(57)【要約】シミュレーションシステムは、異なる複数の試着用義肢又は試着用装具の計測データである試着品計測データと、複数の試着用義肢又は試着用装具の着用者の計測データである着用者計測データとを取得する計測データ取得部と、試着品計測データと、着用者計測データとに基づいて、着用者動作データを、逆動力学解析によって算出する着用者動作データ算出部と、着用者動作データに基づいて、動作応答曲面を、応答曲面法によって算出する動作応答曲面算出部と、動作応答曲面に基づいて、着用者が複数の試着用義肢又は試着用装具とは異なる義肢又は装具を着用したと仮定した場合に、義肢又は装具の動作データと、着用者の動作データとを予測するシミュレーション実行部とを有する。
2019160135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる複数の試着用義肢又は試着用装具の計測データである試着品計測データと、複数の前記試着用義肢又は前記試着用装具の着用者の計測データである着用者計測データとを取得する計測データ取得部と、  前記着用者計測データと、前記着用者計測データとに基づいて、着用者に生じている力を示すデータである着用者動作データを、逆動力学解析によって算出する着用者動作データ算出部と、  前記着用者動作データに基づいて、動作応答曲面を、応答曲面法によって算出する動作応答曲面算出部と、  前記動作応答曲面に基づいて、前記着用者が複数の前記試着用義肢又は前記試着用装具とは異なる義肢又は装具を着用したと仮定した場合に、前記義肢又は前記装具の動作データと、前記着用者の動作データとを予測するシミュレーション実行部と  を有する、シミュレーションシステム。
【請求項２】
前記着用者動作データに基づいて、時間応答曲面を、応答曲面法によって算出する時間応答曲面算出部を有し、  前記シミュレーション実行部は、前記時間応答曲面にさらに基づいて、前記義肢又は前記装具の動作データと、前記着用者の動作データとを予測する、請求項１に記載のシミュレーションシステム。
【請求項３】
前記シミュレーション実行部は、ベーシスベクトル法によって、前記義肢又は前記装具の動作データと、前記着用者の動作データとを予測する、請求項１又は請求項２に記載のシミュレーションシステム。
【請求項４】
前記シミュレーション実行部が予測した前記義肢又は前記装具の前記動作データと、前記着用者の前記動作データとに基づいて、義肢又は装具を選定する選定部  を有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のシミュレーションシステム。
【請求項５】
前記動作応答曲面算出部は、２次以上の関数に関数化されている動作応答曲面を算出する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシミュレーションシステム。
【請求項６】
複数の前記試着用義肢の各々は、試着用スポーツ義足ブレードであり、  前記シミュレーション実行部は、スポーツ義足ブレード高さ寸法と、スポーツ義足ブレード後方突出量と、スポーツ義足ブレードつま先長さ寸法とのうち、少なくとも一つを予測する、  請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のシミュレーションシステム。
【請求項７】
複数の前記試着用義肢の各々は、試着用スポーツ義足ブレードであり、  前記試着用スポーツ義足ブレードは、複数のスペックから、実験計画法のＬ９型直交表に基づいて選定されたスペックを有する、  請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のシミュレーションシステム。
【請求項８】
前記スペックは、ブレード剛性と、高さ寸法と、後方突出量と、つま先長さ寸法とを含む、  請求項７に記載のシミュレーションシステム。
【請求項９】
前記シミュレーション実行部は、シミュレーションを繰り返し実行することによって、所定の目的関数を最大化する、  請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のシミュレーションシステム。
【請求項１０】
前記目的関数は、少なくとも前記着用者の身体負荷に関する関数を含む、  請求項９に記載のシミュレーションシステム。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のシミュレーションシステムによって予測された前記義肢又は前記装具の前記動作データと、前記着用者の前記動作データとに基づいて、選定された義足ブレードであって、  接続部品を介して身体（着用者）側に装着される身体側端部の厚み方向の直線部を直線部Ａとし、地面に設置される側の地面側端部を地面側端部Ｂとし、厚み方向の直線部Ａから垂線を下した時に板バネ本体と交差する部分を交差部Ｃとし、義足用の板バネを含む義足ブレードを身体へ装着した際に最も背面側に位置する部分を背面部Ｄとし、  前記直線部Ａと前記地面側端部Ｂとの間の垂直成分の距離を直線部垂直成分距離Ｈとし、前記地面側端部Ｂと交差部Ｃとの間の水平成分距離の距離を交差部水平成分距離Ｌｔとし、前記交差部Ｃと背面部Ｄとの間の水平成分距離を背面部水平成分距離Ｌｈとし、前記地面側端部Ｂを固定し、前記直線部Ａから前記背面部Ｄへ向かう方向に沿って、５０ｍｍの位置Ｐに垂直方向に１０００Ｎの荷重をかけた場合に、前記義足用の板バネが撓む前の直線部垂直成分距離Ｈと、前記義足用の板バネが撓んだ後の直線部垂直成分距離Ｈａとの距離の差を撓み量Ｓとした場合に、  ２３５ｍｍ≦Ｈ≦２８５ｍｍ  −１０ｍｍ≦Ｌｔ≦３０ｍｍ  ２２０ｍｍ≦Ｌｈ≦２８０ｍｍ  ３５ｍｍ≦Ｓ≦４５ｍｍ  である、義足ブレード。
【請求項１２】
異なる複数の試着用義肢又は試着用装具の計測データである試着品計測データと、複数の前記試着用義肢又は前記試着用装具の着用者の計測データである着用者計測データとを取得するステップと、  前記着用者計測データと、前記着用者計測データとに基づいて、着用者に生じている力を示すデータである着用者動作データを、逆動力学解析によって算出するステップと、  前記着用者動作データに基づいて、動作応答曲面を、応答曲面法によって算出するステップと、  前記動作応答曲面に基づいて、前記着用者が複数の前記試着用義肢又は前記試着用装具とは異なる義肢又は装具を着用したと仮定した場合に、前記義肢又は前記装具の動作データと、前記着用者の動作データとを予測するステップと  を有する、コンピュータが実行するシミュレーション方法。
【請求項１３】
コンピュータに、  異なる複数の試着用義肢又は試着用装具の計測データである試着品計測データと、複数の前記試着用義肢又は前記試着用装具の着用者の計測データである着用者計測データとを取得するステップと、  前記着用者計測データと、前記着用者計測データとに基づいて、着用者に生じている力を示すデータである着用者動作データを、逆動力学解析によって算出するステップと、  前記着用者動作データに基づいて、動作応答曲面を、応答曲面法によって算出するステップと、  前記動作応答曲面に基づいて、前記着用者が複数の前記試着用義肢又は前記試着用装具とは異なる義肢又は装具を着用したと仮定した場合に、前記義肢又は前記装具の動作データと、前記着用者の動作データとを予測するステップと  を実行させる、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、シミュレーションシステム、義足ブレード、シミュレーション方法、およびプログラムに関する。特に、スポーツ用義足の設計に好適に使用できる。  本願は、２０１８年２月１９日に、日本に出願された特願２０１８−０２７３７６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】  従来、ゴルフ用具をフィッティングする技術に関して、スイング時間に大きく影響するスペックを変化させた場合にも正確な計算結果を算出し、短時間でシミュレーション結果を出力することができるゴルフ用具フィッティングシステム、及びゴルフ用具フィッティングプログラムが知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載された技術では、試打されるゴルフクラブに取り付けられたセンサによって、試打時の加速度、角速度などが検出される。また、特許文献１に記載された技術では、試打時に検出された加速度、角速度などに基づき、実際には試打されないゴルフクラブが仮に試打される場合に得られるデータが、シミュレーションによって予測され、ゴルフクラブのフィッティングが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１３２８８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  前述したゴルフクラブに適用されたシミュレーションを、義肢（つまり、義足または義手）・装具（つまり、機能に障害のある体幹・四肢に装着する器具）あるいはその部品に適用することを考える。  ゴルフクラブのフィッティングが行われる場合には、どのようなゴルフクラブが選定されても、そのゴルフクラブを使用するユーザが故障してしまうおそれは殆ど無い。そのため、ゴルフクラブの試打時にユーザの動作データが検出されない。つまり、ユーザの動作データを反映させたシミュレーションは行われない。  一方、義肢・装具あるいはその部品のフィッティングが行われる場合には、着用者に適していない義肢・装具あるいはその部品が選定されると、その義肢・装具あるいはその部品を着用する着用者が怪我をしてしまうおそれがある。そのため、義肢・装具あるいはその部品のフィッティングが行われる場合には、義肢・装具あるいはその部品の動作（挙動）を考慮することに加えて、義肢・装具あるいはその部品の着用者の動作も考慮する必要がある。  また、義肢・装具あるいはその部品の動作（挙動）は、ゴルフクラブの動作（挙動）よりも複雑である。そのため、義肢・装具あるいはその部品のシミュレーションを行う場合には、特許文献１に記載されたシミュレーションよりも複雑な演算を行う必要がある。【０００５】  このような事情に鑑み、本発明は、着用者に適した義肢又は装具を予測できるシミュレーションシステム、義足ブレード、シミュレーション方法、およびプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明は、下記の態様を有する。  ＜１＞異なる複数の試着用義肢又は試着用装具の計測データである試着品計測データと、複数の前記試着用義肢又は前記試着用装具の着用者の計測データである着用者計測データとを取得する計測データ取得部と、前記着用者計測データと、前記着用者計測データとに基づいて、着用者に生じている力を示すデータである着用者動作データを、逆動力学解析によって算出する着用者動作データ算出部と、前記着用者動作データに基づいて、動作応答曲面を、応答曲面法によって算出する動作応答曲面算出部と、前記動作応答曲面に基づいて、前記着用者が複数の前記試着用義肢又は前記試着用装具とは異なる義肢又は装具を着用したと仮定した場合に、前記義肢又は前記装具の動作データと、前記着用者の動作データとを予測するシミュレーション実行部とを有する、シミュレーションシステム。  ＜２＞前記着用者動作データに基づいて、時間応答曲面を、応答曲面法によって算出する時間応答曲面算出部を有し、前記シミュレーション実行部は、前記時間応答曲面にさらに基づいて、前記義肢又は前記装具の動作データと、前記着用者の動作データとを予測する、＜１＞に記載のシミュレーションシステム。  ＜３＞前記シミュレーション実行部は、ベーシスベクトル法によって、前記義肢又は前記装具の動作データと、前記着用者の動作データとを予測する、＜１＞又は＜２＞に記載のシミュレーションシステム。  ＜４＞前記シミュレーション実行部が予測した前記義肢又は前記装具の前記動作データと、前記着用者の前記動作データとに基づいて、義肢又は装具を選定する選定部を有する＜１＞から＜３＞のいずれか一項に記載のシミュレーションシステム。  ＜５＞前記動作応答曲面算出部は、２次以上の関数に関数化されている動作応答曲面を算出する、＜１＞から＜４＞のいずれか一項に記載のシミュレーションシステム。  ＜６＞複数の前記試着用義肢の各々は、試着用スポーツ義足ブレードであり、前記シミュレーション実行部は、スポーツ義足ブレード高さ寸法と、スポーツ義足ブレード後方突出量と、スポーツ義足ブレードつま先長さ寸法とのうち、少なくとも一つを予測する、＜１＞から＜５＞のいずれか一項に記載のシミュレーションシステム。  ＜７＞複数の前記試着用義肢の各々は、試着用スポーツ義足ブレードであり、前記試着用スポーツ義足ブレードは、複数のスペックから、実験計画法のＬ９型直交表に基づいて選定されたスペックを有する、＜１＞から＜６＞のいずれか一項に記載のシミュレーションシステム。  ＜８＞前記スペックは、ブレード剛性と、高さ寸法と、後方突出量と、つま先長さ寸法とを含む、＜７＞に記載のシミュレーションシステム。  ＜９＞前記シミュレーション実行部は、シミュレーションを繰り返し実行することによって、所定の目的関数を最大化する、＜１＞から＜８＞のいずれか一項に記載のシミュレーションシステム。  ＜１０＞前記目的関数は、少なくとも前記着用者の身体負荷に関する関数を含む、＜９＞に記載のシミュレーションシステム。  ＜１１＞＜１＞から＜１０＞のいずれか一項に記載のシミュレーションシステムによって予測された前記義肢又は前記装具の前記動作データと、前記着用者の前記動作データとに基づいて、選定された義足ブレードであって、接続部品を介して身体（着用者）側に装着される身体側端部の厚み方向の直線部を直線部Ａとし、地面に設置される側の地面側端部を地面側端部Ｂとし、厚み方向の直線部Ａから垂線を下した時に板バネ本体と交差する部分を交差部Ｃとし、義足用の板バネを含む義足ブレードを身体へ装着した際に最も背面側に位置する部分を背面部Ｄとし、前記直線部Ａと前記地面側端部Ｂとの間の垂直成分の距離を直線部垂直成分距離Ｈとし、前記地面側端部Ｂと交差部Ｃとの間の水平成分距離の距離を交差部水平成分距離Ｌｔとし、前記交差部Ｃと背面部Ｄとの間の水平成分距離を背面部水平成分距離Ｌｈとし、前記地面側端部Ｂを固定し、前記直線部Ａから前記背面部Ｄへ向かう方向に沿って、５０ｍｍの位置Ｐに垂直方向に１０００Ｎの荷重をかけた場合に、前記義足用の板バネが撓む前の直線部垂直成分距離Ｈと、前記義足用の板バネが撓んだ後の直線部垂直成分距離Ｈａとの距離の差を撓み量Ｓとした場合に、  ２３５ｍｍ≦Ｈ≦２８５ｍｍ  −１０ｍｍ≦Ｌｔ≦３０ｍｍ  ２２０ｍｍ≦Ｌｈ≦２８０ｍｍ  ３５ｍｍ≦Ｓ≦４５ｍｍ  である、義足ブレードである。  ＜１２＞異なる複数の試着用義肢又は試着用装具の計測データである試着品計測データと、複数の前記試着用義肢又は前記試着用装具の着用者の計測データである着用者計測データとを取得するステップと、前記着用者計測データと、前記着用者計測データとに基づいて、着用者に生じている力を示すデータである着用者動作データを、逆動力学解析によって算出するステップと、前記着用者動作データに基づいて、動作応答曲面を、応答曲面法によって算出するステップと、前記動作応答曲面に基づいて、前記着用者が複数の前記試着用義肢又は前記試着用装具とは異なる義肢又は装具を着用したと仮定した場合に、前記義肢又は前記装具の動作データと、前記着用者の動作データとを予測するステップとを有する、コンピュータが実行するシミュレーション方法。  ＜１３＞コンピュータに、異なる複数の試着用義肢又は試着用装具の計測データである試着品計測データと、複数の前記試着用義肢又は前記試着用装具の着用者の計測データである着用者計測データとを取得するステップと、前記着用者計測データと、前記着用者計測データとに基づいて、着用者に生じている力を示すデータである着用者動作データを、逆動力学解析によって算出するステップと、前記着用者動作データに基づいて、動作応答曲面を、応答曲面法によって算出するステップと、前記動作応答曲面に基づいて、前記着用者が複数の前記試着用義肢又は前記試着用装具とは異なる義肢又は装具を着用したと仮定した場合に、前記義肢又は前記装具の動作データと、前記着用者の動作データとを予測するステップとを実行させる、プログラム。
【発明の効果】
【０００７】  本発明によれば、着用者に適した義肢又は装具を予測できるシミュレーションシステム、シミュレーション方法、およびプログラムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態の義肢・装具あるいはその部品の設計システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】義足ブレードを含む義足を説明するための図である。
【図３】設計システムが設計可能な８１種類の義足ブレードのうち、着用者が実際に試着可能な９種類の試着用義足ブレードの一例を示す図である。
【図４】第１実施形態の変形例のシミュレーションシステムの構成の一例を示すブロック図である。
【図５】第１実施形態の義肢・装具あるいはその部品の設計システムを用いた着用者に最適な義足ブレードの設計方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】試着用義足ブレードおよび着用者の画像の一例を示す図である。
【図７】第１実施形態の義肢・装具あるいはその部品の設計システムによって実行される処理の一例を説明するための図である。
【図８】試着品動作データを取得するため、および、着用者動作データを取得するために、画像を変換することによって得られた動作解析用画像の一例を示す図である。
【図９】第１実施形態の義肢・装具あるいはその部品の設計システムによって実行される処理の一例を説明するための図である。
【図１０】義足用の板バネの一例を示す図である。
【図１１】義足用の板バネの部分拡大図である。
【図１２】義足用の板バネの撓み量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】  以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態のシミュレーションシステム、シミュレーション方法、およびプログラムについて説明する。
【００１０】＜第１実施形態＞  図１は第１実施形態の義肢・装具あるいはその部品の設計システム１の構成の一例を示すブロック図である。  図１に示す例では、設計システム１が、義肢（義足または義手）・装具（機能に障害のある体幹・四肢に装着する器具）あるいはその部品として、例えば義足の一部を構成する義足ブレード（詳細には、スポーツ義足ブレード）の設計を行う。設計システム１は、動作データ取得部１１と、動作応答曲面算出部１３Ａと、時間応答曲面算出部１３Ｂと、シミュレーション実行部１４とを備えている。これらの構成要素は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などのハードウェア（回路部；ｃｉｒｃｕｉｔｒｙを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）やフラッシュメモリなどの記憶装置に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ−ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることでインストールされてもよい。
【００１１】  動作データ取得部１１は、撮影部Ａ（例えばカメラ）によって撮影される義足（試着品）および義足の着用者の画像データを取得する。  つまり、図１に示す例では、撮影部Ａが、義足のみを含む画像を撮影するのではなく、義足および着用者の両方を含む画像を撮影する。詳細には、図１に示す例では、撮影部Ａは、義足を着用した着用者が短距離走の競技中のように走っている状態で、義足および着用者の画像を撮影する。撮影部Ａによる撮影中、義足には、着用者が走ることに伴う挙動が生じている。  なお、動作データ取得部１１は、カメラ以外であってもよく、センサを一つ以上使用することにより、画像データの代わりに動作データを取得することとしてもよい。  また、動作データ取得部１１は、試着品動作データ取得部１１Ａと、着用者動作データ取得部１１Ｂとを備えている。試着品動作データ取得部１１Ａは、撮影部Ａが撮影する画像データから得られる、義足に生じている挙動（動作）を示すデータ（試着品動作データ）を取得する。着用者動作データ取得部１１Ｂは、撮影部Ａが撮影する画像データから得られる、走っている着用者の動作を示すデータ（着用者動作データ）を取得する。  他の例では、撮影部Ａは、義足を着用した着用者が、例えば走り幅跳びなど、短距離走以外の競技をしている状態、あるいは、それに近い状態で、義足および着用者の画像を撮影してもよい。
【００１２】  図１に示す例では、動作応答曲面算出部１３Ａが、試着品動作データ取得部１１Ａにより取得された試着品動作データと、着用者動作データ取得部１１Ｂにより取得された着用者動作データとに基づき、応答曲面法によって、試着者特有の動作の変え方および癖を抽出して２次関数化した動作応答曲面を算出する。  図１に示す例では、動作応答曲面算出部１３Ａが２次関数化した動作応答曲面を算出するため、動作応答曲面算出部１３Ａが１次関数化した動作応答曲面を算出する場合よりも、複雑な動作を設計システム１は予測することができる。  他の例では、動作応答曲面算出部１３Ａが、３次以上の関数に関数化した動作応答曲面を算出してもよい。  動作が複雑になるほど、応答曲面の次数が高い方が好ましい。ゴルフスイングのグリップの動きは比較的スムーズなため１次で対応可能である。ランニング、着地の衝撃が入る場合は２次以上が好ましい。また、オーバーフィッティングを起こしにくい点からは、４次以下であることが好ましい。
【００１３】  図１に示す例では、時間応答曲面算出部１３Ｂが、試着品動作データ取得部１１Ａにより取得された試着品動作データと、着用者動作データ取得部１１Ｂにより取得された着用者動作データとに基づき、応答曲面法によって時間応答曲面を算出する。  シミュレーション実行部１４は、動作応答曲面算出部１３Ａによって算出された動作応答曲面と、時間応答曲面算出部１３Ｂによって算出された時間応答曲面とに基づき、実際には試着されない義足ブレード（仮想義足ブレード（詳細には、仮想スポーツ義足ブレード））を含む義足が着用者によって仮に試着された場合における仮想義足ブレードの動作データと、着用者の動作データとを予測する。シミュレーション実行部１４は、身体動作解析部１４Ａと、ＦＥＭ解析部１４Ｂと、多目的最適化部１４Ｃと、最適品設計部１４Ｄとを備えている。
【００１４】  身体動作解析部１４Ａは、着用者動作データ取得部１１Ｂにより取得された着用者動作データに基づいて、動作応答曲面算出部１３Ａによって算出された動作応答曲面と、時間応答曲面算出部１３Ｂによって算出された時間応答曲面とを利用することにより、着用者の動作の解析（例えば、着用者の身体の各所にどの程度の負荷がかかっているかの解析）を行う。  ＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）解析部１４Ｂは、試着品動作データ取得部１１Ａにより取得された試着品動作データに基づいて、動作応答曲面算出部１３Ａによって算出された動作応答曲面と、時間応答曲面算出部１３Ｂによって算出された時間応答曲面とを利用することにより、試着品の動作のＦＥＭ解析（例えば、着用者が速く走るために義足がどのように機能しているかの解析）を行う。なお、ＦＥＭ解析部１４Ｂは必ずしもＦＥＭで行う必要はなく、粒子法、剛体リンクモデル等、種々の離散的解析手法を用いることができる。  多目的最適化部１４Ｃは、所定の目的関数（例えば、着用者の身体に過剰な負荷（身体負荷）がかからないようにする関数、着用者が速く走れるようにする関数など）を最大化するための解析を行う。  最適品設計部１４Ｄは、多目的最適化部１４Ｃにおける解析結果に基づいて、着用者にとって最適な義足（詳細には、スポーツ義足ブレード）を設計する。
【００１５】  図２は図１に示す設計システム１によって設計される義足ブレード（詳細には、スポーツ義足ブレード）Ｂ４を含む義足Ｂを説明するための図である。  図２に示す例では、義足Ｂが、ソケットＢ１と、ジョイントＢ２と、ソケットＢ１とジョイントＢ２とを接続する接続部Ｂ３と、義足ブレードＢ４と、ジョイントＢ２と義足ブレードＢ４とを接続する接続部Ｂ５とを備えている。  義足ブレードＢ４が有するスペックの項目には、例えば、義足ブレードＢ４の剛性である義足ブレード剛性（詳細には、スポーツ義足ブレード剛性）と、義足ブレードＢ４の高さ寸法である義足ブレード高さ寸法（詳細には、スポーツ義足ブレード高さ寸法）Ｌ２と、接続部Ｂ５の中心軸線Ｂ５Ｘに対する義足ブレードＢ４の後方突出量である義足ブレード後方突出量（詳細には、スポーツ義足ブレード後方突出量）Ｌ３と、接続部Ｂ５の中心軸線Ｂ５Ｘに対する義足ブレードＢ４のつま先部分の前方突出量である義足ブレードつま先長さ寸法（詳細には、スポーツ義足ブレードつま先長さ寸法）Ｌ４とが含まれる。  他の例では、義足ブレードＢ４が、上述したスペックの項目とは異なるスペックの項目を有していてもよい。
【００１６】  第１実施形態の義肢・装具あるいはその部品の設計システム１の一例では、実験計画法に基づき、着用者にとって最適な義足ブレード剛性の候補として「高い」、「標準」、「低い」の３つの水準が設けられ、着用者にとって最適な義足ブレード高さ寸法Ｌ２の候補として「高い」、「標準」、「低い」の３つの水準が設けられ、着用者にとって最適な義足ブレード後方突出量Ｌ３の候補として「大きい」、「標準」、「小さい」の３つの水準が設けられ、着用者にとって最適な義足ブレードつま先長さ寸法Ｌ４の候補として「長い」、「標準」、「短い」の３つの水準が設けられる。  つまり、この例では、設計システム１は、４つの項目（「義足ブレード剛性」、「義足ブレード高さ寸法Ｌ２」、「義足ブレード後方突出量Ｌ３」および「義足ブレードつま先長さ寸法Ｌ４」）のそれぞれが上述した３つの水準を有することにより得られる、８１（＝３４）種類の異なるスペックを有する義足ブレードＢ４の中から、着用者にとって最適な義足ブレードＢ４を設計（選定）する。  第１実施形態の義肢・装具あるいはその部品の設計システム１の他の例では、義足ブレードＢ４が有するスペックの項目に、３以外の数の水準が設けられてもよい。
【００１７】  図３は図１に示す設計システム１が設計可能な８１種類の義足ブレード（詳細には、スポーツ義足ブレード）のうち、着用者が実際に試着可能な９種類の試着用義足ブレード（詳細には、試着用スポーツ義足ブレード）＃１〜＃９の一例を示す図である。  図３に示す例では、義足ブレードの着用者が、その着用者にとって最適な義足ブレードを選定するために、８１種類の異なるスペックを有する義足ブレードのすべてを試着するのではなく、８１種類の異なるスペックを有する義足ブレードの中から実験計画法におけるＬ９型直交表に基づいて選定された９種類の異なるスペックを有する試着用義足ブレード＃１〜＃９を試着する。
【００１８】  図３に示す例では、試着用義足ブレード＃１において、項目「義足ブレード剛性」（Ｖａｒ．１）の水準が「１」（「高い」）に設定され、項目「義足ブレード高さ寸法Ｌ２」（Ｖａｒ．２）の水準が「１」（「高い」）に設定され、項目「義足ブレード後方突出量Ｌ３」（Ｖａｒ．３）の水準が「１」（「大きい」）に設定され、項目「義足ブレードつま先長さ寸法Ｌ４」（Ｖａｒ．４）の水準が「１」（「長い」）に設定されている。  試着用義足ブレード＃２では、項目「義足ブレード剛性」（Ｖａｒ．１）の水準が「１」（「高い」）に設定され、項目「義足ブレード高さ寸法Ｌ２」（Ｖａｒ．２）の水準が「２」（「標準」）に設定され、項目「義足ブレード後方突出量Ｌ３」（Ｖａｒ．３）の水準が「２」（「標準」）に設定され、項目「義足ブレードつま先長さ寸法Ｌ４」（Ｖａｒ．４）の水準が「２」（「標準」）に設定されている。  試着用義足ブレード＃３では、項目「義足ブレード剛性」（Ｖａｒ．１）の水準が「１」（「高い」）に設定され、項目「義足ブレード高さ寸法Ｌ２」（Ｖａｒ．２）の水準が「３」（「低い」）に設定され、項目「義足ブレード後方突出量Ｌ３」（Ｖａｒ．３）の水準が「３」（「小さい」）に設定され、項目「義足ブレードつま先長さ寸法Ｌ４」（Ｖａｒ．４）の水準が「３」（「短い」）に設定されている。
【００１９】  また、図３に示す例では、試着用義足ブレード＃４において、項目「義足ブレード剛性」（Ｖａｒ．１）の水準が「２」（「標準」）に設定され、項目「義足ブレード高さ寸法Ｌ２」（Ｖａｒ．２）の水準が「１」（「高い」）に設定され、項目「義足ブレード後方突出量Ｌ３」（Ｖａｒ．３）の水準が「２」（「標準」）に設定され、項目「義足ブレードつま先長さ寸法Ｌ４」（Ｖａｒ．４）の水準が「３」（「短い」）に設定されている。  試着用義足ブレード＃５では、項目「義足ブレード剛性」（Ｖａｒ．１）の水準が「２」（「標準」）に設定され、項目「義足ブレード高さ寸法Ｌ２」（Ｖａｒ．２）の水準が「２」（「標準」）に設定され、項目「義足ブレード後方突出量Ｌ３」（Ｖａｒ．３）の水準が「３」（「小さい」）に設定され、項目「義足ブレードつま先長さ寸法Ｌ４」（Ｖａｒ．４）の水準が「１」（「長い」）に設定されている。  試着用義足ブレード＃６では、項目「義足ブレード剛性」（Ｖａｒ．１）の水準が「２」（「標準」）に設定され、項目「義足ブレード高さ寸法Ｌ２」（Ｖａｒ．２）の水準が「３」（「低い」）に設定され、項目「義足ブレード後方突出量Ｌ３」（Ｖａｒ．３）の水準が「１」（「大きい」）に設定され、項目「義足ブレードつま先長さ寸法Ｌ４」（Ｖａｒ．４）の水準が「２」（「標準」）に設定されている。
【００２０】  また、図３に示す例では、試着用義足ブレード＃７において、項目「義足ブレード剛性」（Ｖａｒ．１）の水準が「３」（「低い」）に設定され、項目「義足ブレード高さ寸法Ｌ２」（Ｖａｒ．２）の水準が「１」（「高い」）に設定され、項目「義足ブレード後方突出量Ｌ３」（Ｖａｒ．３）の水準が「３」（「小さい」）に設定され、項目「義足ブレードつま先長さ寸法Ｌ４」（Ｖａｒ．４）の水準が「２」（「標準」）に設定されている。  試着用義足ブレード＃８では、項目「義足ブレード剛性」（Ｖａｒ．１）の水準が「３」（「低い」）に設定され、項目「義足ブレード高さ寸法Ｌ２」（Ｖａｒ．２）の水準が「２」（「標準」）に設定され、項目「義足ブレード後方突出量Ｌ３」（Ｖａｒ．３）の水準が「１」（「大きい」）に設定され、項目「義足ブレードつま先長さ寸法Ｌ４」（Ｖａｒ．４）の水準が「３」（「短い」）に設定されている。  試着用義足ブレード＃９では、項目「義足ブレード剛性」（Ｖａｒ．１）の水準が「３」（「低い」）に設定され、項目「義足ブレード高さ寸法Ｌ２」（Ｖａｒ．２）の水準が「３」（「低い」）に設定され、項目「義足ブレード後方突出量Ｌ３」（Ｖａｒ．３）の水準が「２」（「標準」）に設定され、項目「義足ブレードつま先長さ寸法Ｌ４」（Ｖａｒ．４）の水準が「１」（「長い」）に設定されている。
【００２１】  次に、第１実施形態の変形例のシミュレーションシステム１ａについて説明する。  図４は、第１実施形態の変形例のシミュレーションシステム１ａの構成の一例を示すブロック図である。  シミュレーションシステム１ａは、義肢又は装具の設計を支援する。義肢とは、切断により四肢の一部を欠損した場合に、元の手足の形態又は機能を復元するために装着、使用する人工の手足であり、義足と、義手とが含まれる。装具とは、機能に障害がある体幹、四肢に装着する器具である。  本実施形態の変形例では、シミュレーションシステム１ａが、義肢又は装具の一例として、義足の一部を構成する義足ブレード（詳細には、スポーツ義足ブレード）の設計を行う場合について説明を続ける。  シミュレーションシステム１ａは、計測データ取得部１１ａと、着用者動作データ算出部１２と、動作応答曲面算出部１３Ａａと、時間応答曲面算出部１３Ｂａと、シミュレーション実行部１４と、選定部１５とを備えている。これらの構成要素は、例えば、ＣＰＵなどのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩやＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＧＰＵなどのハードウェア（回路部；ｃｉｒｃｕｉｔｒｙを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めＨＤＤやフラッシュメモリなどの記憶装置に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ−ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることでインストールされてもよい。
【００２２】  計測データ取得部１１ａは、異なる複数の試着用義足の計測データである試着品計測データと、複数の試着用義足の着用者の計測データである着用者計測データとを取得する。ここで、異なるとは、義足のスペックが異なることであってもよい。例えば、計測データ取得部１１ａは、試着品計測データとして、撮影部Ａ（例えばカメラ）によって撮影された試着用義足の画像データを取得する。また、計測データ取得部１１ａは、着用者計測データとして、撮影部Ａによって撮影された試着用義足の着用者の画像データを取得する。  撮影部Ａは、義足のみを撮影するのではなく、義足および着用者の両方を撮影する。詳細には、撮影部Ａは、義足を着用した着用者が短距離走の競技中のように走っている状態で、義足および着用者を撮影する。撮影部Ａによる撮影中、義足には、着用者が走ることに伴う挙動が生じている。  なお、計測データ取得部１１ａは、センサを一つ以上使用することにより得られる計測データを、画像データの代わりに取得してもよい。ここでは、一例として、計測データ取得部１１ａが、画像データを取得する場合について説明を続ける。
【００２３】  計測データ取得部１１ａは、試着品計測データ取得部１１Ａａと、着用者計測データ取得部１１Ｂａとを備えている。試着品計測データ取得部１１Ａａは、撮影部Ａが出力する画像データから、義足に生じている挙動を示すデータ（以下「試着品計測データ」という）を取得する。試着品計測データ取得部１１Ａａは、取得した試着品計測データを、着用者動作データ算出部１２へ出力する。着用者計測データ取得部１１Ｂａは、撮影部Ａが出力する画像データから、走っている着用者を計測することによって得られるデータ（以下「着用者計測データ」という）を取得する。着用者計測データ取得部１１Ｂａは、取得した着用者計測データを、着用者動作データ算出部１２へ出力する。  ここでは、一例として、義足を着用した着用者が走っている状態で、義足および着用者を撮影することによって得られた画像データを使用した場合について説明を続ける。他の例では、撮影部Ａは、義足を着用した着用者が、走り幅跳びなど、短距離走以外の競技をしている状態、あるいは、それに近い状態で、義足および着用者を撮影することによって得られた画像データを使用してもよい。
【００２４】  着用者動作データ算出部１２は、試着品計測データ取得部１１Ａａが出力した試着品計測データと、着用者計測データ取得部１１Ｂａが出力した着用者計測データとを取得する。着用者動作データ算出部１２は、試着品計測データと、着用者計測データとに基づいて、着用者の全身が発揮する力、換言すれば、着用者に生じている力を示すデータである着用者動作データを算出する。着用者動作データ算出部１２は、着用者動作データの算出結果を、動作応答曲面算出部１３Ａａと、時間応答曲面算出部１３Ｂａとへ出力する。着用者動作データ算出部１２は、着用者の動作をシミュレートすることによって、着用者動作データを算出する。着用者が発揮している力の一例は、関節トルクである。具体的には、着用者動作データ算出部１２は、逆動力学解析によって、関節トルクを算出する。ここで、逆動力学解析とは、各関節の位置座標から各関節の関節トルクを算出するための手法である。逆動力学解析では、それぞれの関節間を一つの剛体要素とみなし、その連成関係を定式化することによって関節トルクが算出される。例えば、一つの剛体要素の一例は、下肢である。  各剛体の質量をＭとし、慣性モーメントをＪとし、ヤコビアンマトリックスをＣｒ，Ｃθとし、各剛体重心の位置ベクトルｒ、角速度をω、外力をｆ、外モーメントをｎとし、ラグランジュ乗数をλとすると、式（１）が成り立つ。式（１）において、γは任意の定数である。各記号は全てベクトル表記である。
【００２５】
【数１】
2019160135.tif 000003
【００２６】  式（１）において、ラグランジュ乗数λが関節トルクを示す。  動作応答曲面算出部１３Ａａは、着用者動作データ算出部１２が出力した着用者動作データを取得する。動作応答曲面算出部１３Ａａは、出力した着用者動作データに基づいて、応答曲面法によって、動作応答曲面を算出する。動作応答曲面は、試着者特有の動作の変え方および癖を抽出して２次関数化したものである。  動作応答曲面算出部１３Ａａが２次関数化した動作応答曲面を算出することによって、１次関数化した動作応答曲面を算出するよりも、複雑な動作をシミュレーションシステム１ａは予測することができる。  本実施形態では、動作応答曲面算出部１３Ａａが２次関数化した動作応答曲面を算出する場合について説明を続けるが、他の例では、動作応答曲面算出部１３Ａａが、３次以上の関数に関数化した動作応答曲面を算出してもよい。  着用者の動作が複雑になるほど、動作応答曲面算出部１３Ａａが算出する動作応答曲面の次数が高い方が好ましい。例えば、ゴルフスイングのグリップの動きは比較的スムーズなため１次関数化した動作応答曲面で対応可能である。しかし、ランニングなどの着地の衝撃が入る動作の場合は、動作応答曲面の次数が２次以上であることが好ましい。また、オーバーフィッティングを起こしにくくする観点からは、動作応答曲面の次数が４次以下であることが好ましい。
【００２７】  時間応答曲面算出部１３Ｂａは、着用者動作データ算出部１２が出力した着用者動作データを取得する。時間応答曲面算出部１３Ｂａは、取得した着用者動作データに基づいて、応答曲面法によって、時間応答曲面を算出する。  シミュレーション実行部１４ａは、動作応答曲面算出部１３Ａａによって算出された動作応答曲面と、時間応答曲面算出部１３Ｂａによって算出された時間応答曲面とに基づいて、撮影部Ａが撮像した義足とは異なる義足を着用したと仮定した場合に、着用したと仮定した義足の動作データと、着用者の動作データとを予測する。つまり、シミュレーション実行部１４ａは、実際には試着されない義足ブレード（仮想義足ブレード（詳細には、仮想スポーツ義足ブレード））を含む義足が着用者によって仮に試着された場合における仮想義足ブレードの動作データと、着用者の動作データとを予測する。  シミュレーション実行部１４ａは、身体動作解析部１４Ａａと、ＦＥＭ解析部１４Ｂａと、多目的最適化部１４Ｃａと、最適品設計部１４Ｄａとを備えている。
【００２８】  身体動作解析部１４Ａａは、動作応答曲面算出部１３Ａａが出力した動作応答曲面と、時間応答曲面算出部１３Ｂａが出力した時間応答曲面とを取得する。身体動作解析部１４Ａａは、取得した動作応答曲面と、時間応答曲面とに基づいて、着用者の動作の解析を行う。着用者の動作の解析の一例は、着用者の身体の各所にどの程度の負荷がかかっているかの解析である。身体動作解析部１４Ａａは、着用者の動作の解析結果を、多目的最適化部１４Ｃａへ出力する。  ＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）解析部１４Ｂａは、動作応答曲面算出部１３Ａａが出力した動作応答曲面と、時間応答曲面算出部１３Ｂａが出力した時間応答曲面とを取得する。ＦＥＭ解析部１４Ｂａは、取得した動作応答曲面と、時間応答曲面とに基づいて、試着品の動作のＦＥＭ解析を行う。ＦＥＭ解析の一例は、着用者が速く走るために義足がどのように機能しているかの解析である。ＦＥＭ解析部１４Ｂａは、ＦＥＭ解析の結果を、多目的最適化部１４Ｃａへ出力する。
【００２９】  多目的最適化部１４Ｃａは、身体動作解析部１４Ａａが出力した着用者の動作の解析結果と、ＦＥＭ解析部１４Ｂａが出力したＦＥＭ解析の結果とを取得する。多目的最適化部１４Ｃａは、取得した着用者の動作の解析結果と、ＦＥＭ解析の結果とに基づいて、所定の目的関数を最大化（最適化）するための解析を行う。目的関数の一例は、着用者の身体に過剰な負荷（身体負荷）がかからないようにする関数、着用者が速く走れるようにする関数などである。多目的最適化部１４Ｃａは、所定の目的関数を最大化（最適化）するための解析結果を、最適品設計部１４Ｄａへ出力する。  最適品設計部１４Ｄａは、多目的最適化部１４Ｃａが出力した所定の目的関数を最大化（最適化）するための解析結果を取得する。最適品設計部１４Ｄａは、取得した解析結果に基づいて、着用者にとって最適な義足（詳細には、スポーツ義足ブレード）を設計する。最適品設計部１４Ｄａは、着用者にとって最適な義足の設計の結果を、選定部１５へ出力する。具体的には、最適品設計部１４Ｄａは、前述した４つの項目に含まれる「義足ブレード剛性」と、「義足ブレード高さ寸法Ｌ２」と、「義足ブレード後方突出量Ｌ３」と、「義足ブレードつま先長さ寸法Ｌ４」との各々の値（値の範囲）を示す情報を、選定部１５へ出力する。
【００３０】  選定部１５は、最適品設計部１４Ｄａが出力した着用者にとって最適な義足の設計の結果を取得する。選定部１５は、取得した着用者にとって最適な義足の設計の結果に基づいて、着用者にとって最適な義足を選定する。具体的には、選定部１５は、最適品設計部１４Ｄａが出力した「義足ブレード剛性」と、「義足ブレード高さ寸法Ｌ２」と、「義足ブレード後方突出量Ｌ３」と、「義足ブレードつま先長さ寸法Ｌ４」との各々の値（値の範囲）を示す情報を取得し、取得した「義足ブレード剛性」と、「義足ブレード高さ寸法Ｌ２」と、「義足ブレード後方突出量Ｌ３」と、「義足ブレードつま先長さ寸法Ｌ４」との各々の値（値の範囲）に近い値をスペックに有する義足を、予め製造されている義足から選定する。選定部１５は、選定した義足を示す情報を出力する。
【００３１】  前述した実施形態の変形例では、シミュレーションシステム１ａが、身体動作解析部１４Ａａと、時間応答曲面算出部１３Ｂａとを備える場合について説明したが、この例に限られない。例えば、シミュレーションシステム１ａが、時間応答曲面算出部１３Ｂａを備えないようにしてもよい。この場合、身体動作解析部１４Ａａは、取得した動作応答曲面に基づいて、着用者の動作の解析を行う。また、ＦＥＭ解析部１４Ｂａは、取得した動作応答曲面に基づいて、試着品の動作のＦＥＭ解析を行う。シミュレーションシステム１ａが、時間応答曲面算出部１３Ｂａを備えることによって、身体動作解析部１４Ａａが実行する着用者の動作の解析の精度を向上できるとともに、ＦＥＭ解析部１４Ｂａが実行する試着品の動作のＦＥＭ解析の精度を向上できる。  前述した実施形態の変形例では、シミュレーションシステム１ａが、ＦＥＭ解析部１４Ｂａを備える場合について説明したが、この例に限られない。例えば、シミュレーションシステム１ａが、ＦＥＭ解析部１４Ｂａを備えないようにしてもよい。この場合、多目的最適化部１４Ｃａは、取得した着用者の動作の解析結果に基づいて、所定の目的関数を最大化（最適化）するための解析を行う。シミュレーションシステム１ａが、ＦＥＭ解析部１４Ｂａを備えることによって、多目的最適化部１４Ｃａが実行する所定の目的関数を最大化（最適化）するための解析の精度を向上できる。
【００３２】  本実施形態の設計システムの動作について説明する。  図５は、第１実施形態の義肢・装具あるいはその部品の設計システム１を用いた着用者に最適な義足ブレード（詳細には、スポーツ義足ブレード）の設計方法を説明するためのフローチャートである。ここでは、第１実施形態の設計システム１の動作について主に説明するが、本実施形態の変形例のシミュレーションシステム１ａの動作についても併せて説明する。  ステップＳ１０において、基準義足ブレード（詳細には、基準スポーツ義足ブレード）の設計が行われる。詳細には、基準義足ブレードとして、図３に示す９種類の試着用義足ブレード（詳細には、試着用スポーツ義足ブレード）＃１〜＃９の設計が行われる。  ステップＳ１０は、シミュレーションシステム１ａの動作にも適用できる。  次いで、ステップＳ２０では、撮影部Ａが、９種類の試着用義足ブレード＃１〜＃９および着用者の画像を撮影する。詳細には、撮影部Ａは、９種類の試着用義足ブレード＃１〜＃９のそれぞれを着用した着用者が短距離走の競技中のように走っている状態で、試着用義足ブレード＃１〜＃９および着用者の画像を撮影する。
【００３３】  図６は、図５のステップＳ２０において撮影された試着用義足ブレード（詳細には、試着用スポーツ義足ブレード）および着用者Ｃの画像の一例を示す図である。  図６に示す例では、着用者Ｃは、図２に示す義足Ｂと同様に構成された義足Ｂを着用しており、その義足Ｂには、９種類の試着用義足ブレード＃１〜＃９のうちの例えば試着用義足ブレード＃１が備えられている。  つまり、図６に示す例では、撮影部Ａは、義足ブレード（詳細には、スポーツ義足ブレード）Ｂ４として、例えば試着用義足ブレード＃１が備えられた（取り付けられた）義足Ｂを着用した着用者Ｃが全力で走っている状態の画像を撮影する。  ステップＳ２０は、シミュレーションシステム１ａの動作にも適用できる。
【００３４】  図５の説明に戻り、次いで、ステップＳ３０では、設計システム１が、着用者Ｃに最適な義足ブレード（詳細には、スポーツ義足ブレード）Ｂ４の設計を行う。  ステップＳ３０は、シミュレーションシステム１ａの動作にも適用できる。  以下、図７を参照して、ステップＳ３０で行われる設計システム１が、着用者Ｃに最適な義足ブレードＢ４の設計を行う処理の詳細について説明する。ここでは、第１実施形態の設計システム１の動作について主に説明するが、本実施形態の変形例のシミュレーションシステム１ａの動作についても併せて説明する。  図７は、図５のステップＳ３０において第１実施形態の義肢・装具あるいはその部品の設計システム１によって実行される処理の一例を説明するための図である。  ステップＳ３１において、試着品動作データ取得部１１Ａは、撮影部Ａが図５のステップＳ２０において撮影した画像データから得られる、義足ブレードＢ４に生じている挙動（動作）を示すデータ（試着品動作データ）を取得する。  詳細には、試着品動作データ取得部１１Ａは、試着用義足ブレード（詳細には、試着用スポーツ義足ブレード）＃１が備えられた義足Ｂを着用した着用者Ｃが全力で走っている状態の画像データから、試着用義足ブレード＃１に生じている挙動を示す試着品動作データを取得する。同様に、試着品動作データ取得部１１Ａは、試着用義足ブレード（詳細には、試着用スポーツ義足ブレード）＃２〜＃９が備えられた義足Ｂを着用した着用者Ｃが全力で走っている状態の画像データから、試着用義足ブレード＃２〜＃９に生じている挙動を示す試着品動作データを取得する。
【００３５】  シミュレーションシステム１ａの場合には、ステップＳ３１において、試着品計測データ取得部１１Ａａは、撮影部Ａが出力する画像データ（図５のステップＳ２０において撮影した画像データ）から、試着品計測データを取得する。  詳細には、試着品計測データ取得部１１Ａａは、試着用義足ブレード（詳細には、試着用スポーツ義足ブレード）＃１が取り付けられた義足Ｂを着用した着用者Ｃが走っている状態を撮像することによって得られた画像データから、試着品計測データを取得する。同様に、試着品計測データ取得部１１Ａａは、試着用義足ブレード（詳細には、試着用スポーツ義足ブレード）＃２〜＃９が取り付けられた義足Ｂを着用した着用者Ｃが走っている状態を撮像することによって得られた画像データから、試着品計測データを取得する。
【００３６】  次いで、ステップＳ３２では、着用者動作データ取得部１１Ｂは、撮影部Ａが図５のステップＳ２０において撮影した画像データから得られる、全力で走っている着用者Ｃの動作を示すデータ（着用者動作データ）を取得する。  詳細には、着用者動作データ取得部１１Ｂは、試着用義足ブレード＃１が備えられた義足Ｂを着用した着用者Ｃが全力で走っている状態の画像データから、全力で走っている着用者Ｃの動作を示す着用者動作データを取得する。同様に、着用者動作データ取得部１１Ｂは、試着用義足ブレード＃２〜＃９が備えられた義足Ｂを着用した着用者Ｃが全力で走っている状態の画像データから、全力で走っている着用者Ｃの動作を示す着用者動作データを取得する。
【００３７】  シミュレーションシステム１ａの場合には、ステップＳ３２において、着用者計測データ取得部１１Ｂａは、撮影部Ａが出力する画像データ（図５のステップＳ２０において撮影した画像データ）から、着用者計測データを取得する。  詳細には、着用者計測データ取得部１１Ｂａは、試着用義足ブレード＃１が取り付けられた義足Ｂを着用した着用者Ｃが走っている状態を撮像することによって得られた画像データから、着用者計測データを取得する。同様に、着用者計測データ取得部１１Ｂａは、試着用義足ブレード＃２〜＃９が取り付けられた義足Ｂを着用した着用者Ｃが走っている状態を撮像することによって得られた画像データから、着用者計測データを取得する。
【００３８】  ここで、設計システム１における試着品動作データと着用者動作データとを取得する方法の一例について説明する。試着品動作データと着用者動作データとは、撮影対象である試着者の全身に貼付した反射マーカの位置（座標）を計測することによって取得される。  ・計測手法  動作データは撮影対象の全身に貼付した反射マーカより取得される。これはカメラが発光する赤外線を、再帰性反射材が塗付されたマーカが反射し、各マーカの三次元空間座標をコンピュータ上に取り込むことによって行われる。つまり、試着品動作データ、着用者動作データなどの動作データは、撮影対象である試着者に貼付した反射マーカが、複数の撮像部Ａの各々が発光する赤外線を反射することによって得られる反射光に基づいて、その反射マーカの三次元空間座標を計測することによって得られる。２台以上のカメラによって取得された各反射マーカの三次元空間座標から、任意に定義された（試着者の）身体全体および各セグメント・各関節における並進・および回転の速度、加速度、移動距離、角度などの物理的特徴量を算出する。また、地面に埋没させた複数枚のフォースプレートを使用し、前後・左右・鉛直の３方向の地面反力と各軸回りのモーメントを計測する。上述した三次元空間座標と地面反力データに逆動力学計算を適用することによって、任意に定義された身体全体および各セグメント・各関節における並進・および回転の力およびモーメントを算出する。シミュレーションシステム１ａの場合にも、この計測手法を適用できる。
【００３９】  図８は図７のステップＳ３１において試着品動作データを取得するため、および、図７のステップＳ３２において着用者動作データを取得するために、図６に示す画像を変換することによって得られた動作解析用画像の一例を示す図である。  図８に示す例では、図６に示す例の試着用義足ブレード（詳細には、試着用スポーツ義足ブレード）＃１が、２４個の点によって表現されている。図８に示すような動作解析用画像を単位時間経過毎に作成して解析することにより、２４個の点に相当する位置にかかる加速度を算出することができる。その結果、試着用義足ブレード＃１が備えられた義足Ｂを着用した着用者Ｃの全力走行中における試着用義足ブレード＃１の挙動（動作）を算出することができる。  また、図８に示す例では、着用者Ｃが設計システム１のコンピュータ上で再現されている。詳細には、例えば、図６に示す例の着用者Ｃの右手から指先までの部分が、４個の点によって表現されている。図８に示すような動作解析用画像を単位時間経過毎に作成して解析することにより、着用者Ｃの右手から指先までの部分にかかる加速度を算出することができる。同様に、着用者Ｃの全身の各部位にかかる加速度を算出することができる。その結果、試着用義足ブレード＃１が備えられた義足Ｂを着用した着用者Ｃの全力走行中に、着用者Ｃの全身の各部位にかかる身体負荷を算出することができる。  シミュレーションシステム１ａが、試着品計測データと、着用者計測データとを取得する場合にも、この動作解析用画像を使用できる。
【００４０】  ここで、ランニングデータについて説明する。ランニングデータとは、反射マーカの三次元空間座標に基づく、動作データの計測結果であり、試着品動作データと、着用者動作データとに対応する。ランニングデータは、式（２）で表される。
【００４１】
【数２】
2019160135.tif 000004
【００４２】  式（２）に関して説明する。計測されたランニングデータをｆ１〜ｆｍ（ｍは、ｍ＞１の整数）で表す。ｍは、試着品動作データと、着用者動作データとの各々の数であり、ここでは、ブレードの数に対応する。本実施形態では、計測されたランニングデータをｆ１〜ｆ９で表現する。また、時間ｔはｔ＝｛ｔ１，…，ｔｎ｝に離散化する。なお、本実施形態では９本のブレードで試走したため、ランニングデータはｆ１〜ｆ９までだが、その数値はブレードの試走本数によって変わる。さらに、ｆｊ（ｔｉ）は、ｊ番目の義足ブレード（詳細には、スポーツ義足ブレード）を着用した着用者のランニングデータである。具体的には、ｆｊ（ｔｉ）は、着用者の身体に取り付けた各マーカの位置座標｛ｒｘ，ｒｙ，ｒｚ｝を示す。  ９本の義足ブレードのそれぞれの４つのスペック（設計変数）を｛ｗｉ，ｘｊ，ｙｊ，ｚｊ｝（ｊ＝１…９）で表した場合、式（２）の関係が得られる。そして、各ｔｉに対して、式（２）を解いていく。
【００４３】  ここで、４つのスペック（設計変数）を表すｗ，ｘ，ｙ，ｚは、それぞれ設計変数であり、ｗは第１のスペック（スポーツ義足ブレード剛性）であり、ｘは第２のスペック（スポーツ義足ブレード高さ寸法）であり、ｙは第３のスペック（スポーツ義足ブレード後方突出量）であり、ｚは第４のスペック（スポーツ義足ブレードつま先長さ寸法）である。また、式（２）において、ｗ１〜ｗｎ、ｘ１〜ｘｎ、ｙ１〜ｙｎ、ｚ１〜ｚｎにおける１〜ｎの番号は各ブレードの番号に対応する。  式（２）を解くことにより、式（３）が得られる。
【００４４】
【数３】
2019160135.tif 000005
【００４５】  式（３）において、ａ１〜ａ１５は、応答曲面の係数である。  式（２）には、一般には厳密な解は存在しない。そこで、式（２）を解くために、一般化逆行列Ａ＋（ムーア・ペンローズ逆行列、擬似逆行列とも言う）が用いられる。これは、厳密な解が存在しない場合に近似解を求める手法である。すなわち、近似解と厳密解との誤差を最小とする解を求める手法である。一般的な数学的手法であるため、詳細は省略する。なお、ここでは、式（２）を解くために、ＭａｔｈＷｏｒｋｓ社製数値計算ソフト「ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）」が用いた。  係数ａ１〜ａ１５は、試走者（試着者）の技量とランニングの癖に相当する値である。つまり、この処理によって、ｗ、ｘ、ｙ、ｚを実際には計測していないスペックに変更したとしても、式（４）に示すように関数ｆで表されるランニングデータが求められることになる。換言すると、式（４）によって任意の｛ｗ，ｘ，ｙ，ｚ｝に対する各マーカの身体位置座標｛ｒｘ，ｒｙ，ｒｚ｝データの近似値として下記が得られる。計測していない任意のブレードによるランニングデータは式（４）で示すように表わされる。式（４）が応答曲面である。
【００４６】
【数４】
2019160135.tif 000006
【００４７】  式（２）から式（４）により、動作応答局面と、時間応答局面とを算出できる。  前述したランニングデータは、試着品計測データと、着用者計測データとにも対応する。また、式（２）から式（４）は、シミュレーションシステム１ａにも適用できる。
【００４８】  図７の説明に戻り、次いで、ステップＳ３３では、動作応答曲面算出部１３Ａが、ステップＳ３１において取得された試着品動作データと、ステップＳ３２において取得された着用者動作データとに基づき、応答曲面法によって、試着者Ｃの特有の動作の変え方および癖を抽出して２次関数化した動作応答曲面を算出する。ここでは、前述した式（２）から式（５）によって、動作応答局面が算出された場合について説明を続ける。  ステップＳ３３は、シミュレーションシステム１ａの動作応答曲面算出部１３Ａａが、動作応答曲面を算出する場合にも適用できる。
【００４９】  次いで、ステップＳ３４では、時間応答曲面算出部１３Ｂが、ステップＳ３１において取得された試着品動作データと、ステップＳ３２において取得された着用者動作データとに基づき、応答曲面法によって時間応答曲面を算出する。時間応答曲面は、式（５）から式（７）によって算出することができる。式（５）は、ランニングデータである。
【００５０】
【数５】
2019160135.tif 000007
【００５１】  式（５）において、ｇ１〜ｇｍ（ｍは、ｍ＞１の整数）は、計測されたランニングデータである。ｍは、試着品動作データと、着用者動作データとの各々の数であり、ここでは、ブレードの数に対応する。本実施形態では、計測されたランニングデータをｇ１〜ｇ９で表現する。また、時間ｔはｔ＝｛ｔ１，…，ｔｎ｝に離散化する。なお、本実施形態では９本のブレードで試走したため、ランニングデータはｇ１〜ｇ９までだが、その数値はブレードの試走本数によって変わる。さらに、ｇｊ（ｔｉ）は、ｊ番目の義足ブレード（詳細には、スポーツ義足ブレード）を着用した着用者のランニングデータである。具体的には、ｇｊ（ｔｉ）は、着用者の身体に取り付けた各マーカの位置座標｛ｒｘ，ｒｙ，ｒｚ｝を示す。  ９本の義足ブレードのそれぞれの４つのスペック（設計変数）を｛ｗｉ，ｘｊ，ｙｊ，ｚｊ｝（ｊ＝１…９）で表した場合、式（２）の関係が得られる。そして、各ｔｉに対して、式（５）を解いていく。
【００５２】  ここで、４つのスペック（設計変数）を表すｗ，ｘ，ｙ，ｚは、それぞれ設計変数であり、ｗは第１のスペック（スポーツ義足ブレード剛性）であり、ｘは第２のスペック（スポーツ義足ブレード高さ寸法）であり、ｙは第３のスペック（スポーツ義足ブレード後方突出量）であり、ｚは第４のスペック（スポーツ義足ブレードつま先長さ寸法）である。また、式（５）において、ｗ１〜ｗｎ、ｘ１〜ｘｎ、ｙ１〜ｙｎ、ｚ１〜ｚｎにおける１〜ｎの番号は各ブレードの番号に対応する。  式（２）を解くことにより、式（６）が得られる。
【００５３】
【数６】
2019160135.tif 000008
【００５４】  式（６）において、ｂ１〜ｂ１５は、応答曲面の係数である。  式（５）には、一般には厳密な解は存在しない。そこで、式（５）を解くために、一般化逆行列Ｂ＋（ムーア・ペンローズ逆行列、擬似逆行列とも言う）が用いられる。これは、厳密な解が存在しない場合に近似解を求める手法である。すなわち、近似解と厳密解の誤差を最小とする解を求める手法である。一般的な数学的手法であるため、詳細は省略する。なお、ここでは、式（５）を解くために、ＭａｔｈＷｏｒｋｓ社製数値計算ソフト「ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）」が用いた。
【００５５】  係数ｂ１〜ｂ１５は、試走者（試着者）の技量とランニングの癖に相当する値である。つまり、この処理によって、ｗ、ｘ、ｙ、ｚを実際には計測していないスペックに変更したとしても、式（７）に示すように関数ｇで表されるランニングデータが求められることになる。換言すると、式（７）によって任意の｛ｗ，ｘ，ｙ，ｚ｝に対する各マーカの身体位置座標｛ｒｘ，ｒｙ，ｒｚ｝データの近似値として下記が得られる。計測していない任意のブレードによるランニングデータは式（７）で示すように表わされる。式（７）が応答曲面である。
【００５６】
【数７】
2019160135.tif 000009
【００５７】  式（５）から式（７）により、時間応答局面を算出できる。  前述したランニングデータは、試着品計測データと、着用者計測データとにも対応する。また、式（５）から式（７）は、シミュレーションシステム１ａにも適用できる。  式（５）におけるｇ１〜ｇ９は、各試着用義足ブレード（詳細には、試着用スポーツ義足ブレード）が備えられた義足の動作時間である。そして、式（６）で求められた係数ｂ１〜ｂ１５が着用者の動作時間に相当する値である。  次に、式（７）に基づき、ｇ１（ｗ，ｘ，ｙ，ｚ）が算出される。  ステップＳ３４は、シミュレーションシステム１ａの動作応答曲面算出部１３Ａａが、時間応答曲面を算出する場合にも適用できる。
【００５８】  次いで、ステップＳ３５では、シミュレーション実行部１４が、ステップＳ３３において算出された動作応答曲面と、ステップＳ３４において算出された時間応答曲面とに基づき、実際には試着されない義足ブレード（仮想義足ブレード（詳細には、仮想スポーツ義足ブレード））（つまり、８１種類の異なるスペックを有する義足ブレード（詳細には、スポーツ義足ブレード）のうちの、試着用義足ブレード＃１〜＃９を除く義足ブレード）を含む義足Ｂが着用者Ｃによって仮に試着された場合における仮想義足ブレードの動作データと、着用者の動作データとを予測する。詳細には、シミュレーション実行部１４は、ベーシスベクトル法を用いることによって、試着用義足ブレード＃１〜＃９のそれぞれのスペックとは異なるスペックを有する仮想義足ブレードを生成する。具体的には、シミュレーション実行部１４は、義足ブレードの形状を、あるパターンに基づいて随時変えながら、シミュレーションを行う。  図７に示す例では、シミュレーション実行部１４がベーシスベクトル法を用いるが、他の例では、シミュレーション実行部１４がベーシスベクトル法以外の手法を用いてもよい。  ベーシスベクトル法とは、オリジナル形状に対して設計者が考えられる基本形状候補（ベーシスベクトル）をベースとして、それらの組み合わせにより最適形状を求める手法である。各ベーシスベクトルはそれぞれ重み係数を持ち、重み係数を掛けることによりベーシスベクトルは形状変化する。本実施例では、スポーツ義足ブレード高さ寸法と、スポーツ義足ブレード後方突出量と、スポーツ義足ブレードつま先長さ寸法とがベーシスベクトルに相当し、スポーツ義足ブレード高さ寸法と、スポーツ義足ブレード後方突出量と、スポーツ義足ブレードつま先長さ寸法とを順次変化させながらシミュレーションを実行する。ゴルフシャフトは単なる棒で形状が変わらないが、義足は、形状のバリエーションが様々である。ベーシスベクトル法を使用することによって、それぞれの部分について、どう変えるかを指定できる。この際、シミュレーションで用いる各有限要素にも同様の重みでのベーシスベクトルを用いて要素を変形させることで、再度メッシュを切ることなくシミュレーションを実行できる。  ステップＳ３５は、シミュレーションシステム１ａのシミュレーション実行部１４ａが、仮想義足ブレードの動作データと、着用者の動作データとを予測する場合にも適用できる。  ステップＳ３５の後、シミュレーションシステム１ａでは、シミュレーション実行部１４ａは、仮想義足ブレードの動作データの予測結果と、着用者の動作データの予測結果とを、選定部１５へ出力する。選定部１５は、シミュレーション実行部１４ａが出力した仮想義足ブレードの動作データの予測結果と、着用者の動作データの予測結果とを取得し、取得した仮想義足ブレードの動作データの予測結果と、着用者の動作データの予測結果とに基づいて、義足ブレード選定する。例えば、選定部１５は、仮想義足ブレードの動作データの予測結果と、着用者の動作データの予測結果とに基づいて、前述した４つの項目（パラメータ）に近いスペックを有する義足ブレードを選定する。例えば、選定部１５は、４つの項目（パラメー��）の平均値などの統計量に基づいて、義足ブレードを選定してもよい。このように構成することによって、主観によらず、客観的に義足ブレードを選定できる。
【００５９】  図９を参照して、ステップＳ３５の詳細について説明する。  図９は図７のステップＳ３５において第１実施形態の義肢・装具あるいはその部品の設計システム１によって実行される処理の一例を説明するための図である。  ステップＳ３５Ａにおいて、身体動作解析部１４Ａが、ステップＳ３２において取得された着用者動作データに基づいて、ステップＳ３３において算出された動作応答曲面と、ステップＳ３４において時間応答曲面とを利用することにより、着用者Ｃの動作の解析（例えば、着用者の身体の各所にどの程度の身体負荷がかかっているかの解析）を行う。  次いで、ステップＳ３５Ｂでは、ＦＥＭ解析部１４Ｂが、ステップＳ３１において取得された試着品動作データに基づいて、ステップＳ３３において算出された動作応答曲面と、ステップＳ３４において算出された時間応答曲面とを利用することにより、試着品（上述した８１種類の異なるスペックを有する義足ブレード（詳細には、スポーツ義足ブレード）を含む義足Ｂ）の動作のＦＥＭ解析（例えば、着用者Ｃが速く走るために義足Ｂがどのように機能しているかの解析）を行う。このＦＥＭ解析は、例えば、市販の有限要素法ソフトウェアを用いることによって実行できる動的有限要素法による解析などである。
【００６０】  次いで、ステップＳ３５Ｃでは、多目的最適化部１４Ｃが、所定の目的関数（例えば、着用者Ｃの身体に過剰な身体負荷がかからないようにする関数、着用者Ｃが速く走れるようにする関数など）を最大化するための解析を行う。詳細には、多目的最適化部１４Ｃは、シミュレーションを繰り返し実行することによって、上述した所定の目的関数を最大化する。  次いで、ステップＳ３５Ｄでは、最適品設計部１４Ｄが、多目的最適化部１４Ｃにおける解析結果に基づいて、上述した上述した８１種類の異なるスペックを有する義足ブレードの中から、着用者Ｃにとって最適な義足ブレードＢ４を設計（選定）する。つまり、着用者Ｃにとって最適な義足ブレードＢ４が、上述した試着用義足ブレード（詳細には、試着用スポーツ義足ブレード）＃１〜＃９以外の義足ブレードＢ４になることもあり得る。  ステップＳ３５ＡからステップＳ３５Ｄは、シミュレーションシステム１ａのシミュレーション実行部１４ａが行う処理に適用できる。
【００６１】  本実施形態の変形例のシミュレーションシステム１ａを使用してシミュレーションを行った結果について説明する。シミュレーションシステム１ａを使用して、義足用ブレードを設計した。  図１０は、義足用の板バネの一例を示す図である。図１０には、義足用の板バネ１００が示される。図１１は、義足用の板バネの部分拡大図である。図１１には、図１０に示される範囲Ｅに含まれる義足用の板バネの拡大図が示される。図１０と、図１１とにおいて、義足用の板バネ１００が使用されるときの鉛直下向き方向を垂直方向とし、その垂直方向に直交する方向を水平方向とする。  義足用の板バネ１００において、接続部品を介して身体（着用者）側に装着される身体側端部の厚み方向の直線部を直線部Ａとし、地面に設置される側の地面側端部を地面側端部Ｂとし、厚み方向の直線部Ａから垂線を下した時に板バネ本体と交差する部分を交差部Ｃとし、義足用の板バネ１００を含む義足ブレードを身体へ装着した際に最も背面側に位置する部分を背面部Ｄとする。  さらに、義足用の板バネ１００において、直線部Ａと地面側端部Ｂとの間の垂直成分の距離を直線部垂直成分距離Ｈとし、地面側端部Ｂと交差部Ｃとの間の水平成分距離の距離を交差部水平成分距離Ｌｔとし、交差部Ｃと背面部Ｄとの間の水平成分距離を背面部水平成分距離Ｌｈとする。  また、直線部Ａに直交する厚み方向の直線部を直線部Ｔとする。  図１２は、義足用の板バネの撓み量を示す図である。図１２には、地面側端部Ｂを固定し、直線部Ａから背面部Ｄへ向かう方向に沿って、５０ｍｍの位置Ｐに垂直方向に１０００Ｎの荷重をかけた場合について示す。位置Ｐに垂直方向に１０００Ｎの荷重をかけることによって、義足用の板バネ１００が垂直方向に撓む。義足用の板バネ１００が撓む前の直線部垂直成分距離Ｈと、義足用の板バネ１００ａが撓んだ後の直線部垂直成分距離Ｈａとの距離の差を撓み量Ｓとする。
【００６２】  義足用の板バネ１００を含む義足ブレードを装着する使用者が走る場合に、その速度を最大とするには、義足用の板バネ１００が、以下の（１）から（４）を満たすことが好ましいという結果が得られた。  （１）  ２３５ｍｍ≦Ｈ≦２８５ｍｍ  （２）  −１０ｍｍ≦Ｌｔ≦３０ｍｍ  （３）  ２２０ｍｍ≦Ｌｈ≦２８０ｍｍ  （４）  ３５ｍｍ≦Ｓ≦４５ｍｍ  なお、Ｈが小さすぎる場合には装着者には硬く感じられ、義足側の腰部を痛める可能性がある。Ｈが大きすぎる場合には、たわみ方向の安定感が得られない。そのため、好ましくは２４５ｍｍ≦Ｈ≦２７５ｍｍ、より好ましくは２５０ｍｍ≦Ｈ≦２７０ｍｍである。  また、Ｌｔが小さすぎる場合には、いわゆる「膝折れ」のリスクが増大する。膝折れとは、義足の膝関節部が曲がる方向へモーメントが働くことである。膝折れが発生すると装着者は転倒を免れない。Ｌｔが大きすぎる場合には、前傾姿勢を取ることが難しくなり、走速度を高めることが困難となる。また、義足ブレードのつま先が地面に触れる可能性が高くなり、こちらもつまずいて転倒するリスクが増大する。そのため、好ましくは０ｍｍ≦Ｌｔ≦２０ｍｍ、より好ましくは５ｍｍ≦Ｌｔ≦１５ｍｍである。  また、Ｌｈが小さすぎる場合には、ブレードの反発方向が上向きに近づくため、走速度の増大が困難となる。Ｌｈが大きすぎる場合には、ランニング時にかかと部が臀部に当たってしまう。そのため、好ましくは２３０ｍｍ≦Ｌｈ≦２７０ｍｍ、より好ましくは２４０ｍｍ≦Ｌｈ≦２６０ｍｍである。  また、Ｓは小さすぎる場合には、装着者にとって硬く感じられ、装用感として悪いものとなる。Ｓが大きすぎる場合には、たわみ戻りのタイミングが遅れることとなり、走速度を高めることが困難になる。そのため、好ましくは３７ｍｍ≦Ｓ≦４３ｍｍ、より好ましくは３９ｍｍ≦Ｓ≦４１ｍｍである。ただし、Ｓは装着者の筋力や体重にも依存するため、一概には言えない。  また、義足用の板バネ１００を含む義足ブレードを装着する使用者の踏込力最大とするには、義足用の板バネ１００が、以下の（１ａ）から（４ａ）を満たすことが好ましいという結果が得られた。  （１ａ）  １８５ｍｍ≦Ｈ≦２３５ｍｍ  （２ａ）  −１０ｍｍ≦Ｌｔ≦３０ｍｍ  （３ａ）  １４０ｍｍ≦Ｌｈ≦２００ｍｍ  （４ａ）  ３５ｍｍ≦Ｓ≦４５ｍｍ  また、義足用の板バネ１００を含む義足ブレードを装着する使用者が初心者である場合には、義足用の板バネ１００が、以下の（１ｂ）から（４ｂ）を満たすことが好ましいという結果が得られた。義足ブレードを装着する使用者が初心者である場合には、膝折れモーメントを最小化する。一般に、義足ユーザにとって膝折れが転倒の最大のリスクとなる。そのため、膝折れモーメントを最小化した義足は、転倒リスクを最小限にするため、一般義足ユーザに好適とされる。この場合には、義足用の板バネ１００の剛性が５５〜７５ｍｍ、高さが１８５〜２３５ｍｍ、つま先長さが５０〜９０ｍｍ、かかと長さが２２０〜２８０ｍｍを満たすことが好ましいという結果が得られた。  （１ｂ）  １８５ｍｍ≦Ｈ≦２３５ｍｍ  （２ｂ）  ５０ｍｍ≦Ｌｔ≦９０ｍｍ  （３ｂ）  ２２０ｍｍ≦Ｌｈ≦２８０ｍｍ  （４ｂ）  ５５ｍｍ≦Ｓ≦７５ｍｍ
【００６３】＜第１実施形態のまとめ＞  第１実施形態の義肢・装具あるいはその部品の設計システム１では、上述したように、スペックの異なる複数の試着用義肢・装具あるいはその部品の着用時における複数の試着用義肢・装具あるいはその部品の動作データである試着品動作データと、複数の試着用義肢・装具あるいはその部品の着用者の動作データである着用者動作データとを取得する動作データ取得部１１と、動作データ取得部１１により取得された試着品動作データと着用者動作データとに基づき、応答曲面法によって動作応答曲面を算出する動作応答曲面算出部１３Ａと、動作データ取得部１１により取得された試着品動作データと着用者動作データとに基づき、応答曲面法によって時間応答曲面を算出する時間応答曲面算出部１３Ｂと、動作応答曲面と時間応答曲面とに基づき、実際には試着されない仮想義肢・装具あるいその部品が着用者によって仮に試着された場合における仮想義肢・装具あるいその部品の動作データと、着用者の動作データとを予測するシミュレーション実行部１４とが備えられている。  そのため、第１実施形態の義肢・装具あるいはその部品の設計システム１によれば、着用者の安全性を担保しつつ、着用者に適した義肢・装具あるいはその部品として、実際には試着されない義肢・装具あるいその部品も選定することができる。
【００６４】＜第１実施形態の変形例のまとめ＞  第１実施形態の変形例のシミュレーションシステム１ａは、異なる複数の試着用義肢又は試着用装具の計測データである試着品計測データと、複数の試着用義肢又は試着用装具の着用者の計測データである着用者計測データとを取得する計測データ取得部１１ａと、着用者計測データと、着用者計測データとに基づいて、着用者に生じている力を示すデータである着用者動作データを、逆動力学解析によって算出する着用者動作データ算出部１２と、着用者動作データに基づいて、動作応答曲面を、応答曲面法によって算出する動作応答曲面算出部１３Ａａと、動作応答曲面に基づいて、着用者が複数の試着用義肢又は前記試着用装具とは異なる義肢又は装具を着用したと仮定した場合に、義肢又は装具の動作データと、着用者の動作データとを予測するシミュレーション実行部１４ａとを備えている。  動作応答曲面に基づいて、着用者が複数の試着用義肢又は試着用装具とは異なる義肢又は装具を着用したと仮定した場合に、義肢又は装具の動作データと、着用者の動作データとを予測するため、第１実施形態の変形例のシミュレーションシステム１ａは、着用者に適した義肢又は装具を予測できる。
【００６５】＜第２実施形態＞  以下、本発明の義肢・装具あるいはその部品の設計システム、義肢・装具あるいはその部品の設計方法およびプログラムの第２実施形態について、添付図面を参照して説明する。  第２実施形態の義肢・装具あるいはその部品の設計システム１は、後述する点を除き、上述した第１実施形態の義肢・装具あるいはその部品の設計システム１と同様に構成されている。従って、第２実施形態の義肢・装具あるいはその部品の設計システム１によれば、後述する点を除き、上述した第１実施形態の義肢・装具あるいはその部品の設計システム１と同様の効果を奏することができる。
【００６６】  上述したように、第１実施形態の義肢・装具あるいはその部品の設計システム１は義足ブレード（詳細には、スポーツ義足ブレード）の設計を行うが、第２実施形態の義肢・装具あるいはその部品の設計システム１は義足ブレード以外の義肢（義足または義手）・装具（機能に障害のある体幹・四肢に装着する器具）あるいはその部品の設計を行う。  詳細には、第２実施形態の義肢・装具あるいはその部品の設計システム１は、第１実施形態の義肢・装具あるいはその部品の設計システム１と同様の手法によって（つまり、仮想義肢・仮想装具などを生成することによって）、例えば、義肢、手関節装具、肩関節装具、頚椎装具、胸椎装具、腰椎装具、仙腸装具、股関節装具、膝関節装具、短下肢装具およびそれらの部品のいずれかの設計を行う。
【００６７】  以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。上述した各実施形態に記載の構成を組み合わせてもよい。例えば、第２の実施形態と、第１実施形態の変形例とが組み合わされてもよい。
【００６８】  なお、義肢・装具あるいはその部品の設計システム１の各機能、シミュレーションシステム１ａの各機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより上述の各部の処理を行ってもよい。ここで、「記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行する」とは、コンピュータシステムにプログラムをインストールすることを含む。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、インターネットやＷＡＮ、ＬＡＮ、専用回線等の通信回線を含むネットワークを介して接続された複数のコンピュータ装置を含んでもよい。  また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。このように、プログラムを記憶した記録媒体は、ＣＤ−ＲＯＭ等の非一過性の記録媒体であってもよい。また、記録媒体には、当該プログラムを配信するために配信サーバからアクセス可能な内部または外部に設けられた記録媒体も含まれる。配信サーバの記録媒体に記憶されるプログラムのコードは、端末装置で実行可能な形式のプログラムのコードと異なるものでもよい。すなわち、配信サーバからダウンロードされて端末装置で実行可能な形でインストールができるものであれば、配信サーバで記憶される形式は問わない。
【００６９】  なお、プログラムを複数に分割し、それぞれ異なるタイミングでダウンロードした後に端末装置で合体される構成や、分割されたプログラムのそれぞれを配信する配信サーバが異なっていてもよい。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、ネットワークを介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【００７０】  また、上述した機能の一部または全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現してもよい。上述した各機能は個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。
【００７１】  なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。  （付記１）スペックの異なる複数の試着用義肢・装具あるいはその部品の着用時における前記複数の試着用義肢・装具あるいはその部品の動作データである試着品動作データと、前記複数の試着用義肢・装具あるいはその部品の着用者の動作データである着用者動作データとを取得する動作データ取得部と、  前記動作データ取得部により取得された前記試着品動作データと前記着用者動作データとに基づき、応答曲面法によって動作応答曲面を算出する動作応答曲面算出部と、  前記動作データ取得部により取得された前記試着品動作データと前記着用者動作データとに基づき、応答曲面法によって時間応答曲面を算出する時間応答曲面算出部と、  前記動作応答曲面と前記時間応答曲面とに基づき、実際には試着されない仮想義肢・装具あるいその部品が前記着用者によって仮に試着された場合における前記仮想義肢・装具あるいその部品の動作データと、前記着用者の動作データとを予測するシミュレーション実行部と  を有する義肢・装具あるいはその部品の設計システム。  （付記２）前記動作応答曲面算出部が算出する前記動作応答曲面は、２次以上の関数に関数化されている、  付記１に記載の義肢・装具あるいはその部品の設計システム。  （付記３）前記複数の試着用義肢・装具あるいはその部品は、複数の試着用スポーツ義足ブレードであり、  前記複数の試着用スポーツ義足ブレードが有するスペックの項目には、少なくともスポーツ義足ブレード高さ寸法、スポーツ義足ブレード後方突出量およびスポーツ義足ブレードつま先長さ寸法のいずれかが含まれる、  付記１または付記２に記載の義肢・装具あるいはその部品の設計システム。  （付記４）前記シミュレーション実行部は、ベーシスベクトル法を用いることによって、前記複数の試着用スポーツ義足ブレードのそれぞれのスペックとは異なるスペックを有する仮想スポーツ義足ブレードを生成する、  付記３に記載の義肢・装具あるいはその部品の設計システム。  （付記５）前記複数の試着用スポーツ義足は、  前記スポーツ義足ブレード高さ寸法と、前記スポーツ義足ブレード後方突出量と、前記スポーツ義足ブレードつま先長さ寸法とを含む４つの項目のそれぞれが３つの水準を有することにより得られる８１種類のスペックから、実験計画法におけるＬ９型直交表に基づいて選定された９種類のスペックを有する、  付記３または付記４に記載の義肢・装具あるいはその部品の設計システム。  （付記６）前記４つの項目は、スポーツ義足ブレード剛性、前記スポーツ義足ブレード高さ寸法、前記スポーツ義足ブレード後方突出量、および、前記スポーツ義足ブレードつま先長さ寸法である、  付記５に記載の義肢・装具あるいはその部品の設計システム。  （付記７）前記シミュレーション実行部は、シミュレーションを繰り返し実行することによって、所定の目的関数を最大化する、  付記１から付記６のいずれか一項に記載の義肢・装具あるいはその部品の設計システム。  （付記８）前記目的関数は、少なくとも前記着用者の身体負荷を含む、  付記７に記載の義肢・装具あるいはその部品の設計システム。  （付記９）スペックの異なる複数の試着用義肢・装具あるいは��の部品の着用時における前記複数の試着用義肢・装具あるいはその部品の動作データである試着品動作データと、前記複数の試着用義肢・装具あるいはその部品の着用者の動作データである着用者動作データとを取得する動作データ取得ステップと、  前記動作データ取得ステップにおいて取得された前記試着品動作データと前記着用者動作データとに基づき、応答曲面法によって動作応答曲面を算出する動作応答曲面算出ステップと、  前記動作データ取得ステップにおいて取得された前記試着品動作データと前記着用者動作データとに基づき、応答曲面法によって時間応答曲面を算出する時間応答曲面算出ステップと、  前記動作応答曲面と前記時間応答曲面とに基づき、実際には試着されない仮想義肢・装具あるいその部品が前記着用者によって仮に試着された場合における前記仮想義肢・装具あるいその部品の動作データと、前記着用者の動作データとを予測するシミュレーション実行ステップと  を有する義肢・装具あるいはその部品の設計方法。  （付記１０）コンピュータに、  スペックの異なる複数の試着用義肢・装具あるいはその部品の着用時における前記複数の試着用義肢・装具あるいはその部品の動作データである試着品動作データと、前記複数の試着用義肢・装具あるいはその部品の着用者の動作データである着用者動作データとを取得する動作データ取得ステップと、  前記動作データ取得ステップにおいて取得された前記試着品動作データと前記着用者動作データとに基づき、応答曲面法によって動作応答曲面を算出する動作応答曲面算出ステップと、  前記動作データ取得ステップにおいて取得された前記試着品動作データと前記着用者動作データとに基づき、応答曲面法によって時間応答曲面を算出する時間応答曲面算出ステップと、  前記動作応答曲面と前記時間応答曲面とに基づき、実際には試着されない仮想義肢・装具あるいその部品が前記着用者によって仮に試着された場合における前記仮想義肢・装具あるいその部品の動作データと、前記着用者の動作データとを予測するシミュレーション実行ステップと  を実行させるためのプログラム。
【符号の説明】
【００７２】１…設計システム、１１…動作データ取得部、１１Ａ…試着品動作データ取得部、１１Ｂ…着用者動作データ取得部、１３Ａ…動作応答曲面算出部、１３Ｂ…時間応答曲面算出部、１４…シミュレーション実行部、１４Ａ…身体動作解析部、１４Ｂ…ＦＥＭ解析部、１４Ｃ…多目的最適化部、１４Ｄ…最適品設計部、Ａ…撮影部、Ｂ…義足、Ｂ１…義足ソケット、Ｂ２…義足ジョイント、Ｂ３…義足接続部、Ｂ４…義足ブレード、Ｂ５…義足接続部、Ｂ５Ｘ…中心軸線、Ｃ…着用者、Ｌ２…義足ブレード高さ寸法、Ｌ３…義足ブレード後方突出量、Ｌ４…義足ブレードつま先長さ寸法、１ａ…シミュレーションシステム、１１ａ…計測データ取得部、１１Ａａ…試着品計測データ取得部、１１Ｂａ…着用者計測データ取得部、１２…着用者動作データ算出部、１３Ａａ…動作応答曲面算出部、１３Ｂａ…時間応答曲面算出部、１４ａ…シミュレーション実行部、１４Ａａ…身体動作解析部、１４Ｂａ…ＦＥＭ解析部、１４Ｃａ…多目的最適化部、１４Ｄａ…最適品設計部、１５…選定部
【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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【国際調査報告】
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