(57)【要約】  操作者の意図が正確に反映された制御指令を生成することができる、身体の動作に基づく制御指令生成方法及び制御指令生成装置を提供する。  身体の基準部位（１７）を基準方向に動作させる基準動作と制御指令とを対応付け、基準部位（１７）の動作をもとに制御指令を生成する。基準動作を含む第１の動作（５２）と、基準部位（１７）の実際の動作である第２の動作（５３）に含まれる所定の成分と、を対応付ける数式又はデータベースを準備する。操作者の身体の動作を計測し、計測した動作を第２の動作として数式又はデータベースを用いて、計測した動作を第１の動作に変換し、変換された第１の動作に含まれる基準動作の成分に基づいて制御指令を算出する。
2015020134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体の基準部位を基準方向に動作させる基準動作と制御指令とを対応付け、前記基準部位の動作をもとに前記制御指令を生成する、身体の動作に基づく制御指令生成方法であって、
前記基準動作を含む第１の動作と、前記第１の動作に対応する前記基準部位の実際の動作である第２の動作とを対応付ける数式又はデータベースを準備する第１のステップと、
操作者の前記基準部位の動作を計測する第２のステップと、
前記第２のステップで計測した前記動作を前記第２の動作として前記数式又は前記データベースを用いることによって、前記第２のステップで計測した前記動作を前記第１の動作に変換し、変換された前記第１の動作に含まれる前記基準動作の成分に基づいて前記制御指令を算出する第３のステップと、
を備えたことを特徴とする、身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項２】
身体の基準部位を基準方向に動作させる基準動作と制御指令とを対応付け、前記基準部位の動作をもとに前記制御指令を生成する、身体の動作に基づく制御指令生成方法であって、
前記基準動作を含む第１の動作と、前記第１の動作に対応する前記基準部位の実際の動作である第２の動作とを対応付ける数式又はデータベースを準備する第１のステップと、
操作者の前記基準部位の動作を計測したデータを取得する第２のステップと、
前記第２のステップで前記データを取得した前記動作を前記第２の動作として前記数式又は前記データベースを用いることによって、前記第２のステップで前記データを取得した前記動作を前記第１の動作に変換し、変換された前記第１の動作に含まれる前記基準動作の成分に基づいて前記制御指令を算出する第３のステップと、
を備えたことを特徴とする、身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項３】
前記第１及び第２の動作における前記基準部位の動作が、同一の複数の変数で定義されるとき、
前記第１のステップにおいて準備する前記数式又は前記データベースは、
前記変数のうち１つのみが変化する前記基準部位の動作要素を含む前記第１の動作と、前記動作要素に対応して前記変数のうち複数が変化する動作成分を含む前記第２の動作とを対応付けるものであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項４】
前記基準部位は、下肢と、上肢と、頚部及び頭部とのうち、少なくとも一つに含まれることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項５】
前記基準部位が直線運動する運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記運動成分に対応する前記第２の動作の成分が、前記基準部位の曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項６】
前記基準部位は、膝関節より足側の部位であり、
前記基準部位が前記身体の前後方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分が、前記膝関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、前記膝関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項７】
前記基準部位は、膝関節より足側の部位であり、
前記基準部位が前記身体の左右方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分が、前記膝関節を含む下肢の股関節と前記膝関節とを結ぶ軸と平行となる方向に見ると、前記膝関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第１の曲線運動と、前記身体の上方から見ると、前記股関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第２の曲線運動とのうち、少なくとも一方を含む曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項８】
前記基準部位は、膝関節より足側の部位であり、
前記基準部位が前記身体の上下方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分が、前記身体の上下方向に平行な平面であって、前記膝関節を含む下肢の股関節と前記膝関節とを含む平面に対して垂直となる方向に見ると、前記膝関節と前記基準部位とを結ぶ線分の上下方向成分に相当する距離だけ、前記股関節から下に下がった位置を内側とするように曲がった前記基準部位の曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項９】
第１の軸を回転中心軸として前記基準部位が回転運動する回転運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記回転運動成分に対応する前記第２の動作の成分が、前記第１の軸を回転中心軸とする前記基準部位の第１の回転運動と、前記第１の軸とは異なる第２の軸を回転中心軸とする前記基準部位の第２の回転運動とを含むことを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項１０】
前記基準部位は、下肢のうち足であり、
前記足を外転又は内転する角度を開き角と定義し、該開き角は、前記足の内転側から外転側に向かって増加し、
前記足を背屈又は底屈する角度を仰角と定義し、該仰角は、前記足の底屈側から背屈側に向かって増加し、
前記足を内反又は外反する角度を傾き角と定義し、該傾き角は、前記足の外反側から内反側に向かって増加するとしたときに、
前記数式又は前記データベースは、
前記第１の動作の変数として、前記開き角を含み、
前記第２の動作の変数として、前記仰角と前記傾き角とのうち少なくとも一方と、前記開き角とを含み、
前記第２の動作の変数として、前記開き角及び前記仰角を含む場合には、
前記第１の動作の変数である前記開き角の増加と、前記第２の動作の変数である前記開き角の増加及び前記第２の動作の変数である前記仰角の増加とを対応付ける第１の特性と、前記第１の動作の変数である前記開き角の減少と、前記第２の動作の変数である前記開き角の減少及び前記第２の動作の変数である前記仰角の減少とを対応付ける第２の特性とのうち、少なくとも一方を有し、
前記第２の動作の変数として、前記開き角及び前記傾き角を含む場合には、
前記第１の動作の変数である前記開き角の増加と、前記第２の動作の変数である前記開き角の増加及び前記第２の動作の変数である前記傾き角の減少とを対応付ける第１の特性と、前記第１の動作の変数である前記開き角の減少と、前記第２の動作の変数である前記開き角の減少及び前記第２の動作の変数である前記傾き角の増加とを対応付ける第２の特性とのうち、少なくとも一方を有する請求項１乃至４、９のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項１１】
前記基準部位は、下肢のうち足であり、
前記足を背屈又は底屈する角度を仰角と定義し、該仰角は、前記足の底屈側から背屈側に向かって増加し、
前記足を内反又は外反する角度を傾き角と定義し、該傾き角は、前記足の外反側から内反側に向かって増加するとしたときに、
前記数式又は前記データベースは、
前記第１の動作の変数として、前記仰角を含み、
前記第２の動作の変数として、前記仰角及び前記傾き角を含み、
前記第１の動作の変数である前記仰角の増加と、前記第２の動作の変数である前記仰角の増加及び前記第２の動作の変数である前記傾き角の増加とを対応付ける第１の特性と、前記第１の動作の変数である前記仰角の減少と、前記第２の動作の変数である前記仰角の減少及び前記第２の動作の変数である前記傾き角の減少とを対応付ける第２の特性とのうち、少なくとも一方を有する請求項１乃至４、９のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項１２】
前記基準部位は、下肢のうち足であり、
前記足を内反又は外反する角度を傾き角と定義し、該傾き角は、前記足の外反側から内反側に向かって増加し、
前記足を外転又は内転する角度を開き角と定義し、該開き角は、前記足の内転側から外転側に向かって増加し、
前記足を背屈又は底屈する角度を仰角と定義し、該仰角は、前記足の底屈側から背屈側に向かって増加するとしたときに、
前記数式又は前記データベースは、
前記第１の動作の変数として、前記傾き角を含み、
前記第２の動作の変数として、前記開き角と前記仰角とのうち少なくとも一方と、前記傾き角とを含み、
前記第２の動作の変数として、前記傾き角及び前記開き角を含む場合には、
前記第１の動作の変数である前記傾き角の増加と、前記第２の動作の変数である前記傾き角の増加及び前記第２の動作の変数である前記開き角の減少とを対応付ける第１の特性と、前記第１の動作の変数である前記傾き角の減少と、前記第２の動作の変数である前記傾き角の減少及び前記第２の動作の変数である前記開き角の増加とを対応付ける第２の特性とのうち、少なくとも一方を有し、
前記第２の動作の変数として、前記傾き角及び前記仰角を含む場合には、
前記第１の動作の変数である前記傾き角の増加と、前記第２の動作の変数である前記傾き角の増加及び前記第２の動作の変数である前記仰角の減少とを対応付ける第１の特性と、前記第１の動作の変数である前記傾き角の減少と、前記第２の動作の変数である前記傾き角の減少及び前記第２の動作の変数である前記仰角の増加とを対応付ける第２の特性とのうち、少なくとも一方を有する請求項１乃至４、９のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項１３】
前記基準部位は、肘関節より手側の部位であり、
前記基準部位が前記身体の上下方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分が、前記肘関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、前記肘関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項１４】
前記基準部位は、肘関節より手側の部位であり、
前記基準部位が前記身体の左右方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分が、前記肘関節を含む上肢の肩関節と前記肘関節とを結ぶ軸と平行となる方向に見ると、前記肘関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第１の曲線運動と、前記身体の前方から見ると、前記肩関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第２の曲線運動とのうち、少なくとも一方を含む曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項１５】
前記基準部位は、上肢のうち手であり、
前記手を背屈又は掌屈する角度を開き角と定義し、
前記手を外転又は内転する角度を仰角と定義し、
前記手を回内又は回外する角度を傾き角と定義したときに、
前記数式又は前記データベースは、
前記開き角と前記仰角とのうち少なくとも一方が変化する前記基準部位の動作要素を含む前記第１の動作と、前記動作要素に対応して前記傾き角が変化する動作成分を含む前記第２の動作とを対応付けるものであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項１６】
前記基準部位は、手の第２〜５指のうち少なくとも１つの特定指のＤＩＰ関節より指先側の部位であり、
前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の手首関節中心から前記手の前記第２〜５指の基節骨が動きうる範囲内に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分は前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分であり、前記曲線運動成分の曲線は、前記特定指のＰＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記特定指の前記ＰＩＰ関節と前記特定指の前記ＤＩＰ関節とのうち少なくとも一方があることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項１７】
前記基準部位は、手の第２〜５指のうち少なくとも１つの特定指のＤＩＰ関節より指先側の部位であり、
前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の前記第５指の基節骨が動きうる範囲内から前記手の前記第２指の基節骨が動きうる範囲内に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分は前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分であり、前記曲線運動成分の曲線は、前記特定指のＭＰ関節中心を通るとともに前記特定指のＰＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と前記特定指の前記ＭＰ関節中心とを含む平面に垂直となる仮想直線と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記仮想直線に前記基準部位から下した垂線の足となる点があることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項１８】
前記基準部位は、手の第１指のＩＰ関節より指先側の部位であり、
前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の第５指の基節骨が動きうる範囲内から前記手の第２指の基節骨が動きうる範囲内に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分は前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分であり、前記曲線運動成分の曲線は、前記第１指の前記ＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記第１指の前記ＩＰ関節と、前記第１指のＭＰ関節と、前記第１指の手根中手関節とのうち少なくとも一つがあることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項１９】
前記基準部位は、手の第１指のＩＰ関節より指先側の部位であり、
前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の前記手のひらから前記手の前記甲に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分は前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分であり、前記曲線運動成分の曲線は、前記第１指の手根中手関節の掌側外転・掌側内転運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記第１指の前記手根中手関節があることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項２０】
身体の基準部位を基準方向に動作させる基準動作と制御指令とを対応付け、前記基準部位の動作をもとに前記制御指令を生成する、身体の動作に基づく制御指令生成装置であって、
前記基準動作を含む第１の動作と、前記第１の動作に対応する前記基準部位の実際の動作である第２の動作とを対応付ける数式を定義する第１のデータ、又は前記第１の動作と前記第２の動作とを対応付けるデータベースを構成する第２のデータを格納する記憶部と、
操作者の前記基準部位の動作を計測した測定データの入力を受け付ける入力受付部と、
前記記憶部に格納された前記第１又は第２のデータと前記入力受付部が入力を受け付けた前記測定データとを参照し、前記入力受付部が前記測定データの入力を受け付けた前記操作者の前記基準部位の前記動作を前記第２の動作として、前記記憶部に前記第１又は第２のデータが格納された前記数式又は前記データベースを用いることによって、前記入力受付部が前記測定データの入力を受け付けた前記操作者の前記基準部位の前記動作を前記第１の動作に変換し、変換された前記第１の動作に含まれる前記基準動作の成分に基づいて前記制御指令を算出する制御指令算出部と、
を備えたことを特徴とする、身体の動作に基づく制御指令生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、身体の動作に基づく制御指令生成方法及び制御指令生成装置に関し、詳しくは、身体の動作に基づいて制御指令を生成する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば操作者の上肢の動きを検出し、検出した上肢の動きに対応してロボットアームや画面内の仮想物体などの制御対象を動作させるシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−４６９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のシステムでは、操作者が、自然に、直感的に動作すると、制御対象が、操作者の意図からずれて動作をすることがある。すなわち、制御対象の動作を制御するために生成された制御指令に、操作者の意図が正確に反映されないことがある。【０００５】
本発明は、かかる実情に鑑み、操作者の意図が正確に反映された制御指令を生成することができる、身体の動作に基づく制御指令生成方法及び制御指令生成装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した身体の動作に基づく制御指令生成方法を提供する。【０００７】
身体の動作に基づく制御指令生成方法は、身体の基準部位を基準方向に動作させる基準動作と制御指令とを対応付け、前記基準部位の動作をもとに前記制御指令を生成する。身体の動作に基づく制御指令生成方法は、第１乃至第３のステップを備える。前記第１のステップにおいて、前記基準動作を含む第１の動作と、前記第１の動作に対応する前記基準部位の実際の動作である第２の動作とを対応付ける数式又はデータベースを準備する。前記第２のステップにおいて、操作者の前記基準部位の動作を計測する。前記第３のステップにおいて、前記第２のステップで計測した前記動作を前記第２の動作として前記数式又は前記データベースを用いることによって、前記第２のステップで計測した前記動作を前記第１の動作に変換し、変換された前記第１の動作に含まれる前記基準動作の成分に基づいて前記制御指令を算出する。【０００８】
基準動作を含む第１の動作の実行を意図して動作したときに、実際に動作される第２の動作と、動作することを意図された第１の動作との間には、ずれが生じる。第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式又はデータベースを準備し、この数式又はデータベースに基づいて、操作者の実際の動作を変換すると、変換された動作は、操作者が実行することを意図した動作又はそれに近い動作になる。そのため、変換された動作に含まれる基準動作の成分に基づいて制御指令を算出すると、操作者の意図がより正確に反映された制御指令を生成することができる。【０００９】
なお、第１のステップにおいて、複数の操作者に共通の数式又はデータベースを準備しても、個別に、すなわち操作者ごとに別々の数式又はデータベースを準備してもよい。個別に、すなわち操作者ごとに別々の数式又はデータベースを準備すれば、複数の操作者に共通の数式又はデータベースを準備する場合に比べ、個々の操作者の身体の動作特性がより正確に反映された数式又はデータベースを用いることができるため、個々の操作者の意図がより一層正確に反映された制御指令を生成することができる。【００１０】
また、基準部位の動作の計測は、直接的に基準部位の動作を計測する方法だけでなく、基準部位と連動して動く他の部位の動作を計測し、それから基準部位の動作を算出する間接的な方法でもよい。【００１１】
また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した身体の動作に基づく制御指令生成方法を提供する。【００１２】
身体の動作に基づく制御指令生成方法は、身体の基準部位を基準方向に動作させる基準動作と制御指令とを対応付け、前記基準部位の動作をもとに前記制御指令を生成する。身体の動作に基づく制御指令生成方法は、第１乃至第３のステップを備える。前記第１のステップにおいて、前記基準動作を含む第１の動作と、前記第１の動作に対応する前記基準部位の実際の動作である第２の動作とを対応付ける数式又はデータベースを準備する。前記第２のステップにおいて、操作者の前記基準部位の動作を計測したデータを取得する。前記第３のステップにおいて、前記第２のステップで前記データを取得した前記動作を前記第２の動作として前記数式又は前記データベースを用いることによって、前記第２のステップで前記データを取得した前記動作を前記第１の動作に変換し、変換された前記第１の動作に含まれる前記基準動作の成分に基づいて前記制御指令を算出する。【００１３】
好ましくは、前記第１及び第２の動作における前記基準部位の動作が、同一の複数の変数で定義されるとき、前記第１のステップにおいて準備する前記数式又は前記データベースは、前記変数のうち１つのみが変化する前記基準部位の動作要素を含む前記第１の動作と、前記動作要素に対応して前記変数のうち複数が変化する動作成分を含む前記第２の動作とを対応付けるものである。【００１４】
この場合、基準部位の動作特性を、数式又はデータベースに反映することができる。【００１５】
好ましくは、前記基準部位は、下肢と、上肢と、頚部及び頭部とのうち、少なくとも一つに含まれる。より好ましくは、前記基準部位は、前記下肢のうち膝関節より足側と、前記上肢のうち肘関節より手側とのうち、少なくとも一つに含まれる。【００１６】
これらの基準部位は、操作者が意図して移動させやすい。これらの基準部位を移動させる動作は、計測が容易である。【００１７】
好ましくは、前記基準動作において前記基準部位を動作させる前記基準方向は、前記身体の基本となる姿勢に基づいて定義される前記身体の前後方向、左右方向、上下方向のうち、少なくとも一つを含む。【００１８】
この場合、操作者は、身体の前後方向、左右方向、上下方向を直感的に認識することができる上、身体が重力方向に対して斜めの姿勢であっても認識することができるので、制御するための動作が容易である。【００１９】
好ましくは、前記基準動作において前記基準部位を動作させる前記基準方向は、重力方向と、重力方向に垂直な水平方向とのうち、少なくとも一つを含む。【００２０】
この場合、重力方向や水平方向は直感的に認識することができるので、制御するための動作が容易である。【００２１】
好ましくは、前記基準動作において前記基準部位を動作させる前記基準方向は、前記身体のうち前記基準部位とは異なる部位に一体に固定された座標系により定義される直線方向と回転方向とのうち、少なくとも一つを含む。【００２２】
この場合、基準部位とは異なる部位から見た、基準部位の相対的な動作を基準方向の定義に用いることができる。なお、「身体のうち基準部位とは異なる部位に一体に固定された座標系」は、その部位に直接に固定されたものだけでなく、例えば、その部位と一体となって同じ動きをする別の仮想的な位置に固定されたものを含む。【００２３】
好ましくは、前記基準部位は、下肢に含まれる。前記第２のステップにおいて、前記操作者は、前記基準部位が含まれる前記下肢の下腿が前記身体の上下方向に略平行となる第１の姿勢と、前記基準部位が含まれる前記下肢の太腿が前記身体の前後方向に略平行となる第２の姿勢とのうち、少なくとも一つを含む姿勢を基準に、前記基準部位を動作させる。【００２４】
この場合、略平行とは、平行又は平行からのずれが±４０度以内であり、より好ましくは、平行又は平行からのずれが±１０度以内である。【００２５】
好ましくは、前記基準部位は、上肢に含まれる。前記第２のステップにおいて、前記操作者は、前記基準部位が含まれる前記上肢の上腕が前記身体の上下方向に略平行となる第１の姿勢と、前記基準部位が含まれる前記上肢の前腕が前記身体の前後方向に略平行となる第２の姿勢とのうち、少なくとも一つを含む姿勢を基準に、前記基準部位を動作させる。【００２６】
この場合、略平行とは、平行又は平行からのずれが±４０度以内であり、より好ましくは、平行又は平行からのずれが±１０度以内である。【００２７】
好ましくは、前記数式又は前記データベースは、前記第１の動作と、前記第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付けて計測した計測値について回帰分析を適用することによって導き出された数式又はデータベースである。なお、回帰分析は、単回帰分析と重回帰分析とを含む。【００２８】
好ましくは、前記基準部位が直線運動する運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、前記運動成分に対応する前記第２の動作の成分が、前記基準部位の曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースである。【００２９】
例えば、基準部位が足首や手首である場合に、好適である。曲線運動には、円弧状の運動も該当する。【００３０】
好ましくは、前記基準部位は、膝関節より足側の部位である。前記基準部位が前記身体の前後方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分が、前記膝関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、前記膝関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースである。【００３１】
好ましくは、前記基準部位は、膝関節より足側の部位である。前記基準部位が前記身体の左右方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分が、前記膝関節を含む下肢の股関節と前記膝関節とを結ぶ軸と平行となる方向に見ると、前記膝関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第１の曲線運動と、前記身体の上方から見ると、前記股関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第２の曲線運動とのうち、少なくとも一方を含む曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースである。【００３２】
好ましくは、前記基準部位は、膝関節より足側の部位である。前記基準部位が前記身体の上下方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分が、前記身体の上下方向に平行な平面であって、前記膝関節を含む下肢の股関節と前記膝関節とを含む平面に対して垂直となる方向に見ると、前記膝関節と前記基準部位とを結ぶ線分の上下方向成分に相当する距離だけ、前記股関節から下に下がった位置を内側とするように曲がった前記基準部位の曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースである。【００３３】
好ましい第１の態様において、前記基準部位は、前記身体の右側の下肢に含まれる。（ａ）前記下肢の股関節中心を原点とし、前記身体の左右方向と平行で、前記身体の左側から右側へ向かう方向を正方向とする軸をｘ軸、（ｂ）前記股関節中心を原点とし、前記身体の前後方向と平行で、前記身体の後ろ側から前側へ向かう方向を正方向とする軸をｙ軸、（ｃ）前記股関節中心を原点とし、前記身体の上下方向と平行で、前記身体の下側から上側へ向かう方向を正方向とする軸をｚ軸、（ｄ）前記ｘ軸と前記ｙ軸とを含む平面であるｘｙ平面に、前記下肢の膝関節中心から下した垂線の足をＰ１、（ｅ）前記股関節中心を原点とし、前記Ｐ１を通る軸で、前記股関節中心から前記Ｐ１に向かう方向を正方向とする軸をｒ軸、（ｆ）前記膝関節中心を原点とし、前記股関節中心を通る軸で、前記股関節中心から前記膝関節中心に向かう方向を正方向とする軸をｚｋ軸、（ｇ）前記膝関節中心を原点とし、前記ｚｋ軸に垂直で、前記ｘｙ平面と平行な軸で、前記ｚ軸に沿って前記ｚ軸の正から負に向かう方向に見たときに時計回りの方向が正方向となる軸をｘｋ軸、（ｈ）前記膝関節中心を原点とし、前記ｘｋ軸に垂直かつ前記ｚｋ軸に垂直な軸で、前記ｘｋ軸及び前記ｚｋ軸とともに右手座標系を構成するように正方向が定義される軸をｙｋ軸、（ｉ）前記下肢の足首中心から、前記ｘｋ軸と前記ｙｋ軸とを含む平面であるｘｋｙｋ平面に下した垂線の足をＰ２、（ｊ）前記膝関節中心を原点とし、前記Ｐ２を通る軸で、前記膝関節中心から前記Ｐ２に向かう方向を正方向とする軸をＫＰ２軸、（ｋ）前記ｘｋ軸を含みかつ前記ｚ軸に平行な平面に、前記足首中心から下した垂線の足をＰ３、（ｌ）前記膝関節中心を原点とし、前記足首中心を通る軸で、前記膝関節中心から前記足首中心へ向かう方向を正方向とする軸をＫＯ３軸、（ｍ）前記膝関節中心を原点とし、前記Ｐ３を通る軸で、前記膝関節中心から前記Ｐ３へ向かう方向を正方向とする軸をＫＰ３軸、（ｎ）前記ｒ軸の正方向と前記ｚｋ軸の正方向とがなす角を角Ａ、（ｏ）前記ｙｋ軸の正方向と前記ＫＰ２軸の正方向とがなす角を角Ｂ、（ｐ）前記ｙ軸の正方向と前記ｒ軸の正方向とがなす角を角Ｃ、（ｑ）前記ＫＯ３軸の正方向と前記ＫＰ３軸の正方向とがなす角を角Ｄと定義すると、前記数式又は前記データベースの変数は、前記角Ａ、前記角Ｂ、前記角Ｃ、前記角Ｄ、前記角Ａの変化量、前記角Ｂの変化量、前記角Ｃの変化量、及び前記角Ｄの変化量のうち少なくとも一つを含む。【００３４】
この場合、ｘｋ軸、ｙｋ軸、ｚｋ軸は、膝関節中心を原点とする右手座標系である。角Ａ、角Ｂ、角Ｃ、角Ｄの変化量は、増減に対応して正負の値を有する。【００３５】
好ましい第２の態様において、前記基準部位は、前記身体の左側の下肢に含まれる。（ａ）前記下肢の股関節中心を原点とし、前記身体の左右方向と平行で、前記身体の右側から左側へ向かう方向を正方向とする軸をｘ軸、（ｂ）前記股関節中心を原点とし、前記身体の前後方向と平行で、前記身体の後ろ側から前側へ向かう方向を正方向とする軸をｙ軸、（ｃ）前記股関節中心を原点とし、前記身体の上下方向と平行で、前記身体の下側から上側へ向かう方向を正方向とする軸をｚ軸、（ｄ）前記ｘ軸と前記ｙ軸とを含む平面であるｘｙ平面に、前記下肢の膝関節中心から下した垂線の足をＰ１、（ｅ）前記股関節中心を原点とし、前記Ｐ１を通る軸で、前記股関節中心から前記Ｐ１に向かう方向を正方向とする軸をｒ軸、（ｆ）前記膝関節中心を原点とし、前記股関節中心を通る軸で、前記股関節中心から前記膝関節中心に向かう方向を正方向とする軸をｚｋ軸、（ｇ）前記膝関節中心を原点とし、前記ｚｋ軸に垂直で、前記ｘｙ平面と平行な軸で、前記ｚ軸に沿って前記ｚ軸の正から負に向かう方向に見たときに反時計回りの方向が正方向となる軸をｘｋ軸、（ｈ）前記膝関節中心を原点とし、前記ｘｋ軸に垂直かつ前記ｚｋ軸に垂直な軸で、前記ｘｋ軸及び前記ｚｋ軸とともに左手座標系を構成するように正方向が定義される軸をｙｋ軸、（ｉ）前記下肢の足首中心から、前記ｘｋ軸と前記ｙｋ軸とを含む平面であるｘｋｙｋ平面に下した垂線の足をＰ２、（ｊ）前記膝関節中心を原点とし、前記Ｐ２を通る軸で、前記膝関節中心から前記Ｐ２に向かう方向を正方向とする軸をＫＰ２軸、（ｋ）前記ｘｋ軸を含みかつ前記ｚ軸に平行な平面に、前記足首中心から下した垂線の足をＰ３、（ｌ）前記膝関節中心を原点とし、前記足首中心を通る軸で、前記膝関節中心から前記足首中心へ向かう方向を正方向とする軸をＫＯ３軸、（ｍ）前記膝関節中心を原点とし、前記Ｐ３を通る軸で、前記膝関節中心から前記Ｐ３へ向かう方向を正方向とする軸をＫＰ３軸、（ｎ）前記ｒ軸の正方向と前記ｚｋ軸の正方向とがなす角を角Ａ、（ｏ）前記ｙｋ軸の正方向と前記ＫＰ２軸の正方向とがなす角を角Ｂ、（ｐ）前記ｙ軸の正方向と前記ｒ軸の正方向とがなす角を角Ｃ、（ｑ）前記ＫＯ３軸の正方向と前記ＫＰ３軸の正方向とがなす角を角Ｄと定義すると、前記数式又は前記データベースの変数は、前記角Ａ、前記角Ｂ、前記角Ｃ、前記角Ｄ、前記角Ａの変化量、前記角Ｂの変化量、前記角Ｃの変化量、及び前記角Ｄの変化量のうち少なくとも一つを含む。【００３６】
この場合、ｘｋ軸、ｙｋ軸、ｚｋ軸は、膝関節中心を原点とする左手座標系である。角Ａ、角Ｂ、角Ｃ、角Ｄの変化量は、増減に対応して正負の値を有する。【００３７】
上記第１及び第２の態様において、より好ましくは、前記数式又は前記データベースにおいて、前記第１の動作の前記ｘ軸の座標値の変化量及び前記第２の動作の前記角Ｂの変化量の組と、前記第１の動作の前記ｘ軸の座標値の変化量及び前記第２の動作の前記角Ｃの変化量の組と、前記第１の動作の前記ｚ軸の座標値の変化量及び前記第２の動作の前記角Ａの変化量の組と、前記第１の動作の前記ｙ軸の座標値の変化量及び前記第２の動作の前記角Ｄの変化量の組とのうち、少なくとも一つの組が比例関係にある。ここで、「前記第１の動作の前記ｘ軸の座標値」とは、前記第１の動作における前記基準部位の位置を表す座標値であって、前記ｘ軸を用いて表した座標値を意味する。「前記第１の動作の前記ｚ軸の座標値」とは、前記第１の動作における前記基準部位の位置を表す座標値であって、前記ｚ軸を用いて表した座標値を意味する。「前記第１の動作の前記ｙ軸の座標値」とは、前記第１の動作における前記基準部位の位置を表す座標値であって、前記ｙ軸を用いて表した座標値を意味する。【００３８】
好ましくは、第１の軸を回転中心軸として前記基準部位が回転運動する回転運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、前記回転運動成分に対応する前記第２の動作の成分が、前記第１の軸を回転中心軸とする前記基準部位の第１の回転運動と、前記第１の軸とは異なる第２の軸を回転中心軸とする前記基準部位の第２の回転運動とを含むことを取り込んだ数式又はデータベースである。【００３９】
好ましくは、前記基準部位は、下肢のうち足である。前記足を外転又は内転する角度を開き角と定義し、該開き角は、前記足の内転側から外転側に向かって増加し、前記足を背屈又は底屈する角度を仰角と定義し、該仰角は、前記足の底屈側から背屈側に向かって増加するとしたときに、前記数式又は前記データベースは、前記第１の動作の変数として、前記開き角を含み、前記第２の動作の変数として、前記開き角及び前記仰角を含み、前記第１の動作の変数である前記開き角の増加と、前記第２の動作の変数である前記開き角の増加及び前記第２の動作の変数である前記仰角の増加とを対応付ける第１の特性と、前記第１の動作の変数である前記開き角の減少と、前記第２の動作の変数である前記開き角の減少及び前記第２の動作の変数である前記仰角の減少とを対応付ける第２の特性とのうち、少なくとも一方を有する。【００４０】
好ましくは、前記基準部位は、下肢のうち足である。前記足を外転又は内転する角度を開き角と定義し、該開き角は、前記足の内転側から外転側に向かって増加し、前記足を内反又は外反する角度を傾き角と定義し、該傾き角は、前記足の外反側から内反側に向かって増加するとしたときに、前記数式又は前記データベースは、前記第１の動作の変数として、前記開き角を含み、前記第２の動作の変数として、前記開き角及び前記傾き角を含み、前記第１の動作の変数である前記開き角の増加と、前記第２の動作の変数である前記開き角の増加及び前記第２の動作の変数である前記傾き角の減少とを対応付ける第１の特性と、前記第１の動作の変数である前記開き角の減少と、前記第２の動作の変数である前記開き角の減少及び前記第２の動作の変数である前記傾き角の増加とを対応付ける第２の特性とのうち、少なくとも一方を有する。【００４１】
好ましくは、前記基準部位は、下肢のうち足である。前記足を背屈又は底屈する角度を仰角と定義し、該仰角は、前記足の底屈側から背屈側に向かって増加し、前記足を内反又は外反する角度を傾き角と定義し、該傾き角は、前記足の外反側から内反側に向かって増加するとしたときに、前記数式又は前記データベースは、前記第１の動作の変数として、前記仰角を含み、前記第２の動作の変数として、前記仰角及び前記傾き角を含み、前記第１の動作の変数である前記仰角の増加と、前記第２の動作の変数である前記仰角の増加及び前記第２の動作の変数である前記傾き角の増加とを対応付ける第１の特性と、前記第１の動作の変数である前記仰角の減少と、前記第２の動作の変数である前記仰角の減少及び前記第２の動作の変数である前記傾き角の減少とを対応付ける第２の特性とのうち、少なくとも一方を有する。【００４２】
好ましくは、前記基準部位は、下肢のうち足である。前記足を内反又は外反する角度を傾き角と定義し、該傾き角は、前記足の外反側から内反側に向かって増加し、前記足を外転又は内転する角度を開き角と定義し、該開き角は、前記足の内転側から外転側に向かって増加するとしたときに、前記数式又は前記データベースは、前記第１の動作の変数として、前記傾き角を含み、前記第２の動作の変数として、前記傾き角及び前記開き角を含み、前記第１の動作の変数である前記傾き角の増加と、前記第２の動作の変数である前記傾き角の増加及び前記第２の動作の変数である前記開き角の減少とを対応付ける第１の特性と、前記第１の動作の変数である前記傾き角の減少と、前記第２の動作の変数である前記傾き角の減少及び前記第２の動作の変数である前記開き角の増加とを対応付ける第２の特性とのうち、少なくとも一方を有する。【００４３】
好ましくは、前記基準部位は、下肢のうち足である。前記足を内反又は外反する角度を傾き角と定義し、該傾き角は、前記足の外反側から内反側に向かって増加し、前記足を背屈又は底屈する角度を仰角と定義し、該仰角は、前記足の底屈側から背屈側に向かって増加するとしたときに、前記数式又は前記データベースは、前記第１の動作の変数として、前記傾き角を含み、前記第２の動作の変数として、前記傾き角及び前記仰角を含み、前記第１の動作の変数である前記傾き角の増加と、前記第２の動作の変数である前記傾き角の増加及び前記第２の動作の変数である前記仰角の減少とを対応付ける第１の特性と、前記第１の動作の変数である前記傾き角の減少と、前記第２の動作の変数である前記傾き角の減少及び前記第２の動作の変数である前記仰角の増加とを対応付ける第２の特性とのうち、少なくとも一方を有する。【００４４】
好ましくは、前記基準部位は、肘関節より手側の部位である。前記基準部位が前記身体の上下方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分が、前記肘関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、前記肘関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースである。【００４５】
好ましくは、前記基準部位は、肘関節より手側の部位である。前記基準部位が前記身体の左右方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分が、前記肘関節を含む上肢の肩関節と前記肘関節とを結ぶ軸と平行となる方向に見ると、前記肘関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第１の曲線運動と、前記身体の前方から見ると、前記肩関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第２の曲線運動とのうち、少なくとも一方を含む曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースである。【００４６】
好ましい第３の態様において、前記基準部位は、前記身体の右側の上肢に含まれる。（ａ）前記上肢の肩関節中心を原点とし、前記身体の左右方向と平行で、前記身体の左側から右側へ向かう方向を正方向とする軸をｘｕ軸、（ｂ）前記肩関節中心を原点とし、前記身体の前後方向と平行で、前記身体の後ろ側から前側へ向かう方向を正方向とする軸をｙｕ軸、（ｃ）前記肩関節中心を原点とし、前記身体の上下方向と平行で、前記身体の下側から上側へ向かう方向を正方向とする軸をｚｕ軸、（ｄ）前記ｘｕ軸と前記ｚｕ軸とを含む平面であるｘｕｚｕ平面に、前記上肢の肘関節中心から下した垂線の足をＰ１ｕ、
（ｅ）前記肩関節中心を原点とし、前記Ｐ１ｕを通る軸で、前記肩関節中心から前記Ｐ１ｕに向かう方向を正方向とする軸をｒｕ軸、（ｆ）前記肘関節中心を原点とし、前記肩関節中心を通る軸で、前記肩関節中心から前記肘関節中心に向かう方向を正方向とする軸をｚｋｕ軸、（ｇ）前記肘関節中心を原点とし、前記ｚｋｕ軸に垂直で、前記ｘｕｚｕ平面と平行な軸で、前記ｙｕ軸に沿って前記ｙｕ軸の正から負に向かう方向に見たときに時計回りの方向が正方向となる軸をｘｋｕ軸、（ｈ）前記肘関節中心を原点とし、前記ｘｋｕ軸に垂直かつ前記ｚｋｕ軸に垂直な軸で、前記ｘｋｕ軸及び前記ｚｋｕ軸とともに右手座標系を構成するように正方向が定義される軸をｙｋｕ軸、（ｉ）前記上肢の手首中心から、前記ｘｋｕ軸と前記ｙｋｕ軸とを含む平面であるｘｋｕｙｋｕ平面に下した垂線の足をＰ２ｕ、（ｊ）前記肘関節中心を原点とし、前記Ｐ２ｕを通る軸で、前記肘関節中心から前記Ｐ２ｕに向かう方向を正方向とする軸をＫＰ２ｕ軸、（ｋ）前記ｘｋｕ軸を含みかつ前記ｙｕ軸に平行な平面に、前記手首中心から下した垂線の足をＰ３ｕ、（ｌ）前記肘関節中心を原点とし、前記手首中心を通る軸で、前記肘関節中心から前記手首中心へ向かう方向を正方向とする軸をＫＯ３ｕ軸、（ｍ）前記肘関節中心を原点とし、前記Ｐ３ｕを通る軸で、前記肘関節中心から前記Ｐ３ｕへ向かう方向を正方向とする軸をＫＰ３ｕ軸、（ｎ）前記ｒｕ軸の正方向と前記ｚｋｕ軸の正方向とがなす角を角Ａｕ、（ｏ）前記ｙｋｕ軸の負方向と前記ＫＰ２ｕ軸の正方向とがなす角を角Ｂｕ、（ｐ）前記ｚｕ軸の負方向と前記ｒｕ軸の正方向とがなす角を角Ｃｕ、（ｑ）前記ＫＰ３ｕ軸の正方向と前記ＫＯ３ｕ軸の正方向とがなす角を角Ｄｕと定義すると、前記数式又は前記データベースの変数は、前記角Ａｕ、前記角Ｂｕ、前記角Ｃｕ、前記角Ｄｕ、前記角Ａｕの変化量、前記角Ｂｕの変化量、前記角Ｃｕの変化量、及び前記角Ｄｕの変化量のうち少なくとも一つを含む。【００４７】
この場合、ｘｋｕ軸、ｙｋｕ軸、ｚｋｕ軸は、肘関節中心を原点とする右手座標系である。角Ａｕ、角Ｂｕ、角Ｃｕ、角Ｄｕの変化量は、増減に対応して正負の値を有する。【００４８】
好ましい第４の態様において、前記基準部位は、前記身体の左側の上肢に含まれる。（ａ）前記上肢の肩関節中心を原点とし、前記身体の左右方向と平行で、前記身体の右側から左側へ向かう方向を正方向とする軸をｘｕ軸、（ｂ）前記肩関節中心を原点とし、前記身体の前後方向と平行で、前記身体の後ろ側から前側へ向かう方向を正方向とする軸をｙｕ軸、（ｃ）前記肩関節中心を原点とし、前記身体の上下方向と平行で、前記身体の下側から上側へ向かう方向を正方向とする軸をｚｕ軸、（ｄ）前記ｘｕ軸と前記ｚｕ軸とを含む平面であるｘｕｚｕ平面に、前記上肢の肘関節中心から下した垂線の足をＰ１ｕ、（ｅ）前記肩関節中心を原点とし、前記Ｐ１ｕを通る軸で、前記肩関節中心から前記Ｐ１ｕに向かう方向を正方向とする軸をｒｕ軸、（ｆ）前記肘関節中心を原点とし、前記肩関節中心を通る軸で、前記肩関節中心から前記肘関節中心に向かう方向を正方向とする軸をｚｋｕ軸、（ｇ）前記肘関節中心を原点とし、前記ｚｋｕ軸に垂直で、前記ｘｕｚｕ平面と平行な軸で、前記ｙｕ軸に沿って前記ｙｕ軸の正から負に向かう方向に見たときに反時計回りの方向が正方向となる軸をｘｋｕ軸、（ｈ）前記肘関節中心を原点とし、前記ｘｋｕ軸に垂直かつ前記ｚｋｕ軸に垂直な軸で、前記ｘｋｕ軸及び前記ｚｋｕ軸とともに左手座標系を構成するように正方向が定義される軸をｙｋｕ軸、（ｉ）前記上肢の手首中心から、前記ｘｋｕ軸と前記ｙｋｕ軸とを含む平面であるｘｋｕｙｋｕ平面に下した垂線の足をＰ２ｕ、（ｊ）前記肘関節中心を原点とし、前記Ｐ２ｕを通る軸で、前記肘関節中心から前記Ｐ２ｕに向かう方向を正方向とする軸をＫＰ２ｕ軸、（ｋ）前記ｘｋｕ軸を含みかつ前記ｙｕ軸に平行な平面に、前記手首中心から下した垂線の足をＰ３ｕ、（ｌ）前記肘関節中心を原点とし、前記手首中心を通る軸で、前記肘関節中心から前記手首中心へ向かう方向を正方向とする軸をＫＯ３ｕ軸、（ｍ）前記肘関節中心を原点とし、前記Ｐ３ｕを通る軸で、前記肘関節中心から前記Ｐ３ｕへ向かう方向を正方向とする軸をＫＰ３ｕ軸、（ｎ）前記ｒｕ軸の正方向と前記ｚｋｕ軸の正方向とがなす角を角Ａｕ、（ｏ）前記ｙｋｕ軸の負方向と前記ＫＰ２ｕ軸の正方向とがなす角を角Ｂｕ、（ｐ）前記ｚｕ軸の負方向と前記ｒｕ軸の正方向とがなす角を角Ｃｕ、（ｑ）前記ＫＰ３ｕ軸の正方向と前記ＫＯ３ｕ軸の正方向とがなす角を角Ｄｕと定義すると、前記数式又は前記データベースの変数は、前記角Ａｕ、前記角Ｂｕ、前記角Ｃｕ、前記角Ｄｕ、前記角Ａｕの変化量、前記角Ｂｕの変化量、前記角Ｃｕの変化量、及び前記角Ｄｕの変化量のうち少なくとも一つを含む。【００４９】
この場合、ｘｋｕ軸、ｙｋｕ軸、ｚｋｕ軸は、肘関節中心を原点とする左手座標系である。角Ａｕ、角Ｂｕ、角Ｃｕ、角Ｄｕの変化量は、増減に対応して正負の値を有する。【００５０】
前記第３及び第４の態様において、より好ましくは、前記数式又は前記データベースにおいて、前記第１の動作の前記ｘｕ軸の座標値の変化量及び前記第２の動作の前記角Ｂｕの変化量の組と、前記第１の動作の前記ｘｕ軸の座標値の変化量及び前記第２の動作の前記角Ｃｕの変化量の組と、前記第１の動作の前記ｚｕ軸の座標値の変化量及び前記第２の動作の前記角Ｄｕの変化量の組と、前記第１の動作の前記ｙｕ軸の座標値の変化量及び前記第２の動作の前記角Ａｕの変化量の組とのうち、少なくとも一つの組が比例関係にある。ここで、「前記第１の動作の前記ｘｕ軸の座標値」とは、前記第１の動作における前記基準部位の位置を表す座標値であって、前記ｘｕ軸を用いて表した座標値を意味する。「前記第１の動作の前記ｚｕ軸の座標値」とは、前記第１の動作における前記基準部位の位置を表す座標値であって、前記ｚｕ軸を用いて表した座標値を意味する。「前記第１の動作の前記ｙｕ軸の座標値」とは、前記第１の動作における前記基準部位の位置を表す座標値であって、前記ｙｕ軸を用いて表した座標値を意味する。【００５１】
好ましくは、前記基準部位は、上肢のうち手である。前記手を背屈又は掌屈する角度を開き角と定義し、前記手を外転又は内転する角度を仰角と定義し、前記手を回内又は回外する角度を傾き角と定義したときに、前記数式又は前記データベースは、前記開き角と前記仰角とのうち少なくとも一方が変化する前記基準部位の動作要素を含む前記第１の動作と、前記動作要素に対応して前記傾き角が変化する動作成分を含む前記第２の動作とを対応付けるものである。【００５２】
この場合、手の動作特性に基づいて、操作者の意図が正確に反映された制御指令を生成することができる。【００５３】
好ましくは、前記基準部位は、手の第２〜５指のうち少なくとも１つの特定指のＤＩＰ関節より指先側の部位である。前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の手首関節中心から前記手の前記第２〜５指の基節骨が動きうる範囲内に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、「前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分は前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分であり、前記曲線運動成分の曲線は、前記特定指のＰＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記特定指の前記ＰＩＰ関節と前記特定指の前記ＤＩＰ関節とのうち少なくとも一方があること」を取り込んだ数式又はデータベースである。【００５４】
この場合、手の第２〜５指の動作特性に基づいて、操作者の意図が正確に反映された制御指令を生成することができる。【００５５】
好ましくは、前記基準部位は、手の第２〜５指のうち少なくとも１つの特定指のＤＩＰ関節より指先側の部位である。前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の前記第５指の基節骨が動きうる範囲内から前記手の前記第２指の基節骨が動きうる範囲内に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、「前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分は前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分であり、前記曲線運動成分の曲線は、前記特定指のＭＰ関節中心を通るとともに前記特定指のＰＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と前記特定指の前記ＭＰ関節中心とを含む平面に垂直となる仮想直線と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記仮想直線に前記基準部位から下した垂線の足となる点があること」を取り込んだ数式又はデータベースである。【００５６】
この場合、手の第２〜５指の動作特性に基づいて、操作者の意図が正確に反映された制御指令を生成することができる。【００５７】
好ましくは、前記基準部位は、手の第１指のＩＰ関節より指先側の部位である。前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の第５指の基節骨が動きうる範囲内から前記手の第２指の基節骨が動きうる範囲内に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、「前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分は前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分であり、前記曲線運動成分の曲線は、前記第１指の前記ＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記第１指の前記ＩＰ関節と、前記第１指のＭＰ関節と、前記第１指の手根中手関節とのうち少なくとも一つがあること」を取り込んだ数式又はデータベースである。【００５８】
この場合、手の第１指の動作特性に基づいて、操作者の意図が正確に反映された制御指令を生成することができる。【００５９】
好ましくは、前記基準部位は、手の第１指のＩＰ関節より指先側の部位である。前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の前記手のひらから前記手の前記甲に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、「前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分は前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分であり、前記曲線運動成分の曲線は、前記第１指の手根中手関節の掌側外転・掌側内転運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記第１指の前記手根中手関節があること」を取り込んだ数式又はデータベースである。【００６０】
この場合、手の第１指の動作特性に基づいて、操作者の意図が正確に反映された制御指令を生成することができる。【００６１】
また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した身体の動作に基づく制御指令生成装置を提供する。【００６２】
身体の動作に基づく制御指令生成装置は、身体の基準部位を基準方向に動作させる基準動作と制御指令とを対応付け、前記基準部位の動作をもとに前記制御指令を生成する装置である。身体の動作に基づく制御指令生成装置は、（ａ）前記基準動作を含む第１の動作と、前記第１の動作に対応する前記基準部位の実際の動作である第２の動作とを対応付ける数式を定義する第１のデータ、又は前記第１の動作と前記第２の動作とを対応付けるデータベースを構成する第２のデータを格納する記憶部と、（ｂ）操作者の前記基準部位の動作を計測した測定データの入力を受け付ける入力受付部と、（ｃ）前記記憶部に格納された前記第１又は第２のデータと前記入力受付部が入力を受け付けた前記測定データとを参照し、前記入力受付部が前記測定データの入力を受け付けた前記操作者の前記基準部位の前記動作を前記第２の動作として、前記記憶部に前記第１又は第２のデータが格納された前記数式又は前記データベースを用いることによって、前記入力受付部が前記測定データの入力を受け付けた前記操作者の前記基準部位の前記動作を前記第１の動作に変換し、変換された前記第１の動作に含まれる前記基準動作の成分に基づいて前記制御指令を算出する制御指令算出部とを備える。【００６３】
基準動作を含む第１の動作の実行を意図して動作したときに、実際に動作される第２の動作と、動作することを意図された第１の動作との間には、ずれが生じる。第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式又はデータベースを準備し、この数式又はデータベースに基づいて、操作者の実際の動作を変換すると、変換された動作は、操作者が実行することを意図した動作又はそれに近い動作になる。そのため、変換された動作に含まれる基準動作の成分に基づいて制御指令を算出すると、操作者の意図がより正確に反映された制御指令を生成することができる。【００６４】
なお、記憶部には、複数の操作者に共通の数式を定義する第１のデータ、又はデータベースを構成する第２のデータが格納されても、操作者ごとに別々の数式を定義する第１のデータ、又はデータベースを構成する第２のデータが格納されてもよい。操作者ごとに別々の数式を定義する第１のデータ、又はデータベースを構成する第２のデータを格納すれば、複数の操作者に共通の数式を定義する第１のデータ、又はデータベースを構成する第２のデータが格納される場合に比べ、個々の操作者の身体の動作特性がより正確に反映された数式又はデータベースを用いることができるため、個々の操作者の意図がより一層正確に反映された制御指令を生成することができる。【００６５】
また、入力受付部が入力を受け付ける基準部位の動作を計測した測定データは、直接的に基準部位の動作を計測した測定データであっても、基準部位と連動して動く他の部位の動作を計測し、それから基準部位の動作を算出した間接的な測定データであってもよい。
【発明の効果】
【００６６】
本発明によれば、操作者の意図がより正確に反映された制御指令を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】（ａ）制御対象の動作、（ｂ）下肢の基準動作、（ｃ）下肢の実際の動作の説明図である。（実施例１）
【図２】（ａ）制御対象の動作、（ｂ−１）及び（ｂ−２）下肢の基準動作、（ｃ−１）及び（ｃ−２）下肢の実際の動作の説明図である。（実施例１）
【図３】（ａ）制御対象の動作、（ｂ）下肢の基準動作、（ｃ）下肢の実際の動作の説明図である。（実施例１）
【図４】角Ａ、角Ｃの説明図である。（実施例１）
【図５】角Ｂの説明図である。（実施例１）
【図６】角Ｄの説明図である。（実施例１）
【図７】目標物の位置と角Ａ〜Ｄとの関係を示すグラフである。（実施例１）
【図８】目標物の位置と角Ｂとの関係を示すグラフである。（実施例１）
【図９】目標物の位置と角Ｃとの関係を示すグラフである。（実施例１）
【図１０】目標物の位置とＥとの関係を示すグラフである。（実施例１）
【図１１】目標物の位置と角Ｄとの関係を示すグラフである。（実施例１）
【図１２】目標物の位置と角Ａとの関係を示すグラフである。（実施例１）
【図１３】モニタ画面の表示の説明図である。（実施例１）
【図１４】角Ａｕ、角Ｃｕの説明図である。（実施例２）
【図１５】角Ｂｕの説明図である。（実施例２）
【図１６】角Ｄｕの説明図である。（実施例２）
【図１７】（ａ）制御対象の動作、（ｂ−１）及び（ｂ−２）上肢の基準動作、（ｃ−１）及び（ｃ−２）上肢の実際の動作の説明図である。（実施例２）
【図１８】（ａ）制御対象の動作、（ｂ）上肢の基準動作、（ｃ）上肢の実際の動作の説明図である。（実施例２）
【図１９】（ａ）制御対象の動作、（ｂ）上肢の基準動作、（ｃ）上肢の実際の動作の説明図である。（実施例２）
【図２０】目標物の位置と角Ａｕ〜Ｄｕとの関係を示すグラフである。（実施例２）
【図２１】目標物の位置と角Ａｕ〜Ｄｕとの関係を示すグラフである。（実施例２）
【図２２】目標物の位置と角Ａｕ〜Ｄｕとの関係を示すグラフである。（実施例２）
【図２３】制御対象の姿勢変化動作を示す説明図である。（実施例３）
【図２４】足の姿勢変化動作を示す説明図である。（実施例３）
【図２５】制御対象三角形の説明図である。（実施例３）
【図２６】モニタ画面の表示の説明図である。（実施例３）
【図２７】第１の動作と第２の動作との関係を示すグラフである。（実施例３）
【図２８】第１の動作と第２の動作との関係を示すグラフである。（実施例３）
【図２９】第１の動作と第２の動作との関係を示すグラフである。（実施例３）
【図３０】モニタ画面の表示の説明図である。（実施例３）
【図３１】座標系の説明図である。（実施例３）
【図３２】開き角、仰角、傾き角の説明図である。（実施例３）
【図３３】（ａ）制御対象の動作、（ｂ）手の基準動作の説明図である。（実施例４）
【図３４】制御対象の姿勢変化動作を示す説明図である。（実施例６）
【図３５】手の姿勢変化動作を示す説明図である。（実施例６）
【図３６】座標系の説明図である。（実施例６）
【図３７】手の開き角、仰角、傾き角の説明図である。（実施例６）
【図３８】制御対象三角形の説明図である。（実施例６）
【図３９】モニタ画面の表示の説明図である。（実施例６）
【図４０】モニタ画面の表示の説明図である。（実施例６）
【図４１】モニタ画面の表示の説明図である。（実施例６）
【図４２】モニタ画面の表示の説明図である。（実施例６）
【図４３】第１の動作と第２の動作との関係を示すグラフである。（実施例６）
【図４４】第１の動作と第２の動作との関係を示すグラフである。（実施例６）
【図４５】第１の動作と第２の動作との関係を示すグラフである。（実施例６）
【図４６】第１の動作と第２の動作との関係を示すグラフである。（実施例６）
【図４７】第１の動作と第２の動作との関係を示すグラフである。（実施例６）
【図４８】第１の動作と第２の動作との関係を示すグラフである。（実施例６）
【図４９】第１の動作と第２の動作との関係を示すグラフである。（実施例６）
【図５０】（ａ）制御対象の動作、（ｂ）第２指の基準動作、（ｃ）第２指の実際の動作の説明図である。（実施例７）
【図５１】（ａ）制御対象の動作、（ｂ）第２指の基準動作、（ｃ）第２指の実際の動作の説明図である。（実施例７）
【図５２】（ａ）制御対象の動作、（ｂ）第２指の基準動作の説明図である。（実施例７）
【図５３】（ａ）制御対象の動作、（ｂ）第１指の基準動作、（ｃ）第１指の実際の動作の説明図である。（実施例７）
【図５４】（ａ）制御対象の動作、（ｂ）第１指の基準動作、（ｃ）第１指の実際の動作の説明図である。（実施例７）
【図５５】（ａ）制御対象の動作、（ｂ）第１指の基準動作の説明図である。（実施例７）
【図５６】第２指の実際の動作を示すグラフである。（実施例７）
【図５７】第２指の実際の動作を示すグラフである。（実施例７）
【図５８】第１指の実際の動作を示すグラフである。（実施例７）
【図５９】第１指の実際の動作を示すグラフである。（実施例７）
【図６０】制御指令生成装置のブロック図である。（実施例８）
【図６１】凸状又は凹状の曲線の説明図である。（説明例１）
【発明を実施するための形態】
【００６８】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図６１を参照しながら説明する。
【００６９】
＜実施例１＞  実施例１について、図１〜図１３、図６１を参照しながら説明する。実施例１では、下肢の動きに基づいて、制御対象を動作させるための制御指令を生成する。
【００７０】
図１（ａ）、図２（ａ）及び図３（ａ）は、ロボットアーム等の制御対象８０の動作を模式的に示す説明図である。図１（ｂ）、図２（ｂ−１）、図２（ｂ−２）及び図３（ｂ）は、大腿１４及び下腿１６を含む下肢１２の基準動作を模式的に示す説明図である。符号１８は、足を示す。図１（ｃ）、図２（ｃ−１）、図２（ｃ−２）及び図３（ｃ）は、下肢１２の実際の動作を模式的に示す説明図である。
【００７１】
制御対象８０の動作と、下肢１２の基準動作とを、図１（ａ）及び（ｂ）、図２（ａ）、（ｂ−１）及び（ｂ−２）、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように対応付けると、制御対象８０の動作と、制御対象８０を動作させるための下肢１２の動作との対応関係が容易に理解できるため、下肢１２を動かして、制御対象８０を容易に動作させることができる。
【００７２】
すなわち、図１（ａ）において矢印９２で示すように、制御対象８０を前後方向に直線移動させるための制御指令と、図１（ｂ）において矢印５２で示すように、基準部位である足首１７を前後方向に直線移動させる基準動作とを、対応付ける。図２（ａ）において矢印９４で示すように、制御対象８０を左右方向に直線移動させるための制御指令と、図２（ｂ−１）及び（ｂ−２）において矢印５４ａ，５４ｂで示すように、基準部位である足首１７を左右方向に直線移動させる基準動作とを、対応付ける。図３（ａ）において矢印９６で示すように、制御対象８０を上下方向に直線移動させるための制御指令と、図３（ｂ）において矢印５６で示すように、基準部位である足首１７を上下方向に直線移動させる基準動作とを、対応付ける。
【００７３】
しかしながら、下肢には特有の動作特性が存在するため、制御対象を制御するときに実行することを意図した下肢の動作と、実際の下肢の動作とには、ずれが生じる。
【００７４】
例えば、図１（ｂ）において矢印５２で示すように足首１７を前後方向に直線移動させることを意図して動作をさせても、実際には図１（ｃ）において矢印５３で示すように、足首１７は、膝関節を中心に円弧状に曲線移動する。図２（ｂ−１）及び（ｂ−２）において矢印５４ａ及び矢印５４ｂで示すように足首１７を左右方向に直線移動させようとしても、実際には図２（ｃ−１）において矢印５５ａで示すように、足首１７は、膝関節を中心にした円弧状の曲線移動とともに、図２（ｃ−２）において矢印５５ｂに示すように、身体の上方から見ると、股関節を中心にした円弧状の曲線移動をするため、これらを組み合わせた曲線運動をする。図３（ｂ）において矢印５６で示すように足首１７を上下方向に直線移動させようとしても、実際には図３（ｃ）において矢印５７で示すように、股関節を中心として大腿１４が回動するとともに、下腿１６は上下方向に平行となる状態を保つため、足首１７は、矢印５８で示すように円弧状に曲線移動する。
【００７５】
そのため、下肢１２の動作を計測し、図１（ａ）及び（ｂ）、図２（ａ）、（ｂ−１）及び（ｂ−２）、図３（ａ）及び（ｂ）に示した対応付けに基づいて、制御対象８０を動作させるための制御指令を生成すると、制御対象８０を、意図した通りに動作させることができない。
【００７６】
そこで、実際の下肢の動作を、実行を意図したと推定される下肢の動作に変換するための数式を準備しておく（第１のステップ）。操作者の下肢の動作を計測する（第２のステップ）。準備しておいた数式を用いて、計測した動作を変換し、変換した動作に基づいて、制御指令を生成する（第３のステップ）。
【００７７】
すなわち、前記第１のステップにおいて、制御指令と対応付けられた基準動作であって身体の基準部位を基準方向に動作させる前記基準動作を含む第１の動作と、前記第１の動作の実行を意図して動作したときの実際の動作である第２の動作とを対応付ける数式を準備する。前記第２のステップにおいて、操作者の前記基準部位の動作を計測する。前記第３のステップにおいて、前記第１のステップで準備した前記数式を用いて、前記第２のステップで計測した前記動作を変換し、変換された前記動作に含まれる前記基準動作の成分に基づいて前記制御指令を算出する。前記基準部位は、足首である。
【００７８】
基準動作を含む第１の動作の実行を意図して動作したときに、実際に動作される第２の動作と、動作することを意図された第１の動作との間には、ずれが生じる。第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式を準備し、この数式に基づいて、操作者の実際の動作を変換すると、変換された動作は、操作者が実行することを意図した動作又はそれに近い動作になる。そのため、変換された動作に含まれる基準動作の成分に基づいて制御指令を算出すると、操作者の意図がより正確に反映された制御指令を生成することができる。
【００７９】
なお、第１のステップにおいて、複数の操作者に共通の数式を準備しても、個別に、すなわち操作者ごとに別々の数式を準備してもよい。個別に、すなわち操作者ごとに別々の数式を準備すれば、複数の操作者に共通の数式を準備する場合に比べ、個々の操作者の身体の動作特性がより正確に反映された数式を用いることができるため、個々の操作者の意図がより一層正確に反映された制御指令を生成することができる。
【００８０】
制御指令と対応付けられた基準動作において、身体の基準部位を動作させる基準方向が、身体の基本となる姿勢に基づいて定義される身体の前後方向、左右方向、上下方向であれば、身体が重力方向に対して斜めの姿勢であっても基準方向を認識することができるので、制御するための動作が容易になり、好ましい。また、基準方向が、重力方向や、重力方向に垂直な水平方向であれば、重力方向や水平方向は直感的に認識することができるので、制御するための動作が容易であり、好ましい。
【００８１】
以下、第１〜第３のステップの具体例を説明する。
【００８２】
第１のステップの具体例を説明する。下肢の動作は、足首を基準部位として第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式を準備する場合、第２の動作を表現する変数として、足首の位置の３次元座標（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）を用いることが考えられるが、次の角Ａ〜Ｄを変数として用いると、対応付ける数式を構成しやすい。足首の動作は、図４〜図６の説明図に示す４つの角Ａ〜Ｄを計測すると、決定することができる。角Ａ〜Ｄは、下肢にマーカーを貼り付けた状態で下肢の動作を撮影し、撮影した画像を解析したり、下肢に三次元位置センサー等を取り付けたりするなどして、適宜な方法で計測すればよい。基準部位である足首の計測は、直接的に足首の動作を計測する方法だけでなく、足首と連動して動く他の部位である下腿や膝関節、大腿、股関節の動作を計測し、それから足首の動作を算出する間接的な方法でもよい。
【００８３】
図４〜図６に示すｘ軸は、股関節中心Ｏ１を原点とし、身体１０の左右方向と平行で、身体１０の左側から右側へ向かう方向を正方向とする軸である。ｙ軸は、股関節中心Ｏ１を原点とし、身体１０の前後方向と平行で、身体１０の後ろ側から前側へ向かう方向を正方向とする軸である。ｚ軸は、股関節中心Ｏ１を原点とし、身体１０の上下方向と平行で、身体１０の下側から上側へ向かう方向を正方向とする軸である。ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、股関節中心Ｏ１を原点とする右手座標系である。
【００８４】
図４に示すように、ｘ軸とｙ軸とを含むｘｙ平面７１に、膝関節中心Ｏ２から下した垂線の足をＰ１とする。ｒ軸は、股関節中心Ｏ１を原点とし、Ｐ１を通る軸で、股関節中心Ｏ１からＰ１に向かう方向を正方向とする軸である。
【００８５】
図４に示すように、ｚｋ軸は、膝関節中心Ｏ２を原点とし、股関節中心Ｏ１を通る軸で、股関節中心Ｏ１から膝関節中心Ｏ２に向かう方向を正方向とする軸である。ｘｋ軸は、膝関節中心Ｏ２を原点とし、ｚｋ軸に垂直で、ｘｙ平面７１と平行な軸であり、ｚ軸に沿ってｚ軸の正から負に向かう方向に見たときに時計回りの方向が正方向となる軸である。例えば、膝関節中心Ｏ２が股関節中心Ｏ１よりも前方に位置し、かつ膝関節中心Ｏ２がｙ軸上にある場合に、ｘｋ軸は、身体１０の左側から右側に向かう方向が正方向となる。ｙｋ軸は、膝関節中心Ｏ２を原点とし、ｘｋ軸に垂直かつｚｋ軸に垂直な軸で、ｘｋ軸及びｚｋ軸とともに右手座標系を構成するように正方向が定義される軸である。例えば、膝関節中心Ｏ２が股関節中心Ｏ１よりも前方に位置し、かつ膝関節中心Ｏ２がｙ軸上にある場合に、ｙｋ軸は、身体１０の上側から下側に向かう方向が正方向となる。
【００８６】
角Ａは、ｒ軸の正方向とｚｋ軸の正方向とがなす角で定義する。角Ａは、大腿１４の上がり具合を示す角度であり、膝関節中心Ｏ２がｘｙ平面より上にあるときを正とする。
【００８７】
角Ｃは、ｙ軸の正方向とｒ軸の正方向とがなす角で定義する。角Ｃは、大腿１４の開き具合（股の開き具合）を示す角度であり、大腿１４が開く方向（股を開く方向、膝関節中心Ｏ２が他方の膝関節中心から離れる方向）を正とする。
【００８８】
図５に示すように、足首中心Ｏ３から、ｘｋ軸とｙｋ軸とを含む平面であるｘｋｙｋ平面７２に下した垂線の足をＰ２とする。ＫＰ２軸は膝関節中心Ｏ２を原点とし、Ｐ２を通る軸で、膝関節中心Ｏ２からＰ２に向かう方向を正方向とする軸である。
【００８９】
角Ｂは、ｙｋ軸の正方向とＫＰ２軸の正方向とがなす角で定義する。角Ｂは大腿１４のひねりによる下腿１６の回転の程度であり、内股になる方向（足１８が他方の足から離れる方向、ｚｋ軸に沿ってｚｋ軸の正から負に向かう方向に見たときに時計回りの方向）を正とする。
【００９０】
図６に示すように、ｘｋ軸を含みかつｚ軸に平行な平面７３に、足首中心Ｏ３から下した垂線の足をＰ３とする。ＫＯ３軸は、膝関節中心Ｏ２を原点とし、足首中心Ｏ３を通る軸で、膝関節中心Ｏ２から足首中心Ｏ３へ向かう方向を正方向とする軸である。ＫＰ３軸は、膝関節中心Ｏ２を原点とし、Ｐ３を通る軸で、膝関節中心Ｏ２からＰ３へ向かう方向を正方向とする軸である。
【００９１】
角Ｄは、ＫＯ３軸の正方向とＫＰ３軸の正方向とがなす角で定義する。角Ｄは、膝の曲げ伸ばしによる下腿１６の上がり具合であり、膝を伸ばす方向を正とする。
【００９２】
次に、数式を決定するための実験１について説明する。
【００９３】
実験１では、被験者は、椅子に座り、下肢を空中に浮かせて自在に動かせる状態となる。被験者は、下肢の下腿を身体の上下方向に略平行、かつ、下肢の大腿が身体の前側にあり、身体の前後方向に略平行となる姿勢をとる。そして、被験者の前に目標物を配置し、目標物を所定方向に移動させる。被験者は、図１（ａ）及び（ｂ）、図２（ａ）、（ｂ−１）及び（ｂ−２）、図３（ａ）及び（ｂ）に示した対応付けを意識して、目標物の移動を実現させるために必要と考える通りに、下肢を動かす。このとき、被験者の下肢にマーカーを貼り付けた状態で撮影した画像を解析することによって、角Ａ〜Ｄを計測する。
【００９４】
図７は、図２（ａ）のような目標物（制御対象）の左右方向（ｘ軸方向）の直線状の移動に対応して、図２（ａ）、（ｂ−１）及び（ｂ−２）に示した対応付けを意識して被験者が下肢を動かしたときの実験結果を示すグラフである。すなわち、実験の際、被験者は、目標物の左右方向の直線状の移動と同じように、足首を左右方向に直線状に動かすことを意図して、下肢を動かした。横軸は、目標物の基本位置に対する目標物の左右方向の位置（ｘｏｂ）を示し、縦軸は角Ａ〜Ｄを示す。
【００９５】
図７から、角Ａと角Ｄは、略一定であり、角Ｂの変化量と角Ｃの変化量は、目標物の左右方向（ｘ軸方向）の移動量と略比例関係にあることが分かる。すなわち、被験者は、図２（ｂ−１）及び（ｂ−２）のように直線状に動かそうと意図したが、実際の動作は、図２（ｃ−２）に示すように股の開閉に起因する大腿の回転による円弧状の運動と、図２（ｃ−１）に示すように大腿のひねりに起因する下腿の回転による円弧状の運動とを組み合わせた曲線状の動作となっている。このことから、下肢の角（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）と、目標物の基本位置に対する目標物のｘ軸方向の位置（ｘｏｂ）とは、次の式（１）〜（３）のいずれかによって、対応付けることができる。ｆＢ（Ｂ）は角Ｂの関数、ｆＣ（Ｃ）は角Ｃの関数、ｆＢＣ（Ｂ，Ｃ）は角Ｂと角Ｃの関数を意味する。
ｘｏｂ＝ｆＢ（Ｂ）    ・・・（１）
ｘｏｂ＝ｆＣ（Ｃ）    ・・・（２）
ｘｏｂ＝ｆＢＣ（Ｂ，Ｃ）    ・・・（３）
【００９６】
同様に、図１（ａ）のような目標物（制御対象）の前後方向（ｙ軸方向）の直線状の移動に対応して、図１（ａ）及び（ｂ）に示した対応付けを意識して被験者が下肢を動かしたときの角Ａ〜Ｄを計測した。すなわち、実験の際、被験者は、目標物の前後方向の直線状の移動と同じように、足首を前後方向に直線状に動かすことを意図して、下肢を動かした。
【００９７】
この場合、角Ａ、角Ｂ及び角Ｃは略一定であり、角Ｄの変化量は、目標物の前後方向（ｙ軸方向）の移動量と略比例関係にあることが分かった。すなわち、被験者は、図１（ｂ）のように直線状に動かそうと意図したが、実際の動作は、図１（ｃ）に示すように膝関節の曲げ伸ばしによる円弧状の曲線状の動作となっている。このことから、下肢の動作を計測した角（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）と、目標物の基本位置に対する目標物のｙ軸方向の位置（ｙｏｂ）とは、次の式（４）によって、対応付けることができる。ｆＤ（Ｄ）は角Ｄの関数を意味する。
ｙｏｂ＝ｆＤ（Ｄ）    ・・・（４）
【００９８】
また、図３（ａ）のような目標物（制御対象）の上下方向（ｚ軸方向）の直線状の移動に対応して、図３（ａ）及び（ｂ）に示した対応付けを意識して被験者が下肢を動かしたときの角Ａ〜Ｄを計測した。すなわち、実験の際、被験者は、目標物の上下方向の直線状の移動と同じように、足首を上下方向に直線状に動かすことを意図して、下肢を動かした。
【００９９】
この場合、角Ｂ、角Ｃ及び角Ｄは略一定であり、角Ａの変化量は、目標物の上下方向（ｚ軸方向）の移動量と略比例関係にあることが分かった。すなわち、被験者は、図３（ｂ）のように直線状に動かそうと意図したが、実際の動作は、図３（ｃ）に示すように曲線状の動作となっている。このことから、下肢の動作を計測した角（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）と、目標物の基本位置に対する目標物のｚ軸方向の位置（ｚｏｂ）とは、次の式（５）によって、対応付けることができる。ｆＡ（Ａ）は角Ａの関数を意味する。
ｚｏｂ＝ｆＡ（Ａ）    ・・・（５）
【０１００】
式（１）〜（５）の関数は、例えば、下肢の動作を計測したデータに対して最小二乗法を適用して求めた近似直線あるいは近似曲線を用いるなど種々の方法で決定することが可能である。また、近似直線より得られる角Ｂの変化量に対するｘｏｂの変化量を比例定数とし、ｘｏｂと角Ｂとが比例関係となる関数や、近似直線より得られる角Ｃの変化量に対するｘｏｂの変化量を比例定数とし、ｘｏｂと角Ｃとが比例関係となる関数や、近似直線より得られる角Ｄの変化量に対するｙｏｂの変化量を比例定数とし、ｙｏｂと角Ｄとが比例関係となる関数や、近似直線より得られる角Ａの変化量に対するｚｏｂの変化量を比例定数とし、ｚｏｂと角Ａとが比例関係となる関数を用いると、数式が簡単になる。
【０１０１】
一例として、比例関係に着目した関数を用いると、式（１）〜（５）は、次の式（１'）〜（５'）のように表せる。
ｘｏｂ＝ｂＢ    ・・・（１'）
ｘｏｂ＝ｃＣ    ・・・（２'）
ｘｏｂ＝ｂ'Ｂ＋ｃ'Ｃ＝ｅＥ    ・・・（３'）
ｙｏｂ＝ｄＤ    ・・・（４'）
ｚｏｂ＝ａＡ    ・・・（５'）
ただし、ａ，ｂ，ｂ'，ｃ，ｃ'，ｄ，ｅは定数とする。
【０１０２】
なお、式（１'）〜（５'）から明らかなように、斜めに動くような複合動作に対しても、角Ａ、角Ｂ、角Ｃ、角Ｄから、（ｘｏｂ，ｙｏｂ，ｚｏｂ）を一意に決めることができる。
【０１０３】
図８〜図１２に、定数を決定した式（１'）〜（５'）より得られる直線（直線上に並んだ点群）の例を示す。
【０１０４】
図８は、角Ｂと目標物の左右方向の位置ｘｏｂとの関係を示すグラフに、角Ｂの実測値の一例と、式（１'）より得られる直線とを示している。
【０１０５】
図９は、角Ｃと目標物の左右方向の位置ｘｏｂとの関係を示すグラフに、角Ｃの実測値の一例と、式（２'）より得られる直線とを示している。
【０１０６】
図１０は、Ｅと目標物の左右方向の位置ｘｏｂとの関係を示すグラフに、Ｅの実測値（角Ｂの実測値と角Ｃの実測値から式（３'）に基づき計算された値）の一例と、式（３'）より得られる直線とを示している。
【０１０７】
図１１は、角Ｄと目標物の前後方向の位置ｙｏｂとの関係を示すグラフに、角Ｄの実測値の一例と、式（４'）より得られる直線とを示している。
【０１０８】
図１２は、角Ａと目標物の上下方向の位置ｚｏｂとの関係を示すグラフに、角Ａの実測値の一例と、式（５'）より得られる直線とを示している。
【０１０９】
式（１'）から式（５'）は、目標物の基本位置に対する目標物の位置（左辺）と足首の基本位置に対する足首の位置を表す変数である角Ａ〜Ｄとの関係を示す。被験者は足首の基本位置に対する足首の位置と目標物の基本位置に対する目標物の位置とが同じになることを意図して動かしている。このため、式（１'）から式（５'）の左辺は、被験者が意図した足首の位置（足首の基本位置に対する足首の位置）を意味するものである。すなわち、式（１'）から式（５'）の左辺は第１の動作に相当するものであり、右辺は第２の動作に相当するものである。
【０１１０】
例えば、ｘ軸方向の移動量を式（３'）によって対応付けるとし、式（１'）と式（２'）とを用いない場合を取り上げる。すなわち、式（３'）〜（５'）を用いる場合を考える。この場合、式（３'）〜（５'）は、第１のステップで準備する「制御指令と対応付けられた基準動作であって身体の基準部位を基準方向に動作させる前記基準動作を含む第１の動作と、前記第１の動作の実行を意図して動作したときの実際の動作である第２の動作とを対応付ける数式」となる。目標物の基本位置に対する目標物の位置（ｘｏｂ，ｙｏｂ，ｚｏｂ）は、被験者が意図した足首の位置（足首の基本位置に対する足首の位置）に対応することから、式（３'）〜（５'）のｘｏｂ，ｙｏｂ，ｚｏｂは、「制御指令と対応付けられた基準動作であって身体の基準部位（足首）を基準方向に動作させる基準動作を含む第１の動作における基準部位の位置」を表す。式（３'）〜（５'）のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、第１の動作の実行を意図して動作したときの実際の動作である第２の動作を表すパラメータである。
【０１１１】
なお、角Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを用いると、第１のステップで準備する数式が簡単になるが、他のパラメータを用いても構わない。回帰分析（単回帰分析や重回帰分析）を用いて、目標物の位置ｘｏｂ，ｙｏｂ，ｚｏｂと角Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ以外のパラメータとの関係式を求めてもよい。第１の動作には、斜め方向などの複合動作を含めてもよい。
【０１１２】
ここで、第１及び第２の動作における足首の動作が、どちらも、足首の前後、左右、上下方向の位置を表す変数（同一の複数の変数）で定義される場合を考える。この場合、例えば、図１（ｂ）に示すように、足首の前後方向の位置を表す変数のみが変化する第１の動作に対して、図１（ｃ）に示すように、足首の前後方向の位置を表す変数と足首の上下方向の位置を表す変数の２つの変数が変化する第２の動作が対応するため、これらを対応付ける数式とすればよい。すなわち、第１及び第２の動作における基準部位の動作が、同一の複数の変数で定義されるとき、第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式は、それらの変数のうち１つの変数のみが変化する基準部位の動作要素を含む第１の動作と、この動作要素に対応してそれらの変数のうち複数の変数が変化する動作成分を含む第２の動作とを対応付けるものである。図２の足首の左右方向の位置を表す変数のみが変化する第１の動作の場合でも、図３の足首の上下方向の位置を表す変数のみが変化する第１の動作の場合でも、同様である。
【０１１３】
例えば、第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式は、「足首が身体の前後方向に直線運動する第１の動作の直線運動成分に対応する第２の動作の成分が、膝関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、膝関節側を内側とするように曲がった足首の曲線運動となること」を取り込んだ数式としてもよい。この場合、膝関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、足首の曲線運動の湾曲内側（凹側）が、膝関節又はその近傍に対向するように曲がった曲線運動となることを、数式に取り込む。
【０１１４】
換言すると、第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式は、「足首が身体の前後方向に直線運動する第１の動作の直線運動成分に対応する第２の動作の成分は足首が曲線運動する曲線運動成分であり、曲線運動成分の曲線は、膝関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち曲線が存在しない一方の領域と、曲線および直線（曲線の両端を通る直線）によって囲まれる領域と、直線（曲線の両端を通る直線）上とのうち少なくとも一つに、膝関節があること」を取り込んだ数式としてもよい。
【０１１５】
ここで、図６１の説明図に、凸状又は凹状の曲線８００を示す。紙面に垂直な方向から見ると、曲線８００の両端の点８０２，８０４を通る直線８０６によって、領域が二分される。直線８０６で二分された領域８１０，８２０のうち一方の領域８２０に、曲線８００は存在しない。「曲線および直線（曲線の両端を通る直線）によって囲まれる領域」は、図６１では、曲線８００および直線８０６によって囲まれる領域に相当する。「直線（曲線の両端を通る直線）上」は、図６１では、直線８０６上に相当する。
【０１１６】
ここで、「凸状又は凹状の曲線」は、全体的に凸状又は凹状の曲線でもよい。例えば、その曲線の形状を詳細にみると、その曲線に高周波の波形（全体的な曲線の長さに対して波長が短い波形）も含まれる場合でも、その曲線を巨視的にみて、その曲線の全体的な形状が凸状や凹状とみなすことができれば、その曲線は「凸状又は凹状の曲線」として扱ってもよい。また、「曲線の両端を通る直線」は、曲線の全体的な形状に相当する凸状又は凹状の曲線の両端を通る直線でもよい。例えば、その曲線の形状を詳細にみると、その曲線に高周波の波形も含まれる場合でも、その曲線の全体的な形状に相当する凸状や凹状の曲線をとりあげ、そのとりあげた曲線の両端を通る直線も、「曲線の両端を通る直線」として扱ってもよい。
【０１１７】
なお、式（４'）は、第２の動作の成分が所定の方向から見ると膝関節を中心とする一つの円弧に沿う円弧状の曲線運動であることを取り込んだ数式であるが、その一つの円弧とは中心位置や半径が異なる他の一つの円弧に沿う円弧状の曲線運動が第２の動作の成分となることを取り込んだ数式や、第２の動作の成分が略円弧状の曲線運動であることを取り込んだ数式であっても構わない。
【０１１８】
また、第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式は、「足首が身体の左右方向に直線運動する第１の動作の直線運動成分に対応する第２の動作の成分が、膝関節を含む下肢の股関節と膝関節とを結ぶ軸と平行となる方向に見ると、膝関節側を内側とするように曲がった足首の第１の曲線運動と、身体の上方から見ると、股関節側を内側とするように曲がった足首の第２の曲線運動とのうち、少なくとも一方を含む曲線運動となること」を取り込んだ数式としてもよい。この場合、膝関節を含む下肢の股関節と膝関節とを結ぶ軸と平行となる方向に見ると、第１の曲線運動の湾曲内側（凹側）は、膝関節又はその近傍に対向する。第２の曲線運動の湾曲内側（凹側）は、身体の上方から見ると、股関節又はその近傍に対向する。
【０１１９】
換言すると、第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式は、「足首が身体の左右方向に直線運動する第１の動作の直線運動成分に対応する第２の動作の成分は足首が曲線運動する曲線運動成分であり、第２の動作の成分は、（ａ）曲線運動成分の曲線が、膝関節を含む下肢の股関節と膝関節とを結ぶ軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち曲線が存在しない一方の領域と、曲線および直線（曲線の両端を通る直線）によって囲まれる領域と、直線（曲線の両端を通る直線）上とのうち少なくとも一つに、膝関節がある、足首の第１の曲線運動と、（ｂ）曲線運動成分の曲線が、身体の上方から見ると、凸状又は凹状の曲線であり、曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち曲線が存在しない一方の領域と、曲線および直線（曲線の両端を通る直線）によって囲まれる領域と、直線（曲線の両端を通る直線）上とのうち少なくとも一つに、股関節がある、足首の第２の曲線運動とのうち、少なくとも一方を含む曲線運動となること」を取り込んだ数式としてもよい。
【０１２０】
なお、式（１'）、（２'）、（３'）は、第２の動作の成分が所定の方向から見ると膝関節及び股関節の少なくとも一方を中心とする円弧に沿う円弧状の曲線運動であることを取り込んだ数式であるが、それらの円弧とは中心位置や半径が異なる他の円弧に沿う円弧状の曲線運動が第２の動作の成分となることを取り込んだ数式や、第２の動作の成分が略円弧状の曲線運動であることを取り込んだ数式であっても構わない。
【０１２１】
また、第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式は、「足首が身体の上下方向に直線運動する第１の動作の直線運動成分に対応する第２の動作の成分が、身体の上下方向に平行な平面であって、膝関節を含む下肢の股関節と膝関節とを含む平面に対して垂直となる方向に見ると、膝関節と足首とを結ぶ線分の上下方向成分に相当する距離だけ、股関節から下に下がった位置を内側とするように曲がった足首の曲線運動となること」を取り込んだ数式としてもよい。この場合、身体の上下方向に平行な平面であって、膝関節を含む下肢の股関節と膝関節とを含む平面に対して垂直となる方向に見ると、数式に取り込む足首の曲線運動の湾曲内側（凹側）は、股関節から所定距離（膝関節と足首とを結ぶ線分の上下方向成分に相当する距離）下がった位置又はその近傍に対向する。なお、式（５'）は、第２の動作の成分が所定の方向から見ると一つの円弧に沿う円弧状の曲線運動であることを取り込んだ数式であるが、その一つの円弧とは中心位置や半径が異なる他の一つの円弧に沿う円弧状の曲線運動が第２の動作の成分となることを取り込んだ数式や、第２の動作の成分が略円弧状の曲線運動であることを取り込んだ数式であっても構わない。
【０１２２】
換言すると、第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式は、「足首が身体の上下方向に直線運動する第１の動作の直線運動成分に対応する第２の動作の成分は足首が曲線運動する曲線運動成分であり、曲線運動成分の曲線は、身体の上下方向に平行な平面であって、膝関節を含む下肢の股関節と膝関節とを含む平面に対して垂直となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち曲線が存在しない一方の領域と、曲線および直線（曲線の両端を通る直線）によって囲まれる領域と、直線（曲線の両端を通る直線）上とのうち少なくとも一つに、膝関節と足首とを結ぶ線分の上下方向成分に相当する距離だけ、股関節から下に下がった位置があること」を取り込んだ数式としてもよい。
【０１２３】
一般に、基準部位が直線運動する運動成分を含む第１の動作と該第１の動作に対応する第２の動作とを対応付ける数式は、前記運動成分に対応する前記第２の動作の成分が、前記基準部位の曲線運動となることを取り込んだ数式である。
【０１２４】
次に、第２及び第３のステップの具体例として、実験２について説明する。実験２では、下肢の動作に基づいてモニタ画面上に表示される制御対象の位置を制御する。下肢の動作の計測は第１のステップと同じ様な方法で行なう。下肢の下腿が身体の上下方向に略平行、かつ、下肢の太腿が身体の前後方向に略平行となる姿勢を基準に、下肢を動作させる。
【０１２５】
図１３は、モニタ画面の表示の説明図である。矩形の枠３８内に、奥行きを示す枠３９と、下肢により位置が制御される制御対象の初期位置を示す円３０とそれに対応する矩形の破線３１と、目標位置を示す円３２とそれに対応する矩形の破線３３と、現在位置を示す円４０とそれに対応する矩形の破線４１とが表示され、一対の線分３４によって初期位置から目標位置までの理想的な移動経路が表示されている。図形が大きいほど手前にあることを意味する。
【０１２６】
実験２で用いるプログラムは、下肢の動作、すなわち角Ａ〜Ｄを、実験１と同様に計測し、それらを式（３'）〜（５'）を用いて変換し、被験者が意図した足首の位置（ｘｏｂ，ｙｏｂ，ｚｏｂ）を算出し、その位置に対応して、モニタ画面に表示される現在位置の円４０の表示、すなわち位置及び大きさを変更する。
【０１２７】
被験者は、図１３（ａ）に示すように、初期位置の円３０の近傍に、現在位置を示す円４０が表示された状態から、図１３（ｂ）に示すように移動途中の画面表示を見ながら、現在位置を示す円４０が一対の線分３４の２つの直線に接しながら一対の線分３４の間の中央を通るように、下肢を動かして、目標位置の円３２の近傍に、現在位置を示す円４０が表示されるようにする。目標位置の円３２の近傍に一定時間の間、現在位置を示す円４０が表示されると、新たな位置に目標位置を表す円３２が現れるとともに、これまでの目標位置であった円３２は、初期位置を表す円３０へと変わる。目標位置は７回出現することとした。７個の目標位置は、位置に偏りがないようにした。実験では、現在位置を示す円４０が初期位置の円３０の近傍から目標位置の円３２の近傍まで移動する時間と、平均位置ずれ量（モニタの表示に対応する三次元空間内において、現在位置の円４０の中心点から、初期位置の円３０と目標位置の円３２の中心点同士を結ぶ直線に下した垂線の長さの時間平均を基にして算出した値）とを計測する。ここでは、式（３'）のｂ'を７．６４、ｃ'を９．３７、式（４'）のｄを７．５１、式（５'）のａを７．８８とする数式を用いた。
【０１２８】
比較例１として、式（３'）〜（５'）による変換を行わずに、単純な対応付けのみに基づいて変換し、モニタ画面に表示される現在位置の円４０の位置と大きさとを変更する場合について、同様に実験を行った。単純な対応付けとは、ｘｏｂの変化量が実際の足首のｘ軸方向の移動量と比例するとし、ｙｏｂの変化量が実際の足首のｙ軸方向の移動量と比例するとし、ｚｏｂの変化量が実際の足首のｚ軸方向の移動量と比例するとする対応付けを意味する。
【０１２９】
次の表１に、実験結果を示す。表１の「所要時間」は、現在位置の円が７つ目の目標位置に達するまでの移動時間の平均値である。表１の「正確さ」は、現在位置の円が７つ目の目標位置に達するまでの移動時の平均位置ずれ量の平均値であり、値が小さいほど、理想的な移動経路に対して、より正確に移動したことを意味する。
【表１】
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表１から、式（３'）〜（５'）を用いた方が、所要時間が短くなり、移動する経路も正確になることが分かる。
【０１３０】
＜実施例２＞  実施例２について、図１４〜図２２を参照しながら説明する。実施例２では、上肢の動きに基づいて、制御対象を動作させるための制御指令を生成する。
【０１３１】
以下、第１〜第３のステップの具体例を説明する。
【０１３２】
第１のステップの具体例を説明する。上肢の動作は、手首を基準部位として第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式を準備する場合、第２の動作を表現する変数として、手首の位置の３次元座標（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）を用いることが考えられるが、次の角Ａｕ〜Ｄｕを変数として用いると、対応付ける数式を構成しやすい。手首の動作は、図１４〜図１６の説明図に示す４つの角Ａｕ〜Ｄｕを計測すると、決定することができる。角Ａｕ〜Ｄｕは、上肢２２にマーカーを貼り付けた状態で上肢２２の動作を撮影し、撮影した画像を解析したり、上肢２２に三次元位置センサー等を取り付けたりするなどして、適宜な方法で計測すればよい。基準部位である手首の計測は、直接的に手首の動作を計測する方法だけでなく、手首と連動して動く他の部位である前腕や肘関節、上腕、肩関節の動作を計測し、それから手首の動作を算出する間接的な方法でもよい。
【０１３３】
図１４〜図１６に示すｘｕ軸は、肩関節中心Ｏ１ｕを原点とし、身体１０の左右方向と平行で、身体１０の左側から右側へ向かう方向を正方向とする軸である。ｙｕ軸は、肩関節中心Ｏ１ｕを原点とし、身体１０の前後方向と平行で、身体１０の後ろ側から前側へ向かう方向を正方向とする軸である。ｚｕ軸は、肩関節中心Ｏ１ｕを原点とし、身体１０の上下方向と平行で、身体１０の下側から上側へ向かう方向を正方向とする軸である。ｘｕ軸、ｙｕ軸、ｚｕ軸は肩関節中心Ｏ１ｕを原点とする右手座標系である。
【０１３４】
図１４に示すように、ｘｕ軸とｚｕ軸とを含むｘｕｚｕ平面７４に、肘関節中心Ｏ２ｕから下した垂線の足をＰ１ｕとする。ｒｕ軸は、肩関節中心Ｏ１ｕを原点とし、Ｐ１ｕを通る軸で、肩関節中心Ｏ１ｕからＰ１ｕに向かう方向を正方向とする軸である。
【０１３５】
図１４に示すように、ｚｋｕ軸は、肘関節中心Ｏ２ｕを原点とし、肩関節中心Ｏ１ｕを通る軸で、肩関節中心Ｏ１ｕから肘関節中心Ｏ２ｕに向かう方向を正方向とする軸である。ｘｋｕ軸は、肘関節中心Ｏ２ｕを原点とし、ｚｋｕ軸に垂直で、ｘｕ軸とｚｕ軸とを含む平面であるｘｕｚｕ平面７４と平行な軸であり、ｙｕ軸に沿ってｙｕ軸の正から負に向かう方向に見たときに時計回りの方向が正方向となる軸である。例えば、肘関節中心Ｏ２ｕが肩関節中心Ｏ１ｕよりも下方に位置し、かつ肘関節中心Ｏ２ｕがｚｕ軸上にある場合に、ｘｋｕ軸は、身体１０の左側から右側に向かう方向が正方向となる。ｙｋｕ軸は、肘関節中心Ｏ２ｕを原点とし、ｘｋｕ軸に垂直かつｚｋｕ軸に垂直な軸で、ｘｋｕ軸及びｚｋｕ軸とともに右手座標系を構成するように正方向が定義される軸である。例えば、肘関節中心Ｏ２ｕが肩関節中心Ｏ１ｕよりも下方に位置し、かつ肘関節中心Ｏ２ｕがｚｕ軸上にある場合に、ｙｋｕ軸は、身体１０の前側から後ろ側に向かう方向が正方向となる。
【０１３６】
角Ａｕは、ｒｕ軸の正方向とｚｋｕ軸の正方向とがなす角で定義する。角Ａｕは、上腕２４の前後方向への上がり具合を示す角度であり、肘関節中心Ｏ２ｕがｘｕｚｕ平面より前にあるときを正とする。
【０１３７】
角Ｃｕは、ｚｕ軸の負方向とｒｕ軸の正方向とがなす角で定義する。角Ｃｕは、脇の開き具合（上腕２４の左右方向への上がり具合）を示す角度であり、脇が開く方向を正とする。
【０１３８】
図１５に示すように、手首中心Ｏ３ｕから、ｘｋｕ軸とｙｋｕ軸とを含む平面であるｘｋｕｙｋｕ平面７５に下した垂線の足をＰ２ｕとする。ＫＰ２ｕ軸は肘関節中心Ｏ２ｕを原点とし、Ｐ２ｕを通る軸で、肘関節中心Ｏ２ｕからＰ２ｕに向かう方向を正方向とする軸である。
【０１３９】
角Ｂｕは、ｙｋｕ軸の負方向とＫＰ２ｕ軸の正方向とがなす角で定義する。角Ｂｕはｚｋｕ軸周りの前腕２６の回転の程度であり、手２８が他方の手から離れる方向（ｚｋｕ軸に沿ってｚｋｕ軸の負から正に向かう方向に見たときに時計回りの方向）を正とする。
【０１４０】
図１６に示すように、ｘｋｕ軸を含みかつｙｕ軸に平行な平面７６に、手首中心Ｏ３ｕから下した垂線の足をＰ３ｕとする。ＫＯ３ｕ軸は、肘関節中心Ｏ２ｕを原点とし、手首中心Ｏ３ｕを通る軸で、肘関節中心Ｏ２ｕから手首中心Ｏ３ｕへ向かう方向を正方向とする軸である。ＫＰ３ｕ軸は、肘関節中心Ｏ２ｕを原点とし、Ｐ３ｕを通る軸で、肘関節中心Ｏ２ｕからＰ３ｕへ向かう方向を正方向とする軸である。
【０１４１】
角Ｄｕは、ＫＯ３ｕ軸の正方向とＫＰ３ｕ軸の正方向とがなす角で定義する。角Ｄｕは、肘２５の曲げ具合であり、肘２５を曲げる方向を正とする。
【０１４２】
次に、数式を決定するための実験３について説明する。
【０１４３】
実験３では、被験者は、上肢の上腕を身体の上下方向に略平行、かつ、上肢の前腕が身体の前側にあり、身体の前後方向に略平行となる姿勢をとる。そして、被験者の前に目標物を配置し、目標物を所定方向に移動させる。被験者は、図１７（ａ）、（ｂ−１）及び（ｂ−２）、図１８（ａ）及び（ｂ）、図１９（ａ）及び（ｂ）に示した対応付けを意識して、目標物の移動を実現させるために必要と考える通りに、上肢を動かす。このとき、被験者の上肢にマーカーを貼り付けた状態で撮影した画像を解析することによって、角Ａｕ〜Ｄｕを計測する。
【０１４４】
図２０は、図１７（ａ）において矢印９４で示すような目標物（制御対象）の左右方向（ｘｕ軸方向）の直線状の移動に対応して、図１７（ａ）、（ｂ−１）及び（ｂ−２）に示した対応付けを意識して被験者が上肢を動かしたときの実験結果を示すグラフである。すなわち、実験の際、被験者は、目標物の左右方向の直線状の移動と同じように、手首２７を左右方向に直線状に動かすことを意図して、上肢を動かした。横軸は、目標物の基本位置に対する目標物の左右方向の位置を示し、縦軸は角Ａｕ〜Ｄｕを示す。
【０１４５】
図２０から、角Ａｕと角Ｄｕは、略一定であり、角Ｂｕの変化量と角Ｃｕの変化量は、目標物の左右方向（ｘｕ軸方向）の移動量と略比例関係にあることが分かる。すなわち、被験者は、図１７（ｂ−１）及び（ｂ−２）において矢印６４ａ，６４ｂで示すように直線状に動かそうと意図したが、実際の動作は、図１７（ｃ−１）において矢印６５ａで示すように、上腕のひねりに起因する前腕の回転による円弧状の運動と、図１７（ｃ−２）において矢印６５ｂで示すように脇の開閉に起因する上腕の回転による円弧状の運動とを組み合わせた曲線状の動作となっている。このことから、上肢の角（Ａｕ，Ｂｕ，Ｃｕ，Ｄｕ）と、目標物の基本位置に対する目標物のｘｕ軸方向の位置（ｘｏｂｕ）とは、次の式（６）〜（８）のいずれかによって、対応付けることができる。ｆＢｕ（Ｂｕ）は角Ｂｕの関数、ｆＣｕ（Ｃｕ）は角Ｃｕの関数、ｆＢＣｕ（Ｂｕ，Ｃｕ）は角Ｂｕと角Ｃｕの関数を意味する。
ｘｏｂｕ＝ｆＢｕ（Ｂｕ）    ・・・（６）
ｘｏｂｕ＝ｆＣｕ（Ｃｕ）    ・・・（７）
ｘｏｂｕ＝ｆＢＣｕ（Ｂｕ，Ｃｕ）    ・・・（８）
【０１４６】
図２１は、図１９（ａ）において矢印９７で示すような目標物（制御対象）の前後方向（ｙｕ軸方向）の直線状の移動に対応して、図１９（ａ）及び（ｂ）において矢印９７，６８で示した対応付けを意識して被験者が上肢を動かしたときの実験結果を示すグラフである。すなわち、実験の際、被験者は、目標物の前後方向の直線状の移動と同じように、手首を前後方向に直線状に動かすことを意図して、上肢を動かした。横軸は、目標物の基本位置に対する目標物の前後方向の位置を示し、縦軸は角Ａｕ〜Ｄｕを示す。
【０１４７】
この場合、角Ｂｕ、角Ｃｕ及び角Ｄｕは略一定であり、角Ａｕの変化量は、目標物の前後方向（ｙｕ軸方向）の移動量と略比例関係にあることが分かった。すなわち、被験者は、図１９（ｃ）において矢印６９で示すように上腕２４を回転させている。このことから、上肢の動作を計測した角（Ａｕ，Ｂｕ，Ｃｕ，Ｄｕ）と、目標物の基本位置に対する目標物のｙｕ軸方向の位置（ｙｏｂｕ）とは、次の式（９）によって、対応付けることができる。ｆＡｕ（Ａｕ）は角Ａｕの関数を意味する。
ｙｏｂｕ＝ｆＡｕ（Ａｕ）    ・・・（９）
【０１４８】
図２２は、図１８（ａ）において矢印９６で示すような目標物（制御対象）の上下方向（ｚｕ軸方向）の直線状の移動に対応して、図１８（ａ）及び（ｂ）に示した対応付けを意識して被験者が上肢を動かしたときの実験結果を示すグラフである。すなわち、実験の際、被験者は、目標物の上下方向の直線状の移動と同じように、手首を上下方向に直線状に動かすことを意図して、上肢を動かした。横軸は、目標物の基本位置に対する目標物の上下方向の位置を示し、縦軸は角Ａｕ〜Ｄｕを示す。
【０１４９】
この場合、角Ａｕ、角Ｂｕ及び角Ｃｕは略一定であり、角Ｄｕの変化量は、目標物の上下方向（ｚｕ軸方向）の移動量と略比例関係にあることが分かった。すなわち、被験者は、図１８（ｂ）において矢印６６で示すように直線状に動かそうと意図したが、実際の動作は、図１８（ｃ）において矢印６７で示すように肘関節の曲げ伸ばしによる円弧状の曲線状の動作となっている。このことから、上肢の動作を計測した角（Ａｕ，Ｂｕ，Ｃｕ，Ｄｕ）と、目標物の基本位置に対する目標物のｚｕ軸方向の位置（ｚｏｂｕ）とは、次の式（１０）によって、対応付けることができる。ｆＤｕ（Ｄｕ）は角Ｄｕの関数を意味する。
ｚｏｂｕ＝ｆＤｕ（Ｄｕ）    ・・・（１０）
【０１５０】
式（６）〜（１０）の関数は、例えば、上肢の動作を計測したデータに対して最小二乗法を適用して求めた近似直線あるいは近似曲線を用いるなど種々の方法で決定することが可能である。また、近似直線より得られる角Ｂｕの変化量に対するｘｏｂｕの変化量を比例定数とし、ｘｏｂｕと角Ｂｕとが比例関係となる関数や、近似直線より得られる角Ｃｕの変化量に対するｘｏｂｕの変化量を比例定数とし、ｘｏｂｕと角Ｃｕとが比例関係となる関数や、近似直線より得られる角Ａｕの変化量に対するｙｏｂｕの変化量を比例定数とし、ｙｏｂｕと角Ａｕとが比例関係となる関数や、近似直線より得られる角Ｄｕの変化量に対するｚｏｂｕの変化量を比例定数とし、ｚｏｂｕと角Ｄｕとが比例関係となる関数を用いると、数式が簡単になる。
【０１５１】
一例として、比例関係に着目した関数を用いると、式（６）〜（１０）は、次の式（６'）〜（１０'）のように表せる。
ｘｏｂｕ＝ｂｕＢｕ    ・・・（６'）
ｘｏｂｕ＝ｃｕＣｕ    ・・・（７'）
ｘｏｂｕ＝ｂｕ'Ｂｕ＋ｃｕ'Ｃｕ＝ｅｕＥｕ    ・・・（８'）
ｙｏｂｕ＝ａｕＡｕ    ・・・（９'）
ｚｏｂｕ＝ｄｕＤｕ    ・・・（１０'）
ただし、ａｕ，ｂｕ，ｂｕ'，ｃｕ，ｃｕ'，ｄｕ，ｅｕは定数とする。
【０１５２】
なお、式（６'）〜（１０'）から明らかなように、斜めに動くような複合動作に対しても、角Ａｕ、角Ｂｕ、角Ｃｕ、角Ｄｕから、（ｘｏｂｕ，ｙｏｂｕ，ｚｏｂｕ）を一意に決めることができる。
【０１５３】
式（８'）〜（１０'）の定数は、例えば、ｂｕ'は５．８６、ｃｕ'は９．１５、ａｕは６．４４、ｄｕは６．２３となる。
【０１５４】
式（６'）から式（１０'）は、目標物の基本位置に対する目標物の位置（左辺）と手首の基本位置に対する手首の位置を表す変数である角Ａｕ〜Ｄｕとの関係を示す。被験者は手首の基本位置に対する手首の位置と目標物の基本位置に対する目標物の位置とが同じになることを意図して動かしている。このため、式（６'）から式（１０'）の左辺は、被験者が意図した手首の位置（手首の基本位置に対する手首の位置）を意味するものである。すなわち、式（６'）から式（１０'）の左辺は第１の動作に相当するものであり、右辺は第２の動作に相当するものである。
【０１５５】
例えば、ｘｕ軸方向の移動量を式（８'）によって対応付けるとし、式（６'）と式（７'）とを用いない場合を取り上げる。すなわち、式（８'）〜（１０'）を用いる場合を考える。この場合、式（８'）〜（１０'）は、第１のステップで準備する「制御指令と対応付けられた基準動作であって身体の基準部位を基準方向に動作させる前記基準動作を含む第１の動作と、前記第１の動作の実行を意図して動作したときの実際の動作である第２の動作とを対応付ける数式」となる。目標物の基本位置に対する目標物の位置（ｘｏｂｕ，ｙｏｂｕ，ｚｏｂｕ）は、被験者が意図した手首の位置（手首の基本位置に対する手首の位置）に対応することから、式（８'）〜（１０'）のｘｏｂｕ，ｙｏｂｕ，ｚｏｂｕは、「制御指令と対応付けられた基準動作であって身体の基準部位（手首）を基準方向に動作させる基準動作を含む第１の動作における基準部位の位置」を表す。式（８'）〜（１０'）のＡｕ，Ｂｕ，Ｃｕ，Ｄｕは、第１の動作の実行を意図して動作したときの実際の動作である第２の動作を表すパラメータである。
【０１５６】
なお、角Ａｕ，Ｂｕ，Ｃｕ，Ｄｕを用いると、第１のステップで準備する数式が簡単になるが、他のパラメータを用いても構わない。回帰分析（単回帰分析や重回帰分析）を用いて、目標物の位置ｘｏｂｕ，ｙｏｂｕ，ｚｏｂｕと角Ａｕ，Ｂｕ，Ｃｕ，Ｄｕ以外のパラメータとの関係式を求めてもよい。第１の動作には、斜め方向などの複合動作を含めてもよい。
【０１５７】
ここで、第１及び第２の動作における手首の動作が、どちらも、手首の前後、左右、上下方向の位置を表す変数（同一の複数の変数）で定義される場合を考える。この場合、例えば、図１７（ｂ−１）及び（ｂ−２）に示すように、手首の左右方向の位置を表す変数のみが変化する第１の動作に対して、図１７（ｃ−１）及び（ｃ−２）に示すように、手首の左右方向の位置を表す変数と手首の前後方向の位置を表す変数と手首の上下方向の位置を表す変数の３つの変数が変化する第２の動作が対応するため、これらを対応付ける数式とすればよい。すなわち、第１及び第２の動作における基準部位の動作が、同一の複数の変数で定義されるとき、第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式は、それらの変数のうち１つの変数のみが変化する基準部位の動作要素を含む第１の動作と、この動作要素に対応してそれらの変数のうち複数の変数が変化する動作成分を含む第２の動作とを対応付けるものである。図１８の手首の上下方向の位置を表す変数のみが変化する第１の動作の場合でも同様である。
【０１５８】
例えば、第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式は、「手首が身体の上下方向に直線運動する第１の動作の直線運動成分に対応する第２の動作の成分が、肘関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、肘関節側を内側とするように曲がった手首の曲線運動となること」を取り込んだ数式としてもよい。この場合、「肘関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、手首の曲線運動の湾曲内側（凹側）が、肘関節又はその近傍に対向するように曲がった曲線運動となること」を、数式に取り込む。
【０１５９】
換言すると、第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式は、「手首が身体の上下方向に直線運動する第１の動作の直線運動成分に対応する第２の動作の成分は手首が曲線運動する曲線運動成分であり、曲線運動成分の曲線は、肘関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち曲線が存在しない一方の領域と、曲線および直線（曲線の両端を通る直線）によって囲まれる領域と、直線（曲線の両端を通る直線）上とのうち少なくとも一つに、肘関節があること」を取り込んだ数式としてもよい。
【０１６０】
なお、式（１０'）は、第２の動作の成分が所定の方向から見ると肘関節を中心とする一つの円弧に沿う円弧状の曲線運動であることを取り込んだ数式であるが、その一つの円弧とは中心位置や半径が異なる他の一つの円弧に沿う円弧状の曲線運動が第２の動作の成分となることを取り込んだ数式や、第２の動作の成分が略円弧状の曲線運動であることを取り込んだ数式であっても構わない。
【０１６１】
また、第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式は、「手首が身体の左右方向に直線運動する第１の動作の直線運動成分に対応する第２の動作の成分が、肘関節を含む上肢の肩関節と肘関節とを結ぶ軸と平行となる方向に見ると、肘関節側を内側とするように曲がった手首の第１の曲線運動と、身体の前方から見ると、肩関節側を内側とするように曲がった手首の第２の曲線運動とのうち、少なくとも一方を含む曲線運動となること」を取り込んだ数式としてもよい。この場合、肘関節を含む上肢の肩関節と肘関節とを結ぶ軸と平行となる方向に見ると、第１の曲線運動の湾曲内側（凹側）は、肘関節又はその近傍に対向する。第２の曲線運動の湾曲内側（凹側）は、身体の前方から見ると、肩関節又はその近傍に対向する。
【０１６２】
換言すると、第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式は、「手首が身体の左右方向に直線運動する第１の動作の直線運動成分に対応する第２の動作の成分は手首が曲線運動する曲線運動成分であり、第２の動作の成分は、（ａ）曲線運動成分の曲線が、肘関節を含む上肢の肩関節と肘関節とを結ぶ軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち曲線が存在しない一方の領域と、曲線および直線（曲線の両端を通る直線）によって囲まれる領域と、直線（曲線の両端を通る直線）上とのうち少なくとも一つに、肘関節がある、手首の第１の曲線運動と、（ｂ）曲線運動成分の曲線が、身体の前方から見ると、凸状又は凹状の曲線であり、曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち曲線が存在しない一方の領域と、曲線および直線（曲線の両端を通る直線）によって囲まれる領域と、直線（曲線の両端を通る直線）上とのうち少なくとも一つに、肩関節がある、手首の第２の曲線運動とのうち、少なくとも一方を含む曲線運動となること」を取り込んだ数式としてもよい。
【０１６３】
なお、式（６'）、（７'）、（８'）は、第２の動作の成分が所定の方向から見ると肘関節及び肩関節の少なくとも一方を中心とする円弧に沿う円弧状の曲線運動であることを取り込んだ数式であるが、それらの円弧とは中心位置や半径が異なる他の円弧に沿う円弧状の曲線運動が第２の動作の成分となることを取り込んだ数式や、第２の動作の成分が略円弧状の曲線運動であることを取り込んだ数式であっても構わない。
【０１６４】
第２のステップでは、操作者の手首の動作を計測する。この際、操作者は、上肢の上腕を身体の上下方向に略平行、かつ、上肢の前腕が身体の前側にあり、身体の前後方向に略平行となる姿勢をとってもよい。第３のステップでは、第２のステップで計測した動作を第２の動作として、第１のステップで準備した数式を用いて、第２のステップで計測した動作を第１の動作に変換し、変換された第１の動作に含まれる基準動作の成分に基づいて制御指令を算出する。
【０１６５】
なお、第１のステップにおいて、複数の操作者に共通の数式を準備しても、操作者ごとに別々の数式を準備してもよい。操作者ごとに別々の数式を準備すれば、複数の操作者に共通の数式を準備する場合に比べ、個々の操作者の身体の動作特性がより正確に反映された数式を用いることができるため、個々の操作者の意図がより一層正確に反映された制御指令を生成することができる。
【０１６６】
＜実施例３＞  実施例３について、図２３〜図３２を参照しながら説明する。実施例３では、足の姿勢変化動作（姿勢を変える動作）に基づいて制御指令を生成する。
【０１６７】
図２３は、ロボットハンド等の制御対象８０ｐの姿勢変化動作を模式的に示す説明図である。図２４は、足１８の姿勢変化動作を模式的に示す説明図である。図２３（ａ）と図２４（ａ）とを対応付け、図２３（ｂ）と図２４（ｂ）とを対応付け、図２３（ｃ）と図２４（ｃ）とを対応付けると、制御対象８０ｐの姿勢変化動作と足１８の姿勢変化動作との対応関係を容易に理解できる。
【０１６８】
すなわち、図２３（ａ）において矢印で示すように、制御対象８０ｐをｚｒ軸を中心に回動させる角度φと、図２４（ａ）において矢印で示すように、足１８を外転又は内転する角度である開き角θｈとを対応付ける。図２３（ｂ）において矢印で示すように、制御対象８０ｐをｘｒ軸を中心に回動させる角度θと、図２４（ｂ）において矢印で示すように、足１８を背屈（伸展）又は底屈（屈曲）する角度である仰角θｇとを対応付ける。図２３（ｃ）において矢印で示すように、制御対象８０ｐをｙｒ軸を中心に回動させる角度Ψと、図２４（ｃ）において矢印で示すように、足１８を内反（内がえし）又は外反（外がえし）する角度である傾き角θｋとを対応付ける。角度φ，θ，Ψの符号の定義は図２３のとおりであり、開き角θｈ、仰角θｇ、傾き角θｋの符号の定義は図２４のとおりである。
【０１６９】
次に、開き角、仰角、傾き角の定義について、図３１及び図３２を参照しながら説明する。
【０１７０】
図３１（ａ）及び（ｂ）は、右側の下肢についての股関節中心座標系Ｘ１−Ｙ１−Ｚ１（以下、sigmaＯと表す。）、下肢座標系ｘ１−ｙ１−ｚ１（以下、sigmaＬと表す。）、足座標系ｘ１'−ｙ１'−ｚ１' （以下、sigmaＦと表す。）の説明図である。sigmaＯ、sigmaＬ、sigmaＦは、直交座標系である。
【０１７１】
図３１（ａ）に示すように、背筋を伸ばし、股関節と膝関節とをそれぞれ９０度ずつ屈曲して座った基本姿勢において、sigmaＯの原点Ｏを、右股関節中心とする。sigmaＯのＸ１軸は、身体の左右の股関節中心を通る直線に平行であり、身体の右方向が正方向である。Ｚ１軸は、身体の上下方向と平行で、上向きが正方向である。Ｙ１軸はＸ１軸とＺ１軸とに直交しており、身体の前方が正方向である。
【０１７２】
図３１（ａ）及び（ｂ）に示すように、sigmaＬにおいて、原点は、右側の足首の中心Ｐである。ｘ１軸は、右膝関節の回転軸に平行であり、右下腿の内側から外側に向かう方向が正方向である。ｚ１軸は、右側の下肢の下腿長軸（足首中心と膝関節中心とを通る軸）に一致し、足首中心から膝関節中心に向かう方向が正方向である。ｙ１軸は、ｘ１軸及びｚ１軸に直交し、ｘ１軸、ｚ１軸とともに右手座標系を構成するように正方向が定義される。
【０１７３】
図３１（ｂ）に示すように、sigmaＦにおいて、原点は右側の足首中心Ｐである。ｘ１'軸は、右足を左右に横断する直線（右足の内側と外側とを結ぶ直線）に平行で、右足の内側から外側へ向かう方向が正方向である。ｙ１'軸は、右足の第２指と踵とを通り右足を前後方向に貫く直線に平行で、踵側からつま先側へと向かう方向が正方向である。ｚ１'軸は、足底面に垂直（ｘ１'軸とｙ１'軸に垂直）であり、足の裏から足の甲に向かう方向が正方向である。足底面は、ｘ１'軸とｙ１'軸とを含むｘ１'ｙ１'平面１９５と平行である。図２４に示すように足の姿勢を変えると、sigmaＬに対してsigmaＦが回転をする。
【０１７４】
開き角、仰角、傾き角は、sigmaＬに対してsigmaＦを以下の手順（１）〜（３）にしたがって回転させたときの、sigmaＬとsigmaＦとの相対角度θｈ，θｇ，θｋである。
【０１７５】
手順（１）  まず、図３２（ａ）に示すように、sigmaＬとsigmaＦとが一致した状態（ｘ１軸とｘ１'軸とが一致し、ｙ１軸とｙ１'軸とが一致し、ｚ１軸とｚ１'軸とが一致する状態）から、sigmaＦをｚ１軸まわりに角度−θｈだけ回転させたものを、ｘ１''−ｙ１''−ｚ１''座標系（以下、sigmaＦ'と表す）とする。
【０１７６】
手順（２）  次いで、図３２（ｂ）に示すように、sigmaＦ'をｘ１''軸まわりに角度θｇだけ回転させたものを、ｘ１'''−ｙ１'''−ｚ１'''座標系（以下、sigmaＦ''と表す）とする。
【０１７７】
手順（３）  次いで、図３２（ｃ）に示すように、sigmaＦ''をｙ１'''軸まわりに角度θｋだけ回転させたものを、ｘ１''''−ｙ１''''−ｚ１''''座標系（以下、sigmaＦ'''と表す）とする。
【０１７８】
以上の手順（１）〜（３）によって、sigmaＬから見たsigmaＦ'''の姿勢は、３つの角度の組(θｈ，θｇ，θｋ）で表現できる。θｈが開き角であり、θｇが仰角であり、θｋが傾き角である。sigmaＦ'''は、開き角、仰角、傾き角が存在する状態のsigmaＦを意味する。このため、sigmaＬから見たsigmaＦ'''の姿勢は、sigmaＬから見たsigmaＦの姿勢を意味する。
【０１７９】
図２３（ａ）と図２４（ａ）とを対応付け、図２３（ｂ）と図２４（ｂ）とを対応付け、図２３（ｃ）と図２４（ｃ）とを対応付けるといった単純な対応付けを前提とし、制御対象８０ｐの姿勢変化動作に対応する足１８の姿勢変化動作を想定し、想定した姿勢変化動作になるように足を動作させると、足の動作をもとに制御対象８０ｐの姿勢変化動作を制御することができる。
【０１８０】
しかしながら、後述の図２７〜図２９に示すように足には特有の動作特性が存在するため、制御対象を制御するときに想定した姿勢変化動作になるように足を直感的に動作させると、想定した足の姿勢変化動作と実際の足の姿勢変化動作との間には、ずれが生じる。そのため、足１８の姿勢変化動作を計測し、単純な対応付けに基づいて、制御対象８０ｐの姿勢変化動作を設定するための制御指令を生成する場合、制御対象８０ｐに、意図した通りの正確な姿勢変化動作をさせることは、容易でない。直感的な足の動作によって、制御対象が想定した姿勢変化動作に近い姿勢変化動作をするほど、操作性が良い。
【０１８１】
そこで、実際の足の姿勢変化動作を、実行を意図したと推定される足の姿勢変化動作に変換するための数式を準備しておき（第１のステップ）、操作者の足の姿勢変化動作を計測し（第２のステップ）、準備しておいた数式を用いて、計測した姿勢変化動作を変換し、変換した姿勢変化動作に基づいて、制御指令を生成する（第３のステップ）。
【０１８２】
以下、さらに説明する。
【０１８３】
実施例３では、足を基準部位とする。図２４（ａ）に示したように足の開き角θｈのみを変化させる第１の基準動作と、図２３（ａ）に示したように制御対象８０ｐの角度φのみを変化させる制御指令とを対応付ける。例えば、開き角θｈと角度φとが比例関係になるように、制御指令を生成する。同様に、図２４（ｂ）に示したように足の仰角θｇのみを変化させる第２の基準動作と、図２３（ｂ）に示した制御対象８０ｐの角度θのみを変化させる制御指令とを対応付ける。また、図２４（ｃ）に示したように足の傾き角θｋのみを変化させる第３の基準動作と、図２３（ｃ）に示した制御対象８０ｐの角度Ψのみを変化させる制御指令とを対応付ける。
【０１８４】
sigmaＬは、原点は右側の足首の中心にあるが、ｘ１軸、ｙ１軸、ｚ１軸の方向は、膝関節中心に原点があり膝関節の下腿側に固定された座標系の直交する３つの軸（膝関節の回転軸と、下腿長軸と、それらの軸と直交する軸）の方向によって定義されている。ここでは、開き角、仰角、傾き角に相当する回転方向が基準方向であり、これらは、前述のように、sigmaＬにより定義される回転方向である。このため、基準方向は、基準部位である足とは異なる部位である膝関節の下腿側に一体に固定された座標系（膝関節の下腿側と一体となって同じ動きをする別の仮想的な位置に固定された座標系）であるsigmaＬにより定義される回転方向となる。
【０１８５】
以下、第１〜第３のステップの具体例を説明する。
【０１８６】
第１のステップの具体例を説明する。実際の足の姿勢変化動作を、実行を意図したと推定される足の姿勢変化動作に変換するための数式は、次のように準備する。
【０１８７】
図２５に示すように、制御対象の姿勢を三角形８２（以下、「制御対象三角形８２」とよぶ。）で表す。図２５（ｂ）に示すように、モニタ画面に制御対象三角形８２を表示する。図２５（ｂ）は、制御対象三角形８２の頂点８２ａと頂点８２ｂとが頂点８２ｑよりも手前にある状態を示す。制御対象三角形８２の頂点８２ａから頂点８２ｂに向かう軸は、図２３の制御対象８０ｐの根元部１０２を通り、左側面１０４から右側面１０５に向かう方向と同じ方向でかつ平行な軸に対応する。制御対象三角形８２の頂点８２ａと頂点８２ｂとを結ぶ底辺８２ｃの中点８２ｐから頂点８２ｑに向かう軸は、図２３の制御対象８０ｐの根元部１０２を通り、根元部１０２から先端部１０６に向かう方向と同じ方向でかつ平行な軸に対応する。制御対象三角形８２の３つの頂点８２ａ、８２ｂ、８２ｑを含む面の法線方向かつ図２５（ｂ）の表示では略上方向となる軸であって、制御対象三角形８２の底辺８２ｃの中点８２ｐを通る軸は、図２３の制御対象８０ｐの根元部１０２を通り、下面１０８から上面１０７に向かう方向と同じ方向でかつ平行な軸に対応する。
【０１８８】
モニタ画面に表示される制御対象三角形８２を足１８で操作していると想定する。モニタ画面に表示される制御対象三角形８２の姿勢を変え、これに対応して、足の姿勢を変える。このとき、被験者は、図２３（ａ）と図２４（ａ）、図２３（ｂ）と図２４（ｂ）、図２３（ｃ）と図２４（ｃ）に示した対応付けを意識して、制御対象三角形８２の姿勢変化を実現させるために必要と考える通りに、足の姿勢を変える。すなわち、図２５（ａ）の説明図に示すように、制御対象三角形の姿勢と足底面の姿勢とが一致する状況を意識して、足の姿勢を変える。このため、モニタに表示される制御対象三角形８２の動作は、被験者が意図した足の動作を意味する。このときの足の実際の動作（すなわち、第２の動作）を、モニタに表示された制御対象三角形８２の動作（すなわち、第１の動作）と対応付けて測定する。足の実際の動作の測定は、足にマーカーを貼り付けた状態で足の動作を撮影し、撮影した画像を解析したり、適宜な方法で計測すればよい。
【０１８９】
モニタに表示する第１の動作は、図２６（ａ）〜（ｃ）に示すように第１乃至第３の基準動作のいずれか一つのみを含んでいても、複数の基準動作が含まれる複合動作であってもよい。図２６（ａ）は、制御対象８０ｐの角度φのみが増減する、すなわち、足の開き角θｈのみが増減する第１の基準動作について、１／４周期ごとのモニタ上の表示である。図２６（ｂ）は、制御対象８０ｐの角度θのみが増減する、すなわち、足の仰角θｇのみが増減する第２の基準動作について、１／４周期ごとのモニタ上の表示である。図２６（ｃ）は、制御対象８０ｐの角度Ψのみが増減する、すなわち、足の傾き角θｋのみが増減する第３の基準動作について、１／４周期ごとのモニタ上の表示である。
【０１９０】
図２７〜図２９は、図２６（ａ）〜（ｃ）に示すように第１乃至第３の基準動作のいずれか一つのみを含む第１の動作をモニタに表示したときの測定結果である。横軸は、第１の動作の変数（基準動作の開き角、仰角、傾き角のいずれか一つ）を示す。縦軸は、第２の動作の測定値（開き角、仰角、傾き角）を示す。
【０１９１】
図２７は、開き角のみを変化させる第１の基準動作に対する第２の動作の計測結果を示している。図２７から、開き角のみを変化させる第１の基準動作に対して、第２の動作では開き角のみならず、傾き角と仰角も変化していることが分かる。図２７から、第１の動作の変数である開き角の増加に対して、第２の動作の変数である開き角が増加するとともに、第２の動作の変数である仰角が増加し、第２の動作の変数である傾き角が減少する特性を有する数式を定義することができる。
【０１９２】
なお、第２の動作の変数の仰角θｇ及び傾き角θｋについてθｇ＝ｍ・θｋ＋ｎ（ｍ，ｎは、定数）と近似できるので、この近似式を用いると、第２の動作の変数である仰角θｇ又は傾き角θｋの一方を他方を用いて表現することができる。
【０１９３】
図２８は、仰角のみを変化させる第２の基準動作に対する第２の動作の計測結果を示している。図２８から、仰角のみを変化させる第２の基準動作に対して、第２の動作では仰角のみならず、傾き角も変化していることが分かる。図２８から、第１の動作の変数である仰角の増加に対して、第２の動作の変数である仰角が増加するとともに、第２の動作の変数である傾き角が増加する特性を有する数式を定義することができる。
【０１９４】
図２９は、傾き角のみを変化させる第３の基準動作に対する第２の動作の計測結果を示している。図２９から、傾き角のみを変化させる第３の基準動作に対して、第２の動作では傾き角のみならず、仰角と開き角も変化していることが分かる。図２９から、第１の動作の変数である傾き角の増加に対して、第２の動作の変数である傾き角が増加するとともに、第２の動作の変数である開き角が減少し、第２の動作の変数である仰角が減少する特性を有する数式を定義することができる。
【０１９５】
一般に、第１の軸を回転中心軸として基準部位が回転運動する回転運動成分を含む第１の動作と、その第１の動作に対応する第２の動作とを対応付ける数式は、「第１の動作の回転運動成分に対応する第２の動作の成分が、第１の軸を回転中心軸とする基準部位の第１の回転運動と、第１の軸とは異なる第２の軸を回転中心軸とする基準部位の第２の回転運動とを含むこと」を取り込んだ数式である。
【０１９６】
計測結果に対して重回帰分析を行い、第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式を求めると、次の式（１１）のようになる。ここでは、第１の動作の変数として開き角θｈ１、仰角θｇ１、傾き角θｋ１を用い、第２の動作の変数として開き角θｈ２、仰角θｇ２、傾き角θｋ２を用いる。
【数１】
2015020134.tif 000004
【０１９７】
この式（１１）を用いて、制御指令を算出する。すなわち、制御対象の姿勢を制御するために操作者が足を動作させたとき、足の姿勢を計測し、第２の動作に相当する足の姿勢の測定値（θｈ２，θｇ２，θｋ２）を式（１１）に代入して、第１の動作に相当する足の姿勢（θｈ１，θｇ１，θｋ１）を算出する。算出された足の姿勢（θｈ１，θｇ１，θｋ１）は、操作者が実行することを意図した足の姿勢に近いものになる。この（θｈ１，θｇ１，θｋ１）を制御対象の姿勢（φ，θ，Ψ）に対応付けることにより、操作者の意図が制御対象に、より正確に反映されるようになる。
【０１９８】
式（１１）を書き直すと、次の式（１１'）のようになる。数値は四捨五入したものである。
【数２】
2015020134.tif 000005
【０１９９】
式（１１'）は、第１及び第２の動作における基準部位である足の動作が、同一の３つの変数で定義されるとき、それら３つの変数のうち１つの変数のみが変化する足の動作要素を含む第１の動作についての右辺と、動作要素に対応してそれら３つの変数のうち複数の変数が変化する動作成分を含む第２の動作についての左辺とを対応付けるものである。式（１１）や式（１１'）は、基準部位である足の動作特性を反映することができる。
【０２００】
なお、第１のステップにおいて、複数の操作者に共通の数式を準備しても、操作者ごとに別々の数式を準備してもよい。操作者ごとに別々の数式を準備すれば、複数の操作者に共通の数式を準備する場合に比べ、個々の操作者の身体の動作特性がより正確に反映された数式を用いることができるため、個々の操作者の意図がより一層正確に反映された制御指令を生成することができる。
【０２０１】
次に、第２及び第３のステップの具体例について説明する。
【０２０２】
図３０（ａ）に示すように、モニタ画面に、足の動作によって制御される制御対象三角形８２と、制御対象三角形の初期姿勢８３と、制御対象三角形の目標姿勢８４とを表示する。初期姿勢８３は、モニタ画面上に薄い色で表示されるが、図３０では破線で図示している。図３０（ｂ）に示すように、被験者は、制御対象三角形８２の姿勢が目標姿勢８４に一致するように、制御対象三角形８２を足で制御する。制御対象三角形８２の姿勢が目標姿勢８４に対して許容範囲内で一定時間一致すると、目標姿勢８４は薄い色で表示され、次の目標姿勢８４がモニタ画面に表示される。薄い色で表示された以前の目標姿勢８４は、次の初期姿勢８３として扱われる。以下同様に、制御対象三角形８２の姿勢が目標姿勢８４に対して許容範囲内で一定時間一致すると、次の目標姿勢８４がモニタ画面に表示され、以前の目標姿勢８４は、次の初期姿勢８３として扱われる。
【０２０３】
モニタ画面に、予め定めた目標姿勢を、順次、表示し、７番目の目標姿勢と一致すれば終了とする。終了までに要した時間と姿勢変化の正確さとを計測する。姿勢変化の正確さは、理想的な姿勢変化に対する差であり、詳しくは、制御対象三角形をｉ＋１番目の目標姿勢に一致させる時の制御対象三角形の姿勢を（φ，θ，Ψ）、ｉ番目の目標姿勢を（φｔ（ｉ），θｔ（ｉ），Ψｔ（ｉ））、ｉ＋１番目の目標姿勢を（φｔ（ｉ＋１），θｔ（ｉ＋１），Ψｔ（ｉ＋１））と表すとき、これらを３次元空間上の座標値とみなし、（φｔ（ｉ），θｔ（ｉ），Ψｔ（ｉ））と（φｔ（ｉ＋１），θｔ（ｉ＋１），Ψｔ（ｉ＋１））とを結ぶ直線に、（φ，θ，Ψ）から垂線を下し、その垂線の長さの時間平均である。姿勢変化の正確さは、数値が小さいほど、理想的な姿勢変化からのずれが小さい。
【０２０４】
前述と同様にして足の姿勢変化動作を測定し、そのデータから、実際の足の姿勢変化動作を、実行を意図したと推定される足の姿勢変化動作に変換する数式を準備する。この数式を用いて意図した足の姿勢（第１の動作）を算出し、第１の動作に対応する姿勢となるように、モニタ画面に制御対象三角形８２を表示する。
【０２０５】
比較例２として、単純な対応付けのみに基づいて、同様の実験を行った。単純な対応付けとは、θｈ２はθｈ１のみに関係し、θｈ２の変化量とθｈ１の変化量とが比例するとし、θｇ２はθｇ１のみに関係し、θｇ２の変化量とθｇ１の変化量とが比例するとし、θｋ２はθｋ１のみに関係し、θｋ２の変化量とθｋ１の変化量とが比例するとした対応付けを意味する。
【０２０６】
次の表２に実験結果を示す。
【表２】
2015020134.tif 000006
【０２０７】
表２から、実施例３は、比較例２に比べ、所要時間が短く、姿勢変化が正確であることが分かる。すなわち、実施例３のような対応付けをすると、比較例２の単純な対応付けよりも、操作性が向上することが分かる。
【０２０８】
＜実施例４＞  実施例４について、図３３（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。実施例４では、手の動きに基づいて、制御対象を動作させるための制御指令を生成する。図３３（ａ）は、ロボットハンド等の制御対象８０の動作を模式的に示す説明図である。図３３（ｂ）は、手２８の基準動作を模式的に示す説明図である。
【０２０９】
図３３（ａ）に矢印９８で示すように、ロボットハンド等の制御対象８０を傾けるための制御指令と、図３３（ｂ）において矢印６０で示すように、手２８を傾ける動作とを対応付けると、制御対象８０の動作と、制御対象８０を動作させるための手２８の動作との対応関係が容易に理解できるため、手２８を動かして、制御対象８０を容易に動作させることができる。
【０２１０】
しかしながら、手には特有の動作特性が存在するため、制御対象を制御するときに実行することを意図した手の動作と、実際の手の動作とには、ずれが生じる。
【０２１１】
そこで、実際の手の動作を、実行を意図したと推定される手の動作に変換するための数式を準備しておく（第１のステップ）。操作者の実際の手の動作を計測する（第２のステップ）。準備しておいた数式を用いて、計測した動作を変換し、変換した動作に含まれる基準動作の成分に基づいて、制御指令を生成する（第３のステップ）。
【０２１２】
すなわち、前記第１のステップにおいて、制御指令と対応付けられた基準動作であって身体の基準部位を基準方向に動作させる前記基準動作を含む第１の動作と、前記第１の動作の実行を意図して動作したときの実際の動作である第２の動作とを対応付ける数式を準備する。前記第２のステップにおいて、操作者の前記基準部位の動作を計測する。前記第３のステップにおいて、前記第１のステップで準備した前記数式を用いて、前記第２のステップで計測した前記動作を変換し、変換された前記動作に含まれる前記基準動作の成分に基づいて前記制御指令を算出する。前記基準部位は、手である。
【０２１３】
第１から第３のステップによって制御指令を算出すると、操作者の意図がより正確に反映された制御指令を生成することができる。なお、第１のステップにおいて、複数の操作者に共通の数式を準備しても、個別に、すなわち操作者ごとに別々の数式を準備してもよい。
【０２１４】
＜実施例５＞  第１の動作と第２の動作との対応付けに、数式の代わりにデータベースを用いる実施例５について説明する。
【０２１５】
例えば足首を基準部位とする場合、第１の動作における足首の位置（ｘｖ，ｙｖ，ｚｖ）とそれに対応する実際の基準部位の動作である第２の動作における足首の位置（ｘｗ，ｙｗ，ｚｗ）とを対にして１つのデータとする。第１の動作におけるｉ番目の位置（ｘｖｉ，ｙｖｉ，ｚｖｉ）と、それに対応する第２の動作における位置（ｘｗｉ，ｙｗｉ，ｚｗｉ）とを対にしたデータ（ｘｖｉ，ｙｖｉ，ｚｖｉ，ｘｗｉ，ｙｗｉ，ｚｗｉ）を作成する。第１の動作における様々な位置とそれに対応する第２の動作の位置の対のデータの集合からデータベースを作成する（第１のステップ）。
【０２１６】
次いで、操作者の実際の動作、すなわち制御指令を生成するための動作を計測する（第２のステップ）。
【０２１７】
次いで、計測した実際の動作を第２の動作として扱い、データベースの第２の動作のデータを検索し、計測した実際の動作と合致するデータ又はそれに近いデータを抽出する。合致するデータがあれば、合致したデータから第１の動作のデータを抽出する。また、合致するデータがなく、近いデータがあれば、近いデータから第１の動作のデータを抽出する、あるいは、計測した実際の動作を第２の動作としたときに対になるべき第１の動作のデータを、内挿、外挿等の手法によって補間をして得る。
【０２１８】
次いで、抽出又は補間をして得た第１の動作のデータに含まれる基準動作の成分に基づいて制御指令を算出する（第３のステップ）。
【０２１９】
なお、第１のステップにおいて、複数の操作者に共通のデータベースを準備しても、操作者ごとに別々のデータベースを準備してもよい。操作者ごとに別々のデータベースを準備すれば、複数の操作者に共通のデータベースを準備する場合に比べ、個々の操作者の身体の動作特性がより正確に反映されたデータベースを用いることができるため、個々の操作者の意図がより一層正確に反映された制御指令を生成することができる。
【０２２０】
＜実施例６＞  実施例６について、図３４〜図４９を参照しながら説明する。実施例６では、手の姿勢変化動作（姿勢を変える動作）に基づいて制御指令を生成する。
【０２２１】
図３４は、ロボットハンド等の制御対象８０ｑの姿勢変化動作を模式的に示す説明図である。図３５は、手２８の姿勢変化動作を模式的に示す説明図である。図３４（ａ）及び図３５（ａ）は、上から見た図である。図３４（ｂ）及び図３５（ｂ）は、側面から見た図である。図３４（ｃ）及び図３５（ｃ）は、正面から見た図である。
【０２２２】
図３４（ａ）と図３５（ａ）とを対応付け、図３４（ｂ）と図３５（ｂ）とを対応付け、図３４（ｃ）と図３５（ｃ）とを対応付けると、制御対象８０ｑの姿勢変化動作と手２８の姿勢変化動作との対応関係を容易に理解できる。
【０２２３】
すなわち、図３４（ａ）において矢印８０ａで示すように、制御対象８０ｑをｚＨ軸を中心に回動させる角度φＨと、図３５（ａ）において矢印２８ｐ，２８ｑで示すように、手２８を背屈（伸展）又は掌屈（屈曲）する角度である開き角θＨｈとを対応付ける。図３４（ｂ）において矢印８０ｂで示すように、制御対象８０ｑをｘＨ軸を中心に回動させる角度θＨと、図３５（ｂ）において矢印２８ｓ，２８ｔで示すように、手２８を外転又は内転する角度である仰角θＨｇとを対応付ける。図３４（ｃ）において矢印８０ｃで示すように、制御対象８０ｑをｙＨ軸を中心に回動させる角度ΨＨと、図３５（ｃ）において矢印２８ｕ，２８ｖで示すように、手２８を回内又は回外する角度である傾き角θＨｋとを対応付ける。角度φＨ，θＨ，ΨＨの符号の定義は図３４のとおりであり、開き角θＨｈ、仰角θＨｇ、傾き角θＨｋの符号の定義は図３５のとおりである。
【０２２４】
次に、手の開き角、仰角、傾き角の定義について、図３６及び図３７を参照しながら説明する。
【０２２５】
図３６（ａ）及び（ｂ）は、右側の上肢２２についての肩関節中心座標系Ｘ２−Ｙ２−Ｚ２（以下、sigmaＳと表す。）、上肢座標系ｘ２−ｙ２−ｚ２（以下、sigmaＡと表す。）、手座標系ｘ２'−ｙ２'−ｚ２'（以下、sigmaＨと表す。）の説明図である。sigmaＳ、sigmaＡ、sigmaＨは、直交座標系である。
【０２２６】
図３６（ａ）に示すように、背筋を伸ばし、肘関節２５ａを９０度屈曲した基本姿勢において、sigmaＳの原点ＯＳを、右肩関節中心とする。sigmaＳのＸ２軸は、身体１０の左右の肩関節中心を通る直線に平行であり、身体１０の右方向が正方向である。Ｚ２軸は、身体１０の上下方向と平行で、上向きが正方向である。Ｙ２軸はＸ２軸とＺ２軸とに直交しており、身体１０の前方が正方向である。
【０２２７】
図３６（ａ）及び（ｂ）に示すように、sigmaＡにおいて、原点は、右側の手首の中心Ｗである。ｘ２軸は、右肘関節の回転軸に平行であり、図３６（ｂ）の状態では、右前腕２６ａの内側から外側に向かう方向が正方向である。ｙ２軸は、右側の上肢２２の前腕長軸（手首中心Ｗと肘関節中心ＥＬとを通る軸）に一致し、肘関節中心ＥＬから手首中心Ｗに向かう方向が正方向である。ｚ２軸は、ｘ２軸及びｙ２軸に直交し、ｘ２軸、ｙ２軸とともに右手座標系を構成するように正方向が定義される。
【０２２８】
図３６（ｂ）に示すように、sigmaＨにおいて、原点は右側の手首中心Ｗである。ｘ２'軸は、右側の手２８の手のひら側と手の甲側とを結ぶ直線（右手の内側と外側とを結ぶ直線）に平行で、右側の手２８の内側から外側へ向かう方向が正方向である。ｙ２'軸は、右側の手２８の第３指（中指）２８ｃと手首中心Ｗとを通る直線に平行で、手首側から第３指側へと向かう方向が正方向である。ｚ２'軸は、ｘ２'軸とｙ２'軸に垂直であり、右側の手２８の第５指（小指）２８ｅ側から第１指（母指）２８ａ側に向かう方向が正方向である。手のひら面は、ｙ２'軸とｚ２'軸とを含むｙ２'ｚ２'平面９５と平行である。図３５に示すように手２８の姿勢を変えると、sigmaＡに対してsigmaＨが回転をする。
【０２２９】
開き角、仰角、傾き角は、sigmaＡに対してsigmaＨを以下の手順（１）〜（３）にしたがって回転させたときの、sigmaＡとsigmaＨとの相対角度θＨｈ，θＨｇ，θＨｋである。
【０２３０】
手順（１）  まず、図３７（ａ）に示すように、sigmaＡとsigmaＨとが一致した状態（ｘ２軸とｘ２'軸とが一致し、ｙ２軸とｙ２'軸とが一致し、ｚ２軸とｚ２'軸とが一致する状態）から、sigmaＨをｙ２軸まわりに角度θＨｋだけ回転させたものを、ｘ２''−ｙ２''−ｚ２''座標系（以下、sigmaＨ'と表す）とする。
【０２３１】
手順（２）  次いで、図３７（ｂ）に示すように、sigmaＨ'をｚ２''軸まわりに角度−θＨｈだけ回転させたものを、ｘ２'''−ｙ２'''−ｚ２'''座標系（以下、sigmaＨ''と表す）とする。
【０２３２】
手順（３）  次いで、図３７（ｃ）に示すように、sigmaＨ''をｘ２'''軸まわりに角度θＨｇだけ回転させたものを、ｘ２''''−ｙ２''''−ｚ２''''座標系（以下、sigmaＨ'''と表す）とする。
【０２３３】
以上の手順（１）〜（３）によって、sigmaＡから見たsigmaＨ'''の姿勢は、３つの角度の組（θＨｈ，θＨｇ，θＨｋ）で表現できる。θＨｈが開き角であり、θＨｇが仰角であり、θＨｋが傾き角である。sigmaＨ'''は、開き角、仰角、傾き角が存在する状態のsigmaＨを意味する。このため、sigmaＡから見たsigmaＨ'''の姿勢は、sigmaＡから見たsigmaＨの姿勢を意味する。
【０２３４】
なお、図３７（ａ）〜（ｃ）において、回転方向を示す矢印の方向は、傾き角θＨｋ、開き角θＨｈ、仰角θＨｇが正の値となる場合の回転方向を示している。
【０２３５】
図３４（ａ）と図３５（ａ）とを対応付け、図３４（ｂ）と図３５（ｂ）とを対応付け、図３４（ｃ）と図３５（ｃ）とを対応付けるといった単純な対応付けを前提とし、制御対象８０ｑの姿勢変化動作に対応する手２８の姿勢変化動作を想定し、想定した姿勢変化動作になるように手を動作させると、手２８の動作をもとに制御対象８０ｑの姿勢変化動作を制御することができる。
【０２３６】
しかしながら、後述の図４６〜図４９に示すように手には特有の動作特性が存在するため、制御対象を制御するときに想定した姿勢変化動作になるように手を直感的に動作させると、想定した手の姿勢変化動作と実際の手の姿勢変化動作との間には、ずれが生じる。そのため、手２８の姿勢変化動作を計測し、単純な対応付けに基づいて、制御対象８０ｑの姿勢変化動作を設定するための制御指令を生成する場合、制御対象８０ｑに、意図した通りの正確な姿勢変化動作をさせることは、容易でない。直感的な手の動作によって、制御対象が想定した姿勢変化動作に近い姿勢変化動作をするほど、操作性が良い。
【０２３７】
そこで、実際の手の姿勢変化動作を、実行を意図したと推定される手の姿勢変化動作に変換するための数式を準備しておき（第１のステップ）、操作者の手の姿勢変化動作を計測し（第２のステップ）、準備しておいた数式を用いて、計測した姿勢変化動作を変換し、変換した姿勢変化動作に基づいて、制御指令を生成する（第３のステップ）。
【０２３８】
以下、さらに説明する。
【０２３９】
実施例６では、手２８を基準部位とする。図３５（ａ）に示したように手２８の開き角θＨｈのみを変化させる第１の基準動作と、図３４（ａ）に示したように制御対象８０ｑの角度φＨのみを変化させる制御指令とを対応付ける。例えば、開き角θＨｈと角度φＨとが比例関係になるように、制御指令を生成する。同様に、図３５（ｂ）に示したように手２８の仰角θＨｇのみを変化させる第２の基準動作と、図３４（ｂ）に示した制御対象８０ｑの角度θＨのみを変化させる制御指令とを対応付ける。また、図３５（ｃ）に示したように手２８の傾き角θＨｋのみを変化させる第３の基準動作と、図３４（ｃ）に示した制御対象８０ｑの角度ΨＨのみを変化させる制御指令とを対応付ける。
【０２４０】
sigmaＡは、原点は右側の手首の中心にあるが、ｘ２軸、ｙ２軸、ｚ２軸の方向は、肘関節中心に原点があり肘関節の前腕側に固定された座標系の直交する３つの軸（肘関節の回転軸と、前腕長軸と、それらの軸と直交する軸）の方向によって定義されている。ここでは、開き角、仰角、傾き角に相当する回転方向が基準方向であり、これらは、前述のように、sigmaＡにより定義される回転方向である。このため、基準方向は、基準部位である手とは異なる部位である肘関節の前腕側に一体に固定された座標系（肘関節の前腕側と一体となって同じ動きをする別の仮想的な位置に固定された座標系）であるsigmaＡにより定義される回転方向となる。
【０２４１】
以下、第１〜第３のステップの具体例を説明する。
【０２４２】
第１のステップの具体例を説明する。実際の手の姿勢変化動作を、実行を意図したと推定される手の姿勢変化動作に変換するための数式は、次のように準備する。
【０２４３】
図３８に示すように、制御対象の姿勢を三角形２８２（以下、「制御対象三角形２８２」とよぶ。）で表す。図３８（ｂ）に示すように、モニタ画面に制御対象三角形２８２を表示する。図３８（ｂ）は、制御対象三角形２８２の頂点２８２ａと頂点２８２ｂとが頂点２８２ｑよりも手前にある状態を示す。制御対象三角形２８２の頂点２８２ａから頂点２８２ｂに向かう軸は、図３４の制御対象８０ｑの根元部２０２を通り、上面２０４から下面２０５に向かう方向と同じ方向でかつ平行な軸に対応する。制御対象三角形２８２の頂点２８２ａと頂点２８２ｂとを結ぶ底辺２８２ｃの中点２８２ｐから頂点２８２ｑに向かう軸は、図３４の制御対象８０ｑの根元部２０２を通り、根元部２０２から先端部２０６に向かう方向と同じ方向でかつ平行な軸に対応する。制御対象三角形２８２の３つの頂点２８２ａ，２８２ｂ，２８２ｑを含む面の法線方向かつ図３８（ｂ）の表示では略右方向となる軸であって、制御対象三角形２８２の底辺２８２ｃの中点２８２ｐを通る軸は、図３４の制御対象８０ｑの根元部２０２を通り、左側面２０７から右側面２０８に向かう方向と同じ方向でかつ平行な軸に対応する。
【０２４４】
モニタ画面に表示される制御対象三角形２８２を手２８で操作していると想定する。モニタ画面に表示される制御対象三角形２８２の姿勢を変え、これに対応して、手２８の姿勢を変える。このとき、被験者は、図３４（ａ）と図３５（ａ）、図３４（ｂ）と図３５（ｂ）、図３４（ｃ）と図３５（ｃ）に示した対応付けを意識して、制御対象三角形２８２の姿勢変化を実現させるために必要と考える通りに、手２８の姿勢を変える。すなわち、図３８（ａ）の説明図に示すように、制御対象三角形２８２の姿勢と手のひら面の姿勢とが一致する状況を意識して、手２８の姿勢を変える。このため、モニタに表示される制御対象三角形２８２の動作は、被験者が意図した手２８の動作を意味する。このときの手２８の実際の動作（すなわち、第２の動作）を、モニタに表示された制御対象三角形２８２の動作（すなわち、第１の動作）と対応付けて測定する。手２８の実際の動作の測定は、例えば、手２８にマーカーを貼り付けた状態で手の動作を撮影し、撮影した画像を解析するなど、適宜な方法で計測すればよい。
【０２４５】
モニタに表示する第１の動作は、図３９及び図４０に示すように第１乃至第３の基準動作のいずれか一つのみを含んでいてもよい。図３９（ａ）は、制御対象８０ｑの角度φＨのみが増減する、すなわち、手の開き角θＨｈのみが増減する第１の基準動作について、１／４周期ごとのモニタ上の表示である。図３９（ｂ）は、制御対象８０ｑの角度θＨのみが増減する、すなわち、手の仰角θＨｇのみが増減する第２の基準動作について、１／４周期ごとのモニタ上の表示である。図４０は、制御対象８０ｑの角度ΨＨのみが増減する、すなわち、手の傾き角θＨｋのみが増減する第３の基準動作について、１／４周期ごとのモニタ上の表示である。
【０２４６】
モニタに表示する第１の動作は、複数の基準動作が含まれる複合動作であってもよいし、例えば図４１及び図４２に示すように基準動作の一部が動作範囲内のいずれかの状態で固定されている状態で他の基準動作が含まれる部分複合動作であってもよい。図４１（ａ）は、制御対象８０ｑの角度ΨＨが０度、角度φＨが６０度に固定された状態で、角度θＨのみが増減する、すなわち、手の傾き角θＨｋが０度、開き角θＨｈが６０度に固定された状態で、仰角θＨｇのみが増減する部分複合動作について、１／４周期ごとのモニタ上の表示である。図４１（ｂ）は、制御対象８０ｑの角度ΨＨが０度、角度φＨが−６０度に固定された状態で、角度θＨのみが増減する、すなわち、手の傾き角θＨｋが０度、開き角θＨｈが−６０度に固定された状態で、仰角θＨｇのみが増減する部分複合動作について、１／４周期ごとのモニタ上の表示である。図４２（ｃ）は、制御対象８０ｑの角度ΨＨが０度、角度θＨが１５度に固定された状態で、角度φＨのみが増減する、すなわち、手の傾き角θＨｋが０度、仰角θＨｇが１５度に固定された状態で、開き角θＨｈのみが増減する部分複合動作について、１／４周期ごとのモニタ上の表示である。図４２（ｄ）は、制御対象８０ｑの角度ΨＨが０度、角度θＨが−１５度に固定された状態で、角度φＨのみが増減する、すなわち、手の傾き角θＨｋが０度、仰角θＨｇが−１５度に固定された状態で、開き角θＨｈのみが増減する部分複合動作について、１／４周期ごとのモニタ上の表示である。
【０２４７】
図４３〜図４５は、図３９（ａ）及び（ｂ）並びに図４０に示すように第１乃至第３の基準動作のいずれか一つのみを含む第１の動作をモニタに表示したときの測定結果である。横軸は、第１の動作の変数（基準動作の開き角θＨｈ１、仰角θＨｇ１、傾き角θＨｋ１のいずれか一つ）を示す。縦軸は、第２の動作の測定値（開き角θＨｈ２、仰角θＨｇ２、傾き角θＨｋ２）を示す。
【０２４８】
図４３は、開き角のみを変化させる第１の基準動作に対する第２の動作の計測結果を示している。図４３から、開き角のみを変化させる第１の基準動作に対して、第２の動作では開き角が変化していることが分かる。
【０２４９】
図４４は、仰角のみを変化させる第２の基準動作に対する第２の動作の計測結果を示している。図４４から、仰角のみを変化させる第２の基準動作に対して、第２の動作では仰角が変化していることが分かる。
【０２５０】
図４５は、傾き角のみを変化させる第３の基準動作に対する第２の動作の計測結果を示している。図４５から、傾き角のみを変化させる第３の基準動作に対して、第２の動作では傾き角が変化していることが分かる。
【０２５１】
図４６〜図４９は、図４１及び図４２に示すように部分複合動作を含む第１の動作をモニタに表示したときの測定結果である。横軸は、第１の動作の変数（開き角θＨｈ１、仰角θＨｇ１、傾き角θＨｋ１のいずれか一つ）を示す。縦軸は、第２の動作の測定値（開き角θＨｈ２、仰角θＨｇ２、傾き角θＨｋ２）を示す。
【０２５２】
図４６は、手の傾き角が０度、開き角が６０度に固定された状態で、仰角のみを変化させる部分複合動作に対する第２の動作の計測結果を示している。図４６から、仰角のみを変化させる第１の動作に対して、第２の動作では傾き角が変化していることが分かる。図４６から、第１の動作の開き角が正の値となる場合には、第１の動作の変数である仰角の増加に対して、第２の動作の変数である傾き角が減少する特性を有する数式を定義することができる。
【０２５３】
図４７は、手の傾き角が０度、開き角が−６０度に固定された状態で、仰角のみを変化させる部分複合動作に対する第２の動作の計測結果を示している。図４７から、仰角のみを変化させる第１の動作に対して、第２の動作では傾き角が変化していることが分かる。図４７から、第１の動作の開き角が負の値となる場合には、第１の動作の変数である仰角の増加に対して、第２の動作の変数である傾き角が増加する特性を有する数式を定義することができる。また、図４７から、第２の動作では仰角も変化していることが分かる。
【０２５４】
図４８は、手の傾き角が０度、仰角が１５度に固定された状態で、開き角のみを変化させる部分複合動作に対する第２の動作の計測結果を示している。図４８から、開き角のみを変化させる第１の動作に対して、第２の動作では傾き角が変化していることが分かる。図４８から、第１の動作の仰角が正の値となる場合には、第１の動作の変数である開き角の増加に対して、第２の動作の変数である傾き角が減少する特性を有する数式を定義することができる。また、図４８から、第２の動作では開き角も変化していることが分かる。
【０２５５】
図４９は、手の傾き角が０度、仰角が−１５度に固定された状態で、開き角のみを変化させる部分複合動作に対する第２の動作の計測結果を示している。図４９から、開き角のみを変化させる第１の動作に対して、第２の動作では傾き角が変化していることが分かる。図４９から、第１の動作の仰角が負の値となる場合には、第１の動作の変数である開き角の増加に対して、第２の動作の変数である傾き角が減少する特性を有する数式を定義することができる。また、図４９から、第２の動作では開き角も変化していることが分かる。
【０２５６】
一般に、第１の軸を回転中心軸として基準部位が回転運動する回転運動成分を含む第１の動作と、その第１の動作に対応する第２の動作とを対応付ける数式は、「第１の動作の回転運動成分に対応する第２の動作の成分が、第１の軸を回転中心軸とする基準部位の第１の回転運動と、第１の軸とは異なる第２の軸を回転中心軸とする基準部位の第２の回転運動とを含むこと」を取り込んだ数式である。
【０２５７】
計測結果に対して重回帰分析を行い、第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式を求めると、次の式（１２）のようになる。ここでは、第１の動作の変数として開き角θＨｈ１、仰角θＨｇ１、傾き角θＨｋ１を用い、第２の動作の変数として開き角θＨｈ２、仰角θＨｇ２、傾き角θＨｋ２を用いる。
【数３】
2015020134.tif 000007
【０２５８】
この式（１２）を用いて、制御指令を算出する。すなわち、制御対象の姿勢を制御するために操作者が手を動作させたとき、手の姿勢を計測し、第２の動作に相当する手の姿勢の測定値（θＨｈ２，θＨｇ２，θＨｋ２）を式（１２）に代入して、第１の動作に相当する手の姿勢（θＨｈ１，θＨｇ１，θＨｋ１）を算出する。算出された手の姿勢（θＨｈ１，θＨｇ１，θＨｋ１）は、操作者が実行することを意図した手の姿勢に近いものになる。この（θＨｈ１，θＨｇ１，θＨｋ１）を制御対象の姿勢（φＨ，θＨ，ΨＨ）に対応付けることにより、操作者の意図が制御対象に、より正確に反映されるようになる。
【０２５９】
式（１２）を書き直すと、次の式（１２'）のようになる。数値は四捨五入したものである。
【数４】
2015020134.tif 000008
【０２６０】
式（１２'）は、第１及び第２の動作における基準部位である手の動作が、同一の３つの変数で定義されるとき、それら３つの変数のうち１つの変数のみが変化する手の動作要素を含む第１の動作についての右辺と、動作要素に対応してそれら３つの変数のうち複数の変数が変化する動作成分を含む第２の動作についての左辺とを対応付けるものである。式（１２）や式（１２'）は、基準部位である手の動作特性を反映することができる。
【０２６１】
特に、図４６〜図４９から、開き角と仰角とのうち少なくとも一方が変化する第１の動作に対して、傾き角が変化する第２の動作が対応することが分かる。これに基づいて、第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式又はデータベースでは、開き角と仰角とのうち少なくとも一方が変化する手の動作要素を含む第１の動作と、この動作要素に対応して傾き角が変化する動作成分を含む第２の動作とを対応付けることができる。この場合、手の動作特性に基づいて、操作者の意図が正確に反映された制御指令を生成することができる。
【０２６２】
なお、第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式又はデータベースでは、開き角と仰角とのうち少なくとも一方が変化する手の動作要素を含む第１の動作と、この動作要素に対応して開き角と仰角とのうち少なくとも一方とともに傾き角も変化する動作成分を含む第２の動作とを対応付けることも可能であり、また、開き角と仰角とのうち少なくとも一方が変化する手の動作要素を含む第１の動作と、この動作要素に対応して傾き角のみが変化する動作成分を含む第２の動作とを対応付けることも可能である。
【０２６３】
第２のステップでは、操作者の手の動作を計測する。この際、操作者は、上肢の上腕を身体の上下方向に略平行、かつ、上肢の前腕が身体の前側にあり、身体の前後方向に略平行となる姿勢をとってもよい。第３のステップでは、第２のステップで計測した動作を第２の動作として、第１のステップで準備した数式を用いて、第２のステップで計測した動作を第１の動作に変換し、変換された第１の動作に含まれる基準動作の成分に基づいて制御指令を算出する。
【０２６４】
なお、第１のステップにおいて、複数の操作者に共通の数式又はデータベースを準備しても、操作者ごとに別々の数式又はデータベースを準備してもよい。操作者ごとに別々の数式又はデータベースを準備すれば、複数の操作者に共通の数式又はデータベースを準備する場合に比べ、個々の操作者の身体の動作特性がより正確に反映された数式又はデータベースを用いることができるため、個々の操作者の意図がより一層正確に反映された制御指令を生成することができる。
【０２６５】
＜実施例７＞  実施例７について、図５０〜図５９を参照しながら説明する。実施例７では、手の指の動きに基づいて、制御対象を動作させるための制御指令を生成する。
【０２６６】
図５０（ａ）は、ロボットアーム等の制御対象８０ｒの動作を模式的に示す説明図である。図５０（ｂ）及び図５０（ｃ）は、手２８を上から見た状態を示す説明図である。図５０（ｂ）は、第２指３０２の基準動作を示している。図５０（ｃ）は、第２指３０２の実際の動作を示している。図５０（ｂ）において矢印３８０で示すように、第２指３０２を少し曲げた状態で第２指３０２の指先３１２を前後方向に直線運動する基準動作と、図５０（ａ）において矢印３９１で示すように、制御対象８０ｒの前後方向の移動とを対応付ける。この対応付けを意識して第２指３０２を動かした場合、第２指３０２の指先３１２の実際の動作は、図５０（ｃ）において矢印３８１で示すように曲線運動となる。
【０２６７】
図５１（ａ）は、ロボットアーム等の制御対象８０ｒの動作を模式的に示す説明図である。図５１（ｂ）及び図５１（ｃ）は、手２８を横から見た状態を示す説明図である。図５１（ｂ）は、第２指３０２の基準動作を示している。図５１（ｃ）は、第２指３０２の実際の動作を示している。図５１（ｂ）において矢印３８２で示すように、第２指３０２を少し曲げた状態で第２指３０２の指先３１２を上下方向に直線運動する基準動作と、図５１（ａ）において矢印３９２で示すように、制御対象８０ｒの上下方向の移動とを対応付ける。この対応付けを意識して第２指３０２を動かした場合、第２指３０２の指先３１２の実際の動作は、図５１（ｃ）において矢印３８３で示すように曲線運動となる。
【０２６８】
図５２（ａ）は、ロボットアーム等の制御対象８０ｒの動作を模式的に示す説明図である。図５２（ｂ）は、手２８を上から見た状態を示す説明図である。図５２（ｂ）は、第２指３０２の基準動作を示している。図５２（ｂ）において矢印３８４で示すように、第２指３０２を少し曲げた状態で第２指３０２の指先３１２を左右方向に直線運動する基準動作と、図５２（ａ）において矢印３９３で示すように、制御対象８０ｒの左右方向の移動とを対応付ける。
【０２６９】
図５３（ａ）は、ロボットアーム等の制御対象８０ｒの動作を模式的に示す説明図である。図５３（ｂ）及び図５３（ｃ）は、手２８を横から見た状態を示す説明図である。図５３（ｂ）は、第１指３０１の基準動作を示している。図５３（ｃ）は、第１指３０１の実際の動作を示している。図５３（ｂ）において矢印３７０で示すように、第１指３０１を少し曲げた状態で第１指３０１の指先３１１を上下方向に直線運動する基準動作と、図５３（ａ）において矢印３９４で示すように、制御対象８０ｒの上下方向の移動とを対応付ける。この対応付けを意識して第１指３０１を動かした場合、第１指３０１の指先３１１の実際の動作は、図５３（ｃ）において矢印３７１で示すように曲線運動となる。
【０２７０】
図５４（ａ）は、ロボットアーム等の制御対象８０ｒの動作を模式的に示す説明図である。図５４（ｂ）及び図５４（ｃ）は、手２８を上から見た状態を示す説明図である。図５４（ｂ）は、第１指３０１の基準動作を示している。図５４（ｃ）は、第１指３０１の実際の動作を示している。図５４（ｂ）において矢印３７２で示すように、第１指３０１を少し曲げた状態で第１指３０１の指先３１１を左右方向に直線運動する基準動作と、図５４（ａ）において矢印３９５で示すように、制御対象８０ｒの左右方向の移動とを対応付ける。この対応付けを意識して第１指３０１を動かした場合、第１指３０１の指先３１１の実際の動作は、図５４（ｃ）において矢印３７３で示すように曲線運動となる。
【０２７１】
図５５（ａ）は、ロボットアーム等の制御対象８０ｒの動作を模式的に示す説明図である。図５５（ｂ）は、手２８を横から見た状態を示す説明図である。図５５（ｂ）は、第１指３０１の基準動作を示している。図５５（ｂ）において矢印３７４で示すように、第１指３０１を少し曲げた状態で第１指３０１の指先３１１を前後方向に直線運動する基準動作と、図５５（ａ）において矢印３９６で示すように、制御対象８０ｒの前後方向の移動とを対応付ける。
【０２７２】
このような手の指の動作特性が反映されるように、以下の第１乃至第３のステップによって、制御指令を生成する。
【０２７３】
第１のステップでは、基準部位である指先の動作を計測し、第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式又はデータベースを準備する。基準部位である指先の計測は、直接的に指先の動作を計測する方法だけでなく、指先と連動して動く他の部位である末節骨や中節骨、基節骨、中手骨などの動作を計測し、それから指先の動作を算出する間接的な方法でもよい。
【０２７４】
第２のステップでは、操作者の指先の動作を計測する。この際、操作者は、上肢の上腕を身体の上下方向に略平行、かつ、上肢の前腕が身体の前側にあり、上肢の前腕が身体の前後方向に略平行となる姿勢をとってもよい。
【０２７５】
第３のステップでは、第２のステップで計測した動作を第２の動作として、第１のステップで準備した数式又はデータベースを用いて、第２のステップで計測した動作を第１の動作に変換し、変換された第１の動作に含まれる基準動作の成分に基づいて制御指令を算出する。
【０２７６】
なお、第１のステップにおいて、複数の操作者に共通の数式又はデータベースを準備しても、操作者ごとに別々の数式又はデータベースを準備してもよい。操作者ごとに別々の数式又はデータベースを準備すれば、複数の操作者に共通の数式又はデータベースを準備する場合に比べ、個々の操作者の身体の動作特性がより正確に反映された数式又はデータベースを用いることができるため、個々の操作者の意図がより一層正確に反映された制御指令を生成することができる。
【０２７７】
次に、第１のステップで準備する数式又はデータベースを決定するための実験４について説明する。
【０２７８】
実験４では、被験者は、上肢の上腕を身体の上下方向に略平行、かつ、上肢の前腕が身体の前側にあり、上肢の前腕が身体の前後方向に略平行となる姿勢をとる。手首は曲げずに、図５１（ｂ）及び（ｃ）、図５３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、手２８は第２指３０２が上側で第５指３０５が下側となる状態とする。第２指３０２の指先３１２を基準部位とする場合には、図５０（ｂ）および図５１（ｂ）に示すように、手２８を軽く握った状態から第２指３０２のみを少し伸ばした（伸展させた）状態を指の基本姿勢とした。第１指３０１の指先３１１を基準部位とする場合には、図５３（ｂ）および図５４（ｂ）に示すように、手を軽く開いた状態から第１指３０１を少し曲げた状態を指の基本姿勢とした。
【０２７９】
そして、被験者の前に目標物を表示するモニターを配置し、モニター上で目標物を所定方向に移動させる。目標物は制御対象に相当するものとして扱う。モニター上には、目標物が前後、左右、上下に移動する映像が表示され、被験者は指と制御対象との対応付けを意識し、映像に合わせて指を動かす。
【０２８０】
すなわち、第２指３０２の指先３１２を基準部位とする場合には、被験者は、図５０（ａ）及び（ｂ）、図５１（ａ）及び（ｂ）、図５２（ａ）及び（ｂ）に示した対応付けを意識して、目標物の移動を実現させるために必要と考える通りに、第２指３０２を動かす。第１指３０１の指先３１１を基準部位とする場合には、図５３（ａ）及び（ｂ）、図５４（ａ）及び（ｂ）、図５５（ａ）及び（ｂ）に示した対応付けを意識して、目標物の移動を実現させるために必要と考える通りに、第１指３０１を動かす。指の動きは、被験者の指を撮影した画像を解析することによって計測した。
【０２８１】
ここで、図５０（ｂ）の矢印３８０あるいは図５５（ｂ）の矢印３７４で示す前後方向に相当する方向を、「手首第３指方向」と呼ぶ。手首第３指方向は、拳を握った状態において手首関節中心と第３指の基節骨とを結ぶ方向と平行な方向であり、手首関節中心から第３指の基節骨に向かう方向を正方向とする。
【０２８２】
また、図５１（ｂ）の矢印３８２あるいは図５３（ｂ）の矢印３７０で示す上下方向に相当する方向を、「第５指第２指方向」と呼ぶ。第５指第２指方向は、第２指３０２乃至第５指３０５で軸状部材を握ったときに軸状部材の中心軸の方向と平行な方向であり、第５指３０５から第２指３０２に向かう方向を正方向とする。
【０２８３】
また、図５２（ｂ）の矢印３８４あるいは図５４（ｂ）の矢印３７２で示す左右方向に相当する方向を、「手のひら甲方向」と呼ぶ。手のひら甲方向は、手のひらと手の甲との間を貫通する方向と平行な方向であり、手のひらから手の甲に向かう方向を正方向とする。手首第３指方向、第５指第２指方向、手のひら甲方向は、互いに垂直な方向となる。
【０２８４】
図５６は、図５０（ａ）において矢印３９１で示すような目標物（制御対象８０ｒ）の前後方向の直線状の移動に対応して、図５０（ａ）及び（ｂ）に示した対応付けを意識して被験者が第２指３０２を動かしたときの実験結果を示すグラフである。すなわち、実験の際、被験者は、目標物の前後方向の直線状の移動と同じように、第２指３０２の指先３１２を前後方向（手首第３指方向）に直線状に動かすことを意図して、第２指３０２を動かした。図５６において、横軸は、第２指の指先の左右方向（手のひら甲方向）の位置を示し、縦軸は第２指の指先の前後方向（手首第３指方向）の位置を示す。原点は指の基本姿勢での第２指の指先の位置を示す。
【０２８５】
図５６から、第２指の指先は曲線運動をしており、第２指の指先の曲線運動の曲線は、第２指のＰＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、第２指のＰＩＰ関節と第２指のＤＩＰ関節とのうち少なくとも一方が曲線の内側となるように曲がっていることがわかる。すなわち、被験者は、図５０（ｂ）において矢印３８０で示すように第２指３０２の指先３１２を直線状に動かそうと意図したが、実際の動作は、図５０（ｃ）において矢印３８１で示すように曲線状の動作となり、第２指３０２のＰＩＰ関節３０２ｐの曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、第２指３０２のＰＩＰ関節３０２ｐと第２指３０２のＤＩＰ関節３０２ｄの少なくとも一方が、第２指３０２の指先３１２が曲線運動する曲線の内側に対向する、換言すると、その凸状の曲線に関して凹側にある。
【０２８６】
したがって、基準部位が手の第２指の指先であり、手の手首関節中心から手の第３指の基節骨に向かう方向と平行に第２指の指先が直線運動する直線運動成分を含む第１の動作と第１の動作に対応する第２の動作とを対応付ける数式又はデータベースは、「直線運動成分に対応する第２の動作の成分は第２指の指先が曲線運動する曲線運動成分であり、曲線運動成分の曲線は、第２指のＰＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、第２指のＰＩＰ関節と第２指のＤＩＰ関節とのうち少なくとも一方が曲線の内側に対向するように曲がっていること」を取り込んだ数式又はデータベースとすればよい。すなわち、「直線運動成分に対応する第２の動作の成分は第２指の指先が曲線運動する曲線運動成分であり、曲線運動成分の曲線は、第２指のＰＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち曲線が存在しない一方の領域と、曲線および直線（曲線の両端を通る直線）によって囲まれる領域と、直線（曲線の両端を通る直線）上とのうち少なくとも一つに、第２指のＰＩＰ関節と第２指のＤＩＰ関節とのうち少なくとも一方があること」を、数式又はデータベースに取り込む。例えば、第２の動作の成分が、第２指のＤＩＰ関節や第２指のＰＩＰ関節や第２指のＭＰ関節の曲げ伸ばし運動により生じる第２指の指先の曲線運動や、一つの円弧に沿う円弧状の曲線運動や、略円弧状の曲線運動となることを取り込んだ数式などであっても構わない。
【０２８７】
図５７は、図５１（ａ）において矢印３９２で示すような目標物（制御対象８０ｒ）の上下方向の直線状の移動に対応して、図５１（ａ）及び（ｂ）に示した対応付けを意識して被験者が第２指３０２を動かしたときの実験結果を示すグラフである。すなわち、実験の際、被験者は、目標物の上下方向の直線状の移動と同じように、第２指３０２の指先３１２を上下方向（第５指第２指方向）に直線状に動かすことを意図して、第２指３０２を動かした。図５７において、横軸は、第２指の指先の前後方向（手首第３指方向）の位置を示し、縦軸は第２指の指先の上下方向（第５指第２指方向）の位置を示す。原点は指の基本姿勢での第２指の指先の位置を示す。
【０２８８】
図５７から、第２指の指先は曲線運動をしており、第２指の指先の曲線運動の曲線は、第２指のＭＰ関節中心を通るとともに第２指のＰＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と第２指のＭＰ関節中心とを含む平面に垂直となる仮想直線と平行となる方向に見ると、仮想直線に第２指の指先から下した垂線の足となる点が曲線の内側となるように曲がっていることがわかる。すなわち、被験者は、図５１（ｂ）において矢印３８２で示すように第２指３０２の指先３１２を直線状に動かそうと意図したが、実際の動作は、図５１（ｃ）において矢印３８３で示すように曲線状の動作となり、第２指３０２のＭＰ関節３０２ｍの中心を通るとともに第２指３０２のＰＩＰ関節３０２ｐの曲げ伸ばし運動の回転中心軸と第２指３０２のＭＰ関節３０２ｍの中心とを含む平面に垂直となる仮想直線３５０と平行となる方向に見ると、仮想直線に第２指３０２の指先３１２から下した垂線の足となる点３５２が、第２指３０２の指先３１２が曲線運動する曲線の内側に対向する、換言すると、その凸状の曲線に関して凹側にある。
【０２８９】
したがって、基準部位が手の第２指の指先であり、手の第５指から手の第２指に向かう方向と平行に第２指の指先が直線運動する直線運動成分を含む第１の動作と第１の動作に対応する第２の動作とを対応付ける数式又はデータベースは、「直線運動成分に対応する第２の動作の成分は第２指の指先が曲線運動する曲線運動成分であり、曲線運動成分の曲線は、第２指のＭＰ関節中心を通るとともに第２指のＰＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と第２指のＭＰ関節中心とを含む平面に垂直となる仮想直線と平行となる方向に見ると、仮想直線に第２指の指先から下した垂線の足となる点が曲線の内側に対向するように曲がっていること」を取り込んだ数式又はデータベースとすればよい。すなわち、「直線運動成分に対応する第２の動作の成分は第２指の指先が曲線運動する曲線運動成分であり、曲線運動成分の曲線は、第２指のＭＰ関節中心を通るとともに第２指のＰＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と第２指のＭＰ関節中心とを含む平面に垂直となる仮想直線と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち曲線が存在しない一方の領域と、曲線および直線（曲線の両端を通る直線）によって囲まれる領域と、直線（曲線の両端を通る直線）上とのうち少なくとも一つに、仮想直線に第２指の指先から下した垂線の足となる点があること」を、数式又はデータベースに取り込む。例えば、第２の動作の成分が、第２指のＭＰ関節の内転・外転運動により生じる第２指の指先の曲線運動や、一つの円弧に沿う円弧状の曲線運動や、略円弧状の曲線運動となることを取り込んだ数式などであっても構わない。
【０２９０】
図５８は、図５３（ａ）において矢印３９４で示すような目標物（制御対象８０ｒ）の上下方向の直線状の移動に対応して、図５３（ａ）及び（ｂ）に示した対応付けを意識して被験者が第１指３０１を動かしたときの実験結果を示すグラフである。すなわち、実験の際、被験者は、目標物の上下方向の直線状の移動と同じように、第１指３０１の指先３１１を上下方向（第５指第２指方向）に直線状に動かすことを意図して、第１指３０１を動かした。図５８において、横軸は、第１指の指先の前後方向（手首第３指方向）の位置を示し、縦軸は第１指の指先の上下方向（第５指第２指方向）の位置を示す。原点は指の基本姿勢での第１指の指先の位置を示す。
【０２９１】
図５８から、第１指の指先は曲線運動をしており、第１指の指先の曲線運動の曲線は、第１指のＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、第１指のＩＰ関節と、第１指のＭＰ関節と、第１指の手根中手関節とのうち少なくとも一つが曲線の内側となるように曲がっていることがわかる。すなわち、被験者は、図５３（ｂ）において矢印３７０で示すように第１指３０１の指先３１１を直線状に動かそうと意図したが、実際の動作は、図５３（ｃ）において矢印３７１で示すように曲線状の動作となり、第１指３０１のＩＰ関節３０１ｉの曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、第１指３０１のＩＰ関節３０１ｉと、第１指３０１のＭＰ関節３０１ｍと、第１指３０１の手根中手関節３０１ｋとのうち少なくとも一つが、第１指３０１の指先３１１が曲線運動する曲線の内側に対向する、換言すると、その凸状の曲線に関して凹側にある。
【０２９２】
したがって、基準部位が手の第１指の指先であり、手の第５指から手の第２指に向かう方向と平行に第１指の指先が直線運動する直線運動成分を含む第１の動作と第１の動作に対応する第２の動作とを対応付ける数式又はデータベースは、「直線運動成分に対応する第２の動作の成分は第１指の指先が曲線運動する曲線運動成分であり、曲線運動成分の曲線は、第１指のＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、第１指のＩＰ関節と、第１指のＭＰ関節と、第１指の手根中手関節とのうち少なくとも一つが曲線の内側に対向するように曲がっていること」を取り込んだ数式又はデータベースとすればよい。すなわち、「直線運動成分に対応する第２の動作の成分は第１指の指先が曲線運動する曲線運動成分であり、曲線運動成分の曲線は、第１指のＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち曲線が存在しない一方の領域と、曲線および直線（曲線の両端を通る直線）によって囲まれる領域と、直線（曲線の両端を通る直線）上とのうち少なくとも一つに、第１指のＩＰ関節と、第１指のＭＰ関節と、第１指の手根中手関節とのうち少なくとも一つがあること」を、数式又はデータベースに取り込む。例えば、第２の動作の成分が、第１指のＩＰ関節や第１指のＭＰ関節の曲げ伸ばし運動や第１指の手根中手関節の橈側外転・尺側内転運動により生じる第１指の指先の曲線運動や、一つの円弧に沿う円弧状の曲線運動や、略円弧状の曲線運動となることを取り込んだ数式などであっても構わない。
【０２９３】
図５９は、図５４（ａ）において矢印３９５で示すような目標物（制御対象８０ｒ）の左右方向の直線状の移動に対応して、図５４（ａ）及び（ｂ）に示した対応付けを意識して被験者が第１指３０１を動かしたときの実験結果を示すグラフである。すなわち、実験の際、被験者は、目標物の左右方向の直線状の移動と同じように、第１指３０１の指先３１１を左右方向（手のひら甲方向）に直線状に動かすことを意図して、第１指３０１を動かした。図５９において、横軸は、第１指の指先の前後方向（手首第３指方向）の位置を示し、縦軸は第１指の指先の左右方向（手のひら甲方向）の位置を示す。原点は指の基本姿勢での第１指の指先の位置を示す。
【０２９４】
図５９から、第１指の指先は曲線運動をしており、第１指の指先の曲線運動の曲線は、第１指の手根中手関節の掌側外転・掌側内転運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、第１指の手根中手関節が曲線の内側となるように曲がっていることがわかる。すなわち、被験者は、図５４（ｂ）において矢印３７２で示すように第１指３０１の指先３１１を直線状に動かそうと意図したが、実際の動作は、図５４（ｃ）において矢印３７３で示すように曲線状の動作となり、第１指３０１の手根中手関節３０１ｋの掌側外転・掌側内転運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、第１指３０１の手根中手関節３０１ｋが、第１指３０１の指先３１１が曲線運動する曲線の内側に対向する、換言すると、その凸状の曲線に関して凹側にある。
【０２９５】
したがって、基準部位が手の第１指の指先であり、手の手のひらから手の甲に向かう方向と平行に第１指の指先が直線運動する直線運動成分を含む第１の動作と第１の動作に対応する第２の動作とを対応付ける数式又はデータベースは、「直線運動成分に対応する第２の動作の成分は第１指の指先が曲線運動する曲線運動成分であり、曲線運動成分の曲線は、第１指の手根中手関節の掌側外転・掌側内転運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、第１指の手根中手関節が曲線の内側に対向するように曲がっていること」を取り込んだ数式又はデータベースとすればよい。すなわち、「直線運動成分に対応する第２の動作の成分は第１指の指先が曲線運動する曲線運動成分であり、曲線運動成分の曲線は、第１指の手根中手関節の掌側外転・掌側内転運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち曲線が存在しない一方の領域と、曲線および直線（曲線の両端を通る直線）によって囲まれる領域と、直線（曲線の両端を通る直線）上とのうち少なくとも一つに、第１指の手根中手関節があること」を、数式又はデータベースに取り込む。例えば、第２の動作の成分が、第１指の手根中手関節の掌側外転・掌側内転運動により生じる第１指の指先の曲線運動や、一つの円弧に沿う円弧状の曲線運動や、略円弧状の曲線運動となることを取り込んだ数式などであっても構わない。
【０２９６】
図５６〜図５９は、手の姿勢が第２指が上側で第５指が下側となる場合の実験４の結果であったが、手の姿勢が手のひらが下向きで手の甲が上向きとなる場合の実験５や、手の姿勢が手のひらが上向きで手の甲が下向きとなる場合の実験６も行った。その結果、手の姿勢の変化による方向の定義の変化を考慮すれば、図５６〜図５９と同様の結果が得られた。すなわち、手首第３指方向の実験結果に相当する実験５での前後方向及び実験６での前後方向の実験結果は、実験４での前後方向の実験結果と同様の結果となり、手のひら甲方向の実験結果に相当する実験５での上下方向及び実験６での上下方向の実験結果は、実験４での左右方向の実験結果と同様の結果となり、第５指第２指方向の実験結果に相当する実験５での左右方向及び実験６での左右方向の実験結果は、実験４での上下方向の実験結果と同様の結果となった。このため、図５６〜図５９は、手の姿勢の変化に関わらずに生じる指の動作特性を表すものと言える。手首第３指方向、第５指第２指方向、手のひら甲方向で方向を定義すると、手の姿勢に関わらず指の動作特性を共通に扱いやすい。なお、手首を曲げたり前腕や上腕の姿勢を変えて手の姿勢を変えた場合でも、実験４で得られた指の動作特性を取り込んだ数式又はデータベースを用いてもよい。
【０２９７】
手首第３指方向は、手の手のひら乃至甲に固定された座標系において手の手首関節中心から手の第２〜５指の基節骨が動きうる範囲内に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行な方向、と定義してもよい。第５指第２指方向は、手の手のひら乃至甲に固定された座標系において手の第５指の基節骨が動きうる範囲内から手の第２指の基節骨が動きうる範囲内に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行な方向、と定義してもよい。手のひら甲方向は、手の手のひら乃至甲に固定された座標系において手の手のひらから手の甲に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行な方向、と定義してもよい。
【０２９８】
第３〜５指の動作特性は、実験４で明らかになった第２指の動作特性と同様である。このため、第３〜５指の指先を基準部位とする場合は、第２指の指先を基準部位とする場合と同様の方法で、指の動作特性を取り込んだ数式又はデータベースとすればよい。また、基準部位を第２〜５指のＤＩＰ関節よりも指先側の部位とする場合でも第２〜５指の指先を基準部位とする場合と同様の動作特性となり、基準部位を第１指のＩＰ関節よりも指先側の部位とする場合でも第１指の指先を基準部位とする場合と同様の動作特性となるため、基準部位を第２〜５指のＤＩＰ関節よりも指先側の部位とする場合や基準部位を第１指のＩＰ関節よりも指先側の部位とする場合は、指先を基準部位とする場合と同様の方法で、指の動作特性を取り込んだ数式又はデータベースとすればよい。
【０２９９】
第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式は種々のパラメータを用いても構わない。指先の位置のパラメータとして、手首第３指方向、第５指第２指方向、手のひら甲方向の指先の位置を表すパラメータや、指のＰＩＰ関節、ＤＩＰ関節、ＭＰ関節、ＩＰ関節、第１指の手根中手関節などの各関節の回転角度を表すパラメータを用いてもよい。回帰分析（単回帰分析や重回帰分析）を用いて、目標物の位置のパラメータと実際の指先の位置のパラメータとの関係式を求めてもよい。第１の動作には、斜め方向などの複合動作を含めてもよい。
【０３００】
ここで、第１及び第２の動作における第２指の指先の動作が、どちらも、指先の前後、左右、上下方向の位置を表す変数（同一の複数の変数）で定義される場合を考える。この場合、例えば、図５０（ｂ）に示すように、指先の前後方向の位置を表す変数のみが変化する第１の動作に対して、図５０（ｃ）に示すように、指先の前後方向の位置を表す変数と指先の左右方向の位置を表す変数の２つの変数が変化する第２の動作が対応するため、これらを対応付ける数式とすればよい。すなわち、第１及び第２の動作における基準部位の動作が、同一の複数の変数で定義されるとき、第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式又はデータベースは、それらの変数のうち１つの変数のみが変化する基準部位の動作要素を含む第１の動作と、この動作要素に対応してそれらの変数のうち複数の変数が変化する動作成分を含む第２の動作とを対応付けるものである。図５１の第２指の上下方向の位置を表す変数のみが変化する第１の動作の場合でも、図５３の第１指の上下方向の位置を表す変数のみが変化する第１の動作の場合でも、図５４の第１指の左右方向の位置を表す変数のみが変化する第１の動作の場合でも、同様である。
【０３０１】
＜実施例８＞  実施例８の制御指令生成装置４００について、図６０を参照しながら説明する。
【０３０２】
図６０は、制御指令生成装置４００のブロック図である。図６０に示すように、制御指令生成装置４００は、制御部４０２に、表示部４１２と、操作部４１４と、測定部４１６と、記憶部４２２と、演算部４２４と、インターフェース部４２６とを備える。
【０３０３】
制御部４０２は、制御指令生成装置４００全体の制御を統括する。表示部４１２は、例えば、表示パネル等を含み、制御指令生成装置４００の動作状況を表示する。操作部４１４は、例えば、ボタンやスイッチなどを含み、起動・停止、データ入力、モード選択などの操作を受け付ける。測定部４１６は、例えば、カメラやセンサなどを含み、操作者の基準部位の動作を測定し、測定データを制御部４０２に送出する。記憶部４２２には、制御部４０２や演算部４２４を動作させるためのプログラムについてのプログラムデータや、基準動作を含む第１の動作と、第１の動作に対応する基準部位の実際の動作である第２の動作とを対応付ける数式を定義する第１のデータ、又は第１の動作と第２の動作とを対応付けるデータベースを構成する第２のデータなどが格納される。演算部４２４は、測定部４１６からの測定データと記憶部４２２に格納された第１又は第２のデータとを用いて演算を行う。インターフェース部４２６は、外部機器とデータを送受信するためのインターフェースであり、記憶部４２２に格納するためのプログラムデータや第１又は第２のデータ、演算部４２４からの演算結果データなどを受け付け、入出力を行う。
【０３０４】
制御指令生成装置４００は、記憶部４２２に格納されたプログラムデータに基づいて動作する。
【０３０５】
すなわち、測定部４１６は、操作者の基準部位の動作を測定し、測定データを制御部４０２に送出する。制御部４０２は、操作者の基準部位の動作を計測した測定データの入力を受け付ける入力受付部として機能する。なお、測定部４１６は、制御指令生成装置４００から分離された別個の装置とすることも可能である。
【０３０６】
演算部４２４は、記憶部４２２に格納された第１又は第２のデータと制御部４０２が入力を受け付けた測定データとを参照し、制御部４０２が測定データの入力を受け付けた操作者の基準部位の動作を第２の動作として、記憶部４２２に第１又は第２のデータが格納された数式又はデータベースを用いることによって、制御部４０２が測定データの入力を受け付けた操作者の基準部位の動作を第１の動作に変換し、変換された第１の動作に含まれる基準動作の成分に基づいて制御指令を算出する。演算部４２４は、制御指令算出部として機能する。
【０３０７】
演算部４２４が算出した制御指令のデータは、制御部４０２を介してインターフェース部４２６に伝達され、インターフェース部４２６から不図示の制御対象に制御信号が送出される。
【０３０８】
基準動作を含む第１の動作の実行を意図して動作したときに、実際に動作される第２の動作と、動作することを意図された第１の動作との間には、ずれが生じる。第１の動作と第２の動作とを対応付ける数式又はデータベースを準備し、この数式又はデータベースに基づいて、操作者の実際の動作を変換すると、変換された動作は、操作者が実行することを意図した動作又はそれに近い動作になる。そのため、変換された動作に含まれる基準動作の成分に基づいて制御指令を算出すると、操作者の意図がより正確に反映された制御指令を生成することができる。
【０３０９】
なお、記憶部４２２には、複数の操作者に共通の第１又は第２のデータが格納されても、操作者ごとに別々の第１又は第２のデータが格納されてもよい。操作者ごとに別々の第１又は第２のデータを格納すれば、複数の操作者に共通の第１又は第２のデータが格納される場合に比べ、個々の操作者の身体の動作特性がより正確に反映された数式又はデータベースを用いることができるため、個々の操作者の意図がより一層正確に反映された制御指令を生成することができる。
【０３１０】
また、制御部４０２が入力を受け付ける測定データは、基準部位そのものの動作を直接的に計測した測定データであっても、基準部位と連動して動く他の部位の動作を計測し、他の部位の動作の計測結果から基準部位の動作を算出した間接的な測定データであってもよい。
【０３１１】
＜まとめ＞  以上に説明したように、操作者の実際の動作を変換し、変換した動作に基づいて制御指令を生成すると、操作者の意図がより正確に反映された制御指令を生成することができる。
【０３１２】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。
【０３１３】
例えば、基準方向は、前後、左右、上下に限らず、斜め方向としてもよい。
【０３１４】
実施例１などの上記実施の形態では、制御指令である制御対象の動作と、基準動作とが略同じとなるような対応付けとなる例を示したが、それ以外でも構わない。基準動作に対応付けられる制御指令は様々なものが可能である。基準動作の位置や姿勢を、制御対象の位置や姿勢と対応付ける例以外にも、制御対象の移動速度や姿勢変化速度に対応付けることや、制御対象が出力する力やトルクの大きさに対応付けることや、制御対象が出す音や光や振動の強さや方向と対応付けることなども可能である。基準動作の姿勢を制御対象の位置と対応付けることや、基準動作の位置を制御対象の姿勢と対応付けることも可能である。基準動作の速度、加速度、角速度、角加速度等を制御指令に対応付けてもよい。
【０３１５】
また、実施例では右側の上肢及び下肢を基準部位とする例を用いて説明したが、左側の上肢や下肢を使う場合でも、可能である。その対称性を考慮して、同様に定義すればよい。実施例では足首、足、手首、手、指先を基準部位とする例を用いて説明したが、膝関節より足側の他の部位や、肘関節より手側の他の部位、その他の部位を基準部位としてもよい。例えば、実施例２では、手首ではなく、指先や指、手を基準部位としてもよい。また、基準部位として頚部や頭部を用いてもよい。基準部位は、頭部に含まれている、舌、口（上唇、下唇、口角）、顎、歯、目などでもよい。数式やデータベースは、身体の動作を計測したデータに基づいて準備する方法だけでなく、身体に関してこれまでに得られている知見や、身体に関するシミュレーションや解析の結果より得られる情報などに基づいて準備してもよい。
【０３１６】
上記実施の形態では、身体の動作に基づく制御指令生成方法の第２のステップにおいて、操作者の基準部位の動作を計測する場合を説明したが、第２のステップにおいて、操作者の基準部位の動作を計測したデータを取得してもよい。この場合、第３のステップでは、第２のステップでデータを取得した動作を第２の動作として数式又はデータベースを用いることによって、第２のステップでデータを取得した動作を第１の動作に変換し、変換された第１の動作に含まれる基準動作の成分に基づいて制御指令を算出する。
【産業上の利用可能性】
【０３１７】
本発明は、操作者の基準部位の動作に基づいて、操作者の意図が正確に反映された制御指令を生成することができる。そのため、乗り物、移動装置、ロボット、探査装置、機械装置などの実物の操作や遠隔操作、画面上の物体を動かす制御指令を生成することによる画面上の操作、パソコンやコンピュータやスマートフォンやタブレット端末やテレビやカーナビゲーションシステムやゲームや情報機器や情報端末などへの入力、画面表示を利用したリハビリテーションなどに適用できる。
【符号の説明】
【０３１８】
１０  身体
１２  下肢
１４  大腿
１６  下腿
１７  足首
１８  足
２２  上肢
２４  上腕
２５  肘
２６  前腕
２７  手首
２８  手
８０，８０ｐ，８０ｑ，８０ｒ  制御対象
８２，２８２  制御対象三角形
３０１  第１指
３０１ｉ  ＩＰ関節
３０１ｋ  手根中手関節
３０１ｍ  ＭＰ関節
３０２  第２指
３０２ｄ  ＤＩＰ関節
３０２ｍ  ＭＰ関節
３０２ｐ  ＰＩＰ関節
３１１，３１２  指先
４００  制御指令生成装置
４０２  制御部（入力受付部）
４２２  記憶部
４２４  演算部（制御指令算出部）
Ｏ１  股関節中心
Ｏ２  膝関節中心
Ｏ３  足首中心
Ｏ１ｕ  肩関節中心
Ｏ２ｕ  肘関節中心
Ｏ３ｕ  手首中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【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】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年1月30日(2015.1.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体の基準部位を基準方向に動作させる基準動作と制御指令とを対応付け、前記基準部位の動作をもとに前記制御指令を生成する、身体の動作に基づく制御指令生成方法であって、
前記基準動作を含む第１の動作と、前記第１の動作に対応する前記基準部位の実際の動作である第２の動作とを対応付ける数式又はデータベースを準備する第１のステップと、
操作者の前記基準部位の動作を計測する、又は前記操作者の前記基準部位の前記動作を計測したデータを取得する、第２のステップと、
前記第２のステップで計測した前記動作又は前記データを取得した前記動作を前記第２の動作として前記数式又は前記データベースを用いることによって、前記第２のステップで計測した前記動作又は前記データを取得した前記動作を前記第１の動作に変換し、変換された前記第１の動作に含まれる前記基準動作の成分に基づいて前記制御指令を算出する第３のステップと、
を備え、
前記数式又は前記データベースが、
（ａ）前記基準部位としての下肢のうちの足の、
第１の軸を回転中心軸として前記基準部位が回転運動する回転運動成分を含む前記第１の動作と
前記第１の軸を回転中心軸とする前記基準部位の第１の回転運動成分と、前記第１の軸とは異なる第２の軸を回転中心軸とする前記基準部位の第２の回転運動成分とを含む前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
（ｂ）前記基準部位としての膝関節より足側の部位の、
前記基準部位が前記身体の前後方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と
前記膝関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、前記膝関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の曲線運動成分を含む前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
（ｃ）前記基準部位としての膝関節より足側の部位の、
前記基準部位が前記身体の左右方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と
前記膝関節を含む下肢の股関節と前記膝関節とを結ぶ軸と平行となる方向に見ると、前記膝関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第１の曲線運動成分と、前記身体の上方から見ると、前記股関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第２の曲線運動成分とのうち、少なくとも一方を含む前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
（ｄ）前記基準部位としての膝関節より足側の部位の、
前記基準部位が前記身体の上下方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と
前記身体の上下方向に平行な平面であって、前記膝関節を含む下肢の股関節と前記膝関節とを含む平面に対して垂直となる方向に見ると、前記膝関節と前記基準部位とを結ぶ線分の上下方向成分に相当する距離だけ、前記股関節から下に下がった位置を内側とするように曲がった前記基準部位の曲線運動成分を含む前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
（ｅ）前記基準部位としての肘関節より手側の部位の、
前記基準部位が前記身体の上下方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と
前記肘関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、前記肘関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の曲線運動成分を含む前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
（ｆ）前記基準部位としての肘関節より手側の部位の、
前記基準部位が前記身体の左右方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と
前記肘関節を含む上肢の肩関節と前記肘関節とを結ぶ軸と平行となる方向に見ると、前記肘関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第１の曲線運動成分と、前記身体の前方から見ると、前記肩関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第２の曲線運動成分とのうち、少なくとも一方を含む前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
（ｇ）前記基準部位としての手の第２〜５指のうち少なくとも１つの特定指のＤＩＰ関節より指先側の部位の、
前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の手首関節中心から前記手の前記第２〜５指の基節骨が動きうる範囲内に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と
前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分を含み、前記曲線運動成分の曲線は、前記特定指のＰＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記特定指の前記ＰＩＰ関節と前記特定指の前記ＤＩＰ関節とのうち少なくとも一方がある、前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
（ｈ）前記基準部位としての手の第２〜５指のうち少なくとも１つの特定指のＤＩＰ関節より指先側の部位の、
前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の前記第５指の基節骨が動きうる範囲内から前記手の前記第２指の基節骨が動きうる範囲内に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と
前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分を含み、前記曲線運動成分の曲線は、前記特定指のＭＰ関節中心を通るとともに前記特定指のＰＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と前記特定指の前記ＭＰ関節中心とを含む平面に垂直となる仮想直線と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記仮想直線に前記基準部位から下した垂線の足となる点がある、前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
（ｉ）前記基準部位としての手の第１指のＩＰ関節より指先側の部位の、
前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の第５指の基節骨が動きうる範囲内から前記手の第２指の基節骨が動きうる範囲内に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と
前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分を含み、前記曲線運動成分の曲線は、前記第１指の前記ＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記第１指の前記ＩＰ関節と、前記第１指のＭＰ関節と、前記第１指の手根中手関節とのうち少なくとも一つがある、前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
（ｊ）前記基準部位としての手の第１指のＩＰ関節より指先側の部位の、
前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の前記手のひらから前記手の前記甲に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と
前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分を含み、前記曲線運動成分の曲線は、前記第１指の手根中手関節の掌側外転・掌側内転運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記第１指の前記手根中手関節がある、前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
（ｋ）前記基準部位としての上肢のうち手の、
前記手を背屈又は掌屈する角度を開き角と定義し、
前記手を外転又は内転する角度を仰角と定義し、
前記手を回内又は回外する角度を傾き角と定義したときに、
前記開き角と前記仰角とのうち少なくとも一方が変化する前記基準部位の動作要素を含む前記第１の動作と
前記動作要素に対応して前記傾き角が変化する動作成分を含む前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
のいずれかを含んでいることを特徴とする、身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
前記基準部位は、膝関節より足側の部位であり、
前記基準部位が前記身体の前後方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分が、前記膝関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、前記膝関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項１に記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項７】
前記基準部位は、膝関節より足側の部位であり、
前記基準部位が前記身体の左右方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分が、前記膝関節を含む下肢の股関節と前記膝関節とを結ぶ軸と平行となる方向に見ると、前記膝関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第１の曲線運動と、前記身体の上方から見ると、前記股関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第２の曲線運動とのうち、少なくとも一方を含む曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項１に記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項８】
前記基準部位は、膝関節より足側の部位であり、
前記基準部位が前記身体の上下方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分が、前記身体の上下方向に平行な平面であって、前記膝関節を含む下肢の股関節と前記膝関節とを含む平面に対して垂直となる方向に見ると、前記膝関節と前記基準部位とを結ぶ線分の上下方向成分に相当する距離だけ、前記股関節から下に下がった位置を内側とするように曲がった前記基準部位の曲線運動となることを取り込んだ数式又ばデータベースであることを特徴とする、請求項１に記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項９】
第１の軸を回転中心軸として前記基準部位が回転運動する回転運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記回転運動成分に対応する前記第２の動作の成分が、前記第１の軸を回転中心軸とする前記基準部位の第１の回転運動と、前記第１の軸とは異なる第２の軸を回転中心軸とする前記基準部位の第２の回転運動とを含むことを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項１に記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項１０】
前記基準部位は、下肢のうち足であり、
前記足を外転又は内転する角度を開き角と定義し、該開き角は、前記足の内転側から外転側に向かって増加し、
前記足を背屈又は底屈する角度を仰角と定義し、該仰角は、前記足の底屈側から背屈側に向かって増加し、
前記足を内反又は外反する角度を傾き角と定義し、該傾き角は、前記足の外反側から内反側に向かって増加するとしたときに、
前記数式又は前記データベースは、
前記第１の動作の変数として、前記開き角を含み、
前記第２の動作の変数として、前記仰角と前記傾き角とのうち少なくとも一方と、前記開き角とを含み、
前記第２の動作の変数として、前記開き角及び前記仰角を含む場合には、
前記第１の動作の変数である前記開き角の増加と、前記第２の動作の変数である前記開き角の増加及び前記第２の動作の変数である前記仰角の増加とを対応付ける第１の特性と、前記第１の動作の変数である前記開き角の減少と、前記第２の動作の変数である前記開き角の減少及び前記第２の動作の変数である前記仰角の減少とを対応付ける第２の特性とのうち、少なくとも一方を有し、
前記第２の動作の変数として、前記開き角及び前記傾き角を含む場合には、
前記第１の動作の変数である前記開き角の増加と、前記第２の動作の変数である前記開き角の増加及び前記第２の動作の変数である前記傾き角の減少とを対応付ける第１の特性と、前記第１の動作の変数である前記開き角の減少と、前記第２の動作の変数である前記開き角の減少及び前記第２の動作の変数である前記傾き角の増加とを対応付ける第２の特性とのうち、少なくとも一方を有する請求項１又は９に記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項１１】
前記基準部位は、下肢のうち足であり、
前記足を背屈又は底屈する角度を仰角と定義し、該仰角は、前記足の底屈側から背屈側に向かって増加し、
前記足を内反又は外反する角度を傾き角と定義し、該傾き角は、前記足の外反側から内反側に向かって増加するとしたときに、
前記数式又は前記データベースは、
前記第１の動作の変数として、前記仰角を含み、
前記第２の動作の変数として、前記仰角及び前記傾き角を含み、
前記第１の動作の変数である前記仰角の増加と、前記第２の動作の変数である前記仰角の増加及び前記第２の動作の変数である前記傾き角の増加とを対応付ける第１の特性と、前記第１の動作の変数である前記仰角の減少と、前記第２の動作の変数である前記仰角の減少及び前記第２の動作の変数である前記傾き角の減少とを対応付ける第２の特性とのうち、少なくとも一方を有する請求項１又は９に記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項１２】
前記基準部位は、下肢のうち足であり、
前記足を内反又は外反する角度を傾き角と定義し、該傾き角は、前記足の外反側から内反側に向かって増加し、
前記足を外転又は内転する角度を開き角と定義し、該開き角は、前記足の内転側から外転側に向かって増加し、
前記足を背屈又は底屈する角度を仰角と定義し、該仰角は、前記足の底屈側から背屈側に向かって増加するとしたときに、
前記数式又は前記データベースは、
前記第１の動作の変数として、前記傾き角を含み、
前記第２の動作の変数として、前記開き角と前記仰角とのうち少なくとも一方と、前記傾き角とを含み、
前記第２の動作の変数として、前記傾き角及び前記開き角を含む場合には、
前記第１の動作の変数である前記傾き角の増加と、前記第２の動作の変数である前記傾き角の増加及び前記第２の動作の変数である前記開き角の減少とを対応付ける第１の特性と、前記第１の動作の変数である前記傾き角の減少と、前記第２の動作の変数である前記傾き角の減少及び前記第２の動作の変数である前記開き角の増加とを対応付ける第２の特性とのうち、少なくとも一方を有し、
前記第２の動作の変数として、前記傾き角及び前記仰角を含む場合には、
前記第１の動作の変数である前記傾き角の増加と、前記第２の動作の変数である前記傾き角の増加及び前記第２の動作の変数である前記仰角の減少とを対応付ける第１の特性と、前記第１の動作の変数である前記傾き角の減少と、前記第２の動作の変数である前記傾き角の減少及び前記第２の動作の変数である前記仰角の増加とを対応付ける第２の特性とのうち、少なくとも一方を有する請求項１又は９に記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項１３】
前記基準部位は、肘関節より手側の部位であり、
前記基準部位が前記身体の上下方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分が、前記肘関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、前記肘関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項１に記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項１４】
前記基準部位は、肘関節より手側の部位であり、
前記基準部位が前記身体の左右方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分が、前記肘関節を含む上肢の肩関節と前記肘関節とを結ぶ軸と平行となる方向に見ると、前記肘関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第１の曲線運動と、前記身体の前方から見ると、前記肩関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第２の曲線運動とのうち、少なくとも一方を含む曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項１に記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項１５】
前記基準部位は、上肢のうち手であり、
前記手を背屈又は掌屈する角度を開き角と定義し、
前記手を外転又は内転する角度を仰角と定義し、
前記手を回内又は回外する角度を傾き角と定義したときに、
前記数式又は前記データベースは、
前記開き角と前記仰角とのうち少なくとも一方が変化する前記基準部位の動作要素を含む前記第１の動作と、前記動作要素に対応して前記傾き角が変化する動作成分を含む前記第２の動作とを対応付けるものであることを特徴とする、請求項１に記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項１６】
前記基準部位は、手の第２〜５指のうち少なくとも１つの特定指のＤＩＰ関節より指先側の部位であり、
前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の手首関節中心から前記手の前記第２〜５指の基節骨が動きうる範囲内に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分は前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分であり、前記曲線運動成分の曲線は、前記特定指のＰＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記特定指の前記ＰＩＰ関節と前記特定指の前記ＤＩＰ関節とのうち少なくとも一方があることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項１に記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項１７】
前記基準部位は、手の第２〜５指のうち少なくとも１つの特定指のＤＩＰ関節より指先側の部位であり、
前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の前記第５指の基節骨が動きうる範囲内から前記手の前記第２指の基節骨が動きうる範囲内に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分は前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分であり、前記曲線運動成分の曲線は、前記特定指のＭＰ関節中心を通るとともに前記特定指のＰＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と前記特定指の前記ＭＰ関節中心とを含む平面に垂直となる仮想直線と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記仮想直線に前記基準部位から下した垂線の足となる点があることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項１に記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項１８】
前記基準部位は、手の第１指のＩＰ関節より指先側の部位であり、
前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の第５指の基節骨が動きうる範囲内から前記手の第２指の基節骨が動きうる範囲内に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分は前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分であり、前記曲線運動成分の曲線は、前記第１指の前記ＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記第１指の前記ＩＰ関節と、前記第１指のＭＰ関節と、前記第１指の手根中手関節とのうち少なくとも一つがあることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項１に記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項１９】
前記基準部位は、手の第１指のＩＰ関節より指先側の部位であり、
前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の前記手のひらから前記手の前記甲に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と該第１の動作に対応する前記第２の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第２の動作の成分は前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分であり、前記曲線運動成分の曲線は、前記第１指の手根中手関節の掌側外転・掌側内転運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記第１指の前記手根中手関節があることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項１に記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。
【請求項２０】
身体の基準部位を基準方向に動作させる基準動作と制御指令とを対応付け、前記基準部位の動作をもとに前記制御指令を生成する、身体の動作に基づく制御指令生成装置であって、
前記基準動作を含む第１の動作と、前記第１の動作に対応する前記基準部位の実際の動作である第２の動作とを対応付ける数式を定義する第１のデータ、又は前記第１の動作と前記第２の動作とを対応付けるデータベースを構成する第２のデータを格納する記憶部と、
操作者の前記基準部位の動作を計測した測定データの入力を受け付ける入力受付部と、
前記記憶部に格納された前記第１又は第２のデータと前記入力受付部が入力を受け付けた前記測定データとを参照し、前記入力受付部が前記測定データの入力を受け付けた前記操作者の前記基準部位の前記動作を前記第２の動作として、前記記憶部に前記第１又は第２のデータが格納された前記数式又は前記データベースを用いることによって、前記入力受付部が前記測定データの入力を受け付けた前記操作者の前記基準部位の前記動作を前記第１の動作に変換し、変換された前記第１の動作に含まれる前記基準動作の成分に基づいて前記制御指令を算出する制御指令算出部と、
を備え、
前記数式又は前記データベースが、
（ａ）前記基準部位としての下肢のうちの足の、
第１の軸を回転中心軸として前記基準部位が回転運動する回転運動成分を含む前記第１の動作と
前記第１の軸を回転中心軸とする前記基準部位の第１の回転運動成分と、前記第１の軸とは異なる第２の軸を回転中心軸とする前記基準部位の第２の回転運動成分とを含む前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
（ｂ）前記基準部位としての膝関節より足側の部位の、
前記基準部位が前記身体の前後方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と
前記膝関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、前記膝関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の曲線運動成分を含む前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
（ｃ）前記基準部位としての膝関節より足側の部位の、
前記基準部位が前記身体の左右方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と
前記膝関節を含む下肢の股関節と前記膝関節とを結ぶ軸と平行となる方向に見ると、前記膝関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第１の曲線運動成分と、前記身体の上方から見ると、前記股関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第２の曲線運動成分とのうち、少なくとも一方を含む前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
（ｄ）前記基準部位としての膝関節より足側の部位の、
前記基準部位が前記身体の上下方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と
前記身体の上下方向に平行な平面であって、前記膝関節を含む下肢の股関節と前記膝関節とを含む平面に対して垂直となる方向に見ると、前記膝関節と前記基準部位とを結ぶ線分の上下方向成分に相当する距離だけ、前記股関節から下に下がった位置を内側とするように曲がった前記基準部位の曲線運動成分を含む前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
（ｅ）前記基準部位としての肘関節より手側の部位の、
前記基準部位が前記身体の上下方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と
前記肘関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、前記肘関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の曲線運動成分を含む前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
（ｆ）前記基準部位としての肘関節より手側の部位の、
前記基準部位が前記身体の左右方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と
前記肘関節を含む上肢の肩関節と前記肘関節とを結ぶ軸と平行となる方向に見ると、前記肘関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第１の曲線運動成分と、前記身体の前方から見ると、前記肩関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第２の曲線運動成分とのうち、少なくとも一方を含む前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
（ｇ）前記基準部位としての手の第２〜５指のうち少なくとも１つの特定指のＤＩＰ関節より指先側の部位の、
前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の手首関節中心から前記手の前記第２〜５指の基節骨が動きうる範囲内に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と
前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分を含み、前記曲線運動成分の曲線は、前記特定指のＰＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記特定指の前記ＰＩＰ関節と前記特定指の前記ＤＩＰ関節とのうち少なくとも一方がある、前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
（ｈ）前記基準部位としての手の第２〜５指のうち少なくとも１つの特定指のＤＩＰ関節より指先側の部位の、
前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の前記第５指の基節骨が動きうる範囲内から前記手の前記第２指の基節骨が動きうる範囲内に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と
前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分を含み、前記曲線運動成分の曲線は、前記特定指のＭＰ関節中心を通るとともに前記特定指のＰＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と前記特定指の前記ＭＰ関節中心とを含む平面に垂直となる仮想直線と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記仮想直線に前記基準部位から下した垂線の足となる点がある、前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
（ｉ）前記基準部位としての手の第１指のＩＰ関節より指先側の部位の、
前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の第５指の基節骨が動きうる範囲内から前記手の第２指の基節骨が動きうる範囲内に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と
前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分を含み、前記曲線運動成分の曲線は、前記第１指の前記ＩＰ関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記第１指の前記ＩＰ関節と、前記第１指のＭＰ関節と、前記第１指の手根中手関節とのうち少なくとも一つがある、前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
（ｊ）前記基準部位としての手の第１指のＩＰ関節より指先側の部位の、
前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の前記手のひらから前記手の前記甲に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第１の動作と
前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分を含み、前記曲線運動成分の曲線は、前記第１指の手根中手関節の掌側外転・掌側内転運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記第１指の前記手根中手関節がある、前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
（ｋ）前記基準部位としての上肢のうち手の、
前記手を背屈又は掌屈する角度を開き角と定義し、
前記手を外転又は内転する角度を仰角と定義し、
前記手を回内又は回外する角度を傾き角と定義したときに、
前記開き角と前記仰角とのうち少なくとも一方が変化する前記基準部位の動作要素を含む前記第１の動作と
前記動作要素に対応して前記傾き角が変化する動作成分を含む前記第２の動作と
を対応付ける内容と、
のいずれかを含んでいることを特徴とする、身体の動作に基づく制御指令生成装置。
【国際調査報告】
2015020134.tif 000070
2015020134.tif 000071
2015020134.tif 000072
2015020134.tif 000073