身体揺動装置
【課題】使用者個々の体型に合わせた揺動動作を行うことができる身体揺動装置を提供する。
【解決手段】使用者の所定の身体部位である頭部の位置を認識する位置認識部としての圧力センサ３３が身体支持部材１３の背もたれ部３２に備えられる。そして、圧力センサ３３からの圧力分布情報を受けた位置認識部としてのコントローラ２３により認識した身体部位（頭部）の位置を基準として揺動動作が行われるように、揺動駆動装置１２が制御手段としてのコントローラ２３により制御される。
【解決手段】使用者の所定の身体部位である頭部の位置を認識する位置認識部としての圧力センサ３３が身体支持部材１３の背もたれ部３２に備えられる。そして、圧力センサ３３からの圧力分布情報を受けた位置認識部としてのコントローラ２３により認識した身体部位（頭部）の位置を基準として揺動動作が行われるように、揺動駆動装置１２が制御手段としてのコントローラ２３により制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者の身体を揺動動作させる身体揺動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、身体を揺動動作させる装置として、例えば特許文献１に示すように、使用者の身体を着座状態若しくは寝た状態で支持する身体支持部材を揺動駆動装置にて緩やかに揺動させて、使用者にリラックス効果を付与するリラックス装置（身体揺動装置）が知られている。
【特許文献１】特開２０００−４２１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記のようなリラックス装置では、例えば統計データ等から使用者の体型を想定した揺動動作であるため、使用者個々の体型のばらつきなどには対応していなかった。そのため、体型の異なる使用者それぞれに対して所定の身体部位（例えば、頭部）を中心に動作させるといった事が難しく、効果的な揺動動作を同様に行うことが困難であった。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、使用者個々の体型に合わせた揺動動作を行うことができる身体揺動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、使用者の身体を支持する身体支持手段と、該身体支持手段を少なくとも一方向に揺動動作させる揺動駆動手段と、該揺動駆動手段を制御する制御手段とを備えた身体揺動装置であって、前記使用者の所定の身体部位の位置を認識する位置認識部を備え、前記制御手段は、前記位置認識部により認識した前記身体部位の位置を基準として揺動動作が行われるように前記揺動駆動手段を制御することをその要旨とする。
【０００６】
この発明では、使用者の所定の身体部位の位置を認識する位置認識部を備えられる。そして、位置認識部により認識した身体部位の位置を基準として揺動動作が行われるように揺動駆動手段が制御手段により制御される。これにより、使用者の所定の身体部位を基準とした揺動動作を行うことができ、使用者個々の体型に合わせた効果的な揺動動作が可能となる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の身体揺動装置において、前記制御手段は、前記使用者の身体部位である頭部の位置を基準として揺動動作が行われるように前記揺動駆動手段を制御することをその要旨とする。
【０００８】
この発明では、制御手段により、使用者の身体部位である頭部の位置を基準として揺動動作が行われるように揺動駆動手段が制御される。これにより、平衡感覚を司る三半規管等を有する頭部の位置を基準とした揺動動作を実現できるため、例えば三半規管に対して不快な刺激とならない揺動動作を行うことが可能となり、所謂乗り物酔いを抑制させることが可能となる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の身体揺動装置において、前記制御手段は、前記揺動動作の目標軌道を演算し、その演算結果に基づいて前記揺動駆動手段を制御することをその要旨とする。
【００１０】
この発明では、制御手段により、揺動動作の目標軌道が演算されるとともに、その演算結果に基づいて揺動駆動手段が制御される。つまり、目標軌道を演算にて求めることで、目標軌道となるようなパターンとして予め記憶する必要がないため、メモリ（記憶領域）等の増大を抑えることができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の身体揺動装置において、前記揺動動作の目標軌道の位置変位から前記揺動駆動手段の駆動部の駆動変位との関係を示すテーブルを予め記憶した記憶部が備えられ、前記制御手段は、前記目標軌道の位置変位を演算し、その演算結果から前記記憶部に記憶された前記テーブルを参照して前記駆動変位に変換し、前記駆動変位に基づいて前記揺動駆動手段を制御することをその要旨とする。
【００１２】
この発明では、揺動動作の目標軌道の位置変位と揺動駆動手段の駆動部の駆動変位との関係を示すテーブルを予め記憶した記憶部が備えられる。そして、制御手段により、目標軌道の位置変位が演算される。さらに、制御手段により、その演算結果から記憶部に記憶されたテーブルを参照して駆動変位に変換され、その駆動変位に基づいて揺動駆動手段が制御される。つまり、目標軌道の位置変位から駆動部の駆動変位への変換を演算ではなく、それらの関係が対応付けられたテーブルを用いることで、制御手段に対する演算負荷を軽減でき、処理能力の低い制御手段の使用も可能となる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の身体揺動装置において、前記揺動動作の目標軌道の軌道パターンを予め記憶した記憶部が備えられ、前記制御手段は、前記記憶部に記憶された前記軌道パターンに基づいて前記揺動駆動手段を制御することをその要旨とする。
【００１４】
この発明では、揺動動作の目標軌道の軌道パターンを予め記憶した記憶部が備えられる。そして、制御手段により、記憶部に記憶された軌道パターンに基づいて揺動駆動手段が制御される。これにより、制御手段に対する演算負荷を軽減できるため、処理能力の低い制御手段の使用も可能となる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の身体揺動装置において、前記使用者の身体的特徴情報を入力可能な入力部を備え、前記位置認識部は、前記使用者の入力した前記身体的特徴情報に基づいて身体部位の位置を規定することをその要旨とする。
【００１６】
この発明では、使用者の身体的特徴情報を入力可能な入力部が備えられ、位置認識部により、使用者の入力した身体的特徴情報に基づいて身体部位の位置が規定される。ここで、身体的特徴情報とは、特に身長や座高等の事を意味し、これ以降、同様の意味として使用する。つまり、身体的特徴情報を入力することで、身体的特徴情報や各身体部位の位置を特定するセンサ等を設けることなく、使用者の各身体部位の推定することが可能となる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の身体揺動装置において、前記身体支持手段は、その形状が変更可能に構成されたことをその要旨とする。
この発明では、身体支持手段は、その形状が変更可能に構成される。ここで、例えば、身体支持手段を使用者が着座可能な座部と、座部の後部に傾動可能に設けられる背もたれ部とで構成された場合に限って説明すると、背もたれ部を傾動させることで、使用者の上半身の位置や向きが変更されるため、揺動動作のバリエーションを増やすことができる。また、所定の身体部位の揺動動作の動作範囲を小さくすることもでき、特に三半規管を有する頭部の動作範囲を小さくすることで、三半規管に対して不快な刺激を与えることが抑えられ、所謂乗り物酔いを抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、使用者個々の体型に合わせた揺動動作を行うことができる身体揺動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態の身体揺動装置の概略構成図を示す。図１に示すように、身体揺動装置１０は、その基台１１が図示しない床面に載置されるとともに、基台１１に設けられた揺動駆動手段としての揺動駆動装置１２と該揺動駆動装置１２により揺動される身体支持手段としての身体支持部材１３とを備えている。
【００２０】
揺動駆動装置１２は、回動可能な複数（本実施形態では１１個）の関節２０と、各関節２０同士を接続するアーム部材２１とで構成されている。そして、各関節２０は、駆動部としてのアクチュエータ２２を備えており、各アクチュエータ２２が制御手段としてのコントローラ２３によって制御されることで各関節２０が回動するようになっている。
【００２１】
また、前記基台１１とは反対側（上方側）の関節２０は、身体支持部材１３の座部３０と、座部３０の前部に傾動可能に設けられるオットマン３１とに連結されている。また、座部３０の後部には背もたれ部３２が傾動可能に設けられている。この背もたれ部３２の上面３２ａ側には、図１及び図２に示すように圧力検知可能な位置認識部を構成する複数の圧力センサ３３が設けられている。この圧力センサ３３は、コントローラ２３と電気的に接続され、背もたれ部３２の上面３２ａ側の圧力分布情報をコントローラ２３に出力するようになっている。
【００２２】
上記のように構成された身体揺動装置１０は、コントローラ２３により、圧力センサ３３から受けた圧力分布情報に基づいて揺動動作が行われるようになっており、本実施形態では圧力分布情報から頭部の位置ｘ（図２参照）を算出する。ここで、頭部の位置ｘを算出する方法としては、一般的に使用者の首付近が背もたれ部３２に接しない、若しくは接しにくいため、首付近では圧力分布が低くなる。そのため、圧力分布が低くなり、更にその上方に圧力分布が高くなる箇所を頭部の位置ｘと認識し、その位置ｘを算出することが可能となる。尚、これ以外の方法で頭部の位置ｘを算出してもよい。
【００２３】
そして、頭部の位置ｘを算出したコントローラ２３は、揺動駆動装置１２を構成する各アクチュエータ２２を制御して関節を回動させ、身体支持部材１３を頭部の位置ｘを基準として前後方向に揺動動作を行うようになっている。この時、コントローラ２３は、平衡感覚を司る三半規管等に対して不快な刺激とならないように揺動駆動装置１２を構成する各アクチュエータ２２を制御する。そのため、所謂乗り物酔いの発生を抑えることができる。
【００２４】
次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）使用者の所定の身体部位（頭部）の位置ｘを認識する位置認識部としての圧力センサ３３が身体支持部材１３の背もたれ部３２に備えられる。そして、圧力センサ３３からの圧力分布情報を受けた位置認識部としてのコントローラ２３により認識した身体部位（頭部）の位置ｘを基準として揺動動作が行われるように、揺動駆動装置１２が制御手段としてのコントローラ２３により制御される。これにより、使用者の所定の身体部位（頭部）を基準とした揺動動作を行うことができ、使用者個々の体型に合わせた効果的な揺動動作が可能となる。
【００２５】
（２）コントローラ２３により、使用者の身体部位である頭部の位置ｘを基準として揺動動作が行われるように揺動駆動装置１２が制御される。これにより、平衡感覚を司る三半規管等を有する頭部の位置ｘを基準とした揺動動作を実現できるため、三半規管に対して不快な刺激とならない揺動動作を行うことが可能となり、所謂乗り物酔いを抑制させることが可能となる。
【００２６】
（第２実施形態）
以下、本発明を具体化した第２実施形態を図面に従って説明する。尚、上述した第１実施形態と同じ部材については同じ符号を付して図面及び説明の全て又は一部を割愛する。
【００２７】
図３に示すように、身体揺動装置１０の揺動駆動装置１２は、身体支持部材１３をスライド可能に支持するスライドガイド４０と、ボールねじなどの並進動作可能なアクチュエータ４１とで構成されている。ここで、スライド動作の動作方向はスライドガイド４０の長さ方向とし、使用者の頭部の位置をｘ、アクチュエータの変位をｑとすると、これらの関係は一般的に関数ｆからなる式（ａ）で表現できる。
【００２８】
【数１】
また、この逆関係は、上記式（ａ）の関数ｆの逆関数ｇとして、次の式（ｂ）で表される。
【００２９】
【数２】
次に、頭部の位置ｘを基準として、時間的に変化する目標軌道ｘｄ（ｔ）に基づいて身体支持部材１３を一方向に揺動動作させる一例について説明する。
【００３０】
図４は、時間的に変化する頭部の目標位置ｘｄのグラフであり、縦軸は目標位置ｘｄを示し、横軸は時間ｔを示している。つまり、グラフの線分Ｌが目標軌道ｘｄ（ｔ）となり、これは例えば以下の５次式、式（ｃ）及び（ｄ）に示す時間関数の多項式で与えることができる。
【００３１】
【数３】
【００３２】
【数４】
尚、上式（ｃ）及び（ｄ）では、初期位置を０とし、始動後２秒間で１０ｍｍプラス方向に動作し、その後、３秒間で１０ｍｍマイナス方向に動作する例である。また、上式（ｃ）の係数「１０」と、上式（ｄ）の係数「−１０」を変更することで到達位置を変更することが可能である。
【００３３】
また、上式（ｃ）及び（ｄ）で示される目標位置ｘｄとなるように制御するべく、上式（ｃ）及び（ｄ）を時間ｔで微分することで目標の速度を算出する式（ｅ）及び（ｆ）が得られる。
【００３４】
【数５】
【００３５】
【数６】
尚、目標の加速度については、上式（ｅ）及び（ｆ）を更に時間ｔで微分することで算出できるため、式によって示すことは割愛する。
【００３６】
前述したように、式（ａ）及び（ｂ）は目標位置やアクチュエータの変位（位置）の関係を示す式であるが、これらの式（ａ）及び（ｂ）の両辺を時間ｔで微分することで、以下に示すように速度の関係を示す式（ｇ）及び（ｈ）として示すことができる。
【００３７】
【数７】
更に、式（ｂ）及び（ｈ）のｘをｘｄに置き換えるとともに、同じくｑをｑｄに置き換えて、式（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）を式（ｂ）及び（ｈ）に代入すると、目標のアクチュエータの変位（位置）ｑｄと、アクチュエータの目標の速度ｄ／ｄｔ×ｑが算出可能となる。ここで、アクチュエータの制御入力をＶとすると、以下の式（ｉ）にて位置と速度のフィードバック制御が可能となる。尚、以下の式（ｉ）のＫｐは位置誤差ｑｄ（ｔ）−ｑ（ｔ）に対する比例ゲインを意味し、Ｋｖは速度誤差（ｄ／ｄｔ）ｑｄ（ｔ）−（ｄ／ｄｔ）ｑ（ｔ）に対する微分ゲインである。
【００３８】
【数８】
上述したことから、使用者の頭部の位置ｘで目標軌道ｘｄ（ｔ）を与え、上式（ｉ）を用いてアクチュエータを制御することで、図４にて線分Ｌで示すような所望の動作を実現することができる。また、前述したように、身体支持部材１３を２秒間で１０ｍｍプラス方向に動作させ、その後、３秒間で１０ｍｍマイナス方向に動作させるといった揺動動作を繰り返し行うことで、例えばロッキングチェア等の様な緩やかな揺動動作となる。そのため、使用者に対して緩やかな揺動を行って、使用者にリラックス効果を付与するリラックス装置としての機能を本実施形態の身体揺動装置１０に設けることができる。
【００３９】
以上記述したように、本実施形態によれば、前記第１の実施形態の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
（１）コントローラ２３により、揺動動作の目標軌道ｘｄ（ｔ）が演算されるとともに、その演算結果に基づいて揺動駆動装置１２（アクチュエータ４１）が制御される。つまり、目標軌道を演算にて求めることで、目標軌道となるような揺動パターン又は変換テーブルとして予め記憶する必要がないため、メモリ（記憶部）等の増大を抑えることができる。
【００４０】
（２）揺動動作の動作速度が緩やかで、振幅も小さいため、使用者に対してリラックス効果を付与することができる。
（３）また、揺動動作を上記式（ｃ）及び（ｄ）等の５次式で付与しているため、滑らかな揺動動作を実施することができる。
【００４１】
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記各実施形態では、圧力センサ３３にて使用者の身体部位を認識する構成としたが、これ以外の構成にて身体部位を認識してもよく、例えば図６に示すように、使用者の着座状態を確認可能なカメラ５０を設けて身体部位を認識してもよい。また、図５に示すように使用者の身体特徴情報である身長を入力可能な入力部５１を設けて、その身長から身体部位（例えば頭部など）を認識してもよい。また、座高を入力可能としてもよい。
【００４２】
・上記各実施形態では、使用者の所定の身体部位を頭部としたが、これに限らず、その他の身体部位でもよい。
・上記各実施形態では、特に言及していないが、例えば図７（ａ）（ｂ）に示すように、揺動動作は変更させず、背もたれ部３２と座部３０とがなすリクライニング角度θを変更、つまり背もたれ部３２を傾動させて、使用者の体感する揺動方向を変更する構成を採用してもよい。詳述すると、図７（ａ）の様にリクライニング角度θが大きく背もたれ部３２を起立状態とすることで使用者の頭部は前後方向に揺動され、図７（ｂ）の様にリクらニング角度θが小さく背もたれ部３２をリクライニング状態とすることで使用者の頭部は上下方向に揺動されたように感じる。つまり、このような構成とすることで、本装置１０としての動作のバリエーションを増やすことができる。尚、上記構成に加えて揺動動作を変更する構成を採用してもよい。
【００４３】
また、所定の身体部位の揺動動作の動作範囲を小さくすることもでき、特に三半規管を有する頭部の動作範囲を小さくすることで、三半規管に対して不快な刺激を与えることが抑えられ、所謂乗り物酔いを抑制することが可能となる。
【００４４】
・上記第２実施形態では、リラックス効果を付与するリラックス装置としての機能を有する構成としたが、例えば、所定時間経過後に揺動動作の速度や振幅等を変更してもよい。
【００４５】
・上記第２実施形態では、揺動動作の目標軌道ｘｄ（ｔ）及びその軌道ｘｄ（ｔ）からアクチュエータ４１の駆動変位を演算にて求めて揺動動作を実施する構成を採用したが、これに限らず、目標軌道の変位とアクチュエータ４１の駆動変位との関係を予め示した変換テーブルを図示しない記憶部に記憶しておき、目標軌道ｘｄ（ｔ）の変位からアクチュエータ４１の駆動変位に変換する演算処理を省略する構成を採用してもよい。また、揺動動作の動作パターン（目標軌道の軌道パターン）を予め図示しない記憶部に記憶しておき、目標軌道ｘｄ（ｔ）の変位とアクチュエータ４１の駆動変位の演算について省略する構成を採用してもよい。このように、演算処理を省略することで、制御手段としてのコントローラ２３に与える負荷を抑えることができるため、処理能力の低い制御手段としてのコントローラ２３を使用することが可能となる。
【００４６】
・上記各実施形態では、座部３０、オットマン３１及び背もたれ部３２とで身体支持部材１３を構成したが、これに限らず、例えばオットマン３１及び背もたれ部３２の少なくとも一方を省略した構成であってもよい。また、オットマン３１及び背もたれ部３２の両方を省略し、座部３０に跨るような構成であれば、使用者は自身の背を凭れさせることができず、腹筋等にて姿勢維持が必要となる。これによって、腹筋等の鍛錬となり、本装置１０を所謂揺動型運動装置として利用することが可能となる。この場合、上面視した際に座部３０を前後方向若しくは左右（幅）方向に「８」の字となる揺動動作を付与してもよく、例えば左右（幅）方向に「８」の字となる揺動動作を付与することで、乗馬を模した揺動動作が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１実施形態における身体揺動装置の概略構成図。
【図２】同上における揺動動作について説明するための説明図。
【図３】第２実施形態における身体揺動装置の概略構成図。
【図４】同上における揺動動作について説明するための説明図。
【図５】別例における入力部の概略構成図。
【図６】別例における身体部位の認識について説明するための説明図。
【図７】（ａ）（ｂ）は、別例における背もたれ部の傾動動作について説明するための説明図。
【符号の説明】
【００４８】
１０…身体揺動装置、１２…揺動駆動手段としての揺動駆動装置、１３…身体支持手段としての身体支持部材、２３…制御手段及び位置認識部としてのコントローラ、３３…位置認識部を構成する圧力センサ、４１…駆動部としてのアクチュエータ、４４…位置認識部を構成するカメラ、５１…入力部、ｘ…身体部位の位置、ｘｄ（ｔ）…目標軌道。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者の身体を揺動動作させる身体揺動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、身体を揺動動作させる装置として、例えば特許文献１に示すように、使用者の身体を着座状態若しくは寝た状態で支持する身体支持部材を揺動駆動装置にて緩やかに揺動させて、使用者にリラックス効果を付与するリラックス装置（身体揺動装置）が知られている。
【特許文献１】特開２０００−４２１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記のようなリラックス装置では、例えば統計データ等から使用者の体型を想定した揺動動作であるため、使用者個々の体型のばらつきなどには対応していなかった。そのため、体型の異なる使用者それぞれに対して所定の身体部位（例えば、頭部）を中心に動作させるといった事が難しく、効果的な揺動動作を同様に行うことが困難であった。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、使用者個々の体型に合わせた揺動動作を行うことができる身体揺動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、使用者の身体を支持する身体支持手段と、該身体支持手段を少なくとも一方向に揺動動作させる揺動駆動手段と、該揺動駆動手段を制御する制御手段とを備えた身体揺動装置であって、前記使用者の所定の身体部位の位置を認識する位置認識部を備え、前記制御手段は、前記位置認識部により認識した前記身体部位の位置を基準として揺動動作が行われるように前記揺動駆動手段を制御することをその要旨とする。
【０００６】
この発明では、使用者の所定の身体部位の位置を認識する位置認識部を備えられる。そして、位置認識部により認識した身体部位の位置を基準として揺動動作が行われるように揺動駆動手段が制御手段により制御される。これにより、使用者の所定の身体部位を基準とした揺動動作を行うことができ、使用者個々の体型に合わせた効果的な揺動動作が可能となる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の身体揺動装置において、前記制御手段は、前記使用者の身体部位である頭部の位置を基準として揺動動作が行われるように前記揺動駆動手段を制御することをその要旨とする。
【０００８】
この発明では、制御手段により、使用者の身体部位である頭部の位置を基準として揺動動作が行われるように揺動駆動手段が制御される。これにより、平衡感覚を司る三半規管等を有する頭部の位置を基準とした揺動動作を実現できるため、例えば三半規管に対して不快な刺激とならない揺動動作を行うことが可能となり、所謂乗り物酔いを抑制させることが可能となる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の身体揺動装置において、前記制御手段は、前記揺動動作の目標軌道を演算し、その演算結果に基づいて前記揺動駆動手段を制御することをその要旨とする。
【００１０】
この発明では、制御手段により、揺動動作の目標軌道が演算されるとともに、その演算結果に基づいて揺動駆動手段が制御される。つまり、目標軌道を演算にて求めることで、目標軌道となるようなパターンとして予め記憶する必要がないため、メモリ（記憶領域）等の増大を抑えることができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の身体揺動装置において、前記揺動動作の目標軌道の位置変位から前記揺動駆動手段の駆動部の駆動変位との関係を示すテーブルを予め記憶した記憶部が備えられ、前記制御手段は、前記目標軌道の位置変位を演算し、その演算結果から前記記憶部に記憶された前記テーブルを参照して前記駆動変位に変換し、前記駆動変位に基づいて前記揺動駆動手段を制御することをその要旨とする。
【００１２】
この発明では、揺動動作の目標軌道の位置変位と揺動駆動手段の駆動部の駆動変位との関係を示すテーブルを予め記憶した記憶部が備えられる。そして、制御手段により、目標軌道の位置変位が演算される。さらに、制御手段により、その演算結果から記憶部に記憶されたテーブルを参照して駆動変位に変換され、その駆動変位に基づいて揺動駆動手段が制御される。つまり、目標軌道の位置変位から駆動部の駆動変位への変換を演算ではなく、それらの関係が対応付けられたテーブルを用いることで、制御手段に対する演算負荷を軽減でき、処理能力の低い制御手段の使用も可能となる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の身体揺動装置において、前記揺動動作の目標軌道の軌道パターンを予め記憶した記憶部が備えられ、前記制御手段は、前記記憶部に記憶された前記軌道パターンに基づいて前記揺動駆動手段を制御することをその要旨とする。
【００１４】
この発明では、揺動動作の目標軌道の軌道パターンを予め記憶した記憶部が備えられる。そして、制御手段により、記憶部に記憶された軌道パターンに基づいて揺動駆動手段が制御される。これにより、制御手段に対する演算負荷を軽減できるため、処理能力の低い制御手段の使用も可能となる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の身体揺動装置において、前記使用者の身体的特徴情報を入力可能な入力部を備え、前記位置認識部は、前記使用者の入力した前記身体的特徴情報に基づいて身体部位の位置を規定することをその要旨とする。
【００１６】
この発明では、使用者の身体的特徴情報を入力可能な入力部が備えられ、位置認識部により、使用者の入力した身体的特徴情報に基づいて身体部位の位置が規定される。ここで、身体的特徴情報とは、特に身長や座高等の事を意味し、これ以降、同様の意味として使用する。つまり、身体的特徴情報を入力することで、身体的特徴情報や各身体部位の位置を特定するセンサ等を設けることなく、使用者の各身体部位の推定することが可能となる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の身体揺動装置において、前記身体支持手段は、その形状が変更可能に構成されたことをその要旨とする。
この発明では、身体支持手段は、その形状が変更可能に構成される。ここで、例えば、身体支持手段を使用者が着座可能な座部と、座部の後部に傾動可能に設けられる背もたれ部とで構成された場合に限って説明すると、背もたれ部を傾動させることで、使用者の上半身の位置や向きが変更されるため、揺動動作のバリエーションを増やすことができる。また、所定の身体部位の揺動動作の動作範囲を小さくすることもでき、特に三半規管を有する頭部の動作範囲を小さくすることで、三半規管に対して不快な刺激を与えることが抑えられ、所謂乗り物酔いを抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、使用者個々の体型に合わせた揺動動作を行うことができる身体揺動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態の身体揺動装置の概略構成図を示す。図１に示すように、身体揺動装置１０は、その基台１１が図示しない床面に載置されるとともに、基台１１に設けられた揺動駆動手段としての揺動駆動装置１２と該揺動駆動装置１２により揺動される身体支持手段としての身体支持部材１３とを備えている。
【００２０】
揺動駆動装置１２は、回動可能な複数（本実施形態では１１個）の関節２０と、各関節２０同士を接続するアーム部材２１とで構成されている。そして、各関節２０は、駆動部としてのアクチュエータ２２を備えており、各アクチュエータ２２が制御手段としてのコントローラ２３によって制御されることで各関節２０が回動するようになっている。
【００２１】
また、前記基台１１とは反対側（上方側）の関節２０は、身体支持部材１３の座部３０と、座部３０の前部に傾動可能に設けられるオットマン３１とに連結されている。また、座部３０の後部には背もたれ部３２が傾動可能に設けられている。この背もたれ部３２の上面３２ａ側には、図１及び図２に示すように圧力検知可能な位置認識部を構成する複数の圧力センサ３３が設けられている。この圧力センサ３３は、コントローラ２３と電気的に接続され、背もたれ部３２の上面３２ａ側の圧力分布情報をコントローラ２３に出力するようになっている。
【００２２】
上記のように構成された身体揺動装置１０は、コントローラ２３により、圧力センサ３３から受けた圧力分布情報に基づいて揺動動作が行われるようになっており、本実施形態では圧力分布情報から頭部の位置ｘ（図２参照）を算出する。ここで、頭部の位置ｘを算出する方法としては、一般的に使用者の首付近が背もたれ部３２に接しない、若しくは接しにくいため、首付近では圧力分布が低くなる。そのため、圧力分布が低くなり、更にその上方に圧力分布が高くなる箇所を頭部の位置ｘと認識し、その位置ｘを算出することが可能となる。尚、これ以外の方法で頭部の位置ｘを算出してもよい。
【００２３】
そして、頭部の位置ｘを算出したコントローラ２３は、揺動駆動装置１２を構成する各アクチュエータ２２を制御して関節を回動させ、身体支持部材１３を頭部の位置ｘを基準として前後方向に揺動動作を行うようになっている。この時、コントローラ２３は、平衡感覚を司る三半規管等に対して不快な刺激とならないように揺動駆動装置１２を構成する各アクチュエータ２２を制御する。そのため、所謂乗り物酔いの発生を抑えることができる。
【００２４】
次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）使用者の所定の身体部位（頭部）の位置ｘを認識する位置認識部としての圧力センサ３３が身体支持部材１３の背もたれ部３２に備えられる。そして、圧力センサ３３からの圧力分布情報を受けた位置認識部としてのコントローラ２３により認識した身体部位（頭部）の位置ｘを基準として揺動動作が行われるように、揺動駆動装置１２が制御手段としてのコントローラ２３により制御される。これにより、使用者の所定の身体部位（頭部）を基準とした揺動動作を行うことができ、使用者個々の体型に合わせた効果的な揺動動作が可能となる。
【００２５】
（２）コントローラ２３により、使用者の身体部位である頭部の位置ｘを基準として揺動動作が行われるように揺動駆動装置１２が制御される。これにより、平衡感覚を司る三半規管等を有する頭部の位置ｘを基準とした揺動動作を実現できるため、三半規管に対して不快な刺激とならない揺動動作を行うことが可能となり、所謂乗り物酔いを抑制させることが可能となる。
【００２６】
（第２実施形態）
以下、本発明を具体化した第２実施形態を図面に従って説明する。尚、上述した第１実施形態と同じ部材については同じ符号を付して図面及び説明の全て又は一部を割愛する。
【００２７】
図３に示すように、身体揺動装置１０の揺動駆動装置１２は、身体支持部材１３をスライド可能に支持するスライドガイド４０と、ボールねじなどの並進動作可能なアクチュエータ４１とで構成されている。ここで、スライド動作の動作方向はスライドガイド４０の長さ方向とし、使用者の頭部の位置をｘ、アクチュエータの変位をｑとすると、これらの関係は一般的に関数ｆからなる式（ａ）で表現できる。
【００２８】
【数１】
また、この逆関係は、上記式（ａ）の関数ｆの逆関数ｇとして、次の式（ｂ）で表される。
【００２９】
【数２】
次に、頭部の位置ｘを基準として、時間的に変化する目標軌道ｘｄ（ｔ）に基づいて身体支持部材１３を一方向に揺動動作させる一例について説明する。
【００３０】
図４は、時間的に変化する頭部の目標位置ｘｄのグラフであり、縦軸は目標位置ｘｄを示し、横軸は時間ｔを示している。つまり、グラフの線分Ｌが目標軌道ｘｄ（ｔ）となり、これは例えば以下の５次式、式（ｃ）及び（ｄ）に示す時間関数の多項式で与えることができる。
【００３１】
【数３】
【００３２】
【数４】
尚、上式（ｃ）及び（ｄ）では、初期位置を０とし、始動後２秒間で１０ｍｍプラス方向に動作し、その後、３秒間で１０ｍｍマイナス方向に動作する例である。また、上式（ｃ）の係数「１０」と、上式（ｄ）の係数「−１０」を変更することで到達位置を変更することが可能である。
【００３３】
また、上式（ｃ）及び（ｄ）で示される目標位置ｘｄとなるように制御するべく、上式（ｃ）及び（ｄ）を時間ｔで微分することで目標の速度を算出する式（ｅ）及び（ｆ）が得られる。
【００３４】
【数５】
【００３５】
【数６】
尚、目標の加速度については、上式（ｅ）及び（ｆ）を更に時間ｔで微分することで算出できるため、式によって示すことは割愛する。
【００３６】
前述したように、式（ａ）及び（ｂ）は目標位置やアクチュエータの変位（位置）の関係を示す式であるが、これらの式（ａ）及び（ｂ）の両辺を時間ｔで微分することで、以下に示すように速度の関係を示す式（ｇ）及び（ｈ）として示すことができる。
【００３７】
【数７】
更に、式（ｂ）及び（ｈ）のｘをｘｄに置き換えるとともに、同じくｑをｑｄに置き換えて、式（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）を式（ｂ）及び（ｈ）に代入すると、目標のアクチュエータの変位（位置）ｑｄと、アクチュエータの目標の速度ｄ／ｄｔ×ｑが算出可能となる。ここで、アクチュエータの制御入力をＶとすると、以下の式（ｉ）にて位置と速度のフィードバック制御が可能となる。尚、以下の式（ｉ）のＫｐは位置誤差ｑｄ（ｔ）−ｑ（ｔ）に対する比例ゲインを意味し、Ｋｖは速度誤差（ｄ／ｄｔ）ｑｄ（ｔ）−（ｄ／ｄｔ）ｑ（ｔ）に対する微分ゲインである。
【００３８】
【数８】
上述したことから、使用者の頭部の位置ｘで目標軌道ｘｄ（ｔ）を与え、上式（ｉ）を用いてアクチュエータを制御することで、図４にて線分Ｌで示すような所望の動作を実現することができる。また、前述したように、身体支持部材１３を２秒間で１０ｍｍプラス方向に動作させ、その後、３秒間で１０ｍｍマイナス方向に動作させるといった揺動動作を繰り返し行うことで、例えばロッキングチェア等の様な緩やかな揺動動作となる。そのため、使用者に対して緩やかな揺動を行って、使用者にリラックス効果を付与するリラックス装置としての機能を本実施形態の身体揺動装置１０に設けることができる。
【００３９】
以上記述したように、本実施形態によれば、前記第１の実施形態の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
（１）コントローラ２３により、揺動動作の目標軌道ｘｄ（ｔ）が演算されるとともに、その演算結果に基づいて揺動駆動装置１２（アクチュエータ４１）が制御される。つまり、目標軌道を演算にて求めることで、目標軌道となるような揺動パターン又は変換テーブルとして予め記憶する必要がないため、メモリ（記憶部）等の増大を抑えることができる。
【００４０】
（２）揺動動作の動作速度が緩やかで、振幅も小さいため、使用者に対してリラックス効果を付与することができる。
（３）また、揺動動作を上記式（ｃ）及び（ｄ）等の５次式で付与しているため、滑らかな揺動動作を実施することができる。
【００４１】
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記各実施形態では、圧力センサ３３にて使用者の身体部位を認識する構成としたが、これ以外の構成にて身体部位を認識してもよく、例えば図６に示すように、使用者の着座状態を確認可能なカメラ５０を設けて身体部位を認識してもよい。また、図５に示すように使用者の身体特徴情報である身長を入力可能な入力部５１を設けて、その身長から身体部位（例えば頭部など）を認識してもよい。また、座高を入力可能としてもよい。
【００４２】
・上記各実施形態では、使用者の所定の身体部位を頭部としたが、これに限らず、その他の身体部位でもよい。
・上記各実施形態では、特に言及していないが、例えば図７（ａ）（ｂ）に示すように、揺動動作は変更させず、背もたれ部３２と座部３０とがなすリクライニング角度θを変更、つまり背もたれ部３２を傾動させて、使用者の体感する揺動方向を変更する構成を採用してもよい。詳述すると、図７（ａ）の様にリクライニング角度θが大きく背もたれ部３２を起立状態とすることで使用者の頭部は前後方向に揺動され、図７（ｂ）の様にリクらニング角度θが小さく背もたれ部３２をリクライニング状態とすることで使用者の頭部は上下方向に揺動されたように感じる。つまり、このような構成とすることで、本装置１０としての動作のバリエーションを増やすことができる。尚、上記構成に加えて揺動動作を変更する構成を採用してもよい。
【００４３】
また、所定の身体部位の揺動動作の動作範囲を小さくすることもでき、特に三半規管を有する頭部の動作範囲を小さくすることで、三半規管に対して不快な刺激を与えることが抑えられ、所謂乗り物酔いを抑制することが可能となる。
【００４４】
・上記第２実施形態では、リラックス効果を付与するリラックス装置としての機能を有する構成としたが、例えば、所定時間経過後に揺動動作の速度や振幅等を変更してもよい。
【００４５】
・上記第２実施形態では、揺動動作の目標軌道ｘｄ（ｔ）及びその軌道ｘｄ（ｔ）からアクチュエータ４１の駆動変位を演算にて求めて揺動動作を実施する構成を採用したが、これに限らず、目標軌道の変位とアクチュエータ４１の駆動変位との関係を予め示した変換テーブルを図示しない記憶部に記憶しておき、目標軌道ｘｄ（ｔ）の変位からアクチュエータ４１の駆動変位に変換する演算処理を省略する構成を採用してもよい。また、揺動動作の動作パターン（目標軌道の軌道パターン）を予め図示しない記憶部に記憶しておき、目標軌道ｘｄ（ｔ）の変位とアクチュエータ４１の駆動変位の演算について省略する構成を採用してもよい。このように、演算処理を省略することで、制御手段としてのコントローラ２３に与える負荷を抑えることができるため、処理能力の低い制御手段としてのコントローラ２３を使用することが可能となる。
【００４６】
・上記各実施形態では、座部３０、オットマン３１及び背もたれ部３２とで身体支持部材１３を構成したが、これに限らず、例えばオットマン３１及び背もたれ部３２の少なくとも一方を省略した構成であってもよい。また、オットマン３１及び背もたれ部３２の両方を省略し、座部３０に跨るような構成であれば、使用者は自身の背を凭れさせることができず、腹筋等にて姿勢維持が必要となる。これによって、腹筋等の鍛錬となり、本装置１０を所謂揺動型運動装置として利用することが可能となる。この場合、上面視した際に座部３０を前後方向若しくは左右（幅）方向に「８」の字となる揺動動作を付与してもよく、例えば左右（幅）方向に「８」の字となる揺動動作を付与することで、乗馬を模した揺動動作が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１実施形態における身体揺動装置の概略構成図。
【図２】同上における揺動動作について説明するための説明図。
【図３】第２実施形態における身体揺動装置の概略構成図。
【図４】同上における揺動動作について説明するための説明図。
【図５】別例における入力部の概略構成図。
【図６】別例における身体部位の認識について説明するための説明図。
【図７】（ａ）（ｂ）は、別例における背もたれ部の傾動動作について説明するための説明図。
【符号の説明】
【００４８】
１０…身体揺動装置、１２…揺動駆動手段としての揺動駆動装置、１３…身体支持手段としての身体支持部材、２３…制御手段及び位置認識部としてのコントローラ、３３…位置認識部を構成する圧力センサ、４１…駆動部としてのアクチュエータ、４４…位置認識部を構成するカメラ、５１…入力部、ｘ…身体部位の位置、ｘｄ（ｔ）…目標軌道。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者の身体を支持する身体支持手段と、該身体支持手段を少なくとも一方向に揺動動作させる揺動駆動手段と、該揺動駆動手段を制御する制御手段とを備えた身体揺動装置であって、
前記使用者の所定の身体部位の位置を認識する位置認識部を備え、
前記制御手段は、前記位置認識部により認識した前記身体部位の位置を基準として前記揺動動作が行われるように前記揺動駆動手段を制御することを特徴とする身体揺動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の身体揺動装置において、
前記制御手段は、前記使用者の身体部位である頭部の位置を基準として前記揺動動作が行われるように前記揺動駆動手段を制御することを特徴とする身体揺動装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の身体揺動装置において、
前記制御手段は、前記揺動動作の目標軌道を演算し、その演算結果に基づいて前記揺動駆動手段を制御することを特徴とする身体揺動装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の身体揺動装置において、
前記揺動動作の目標軌道の位置変位と前記揺動駆動手段の駆動部の駆動変位との関係を示すテーブルを予め記憶した記憶部が備えられ、
前記制御手段は、前記目標軌道の位置変位を演算し、その演算結果から前記記憶部に記憶された前記テーブルを参照して前記駆動変位に変換し、前記駆動変位に基づいて前記揺動駆動手段を制御することを特徴とする身体揺動装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の身体揺動装置において、
前記揺動動作の目標軌道の軌道パターンを予め記憶した記憶部が備えられ、
前記制御手段は、前記記憶部に記憶された前記軌道パターンに基づいて前記揺動駆動手段を制御することを特徴とする身体揺動装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の身体揺動装置において、
前記使用者の身体的特徴情報を入力可能な入力部を備え、
前記位置認識部は、前記使用者の入力した前記身体的特徴情報に基づいて身体部位の位置を規定することを特徴とする身体揺動装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の身体揺動装置において、
前記身体支持手段は、その形状が変更可能に構成されたことを特徴とする身体揺動装置。
【請求項１】
使用者の身体を支持する身体支持手段と、該身体支持手段を少なくとも一方向に揺動動作させる揺動駆動手段と、該揺動駆動手段を制御する制御手段とを備えた身体揺動装置であって、
前記使用者の所定の身体部位の位置を認識する位置認識部を備え、
前記制御手段は、前記位置認識部により認識した前記身体部位の位置を基準として前記揺動動作が行われるように前記揺動駆動手段を制御することを特徴とする身体揺動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の身体揺動装置において、
前記制御手段は、前記使用者の身体部位である頭部の位置を基準として前記揺動動作が行われるように前記揺動駆動手段を制御することを特徴とする身体揺動装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の身体揺動装置において、
前記制御手段は、前記揺動動作の目標軌道を演算し、その演算結果に基づいて前記揺動駆動手段を制御することを特徴とする身体揺動装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の身体揺動装置において、
前記揺動動作の目標軌道の位置変位と前記揺動駆動手段の駆動部の駆動変位との関係を示すテーブルを予め記憶した記憶部が備えられ、
前記制御手段は、前記目標軌道の位置変位を演算し、その演算結果から前記記憶部に記憶された前記テーブルを参照して前記駆動変位に変換し、前記駆動変位に基づいて前記揺動駆動手段を制御することを特徴とする身体揺動装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の身体揺動装置において、
前記揺動動作の目標軌道の軌道パターンを予め記憶した記憶部が備えられ、
前記制御手段は、前記記憶部に記憶された前記軌道パターンに基づいて前記揺動駆動手段を制御することを特徴とする身体揺動装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の身体揺動装置において、
前記使用者の身体的特徴情報を入力可能な入力部を備え、
前記位置認識部は、前記使用者の入力した前記身体的特徴情報に基づいて身体部位の位置を規定することを特徴とする身体揺動装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の身体揺動装置において、
前記身体支持手段は、その形状が変更可能に構成されたことを特徴とする身体揺動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１４２４９２（Ｐ２０１０−１４２４９２Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２４５９５（Ｐ２００８−３２４５９５）
【出願日】平成２０年１２月１９日（２００８．１２．１９）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１９日（２００８．１２．１９）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
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