(57)【要約】【課題】歩行動作の種類を適切に判別することができる体動判別装置を提供する。【解決手段】体動判別装置１００は、歩行動作に応じて変化する信号である検知信号に基づいて、遊脚前期時間、遊脚後期時間、および、遊脚通期時間のうちの少なくとも１つを算出する。遊脚前期時間は、１歩行周期において遊脚前期が形成されていた時間である。遊脚後期時間は、１歩行周期において遊脚後期が形成されていた時間である。遊脚通期時間は、１歩行周期において遊脚期が形成されていた時間である。体動判別装置１００は、遊脚前期時間、遊脚後期時間、および、遊脚通期時間のうちの少なくとも１つに基づいて歩行動作の種類を判別する。【選択図】図５
2015136582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行動作の種類を判別する体動判別装置であって、
歩行動作に応じて変化する信号である検知信号に基づいて、１歩行周期において遊脚前期が形成されていた時間である遊脚前期時間、１歩行周期において遊脚後期が形成されていた時間である遊脚後期時間、および、１歩行周期において遊脚期が形成されていた時間である遊脚通期時間のうちの少なくとも１つを算出し、前記遊脚前期時間、前記遊脚後期時間、および、前記遊脚通期時間のうちの少なくとも１つに基づいて歩行動作の種類を判別する
体動判別装置。
【請求項２】
前記遊脚前期時間および前記遊脚後期時間を算出し、前記遊脚前期時間および前記遊脚後期時間に基づいて歩行動作の種類を判別する
請求項１に記載の体動判別装置。
【請求項３】
前記遊脚前期時間と前記遊脚後期時間との差である差時間に基づいて歩行動作の種類を判別する
請求項２に記載の体動判別装置。
【請求項４】
前記検知信号に基づいて、１歩行周期が形成されていた時間である１歩行周期時間を算出し、前記１歩行周期時間および前記差時間に基づいて歩行動作の種類を判別する
請求項３に記載の体動判別装置。
【請求項５】
前記検知信号に基づいて、１歩行周期が形成されていた時間である１歩行周期時間、および、前記遊脚前期時間を算出し、前記１歩行周期時間および前記遊脚前期時間に基づいて歩行動作の種類を判別する
請求項１に記載の体動判別装置。
【請求項６】
前記検知信号に基づいて、１歩行周期が形成されていた時間である１歩行周期時間、および、前記遊脚後期時間を算出し、前記１歩行周期時間および前記遊脚後期時間に基づいて歩行動作の種類を判別する
請求項１に記載の体動判別装置。
【請求項７】
歩行動作の種類が平地歩行および昇降歩行のいずれに該当するかを判別する
請求項１〜６のいずれか一項に記載の体動判別装置。
【請求項８】
歩行動作の種類が平地歩行、階段昇り歩行、および、階段降り歩行のいずれに該当するかを判別する
請求項７に記載の体動判別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体動判別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１および２をはじめとするいくつかの技術文献は、使用者の歩行を補助する人体刺激装置を提示している。典型的な構成を持つ人体刺激装置は、使用者の平地歩行の動作がいずれの歩行フェーズに該当するかを判別する制御部、および、大腿に電気刺激を与える複数の電極を含む。制御部は、判別した歩行フェーズに基づいて電極に電流を流すことにより、そのときどきの歩行フェーズに応じた電気刺激を大腿に与える。
【０００３】
このような人体刺激装置は、主として、歩行時における下肢の運動能力を高める機能、下肢を鍛錬する機能、または、歩行時における膝の痛みを緩和する機能を持つ。なお、人体刺激装置は、例示した複数の機能を複合的に持つこともできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５５２３６号公報
【特許文献２】特開２０１３−１２３５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の人体刺激装置は、使用者が平地を歩行する歩行動作である平地歩行以外の歩行動作を形成しているときに、使用者に電気刺激を与えることを想定していない。一方、使用者が平地歩行以外の歩行動作を形成する場合であっても、人体刺激装置が脚に刺激を与えることにより、使用者が平地歩行している場合に電気刺激を与えることにより得られる効果と同様または類似の効果が得られると考えられる。そのためには、歩行動作の種類を判別する技術が必要になる。しかし、特許文献１および２は、いずれもそのような技術を提示していない。
【０００６】
本発明の目的は、歩行動作の種類を適切に判別することができる体動判別装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本体動判別装置の独立した一形態は、歩行動作の種類を判別する体動判別装置であって、歩行動作に応じて変化する信号である検知信号に基づいて、１歩行周期において遊脚前期が形成されていた時間である遊脚前期時間、１歩行周期において遊脚後期が形成されていた時間である遊脚後期時間、および、１歩行周期において遊脚期が形成されていた時間である遊脚通期時間のうちの少なくとも１つを算出し、前記遊脚前期時間、前記遊脚後期時間、および、前記遊脚通期時間のうちの少なくとも１つに基づいて歩行動作の種類を判別する。
【発明の効果】
【０００８】
本体動判別装置は、歩行動作の種類を適切に判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態の人体刺激装置を装着した人体のモデル図。
【図２】図１のサポーターを装着した膝、および、その周辺の部位の拡大図。
【図３】第１実施形態のサポーターの背面図。
【図４】平地歩行に関するタイムチャート（（ａ）：左右の脚の動作、（ｂ）：右脚の１歩行周期、（ｃ）：左脚の１歩行周期、（ｄ）：右脚の歩行のフェーズ、（ｅ）：左脚の歩行のフェーズ）。
【図５】第１実施形態の人体刺激装置のブロック図。
【図６】第１実施形態の歩行フェーズ判別に関するタイムチャート（（ａ）：判別値、（ｂ）歩行フェーズ判別結果）。
【図７Ａ】第１判別値および第２判別値の関係の一例を示すグラフ。
【図７Ｂ】第２判別値および第３判別値の関係の一例を示すグラフ。
【図７Ｃ】第３判別値および第１判別値の関係の一例を示すグラフ。
【図８Ａ】第１実施形態の歩行種類対応刺激マップ。
【図８Ｂ】第１実施形態の平地歩行専用刺激マップ。
【図８Ｃ】第１実施形態のフェーズ対応刺激マップ。
【図９】電気刺激の有無と大腿の加速度面積との関係を示すグラフ。
【図１０】第２実施形態の人体刺激装置のブロック図。
【図１１】平地歩行に関するタイムチャート（（ａ）：爪先検知信号、（ｂ）：踵検知信号、（ｃ）：大腿検知信号、（ｄ）：下腿検知信号）。
【図１２】１歩行周期時間とフェーズ比率との関係の一例を示すグラフ。
【図１３】１歩行周期時間とフェーズ比率との関係の一例を示すグラフ。
【図１４】１歩行周期時間とフェーズ比率との関係の一例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本体動判別装置が取り得る形態の一例）
〔１〕本体動判別装置の独立した一形態は、歩行動作の種類を判別する体動判別装置であって、歩行動作に応じて変化する信号である検知信号に基づいて、１歩行周期において遊脚前期が形成されていた時間である遊脚前期時間、１歩行周期において遊脚後期が形成されていた時間である遊脚後期時間、および、１歩行周期において遊脚期が形成されていた時間である遊脚通期時間のうちの少なくとも１つを算出し、前記遊脚前期時間、前記遊脚後期時間、および、前記遊脚通期時間のうちの少なくとも１つに基づいて歩行動作の種類を判別する。
【００１１】
歩行動作の種類の違いは、身体の動作に関する各種のパラメーターに現れる。本願発明者は、そのようなパラメーターのなかでも、遊脚期に関連する時間である遊脚前期時間、遊脚後期時間、および、遊脚通期時間のそれぞれが、歩行動作の種類の違いを明確に反映するパラメーターの１つに該当することを実験等により確認した。本体動判別装置は、このような事項を踏まえ、上記〔１〕のとおり歩行動作の種類を判別する。このため、歩行動作の種類を適切に判別することができる。
【００１２】
なお、本体動判別装置が想定する平地は、完全に水平な接地面だけではなく、日常生活において実質的に水平とみなすことができる範囲に含まれる多様な接地面を意味する。例えば、完全に水平な接地面に対して傾斜を持つ接地面であっても、傾斜の程度が日常生活において実質的に水平とみなすことができる範囲に含まれる場合、この接地面は、本体動判別装置が想定する平地に含まれる。
【００１３】
〔２〕前記体動判別装置に従属する一形態は、前記遊脚前期時間および前記遊脚後期時間を算出し、前記遊脚前期時間および前記遊脚後期時間に基づいて歩行動作の種類を判別する。
【００１４】
本願発明者は、遊脚前期時間および遊脚後期時間に基づいて演算した値が、歩行動作の種類の違いを明確に反映するパラメーターの１つに該当することを実験等により確認した。本体動判別装置は、このような事項を踏まえ、上記〔２〕のとおり歩行動作の種類を判別する。このため、歩行動作の種類をより適切に判別することができる。
【００１５】
〔３〕前記体動判別装置に従属する一形態は、前記遊脚前期時間と前記遊脚後期時間との差である差時間に基づいて歩行動作の種類を判別する。
本願発明者は、差時間が、歩行動作の種類の違いを明確に反映するパラメーターの１つに該当することを実験等により確認した。本体動判別装置は、このような事項を踏まえ、上記〔３〕のとおり歩行動作の種類を判別する。このため、歩行動作の種類をより適切に判別することができる。
【００１６】
〔４〕前記体動判別装置に従属する一形態は、前記検知信号に基づいて、１歩行周期が形成されていた時間である１歩行周期時間を算出し、前記１歩行周期時間および前記差時間に基づいて歩行動作の種類を判別する。
【００１７】
本願発明者は、１歩行周期時間および差時間に基づいて演算した値が、歩行動作の種類の違いを明確に反映するパラメーターの１つに該当することを実験等により確認した。本体動判別装置は、このような事項を踏まえ、上記〔４〕のとおり歩行動作の種類を判別する。このため、歩行動作の種類をより適切に判別することができる。
【００１８】
〔５〕前記体動判別装置に従属する一形態は、前記検知信号に基づいて、１歩行周期が形成されていた時間である１歩行周期時間、および、前記遊脚前期時間を算出し、前記１歩行周期時間および前記遊脚前期時間に基づいて、歩行動作の種類を判別する。
【００１９】
本願発明者は、１歩行周期時間および遊脚前期時間に基づいて演算した値が、歩行動作の種類の違いを明確に反映するパラメーターの１つに該当することを実験等により確認した。本体動判別装置は、このような事項を踏まえ、上記〔５〕のとおり歩行動作の種類を判別する。このため、歩行動作の種類をより適切に判別することができる。
【００２０】
〔６〕前記体動判別装置に従属する一形態は、前記検知信号に基づいて、１歩行周期が形成されていた時間である１歩行周期時間、および、前記遊脚後期時間を算出し、前記１歩行周期時間および前記遊脚後期時間に基づいて、歩行動作の種類を判別する。
【００２１】
本願発明者は、１歩行周期時間および遊脚後期時間に基づいて演算した値が、歩行動作の種類の違いを明確に反映するパラメーターの１つに該当することを実験等により確認した。本体動判別装置は、このような事項を踏まえ、上記〔６〕のとおり歩行動作の種類を判別する。このため、歩行動作の種類をより適切に判別することができる。
【００２２】
〔７〕前記体動判別装置に従属する一形態は、歩行動作の種類が平地歩行および昇降歩行のいずれに該当するかを判別する。
遊脚期に関連する時間である遊脚前期時間、遊脚後期時間、および、遊脚通期時間は、それぞれ、平地歩行および昇降歩行の違いを明確に反映するパラメーターの１つに該当する。その理由は、次のように考えられる。
【００２３】
脚は、平地歩行の遊脚期、および、昇降歩行の遊脚期において、互いに異なる動作を形成する。一方、任意の歩行動作における歩行フェーズが遊脚期に該当する場合、足が接地面から離れている。このため、遊脚期は、実質的に歩行フェーズの全期間において足が接地面と接触している立脚期と比較して、平地歩行における脚の動作、および、昇降歩行における脚の動作のそれぞれの特徴が現れやすい。このため、平地歩行および昇降歩行の違いが、遊脚期に関連する時間である遊脚前期時間、遊脚後期時間、および、遊脚通期時間のそれぞれに反映されると考えられる。このため、これらの時間の少なくとも１つに基づいて、歩行動作の種類が平地歩行および昇降歩行のいずれに該当するかを適切に判別することができる。
【００２４】
〔８〕前記体動判別装置に従属する一形態は、歩行動作の種類が平地歩行、階段昇り歩行、および、階段降り歩行のいずれに該当するかを判別する。
脚は、階段昇り歩行の遊脚期、および、階段降り歩行の遊脚期において、互いに異なる動作を形成する。このため、遊脚期に関連する時間である遊脚前期時間、遊脚後期時間、および、遊脚通期時間のそれぞれに、階段昇り歩行および階段降り歩行の違いも反映されると考えられる。このため、これらの時間の少なくとも１つに基づいて、歩行動作の種類が平地歩行、階段昇り歩行、および、階段降り歩行のいずれに該当するかを適切に判別することができる。なお、階段昇り歩行は、使用者が歩行しながら階段を昇る歩行動作を示す。また、階段降り歩行は、使用者が歩行しながら階段を降りる歩行動作を示す。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、人体刺激装置１０を使用する使用者３００のモデルを示している。人体刺激装置１０は、歩行時における下肢の運動能力を高める機能、下肢を鍛錬する機能、および、歩行時における膝の痛みを緩和する機能の少なくとも１つを持つ。人体刺激装置１０は、体動判別装置１００（図５参照）により、使用者３００の歩行フェーズおよび歩行動作の種類を判別し、判別した結果に基づいて、大腿電極７０および下腿電極８０の少なくとも一方から電気的な刺激を出力する。このような人体刺激装置１０の動作が、上記の各機能の１つまたは複数を実現する。
【００２６】
人体刺激装置１０は、機能的に結合した複数の構成要素の集合体であり、右脚用のサポーター２０、左脚用のサポーター２０、および、１つのコントローラー５０を含む。コントローラー５０は、一例として、使用者３００の衣服に取り付けられる。
【００２７】
なお、右脚用のサポーター２０および左脚用のサポーター２０は、身体の正中面に対して左右対称の関係を有し、実質的に同じ構成を有している。以下の説明は、右脚用のサポーター２０および左脚用のサポーター２０に共通する事項を説明する場合、サポーター２０の種類を区別していない。
【００２８】
図２は、サポーター２０を装着した使用者３００の膝およびその周辺の部位を示している。サポーター２０は、大腿電極７０、下腿電極８０、大腿センサー１１０、および、下腿センサー１２０を保持している。サポーター２０の上部は、脚３１０の大腿３２０にフィットする。サポーター２０の下部は、脚３１０の下腿３３０にフィットする。
【００２９】
大腿電極７０は、一対の正電極および負電極を含む。大腿電極７０は、サポーター２０の上部の内周面に取り付けられている。このため、サポーター２０が脚３１０に装着されているとき、大腿電極７０が大腿３２０に接触している。
【００３０】
下腿電極８０は、一対の正電極および負電極を含む。下腿電極８０は、サポーター２０の下部の内周面に取り付けられている。このため、サポーター２０が脚３１０に装着されているとき、下腿電極８０が下腿３３０に接触している。
【００３１】
コントローラー５０は、複数のボタン５１およびディスプレイ５２を含む。ケーブル６０が、コントローラー５０と大腿電極７０、下腿電極８０、大腿センサー１１０、および、下腿センサー１２０とを電気的に接続している。
【００３２】
図３は、サポーター２０の内周面側を示している。
右側の連結バンド２３が、サポーター２０の上部の右側部、および、サポーター２０の下部の右側部のそれぞれと結合している。左側の連結バンド２３が、サポーター２０の上部の左側部、および、サポーター２０の下部の左側部のそれぞれと結合している。各連結バンド２３は、高い伸縮性を有する。
【００３３】
右側の大腿バンド３０が、サポーター２０の上部の右側部と結合している。面ファスナーのフック３１が、右側の大腿バンド３０と結合している。左側の大腿バンド３０が、サポーター２０の上部の左側部と結合している。面ファスナーのループ３２が、左側の大腿バンド３０と結合している。
【００３４】
右側の下腿バンド４０が、サポーター２０の下部の右側部と結合している。面ファスナーのフック４１が、右側の下腿バンド４０と結合している。左側の下腿バンド４０が、サポーター２０の下部の左側部と結合している。面ファスナーのループ４２が、左側の下腿バンド４０と結合している。
【００３５】
第１ホルダー２１が、サポーター２０の上部の内周面と結合している。第１ホルダー２１は、大腿センサー１１０を収容している。第２ホルダー２２が、サポーター２０の下部の内周面と結合している。第２ホルダー２２は、下腿センサー１２０を収容している。
【００３６】
大腿センサー１１０の一例は、加速度センサーである。大腿センサー１１０は、股関節を中心に回転する大腿３２０の加速度に応じて変化する信号である大腿検知信号ＳＴを、コントローラー５０に出力する。
【００３７】
下腿センサー１２０の一例は、角速度センサーである。下腿センサー１２０は、膝関節を中心に回転する下腿３３０の角速度に応じて変化する信号である下腿検知信号ＳＬを、コントローラー５０に出力する。
【００３８】
図４を参照して、人の歩行動作について説明する。
図４（ａ）は、人が平地歩行するときの右脚３１０および左脚３１０の動作の一例を示している。図４（ｂ）は、右脚３１０の１歩行周期の一例を示している。右脚３１０の１歩行周期は、右足の踵が接地したタイミングから、次に右足の踵が接地するタイミングまでの期間である。図４（ｃ）は、左脚３１０の１歩行周期の一例を示している。左脚３１０の１歩行周期は、左足の踵が接地したタイミングから、次に左足の踵が接地するタイミングまでの期間である。
【００３９】
図４（ｄ）は、右脚３１０の歩行動作の一例を示している。図４（ｅ）は、左脚３１０の歩行動作の一例を示している。１歩行周期における脚３１０の動作は、複数の歩行フェーズに区分される。この動作は、大きくは２つの歩行フェーズである立脚期および遊脚期に区分される。立脚期は、一例として、２つの歩行フェーズである立脚前期および立脚後期にさらに区分される。遊脚期は、一例として、２つのフェーズである遊脚前期および遊脚後期にさらに区分される。
【００４０】
立脚期は、右脚３１０の足または左脚３１０の足が接地面に接地している期間である。立脚前期は、立脚期において、踵が接地面に接地してから、踵が接地面から離れるまでの期間である。立脚後期は、立脚期において、踵が接地面から離れてから、爪先が接地面から離れるまでの期間である。
【００４１】
遊脚期は、右脚３１０の足または左脚３１０の足が接地面から離れている期間である。遊脚前期は、遊脚期において、右脚３１０または左脚３１０が体幹よりも後方に存在している期間である。遊脚後期は、遊脚期において、右脚３１０または左脚３１０が体幹よりも前方に存在している期間である。
【００４２】
左脚３１０の歩行フェーズは、右脚３１０の歩行フェーズが立脚期から遊脚期に変化する前に、遊脚期から立脚期に移行する。また、右脚３１０の歩行フェーズは、左脚３１０の歩行フェーズが立脚期から遊脚期に変化する前に、遊脚期から立脚期に移行する。このように、人の歩行動作によれば、一方の脚３１０の立脚期の後半、および、他方の脚３１０の立脚期の前半がオーバーラップする。このため、１歩行周期の一部に左右の脚３１０が接地している期間が存在する。
【００４３】
図５を参照して、人体刺激装置１０の機能ブロックの構成について説明する。
コントローラー５０は、電源ブロック５３および制御部２００を内蔵している。電源ブロック５３は、１次電池または２次電池の電力を各電気ブロックに供給する。ボタン５１、ディスプレイ５２、大腿センサー１１０、下腿センサー１２０、制御部２００、大腿電極７０、および、下腿電極８０は、電源ブロック５３から電力が供給される電気ブロックの一例に該当する。
【００４４】
制御部２００が取り得る形態の一例は、マイクロコントローラーである。制御部２００は、右脚３１０および左脚３１０の大腿センサー１１０から入力される大腿検知信号ＳＴ、ならびに、右脚３１０および左脚３１０の下腿センサー１２０から入力される下腿検知信号ＳＬ等に基づいて、歩行フェーズおよび歩行動作の種類を判別する。制御部２００は、判別結果に基づいて、歩行フェーズおよび歩行動作の種類に適した電気刺激を大腿電極７０および下腿電極８０の一方または両方に出力させる。
【００４５】
制御部２００は、このような機能を実現する機能ブロックである判別部２１０および出力部２４０を含む。判別部２１０は、歩行に関する判別を実行する。判別部２１０は、その機能を実現する機能ブロックであるフェーズ判別部２２０および動作種類判別部２３０を含む。
【００４６】
フェーズ判別部２２０は、歩行フェーズが予め区分した複数の歩行フェーズのいずれに該当するかを判別し、その結果を動作種類判別部２３０および出力部２４０に出力する。フェーズ判別部２２０は、その機能を実現する機能ブロックである演算処理部２２１、比較部２２２、および、論理演算部２２３を含む。フェーズ判別部２２０は、一例として、歩行フェーズを立脚前期、立脚後期、遊脚前期、および、遊脚後期に区分している。
【００４７】
演算処理部２２１は、各大腿センサー１１０の大腿検知信号ＳＴ、および、各下腿センサー１２０の下腿検知信号ＳＬの信号処理を実行する。この信号処理は、一例として、高周波成分等のノイズの除去、移動平均値の算出、および、周波数解析等を含む。演算処理部２２１は、信号処理の結果を比較部２２２に出力する。
【００４８】
比較部２２２は、演算処理部２２１の演算結果に基づいて歩行フェーズに関する判別を実行する。比較部２２２は、該当する歩行フェーズを複数の歩行フェーズのうちの１つに特定できた場合、その結果を動作種類判別部２３０および出力部２４０に出力する。比較部２２２は、該当する歩行フェーズが複数存在する場合、その結果を論理演算部２２３に出力する。
【００４９】
論理演算部２２３は、比較部２２２の比較結果に基づいて歩行フェーズに関する判別を実行し、該当する歩行フェーズを複数の歩行フェーズのうちの１つに特定し、その結果を動作種類判別部２３０および出力部２４０に出力する。
【００５０】
動作種類判別部２３０は、歩行動作の種類が予め規定した複数の歩行動作の種類のいずれに該当するかを判別し、その結果を出力部２４０に出力する。動作種類判別部２３０は、その機能を実現する機能ブロックである時間記憶部２３１および判別値演算部２３２を含む。動作種類判別部２３０は、一例として、歩行動作の種類として平地歩行、昇降歩行の１つに該当する階段昇り歩行、および、昇降歩行の１つに該当する階段降り歩行を規定している。
【００５１】
時間記憶部２３１は、フェーズ判別部２２０の判別結果に基づいて、各歩行フェーズが形成されていた時間である区分時間を求める処理、および、各区分時間を用いて四則演算した結果である組合時間を求める処理を実行し、その結果を順次記憶する。各区分時間を用いた四則演算の一例は、異なる２種類の区分時間の差を算出する処理、および、異なる２種類の区分時間の合計に対する一方の区分時間の割合を算出する処理である。
【００５２】
判別値演算部２３２は、時間記憶部２３１が記憶している区分時間、組合時間、および、予め記憶している判別関数に基づいて、歩行動作の種類を判別し、判別結果である歩行動作の種類を出力部２４０に出力する。
【００５３】
出力部２４０は、右脚３１０および左脚３１０の各電極７０，８０に出力させる電気刺激の大きさを、判別値演算部２３２が出力した歩行動作の種類および歩行フェーズに基づいて個別に設定し、設定した電気刺激を出力させるための指令信号を生成する。出力部２４０は、一例として、脚３１０の大腿電極７０および下腿電極８０に対して同じタイミングで電気刺激を出力させる。
【００５４】
大腿電極７０および下腿電極８０は、それぞれ、出力部２４０が出力した指令信号を受信したことに基づいて、歩行動作の種類および歩行フェーズに応じた電気刺激を出力する。各電極７０，８０が、対応する脚３１０に電気刺激を与えることにより、この脚３１０の筋肉が収縮する。なお、体動判別装置１００の一形態は、大腿センサー１１０、下腿センサー１２０、および、判別部２１０を含む。
【００５５】
図６を参照して、歩行フェーズの判別方法について説明する。
フェーズ判別部２２０は、予め設定された判別関数に基づいて、そのときどきの歩行フェーズが立脚前期、立脚後期、遊脚前期、および、遊脚後期のいずれに該当するかを判別する。判別関数は、一例として、下記式［１］により記述される。
【００５６】
【数１】
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変数Ｘ１、変数Ｘ２、変数Ｘ３、および、変数Ｘ４（以下、「変数Ｘ１〜Ｘ４」）の一例は、大腿検知信号ＳＴの特徴的な値、下腿検知信号ＳＬの特徴的な値、および、これらの特徴的な値を用いて得られる別の演算値である。大腿検知信号ＳＴの特徴的な値、および、下腿検知信号ＳＬの特徴的な値の一例は、移動平均値または微分値である。別の演算値は、連続的に得られる値であり、各種の値を取り得る。別の演算値の一例は、大腿検知信号ＳＴの特徴的な値、および、下腿検知信号ＳＬの特徴的な値を加算した値である。別の演算値の他の一例は、大腿検知信号ＳＴの特徴的な値、および、下腿検知信号ＳＬの特徴的な値の一方から他方を減算した値である。
【００５７】
係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ（以下、「係数ａ〜ｄ」）および定数Ｃは、一例として、多変数解析手法の１手法である判別分析法を用いて設定される。これらの係数ａ〜ｄおよび定数Ｃの設定方法の一例を以下に示す。
【００５８】
判別関数の立案者は、歩行フェーズと相関を持つパラメーターを測定する歩行テストを実施する。この歩行テストによれば、大腿センサー１１０および下腿センサー１２０とは別のセンサーを複数の被験者の身体に取り付け、被験者が歩行動作することにより得られるセンサーの出力を記録する。別のセンサーの一例は、足にかかる力を検知する圧力センサーである。次に、センサーの出力に基づいて歩行フェーズ毎に変数Ｘ１〜Ｘ４を算出する。
【００５９】
立案者は、センサーの出力から得られた多数の変数Ｘ１〜Ｘ４を、判別の目的としての歩行フェーズを示す群、および、判別の目的としての歩行フェーズを示さない群にグループ化するための判別関数を判別分析法により立案する。このとき、そのような判別関数が得られるように係数ａ〜ｄおよび定数Ｃが設定される。係数ａ〜ｄは、歩行フェーズ毎に設定される。
【００６０】
判別値Ｚの１つである所定閾値は、任意の変数Ｘ１〜Ｘ４に基づいて算出される判別値Ｚが属する群を判別する。判別関数が持つ所定閾値の一例は、「０」である。判別関数が目的の歩行フェーズに対応する係数ａ〜ｄを持つ場合、変数Ｘ１〜Ｘ４を代入して得られた判別値Ｚが所定閾値よりも大きいとき、すなわち、正の値を取るとき、その判別値Ｚは判別の目的としての歩行フェーズを示す群に属する。一方、得られた判別値Ｚが所定閾値よりも小さいとき、すなわち、負の値を取るとき、その判別値Ｚは判別の目的としての歩行フェーズを示さない群に属する。
【００６１】
フェーズ判別部２２０による具体的な歩行フェーズの判別方法を以下に示す。
フェーズ判別部２２０は、右脚３１０の大腿センサー１１０および下腿センサー１２０の検知結果に基づく歩行フェーズの判別、ならびに、左脚３１０の大腿センサー１１０および下腿センサー１２０の検知結果に基づく歩行フェーズの判別を実行する。フェーズ判別部２２０は、歩行フェーズ毎に設定された係数ａ〜ｄの組み合わせ、および、この組み合わせに対応付けて設定された複数の所定閾値を記憶している。複数の所定閾値の一例は、第１閾値ＴＨ１、第２閾値ＴＨ２、第３閾値ＴＨ３、および、第４閾値ＴＨ４（以下、「閾値ＴＨ１〜ＴＨ４」）であり、この一例ではこれらの閾値がいずれも「０」に設定されている。
【００６２】
演算処理部２２１は、大腿検知信号ＳＴおよび下腿検知信号ＳＬに基づいて、変数Ｘ１〜Ｘ４を算出する。演算処理部２２１は、歩行フェーズ毎の係数ａ〜ｄの組み合わせのなかから、予め設定されたルールに従い１つの組み合わせを選択し、判別関数に代入する。演算処理部２２１は、この判別関数、および、変数Ｘ１〜Ｘ４に基づいて判別値Ｚを算出する。
【００６３】
比較部２２２は、演算処理部２２１において算出された判別値Ｚと、係数ａ〜ｄの組み合わせに対応する所定閾値とを比較し、判別値Ｚが正の値および負の値のいずれを取るかを判定する。なお、比較部２２２は、判別値Ｚが所定閾値と一致するとき、一例として、判別結果を確定することを保留し、新しく取得した判別値Ｚに基づいて上記と同様の比較を再び実行する。
【００６４】
比較部２２２は、判別値Ｚが正の値を取るとき（判別値Ｚが所定閾値よりも大きいとき）、そのときの歩行フェーズが係数ａ〜ｄの組み合わせに対応する歩行フェーズに該当すると判別する。すなわち、比較部２２２は、そのときの歩行フェーズを複数の歩行フェーズのうちの１つの歩行フェーズに特定する。この場合、比較部２２２は、判別結果である歩行フェーズを動作種類判別部２３０および出力部２４０に出力する。
【００６５】
比較部２２２は、判別値Ｚが負の値を取るとき（判別値Ｚが所定閾値よりも小さいとき）、そのときの歩行フェーズが係数ａ〜ｄの組み合わせに対応する歩行フェーズに該当しないと判別する。すなわち、比較部２２２は、そのときの歩行フェーズが複数の歩行フェーズのうちのいくつかの歩行フェーズに該当すると判別する。この場合、比較部２２２は、判別結果であるいくつかの歩行フェーズを論理演算部２２３に出力する。
【００６６】
論理演算部２２３は、比較部２２２の判別結果に基づいて論理演算を実行し、そのときの歩行フェーズを複数の歩行フェーズのうちの１つの歩行フェーズに特定し、その結果を動作種類判別部２３０に出力する。なお、論理演算部２２３は、そのときの歩行フェーズを複数の歩行フェーズのうちの１つの歩行フェーズに特定できるまで、比較部２２２の判別結果を順次蓄積して論理演算を繰り返す。
【００６７】
図６（ａ）は、平地歩行にともなう判別値Ｚの変化の一例を示している。図６（ｂ）は、判別値Ｚに基づいて判別された歩行フェーズを示している。なお、図６（ａ）において閾値ＴＨ１〜ＴＨ４により区画される判別値Ｚの各領域は、歩行フェーズが立脚期に該当する場合、および、歩行フェーズが遊脚期に該当する場合において、正および負の符号が互いに異なる。歩行フェーズが立脚期に該当する場合、各閾値ＴＨ１，ＴＨ２よりも上側の領域が判別値Ｚの正の領域であり、各閾値ＴＨ１，ＴＨ２よりも下側の領域が判別値Ｚの負の領域である。歩行フェーズが遊脚期に該当する場合、各閾値ＴＨ３，ＴＨ４よりも下側の領域が判別値Ｚの正の領域であり、各閾値ＴＨ３，ＴＨ４よりも上側の領域が判別値Ｚの負の領域である。
【００６８】
歩行フェーズが立脚前期のとき、時刻ｔ１１〜ｔ１２の期間に示されるとおり、判別値Ｚが第１閾値ＴＨ１よりも大きい値を取る。このため、フェーズ判別部２２０は、歩行フェーズが立脚前期であると判定する。
【００６９】
歩行フェーズが立脚後期のとき、時刻ｔ１２〜ｔ１３の期間に示されるとおり、判別値Ｚが第２閾値ＴＨ２よりも大きい値を取る。このため、フェーズ判別部２２０は、歩行フェーズが立脚前期であると判定する。
【００７０】
歩行フェーズが遊脚前期のとき、時刻ｔ１３〜ｔ１４の期間に示されるとおり、判別値Ｚが第３閾値ＴＨ３よりも大きい値を取る。このため、フェーズ判別部２２０は、歩行フェーズが遊脚前期であると判定する。
【００７１】
歩行フェーズが遊脚前期のとき、時刻ｔ１４〜ｔ１５の期間に示されるとおり、判別値Ｚが第４閾値ＴＨ４よりも大きい値を取る。このため、フェーズ判別部２２０は、歩行フェーズが遊脚後期であると判定する。
【００７２】
図７Ａ〜図７Ｃを参照して、歩行動作の種類の判別方法について説明する。
歩行動作の種類の違いは、身体の動作に関する各種のパラメーターに現れる。本願発明者は、そのようなパラメーターのなかでも、遊脚期に関連する時間が、歩行動作の種類の違いを明確に反映するパラメーターの１つに該当することを実験等により確認した。体動判別装置１００は、このような事項を踏まえ、遊脚期に関連する時間を変数として記述される判別関数を用いて、歩行動作の種類を判別する。
【００７３】
遊脚期に関連する時間が、上記のとおり歩行動作の種類を反映する理由は、次のように考えられる。脚３１０は、平地歩行の遊脚期、および、昇降歩行の遊脚期において、互いに異なる動作を形成する。一方、任意の歩行動作における歩行フェーズが遊脚期に該当する場合、足が接地面から離れている。このため、遊脚期は、実質的に歩行フェーズの全期間において足が接地面と接触している立脚期と比較して、平地歩行における脚３１０の動作、および、昇降歩行における脚３１０の動作のそれぞれの特徴が現れやすい。このため、平地歩行および昇降歩行の違いが、遊脚期に関連する時間に反映されると考えられる。
【００７４】
また、脚３１０は、階段昇り歩行の遊脚期、および、階段降り歩行の遊脚期において、互いに異なる動作を形成する。このため、階段昇り歩行および階段降り歩行の違いも遊脚期に関連する時間に反映されると考えられる。
【００７５】
このため、遊脚期に関連する時間に基づいて、歩行動作の種類が平地歩行、階段昇り歩行、および、階段降り歩行のいずれに該当するかを適切に判別することができると考えられる。
【００７６】
体動判別装置１００に含まれる構成要素のうちの動作種類判別部２３０が、歩行動作の種類を判別する役割を持つ。動作種類判別部２３０は、予め設定された複数の判別関数に基づいて、そのときどきの歩行動作の種類が平地歩行、階段昇り歩行、および、階段降り歩行のいずれに該当するかを判別する。複数の判別関数は、一例として、下記式［２］、下記式［３］、および、下記式［４］により記述される。
【００７７】
【数２】
2015136582.tif 000004
【００７８】
【数３】
2015136582.tif 000005
【００７９】
【数４】
2015136582.tif 000006
式［２］〜式［４］の変数Ｘｍ１、変数Ｘｍ２、および、変数Ｘｍ３（以下、「変数Ｘｍ１〜Ｘｍ３」）は、一例として、大腿検知信号ＳＴおよび下腿検知信号ＳＬの少なくとも一方に基づいて算出された歩行動作に関する時間を取る。変数Ｘｍ１の一例は、遊脚前期時間であり、変数Ｘｍ２の一例は遊脚後期時間であり、変数Ｘｍ３の一例は差時間である。遊脚前期時間は、１歩行周期において遊脚前期が形成されていた時間である。遊脚後期時間は、１歩行周期において遊脚後期が形成されていた時間である。差時間は、遊脚前期時間から遊脚後期時間を減算した時間である。
【００８０】
式［２］の係数ａ１，ｂ１，ｃ１（以下、「係数ａ１〜ｃ１」）および定数Ｃ１は、一例として、多変数解析手法の１手法である判別分析法を用いて設定される。式［３］の係数ａ２，ｂ２，ｃ２（以下、「係数ａ２〜ｃ２」）および定数Ｃ２、ならびに、式［４］の係数ａ３，ｂ３，ｃ３（以下、「係数ａ３〜ｃ３」）および定数Ｃ３も同様に設定される。これらの係数および定数の設定方法の一例を以下に示す。
【００８１】
判別関数の立案者は、歩行動作の種類と相関を持つパラメーターを測定する歩行テストを実施する。この歩行テストによれば、複数の被験者が、平地歩行、階段昇り歩行、および、階段降り歩行のそれぞれの歩行動作を形成し、歩行動作の種類が既知である条件において、フェーズ判別部２２０を含む計測装置により歩行フェーズを判別する。次に、この判別結果に基づいて、それぞれの歩行動作における遊脚前期時間である変数Ｘｍ１、遊脚後期時間である変数Ｘｍ２、および、差時間である変数Ｘｍ３を算出する。
【００８２】
立案者は、測定により得られた多数の変数Ｘｍ１〜Ｘｍ３を、平地歩行および階段昇り歩行を示す群、および、階段降り歩行および階段昇り歩行を示す群にグループ化するための判別関数を判別分析法により立案する。このとき、そのような判別関数が得られるように、式［２］における係数ａ１〜ｃ１および定数Ｃ１が設定される。
【００８３】
式［２］における第１判別値Ｚ１の１つである第１判別閾値ＴＸ１は、任意の変数Ｘｍ１〜Ｘｍ３に基づいて算出される第１判別値Ｚ１が属する群を判別する。判別関数が持つ第１判別閾値ＴＸ１の一例は、「０」である。変数Ｘｍ１〜Ｘｍ３を式［２］に代入して得られた第１判別値Ｚ１が第１判別閾値ＴＸ１よりも大きいとき、すなわち、正の値を取るとき、その第１判別値Ｚ１は平地歩行および階段昇り歩行を示す群に属する。一方、得られた第１判別値Ｚ１が第１判別閾値ＴＸ１よりも小さいとき、すなわち、負の値を取るとき、その第１判別値Ｚ１は階段降り歩行および階段昇り歩行を示す群に属する。
【００８４】
立案者は、測定により得られた多数の変数Ｘｍ１〜Ｘｍ３を、平地歩行および階段降り歩行を示す群、および、階段昇り歩行および階段降り歩行を示す群にグループ化するための判別関数を判別分析法により立案する。このとき、そのような判別関数が得られるように、式［３］における係数ａ２〜ｃ２および定数Ｃ２が設定される。
【００８５】
式［３］における第２判別値Ｚ２の１つである第２判別閾値ＴＸ２は、任意の変数Ｘｍ１〜Ｘｍ３に基づいて算出される第２判別値Ｚ２が属する群を判別する。判別関数が持つ第２判別閾値ＴＸ２の一例は、「０」である。変数Ｘｍ１〜Ｘｍ３を式［３］に代入して得られた第２判別値Ｚ２が第２判別閾値ＴＸ２よりも大きいとき、すなわち、正の値を取るとき、その第２判別値Ｚ２は平地歩行および階段降り歩行を示す群に属する。一方、得られた第２判別値Ｚ２が第２判別閾値ＴＸ２よりも小さいとき、すなわち、負の値を取るとき、その第２判別値Ｚ２は階段昇り歩行および階段降り歩行を示す群に属する。
【００８６】
立案者は、測定により得られた多数の変数Ｘｍ１〜Ｘｍ３を、階段降り歩行および平地歩行を示す群、および、階段昇り歩行および平地歩行を示す群にグループ化するための判別関数を判別分析法により立案する。このとき、そのような判別関数が得られるように、式［４］における係数ａ３〜ｃ３および定数Ｃ３が設定される。
【００８７】
式［４］における第３判別値Ｚ３の１つである第３判別閾値ＴＸ３は、任意の変数Ｘｍ１〜Ｘｍ３に基づいて算出される第３判別値Ｚ３が属する群を判別する。判別関数が持つ第３判別閾値ＴＸ３の一例は、「０」である。変数Ｘｍ１〜Ｘｍ３を式［４］に代入して得られた第３判別値Ｚ３が第３判別閾値ＴＸ３よりも大きいとき、すなわち、正の値を取るとき、その第３判別値Ｚ３は階段降り歩行および平地歩行を示す群に属する。一方、得られた第３判別値Ｚ３が第３判別閾値ＴＸ３よりも小さいとき、すなわち、負の値を取るとき、その第３判別値Ｚ３は階段昇り歩行および平地歩行を示す群に属する。
【００８８】
図７Ａは、第１判別値Ｚ１および第２判別値Ｚ２の座標平面を示している。横の座標軸は、第１判別値Ｚ１の軸を示している。縦の座標軸は、第２判別値Ｚ２の軸を示している。第１判別閾値ＴＸ１である「０」の第１判別値Ｚ１は、縦の座標軸と一致している。第２判別閾値ＴＸ２である「０」の第２判別値Ｚ２は、横の座標軸と一致している。
【００８９】
縦の座標軸よりも右側の領域は、第１判別値Ｚ１が正の符号を持つ領域を示している。縦の座標軸よりも左側の領域は、第１判別値Ｚ１が負の符号を持つ領域を示している。横の座標軸よりも上側の領域は、第２判別値Ｚ２が正の符号を持つ領域を示している。横の座標軸よりも下側の領域は、第２判別値Ｚ２が負の符号を持つ領域を示している。
【００９０】
図７Ａの座標平面の第１象限は、第１判別値Ｚ１が正の値を取り、かつ、第２判別値Ｚ２が正の値を取る領域を規定している。このため、第１象限に属する点は、第１判別閾値ＴＸ１により階段降り歩行を示す群に属さないことが判別され、第２判別閾値ＴＸ２により階段昇り歩行を示す群に属さないことが判別される。このため、第１象限は、その象限に属する点が平地歩行を示す群に属することを示す。
【００９１】
図７Ｂは、第２判別値Ｚ２および第３判別値Ｚ３の座標平面を示している。横の座標軸は、第２判別値Ｚ２の軸を示している。縦の座標軸は、第３判別値Ｚ３の軸を示している。第２判別閾値ＴＸ２である「０」の第２判別値Ｚ２は、縦の座標軸と一致している。第３判別閾値ＴＸ３である「０」の第３判別値Ｚ３は、横の座標軸と一致している。
【００９２】
縦の座標軸よりも右側の領域は、第２判別値Ｚ２が正の符号を持つ領域を示している。縦の座標軸よりも左側の領域は、第２判別値Ｚ２が負の符号を持つ領域を示している。横の座標軸よりも上側の領域は、第３判別値Ｚ３が正の符号を持つ領域を示している。横の座標軸よりも下側の領域は、第３判別値Ｚ３が負の符号を持つ領域を示している。
【００９３】
図７Ｂの座標平面の第３象限は、第３判別値Ｚ３が負の値を取り、かつ、第２判別値Ｚ２が負の値を取る領域を規定している。このため、第３象限に属する点は、第３判別閾値ＴＸ３により階段降り歩行を示す群に属さないことが判別され、第２判別閾値ＴＸ２により平地歩行を示す群に属さないことが判別される。このため、第３象限は、その象限に属する点が階段昇り歩行を示す群に属することを示す。
【００９４】
図７Ｃは、第３判別値Ｚ３および第１判別値Ｚ１の座標平面を示している。横の座標軸は、第３判別値Ｚ３の軸を示している。縦の座標軸は、第１判別値Ｚ１の軸を示している。第３判別閾値ＴＸ３である「０」の第３判別値Ｚ３は、縦の座標軸と一致している。第１判別閾値ＴＸ１である「０」の第１判別値Ｚ１は、横の座標軸と一致している。
【００９５】
縦の座標軸よりも右側の領域は、第３判別値Ｚ３が正の符号を持つ領域を示している。縦の座標軸よりも左側の領域は、第３判別値Ｚ３が負の符号を持つ領域を示している。横の座標軸よりも上側の領域は、第１判別値Ｚ１が正の符号を持つ領域を示している。横の座標軸よりも下側の領域は、第１判別値Ｚ１が負の符号を持つ領域を示している。
【００９６】
図７Ｃの座標平面の第４象限は、第３判別値Ｚ３が正の値を取り、かつ、第１判別値Ｚ１が負の値を取る領域を規定している。このため、第４象限に属する点は、第３判別閾値ＴＸ３により階段昇り歩行を示す群に属さないことが判別され、第１判別閾値ＴＸ１により平地歩行を示す群に属さないことが判別される。このため、第４象限は、その象限に属する点が階段降り歩行を示す群に属することを示す。
【００９７】
図７Ａ〜図７Ｃの各記号は、それぞれ、歩行動作の種類に関する歩行テストにより得られた第１判別値Ｚ１および第２判別値Ｚ２の点、第２判別値Ｚ２および第３判別値Ｚ３の点、ならびに、第３判別値Ｚ３および第１判別値Ｚ１の点を示している。
【００９８】
図７Ａに示されるとおり、被験者が平地歩行しているときに得られた第１判別値Ｚ１および第２判別値Ｚ２の点は、概ね第１象限に属している。この結果から、式［２］の判別関数により、歩行動作の種類を平地歩行と判別できることが示されている。
【００９９】
図７Ｂに示されるとおり、被験者が階段昇り歩行しているときに得られた第２判別値Ｚ２および第３判別値Ｚ３の点は、概ね第３象限に属している。この結果から、式［３］の判別関数により、歩行動作の種類を階段昇り歩行と判別できることが示されている。
【０１００】
図７Ｃに示されるとおり、被験者が階段降り歩行しているときに得られた第３判別値Ｚ３および第１判別値Ｚ１の点は、概ね第４象限に属している。この結果から、式［４］の判別関数により、歩行動作の種類を階段降り歩行と判別できることが示されている。
【０１０１】
動作種類判別部２３０による具体的な歩行動作の種類の判別方法を以下に示す。
動作種類判別部２３０は、式［２］〜式［４］により記述される各判別関数、ならびに、第１判別閾値ＴＸ１、第２判別閾値ＴＸ２、および、第３判別閾値ＴＸ３（以下、「判別閾値ＴＸ１〜ＴＸ３」）を予め記憶している。
【０１０２】
時間記憶部２３１は、フェーズ判別部２２０の判別結果に基づいて、区分時間である遊脚前期時間および遊脚後期時間、ならびに、組合時間である差時間を算出し、算出した各時間を順次記憶する。
【０１０３】
判別値演算部２３２は、時間記憶部２３１が記憶している遊脚前期時間、遊脚後期時間、および、差時間、ならびに、式［２］〜式［４］に基づいて、第１判別値Ｚ１、第２判別値Ｚ２、および、第３判別値Ｚ３（以下、「判別値Ｚ１〜Ｚ３」）を算出する。判別値演算部２３２は、第１判別値Ｚ１と第１判別閾値ＴＸ１との比較、第２判別値Ｚ２と第２判別閾値ＴＸ２との比較、および、第３判別値Ｚ３と第３判別閾値ＴＸ３との比較を実行する。
【０１０４】
判別値演算部２３２は、第１判別値Ｚ１が第１判別閾値ＴＸ１よりも大きく、すなわち、正の値を取り、かつ、第２判別値Ｚ２が第２判別閾値ＴＸ２よりも大きいとき、すなわち、正の値を取るとき、歩行動作の種類が平地歩行に該当すると判別する。この判別結果は、第１判別値Ｚ１および第２判別値Ｚ２が、図７Ａに示される座標平面の第１象限に属することにより、歩行動作の種類が平地歩行と判別される場合と実質的に同じことを示している。
【０１０５】
判別値演算部２３２は、第２判別値Ｚ２が第２判別閾値ＴＸ２よりも小さく、すなわち、負の値を取り、かつ、第３判別値Ｚ３が第３判別閾値ＴＸ３よりも小さいとき、すなわち、負の値を取るとき、歩行動作の種類が階段昇り歩行に該当すると判別する。この判別結果は、第２判別値Ｚ２および第３判別値Ｚ３が、図７Ｂに示される座標平面の第３象限に属することにより、歩行動作の種類が階段昇り歩行と判別される場合と実質的に同じことを示している。
【０１０６】
判別値演算部２３２は、第３判別値Ｚ３が第３判別閾値ＴＸ３よりも大きく、すなわち、正の値を取り、かつ、第１判別値Ｚ１が第１判別閾値ＴＸ１よりも小さいとき、すなわち、負の値を取るとき、歩行動作の種類が階段降り歩行に該当すると判別する。この判別結果は、第３判別値Ｚ３および第１判別値Ｚ１が、図７Ｃに示される座標平面の第４象限に属することにより、歩行動作の種類が階段降り歩行と判別される場合と実質的に同じことを示している。
【０１０７】
なお、判別値演算部２３２は、判別値Ｚ１〜Ｚ３の少なくとも１つが、対応する判別閾値ＴＸ１〜ＴＸ３と一致するとき、一例として、判別結果を確定することを保留し、新しく取得した判別値Ｚ１〜Ｚ３に基づいて上記と同様の比較を再び実行する。
【０１０８】
図８Ａ〜図８Ｃを参照して、電気刺激の出力方法について説明する。
出力部２４０は、歩行動作の種類および歩行フェーズに応じて電気刺激の強さを変化させるための複数のマップを予め記憶している。その一例は、図８Ａに示される歩行種類対応刺激マップ、図８Ｂに示される平地歩行専用刺激マップ、および、図８Ｃに示されるフェーズ対応刺激マップである。出力部２４０は、一例として、ボタン５１の操作により選択された刺激出力モードに基づいて、そのモードに対応するマップを選択する。
【０１０９】
使用者３００は、ボタン５１を操作することにより、複数の刺激出力モードのうちの任意のモードを選択できる。複数の刺激出力モードの一例は、歩行種類対応刺激モード、平地歩行専用刺激モード、および、フェーズ対応刺激モードである。
【０１１０】
出力部２４０は、ボタン５１により歩行種類対応刺激モードが選択されているとき、歩行種類対応刺激マップを選択する。出力部２４０は、ボタン５１により平地歩行専用刺激モードが選択されているとき、平地歩行専用刺激マップを選択する。出力部２４０は、ボタン５１によりフェーズ対応刺激モードが選択されているとき、フェーズ対応刺激マップを選択する。
【０１１１】
出力部２４０は、選択したマップ、および、予め規定された演算式に基づいて、各電極７０，８０に出力させる電気刺激の強さを決める電流値Ｉを算出し、算出した電流値Ｉを各電極７０，８０に出力する。上記演算式は、一例として、下記式［５］により記述される。
【０１１２】
【数５】
2015136582.tif 000007
定数Ｂは、大腿電極７０および下腿電極８０が出力する電気刺激の強さの基本値を決める役割を持つ。人体刺激装置１０の一例によれば、使用者３００は、ボタン５１を操作することにより、大腿電極７０および下腿電極８０のそれぞれに対応する定数Ｂの大きさを任意に設定できる。なお、定数Ｂの最大値は、人体が電気刺激を受けたときに強い痛みを感じない範囲の大きさを取ることが好ましい。
【０１１３】
係数Ｋは、歩行動作の種類および歩行フェーズに応じて電気刺激の強さを変化させる役割を持つ。係数Ｋは、定数Ｂが最大値を取る場合において、人体が電気刺激を受けたときに強い痛みを感じない範囲の大きさを取ることが好ましい。
【０１１４】
図８Ａは、歩行種類対応刺激マップの一例を示している。
係数Ｋは、歩行動作の種類に応じて異なる値を取り、かつ、それぞれの歩行動作においていずれの歩行フェーズにおいても同じ値を取る。係数Ｋは、平地歩行に対応する係数Ｋ、階段降り歩行に対応する係数Ｋ、および、階段昇り歩行に対応する係数Ｋの順に大きくなる。この係数Ｋの設定形態は、脚３１０にかかる負荷が大きい歩行動作が形成されているときに、脚３１０に与える電気刺激を強くすることを意図している。
【０１１５】
図８Ｂは、平地歩行専用刺激マップの一例を示している。
係数Ｋは、歩行動作の種類が平地歩行に該当するときに「０」より大きい値を取り、かつ、平地歩行のいずれの歩行フェーズにおいても同じ値を取る。係数Ｋは、歩行動作の種類が階段降り歩行または階段昇り歩行に該当するとき、「０」を取る。この係数Ｋの設定形態は、階段降り歩行および階段昇り歩行が形成されるときに、脚３１０に電気刺激を与えないことを意図している。
【０１１６】
図８Ｃは、フェーズ対応刺激マップの一例を示している。
係数Ｋは、それぞれの歩行動作において歩行フェーズ毎に異なる値を取る。この係数Ｋの設定形態は、脚３１０が形成する歩行動作および歩行フェーズに応じて、各種の観点から決められた好ましいと推定される電気刺激を脚３１０に与えることを意図している。
【０１１７】
各歩行動作の遊脚期が形成されているとき、脚３１０に電気刺激が与えられても、立脚期において脚３１０に電気刺激が与えられる場合と比較して、電気刺激がもたらす効果が小さいと推定されることがある。このため、電気刺激を効率的に脚３１０に与えることを意図して、各歩行動作の遊脚期に対応する係数Ｋが「０」に設定されている。
【０１１８】
平地歩行によれば、立脚前期が形成されている場合、立脚後期が形成されている場合と比較して、脚３１０にかかる負荷が大きいと推定されることがある。このため、立脚前期において脚３１０にかかる負荷を相対的に小さくすることを意図して、平地歩行の立脚前期に対応する係数Ｋが、平地歩行の立脚後期に対応する係数Ｋよりも大きい値に設定されている。
【０１１９】
階段降り歩行によれば、立脚前期が形成されている場合、立脚後期が形成されている場合と比較して、脚３１０にかかる負荷が大きいと推定されることがある。このため、立脚前期において脚３１０にかかる負荷を相対的に小さくすることを意図して、階段降り歩行の立脚前期に対応する係数Ｋが、階段降り歩行の立脚後期に対応する係数Ｋよりも大きい値に設定されている。
【０１２０】
階段昇り歩行によれば、立脚後期が形成されている場合、立脚前期が形成されている場合と比較して、脚３１０にかかる負荷が大きいと推定されることがある。このため、立脚後期において脚３１０にかかる負荷を相対的に小さくすることを意図して、階段昇り歩行の立脚後期に対応する係数Ｋが、階段昇り歩行の立脚前期に対応する係数Ｋよりも大きい値に設定されている。
【０１２１】
階段昇り歩行の立脚前期に脚３１０にかかる負荷は、階段降り歩行の立脚後期に脚３１０にかかる負荷、および、平地歩行の立脚前期に脚３１０にかかる負荷よりも大きくなりやすい。階段降り歩行の立脚後期に脚３１０にかかる負荷は、平地歩行の立脚前期に脚３１０にかかる負荷よりも大きくなりやすい。このため、係数Ｋは、階段昇り歩行の立脚前期に対応する係数Ｋ、階段降り歩行の立脚後期に対応する係数Ｋ、および、平地歩行の立脚前期に対応する係数Ｋの順に大きい値に設定されている。
【０１２２】
図９を参照して、人体刺激装置１０により得られる効果の一例について説明する。
変形性膝関節症を持つ人が歩行するとき、歩行動作にともない膝の痛みを感じやすい。痛みの発生原因の１つは、脚３１０の動作にともない下腿が大腿に対して左右方向に触れることである。一方、人体刺激装置１０は、脚３１０に電気刺激を与えることにより、そのような下腿の振れを小さくし、使用者３００の痛みを緩和する効果をもたらすことができる。
【０１２３】
本願発明者は、確認試験を実施することにより、人体刺激装置１０が上記効果を奏することを確認した。確認試験は、大腿の加速度面積を測定することにより、下腿の左右方向の振れと相関を持つ膝関節の回旋の程度を定量的に評価した。
【０１２４】
本願発明者は、一例として、次の方法により確認試験を実施した。この試験に用いられた主な測定装置は、３軸加速度センサー、解析用演算装置、および、人体刺激装置１０である。被験者は、左右の大腿のそれぞれに３軸加速度センサーおよび大腿電極７０を取り付け、左右の下腿のそれぞれに下腿電極８０を取り付け、次の２種類の条件下において歩行した。１つ目の条件では、被験者の平地歩行時において人体刺激装置１０を動作させることにより、歩行動作にともない脚３１０に電気刺激を与えた。２つ目の条件では、人体刺激装置１０を動作させていない状態において被験者が平地歩行した。
【０１２５】
３軸加速度センサーは、大腿の加速度に応じて変化する信号を解析用演算装置に出力する。解析用演算装置は、３軸加速度センサーの出力信号に基づいて、加速度の左右方向成分の波形、加速度の垂直方向成分の波形、および、加速度の前後方向成分の波形のそれぞれの面積である加速度面積を算出する。
【０１２６】
図９は、確認試験により得られた各方向成分の加速度面積の一例を示している。なお、以下で説明する確認試験の結果は、被験者が階段昇り歩行した場合、および、階段降り歩行した場合においても概ね共通している。
【０１２７】
左右方向成分の加速度面積は、脚３１０が電気刺激を受けていない場合よりも脚３１０が電気刺激を受けている場合において小さくなる。この結果は、人体刺激装置１０が脚３１０に電気刺激を与えることにより、平地歩行時において下腿が左右方向に触れにくいことを示している。このことにより、人体刺激装置１０が脚３１０に電気刺激を与えることにより、下腿の振れが小さくなり、使用者３００の痛みが緩和することが裏付けられている。
【０１２８】
垂直方向成分の加速度面積は、脚３１０が電気刺激を受けていない場合よりも脚３１０が電気刺激を受けている場合において大きくなる。この結果は、人体刺激装置１０が脚３１０に電気刺激を与えることにより、平地歩行時における大腿の垂直方向の運動速度が高められていることを示している。
【０１２９】
前後方向成分の加速度面積は、脚３１０が電気刺激を受けていない場合よりも脚３１０が電気刺激を受けている場合において大きくなる。この結果は、人体刺激装置１０が脚３１０に電気刺激を与えることにより、平地歩行時における大腿の前後方向の運動速度が高められていることを示している。
【０１３０】
人体刺激装置１０によれば、以下の効果が得られる。
（１）歩行動作の種類の違いは、身体の動作に関する各種のパラメーターに現れる。本願発明者は、そのようなパラメーターのなかでも、遊脚前期時間、遊脚後期時間、および、差時間のそれぞれが、歩行動作の種類の違いを明確に反映するパラメーターの１つに該当することを実験等により確認した。
【０１３１】
体動判別装置１００は、このような事項を踏まえ、遊脚前期時間、遊脚後期時間、および、差時間を変数として規定する判別関数である式［２］〜式［４］を用いて、歩行動作の種類を判別する。このため、歩行動作の種類を適切に判別することができる。
【０１３２】
（２）脚３１０にかかる負荷は、歩行動作の種類および歩行フェーズに応じて異なる。人体刺激装置１０は、このような事項を踏まえ、歩行動作の種類および歩行フェーズに応じて規定された係数Ｋに基づいて、各電極７０，８０に出力させる電気刺激の強さを設定している。このため、歩行動作の種類および歩行フェーズに応じた強さの電気刺激を脚３１０に与えることができる。
【０１３３】
（３）昇降歩行は、平地歩行と比較して身体のバランスの安定性が低い。また、人体刺激装置１０が脚３１０に電気刺激を与えた場合、その刺激に対して使用者３００が取り得る動作は、使用者３００の身体の状態、および、与えられる電気刺激に対して向けられる意識の度合等に応じて異なる。このため、昇降歩行によれば、平地歩行と比較して、人体刺激装置１０が脚３１０に電気刺激を付与することにより身体のバランスの不安定さが強められるおそれがある。
【０１３４】
人体刺激装置１０は、このような事項を踏まえ、使用者３００が昇降歩行しているとき、電気刺激の出力を停止する。このため、人体刺激装置１０を使用していない場合と実質的に同じ感覚が得られる。このため、使用者３００が昇降歩行しているときに、人体刺激装置１０に起因して身体のバランスが不安定化することが回避される。
【０１３５】
（４）歩行動作の種類が階段昇り歩行のときに脚３１０にかかる負荷、および、歩行動作の種類が階段降り歩行のときに脚３１０にかかる負荷は、互いに異なる。人体刺激装置１０は、このような事項を踏まえ、歩行動作の種類に応じて規定された係数Ｋに基づいて、各電極７０，８０に出力させる電気刺激の強さを設定している。このため、歩行動作の種類に応じた強さの電気刺激を脚３１０に与えることができる。
【０１３６】
（５）歩行フェーズが立脚前期のときに脚３１０にかかる負荷、および、歩行フェーズが立脚後期のときに脚３１０にかかる負荷は、互いに異なる。人体刺激装置１０は、このような事項を踏まえ、歩行フェーズに応じて規定された係数Ｋに基づいて、各電極７０，８０に出力させる電気刺激の強さを設定している。このため、歩行フェーズに応じた強さの電気刺激を脚３１０に与えることができる。
【０１３７】
（６）人体刺激装置１０は、電気刺激を使用者３００に与える。このため、出力する電気刺激の応答速度が高いことにより、歩行動作における多様な脚３１０の動きの変化に応じて、脚３１０により適切に電気刺激を与えることができる。
【０１３８】
（第２実施形態）
第２実施形態の人体刺激装置１０Ｘは、以下に説明する点において第１実施形態の人体刺激装置１０と相違し、その他の点において第１実施形態の人体刺激装置１０と実質的に同じ構成を有している。なお、第２実施形態の人体刺激装置１０Ｘの説明は、第１実施形態の人体刺激装置１０と共通する構成に同一の符号を付し、共通する構成の説明の一部または全部を省略している。
【０１３９】
第１実施形態の体動判別装置１００は、加速度センサーである大腿センサー１１０、および、加速度センサーである下腿センサー１２０を有し、それぞれのセンサーの検知信号に基づいて歩行フェーズを判別する。一方、第２実施形態の体動判別装置１００Ｘは、角速度センサーである大腿センサー１１０、角速度センサーである下腿センサー１２０、圧力センサーである爪先センサー１３０、および、圧力センサーである踵センサー１４０を有する。体動判別装置１００Ｘは、これらのセンサーの検知信号に基づいて歩行フェーズを判別する。なお、このような第２実施形態の人体刺激装置１０Ｘによれば、第１実施形態の人体刺激装置１０により得られる（１）〜（６）の効果に準じた効果が得られる。
【０１４０】
図１０は、第２実施形態の人体刺激装置１０Ｘの機能ブロックの構成を示している。人体刺激装置１０Ｘは、第１実施形態の人体刺激装置１０の各構成要素に加え、右足用の靴９０、左足用の靴９０、爪先センサー１３０、および、踵センサー１４０をさらに含む。なお、右足用の靴９０および左足用の靴９０は、身体の正中面に対して左右対称の関係を有し、実質的に同じ構成を有している。以下の説明は、右足用の靴９０および左足用の靴９０に共通する事項を説明する場合、靴９０の種類を区別していない。
【０１４１】
靴９０の爪先の部分が、爪先センサー１３０を保持している。爪先センサー１３０の一例である圧力センサーは、爪先に作用する圧力に応じて変化する爪先検知信号ＳＦを、コントローラー５０に出力する。爪先センサー１３０の出力特性の一例によれば、爪先に作用する圧力が大きくなるにつれて爪先検知信号ＳＦが小さくなる。
【０１４２】
靴９０の踵の部分が、踵センサー１４０を保持している。踵センサー１４０の一例である圧力センサーは、踵に作用する圧力に応じて変化する踵検知信号ＳＨを、コントローラー５０に出力する。踵センサー１４０の出力特性の一例によれば、踵に作用する圧力が大きくなるにつれて踵検知信号ＳＨが小さくなる。
【０１４３】
図１１を参照して、歩行フェーズの判別方法について説明する。図１１は、人が平地歩行しているときに得られる爪先検知信号ＳＦ、踵検知信号ＳＨ、大腿検知信号ＳＴ、および、下腿検知信号ＳＬの変化の一例を示している。
【０１４４】
１歩行周期における脚３１０の立脚期は、複数の歩行フェーズに区分される。立脚期は、一例として、３つの歩行フェーズである立脚前期、立脚中期、および、立脚後期に区分される。この区分によれば、立脚期の各期間は、それぞれ次の動作を示す。
【０１４５】
立脚前期は、立脚期において、踵が接地面に接地してから、爪先が接地面に接地するまでの期間である。立脚中期は、立脚期において、爪先が接地面に接地してから、踵が接地面から離れるまでの期間である。立脚後期は、立脚期において、踵が接地面から離れてから、爪先が接地面から離れるまでの期間である。
【０１４６】
歩行フェーズが立脚前期のとき、爪先が接地面から離れ、踵が接地している。このため、時刻ｔ２１〜ｔ２２の期間に示されるとおり、爪先検知信号ＳＦが閾値ＸＡ以上の大きさを示し、踵検知信号ＳＨが閾値ＸＢ未満の大きさを示す。
【０１４７】
このように、爪先検知信号ＳＦおよび閾値ＸＡの関係、ならびに、踵検知信号ＳＨおよび閾値ＸＢの関係は、所定の組み合わせを持つとき、歩行フェーズが立脚前期であることを示唆する。このため、フェーズ判別部２２０は、一例として、次の２つの条件が成立することに基づいて、歩行フェーズが立脚前期に該当すると判定する。１つ目の条件は、爪先検知信号ＳＦが閾値ＸＡ以上の大きさを示すことである。２つ目の条件は、踵検知信号ＳＨが閾値ＸＢ未満を示すことである。
【０１４８】
歩行フェーズが立脚中期のとき、爪先および踵が接地している。このため、時刻ｔ２２〜ｔ２３の期間に示されるとおり、爪先検知信号ＳＦが閾値ＸＡ未満の大きさを示し、踵検知信号ＳＨが閾値ＸＢ未満の大きさを示す。
【０１４９】
このように、爪先検知信号ＳＦおよび閾値ＸＡの関係、ならびに、踵検知信号ＳＨおよび閾値ＸＢの関係は、所定の組み合わせを持つとき、歩行フェーズが立脚中期であることを示唆する。このため、フェーズ判別部２２０は、一例として、次の２つの条件が成立することに基づいて、歩行フェーズが立脚中期に該当すると判定する。１つ目の条件は、爪先検知信号ＳＦが閾値ＸＡ未満を示すことである。２つ目の条件は、踵検知信号ＳＨが閾値ＸＢ未満を示すことである。
【０１５０】
歩行フェーズが立脚後期のとき、爪先が接地し、踵が接地面から離れている。このため、時刻ｔ２３〜ｔ２４の期間に示されるとおり、爪先検知信号ＳＦが閾値ＸＡ未満の大きさを示し、踵検知信号ＳＨが閾値ＸＢ以上の大きさを示す。
【０１５１】
このように、爪先検知信号ＳＦおよび閾値ＸＡの関係、ならびに、踵検知信号ＳＨおよび閾値ＸＢの関係は、所定の組み合わせを持つとき、歩行フェーズが立脚後期であることを示唆する。このため、フェーズ判別部２２０は、一例として、次の２つの条件が成立することに基づいて、歩行フェーズが立脚後期に該当すると判定する。１つ目の条件は、爪先検知信号ＳＦが閾値ＸＡ未満を示すことである。２つ目の条件は、踵検知信号ＳＨが閾値ＸＢ以上を示すことである。
【０１５２】
歩行フェーズが遊脚前期のとき、爪先および踵が接地面から離れている。このため、時刻ｔ２４〜ｔ２５の期間に示されるとおり、爪先検知信号ＳＦが閾値ＸＡ以上の大きさを示し、踵検知信号ＳＨが閾値ＸＢ以上の大きさを示す。また、歩行フェーズが遊脚前期のとき、大腿３２０が股関節を中心に前方に向けて回転している。このため、時刻ｔ２４〜ｔ２５の期間に示されるとおり、大腿検知信号ＳＴが増加傾向を示し、下腿検知信号ＳＬが緩やかな変動を示す。
【０１５３】
このように、爪先検知信号ＳＦおよび閾値ＸＡの関係、踵検知信号ＳＨおよび閾値ＸＢの関係、大腿検知信号ＳＴの変化傾向、ならびに、下腿検知信号ＳＬの変化傾向は、所定の組み合わせを持つとき、歩行フェーズが遊脚前期であることを示唆する。このため、フェーズ判別部２２０は、一例として、次の４つの条件が成立することに基づいて、歩行フェーズが遊脚前期に該当すると判定する。１つ目の条件は、爪先検知信号ＳＦが閾値ＸＡ以上の大きさを示すことである。２つ目の条件は、踵検知信号ＳＨが閾値ＸＢ以上の大きさを示すことである。３つ目の条件は、大腿検知信号ＳＴの変化傾向が増加傾向を示すことである。４つ目の条件は、下腿検知信号ＳＬの変化速度が所定速度未満を示すことである。
【０１５４】
歩行フェーズが遊脚後期のとき、爪先および踵が接地面から離れている。このため、時刻ｔ２５〜ｔ２６の期間に示されるとおり、爪先検知信号ＳＦが閾値ＸＡ以上の大きさを示し、踵検知信号ＳＨが閾値ＸＢ以上の大きさを示す。また、歩行フェーズが遊脚後期のとき、大腿３２０の運動速度が次第に低下し、下腿３３０が膝関節を中心に前方に向けて回転している。このため、時刻ｔ２５〜ｔ２６の期間に示されるとおり、大腿検知信号ＳＴが減少傾向を示し、下腿検知信号ＳＬが大きなピークを示す。
【０１５５】
このように、爪先検知信号ＳＦおよび閾値ＸＡの関係、踵検知信号ＳＨおよび閾値ＸＢの関係、大腿検知信号ＳＴの変化傾向、ならびに、下腿検知信号ＳＬの変化傾向は、所定の組み合わせを持つとき、歩行フェーズが遊脚後期であることを示唆する。このため、フェーズ判別部２２０は、一例として、次の４つの条件が成立することに基づいて、歩行フェーズが遊脚後期に該当すると判定する。１つ目の条件は、爪先検知信号ＳＦが閾値ＸＡ以上を示すことである。２つ目の条件は、踵検知信号ＳＨが閾値ＸＢ以上を示すことである。３つ目の条件は、大腿検知信号ＳＴの変化傾向が減少傾向を示すことである。４つ目の条件は、下腿検知信号ＳＬが大きなピークを示すことである。
【０１５６】
図８Ａ〜図８Ｃを参照して、出力部２４０による電気刺激の出力方法について説明する。出力部２４０は、図８Ａの歩行種類対応刺激マップに準じたマップ、図８Ｂの平地歩行専用刺激マップに準じたマップ、および、図８Ｃのフェーズ対応刺激マップに準じたマップを予め記憶している。出力部２４０は、第１実施形態の人体刺激装置１０の出力部２４０と同様に、フェーズ判別部２２０による歩行フェーズの判別結果、動作種類判別部２３０による歩行動作の種類の判別結果、および、各マップに基づいて、電流値Ｉを算出する。なお、動作種類判別部２３０は、第１実施形態の人体刺激装置１０の動作種類判別部２３０と同様の判別方法により、歩行動作の種類を判別する。
【０１５７】
歩行種類対応刺激マップに準じたマップは、立脚期のグループに立脚中期の列を有する。立脚中期の列における係数Ｋは、歩行動作の種類に応じて設定されている。この列における各歩行動作の種類に対応した係数Ｋは、立脚前期および立脚後期の列における同一の歩行動作の種類に対応した係数Ｋと同じ値に設定されている。
【０１５８】
平地歩行専用刺激マップに準じたマップは、立脚期のグループに立脚中期の列を有する。立脚中期の列における係数Ｋは、歩行動作の種類に応じて設定されている。この列における各歩行動作の種類に対応した係数Ｋは、立脚前期および立脚後期の列における同一の歩行動作の種類に対応した係数Ｋと同じ値に設定されている。
【０１５９】
フェーズ対応刺激マップに準じたマップは、立脚期のグループに立脚中期の列を有する。立脚中期の列における係数Ｋは、歩行動作の種類に応じて設定されている。この列における各歩行動作の種類に対応した係数Ｋは、立脚前期および立脚後期の列における同一の歩行動作の種類に対応した係数Ｋよりも大きい値に設定されている。
【０１６０】
各歩行動作によれば、立脚中期が形成されている場合、立脚前期および立脚後期が形成されている場合と比較して、脚３１０にかかる負荷が大きいと推定されることがある。このため、立脚中期において脚３１０にかかる負荷を相対的に小さくすることを意図して、各歩行動作の立脚中期に対応する係数Ｋが、同一の歩行動作における立脚前期および立脚後期に対応する係数Ｋよりも大きい値に設定されている。
【０１６１】
階段昇り歩行の立脚中期、および、階段降り歩行の立脚中期に脚３１０にかかる負荷は、平地歩行の立脚中期に脚３１０にかかる負荷よりも大きくなりやすい。このため、フェーズ対応刺激マップに準じたマップの一例によれば、階段昇り歩行の立脚中期に対応する係数Ｋ、および、階段降り歩行の立脚中期に対応する係数Ｋが、平地歩行の立脚中期に対応する係数Ｋよりも大きい値に設定されている。なお、段昇り歩行の立脚中期に対応する係数Ｋ、および、階段降り歩行の立脚中期に対応する係数Ｋは、互いに同じ値、または、互いに異なる値に設定される。
【０１６２】
階段昇り歩行の立脚中期、および、階段降り歩行の立脚中期に脚３１０にかかる負荷は、各歩行動作の立脚前期に脚３１０にかかる負荷、および、各歩行動作の立脚後期に脚３１０にかかる負荷よりも大きくなりやすい。このため、フェーズ対応刺激マップに準じたマップの一例によれば、階段昇り歩行の立脚中期に対応する係数Ｋ、および、階段降り歩行の立脚後期に対応する係数Ｋが、各歩行動作の立脚前期および立脚後期に対応する係数Ｋよりも大きい値に設定されている。なお、階段昇り歩行の立脚中期に対応する係数Ｋ、および、階段降り歩行の立脚後期に対応する係数Ｋは、互いに同じ値、または、互いに異なる値に設定される。
【０１６３】
（第３実施形態）
第３実施形態の人体刺激装置１０は、以下に説明する点において第１実施形態の人体刺激装置１０と相違し、その他の点において第１実施形態の人体刺激装置１０と実質的に同じ構成を有している。なお、第３実施形態の人体刺激装置１０の説明は、第１実施形態の人体刺激装置１０と共通する構成に同一の符号を付し、共通する構成の説明の一部または全部を省略している。
【０１６４】
第１実施形態の体動判別装置１００は、式［２］〜式［４］により記述される判別関数を用いて、歩行動作の種類が平地歩行、階段昇り歩行、および、階段降り歩行のうちのいずれに該当するかを判別する。一方、第３実施形態の体動判別装置１００は、１歩行周期が形成された時間である１歩行周期時間、および、区分時間の１つである遊脚後期時間を用いて演算した値に基づいて、歩行動作の種類が階段降り歩行に該当するか否かを判別する。なお、このような第３実施形態の人体刺激装置１０によれば、第１実施形態の人体刺激装置１０により得られる（２）、（５）、および、（６）の効果に準じた効果が得られる。
【０１６５】
本願発明者は、身体の動作に関する各種のパラメーターのなかでも、１歩行周期時間および区分時間を用いて演算した値が、歩行動作の種類を明確に反映するパラメーターの１つに該当することを実験等により確認した。１歩行周期時間に対する区分時間の割合である区分時間割合は、１歩行周期時間および区分時間を用いて演算した値の一例に該当する。１歩行周期時間に対する遊脚後期時間の割合である遊脚後期割合は、区分時間割合の一例に該当する。
【０１６６】
本願発明者は、遊脚後期割合が、歩行動作の種類が階段降り歩行に該当するか否かを明確に反映するパラメーターに該当することを実験等により確認した。第３実施形態の体動判別装置１００は、このような事項を踏まえ、歩行動作の種類が階段降り歩行に該当するか否かを遊脚後期割合に基づいて判別する。
【０１６７】
図１２は、各歩行動作における遊脚後期割合を確認する歩行テストにより得られた結果の一例を示している。横軸は、被験者の１歩行周期時間の測定結果を示している。縦軸は、被験者の１歩行周期時間および遊脚後期時間を測定した結果から得られた遊脚後期割合を示している。
【０１６８】
本歩行テストの結果は、遊脚後期割合が次のような特徴を持つことを示している。各歩行動作の遊脚後期割合は、１歩行周期時間に依存しない。階段降り歩行の遊脚後期割合と、平地歩行および階段昇り歩行の遊脚後期割合とは、互いに異なる群を形成する。本歩行テストの結果によれば、階段降り歩行の遊脚後期割合が閾値ＴＸＡよりも大きい遊脚後期割合の群を形成し、平地歩行および階段昇り歩行の遊脚後期割合が閾値ＴＸＡよりも小さい遊脚後期割合の群を形成している。このため、閾値ＴＸＡおよび遊脚後期割合の関係に基づいて、歩行動作の種類が階段降り歩行に該当するか否かを判別することができる。
【０１６９】
図１２を参照して、歩行動作の種類の具体的な判別手順について説明する。
時間記憶部２３１は、フェーズ判別部２２０が判別した歩行フェーズの判別結果に基づいて、１歩行周期時間、遊脚後期時間、および、遊脚後期割合を算出し、算出したこれらの時間を順次記憶する。
【０１７０】
判別値演算部２３２は、時間記憶部２３１により算出された遊脚後期割合と、予め記憶している閾値ＴＸＡとを比較する。判別値演算部２３２は、遊脚後期割合が閾値ＴＸＡよりも大きいとき、歩行動作の種類が階段降り歩行に該当すると判別する。判別値演算部２３２は、遊脚後期割合が閾値ＴＸＡよりも小さいとき、歩行動作の種類が平地歩行または階段昇り歩行に該当すると判別する。なお、判別値演算部２３２は、遊脚後期割合が閾値ＴＸＡと一致するとき、判別結果を確定することを保留し、新しく取得した遊脚後期割合に基づいて上記と同様の比較を再び実行する。
【０１７１】
（第４実施形態）
第４実施形態の人体刺激装置１０は、以下に説明する点において第１実施形態の人体刺激装置１０と相違し、その他の点において第１実施形態の人体刺激装置１０と実質的に同じ構成を有している。なお、第４実施形態の人体刺激装置１０の説明は、第１実施形態の人体刺激装置１０と共通する構成に同一の符号を付し、共通する構成の説明の一部または全部を省略している。
【０１７２】
第１実施形態の体動判別装置１００は、式［２］〜式［４］により記述される判別関数を用いて、歩行動作の種類が平地歩行、階段昇り歩行、および、階段降り歩行のうちのいずれに該当するかを判別する。一方、第４実施形態の体動判別装置１００は、１歩行周期時間および区分時間の１つである遊脚前期時間を用いて演算した値に基づいて、歩行動作の種類が階段降り歩行に該当するか否かを判別する。なお、このような第４実施形態の人体刺激装置１０によれば、第１実施形態の人体刺激装置１０により得られる（２）〜（６）の効果に準じた効果が得られる。
【０１７３】
本願発明者は、区分時間割合の一例であり、１歩行周期時間に対する遊脚前期時間の割合である遊脚前期割合が、各歩行動作の種類を明確に反映するパラメーターに該当することを実験等により確認した。第４実施形態の体動判別装置１００は、このような事項を踏まえ、歩行動作の種類が平地歩行、階段昇り歩行、および、階段降り歩行のいずれに該当するかを遊脚前期割合に基づいて判別する。
【０１７４】
図１３は、各歩行動作における遊脚前期割合を確認する歩行テストにより得られた結果の一例を示している。横軸は、被験者の１歩行周期時間の測定結果を示している。縦軸は、被験者の１歩行周期時間および遊脚前期時間を測定した結果から得られた遊脚前期割合を示している。
【０１７５】
本歩行テストの結果は、遊脚前期割合が次のような特徴を持つことを示している。各歩行動作の遊脚前期割合は、１歩行周期時間に依存しない。平地歩行の遊脚前期割合、階段昇り歩行の遊脚前期割合、および、階段降り歩行の遊脚前期割合は、互いに異なる群を形成する。本歩行テストの結果によれば、平地歩行の遊脚前期割合が閾値ＴＸＢよりも大きい遊脚前期割合の群を形成し、階段降り歩行の遊脚前期割合が閾値ＴＸＣよりも小さい遊脚前期割合の群を形成している。また、階段昇り歩行の遊脚前期割合が閾値ＴＸＢと閾値ＴＸＣとの間の遊脚前期割合の群を形成している。このため、閾値ＴＸＢ、閾値ＴＸＣ、および、遊脚前期割合の関係に基づいて、歩行動作の種類が平地歩行、階段昇り歩行、および、階段降り歩行のいずれに該当するかを判別することができる。
【０１７６】
図１３を参照して、歩行動作の種類の具体的な判別手順について説明する。
時間記憶部２３１は、フェーズ判別部２２０が判別した歩行フェーズの判別結果に基づいて、１歩行周期時間、遊脚前期時間、および、遊脚前期割合を算出し、算出したこれらの時間を順次記憶する。
【０１７７】
判別値演算部２３２は、時間記憶部２３１により算出された遊脚前期割合と、予め記憶している閾値ＴＸＢ，ＴＸＣとを比較する。判別値演算部２３２は、遊脚前期割合が閾値ＴＸＢよりも大きいとき、歩行動作の種類が平地歩行に該当すると判別する。判別値演算部２３２は、遊脚前期割合が閾値ＴＸＣよりも小さいとき、歩行動作の種類が階段降り歩行に該当すると判別する。判別値演算部２３２は、遊脚前期割合が閾値ＴＸＢよりも小さく、かつ、閾値ＴＸＣよりも大きいとき、歩行動作の種類が階段昇り歩行に該当すると判別する。なお、判別値演算部２３２は、遊脚前期割合が閾値ＴＸＢまたは閾値ＴＸＣと一致するとき、判別結果を確定することを保留し、新しく取得した遊脚前期割合に基づいて上記と同様の比較を再び実行する。
【０１７８】
（第５実施形態）
第５実施形態の人体刺激装置１０は、以下に説明する点において第１実施形態の人体刺激装置１０と相違し、その他の点において第１実施形態の人体刺激装置１０と実質的に同じ構成を有している。なお、第５実施形態の人体刺激装置１０の説明は、第１実施形態の人体刺激装置１０と共通する構成に同一の符号を付し、共通する構成の説明の一部または全部を省略している。
【０１７９】
第１実施形態の体動判別装置１００は、式［２］〜式［４］により記述される判別関数を用いて、歩行動作の種類が平地歩行、階段昇り歩行、および、階段降り歩行のうちのいずれに該当するかを判別する。一方、第５実施形態の体動判別装置１００は、１歩行周期が形成された時間である１歩行周期時間、および、組合時間の１つである差時間を用いて演算した値に基づいて歩行動作の種類が平地歩行に該当するか否かを判別する。なお、このような第５実施形態の人体刺激装置１０によれば、第１実施形態の人体刺激装置１０により得られる（２）、（３）、（５）、および、（６）の効果に準じた効果が得られる。
【０１８０】
本願発明者は、身体の動作に関する各種のパラメーターのなかでも、１歩行周期時間および組合時間を用いて演算した値が、歩行動作の種類を明確に反映するパラメーターの１つに該当することを実験等により確認した。１歩行周期時間に対する組合時間の割合である組合時間割合は、１歩行周期時間および組合時間を用いて演算した値の一例に該当する。１歩行周期時間に対する差時間の割合である差時間割合は、組合時間割合の一例に該当する。
【０１８１】
本願発明者は、組合時間割合が、歩行動作の種類が平地歩行に該当するか否かを明確に反映するパラメーターに該当することを実験等により確認した。第５実施形態の体動判別装置１００は、このような事項を踏まえ、歩行動作の種類が平地歩行に該当するか否かを組合時間割合に基づいて判別する。
【０１８２】
図１４は、各歩行動作における組合時間割合を確認する歩行テストにより得られた結果の一例を示している。横軸は、被験者の１歩行周期時間の測定結果を示している。縦軸は、被験者の１歩行周期時間、遊脚前期時間、および、遊脚後期時間を測定した結果から得られた組合時間割合を示している。
【０１８３】
本歩行テストの結果は、組合時間割合が次のような特徴を持つことを示している。各歩行動作の組合時間割合は、１歩行周期時間に依存しない。平地歩行の組合時間割合と、階段昇り歩行および階段降り歩行の組合時間割合とは、互いに異なる群を形成する。本歩行テストの結果によれば、平地歩行の組合時間割合が閾値ＴＸＤよりも大きい組合時間割合の群を形成し、階段昇り歩行および階段降り歩行の組合時間割合が閾値ＴＸＤよりも小さい組合時間割合の群を形成している。このため、閾値ＴＸＤおよび組合時間割合の関係に基づいて、歩行動作の種類が平地歩行に該当するか否かを判別することができる。
【０１８４】
図１４を参照して、歩行動作の種類の具体的な判別手順について説明する。
時間記憶部２３１は、フェーズ判別部２２０が判別した歩行フェーズの判別結果に基づいて、１歩行周期時間、差時間、および、組合時間割合を算出し、算出したこれらの時間を順次記憶する。
【０１８５】
判別値演算部２３２は、時間記憶部２３１により算出された組合時間割合と、予め記憶している閾値ＴＸＤとを比較する。判別値演算部２３２は、組合時間割合が閾値ＴＸＤよりも大きいとき、歩行動作の種類が平地歩行に該当すると判別する。判別値演算部２３２は、組合時間割合が閾値ＴＸＤよりも小さいとき、歩行動作の種類が階段昇り歩行または階段降り歩行に該当すると判別する。なお、判別値演算部２３２は、組合時間割合が閾値ＴＸＤと一致するとき、判別結果を確定することを保留し、新しく取得した組合時間割合に基づいて上記と同様の比較を再び実行する。
【０１８６】
（その他の実施形態）
本体動判別装置が取り得る具体的な形態は、上記各実施形態に例示された形態に限定されない。本体動判別装置は、本発明の目的が達成される範囲において、上記各実施形態とは異なる各種の形態を取り得る。以下に示される上記各実施形態の変形例は、本体動判別装置が取り得る各種の形態の一例である。
【０１８７】
・第１実施形態の変形例の体動判別装置１００は、加速度センサーである大腿センサー１１０に代えて、エンコーダ、ポテンショメータ、ゴニオメータ、または、角速度センサーである大腿センサー１１０を含む。なお、第２実施形態〜第５実施形態の体動判別装置１００Ｘ，１００においても本変形例に準じた変形が成立する。
【０１８８】
・第１実施形態の変形例の体動判別装置１００は、角速度センサーである下腿センサー１２０に代えて、エンコーダ、ポテンショメータ、ゴニオメータ、または、加速度センサーである下腿センサー１２０を含む。なお、第２実施形態〜第５実施形態の体動判別装置１００Ｘ，１００においても本変形例に準じた変形が成立する。
【０１８９】
・第１実施形態の変形例の体動判別装置１００は、大腿センサー１１０および下腿センサー１２０に代えて、腰、腕、または、足首の動作を検知するセンサーを含む。センサーの取付形態の好ましい例によれば、身体において関節を形成する部位の一方および他方のそれぞれにセンサーが取り付けられる。その一例によれば、上腕および下腕のそれぞれに、腕の動作を検知するセンサーが取り付けられる。別の一例によれば、足および足首のそれぞれに、足の動作を検知するセンサーが取り付けられる。なお、第２実施形態〜第４実施形態の体動判別装置１００においても、本変形例に準じた変形が成立する。
【０１９０】
・第１実施形態の変形例の体動判別装置１００は、次の各構成を有する。体動判別装置１００は、無線通信手段を含む。ケーブル６０が人体刺激装置１０から省略される。出力部２４０は、サポーター２０に取り付けられる。コントローラー５０は、無線通信手段により、大腿センサー１１０、下腿センサー１２０、および、出力部２４０と通信する。なお、第２実施形態〜第５実施形態の体動判別装置１００Ｘ，１００においても本変形例に準じた変形が成立する。
【０１９１】
・第１実施形態の変形例の制御部２００は、歩行フェーズおよび歩行動作の種類の少なくとも一方に応じて、歩行に関する評価結果および解析結果をディスプレイ５２に表示させる。評価結果の一例は、消費カロリーまたは運動強度である。解析結果の一例は、安全性または痛みのレベルである。なお、第２実施形態〜第５実施形態の体動判別装置１００Ｘ，１００においても本変形例に準じた変形が成立する。
【０１９２】
・第１実施形態の変形例の動作種類判別部２３０は、歩行動作の種類を判別するとき、遊脚前期時間、遊脚後期時間、および、差時間のうちのいずれか１つに代えて、または、これらの時間に加えて、遊脚期が形成されていた時間である遊脚通期時間を用いる。
【０１９３】
・第１実施形態の変形例の動作種類判別部２３０は、右脚３１０および左脚３１０の歩行動作の種類を個別に判定する。そして、右脚３１０に関する判別結果、および、左脚３１０に関する判別結果が一致するとき、その結果を歩行動作の種類として最終的に確定する。一方、右脚３１０に関する判別結果、および、左脚３１０に関する判別結果が一致しないとき、動作種類判別部２３０は、歩行フェーズの時間に関する情報を新しく取得し、その情報に基づいて上記と同様の判別を再び実行する。なお、第２実施形態〜第５実施形態の体動判別装置１００Ｘ，１００においても本変形例に準じた変形が成立する。
【０１９４】
・第１実施形態の変形例の時間記憶部２３１は、累積使用時間および使用予定時間を記憶する。累積使用時間は、人体刺激装置１０のスイッチが投入されてから現在までの経過時間である。使用予定時間は、ボタン５１の操作により設定される時間である。制御部２００は、累積使用時間が使用予定時間に達したとき、大腿電極７０および下腿電極８０に電気刺激を出力させない。
【０１９５】
この変形例によれば、使用者が、人体刺激装置１０から電気刺激を受ける時間を任意に設定できる。このため、人体刺激装置１０を利用した運動量を、体調等に応じて調整できる。なお、第２実施形態〜第５実施形態の人体刺激装置１０Ｘ，１０においても本変形例に準じた変形が成立する。
【０１９６】
・第１実施形態の変形例の判別部２１０は、任意の歩行動作が形成されている場合、所定の期間における遊脚前期時間の平均時間を算出し、この平均時間を歩行動作の種類の判別に用いる。なお、第２実施形態、第４実施形態、および、第５実施形態の体動判別装置１００Ｘ，１００においても本変形例に準じた変形が成立する。
【０１９７】
・第１実施形態の変形例の判別部２１０は、任意の歩行動作が形成されている場合、１歩行周期における右脚３１０の遊脚前期時間および左脚３１０の遊脚前期時間の平均時間を算出し、この平均時間を歩行動作の種類の判別に用いる。なお、第２実施形態、第４実施形態、および、第５実施形態の体動判別装置１００Ｘ，１００においても本変形例に準じた変形が成立する。
【０１９８】
・第１実施形態の変形例の判別部２１０は、任意の歩行動作が形成されている場合、所定の期間における遊脚後期時間の平均時間を算出し、この平均時間を歩行動作の種類の判別に用いる。なお、第２実施形態、第３実施形態、および、第５実施形態の体動判別装置１００Ｘ，１００においても本変形例に準じた変形が成立する。
【０１９９】
・第１実施形態の変形例の判別部２１０は、任意の歩行動作が形成されている場合、１歩行周期における右脚３１０の遊脚後期時間および左脚３１０の遊脚後期時間の平均時間を算出し、この平均時間を歩行動作の種類の判別に用いる。なお、第２実施形態、第３実施形態、および、第５実施形態の体動判別装置１００Ｘ，１００においても本変形例に準じた変形が成立する。
【０２００】
・第１実施形態の変形例の判別部２１０は、遊脚前期期間および遊脚後期時間の少なくとも一方が「０」のとき、使用者３００が歩行していないと判定する。制御部２００は、判別部２１０がこのように判定したとき、大腿電極７０および下腿電極８０に電気刺激を出力させない。
【０２０１】
この変形例によれば、歩行していない使用者３００に電気刺激が付与される機会が少なくなる、または、歩行していない使用者３００に刺激が付与されない。このため、使用者３００にかかる負荷が小さくなる。なお、第２実施形態〜第５実施形態の人体刺激装置１０Ｘ，１０においても本変形例に準じた変形が成立する。
【０２０２】
・第１実施形態の変形例の制御部２００は、歩行種類対応刺激マップ（図８Ａ）、平地歩行専用刺激マップ（図８Ｂ）、および、フェーズ対応刺激マップ（図８Ｃ）に加え、さらに別のマップを予め記憶する。
【０２０３】
別のマップの一例は、平地歩行専用刺激マップ（図８Ｂ）の一部を変更したマップであり、平地歩行の遊脚期の係数Ｋを「０」に設定している。別のマップの一例は、フェーズ対応刺激マップ（図８Ｃ）の一部を変更したマップであり、各歩行動作の遊脚期の係数Ｋを「１」に設定している。別のマップの一例は、昇降弱刺激マップ（図示略）であり、各歩行動作の各フェーズの係数Ｋを「０」よりも大きい値に設定し、階段昇り歩行および階段降り歩行の各フェーズの係数Ｋを平地歩行における対応するフェーズの係数Ｋよりも小さい値に設定している。この昇降弱刺激マップによれば、使用者３００が昇降歩行しているときに、人体刺激装置１０が脚３１０に電気刺激を与えても身体のバランスが不安定になりにくい。なお、第２実施形態〜第５実施形態の人体刺激装置１０Ｘ，１０においても本変形例に準じた変形が成立する。
【０２０４】
・第１実施形態の変形例の体動判別装置１００は、歩行動作の種類の判別に用いるパラメーターが第１実施形態の体動判別装置１００と異なる。その変形例の一例では、遊脚後期時間から遊脚前期時間を減算した時間である差時間に基づいて歩行動作の種類を判別する。なお、第２実施形態および第５実施形態の体動判別装置１００Ｘ，１００においても本変形例に準じた変形が成立する。
【０２０５】
・第２実施形態の変形例の体動判別装置１００Ｘは、大腿センサー１１０の検知信号のみに基づいて、歩行フェーズを判別する。
・第２実施形態の変形例の体動判別装置１００Ｘは、下腿センサー１２０の検知信号のみに基づいて、歩行フェーズを判別する。
【０２０６】
・第３実施形態の変形例の動作種類判別部２３０は、歩行動作の種類を判別するとき、遊脚後期割合に代えて、遊脚後期時間を用いる。なお、第４実施形態および第５実施形態の体動判別装置１００においても本変形例に準じた変形が成立する。
【０２０７】
・変形例の動作種類判別部は、歩行動作の種類を判別するために用いるパラメーターが第３実施形態〜第５実施形態と異なる。その変形例の一例によれば、１歩行周期に対する遊脚通期時間の割合である遊脚通期割合、または、遊脚通期時間と、予め設定した閾値との比較に基づいて使用者３００の歩行動作の種類を判別する。
【０２０８】
・変形例の人体刺激装置は、電気刺激の出力方法が第１実施形態の人体刺激装置１０と異なる。その変形例の一例では、制御部２００が次のとおり、各電極７０，８０の出力を制御する。制御部２００は、フェーズ判別部２２０が歩行動作の種類が平地歩行から階段昇り歩行または階段降り歩行に変化したことを判別した場合、そのときからの経過時間が規定時間に達するまで、平地歩行に対応した電気刺激を各電極７０，８０に出力させる。制御部２００は、上記経過時間が規定時間に達したことに基づいて、階段昇り歩行または階段降り歩行に対応した電気刺激を各電極７０，８０に出力させる。
【０２０９】
使用者３００が歩行動作の種類を変化させるとき、その意識が主として歩行動作に関する脚３１０の動きに向く。このため、歩行動作の種類が変化する場合には、同じ種類の歩行動作が継続されている場合と比較して、使用者３００が脚３１０に与えられる電気刺激を意識する度合が低くなりやすい。このため、そのような状況のときに脚３１０に電気刺激が与えられた場合、身体のバランスの不安定さが強められるおそれがある。一方、本変形例の人体刺激装置によれば、上記のとおりフェーズ判別部２２０が平地歩行から昇降歩行に変化したと判断した場合、そのときからの経過時間が規定時間に達するまで、平地歩行に対応した電気刺激が出力される。このため、使用者３００が昇降歩行しているときに、人体刺激装置に起因して身体のバランスの不安定さが強められるおそれが低くなる。
【０２１０】
・変形例の人体刺激装置は、脚３１０に刺激を付与するためのデバイスが各実施形態と異なる。その変形例の一例では、エアバッグにより脚３１０に刺激を与える。
・変形例の体動判別装置は、装置全体としての形態が各実施形態の人体刺激装置１０，１０Ｘと異なる。その変形例の一例によれば、体動判別装置が人体刺激装置１０から独立し、歩行フェーズおよび歩行動作の種類を判別することに特化した装置の形態を有する。また、別の一例によれば、体動判別装置が人体刺激装置１０とは別の装置に組み込まれ、この装置に含まれる他の機能ブロックと協同して動作する装置の形態を有する。
【符号の説明】
【０２１１】
１００…体動判別装置
【図１】
2015136582.tif 000008
【図２】
2015136582.tif 000009
【図３】
2015136582.tif 000010
【図４】
2015136582.tif 000011
【図５】
2015136582.tif 000012
【図６】
2015136582.tif 000013
【図７Ａ】
2015136582.tif 000014
【図７Ｂ】
2015136582.tif 000015
【図７Ｃ】
2015136582.tif 000016
【図８Ａ】
2015136582.tif 000017
【図８Ｂ】
2015136582.tif 000018
【図８Ｃ】
2015136582.tif 000019
【図９】
2015136582.tif 000020
【図１０】
2015136582.tif 000021
【図１１】
2015136582.tif 000022
【図１２】
2015136582.tif 000023
【図１３】
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【図１４】
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