(57)【要約】【課題】本発明は、手摺等の介助具の形状、寸法、及び、取付位置等の仕様を決定する設計時において、被介助者の筋負担が充分に軽減される介助具の仕様を決定することを支援することができる介助具設計支援システムを実現することを目的とする。【解決手段】身体データを受け付ける手段と、介助具の仕様データを設定する手段と、身体データと仕様データとから起居動作における姿勢データを生成する手段と、身体データと仕様データとから起居動作における床反力データを生成する手段と、身体データと仕様データとから起居動作における介助具反力データを生成する手段と、姿勢データと床反力データと介助具反力データとから起居動作における負担データを導出する手段とを備え、導出した負担データを出力する。【選択図】　　図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被介助者の起居動作を介助する介助具の設計を支援する介助具設計支援システムであって、
前記被介助者の身体データを受け付ける身体データ受付手段と、
前記介助具の仕様に関する仕様データを設定する仕様データ設定手段と、
前記身体データと前記仕様データとから、前記起居動作における前記被介助者の姿勢に関する姿勢データを生成する姿勢データ生成手段と、
前記身体データと前記仕様データとから、前記起居動作において床から前記被介助者に作用する床反力に関する床反力データを生成する床反力データ生成手段と、
前記身体データと前記仕様データとから、前記起居動作において前記介助具から前記被介助者に作用する介助具反力に関する介助具反力データを生成する介助具反力データ生成手段と、
前記姿勢データと前記床反力データと前記介助具反力データとから、前記起居動作における前記被介助者の各筋の筋負担に関する負担データを導出する負担データ導出手段とを備え、
前記負担データ導出手段で導出した前記負担データを出力する介助具設計支援システム。
【請求項２】
前記負担データ導出手段が、前記負担データとしての前記被介助者の全体の負担評価値を前記筋負担から導出する手段である請求項１に記載の介助具設計支援システム。
【請求項３】
前記仕様データ設定手段により前記仕様データを変化させながら、前記姿勢データ生成手段及び前記床反力データ生成手段及び前記介助具反力データ生成手段及び前記負担データ導出手段を働かせて、前記仕様データ毎の前記負担データを導出するように構成されている請求項１又は２に記載の介助具設計支援システム。
【請求項４】
表示画面上において前記身体データによって規定されるコンピュータマネキンを予めモデル化された起居動作パターンに従って動作させる動作画像生成手段を備えた請求項１から３の何れか１項に記載の介助具設計支援システム。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載の介助具設計支援システムが備える各手段を、コンピュータ上で実現するためのプログラムを備えてなる介助具設計支援用のコンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被介助者の起居動作を介助する介助具の設計を支援する介助具設計支援システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記介助具とは、高齢者や身障者等の被介助者の動的又は静的な起居動作を介助するためのものであり、起居動作としては、便座や浴槽やベッド等へ着座、便座等からの起立、歩行や階段の上り下り、浴槽内の座姿勢の維持等があり、これら起居動作を介助するための介助具として、トイレや浴室や寝室の側壁等に取り付けられる手摺等の起立介助具、階段や廊下の側壁等に取り付けられる手摺や杖等の歩行介助具等がある。
【０００３】
このような手摺等の介助具の形状、寸法、及び、取付位置等の仕様を決定する設計時には、介助具の取付位置及び形状等の仕様を、被介助者の負担が充分に軽減することが出来るように決定することが好ましい。
【０００４】
そして、このような介助具の仕様を決定する際には、被介助者が介助具が展示されているショールームに出向き、ショールームに設置されている形状又は取付位置が異なる数種類の仕様の介助具や、介助具としての手摺の位置を変更可能な模擬トイレや模擬浴槽等を用いて、実際に、起立や歩行等の起居動作を夫々行なうことで、介助具の仕様を感覚的に負担が少ないと感じるものに決定することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように、被介助者がショールームにて実際に介助具を使用して介助具の仕様を決定する場合には、被介助者は、ショールームに存在する複数種の介助具の中からでしか、介助具の仕様を選ぶことができず、その選択した介助具の仕様が被介助者に対して最も負担が少ないものであるとはいえない。即ち、被介助者の起居動作における負担を一層軽減できる介助具の仕様が、ショールームに存在するもの以外のものである可能性があり、その最も最適な介助具の仕様を見落としてしまうことがある。
【０００６】
また、このような介助具を使用する高齢者や身障者等の被介助者は、ショールームまで出向くことが困難な場合があり、ショールームに出向くことが困難な被介助者に対しては、介助具の最適な仕様を、ケアマネージャー等のアドバイス等に基づいて決定するが、その決定した介助具の仕様が本当に被介助者の負担を充分に軽減するものであるかを確認することができず、たとえば、介助具の取付位置を変更した場合に、どの程度負担が軽減されるかなどを認識することは困難であった。
【０００７】
従って、本発明は、上記の事情に鑑みて、上記のような介助具の設計時において、被介助者の負担が充分に軽減される介助具の仕様を決定することを支援することができる介助具設計支援システムを実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係る介助具設計支援システムの第一特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１に記載した如く、被介助者の起居動作を介助する介助具の設計を支援する介助具設計支援システムであって、
前記被介助者の身体データを受け付ける身体データ受付手段と、
前記介助具の仕様に関する仕様データを設定する仕様データ設定手段と、
前記身体データと前記仕様データとから、前記起居動作における前記被介助者の姿勢に関する姿勢データを生成する姿勢データ生成手段と、
前記身体データと前記仕様データとから、前記起居動作において床から前記被介助者に作用する床反力に関する床反力データを生成する床反力データ生成手段と、
前記身体データと前記仕様データとから、前記起居動作において前記介助具から前記被介助者に作用する介助具反力に関する介助具反力データを生成する介助具反力データ生成手段と、
前記姿勢データと前記床反力データと前記介助具反力データとから、前記起居動作における前記被介助者の各筋の筋負担に関する負担データを導出する負担データ導出手段とを備え、
前記負担データ導出手段で導出した前記負担データを出力する点にある。
【０００９】
同第二特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項２に記載した如く、上記第一特徴構成に加えて、前記負担データ導出手段が、前記負担データとしての前記被介助者の全体の負担評価値を前記筋負担から導出する手段である点にある。
【００１０】
即ち、所定のコンピュータ・プログラムを読み取って実行することにより上記各手段として機能するパーソナルコンピュータやエンジニアリング・ワークステーション等から構成することができる本発明に係る介助具設計支援システムの上記第一及び第二特徴構成によれば、上記姿勢データ生成手段、上記床反力データ生成手段、及び、上記介助具反力データ生成手段により、上記身体データ受付手段により受け付けた被介助者の身長又は体重等の身体データと、上記仕様データ設定手段により設定した起立介助具又は歩行介助具等の介助具の取付位置、寸法、形状等の仕様データとから、介助具を使用した起立や歩行や姿勢維持等の起居動作における被介助者の各関節の位置又はその位置の時間変化状態等の姿勢に関する姿勢データと、上記起居動作において床から被介助者に作用する床反力の大きさ又はベクトルに関する床反力データと、上記起居動作において介助具から被介助者に作用する介助具反力の大きさ又はそのベクトルに関する介助具反力データとを生成することができる。
【００１１】
さらに、上記負担データ導出手段は、公知の全身筋骨格モデル等を用いて、上記のように生成した姿勢データ及び床反力データ及び介助具反力データから、被介助者が上記起居動作を行なうときの被介助者の各関節における関節モーメントを求め、その関節モーメントから、被介助者の各筋における筋張力、即ち筋負担を求めることができる。
さらに、上記負担データ導出手段は、その筋負担から、被介助者の各部位において作用する動力及び消費エネルギー等の、前記被介助者の全体の負担評価値を負担データとして導出し、例えば、その負担データを仕様データと共に表示画面上に表示させることができるので、被介助者又はその被介助者が使用する介助具の仕様を決定する設計者は、その導出された負担データを確認して、仕様データ設定手段で設定された仕様データに基づく介助具の仕様において、被介助者のその介助具を使用した起居動作をにおける負担の程度を明確に認識することができる。
【００１２】
従って、本発明により、介助具を使用した起居動作における被介助者の筋負担に関する上記負担データを導出して、被介助者の負担が充分に軽減される介助具の仕様を決定することを支援することができる介助具設計支援システムを実現することができる。
【００１３】
同第三特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項３に記載した如く、上記第一又は第二特徴構成に加えて、前記仕様データ設定手段により前記仕様データを変化させながら、前記姿勢データ生成手段及び前記床反力データ生成手段及び前記介助具反力データ生成手段及び前記負担データ導出手段を働かせて、前記仕様データ毎の前記負担データを導出するように構成されている点にある。
【００１４】
即ち、上記第三の特徴構成によれば、例えば予め受け付けた介助具が取り付けられる壁の位置や大きさ等の制約条件の範囲内において、前記仕様データを変化させながら、仕様データ毎に、夫々の介助具を使用した起居動作における被介助者の筋負担に関する負担データを夫々導出して、例えば夫々の負担データを夫々に対応する仕様データと共に表示画面上に表示することができるので、この導出された夫々の負担データを比較検討して、被介助者の負担が最も軽減されている仕様データに基づいて、介助具の仕様を決定することができる。
さらに、仕様データ毎に導出した夫々の負担データの内の、最も被介助者の負担が軽減されている仕様データに対する負担データのみを、表示画面上に出力するように構成しても構わない。
【００１５】
同第四特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項４に記載した如く、上記第一乃至第三の何れかの特徴構成に加えて、表示画面上において前記身体データによって規定されるコンピュータマネキンを予めモデル化された起居動作パターンに従って動作させる動作画像生成手段を備えた点にある。
【００１６】
即ち、上記第四特徴構成によれば、上記動作画像生成手段により、上記負担データ導出手段で導出された負担データがそれに対応する仕様データと共に表示される表示画面上において、被介助者の身長等の身体データにより規定されるコンピュータマネキンを、予めモデル化した介助具を使用した起立パターンや歩行パターン等の起居動作パターンに従って動作させることができるので、その表示画面上で動的な画像として表示されるコンピュータマネキンの起居動作を視覚的に認識させることができる。
【００１７】
また、特許請求の範囲の欄の請求項５に記載した如く、上記第一乃至第四特徴構成の介助具設計支援システムが備える各手段を、コンピュータ上で実現するためのプログラムを備えてなる介助具設計支援用のコンピュータ・プログラムによれば、そのコンピュータ・プログラムを、所定のコンピュータにインストールすることで、上記第一乃至第四特徴構成の介助具設計支援システムを当該コンピュータ上で実現することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる介助具設計支援システムの実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１に示す介助具設計支援システム（本システムと略称する。）は、高齢者や身障者等の被介助者の動的又は静的な起居動作を介助するための介助具の仕様を決定する際に、被介助者の負担が充分に軽減される介助具の仕様を決定することを支援するためのものである。
また、本実施形態においては、トイレの壁部に設けられるトイレ用手摺を上記介助具とし、その手摺を使用した便座からの起立及び便座への着座を上記起居動作とする。
【００１９】
本システムは、被介助者又はその被介助者が使用するトイレ用手摺の取付位置及び形状等の仕様を決定する家族または販売員等の設計者側に設けられた複数のクライアント端末１との間で通信ネットワーク５を介して通信可能に構成され、クライアント端末１から所定の情報の受付処理を行なうための受付サーバ１０と、受付サーバ１０で受け付けた情報に基づいて所定の演算処理を行なうための演算サーバ２０と、受付サーバ１０で受け付けた情報に基づいて所定の被介助者の起居動作に関する画像の生成処理を行なうための動作画像生成サーバ３０と、各処理に用いられる所定の情報に関するデータベース４０ａ，４０ｂ，４０ｃ等を格納した記憶装置４０とを設けて構成されており、被介助者又はその被介助者が使用するトイレ用手摺の取付位置、寸法、及び形状等の仕様の検討を行なう者は、上記クライアント端末１を用いて、本システムの受付サーバ１０にアクセスし、受付サーバ１０に対して所定のデータを送信することで、受付サーバ１０からトイレ用手摺の仕様に関する所定の演算結果等を受信しクライアント端末１の表示画面上に表示させることができ、その演算結果等は、被介助者が使用するトイレ用手摺の設計の参考として用いられる。
【００２０】
クライアント端末１は通常のパーソナルコンピュータであり、本体と表示画面とキーボードやマウス等の入力装置を備えて実現される。更に、クライアント端末１は、インターネット網上の各種ＷＥＢサイトにアクセス可能なように、ブラウザ等のソフトウェアを具備して、ＸＭＬ（Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ　　Ｍａｒｋｕｐ　　Ｌａｎｇｕａｇｅ）、ＸＳＬ（Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ　　Ｓｔｙｌｅｓｈｅｅｔ　　Ｌａｎｇｕａｇｅ）、又はＨＴＭＬ（Ｈｙｐｅｒ　Ｔｅｘｔ　Ｍａｒｋｕｐ　Ｌａｎｇｕａｇｅ）形式等のデータの送受信を行い、各種ＷＥＢサイトのページ画面をクライアント端末１の表示画面上に表示できるように構成されている。通信ネットワーク５は、例えば、公知の有線或いは無線データ通信手段によって構成されたインターネット、或いは、イントラネットや社内ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）等により実現される。
【００２１】
記憶装置４０は、被介助者の身長及び体重に関する身体データ毎且つトイレ用手摺の便座に対する取付位置及び形状等に関する仕様データ毎の各種データを格納した動作データベース４０ａ、床反力データベース４０ｂ、介助具反力データベース４０ｃ等が必要に応じて割り付けられて構成されている。
【００２２】
記憶装置４０に格納されている動作データベース４０ａは、トイレ用手摺を使用した便座に対する起立及び着座の起居動作において、被介助者の各関節の位置等の姿勢を標準的な動作速度で移動させたときの変化状態を示す動作データ（姿勢データの一例）が、上記身体データ毎且つ上記仕様データ毎に格納されている。
【００２３】
記憶装置４０に必要に応じて格納されている床反力データベース４０ｂは、トイレ用手摺を使用した便座に対する起立及び着座の起居動作において床から被介助者に作用する床反力ベクトルに関する床反力データが、上記身体データ毎且つ上記仕様データ毎に格納されている。
【００２４】
記憶装置４０に必要に応じて格納されている介助具反力データベース４０ｃは、トイレ用手摺を使用した便座に対する起立及び着座の起居動作においてトイレ用手摺から被介助者に作用する介助具反力ベクトルに関する介助具反力データが、上記身体データ毎且つ上記仕様データ毎に格納されている。
【００２５】
そして、上記夫々のデータベース４０ａ，４０ｂ，４０ｃに格納されている各データは、実験やシミュレーション等により求めることができる。
尚、上記夫々のデータベース４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、１つのデータベースとして記憶装置４０に構築しても構わない。
さらに、後述する床反力データ生成手段２４において、床反力データベースを、上記身体データ等から所定の関数等を用いて導出する場合には、床反力データベース４０ｂを省略することができる。
さらにまた、後述する介助具反力データ生成手段２５において、介助具反力データを、上記動作データ及び上記床反力データから所定の関数等を用いて導出する場合には、介助具反力データベース４０ｃを省略することができる。
【００２６】
上記各サーバ１０，２０，３０は、コンピュータのハードウェア資源を利用しながら本システム用のコンピュータ・プログラムを実行することにより、後述する各手段として機能するように構成されている。また、そのコンピュータ・プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体やインターネット等のデータ伝送媒体を介して、本システムをハードウェア的に構成するコンピュータがアクセス可能な記憶装置内にインストールされて実用に供される。
【００２７】
上記受付サーバ１０は、通信ネットワーク５を介して、被介助者の身長及び体重等の身体データやトイレ用手摺の取付可能範囲等に関する制約条件データ等の所定のデータ入力し、更に、便座に対する起立及び着座の起居動作における被介助者の筋負担に関する情報等を表示するための画面をＷＥＢ形式で提供する表示手段１２として機能し、ＷＥＢサイトを管理するＷＥＢサーバとしての機能を有する。
【００２８】
そして、受付サーバ１０は、クライアント端末１からのアクセスに対して、そのアクセスに対応した画面をクライアント端末１の表示画面上に表示可能な表示用データをＸＭＬ形式等でクライアント端末１に送信するように構成されている。クライアント端末１側では、ブラウザソフトウェアがＸＭＬ形式等の表示用データを処理して、表示画面上に対応する画面を表示する。これにより、本システムは、クライアント端末１の表示画面上に後述する図３〜図６に示す種々の画面を表示させることができ、また、クライアント端末１から、その表示画面上で入力された各種データをＸＭＬ形式等で受信することができる。
【００２９】
このように本システムは、受付サーバ１０を設け、クライアント端末１との間でＸＭＬ形式等のデータを送受信することで、クライアント端末１に汎用のソフトウェアを具備するだけで、所定の画面情報をクライアント端末１の表示画面上に表示させることができ、逆に、クライアント端末１から、その表示画面上で入力された各種データを容易に受信することができる。尚、以下の説明において、本システムとクライアント端末１間のデータの送受信は、特に断らない限り、ＸＭＬ形式等のデータをＨＴＴＰ（Ｈｙｐｅｒ　Ｔｅｘｔ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）等のインターネット上のデータ交換用のプロトコルで送受信することにより実行される。
【００３０】
演算サーバ２０は、後述の、身体データ受付手段２１、仕様データ設定手段２２、動作データ生成手段２３（姿勢データ生成手段の一例）、床反力データ生成手段２４、介助具反力データ生成手段２５、負担データ導出手段２６として機能する。
【００３１】
上記身体データ受付手段２１は、クライアント端末１から受付サーバ１０を介して被介助者の身体データを受け付けるように構成されている。
【００３２】
上記仕様データ設定手段２２は、トイレ用手摺の取付位置、寸法、及び形状等の仕様に関する仕様データを設定するように構成されている。
【００３３】
上記動作データ生成手段２３は、上記身体データで規定される被介助者が、上記仕様データで規定されるトイレ用手摺を使用して、便座に対する起立又は着座である起居動作を行なった場合における、被介助者の姿勢の変化状態である動作に関する動作データを、上記動作データベース４０ａから抽出することで生成するように構成されている。
この動作データは、被介助者がトイレにおいて、便座から起立するとき及び便座に着座するときの、被介助者の各部位（関節及びその関節間の骨等）の動作軌跡を示すデータである。そして、このような動作データベース４０ａに格納されている身体データ及び仕様データ毎の複数の動作データは、身体データとしての身長及び体重等が異なる複数の人が、仕様データとしての手摺の取付位置等が異なる複数の手摺を用いて、実際に便座に対する起立及び着座を行なったときの、各部位の位置（姿勢）の変化状態を実験等において計測し、その計測した軌跡から求めることができる。
【００３４】
また、動作データベース４０ａには、できるだけ多くの身体データ及び仕様データ毎の動作データが格納されている方が、上記被介助者の動作データを正確に生成することができるが、動作データベース４０ａに多くの動作データを格納するためには、動作データを収集するための手間が膨大になり、更に、記憶装置４０の記憶容量を大きくする必要が有る。
【００３５】
そこで、動作データベース４０ａに格納する動作データを、例えば、数ｃｍ間隔の身長毎の動作データのみとし、動作データ生成手段２３は、上記身体データ受付手段２１で受け付けた身体データとしての身長に最も近い身長に対応する動作データを、動作データベース４０ａから抽出するように構成しても構わない。
【００３６】
また、このように抽出した動作データを、上記被介助者の身長と動作データベース４０ａから抽出した動作データに対応する身長との差を用いて、動作データにおける各部位の床からの高さに上記差に基づく値を加算又は減算することで、補正することもできる。
例えば、被介助者の身長が動作データベース４０ａから抽出した動作データに対応する身長よりもｘｃｍ高い場合に、抽出した動作データにおける頭頂の床からの高さをｘｃｍ高くし、動作データにおける肩の高さをｘ×０．９ｃｍ高くし、動作データにおける腰の高さをｘ×０．８ｃｍ高くし、動作データにおける膝の高さをｘ×０．４ｃｍ高くし、動作データにおける手首の高さをｘ×０．３５ｃｍ高くし、動作データにおける肘の高さをｘ×０．６ｃｍ高くして、動作データにおける足及び足首の高さはそのままの値とすることで、動作データを補正することができる。
尚、上記の補正のために加算又は減算した値は、６０歳女性６６４人分の統計データから求めたものである。
【００３７】
上記床反力データ生成手段２４は、上記身体データで規定される被介助者が、上記仕様データで規定されるトイレ用手摺を使用して、便座に対する起立又は着座である起居動作を行なった場合における、床から被介助者に作用する床反力ベクトルに関する床反力データを、上記床反力データベース４０ｂから抽出することで生成するように構成されている。
【００３８】
この床反力データは、被介助者がトイレにおいて、便座から起立するとき及び便座に着座するときの、床から被介助者の足に対して作用する床反力ベクトルを示すデータであり、このような床反力データベース４０ｂに格納されている身体データ及び仕様データ毎の床反力データは、上記動作データベース４０ａに格納する複数の動作データを収集する実験の際に、床に設けた床反力計測器により計測して収集することができる。
また、上記の床反力データとしては、上記起居動作において床から右足及び左足に作用する床反力データの前後及び左右及び鉛直方向成分の夫々の大きさの変化状態を示すデータとすることができる。
【００３９】
また、起居動作における平均床反力データを平均体重で割って正規化したデータを、例えば一定間隔の身長毎に、床反力データベース４０ｂに格納しておき、この床反力データ生成手段２４が、身体データとしての被介助者の体重と、上記床反力データベース４０ｂから抽出した被介助者の身長に対応する正規化データとから、被介助者の起居動作における床反力データを生成しても構わない。
さらに、上記床反力データ４０ｂに格納している夫々の身長毎の正規化データは、身長差による差が少ないので、床反力データ生成手段２４は、平均的な正規化データと、被介助者の体重とから、被介助者の起居動作における床反力データを生成しても構わず、このように、平均的な正規化データを用いる場合には、床反力データベース４０ｂを省略することもできる。
【００４０】
上記介助具反力データ生成手段２５は、上記身体データで規定される被介助者が、上記仕様データで規定されるトイレ用手摺を使用して、便座に対する起立又は着座である起居動作を行なった場合における、トイレ用手摺から被介助者に作用する介助具反力ベクトルに関する介助具反力データを、上記介助具反力データベース４０ｃから抽出することで生成するように構成されている。
この介助具反力データは、被介助者がトイレにおいて、便座から起立するとき及び便座に着座するときの、手摺から被介助者の手に対して作用する手摺反力ベクトルを示すデータであり、このような介助具反力データベース４０ｃに格納されている身体データ及び仕様データ毎の介助具反力データは、上記動作データベース４０ａに格納する複数の動作データを収集する実験の際に、手摺に設けた手摺反力計測器により計測して収集することができる。
また、上記の介助具反力データとしては、上記起居動作において手摺から右手及び左手に作用する介助具反力データの前後及び左右及び鉛直方向成分の夫々の大きさの変化状態を示すデータとすることができる。
また、この手摺反力データは、介助具反力データベース４０ｃから抽出して生成するのではなく、動作データにより規定される被介助者の各部位（関節及びその関節間の骨等）の軌跡と、床反力データにより規定される床から被介助者の足に対して作用する床反力ベクトルを用いて算出することもできる。
【００４１】
また、起居動作における平均介助具反力データを平均体重で割って正規化したデータを、例えば一定間隔の身長毎に、床反力データベース４０ｃに格納しておき、この介助具反力データ生成手段２４が、身体データとしての被介助者の体重と、上記介助具反力データベース４０ｃから抽出した被介助者の身長に対応する正規化データとから、被介助者の起居動作における介助具反力データを生成しても構わない。
さらに、上記介助具反力データ４０ｃに格納している夫々の身長毎の正規化データを、更に、平均身長により正規化して、床反力データ生成手段２４が、その正規化したデータと、被介助者の体重及び身長とから、被介助者の起居動作における介助具反力データを生成しても構わず、このように、平均的な１つの正規化データを用いる場合には、介助具反力データベース４０ｃを省略することもできる。
【００４２】
さらに、上記床反力データ及び上記介助具反力データは、身体データとして、性別及び身長及び体重の他に、体脂肪率又は胴囲長等で認識可能な被介助者の体型を反映させたデータとしても構わない。
【００４３】
上記負担データ導出手段２６は、公知の全身筋骨格モデルを用いて、上記各生成手段２３，２４，２５で生成した動作データと床反力データと介助具反力データとから、便座に対する起立及び着座を行なうときの被介助者の各関節における関節モーメントの変化状態を求め、その関節モーメントの変化状態から、被介助者の各筋における筋張力（筋負担）の変化状態を求めるように構成されている。
さらに、負担データ導出手段２６は、上記筋張力から評価される前記被介助者の全体の負担評価値として、上記各筋における筋張力の変化状態から、被介助者の腕、腰、足等の各部位における動力の変化状態を求め、さらに、その各部位の動力から、被介助者の各部位における消費エネルギを求め、その負担評価値を負担データとするように構成されている。
【００４４】
尚、上記負担データ導出手段２６は、上記のようにトイレ用手摺を使用した場合の被介助者の筋負担と同様に、トイレ用手摺を使用しなかった場合の被介助者の負担評価値を導出し、上記負担データとして、トイレ用手摺を使用した場合の被介助者の負担評価値の、トイレ用手摺を使用しなかった場合の負担評価値に対する軽減率（以下、「負担軽減率」と呼ぶ。）を導出しても構わない。
【００４５】
そして、演算サーバ２０は、上記の負担データ導出手段２６により導出した負担評価値を、受付サーバ１０側に出力し、受付サーバ１０は、上記負担評価値を、上記仕様データ設定手段２２で設定したトイレ用手摺の仕様データと共に、クライアント端末１の表示画面上に表示させることができ、例えば、設計者は、クライアント端末１の表示画面上に表示された負担評価値を確認して、特定の仕様のトイレ用手摺を用いた起立または着座において、被介助者にどの程度の負担がかかるかを明確に認識することができる。
【００４６】
さらに、演算サーバ２０は、仕様データ設定手段２２により手摺の取付位置等の仕様データを所定量ずつ変化させながら、動作データ生成手段２３及び床反力データ生成手段２４及び介助具反力データ生成手段２５及び負担データ導出手段２６を働かせて、各仕様データ毎の負担評価値を生成して、クライアント端末１の表示画面上に表示可能に構成されている。よって、設計者は、この表示された夫々の負担評価値を比較検討して、被介助者の筋負担が最も軽減されているトイレ用手摺の仕様データに基づいて、トイレ用手摺の仕様を決定及び設計することができる。
【００４７】
また、演算サーバ２０は、クライアント端末１の表示画面上において、各仕様データ毎の手摺の取付位置が、負担評価値又はその軽減率の大小を認識可能なように色分けして表示されたマッピング表示を行っても構わず、このようなマッピング表示によっても、被介助者の筋負担が軽減されているトイレ用手摺の位置を可視的に認識することができる。
【００４８】
動作画像生成サーバ３０は、表示画面上において前記身体データによって規定されるコンピュータマネキンを予めモデル化された起居動作パターンに従って動作させる動作画像生成手段３１として機能する。
動作画像生成手段３１は、トイレ内の空間として規定されたコンピュータ画面上の仮想空間上において、演算サーバ２０の身体データ受付手段２１で受け付けた被介助者の身体データにより規定されるコンピュータマネキンに、演算サーバ２０の仕様データ設定手段２２により設定された仕様データに基づくトイレ用手摺を使用した便座に対する起立及び着座に関する起居動作パターンに従って動作させるための動作画像データを生成するように構成されている。
【００４９】
そして、動作画像生成サーバ３０は、上記動作画像生成手段３１で生成した動作画像データにより、クライアント端末１の表示画面上に、コンピュータマネキンが仮想空間上の便座に対して起立または着座する動画を表示させることができ、例えば、設計者等は、クライアント端末１の表示画面上に表示された動画により、被介助者のトイレ用手摺を使用した便座に対する起立又は着座動作を視覚的に認識することができる。
【００５０】
次に、本システムにより実行される処理フローとクライアント端末１の表示画面上に表示される画面について、図２〜図６に基づいて説明する。
【００５１】
先ず、本システムは、受付サーバ１０により、所定のアクセス処理（＃１００）を行なって、アクセスしたクライアント端末１の表示画面上に、図３に示す主画面５０を表示させる。
この主画面５０においては、被介助者の身体データとして、被介助者の性別を入力するための入力部５１と、被介助者の身長を入力するための入力部５２と、被介助者の体重を入力するための入力部５３とが設けられている。
さらに、主画面５０には、トイレ用手摺の取付可能範囲等に関する制約条件データを入力するための図４及び図５に示す副画面６０，７０をクライアント端末１の表示画面上に表示させるための設定ボタン５４と、後述する負担評価値等の負担データを、主画面５０の右側に設けられた結果情報表示部８０に表示させるための結果表示ボタン５５が設けられている。
【００５２】
そして、設計者は、クライアント端末１の表示画面上に表示された上記主画面５０上の各種入力部５１，５２，５３に、被介助者の身体データを入力した後に、上記制約条件としてのトイレの配置状態等を入力するために、上記設定ボタン５４を選択し、クライアント端末１の表示画面上に、図４に示す副画面６０を表示させる。
【００５３】
また、図４に示す副画面６０には、上記制約条件データとして、手摺を取り付けるトイレの形状及び便座の位置等の配置状態を、複数の主要配置状態から選択するための配置状態選択部６１と、上記配置状態選択部６１において、何れか１つの配置状態を選択した後にそれを確定し、図５に示す副画面７０をクライアント端末１の表示画面上に表示させるための決定ボタン６２が設けられている。
【００５４】
そして、設計者は、クライアント端末１の表示画面上に表示された上記副画面６０上の配置状態選択部６１において、トイレの各種主要配置状態の中から被介助者が実際に使用するトイレの配置状態に適合するものを選択した後に、決定ボタン６２を選択し、クライアント端末１の表示画面上に、図５に示す副画面７０を表示させる。
【００５５】
図５に示す副画面７０は、上記副画面６０において選択されたトイレの配置状態における詳細な情報を入力するためのものであり、副画面７０には、トイレの各壁面において手摺を取り付けることができる高さ範囲を入力するための入力部７１と、各壁面と便座との位置関係を入力するための入力部７２と、各入力部７１、７２に必要なデータの入力した後にそれを確定し、図３に示す主画面５０をクライアント端末１の表示画面上に表示させるための決定ボタン７３が設けられている。
【００５６】
そして、設計者は、クライアント端末１の表示画面上に表示された上記副画面７０上の入力部７１，７２において、必要なデータを入力した後に、決定ボタン７３選択し、クライアント端末１の表示画面上に、図３に示す主画面５０を表示させ、その主画面５０上において、これまで入力した各種データを確認し、特に問題がない場合には、結果表示ボタン５５を選択する。すると、上記各画面上５０，６０，７０上で入力された各データが、クライアント端末１から受付サーバ１０に送信される。
【００５７】
次に、本システムの演算サーバ２０において、身体データ受付手段２１が、上記クライアント端末１において主画面５０上の入力部５１，５２，５３に入力され受付サーバ１０において受信した、被介助者の性別と身長と体重との身体データを、受付サーバ１０を介して受け付ける（＃１０１）と共に、上記クライアント端末１において副画面６０，７０上において入力され受付サーバ１０において受信した、手摺を取り付けるトイレの形状及び便座の位置等のトイレの配置状態、トイレの各壁面において手摺を取り付けることができる高さ範囲、及び、各壁面と便座との位置関係等のトイレ用手摺の取付可能範囲等に関する制約条件データを受付サーバ１０を介して受け付ける（＃１０２）。
【００５８】
そして、演算サーバ２０は、上記のように受け付けた被介助者の身体データとトイレの制約条件データとを、被介助者データとして、例えば、記憶装置４０等に構築され被介助者毎の各種データが記憶される被介助者データベースに格納する（＃１０３）。
【００５９】
次に、演算サーバ２０において、仕様データ設定手段２２が、上記のように受け付けた制約条件データにより、トイレの形状及び手摺の取付可能範囲を認識し、その範囲内において取付可能な、手摺の形状、寸法、手摺の取付位置等の手摺の仕様に関する仕様データを設定する（＃１０４）。
【００６０】
演算サーバ２０において、動作データ生成手段２３が、上記のように受け付けた身体データと上記のように設定した仕様データをに対応する動作データを、前述の所定の方法により生成する（＃１０５）と共に、床反力データ生成手段２４及び介助具反力データ生成手段２５が、上記のように受け付けた身体データと上記のように設定した仕様データに対応する床反力データ及び介助具反力データを、前述の所定の方法により生成する（＃１０６、＃１０７）。
【００６１】
そして、本システムの演算サーバ２０において、負担データ導出手段２６が、上記のように生成した動作データ及び床反力データ及び介助具反力データから、公知の全身筋骨格モデルに従って、便座に対する起立及び着座である起居動作における被介助者の各関節モーメントを導出し、その各関節モーメントから被介助者の各筋張力の変化状態を導出する（＃１０８）。
【００６２】
さらに、負担データ導出手段２６は、上記のように導出した負担データとして、設計者が理解しやすいように、前記被介助者の全体の負担評価値や負担軽減率を導出し、その負担評価値又は負担軽減率を、被介助者毎の被介助者データとして記憶装置４０等に格納する（＃１０９）。
【００６３】
即ち、負担データ導出手段２６は、上記のように導出したトイレ用手摺を使用したときの各筋張力を、被介助者の身体の主要部位毎に合成して、各主要部位毎の動力の変化状態、及び各主要部位の消費エネルギを、トイレ用手摺を使用したときの負担評価値として導出する。
また、負担データ導出手段２６は、トイレ用手摺を使用したときの負担評価値と同様に、トイレ用手摺を使用しなかったときの負担評価値も導出し、トイレ用手摺を使用したときの負担評価値のトイレ用手摺を使用しなかったときの負担評価値に対する軽減率を上記負担軽減率として導出する。
【００６４】
また、この主要部位としては、下記の表１に示すように、腕部、腰部、及び足部等があり、夫々の主要部位を構成する主要な筋の張力を合成することで、上記各主要部位における動力の変化状態を求めることができる。
さらに、各主要部位毎の動力を求めるに、その各主要部位を構成する筋張力を、各筋がその動力に関与する割合に基づく所定のウェイトを考慮して、合成することが好ましい。
また、起居動作において上記のように求めた各主要部位の動力の変化状態等を用いて、各種用部位で消費される消費エネルギを導出することができる。
【００６５】
【表１】
2004005518.tif 000003
【００６６】
さらに、受付サーバ１０の表示手段１２は、クライアント端末１の表示画面上において主画面５０上の結果表示ボタン５５が選択された後に、上記各演算処理等を行なって、導出された負担データである負担評価値や負担軽減率を、図６に示す主画面５０の結果情報表示部８２等に表示する（＃１１３）。
また、上記結果情報表示部８２には、例えば、上記負担評価値において、被介助者がトイレ用手摺を使用して起立又は着座する起居動作において、必要な最大動力を各主要部位毎に表示したり、その手摺を使用した場合の最大動力の手摺を使用しなかった場合の最大動力に対する負担軽減率等を各主要部位毎に表示することができる。
【００６７】
また、演算サーバ２０は、例えば予め受け付けたトイレの壁の位置等の制約条件データの範囲内において、仕様データ設定手段２２により手摺の位置等の仕様データを所定の間隔毎に変化させ（＃１１０）ながら、各前記仕様データ毎の上記負担評価値や負担軽減率等の負担データを導出し、それら複数の負担データを、各仕様データに関連付けて記憶装置４０に格納する。
すると、記憶装置４０には、複数種のトイレ用手摺の位置に対する被介助者に対する筋負担に関する負担データである上記各主要部位毎の最大動力等が格納されることになる。そして、クライアント端末１の表示画面上に表示されている主画面５０の上記結果情報表示部８２に、設計者の指示により上記複数の負担評価値等を表示させることができ、設計者は、それら複数の負担評価値を比較して、被介助者の筋負担が最も少ないトイレ用手摺の位置等の仕様を認識することができる。
【００６８】
また、上記結果情報表示部８２に表示されているトイレの壁の位置には、各仕様データ毎の手摺の取付位置をその負担軽減率の大小によって色分けしたマッピング表示を行うことができるので、そのマッピング表示により被介助者の筋負担が軽減されているトイレ用手摺の位置を可視的に認識することができ、更に、家族全体でマッピング表示を比較することで、その家族に取って最適なトイレ用手摺の位置を認識することができる。
【００６９】
さらに、本システムの動作画像生成サーバ３０において、動作画像生成手段３１は、前述の所定の方法により、上記受け付けた被介助者の身体データにより、クライアント端末１の表示画面上においてトイレ用手摺を使用した起立又は着座の起居動作をさせるためのコンピュータマネキンを規定し（＃１１１）、そのコンピュータマネキンを予めモデル化された起居動作パターンに従って動作させるための動作画像データを生成し、その生成した動作画像データを記憶装置４０等に被介助者毎に格納する（＃１１２）。
そして、受付サーバ１０の表示手段１２は、このように生成された動作画像データも、主画面５０上の結果情報表示部８２に、動画として表示する。
【００７０】
また、本システムの受付サーバ１０の表示手段１２は、上記の負担データを主画面５０上の結果情報表示部８２に表示するときに、その負担データに対応するトイレ用手摺の位置、寸法、形状等に関する仕様データを、主画面５０上の仕様データ表示部８１に表示することができ、クライアント端末１側の設計者は、上記結果情報表示部８２に表示されている被介助者の負担データに対応するトイレ用手摺の仕様を視覚的に明確に認識することができる。
【００７１】
〔別実施の形態〕
次に、本発明の別の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〈１〉上記実施形態においては、介助具設計支援システムを、所謂クライアント・サーバシステムとして構成し、クライアント端末１において入力された被介助者の身体データ等の所定のデータを通信ネットワーク５を介して受信して受け付けるネットワーク型システムとして構成したが、別に、本介助具設計支援システムとして構成されたコンピュータに直接身体データ等の所定データを入力するスタンドアローン型システムとして構成しても構わない。
また、上記実施形態においては、介助具設計支援システムを３つのサーバ１０，２０，３０により構成したが、これは、本発明に係る介助具設計支援システムを構成するサーバの数を限定するものではなく、例えば、介助具設計支援システムを、１つのサーバで構成しても構わない。さらに、記憶装置４０は、サーバ・コンピュータに内蔵された内部記憶装置でも構わない。
【００７２】
〈２〉　上記実施形態において、介助具をトイレの手摺としたが、別に、本発明に係る介助具設計支援システムは、他の介助具の設計を支援するように構成することもできる。
また、介助具、及び、その介助具を使用して行なう被介助者の起居動作としては、下記の表２に示すように、起立、着座、移動等の動的なものと、姿勢維持等の静的なものとがある。
【００７３】
【表２】
2004005518.tif 000004
【００７４】
また、上記起居動作が、動的なものである場合には、上記実施の形態と同様に、上記動作データ生成手段２３により、身体データで規定される被介助者が介助具を使用して動的な起居動作を行なった場合における、被介助者の姿勢の変化状態である動作に関する動作データを、動作データベース４０ａから抽出することで生成することができ、その動作データを用いて被介助者の筋負担に関する負担データを導出することができる。
一方、上記起居動作が、浴槽内の座姿勢の維持等の静的なものである場合には、上記動作データベース４０ａの代わりに、介助具を使用した静的な起居動作、即ち姿勢維持における被介助者の各位関節の位置等の姿勢に関する姿勢データが上記身体データ毎且つ上記仕様データ毎に格納されている姿勢データベースを設け、上記動作データ生成手段としての姿勢データ生成手段により、被介助者の姿勢データを姿勢データベースから抽出することで生成し、その姿勢データと、その他の床反力データ及び介助具反力データとから、被介助者の筋負担に関する負担データを導出することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】介助具設計支援システムの概略構成図
【図２】介助具設計支援システムにおける処理フローを示すフロー図
【図３】介助具設計支援システムにより表示画面上に表示される画面例を示す図
【図４】介助具設計支援システムにより表示画面上に表示される画面例を示す図
【図５】介助具設計支援システムにより表示画面上に表示される画面例を示す図
【図６】介助具設計支援システムにより表示画面上に表示される画面例を示す図
【符号の説明】
１：クライアント端末
５：通信ネットワーク
１０：受付サーバ
１２：表示手段
２０：演算サーバ
２１：身体データ受付手段
２２：仕様データ設定手段
２３：動作データ生成手段（姿勢データ生成手段）
２４：床反力データ生成手段
２５：介助具反力データ生成手段
２６：負担データ導出手段
３０：動作画像生成サーバ
３１：動作画像生成手段
５０：主画面
６０，７０：副画面
【図１】
2004005518.tif 000005
【図２】
2004005518.tif 000006
【図３】
2004005518.tif 000007
【図４】
2004005518.tif 000008
【図５】
2004005518.tif 000009
【図６】
2004005518.tif 000010