(57)【要約】【課題】人間による対象物の操作性を評価する技術において、その評価の信頼性を向上させる。【解決手段】対象物単独の粘性と弾性との少なくとも一方と、人間が対象物を操作している操作状態において人間のうち対象物の操作に関与する部分単独の粘性と弾性との少なくとも一方とが合成された合成粘弾性を取得し、その取得された合成粘弾性に基づき、人間による対象物の操作性を評価する。【選択図】図５
2006160241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人間による対象物の操作性を評価する操作性評価方法であって、
前記対象物単独の粘性と弾性との少なくとも一方である対象物粘弾性と、前記人間が前記対象物を操作している操作状態において前記人間のうち前記対象物の操作に関与する部分単独の粘性と弾性との少なくとも一方である人間粘弾性とが合成された合成粘弾性を取得する合成粘弾性取得工程と、
その取得された合成粘弾性に基づいて前記操作性を評価する評価工程と
を含む操作性評価方法。
【請求項２】
前記合成粘弾性取得工程は、
前記対象物と前記人間とのいずれかに、前記操作性を評価するために着目すべき位置を評価位置として設定する評価位置設定工程と、
前記人間粘弾性とは無関係に、前記対象物粘弾性を取得する対象物粘弾性取得工程と、
前記対象物粘弾性とは無関係に、前記人間粘弾性を取得する人間粘弾性取得工程と、
それら取得された対象物粘弾性の値と人間粘弾性の値とを、前記設定された評価位置に関して、互いに合成することにより、前記合成粘弾性を算出する合成粘弾性算出工程と
を含む請求項１に記載の操作性評価方法。
【請求項３】
前記対象物粘弾性取得工程は、
前記取得された対象物粘弾性と、前記操作状態において前記対象物のうち前記人間に接触する対象物側接触部分の挙動とに基づき、前記対象物を物理的に表現する対象物物理モデルを用いた逆力学解析手法により、前記操作状態において前記人間が前記対象物から受ける外力を算出する外力算出工程を含み、
前記人間粘弾性取得工程は、
その算出された外力と、前記操作状態において前記人間のうち前記対象物に接触する人間側接触部分の挙動と、前記人間の関節の受動抵抗とに基づき、前記人間を物理的に表現する人間物理モデルを用いた逆力学解析手法により、前記人間側接触部分に作用する内力を算出する内力算出工程と、
その算出された内力と、前記操作状態における前記人間側接触部分の挙動と、前記人間における筋の粘弾性特性とに基づき、前記人間粘弾性を算出する人間粘弾性算出工程と
を含む請求項２に記載の操作性評価方法。
【請求項４】
前記外力算出工程は、前記対象物が外部環境から受ける拘束を考慮して前記外力を算出し、
前記内力算出工程は、前記人間が外部環境から受ける拘束を考慮して前記内力を算出する請求項３に記載の操作性評価方法。
【請求項５】
前記合成粘弾性算出工程は、前記人間と前記対象物とが互いに接触する接触条件を考慮して前記合成粘弾性を算出する請求項２ないし４のいずれかに記載の操作性評価方法。
【請求項６】
前記人間粘弾性算出工程は、さらに、
前記算出された内力と、前記操作状態における前記人間側接触部分の挙動と、前記筋の粘弾性特性とに基づき、前記各筋の活性度である筋活性度を推定する筋活性度推定工程と、
その推定された筋活性度と、前記筋の粘弾性特性とに基づき、前記人間粘弾性を誘導する人間粘弾性誘導工程と
を含む請求項３または４に記載の操作性評価方法。
【請求項７】
前記筋活性度推定工程は、前記人間のうちの解析されるべき解析部位における複数本の筋についての前記筋活性度の推定値の合計値が実質的に最小となり、かつ、各筋につき、前記人間の関節に作用する力と前記人間の筋に作用する筋力との間に力のつりあいが実質的に成立するように前記筋活性度の推定値を算出する筋活性度算出工程を含む請求項６に記載の操作性評価方法。
【請求項８】
前記合成粘弾性取得工程は、
前記操作状態において前記対象物に作用する力を第１センサによって検出する第１検出工程と、
前記操作状態において前記対象物が示す挙動を第２センサによって検出する第２検出工程と、
前記第１センサによる検出値と前記第２センサによる検出値とに基づいて前記合成粘弾性を算出する算出工程と
を含む請求項１に記載の操作性評価方法。
【請求項９】
前記評価工程は、設計者が前記対象物を前記対象物粘弾性に関して設計することを支援するために、
前記合成粘弾性の目標値を入力する目標値入力工程と、
前記取得された合成粘弾性の、前記入力された目標値に対する誤差が減少するように、前記対象物粘弾性の設計値を修正する設計値修正工程と
を含む請求項１ないし８のいずれかに記載の操作性評価方法。
【請求項１０】
前記人間は、車両の乗員であり、
前記対象物は、前記車両において前記乗員によって操作される操作部材である請求項１ないし９のいずれかに記載の操作性評価方法。
【請求項１１】
前記操作部材は、ステアリング操作部材と、ブレーキ操作部材と、アクセル操作部材と、クラッチ操作部材と、変速のために操作されるシフト操作部材とのうちの少なくとも一つを含む請求項１０に記載の操作性評価方法。
【請求項１２】
前記人間は、回転軸を有する関節と、前記回転軸まわりに互いに回動可能に配置される２本の骨と、それら２本の骨を互いに結合する筋とを有する結合組織を含み、
その結合組織においては、（ａ）前記筋が、互いに離れた２個の付着点において前記２本の骨にそれぞれ付着させられ、（ｂ）その筋が、それら２個の付着点の途中に位置する少なくとも１個の経由点において、前記回転軸の近傍を通過するように前記２本の骨に幾何学的に関連付けられ、（ｃ）前記筋に発生する筋力によって前記回転軸まわりに発生する関節トルクの大きさが、前記２個の付着点と前記少なくとも１個の経由点とによって規定される前記筋の経路と前記回転軸との距離および方向で決まる筋モーメントアームに依存し、
前記人間物理モデルは、前記少なくとも１個の経由点の位置を表現し、
当該操作性評価方法は、さらに、前記少なくとも１個の経由点の位置を変更することによって前記筋モーメントアームを調整する筋モーメントアーム調整工程を含む請求項３または４に記載の操作性評価方法。
【請求項１３】
前記筋モーメントアーム調整工程は、前記筋モーメントアームの参照値を目標にして、前記少なくとも１個の経由点の位置の変更量の最適値を探索的に取得する探索的取得工程を含む請求項１２に記載の操作性評価方法。
【請求項１４】
前記探索的取得工程は、
前記人間における複数の筋のうちのいずれかを設計対象筋として選択する選択工程と、
その選択された設計対象筋の経由点の位置を、互いに異なる複数の基準方向にそれぞれ仮想的に変更することにより、複数の仮想筋を設定する設定工程と、
その設定された各仮想筋ごとに、前記筋モーメントアームを前記仮想筋モーメントアームとして算出する算出工程と、
前記各仮想筋ごとに算出された仮想筋モーメントアームの前記参照値に対する誤差の、前記設計対象筋の筋モーメントアームの前記参照値に対する誤差からの偏差の大きさおよび符号に基づき、前記複数の基準方向のうち前記各仮想筋に対応するものを変更方向として、前記設計対象筋の経由点の位置を変更する変更工程と
を含む請求項１３に記載の操作性評価方法。
【請求項１５】
前記筋モーメントアーム調整工程は、
前記筋につき、前記２本の骨が前記関節において成す関節角度を、時系列的な複数個の関節角度として入力する関節角度入力工程と、
前記筋につき、前記各経由点ごとに、前記入力された複数個の関節角度に共通する１個の位置を最適位置として決定する最適位置決定工程と
を含む請求項１２ないし１４のいずれかに記載の操作性評価方法。
【請求項１６】
前記最適位置決定工程は、
前記筋モーメントアームの、前記入力された複数個の関節角度にそれぞれ対応する複数個の参照値からの誤差を算出する総合誤差算出工程であって、前記各関節角度ごとに、前記筋モーメントアームの、各関節角度に対応する参照値からの誤差を算出し、前記入力された複数個の関節角度についてそれぞれ算出された複数個の誤差の合成値を総合誤差として算出するものと、
その算出される総合誤差が許容範囲内に収まるように、前記最適位置を前記複数個の関節角度に共通に決定する共通決定工程と
を含む請求項１５に記載の操作性評価方法。
【請求項１７】
前記筋モーメントアーム調整工程は、
前記筋につき、前記２本の骨が前記関節において成す関節角度を入力する関節角度入力工程と、
前記筋につき、前記各経由点ごとに、前記入力された１個の関節角度に対応する１個の位置を最適位置として決定する最適位置決定工程と
を含む請求項１２ないし１４のいずれかに記載の操作性評価方法。
【請求項１８】
前記最適位置決定工程は、
前記筋モーメントアームの、前記入力された１個の関節角度に対応する１個の参照値からの誤差を個別誤差として算出する個別誤差算出工程と、
その算出される個別誤差が許容範囲内に収まるように、前記最適位置を各関節角度ごとに決定する個別決定工程と
を含む請求項１７に記載の操作性評価方法。
【請求項１９】
請求項１ないし１８のいずれかに記載の方法を実施するためにコンピュータにより実行されるプログラム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のプログラムをコンピュータ読取り可能に記録した記録媒体。
【請求項２１】
人間による対象物の操作性を評価する操作性評価装置であって、
前記対象物と前記人間とのいずれかに、前記操作性を評価するために着目すべき位置を評価位置として設定する評価位置設定手段と、
その設定された評価位置に関して、前記対象物単独の粘性と弾性との少なくとも一方である対象物粘弾性と、前記人間が前記対象物を操作している操作状態において前記人間のうち前記対象物の操作に関与する部分単独の粘性と弾性との少なくとも一方である人間粘弾性とが合成された合成粘弾性を取得する合成粘弾性取得手段と、
その取得された合成粘弾性に基づいて前記操作性を評価する評価手段と
を含む操作性評価装置。
【請求項２２】
前記評価手段は、設計者が前記対象物を前記対象物粘弾性に関して設計することを支援するために、
前記合成粘弾性の目標値を入力する目標値入力手段と、
前記取得された合成粘弾性の、前記入力された目標値に対する誤差が減少するように、前記対象物粘弾性の設計値を修正する設計値修正手段と
を含む請求項２１に記載の操作性評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間による対象物の操作性を評価する技術に関するものであり、特に、その評価の信頼性を向上させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
操作者である人間による対象物の操作性を評価する手法として、試験者である人間による官能評価が存在する。このことを、車両の操舵系を設計する場合を例にとり、具体的に説明する。
【０００３】
車両には、複数種類の操作部材が、人間によって操作される対象物として存在する。それら操作部材としては、例えば、ステアリング操作部材（例えば、ステアリングホイール）、ブレーキ操作部材（例えば、ブレーキペダル）、アクセル操作部材（例えば、アクセルペダル）、クラッチ操作部材（例えば、クラッチペダル）、および変速のために操作されるシフト操作部材（例えば、シフトレバー）が該当し、その他の操作部材（例えば、ボタン、ダイヤル、スイッチ等）も該当する。それら操作部材のうちのステアリングホイールは、操舵系を介して車両を操舵するために運転者である人間によって操作される対象物の一例である。
【０００４】
この種の操舵系においては、ステアリングホイールの操舵角度に対する操舵トルクの特性が、主に、そのステアリングホイールのコラム軸線まわりの剛性および粘性によって決まる。それら剛性および粘性は、当該操舵系を構成する複数の部品個々の特性、それら部品を互いに結合するジョイントの特性、操舵反力制御を行うモータなどの動力源のアシスト特性等、各種の個別特性に依存する。
【０００５】
そのため、この種の操舵系の設計においては、それら個別特性の調整が行われる。その調整のため、一般に、試験者が当該操舵系の試作品を試験的に使用して官能評価が行われ、その官能評価の結果に基づいてそれら個別特性が調整され、ひいては、当該操舵系の全体特性が設計される。
【０００６】
しかしながら、この官能評価では、操作性の評価結果を定量化するのに限界があるうえに、この官能評価の結果が試験者によって変動してしまい、その官能評価の信頼性を向上させるのにも限界がある。
【０００７】
そのため、官能評価に依存することなく、人間による対象物の操作性を定量的に評価する手法が既にいくつか提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２２０８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
典型的な従来技術によれば、人間による対象物の操作性を評価するために、その対象物単独の剛性または粘性が計算または実測によって取得され、その取得値に基づいてその操作性が評価される。
【０００９】
しかしながら、本発明者らの研究により、操作中に人間が対象物から感じる剛性または粘性は、その対象物単独の剛性または粘性に必ずしも一致しないことが判明した。さらに、操作中に人間が対象物から感じる剛性または粘性は、対象物単独の剛性または粘性に、人間単独の剛性または粘性、すなわち、人間の筋および関節が持つ剛性または粘性という動特性による影響を与えたものに一致する可能性があることも判明した。
【００１０】
このことを、前述の操舵系を例にとり、具体的に説明するに、運転者が車両を操縦する場合には、運転者がステアリングホイールを手で握ることによって人間から操舵系へ操作力が伝達される。そのため、運転者の手とステアリングホイールとの間には、あたかも機械的なジョイントが介在するのと等価な物理特性が発生する。そのため、運転者である人間の筋や関節あるいは身体が持つ剛性または粘性が、ステアリングホイールのコラム軸線まわりの回転運動に何らかの物理的な影響を与える。その結果、操舵中に運転者がステアリングホイールから感じる剛性または粘性は、そのステアリングホイール単独の剛性または粘性に、運転者単独の剛性または粘性という動特性による影響を与えたものに一致する可能性がある。
【００１１】
以上説明した事情を背景として、本発明は、人間による対象物の操作性を評価する技術において、その評価の信頼性を向上させることを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈すべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきなのである。
【００１３】
さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げることを意味するわけではなく、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能であると解釈すべきである。
【００１４】
（１）  人間による対象物の操作性を評価する操作性評価方法であって、
前記対象物単独の粘性と弾性との少なくとも一方である対象物粘弾性と、前記人間が前記対象物を操作している操作状態において前記人間のうち前記対象物の操作に関与する部分単独の粘性と弾性との少なくとも一方である人間粘弾性とが合成された合成粘弾性を取得する合成粘弾性取得工程と、
その取得された合成粘弾性に基づいて前記操作性を評価する評価工程と
を含む操作性評価方法。
【００１５】
この方法によれば、対象物単独の粘性と弾性との少なくとも一方と、人間が対象物を操作している操作状態において人間のうち対象物の操作に関与する部分単独の粘性と弾性との少なくとも一方とが合成された合成粘弾性が取得される。その取得された合成粘弾性に基づいて操作性が評価される。
【００１６】
したがって、この方法によれば、対象物単独の粘性と弾性との少なくとも一方のみに基づいて操作性が評価される場合より、操作性の評価の信頼性を向上させることが容易となる。さらに、人間単独の粘性と弾性との少なくとも一方のみに基づいて操作性が評価される場合より、操作性の評価の信頼性を向上させることが容易となる。
【００１７】
本項および下記の各項における「合成粘弾性」は、典型的には、対象物粘弾性と人間粘弾性とを加算的または乗算的に合成して取得された値として定義されるが、合成粘弾性の取得値が人間または対象物の物理特性の解析よりむしろ操作性の評価に用いられるという側面を重視する場合には、その他の値、例えば、対象物粘弾性と人間粘弾性とを減算的または除算的に合成して取得された値として定義することが可能である。
【００１８】
（２）  前記合成粘弾性取得工程は、
前記対象物と前記人間とのいずれかに、前記操作性を評価するために着目すべき位置を評価位置として設定する評価位置設定工程と、
前記人間粘弾性とは無関係に、前記対象物粘弾性を取得する対象物粘弾性取得工程と、
前記対象物粘弾性とは無関係に、前記人間粘弾性を取得する人間粘弾性取得工程と、
それら取得された対象物粘弾性の値と人間粘弾性の値とを、前記設定された評価位置に関して、互いに合成することにより、前記合成粘弾性を算出する合成粘弾性算出工程と
を含む（１）に記載の操作性評価方法。
【００１９】
この方法によれば、合成粘弾性を数値解析によって取得することが可能となるため、特定の物理量の実測もその実測のための試験品の製作も完全にないしは部分的に省略可能となる。
【００２０】
（３）  前記対象物粘弾性取得工程は、
前記取得された対象物粘弾性と、前記操作状態において前記対象物のうち前記人間に接触する対象物側接触部分の挙動とに基づき、前記対象物を物理的に表現する対象物物理モデルを用いた逆力学解析手法により、前記操作状態において前記人間が前記対象物から受ける外力を算出する外力算出工程を含み、
前記人間粘弾性取得工程は、
その算出された外力と、前記操作状態において前記人間のうち前記対象物に接触する人間側接触部分の挙動と、前記人間の関節の受動抵抗とに基づき、前記人間を物理的に表現する人間物理モデルを用いた逆力学解析手法により、前記人間側接触部分に作用する内力を算出する内力算出工程と、
その算出された内力と、前記操作状態における前記人間側接触部分の挙動と、前記人間における筋の粘弾性特性とに基づき、前記人間粘弾性を算出する人間粘弾性算出工程と
を含む（２）項に記載の操作性評価方法。
【００２１】
この方法においては、対象物を物理的に表現する対象物物理モデルを用いた逆力学解析手法により、操作状態において人間が対象物から受ける外力が算出される。その算出された外力を含む複数の物理量に基づき、かつ、人間を物理的に表現する人間物理モデルを用いた逆力学解析手法により、人間に作用する内力が算出される。さらに、その算出された内力と、人間における筋の粘弾性特性とを含む複数の物理量に基づき、人間粘弾性が算出される。
【００２２】
ここに、「筋の粘弾性特性」は、例えば、前記内力としての筋力と、前記挙動としての筋長および／または筋長変化速度との間に成立する力学的な関係を意味する。筋の粘弾性特性を表現する式は、例えば、筋モデルまたは筋要素モデルと称される。
【００２３】
よって、本項に係る方法においては、例えば、前記算出された内力を含む複数の物理量に基づき、上述の筋モデルまたは筋要素モデルを用いることにより、人間粘弾性が算出されるということができる。
【００２４】
本項および下記の各項における「外力」および「内力」はいずれも、狭義の力のみならずモーメントまたはトルクを含む広義の力を意味しており、その広義の力は例えば、一般化力と称される。
【００２５】
本項および下記の各項における「挙動」は、人間または対象物の変位（長さ、位置、角度等を含む）と、変位速度（長さが変化する速度、角速度等を含む。）と、変位加速度（長さが変化する加速度、角加速度等を含む。）との少なくとも一つを意味するように定義することが可能である。
【００２６】
（４）  前記外力算出工程は、前記対象物が外部環境から受ける拘束を考慮して前記外力を算出し、
前記内力算出工程は、前記人間が外部環境から受ける拘束を考慮して前記内力を算出する（３）項に記載の操作性評価方法。
【００２７】
この方法によれば、対象物が外部環境から受ける拘束と、人間が外部環境から受ける拘束とを考慮して人間粘弾性をより正確に算出することが可能となる。
【００２８】
本項および下記の各項における「外部環境」は、例えば、人間については、人間が対象物以外の環境から物理的な拘束を受ける場合に、その環境を意味するように定義することが可能であり、また、対象物については、対象物が人間以外の環境から物理的な拘束を受ける場合に、その環境を意味するように定義することが可能である。
【００２９】
（５）  前記合成粘弾性算出工程は、前記人間と前記対象物とが互いに接触する接触条件を考慮して前記合成粘弾性を算出する（２）項ないし（４）項のいずれかに記載の操作性評価方法。
【００３０】
この方法によれば、人間と前記対象物とが互いに接触する接触条件を考慮して合成粘弾性をより正確に算出することが可能となる。
【００３１】
本項における「接触条件」は、例えば、人間と対象物とがすべての可動方向において剛体結合される条件、人間と対象物とが面接触する条件、人間と対象物とが点接触する条件等を意味するように定義することが可能である。
【００３２】
（６）  前記人間粘弾性算出工程は、さらに、
前記算出された内力と、前記操作状態における前記人間側接触部分の挙動と、前記筋の粘弾性特性とに基づき、前記各筋の活性度である筋活性度を推定する筋活性度推定工程と、
その推定された筋活性度と、前記筋の粘弾性特性とに基づき、前記人間粘弾性を誘導する人間粘弾性誘導工程と
を含む（３）または（４）項に記載の操作性評価方法。
【００３３】
筋に発生する筋力の大きさは、その筋の緊張度すなわち筋活性度に依存するため、筋活性度の大小によって筋力の大きさが異なる。このことは、筋の剛性と粘性との少なくとも一方が筋活性度によって変化することを意味し、ひいては、人間粘弾性も筋活性度によって変化することを意味する。したがって、人間粘弾性をより正確に算出することが必要である場合には、筋活性度をも考慮して人間粘弾性を算出することが有効である。
【００３４】
このような知見に基づき、本項に係る方法においては、前記算出された内力を含む複数の物理量と、筋の粘弾性特性とに基づき、各筋の筋活性度が推定され、その推定された筋活性度と、筋の粘弾性特性とに基づき、人間粘弾性が誘導される。
【００３５】
（７）  前記筋活性度推定工程は、前記人間のうちの解析されるべき解析部位における複数本の筋についての前記筋活性度の推定値の合計値が実質的に最小となり、かつ、各筋につき、前記人間の関節に作用する力と前記人間の筋に作用する筋力との間に力のつりあいが実質的に成立するように前記筋活性度の推定値を算出する筋活性度算出工程を含む（６）項に記載の操作性評価方法。
【００３６】
この方法によれば、複数本の筋についての筋活性度の合計値が最小化されるように筋が作用するという筋活性度の最小化特性（人間の動作効率の最大化特性）と、筋における力のつりあいとの双方を考慮して筋活性度をより正確に推定することが可能となる。
【００３７】
（８）  前記合成粘弾性取得工程は、
前記操作状態において前記対象物に作用する力を第１センサによって検出する第１検出工程と、
前記操作状態において前記対象物が示す挙動を第２センサによって検出する第２検出工程と、
前記第１センサによる検出値と前記第２センサによる検出値とに基づいて前記合成粘弾性を算出する算出工程と
を含む（１）項に記載の操作性評価方法。
【００３８】
この方法によれば、操作状態において対象物に作用する力の検出と、操作状態において対象物が示す挙動の検出とを行うことにより、より複雑な数値計算を行うことなく、合成粘弾性を算出することが可能となる。
【００３９】
本項における「第１センサ」は、例えば、力センサ、トルクセンサ等であり、「第２センサ」は、例えば、位置センサ、角度センサ、速度センサ、角速度センサ、加速度センサ、角加速度センサ等である。取得すべき合成粘弾性が剛性を含む場合には、第２センサが位置センサ、角度センサ等を含むように構成される。取得すべき合成粘弾性が粘性を含む場合には、第２センサが速度センサ、角速度センサ等を含むように構成される。
【００４０】
（９）  前記評価工程は、設計者が前記対象物を前記対象物粘弾性に関して設計することを支援するために、
前記合成粘弾性の目標値を入力する目標値入力工程と、
前記取得された合成粘弾性の、前記入力された目標値に対する誤差が減少するように、前記対象物粘弾性の設計値を修正する設計値修正工程と
を含む（１）ないし（８）項のいずれかに記載の操作性評価方法。
【００４１】
この方法によれば、合成粘弾性という、操作性をより正確に定量化し得る物理量を用いることにより、操作性が改善された対象物の設計が支援されるため、その設計者の負担が軽減されるとともに、その対象物の設計品質が向上する。
【００４２】
（１０）  前記人間は、車両の乗員であり、
前記対象物は、前記車両において前記乗員によって操作される操作部材である（１）ないし（９）項のいずれかに記載の操作性評価方法。
【００４３】
（１１）  前記操作部材は、ステアリング操作部材と、ブレーキ操作部材と、アクセル操作部材と、クラッチ操作部材と、変速のために操作されるシフト操作部材とのうちの少なくとも一つを含む（１０）項に記載の操作性評価方法。
【００４４】
（１２）  前記人間は、回転軸を有する関節と、前記回転軸まわりに互いに回動可能に配置される２本の骨と、それら２本の骨を互いに結合する筋とを有する結合組織を含み、
その結合組織においては、（ａ）前記筋が、互いに離れた２個の付着点において前記２本の骨にそれぞれ付着させられ、（ｂ）その筋が、それら２個の付着点の途中に位置する少なくとも１個の経由点において、前記回転軸の近傍を通過するように前記２本の骨に幾何学的に関連付けられ、（ｃ）前記筋に発生する筋力によって前記回転軸まわりに発生する関節トルクの大きさが、前記２個の付着点と前記少なくとも１個の経由点とによって規定される前記筋の経路と前記回転軸との距離および方向で決まる筋モーメントアームに依存し、
前記人間物理モデルは、前記少なくとも１個の経由点の位置を表現し、
当該操作性評価方法は、さらに、前記少なくとも１個の経由点の位置を変更することによって前記筋モーメントアームを調整する筋モーメントアーム調整工程を含む（３）または（４）項に記載の操作性評価方法。
【００４５】
人間は、回転軸を有する関節と、前記回転軸まわりに互いに回動可能に配置される２本の骨と、それら２本の骨を互いに結合する筋とを有する結合組織を含んでいる。
【００４６】
その結合組織においては、筋が、互いに離れた２個の付着点において前記２本の骨にそれぞれ付着させられる。その筋は、それら２個の付着点の途中に位置する少なくとも１個の経由点において、前記回転軸の近傍を通過するように前記２本の骨に幾何学的に関連付けられる。前記筋に発生する筋力によって前記回転軸まわりに関節トルクが発生し、その関節トルクの大きさは、前記２個の付着点と前記少なくとも１個の経由点とによって規定される前記筋の経路と前記回転軸との距離および方向で決まる筋モーメントアームに依存する。
【００４７】
したがって、筋モーメントアームを用いて関節トルクを精度よく取得するためには、その筋モーメントアームを精度よく取得することが必要であり、その筋モーメントアームの高精度な取得には、人間を物理的に表現する人間物理モデルにおいて定義される付着点と経由点とのうち少なくとも経由点の位置を正確に定義することが有効である。
【００４８】
しかしながら、本来であれば人間物理モデルに対してそれら付着点および経由点が精度よく位置決めされるべきところ、何らかの理由により、経由点の実際の位置が、人間物理モデルおよび付着点の位置に対する正規の相対位置からずれてしまう可能性がある。このようなずれが発生しているにもかかわらず、それら人間物理モデル、付着点の位置および経由点の位置を用いて筋モーメントアームの算出を行うと、その筋モーメントアームを精度よく算出することができない。
【００４９】
以上説明した事情を背景として、本項に係る方法は、筋モーメントアームの算出精度を向上させることを課題としてなされたものであり、この方法によれば、少なくとも１個の経由点の位置を変更することによって筋モーメントアームが調整される。
【００５０】
したがって、この方法によれば、経由点の位置と共に人間物理モデルを用いて行われる計算の精度が、経由点の位置および筋モーメントアームの精度不足に起因して低下してしまう事態を回避することが容易となる。
【００５１】
（１３）  前記筋モーメントアーム調整工程は、前記筋モーメントアームの参照値を目標にして、前記少なくとも１個の経由点の位置の変更量の最適値を探索的に取得する探索的取得工程を含む（１２）項に記載の操作性評価方法。
【００５２】
（１４）  前記探索的取得工程は、
前記人間における複数の筋のうちのいずれかを設計対象筋として選択する選択工程と、
その選択された設計対象筋の経由点の位置を、互いに異なる複数の基準方向にそれぞれ仮想的に変更することにより、複数の仮想筋を設定する設定工程と、
その設定された各仮想筋ごとに、前記筋モーメントアームを前記仮想筋モーメントアームとして算出する算出工程と、
前記各仮想筋ごとに算出された仮想筋モーメントアームの前記参照値に対する誤差の、前記設計対象筋の筋モーメントアームの前記参照値に対する誤差からの偏差の大きさおよび符号に基づき、前記複数の基準方向のうち前記各仮想筋に対応するものを変更方向として、前記設計対象筋の経由点の位置を変更する変更工程と
を含む（１３）項に記載の操作性評価方法。
【００５３】
この方法によれば、前記（１３）項における「探索的取得工程」の一具体的態様が提供される。
【００５４】
この方法における「設定工程」は、例えば、前記基準方向の数と同数の仮想筋を設定する工程を含むようにすることが可能である。この場合、例えば、１本の仮想筋を互いに共同して規定する２個の経由点のうちのいずれかの位置のみがｎ個の基準方向に仮想的に変更される場合には、合計で２ｎ個の基準方向に仮想筋が移動させられることになり、その結果、合計で２ｎ個の仮想筋が発生させられることになる。
【００５５】
本項に係る方法における「探索的取得工程」の一例においては、前記設定工程と、前記算出工程と、前記変更工程とが、経由点の最新位置に対応する筋モーメントアームの、参照値からの誤差が設定値以下となるまで、反復される。この際、前記設定工程においては、例えば、前記変更工程の前回の実行によって取得された経由点の最新位置を基準に、その経由点の位置が、例えば前回と同じ規則に従って仮想的に変更される。
【００５６】
（１５）  前記筋モーメントアーム調整工程は、
前記筋につき、前記２本の骨が前記関節において成す関節角度を、時系列的な複数個の関節角度として入力する関節角度入力工程と、
前記筋につき、前記各経由点ごとに、前記入力された複数個の関節角度に共通する１個の位置を最適位置として決定する最適位置決定工程と
を含む（１２）ないし（１４）項のいずれかに記載の操作性評価方法。
【００５７】
この方法によれば、各経由点の位置が関節角度に応じて変化することが許容されない条件のもとに、各経由点の最適位置が、関節角度の変域全体について１個のみ、決定される。よって、この方法によれば、各経由点の位置変更に必要な計算負荷を軽減しつつ、関節角度に対する筋モーメントアームの変化をより精度よく実現することが可能となる。
【００５８】
後に詳述するが、図３２には、人体の大腿二頭筋短頭の筋モーメントアームの実験値が、足関節の底屈または背屈の角度である関節角度に応じて変化する様子がグラフで表されている。これは、膝関節を３０度屈曲したときにおける内転（正方向）および外転（負方向）の角度に対する筋モーメントアームを示したものである。
【００５９】
これに対し、図６０には、人体の大腿四頭筋（膝側）の筋モーメントアームの実験値が膝関節の屈曲角度（関節角度と同義である。）に応じて変化する様子がグラフで表されている。
【００６０】
図３２に示すグラフは、関節角度の変化に対して単調に変化するグラフである。このグラフは、一直線で近似する妥当性が高いものである。これに対し、図６０に示すグラフは、関節角度の変化に対して極値を有して変化する複雑なグラフである。このグラフは、一直線で近似する妥当性が低いものである。
【００６１】
本項に係る方法は、関節角度に対する筋モーメントアームの変化特性が図３２に示す如き単調なグラフで表現される場合に、各経由点の位置変更に必要な計算負荷を軽減しつつ、関節角度に対する筋モーメントアームの変化をより精度よく実現するのにより有利である。
【００６２】
（１６）  前記最適位置決定工程は、
前記筋モーメントアームの、前記入力された複数個の関節角度にそれぞれ対応する複数個の参照値からの誤差を算出する総合誤差算出工程であって、前記各関節角度ごとに、前記筋モーメントアームの、各関節角度に対応する参照値からの誤差を算出し、前記入力された複数個の関節角度についてそれぞれ算出された複数個の誤差の合成値を総合誤差として算出するものと、
その算出される総合誤差が許容範囲内に収まるように、前記最適位置を前記複数個の関節角度に共通に決定する共通決定工程と
を含む（１５）項に記載の操作性評価方法。
【００６３】
この方法によれば、前記（１５）項における「最適位置決定工程」の一具体的態様が提供される。
【００６４】
この方法において「共通決定工程」は、例えば、前述の仮想筋を用いた最適化手法を用いるなどして仮想的に前記最適位置を決定する工程を含むように構成することが可能である。
【００６５】
（１７）  前記筋モーメントアーム調整工程は、
前記筋につき、前記２本の骨が前記関節において成す関節角度を入力する関節角度入力工程と、
前記筋につき、前記各経由点ごとに、前記入力された１個の関節角度に対応する１個の位置を最適位置として決定する最適位置決定工程と
を含む（１２）ないし（１４）項のいずれかに記載の操作性評価方法。
【００６６】
この方法によれば、各経由点の位置が関節角度に応じて変化することが許容される条件のもと、各経由点の最適位置が、関節角度の変域全体について複数個、決定される。よって、この方法によれば、関節角度に対する筋モーメントアームの変化をより精度よく実現することが可能となる。
【００６７】
この方法は、関節角度に対する筋モーメントアームの変化特性が図６０に示す如き非単調なグラフで表現される場合に、関節角度に対する筋モーメントアームの変化をより精度よく実現するのにより有利である。
【００６８】
（１８）  前記最適位置決定工程は、
前記筋モーメントアームの、前記入力された１個の関節角度に対応する１個の参照値からの誤差を個別誤差として算出する個別誤差算出工程と、
その算出される個別誤差が許容範囲内に収まるように、前記最適位置を各関節角度ごとに決定する個別決定工程と
を含む（１７）項に記載の操作性評価方法。
【００６９】
この方法によれば、前記（１７）項における「最適位置決定工程」の一具体的態様が提供される。
【００７０】
この方法において「個別決定工程」は、例えば、前述の仮想筋を用いた最適化手法を用いるなどして仮想的に前記最適位置を決定する工程を含むように構成することが可能である。
【００７１】
（１９）  （１）ないし（１８）項のいずれかに記載の方法を実施するためにコンピュータにより実行されるプログラム。
【００７２】
このプログラムがコンピュータにより実行されれば、前記（１）ないし（１８）項のいずれかに係る方法におけると基本的に同じ原理に従い、同様な作用効果が実現され得る。
【００７３】
本項に係るプログラムは、それの機能を果たすためにコンピュータにより実行される指令の組合せのみならず、各指令に従って処理されるファイルやデータをも含むように解釈することが可能である。
【００７４】
また、このプログラムは、それ単独でコンピュータにより実行されることにより、所期の目的を達するものとしたり、他のプログラムと共にコンピュータにより実行されることにより、所期の目的を達するものとすることができる。後者の場合、本項に係るプログラムは、データを主体とするものとすることができる。
【００７５】
（２０）  （１９）項に記載のプログラムをコンピュータ読取り可能に記録した記録媒体。
【００７６】
この記録媒体に記録されているプログラムがコンピュータにより実行されれば、前記（１）ないし（１８）項のいずれかに係る方法と同じ作用効果が実現され得る。
【００７７】
この記録媒体は種々な形式を採用可能であり、例えば、フレキシブル・ディスク等の磁気記録媒体、ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の光記録媒体、ＭＯ等の光磁気記録媒体、ＲＯＭ等のアンリムーバブル・ストレージ等のいずれかを採用し得る。
【００７８】
（２１）  人間による対象物の操作性を評価する操作性評価装置であって、
前記対象物と前記人間とのいずれかに、前記操作性を評価するために着目すべき位置を評価位置として設定する評価位置設定手段と、
その設定された評価位置に関して、前記対象物単独の粘性と弾性との少なくとも一方である対象物粘弾性と、前記人間が前記対象物を操作している操作状態において前記人間のうち前記対象物の操作に関与する部分単独の粘性と弾性との少なくとも一方である人間粘弾性とが合成された合成粘弾性を取得する合成粘弾性取得手段と、
その取得された合成粘弾性に基づいて前記操作性を評価する評価手段と
を含む操作性評価装置。
【００７９】
この装置によれば、前記（１）項に係る方法におけると基本的に同じ原理に従い、同様な作用効果が実現され得る。
【００８０】
（２２）  前記評価手段は、設計者が前記対象物を前記対象物粘弾性に関して設計することを支援するために、
前記合成粘弾性の目標値を入力する目標値入力手段と、
前記取得された合成粘弾性の、前記入力された目標値に対する誤差が減少するように、前記対象物粘弾性の設計値を修正する設計値修正手段と
を含む（２１）項に記載の操作性評価装置。
【００８１】
この装置によれば、前記（９）項に係る方法におけると基本的に同じ原理に従い、同様な作用効果が実現され得る。
【００８２】
（２３）  コンピュータ上において人間を物理的に表現する人間物理モデルを用いることにより、前記人間が示す挙動とその人間に作用する力とのうちの少なくとも一方を含む物理的状態量を解析する解析方法であって、
前記人間は、回転軸を有する関節と、前記回転軸まわりに互いに回動可能に配置される２本の骨と、それら２本の骨を互いに結合する筋とを有する結合組織を含み、
その結合組織においては、（ａ）前記筋が、互いに離れた２個の付着点において前記２本の骨にそれぞれ付着させられ、（ｂ）その筋が、それら２個の付着点の途中に位置する少なくとも１個の経由点において、前記回転軸の近傍を通過するように前記２本の骨に幾何学的に関連付けられ、（ｃ）前記筋に発生する筋力によって前記回転軸まわりに発生する関節トルクの大きさが、前記２個の付着点と前記少なくとも１個の経由点とによって規定される前記筋の経路と前記回転軸との距離および方向で決まる筋モーメントアームに依存し、
前記人間物理モデルは、前記筋と、前記２個の付着点と、前記少なくとも１個の経由点とを表現し、
当該解析方法は、前記少なくとも１個の経由点の位置を変更することによって前記筋モーメントアームを調整する筋モーメントアーム調整工程を含む解析方法。
【００８３】
この方法によれば、前記（１２）項に係る方法におけると基本的に同じ原理に従い、同様な作用効果が実現され得る。この方法は、前記（１３）ないし（１８）項のいずれかに記載の特徴的技術と組み合わせて実施することが可能である。
【００８４】
（２４）  複数の骨が関節において回動可能に互いに連結されるとともにその関節を跨いで延びる筋によって前記複数の骨が回動可能に互いに結合されて成る人体をコンピュータ上において表現する筋骨格モデルを作成するためにコンピュータによって実行される筋骨格モデル作成方法であって、
前記筋骨格モデルは、前記複数の骨をそれぞれ表現する複数の剛体セグメントを含むとともに、各剛体セグメントごとに、各剛体セグメントに付随する複数の定義点が設定され、かつ、それら定義点は、前記関節の位置を定義する関節点と、前記筋が各骨に付着する付着位置を定義する付着点と、前記筋が各骨の付着位置から別の骨に向かって延びる筋走行を規定する経由点とを含み、
当該筋骨格モデル作成方法は、前記経由点の位置をその経由点の初期位置から変更することにより、その経由点と前記関節点との距離および方向で決まる筋モーメントアームを調整する筋モーメントアーム調整工程を含む筋骨格モデル作成方法。
【００８５】
（２５）  前記筋モーメントアーム調整工程は、
前記筋モーメントアームの目標値を目標モーメントアームとして入力する目標モーメントアーム入力工程と、
前記経由点の位置変更に先立ち、その経由点の位置を表すデータと、前記関節点の位置を表すデータとに基づき、前記筋モーメントアームを算出する算出工程と、
その算出された筋モーメントアームの、前記入力された目標モーメントアームからの誤差に基づき、前記経由点の位置を前記初期位置から変更する変更工程と
を含む（２４）項に記載の筋骨格モデル作成方法。
【００８６】
（２６）  前記複数の骨は、前記関節において可変の関節角度を成すように配置され、
前記経由点の位置の成分は、基準位置と、その基準位置からの移動量とに分解されて定義され、
前記基準位置は、前記関節角度に依存しないのに対し、前記移動量は、前記関節角度に依存し、
前記筋モーメントアーム調整工程は、
前記関節角度を入力する関節角度入力工程と、
前記移動量と前記関節角度との間に予め定められた関係に従い、前記入力された関節角度に対応する移動量を決定する移動量決定工程と、
その決定された移動量と、前記基準位置とに基づき、前記経由点の最終位置を決定する最終位置決定工程と
（２４）項に記載の筋骨格モデル作成方法。
【００８７】
（２７）  前記筋モーメントアーム調整工程は、
前記複数の骨が前記関節において成す関節角度を、時系列的な複数個の関節角度として入力する関節角度入力工程と、
前記経由点につき、前記入力された複数個の関節角度に共通する１個の位置を最適位置として決定する最適位置決定工程と
を含む（２４）ないし（２６）項のいずれかに記載の筋骨格モデル作成方法。
【００８８】
（２８）  前記筋モーメントアーム調整工程は、
前記複数の骨が前記関節において成す関節角度を、時系列的な複数個の関節角度として入力する関節角度入力工程と、
前記経由点につき、前記入力された複数個の関節角度に個別的に対応する複数個の位置をそれぞれ最適位置として決定する最適位置決定工程と
を含む（２４）ないし（２６）項のいずれかに記載の筋骨格モデル作成方法。
【００８９】
（２９）  （２４）ないし（２８）項のいずれかに記載の方法を実施するためにコンピュータにより実行されるプログラム。
【００９０】
（３０）  （２９）項に記載のプログラムをコンピュータ読取り可能に記録した記録媒体。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９１】
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。
【００９２】
図１には、本発明の第１実施形態に従う操作性評価方法を実施するのに好適な操作性評価装置１０のハードウエア構成が概念的にブロック図で表されている。
【００９３】
この操作性評価装置１０は、車両において人間である操作者が対象物（例えば、ブレーキペダル）を操作する挙動をコンピュータ２０上で表現し得る人間物理モデルを用いることにより、その操作者による対象物の操作性を数値解析し、その結果を利用して設計者による対象物の設計を支援するために設けられている。
【００９４】
図１に示すように、この操作性評価装置１０は、コンピュータ２０に入力装置２２と出力装置２４とが接続されることによって構成されている。コンピュータ２０は、よく知られているように、プロセッサ３０とストレージ３２とがバス３４によって互いに接続されて構成されている。コンピュータ２０においては、必要なプログラムがストレージ３２から読み出されてプロセッサ３０によって実行され、その際、その実行に必要なデータがストレージ３２から読み込まれるとともに、その実行結果を表すデータが必要に応じてストレージ３２に格納されて保存される。
【００９５】
入力装置２２は、例えば、図示しないが、ポインティング・デバイスとしてのマウスとキーボードとを含むように構成される。出力装置２４は、図示しないが、文字、図形等の画像を画面上に表示するモニタを含むように構成される。
【００９６】
図１に示すように、ストレージ３２には、プログラムメモリ４０とデータメモリ４２とが設けられている。プログラムメモリ４０には、骨格モデル作成プログラム、筋骨格モデル作成プログラム、操作性解析プログラムおよび設計支援プログラムを始めとする各種プログラムが予め記憶されている。データメモリ４２には、コンピュータ２０上において人体全身を３次元的に表現する複数種類の人間物理モデルを定義するためのモデルデータがストアされる。このデータメモリ４２には、さらに、前記対象物を表現する対象物物理モデルを定義するためのモデルデータもストアされる。
【００９７】
それら複数種類の人間物理モデルは、有限要素人体モデルと、多関節剛体セグメントモデルである骨格モデルと、同じく多関節剛体セグメントモデルである筋骨格モデルとを含んでいる。
【００９８】
有限要素人体モデルは、人体を複数の有限要素（以下、単に「要素」という。）に分割することにより、人体を近似的に再現するためのモデルである。この有限要素人体モデルは、そもそも、人体の挙動を有限要素法によってシミュレーション解析するために用いられるが、本実施形態においては、骨格モデルを０からではなく、有限要素人体モデルを利用して作成することにより、骨格モデルの作成効率向上および作成時間短縮を目的にして有限要素人体モデルが利用される。
【００９９】
この有限要素人体モデルに対し、骨格モデルおよび筋骨格モデルとしての多関節剛体セグメントモデルは、機構モデルともいわれ、複数の剛体セグメントが複数の関節まわりに回動可能に連結されることにより、人体の形状よりむしろその動作を再現するためのモデルである。
【０１００】
有限要素人体モデルにおいては、人体の各組織が複数の要素によって表現されており、各要素の形状、密度、材料物性値等、属性が定義されている。各要素を構成する複数の節点の位置（幾何学量の一例）や材料物性値などの物理量は、すべて唯一のグローバル座標系において定義されている。
【０１０１】
この有限要素人体モデルにおいては、人体全身が骨格組織のみならず靭帯、腱、筋肉等の結合組織に関してもモデル化されることにより、人体全身が、それの解剖学的な形状と構造と特性とに関して忠実に表現されている。その結果、各部位の、外力に対する物理的な応答が精度よく表現されている。
【０１０２】
さらに、この有限要素人体モデルは、それの少なくとも１つの部位の形状、位置、機構学的特性および力学的特性の少なくとも１つを定義する可変パラメータを有するものとされており、その可変パラメータが、操作性解析に先立ち、ユーザである設計者または解析者により特定される。
【０１０３】
図２には、有限要素人体モデルが、人体の下肢部のみに関し、斜視図で示されている。図２に示すように、この有限要素人体モデルは、人体の骨格のみならず筋および皮膚等の軟組織をも再現している。この有限要素人体モデルにおける下肢部は、腰部１００と、左右の大腿部１０２，１０２と、左右の脛部１０４，１０４と、左右の足部１０６，１０６とに分割されている。
【０１０４】
図３には、骨格モデルが、有限要素人体モデルのうち図２に示す部分に対応する部分に関し、斜視図で示されている。図３に示すように、この骨格モデルは、人体のうち骨格のみを再現している。この骨格モデルにおける下肢部は、腰骨１１０と、左右の大腿骨１１２，１１２と、左右の脛骨１１４，１１４と、左右の腓骨１１６，１１６と、左右の足骨１１８，１１８とに分割されている。各足骨１１８は、細かい骨の結合体である。
【０１０５】
この骨格モデルにおいては、人体の各組織が複数の剛体セグメントによって表現され、それら剛体セグメントが関節において回動可能に互いに連結されている。それら剛体セグメントは、腰骨１１０と、左右の大腿骨１１２，１１２と、左右の脛骨１１４，１１４と、左右の腓骨１１６，１１６と、左右の足骨１１８，１１８とを含んでいる。
【０１０６】
各剛体セグメントの形状の表面は、ポリゴンによって構成されている。ポリゴン上における複数個の頂点は、そのポリゴンのベースとなった複数の要素上における複数個の節点によって構成される。よって、各剛体セグメントの形状は、対応するポリゴンデータによって表されている。各剛体セグメントごとにローカル座標系が割り当てられており、そのローカル座標系において、対応する剛体セグメントの質量、慣性モーメントおよびポリゴンの位置が定義される。
【０１０７】
図４には、筋骨格モデルが、骨格モデルのうち図３に示す部分に対応する部分に関し、斜視図で示されている。図４に示すように、この筋骨格モデルは、図３に示す骨格モデルに筋がワイヤ要素（図４において太い実線で示す。）として付加されて構成されることにより、人体のうち骨格および筋のみを再現している。すなわち、この筋骨格モデルは、上述の骨格モデルと、ワイヤ要素として構成される筋モデル（筋要素モデル）とが合成されたものなのである。
【０１０８】
この筋骨格モデルにおいては、各筋が、対応する骨への付着点（骨に対する相対移動が阻止される位置であり、図４において黒丸で示す。）と、対応する骨に貼り付けられる際に各筋が付着点間の途中において経由する点（骨に対し、筋の延びる方向における相対移動は許容されるが、それと交差する方向における相対移動は阻止される位置であり、図４において黒丸で示す。）とに関して定義される。解剖学的には、筋が骨の表面に付着させられるため、各筋モデルも同様に、各剛体モデル（骨要素モデル）の表面に付着させられる。
【０１０９】
図５には、操作性評価装置１０が、それによって実現される機能に着目してブロック図で概念的に表されている。この操作性評価装置１０は、人間物理モデル作成手段２００と対象物物理モデル作成手段２０２と操作性解析手段２０４と設計支援手段２０５とを含んでいる。
【０１１０】
図５には、操作性解析手段２０４が、それによって実現される機能に着目してブロック図で概念的に表されており、図６には、この操作性解析手段２０４が、さらに詳しくブロック図で概念的に表されている。図６には、さらに、設計支援手段２０５も、それによって実現される機能に着目してブロック図で概念的に表されている。
【０１１１】
ただし、図６には、説明の便宜上、操作性解析手段２０４が、人間および対象物のいずれについても、剛性と粘性とのうちの剛性のみを解析する態様で示されており、また、設計支援手段２０５が、対象物の剛性と粘性とのうちの剛性のみにつき、設計者による対象物の設計を支援する態様で示されている。
【０１１２】
図７には、互いに機械的に接触する人間と対象物（例えば、機械）との間に存在する複数の座標空間が概念的に表されている。それら座標空間は、人間から対象物に向かって、人間の筋が存在する筋空間、人間の挙動（例えば、変位ｑｈ、変位速度、変位加速度等）を表す一般化座標が存在する人間一般化座標空間、人間のうち、対象物との接触点が存在する人間接触点空間、仮想空間である接触伝達空間、対象物のうち、人間との接触点が存在する対象物接触点空間、および対象物の挙動（例えば、変位ｑｍ、変位速度、変位加速度等）を表す一般化座標が存在する対象物一般化座標空間である。
【０１１３】
図７には、さらに、互いに隣接した座標空間間において座標変換を行うための行列Ｊｕ，ｃＪｈ，ＨおよびｃＪｍが示されている。それら記号の定義は後に詳述する。例えば、行列Ｊｕは、図７（ａ）に示すように、筋空間と人間一般化座標空間との間において、筋長（＝筋の変位）ｌｕと、人間の挙動の一種である人間変位ｑｈとを物理的に互いに関連付ける（ｌｕ＝Ｊｕｑｈ）。また、行列Ｊｕは、図７（ｂ）に示すように、筋空間と人間一般化座標空間との間において、筋長変化速度（＝筋の変位速度）ｄｌｕ／ｄｔと、人間の挙動の一種である人間変位速度ｄｑｈ／ｄｔとを物理的に互いに関連付ける（ｄｌｕ／ｄｔ＝Ｊｕｄｑｈ／ｄｔ）。
【０１１４】
図７（ａ）には、各座標空間ごとに、変位と力／トルクとを剛性（弾性）という物理特性によって互いに物理的に関連付けられる様子も示されている。具体的には、筋空間においては、筋の変位ｌｕと筋力ｆｕとが筋剛性（人間剛性）Ｋｕによって互いに物理的に関連付けられる。人間一般化座標空間においては、人間の変位ｑｕと一般化力τｈとが、関節の受動特性に基づく剛性Ｋｊ０によって互いに物理的に関連付けられる。
【０１１５】
また、人間接触点空間においては、接触点の変位ｃと接触力τｃとが剛性ｃＫｈによって互いに物理的に関連付けられる。対象物接触点空間においては、接触点の変位ｃと接触力τｃとが剛性ｃＫｍによって互いに物理的に関連付けられる。対象物一般化座標空間においては、対象物の変位ｑｍと一般化力τｍとが対象物剛性Ｋｍによって互いに物理的に関連付けられる。
【０１１６】
それら各種用語および各種記号のうち、「変位」は、ある物体の並進運動の位置と回転運動の位置とを一般化して包括的に表現する用語である。具体的には、人間の変位ｑｕは、人間一般化座標空間において、人間のある点の並進運動の位置と回転運動の位置とを包括的に表現し、対象物の変位ｑｍは、対象物一般化座標空間において、対象物のある点の並進運動の位置と回転運動の位置とを包括的に表現する。以上、「変位」の定義を説明したが、この説明は、後述の「変位速度」および「変位加速度」に準用される。
【０１１７】
また、「一般化力τ」は、ある物体に作用する並進力とトルクまたはモーメントとを一般化して包括的に表現する用語である。具体的には、一般化力τｈは、人間一般化座標空間（関節を定義する関節空間でもある。）において人間の関節に作用する並進力およびトルクを意味する。その一般化力τｈと同様に人間に作用する力に分類される物理量として筋力ｆｕが存在するが、この筋力ｆｕは、筋空間において筋に作用する並進力（圧縮力）を意味する。また、一般化力τｍは、対象物一般化座標空間において対象物に作用する並進力およびトルクを意味する。
【０１１８】
また、接触力τｃは、人間と対象物との接触点に作用する一般化力を意味しており、その接触点に作用する並進力とモーメントとを一般化して包括的に表現する用語である。図７に示すように、接触力τｃは、人間接触点空間にも対象物接触点空間にも存在するが、それら２つの接触力τｃは、大きさが同じで向きが互いに逆であるという関係を有する。
【０１１９】
以上、図７に示す各種用語および各種記号を部分的に説明したが、他の用語および記号は後に詳述する。
【０１２０】
図７（ｂ）には、各座標空間ごとに、速度と力／トルクとを粘性という物理特性によって互いに物理的に関連付けられる様子も示されている。具体的には、筋空間においては、筋長の変化速度ｄｌｕ／ｄｔと筋力ｆｕとが筋粘性（人間粘性）Ｂｕによって互いに物理的に関連付けられる。人間一般化座標空間においては、人間の変位速度ｄｑｈ／ｄｔと一般化力τｈとが、関節の受動特性に基づく粘性Ｂｊ０によって互いに物理的に関連付けられる。
【０１２１】
また、人間接触点空間においては、接触点の変位速度ｄｃ／ｄｔと接触力τｃとが粘性ｃＢｈによって互いに物理的に関連付けられる。対象物接触点空間においては、接触点の変位速度ｄｃ／ｄｔと接触力τｃとが粘性ｃＢｍによって互いに物理的に関連付けられる。対象物一般化座標空間においては、対象物の変位速度ｄｑｍ／ｄｔと一般化力τｍとが対象物粘性Ｂｍによって互いに物理的に関連付けられる。
【０１２２】
図５に示す人間物理モデル作成手段２００は、後にその実行内容をフローチャートを参照して経時的に詳細に説明するが、概略的には、前記対象物を操作する人間である操作者の人体物理特性を含む人間物理モデルを、人体の剛体セグメントモデル（例えば、骨格モデル、筋骨格モデル等）または有限要素モデル（例えば、有限要素人体モデル）という形態で作成する。
【０１２３】
本実施形態における人間物理モデルは、さらに具体的に説明するに、人体の各部をｎｂ個の剛体または弾性体である要素によって表現する。この人間物理モデルにおいては、それら要素がｎｊ個の関節によって拘束あるいは連結されることにより、骨格系または筋骨格系が形成されている。さらに、この人間物理モデルにおいては、ｎａ本の筋および腱が、人体各部に対する付着点位置および経由点位置を用いて表現されている。
【０１２４】
この人間物理モデルの自由度ｎｄは、図８において式（１）で表されている。したがって、人間物理モデルの挙動は、ｎｄ次元の一般化座標ｑｈを用いて表現される。
【０１２５】
この人間物理モデルが持っている物理特性は、人体各部については、寸法、重心位置、主慣性モーメント、関節位置、皮膚表面の粘弾性等である。また、関節については、種類、粘弾性等であり、筋については、骨への付着点位置、途中の経由点位置、後述の最大筋力ｆｍａｘおよびペネーション角度、自然長、剛性（弾性）Ｋｕ、粘性Ｂｕ等である。
【０１２６】
この人間物理モデル作成手段２００は、本実施形態においては、前述のように、有限要素モデルとしての有限要素人体モデルから第１の剛体セグメントモデルとしての骨格モデルを作成し、その作成された骨格モデルに、付着点と経由点とによって幾何学的に定義される筋要素モデルを付加することにより、第２の剛体セグメントモデルとしての筋骨格モデルを作成する。
【０１２７】
対象物物理モデル作成手段２０２は、人間によって操作される対象物（例えば、操作装置）の物理特性を含む対象物物理モデルを、対象物の剛体セグメントモデルまたは有限要素モデルという形態で作成する。
【０１２８】
本実施形態における対象物物理モデルは、さらに具体的に説明するに、対象物を構成するｍｂ個の各部品を剛体または弾性体の要素によって表現する。この対象物物理モデルにおいては、それら要素がｍｊ個のジョイントによって拘束あるいは連結されることにより、対象物が表現されている。
【０１２９】
この対象物物理モデルの自由度ｍｄは、図８において式（２）で表されている。したがって、対象物物理モデルの挙動は、ｍｄ次元の一般化座標ｑｍを用いて表現される。
【０１３０】
この対象物物理モデルが持っている物理特性は、各部品については、寸法、重心位置、主慣性モーメント、ジョイント位置、表面の粘弾性等であり、また、各ジョイントについては、種類、粘弾性等である。
【０１３１】
図５に示す操作性解析手段２０４は、それら作成された人間物理モデルと対象物物理モデルとを用い、かつ、人間と対象物との間の拘束条件・接触条件を含む解析条件のもとに、人間による対象物の操作性を解析する。ここに、「拘束条件」とは、人間または対象物が外部環境によって拘束される条件を意味し、また、「接触条件」とは、人間と対象物とが互いに接触する条件（例えば、一体的に結合するように接触するか、面接触するか）を意味する。
【０１３２】
図５に示すように、この操作性解析手段２０４は、解析条件設定手段２０６と逆力学解析計算手段２０８と人間粘弾性テンソル算出手段２１０と対象物粘弾性テンソル算出手段２１２と合成粘弾性テンソル算出手段２１４とを含んでいる。
【０１３３】
解析条件設定手段２０６は、操作性解析のために解析条件を設定する。その解析条件は、人間が対象物を操作する際のその人間と外部環境（対象物以外の物体）との間の拘束条件および外力、対象物と外部環境（人間以外の物体）との間の拘束条件および外力、それら人間と対象物との間の接触条件および外力、互いに接触する人間および対象物から成る人間−対象物系（人間−機械系）において操作性が解析されるべき少なくとも一つの評価位置等を含んでいる。以下、解析条件をさらに具体的に説明する。
【０１３４】
本実施形態においては、操作中に人間が外部環境から受けるｎｃ個の拘束が、ヤコビ行列Ｇｈと人間挙動（変位速度）ｄｑｈ／ｄｔとを用いることにより、図８における式（３）によって表現される。また、人間によって操作される対象物が外部環境から受けるｍｃ個の拘束が、ヤコビ行列Ｇｍと対象物挙動（変位速度）ｄｑｍ／ｄｔとを用いることにより、図８における式（４）によって表現される。それら式（３）および（４）はいずれも、拘束条件を記述する拘束条件式である。
【０１３５】
人間と対象物との間にｋ個の接触点が存在する場合には、それら接触点のうち、ｉ番目の接触点ｃｉにおける拘束が、図９における式（５）によって表現される接触拘束行列Ｈｉによって表現される。ｋ個の接触点のすべてにおける拘束は、図９における式（６）によって表現される全体接触拘束行列Ｈ（図７参照）によって表現される。この全体接触拘束行列Ｈの一具体例は後述する。
【０１３６】
対象物粘弾性のみならず人間粘弾性をも考慮したうえで対象物の操作性すなわち人間−機械系動特性を求めたい評価位置ｒは、人間を表現している剛体もしくは弾性体、または対象物を表現している剛体もしくは弾性体上に定義される。また、評価位置ｒに関する可動方向が、可動方向行列Ｐｒによって記述される。例えば、評価位置ｒに原点を持つ６自由度ｘｙｚ座標系のｘ軸およびｙ軸にのみ動く場合には、その行列Ｐｒは図９における式（７）で表現される。
【０１３７】
図５に示す操作性解析手段２０４は、図６に示すように、前述の人間物理モデル、すなわち、人間筋特性（例えば、最大筋力ｆｍａｘ、筋剛性パラメータとして機能する、筋長ｌの関数ｇｕ、筋粘性パラメータとして機能する、筋長変化速度の関数ｈｕ、筋の自然長等）、人体の幾何学的特徴、人間の外部環境から受ける拘束を表す人間拘束条件Ｇｈ、人間の関節が持つ受動特性に基づく剛性である人間関節特性Ｋｊｏ等を反映したモデルを用い、人間が対象物を操作する際のその人間の挙動（以下、人間の変位位置、変位速度および変位加速度を含み得る広義の概念として使用する。）と、前述の評価位置ｒとに基づき、人間剛性ｒＫｈを取得する人間剛性取得部２０４ａを有する。
【０１３８】
図２９において式（１０１）で表すように、人間における各筋ごとに、最大筋力ｆｍａｘと、筋長ｌの関数ｇｕと、筋長変化速度の関数ｈｕとが定義されれば、各筋の筋力ｆｉが誘導される。すなわち、本実施形態においては、その式（１０１）が、人間物理モデルを構成する各筋要素モデルを記述する式の一例なのである。
【０１３９】
この人間剛性取得部２０４ａは、入力手段２１６と、人間直交射影算出手段２１８と、人間のために逆力学解析を行う人間用逆力学解析手段２２０と、筋活性度推定手段２２２と、筋剛性算出手段２２４と、人間剛性座標変換手段２２６とを含んでいる。
【０１４０】
入力手段２１６は、前述の人間筋特性（人間の物理特性）、人間挙動、人間拘束条件、人間関節特性等を入力する。この入力手段２１６によって入力すべき人間の挙動（変位ｑｈ等）は、例えば、現実の挙動をモーションキャプチャ等を用いて計測することによって取得したり、現実の挙動を想定することによって取得することが可能である。この入力手段２１６は、入力装置２２と、コンピュータ２０のうち、該当する情報を入力するために実行される部分との組合せによって構成されている。
【０１４１】
人間直交射影算出手段２１８は、人間拘束条件Ｇｈから、人間に対する拘束Ｇｈの零空間への直交射影行列（後述）Ｐｈを算出する。人間用逆力学解析手段２２０は、入力手段２１６から供給された人間挙動および人間関節特性と、人間直交射影算出手段２１８から供給された直交射影行列Ｐｈと、後述の対象物用逆力学解析手段２３２から供給される、人間が対象物から受ける接触力τｃとに基づき、公知の逆力学解析手法により、前述の一般化力τｈ（図７参照）を算出する。
【０１４２】
筋活性度推定手段２２２は、入力手段２１６によって入力された人間筋特性および人間挙動と、人間用逆力学解析手段２２０から供給された一般化力τｈとに基づき、後述の最適化手法により、各筋ごとに筋活性度αを推定する。筋剛性算出手段２２４は、入力手段２１６によって入力された人間筋特性と、筋活性度推定手段２２２から供給された筋活性度αとに基づき、図２９において式（１０２）で表される関係に従い、各筋の剛性Ｋｕを算出する。その剛性Ｋｕは、図７に示すように、筋空間において定義される。
【０１４３】
人間剛性座標変換手段２２６は、図７に示す筋空間から、人間一般化座標空間と対象物一般化座標空間との間においてユーザによって指定される評価位置ｒが存在する評価点空間（図１６（ａ）および図１７（ａ）参照）への座標変換により、筋剛性算出手段２２４から供給された筋剛性（人間剛性）Ｋｕを、その筋剛性Ｋｕがその評価位置ｒまで伝達された等価人間剛性ｒＫｕ（図１６（ａ）および図１７（ａ）参照）に変換する。この人間剛性座標変換手段２２６は、具体的には、上述の座標変換により、筋空間における人間剛性Ｋｕを、入力手段２１６から供給された直交射影行列Ｐｈを含む拘束条件を考慮して、後述の式（２２−１）を用いることにより、評価点空間における等価人間剛性ｒＫｈに変換する。
【０１４４】
図５に示す操作性解析手段２０４は、図６に示すように、前述の対象物物理モデル、すなわち、対象物の剛性Ｋｍ、対象物の外部環境から受ける拘束を表す対象物拘束条件Ｇｍ等を反映したモデルを用い、人間が対象物を操作する際のその対象物の挙動（以下、対象物の変位位置、変位速度および変位加速度を含み得る広義の概念として使用する。）と、前述の評価位置ｒとに基づき、対象物剛性ｒＫｍを取得する対象物剛性取得部２０４ｂを有する。
【０１４５】
この対象物剛性取得部２０４ｂは、入力手段２２８と、対象物直交射影算出手段２３０と、対象物のために逆力学解析を行う対象物用逆力学解析手段２３２と、対象物剛性座標変換手段２３４とを含んでいる。
【０１４６】
入力手段２２８は、前述の対象物挙動、対象物拘束条件、対象物剛性等を入力する。この入力手段２２８によって入力すべき対象物の挙動（変位ｑｍ等）は、例えば、現実の挙動をモーションキャプチャ等を用いて計測することによって取得したり、現実の挙動を想定することによって取得することが可能である。この入力手段２２８は、入力装置２２と、コンピュータ２０のうち、該当する情報を入力するために実行される部分との組合せによって構成されている。
【０１４７】
対象物直交射影算出手段２３０は、対象物拘束条件Ｇｍから、対象物に対する拘束Ｇｈの零空間への直交射影行列（後述）Ｐｍを算出する。対象物用逆力学解析手段２３２は、入力手段２２８から供給された対象物挙動および対象物剛性と、対象物直交射影算出手段２３０から供給された直交射影行列Ｐｍとに基づき、公知の逆力学解析手法により、人間が対象物から受ける接触力τｃを算出する。その算出された接触力τｃは、前述のように、人間用逆力学解析手段２２０に供給される。
【０１４８】
対象物剛性座標変換手段２３４は、図７に示す対象物一般化座標空間から前述の評価点空間への座標変換により、入力手段２２８または後述の対象物剛性更新手段２３８から供給された対象物剛性Ｋｍを、その対象物剛性Ｋｍが評価位置ｒまで伝達された等価対象物剛性ｒＫｍ（図１６（ａ）および図１７（ａ）参照）に変換する。この対象物剛性座標変換手段２３４は、具体的には、上述の座標変換により、対象物一般化座標空間における対象物剛性Ｋｍを、入力手段２２８から供給された直交射影行列Ｐｍを含む拘束条件を考慮して、後述の式（３１−１）を用いることにより、評価点空間における等価対象物剛性ｒＫｍに変換する。
【０１４９】
すなわち、本実施形態においては、入力手段２１６および２２８と人間直交射影算出手段２１８と対象物直交射影算出手段２３０とが互いに共同して、図５に示す解析条件設定手段２０６を構成し、人間用逆力学解析手段２２０と対象物用逆力学解析手段２３２とが互いに共同して、図５に示す逆力学解析計算手段２０８を構成しているのである。
【０１５０】
さらに、本実施形態においては、筋活性度推定手段２２２と筋剛性算出手段２２４と人間剛性座標変換手段２２６とが互いに共同して、図６に示す人間粘弾性テンソル算出手段２１０を構成し、対象物剛性座標変換手段２３４が図６に示す対象物粘弾性テンソル算出手段２１２を構成しているのである。
【０１５１】
図６に示すように、操作性解析手段２０４は、さらに、合成剛性算出手段２３５を含んでおり、その合成剛性算出手段２３５は、図５に示す合成粘弾性テンソル算出手段２１４を構成している。
【０１５２】
合成剛性算出手段２３５は、人間剛性座標変換手段２２６から供給された等価人間剛性ｒＫｈと、対象物剛性座標変換手段２３４から供給された等価対象物剛性ｒＫｍとを数学的に互いに合成する。それにより、この合成剛性算出手段２３５は、操作中における対象物の、前述の評価位置ｒにおける剛性が、その対象物単独の剛性のみならず、その対象物を操作している人間の剛性をも考慮して取得される。この合成剛性算出手段２３５は、それら等価人間剛性ｒＫｈおよび等価対象物剛性ｒＫｍと、その他必要なパラメータとに基づき、後述の式（２１−１）または（３０−１）を用いることにより、合成剛性ｒＫｈｍを算出する。
【０１５３】
図６に示すように、設計支援手段２０５は、入力手段２３６と、剛性誤差算出手段２３７と、対象物剛性更新手段２３８とを含んでいる。
【０１５４】
入力手段２３６は、上記算出された合成剛性ｒＫｈｍ（合成剛性ｒＫｈｍの計算値）との比較のため、合成剛性ｒＫｈｍの目標値を入力する。剛性誤差算出手段２３７は、合成剛性ｒＫｈｍの計算値の、その入力された目標値に対する誤差を算出する。対象物剛性更新手段２３８は、その算出された誤差が許容値を超える場合に、対象物剛性Ｋｍであって、図６に示すように、入力手段２２８を経て対象物剛性座標変換手段２３４に供給されるものを更新する。この対象物剛性更新手段２３８により、操作者による対象物の操作性を改善する観点から、対象物剛性Ｋｍを最適化することが容易となる。
【０１５５】
ここで、人間粘弾性テンソル算出手段２１０において人間粘弾性テンソルが誘導される論理を説明する。
【０１５６】
人間粘弾性テンソル算出手段２１０は、前記作成された人間物理モデルと、前記拘束条件と、操作中の人間の挙動またはその挙動と内力との組合せを用いることにより、人間単独の剛性と粘性との少なくとも一方を含む人間粘弾性テンソルを算出する。
【０１５７】
その人間粘弾性テンソルのうちの人間剛性テンソルは、筋の剛性Ｋｕと、関節が持つ受動特性に基づく剛性Ｋｊ０と、筋空間と、人間の挙動を表す一般化座標ｑｈが張る空間である人間一般化座標空間との間のヤコビ行列Ｊｕとを用い、かつ、図１１において式（１３）ないし（１５）で表される直交射影行列Ｐｈによって表される前述の拘束条件を考慮することにより、図１０において式（８）および（９）で表される。剛性Ｋｕと剛性Ｋｊ０とはそれぞれ、拘束条件を考慮する前の剛性である。剛性Ｋｊ０は、前述の人間物理モデルによって定義される既知のパラメータである。
【０１５８】
また、上述の人間粘弾性テンソルのうちの人間粘性テンソルは、筋肉の粘性Ｂｕと、関節が持つ受動特性に基づく粘性Ｂｊ０と、筋空間と人間一般化座標空間との間のヤコビ行列Ｊｕとを用い、かつ、上述の直交射影行列Ｐｈによって表される拘束条件を考慮することにより、図１０において式（１０）および（１１）で表される。粘性Ｂｕと粘性Ｂｊ０とはそれぞれ、拘束条件を考慮する前の粘性である。粘性Ｂｊ０は、前述の人間物理モデルによって定義される既知のパラメータである。
【０１５９】
ヤコビ行列Ｊｕは、物理的には、関節に働く筋のモーメントアームに相当する。本実施形態においては、その筋モーメントアームが適宜調整されると、それに連動してヤコビ行列Ｊｕ中の該当要素が変更されるようになっている。このヤコビ行列Ｊｕは、操作中に人間の各関節に働く一般化力τｈおよび操作中に人間の筋に働く筋力ｆｕとの間に、図１０において式（１２）で表される関係を有する。
【０１６０】
以下、人間に対する拘束条件を考慮した剛性および粘性を人間粘弾性テンソル（図においてアルファベットに上線を付して示すことにより、拘束条件を考慮した粘弾性テンソルであることを示す。このことは、他のパラメータについても同じとする。）というが、その人間粘弾性テンソルは、人間の姿勢や内力によってその値が変化するため、事前に取得された人間の挙動や内力（前述の一般化力を含む。）を用いて、人間粘弾性テンソルの操作中における変化が考慮される。
【０１６１】
ここで、対象物粘弾性テンソル算出手段２１２において対象物粘弾性テンソルが誘導される論理を説明する。
【０１６２】
対象物粘弾性テンソル算出手段２１２は、前記作成された対象物物理モデルと、前記拘束条件と、操作中の対象物の挙動またはその挙動と内力との組合せを用いることにより、対象物単独の剛性と粘性との少なくとも一方を含む対象物粘弾性テンソルを算出する。
【０１６３】
その対象物粘弾性テンソルのうちの対象物剛性テンソルは、拘束条件を考慮する前の対象物の剛性Ｋｍを用い、かつ、図１１において式（１８）ないし（２０）で表される直交射影行列Ｐｍによって表される前述の拘束条件を考慮することにより、図１１において式（１６）で表される。剛性Ｋｍは、前述の対象物物理モデルによって定義されている特性から求めることができる。
【０１６４】
また、上述の対象物粘弾性テンソルのうちの対象物粘性テンソルは、拘束条件を考慮する前の対象物の粘性Ｂｍを用い、かつ、上述の直交射影行列Ｐｍによって表される拘束条件を考慮することにより、図１１において式（１７）で表される。粘性Ｂｍは、前述の対象物物理モデルによって定義されている特性から求めることができる。
【０１６５】
以下、対象物に対する拘束条件を考慮した剛性および粘性を対象物粘弾性テンソルというが、その対象物粘弾性テンソルは、対象物の姿勢や内力によってその値が変化するため、事前に取得された対象物の挙動や内力を用いて、対象物粘弾性テンソルの操作中における変化が考慮される。
【０１６６】
ここで、合成粘弾性テンソル算出手段２１４において合成粘弾性テンソルが誘導される論理を説明する。
【０１６７】
合成粘弾性テンソル算出手段２１４は、前記算出された人間粘弾性テンソルおよび対象物粘弾性テンソルと、事前に設定された拘束条件および評価位置ｒとを用いることにより、それら人間粘弾性と対象物粘弾性とを合成した合成粘弾性を表す合成粘弾性テンソルを算出する。その合成粘弾性テンソルは、合成剛性テンソルと合成粘性テンソルとを含んでいる。以下、それら合成剛性テンソルと合成粘性テンソルとを説明するが、評価位置ｒが対象物上にある場合と、操作者である人間上にある場合とに分けて、それらの順に説明する。
【０１６８】
１．評価位置ｒが対象物上にある場合
【０１６９】
（１）合成剛性テンソルの誘導
【０１７０】
評価位置ｒが対象物上にある場合には、図１２において式（２１−１）で示すように、評価位置ｒにおける合成剛性テンソルが、
【０１７１】
（ａ）図１１において式（１６）で表される対象物剛性テンソルと、
（ｂ）図１２において式（２２−１）で表される等価人間剛性テンソルと、
（ｃ）図１２において式（２３）を用いて説明されるヤコビ行列ｒＪｍと、
（ｄ）評価位置ｒにおいて対象物が持つ剛性テンソルｒＫｍと、
（ｅ）図１１において式（１８）ないし（２０）を用いて説明される直交射影行列Ｐｍと、
（ｆ）図９において式（７）で例示される可動方向行列Ｐｒと
【０１７２】
を用いることにより、記述される。
【０１７３】
等価人間剛性テンソルは、前述の人間剛性テンソルを評価位置ｒまで伝達したものであり、ヤコビ行列ｒＪｍは、評価位置ｒと対象物一般化座標ｑｍとの間のヤコビ行列である。
【０１７４】
その等価人間剛性テンソルは、図１２において式（２２−１）で示すように、
【０１７５】
（ａ）図１０において式（８）で表される人間剛性テンソルと、
（ｂ）図１３において式（２４）、（２５−１）および（２５−２）で表されるヤコビ行列ｃＪｈと、
（ｃ）図１４において式（２８−１）で表される、接触点ｃｊにおいて人間表面が持つ剛性テンソルｃｊＫｈから成る行列ｃＫｈと、
（ｄ）図１１において式（１３）ないし（１５）を用いて説明される直交射影行列Ｐｈと、
（ｅ）図９において式（５）および（６）で表される接触拘束行列Ｈと、
（ｆ）図１４において式（２９−１）で表される、接触点ｃｊにおいて対象物表面が持つ剛性テンソルｃｊＫｍから成る行列ｃＫｍと、
（ｇ）図１３において式（２６）および（２７）で表される座標系変換行列ｒＳｃと
【０１７６】
を用いることにより、記述される。
【０１７７】
表記について補足するに、図１４における式（２８−１）および（２９−１）における「ｄｉａｇ｛  ｝」は、「｛  ｝」内に記載された行列のうちの対角成分を抽出することを意味するオペレータである。このことは、式（２８−２）および（２９−２）についても同様である。
【０１７８】
図１６（ａ）には、剛性に関し、筋空間と対象物一般化座標空間との間に存在する複数の座標空間であって、図７（ａ）に示す複数の座標空間に対して、評価位置ｒが存在する評価点空間が追加されたものが示されている。図１６（ａ）には、等価人間剛性テンソルｒＫｍと、座標系変換行列ｒＳｃと、ヤコビ行列ｒＪｍとが、評価点空間に関連付けて示されている。
【０１７９】
（２）合成粘性テンソルの誘導
【０１８０】
評価位置ｒが対象物上にある場合には、図１５において式（２１−２）で示すように、評価位置ｒにおける合成粘性テンソルが、
【０１８１】
（ａ）図１１において式（１７）で表される対象物粘性テンソルと、
（ｂ）図１２において式（２２−２）で表される等価人間粘性テンソルと、
（ｃ）図１２において式（２３）を用いて説明されるヤコビ行列ｒＪｍと、
（ｄ）評価位置ｒにおいて対象物が持つ粘性テンソルｒＢｍと、
（ｅ）図１１において式（１８）ないし（２０）を用いて説明される直交射影行列Ｐｍと、
（ｆ）図９において式（７）で例示される可動方向行列Ｐｒと
【０１８２】
を用いることにより、記述される。
【０１８３】
等価人間粘性テンソルは、前述の人間粘性テンソルを評価位置ｒまで伝達したものであり、ヤコビ行列ｒＪｍは、評価位置ｒと対象物一般化座標ｑｍとの間のヤコビ行列である。
【０１８４】
その等価人間粘性テンソルは、図１２において式（２２−２）で示すように、
【０１８５】
（ａ）図１０において式（１０）で表される人間粘性テンソルと、
（ｂ）図１３において式（２４）、（２５−１）および（２５−２）で表されるヤコビ行列ｃＪｈと、
（ｃ）図１４において式（２８−２）で表される、接触点ｃｊにおいて人間表面が持つ粘性テンソルｃｊＢｈから成る行列ｃＢｈと、
（ｄ）図１１において式（１３）ないし（１５）を用いて説明される直交射影行列Ｐｈと、
（ｅ）図９において式（５）および（６）で表される接触拘束行列Ｈと、
（ｆ）図１４において式（２９−２）で表される、接触点ｃｊにおいて対象物表面が持つ粘性テンソルｃｊＢｍから成る行列ｃＢｍと、
（ｇ）図１３において式（２６）および（２７）で表される座標系変換行列ｒＳｃと
【０１８６】
を用いることにより、記述される。
【０１８７】
図１６（ｂ）には、粘性に関し、筋空間と対象物一般化座標空間との間に存在する複数の座標空間であって、図７（ｂ）に示す複数の座標空間に対して、評価位置ｒが存在する評価点空間が追加されたものが示されている。図１６（ｂ）には、等価人間粘性テンソルｒＢｍと、座標系変換行列ｒＳｃと、ヤコビ行列ｒＪｍとが、評価点空間に関連付けて示されている。
【０１８８】
２．評価位置ｒが人間である操作者上にある場合
【０１８９】
（１）合成剛性テンソルの誘導
【０１９０】
評価位置ｒが対象物上にある場合には、図１５において式（３０−１）で示すように、評価位置ｒにおける合成剛性テンソルが、
【０１９１】
（ａ）図１０において式（８）で表される人間剛性テンソルと、
（ｂ）図１５において式（３１−１）で表される等価対象物剛性テンソルと、
（ｃ）図１５において式（３２）を用いて説明されるヤコビ行列ｒＪｈと、
（ｄ）図１１において式（１３）ないし（１５）を用いて説明される直交射影行列Ｐｈと、
（ｅ）評価位置ｒにおいて人間が持つ剛性テンソルｒＫｈと、
（ｆ）図９において式（７）で例示される可動方向行列Ｐｒと
【０１９２】
を用いることにより、記述される。等価対象物剛性テンソルは、前述の対象物剛性テンソルを評価位置ｒまで伝達したものであり、ヤコビ行列ｒＪｈは、評価位置ｒと人間一般化座標ｑｈとの間のヤコビ行列である。
【０１９３】
その等価対象物剛性テンソルは、図１５において式（３１−１）で示すように、
【０１９４】
（ａ）図１１において式（１６）で表される対象物剛性テンソルと、
（ｂ）図１５において式（３３）および（３４）で表されるヤコビ行列ｃＪｍと、
（ｃ）図１４において式（２８−１）で表される、接触点ｃｊにおいて人間表面が持つ剛性テンソルｃｊＫｈから成る行列ｃＫｈと、
（ｄ）図９において式（５）および（６）で表される接触拘束行列Ｈと、
（ｅ）図１４において式（２９−１）で表される、接触点ｃｊにおいて対象物表面が持つ剛性テンソルｃｊＫｍから成る行列ｃＫｍと、
（ｆ）図１３において式（２６）および（２７）で表される座標系変換行列ｒＳｃと
【０１９５】
を用いることにより、記述される。
【０１９６】
図１７（ａ）には、剛性に関し、筋空間と対象物一般化座標空間との間に存在する複数の座標空間であって、図７（ａ）に示す複数の座標空間に対して、評価位置ｒが存在する評価点空間が追加されたものが示されている。図１７（ａ）には、等価人間剛性テンソルｒＫｍと、座標系変換行列ｒＳｃと、ヤコビ行列ｒＪｈとが、評価点空間に関連付けて示されている。
【０１９７】
（２）合成粘性テンソルの誘導
【０１９８】
評価位置ｒが対象物上にある場合には、図１５において式（３０−２）で示すように、評価位置ｒにおける合成粘性テンソルが、
【０１９９】
（ａ）図１０において式（１０）で表される人間粘性テンソルと、
（ｂ）図１５において式（３１−２）で表される等価対象物粘性テンソルと、
（ｃ）図１５において式（３２）を用いて説明されるヤコビ行列ｒＪｈと、
（ｄ）評価位置ｒにおいて人間が持つ粘性テンソルｒＢｈと、
（ｅ）図９において式（７）で例示される可動方向行列Ｐｒと
【０２００】
を用いることにより、記述される。等価対象物粘性テンソルは、前述の対象物粘性テンソルを評価位置ｒまで伝達したものであり、ヤコビ行列ｒＪｈは、評価位置ｒと人間一般化座標ｑｈとの間のヤコビ行列である。
【０２０１】
その等価対象物粘性テンソルは、図１５において式（３１−２）で示すように、
【０２０２】
（ａ）図１１において式（１６）で表される対象物粘性テンソルと、
（ｂ）図１５において式（３３）および（３４）で表されるヤコビ行列ｃＪｍと、
（ｃ）図１４において式（２８−２）で表される、接触点ｃｊにおいて人間表面が持つ粘性テンソルｃｊＢｈから成る行列ｃＢｈと、
（ｄ）図９において式（５）および（６）で表される接触拘束行列Ｈと、
（ｅ）図１４において式（２９−２）で表される、接触点ｃｊにおいて対象物表面が持つ粘性テンソルｃｊＢｍから成る行列ｃＢｍと、
（ｆ）図１３において式（２６）および（２７）で表される座標系変換行列ｒＳｃと
【０２０３】
を用いることにより、記述される。
【０２０４】
図１７（ｂ）には、粘性に関し、筋空間と対象物一般化座標空間との間に存在する複数の座標空間であって、図７（ｂ）に示す複数の座標空間に対して、評価位置ｒが存在する評価点空間が追加されたものが示されている。図１７（ｂ）には、等価人間粘性テンソルｒＢｍと、座標系変換行列ｒＳｃと、ヤコビ行列ｒＪｈとが、評価点空間に関連付けて示されている。
【０２０５】
ここで、人間と対象物とのうち人間を例にとり、粘弾性テンソルを算出する際に拘束Ｇｈを考慮する手法を説明するために、図１３において式（２５−２）が誘導される論理を、図１８ないし図２０を参照して説明する。
【０２０６】
図１３においては、式（２５−１）により、接触点の変位速度と、人間の変位速度とが、ヤコビ行列ｃＪｈによって互いに関連付けられている。そのヤコビ行列ｃＪｈは、図１８に概念的に表すように、人間の変位速度を、人間一般化座標空間から人間接触点空間にマッピングするための行列である。
【０２０７】
図８においては、式（３）により、人間の変位速度と、拘束点空間において人間が動かないことを表す零行列０とが、ヤコビ行列Ｇｈによって互いに関連付けられている。そのヤコビ行列Ｇｈは、図１８に概念的に表すように、人間の変位速度を、人間一般化座標空間から拘束点空間にマッピングするための行列である。
【０２０８】
ここに「拘束点空間」は、人間または対象物のうち外部環境によって拘束される各拘束点ごとに定義される空間である。例えば、人間が、それの骨盤において外部環境としてのグラウンドに拘束され、かつ、対象物としてのブレーキペダルがそれの回転軸において外部環境としてのグラウンドに拘束される場合には、人間については、骨盤に第１の拘束点が設定されて、そこに第１の拘束点空間が定義される一方、対象物については、回転軸に第２の拘束点が設定されて、そこに第２の拘束点空間が定義されることになる。
【０２０９】
図１１においては、式（１３）により、ヤコビ行列Ｇｈと、拘束点空間において人間が動かないことを表す零行列０とが、直交射影行列Ｐｈによって互いに関連付けられている。その直交射影行列Ｐｈは、図１９に概念的に表すように、その零空間を、拘束点空間から人間一般化座標空間にマッピングするための行列である。その人間一般化座標空間にマッピングされた零空間は、人間一般化座標空間のうち、人間が拘束Ｇｈを満たし、かつ、動くことが許容される部分的な空間を意味している。
【０２１０】
したがって、拘束Ｇｈを考慮した人間一般化座標空間から接触点空間へのマッピングは、図１３において式（２５−２）で表すことができるとともに、図２０に概念的に図示することができる。よって、直交射影行列Ｐｈを適切に設定すれば、拘束Ｇｈが適切に考慮されて人間粘弾性テンソルが誘導されることになる。
【０２１１】
同様にして、図１１の式（１８）に示す直交射影行列Ｐｍを適切に設定すれば、図８の式（４）に示す拘束Ｇｍが適切に考慮されて対象物粘弾性テンソルが誘導されることになる。ひいては、それら人間粘弾性テンソルと対象物粘弾性テンソルとから、合成粘弾性テンソルが適切に誘導されることになる。
【０２１２】
以上のようにして誘導された合成粘弾性テンソルは、人間による対象物の操作性を反映する物理量であるため、その操作性の解析・評価に用いたり、その操作性が改善されるように対象物を設計するために用いたり、その対象物またはその操作性を、例えば車両走行中に、操作者の好みに応じて適応的に制御するために用いることが可能である。
【０２１３】
図２１には、人間物理モデル作成手段２００が、それによって実現される機能に着目してブロック図で概念的に表されている。この人間物理モデル作成手段２００は、有限要素人体モデル読出手段２４０と、骨格モデル作成手段２４２と、筋骨格モデル作成手段２４４とを備えている。
【０２１４】
有限要素人体モデル読出手段２４０は、前述の有限要素人体モデルを表すデータをデータメモリ４２から読み出し、その読み出された有限要素人体モデルは骨格モデル作成手段２４２に供給される。有限要素人体モデルは、前述のように、人体を複数の有限要素によって表現する有限要素モデルであって、人体を構成する複数の部位と複数の有限要素との帰属関係が予め設定されたモデルである。
【０２１５】
その骨格モデル作成手段２４２は、後に詳述するが、その供給された有限要素人体モデルを用いることにより、前述の骨格モデルを作成する。この骨格モデル作成手段２４２においては、その有限要素人体モデルを構成する複数の有限要素が前記帰属関係に従って分類されて結合されることにより、人体を構成する複数の部位が、複数の剛体セグメントとして、それら複数の剛体セグメントが関節まわりに回動可能であるように表現される。このようにして作成された骨格モデルは筋骨格モデル作成手段２４４に供給される。
【０２１６】
その筋骨格モデル作成手段２４４は、前述の有限要素人体モデルにおける複数の有限要素のうち、全体における複数の筋を表現するものに従い、前記供給された骨格モデル上に、それら複数の筋をそれぞれワイヤとして表現するワイヤ要素を、各筋の各剛体セグメントに対する付着点および途中の経由点の位置と共に定義する。それにより、筋骨格モデルが作成される。
【０２１７】
図２２には、共通の関節の回転軸まわりに互いに回動可能に連結された２本の骨に１本の筋がそれら２本の骨に跨って付着されている様子が示されている。その筋は、それの一端部において、一方の骨に付着点Ｐにおいて付着させられる一方、その他端部において、他方の骨に付着点Ｑにおいて付着させられている。
【０２１８】
図２２に示すように、その筋は、それの中間部においては、いずれの骨にも付着させられていないが、２個の付着点Ｐ，Ｑ間を通過する際に経由する２個の経由点Ａ，Ｂが規定されている。経由点Ａは、２本の骨のうち、付着点Ｐが属するものに力学的に支持され、経由点Ｂは、付着点Ｑが属する骨に力学的に支持される。
【０２１９】
このようなジオメトリのもとに２本の骨が１本の筋によって連結されているため、その筋に張力が発生すると、それら２本の骨には関節の回転軸まわりの関節トルクが発生する。その関節トルクの大きさは、筋に発生する筋力の大きさに依存することはもとより、その筋力の作用直線と回転軸との距離、すなわち、筋モーメントアームにも依存する。すなわち、筋力が同じでも、筋モーメントアームが長いほど、関節トルクが大きくなるのである。
【０２２０】
したがって、関節トルクを精度よく算出するためには筋モーメントアームを正確に定義することが重要である。筋モーメントアームは、図２２に示すように、回転軸に対する２個の経由点Ａ，Ｂの相対位置に依存するため、筋モーメントアームの正確な定義にはそれら経由点Ａ，Ｂの位置の正確な定義が必要である。しかしながら、何らかの理由により、それら経由点Ａ，Ｂの初期位置を正確に定義することが困難であるかまたは不可能である場合がある。
【０２２１】
そのため、本実施形態においては、それら経由点Ａ，Ｂについて暫定的に定義された位置を、後に詳述する最適化手法によって更新することにより、筋モーメントアームを調整する機能が実現される。
【０２２２】
その機能を、筋骨格モデルを作成する機能と共に実現するため、図２１に示すように、筋骨格モデル作成手段２４４は、筋の付着点および経由点の位置を定義する位置定義手段２５０と、筋の配置を定義する配置定義手段２５２と、筋の物理量を定義する物理量定義手段２５４と、筋の内部の粘弾性特性を定義する粘弾性特性定義手段２５６と、定義された経由点の初期位置を更新することにより、筋モーメントアームを調整する筋モーメントアーム調整手段２５８とを含むように構成されている。
【０２２３】
図２３には、その筋モーメントアーム調整手段２５８が、それによって実現される機能に着目してブロック図で概念的に表されている。
【０２２４】
この筋モーメントアーム調整手段２５８は、設計対象筋モーメントアーム計算手段３５０と、参照モーメントアーム入力手段３５２と、設計対象筋モーメントアーム誤差計算手段３５４とを含んでいる。
【０２２５】
設計対象筋モーメントアーム計算手段３５０は、複数の筋のうち設計対象筋として指定された１本の筋に割り当てられる２個の付着点の位置に基づき、その設計対象筋のモーメントアームを計算する。参照モーメントアーム入力手段３５２は、実測値として予め報告されている筋モーメントアームを参照モーメントアームとして入力する。設計対象筋モーメントアーム誤差計算手段３５４は、計算された設計対象筋モーメントアームの、入力された参照モーメントアームに対する偏差を設計対象筋モーメントアーム誤差として計算する。その計算された設計対象筋モーメントアーム誤差が許容値を超える場合には、設計対象筋についてモーメントアームの調整が行われる。
【０２２６】
図２３に示すように、筋モーメントアーム調整手段２５８は、さらに、仮想筋モーメントアーム計算手段３５６と、仮想筋モーメントアーム誤差計算手段３５８と、経由点位置更新手段３６０とを含んでいる。
【０２２７】
仮想筋モーメントアーム計算手段３５６は、各経由点の位置に既知の摂動を与えることにより、設計対象筋に対応する仮想筋を作成する。図２４には、図２２と同様にして、２本の骨が、関節の回転軸まわりに回動可能な状態で、１本の筋によって互いに連結される様子がより簡略化されて示されている。図２４には、さらに、その筋のうち、一方の骨に関連する経由点Ａと、他方の骨に関連する経由点Ｂとの間の部分のみが直線的に示されている。
【０２２８】
それら経由点ＡとＢとをつなぐ筋が、設計対象筋であり、この設計対象筋に対し、この仮想筋モーメントアーム計算手段３５６が実行されると、図２４においてそれぞれ直線で示される６本の仮想筋が生成される。それら仮想筋は、経由点ＡおよびＢのうち経由点Ａのみに、ｘ方向とｙ方向とｚ方向とにそれぞれ摂動を与えることによって生成された、いずれももとの経由点Ｂを通過する３本の仮想筋と、経由点ＡおよびＢのうち経由点Ｂのみに、ｘ方向とｙ方向とｚ方向とにそれぞれ摂動を与えることによって生成された、いずれももとの経由点Ａを通過する３本の仮想筋とからなっている。
【０２２９】
具体的には、もとの経由点Ｂを通過する３本の仮想筋は、図２４に示すように、もとの経由点Ａにｘ方向の摂動を与えて求めた点Ａｘともとの経由点Ｂとをつなぐ仮想筋と、もとの経由点Ａにｙ方向の摂動を与えて求めた点Ａｙともとの経由点Ｂとをつなぐ仮想筋と、もとの経由点Ａにｚ方向の摂動を与えて求めた点Ａｚともとの経由点Ｂとをつなぐ仮想筋とである。
【０２３０】
また、もとの経由点Ａを通過する３本の仮想筋は、図２４に示すように、もとの経由点Ｂにｘ方向の摂動を与えて求めた点Ｂｘともとの経由点Ａとをつなぐ仮想筋と、もとの経由点Ｂにｙ方向の摂動を与えて求めた点Ｂｙともとの経由点Ａとをつなぐ仮想筋と、もとの経由点Ｂにｚ方向の摂動を与えて求めた点Ｂｚともとの経由点Ａとをつなぐ仮想筋とである。
【０２３１】
仮想筋モーメントアーム計算手段３５６は、さらに、以上のようにして生成された各仮想筋ごとにモーメントアームを計算する。
【０２３２】
仮想筋モーメントアーム誤差計算手段３５８は、計算された仮想筋モーメントアームの、前記入力された参照モーメントアームに対する偏差を仮想筋モーメントアーム誤差として計算する。その計算された仮想筋モーメントアーム誤差の、前記計算された設計対象筋モーメントアーム誤差からの変化は、今回の摂動に対する応答を反映するため、経由点位置更新手段３６０は、それら仮想筋モーメントアーム誤差と設計対象筋モーメントアーム誤差との差に基づき、各経由点の位置ごとに、ｘ方向における更新量と、ｙ方向における更新量と、ｚ方向における更新量とを決定する。この経由点位置更新手段３６０は、さらに、それら決定された更新量に従い、各経由点の位置を更新する。
【０２３３】
この経由点位置更新手段３６０による更新量の決定および更新は、その後に実行される設計対象筋モーメントアーム誤差計算手段３５４によって計算される設計対象筋モーメントアーム誤差が許容値以下となるまで、反復される。
【０２３４】
図２５には、本実施形態に従う操作性評価方法の概略であってコンピュータ２０によって実施されるものが工程図で示されている。コンピュータ２０は、前述のように、入力装置２２および出力装置２４と共同して操作性評価装置１０を構成している。
【０２３５】
図２５に示すように、この操作性評価方法の各回の実行時には、まず、ステップＳ１（以下、単に「Ｓ１」で表す。他のステップについても同じとする。）において、有限要素人体モデルが各要素ごとに、データメモリ４２からストレージ３２内の別の記憶領域であるワーキングエリア（図示しない）に順次読み出される。正確には、有限要素人体モデルを表すモデルデータが、各要素を表す要素データごとに、順次読み出される。すなわち、コンピュータ２０のうちこのＳ１を実行する部分が、図２１における有限要素人体モデル読出手段２４０を構成しているのである。
【０２３６】
次に、図２５のＳ２において、読み出された各要素が分類されて他の要素と結合されることにより、骨格モデルが作成される。この骨格モデルは、人体の動作解析を行うために使用される。このＳ２の詳細は、骨格モデル作成プログラムとして図２６にフローチャートで概念的に表されている。これについては後述する。すなわち、コンピュータ２０のうちこのＳ２を実行する部分が、図２１における骨格モデル作成手段２４２を構成しているのである。
【０２３７】
続いて、図２５のＳ３において、その作成された骨格モデルに筋が前述のワイヤ要素として付加されることにより、骨格モデルをベースとして筋骨格モデルが作成される。このＳ３の詳細は、筋骨格モデル作成プログラムとして図２７にフローチャートで概念的に表されている。これについては後述する。すなわち、コンピュータ２０のうちこのＳ３を実行する部分が、図２１における筋骨格モデル作成手段２４４を構成しているのである。
【０２３８】
その後、図２５のＳ４において、操作者である人間による対象物の操作性が解析される。このＳ４の詳細は、操作性解析プログラムとして図３４にフローチャートで概念的に表されている。これについては後述する。すなわち、コンピュータ２０のうちこのＳ４を実行する部分が、図５における操作性解析手段２０４を構成し、また、Ｓ１ないしＳ３を実行する部分が、人間物理モデル作成手段２００を構成しているのである。
【０２３９】
続いて、図２５のＳ５において、その操作性の解析結果が対象物および／またはその対象物が設置される車両の設計にフィードバックされることにより、設計者による車両設計が支援される。このＳ５の詳細は、設計支援プログラムとして図３５にフローチャートで概念的に表されている。これについては後述する。すなわち、コンピュータ２０のうちこのＳ５を実行する部分が、図５における設計支援手段２０５を構成しているのである。
【０２４０】
以上で、この操作性評価方法の一回の実行が終了する。
【０２４１】
ところで、本実施形態においては、上述の操作性解析プログラムの実行により、作成された筋骨格モデルにおける各筋の筋活性度αが算出される。現実の人間であれば、衝突時には、身構えるなどして各部位の筋に能動的に筋力が発生し、人間の緊張度が高いほど、筋活性度αが上昇する。筋活性度αが上昇すると、筋の剛性Ｋｕおよび粘性Ｂｕも上昇するため、人間の緊張度が高いほど、筋の硬直度が上昇する。
【０２４２】
したがって、人間物理モデルを用いて衝突時に人間の挙動を精度よく解析するためには、人間の複数の筋のそれぞれについて筋活性度αを推定し、その結果を考慮して人間の挙動を解析することが重要である。一方、人間物理モデルの要素（有限要素）を単位とするのではなく、同じ部位に属する複数の有限要素が互いに剛体的に結合されて成る剛体セグメントを単位としたうえで、人間の動作を解析し、さらに、その解析された動作から各筋の活性度αを筋モデルや最適化手法を採用することにより、筋活性度αを推定することが可能である。
【０２４３】
以上説明した知見を背景にして、この操作性解析プログラムにおいては、要素数が多い有限要素人体モデルではなく、それより少数の剛体セグメントを有する骨格モデルと筋骨格モデルとのいずれか一方、または、場合によっては両方を用いることにより、各筋ごとに筋活性度αが推定される。この操作性解析プログラムのうち、その筋活性度αを推定するために実行される部分が、筋活性度推定プログラムとして図３６にフローチャートで概念的に表されている。これについては後述する。
【０２４４】
ここで、図２６を参照することにより、前記骨格モデル作成プログラムを具体的に説明する。
【０２４５】
この骨格モデル作成プログラムの実行時には、まず、Ｓ１０１において、有限要素人体モデルを構成する複数の要素（有限要素）のうち人体の骨を表現するものが、人体を構成する複数の部位にそれぞれ分類される。有限要素人体モデルを構成する複数の要素のうち、骨以外の組織、すなわち、皮膚、肉等を表現するものは、その分類対象から除外されている。
【０２４６】
有限要素人体モデルにおいては、各要素ごとに、それが属する部位が予め定められている。すなわち、要素と部位との関係を規定するデータが、有限要素人体モデルを表すデータに予め組み込まれており、そのデータを用いて各要素の各部位への分類が行われる。各部位ごとに、それに分類された複数の要素が互いに結合されることによって、１個の剛体セグメントが構成される。
【０２４７】
次に、Ｓ１０２において、人体の複数の部位のうち隣り合った２個の部位間に関節位置となる点が定義される。その点は、有限要素人体モデルにおける複数個の点のいずれかと一致するように定義される。その点は、隣り合った２個の剛体セグメント間の関節位置を表している。
【０２４８】
続いて、Ｓ１０３において、各部位ごとに、それに属する複数の要素に関する属性情報（形状、密度、材料物性値等）から、重心位置、質量および慣性モーメントが算出される。それら重心位置、質量および慣性モーメントを算出する際には、有限要素人体モデルを構成する複数個の要素のうち骨を表現するもののみならず、皮膚、肉等、骨以外の組織部分を表現するものも考慮される。その結果、骨格モデルにおける各剛体セグメントは、その形状に関しては、骨の表面を反映するが、各剛体セグメントの重心位置、質量および慣性モーメントに関しては、各部位を構成するすべての組織部分を反映する。
【０２４９】
その後、Ｓ１０４において、各剛体セグメントごとにローカル座標系が定義される。各ローカル座標系は、それの原点において各剛体セグメントの重心位置に一致する。各ローカル座標系は、ｘ座標軸とｙ座標軸とｚ座標軸とを有しており、それら座標軸の向きは、各剛体セグメントの複数の慣性主軸の向きにそれぞれ一致する。ただし、それら座標軸は、それら慣性主軸に、慣性モーメントの値の大きい順にそれぞれ割り当てられる。各ローカル座標系は、右手系となるように、各座標軸の符号の向きが調整される。
【０２５０】
続いて、Ｓ１０５において、各剛体セグメントの幾何学量（位置、方向等）が記述される座標系が、有限要素人体モデルが定義されているグローバル座標系から、各剛体セグメントに対応するローカル座標系に変換される。すなわち、座標変換が行われるのである。各剛体セグメントの幾何学量には、例えば、形状、重心位置、慣性モーメント情報、関節の位置、関節の可動方向等がある。
【０２５１】
その後、Ｓ１０６において、各要素の複数の属性情報のうち、骨格モデルを用いて人間の動作を解析する際に使用されないもの（例えば、各要素の材料物性値）が、後述の有限要素解析に備えて、ストレージ３２の特定の記憶領域に保存される。
【０２５２】
続いて、Ｓ１０７において、各部位に分類された複数個の要素が互いに結合されることにより、剛体セグメントが構成される。各剛体セグメントの運動中、それを構成する複数の要素が互いに一体的に運動する。さらに、各々そのようにして構成された複数の剛体セグメントが、対応する関節において、互いに回動可能に連結される。
【０２５３】
その後、Ｓ１０８において、各関節ごとに、関節が受動的に運動させられる際の抵抗トルク（関節角度に応じて構造的に発生するトルク）が関節受動抵抗トルクとして定義される。この関節受動抵抗トルクは、関節角度の関数を定義する関数式やマップテーブルとして表現することが可能である。
【０２５４】
以上で、この骨格モデル作成プログラムの一回の実行が終了する。
【０２５５】
次に、図２７を参照することにより、前記筋骨格モデル作成プログラムを具体的に説明する。
【０２５６】
この筋骨格モデル作成プログラムの実行時には、まず、Ｓ２０１において、先に作成された骨格モデルの各剛体セグメントに付着させるべき各筋につき、各筋が各剛体セグメントの表面に付着させられるべき複数の付着点の位置と、それら付着点間の経由点であって各筋が各剛体セグメントに沿って延びる際に経由する点の位置とが定義される。それら付着点の位置と経由点の位置とは、各剛体セグメントのローカル座標系において定義される。
【０２５７】
すなわち、コンピュータ２０のうちこのＳ２０１を実行する部分が、図２１における位置定義手段２５０を構成しているのである。
【０２５８】
次に、図２７のＳ２０２において、付着点位置と経由点位置とが定義された各筋が各剛体セグメントに沿って延びる際の経路すなわち複数の付着点および少なくとも一つの経由点を各筋が通過する順序が定義される。これにより、各筋が骨格モデル上に配置される。
【０２５９】
すなわち、コンピュータ２０のうちこのＳ２０２を実行する部分が、図２１における配置定義手段２５２を構成しているのである。
【０２６０】
続いて、図２７のＳ２０３において、その配置された各筋の物理量が定義される。その物理量には、各筋の生理断面積、各筋において筋繊維と腱との成すペネーション角度等がある。ペネーション角度は、図２８に示されている。それら生理断面積およびペネーション角度は、後述するが、各筋の最大筋力を算出するために利用される。
【０２６１】
各筋の最大筋力は、定数ｋ（約５ないし１０）を用いた次式によって算出することが可能である。
【０２６２】
最大筋力＝ｋ×生理断面積［ｃｍ２］×COS(ペネーション角度［ｒａｄ］)
【０２６３】
すなわち、コンピュータ２０のうちこのＳ２０３を実行する部分が、図２１における物理量定義手段２５４を構成しているのである。
【０２６４】
その後、図２７のＳ２０４において、筋モデルとして例えばＨｉｌｌモデルを用いることにより、各筋の内部の粘弾性特性が定義される。Ｈｉｌｌモデルによれば、各筋の筋力は、図２９の式（１０１）によって算出することができる。この式は、各筋の筋力Ｆｉが、筋活性度αｉと、最大筋力ｆｍａｘｉと、筋長ｌｉの関数ｇと、筋長変化速度ｄ（ｌｉ）／ｄｔの関数ｈとの積として推定されることを表している。
【０２６５】
したがって、各筋の粘弾性特性を定義するために、具体的には、筋長の関数ｇと筋長変化速度の関数ｈとが定義されることになる。
【０２６６】
すなわち、コンピュータ２０のうちこのＳ２０４を実行する部分が、図２１における粘弾性特性定義手段２５６を構成しているのである。
【０２６７】
続いて、図２７のＳ２０５において、筋モーメントアームの調整が行われる。このＳ２０５の詳細は、筋モーメントアーム調整プログラムとして図３０にフローチャートで概念的に表されている。これについては後に詳述する。すなわち、コンピュータ２０のうちこのＳ２０５を実行する部分が、図２１における筋モーメントアーム調整手段２５８を構成しているのである。
【０２６８】
以上で、この筋骨格モデル作成プログラムの一回の実行が終了する。
【０２６９】
図２９には、さらに、各筋の剛性Ｋｕ，ｉが、各筋の筋力ｆｉを筋長ｌｉに関して微分することによって算出されることが式（１０２）によって表されている。したがって、各筋の筋力ｆｉと筋長ｌｉとの関係が判明すれば、各筋の剛性Ｋｕ，ｉが誘導されることになる。
【０２７０】
次に、図３０を参照することにより、前記筋モーメントアーム調整プログラムを具体的に説明する。
【０２７１】
この筋モーメントアーム調整プログラムにおいては、まず、Ｓ２４１において、筋モーメントアームの調整をユーザが希望する筋とそれの経由点とがそのユーザによって指定される。以下、その指定された筋を設計対象筋と称する。
【０２７２】
例えば、図２４に示す例においては、同図において左側に示す第１の骨と、右側に示す第２の骨とがそれぞれ、設計対象筋として指定される。第１の骨には経由点Ａが関連付けられており、それの位置は、（ｘＡ，ｙＡ，ｚＡ）として定義される。第２の骨には経由点Ｂが関連付けられており、それの位置は、（ｘＢ，ｙＢ，ｚＢ）として定義される。
【０２７３】
次に、図３０のＳ２４２において、その指定された設計対象筋に、人間による対象物の操作中に与えられる関節角度の系列が入力される。同じ関節につき、一連の複数個の関節角度が入力されるのである。
【０２７４】
続いて、Ｓ２４３において、設計対象筋につき、各関節角度ごとに、経由点の位置を参照することにより、筋モーメントアームｒｉ（ｉ：関節角度の番号）が計算される。筋モーメントアームｒｉは、例えば、同じ関節に関連付けて指定された２個の経由点を通過する一直線（力の作用直線）と、その関節の回転軸の中心との距離として計算される。
【０２７５】
すなわち、コンピュータ２０のうち、このＳ２４３を実行する部分が、図２３に示す設計対象筋モーメントアーム計算手段３５０を構成しているのである。
【０２７６】
その後、Ｓ２４４において、設計対象筋と同じ現実の筋につき、同じ関節角度系列のもとに発生することが既に報告されている筋モーメントアームの系列が参照モーメントアームとして入力される。
【０２７７】
すなわち、コンピュータ２０のうち、このＳ２４４を実行する部分が、図２３に示す参照モーメントアーム入力手段３５２を構成しているのである。
【０２７８】
図３１（ａ）および（ｂ）には、図２４に示す例につき、２本の骨間に張られた１本の筋が、初期状態すなわち筋モーメントアームが未だ調整されていない状態と、後述の最適化計算において筋モーメントアーム誤差が収束した収束状態すなわち筋モーメントアームの調整が完了した状態とについてそれぞれ正面図で示されている。
【０２７９】
図３２には、筋モーメントアームが関節角度に応じて変化する様子が、それら初期状態および収束状態についてそれぞれグラフで表されている。図３２には、さらに、ある文献によって教示されている筋モーメントアームと関節角度との関係が「文献値」というタイトルを付されてグラフで表されている。その関係に従う筋モーメントアームが上述の参照モーメントアームの一例である。
【０２８０】
続いて、図３０のＳ２４５において、Ｓ２４３において設計対象筋について計算された筋モーメントアームｒｉの、その入力された参照モーメントアームからの偏差が設計対象筋モーメントアーム誤差ｅとして計算される。その設計対象筋モーメントアーム誤差ｅは、前述の複数個の関節角度についての総合モーメントアーム誤差として計算される。
【０２８１】
すなわち、コンピュータ２０のうち、このＳ２４５を実行する部分が、図２３に示す設計対象筋モーメントアーム誤差計算手段３５４を構成しているのである。
【０２８２】
図３３には、その設計対象筋モーメントアーム誤差ｅの計算手法の一例が式（２０１）で表されている。この例においては、各関節角度ごとに、重み係数ｗｉが、参照モーメントアームと設計対象筋モーメントアームｒｉとの差すなわち個別モーメントアーム誤差に掛け算される。特定の関節角度について個別モーメントアーム誤差を特に縮減することが必要である場合には、その関節角度に対応する重み係数ｗｉが、他の関節角度に対応する重み係数ｗｉより大きくなるように設定される。
【０２８３】
その後、図３０のＳ２４６において、計算された設計対象筋モーメントアーム誤差ｅが許容値ｅ０以下であるか否かが判定される。許容値ｅ０以下である場合には、その判定がＹＥＳとなり、Ｓ２４７において、現在の経由点位置が最終的な経由点位置として確定される。以上で、この筋モーメントアーム調整プログラムの一回の実行が終了する。
【０２８４】
これに対し、計算された設計対象筋モーメントアーム誤差ｅが許容値ｅ０を超える場合には、Ｓ２４６の判定がＮＯとなり、Ｓ２４８に移行する。
【０２８５】
このＳ２４８においては、設計対象筋の各経由点に摂動が摂動量ｄで与えられ、その結果、複数個の摂動点が作成される。図２４に示す例においては、経由点Ａと経由点Ｂとについてそれぞれ、３個ずつの摂動点が作成される。具体的には、経由点Ａについては、摂動点Ａｘ（ｘＡ＋ｄ，ｙＡ，ｚＡ）と、摂動点Ａｙ（ｘＡ，ｙＡ＋ｄ，ｚＡ）と、摂動点Ａｚ（ｘＡ，ｙＡ，ｚＡ＋ｄ）とである。また、経由点Ｂについては、摂動点Ｂｘ（ｘＢ＋ｄ，ｙＢ，ｚＢ）と、摂動点Ｂｙ（ｘＢ，ｙＢ＋ｄ，ｚＢ）と、摂動点Ｂｚ（ｘＢ，ｙＢ，ｚＢ＋ｄ）とである。
【０２８６】
続いて、図３０のＳ２４９において、それら作成された複数個の摂動点を用いて複数本の仮想筋が作成される。図２４に示す例においては、前述のように、経由点Ａに関する３個の摂動点Ａｘ，Ａｙ，Ａｚのそれぞれともとの経由点Ｂとを通過する３本の仮想筋と、経由点Ｂに関する３個の摂動点Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚのそれぞれともとの経由点Ａとを通過する３本の仮想筋とが作成される。
【０２８７】
その後、図３０のＳ２５０において、Ｓ２４２と同様にして、その指定された設計対象筋に、人間による対象物の操作中に与えられる関節角度の系列が入力される。続いて、Ｓ２５１において、Ｓ２４３と同様にして、各仮想筋ごとに、筋モーメントアームが計算される。その後、Ｓ２５２において、Ｓ２４４と同様にして、参照モーメントアームが入力される。
【０２８８】
続いて、Ｓ２５３において、Ｓ２４５と同様にして、各仮想筋ごとに総合モーメントアーム誤差が計算される。以下、各総合モーメントアーム誤差を下記のように表記する。
【０２８９】
ｅＡｘ−Ｂ：摂動点Ａｘともとの経由点Ｂとを通過する仮想筋の総合モーメントアーム誤差
ｅＡｙ−Ｂ：摂動点Ａｙともとの経由点Ｂとを通過する仮想筋の総合モーメントアーム誤差
ｅＡｚ−Ｂ：摂動点Ａｚともとの経由点Ｂとを通過する仮想筋の総合モーメントアーム誤差
ｅＡ−Ｂｘ：もとの経由点Ａと摂動点Ｂｘとを通過する仮想筋の総合モーメントアーム誤差
ｅＡ−Ｂｙ：もとの経由点Ａと摂動点Ｂｙとを通過する仮想筋の総合モーメントアーム誤差
ｅＡ−Ｂｚ：もとの経由点Ａと摂動点Ｂｚとを通過する仮想筋の総合モーメントアーム誤差
【０２９０】
その後、Ｓ２５４において、誤差のヤコビアンＪが計算される。このヤコビアンＪは、仮想筋の数と同数の成分を有する行列であり、本実施形態においては、１×６の行列である。図３３には、そのヤコビアンＪの計算手法の一例が式（２０２）で表されている。この例においては、そのヤコビアンＪのうち、各仮想筋に対応する成分が、設計対象筋モーメントアーム誤差ｅから各仮想筋の総合モーメントアーム誤差を差し引いた値を摂動量ｄで割り算した値を有している。このヤコビアンＪにおいては、各成分が、対応する経由点の複数の座標値のうち対応するものの、摂動量ｄで与えられる摂動に対する増減傾向すなわち応答を表している。
【０２９１】
続いて、図３０のＳ２５５において、各経由点ごとに、経由点位置の更新量Δが、上記計算されたヤコビアンＪを用いて計算される。この更新量Δは、仮想筋の数と同数の成分を有する行列であり、本実施形態においては、６×１の行列である。
【０２９２】
図３３には、その更新量Δの計算手法の一例が式（２０３）で表されている。この例においては、更新量Δが、主に設計対象筋モーメントアーム誤差ｅと、ヤコビアンＪの逆行列の一例である疑似逆行列Ｊ＋とに基づいて計算され、具体的には、それらの積と、学習係数と称される定数λとの積として計算される。
【０２９３】
ここで、式（２０３）およびこれに用いられる各種変数をさらに具体的に説明する。
【０２９４】
ヤコビアンＪは、設計変数（経由点の位置を表す。）の微小変化量と誤差の変化量との関係を表すマトリクスである。この関係は、
【０２９５】
「誤差の変化量」＝Ｊ・「設計変数の微小変化量」
【０２９６】
なる式（２０３−１）で表現することができる。一方、最適化計算においては、現在の誤差の大きさに応じて、設計変数の値が変更される。本実施形態においては、その設計変数の変更量が、最終的に求めるべき物理量である経由点位置の更新量Δである。
【０２９７】
上記の式（２０３−１）の両辺にそれぞれ、ヤコビアンＪの疑似逆行列Ｊ＋を左から掛けると、この式は、
【０２９８】
Ｊ＋・「誤差の変化量」＝「設計変数の微小変化量」
【０２９９】
なる式（２０３−２）に書き換えられる。ここに、ヤコビアンＪの逆行列Ｊ−１ではなく、疑似逆行列Ｊ＋を用いるのは、ヤコビアンＪは、必ずしも正方行列になるとは限らないし、また、必ずしも逆行列を有するとは限らないからである。
【０３００】
上記の式（２０３−２）は、
【０３０１】
Ｊ＋・「現在の誤差の大きさ」＝「誤差を減らすことができる設計変数の変更量」
【０３０２】
なる式（２０３−３）として把握することが可能である。
【０３０３】
以上説明した知見に基づき、本実施形態においては、図３３に式（２０３）で示すように、疑似逆行列Ｊ＋に現在の設計対象筋モーメントアーム誤差ｅ（疑似逆行列Ｊ＋と同数の要素を有するベクトル）を掛けることにより、設計変数の変更量、すなわち、経由点位置の更新量Δが計算されるようになっている。
【０３０４】
その後、図３０のＳ２５６において、その計算された更新量Δを用いて各経由点位置が更新される。図３３には、各経由点位置の更新のための計算手法の一例が式（２０４）で表されている。この例においては、経由点Ａのｘ座標値ｘＡは、更新量Δを表す行列のうち、その座標値ｘＡに対応する成分Δ１の加算によって更新される。経由点Ａのｙ座標値ｙＡは、更新量Δを表す行列のうち、その座標値ｙＡに対応する成分Δ２の加算によって更新される。経由点Ａのｚ座標値ｚＡは、更新量Δを表す行列のうち、その座標値ｚＡに対応する成分Δ３の加算によって更新される。経由点Ｂについての各座標値ｘＢ，ｙＢ，ｚＢについても同様にして更新される。
【０３０５】
続いて、図３０のＳ２４２ないしＳ２４６が、前回の場合と同様にして、更新された経由点位置によって定義される設計対象筋について実行される。それらステップおよびＳ２４８ないしＳ２５６は、Ｓ２４７の判定がＹＥＳとなり、設計対象筋モーメントアーム誤差ｅが、十分に小さい値となって収束したであろうと予想される状態に至るまで、繰返し実行される。
【０３０６】
必要回数の反復的実行の結果、Ｓ２４７の判定がＹＥＳとなれば、Ｓ２４７において、現在のすなわち最新の経由点位置が最終的な経由点位置として確定される。以上で、この筋モーメントアーム調整プログラムの一回の実行が終了する。
【０３０７】
以上の説明から明らかなように、コンピュータ２０のうち、Ｓ２４８ないしＳ２５１実行する部分が、図２３に示す仮想筋モーメントアーム計算手段３５６を構成し、Ｓ２５２およびＳ２５３を実行する部分が、図２３に示す仮想筋モーメントアーム誤差計算手段３５８を構成し、Ｓ２５４ないしＳ２５６、Ｓ２４６およびＳ２４７を実行する部分が、図２３に示す経由点位置更新手段３６０を構成しているのである。
【０３０８】
次に、図３４を参照することにより、前記操作性解析プログラムを具体的に説明する。
【０３０９】
この操作性解析プログラムにおいては、まず、Ｓ２８１において、後述のＳ２８７における逆力学解析に必要な人間物理モデルが定義される。具体的には、このＳ２８１においては、データメモリ４２から人間物理モデルの一例である筋骨格モデルが読み込まれる。
【０３１０】
このＳ２８１においては、さらに、その読み込まれた筋骨格モデルにつき、該当する物理パラメータが定義される。例えば、図２９の式（１０１）における関数ｇと関数ｈとが定義される。関数ｇは、筋剛性を定義する関数であり、一方、関数ｈは、筋粘性を定義する関数である。最適化されるべき物理パラメータとしては、それら関数ｇおよび関数ｈや、筋の自然長が存在する。
【０３１１】
図３７には、そのようにして定義された筋骨格モデルの一例が、それの下肢部のみに関して斜視図で示されている。図３７には、筋骨格モデルが、後述のブレーキペダルと共に示されている。この例においては、人間の下肢部が７個の剛体セグメントと６個の関節を用いて表現されている。股関節は３自由度の回転関節を持ち、膝関節は１自由度の回転関節を持ち、足首関節は３自由度の関節を持っている。骨盤は、６自由度のフリージョイントを介してグラウンドに連携させられている。この例は、合計２０自由度を持っており、また、７０個の筋を表現している。
【０３１２】
次に、図３４のＳ２８２において、後述のＳ２８６における逆力学解析に必要な対象物物理モデルが定義される。この対象物物理モデルは、有限要素モデルとして定義することも、剛体セグメントモデルとして定義することも可能である。このＳ２８２においては、さらに、その読み込まれた対象物物理モデルにつき、該当する物理パラメータが定義される。そのような物理パラメータに対象物剛性Ｋｍが存在する。この対象物剛性Ｋｍの一例は、後述の回転ブレーキジョイントのばね特性を反映する。
【０３１３】
図３８には、その対象物物理モデルの一例として、車両において運転者によって右足で踏み込まれて操作されるブレーキ操作部材としてのブレーキペダル（例えば、図５４に示すブレーキペダル４０２）を対象物の一例として、そのブレーキペダルを剛体セグメントで表現するモデルが側面図で示されている。この例においては、ブレーキペダルが、１個の剛体として表現されるとともに、１自由度を持つ回転ブレーキジョイント（例えば、図５４に示す回転ブレーキジョイント４０６参照）を介してグラウンド（例えば、車両のうち剛体部分（例えば、図５４に示す車両のうちの剛体部分４０４参照））に連携させられている。
【０３１４】
図３８に示す対象物物理モデルの例においては、操作者によるブレーキペダルの踏込みに対抗する力を弾性的に発生させる回転ブレーキジョイントが存在する。図３９には、この回転ブレーキジョイントの一例が線形ばね特性を有することがグラフで表されている。この例においては、図３９に示すように、回転ブレーキジョイントに作用するトルクが回転ブレーキジョイントの回転角度に対して比例的に変化する。
【０３１５】
続いて、図３４のＳ２８３において、それら人間および対象物について解析条件が設定される。この解析条件には、例えば、前述の拘束条件や前述の評価位置ｒ（人間および対象物のうち、ユーザが操作性を評価する際の注目部位の位置）が含まれる。
【０３１６】
図４０には、図３７に示す筋骨格モデルとしての人間物理モデルと、図３８に示す対象物物理モデルとが、外部環境としてのグラウンド（例えば、車両のうちの剛体部分）に関連付けて配置される一例が示されている。
【０３１７】
この例においては、人間物理モデルによって表現される人間の骨盤が、前述の外部環境としてのグラウンドとの連結点において、そのグラウンドから１個の拘束Ｇｈを受ける。さらに、対象物物理モデルによって表現されるブレーキペダルが、それの回転ブレーキジョイントのうちグラウンドとの連結点において、そのグラウンドから１個の拘束Ｇｍを受ける。
【０３１８】
この例においては、さらに、人間がそれの右足先においてブレーキペダルに面接触するため、図４１に斜視図で示すように、それら人間とブレーキペダルとの間に１個の接触点ｃが存在する。その接触点ｃは、拘束点であり、この拘束点に拘束点座標空間が設定されている。この拘束点座標空間は、図４１に示すように、接触点ｃに原点を持つとともにブレーキペダルのパッド面の法線方向と一致するようにｚ方向を有するｘｙｚ座標系によって定義される。
【０３１９】
その接触点ｃにおける拘束は、図４２において式（３０１）で表現される接触拘束行列Ｈによって表現される。その接触拘束行列Ｈは、拘束の数と同数である４つの行と、各部位の自由度ｎｄ，ｍｄ（ｘ軸方向並進、ｙ軸方向並進、ｚ軸方向並進、ｘ軸まわり回転、ｙ軸まわり回転およびｚ軸まわり回転）の数と同数である６つの列とによって構成される。
【０３２０】
図４２に示す式（３０１）で表現される接触拘束行列Ｈにおいては、要素が「１」であることが、その要素の位置に対応する運動方向において力が伝達されること、すなわち、その運動方向において運動が拘束されることを意味する。したがって、この接触拘束行列Ｈは、人間とブレーキペダルとの間に、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の自由並進およびｚ軸まわりの自由回転は阻止されるが、ｘ軸まわりおよびｙ軸まわりの自由回転は許容されること、すなわち、面接触状態を表現している。
【０３２１】
この例においては、さらに、評価位置ｒが回転ブレーキジョイントの回転軸に設定されている。ブレーキペダルがその評価位置ｒにおいて有する自由度ｒｄは６である。図３８に示すように、ブレーキペダルに設定された対象物一般化座標空間のｘｙｚ座標系は、回転ブレーキジョイントの回転軸上に原点を持つとともにその回転軸の方向にｙ方向が一致するように定義されている。したがって、図９に示す式（７）で表される可動方向行列Ｐｒは、図４２において式（３０２）で表すように、ブレーキペダルが評価位置ｒにおいてｙ軸まわりの自由回転が可能であることを表現している。
【０３２２】
その後、図３４のＳ２８４において、後述の逆力学解析に必要な各種情報が入力される。この各種情報には、図６を参照して前述したように、人間筋特性（人体の物理特性）、人間挙動（人間変位ｑｈ等）、対象物挙動（対象物変位ｑｍ等）、人間拘束条件（拘束Ｇｈ等）、対象物拘束条件（拘束Ｇｍ等）、人間関節特性（剛性Ｋｊ０等）および対象物物理特性（対象物剛性Ｋｍ等）の他、例えば、可動方向行列Ｐｒを含んでいる。
【０３２３】
それら情報のうち、例えば、対象物挙動は、操作者による対象物の操作中に対象物の変位が示す経時的変化を表す複数個の対象物挙動データ（個別データ）の系列として入力される。同様にして、人間挙動は、操作者による対象物の操作中に操作者の変位が示す経時的変化を表す複数個の人間挙動データ（個別データ）の系列として入力される。それら複数個の対象物挙動データと、それら複数個の人間挙動データとが、時間に関連付けて１対１に互いに対応させられている。
【０３２４】
すなわち、コンピュータ２０のうち、このＳ２８４を実行する部分が、入力装置２２と共同することにより、図６に示す入力手段２１６および２２８を構成しているのである。
【０３２５】
その後、図３４のＳ２８５において、Ｓ２８４において入力された拘束条件から直交射影行列が算出される。具体的には、図１１において式（１３）ないし（１５）で表すように、入力された拘束Ｇｈから直交射影行列Ｐｈが生成される。また、図１１において式（１８）ないし（２０）で表すように、入力された拘束Ｇｍから直交射影行列Ｐｍが生成される。すなわち、コンピュータ２０のうち、このＳ２８５を実行する部分が、図６に示す人間直交射影算出手段２１８および対象物直交射影算出手段２３０を構成しているのである。
【０３２６】
続いて、図３４のＳ２８６において、通常の運動方程式を用いた逆力学解析手法により、前記入力された対象物挙動および対象物物理特性と、前記算出された直交射影行列Ｐｍとに基づき、対象物が人間から受ける接触力（人間が対象物から受ける接触力と等しい。）τｃが計算される。前述のように、対象物挙動を表すデータは、複数個の対象物挙動データの系列として入力されるため、接触力τｃは、各対象物挙動データごとに計算され、最終的には、複数個の接触力データの系列として計算される。すなわち、コンピュータ２０のうち、このＳ２８６を実行する部分が、図６に示す対象物用逆力学解析手段２３２を構成しているのである。
【０３２７】
その後、図３４のＳ２８７において、通常の運動方程式を用いた逆力学解析手法により、上記計算された接触力τｃと、前記入力された人間挙動および人間関節特性と、前記算出された直交射影行列Ｐｈとに基づき、人間に働く一般化力τｈが計算される。前述のように、人間挙動を表すデータは、複数個の人間挙動データの系列として入力されるため、一般化力τｈは、各人間挙動データごとに計算され、最終的には、複数個の一般化力データの系列として計算される。すなわち、コンピュータ２０のうち、このＳ２８７を実行する部分が、図６に示す人間用逆力学解析手段２２０を構成しているのである。
【０３２８】
図４３および図４４には、人間物理モデルと対象物物理モデルとの組合せが、図３７および図３８に示す例につき、人間がブレーキペダルを初期位置から１０度回転する位置まで踏み込んだ状態と、２０度回転する位置まで踏み込んだ状態とでそれぞれ、側面図で示されている。
【０３２９】
続いて、図３４のＳ２８８において、各筋ごとに、上記計算された一般化力τｈと、前記入力された人間筋特性および人間挙動とに基づき、筋活性度αが推定される。前述のように、人間挙動を表すデータは、複数個の人間挙動データの系列として入力されるため、筋活性度αは、各筋ごとに、かつ、各人間挙動データごとに推定され、最終的には、各筋ごとに、複数個の筋活性度データの系列として推定される。すなわち、コンピュータ２０のうち、このＳ２８８を実行する部分が、図６に示す筋活性度推定手段２２２を構成しているのである。このＳ２８８の詳細が、筋活性度推定プログラムとして図３６にフローチャートで概念的に表されている。これについては後述する。
【０３３０】
その後、図３４のＳ２８９において、Ｓ２８８において推定された筋活性度αと、前記入力された人間筋特性とに基づき、図２９に示す式（１０２）を用いることにより、筋剛性Ｋｕが算出される。上述のように、筋活性度αは各筋ごとに、複数個の筋活性度データの系列として推定されるため、筋剛性Ｋｕは、各筋ごとに、かつ、各筋活性度データごとに計算され、最終的には、各筋ごとに、複数個の筋剛性データの系列として計算される。すなわち、コンピュータ２０のうち、このＳ２８９を実行する部分が、図６に示す筋剛性算出手段２２４を構成しているのである。
【０３３１】
続いて、図３４のＳ２９０において、その算出された筋剛性Ｋｕと、前記算出された直交射影行列Ｐｈとに基づき、図１２に示す式（２２−１）を用いることにより、評価点空間における等価人間剛性ｒＫｈが算出される。上述のように、筋剛性Ｋｕは各筋ごとに、複数個の筋剛性データの系列として推定されるため、等価人間剛性ｒＫｈは、各筋ごとに、かつ、各筋剛性データごとに計算され、最終的には、各筋ごとに、複数個の等価人間剛性データの系列として計算される。すなわち、コンピュータ２０のうち、このＳ２９０を実行する部分が、図６に示す人間剛性座標変換手段２２６を構成しているのである。
【０３３２】
その後、図３４のＳ２９１において、前記入力された対象物剛性Ｋｍと、前記算出された直交射影行列Ｐｍとに基づき、図１５に示す式（３１−１）を用いることにより、評価点空間における等価対象物剛性ｒＫｍが算出される。すなわち、コンピュータ２０のうち、このＳ２９１を実行する部分が、図６に示す対象物剛性座標変換手段２３４を構成しているのである。
【０３３３】
続いて、図３４のＳ２９２において、それら算出された等価人間剛性ｒＫｈおよび等価対象物剛性ｒＫｍに基づき、図１２に示す式（２１−１）または図１５に示す式（３０−１）を用いることにより、合成剛性ｒＫｈｍが算出される。評価位置ｒが対象物上に設定された場合には、式（２１−１）、操作者である人間上に設定された場合には、式（３０−１）が用いられることにより、合成剛性ｒＫｈｍが算出される。この合成剛性ｒＫｈｍは、前述の各人間変位データまたは各対象物変位データごとに算出され、最終的に、複数個の合成剛性データの系列として算出される。すなわち、コンピュータ２０のうち、このＳ２９２を実行する部分が、図６に示す合成剛性算出手段２３５を構成しているのである。
【０３３４】
その後、図３４のＳ２９３において、その算出された合成剛性ｒＫｈｍが、後続する前記設計支援プログラムの実行に備えてデータメモリ４２にストアされる。
【０３３５】
以上で、この操作性解析プログラムの一回の実行が終了する。
【０３３６】
次に、図３５を参照することにより、前記設計支援プログラムを具体的に説明する。
【０３３７】
この設計支援プログラムにおいては、まず、Ｓ４０１において、合成剛性ｒＫｈｍの目標値が入力される。この合成剛性ｒＫｈｍの目標値は、例えば、前述の複数個の人間挙動データに関連付けられた複数個の目標値データの系列として入力される。すなわち、コンピュータ２０のうち、このＳ４０１を実行する部分が、図６に示す入力手段２３６を構成しているのである。
【０３３８】
次に、図３５のＳ４０２において、データメモリ４２から合成剛性ｒＫｈｍの計算値が読み込まれる。この合成剛性ｒＫｈｍの計算値は、上述の目標値と同様にして、例えば、前述の複数個の人間変位データに関連付けられた複数個の計算値データの系列として読み込まれる。
【０３３９】
続いて、Ｓ４０３において、その読み込まれた合成剛性ｒＫｈｍの計算値の、前記入力された合成剛性ｒＫｈｍの目標値に対する誤差Ｅが算出される。この誤差Ｅは、例えば、図３３に示す式（２０１）に相当する式を用いて算出することが可能である。
【０３４０】
すなわち、コンピュータ２０のうち、それらＳ４０２およびＳ４０３を実行する部分が、図６に示す剛性誤差算出手段２３７を構成しているのである。
【０３４１】
その後、図３５のＳ４０４において、その算出された誤差Ｅが許容値Ｅ０以下であるか否かが判定される。許容値Ｅ０以下である場合には、その判定がＹＥＳとなり、Ｓ４０５において、合成剛性ｒＫｈｍの最終値が、上記読み込まれた計算値（最新の計算値）と等しい値に確定される。
【０３４２】
以上で、この設計支援プログラムの一回の実行が終了する。
【０３４３】
これに対し、今回は、前記算出された誤差Ｅが許容値Ｅ０以下ではないと仮定すれば、Ｓ４０４の判定がＮＯとなり、Ｓ４０６に移行する。
【０３４４】
このＳ４０６においては、対象物剛性Ｋｍの現在値（今回は初期値）のための更新量Δが決定される。この更新量Δは、例えば、予め設定された固定値として定義したり、前記算出された誤差Ｅに応じて変化する可変値として定義することが可能である。続いて、Ｓ４０７において、その決定された更新量Δで、対象物剛性Ｋｍの現在値が更新される。前記操作性解析プログラムのその後の実行においては、その更新された対象物剛性Ｋｍを用いて合成剛性ｒＫｈｍの計算値が取得される。
【０３４５】
その後、Ｓ４０８において、その操作性解析プログラムの最新回の実行による合成剛性ｒＫｈｍの最新値の計算が完了するのが待たれる。その計算が完了したならば、Ｓ４０８の判定がＹＥＳとなり、Ｓ４０２に戻る。
【０３４６】
その後、Ｓ４０２ないしＳ４０４が、合成剛性ｒＫｈｍの最新の計算値について実行される。その最新の計算値についての誤差Ｅが許容値Ｅ０以下であれば、Ｓ４０４の判定がＹＥＳとなり、Ｓ４０５を経てこの設計支援プログラムの一回の実行が終了する。これに対し、その最新の計算値についての誤差Ｅが許容値Ｅ０以下でなければ、Ｓ４０４の判定がＮＯとなり、Ｓ４０６およびＳ４０７において、対象物剛性Ｋｍが再度、更新される。
【０３４７】
Ｓ４０２ないしＳ４０８の実行が必要回数繰り返された結果、合成剛性ｒＫｈｍの最新の計算値について誤差Ｅが許容値Ｅ０以下となれば、Ｓ４０４の判定がＹＥＳとなり、Ｓ４０５を経てこの設計支援プログラムの一回の実行が終了する。
【０３４８】
すなわち、コンピュータ２０のうち、Ｓ４０４ないしＳ４０８を実行する部分が、図６に示す対象物剛性更新手段２３８を構成しているのである。
【０３４９】
次に、図３６を参照することにより、前記筋活性度推定プログラムを具体的に説明する。
【０３５０】
この筋活性度推定プログラムの実行時には、まず、Ｓ３０１において、前記作成された筋骨格モデルに対し、前述の人間挙動が入力される。具体的には、筋骨格モデルに対して、各関節ごとに、変位（関節の角度を含む。）、変位速度（関節の回転角速度を含む。）および（関節の回転角加速度を含む。）が人間挙動データとして入力される。
【０３５１】
次に、Ｓ３０２において、前記計算された一般化力τｈが入力される。この一般化力τｈは、操作中に人間が、それの特定の部位（例えば、手または足）において対象物（例えば、ブレーキペダル）に接触している状態においてそれら人間と対象物との間に作用する接触力に相当する。この一般化力τｈは、人間に対する外力である。この一般化力τｈが筋骨格モデルに対して入力される位置は、該当する剛体セグメントに割り当てられたローカル座標系によって定義される。
【０３５２】
続いて、Ｓ３０３において、それら入力されたデータに基づき、通常の運動方程式を用いた逆力学解析手法により、各関節に作用するみかけ関節トルクが算出される。みかけ関節トルクは、実関節トルク（人間が実際に発揮した関節トルク）と、関節受動抵抗トルクとの和に等しい。
【０３５３】
その後、Ｓ３０４において、各関節ごとに、Ｓ３０１において入力された人間変位（例えば、関節角度）が、予め定義された関節受動抵抗トルクの関数に代入されることにより、関節受動抵抗トルクが算出される。
【０３５４】
続いて、Ｓ３０５において、各関節ごとに、Ｓ３０３において算出されたみかけ関節トルクから、Ｓ３０４において算出された関節受動抵抗トルクが引き算されることにより、実関節トルクが算出される。
【０３５５】
その後、Ｓ３０６において、前記作成された筋骨格モデルのもと、前記入力された関節角度、角速度および角加速度が実際に人間に発生させられた場合にその人間の各筋の筋長および筋長変化速度が算出される。
【０３５６】
続いて、Ｓ３０７において、最適化計算により、各筋ごとに筋活性度が算出される。このＳ３０７の詳細は、最適化計算プログラムとして図４５にフローチャートで概念的に表されている。この最適化計算プログラムについては後述する。
【０３５７】
以上説明したＳ３０１ないしＳ３０７は、予め定められたタイムステップをおいて反復され、その結果、解析対象期間中における全時刻分反復される。それにより、その解析期間中、人間の実質的な連続動作が解析される。それらＳ３０１ないしＳ３０７は、特定の時刻について関節角度、角速度、角加速度、接触力、筋長および筋長変化速度をそれぞれ表すデータが存在すれば、その特定の時刻以後の人間挙動を解析するために反復的に実行することが可能である。
【０３５８】
次に、図４５を参照することにより、上記最適化計算プログラムを具体的に説明する。
【０３５９】
まず、この最適化計算プログラムの目的を概略的に説明するに、人間が能動的に出力した関節トルクは、筋力の結果生じたものであるため、関節トルクの算出値から、それに応じた筋力が算出される。しかし、ある関節トルクを実現する筋力の組み合わせは一般に無限に存在する。これは、関節の自由度よりも筋の数の方が多いからである。そこで、この最適化計算プログラムにおいては、筋力を一意に求めるために、ある目的関数を設定して、最適化手法を用いて解が探索的に求められる。
【０３６０】
この最適化計算プログラムの実行時には、まず、Ｓ１００１において、設計変数が筋活性度に設定される。筋活性度に代えて筋力を設計変数に設定することは可能であるが、この場合には、後述の解析における制約条件の定式化が複雑になり易い。
【０３６１】
次に、Ｓ１００２において、図４６において式（４０１）で表す目的関数が設定される。この目的関数中の変数ベクトルＦ（α）が同図において式（４０２）で表されている。
【０３６２】
その変数ベクトルは、各筋につき、重み係数wｉと筋活性度αｉとの積で表される要素を含んでいる。目的関数は、注目すべきすべての筋につき、重み係数wｉと筋活性度αｉとの積の合計値が最小になる筋活性度αｉが最適化計算によって算出されるように設定されている。
【０３６３】
ただし、それら合計値をそれぞれ複数の成分の単純和として計算したのでは、その計算値がそれら複数の成分の符号に依存してしまう。そこで、本実施形態においては、そのような事態を回避すべく、注目すべきすべての筋につき、重み係数wｉと筋活性度αｉとの積の二乗和を最小化する筋活性度αｉが最適化計算によって算出されるように目的関数が設定されている。
【０３６４】
その後、図４５のＳ１００３において、最適化計算において考慮される制約条件が設定される。制約条件としては、人間の関節に作用する一般化力（関節トルクを含む。）τと筋力ｆとの関係式と、筋活性度αｉの変域（０以上で１以下）とがある。この制約条件が成立するように後述の最適化計算が行われれば、上記一般化力τと筋力ｆとの間に力のつりあいが実質的に成立するように筋活性度αｉが推定されることが保証される。
【０３６５】
図４７には、上記一般化力τと筋力ｆとの関係式が式（４０３）として示されている。この式（４０３）は、上記一般化力τが、ヤコビ行列Ｊｕと筋力ｆとの積として誘導されることを表している。
【０３６６】
ヤコビ行列Ｊｕは、筋空間から人間一般化座標空間（関節空間）への座標変換のための行列であり、図７には、それの転置行列ＪｕＴと共に示されている。ヤコビ行列Ｊｕは、筋骨格モデルの姿勢すなわち関節角度に依存する。筋力ｆは、筋活性度αの関数である。
【０３６７】
続いて、図４５のＳ１００４において、前記設定された目的関数および制約条件のもとに最適化計算が行われ、それにより、各筋ごとに筋活性度αｉが算出される。その算出のために参照されるパラメータは、重み係数ｗと、最大筋力ｆｍａｘと、筋長および筋長変化速度と、筋長の関数ｇと、筋長変化速度の関数ｈと、ヤコビ行列ｃＪｈが依存する関節角度と、上記一般化力τとを含んでいる。
【０３６８】
その最適化計算は、一般に「制約付き最適化」と呼ばれ、これの一般的な手法としては、「逐次２次計画法」や「修正実行可能方向法」が既に知られている。最適化計算の具体的な手法は、種々の用途に応じて適宜変更することが可能である。
【０３６９】
以上で、この最適化計算プログラムの一回の実行が終了する。
【０３７０】
ここで、図４８ないし図５１を参照することにより、本実施形態に従う操作性評価方法によって対象物の設計が支援される様子を、その対象物が前述のブレーキペダルである場合を例にとり、２つの具体的な応用例に関して、具体的に説明する。
【０３７１】
図４８（ａ）には、前述の回転ブレーキジョイントの回転角度（以下、「ブレーキジョイント角度」という。）とその回転ブレーキジョイントに作用するトルク（以下、「ブレーキジョイントトルク」という。）との関係がグラフで表されている。同図（ｂ）には、ブレーキジョイント角度とブレーキペダルの剛性（以下、「対象物の剛性」ともいう。）Ｋｍとの関係がグラフで表されている。
【０３７２】
図４８（ｃ）には、ブレーキジョイント角度と人間の等価剛性（人間剛性Ｋｈが評価位置ｒまで伝達されたもの）ｒＫｈとの関係がグラフで表されている。同図（ｄ）には、ブレーキジョイント角度と、対象物の剛性Ｋｍと人間の等価剛性ｒＫｈとが合成された合成剛性ｒＫｈｍとの関係がグラフで表されている。同図（ｄ）には、さらに、ブレーキジョイント角度と対象物の剛性Ｋｍとの関係と、ブレーキジョイント角度と人間の等価剛性ｒＫｈとの関係とがそれぞれ、グラフで表されている。
【０３７３】
以上、図４８を例にとり、図面におけるグラフの構成を代表的に説明したが、図４９ないし図５１も、図４８と共通するグラフの構成を有している。
【０３７４】
図４８および図４９は互いに共同して、この操作性評価方法の第１の応用例を説明する。図４８（ａ）ないし（ｄ）は、ブレーキペダルおよび人間の動特性を、そのブレーキペダルの設計変更前について示している。一方、図４９（ａ）ないし（ｄ）は、ブレーキペダルおよび人間の動特性を、そのブレーキペダルの設計変更後については実線で、その設計変更前については、比較の便宜上、破線でそれぞれ示している。
【０３７５】
この第１の応用例においては、図４８（ｂ）および（ｃ）に示すように、対象物の剛性Ｋｍが人間の等価剛性ｒＫｈより低い状況が想定されている。さらに、この第１の応用例においては、合成剛性ｒＫｈｍが、図４８（ｄ）に示すように、対象物の剛性Ｋｍと人間の等価剛性ｒＫｈとの和と等しくなるように定義されている。
【０３７６】
図４８（ｃ）に示すように、人間の等価剛性ｒＫｈは、ブレーキジョイント角度が小さい領域においては、一定であるが、大きい領域においては、次第に低下する。このような傾向が存在する理由は、ブレーキジョイント角度が大きいほど、人間の脚部が膝において折れ曲がる角度が減少してその脚部の直線性が増し、その直線性が増すほど、関節の受動剛性の低下が支配的になることであると考えられる。
【０３７７】
このような傾向が存在するため、図４８（ｄ）に示すように、合成剛性ｒＫｈｍが、ブレーキジョイント角度が小さい領域においては、一定であるが、大きい領域においては、次第に低下する。
【０３７８】
この第１の応用例においては、上述のように加算的に定義された合成剛性ｒＫｈｍに着目することにより、ブレーキペダルの剛性Ｋｍが最適化され、ひいては、前述のブレーキジョイント角度とブレーキジョイントトルクとの関係であるブレーキ操作フィーリング特性が最適化される。具体的には、合成剛性ｒＫｈｍが、図４９（ｄ）に示すように、ブレーキジョイント角度の変域全体において一定であるようにするために、対象物の剛性Ｋｍの設計値が、同図（ｂ）に示すように、ブレーキジョイント角度が小さい領域においては、一定であるが、大きい領域においては、次第に増加するように、変更される。
【０３７９】
図５０および図５１は互いに共同して、この操作性評価方法の第２の応用例を説明する。図５０（ａ）ないし（ｄ）は、ブレーキペダルおよび人間の動特性を、そのブレーキペダルの設計変更前について示している。一方、図５１（ａ）ないし（ｄ）は、ブレーキペダルおよび人間の動特性を、そのブレーキペダルの設計変更後については実線で、その設計変更前については、比較の便宜上、破線でそれぞれ示している。
【０３８０】
この第２の応用例においては、図５０（ｂ）および（ｃ）に示すように、対象物の剛性Ｋｍが、上述の第１の応用例とは異なり、人間の等価剛性ｒＫｈより高い状況が想定されている。さらに、この第２の応用例においては、合成剛性ｒＫｈｍが、上述の第１の応用例とは異なり、図５０（ｄ）に示すように、対象物の剛性Ｋｍから人間の等価剛性ｒＫｈを引いた値と等しくなるように定義されている。
【０３８１】
図５０（ｃ）に示すように、人間の等価剛性ｒＫｈは、ブレーキジョイント角度が小さい領域においては、一定であるが、大きい領域においては、次第に上昇する。このような傾向が存在する理由は、上述のように、ブレーキジョイント角度が大きいほど人間の脚部の直線性が増して関節の受動剛性の低下が支配的になるのであるが、対象物の剛性Ｋｍが人間の等価剛性ｒＫｈより高い場合には、上述の第１の応用例におけるより大きな力を対象物に付加することが人間に要求され、そのような力が、筋活性度の上昇により、関節の受動剛性に打ち勝つように生成されることであると考えられる。
【０３８２】
このような傾向が存在するため、図５０（ｄ）に示すように、合成剛性ｒＫｈｍ（＝Ｋｍ−ｒＫｈ）が、ブレーキジョイント角度が小さい領域においては、一定であるが、大きい領域においては、次第に低下する。
【０３８３】
この第２の応用例においては、上述のように減算的に定義された合成剛性ｒＫｈｍに着目することにより、ブレーキペダルの剛性Ｋｍが最適化され、ひいては、前述のブレーキジョイント角度とブレーキジョイントトルクとの関係であるブレーキ操作フィーリング特性が最適化される。具体的には、合成剛性ｒＫｈｍが、図５１（ｄ）に示すように、ブレーキジョイント角度の変域全体において一定であるようにするために、対象物の剛性Ｋｍの設計値が、同図（ｂ）に示すように、ブレーキジョイント角度が小さい領域においては、一定であるが、大きい領域においては、次第に増加するように、変更される。
【０３８４】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、図５のＳ４およびＳ５が互いに共同して、前記（１）項に係る「操作性評価方法」の一例を構成し、Ｓ４が同項における「合成粘弾性取得工程」の一例を構成し、Ｓ５が同項における「評価工程」の一例を構成し、操作性評価装置１０が前記（２１）項に係る「操作性評価装置」の一例を構成しているのである。
【０３８５】
さらに、本実施形態においては、図３０に示す筋モーメントアーム調整プログラムがコンピュータ２０によって実行されることによって実行される筋モーメントアーム調整方法が前記（１２）項における「筋モーメントアーム調整工程」の一例を構成し、図３０におけるＳ２４６およびＳ２４８ないしＳ２５６が互いに共同して前記（１３）項における「探索的取得工程」の一例を構成しているのである。
【０３８６】
さらに、本実施形態においては、図３０におけるＳ２４１が前記（１４）項における「選択工程」の一例を構成し、Ｓ２４８およびＳ２４９が互いに共同して同項における「設定工程」の一例を構成し、Ｓ２５１が同項における「算出工程」の一例を構成し、Ｓ２５３ないしＳ２５３ないしＳ２５５が互いに共同して同項における「変更工程」の一例を構成しているのである。
【０３８７】
さらに、本実施形態においては、図３０におけるＳ２４２が前記（１５）項における「関節角度入力工程」の一例を構成し、同図におけるＳ２４６およびＳ２５１ないしＳ２５６が互いに共同して同項における「最適位置決定工程」の一例を構成しているのである。
【０３８８】
さらに、本実施形態においては、図３０におけるＳ２５０ないしＳ２５３が互いに共同して前記（１６）項における「総合誤差算出工程」の一例を構成し、Ｓ２４６およびＳ２５４ないしＳ２５６が互いに共同して同項における「共通決定工程」の一例を構成しているのである。
【０３８９】
さらに、本実施形態においては、図３４に示す操作性解析プログラムと図３５に示す設計支援プログラムとが互いに共同して、前記（１９）項に係る「プログラム」の一例を構成し、それら操作性解析プログラムおよび設計支援プログラムを記憶しているストレージ３２（または、そのストレージ３２へのインストールのためにそれら操作性解析プログラムおよび設計支援プログラムを記録しているＣＤ−ＲＯＭ）が前記（２０）項に係る「記録媒体」の一例を構成しているのである。
【０３９０】
さらに、本実施形態においては、図３４におけるＳ２８１ないしＳ２９３が互いに共同して、前記（２）項における「合成粘弾性取得工程」の一例を構成し、Ｓ２８３のうち対応する部分が同項における「評価位置設定工程」の一例を構成し、Ｓ２８２ないしＳ２８６およびＳ２９１が互いに共同して、同項における「対象物粘弾性取得工程」の一例を構成し、Ｓ２８１ないしＳ２９０のうちＳ２８２およびＳ２８６を除く複数のステップが互いに共同して、同項における「人間粘弾性取得工程」の一例を構成し、Ｓ２９２が同項における「合成粘弾性算出工程」の一例を構成しているのである。
【０３９１】
さらに、本実施形態においては、図３４におけるＳ２８２ないしＳ２８６が互いに共同して、前記（３）項における「外力算出工程」の一例を構成し、前述の接触力τｃが同項における「外力」の一例を構成し、Ｓ２８１ないしＳ２８７のうちＳ２８２およびＳ２８６を除く複数のステップが互いに共同して、同項における「内力算出工程」の一例を構成し、前述の一般化力τｈが同項における「内力」の一例を構成し、Ｓ２８８ないしＳ２９０が互いに共同して、同項における「人間粘弾性算出工程」の一例を構成しているのである。
【０３９２】
さらに、本実施形態においては、図３４におけるＳ２８８が前記（６）項における「筋活性度推定工程」の一例および前記（７）項における「筋活性度算出工程」の一例を構成し、Ｓ２８９およびＳ２９０が互いに共同して、前記（６）項における「人間粘弾性誘導工程」の一例を構成しているのである。
【０３９３】
さらに、本実施形態においては、入力装置２２と、コンピュータ２０のうち図３４におけるＳ２８３を実行する部分とが互いに共同して、前記（２１）項における「評価位置設定手段」の一例を構成し、コンピュータ２０のうち図３４におけるＳ２８１ないしＳ２９３を実行する部分が同項における「合成粘弾性取得手段」の一例を構成し、コンピュータ２０のうち図３５に示す設計支援プログラムを実行する部分が同項における「評価手段」の一例を構成しているのである。
【０３９４】
さらに、本実施形態においては、コンピュータ２０のうち図３５におけるＳ４０１を実行する部分が前記（２２）項における「目標値入力手段」の一例を構成し、コンピュータ２０のうち図３５におけるＳ４０２ないしＳ４０８を実行する部分が同項における「設計値修正手段」の一例を構成しているのである。
【０３９５】
次に、本発明の第２実施形態に従う操作性評価装置を説明する。ただし、本実施形態は、人間による対象物の操作性を解析する理論に関して第１実施形態と共通するため、その理論に関する重複した説明を省略する。
【０３９６】
第１実施形態においては、前述の説明から明らかなように、対象物物理モデルを利用することにより、物理量の実測なしで、対象物粘弾性が取得され、さらに、人間物理モデルを利用することにより、物理量の実測なしで、人間粘弾性が取得される。さらに、それら取得された対象物粘弾性と人間粘弾性とが、ユーザによって設定された評価位置に関して、数学的に互いに合成されることにより、合成粘弾性が算出される。さらに、その算出された合成粘弾性に基づき、対象物の設計が支援される。
【０３９７】
これに対し、本実施形態においては、概略的に説明するに、人間物理モデルも対象物物理モデルも利用することなく、人間が対象物を操作している操作状態においてその対象物に作用する力が第１センサによって検出されることによって取得され、さらに、その操作状態において対象物が示す挙動が第２センサによって検出されることによって取得される。さらに、第１センサによる検出値と第２センサによる検出値とに基づいて合成粘弾性が算出される。
【０３９８】
図５２には、本実施形態に従う操作性評価装置がブロック図で概念的に表されている。この操作性評価装置は、コンピュータ３８０を有している。そのコンピュータ３８０は、よく知られているように、プロセッサ３８２とストレージ３８４とがバス３８６によって互いに接続されて構成されている。ストレージ３８４には、図５３にフローチャートで概念的に表されている操作性解析プログラムが記憶されている。この操作性解析プログラムは、人間による対象物の操作性を解析する機能と、その解析結果に基づき、設計者による対象物の設計を支援する機能とを備えている。この操作性解析プログラムは後に詳述する。
【０３９９】
図５２に示すように、コンピュータ３８０には、前記操作状態において対象物が示す挙動を表現する物理量の一例である角度を検出する角度センサ３９０が前記第２センサとして接続されている。このコンピュータ３８０には、さらに、前記操作状態において対象物に作用する力を表現する物理量の一例であるトルクを検出するトルクセンサ３９２も接続されている。それら角度センサ３９０およびトルクセンサ３９２の利用態様は後に詳述する。
【０４００】
図５２に示すように、コンピュータ３８０には、さらに、出力装置３９４も接続されている。この出力装置３９４は、図１に示す出力装置２４と同様にして構成することが可能であり、コンピュータ３８０に対する入力の内容を可視化してユーザに表示したり、コンピュータ３８０による処理の内容（例えば、計算結果）を可視化してユーザに表示するために使用される。
【０４０１】
ここで、図５４を参照することにより、車両に搭載されるブレーキ操作装置４００のうちの操作部材であるブレーキペダル４０２の操作性を評価してそのブレーキペダル４０２のばね特性を設計する工程を例にとり、本実施形態に従う操作性評価装置を説明する。
【０４０２】
図５４に示すように、ブレーキ操作装置４００においては、ブレーキペダル４０２の一端部が、車両のうちの剛体部分４０４に、回転ブレーキジョイント４０６を介して、図５４の紙面に直角な一回動軸線まわりに回動可能に連結されている。これに対し、ブレーキペダル４０２の他端部には、車両の運転者の足が載せられて踏込みが行われるべきパッド部４０８が設けられている。このブレーキペダル４０２は、付勢部材ないしは操作反力制御部材としてのリターンスプリング４１０により、回転ブレーキジョイント４０６まわりに、踏込み位置から初期位置に向かう向きに付勢されている。
【０４０３】
図５４（ａ）の右側には、ブレーキ操作装置４００が、運転者によってブレーキペダル４０２が踏み込まれていない初期状態で示されている。この状態において、図示しないアクチュエータによって力Ｆがブレーキペダル４０２に付加され、その力Ｆが増加させられるごとに、その力Ｆがトルクセンサ３９２により、回転ブレーキジョイント４０６まわりのブレーキジョイントトルクＴとして検出される。それと並行して、ブレーキペダル４０２の回動角θが角度センサ３９０により、回転ブレーキジョイント４０６の回転角であるブレーキジョイント角度ψとして検出される。
【０４０４】
それら力Ｆの検出値と回動角θの検出値との関係は、概念的には、図５４（ａ）の左側に示すように、右上がりの実線グラフで表される。このグラフの勾配が、ブレーキペダル４０２単独の剛性であるブレーキペダル剛性Ｋ０を表している。
【０４０５】
図５４（ｂ）の右側には、ブレーキ操作装置４００が、運転者によってブレーキペダル４０２が踏み込まれている踏込み状態で示されている。この状態において、前記アクチュエータによって力Ｆがブレーキペダル４０２に付加され、その力Ｆが増加させられるごとに、その力Ｆがトルクセンサ３９２により、ブレーキジョイントトルクＴとして検出される。それと並行して、ブレーキペダル４０２の回動角θが角度センサ３９０により、ブレーキジョイント角度ψとして検出される。
【０４０６】
それら力Ｆの検出値と回動角θの検出値との関係は、概念的には、図５４（ｂ）の左側に示すように、右上がりの実線グラフで表される。このグラフの勾配が、図５４（ｂ）において二点鎖線グラフで表すブレーキペダル剛性Ｋ０と、運転者の筋、関節および身体の剛性、すなわち、人間単独の剛性である人間剛性とが加算的に合成された合成剛性Ｋ１を表している。この合成剛性Ｋ１からブレーキペダル剛性Ｋ０を引き算したものが、人間剛性に相当する。
【０４０７】
以上説明した知見に基づき、本実施形態においては、ブレーキペダル４０２の踏込み状態においてそのブレーキペダル４０２の操作力が擬似的に漸増させられる状態において、ブレーキジョイント角度ψの検出とブレーキジョイントトルクＴの検出とが互いに時期的に関連付けて行われる。さらに、それらブレーキジョイント角度ψの検出値とブレーキジョイントトルクＴの検出値との関係に基づき、合成剛性Ｋ１が算出され、その合成剛性Ｋ１の算出値と目標値との関係に基づき、リターンスプリング４１０のばね特性が適正化されるように更新される。
【０４０８】
ここで、図５３を参照することにより、前記操作性解析プログラムをさらに具体的に説明する。この操作性解析プログラムは、ブレーキペダル４０２の踏込み状態においてそのブレーキペダル４０２の操作力が擬似的に漸増させられる状態において、コンピュータ３８０によって実行される。
【０４０９】
この操作性解析プログラムがコンピュータ３８０によって実行されると、まず、Ｓ２００１において、角度センサ３９０によってブレーキジョイント角度ψが検出される。次に、Ｓ２００２において、トルクセンサ３９２によってブレーキジョイントトルクＴが検出される。それらＳ２００１およびＳ２００２はそれぞれ、互いに時期的に関連付けて、繰り返し実行される。その結果、ブレーキジョイント角度ψの系列データと、ブレーキジョイントトルクＴの系列データとが取得されることになる。
【０４１０】
続いて、Ｓ２００３において、それら取得されたブレーキジョイント角度ψの系列データと、ブレーキジョイントトルクＴの系列データとの相関に基づき、合成剛性Ｋ１が計算される。この計算に際し、平均、最小二乗法等、適当な統計処理を行って計算精度を向上させることが可能である。
【０４１１】
その後、Ｓ２００４において、合成剛性Ｋ１の目標値が入力される。この目標値は、ブレーキジョイント角度ψまたはブレーキジョイントトルクＴの変域全体について共通の値として定義したり、その変域における各値に関連付けて定義された系列値として定義することが可能である。
【０４１２】
続いて、Ｓ２００５において、それら合成剛性Ｋ１の計算値と目標値とに基づき、計算値の目標値に対する誤差Ｅが算出される。この誤差Ｅの算出は、例えば、図３３における式（２０１）に準じた式を用いて行うことが可能である。その後、Ｓ２００６において、その算出された誤差Ｅが許容値Ｅ０以下であるか否かが判定される。
【０４１３】
今回は、その算出された誤差Ｅが許容値Ｅ０以下ではないと仮定すれば、Ｓ２００６の判定がＮＯとなり、Ｓ２００７に移行する。このＳ２００７においては、リターンスプリング４１０のばね特性（例えば、ばね定数）の現在の設計値に対する更新量Δが、誤差Ｅと許容値Ｅ０との差とは無関係な固定値、ないしは、誤差Ｅと許容値Ｅ０との差に応じて増加する可変値として、決定される。
【０４１４】
その後、Ｓ２００８において、その決定された更新量Δに従い、ばね特性の設計値が更新される。この更新に伴い、ブレーキ操作装置４００においてリターンスプリング４１０が、その更新されたばね特性を有するものに交換される。その後、ブレーキペダル４０２の踏込み状態においてそのブレーキペダル４０２の操作力が擬似的に漸増させられる状態が再度、実現される。続いて、Ｓ２００１に戻る。
【０４１５】
Ｓ２００１ないしＳ２００８の今回の実行は、更新されたばね特性について行われる。それらＳ２００１ないしＳ２００８の実行は、誤差Ｅが許容値Ｅ０以下となるまで繰り返され、誤差Ｅが許容値Ｅ０以下となれば、Ｓ２００６の判定がＹＥＳとなり、Ｓ２００９において、ばね特性の現在値と等しくなるようにばね特性の最終値が決定される。
【０４１６】
以上で、この操作性解析プログラムの一回の実行が終了する。
【０４１７】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、Ｓ２００１ないしＳ２００３が互いに共同して、前記（１）項における「合成粘弾性取得工程」の一例を構成し、Ｓ２００４ないしＳ２００９が互いに共同して、同項における「評価工程」の一例を構成しているのである。
【０４１８】
さらに、本実施形態においては、Ｓ２００１が前記（８）項における「第２検出工程」の一例を構成し、Ｓ２００２が同項における「第１検出工程」の一例を構成し、Ｓ２００３が同項における「算出工程」の一例を構成し、角度センサ３９０が同項における「第２センサ」の一例を構成し、トルクセンサ３９２が同項における「第１センサ」の一例を構成しているのである。
【０４１９】
さらに、本実施形態においては、Ｓ２００４が前記（９）項における「目標値入力工程」の一例を構成し、Ｓ２００５ないしＳ２００９が互いに共同して、同項における「設計値修正工程」の一例を構成しているのである。
【０４２０】
さらに、本実施形態においては、図５３に示す操作性解析プログラムが前記（１９）項に係る「プログラム」の一例を構成し、その操作性解析プログラムを記憶しているストレージ３８４（または、そのストレージ３８４へのインストールのためにその操作性解析プログラムを記録しているＣＤ−ＲＯＭ）が前記（２０）項に係る「記録媒体」の一例を構成しているのである。
【０４２１】
さらに、本実施形態においては、角度センサ３９０と、トルクセンサ３９２と、コンピュータ３８０のうち図５３におけるＳ２００１ないしＳ２００３を実行する部分とが互いに共同して、前記（２１）項における「合成粘弾性取得手段」の一例を構成し、コンピュータ３８０のうち図５３におけるＳ２００４ないしＳ２００９を実行する部分が同項における「評価手段」の一例を構成しているのである。
【０４２２】
さらに、本実施形態においては、コンピュータ３８０のうち図５３におけるＳ２００４を実行する部分が前記（２２）項における「目標値入力手段」の一例を構成し、コンピュータ３８０のうち図５３におけるＳ２００５ないしＳ２００９を実行する部分が同項における「設計値修正手段」の一例を構成しているのである。
【０４２３】
次に、本発明の第３実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態と共通うする要素が多く、異なる要素は、筋モーメントアーム調整手段および筋モーメントアーム調整プログラムに関する要素のみであるため、異なる要素についてのみ詳細に説明し、共通する要素については同一の符号または名称を付して引用することにより、重複した説明を省略する。
【０４２４】
第１実施形態においては、図２３に示す筋モーメントアーム調整手段２５８により、設計対象筋ごとに、筋モーメントアームが参照モーメントアーム（参照値）にできる限り一致するように、設計対象筋に関連する経由点の位置が変更される。この処理を実行するために、図３０に示す筋モーメントアーム調整プログラムが実行される。
【０４２５】
具体的には、第１実施形態においては、各設計対象筋につき、関節角度が、その設計対象筋が時系列的に示す複数個の関節角度すなわち関節角度列として入力される。その後、各設計対象筋に対応する２個の経由点Ａ，Ｂのそれぞれにつき、入力された複数個の関節角度に共通する１個の位置が最適位置として決定される。
【０４２６】
その最適位置を決定するために、第１実施形態においては、筋モーメントアームの、入力された複数個の関節角度にそれぞれ対応する複数個の参照モーメントアームからの誤差が算出される。具体的には、各設計対象筋につき、各関節角度ごとに、筋モーメントアームの、各関節角度に対応する参照モーメントアームからの誤差が算出される。さらに、入力された複数個の関節角度についてそれぞれ算出された複数個の誤差の合成値が総合モーメントアーム誤差ｅ（図３３に式（２０１）で示す。）として算出される。
【０４２７】
第１実施形態においては、その算出される総合誤差ｅが許容値ｅ０以下であるように、各経由点ごとに、最適位置が、入力された複数個の関節角度に共通に決定される。その結果、各設計対象筋に対応する２個の経由点Ａ，Ｂのそれぞれにつき、一連の関節角度列に属する複数個の関節角度に共通する１個の最適位置が決定される。
【０４２８】
これに対し、本実施形態においては、各設計対象筋につき、各経由点Ａ，Ｂごとに、入力された１個の関節角度に対応する１個の位置が最適位置として決定される。具体的には、各設計対象筋につき、筋モーメントアームの、入力された１個の関節角度に対応する１個の参照値からの誤差が個別誤差として算出され、その算出される個別誤差が許容値ｅ０以下であるように、各経由点Ａ，Ｂの最適位置が各関節角度ごとに決定される。
【０４２９】
その結果、本実施形態によれば、各経由点Ａ，Ｂのそれぞれにつき、一連の関節角度列に属する複数個の関節角度に１個ずつ、最適位置が個別に決定される。
【０４３０】
図５５には、本実施形態に従う操作性評価方法を実施するのに好適な操作性評価装置１０のハードウエア構成がブロック図で概念的に表されている。図５５に示すように、本実施形態においては、第１実施形態とは異なり、プログラムメモリ４０に移動量マップ作成プログラムが予め記憶され、また、データメモリ４２に、その移動量マップ作成プログラムの実行によって作成された移動量マップが記憶される。
【０４３１】
図５６には、その操作性評価装置１０における筋モーメントアーム調整手段４３０が、それによって実現される機能に着目してブロック図で概念的に表されている。
【０４３２】
この筋モーメントアーム調整手段４３０は、関節角度入力手段４３２と、基準位置算出手段４３４と、移動量算出手段４３６と、経由点位置算出手段４３８と、筋モーメントアーム算出手段４４０とを含むように構成されている。
【０４３３】
後に図５７を参照して詳述するが、関節角度入力手段４３２は、設計対象筋の関節角度を入力する。基準位置算出手段４３４は、各経由点の基準位置（移動前の位置）を算出する。この基準位置算出手段４３４は、その基準位置が予め記憶されている場合には、単にその基準位置を読み出すように作動する。移動量算出手段４３６は、各経由点の位置の移動量を算出する。
【０４３４】
経由点位置算出手段４３８は、それら基準位置および移動量に基づき、各経由点の最適位置を算出する。筋モーメントアーム算出手段４４０は、その算出された最適位置と、設計対象筋の関節の位置とに基づき、第１実施形態と同様にして、筋モーメントアームを算出する。
【０４３５】
図５５に示すように、プログラムメモリ４０に、筋モーメントアーム調整プログラム（図２７に示す筋骨格モデル作成プログラムのうちのＳ２０５に相当するプログラム）が予め記憶されている。図５７には、この筋モーメントアーム調整プログラムが概念的にフローチャートで表されている。
【０４３６】
この筋モーメントアーム調整プログラムが今回の設計対象筋について実行されると、まず、図５７に示すＳ３００１において、今回の設計対象筋について関節角度が入力される。今回の設計対象筋につき、関節角度が時系列的に変化する場合には、時系列的に並んだ複数個の関節角度が一連の関節角度列として入力される。このＳ３００１が実行されるごとに、同じ設計対象筋につき、関節角度が１個ずつ順に入力される。
【０４３７】
すなわち、コンピュータ２０のうち、このＳ３００１を実行する部分が、図５６に示す関節角度入力手段４３２を構成しているのである。
【０４３８】
次に、図５７に示すＳ３００２において、今回の設計対象筋に対応する２個の経由点のそれぞれにつき、基準位置（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）が算出されるかまたは読み出される。
【０４３９】
本実施形態においては、その基準位置（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）が、今回の設計対象筋を記述するローカル座標系（剛体基準座標系）に、関節角度に依存しないように、固定されている。関節角度に応じて筋モーメントアームが変化するようにするために、関節角度に応じて、各経由点の、基準位置（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）からの移動量が決定され、その結果、関節角度に応じて各経由点の位置が変化させられる。
【０４４０】
すなわち、コンピュータ２０のうち、このＳ３００２を実行する部分が、図５６に示す基準位置算出手段４３４を構成しているのである。
【０４４１】
続いて、図５７に示すＳ３００３において、今回の設計対象筋に対応する２個の経由点のそれぞれの位置の、基準位置（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）からの移動量（各移動方向ｘ，ｙ，ｚごとにスカラーとしての移動量Δｘ，Δｙ，Δｚを表すベクトル）が算出される。各経由点の移動量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）は、前記入力された各関節角度ごとに、図５５に示す移動量マップを参照することによって算出される。
【０４４２】
この移動量マップ（「関数」、「テーブル」または「データベース」ともいう。）は、説明の便宜上、図５８に表形式で表すように、関節角度と、移動方向ごとの移動量との間に成立する関係を記述する。この移動量マップは、各経由点ごとに、各経由点の、基準位置（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）からの移動量Δｘ，Δｙ，Δｚを、関節角度に応じて、離散的に定義する。この移動量マップは、後に図５９を参照して詳述する移動量マップ作成プログラムの実行によって作成され、図５５に示すように、データメモリ４２に保存される。
【０４４３】
すなわち、コンピュータ２０のうち、このＳ３００３を実行する部分が、図５６に示す移動量算出手段４３６を構成しているのである。
【０４４４】
その後、図５７に示すＳ３００４において、今回の設計対象筋に対応する２個の経由点のそれぞれの最適位置（Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚ）が、対応する基準位置（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）および移動量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）に基づき、算出される。具体的には、各経由点を基準位置（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）から移動量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）だけ移動させることによって到達する位置が、最適位置（Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚ）として算出される。その算出された最適位置（Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚ）は、データメモリ４２に、筋骨格モデルに割り当てられた領域において、各経由点に関連付けて保存される。
【０４４５】
すなわち、コンピュータ２０のうち、このＳ３００４を実行する部分が、図５６に示す経由点位置算出手段４３８を構成しているのである。
【０４４６】
続いて、図５７に示すＳ３００５において、今回の設計対象筋に対応する関節につき、対応する関節の回転軸の位置と、対応する２個の経由点の最適位置（Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚ）を通過する一直線との間の距離が、筋モーメントアームとして算出される。その算出された筋モーメントアームは、データメモリ４２に、筋骨格モデルに割り当てられた領域において、各関節に関連付けて保存される。
【０４４７】
すなわち、コンピュータ２０のうち、このＳ３００５を実行する部分が、図５６に示す筋モーメントアーム算出手段４４０を構成しているのである。
【０４４８】
以上で、この筋モーメントアーム調整プログラムの一回の実行が終了する。
【０４４９】
ここで、図５９を参照することにより、上述の移動量マップ作成プログラムを詳細に説明する。
【０４５０】
この移動量マップ作成プログラムがコンピュータ２０によって実行されると、まず、図５９に示すＳ４００１において、人体を構成する複数の筋であって人間物理モデルを構成する複数の剛体セグメントにそれぞれ対応するもののうちのいずれかが、この移動量マップ作成プログラムの今回の実行対象として、入力装置２２を用いて指定される。そのように指定された筋を対象筋という。
【０４５１】
このＳ４００１においては、さらに、今回指定された対象筋に対応する２個の経由点が、この移動量マップ作成プログラムの今回の実行対象として、入力装置２２を用いて指定される。
【０４５２】
次に、Ｓ４００２において、今回の対象筋に対応する関節において回動可能に連結された２本の骨がその関節において成す関節角度が、入力装置２２を用いてコンピュータ２０に入力される。それら２本の骨の関節角度は、上限値と下限値との間の定義範囲内において離散的に変化する。このＳ４００２の今回の実行においては、その定義範囲内に離散的に存在する複数個の関節角度のうちのいずれかが、今回の関節角度として入力される。
【０４５３】
続いて、Ｓ４００３において、今回の関節角度に対応する参照モーメントアームが、入力装置２２を用いてコンピュータ２０に入力される。
【０４５４】
各筋の筋モーメントアームの実際値は、対応する関節の関節角度に依存する。図６０は、その事実を確認するために、人体の大腿四頭筋の筋モーメントアームの離散的な複数個の実験値を、膝関節の屈曲角度（関節角度）に関連付けて、点グラフで表している。これにより、筋モーメントアームの実際値が関節角度に依存する性質があることが分かる。
【０４５５】
本実施形態においては、図示しないが、筋モーメントアームの離散的な複数個の実験値が、関節角度に関連付けて、図５５に示すデータメモリ４２に、参照モーメントアームマップ（「関数」、「テーブル」または「データベース」ともいう。）として、予め記憶されている。
【０４５６】
図５９に示すＳ４００３においては、具体的には、上述の参照モーメントアームマップのもと、入力された関節角度に対応する筋モーメントアームの実験値が、今回の参照モーメントアーム（筋モーメントアームの目標値）として、決定される。
【０４５７】
さらに具体的には、このＳ４００３においては、入力された関節角度の値にちょうど一致する関節角度に関連付けて実験値が参照モーメントアームマップに記憶されている場合には、その実験値がそのまま、今回の参照モーメントアームとして参照モーメントアームマップから読み出される。
【０４５８】
これに対し、入力された関節角度の値にちょうど一致する関節角度に関連付けて実験値が参照モーメントアームマップに記憶されていない場合には、最も近似する少なくとも２個の実験値が参照モーメントアームマップから読み出される。さらに、それら少なくとも２個の実験値に対して補間（線形補間、曲線補間等）が行われ、それにより、今回の関節角度に対応する実験値が算出される。今回は、その算出された実験値が、今回の関節角度に対応する参照モーメントアームである。
【０４５９】
本実施形態においては、入力された関節角度の値にちょうど一致する関節角度に関連付けて実験値が参照モーメントアームマップに記憶されていない場合には、最も近似する２個の実験値に対して線形補間が行われることにより、今回の関節角度に対応する実験値が近似的に算出される。
【０４６０】
離散的な複数個の実験値に対して線形補間を行うことは、図６０に実線グラフで示すように、それら複数個の実験値をそれぞれ示す複数個のプロット点を折れ線によって互いに連結し、それによって、それら複数個の実験値を連続値化することを意味する。
【０４６１】
また、今回の関節角度が、参照モーメントアームマップに記憶されている複数個の関節角度が包含される前述の定義範囲から逸脱している場合には、その定義範囲の上限値と下限とのうち今回の関節角度に近いものに対応する実験値が、今回の参照モーメントアームとして、参照モーメントアームマップから読み出される。
【０４６２】
このようにしてＳ４００３において参照モーメントアームが今回の関節角度に関連付けて入力されると、Ｓ４００４において、今回の経由点につき、その入力された参照モーメントアームを達成するために、今回の経由点を基準位置（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）から移動させることが適当である移動量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）が算出される。
【０４６３】
このＳ４００４の詳細が図６１に移動量算出ルーチンとして概念的にフローチャートで表されているが、これについては後述する。
【０４６４】
その後、図５９に示すＳ４００５において、この移動量マップ作成プログラムの実行が、今回の対象筋に対応する複数個の関節角度のすべてについて終了したか否かが判定される。この移動量マップ作成プログラムが未だ実行されていない関節角度が存在する場合には、このＳ４００５の判定がＮＯとなり、Ｓ４００２に戻り、別の関節角度が入力される。
【０４６５】
これに対し、この移動量マップ作成プログラムが未だ実行されていない関節角度が存在しない場合には、Ｓ４００５の判定がＹＥＳとなり、以上で、この移動量マップ作成プログラムの、今回の対象筋および今回の２個の経由点についての実行が終了する。
【０４６６】
ここで、図６１を参照することにより、移動量算出ルーチンを説明する。ただし、この移動量算出ルーチンは、図３０を参照して前述した筋モーメントアーム調整プログラムと共通するステップを有するため、共通するステップについては、簡単に説明する。
【０４６７】
この移動量算出ルーチンにおいては、まず、Ｓ４１０１において、今回の設計対象筋に対応する２個の経由点のそれぞれにつき、前述の基準位置が初期位置としてデータメモリ４２または図示しないワークエリアに保存される。
【０４６８】
次に、Ｓ４１０２において、今回の設計対象筋につき、今回の関節角度のもと、各経由点の位置を参照することにより、筋モーメントアームｒｉ（ｉ：関節角度の番号）が計算される。筋モーメントアームｒｉは、例えば、同じ関節に関連付けて指定された２個の経由点を通過する一直線（力の作用直線）と、その関節の回転軸の中心との距離として計算される。
【０４６９】
その後、Ｓ４１０３において、図５９に示すＳ４００３において入力されてデータメモリ４２に保存された参照モーメントアームが、そのデータメモリ４２から読み出される。
【０４７０】
続いて、Ｓ４１０４において、Ｓ４１０２において設計対象筋について計算された筋モーメントアームｒｉの、その入力された参照モーメントアームからの偏差が設計対象筋モーメントアーム誤差ｅとして計算される。その設計対象筋モーメントアーム誤差ｅは、今回の関節角度についての個別モーメントアーム誤差として計算される。
【０４７１】
その後、Ｓ４１０５において、計算された設計対象筋モーメントアーム誤差ｅが許容値ｅ０以下であるか否かが判定される。許容値ｅ０以下である場合には、その判定がＹＥＳとなり、Ｓ４１１３において、各経由点の初期位置と収束位置（今回は、初期位置と一致する）との差から、各移動方向ごとに移動量が算出される。今回は、収束位置が初期位置と一致するため、いずれの移動方向についても、各経由点の移動量が０となる。
【０４７２】
続いて、Ｓ４１１４において、今回の関節角度と移動量の算出値とが前述の移動量マップに追加される。以上で、この移動量算出ルーチンの一回の実行が終了する。
【０４７３】
図６２には、その移動量マップの内容が、説明の便宜上、３種類のグラフで表されている。具体的には、同じ経由点につき、ｘ座標軸方向における移動量と、ｙ座標軸方向における移動量と、ｚ座標軸方向における移動量とがそれぞれグラフで表されている。
【０４７４】
計算された設計対象筋モーメントアーム誤差ｅが許容値ｅ０を超える場合には、図６１のＳ４１０５の判定がＮＯとなり、Ｓ４１０６に移行する。
【０４７５】
このＳ４１０６においては、図３０のＳ２４８と同様にして、設計対象筋の各経由点に摂動が摂動量ｄで与えられ、その結果、複数個の摂動点が作成される。続いて、Ｓ４１０７において、図３０のＳ２４９と同様にして、それら作成された複数個の摂動点を用いて複数本の仮想筋が作成される。
【０４７６】
その後、Ｓ４１０８において、Ｓ４１０２と同様にして、各仮想筋ごとに、筋モーメントアームが計算される。その後、Ｓ４１０９において、Ｓ４１０４と同様にして、各仮想筋ごとに個別モーメントアーム誤差が計算される。以下、各個別モーメントアーム誤差を下記のように表記する。
【０４７７】
ｅＡｘ−Ｂ：摂動点Ａｘともとの経由点Ｂとを通過する仮想筋の個別モーメントアーム誤差
ｅＡｙ−Ｂ：摂動点Ａｙともとの経由点Ｂとを通過する仮想筋の個別モーメントアーム誤差
ｅＡｚ−Ｂ：摂動点Ａｚともとの経由点Ｂとを通過する仮想筋の個別モーメントアーム誤差
ｅＡ−Ｂｘ：もとの経由点Ａと摂動点Ｂｘとを通過する仮想筋の個別モーメントアーム誤差
ｅＡ−Ｂｙ：もとの経由点Ａと摂動点Ｂｙとを通過する仮想筋の個別モーメントアーム誤差
ｅＡ−Ｂｚ：もとの経由点Ａと摂動点Ｂｚとを通過する仮想筋の個別モーメントアーム誤差
【０４７８】
その後、Ｓ４１１０において、図３０のＳ２５４と同様にして、誤差のヤコビアンＪが計算される。続いて、Ｓ４１１１において、図３０のＳ２５５と同様にして、各経由点ごとに、経由点位置の更新量Δが、上記計算されたヤコビアンＪを用いて計算される。その後、Ｓ４１１２において、図３０のＳ２５６と同様にして、その計算された更新量Δを用いて各経由点位置が更新される。
【０４７９】
続いて、図６１のＳ４１０２ないしＳ４１０４が、前回の場合と同様にして、更新された経由点位置によって定義される設計対象筋について実行される。それらステップおよびＳ４１０６ないしＳ４１１２は、Ｓ４１０５の判定がＹＥＳとなり、設計対象筋モーメントアーム誤差ｅが、十分に小さい値となって収束したであろうと予想される状態に至るまで、繰返し実行される。
【０４８０】
必要回数の反復的実行の結果、Ｓ４１０５の判定がＹＥＳとなれば、Ｓ４１１３において、前述のようにして、各経由点の初期位置（データメモリ４２に保存されている。）と収束位置（Ｓ４１１２において更新された最終的な経由点位置）との差から、各経由点の、初期位置からの移動量が算出される。
【０４８１】
その後、Ｓ４１１４において、今回の関節角度と移動量の算出値とが移動量マップに追加される。以上で、この移動量算出ルーチンの一回の実行が終了する。
【０４８２】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、図５７に示す筋モーメントアーム調整プログラムがコンピュータ２０によって実行されることによって実行される筋モーメントアーム調整方法が前記（１２）項における「筋モーメントアーム調整工程」の一例を構成しているのである。
【０４８３】
さらに、本実施形態においては、図５７におけるＳ３００１が前記（１７）項における「関節角度入力工程」の一例を構成し、同図におけるＳ３００２ないしＳ３００４が互いに共同して同項における「最適位置決定工程」の一例を構成しているのである。
【０４８４】
さらに、本実施形態においては、図６１におけるＳ４１０８およびＳ４１０９が互いに共同して前記（１８）項における「個別誤差算出工程」の一例を構成し、図５７におけるＳ３００３およびＳ３００４ならびに図６１におけるＳ４１０５およびＳ４１１０ないしＳ４１１２が互いに共同して同項における「個別決定工程」の一例を構成しているのである。
【０４８５】
以上、本発明の実施の形態のうちのいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、前記［発明の開示］の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０４８６】
【図１】本発明の第１実施形態に従う操作性評価方法を実施するのに好適な操作性評価装置１０のハードウエア構成を概念的に表すブロック図である。
【図２】図１における有限要素人体モデルのうちの下肢部を示す斜視図である。
【図３】図１における骨格モデルのうちの下肢部を示す斜視図である。
【図４】図１における筋骨格モデルのうちの下肢部を示す斜視図である。
【図５】図１における操作性評価装置１０を概念的に表す機能ブロック図である。
【図６】図５における操作性解析手段２０４および設計支援手段２０５を概念的に表す機能ブロック図である。
【図７】互いに機械的に接触する人間と対象物との間に存在する複数の座標空間を概念的に表す図である。
【図８】図５における人間物理モデル作成手段２００によって作成される人間物理モデルおよび対象物物理モデル作成手段２０２によって作成される対象物物理モデルを複数の式を用いて説明する図である。
【図９】人間と対象物との接触を定義する手法を複数の式を用いて説明する図である。
【図１０】前記第１実施形態に従う操作性評価方法において人間による対象物の操作性を評価する理論を複数の式を用いて説明する図である。
【図１１】前記第１実施形態に従う操作性評価方法において人間による対象物の操作性を評価する理論を複数の式を用いて説明する別の図である。
【図１２】前記第１実施形態に従う操作性評価方法において人間による対象物の操作性を評価する理論を複数の式を用いて説明するさらに別の図である。
【図１３】前記第１実施形態に従う操作性評価方法において人間による対象物の操作性を評価する理論を複数の式を用いて説明するさらに別の図である。
【図１４】前記第１実施形態に従う操作性評価方法において人間による対象物の操作性を評価する理論を複数の式を用いて説明するさらに別の図である。
【図１５】前記第１実施形態に従う操作性評価方法において人間による対象物の操作性を評価する理論を複数の式を用いて説明するさらに別の図である。
【図１６】筋空間と対象物一般化座標空間との間に存在する複数の座標空間を評価位置が対象物上に設定された場合について説明するための図である。
【図１７】筋空間と対象物一般化座標空間との間に存在する複数の座標空間を評価位置が人間上に設定された場合について説明するための図である。
【図１８】粘弾性テンソルを算出する際に拘束Ｇｈを考慮する手法を説明するための図である。
【図１９】粘弾性テンソルを算出する際に拘束Ｇｈを考慮する手法を説明するための別の図である。
【図２０】粘弾性テンソルを算出する際に拘束Ｇｈを考慮する手法を説明するためのさらに別の図である。
【図２１】図５における人間物理モデル作成手段２００を概念的に表す機能ブロック図である。
【図２２】図２１における筋モーメントアーム調整手段２５８を説明するために人間の２本の骨およびそれら骨を互いに結合する筋を示す正面図である。
【図２３】図２１における筋モーメントアーム調整手段２５８を概念的に表す機能ブロック図である。
【図２４】図２３における筋モーメントアーム調整手段２５８を説明するために人間の２本の骨とそれら骨を互いに結合する設計対象筋および仮想筋とを簡略的に示す正面図である。
【図２５】前記第１実施形態に従う操作性評価方法を示す工程図である。
【図２６】図２５におけるＳ２の詳細を骨格モデル作成プログラムとして概念的に表すフローチャートである。
【図２７】図２５におけるＳ３の詳細を筋骨格モデル作成プログラムとして概念的に表すフローチャートである。
【図２８】図２７におけるＳ２０３の実行内容を説明するために人間の筋および腱を力の作用方向に着目して示す平面図である。
【図２９】図２７におけるＳ２０４の実行内容を説明するために、数値解析モデルとしての筋モデルを式（１０１）および（１０２）で示す図である。
【図３０】図２７におけるＳ２０５の詳細を筋モーメントアーム調整プログラムとして概念的に表すフローチャートである。
【図３１】図３０に示す筋モーメントアーム調整プログラムを説明するために２本の骨およびそれら骨を互いに結合する筋を初期状態と収束状態とについてそれぞれ示す正面図である。
【図３２】図３０に示す筋モーメントアーム調整プログラムの実行によって筋モーメントアームが初期状態から収束状態に変化する様子を説明するためのグラフである。
【図３３】図３０に示す筋モーメントアーム調整プログラムにおいて筋の経由点位置を更新する理論を複数の式を用いて説明する図である。
【図３４】図２５におけるＳ４の詳細を操作性解析プログラムとして概念的に表すフローチャートである。
【図３５】図２５におけるＳ５の詳細を設計支援プログラムとして概念的に表すフローチャートである。
【図３６】図３４におけるＳ２８８の詳細を筋活性度推定プログラムとして概念的に表すフローチャートである。
【図３７】図３４に示す操作性解析プログラムの実行により、車両の運転者によるブレーキペダルの操作性を解析して評価するために用いられる人間物理モデルのうちの下肢部を、ブレーキペダルを表現する対象物物理モデルと共に示す斜視図である。
【図３８】図３７における対象物物理モデルを拡大して示す側面図である。
【図３９】図３８に示す対象物物理モデルによって表現されるブレーキペダルの動特性をブレーキジョイント角度とブレーキジョイントトルクとの関係として表すグラフである。
【図４０】図３７に示す人間物理モデルおよび対象物物理モデルに関する評価位置、接触および拘束を説明するための側面図である。
【図４１】図４０に示す人間物理モデルと対象物物理モデルとのうち、それらが互いに接触する領域を拡大して示す斜視図である。
【図４２】図４０における接触および評価位置に関する複数の条件を定義する手法を複数の式を用いて説明するための図である。
【図４３】図４０に示す人間物理モデルおよび対象物物理モデルが示す挙動の一例を示す側面図である。
【図４４】図４０に示す人間物理モデルおよび対象物物理モデルが示す挙動の別の例を示す側面図である。
【図４５】図３６におけるＳ３０７の詳細を最適化計算プログラムとして概念的に表すフローチャートである。
【図４６】図４５におけるＳ１００４における最適化計算において用いられる目的関数を式（４０１）および（４０２）で示す図である。
【図４７】図４５におけるＳ１００４における最適化計算において用いられる制約条件を式（４０３）で示す図である。
【図４８】前記第１実施形態に従う操作性評価方法によって対象物の設計が支援される第１の応用例を説明するための複数のグラフである。
【図４９】上記第１の応用例を説明するための別の複数のグラフである。
【図５０】前記第１実施形態に従う操作性評価方法によって対象物の設計が支援される第２の応用例を説明するための複数のグラフである。
【図５１】上記第２の応用例を説明するための別の複数のグラフである。
【図５２】本発明の第２実施形態に従う操作性評価方法を実施するのに好適な操作性評価装置を概念的に表すブロック図である。
【図５３】図５２におけるコンピュータ３８０によって実行される操作性解析プログラムを概念的に表すフローチャートである。
【図５４】図５３に示す操作性解析プログラムにおいて合成剛性を取得する理論を説明するための複数のグラフおよび複数の簡略的な側面図である。
【図５５】本発明の第３実施形態に従う操作性評価方法を実施するのに好適な操作性評価装置１０のハードウエア構成を概念的に表すブロック図である。
【図５６】図５５に示す操作性評価装置１０における筋モーメントアーム調整手段４３０を概念的に表すブロック図である。
【図５７】図５６に示す筋モーメントアーム調整手段４３０を実現するためにコンピュータ２０によって実行される筋モーメントアーム調整プログラムを概念的に表すフローチャートである。
【図５８】図５７におけるＳ３００３において参照される移動量マップを概念的に表形式で表す図である。
【図５９】図５８に示す移動量マップを作成するためにコンピュータ２０によって実行される移動量マップ作成プログラムを概念的に表すフローチャートである。
【図６０】図５９におけるＳ４００３を説明するために、関節角度と筋モーメントアームとの関係の一例を表すグラフである。
【図６１】図５９におけるＳ４００４の詳細を移動量算出ルーチンとして概念的に表すフローチャートである。
【図６２】図５９に示す移動量マップ作成プログラムの実行によって作成される移動量マップの一例を表すグラフである。
【符号の説明】
【０４８７】
１０  操作性評価装置
２０  コンピュータ
２５８  筋モーメントアーム調整手段
３８０  コンピュータ
３９０  角度センサ
３９２  トルクセンサ
４００  ブレーキ操作装置
４０２  ブレーキペダル
４０４  剛体部分
４０６  回転ブレーキジョイント
４０８  パッド部
４１０  リターンスプリング
４３０  筋モーメントアーム調整手段
４３２  関節角度入力手段
４３４  基準位置算出手段
４３６  移動量算出手段
４３８  経由点位置算出手段
【図１】
2006160241.tif 000003
【図５】
2006160241.tif 000004
【図６】
2006160241.tif 000005
【図７】
2006160241.tif 000006
【図８】
2006160241.tif 000007
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006160241.tif 000010
【図１２】
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【図１３】
2006160241.tif 000012
【図１４】
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【図１５】
2006160241.tif 000014
【図１６】
2006160241.tif 000015
【図１７】
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【図２１】
2006160241.tif 000017
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
2006160241.tif 000023
【図２９】
2006160241.tif 000024
【図３０】
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【図３２】
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【図３３】
2006160241.tif 000027
【図３４】
2006160241.tif 000028
【図３５】
2006160241.tif 000029
【図３６】
2006160241.tif 000030
【図３８】
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【図３９】
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【図４２】
2006160241.tif 000033
【図４５】
2006160241.tif 000034
【図４６】
2006160241.tif 000035
【図４７】
2006160241.tif 000036
【図４８】
2006160241.tif 000037
【図４９】
2006160241.tif 000038
【図５０】
2006160241.tif 000039
【図５１】
2006160241.tif 000040
【図５２】
2006160241.tif 000041
【図５３】
2006160241.tif 000042
【図５４】
2006160241.tif 000043
【図５５】
2006160241.tif 000044
【図５６】
2006160241.tif 000045
【図５７】
2006160241.tif 000046
【図５８】
2006160241.tif 000047
【図５９】
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【図６０】
2006160241.tif 000049
【図６１】
2006160241.tif 000050
【図６２】
2006160241.tif 000051
【図２】
2006160241.tif 000052
【図３】
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【図４】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２２】
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【図３１】
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【図３７】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４３】
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【図４４】
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