(57)【要約】【課題】他動的に運動刺激を与える運動補助装置において動作を決定する技術を提供する。【解決手段】他動運動付与手段１はモータ１４ａ，１４ｂ，１７により駆動され使用者に他動的に運動刺激を与える。近赤外分光器５は運動中の使用者から代謝量に関連する生理的計測値（酸素消費量）を計測し、近赤外分光器５で計測された生理的計測値から評価手段６が代謝量を求める。動作制御手段４は、他動運動付与手段１を所定時間ずつ動作パターンを変化させて動作させ、各動作パターンと評価手段６で求めた代謝量とを対応付けて記憶する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源により駆動され使用者の少なくとも一部に他動的に運動刺激を与える運動補助装置と同構成の他動運動付与手段と、代謝量に関連する生理的計測値を計測する計測手段と、計測手段により計測された生理的計測値から代謝量を求める評価手段と、他動運動付与手段を所定時間ずつ動作パターンを変化させて動作させるとともに各動作パターンと評価手段で求めた代謝量とを対応付けて記憶する動作制御手段とを備えることを特徴とする運動補助装置の動作決定装置。
【請求項２】
前記動作制御手段は、前記評価手段において規定期間で求める代謝量が適正値になる方向に他動運動付与手段の動作パターンを次第に収束させることを特徴とする請求項１記載の運動補助装置の動作決定装置。
【請求項３】
前記他動運動付与手段は、使用者の自重によって大腿部に作用する負荷が変化するように使用者の重心位置を強制的に移動させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の運動補助装置の動作決定装置。
【請求項４】
前記生理的計測値は、近赤外分光法による筋代謝量と、筋電による筋収縮の程度とから選択されることを特徴とする請求項１ないし請求項３記載の運動補助装置の動作決定装置。
【請求項５】
前記評価手段は、前記他動運動付与手段での運動にかかわる筋肉の体積と、前記他動運動付与手段での運動にかかわる筋肉のうち赤筋の体積とのいずれか一方を重み係数として、前記生理的計測値に重み付けを行い、重み付け後の生理的計測値を前記代謝量として用いることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の運動補助装置の動作決定装置。
【請求項６】
駆動源により駆動され使用者の少なくとも一部に他動的に運動刺激を与える運動補助装置の動作を決定する方法であって、運動補助装置と同構成の他動運動付与手段を動作パターンを変化させつつ動作させ、他動運動付与手段の使用者から代謝量に関連する生理的計測値を計測し、規定期間で生理的計測値から求めた代謝量が適正値になる方向に他動運動付与手段の動作パターンを次第に収束させ、収束後の動作パターンを運動補助装置に用いる動作パターンとして記憶することを特徴とする運動補助装置の動作決定方法。
【請求項７】
前記他動運動付与手段は、使用者の自重によって大腿部に作用する負荷が変化するように使用者の重心位置を強制的に移動させることを特徴とする請求項６記載の運動補助装置の動作決定方法。
【請求項８】
前記生理的計測値は、近赤外分光法による筋代謝量と、筋電による筋収縮の程度とから選択されることを特徴とする請求項６または請求項７記載の運動補助装置の動作決定方法。
【請求項９】
前記他動運動付与手段での運動にかかわる筋肉の体積と、前記他動運動付与手段での運動にかかわる筋肉のうち赤筋の体積とのいずれか一方を重み係数として、前記生理的計測値に重み付けを行い、重み付け後の生理的計測値を前記代謝量として用いることを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載の運動補助装置の動作決定方法。
【請求項１０】
請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の運動補助装置の動作決定装置において前記動作制御手段に記憶した前記動作パターンが格納される記憶手段と、駆動源により駆動され使用者の少なくとも一部に他動的に運動刺激を与える他動運動付与手段と、記憶手段に格納した動作パターンに従って他動運動付与手段を動作させる制御手段とを備えることを特徴とする運動補助装置。
【請求項１１】
前記他動運動付与手段は、使用者が着座する座席と、座席を前記駆動源の駆動力によって変位させる位置変更機構とを備えることを特徴とする請求項１０記載の運動補助装置。
【請求項１２】
前記他動運動付与手段は、使用者の臀部を支持する支柱部と、支柱部の傾きを前記駆動源の駆動力によって変化させる傾動機構とを備え、前記制御手段は、少なくとも支柱部の傾きが変化する速度および加速度と支柱部の傾斜角度との関係を変化させるように傾動機構を制御することを特徴とする請求項１０記載の運動補助装置。
【請求項１３】
前記他動運動付与手段は、使用者が立姿勢で搭乗する搭乗台と、搭乗台を前記駆動源の駆動力によって変位させる位置変更機構とを備えることを特徴とする請求項１０記載の運動補助装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動源により駆動される他動運動付与手段を用いて使用者の少なくとも一部に他動的に運動刺激を与えるようにした運動補助装置について、他動運動付与手段の動作を決定する際に用いる運動補助装置の動作決定装置、他動運動付与手段の動作を決定する際の運動補助装置の動作決定方法、決定した動作で他動運動付与手段を駆動する運動補助装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、生活習慣病の改善には能動的な有酸素運動によって体脂肪を減少させることが有効とされているが、本件発明者らは他動運動でも筋収縮を起こさせれば糖代謝を促進することができ、生活習慣病の改善に有効であるという知見を得た。すなわち、筋肉のエネルギ源であるブドウ糖を筋肉に取り込んで燃焼させれば、余剰のブドウ糖が消費され、高血糖、高インスリン血症の改善の結果、生活習慣病（糖尿病、肥満、高脂血症など）の改善に寄与することになる。ここに、筋肉にブドウ糖を取り込む作用には、インスリンの作用と筋収縮による作用とがあり、両者は加算的であるから、筋収縮によって筋肉へのブドウ糖の取り込み量を増加させれば、糖代謝を促進することが可能になる。とくに、糖尿病患者においては、筋肉での糖代謝が健常者よりも低下しており、筋肉へのブドウ糖の取り込みが少なくなっているから、積極的に筋収縮を生じさせて糖代謝を高めることで余剰のブドウ糖を消費させ、ひいては糖尿病の改善に寄与すると考えられる。
【０００３】
筋収縮による糖代謝を効率的に行うには、体積の大きい筋肉（とくに有酸素運動に寄与する赤筋（遅筋））に筋収縮を生じさせることが望ましく、大腿部や背部の筋肉を筋収縮させることが有効と考えられる。一方、糖尿病患者などでは膝痛を伴っていることが多く、大腿部の筋収縮のためにスクワット運動などを行うのはもちろんのこと、散歩のようなきわめて一般的な運動でさえも、膝の痛みが強くなったり症状が悪化したりするという問題が生じるなど、運動したくてもできない人にとって運動に対する強い要望がある。
【０００４】
また、脚部の運動を可能とする運動補助装置としては、自転車漕ぎ運動を模擬する装置（エアロバイク）、ランニングを模擬する装置（トレッドミル）などが知られており、一方、比較的軽負荷での運動を可能とする運動補助装置としては、乗馬運動を模擬する装置（たとえば、特許文献１参照）などが知られている。エアロバイクやトレッドミルのような運動補助装置では、使用者が積極的に動作しなければ筋収縮が生じないから、疲労が溜まりやすくなる。一方、乗馬を模擬する運動補助装置では、使用者が座席に着座することによって座席が揺動するから、使用者は積極的に動作することなく運動することが可能になる。ただし、どのような座席をどのように揺動させると適正な糖代謝が生じるかという点について考慮されているものではない。
【０００５】
一方、運動補助装置を使用している間の運動量や運動強度を検出することによって、運動補助装置を利用する際の運動量を決定したり最適な運動強度を決定たりする技術が提案されている（たとえば、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１５５８３６号公報
【特許文献２】
特開平６−７４７８号公報（第００１６段落、図１）
【特許文献３】
特開２００１−１１２７２９号公報（第００３３−００３６段落、図８）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した運動補助装置では、使用者が積極的に動作することによって運動を行うものにおいて、運動量や運動強度を決定するものであって、使用者が積極的に動作することなく他動的に運動刺激を与える運動補助装置に対しては、そのまま使用することができない。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、他動的に運動刺激を与える運動補助装置において動作を決定する技術を提供することを第１の目的とし、さらに決定した動作を行うのに適した運動補助装置を提供することを第２の目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１ないし請求項５に係る発明は、運動補助装置の動作決定装置に関するものであって、請求項１の発明は、駆動源により駆動され使用者の少なくとも一部に他動的に運動刺激を与える運動補助装置と同構成の他動運動付与手段と、代謝量に関連する生理的計測値を計測する計測手段と、計測手段により計測された生理的計測値から代謝量を求める評価手段と、他動運動付与手段を所定時間ずつ動作パターンを変化させて動作させるとともに各動作パターンと評価手段で求めた代謝量とを対応付けて記憶する動作制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、他動運動付与手段の動作パターンを所定時間ずつ変化させて動作させるとともに、各動作パターンについて使用者の代謝量を求め、動作パターンと代謝量とを対応付けて記憶するから、種々の動作パターンのうち適正な代謝量が得られる動作パターンを容易に選択することができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記動作制御手段が、前記評価手段において規定期間で求める代謝量が適正値になる方向に他動運動付与手段の動作パターンを次第に収束させることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、適正値の代謝量が得られるような他動運動の動作パターンになるように動作パターンが自動的に修正されるから、動作制御手段で生成した動作パターンから代謝量が適正値に近い動作パターンを選択するだけではなく、動作パターンを修正して代謝量を適正値により近付けることが可能になる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記他動運動付与手段が、使用者の自重によって大腿部に作用する負荷が変化するように使用者の重心位置を強制的に移動させることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、使用者の重心位置を移動させることによって使用者の自重の範囲で大腿部への負荷を与えるから、過剰な負荷が作用せず安全に使用することができる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記生理的計測値が、近赤外分光法による筋代謝量と、筋電による筋収縮の程度とから選択されることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、筋代謝量あるいは筋収縮の程度を運動中に非侵襲的にかつ簡易に計測することができる。また筋電による計測では、運動中にほぼ実時間で監視することができ、請求項２の発明のように、生理的計測値をフィードバックして動作パターンを収束させる目的に使用することが可能である。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記評価手段が、前記他動運動付与手段での運動にかかわる筋肉の体積と、前記他動運動付与手段での運動にかかわる筋肉のうち赤筋の体積とのいずれか一方を重み係数として、前記生理的計測値に重み付けを行い、重み付け後の生理的計測値を前記代謝量として用いることを特徴とする。
【００１８】
この構成は、筋代謝量が筋肉の体積に比例するという知見に基づいており、代謝量をより正確に求めることが可能になる。
【００１９】
請求項６の発明は、駆動源により駆動され使用者の少なくとも一部に他動的に運動刺激を与える運動補助装置の動作を決定する方法であって、運動補助装置と同構成の他動運動付与手段を動作パターンを変化させつつ動作させ、他動運動付与手段の使用者から代謝量に関連する生理的計測値を計測し、規定期間で生理的計測値から求めた代謝量が適正値になる方向に他動運動付与手段の動作パターンを次第に収束させ、収束後の動作パターンを運動補助装置に用いる動作パターンとして記憶することを特徴とする。
【００２０】
この方法によれば、他動運動付与手段の動作パターンを所定時間ずつ変化させて動作させるとともに、各動作パターンについて使用者の代謝量を求め、動作パターンと代謝量とを対応付けて記憶するから、種々の動作パターンのうち適正な代謝量が得られる動作パターンを容易に選択することができる。しかも、適正値の代謝量が得られるような他動運動の動作パターンになるように動作パターンが自動的に修正されるから、動作制御手段で生成した動作パターンから代謝量が適正値に近い動作パターンを選択するだけではなく、動作パターンを修正して代謝量を適正値により近付けることが可能になる。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記他動運動付与手段が、使用者の自重によって大腿部に作用する負荷が変化するように使用者の重心位置を強制的に移動させることを特徴とする。
【００２２】
この方法によれば、使用者の重心位置を移動させることによって使用者の自重の範囲で大腿部への負荷を与えるから、過剰な負荷が作用せず安全に使用することができる。
【００２３】
請求項８の発明は、請求項６または請求項７の発明において、前記生理的計測値が、近赤外分光法による筋代謝量と、筋電による筋収縮の程度とから選択されることを特徴とする。
【００２４】
この方法によれば、筋代謝量あるいは筋収縮の程度を運動中に非侵襲的にかつ簡易に計測することができる。また筋電による計測では、運動中にほぼ実時間で監視することができ、請求項２の発明のように、生理的計測値をフィードバックして動作パターンを収束させる目的に使用することが可能である。
【００２５】
請求項９の発明は、請求項６ないし請求項８の発明において、前記他動運動付与手段での運動にかかわる筋肉の体積と、前記他動運動付与手段での運動にかかわる筋肉のうち赤筋の体積とのいずれか一方を重み係数として、前記生理的計測値に重み付けを行い、重み付け後の生理的計測値を前記代謝量として用いることを特徴とする。
【００２６】
この方法は、筋代謝量が筋肉の体積に比例するという知見に基づいており、代謝量をより正確に求めることが可能になる。
【００２７】
請求項１０の発明は、請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の運動補助装置の動作決定装置において前記動作制御手段に記憶した前記動作パターンが格納される記憶手段と、駆動源により駆動され使用者の少なくとも一部に他動的に運動刺激を与える他動運動付与手段と、記憶手段に格納した動作パターンに従って他動運動付与手段を動作させる制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２８】
この構成では、請求項２ないし請求項５の運動補助装置の動作決定装置によって記憶手段に記憶した動作パターンを用いて他動運動付与手段を駆動するから、他動運動によって適正な代謝量が得られる。
【００２９】
請求項１１の発明は、請求項１０の発明において、前記他動運動付与手段が、使用者が着座する座席と、座席を前記駆動源の駆動力によって変位させる位置変更機構とを備えることを特徴とする。
【００３０】
この構成によれば、使用者は着座した状態で積極的に動作することなく他動的な運動によって筋収縮が可能になるから、軽負荷で使用者の負担の少ない運動が可能になる。
【００３１】
請求項１２の発明は、請求項１０の発明において、前記他動運動付与手段が、使用者の臀部を支持する支柱部と、支柱部の傾きを前記駆動源の駆動力によって変化させる傾動機構とを備え、前記制御手段は、少なくとも支柱部の傾きが変化する速度および加速度と支柱部の傾斜角度との関係を変化させるように傾動機構を制御することを特徴とする。
【００３２】
この構成によれば、使用者は着座した状態で積極的に動作することなく他動的な運動によって筋収縮が可能になるから、軽負荷で使用者の負担の少ない運動が可能になる。しかも、支柱部の傾きが変化する速度および加速度と支柱部の傾斜角度との関係を変化させるから、負荷量を時間経過に伴って適宜に変化させることが可能であり、使用者に単調な印象を与えないように支柱部を揺動させることが可能になる。
【００３３】
請求項１３の発明は、請求項１０の発明において、前記他動運動付与手段が、使用者が立姿勢で搭乗する搭乗台と、搭乗台を前記駆動源の駆動力によって変位させる位置変更機構とを備えることを特徴とする。
【００３４】
この構成によれば、使用者は立姿勢で使用するから、使用者の各脚には自重の２分の１以上の荷重が作用することになり、比較的大きい負荷での筋収縮が可能になる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に説明する実施形態では、図３、図４に示す形態の運動補助装置を対象として説明するが、本発明の技術思想は、運動補助装置の形態にはとくに限定されるものではなく、使用者の少なくとも一部に他動的に運動刺激を与えることができる運動補助装置であれば、どのような形態のものであっても本発明の技術思想を適用可能である。
【００３６】
本実施形態の運動補助装置は、主として大腿部において自重によって作用する負荷を変化させることができるように構成したものであって、図３、図４に示すように、他動運動付与手段１は、床などに設置されるベース１０を備え、臀部を支持するとともにベース１０に対する傾き角度が可変となった支柱部１１と、使用者が片足ずつをそれぞれ載せるとともにベース１０に対する高さ位置がそれぞれ可変である一対の足置台１２とを備える。支柱部１１の上端には腰を掛けるためのシート部１３が設けられる。支柱部１１のベース１０に対する傾き角度は、駆動源としてのモータ１４ａ，１４ｂを備える傾動機構１５により調節される。
【００３７】
本実施形態の傾動機構１５は、支柱部１１の下端位置を中心としてベース１０に平行な面内で支柱部１１を回転可能であり、さらにベース１０に対する支柱部１１の傾き角度が調節可能になっている。すなわち、傾動機構１５は、たとえばモータ１４ａによって支柱部１１を左右方向の軸回りで前後に回転させ、さらに、支柱部１１とモータ１４ａとを含む部分の全体をベース１０に固定したモータ１４ｂによって前後方向の軸回りに左右に回転させるように構成される。このような構成の傾動機構１５を設けることにより、支柱部１１はベース１０の定位置に対して前後左右に任意の角度で起倒可能になる（つまり、支柱部１１はベース１０に垂直に立つ位置とベース１０に対して傾いた位置との間で反復して移動可能になる）。傾動機構１５の構成はこの構成に限定されるものではなく、駆動源の駆動力によって支柱部１１がベース１０に対して前後左右に任意の角度で起倒可能になる構成であれば、どのような構成を採用してもよい。
【００３８】
一方、各足置台１２は、それぞれベース１０に対してパンタグラフ１６を介して取り付けられており、各パンタグラフ１６がそれぞれ駆動源としてのモータ１７により伸縮量を変化させるように構成されている。すなわち、モータ１７を正逆に回転させることによって、各足置台１２のベース１０に対する高さ位置をそれぞれ変化させることができる。
【００３９】
上述した他動運動付与手段１では、使用者が両足をそれぞれ足置台１２に載せるとともにシート部１３に腰を掛けることによって、使用者は中腰の状態になり、使用者の自重を支柱部１１と足置台１２とに分散させて支えることになる。この状態において、支柱部１１の傾きと足置台１２の高さとを適宜に制御すれば、支柱部１１と各足置台１２とがそれぞれ使用者の自重を支える割合が変化し、結果的に、膝の角度をあまり変化させることなく大腿部に作用する負荷を変化させることが可能になる。つまり、スクワット運動のように膝を屈伸させるのではなく、使用者の自重のうち支柱部１１が支える割合を変化させることによって、自重によって大腿部に作用する負荷を変化させることが可能になる。また、支柱部１１が傾く方向と各足置台１２の高さとを適宜に調節することによって、両大腿部に負荷を均等に作用させたり、一方の大腿部に他方よりも大きな負荷を作用させることが可能になる。要するに、他動運動付与手段１は、大腿部に自重によって作用する負荷が変化するように使用者の重心位置を強制的に移動させるように機能する。また、上述の説明から明らかなように、本実施形態は、シート部１３に腰を掛けた状態で使用する場合には、支柱部１１の傾斜角度が２自由度を持ち、各足置台１２の高さがそれぞれ１自由度を持つから、合計４自由度の動作になる。
【００４０】
ところで、モータ１４ａ，１４ｂ，１７は、図２に示すように、マイクロコンピュータを主構成とする制御手段２により制御される。図示例では、制御手段２はモータ１４ａ，１４ｂ，１７を制御するための駆動回路を含んでいる。また、図示していないが、支柱部１１のベース１０に対する傾斜角度と足置台１２の高さ位置とを検出することができるセンサを設ける。この種のセンサとしては、支柱部１１や足置台１２の位置を直接的に検出するもののほか、モータ１４ａ，１４ｂ，１７の回転位置を検出するロータリエンコーダを用いて間接的に検出するものを用いてもよい。ここでは、ロータリエンコーダにより位置検出を行う場合を想定する。制御手段２が各モータ１４ａ，１４ｂ，１７をどのように制御するかは、記憶手段３に格納されたデータに従う。
【００４１】
すなわち、記憶手段３には、各モータ１４ａ，１４ｂ，１７の回転角度（つまり、支柱部１１の傾斜角度、支柱部１１の傾斜方向、足置台１２の高さに相当する）と、モータ１４ａ，１４ｂ，１７の速度および加速度と、使用者の自重に対して各脚に作用する負荷の割合とを組にし、各組を時系列に並べた動作パターンが格納されており、制御手段２において時系列の順に動作パターンを読み出すことにより、各モータ１４ａ，１４ｂ，１７が制御される。ここに、記憶手段３に格納されている動作パターンは、個々のモータ１４ａ，１４ｂ，１７の各時刻の動作を表すものではないから、制御手段２では記憶手段３に格納された動作パターンを、各モータ１４ａ，１４ｂ，１７の時刻ごとの回転位置に変換してモータ１４ａ，１４ｂ，１７の制御を行う。
【００４２】
なお、上述した例ではシート部１３に腰を掛けた状態で使用する例について説明したが、シート部１３に腰を掛けずに足置台１２に脚を載せ、使用者が立った状態で使用することも可能である。この場合には、支柱部１１の位置は固定しておき、各足置台１２の高さ位置のみを変化させ、他動運動付与手段１を２自由度で使用する。つまり、足置台１２は立姿勢で搭乗する搭乗台して機能し、駆動源であるモータ１７により足置台１２の位置を変位させるパンタグラフ１６は位置変更機構を構成することになる。この種の他動運動付与手段１としては、使用者が立姿勢で搭乗する搭乗台の傾きを変化させる構成なども採用可能である。逆に、シート部１３に腰を掛けた状態で足置台１２の高さ位置を一定に保つように動作させれば、シート部１３は着座のための座席となり、上述した傾動機構１５は駆動源であるモータ１４ａ，１４ｂにより座席を変位させる位置変更機構として機能し、膝を屈伸させながら大腿部に負荷を作用させる構成になる。この種の他動運動付与手段１としては、座席に乗馬運動のような揺動を与える構成を採用することも可能である。なお、シート部１３を自転車のサドルに類似した形状としているが、座席の形状はどのようなものでもよく、たとえば椅子状の座席を設けてもよい。
【００４３】
ところで、他動運動付与手段１の使用目的は、主として大腿部の筋肉を収縮させることによって糖代謝を促進することにあり、記憶手段３に格納するデータとしての動作パターンを作成するにあたっては、この点を考慮した動作パターンを作成する必要がある。しかしながら、上述のように他動運動付与手段１は複数自由度を有しており、どのような動作パターンが糖代謝を促進するのかを見出すことは容易ではない。そこで、本実施形態では、他動運動付与手段１の動作パターンを種々変化させながら代謝量に関連する生理的計測値を実際に計測し、計測結果の中から代謝量が大きくなる動作パターンを抽出することにより、動作パターンを決定する技術を採用している。つまり、種々の動作パターンの中から代謝量が大きくなる動作パターンを抽出し、この動作パターンを記憶手段３に格納することによって他動運動付与手段１を動作させている。
【００４４】
以下では、代謝量が大きくなる動作パターンの抽出技術について説明する。代謝量が大きくなる動作パターンを抽出する際には、図１に示す動作決定装置を用いる。動作決定装置は、運動補助装置と同構成の他動運動付与手段１を備えており、他動運動付与手段１に設けた各モータ１４ａ，１４ｂ，１７をそれぞれ制御するために動作制御手段４を設けている。動作制御手段４は、制御手段２と同様にマイクロコンピュータを主構成とし、モータ１４ａ，１４ｂ，１７の駆動回路を含んでいる。ただし、動作制御手段４には記憶手段３から動作パターンを与えるのではなく、動作制御手段４において種々の動作パターンを生成しており、さらに、動作制御手段４は生成した動作パターンを時刻とともに記憶する機能を有している。動作パターンは、あらかじめ設定した複数種類の動作パターンから選択することが可能であるが、他動運動付与手段１による運動としての許容範囲内で、動作パターンを不規則に発生させるようにしてもよい。
【００４５】
一方、代謝量に関連する生理的計測値としては、近赤外分光法による筋代謝量と、筋電による筋収縮の程度とのいずれかを用いる。ここでは、近赤外分光法を用いる例について説明する。すなわち、図１に示すように、計測手段としての近赤外分光器５を設けてあり、近赤外分光器（近赤外光の送受光プローブ）５は大腿部に固定可能に形成されている。近赤外分光法による筋代謝量の計測は、周知のように、酸素化型ヘモグロビンと脱酸素化型ヘモグロビンとでは近赤外光の吸光度が異なることを利用し、血液中の酸素量（筋代謝量）の変化を求めるものであって、糖の燃焼には酸素が必要であるから、筋代謝量は糖代謝量の代替指標になる。
【００４６】
生理的計測値としての筋代謝量は評価手段６に入力され、評価手段６において安静時における筋代謝量の値との比が求められる。近赤外分光器５では筋肉の部分的な酸素消費量を求めているから、筋全体での筋代謝量を求めるために、評価手段６では筋肉の体積を重み係数として近赤外分光器５により求めた部分的な筋代謝量に重み付けを行う。すなわち、筋収縮は、神経を伝達されるパルスがトリガになり、パルスの伝達によってカルシウムイオンとカリウムイオンとの濃度が部分的に変化した後、筋全体にカルシウムイオンが伝達されて筋繊維の収縮が生じるのであって、このメカニズムによって筋収縮が生じるから筋代謝量は筋肉の大きさに相関を持っており、筋全体の筋代謝量を求めるには筋肉の体積による重み付けが必要になるのである。
【００４７】
ここに、重み係数としての筋肉の体積は、他動運動付与手段１での運動にかかわる筋肉の体積を意味する。ただし、筋肉の体積を実測するにはＭＲＩなどの大規模装置が必要であり、膨大な費用と手間とがかかるから、一般に文献で知られているデータを流用してもよい。たとえば、大腿部伸展筋群は５００ｍｌ、大内転筋群は２５０ｍｌとしてよい。筋の体積を考慮すれば、単位体積当たりの筋代謝量が同じであれば、大内転筋群を収縮させるよりも大腿部伸展筋群を収縮させるほうが、筋全体としての筋代謝量を２倍大きくすることができると言える。つまり、筋代謝量を増加させるには、大腿部伸展筋群を収縮させるような動作パターンを選択することが望ましいと言える。
【００４８】
２種類の動作パターンに関して評価手段６での評価結果をそれぞれ表１、表２に示す。
【００４９】
【表１】
2004344349.tif 000003
【００５０】
【表２】
2004344349.tif 000004
【００５１】
表１と表２とを比較すればわかるように、表２に対応する動作パターンのほうが代謝量が大きいから、糖代謝量の大きい運動を行うという意味では表２に対応する動作パターンを選択するほうが望ましいと言える。
【００５２】
実際に運動補助装置の記憶手段３に実装する動作パターンを作成するにあたっては、動作制御手段４により動作する他動運動付与手段１で試験者に運動させると同時に近赤外分光器５による血液中の酸素量の計測を行う。このとき、他動運動付与手段１が複数種類の動作パターンで所定時間（一定時間）ずつ駆動されるように制御し、所定時間で得られた酸素量を動作パターンの開始時刻および終了時刻とともに記録する。このようにして計測された酸素量は評価手段６において重み付けがなされ、他動運動付与手段１による運動に関わる筋全体の筋代謝量が求められる。得られた筋代謝量は時刻によって動作パターンと対応付けられ、筋代謝量が最大になる動作パターンが選択される。このようにして得られた動作パターンは、運動補助装置の記憶手段３に格納され、運動補助装置の制御に用いられる。
【００５３】
すなわち、動作パターンと代謝量とを対応付けているから、代謝量が適正値になるように他動運動付与手段１の動作パターンを決定することが可能になる。このように、動作制御手段４に記憶したデータに基づいて動作パターンを決定する。代謝量の適正値は、「動作パターンが人体に与えるエネルギー量を一定にしたときに得られる代謝量が最大になる」代謝量の値である。人体に与えるエネルギー量は、たとえば、他動運動付与手段１の消費電力を代替値として用いることができる。
【００５４】
上述のようにして動作決定装置を用いて決定した動作パターンに従って他動運動付与手段を動作させるから、数多くの動作の中から代謝を促進するのにより効果的な動作を抽出して使用者に与えることになる。その結果、運動補助装置に用いる他動運動付与手段１では、動作の自由度を制限することが可能になり、多自由度の機構を用いる場合に比較すると、機構部分を簡略化することが可能になり、代謝効果を減衰させることなく機器の低コスト化を図ることができる。たとえば、動作決定装置では他自由度の他動運動付与手段１を用いて代謝量が適正値になるような動作パターンを決定し、動作決定装置を用いて決定した動作パターンを単純なリンク機構で実現した他動運動付与手段１を運動補助装置に用いることによって、運動補助装置を低コストで提供することが可能になる。
【００５５】
ところで、上述の例では種々の動作パターンについて筋代謝量を計測した後に望ましい動作パターンを選択するから、選択肢の中では最良の動作パターンであるにしても、運動負荷が過剰にならない範囲で糖代謝量を最大に近付ける動作パターンであるという保証はない。そこで、計測手段５による生理的計測値（筋代謝量）を評価手段６において所定時間ごとに積分した評価値（代謝量に相当）を動作制御手段４に入力し、動作制御手段４では評価手段６から入力される評価値を大きくする方向に実時間で動作パターンを変化させ、評価値が最大になるように動作パターンを収束させることもできる。この場合、筋電によって生理的計測値を求める。
【００５６】
筋電から生理的計測値を求めるときには、近赤外分光器５に代えて筋電計を動作制御手段４に接続し、生理的計測値としては、所定時間における放電の積分値あるいは筋の最大収縮時での所定時間における筋電の積分値との比を用いる。また、糖代謝に関わる筋肉は主として赤筋であるから、重み付けに関して赤筋の体積による重み付けを行うようにすれば、他動運動付与手段１による運動での糖代謝量の評価をより正確に行うことができる。
【００５７】
ここに、動作制御手段４では、運動負荷の瞬時値の上限値を設定することができ、運動負荷の瞬時値が上限値以下になるという条件を満たす範囲で動作パターンを自動的に生成する。このとき、各モータ１４ａ，１４ｂ，１７の動作に適宜のゆらぎを与え、多変量解析の技術またはニューロコンピュータの技術を用いて最適解（動作パターンの許容範囲内で筋代謝量が最大になる）に近付くように実時間で動作パターンを変化させる。このような制御を行うことによって、運動負荷の瞬時値の上限値以下の範囲内で筋代謝量がほぼ最大になる動作パターンを決定することができる。
【００５８】
上述の例では代謝量が大きくなる方向に動作パターンを変化させているが、代謝量の適正値を最大値以外の値としてあらかじめ設定しておき、代謝量が適正値に近付くように動作パターンを収束させるようにしてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の動作決定装置ないし動作決定方法によれば、他動運動付与手段の動作パターンを所定時間ずつ変化させて動作させるとともに、各動作パターンについて使用者の代謝量を求め、動作パターンと代謝量とを対応付けて記憶するから、種々の動作パターンのうち適正な代謝量が得られる動作パターンを容易に選択することができる。また、適正値の代謝量が得られるような他動運動の動作パターンになるように動作パターンが自動的に修正する場合には、動作制御手段で生成した動作パターンから代謝量が適正値に近い動作パターンを選択するだけではなく、動作パターンを修正して代謝量を適正値により近付けることが可能になる。
【００６０】
本発明の運動補助装置は、動作決定装置を用いて作成した動作パターンで動作するから、他動運動によって適正な代謝量が得られる。また、使用者は積極的に動作することなく他動的な運動によって筋収縮が可能になるから、軽負荷で使用者の負担の少ない運動が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における動作決定装置を示すブロック図である。
【図２】実施形態における運動補助装置を示すブロック図である。
【図３】実施形態における運動補助装置を示す外観斜視図である。
【図４】実施形態における運動補助装置を示し、（ａ）は要部概略側面図、（ｂ）は要部概略平面図である。
【符号の説明】
１  他動運動付与手段
２  制御手段
３  記憶手段
４  動作制御手段
５近赤外分光器（計測手段）
６  評価手段
１１  支柱部
１２  足置台
１３  シート部
１４ａ，１４ｂ  モータ
１５  傾動機構
１６  パンタグラフ
１７  モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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