動作指示装置、動作指示システム、動作指示方法、及びプログラム
【課題】ディスプレイ若しくはスピーカを用いた一般的な動作指示に代えて、又はこれらの動作指示と組み合わせて用いることによって、動作指示の正確な伝達に寄与することが可能な新たな動作指示技術を提供する。
【解決手段】複数の出力素子１１は、対象者の身体部位９０に装着して使用され、対象者が知覚可能な信号を出力する。誘導制御部１２は、（ａ）身体部位９０の位置移動及び回転の少なくとも一方に関する「動作の向き」と（ｂ）身体部位９０の回転状態を含む姿勢に応じて定まる複数の出力素子１１の空間的な配置との対応関係に基づいて、「動作の向き」に従った身体部位９０の動作を誘導するように複数の出力素子１１の出力パターンを制御する。
【解決手段】複数の出力素子１１は、対象者の身体部位９０に装着して使用され、対象者が知覚可能な信号を出力する。誘導制御部１２は、（ａ）身体部位９０の位置移動及び回転の少なくとも一方に関する「動作の向き」と（ｂ）身体部位９０の回転状態を含む姿勢に応じて定まる複数の出力素子１１の空間的な配置との対応関係に基づいて、「動作の向き」に従った身体部位９０の動作を誘導するように複数の出力素子１１の出力パターンを制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象者に対して身体動作の指示を行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スポーツ（スキー、テニス、ヨガ等）、ダンス、リハビリテーション等における動作の教示を行う情報処理システム、モーションコントロール技術を利用したコンピュータゲーム機等が知られている。これらの情報処理システム及びゲーム機の中には、モーションキャプチャ技術を用いて対象者の身体部位の位置又は姿勢を計測し、この計測結果と目標動作とを比較し、目標動作からのずれを補正するための動作指示を行うよう構成されたものがある（例えば特許文献１及び２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３２０４２４号公報
【特許文献２】特開２００４−０１６７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した情報処理システム及びコンピュータゲーム機による動作指示は、一般的に、対象者が位置する環境内に配置されたディスプレイ又はスピーカを用いて行われる。ディスプレイを用いる場合、例えば、ディスプレイへのレッスン映像の表示を中断して、又はレッスン映像と組み合わせて、身体部位の移動方向を示す画像や文字を表示することが考えられる。スピーカを用いる場合、例えば、「右腕をもう少し伸ばして下さい」等のアドバイス音声を出力することが考えられる。
【０００５】
しかしながら、対象者が位置する環境内に配置されたディスプレイ又はスピーカを用いた動作指示のみでは、動作指示を正確に行えないケースが考えられる。例えば、ディスプレイに目を向けることが困難なポーズをとる必要がある場合や、ディスプレイとの距離が遠い場合には、対象者が動作指示を正確に理解できないおそれがある。また、アドバイス音声のみでは、身体部位の移動方向を大まかに伝えることしかできないおそれがある。
【０００６】
本発明は、発明者による上述した検討に基づいてなされたものである、すなわち、本発明は、ディスプレイ若しくはスピーカを用いた一般的な動作指示に代えて、又はこれらの動作指示と組み合わせて用いることによって、動作指示の正確な伝達に寄与することが可能な新たな動作指示装置、動作指示システム、動作指示方法、及びプログラムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様は、動作指示装置を含む。当該動作指示装置は、複数の出力素子、及び誘導制御部を含む。前記複数の出力素子は、対象者の身体部位に装着して使用され、前記対象者が知覚可能な信号を出力する。前記誘導制御部は、（ａ）前記身体部位の位置移動及び回転の少なくとも一方に関する動作の向きと（ｂ）前記身体部位の回転状態を含む姿勢に応じて定まる前記複数の出力素子の空間的な配置との対応関係に基づいて、前記動作の向きに従った前記身体部位の動作を誘導するように前記複数の出力素子の出力パターンを制御する。
【０００８】
上述した本発明の第１の態様において、前記複数の出力素子は、前記身体部位への装着状態において、前記身体部位の回転軸を取り囲むように配置されてもよい。
【０００９】
上述した本発明の第１の態様において、前記複数の出力素子は、前記身体部位への装着状態において、前記身体部位の回転軸を取り囲むように配置される第１の出力素子群と、前記回転軸に実質的に沿って前記第１の素子群から離間して配置された少なくとも１つの第２の出力素子を備えてもよい。この場合、前記誘導制御部は、前記回転軸に実質的に沿う方向への前記身体部位の位置移動を誘導するように、前記第１の出力素子群および前記少なくとも１つの第２の出力素子の出力パターンを制御してもよい。
【００１０】
上述した本発明の第１の態様において、前記動作の向きは、前記身体部位の位置移動及び回転を共に含んでもよい。この場合、前記誘導制御部は、前記身体部位の位置移動を誘導する第１の出力パターンとなるよう前記複数の出力素子を制御した後に、前記身体部位の回転を誘導する第２の出力パターンとなるよう前記複数の出力素子を制御してもよい。
【００１１】
上述した本発明の第１の態様において、記誘導制御部は、前記身体部位の位置移動及び回転が共に不要である場合に、前記身体部位の位置移動及び回転を誘導する場合とは異なる出力パターンとなるように前記複数の出力素子を制御してもよい。
【００１２】
上述した本発明の第１の態様に係る動作指示装置は、表示手段及び音声出力手段の少なくとも一方をさらに有してもよい。この場合、前記誘導制御部は、前記表示手段及び前記音声出力手段の少なくとも一方を用いて、前記動作の向きに従って動作させるべき前記身体部位を前記対象者に伝達するための情報を出力してもよい。
【００１３】
上述した本発明の第１の態様において、前記誘導制御部は、前記動作の向きへの前記身体部位の動作量の大きさに応じて前記複数の出力素子の出力パターンを変化させてもよい。
【００１４】
上述した本発明の第１の態様において、前記誘導制御部は、前記複数の出力素子からの出力信号の強弱を変化させることによって、前記動作量の大きさに応じた出力パターンを生成してもよい。
【００１５】
上述した本発明の第１の態様において、前記複数の出力素子の各々から出力される信号は、光、音、振動、電気、及び圧力の少なくとも１つを含んでもよい。
【００１６】
上述した本発明の第１の態様において、前記身体部位は、前記対象者の手、腕、脚、頭、又は腰を含んでもよい。
【００１７】
上述した本発明の第１の態様に係る動作指示装置は、前記身体部位の回転状態を含む姿勢を計測可能な姿勢計測部をさらに有してもよい。前記姿勢計測部は、前記身体部位に配置される加速度センサ及びジャイロセンサのうち少なくとも一方を含んでもよい。
【００１８】
本発明の第２の態様は、動作指示生成システムを含む。当該システムは、上述した本発明の第１の態様に係る動作指示装置と、前記動作の向きを含む動作指示情報を前記誘導制御手段に供給する動作指示生成部を有する。
【００１９】
上述した本発明の第２の態様において、前記動作指示生成部は、前記身体部位の位置及び姿勢の少なくとも一方の計測値と目標値とのずれを補正するように前記動作の向きを決定してもよい。
【００２０】
上述した本発明の第２の態様に係る動作指示生成システムは、前記身体部位の位置を計測可能な位置計測部をさらに有してもよい。
【００２１】
本発明の第３の態様は、動作指示方法を含む。当該方法は、以下のステップ（ａ）〜（ｃ）を含む。
（ａ）対象者の身体部位の位置移動及び回転の少なくとも一方に関する動作の向きを示す動作指示情報を取得すること、
（ｂ）前記身体部位の回転状態を含む姿勢の計測結果を取得すること、及び
（ｃ）前記姿勢に応じて定まる前記複数の出力素子の空間的な配置と前記動作の向きとの対応関係に基づいて、前記動作の向きに従った前記身体部位の動作を誘導するように、前記身体部位に装着されて前記対象者が知覚可能な信号を出力する複数の出力素子の出力パターンを制御すること。
【００２２】
本発明の第４の態様は、コンピュータプログラムを含む。当該プログラムは、上述した本発明の第３の態様に係る動作指示方法をコンピュータに実行させるための命令群を含む。
【発明の効果】
【００２３】
上述した本発明の各態様によれば、ディスプレイ若しくはスピーカを用いた一般的な動作指示に代えて、又はこれらの動作指示と組み合わせて用いることによって、動作指示の正確な伝達に寄与することが可能な新たな動作指示装置、動作指示システム、動作指示方法、及びプログラムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る動作指示システムのブロック図である。
【図２】図２は、図１に示した動作指示システムの具体的な構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、複数の出力素子１１の配置例を示す図である。
【図４】図４は、身体部位９０の動作の向きと複数の出力素子１１の出力パターンとの関係の具体例を示す図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、身体部位９０の動作の向きと複数の出力素子１１の出力パターンとの関係の具体例を示す図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、身体部位９０の動作の向きと複数の出力素子１１の出力パターンとの関係の具体例を示す図である。
【図７】図７は、姿勢計測部１３の具体例としてのジャイロセンサ１３１及び加速度センサ１３２の配置例を示す図である。
【図８】図８は、位置計測部１４に固定された座標系ＸＹＺと、身体部位９０の回転軸をｚ軸とする座標系ｘｙｚとの関係を示す図である。
【図９】図９は、動作目標値、身体部位９０の位置、及び複数の出力素子１１の出力パターンの関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、誘導制御部１２による制御手順の具体例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、身体部位９０に含まれる複数の部位の位置移動及び回転を含む複合的な動作を、対象者の胴体に近い部位から順に誘導する手順の具体例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。
【００２６】
＜発明の実施の形態１＞
図１は、本実施の形態にかかる動作指示システム１の構成例を示すブロック図である。動作指示システム１は、動作指示装置１０、姿勢計測部１３、位置計測部１４、及び動作指示生成部１５を含む。動作指示装置１０は、複数の出力素子１１、及び誘導制御部１２を含む。
【００２７】
複数の出力素子１１は、対象者の身体部位９０に装着して使用される。身体部位９０は、対象者が少なくとも１つの関節を屈曲又は回転させることによって動作させることができる身体の一部である。身体部位９０の動作は、位置移動（位置の平行移動）及び回転の少なくとも一方を含む。身体部位９０は、例えば、対象者の手、下腕、上腕、足先、下腿、上腿、頭、又は腰である。
【００２８】
さらに、各出力素子１１は、対象者が知覚可能な信号を出力する。出力素子１１の出力信号は、対象者（つまり人間）が、視覚、聴覚、嗅覚、若しくは皮膚感覚（触覚、痛覚、温度覚）又はこれらの組合せによって知覚可能な信号であればよい。例えば、出力素子１１の出力信号は、光、音、振動、電気、若しくは圧力又はこれらの組合せとすればよい。
【００２９】
誘導制御部１２は、後述する動作指示生成部１５から供給される動作指示情報と、複数の出力素子１１の空間的な配置との対応関係に基づいて、複数の出力素子１１の出力パターンを制御する。ここで、動作指示情報は、少なくとも身体部位９０の「動作の向き」に関する動作指示を含む。動作指示情報は、さらに、身体部位９０の「動作量の大きさ」に関する指示を含んでもよい。本明細書では、身体部位９０の「動作の向き」及び「動作量の大きさ」を含む動作指示情報を「動作ベクトル」と呼ぶ。
【００３０】
複数の出力素子１１の空間的な配置は、身体部位９０の回転状態を含む姿勢に応じて定まる。つまり、複数の出力素子１１の空間的な配置は、後述する姿勢計測部１３による身体部位９０の回転状態を含む姿勢の計測結果（図１中のＯＡ）を用いて推定可能である。より具体的に述べると、各出力素子１１の身体部位９０への装着位置を予め定めておけばよい。これにより、身体部位９０の姿勢と複数の出力素子１１の空間的な配置とが一意に対応付けられる。したがって、誘導制御部１２は、身体部位９０の回転状態を含む姿勢の計測結果ＯＡを用いて複数の出力素子１１の空間的な配置を推定すればよい。
【００３１】
複数の出力素子１１の出力パターンは、各出力素子１１の出力オン／オフ、若しくは出力の強弱、又はこれら両方を個別に切り替えることによって生成される。
【００３２】
姿勢計測部１３は、身体部位９０の回転状態を含む姿勢を計測する。また、位置計測部１４は、身体部位９０の位置を計測する。計測部１３及び１４による身体部位９０の位置及び姿勢の計測は、公知のモーションキャプチャ技術を用いて行えばよい。姿勢計測部１３及び位置計測部１４の構成及び配置は、採用するモーションキャプチャ技術に応じて適宜定めればよい。すなわち、本実施の形態における身体部位９０の位置及び姿勢の計測には、任意の手法を利用することができ、特定の方式に限定されるものではない。
【００３３】
例えば、姿勢計測部１３による身体部位９０の姿勢計測は、距離センサ（ステレオカメラ、ＴＯＦ（time of flight）方式の距離画像センサ等）を用いる非接触式のモーションキャプチャ技術を用いて行うことができる。この場合、姿勢計測部１３は、対象者が存在する環境に配置された距離センサ（ステレオカメラ、ＴＯＦ（time of flight）方式の距離画像センサ等）によって身体部位に配置された複数のマーカーまでの距離を計測し、各マーカーの３次元位置に基づいて身体部位９０の姿勢を推定すればよい。また、身体部位９０の代表的な姿勢を示す複数のテンプレート画像を予め準備しておき、デジタルカメラによって得られた撮影画像とテンプレート画像とを画像認識の手法を用いて照合することによって、撮影画像中から身体部位９０及びその姿勢を検出してもよい。
【００３４】
また、姿勢計測部１３による身体部位９０の姿勢計測は、接触式のモーションセンサを用いた機械式モーションキャプチャ技術を用いて行ってもよい。接触式のモーションセンサは、ジャイロセンサ、加速度センサ、若しくは地磁気センサ、又はこれらの組合せを含む。姿勢計測部１３は、身体部位９０に配置された接触式センサによって例えば角速度、姿勢角度、重力加速度、及び方位などを計測し、これらの計測結果を用いて身体部位９０の姿勢を推定すればよい。
【００３５】
位置計測部１４による身体部位９０の位置計測についても、距離センサ（ステレオカメラ、ＴＯＦ（time of flight）方式の距離画像センサ等）を用いる非接触式のモーションキャプチャ技術を用いて行うことができる。距離センサは、対象者が存在する環境に配置されてもよいし、身体部位９０に配置されてもよい。身体部位９０に距離センサを配置する場合、環境中に配置された複数の基準光源（赤外線ＬＥＤ（light emitting diode）等）から放射される光信号を観測することによって基準光源から距離センサまでの距離を計測すればよい。また、位置計測部１４による身体部位９０の位置計測は、接触式のモーションセンサを用いた機械式モーションキャプチャ技術を用いて行ってもよい。なお、姿勢計測部１３及び位置計測部１４は、物体の位置及び姿勢を計測可能な共通のモーションキャプチャシステムによって実現されてもよい。
【００３６】
動作指示生成部１５は、少なくとも「動作の向き」を含む動作指示情報を生成して誘導制御部１２に供給する。「動作の向き」は、身体部位９０の位置移動（平行移動）の向き、若しくは身体部位９０の回転軸周りの回転の向き、又はこれら両方を含む。なお、動作指示情報は、「動作量の大きさ」を含む「動作ベクトル」であってもよい。具体的には、動作指示生成部１５は、計測部１３及び１４による身体部位９０の位置及び姿勢の少なくとも一方の計測結果と動作目標値とのずれを補正するように「動作の向き」を決定すればよい。動作目標値は、図示しない記憶デバイス（ＲＯＭ（read only memory）、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（hard disc drive）、光学ドライブ等）から動作指示生成部１５に供給されてもよいし、遠隔装置から通信ネットワーク又は放送ネットワークを経由して動作指示生成部１５に供給されてもよい。
【００３７】
上述した誘導制御部１２及び動作指示生成部１５は、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、ＤＳＰ（digital signal processor）、若しくはマイクロプロセッサ（ＭＰＵ（micro processing unit））、又はこれらの組合せ等のコンピュータシステムを用いて実現すればよい。また、誘導制御部１２及び動作指示生成部１５の配置は特に限定されない。すなわち、誘導制御部１２は、複数の出力素子１１と共に身体部位９０に配置されてもよいし、身体部位９０から離れた場所（例えば対象者が位置する環境内）に配置されてもよい。動作指示生成部１５の配置についても同様である。
【００３８】
図２は、動作指示システム１の具体的な構成例を示すブロック図である。図２の例では、動作指示システム１は、対象者の身体部位９０に配置される動作指示装置１０と、動作指示装置１０から離間して配置される制御装置１６を含む。制御装置１６は、例えば、対象者が位置する環境内に配置される。動作指示装置１０と制御装置１６は、互いの通信デバイス１０１及び１６１を用いて通信可能である。通信デバイス１０１及び１６１は、無線通信を行ってもよいし、有線通信を行ってもよい。例えば、通信デバイス１０１及び１６１は、IEEE 802.11等の無線ＬＡＮ（local area network）規格、bluetooth（登録商標）等の無線ＰＡＮ（personal area network）規格に従って無線通信を行えばよい。
【００３９】
図２の例では、動作指示装置１０は、複数の出力素子１１の具体例としての複数のＬＥＤ１１１を含む。また、図２の例では、動作指示装置１０は、姿勢計測部１３の具体例としてのジャイロセンサ１３１及び加速度センサ１３２を含む。さらに、図２の例では、誘導制御部１２は、マイクロプロセッサ１２１及びＬＥＤコントローラ１２２を用いて構成されている。マイクロプロセッサ１２１は、記憶デバイス１０２に格納された誘導制御プログラム１２３を実行する。記憶デバイス１０２は、不揮発性の記憶デバイスであり、例えば、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（hard disc drive）、若しくは光学ドライブ、又はこれらの組合せである。マイクロプロセッサ１２１は、誘導制御プログラム１２３を実行することによって、後述する制御装置１６から供給される動作指示情報と、複数のＬＥＤ１１１の空間的な配置との対応関係に基づいて、複数のＬＥＤ１１１の出力パターン（つまり点灯パターン）を制御するための指示をＬＥＤコントローラ１２２に出力する。ＬＥＤコントローラ１２２は、マイクロプロセッサ１２１の指示に応じて複数のＬＥＤ１１１の点灯パターンを制御する。
【００４０】
図２の例では、制御装置１６は、位置計測部１４の具体例としての距離画像センサ１４１を含む。また、図２の例では、動作指示生成部１５は、マイクロプロセッサ１５１を用いて構成されている。マイクロプロセッサ１５１は、記憶デバイス１６２に格納された動作指示生成プログラム１５２を実行する。記憶デバイス１６２は、不揮発性の記憶デバイスであり、例えば、フラッシュメモリ、ＨＤＤ、若しくは光学ドライブ、又はこれらの組合せである。マイクロプロセッサ１５１は、動作指示生成プログラム１５２を実行することによって、距離画像センサ１４１による身体部位９０の位置計測結果と動作目標値とのずれを補正するように動作指示情報を生成する処理を行う。動作目標値は、記憶デバイス１６２又は外部入力端子１６３からマイクロプロセッサ１５１に供給される。外部入力端子１６３は、外部接続機器又は通信ネットワークに接続するためのインタフェースを提供する。
【００４１】
なお、図２に示した動作指示システム１の構成例は一例であり、適宜変形してもよい。例えば、誘導制御部１２及び動作指示生成部１５は、共通のマイクロプロセッサによって実現してもよい。誘導制御部１２及び動作指示生成部１５として機能する共通のマイクロプロセッサは、複数の出力素子１１とともに身体部位９０側に一体的に配置されてもよいし、身体部位９０から離れた場所（例えば対象者が位置する環境内）に配置されてもよい。
【００４２】
続いて以下では、複数の出力素子１１の身体部位９０への配置例について説明する。さらに、動作指示情報により示される「動作の向き」と複数の出力素子１１の空間的な配置との対応関係に基づいた複数の出力素子１１の出力パターンの制御の例について説明する。図３は、複数の出力素子１１を身体部位９０に装着するための装着具１００を示している。図３に例示する装着具１００は、リング形状を有し、対象者の上腕、下腕、手首、上腿、下腿、足首、首、頭、又は胴体などに装着される。装着具１００は、完全に閉じたリングである必要は無く、一部が開放したリングであってもよい。また、装着具１００を身体部位９０に固定する手段は特に限定されない。例えば、装着具１００を伸縮性部材で形成し、装着具１００自体の収縮によって身体部位９０に装着具１００を固定する手法を採用してもよい。また、装着具１００は、ベルト、ファスナー、粘着テープ等を用いて身体部位９０に固定されてもよい。
【００４３】
図３の例では、装着具１００の外側表面には、複数の出力素子１１（１１Ａ〜１１Ｈ）が円周方向に等間隔に配置されている。従って、装着具１００が身体部位９０に固定されることによって、複数の出力素子１１Ａ〜１１Ｈは、身体部位９０の回転軸を取り囲むように配置される。
【００４４】
なお、図３の例は一例に過ぎない。例えば、複数の出力素子１１Ａ〜１１Ｈは、等間隔に配置されていなくてもよい。また、複数の出力素子１１が配置される装着具１００は、リング形状でなくてもよい。例えば、装着具１００は、手袋、靴下、ジャケット等の衣類であってもよい。また、複数の出力素子１１は、装着具１００を用いずに、例えば、粘着テープ、マグネット、又は面ファスナー等を用いて、身体部位９０に直接的に又は衣類を介して間接的に取り付けられてもよい。
【００４５】
図４は、「動作の向き」と複数の出力素子１１の空間的な配置との対応関係に基づく複数の出力素子１１の出力パターンの具体例を示す図である。図４の例では、動作指示情報により示される「動作の向き」が図４の白抜き矢印によって示される向きである場合の出力パターンの具体例を示している。すなわち、図４の例では、誘導制御部１２は、出力素子１１Ｈの出力状態を他の出力素子１１Ａ〜１１Ｇの出力状態と異ならせる。出力素子１１Ｈは、複数の出力素子１１Ａ〜１１Ｈが配置された仮想的な円の中心（図４のｘｙ座標軸の原点）から見て「動作の向き」に最も近い向きに存在している出力素子である。
【００４６】
出力素子１１Ｈの出力状態を他の素子と異ならせるためには、例えば、出力素子１１Ｈの出力のみをオンし、他の素子の出力をオフしてもよい。また、出力素子１１Ｈの出力強度を他の素子の出力強度より強めてもよい。また、出力素子１１Ｈが出力する光、音、又は振動などの周波数を他の素子とは異ならせてもよい。これによって、誘導制御部１２は、対象者に「動作の向き」を伝達することができ、身体部位９０を「動作の向き」（つまり図４の左斜め上）に平行移動する動作を誘導することができる。
【００４７】
図５（ａ）〜（ｃ）は、図４と同様に、身体部位９０の位置移動（平行移動）を誘導するための複数の出力素子１１の出力パターンの具体例を示している。図５（ａ）〜（ｃ）は、複数の出力素子１１（１１Ａ〜１１Ｈ）が対象者の手首に装着されている場合を示している。つまり、図５（ａ）〜（ｃ）の例では、身体部位９０は、手首又は下腕である。
【００４８】
「動作の向き」が同じであっても、身体部位９０の姿勢（ここでは手首又は下腕の回転軸に対する回転状態）に応じて、複数の出力素子１１の空間的な配置と「動作の向き」との対応関係は変化する。このため、誘導制御部１２は、図５（ａ）〜（ｃ）に示されているように、身体部位９０の姿勢（手首又は下腕の回転軸に対する回転状態）に応じて、複数の出力素子１１の出力パターンを変化させるとよい。図５（ａ）は、対象者の掌が紙面奥向きとなる姿勢を示している。図５（ａ）の例では、身体部位９０の動作（平行移動）の向きに対応する出力素子１１Ｃの出力状態が他の素子と異なる。図５（ｂ）は、象者の掌が紙面左向きとなる姿勢を示している。図５（ｂ）の例では、身体部位９０の動作（平行移動）の向きに対応する出力素子１１Ｂの出力状態が他の素子と異なる。図５（ｃ）は、象者の掌が紙面手前向きとなる姿勢を示している。図５（ｃ）の例では、身体部位９０の動作（平行移動）の向きに対応する出力素子１１Ａの出力状態が他の素子と異なる。
【００４９】
図６（ａ）及び（ｂ）も、身体部位９０としての手首又は下腕の位置移動（平行移動）を誘導するための複数の出力素子１１の出力パターンの具体例を示している。具体的には、図６（ａ）及び（ｂ）は、身体部位９０（手首又は下腕）の回転軸に沿った方向への位置移動を誘導する例を示している。図６（ａ）及び（ｂ）の例では、複数の出力素子１１は、装着具１００Ａによって手首に装着される第１の出力素子群と、装着具１００Ｂによって下腕の肘近くの部位に装着される第２の出力素子群を含む。なお、第１及び第２の出力素子群の少なくとも一方は、少なくとも１つの出力素子１１を含んでいればよい。
【００５０】
図６（ａ）及び（ｂ）の例では、第１の出力素子群の出力状態と第２の出力素子群の出力状態を異ならせた出力パターンを用いることによって、「動作の向き」を対象者に伝達することができる。例えば、図６（ａ）に示すように「動作の向き」が手先から肘に向かう向きである場合、誘導制御部１２は、肘近くの第２の出力素子群の出力をオンし、手首の第１の出力素子群の出力をオフしてもよい。これとは逆に、図６（ｂ）に示すように「動作の向き」が肘から手先に向かう向きである場合、誘導制御部１２は、手首の第１の出力素子群の出力をオンし、肘近くの第２の出力素子群の出力をオフしてもよい。なお、出力素子１１のオン／オフに限らず、出力素子１１の出力強度の強弱、若しくは出力素子１１が出力する光、音、又は振動などの周波数を異ならせることで、第１の出力素子群の出力状態と第２の出力素子群の出力状態を異ならせてもよい。
【００５１】
図４〜図６を用いた以上の説明では、「動作の向き」が身体部位９０の平行移動の向きを示す場合について述べた。ここでは、「動作の向き」が身体部位９０の回転の向きを示す場合の複数の出力素子１１の出力パターンの例について述べる。「動作の向き」が身体部位９０の回転の向きを示す場合、誘導制御部１２は、回転の向きに合わせて複数の出力素子１１の出力パターンを時間変化させるとよい。例えば、誘導制御部１２は、図３の出力素子１１Ａ〜１１Ｈが回転の向きに沿って１つずつ順番に出力するように制御してもよい。具体的には、図３の例で時計回りの回転を誘導する場合、誘導制御部１２は、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、・・・、１１Ｈの順番で出力をオンすればよい。一方、図３の例で反時計回りの回転を誘導する場合、誘導制御部１２は、１１Ａ、１１Ｈ、１１Ｇ、・・・、１１Ｂの順番で出力をオンすればよい。なお、出力素子１１のオン／オフに限らず、出力素子１１の出力強度の強弱、又は出力素子１１が出力する光、音、若しくは振動などの周波数を順番に異ならせることで、回転の向きを対象者に伝達してもよい。
【００５２】
次に、動作指示情報が「動作ベクトル」であり、「動作の向き」だけでなく「動作量の大きさ」も対象者に伝達する必要がある場合における複数の出力素子１１の出力パターンの例について述べる。誘導制御部１２は、「動作量の大きさ」を対象者に伝達するために、出力素子１１の出力強度、又は出力素子１１が出力する光、音、若しくは振動などの周波数を「動作量の大きさ」に応じて変化させるとよい。例えば、誘導制御部１２は、「動作量の大きさ」が大きいほど、出力素子１１の出力強度を大きくしてもよい。
【００５３】
また、誘導制御部１２は、動作指示情報が身体部位の動作が不要であることを示す場合に、つまり身体部位９０の位置又は姿勢と動作目標値との差分が所定の誤差範囲内である場（言い換えると身体部位９０の位置又は姿勢と動作目標値とが実質的に一致する場合）に、この事実を対象者に伝達するための特別な出力パターンとなるよう複数の出力素子１１を制御してもよい。このようにすることで、身体部位９０の位置又は姿勢が正しい状態であることを対象者に明確に伝達することができる。
【００５４】
続いて、姿勢計測部１３の具体的な配置例について説明する。図７は、身体部位９０が下腕であって、姿勢計測部１３がジャイロセンサ１３１及び加速度センサ１３２を含む場合の配置例を示している。図７の例では、ジャイロセンサ１３１及び加速度センサ１３２を内蔵したセンサ筐体１３０が身体部位９０（つまり下腕）に取り付けられている。センサ筐体１３０を身体部位９０に固定する手段は特に限定されない。例えば、センサ筐体１３０は、ベルト、ファスナー、粘着テープ、マグネット等を用いて身体部位９０に直接的に又は衣類を介して間接的に取り付けられてもよい。図７に示すように、ジャイロセンサ１３１及び加速度センサ１３２を身体部位９０と一体的に配置することによって、身体部位９０の回転状態を含む姿勢の計測を精度良く行うことができる。
【００５５】
続いて以下では、位置計測部１４の座標系ＸＹＺと身体部位９０の座標系ｘｙｚとの間の座標変換に関して説明する。図８は、位置計測部１４の具体例としての距離画像センサ１４１の光軸をＺ軸とする座標系ＸＹＺと、身体部位９０の座標系ｘｙｚとの関係を示している。例えば、動作指示生成部１５は、位置計測部１４による測定結果を用いて、座標系ＸＹＺを基準とする動作ベクトル（図８中のＭＶ）を生成することができる。このとき、誘導制御部１２は、動作ベクトルＭＶを座標系ＸＹＺから座標系ｘｙｚへ投影（座標変換）すればよい。これにより、誘導制御部１２は、身体部位９０の姿勢に影響されることなく正しい「動作の向き」への誘導を行うことができる。
【００５６】
例えば、図８に示すように、動作ベクトルＭＶが（Ｘ１，Ｙ１，０）、すなわちＸ軸成分及びＹ軸成分を含み、Ｚ軸成分を含まない場合について考える。誘導制御部１２は、この動作ベクトルＭＶ＝（Ｘ１，Ｙ１，０）をｘｙｚ座標系に投影してｘ軸、ｙ軸及びｚ軸成分にベクトル分解する。その結果、図８中に破線で示した補助線の記載から明らかであるように、誘導制御部１２は、身体部位９０を−ｚ向き、＋ｘ向き、及び＋ｙ向きへ平行移動させる必要があることが分かる。
【００５７】
ｚ軸方向の平行移動を誘導するためには、誘導制御部１２は、例えば図６（ａ）及び（ｂ）を用いて説明した出力パターンを用いればよい。具体的には、図８の例で−ｚ向きの平行移動を誘導するためには、誘導制御部１２は、図６（ａ）に示した出力パターンを用いればよい。なお、対象者が身体部位９０を動かした結果、身体部位９０のｚ軸方向の位置が動作目標値を超えることが想定される。この場合には、逆の＋ｚ向きの平行移動を示す動作ベクトルが誘導制御部１２に供給される。したがって、誘導制御部１２は、図６（ｂ）に示した出力パターンを用いて＋ｚ向きの平行移動を誘導すればよい。このようなフィードバック制御を行うことで、誘導制御部１２は、動作目標値に対応する位置へ身体部位９０を誘導することができる。
【００５８】
ｘ軸方向及びｙ軸方向、つまりｘｙ面に平行な方向（以下、ｘｙ面方向）の平行移動を誘導するためには、誘導制御部１２は、例えば図４並びに図５（ａ）〜（ｃ）を用いて説明した出力パターンを用いればよい。具体的には、図８の例で＋ｘ向き及び＋ｙ向きを含むｘｙ面方向の合成ベクトルに従った平行移動を誘導するためには、誘導制御部１２は、図４に示したように、出力素子１１Ｈの出力状態を他の出力素子１１Ａ〜１１Ｇの出力状態と異ならせる出力パターンを用いればよい。この場合、正確な向き（角度）の一致は必要では無い。つまり、誘導制御部１２は、身体部位９０の移動に従って、動作の向きに最も近い角度に位置する出力素子１１を選択していけばよい。ｚ軸方向の移動の場合と同様に、対象者が身体部位９０を動かした結果、身体部位９０のｘｙ面方向の位置が動作目標値を超えることが想定される。この場合には、逆向きの平行移動を示す動作ベクトルが誘導制御部１２に供給される。したがって、誘導制御部１２は、図４の出力素子１１Ｄの出力状態を他の素子と異ならせる出力パターンを用いて逆向き（−ｘ及び−ｙ向き）の平行移動を誘導すればよい。このようなフィードバック制御を行うことで、誘導制御部１２は、動作目標値に対応する位置へ身体部位９０を誘導することができる。
【００５９】
ところで、誘導制御部１２が上述した座標変換を行うためには、位置計測部１４（距離画像センサ１４１）の座標系ＸＹＺと、身体部位９０の座標系ｘｙｚの間の相対関係が既知である必要がある。この座標系の相対関係は、予めキャリブレーションを行うことによって決定することができる。このキャリブレーションは、以下の手順（１）又は（２）によって行うことができる。
（手順１）
意図的に、Ｘ軸のみ、Ｙ軸のみ、及びＺ軸のみの３通りの動作ベクトルを誘導制御部１２に供給し、これに応じた身体部位９０の動作が行われたときの姿勢計測部１３による計測結果を用いて、誘導制御部１２が座標系ＸＹＺと座標系ｘｙｚの相対関係を決定する。
（手順２）
身体部位９０をｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸方向のそれぞれに移動させたことに応じて動作指示生成部１５から得られる動作ベクトルを用いて、誘導制御部１２が座標系ＸＹＺと座標系ｘｙｚの相対関係を決定する。
【００６０】
また、初期段階でのキャリブレーションを行わずに、任意の２点の間を身体部位９０が移動したときに得られる情報に基づいて、座標系ＸＹＺと座標系ｘｙｚの相対関係を決定してもよい。具体的には、任意の２点の間を身体部位９０が移動した場合における移動前後での身体部位９０の姿勢変化と、移動前後における動作ベクトルの変化とを対比することによって、座標系ＸＹＺと座標系ｘｙｚの相対関係を決定すればよい。
【００６１】
続いて以下では、図８に示した動作ベクトルＭＶに基づいて誘導制御部１２が対象者の動作を誘導し、最終的に動作目標値に対応するゴール位置に身体部位９０を移動させる過程の具体例について図９を用いて説明する。図９の上段はｘ軸、中段はｙ軸、下段はｚ軸に関するグラフである。図９上段（ａ）に示すＰｘ（ｔ）は、身体部位９０のｘ座標の時間変化を示している。図９中段（ｂ）に示すＰｙ（ｔ）は、身体部位９０のｙ座標の時間変化を示している。図９下段（ｃ）に示すＰｚ（ｔ）は、身体部位９０のｚ座標の時間変化を示している。また、Ｇｘ、Ｇｙ及びＧｚは、身体部位９０のゴール位置のｘ、ｙ及びｚ座標を表わしている。
【００６２】
図９の例では、始めに、区間Ｔ１及びＴ２において、誘導制御部１２が、身体部位９０のｚ軸方向の平行移動を誘導する。図９下段（ｃ）中の白抜き矢印は、動作ベクトルのｚ軸成分を示している。区間Ｔ１では−ｚ向きを持つ動作ベクトルからスタートするので、誘導制御部１２は、例えば図６（ａ）に示した出力パターンを用いて、−ｚ向きへの平行移動を誘導する。次に、区間Ｔ２では、身体部位９０の−ｚ向きの移動量が大き過ぎてゴール座標Ｇｘを下回ったため、逆向きの＋ｚ向きを持つ動作ベクトルが生成される。これに従って、誘導制御部１２は、例えば図６（ｂ）に示した出力パターンを用いて、＋ｚ向きへの平行移動を誘導する。結果として、身体部位９０のｚ軸方向の位置Ｐｚとゴール座標Ｇｚとのずれは、予め定められた誤差範囲内に収束する。
【００６３】
次に、区間Ｔ３では、誘導制御部１２は、動作ベクトルのｘｙ面成分に従って、身体部位９０のｘｙ面方向の平行移動を誘導する。図９上段（ａ）及び中段（ｂ）中の白抜き矢印は、動作ベクトルのｘ軸成分及びｙ軸成分を示している。区間Ｔ３では＋ｘ及び＋ｙ向きを持つ動作ベクトルからスタートするので、誘導制御部１２は、例えば図４に示した出力パターンを用いて、＋ｘ及び＋ｙ向きへの平行移動を誘導する。図９中に示された「出力パターン Ｈ、Ｈ、Ｈ、Ｈ、Ｈ、Ａ、Ｂ、Ｂ」は、図４に示した出力素子１１Ａ〜１１Ｈのうち、他の素子と異なる出力状態とされる素子を示している。つまり、区間Ｔ３の最初から５回目までの判定タイミングでは、出力素子１１Ｈの出力状態を他の素子と異ならせることによって、出力素子１１Ｈの向きへの平行移動が誘導される。次の６回目の判定タイミングでは、出力素子１１Ａの出力状態を他の素子と異ならせることによって、出力素子１１Ａの向きへの平行移動が誘導される。７回目及び８回目の判定タイミングでは、出力素子１１Ｂの出力状態を他の素子と異ならせることによって、出力素子１１Ｂの向きへの平行移動が誘導される。結果として、身体部位９０のｘｙ面方向の位置Ｇｘ及びＧｙとゴール座標Ｇｘ及びＧｙとのずれは、予め定められた誤差範囲内に収束する。
【００６４】
なお、説明を分かりやすくするために、図９では、ｚ軸方向の誘導過程とｘｙ面方向の誘導過程を時系列に分離する例を示した。しかしながら、誘導制御部１２は、ｘ、ｙ、及びｚ軸方向の誘導を分離せずに行ってもよい。誘導制御部１２は、例えば判定タイミング毎にｘ軸方向、ｙ軸方向、及びｚ軸方向の順序で繰り返し誘導を行ってもよい。
【００６５】
続いて以下では、誘導制御部１２による制御手順の具体例を説明する。図１０は、この具体例を示すフローチャートである。ステップＳ１では、誘導制御部１２は、キャリブレーションを行うことによって、位置計測部１４の座標系ＸＹＺと身体部位９０（姿勢計測部１３）の座標系ｘｙｚの相対関係を把握する。ステップＳ２では、誘導制御部１２は、判定タイミングが到来するまで待機する。判定タイミングとは、動作目標値が存在するタイミングを指している。判定タイミングは、例えば、動作指示生成部１５から誘導制御部１２に供給される。
【００６６】
ステップＳ３では、誘導制御部１２は、動作指示生成部１５により生成された動作指示情報を取得する。ここでは、動作指示情報は、「動作の向き」及び「動作量の大きさ」を含む「動作ベクトル」であるとする。ステップＳ４では、誘導制御部１２は、姿勢計測部１３により計測された身体部位９０の姿勢計測結果を取得する。ステップＳ５では、誘導制御部１２は、動作ベクトルをｘｙｚ座標系に投影するとともに、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸成分へのベクトル分解を行う。
【００６７】
ステップＳ６では、誘導制御部１２は、動作ベクトルのｚ成分ベクトルに基づいて、例えば図６（ａ）及び（ｂ）に示したような出力パターンを決定し、ｚ軸方向の身体部位９０の平行移動を誘導する。ステップＳ７では、誘導制御部１２は、ｚ軸方向の身体部位９０の位置とゴール座標Ｇｚとの誤差が所定の閾値ＴＨｚを下回るか否かを判定する。なお、ステップＳ７の判定は、動作指示生成部１５が行ってもよい。ｚ軸方向の誤差が閾値ＴＨｚ以上である場合（ステップＳ７でＮＯ）、誘導制御部１２は、ステップＳ４に戻って処理を繰り返す。
【００６８】
ｚ軸方向の誤差が収束した場合（ステップＳ７でＹＥＳ）、誘導制御部１２は、動作ベクトルのｘ成分ベクトル及びｙ成分ベクトルに基づいて、例えば図４に示したような出力パターンを決定し、ｘｙ面方向の身体部位９０の平行移動を誘導する（ステップＳ９）。ステップＳ１０では、誘導制御部１２は、ｘｙ面方向の身体部位９０の位置とゴール座標Ｇｘ及びＧｙとの誤差が所定の閾値ＴＨｘｙを下回るか否かを判定する。なお、ステップＳ１０の判定は、動作指示生成部１５が行ってもよい。ｘｙ面方向の誤差が閾値ＴＨｘｙ以上である場合（ステップＳ１０でＮＯ）、誘導制御部１２は、ステップＳ４に戻って処理を繰り返す。
【００６９】
ｘｙ面方向の誤差が収束した場合（ステップＳ１０でＹＥＳ）、誘導制御部１２は、身体部位９０が正しい位置（ゴール位置）に到達したことを示す出力パターンを生成し、これを対象者に通知する（ステップＳ１１）。
【００７０】
続いて、身体部位９０に含まれる複数の部位の位置移動及び回転を含む複合的な動作を、対象者の胴体に近い部位から順に誘導する手順の具体例について説明する。図１１は、この具体例を示すフローチャートである。ここでは、身体部位９０が下腕であり、身体部位９０の中に肘及び手首が含まれる場合を例として、図６（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
【００７１】
ステップＳ２１では、誘導制御部１２は、図６（ａ）及び（ｂ）に示した方法で下腕のｚ軸方向の位置をゴール位置に誘導する。
【００７２】
ステップＳ２２では、誘導制御部１２は、図６（ａ）及び（ｂ）に示された肘側の装着具１００Ｂに配置されている第２の出力素子群の出力パターンを制御することによって、ｘｙ面方向の肘の平行移動を誘導する。
【００７３】
ステップＳ２３では、誘導制御部１２は、図６（ａ）及び（ｂ）に示された手首側の装着具１００Ａに配置されている第１の出力素子群の出力パターンを制御することによって、ｘｙ面方向の手首の平行移動を誘導する。
【００７４】
ステップＳ２４では、誘導制御部１２は、手首側の装着具１００Ａに配置されている第１の出力素子群が円周方向に沿って順次出力するように制御することで、手首の回転を誘導する。
【００７５】
以上に説明したように、本実施の形態では、誘導制御部１２は、（ａ）身体部位９０の位置移動及び回転の少なくとも一方に関する「動作の向き」と（ｂ）身体部位９０の回転状態を含む姿勢に応じて定まる複数の出力素子１１の空間的な配置との対応関係に基づいて、この「動作の向き」に従った身体部位９０の動作を誘導するように複数の出力素子１１の出力パターンを制御する。これにより、本実施の形態は、ディスプレイ若しくはスピーカを用いた一般的な動作指示を行う場合と比べて、身体部位９０の動作の向きを対象者に直感的に伝達することができる。さらに、本実施の形態は、身体部位９０の姿勢に応じて定まる複数の出力素子１１の空間的な配置と「動作の向き」との対応関係を考慮しているため、身体部位９０が如何なる姿勢であるかに関わらず、身体部位９０の動作を的確に誘導することができる。よって、本実施の形態は、ディスプレイ若しくはスピーカを用いた一般的な動作指示に代えて、又はこれらの動作指示と組み合わせて用いることによって、動作指示の正確な伝達に寄与することができる。
【００７６】
また、本実施の形態では、複数の出力素子１１の身体部位９０への装着例について説明した。例えば、図３には、複数の出力素子１１を身体部位９０の回転軸（ｚ軸）を取り囲むように配置する例を示した。複数の出力素子１１をこのように配置することによって、回転軸（ｚ軸）に垂直な成分（ｘ成分又はｙ成分）を含む平行移動を誘導するための出力パターンの生成と、回転軸（ｚ軸）周りの回転を誘導するための出力パターンの生成を、ともに容易に行うことができる。
【００７７】
また、図６（ａ）及び（ｂ）には、身体部位９０の回転軸（ｚ軸）を取り囲むように配置される第１の出力素子群と、回転軸（ｚ軸）に実質的に沿って第１の素子群から離間して配置された少なくとも１つの第２の出力素子を含む例について説明した。複数の出力素子１１をこのように配置することによって、回転軸（ｚ軸）に平行な成分を含む平行移動を誘導するための出力パターンの生成を容易に行うことができる。
【００７８】
＜その他の実施の形態Ａ＞
上述した実施の形態１に係る動作指示システム１は、身体部位９０の動作の誘導に使用するためのディスプレイ及びスピーカの少なくとも一方をさらに備えてもよい。ディスプレイ又はスピーカは、対象者の身体に配置されてもよいし、対象者が位置する環境内に配置されてもよい。誘導制御部１２は、複数の出力素子１１の出力パターンに加えて、ディスプレイ又はスピーカからの画像又は音声を用いて動作の誘導を行ってもよい。画像又は音声を複数の出力素子１１の出力パターンと組み合わせて用いることによって、対象者への動作指示をより的確に行うことができる。
【００７９】
例えば、誘導制御部１２は、ディスプレイ又はスピーカからの画像又は音声を停止したり切り替えたりすることによって、身体部位９０が正しい位置に到達したことを対象者に通知してもよい。
【００８０】
また、誘導制御部１２は、ディスプレイ又はスピーカからの画像又は音声を停止したり切り替えたりすることによって、複数の出力素子１１の出力パターンによる動作指示の開始タイミングを対象者に通知してもよい。
【００８１】
また、誘導制御部１２は、動作指示が必要であり、かつ動作目標値との身体部位９０とのずれが所定の基準を超えて大きいことを条件として、ディスプレイ又はスピーカからの画像又は音声を停止したり切り替えたりしてもよい。これにより、動作目標値とのずれが大きく特に注意してレッスン等を進める必要があることを対象者に対して的確に伝達することができる。
【００８２】
＜その他の実施の形態Ｂ＞
上述した実施の形態１に係る動作指示システム１は、姿勢計測部１３の計測結果、位置計測部１４の計測結果、動作指示情報などの履歴を記録できるように構成されてよい。さらに、動作指示システム１は、対象者が確認できるようにするために、記録された履歴を映像、音声などによって表示できるように構成されてもよい。このように構成することで、対象者が動作指示の内容を繰り返して確認することができるため、レッスン等の効率を上げることができる。
【００８３】
＜その他の実施の形態Ｃ＞
上述した実施の形態１では、動作指示生成部１５が、対象者の身体部位９０の位置及び姿勢の少なくとも一方の計測結果に基づいて動作指示情報の生成を行う例を示した。動作指示生成部１５は、さらに、環境内に存在する対象者以外の人物、動物、又は物体の位置又は姿勢と、対象者の位置又は姿勢との相対関係に基づいて、動作指示情報を生成してもよい。この場合、姿勢計測部１３及び位置計測部１４が、対象者以外の人物、動物、又は物体の位置及び姿勢を計測すればよい。また、対象者以外の人物、動物、又は物体の位置及び姿勢を計測するための追加のモーションキャプチャ装置を配置してもよい。
【００８４】
例えば、動作指示生成部１５は、対象者以外の人物、動物、又は物体と対象者との距離が目標値となるように誘導するための動作指示情報を生成してもよい。また、動作指示生成部１５は、対象者以外の人物、動物、又は物体の位置に対する対象者の相対位置が目標値となるように誘導するための動作指示情報を生成してもよい。また、動作指示生成部１５は、対象者の姿勢を対象者以外の人物の姿勢の姿勢に近づけるように誘導するための動作指示情報を生成してもよい。
【００８５】
これにより、例えば、対象者を含む複数人で踊る場合に、対象者と他の人物との位置又は姿勢に関する相対的な関係を正確に保つような誘導を行うことができる。
【００８６】
＜その他の実施の形態Ｄ＞
上述した実施の形態１では、複数の出力素子１１が直接的に又は装着具を介して身体部位９０に装着される例を示した。実施の形態１で説明した例に代えて、複数の出力素子１１は、モーションコントロール技術を利用したコンピュータゲーム機のコントローラのような筐体に取り付けられてもよい。この場合、複数の出力素子１１が取り付けられた筐体が対象者の手に把持されることによって、数の出力素子１１が身体部位９０に装着される。また、複数の出力素子１１が取り付けられた筐体は、ジャイロセンサ１３１及び加速度センサ１３２等の姿勢計測部１３を内蔵してもよい。
【００８７】
さらに、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００８８】
１ 動作指示システム
１０ 動作指示装置
１１、１１Ａ〜１１Ｈ 出力素子
１２ 誘導制御部
１３ 姿勢計測部
１４ 位置計測部
１５ 動作指示生成部
１６ 制御装置
９０ 身体部位
１００、１００Ａ、１００Ｂ 装着具
１０１ 通信デバイス
１０２ 記憶デバイス
１１１ ＬＥＤ（light emitting diode）
１２１ マイクロプロセッサ（ＭＰＵ（micro processing unit））
１２２ ＬＥＤコントローラ
１３０ センサ筐体
１３１ ジャイロセンサ
１３２ 加速度センサ
１４１ 距離画像センサ
１５１ マイクロプロセッサ（ＭＰＵ（micro processing unit））
１５２ 動作指示生成プログラム
１６１ 通信デバイス
１６２ 記憶デバイス
１６３ 外部入出力端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象者に対して身体動作の指示を行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スポーツ（スキー、テニス、ヨガ等）、ダンス、リハビリテーション等における動作の教示を行う情報処理システム、モーションコントロール技術を利用したコンピュータゲーム機等が知られている。これらの情報処理システム及びゲーム機の中には、モーションキャプチャ技術を用いて対象者の身体部位の位置又は姿勢を計測し、この計測結果と目標動作とを比較し、目標動作からのずれを補正するための動作指示を行うよう構成されたものがある（例えば特許文献１及び２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３２０４２４号公報
【特許文献２】特開２００４−０１６７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した情報処理システム及びコンピュータゲーム機による動作指示は、一般的に、対象者が位置する環境内に配置されたディスプレイ又はスピーカを用いて行われる。ディスプレイを用いる場合、例えば、ディスプレイへのレッスン映像の表示を中断して、又はレッスン映像と組み合わせて、身体部位の移動方向を示す画像や文字を表示することが考えられる。スピーカを用いる場合、例えば、「右腕をもう少し伸ばして下さい」等のアドバイス音声を出力することが考えられる。
【０００５】
しかしながら、対象者が位置する環境内に配置されたディスプレイ又はスピーカを用いた動作指示のみでは、動作指示を正確に行えないケースが考えられる。例えば、ディスプレイに目を向けることが困難なポーズをとる必要がある場合や、ディスプレイとの距離が遠い場合には、対象者が動作指示を正確に理解できないおそれがある。また、アドバイス音声のみでは、身体部位の移動方向を大まかに伝えることしかできないおそれがある。
【０００６】
本発明は、発明者による上述した検討に基づいてなされたものである、すなわち、本発明は、ディスプレイ若しくはスピーカを用いた一般的な動作指示に代えて、又はこれらの動作指示と組み合わせて用いることによって、動作指示の正確な伝達に寄与することが可能な新たな動作指示装置、動作指示システム、動作指示方法、及びプログラムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様は、動作指示装置を含む。当該動作指示装置は、複数の出力素子、及び誘導制御部を含む。前記複数の出力素子は、対象者の身体部位に装着して使用され、前記対象者が知覚可能な信号を出力する。前記誘導制御部は、（ａ）前記身体部位の位置移動及び回転の少なくとも一方に関する動作の向きと（ｂ）前記身体部位の回転状態を含む姿勢に応じて定まる前記複数の出力素子の空間的な配置との対応関係に基づいて、前記動作の向きに従った前記身体部位の動作を誘導するように前記複数の出力素子の出力パターンを制御する。
【０００８】
上述した本発明の第１の態様において、前記複数の出力素子は、前記身体部位への装着状態において、前記身体部位の回転軸を取り囲むように配置されてもよい。
【０００９】
上述した本発明の第１の態様において、前記複数の出力素子は、前記身体部位への装着状態において、前記身体部位の回転軸を取り囲むように配置される第１の出力素子群と、前記回転軸に実質的に沿って前記第１の素子群から離間して配置された少なくとも１つの第２の出力素子を備えてもよい。この場合、前記誘導制御部は、前記回転軸に実質的に沿う方向への前記身体部位の位置移動を誘導するように、前記第１の出力素子群および前記少なくとも１つの第２の出力素子の出力パターンを制御してもよい。
【００１０】
上述した本発明の第１の態様において、前記動作の向きは、前記身体部位の位置移動及び回転を共に含んでもよい。この場合、前記誘導制御部は、前記身体部位の位置移動を誘導する第１の出力パターンとなるよう前記複数の出力素子を制御した後に、前記身体部位の回転を誘導する第２の出力パターンとなるよう前記複数の出力素子を制御してもよい。
【００１１】
上述した本発明の第１の態様において、記誘導制御部は、前記身体部位の位置移動及び回転が共に不要である場合に、前記身体部位の位置移動及び回転を誘導する場合とは異なる出力パターンとなるように前記複数の出力素子を制御してもよい。
【００１２】
上述した本発明の第１の態様に係る動作指示装置は、表示手段及び音声出力手段の少なくとも一方をさらに有してもよい。この場合、前記誘導制御部は、前記表示手段及び前記音声出力手段の少なくとも一方を用いて、前記動作の向きに従って動作させるべき前記身体部位を前記対象者に伝達するための情報を出力してもよい。
【００１３】
上述した本発明の第１の態様において、前記誘導制御部は、前記動作の向きへの前記身体部位の動作量の大きさに応じて前記複数の出力素子の出力パターンを変化させてもよい。
【００１４】
上述した本発明の第１の態様において、前記誘導制御部は、前記複数の出力素子からの出力信号の強弱を変化させることによって、前記動作量の大きさに応じた出力パターンを生成してもよい。
【００１５】
上述した本発明の第１の態様において、前記複数の出力素子の各々から出力される信号は、光、音、振動、電気、及び圧力の少なくとも１つを含んでもよい。
【００１６】
上述した本発明の第１の態様において、前記身体部位は、前記対象者の手、腕、脚、頭、又は腰を含んでもよい。
【００１７】
上述した本発明の第１の態様に係る動作指示装置は、前記身体部位の回転状態を含む姿勢を計測可能な姿勢計測部をさらに有してもよい。前記姿勢計測部は、前記身体部位に配置される加速度センサ及びジャイロセンサのうち少なくとも一方を含んでもよい。
【００１８】
本発明の第２の態様は、動作指示生成システムを含む。当該システムは、上述した本発明の第１の態様に係る動作指示装置と、前記動作の向きを含む動作指示情報を前記誘導制御手段に供給する動作指示生成部を有する。
【００１９】
上述した本発明の第２の態様において、前記動作指示生成部は、前記身体部位の位置及び姿勢の少なくとも一方の計測値と目標値とのずれを補正するように前記動作の向きを決定してもよい。
【００２０】
上述した本発明の第２の態様に係る動作指示生成システムは、前記身体部位の位置を計測可能な位置計測部をさらに有してもよい。
【００２１】
本発明の第３の態様は、動作指示方法を含む。当該方法は、以下のステップ（ａ）〜（ｃ）を含む。
（ａ）対象者の身体部位の位置移動及び回転の少なくとも一方に関する動作の向きを示す動作指示情報を取得すること、
（ｂ）前記身体部位の回転状態を含む姿勢の計測結果を取得すること、及び
（ｃ）前記姿勢に応じて定まる前記複数の出力素子の空間的な配置と前記動作の向きとの対応関係に基づいて、前記動作の向きに従った前記身体部位の動作を誘導するように、前記身体部位に装着されて前記対象者が知覚可能な信号を出力する複数の出力素子の出力パターンを制御すること。
【００２２】
本発明の第４の態様は、コンピュータプログラムを含む。当該プログラムは、上述した本発明の第３の態様に係る動作指示方法をコンピュータに実行させるための命令群を含む。
【発明の効果】
【００２３】
上述した本発明の各態様によれば、ディスプレイ若しくはスピーカを用いた一般的な動作指示に代えて、又はこれらの動作指示と組み合わせて用いることによって、動作指示の正確な伝達に寄与することが可能な新たな動作指示装置、動作指示システム、動作指示方法、及びプログラムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る動作指示システムのブロック図である。
【図２】図２は、図１に示した動作指示システムの具体的な構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、複数の出力素子１１の配置例を示す図である。
【図４】図４は、身体部位９０の動作の向きと複数の出力素子１１の出力パターンとの関係の具体例を示す図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、身体部位９０の動作の向きと複数の出力素子１１の出力パターンとの関係の具体例を示す図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、身体部位９０の動作の向きと複数の出力素子１１の出力パターンとの関係の具体例を示す図である。
【図７】図７は、姿勢計測部１３の具体例としてのジャイロセンサ１３１及び加速度センサ１３２の配置例を示す図である。
【図８】図８は、位置計測部１４に固定された座標系ＸＹＺと、身体部位９０の回転軸をｚ軸とする座標系ｘｙｚとの関係を示す図である。
【図９】図９は、動作目標値、身体部位９０の位置、及び複数の出力素子１１の出力パターンの関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、誘導制御部１２による制御手順の具体例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、身体部位９０に含まれる複数の部位の位置移動及び回転を含む複合的な動作を、対象者の胴体に近い部位から順に誘導する手順の具体例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。
【００２６】
＜発明の実施の形態１＞
図１は、本実施の形態にかかる動作指示システム１の構成例を示すブロック図である。動作指示システム１は、動作指示装置１０、姿勢計測部１３、位置計測部１４、及び動作指示生成部１５を含む。動作指示装置１０は、複数の出力素子１１、及び誘導制御部１２を含む。
【００２７】
複数の出力素子１１は、対象者の身体部位９０に装着して使用される。身体部位９０は、対象者が少なくとも１つの関節を屈曲又は回転させることによって動作させることができる身体の一部である。身体部位９０の動作は、位置移動（位置の平行移動）及び回転の少なくとも一方を含む。身体部位９０は、例えば、対象者の手、下腕、上腕、足先、下腿、上腿、頭、又は腰である。
【００２８】
さらに、各出力素子１１は、対象者が知覚可能な信号を出力する。出力素子１１の出力信号は、対象者（つまり人間）が、視覚、聴覚、嗅覚、若しくは皮膚感覚（触覚、痛覚、温度覚）又はこれらの組合せによって知覚可能な信号であればよい。例えば、出力素子１１の出力信号は、光、音、振動、電気、若しくは圧力又はこれらの組合せとすればよい。
【００２９】
誘導制御部１２は、後述する動作指示生成部１５から供給される動作指示情報と、複数の出力素子１１の空間的な配置との対応関係に基づいて、複数の出力素子１１の出力パターンを制御する。ここで、動作指示情報は、少なくとも身体部位９０の「動作の向き」に関する動作指示を含む。動作指示情報は、さらに、身体部位９０の「動作量の大きさ」に関する指示を含んでもよい。本明細書では、身体部位９０の「動作の向き」及び「動作量の大きさ」を含む動作指示情報を「動作ベクトル」と呼ぶ。
【００３０】
複数の出力素子１１の空間的な配置は、身体部位９０の回転状態を含む姿勢に応じて定まる。つまり、複数の出力素子１１の空間的な配置は、後述する姿勢計測部１３による身体部位９０の回転状態を含む姿勢の計測結果（図１中のＯＡ）を用いて推定可能である。より具体的に述べると、各出力素子１１の身体部位９０への装着位置を予め定めておけばよい。これにより、身体部位９０の姿勢と複数の出力素子１１の空間的な配置とが一意に対応付けられる。したがって、誘導制御部１２は、身体部位９０の回転状態を含む姿勢の計測結果ＯＡを用いて複数の出力素子１１の空間的な配置を推定すればよい。
【００３１】
複数の出力素子１１の出力パターンは、各出力素子１１の出力オン／オフ、若しくは出力の強弱、又はこれら両方を個別に切り替えることによって生成される。
【００３２】
姿勢計測部１３は、身体部位９０の回転状態を含む姿勢を計測する。また、位置計測部１４は、身体部位９０の位置を計測する。計測部１３及び１４による身体部位９０の位置及び姿勢の計測は、公知のモーションキャプチャ技術を用いて行えばよい。姿勢計測部１３及び位置計測部１４の構成及び配置は、採用するモーションキャプチャ技術に応じて適宜定めればよい。すなわち、本実施の形態における身体部位９０の位置及び姿勢の計測には、任意の手法を利用することができ、特定の方式に限定されるものではない。
【００３３】
例えば、姿勢計測部１３による身体部位９０の姿勢計測は、距離センサ（ステレオカメラ、ＴＯＦ（time of flight）方式の距離画像センサ等）を用いる非接触式のモーションキャプチャ技術を用いて行うことができる。この場合、姿勢計測部１３は、対象者が存在する環境に配置された距離センサ（ステレオカメラ、ＴＯＦ（time of flight）方式の距離画像センサ等）によって身体部位に配置された複数のマーカーまでの距離を計測し、各マーカーの３次元位置に基づいて身体部位９０の姿勢を推定すればよい。また、身体部位９０の代表的な姿勢を示す複数のテンプレート画像を予め準備しておき、デジタルカメラによって得られた撮影画像とテンプレート画像とを画像認識の手法を用いて照合することによって、撮影画像中から身体部位９０及びその姿勢を検出してもよい。
【００３４】
また、姿勢計測部１３による身体部位９０の姿勢計測は、接触式のモーションセンサを用いた機械式モーションキャプチャ技術を用いて行ってもよい。接触式のモーションセンサは、ジャイロセンサ、加速度センサ、若しくは地磁気センサ、又はこれらの組合せを含む。姿勢計測部１３は、身体部位９０に配置された接触式センサによって例えば角速度、姿勢角度、重力加速度、及び方位などを計測し、これらの計測結果を用いて身体部位９０の姿勢を推定すればよい。
【００３５】
位置計測部１４による身体部位９０の位置計測についても、距離センサ（ステレオカメラ、ＴＯＦ（time of flight）方式の距離画像センサ等）を用いる非接触式のモーションキャプチャ技術を用いて行うことができる。距離センサは、対象者が存在する環境に配置されてもよいし、身体部位９０に配置されてもよい。身体部位９０に距離センサを配置する場合、環境中に配置された複数の基準光源（赤外線ＬＥＤ（light emitting diode）等）から放射される光信号を観測することによって基準光源から距離センサまでの距離を計測すればよい。また、位置計測部１４による身体部位９０の位置計測は、接触式のモーションセンサを用いた機械式モーションキャプチャ技術を用いて行ってもよい。なお、姿勢計測部１３及び位置計測部１４は、物体の位置及び姿勢を計測可能な共通のモーションキャプチャシステムによって実現されてもよい。
【００３６】
動作指示生成部１５は、少なくとも「動作の向き」を含む動作指示情報を生成して誘導制御部１２に供給する。「動作の向き」は、身体部位９０の位置移動（平行移動）の向き、若しくは身体部位９０の回転軸周りの回転の向き、又はこれら両方を含む。なお、動作指示情報は、「動作量の大きさ」を含む「動作ベクトル」であってもよい。具体的には、動作指示生成部１５は、計測部１３及び１４による身体部位９０の位置及び姿勢の少なくとも一方の計測結果と動作目標値とのずれを補正するように「動作の向き」を決定すればよい。動作目標値は、図示しない記憶デバイス（ＲＯＭ（read only memory）、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（hard disc drive）、光学ドライブ等）から動作指示生成部１５に供給されてもよいし、遠隔装置から通信ネットワーク又は放送ネットワークを経由して動作指示生成部１５に供給されてもよい。
【００３７】
上述した誘導制御部１２及び動作指示生成部１５は、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、ＤＳＰ（digital signal processor）、若しくはマイクロプロセッサ（ＭＰＵ（micro processing unit））、又はこれらの組合せ等のコンピュータシステムを用いて実現すればよい。また、誘導制御部１２及び動作指示生成部１５の配置は特に限定されない。すなわち、誘導制御部１２は、複数の出力素子１１と共に身体部位９０に配置されてもよいし、身体部位９０から離れた場所（例えば対象者が位置する環境内）に配置されてもよい。動作指示生成部１５の配置についても同様である。
【００３８】
図２は、動作指示システム１の具体的な構成例を示すブロック図である。図２の例では、動作指示システム１は、対象者の身体部位９０に配置される動作指示装置１０と、動作指示装置１０から離間して配置される制御装置１６を含む。制御装置１６は、例えば、対象者が位置する環境内に配置される。動作指示装置１０と制御装置１６は、互いの通信デバイス１０１及び１６１を用いて通信可能である。通信デバイス１０１及び１６１は、無線通信を行ってもよいし、有線通信を行ってもよい。例えば、通信デバイス１０１及び１６１は、IEEE 802.11等の無線ＬＡＮ（local area network）規格、bluetooth（登録商標）等の無線ＰＡＮ（personal area network）規格に従って無線通信を行えばよい。
【００３９】
図２の例では、動作指示装置１０は、複数の出力素子１１の具体例としての複数のＬＥＤ１１１を含む。また、図２の例では、動作指示装置１０は、姿勢計測部１３の具体例としてのジャイロセンサ１３１及び加速度センサ１３２を含む。さらに、図２の例では、誘導制御部１２は、マイクロプロセッサ１２１及びＬＥＤコントローラ１２２を用いて構成されている。マイクロプロセッサ１２１は、記憶デバイス１０２に格納された誘導制御プログラム１２３を実行する。記憶デバイス１０２は、不揮発性の記憶デバイスであり、例えば、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（hard disc drive）、若しくは光学ドライブ、又はこれらの組合せである。マイクロプロセッサ１２１は、誘導制御プログラム１２３を実行することによって、後述する制御装置１６から供給される動作指示情報と、複数のＬＥＤ１１１の空間的な配置との対応関係に基づいて、複数のＬＥＤ１１１の出力パターン（つまり点灯パターン）を制御するための指示をＬＥＤコントローラ１２２に出力する。ＬＥＤコントローラ１２２は、マイクロプロセッサ１２１の指示に応じて複数のＬＥＤ１１１の点灯パターンを制御する。
【００４０】
図２の例では、制御装置１６は、位置計測部１４の具体例としての距離画像センサ１４１を含む。また、図２の例では、動作指示生成部１５は、マイクロプロセッサ１５１を用いて構成されている。マイクロプロセッサ１５１は、記憶デバイス１６２に格納された動作指示生成プログラム１５２を実行する。記憶デバイス１６２は、不揮発性の記憶デバイスであり、例えば、フラッシュメモリ、ＨＤＤ、若しくは光学ドライブ、又はこれらの組合せである。マイクロプロセッサ１５１は、動作指示生成プログラム１５２を実行することによって、距離画像センサ１４１による身体部位９０の位置計測結果と動作目標値とのずれを補正するように動作指示情報を生成する処理を行う。動作目標値は、記憶デバイス１６２又は外部入力端子１６３からマイクロプロセッサ１５１に供給される。外部入力端子１６３は、外部接続機器又は通信ネットワークに接続するためのインタフェースを提供する。
【００４１】
なお、図２に示した動作指示システム１の構成例は一例であり、適宜変形してもよい。例えば、誘導制御部１２及び動作指示生成部１５は、共通のマイクロプロセッサによって実現してもよい。誘導制御部１２及び動作指示生成部１５として機能する共通のマイクロプロセッサは、複数の出力素子１１とともに身体部位９０側に一体的に配置されてもよいし、身体部位９０から離れた場所（例えば対象者が位置する環境内）に配置されてもよい。
【００４２】
続いて以下では、複数の出力素子１１の身体部位９０への配置例について説明する。さらに、動作指示情報により示される「動作の向き」と複数の出力素子１１の空間的な配置との対応関係に基づいた複数の出力素子１１の出力パターンの制御の例について説明する。図３は、複数の出力素子１１を身体部位９０に装着するための装着具１００を示している。図３に例示する装着具１００は、リング形状を有し、対象者の上腕、下腕、手首、上腿、下腿、足首、首、頭、又は胴体などに装着される。装着具１００は、完全に閉じたリングである必要は無く、一部が開放したリングであってもよい。また、装着具１００を身体部位９０に固定する手段は特に限定されない。例えば、装着具１００を伸縮性部材で形成し、装着具１００自体の収縮によって身体部位９０に装着具１００を固定する手法を採用してもよい。また、装着具１００は、ベルト、ファスナー、粘着テープ等を用いて身体部位９０に固定されてもよい。
【００４３】
図３の例では、装着具１００の外側表面には、複数の出力素子１１（１１Ａ〜１１Ｈ）が円周方向に等間隔に配置されている。従って、装着具１００が身体部位９０に固定されることによって、複数の出力素子１１Ａ〜１１Ｈは、身体部位９０の回転軸を取り囲むように配置される。
【００４４】
なお、図３の例は一例に過ぎない。例えば、複数の出力素子１１Ａ〜１１Ｈは、等間隔に配置されていなくてもよい。また、複数の出力素子１１が配置される装着具１００は、リング形状でなくてもよい。例えば、装着具１００は、手袋、靴下、ジャケット等の衣類であってもよい。また、複数の出力素子１１は、装着具１００を用いずに、例えば、粘着テープ、マグネット、又は面ファスナー等を用いて、身体部位９０に直接的に又は衣類を介して間接的に取り付けられてもよい。
【００４５】
図４は、「動作の向き」と複数の出力素子１１の空間的な配置との対応関係に基づく複数の出力素子１１の出力パターンの具体例を示す図である。図４の例では、動作指示情報により示される「動作の向き」が図４の白抜き矢印によって示される向きである場合の出力パターンの具体例を示している。すなわち、図４の例では、誘導制御部１２は、出力素子１１Ｈの出力状態を他の出力素子１１Ａ〜１１Ｇの出力状態と異ならせる。出力素子１１Ｈは、複数の出力素子１１Ａ〜１１Ｈが配置された仮想的な円の中心（図４のｘｙ座標軸の原点）から見て「動作の向き」に最も近い向きに存在している出力素子である。
【００４６】
出力素子１１Ｈの出力状態を他の素子と異ならせるためには、例えば、出力素子１１Ｈの出力のみをオンし、他の素子の出力をオフしてもよい。また、出力素子１１Ｈの出力強度を他の素子の出力強度より強めてもよい。また、出力素子１１Ｈが出力する光、音、又は振動などの周波数を他の素子とは異ならせてもよい。これによって、誘導制御部１２は、対象者に「動作の向き」を伝達することができ、身体部位９０を「動作の向き」（つまり図４の左斜め上）に平行移動する動作を誘導することができる。
【００４７】
図５（ａ）〜（ｃ）は、図４と同様に、身体部位９０の位置移動（平行移動）を誘導するための複数の出力素子１１の出力パターンの具体例を示している。図５（ａ）〜（ｃ）は、複数の出力素子１１（１１Ａ〜１１Ｈ）が対象者の手首に装着されている場合を示している。つまり、図５（ａ）〜（ｃ）の例では、身体部位９０は、手首又は下腕である。
【００４８】
「動作の向き」が同じであっても、身体部位９０の姿勢（ここでは手首又は下腕の回転軸に対する回転状態）に応じて、複数の出力素子１１の空間的な配置と「動作の向き」との対応関係は変化する。このため、誘導制御部１２は、図５（ａ）〜（ｃ）に示されているように、身体部位９０の姿勢（手首又は下腕の回転軸に対する回転状態）に応じて、複数の出力素子１１の出力パターンを変化させるとよい。図５（ａ）は、対象者の掌が紙面奥向きとなる姿勢を示している。図５（ａ）の例では、身体部位９０の動作（平行移動）の向きに対応する出力素子１１Ｃの出力状態が他の素子と異なる。図５（ｂ）は、象者の掌が紙面左向きとなる姿勢を示している。図５（ｂ）の例では、身体部位９０の動作（平行移動）の向きに対応する出力素子１１Ｂの出力状態が他の素子と異なる。図５（ｃ）は、象者の掌が紙面手前向きとなる姿勢を示している。図５（ｃ）の例では、身体部位９０の動作（平行移動）の向きに対応する出力素子１１Ａの出力状態が他の素子と異なる。
【００４９】
図６（ａ）及び（ｂ）も、身体部位９０としての手首又は下腕の位置移動（平行移動）を誘導するための複数の出力素子１１の出力パターンの具体例を示している。具体的には、図６（ａ）及び（ｂ）は、身体部位９０（手首又は下腕）の回転軸に沿った方向への位置移動を誘導する例を示している。図６（ａ）及び（ｂ）の例では、複数の出力素子１１は、装着具１００Ａによって手首に装着される第１の出力素子群と、装着具１００Ｂによって下腕の肘近くの部位に装着される第２の出力素子群を含む。なお、第１及び第２の出力素子群の少なくとも一方は、少なくとも１つの出力素子１１を含んでいればよい。
【００５０】
図６（ａ）及び（ｂ）の例では、第１の出力素子群の出力状態と第２の出力素子群の出力状態を異ならせた出力パターンを用いることによって、「動作の向き」を対象者に伝達することができる。例えば、図６（ａ）に示すように「動作の向き」が手先から肘に向かう向きである場合、誘導制御部１２は、肘近くの第２の出力素子群の出力をオンし、手首の第１の出力素子群の出力をオフしてもよい。これとは逆に、図６（ｂ）に示すように「動作の向き」が肘から手先に向かう向きである場合、誘導制御部１２は、手首の第１の出力素子群の出力をオンし、肘近くの第２の出力素子群の出力をオフしてもよい。なお、出力素子１１のオン／オフに限らず、出力素子１１の出力強度の強弱、若しくは出力素子１１が出力する光、音、又は振動などの周波数を異ならせることで、第１の出力素子群の出力状態と第２の出力素子群の出力状態を異ならせてもよい。
【００５１】
図４〜図６を用いた以上の説明では、「動作の向き」が身体部位９０の平行移動の向きを示す場合について述べた。ここでは、「動作の向き」が身体部位９０の回転の向きを示す場合の複数の出力素子１１の出力パターンの例について述べる。「動作の向き」が身体部位９０の回転の向きを示す場合、誘導制御部１２は、回転の向きに合わせて複数の出力素子１１の出力パターンを時間変化させるとよい。例えば、誘導制御部１２は、図３の出力素子１１Ａ〜１１Ｈが回転の向きに沿って１つずつ順番に出力するように制御してもよい。具体的には、図３の例で時計回りの回転を誘導する場合、誘導制御部１２は、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、・・・、１１Ｈの順番で出力をオンすればよい。一方、図３の例で反時計回りの回転を誘導する場合、誘導制御部１２は、１１Ａ、１１Ｈ、１１Ｇ、・・・、１１Ｂの順番で出力をオンすればよい。なお、出力素子１１のオン／オフに限らず、出力素子１１の出力強度の強弱、又は出力素子１１が出力する光、音、若しくは振動などの周波数を順番に異ならせることで、回転の向きを対象者に伝達してもよい。
【００５２】
次に、動作指示情報が「動作ベクトル」であり、「動作の向き」だけでなく「動作量の大きさ」も対象者に伝達する必要がある場合における複数の出力素子１１の出力パターンの例について述べる。誘導制御部１２は、「動作量の大きさ」を対象者に伝達するために、出力素子１１の出力強度、又は出力素子１１が出力する光、音、若しくは振動などの周波数を「動作量の大きさ」に応じて変化させるとよい。例えば、誘導制御部１２は、「動作量の大きさ」が大きいほど、出力素子１１の出力強度を大きくしてもよい。
【００５３】
また、誘導制御部１２は、動作指示情報が身体部位の動作が不要であることを示す場合に、つまり身体部位９０の位置又は姿勢と動作目標値との差分が所定の誤差範囲内である場（言い換えると身体部位９０の位置又は姿勢と動作目標値とが実質的に一致する場合）に、この事実を対象者に伝達するための特別な出力パターンとなるよう複数の出力素子１１を制御してもよい。このようにすることで、身体部位９０の位置又は姿勢が正しい状態であることを対象者に明確に伝達することができる。
【００５４】
続いて、姿勢計測部１３の具体的な配置例について説明する。図７は、身体部位９０が下腕であって、姿勢計測部１３がジャイロセンサ１３１及び加速度センサ１３２を含む場合の配置例を示している。図７の例では、ジャイロセンサ１３１及び加速度センサ１３２を内蔵したセンサ筐体１３０が身体部位９０（つまり下腕）に取り付けられている。センサ筐体１３０を身体部位９０に固定する手段は特に限定されない。例えば、センサ筐体１３０は、ベルト、ファスナー、粘着テープ、マグネット等を用いて身体部位９０に直接的に又は衣類を介して間接的に取り付けられてもよい。図７に示すように、ジャイロセンサ１３１及び加速度センサ１３２を身体部位９０と一体的に配置することによって、身体部位９０の回転状態を含む姿勢の計測を精度良く行うことができる。
【００５５】
続いて以下では、位置計測部１４の座標系ＸＹＺと身体部位９０の座標系ｘｙｚとの間の座標変換に関して説明する。図８は、位置計測部１４の具体例としての距離画像センサ１４１の光軸をＺ軸とする座標系ＸＹＺと、身体部位９０の座標系ｘｙｚとの関係を示している。例えば、動作指示生成部１５は、位置計測部１４による測定結果を用いて、座標系ＸＹＺを基準とする動作ベクトル（図８中のＭＶ）を生成することができる。このとき、誘導制御部１２は、動作ベクトルＭＶを座標系ＸＹＺから座標系ｘｙｚへ投影（座標変換）すればよい。これにより、誘導制御部１２は、身体部位９０の姿勢に影響されることなく正しい「動作の向き」への誘導を行うことができる。
【００５６】
例えば、図８に示すように、動作ベクトルＭＶが（Ｘ１，Ｙ１，０）、すなわちＸ軸成分及びＹ軸成分を含み、Ｚ軸成分を含まない場合について考える。誘導制御部１２は、この動作ベクトルＭＶ＝（Ｘ１，Ｙ１，０）をｘｙｚ座標系に投影してｘ軸、ｙ軸及びｚ軸成分にベクトル分解する。その結果、図８中に破線で示した補助線の記載から明らかであるように、誘導制御部１２は、身体部位９０を−ｚ向き、＋ｘ向き、及び＋ｙ向きへ平行移動させる必要があることが分かる。
【００５７】
ｚ軸方向の平行移動を誘導するためには、誘導制御部１２は、例えば図６（ａ）及び（ｂ）を用いて説明した出力パターンを用いればよい。具体的には、図８の例で−ｚ向きの平行移動を誘導するためには、誘導制御部１２は、図６（ａ）に示した出力パターンを用いればよい。なお、対象者が身体部位９０を動かした結果、身体部位９０のｚ軸方向の位置が動作目標値を超えることが想定される。この場合には、逆の＋ｚ向きの平行移動を示す動作ベクトルが誘導制御部１２に供給される。したがって、誘導制御部１２は、図６（ｂ）に示した出力パターンを用いて＋ｚ向きの平行移動を誘導すればよい。このようなフィードバック制御を行うことで、誘導制御部１２は、動作目標値に対応する位置へ身体部位９０を誘導することができる。
【００５８】
ｘ軸方向及びｙ軸方向、つまりｘｙ面に平行な方向（以下、ｘｙ面方向）の平行移動を誘導するためには、誘導制御部１２は、例えば図４並びに図５（ａ）〜（ｃ）を用いて説明した出力パターンを用いればよい。具体的には、図８の例で＋ｘ向き及び＋ｙ向きを含むｘｙ面方向の合成ベクトルに従った平行移動を誘導するためには、誘導制御部１２は、図４に示したように、出力素子１１Ｈの出力状態を他の出力素子１１Ａ〜１１Ｇの出力状態と異ならせる出力パターンを用いればよい。この場合、正確な向き（角度）の一致は必要では無い。つまり、誘導制御部１２は、身体部位９０の移動に従って、動作の向きに最も近い角度に位置する出力素子１１を選択していけばよい。ｚ軸方向の移動の場合と同様に、対象者が身体部位９０を動かした結果、身体部位９０のｘｙ面方向の位置が動作目標値を超えることが想定される。この場合には、逆向きの平行移動を示す動作ベクトルが誘導制御部１２に供給される。したがって、誘導制御部１２は、図４の出力素子１１Ｄの出力状態を他の素子と異ならせる出力パターンを用いて逆向き（−ｘ及び−ｙ向き）の平行移動を誘導すればよい。このようなフィードバック制御を行うことで、誘導制御部１２は、動作目標値に対応する位置へ身体部位９０を誘導することができる。
【００５９】
ところで、誘導制御部１２が上述した座標変換を行うためには、位置計測部１４（距離画像センサ１４１）の座標系ＸＹＺと、身体部位９０の座標系ｘｙｚの間の相対関係が既知である必要がある。この座標系の相対関係は、予めキャリブレーションを行うことによって決定することができる。このキャリブレーションは、以下の手順（１）又は（２）によって行うことができる。
（手順１）
意図的に、Ｘ軸のみ、Ｙ軸のみ、及びＺ軸のみの３通りの動作ベクトルを誘導制御部１２に供給し、これに応じた身体部位９０の動作が行われたときの姿勢計測部１３による計測結果を用いて、誘導制御部１２が座標系ＸＹＺと座標系ｘｙｚの相対関係を決定する。
（手順２）
身体部位９０をｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸方向のそれぞれに移動させたことに応じて動作指示生成部１５から得られる動作ベクトルを用いて、誘導制御部１２が座標系ＸＹＺと座標系ｘｙｚの相対関係を決定する。
【００６０】
また、初期段階でのキャリブレーションを行わずに、任意の２点の間を身体部位９０が移動したときに得られる情報に基づいて、座標系ＸＹＺと座標系ｘｙｚの相対関係を決定してもよい。具体的には、任意の２点の間を身体部位９０が移動した場合における移動前後での身体部位９０の姿勢変化と、移動前後における動作ベクトルの変化とを対比することによって、座標系ＸＹＺと座標系ｘｙｚの相対関係を決定すればよい。
【００６１】
続いて以下では、図８に示した動作ベクトルＭＶに基づいて誘導制御部１２が対象者の動作を誘導し、最終的に動作目標値に対応するゴール位置に身体部位９０を移動させる過程の具体例について図９を用いて説明する。図９の上段はｘ軸、中段はｙ軸、下段はｚ軸に関するグラフである。図９上段（ａ）に示すＰｘ（ｔ）は、身体部位９０のｘ座標の時間変化を示している。図９中段（ｂ）に示すＰｙ（ｔ）は、身体部位９０のｙ座標の時間変化を示している。図９下段（ｃ）に示すＰｚ（ｔ）は、身体部位９０のｚ座標の時間変化を示している。また、Ｇｘ、Ｇｙ及びＧｚは、身体部位９０のゴール位置のｘ、ｙ及びｚ座標を表わしている。
【００６２】
図９の例では、始めに、区間Ｔ１及びＴ２において、誘導制御部１２が、身体部位９０のｚ軸方向の平行移動を誘導する。図９下段（ｃ）中の白抜き矢印は、動作ベクトルのｚ軸成分を示している。区間Ｔ１では−ｚ向きを持つ動作ベクトルからスタートするので、誘導制御部１２は、例えば図６（ａ）に示した出力パターンを用いて、−ｚ向きへの平行移動を誘導する。次に、区間Ｔ２では、身体部位９０の−ｚ向きの移動量が大き過ぎてゴール座標Ｇｘを下回ったため、逆向きの＋ｚ向きを持つ動作ベクトルが生成される。これに従って、誘導制御部１２は、例えば図６（ｂ）に示した出力パターンを用いて、＋ｚ向きへの平行移動を誘導する。結果として、身体部位９０のｚ軸方向の位置Ｐｚとゴール座標Ｇｚとのずれは、予め定められた誤差範囲内に収束する。
【００６３】
次に、区間Ｔ３では、誘導制御部１２は、動作ベクトルのｘｙ面成分に従って、身体部位９０のｘｙ面方向の平行移動を誘導する。図９上段（ａ）及び中段（ｂ）中の白抜き矢印は、動作ベクトルのｘ軸成分及びｙ軸成分を示している。区間Ｔ３では＋ｘ及び＋ｙ向きを持つ動作ベクトルからスタートするので、誘導制御部１２は、例えば図４に示した出力パターンを用いて、＋ｘ及び＋ｙ向きへの平行移動を誘導する。図９中に示された「出力パターン Ｈ、Ｈ、Ｈ、Ｈ、Ｈ、Ａ、Ｂ、Ｂ」は、図４に示した出力素子１１Ａ〜１１Ｈのうち、他の素子と異なる出力状態とされる素子を示している。つまり、区間Ｔ３の最初から５回目までの判定タイミングでは、出力素子１１Ｈの出力状態を他の素子と異ならせることによって、出力素子１１Ｈの向きへの平行移動が誘導される。次の６回目の判定タイミングでは、出力素子１１Ａの出力状態を他の素子と異ならせることによって、出力素子１１Ａの向きへの平行移動が誘導される。７回目及び８回目の判定タイミングでは、出力素子１１Ｂの出力状態を他の素子と異ならせることによって、出力素子１１Ｂの向きへの平行移動が誘導される。結果として、身体部位９０のｘｙ面方向の位置Ｇｘ及びＧｙとゴール座標Ｇｘ及びＧｙとのずれは、予め定められた誤差範囲内に収束する。
【００６４】
なお、説明を分かりやすくするために、図９では、ｚ軸方向の誘導過程とｘｙ面方向の誘導過程を時系列に分離する例を示した。しかしながら、誘導制御部１２は、ｘ、ｙ、及びｚ軸方向の誘導を分離せずに行ってもよい。誘導制御部１２は、例えば判定タイミング毎にｘ軸方向、ｙ軸方向、及びｚ軸方向の順序で繰り返し誘導を行ってもよい。
【００６５】
続いて以下では、誘導制御部１２による制御手順の具体例を説明する。図１０は、この具体例を示すフローチャートである。ステップＳ１では、誘導制御部１２は、キャリブレーションを行うことによって、位置計測部１４の座標系ＸＹＺと身体部位９０（姿勢計測部１３）の座標系ｘｙｚの相対関係を把握する。ステップＳ２では、誘導制御部１２は、判定タイミングが到来するまで待機する。判定タイミングとは、動作目標値が存在するタイミングを指している。判定タイミングは、例えば、動作指示生成部１５から誘導制御部１２に供給される。
【００６６】
ステップＳ３では、誘導制御部１２は、動作指示生成部１５により生成された動作指示情報を取得する。ここでは、動作指示情報は、「動作の向き」及び「動作量の大きさ」を含む「動作ベクトル」であるとする。ステップＳ４では、誘導制御部１２は、姿勢計測部１３により計測された身体部位９０の姿勢計測結果を取得する。ステップＳ５では、誘導制御部１２は、動作ベクトルをｘｙｚ座標系に投影するとともに、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸成分へのベクトル分解を行う。
【００６７】
ステップＳ６では、誘導制御部１２は、動作ベクトルのｚ成分ベクトルに基づいて、例えば図６（ａ）及び（ｂ）に示したような出力パターンを決定し、ｚ軸方向の身体部位９０の平行移動を誘導する。ステップＳ７では、誘導制御部１２は、ｚ軸方向の身体部位９０の位置とゴール座標Ｇｚとの誤差が所定の閾値ＴＨｚを下回るか否かを判定する。なお、ステップＳ７の判定は、動作指示生成部１５が行ってもよい。ｚ軸方向の誤差が閾値ＴＨｚ以上である場合（ステップＳ７でＮＯ）、誘導制御部１２は、ステップＳ４に戻って処理を繰り返す。
【００６８】
ｚ軸方向の誤差が収束した場合（ステップＳ７でＹＥＳ）、誘導制御部１２は、動作ベクトルのｘ成分ベクトル及びｙ成分ベクトルに基づいて、例えば図４に示したような出力パターンを決定し、ｘｙ面方向の身体部位９０の平行移動を誘導する（ステップＳ９）。ステップＳ１０では、誘導制御部１２は、ｘｙ面方向の身体部位９０の位置とゴール座標Ｇｘ及びＧｙとの誤差が所定の閾値ＴＨｘｙを下回るか否かを判定する。なお、ステップＳ１０の判定は、動作指示生成部１５が行ってもよい。ｘｙ面方向の誤差が閾値ＴＨｘｙ以上である場合（ステップＳ１０でＮＯ）、誘導制御部１２は、ステップＳ４に戻って処理を繰り返す。
【００６９】
ｘｙ面方向の誤差が収束した場合（ステップＳ１０でＹＥＳ）、誘導制御部１２は、身体部位９０が正しい位置（ゴール位置）に到達したことを示す出力パターンを生成し、これを対象者に通知する（ステップＳ１１）。
【００７０】
続いて、身体部位９０に含まれる複数の部位の位置移動及び回転を含む複合的な動作を、対象者の胴体に近い部位から順に誘導する手順の具体例について説明する。図１１は、この具体例を示すフローチャートである。ここでは、身体部位９０が下腕であり、身体部位９０の中に肘及び手首が含まれる場合を例として、図６（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
【００７１】
ステップＳ２１では、誘導制御部１２は、図６（ａ）及び（ｂ）に示した方法で下腕のｚ軸方向の位置をゴール位置に誘導する。
【００７２】
ステップＳ２２では、誘導制御部１２は、図６（ａ）及び（ｂ）に示された肘側の装着具１００Ｂに配置されている第２の出力素子群の出力パターンを制御することによって、ｘｙ面方向の肘の平行移動を誘導する。
【００７３】
ステップＳ２３では、誘導制御部１２は、図６（ａ）及び（ｂ）に示された手首側の装着具１００Ａに配置されている第１の出力素子群の出力パターンを制御することによって、ｘｙ面方向の手首の平行移動を誘導する。
【００７４】
ステップＳ２４では、誘導制御部１２は、手首側の装着具１００Ａに配置されている第１の出力素子群が円周方向に沿って順次出力するように制御することで、手首の回転を誘導する。
【００７５】
以上に説明したように、本実施の形態では、誘導制御部１２は、（ａ）身体部位９０の位置移動及び回転の少なくとも一方に関する「動作の向き」と（ｂ）身体部位９０の回転状態を含む姿勢に応じて定まる複数の出力素子１１の空間的な配置との対応関係に基づいて、この「動作の向き」に従った身体部位９０の動作を誘導するように複数の出力素子１１の出力パターンを制御する。これにより、本実施の形態は、ディスプレイ若しくはスピーカを用いた一般的な動作指示を行う場合と比べて、身体部位９０の動作の向きを対象者に直感的に伝達することができる。さらに、本実施の形態は、身体部位９０の姿勢に応じて定まる複数の出力素子１１の空間的な配置と「動作の向き」との対応関係を考慮しているため、身体部位９０が如何なる姿勢であるかに関わらず、身体部位９０の動作を的確に誘導することができる。よって、本実施の形態は、ディスプレイ若しくはスピーカを用いた一般的な動作指示に代えて、又はこれらの動作指示と組み合わせて用いることによって、動作指示の正確な伝達に寄与することができる。
【００７６】
また、本実施の形態では、複数の出力素子１１の身体部位９０への装着例について説明した。例えば、図３には、複数の出力素子１１を身体部位９０の回転軸（ｚ軸）を取り囲むように配置する例を示した。複数の出力素子１１をこのように配置することによって、回転軸（ｚ軸）に垂直な成分（ｘ成分又はｙ成分）を含む平行移動を誘導するための出力パターンの生成と、回転軸（ｚ軸）周りの回転を誘導するための出力パターンの生成を、ともに容易に行うことができる。
【００７７】
また、図６（ａ）及び（ｂ）には、身体部位９０の回転軸（ｚ軸）を取り囲むように配置される第１の出力素子群と、回転軸（ｚ軸）に実質的に沿って第１の素子群から離間して配置された少なくとも１つの第２の出力素子を含む例について説明した。複数の出力素子１１をこのように配置することによって、回転軸（ｚ軸）に平行な成分を含む平行移動を誘導するための出力パターンの生成を容易に行うことができる。
【００７８】
＜その他の実施の形態Ａ＞
上述した実施の形態１に係る動作指示システム１は、身体部位９０の動作の誘導に使用するためのディスプレイ及びスピーカの少なくとも一方をさらに備えてもよい。ディスプレイ又はスピーカは、対象者の身体に配置されてもよいし、対象者が位置する環境内に配置されてもよい。誘導制御部１２は、複数の出力素子１１の出力パターンに加えて、ディスプレイ又はスピーカからの画像又は音声を用いて動作の誘導を行ってもよい。画像又は音声を複数の出力素子１１の出力パターンと組み合わせて用いることによって、対象者への動作指示をより的確に行うことができる。
【００７９】
例えば、誘導制御部１２は、ディスプレイ又はスピーカからの画像又は音声を停止したり切り替えたりすることによって、身体部位９０が正しい位置に到達したことを対象者に通知してもよい。
【００８０】
また、誘導制御部１２は、ディスプレイ又はスピーカからの画像又は音声を停止したり切り替えたりすることによって、複数の出力素子１１の出力パターンによる動作指示の開始タイミングを対象者に通知してもよい。
【００８１】
また、誘導制御部１２は、動作指示が必要であり、かつ動作目標値との身体部位９０とのずれが所定の基準を超えて大きいことを条件として、ディスプレイ又はスピーカからの画像又は音声を停止したり切り替えたりしてもよい。これにより、動作目標値とのずれが大きく特に注意してレッスン等を進める必要があることを対象者に対して的確に伝達することができる。
【００８２】
＜その他の実施の形態Ｂ＞
上述した実施の形態１に係る動作指示システム１は、姿勢計測部１３の計測結果、位置計測部１４の計測結果、動作指示情報などの履歴を記録できるように構成されてよい。さらに、動作指示システム１は、対象者が確認できるようにするために、記録された履歴を映像、音声などによって表示できるように構成されてもよい。このように構成することで、対象者が動作指示の内容を繰り返して確認することができるため、レッスン等の効率を上げることができる。
【００８３】
＜その他の実施の形態Ｃ＞
上述した実施の形態１では、動作指示生成部１５が、対象者の身体部位９０の位置及び姿勢の少なくとも一方の計測結果に基づいて動作指示情報の生成を行う例を示した。動作指示生成部１５は、さらに、環境内に存在する対象者以外の人物、動物、又は物体の位置又は姿勢と、対象者の位置又は姿勢との相対関係に基づいて、動作指示情報を生成してもよい。この場合、姿勢計測部１３及び位置計測部１４が、対象者以外の人物、動物、又は物体の位置及び姿勢を計測すればよい。また、対象者以外の人物、動物、又は物体の位置及び姿勢を計測するための追加のモーションキャプチャ装置を配置してもよい。
【００８４】
例えば、動作指示生成部１５は、対象者以外の人物、動物、又は物体と対象者との距離が目標値となるように誘導するための動作指示情報を生成してもよい。また、動作指示生成部１５は、対象者以外の人物、動物、又は物体の位置に対する対象者の相対位置が目標値となるように誘導するための動作指示情報を生成してもよい。また、動作指示生成部１５は、対象者の姿勢を対象者以外の人物の姿勢の姿勢に近づけるように誘導するための動作指示情報を生成してもよい。
【００８５】
これにより、例えば、対象者を含む複数人で踊る場合に、対象者と他の人物との位置又は姿勢に関する相対的な関係を正確に保つような誘導を行うことができる。
【００８６】
＜その他の実施の形態Ｄ＞
上述した実施の形態１では、複数の出力素子１１が直接的に又は装着具を介して身体部位９０に装着される例を示した。実施の形態１で説明した例に代えて、複数の出力素子１１は、モーションコントロール技術を利用したコンピュータゲーム機のコントローラのような筐体に取り付けられてもよい。この場合、複数の出力素子１１が取り付けられた筐体が対象者の手に把持されることによって、数の出力素子１１が身体部位９０に装着される。また、複数の出力素子１１が取り付けられた筐体は、ジャイロセンサ１３１及び加速度センサ１３２等の姿勢計測部１３を内蔵してもよい。
【００８７】
さらに、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００８８】
１ 動作指示システム
１０ 動作指示装置
１１、１１Ａ〜１１Ｈ 出力素子
１２ 誘導制御部
１３ 姿勢計測部
１４ 位置計測部
１５ 動作指示生成部
１６ 制御装置
９０ 身体部位
１００、１００Ａ、１００Ｂ 装着具
１０１ 通信デバイス
１０２ 記憶デバイス
１１１ ＬＥＤ（light emitting diode）
１２１ マイクロプロセッサ（ＭＰＵ（micro processing unit））
１２２ ＬＥＤコントローラ
１３０ センサ筐体
１３１ ジャイロセンサ
１３２ 加速度センサ
１４１ 距離画像センサ
１５１ マイクロプロセッサ（ＭＰＵ（micro processing unit））
１５２ 動作指示生成プログラム
１６１ 通信デバイス
１６２ 記憶デバイス
１６３ 外部入出力端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象者の身体部位に装着して使用され、前記対象者が知覚可能な信号を出力する複数の出力素子と、
（ａ）前記身体部位の位置移動及び回転の少なくとも一方に関する動作の向きと（ｂ）前記身体部位の回転状態を含む姿勢に応じて定まる前記複数の出力素子の空間的な配置との対応関係に基づいて、前記動作の向きに従った前記身体部位の動作を誘導するように前記複数の出力素子の出力パターンを制御する誘導制御手段と、
を備える動作指示装置。
【請求項２】
前記複数の出力素子は、前記身体部位への装着状態において、前記身体部位の回転軸を取り囲むように配置される、請求項１に記載の動作指示装置。
【請求項３】
前記複数の出力素子は、前記身体部位への装着状態において、前記身体部位の回転軸を取り囲むように配置される第１の出力素子群と、前記回転軸に実質的に沿って前記第１の素子群から離間して配置された少なくとも１つの第２の出力素子を備え、
前記誘導制御手段は、前記回転軸に実質的に沿う方向への前記身体部位の位置移動を誘導するように、前記第１の出力素子群および前記少なくとも１つの第２の出力素子の出力パターンを制御する、
請求項１又２に記載の動作指示装置。
【請求項４】
前記動作の向きは、前記身体部位の位置移動及び回転を共に含み、
前記誘導制御手段は、前記身体部位の位置移動を誘導する第１の出力パターンとなるよう前記複数の出力素子を制御した後に、前記身体部位の回転を誘導する第２の出力パターンとなるよう前記複数の出力素子を制御する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の動作指示装置。
【請求項５】
前記誘導制御手段は、前記身体部位の位置移動及び回転が共に不要である場合に、前記身体部位の位置移動及び回転を誘導する場合とは異なる出力パターンとなるように前記複数の出力素子を制御する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の動作指示装置。
【請求項６】
表示手段及び音声出力手段の少なくとも一方をさらに備え、
前記誘導制御手段は、前記表示手段及び前記音声出力手段の少なくとも一方を用いて、前記動作の向きに従って動作させるべき前記身体部位を前記対象者に伝達するための情報を出力する、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の動作指示装置。
【請求項７】
前記誘導制御手段は、前記動作の向きへの前記身体部位の動作量の大きさに応じて前記複数の出力素子の出力パターンを変化させる、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の動作指示装置。
【請求項８】
前記誘導制御手段は、前記複数の出力素子からの出力信号の強弱を変化させることによって、前記動作量の大きさに応じた出力パターンを生成する、請求項７に記載の動作指示装置。
【請求項９】
前記複数の出力素子の各々から出力される信号は、光、音、振動、電気、及び圧力の少なくとも１つを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の動作指示装置。
【請求項１０】
前記身体部位は、前記対象者の手、腕、脚、頭、又は腰を含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の動作指示装置。
【請求項１１】
前記身体部位の回転状態を含む姿勢を計測可能な姿勢計測手段をさらに備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の動作指示装置。
【請求項１２】
前記姿勢計測手段は、前記身体部位に配置される加速度センサ及びジャイロセンサのうち少なくとも一方を含む、請求項１１に記載の動作指示装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の動作指示装置と、
前記動作の向きを含む動作指示情報を前記誘導制御手段に供給する動作指示生成手段と、
を備える、動作指示システム。
【請求項１４】
前記動作指示生成手段は、前記身体部位の位置及び姿勢の少なくとも一方の計測値と目標値とのずれを補正するように前記動作の向きを決定する、請求項１３に記載の動作指示システム。
【請求項１５】
前記身体部位の位置を計測可能な位置計測手段をさらに備える、請求項１３又は１４に記載の動作指示システム。
【請求項１６】
対象者の身体部位の位置移動及び回転の少なくとも一方に関する動作の向きを示す動作指示情報を取得すること、
前記身体部位の回転状態を含む姿勢の計測結果を取得すること、及び
前記姿勢に応じて定まる前記複数の出力素子の空間的な配置と前記動作の向きとの対応関係に基づいて、前記動作の向きに従った前記身体部位の動作を誘導するように、前記身体部位に装着されて前記対象者が知覚可能な信号を出力する複数の出力素子の出力パターンを制御すること、
を備える動作指示方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の動作指示方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１】
対象者の身体部位に装着して使用され、前記対象者が知覚可能な信号を出力する複数の出力素子と、
（ａ）前記身体部位の位置移動及び回転の少なくとも一方に関する動作の向きと（ｂ）前記身体部位の回転状態を含む姿勢に応じて定まる前記複数の出力素子の空間的な配置との対応関係に基づいて、前記動作の向きに従った前記身体部位の動作を誘導するように前記複数の出力素子の出力パターンを制御する誘導制御手段と、
を備える動作指示装置。
【請求項２】
前記複数の出力素子は、前記身体部位への装着状態において、前記身体部位の回転軸を取り囲むように配置される、請求項１に記載の動作指示装置。
【請求項３】
前記複数の出力素子は、前記身体部位への装着状態において、前記身体部位の回転軸を取り囲むように配置される第１の出力素子群と、前記回転軸に実質的に沿って前記第１の素子群から離間して配置された少なくとも１つの第２の出力素子を備え、
前記誘導制御手段は、前記回転軸に実質的に沿う方向への前記身体部位の位置移動を誘導するように、前記第１の出力素子群および前記少なくとも１つの第２の出力素子の出力パターンを制御する、
請求項１又２に記載の動作指示装置。
【請求項４】
前記動作の向きは、前記身体部位の位置移動及び回転を共に含み、
前記誘導制御手段は、前記身体部位の位置移動を誘導する第１の出力パターンとなるよう前記複数の出力素子を制御した後に、前記身体部位の回転を誘導する第２の出力パターンとなるよう前記複数の出力素子を制御する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の動作指示装置。
【請求項５】
前記誘導制御手段は、前記身体部位の位置移動及び回転が共に不要である場合に、前記身体部位の位置移動及び回転を誘導する場合とは異なる出力パターンとなるように前記複数の出力素子を制御する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の動作指示装置。
【請求項６】
表示手段及び音声出力手段の少なくとも一方をさらに備え、
前記誘導制御手段は、前記表示手段及び前記音声出力手段の少なくとも一方を用いて、前記動作の向きに従って動作させるべき前記身体部位を前記対象者に伝達するための情報を出力する、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の動作指示装置。
【請求項７】
前記誘導制御手段は、前記動作の向きへの前記身体部位の動作量の大きさに応じて前記複数の出力素子の出力パターンを変化させる、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の動作指示装置。
【請求項８】
前記誘導制御手段は、前記複数の出力素子からの出力信号の強弱を変化させることによって、前記動作量の大きさに応じた出力パターンを生成する、請求項７に記載の動作指示装置。
【請求項９】
前記複数の出力素子の各々から出力される信号は、光、音、振動、電気、及び圧力の少なくとも１つを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の動作指示装置。
【請求項１０】
前記身体部位は、前記対象者の手、腕、脚、頭、又は腰を含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の動作指示装置。
【請求項１１】
前記身体部位の回転状態を含む姿勢を計測可能な姿勢計測手段をさらに備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の動作指示装置。
【請求項１２】
前記姿勢計測手段は、前記身体部位に配置される加速度センサ及びジャイロセンサのうち少なくとも一方を含む、請求項１１に記載の動作指示装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の動作指示装置と、
前記動作の向きを含む動作指示情報を前記誘導制御手段に供給する動作指示生成手段と、
を備える、動作指示システム。
【請求項１４】
前記動作指示生成手段は、前記身体部位の位置及び姿勢の少なくとも一方の計測値と目標値とのずれを補正するように前記動作の向きを決定する、請求項１３に記載の動作指示システム。
【請求項１５】
前記身体部位の位置を計測可能な位置計測手段をさらに備える、請求項１３又は１４に記載の動作指示システム。
【請求項１６】
対象者の身体部位の位置移動及び回転の少なくとも一方に関する動作の向きを示す動作指示情報を取得すること、
前記身体部位の回転状態を含む姿勢の計測結果を取得すること、及び
前記姿勢に応じて定まる前記複数の出力素子の空間的な配置と前記動作の向きとの対応関係に基づいて、前記動作の向きに従った前記身体部位の動作を誘導するように、前記身体部位に装着されて前記対象者が知覚可能な信号を出力する複数の出力素子の出力パターンを制御すること、
を備える動作指示方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の動作指示方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−１１９７９（Ｐ２０１３−１１９７９Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４３２５７（Ｐ２０１１−１４３２５７）
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（３０８０３６４０２）株式会社ＪＶＣケンウッド (1,152)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（３０８０３６４０２）株式会社ＪＶＣケンウッド (1,152)
【Ｆターム（参考）】
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