中期〜後期で弾性エネルギーをためるための抵抗力により股関節伸展角度が減少してしまったり、関節への負担が大きくなったりして、正常な歩行が妨げられることがある。【００１２】
さらに、装具の補助効果は直接的に補助する部位に留まらないことも調整を難しくしている。例えば、片麻痺患者に足関節における弾性装具を装着させると、股関節伸展角度をも変動することが知られており、適正な弾性強度を設定しないと却って歩行状態が悪化する場合がある。このように、弾性装具の強度調節を容易に行うことは困難であった。【００１３】
また、上述した特許文献３〜５のいずれも、弾性装具の強度を自動的に調整する技術を開示してはいない。【００１４】
すなわち、特許文献３は、単に、仮想人体の姿勢を、制約条件の集合に従って決定する技術を開示しているに過ぎない。特許文献４は、生体の骨格に関節を跨いで固定される駆動部の駆動力を算出するために、所定の評価関数が最小となるように各筋肉の筋力を最適化する技術を開示しているに過ぎない。特許文献５は、弾性ロープの引張力を角度調整具を用いて手動で調整できるようにした足踏み式筋肉引張機を開示しているに過ぎない。【００１５】
本発明の目的は、上記課題を解決し、弾性装具の強度調節を容易に行うことができる、最適弾性強度計算装置、最適弾性強度計算システム、運動補助システム、最適弾性強度計算方法および最適弾性強度計算プログラム記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記本発明の一実施形態による最適弾性強度計算装置は、装具利用者の動作を補助する弾性装具を、複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め格納した記憶部と、前記装具利用者の運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記弾性装具の最適弾性強度を計算する最適化問題処理部と、を備える。【００１７】
また、本発明の最適弾性強度計算システムは、装具利用者の運動学的制約条件を入力するための入力装置と、上記最適弾性強度計算装置と、前記最適弾性強度を出力する表示装置と、を備える。【００１８】
さらに、本発明の運動補助システムは、装具利用者の身体に装着されて前記装具利用者の動作を補助する弾性装具と、前記装具利用者の運動学的制約条件を入力するための入力装置と、上記最適弾性強度計算装置と、前記最適弾性強度を入力して前記弾性装具の弾性強度を調整する調整装置と、を備える。【００１９】
本発明の最適弾性強度計算方法は、装具利用者の動作を補助する弾性装具を、複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め記憶部に格納し、最適化問題処理部が、前記装具利用者の運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記弾性装具の最適弾性強度を計算する、ことを含む。【００２０】
本発明の最適弾性強度計算プログラム記録媒体は、装具利用者の身体に装着されて前記装具利用者の動作を補助する弾性装具の最適弾性強度を、コンピュータに計算させる最適弾性強度計算プログラムを記録した記録媒体であって、前記最適弾性強度計算プログラムは、前記コンピュータに、前記弾性装具を複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め記憶部に格納する手順と、前記装具利用者の運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記最適弾性強度を計算する最適化問題処理手順と、を実行させるためのプログラムである。【００２１】
上記本発明の他の実施形態による最適弾性強度計算装置は、装具利用者の動作を補助する弾性装具を、複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め格納した記憶部と、前記装具利用者の運動能力評価情報を運動学的制約条件に変換する変換部と、前記運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記弾性装具の最適弾性強度を計算する最適化問題処理部と、を備える。【００２２】
また、本発明の最適弾性強度計算システムは、装具利用者の運動能力評価情報を入力するための入力装置と、上記最適弾性強度計算装置と、前記最適弾性強度を出力する表示装置と、を備える。【００２３】
さらに、本発明の運動補助システムは、装具利用者の身体に装着されて前記装具利用者の動作を補助する弾性装具と、前記装具利用者の運動能力評価情報を入力するための入力装置と、上記最適弾性強度計算装置と、前記最適弾性強度を入力して前記弾性装具の弾性強度を調整する調整装置と、を備える。【００２４】
本発明の最適弾性強度計算方法は、装具利用者の動作を補助する弾性装具を、複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め記憶部に格納し、変換部が、前記装具利用者の運動能力評価情報を運動学的制約条件に変換し、最適化問題処理部が、前記運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記弾性装具の最適弾性強度を計算する、ことを含む。【００２５】
本発明の最適弾性強度計算プログラム記録媒体は、装具利用者の身体に装着されて前記装具利用者の動作を補助する弾性装具の最適弾性強度を、コンピュータに計算させる最適弾性強度計算プログラムを記録した記録媒体であって、前記最適弾性強度計算プログラムは、前記コンピュータに、前記弾性装具を複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め記憶部に格納する手順と、前記装具利用者の運動能力評価情報を運動学的制約条件に変換する変換手順と、前記運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記最適弾性強度を計算する最適化問題処理手順と、を実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、弾性装具の強度調節を容易に行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る最適弾性強度計算システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る計算装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る最適弾性強度計算システムの動作の例を表すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る運動補助システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る運動補助システムの外観の一例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る弾性装具の弾性体保持部と調整装置の構成の一例を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る運動補助システムの動作の例を表すフローチャートである。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る計算装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る計算装置の動作の例を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［第１の実施の形態］
次に、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明における第１の実施の形態に係る最適弾性強度計算システム１の構成の一例を表すブロック図である。図１に示す通り、最適弾性強度計算システム１は、入力装置１１００と、計算装置１２００と、表示装置１３００と、を備えている。
【００３０】
各装置の接続方法は、例えばＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）ケーブルやＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）ケーブル等を用いて有線接続してもよいし、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＷi−Ｆi等を用いて無線接続してもよく、限定されない。
【００３１】
入力装置１１００は、装具利用者の運動学的制約条件を入力するためのユーザーインターフェイスを備える。ここで、「運動学的制約条件」とは、歩行者が歩行中ないしは走行中等の動作中に満たすべき運動学的条件で、関節可動域制限範囲、関節モーメント上限値、筋活動量上限値、などである。入力装置１１００は、入力された運動学的制約条件を、計算装置１２００に供給する。
【００３２】
計算装置１２００は、入力装置１１００から、運動学的制約条件を受ける。計算装置１２００は、受けた運動学的制約条件を用いて、後述するように最適弾性強度を計算する。計算装置１２００の具体的な機能構成については、図面を替えて説明を行う。
【００３３】
表示装置１３００は、計算装置１２００の処理結果である最適弾性強度を表示する手段である。
【００３４】
（計算装置１２００の構成）
次に、図２を参照して、本第１の実施の形態の計算装置１２００について説明する。図２に示す通り、計算装置１２００は、最適化問題処理部１２１０と、記憶部１２２０と、を備える。
【００３５】
計算装置１２００は、装具利用者の身体に装着されて、装具利用者の動作を補助する弾性装具の最適弾性強度を計算する装置である。
【００３６】
最適化問題処理部１２１０は、運動学的制約条件を受け、後述するような処理を行って、最適弾性強度
【数１】
2019069534.tif 000003
を出力する。
【００３７】
本第１の実施の形態では、運動学的制約条件が、次の（Ａ）および（Ｂ）である場合について説明する。
（Ａ）股関節、膝関節、足関節の夫々における最大屈曲角度、最大伸展角度、最大関節モーメントの制限値
および、
（Ｂ）大臀筋、大腿直筋、内側広筋、半膜様筋、大腿二頭筋、ヒラメ筋、腓腹筋、前脛骨筋の夫々における最大筋活動量の制限値。
【００３８】
なお、運動学的制約条件は前記最大屈曲角度、最大伸展角度、最大関節モーメント、最大筋活動量の制限値に限定されるものではない。例えば、最大伸展角度と最大屈曲角度の和で定義される関節可動域の制限値や、関節の回転の速さを表す関節角速度の制限値、筋の伸長量の制限値、靭帯の引張荷重、を運動学的制約条件として用いる事が考えられる。
【００３９】
また、関節や筋についても上記の箇所に限定されず、強度調節を行う弾性装具のアシスト対象部位によって適切に選択される。例えば、上肢の動きをアシストする弾性装具の強度調節を行う場合の関節として、胸鎖関節、肩鎖関節、肩甲胸郭関節、肩甲上腕関節、腕尺関節、腕橈関節、遠位および近位橈尺関節、を選択することが考えられる。また、腰の動きを補助する弾性装具の強度調節を行う場合には、腰椎の椎間関節、仙腸関節を選択することが考えられる。
【００４０】
最適弾性強度
【数２】
2019069534.tif 000004
は、次式（数３）の制約付き最適化問題の解である。
【数３】
2019069534.tif 000005
【００４１】
ここで、ｘｉはｉ番目の弾性装具の弾性強度である。v(x)は各弾性装具の弾性強度ｘが与えられた場合の、歩行速度の予測値である。歩行速度の予測値は、弾性強度がｘに設定された弾性装具を装着したときの歩行速度を計測する実験を、予め十分な人数に対して行って集めた学習データに基づいて、機械学習あるいは統計的手法（例えば平均値や中間値）で計算される。
【００４２】
尚、上記数３中の変数は、それぞれ、次の数４および数５を表す。
【数４】
2019069534.tif 000006
【数５】
2019069534.tif 000007
【００４３】
前記予測値は歩行速度ｖと同様にして、弾性強度がｘに設定された弾性装具を装着したときの最大屈曲角度、最大伸展角度、最大関節モーメント、最大筋活動量を計測する実験を、予め十分な人数に対して行って集めた学習データに基づいて、機械学習あるいは統計的手法（例えば平均値や中間値）で計算される。
【００４４】
上記では、最適化の一例として、装具利用者の歩行速度ｖを最大化するという評価指標（第１の指標）に基づき定式化したが、歩行速度の最大化に限定されることはない。例えば、関節可動域の向上を目的としたリハビリテーションであれば、関節の最大伸展角度と最大屈曲角度の和で定義される関節可動域を最大化する評価指標（第２の指標）が考えられる。また、関節負荷を最小にすることを重視する場合は、最大関節モーメントを最小化する評価指標（第３の指標）を用いる事も考えられる。さらに、前記に例示したような複数の評価指標（第１乃至第３の指標）の重み付き平均値を評価指標（第４の指標）として用いてもよい。このように、最適化の評価指標は、運動補助の目的やリハビリテーションの進行段階等の状況に応じて適切に設定される。
【００４５】
記憶部１２２０は、弾性強度・運動学的特性を格納している。ここで、「弾性強度・運動学的特性」とは、装具利用者の動作を補助する弾性装具を、前述のように複数の十分な人数に装着して収集した学習データに基づいて計算された、歩行速度の予測値v(x)、関節ｌの最大屈曲角度の予測値θｌ（ｘ）、関節ｌの最大伸展角度の予測値φｌ（ｘ）、関節ｌの最大関節モーメントの予測値τｌ（ｘ）、筋肉ｍの最大筋活動量の予測値MVCm(x)のことである。
【００４６】
最適化問題処理部１２１０は、上記運動学的制約条件と上記弾性強度・運動学的特性とから、上記所定の評価指標に基づき上記最適弾性強度を計算する。
【００４７】
［動作の説明］
次に、本第１の実施の形態の最適弾性強度計算システム１の動作について、図面を参照して説明する。
【００４８】
図３は、本実施形態の最適弾性強度計算システム１の動作の例を表すフローチャートである。
【００４９】
まず、入力装置１１００が、運動学的制約条件を入力する（ステップＳ１０１）。そして入力装置１１００は、入力された運動学的制約条件を計算装置１２００に供給する。
【００５０】
計算装置１２００は、入力装置１１００から、運動学的制約条件を受ける。計算装置１２００は、受けた運動学的制約条件と上記弾性強度・運動学的特性とを用いて、上記所定の評価指標に基づき最適弾性強度を計算する（ステップＳ１０２）。計算装置１２００は、計算した最適弾性強度を表示装置１３００に供給する。
【００５１】
表示装置１３００は、計算装置１２００の処理結果である最適弾性強度を表示する（ステップＳ１０３）。
【００５２】
このように、本第１の実施の形態によると、最適弾性強度が計算されることにより、弾性装具の強度調節を容易に行うことができるようになる。
【００５３】
尚、計算装置１２００の各部は、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを用いて実現可能である。ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせた形態では、ＲＡＭ（random access memory）に最適弾性強度計算プログラムが展開され、該最適弾性強度計算プログラムに基づいて制御部（ＣＰＵ（central processing unit））等のハードウェアを動作させることによって、各部を各種手段として実現する。また、該最適弾性強度計算プログラムは、記録媒体に記録されて頒布されても良い。当該記録媒体に記録された最適弾性強度計算プログラムは、有線、無線、又は記録媒体そのものを介して、メモリに読込まれ、制御部等を動作させる。尚、記録媒体を例示すれば、オプティカルディスクや磁気ディスク、半導体メモリ装置、ハードディスクなどが挙げられる。
【００５４】
上記第１の実施の形態を別の表現で説明すれば、計算装置１２００として動作させるコンピュータを、ＲＡＭに展開された最適弾性強度計算プログラムに基づき、最適化問題処理部１２１０、および記憶部１２２０として動作させることで実現することが可能である。
【００５５】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 
【００５６】
なお、本第２の実施の形態に係る運動補助システムは、装具利用者の歩行など下肢の動作を補助してもよいし、物を持ち上げるなど上肢や腰の動作をアシストしてもよく、限定されない。
【００５７】
以下の説明では、一例として、歩行運動を補助するとして説明する。そのため、以下の説明では、下肢、特に股関節と足関節に取り付ける弾性装具が用いられることを前提とする。ただし、これは、上記の通り、本第２の実施の形態を歩行運動および下肢に限定するものではない。
【００５８】
［構成の説明］
図４は、本発明における第２の実施の形態に係る運動補助システム２の構成の一例を表すブロック図である。図４に示す通り、運動補助システム２は、入力装置１１００と、計算装置１２００と、調整装置２３００と、弾性装具２４００と、を備えている。
【００５９】
入力装置１１００と計算装置１２００は、図１に示した最適弾性強度計算システム１のものと同じ動作を行う。
【００６０】
調整装置２３００は、計算装置１２００から、最適弾性強度を受ける。調整装置２３００は、弾性装具２４００の弾性強度が、受けた最適弾性強度に一致するように、弾性装具２４００の弾性体の締め付け力を制御することにより、弾性強度を調整する。
【００６１】
弾性装具２４００は、装具利用者の身体に装着される。そして、弾性装具２４００は、ばねやゴム等の弾性体を使用して力またはトルクを生成して、対象者の歩行を補助する。弾性装具２４００の弾性強度は、前記調整装置２３００により調整される。
【００６２】
図５は、本第２の実施の形態に係る運動補助システム２の外観の一例を示す図である。図５に示す運動補助システム２は、端末２０と、第１の運動補助装置１００と、第２の運動補助装置２００と、を備えている。
【００６３】
端末２０は、入力装置１１００と、計算装置１２００と、を備えている。端末２０は、キーボードやタッチパネル等のインターフェースを通して、運動学的制約条件を入力し、最適弾性強度を調整装置２３００に供給する。端末２０と調整装置２３００とは、有線または無線で接続する。端末２０に運動学的制約条件を入力する人は、装具利用者１０に限らず、医師、理学療法士が入力して良い。また、インターフェースはキーボードやタッチパネルに限定されることはなく、例えばインターネット回線を通じて遠隔地から運動学的制約条件のデータを取得してもよい。
【００６４】
第１の運動補助装置１００は、第１の調整装置２３００ａと、第１の弾性装具２４００ａと、を備える。
【００６５】
第１の弾性装具２４００ａは、第１の弾性体保持部１１２、第１のアシスト部１１３、第１のシャフト１１４、腰部バンド１１５、および膝部バンド１１６を備えている。
【００６６】
第１の弾性体保持部１１２は、第１の運動補助力を発生するための弾性体（ばね、ゴム等）を内部に保持する。第１のアシスト部１１３は、前記第１の運動補助力を動力として装具利用者１０の股関節の回転をアシストするため、装具利用者１０の大転子の横の所定の位置に配置されている。なお、大転子とは、大腿骨近位端の、外側に突起した出っ張り部分である。腰部バンド１１５は、第１の運動補助装置１００を、装具利用者１０の腰部に固定する。第１のシャフト１１４は、第１のアシスト部１１３が発生した第１の運動補助力を膝上部または膝下部に伝達する。第１のシャフト１１４は、第１のアシスト部１１３を中心として回転する。つまり、第１のシャフト１１４は、装具利用者１０の大腿部の外骨格に相当する。膝部バンド１１６は、第１のアシスト部１１３の第１の運動補助力を膝上部または膝下部に伝達する。そのため、膝部バンド１１６は、第１のシャフト１１４の遠位端に設けられている。
【００６７】
第１の調整装置２３００ａは図５において第１の弾性体保持部１１２の先端に取り付けられており、第１の弾性体保持部１１２の内部にある弾性体の締め付け力を調整することで、第１の弾性装具２４００ａの弾性強度を調整する。
【００６８】
第２の運動補助装置２００は、第２の調整装置２３００ｂと、第２の弾性装具２４００ｂと、を備える。
【００６９】
第２の弾性装具２４００ｂは、第２の弾性体保持部２１２、第２のアシスト部２１３、第２のシャフト２１４、脛部バンド２１５、および足底板２１６を備えている。
【００７０】
第２の弾性体保持部２１２は、第２の運動補助力を発生するための弾性体（ばね、ゴム等）を内部に保持する。第２のアシスト部２１３は、前記第２の運動補助力を動力として装具利用者１０の足関節の回転をアシストするため、装具利用者１０の足関節の横の所定の位置に配置されている。第２のシャフト２１４は、第２のアシスト部２１３を中心として回転する。つまり、第２のシャフト２１４は、装具利用者１０の下腿部の外骨格に相当する。脛部バンド２１５および足底板２１６は、それぞれ、第２の運動補助装置２００を脛部および足部に固定する役割を持つ。足底板２１６は、第２のアシスト部２１３の第２の運動補助力を足部に伝達する。
【００７１】
第２の調整装置２３００ｂは図５において第２の弾性体保持部２１２の先端に取り付けられており、第２の弾性体保持部２１２の内部にある弾性体の締め付け力を調整することで、第２の弾性装具２４００ｂの弾性強度を調整する。
【００７２】
第１および第２の調整装置２３００ａ、２３００ｂが弾性体の締め付け力を調整する方法は、特に制限されない。例えば、図６に示すように、弾性装具２４００の弾性体の締め付け力をサーボモータで制御する機構が考えられる。
【００７３】
図６は、第１および第２の弾性体保持部１１２、２１２と第１および第２の調整装置２３００ａ、２３００ｂを図５の方向から見た断面図である。
【００７４】
第１および第２の弾性体保持部１１２、２１２には、弾性体として、バネ１２０が保持されている。バネが発生する押圧力は、押圧受け部１２１に印加され、第１および第２のアシスト部１１３、２１３に伝達される。第１および第２の調整装置２３００ａ、２３００ｂは、サーボモータ２３１０と、シャフト２３２０と、シャフト２３３０と、固定部材２３４０とから成る。
【００７５】
固定部材２３４０は、サーボモータ２３１０と、第１および第２の弾性体保持部１１２、２１２を固定する。サーボモータ２３１０は、図中の矢印Ａの方向にシャフト２３２０を回転させる力を生ずる。シャフト２３２０のサーボモータ２３１０とは反対側の先端にはギア２３５０が取り付けてあり、サーボモータ２３１０の回転力をシャフト２３３０に伝達する。シャフト２３３０のサーボモータ２３１０側の先端はギア２３６０になっており、シャフト２３２０からの回転力を受けて図中の矢印Ｂの方向に回転する。シャフト２３３０の弾性体１２０側の先端と、第１および第２の弾性体保持部１１２、２１２のシャフト２３３０側の先端とは、それぞれ、雄ネジ２３７０および雌ネジ１２３になっており、互いに嵌合している。
【００７６】
シャフト２３３０が回転することにより、シャフト２３３０が第１および第２の弾性体保持部１１２、２１２に入る長さが変化し、それによって弾性体（バネ）１２０の締め付け力が調整される。なお、シャフト２３３０のギア２３６０の回転軸方向の長さは、シャフト２３３０が第１および第２の弾性体保持部１１２、２１２に入っていく事による位置変動を考慮して、十分長くすることが望ましい。
【００７７】
［動作の説明］ 
次に、本第２の実施の形態の運動補助システム２の動作について、図面を参照して説明する。
【００７８】
図７は、本第２の実施の形態の運動補助システム２の動作の例を表すフローチャートである。
【００７９】
まず、入力装置１１００が、運動学的制約条件を入力する（ステップＳ２０１）。そして入力装置１１００は、入力された運動学的制約条件を計算装置１２００に供給する。
【００８０】
計算装置１２００は、入力装置１１００から、運動学的制約条件を受ける。計算装置１２００は、受けた運動学的制約条件を用いて、上述したように最適弾性強度を計算する（ステップＳ２０２）。計算装置１２００は、計算した最適弾性強度を調整装置２３００に供給する。
【００８１】
調整装置２３００は、計算装置１２００から、最適弾性強度を受ける。調整装置２３００は、弾性装具２４００の弾性強度が、受けた最適弾性強度に一致するように、弾性強度を調整する（ステップ２０３）。
【００８２】
以上では、下肢、特に股関節と足関節に取り付ける弾性装具を例に説明したが、他の部位を補助してもよく、限定されない。例えば、上肢、指、腰部の関節の運動補助にも適用可能である。
【００８３】
このように、本第２の実施の形態によると、弾性装具２４００の強度調節がさらに容易になる。その理由は、調整装置２３００の働きによって、弾性装具２４００の弾性強度調節が自動的に行われて、手動で調整する手間が省けるからである。
【００８４】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 
【００８５】
［構成の説明］ 
図８は、本発明における第３の実施の形態に係る計算装置３２００の構成の一例を表すブロック図である。図８に示す通り、計算装置３２００は、最適化問題処理部１２１０と、記憶部１２２０と、変換部３２３０と、を備える。
【００８６】
最適化問題処理部１２１０と、記憶部１２２０とは、図２に示した計算装置１２００のものと同じ動作を行う。
【００８７】
変換部３２３０は、運動能力評価情報を入力する。ここで、「運動能力評価情報」とは、装具利用者の運動能力を定量的に示す指標であり、一例として、ＴＵＧ（Ｔｉｍｅｄ  Ｕｐ  ａｎｄ  Ｇｏ）テスト、６分間歩行テスト、開眼片脚起立時間などがある。変換部３２３０は、入力された運動能力評価情報を運動学的制約条件に変換し、最適化問題処理部１２１０に供給する。
【００８８】
運動能力評価情報を運動学的制約条件に変換する計算の一例として、ＴＵＧと開眼片脚起立時間を変数とした、以下の数６で表される二変数線形関数がある。なお、ＴＵＧは、椅子に腰かけた状態から立ち上がり、３ｍを快適速度で歩行し、折り返して着座するまでの所要時間である。開眼片脚起立時間は、目を開けた状態で片脚立ちを開始してから、バランスを崩すまでの時間である。
【数６】
2019069534.tif 000008
ここで、
【数７】
2019069534.tif 000009
は前記のように筋肉ｍの最大筋活動量の制限値である。また、α、β、γは係数である。各係数は、ＴＵＧと開眼片脚起立時間と最大筋活動量とをセットで計測する実験を、十分多くの人数に対して行って得たデータを用いて、最大筋活動量を目的変数、ＴＵＧおよび開眼片脚起立時間を説明変数とする、重回帰分析を実施することで得られる。
【００８９】
運動能力評価情報の別の例として、ＭＭＴ（Ｍａｎｕａｌ  Ｍｕｓｃｌｅ  Ｔｅｓｔ：徒手筋力テスト）がある。ＭＭＴは、筋力の低下状態を評価するテストであり、０〜５の６段階の離散値を取る。検査方法は、被検査者が対象となる筋または筋群を収縮させた状態で、検査者（医師や理学療法士）が伸張方向の抵抗を徒手によって加え、その筋または筋群の収縮保持能力を評価する。このＭＭＴを説明変数とした以下の数８で表される線形関数がある。
【数８】
2019069534.tif 000010
【００９０】
ここで、α、βは係数である。各係数は、ＭＭＴと最大筋活動量とをセットで計測する実験を、十分多くの人数に対して行って得たデータを用いて、最大筋活動量を目的変数、ＭＭＴを説明変数とする、単回帰分析を実施することで得られる。
【００９１】
［動作の説明］ 
次に、本第３の実施の形態の計算装置３２００の動作について、図面を参照して説明する。
【００９２】
図９は、本第３の実施の形態の計算装置３２００の動作の例を表すフローチャートである。
【００９３】
まず、変換部３２３０が、入力装置１１００から、運動能力評価情報を受ける。変換部３２３０は、運動能力評価情報を運動学的制約条件に変換する（ステップＳ３０１）。そして変換部３２３０は、変換した運動学的制約条件を最適化問題処理部１２１０に供給する。
【００９４】
最適化問題処理部１２１０は、変換部３２３０から、運動学的制約条件を受ける。最適化問題処理部１２１０は、受けた運動学的制約条件を用いて、上述したように最適弾性強度を計算する（ステップＳ３０２）。
【００９５】
本第３の実施の形態によると、運動学的制約条件の代わりに運動能力評価情報を入力できるようになることで、リハビリテーションで一般的に実施される検査項目の値をそのまま使用でき、システムの利便性が向上する効果を奏する。
【００９６】
尚、計算装置３２００の各部は、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを用いて実現可能である。ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせた形態では、ＲＡＭ（random access memory）に最適弾性強度計算プログラムが展開され、該最適弾性強度計算プログラムに基づいて制御部（ＣＰＵ（central processing unit））等のハードウェアを動作させることによって、各部を各種手段として実現する。また、該最適弾性強度計算プログラムは、記録媒体に記録されて頒布されても良い。当該記録媒体に記録された最適弾性強度計算プログラムは、有線、無線、又は記録媒体そのものを介して、メモリに読込まれ、制御部等を動作させる。尚、記録媒体を例示すれば、オプティカルディスクや磁気ディスク、半導体メモリ装置、ハードディスクなどが挙げられる。
【００９７】
上記第３の実施の形態を別の表現で説明すれば、計算装置３２００として動作させるコンピュータを、ＲＡＭに展開された最適弾性強度計算プログラムに基づき、最適化問題処理部１２１０、記憶部１２２０、および変換部３２３０として動作させることで実現することが可能である。
【００９８】
［第３の実施の形態の変形例］
計算装置３２００の最適化問題処理部１２１０は、運動学的制約条件に加えて、さらにリハビリテーション計画情報を入力してもよい。
【００９９】
ここで、「リハビリテーション計画情報」とは、リハビリテーションの進行段階に応じて設定される計画のことである。例えば、リハビリ患者の運動能力評価情報と、それに応じた最適化の評価指標を対応付けたテーブルが考えられる。歩行リハビリを例にとると、リハビリ初期段階（運動能力評価値が低い）では関節に過度な負担がかからない事が重視されることから、最大関節モーメントを最小にする評価指標が適していると考えられる。しかし、リハビリテーションが進行し運動能力評価値が改善した段階では、日常生活での自立を目的として、歩行速度を最大にする評価指標がより適している。
【０１００】
本変形例の最適化問題処理部は、入力されたリハビリテーション計画情報を参照して、現在のリハビリ患者の運動能力評価情報に対応する最適化の評価指標を取得し、最適弾性強度を計算する。
【０１０１】
このようにすることで、リハビリテーション段階に応じた最適弾性強度が計算されるようになることにより、システムの利便性がさらに向上する効果を奏する。
【０１０２】
以上、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明してきたが、当業者であれば、他の類似する実施形態を使用することができること、また、本発明から逸脱することなく適宜形態の変更又は追加を行うことができることに留意すべきである。
【０１０３】
上記の実施形態は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【０１０４】
（付記１）装具利用者の動作を補助する弾性装具を、複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め格納した記憶部と、
前記装具利用者の運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記弾性装具の最適弾性強度を計算する最適化問題処理部と、
を備えることを特徴とする、最適弾性強度計算装置。
【０１０５】
（付記２）前記弾性強度・運動学的特性は、前記弾性装具を、前記複数の人の身体に装着して実験によって求められた歩行速度の予測値、関節の最大屈曲角度の予測値、関節の最大伸展角度の予測値、関節の最大関節モーメントの予測値、および筋肉の最大筋活動量の予測値から成る、付記１に記載の最適弾性強度計算装置。
【０１０６】
（付記３）前記運動学的制約条件は、前記装具利用者である歩行者が動作中に満たすべき運動学的条件から成る、付記１又は２に記載の最適弾性強度計算装置。
【０１０７】
（付記４）前記所定の評価指標は、前記装具利用者の歩行速度を最大化する第１の指標、関節可動域を最大化する第２の指標、最大関節モーメントを最小化する第３の指標、および前記第１乃至第３の指標の重み付き平均をとった第４の指標の中から選択された１つから成る、付記１乃至３のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算装置。
【０１０８】
（付記５）装具利用者の運動学的制約条件を入力するための入力装置と、
付記１乃至４のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算装置と、
前記最適弾性強度を出力する表示装置と、
を備えることを特徴とする最適弾性強度計算システム。
【０１０９】
（付記６）装具利用者の身体に装着されて前記装具利用者の動作を補助する弾性装具と、
前記装具利用者の運動学的制約条件を入力するための入力装置と、
付記１乃至４のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算装置と、
前記最適弾性強度を入力して前記弾性装具の弾性強度を調整する調整装置と、
を備えることを特徴とする運動補助システム。
【０１１０】
（付記７）装具利用者の動作を補助する弾性装具を、複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め記憶部に格納し、
最適化問題処理部が、前記装具利用者の運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記弾性装具の最適弾性強度を計算する、
ことを含む、最適弾性強度計算方法。
【０１１１】
（付記８）前記弾性強度・運動学的特性は、前記弾性装具を、前記複数の人の身体に装着して実験によって求められた歩行速度の予測値、関節の最大屈曲角度の予測値、関節の最大伸展角度の予測値、関節の最大関節モーメントの予測値、および筋肉の最大筋活動量の予測値から成る、付記７に記載の最適弾性強度計算方法。
【０１１２】
（付記９）前記運動学的制約条件は、前記装具利用者である歩行者が動作中に満たすべき運動学的条件から成る、付記７又は８に記載の最適弾性強度計算方法。
【０１１３】
（付記１０）前記所定の評価指標は、前記装具利用者の歩行速度を最大化する第１の指標、関節可動域を最大化する第２の指標、最大関節モーメントを最小化する第３の指標、および前記第１乃至第３の指標の重み付き平均をとった第４の指標の中から選択された１つから成る、付記７乃至９のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算方法。
【０１１４】
（付記１１）装具利用者の身体に装着されて前記装具利用者の動作を補助する弾性装具の最適弾性強度を、コンピュータに計算させる最適弾性強度計算プログラムを記録した記録媒体であって、前記最適弾性強度計算プログラムは、前記コンピュータに、
前記弾性装具を複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め記憶部に格納する手順と、
前記装具利用者の運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記最適弾性強度を計算する最適化問題処理手順と、を実行させるための最適弾性強度計算プログラム記録媒体。
【０１１５】
（付記１２）前記弾性強度・運動学的特性は、前記弾性装具を、前記複数の人の身体に装着して実験によって求められた歩行速度の予測値、関節の最大屈曲角度の予測値、関節の最大伸展角度の予測値、関節の最大関節モーメントの予測値、および筋肉の最大筋活動量の予測値から成る、付記１１に記載の最適弾性強度計算プログラム記録媒体。
【０１１６】
（付記１３）前記運動学的制約条件は、前記装具利用者である歩行者が動作中に満たすべき運動学的条件から成る、付記１１又は１２に記載の最適弾性強度計算プログラム記録媒体。
【０１１７】
（付記１４）前記所定の評価指標は、前記装具利用者の歩行速度を最大化する第１の指標、関節可動域を最大化する第２の指標、最大関節モーメントを最小化する第３の指標、および前記第１乃至第３の指標の重み付き平均をとった第４の指標の中から選択された１つから成る、付記１１乃至１３のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算プログラム記録媒体。
【０１１８】
（付記１５）装具利用者の動作を補助する弾性装具を、複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め格納した記憶部と、
前記装具利用者の運動能力評価情報を運動学的制約条件に変換する変換部と、
前記運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記弾性装具の最適弾性強度を計算する最適化問題処理部と、
を備えることを特徴とする、最適弾性強度計算装置。
【０１１９】
（付記１６）前記弾性強度・運動学的特性は、前記弾性装具を、前記複数の人の身体に装着して実験によって求められた歩行速度の予測値、関節の最大屈曲角度の予測値、関節の最大伸展角度の予測値、関節の最大関節モーメントの予測値、および筋肉の最大筋活動量の予測値から成る、付記１５に記載の最適弾性強度計算装置。
【０１２０】
（付記１７）前記運動能力評価情報は、前記装具利用者の運動能力を定量的に示す指標から成る、付記１５又は１６に記載の最適弾性強度計算装置。
【０１２１】
（付記１８）前記運動学的制約条件は、前記装具利用者である歩行者が動作中に満たすべき運動学的条件から成る、付記１５乃至１７のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算装置。
【０１２２】
（付記１９）前記所定の評価指標は、前記装具利用者の歩行速度を最大化する第１の指標、関節可動域を最大化する第２の指標、最大関節モーメントを最小化する第３の指標、および前記第１乃至第３の指標の重み付き平均をとった第４の指標の中から選択された１つから成る、付記１５乃至１８のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算装置。
【０１２３】
（付記２０）装具利用者の運動能力評価情報を入力するための入力装置と、
付記１５乃至１９のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算装置と、
前記最適弾性強度を出力する表示装置と、
を備えることを特徴とする最適弾性強度計算システム。
【０１２４】
（付記２１）装具利用者の身体に装着されて前記装具利用者の動作を補助する弾性装具と、
前記装具利用者の運動能力評価情報を入力するための入力装置と、
付記１５乃至１９のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算装置と、
前記最適弾性強度を入力して前記弾性装具の弾性強度を調整する調整装置と、
を備えることを特徴とする運動補助システム。
【０１２５】
（付記２２）装具利用者の動作を補助する弾性装具を、複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め記憶部に格納し、
変換部が、前記装具利用者の運動能力評価情報を運動学的制約条件に変換し、
最適化問題処理部が、前記運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記弾性装具の最適弾性強度を計算する、
ことを含む、最適弾性強度計算方法。
【０１２６】
（付記２３）前記弾性強度・運動学的特性は、前記弾性装具を、前記複数の人の身体に装着して実験によって求められた歩行速度の予測値、関節の最大屈曲角度の予測値、関節の最大伸展角度の予測値、関節の最大関節モーメントの予測値、および筋肉の最大筋活動量の予測値から成る、付記２２に記載の最適弾性強度計算方法。
【０１２７】
（付記２４）前記運動能力評価情報は、前記装具利用者の運動能力を定量的に示す指標から成る、付記２２又は２３に記載の最適弾性強度計算方法。
【０１２８】
（付記２５）前記運動学的制約条件は、前記装具利用者である歩行者が動作中に満たすべき運動学的条件から成る、付記２２乃至２４のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算方法。
【０１２９】
（付記２６）前記所定の評価指標は、前記装具利用者の歩行速度を最大化する第１の指標、関節可動域を最大化する第２の指標、最大関節モーメントを最小化する第３の指標、および前記第１乃至第３の指標の重み付き平均をとった第４の指標の中から選択された１つから成る、付記２２乃至２５のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算方法。
【０１３０】
（付記２７）装具利用者の身体に装着されて前記装具利用者の動作を補助する弾性装具の最適弾性強度を、コンピュータに計算させる最適弾性強度計算プログラムを記録した記録媒体であって、前記最適弾性強度計算プログラムは、前記コンピュータに、
前記弾性装具を複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め記憶部に格納する手順と、
前記装具利用者の運動能力評価情報を運動学的制約条件に変換する変換手順と、
前記運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記最適弾性強度を計算する最適化問題処理手順と、
を実行させるための最適弾性強度計算プログラム記録媒体。
【０１３１】
（付記２８）前記弾性強度・運動学的特性は、前記弾性装具を、前記複数の人の身体に装着して実験によって求められた歩行速度の予測値、関節の最大屈曲角度の予測値、関節の最大伸展角度の予測値、関節の最大関節モーメントの予測値、および筋肉の最大筋活動量の予測値から成る、付記２７に記載の最適弾性強度計算プログラム記録媒体。
【０１３２】
（付記２９）前記運動能力評価情報は、前記装具利用者の運動能力を定量的に示す指標から成る、付記２７又は２８に記載の最適弾性強度計算プログラム記録媒体。
【０１３３】
（付記３０）前記運動学的制約条件は、前記装具利用者である歩行者が動作中に満たすべき運動学的条件から成る、付記２７乃至２９のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算プログラム記録媒体。
【０１３４】
（付記３１）前記所定の評価指標は、前記装具利用者の歩行速度を最大化する第１の指標、関節可動域を最大化する第２の指標、最大関節モーメントを最小化する第３の指標、および前記第１乃至第３の指標の重み付き平均をとった第４の指標の中から選択された１つから成る、付記２７乃至３０のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算プログラム記録媒体。
【０１３５】
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明の活用例として、片麻痺患者および高齢者の歩行リハビリに適用できる。さらに、本発明の運動補助システムは、健常者およびスポーツ選手の歩行および走行フォームの矯正にも適用可能である。【０１３７】
この出願は、２０１７年１０月５日に出願された日本出願特願２０１７−１９５２７２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【０１３８】
１  最適弾性強度計算システム
２  運動補助システム
１０  装具利用者
２０  端末
１００  第１の運動補助装置
１１２  第１の弾性体保持部
１１３  第１のアシスト部
１１４  第１のシャフト
１１５  腰部バンド
１１６  膝部バンド
１２０  弾性体（バネ）
１２１  押圧受け部
１２３  雌ネジ
２００  第２の運動補助装置
２１２  第２の弾性体保持部
２１３  第２のアシスト部
２１４  第２のシャフト
２１５  脛部バンド
２１６  足底板
１１００  入力装置
１２００  計算装置（最適弾性強度計算装置）
１２１０  最適化問題処理部
１２２０  記憶部
１３００  表示装置
２３００  調整装置
２３００ａ    第１の調整装置
２３００ｂ    第２の調整装置
２３１０  サーボモータ
２３２０  シャフト
２３３０  シャフト
２３４０  固定部材
２３５０  ギア
２３６０  ギア
２３７０  雄ネジ
２４００  弾性装具
２４００ａ    第１の弾性装具
２４００ｂ    第２の弾性装具
３２００  計算装置（最適弾性強度計算装置）
３２３０  変換部
【図１】
2019069534.tif 000011
【図２】
2019069534.tif 000012
【図３】
2019069534.tif 000013
【図４】
2019069534.tif 000014
【図５】
2019069534.tif 000015
【図６】
2019069534.tif 000016
【図７】
2019069534.tif 000017
【図８】
2019069534.tif 000018
【図９】
2019069534.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月31日(2020.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装具利用者の動作を補助する弾性装具を、複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め格納した記憶部と、
前記装具利用者の運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記弾性装具の最適弾性強度を計算する最適化問題処理部と、
を備えることを特徴とする、最適弾性強度計算装置。
【請求項２】
装具利用者の運動学的制約条件を入力するための入力装置と、
請求項１に記載の最適弾性強度計算装置と、
前記最適弾性強度を出力する表示装置と、
を備えることを特徴とする最適弾性強度計算システム。
【請求項３】
装具利用者の身体に装着されて前記装具利用者の動作を補助する弾性装具と、
前記装具利用者の運動学的制約条件を入力するための入力装置と、
請求項１に記載の最適弾性強度計算装置と、
前記最適弾性強度を入力して前記弾性装具の弾性強度を調整する調整装置と、
を備えることを特徴とする運動補助システム。
【請求項４】
装具利用者の動作を補助する弾性装具を、複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め記憶部に格納し、
最適化問題処理部が、前記装具利用者の運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記弾性装具の最適弾性強度を計算する、
ことを含む、最適弾性強度計算方法。
【請求項５】
装具利用者の身体に装着されて前記装具利用者の動作を補助する弾性装具の最適弾性強度を、コンピュータに計算させる最適弾性強度計算プログラムであって、前記最適弾性強度計算プログラムは、前記コンピュータに、
前記弾性装具を複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め記憶部に格納する手順と、
前記装具利用者の運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記最適弾性強度を計算する最適化問題処理手順と、を実行させるための最適弾性強度計算プログラム。
【請求項６】
装具利用者の動作を補助する弾性装具を、複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め格納した記憶部と、
前記装具利用者の運動能力評価情報を運動学的制約条件に変換する変換部と、
前記運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記弾性装具の最適弾性強度を計算する最適化問題処理部と、
を備えることを特徴とする、最適弾性強度計算装置。
【請求項７】
装具利用者の運動能力評価情報を入力するための入力装置と、
請求項６に記載の最適弾性強度計算装置と、
前記最適弾性強度を出力する表示装置と、
を備えることを特徴とする最適弾性強度計算システム。
【請求項８】
装具利用者の身体に装着されて前記装具利用者の動作を補助する弾性装具と、
前記装具利用者の運動能力評価情報を入力するための入力装置と、
請求項６に記載の最適弾性強度計算装置と、
前記最適弾性強度を入力して前記弾性装具の弾性強度を調整する調整装置と、
を備えることを特徴とする運動補助システム。
【請求項９】
装具利用者の動作を補助する弾性装具を、複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め記憶部に格納し、
変換部が、前記装具利用者の運動能力評価情報を運動学的制約条件に変換し、
最適化問題処理部が、前記運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記弾性装具の最適弾性強度を計算する、
ことを含む、最適弾性強度計算方法。
【請求項１０】
装具利用者の身体に装着されて前記装具利用者の動作を補助する弾性装具の最適弾性強度を、コンピュータに計算させる最適弾性強度計算プログラムであって、前記最適弾性強度計算プログラムは、前記コンピュータに、
前記弾性装具を複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め記憶部に格納する手順と、
前記装具利用者の運動能力評価情報を運動学的制約条件に変換する変換手順と、
前記運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記最適弾性強度を計算する最適化問題処理手順と、
を実行させるための最適弾性強度計算プログラム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、最適弾性強度計算装置、最適弾性強度計算システム、運動補助システム、最適弾性強度計算方法および最適弾性強度計算プログラムに関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明の目的は、上記課題を解決し、弾性装具の強度調節を容易に行うことができる、最適弾性強度計算装置、最適弾性強度計算システム、運動補助システム、最適弾性強度計算方法および最適弾性強度計算プログラムを提供することにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明の最適弾性強度計算プログラムは、装具利用者の身体に装着されて前記装具利用者の動作を補助する弾性装具の最適弾性強度を、コンピュータに計算させる最適弾性強度計算プログラムであって、前記最適弾性強度計算プログラムは、前記コンピュータに、前記弾性装具を複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め記憶部に格納する手順と、前記装具利用者の運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記最適弾性強度を計算する最適化問題処理手順と、を実行させるためのプログラムである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
本発明の最適弾性強度計算プログラムは、装具利用者の身体に装着されて前記装具利用者の動作を補助する弾性装具の最適弾性強度を、コンピュータに計算させる最適弾性強度計算プログラムであって、前記最適弾性強度計算プログラムは、前記コンピュータに、前記弾性装具を複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め記憶部に格納する手順と、前記装具利用者の運動能力評価情報を運動学的制約条件に変換する変換手順と、前記運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記最適弾性強度を計算する最適化問題処理手順と、を実行させるためのプログラムである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１４】
（付記１１）装具利用者の身体に装着されて前記装具利用者の動作を補助する弾性装具の最適弾性強度を、コンピュータに計算させる最適弾性強度計算プログラムであって、前記最適弾性強度計算プログラムは、前記コンピュータに、
前記弾性装具を複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め記憶部に格納する手順と、
前記装具利用者の運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記最適弾性強度を計算する最適化問題処理手順と、を実行させるための最適弾性強度計算プログラム。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１５】
（付記１２）前記弾性強度・運動学的特性は、前記弾性装具を、前記複数の人の身体に装着して実験によって求められた歩行速度の予測値、関節の最大屈曲角度の予測値、関節の最大伸展角度の予測値、関節の最大関節モーメントの予測値、および筋肉の最大筋活動量の予測値から成る、付記１１に記載の最適弾性強度計算プログラム。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１６】
（付記１３）前記運動学的制約条件は、前記装具利用者である歩行者が動作中に満たすべき運動学的条件から成る、付記１１又は１２に記載の最適弾性強度計算プログラム。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１７】
（付記１４）前記所定の評価指標は、前記装具利用者の歩行速度を最大化する第１の指標、関節可動域を最大化する第２の指標、最大関節モーメントを最小化する第３の指標、および前記第１乃至第３の指標の重み付き平均をとった第４の指標の中から選択された１つから成る、付記１１乃至１３のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算プログラム。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３０】
（付記２７）装具利用者の身体に装着されて前記装具利用者の動作を補助する弾性装具の最適弾性強度を、コンピュータに計算させる最適弾性強度計算プログラムであって、前記最適弾性強度計算プログラムは、前記コンピュータに、
前記弾性装具を複数の人の身体に装着して実験によって求められた弾性強度・運動学的特性を予め記憶部に格納する手順と、
前記装具利用者の運動能力評価情報を運動学的制約条件に変換する変換手順と、
前記運動学的制約条件と前記弾性強度・運動学的特性とから、所定の評価指標に基づき、前記最適弾性強度を計算する最適化問題処理手順と、
を実行させるための最適弾性強度計算プログラム。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３１】
（付記２８）前記弾性強度・運動学的特性は、前記弾性装具を、前記複数の人の身体に装着して実験によって求められた歩行速度の予測値、関節の最大屈曲角度の予測値、関節の最大伸展角度の予測値、関節の最大関節モーメントの予測値、および筋肉の最大筋活動量の予測値から成る、付記２７に記載の最適弾性強度計算プログラム。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３２】
（付記２９）前記運動能力評価情報は、前記装具利用者の運動能力を定量的に示す指標から成る、付記２７又は２８に記載の最適弾性強度計算プログラム。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３３】
（付記３０）前記運動学的制約条件は、前記装具利用者である歩行者が動作中に満たすべき運動学的条件から成る、付記２７乃至２９のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算プログラム。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３４】
（付記３１）前記所定の評価指標は、前記装具利用者の歩行速度を最大化する第１の指標、関節可動域を最大化する第２の指標、最大関節モーメントを最小化する第３の指標、および前記第１乃至第３の指標の重み付き平均をとった第４の指標の中から選択された１つから成る、付記２７乃至３０のいずれか１つに記載の最適弾性強度計算プログラム。
【国際調査報告】
2019069534.tif 000020
2019069534.tif 000021
2019069534.tif 000022
2019069534.tif 000023