運動補助装置
【課題】特別な操作を行うことなく、日常生活の活動状態に応じたトレーニングを行うことができる運動補助装置を提供することにある。
【解決手段】運動補助装置は、人体の動作を検出する検出手段１と、人体の特定部位に力学的な刺激を与える刺激付与手段２と、検出手段１および刺激付与手段２を人体に装着する装着手段とを備え、検出手段１は、人体の動作によって人体に生じる加速度を検出する加速度センサ１０と、人体の動作による姿勢変化に起因する角速度を検出するためのジャイロセンサ１１とを有し、刺激付与手段２は、力学的な刺激として筋肉が緊張するような振動を与える振動子からなる刺激発生手段２０と、検出手段１の検出結果に基づいて刺激発生手段２０で発生させる刺激の強さ（振動の強さ）を調整する刺激調整手段２１とを有する。
【解決手段】運動補助装置は、人体の動作を検出する検出手段１と、人体の特定部位に力学的な刺激を与える刺激付与手段２と、検出手段１および刺激付与手段２を人体に装着する装着手段とを備え、検出手段１は、人体の動作によって人体に生じる加速度を検出する加速度センサ１０と、人体の動作による姿勢変化に起因する角速度を検出するためのジャイロセンサ１１とを有し、刺激付与手段２は、力学的な刺激として筋肉が緊張するような振動を与える振動子からなる刺激発生手段２０と、検出手段１の検出結果に基づいて刺激発生手段２０で発生させる刺激の強さ（振動の強さ）を調整する刺激調整手段２１とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自発的（能動的）な運動を行わなくてもトレーニングが可能な運動補助装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自発的な運動を行わなくても身体に装着するだけでトレーニングが行える運動補助装置が提案されている。
【０００３】
この種の運動補助装置としては、例えば、腹帯型電極装具（軟式コルセット型電極装具）と、当該腹帯型電極装具に人体の両側腹直筋や、側腹筋群、傍脊柱起立筋群に対応する形で取り付けられた刺激電極と、刺激電極間に所定の波形パターンの電圧を与える刺激装置とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１９２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来例の運動補助装置では、刺激電極間に印加する電圧の波形パターンを変えることによって、種々のトレーニングを行えるようになっている。
【０００５】
そのため、人体の活動状態に合わせて種々の波形パターンを用意しておけば、歩行時や、走行時などの運動時や、安静時など、日常生活の活動状態に応じたトレーニングを行うことが可能となる。
【０００６】
しかしながら、上記従来例の運動補助装置においてトレーニングの種類を変更するためには、装着者が自ら運動補助装置を操作しなければならず、このような操作は面倒であった。
【０００７】
本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的は、特別な操作を行うことなく、日常生活の活動状態に応じたトレーニングを行うことができる運動補助装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の問題を解決するために、請求項１の発明では、人体の動作を検出する検出手段と、人体の特定部位に力学的な刺激を与える刺激付与手段と、検出手段および刺激付与手段を人体に装着する装着手段とを備え、刺激付与手段は、上記刺激を発生させる刺激発生手段と、検出手段の検出結果に基づいて刺激発生手段で発生させる刺激の強さを調整する刺激調整手段とを有していることを特徴とする。
【０００９】
請求項１の発明によれば、人体の動作に応じて刺激の強さが調整されるから、運動時や安静時などの人体の活動状態などに応じて刺激の強さを切り替えるという面倒な操作を行わなくて済み、特別な操作を行うことなく、日常生活の活動状態に応じたトレーニングを行うことができる。また、人体の動作を検出するようにしているから、筋肉の動き、例えば歩行時の脚の動きに合わせて人体に付与する刺激を調整することができて、トレーニングや、運動の補助（例えば、歩行時の転倒防止）などを効率良く行うことが可能となる。
【００１０】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記刺激調整手段は、上記検出手段の検出結果により上記特定部位にかかる負荷の大きさを判断し、上記特定部位にかかる負荷が大きいほど、上記刺激発生手段で発生させる刺激を強くすることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明によれば、筋肉の動きに合わせて効率良くトレーニングや、運動の補助を行うことができる。例えば、下肢（主として大腿部）に刺激を与える場合に、遊脚相から立脚相に移行する（脚が接地する）際に、筋肉に刺激を与え緊張状態を維持し、立脚相から遊脚相に移行する（地面から脚を離す）際には、筋肉に与える刺激を弱くするようにすれば、筋肉の動きに合わせて効率良くトレーニングを行うことができ、しかも、脚が接地する際に筋肉の緊張状態が維持され、また地面から脚を離す際には、刺激を弱くして脚を蹴りだし易くなるから、転倒防止が図れ、筋肉の動きに合わせて効率よく運動の補助を行うことができる。
【００１２】
請求項３の発明では、請求項１または２の発明において、上記検出手段は、加速度センサとジャイロセンサとの少なくとも一方を備えていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明によれば、筋電位計などを用いる場合に比べて、人体の動作を容易に検出することができる。
【００１４】
請求項４の発明では、請求項１〜３のうちいずれか１項の発明において、上記刺激発生手段は、人体を振動させることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明によれば、特に骨を振動させることで骨に負荷を与えることができるから、骨密度の向上を図ることができる。
【００１６】
請求項５の発明では、請求項１〜３のうちいずれか１項の発明において、上記刺激発生手段は、人体を圧迫することを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明によれば、血流制限による加圧トレーニングを行うことが可能となるから、筋力トレーニング時の筋肉組織の破壊を抑えることができ、しかも関節や靭帯にかかる負担を軽くした状態で筋力トレーニングを行うことができ、また、人体の特定部位を固定して負担がかからないようにサポートすることができるから、骨折などを予防することができる。
【００１８】
請求項６の発明では、請求項１〜３のうちいずれか１項の発明において、上記刺激発生手段は、骨に到達するように超音波を発生することを特徴とする。
【００１９】
請求項６の発明によれば、骨密度の向上を図ることができる。
【００２０】
請求項７の発明では、請求項１〜６のうちいずれか１項の発明において、上記装着手段は、上記刺激付与手段を大腿部に装着することを特徴とする。
【００２１】
請求項７の発明によれば、刺激付与手段によって、大腿部に力学的な刺激が与えられるから、大腿部の筋力や骨密度（主として大腿骨頭の骨密度）の向上を図ることができ、大腿部の骨折を予防することができる。
【００２２】
請求項８の発明では、請求項１〜６のうちいずれか１項の発明において、上記装着手段は、上記刺激付与手段を腰部に装着することを特徴とする。
【００２３】
請求項８の発明によれば、刺激付与手段によって、腰部に力学的な刺激が与えられるから、腰部の筋力や骨密度（主として腰椎の骨密度）の向上を図ることができ、腰部の骨折を予防することができる。
【００２４】
請求項９の発明では、請求項１〜６のうちいずれか１項の発明において、上記装着手段は、上記刺激付与手段を下腿部に装着することを特徴とする。
【００２５】
請求項９の発明によれば、下腿部に力学的な刺激が与えられるから、下腿部（主として膝の膝蓋骨）の筋力や骨密度の向上を図ることができ、下腿部の骨折を予防することができる。
【００２６】
請求項１０の発明では、請求項１〜９のうちいずれか１項の発明において、上記装着手段は、人体に巻き付けられるベルトであることを特徴とする。
【００２７】
請求項１０の発明によれば、検出手段および刺激付与手段を容易に人体に装着できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、特別な操作を行うことなく、日常生活の活動状態に応じたトレーニングを行うことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（実施形態１）
本実施形態の運動補強装置は、図１および図２に示すように、人体Ｐの動作（人の姿勢や運動、体動など）を検出する検出手段１と、人体Ｐの特定部位に力学的な刺激を与える刺激付与手段２と、検出手段１および刺激付与手段２を人体Ｐに装着する装着手段３とを備えている。
【００３０】
装着手段３は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、人体Ｐの腰部に巻かれる第１のベルト３０と、人体Ｐの両脚の大腿部の付け根それぞれに巻かれる一対の第２のベルト３１と、人体Ｐの体側側において第１のベルト３０と一対の第２のベルト３１それぞれとを連結する一対の連結部３２とで構成されている。第１のベルト３０および第２のベルト３１は、例えば、伸縮性を有する素材（布材など）からなる帯状のものであって、面ファスナや、ボタン、バックルなどを利用して着脱自在に人体Ｐに着けることができるようになっている。
【００３１】
第１のベルト３０には、検出手段１と、検出手段１および刺激付与手段２駆動用の電源（図示せず）とが取り付けられ、一対の連結部３２それぞれには、刺激付与手段２が取り付けられている。検出手段１と、刺激付与手段２と、上記電源とは、図示しない電線などにより電気的に接続されている。
【００３２】
検出手段１は、人体Ｐの動作によって人体Ｐに生じる加速度を検出する加速度センサ１０と、人体Ｐの動作による姿勢変化に起因する角速度を検出するためのジャイロセンサ（角速度センサ）１１とを備えている。ここで、加速度センサ１０は、例えば、互いに垂直な３軸の各加速度をアナログ形式で出力する３軸の加速度センサからなる。また、ジャイロセンサ１１は、例えば、互いに垂直な３軸の角速度をアナログ形式で出力する３軸のジャイロセンサからなる。このような加速度センサ１０およびジャイロセンサ１１としては、小型で低消費電力なＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を利用したものを採用することができる。
【００３３】
刺激付与手段２は、人体Ｐの特定部位（本実施形態では大腿部）に付与する刺激を発生させる刺激発生手段２０と、検出手段１の検出結果に基づいて刺激発生手段２０で発生させる刺激の強さを調整する刺激調整手段２１とを有している。
【００３４】
刺激発生手段２０は、例えば特定振動数の振動を発生する振動子からなる。ここで、上記特定振動数は、例えば、振動が与えられた筋肉（主として骨格筋）に持続性の反射収縮が引き起こされるとともにその拮抗筋に弛緩が引き起こされる、いわゆる緊張性振動反射（Tonic Vibration Reflex；ＴＶＲ）を誘発し、かつ骨を振動させることが可能な振動数（例えば２０Ｈｚ程度）に設定される。したがって、本実施形態における刺激発生手段２０は、筋肉が緊張し、かつ骨が振動するように人体Ｐを振動させる。なお、振動によって筋肉に緊張性振動反射が誘発されることは既に周知の事項であるから、上記特定振動数の値は適宜設定すればよい。
【００３５】
また、刺激発生手段２０は、刺激の強さ、すなわち振動の強さ（振幅）を調整することができる振動子を用いている。
【００３６】
刺激調整手段２１は、検出手段１の検出結果に基づいて、刺激発生手段２０により人体Ｐに付与する刺激の強さを示す刺激値を決定する判断部２１１と、判断部２１１で決定された刺激値に応じた刺激を刺激発生手段２０により発生させる制御部（駆動部）２１２とで構成されている。
【００３７】
判断部２１１は、検出手段１の加速度センサ１０およびジャイロセンサ１１それぞれの出力（検出結果）を所定周期でサンプリングしてデジタル（ディジタル）形式の値に変換するＡ／Ｄコンバータ（図示せず）と、Ａ／Ｄコンバータでデジタル形式に変換された各センサ１０，１１の出力を記憶するＲＡＭなどのメモリ（図示せず）と、メモリに記憶された各センサ１０，１１の出力に基づいて刺激発生手段２０で発生させる刺激の強さを決定するＣＰＵなどの演算処理部（図示せず）などを備えている。
【００３８】
判断部２１１の演算処理部では、人の姿勢（体位）が座位（または立位）か寝位か、人が運動中か静止中か、人が歩行中か走行中か、人の脚の動き（歩行動作あるいは走行動作）が立脚相前か立脚相後かの４つ項目によって、刺激の強さを決定する。具体的には、人の姿勢が座位または立位であれば刺激を与え、寝位であれば刺激を与えない。また、人が運動中であれば静止中であるときよりも刺激を強くし、人が歩行中であれば走行中であるときよりも刺激を強くする。さらに、脚の動きが立脚相前であれば立脚相後よりも刺激を強くする。
【００３９】
以下に、演算処理部における刺激の強さ（刺激値）の決定方法について、図３に示すフローチャートを参照して説明する。最初のステップＳ１では、刺激値の初期化を行い、刺激値を０に設定する。なお、刺激値が０であることは、刺激発生手段２０において振動を発生させないことを意味する。
【００４０】
次のステップＳ２では、運動補助装置の装着者の姿勢（体位）が座位（または立位）か、寝位かの判定を行う。この判定には、ジャイロセンサ１１の出力が用いられる。この判定を行うにあたって、演算処理部は、ジャイロセンサ１１の出力を用いて、水平方向に対する人体Ｐの身長方向の角度θを算出する。なお、ジャイロセンサ１１より当該角度θを算出する方法は従来周知であるから説明を省略する。
【００４１】
図４は、上記角度θの時間変化の一例を示しており、演算処理部は、算出した上記角度θが所定値θｔｈ以上であれば、人体Ｐの姿勢が座位または立位であると判定し、上記角度θが所定値未満であれば、人体Ｐの姿勢が寝位であると判定する。
【００４２】
このステップＳ２において人体Ｐの姿勢を寝位であると判定した際には、ステップＳ１１に進む。一方、ステップＳ２において人体Ｐの姿勢を座位または立位であると判定した際には、ステップＳ３に進み、刺激値を所定量ａだけ増加させる。
【００４３】
次のステップＳ４では、人が運動中か静止中かの判定を行う。この判定には、加速度センサ１０の出力が用いられる。この判定を行うにあたって、演算処理部は、加速度センサ１０の各軸の出力により合成加速度（ノルム）を算出する。演算処理部は、当該合成加速度が所定範囲内に収まっているか否かによって静止中か運動中かを判定する。例えば、演算処理部は、図５に示すように、合成加速度が閾値Ｔｈ１と閾値Ｔｈ１より小さい閾値Ｔｈ２との間に収まっていれば、人が静止していると判定し、合成加速度が閾値Ｔｈ１と閾値Ｔｈ２との間に収まっていなければ（合成加速度が閾値Ｔｈ１を上回るか、閾値Ｔｈ２を下回る場合）、人が運動していると判定する。
【００４４】
このステップＳ４において人が静止中であると判定した際には、ステップＳ１１に進む。一方、ステップＳ４において人が運動中であると判定した際には、ステップＳ５に進む。
【００４５】
ステップＳ５では、人が歩行中か走行中かの判定を行う。この判定には、ステップＳ４同様、加速度センサ１０の出力が用いられる。この判定を行うにあたって、演算処理部は、ステップＳ４で算出した上記合成加速度（図６（ａ）参照）から、当該合成加速度の振幅を算出する。なお、振幅は、例えば、合成加速度の正のピーク値（山のピーク値）と負のピーク値（谷のピーク値）との差分によって求められる。また、その他の従来周知の方法を用いてもよい。図６（ｂ）は、上記振幅の時間変化の一例を示しており、演算処理部は、算出した上記振幅が所定値Ａｔｈ以上であれば、人が走行中であると判定し、上記振幅が所定値Ａｔｈ未満であれば、人が歩行中であると判定する。また、ステップＳ５では、上記振幅の代わりに、上記合成加速度の周波数を用いてもよい。すなわち、演算処理部は、ステップＳ４で算出した上記合成加速度から、当該合成加速度の周波数を算出する。なお、振幅は、例えば、合成加速度の正のピーク値（山のピーク値）間、あるいは負のピーク値（谷のピーク値）間の時間によって求められる。また、その他の従来周知の方法を用いてもよい。図６（ｃ）は、上記周波数の時間変化の一例を示しており、演算処理部は、算出した上記周波数が所定値ｆｔｈ以上であれば、人が走行中であると判定し、上記振幅が所定値ｆｔｈ未満であれば、人が歩行中であると判定する。
【００４６】
上述したステップＳ５において、人が歩行中であると判定した場合には、刺激値を所定量ｂだけ増加させた（ステップＳ６）後にステップＳ８へ進む。一方、ステップＳ５において、人が走行中であると判定した場合には、刺激値を所定量ｃ（ただしｃ＜ｂ）だけ増加させた（ステップＳ７）後にステップＳ８へ進む。
【００４７】
ステップＳ８では、人の脚の動きが立脚相前か立脚相後かの判定を行う。この判定には、ステップＳ４同様、加速度センサ１０の出力が用いられる。ここで、人が歩行（あるいは走行）することによって人体Ｐに生じる加速度は、図７に示すように、正のピーク（山ピーク）と負のピーク（谷のピーク）が交互に現れるような時間変化を示す。そして、負のピークから正のピークまでの期間は、立脚相から遊脚相に移行する期間であり、正のピークから負のピークまでの期間は、遊脚相から立脚相に移行する期間であると考えられる。
【００４８】
そこで、本実施形態における判断部２１１では、立脚相前か立脚相後かの判定を行うにあたって、演算処理部は、ステップＳ４で算出した上記合成加速度（図７参照）から最新のピークを抽出し、当該最新のピークが負のピーク（谷ピーク）であれば、立脚相前であると判定し、当該最新のピークが正のピーク（山ピーク）であれば、立脚相後であると判定する。例えば、図７に示すように、最新のピークが時刻ｔ１におけるピークＰ１であるとピークＰ１は正のピークであるから立脚相後と判定し、最新のピークが時刻ｔ２におけるピークＰ２であるとピークＰ２は負のピークであるから立脚相前と判定し、最新のピークが時刻ｔ３におけるピークＰ３であるとピークＰ３は正のピークであるから立脚相後と判定する。
【００４９】
このステップＳ８において、立脚前であると判定した場合には、刺激値を所定量ｄだけ増加させた（ステップＳ９）後に、ステップＳ１１へ進み、立脚後であると判定した場合には、刺激値を所定量ｅだけ減少させた（ステップＳ１０）後に、ステップＳ１１へ進む。
【００５０】
ステップＳ１１では、刺激値を制御部２１２に出力する。ここで、刺激値の値は、各項目（ステップＳ２，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ８）の判定結果によって決定される。つまり、ステップＳ２において寝位と判定された場合、刺激値は０のままであり、この場合、制御部２１２は、刺激発生手段２０による刺激の発生を停止する。また、ステップＳ４において静止中と判定された場合、刺激値はステップＳ３を経ることによって、ａとなる。ステップＳ５において歩行中と判定され、ステップＳ８において立脚前と判定された場合、刺激値はステップＳ３，Ｓ６，Ｓ９を経ることでａ＋ｂ＋ｄとなり、ステップＳ５において歩行中と判定され、ステップＳ８において立脚後と判定された場合、刺激値はステップＳ３，Ｓ６，Ｓ１０を経ることでａ＋ｂ−ｅとなり、ステップＳ５において走行中と判定され、ステップＳ８において立脚前と判定された場合、刺激値はステップＳ３，Ｓ７，Ｓ９を経ることでａ＋ｃ＋ｄとなり、ステップＳ５において走行中と判定され、ステップＳ８において立脚前と判定された場合、刺激値はステップＳ３，Ｓ７，Ｓ１０を経ることでａ＋ｃ−ｅとなる。そして、制御部２１２は、与えられた刺激値に応じた刺激を刺激発生手段２０に発生させる。
【００５１】
ステップＳ１１において刺激値が出力されると、ステップＳ１に戻り、再び刺激値の算出が行われる。このような動作は、運動補助装置の動作を停止するまで繰り返し行われ、これによって人の動作に応じた刺激が与えられることになる。
【００５２】
以上述べたように、本実施形態の運動補助装置では、人体の動作に応じて刺激の強さが調整されるから、運動時や安静時などの人体の活動状態などに応じて刺激の強さを切り替えるという面倒な操作を行わなくて済み、特別な操作を行うことなく、日常生活の活動状態に応じたトレーニングを行うことができる。
【００５３】
また、本実施形態の運動補助装置では、脚の動きが立脚相前であれば立脚相後よりも刺激を強くするようにしている。ここで、歩行時の人の脚の動作は、脚が接地している立脚相（立脚期）と、脚が浮いている（接地していない）遊脚相（遊脚期）とで表され、立脚相のときのほうが遊脚相のときよりも特定部位（本実施形態では大腿部）に対応する骨（すなわち大腿骨）にかかる負荷が大きくなる。つまり、刺激調整手段２１は、特定部位にかかる負荷の大きさを判断し、特定部位にかかる負荷が大きいほど、刺激発生手段２０で発生させる刺激を強くするのである。なお、本実施形態では、立脚相であれば遊脚相よりも刺激を強くするようにしているが、特定部位にかかる負荷を数値で求め、刺激値をこの数値に対する関数（例えば一次関数や二次関数など）とするようにしてもよい。
【００５４】
このように遊脚相から立脚相に移行する（脚が接地する）際に、筋肉に刺激を与えて緊張させ、立脚相から遊脚相に移行する（地面から脚を離す）際には、筋肉に与える刺激を弱くするから、筋肉の動きに合わせて効率良くトレーニングを行うことができる。特に、本実施形態のように刺激付与手段２を大腿部に装着した場合には、脚が接地する際に、筋肉の緊張状態が維持されるから、転倒防止が図れ、また、地面から脚を離す際には、筋肉に与える刺激を弱くするから、脚を蹴りだし易くなって、歩き易くすることができるから、効率良く運動を補助することができる。
【００５５】
さらに、検出手段１は、加速度センサ１０とジャイロセンサ１１とで構成されているから、筋電位計などを用いる場合に比べて、人体の動作を容易に検出することができる。加えて、装着手段３は、人体に巻き付けられるベルトであるから、検出手段１および刺激付与手段２を容易に人体Ｐに装着できる。
【００５６】
また、刺激発生手段２０は人体を振動させるようになっており、人体を振動させることで骨を振動させれば、骨に負荷を与えることができて、骨密度の向上が図れる。
【００５７】
特に、本実施形態の運動補助装置では、刺激付与手段２０によって、人体Ｐの大腿部に力学的な刺激（本実施形態の場合は、振動）が与えられるから、大腿部の筋力や骨密度（主として大腿骨頭の骨密度）の向上を図ることができ、大腿部の骨折を予防することができる。
【００５８】
ところで、本実施形態の装着手段３は、刺激付与手段２０を人体Ｐの大腿部に装着するようになっているが、図８（ａ）に示すように、刺激付与手段２０を人体Ｐの腰部に装着するものであってもよい。図８（ａ）に示す装着手段３は、第１のベルト３０のみを有しており、第１のベルト３０に、検出手段１と、刺激付与手段２と、電源（図示せず）とが設けられている。ここで、刺激付与手段２は、刺激発生手段２０が、人体Ｐの腰部に接触する形で第１のベルト３０に取り付けられている。
【００５９】
図８（ａ）に示す運動補助装置では、刺激付与手段２０によって、人体Ｐの腰部に力学的な刺激（本実施形態の場合は、振動）が与えられる。そのため、腰部の骨密度（主として腰椎の骨密度）の向上を図ることができ、腰部の骨折を予防することができる。
【００６０】
また、装着手段３は、図８（ｂ）に示すように、刺激付与手段２０を人体Ｐの下腿部（例えば膝部）に装着するものであってもよい。図８（ｂ）に示す装着手段３は、人体Ｐの腰部に巻かれる第１のベルト３０と、人体Ｐの両脚の下腿部（図示例では膝）それぞれに巻かれる一対の第２のベルト３１と、人体Ｐの体側側において第１のベルト３０と一対の第２のベルト３１それぞれとを連結する一対の連結部３２とで構成されている。
【００６１】
第１のベルト３０には、検出手段１と、検出手段１および刺激付与手段２駆動用の電源（図示せず）とが取り付けられ、一対の第２のベルト３１それぞれには、刺激付与手段２が取り付けられている。ここで、刺激付与手段２は、刺激発生手段２０が、人体Ｐの膝に接触する形で第２のベルト３１に取り付けられている。
【００６２】
図８（ｂ）に示す運動補助装置では、刺激付与手段２０によって、人体Ｐの下腿部に力学的な刺激（本実施形態の場合は、振動）が与えられる。そのため、下腿部（主として膝の膝蓋骨）の骨密度の向上を図ることができ、下腿部の骨折を予防することができる。
【００６３】
ところで、判断部２１１においては、人の姿勢（体位）が座位（または立位）か寝位か、人が運動中か静止中か、人の運動状態が歩行か走行か、人の脚の動きが立脚相前か立脚相後かの４つの項目全てを採用しているが、必ずしもこれら全てを採用する必要はなく、少なくとも１つの項目を含んでいればよい。さらに、判断部２１１において刺激の強さを決定するにあたっては、上記４つの項目のいずれかを利用する必要は必ずしもなく、刺激の強さを決定するのに好適な項目を採用すればよい。なお、加速度センサ１０としては、ピエゾ抵抗型の加速度センサや、静電容量型の加速度センサなどを採用することができる。また、加速度センサ１０は、必ずしも３軸の加速度センサである必要はなく、例えば、２軸の加速度センサや、１軸の加速度センサであってもよい。このことはジャイロセンサ１１においても同様である。また、本実施形態における検出手段１は、加速度センサ１０とジャイロセンサ１１とを両方備えているが、加速度センサ１０とジャイロセンサ１１との少なくとも一方を備えているものであってもよく、検出手段１をどのような構成とするかは、判断部２１における刺激の強さの決定方法に基づいて決定すればよい。以上述べた点は後述する実施形態２，３においても同様である。
【００６４】
（実施形態２）
本実施形態の運動補助装置は、図９に示すように、主として刺激発生手段２０の構成が実施形態１と異なっている。なお、実施形態１と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６５】
本実施形態における刺激発生手段２０は、人体Ｐの特定部位を圧迫（加圧）するものであって、例えば、流入された空気の体積に応じて膨張／収縮するエアセル２０１と、エアセル２０１の吸気または排気を行うエアポンプ２０２と、エアセル２０１とエアポンプ２０２との連通路を開閉する電磁弁２０３とで構成されている。このような刺激発生手段２０は、電磁弁２０３を開いた状態で、エアポンプ２０２によりエアセル２０１に吸気、排気を行うことによって、エアセル２０１を膨張あるいは収縮させて、人体Ｐに加える圧力を加減することができるようになっており、エアポンプ２０２および電磁弁２０３の制御は、制御部２１２によって行われるようになっており、エアセル２０１によって人体Ｐに与えられる圧力は、判断部２１１で決定された刺激値に応じて設定される。なお、判断部２１１による刺激値の決定方法は上記実施形態１と同様であるから説明を省略する。
【００６６】
本実施形態における装着手段３は、上記実施形態１で述べた図２（ａ），（ｂ）に示すものと同様に、人体Ｐの腰部に巻かれる第１のベルト３０と、人体Ｐの両脚の大腿部の付け根それぞれに巻かれる一対の第２のベルト３１と、人体Ｐの体側側において第１のベルト３０と一対の第２のベルト３１それぞれとを連結する一対の連結部３２とで構成されている。ここで、本実施形態における刺激発生手段２０において、実際に刺激（圧力）を発生させるのはエアセル２０１であるから、エアセル２０１のみが第２のベルト３１の内側（人体Ｐと当接する側）に配置され、エアポンプ２０２や電磁弁２０３は第１のベルト３０に配置されている。
【００６７】
以上述べた本実施形態の運動補助装置によれば、実施形態１と同様に、特別な操作を行うことなく、日常生活の活動状態に応じたトレーニングを行うことができる。
【００６８】
また、刺激発生手段２０は人体の特定部位を圧迫するので、刺激発生手段２０によって特定部位における血流を制限することが可能となり、加圧トレーニング（上肢や下肢の付け根を加圧して血流を制限した状態で行うトレーニングであり、低負荷の運動でも高負荷の運動と同様の効果が得られるというもの）を行うことができるから、筋力トレーニングの際の筋肉組織の破壊を抑えることができ、しかも関節や靭帯にかかる負担を軽くした状態で筋力トレーニングを行うことができる。また、人体の特定部位を固定して負担がかからないようにサポートすることができるから、骨折などを予防することができる。
【００６９】
特に、本実施形態の運動補助装置では、刺激付与手段２０によって、人体Ｐの大腿部に力学的な刺激（本実施形態の場合は、圧力）が与えられるから、大腿部の筋力や骨密度（主として大腿骨頭の骨密度）の向上を図ることができ、大腿部の骨折を予防することができる。また、大腿部の筋力の向上が図れるから、高齢者の転倒予防に効果を発揮する。
【００７０】
ところで、本実施形態の装着手段３は、刺激付与手段２０を人体Ｐの大腿部に装着するようになっているが、装着手段３は、実施形態１で述べたように、刺激付与手段２０を人体Ｐの腰部（例えば腰椎部）に装着するもの（図８（ａ）参照）であってもよい。この場合、刺激付与手段２０のエアセル２０１は、腰部に接触する形で第１のベルト３０に取り付けられる。
【００７１】
図８（ａ）に示す装着手段３を利用した本実施形態の運動補助装置によれば、刺激付与手段２０によって、人体Ｐの腰部に力学的な刺激（本実施形態の場合は、圧力）が与えられる。この場合、運動補助装置によって、弱った腰部をサポートすることができるから、腰部の骨折を予防することができる。
【００７２】
また、本実施形態の装着手段３は、実施形態１で述べたように、刺激付与手段２０を人体Ｐの下腿部（例えば膝部）に装着するもの（図８（ｂ）参照）であってもよい。この場合、刺激付与手段２０のエアセル２０１は第２のベルト３１の内側に取り付けられる。
【００７３】
図８（ｂ）に示す装着手段３を利用した本実施形態の運動補助装置によれば、刺激付与手段２０によって、人体Ｐの下腿部に力学的な刺激（本実施形態の場合は、圧力）が与えられ、加圧トレーニングが可能となる。そのため、下腿部（主として膝の膝蓋骨）の筋力や骨密度の向上を図ることができ、下腿部の骨折を予防することができる。
【００７４】
（実施形態３）
本実施形態の運動補助装置は、刺激発生手段２０として、振動子ではなく、特定周波数の超音波を発生する超音波プローブを採用した点で実施形態１と異なっている。なお、その他の構成は実施形態１と同様であるから、図示および説明を省略する。
【００７５】
本実施形態における刺激発生手段２０は、特定周波数の音波を発生するものである。ここで上記特定周波数の音波は、音波による振動が骨に到達するように、超音波としている。つまり、本実施形態における刺激発生手段２０は、超音波を発生する超音波プローブからなる。また、超音波プローブは超音波の振幅を調整可能に構成されている。このような超音波プローブは従来周知であるから詳細な説明を省略する。
【００７６】
本実施形態における刺激発生手段２０は、実施形態１と同様に制御部２１２によってセ御され、刺激発生手段２０によって人体Ｐに与えられる刺激の強さ（超音波の振幅）は、判断部２１１で決定された刺激値に応じて設定される。なお、判断部２１１による刺激値の決定方法は上記実施形態１と同様であるから説明を省略する。
【００７７】
本実施形態における装着手段３は、上記実施形態１で述べた図２（ａ），（ｂ）に示すものと同様に、人体Ｐの腰部に巻かれる第１のベルト３０と、人体Ｐの両脚の大腿部の付け根それぞれに巻かれる一対の第２のベルト３１と、人体Ｐの体側側において第１のベルト３０と一対の第２のベルト３１それぞれとを連結する一対の連結部３２とで構成され、本実施形態における刺激発生手段２０は、一対の連結部３２それぞれに人体Ｐと接触する形に設けられている。
【００７８】
以上述べた本実施形態の運動補助装置によれば、実施形態１と同様に、特別な操作を行うことなく、日常生活の活動状態に応じたトレーニングを行うことができる。
【００７９】
また、刺激発生手段２０は、骨に到達するように超音波を発生するので、骨密度の向上を図ることができる。
【００８０】
特に、本実施形態の運動補助装置では、刺激付与手段２０によって、人体Ｐの大腿部に力学的な刺激（本実施形態の場合は、超音波）が与えられるから、大腿部の筋力や骨密度（主として大腿骨頭の骨密度）の向上を図ることができ、大腿部の骨折を予防することができる。
【００８１】
ところで、本実施形態の装着手段３は、刺激付与手段２０を人体Ｐの大腿部に装着するようになっているが、装着手段３は、実施形態１で述べたように、刺激付与手段２０を人体Ｐの腰部（例えば腰椎部）に装着するもの（図８（ａ）参照）であってもよい。この場合、刺激付与手段２０は実施形態１と同様に腰部に接触する形で第１のベルト３０に取り付けられる。
【００８２】
図８（ａ）に示す装着手段３を利用した本実施形態の運動補助装置によれば、刺激付与手段２０によって、人体Ｐの腰部に力学的な刺激（本実施形態の場合は、超音波）が与えられる。そのため、腰部の骨密度（主として腰椎の骨密度）の向上を図ることができ、腰部の骨折を予防することができる。
【００８３】
また、本実施形態の装着手段３は、実施形態１で述べたように、刺激付与手段２０を人体Ｐの下腿部（例えば膝部）に装着するもの（図８（ｂ）参照）であってもよい。この場合、刺激付与手段２０は実施形態１と同様に第２のベルト３１の内側に取り付けられる。
【００８４】
図８（ｂ）に示す装着手段３を利用した本実施形態の運動補助装置によれば、刺激付与手段２０によって、人体Ｐの下腿部に力学的な刺激（本実施形態の場合は、圧力）が与えられる。そのため、下腿部（主として膝の膝蓋骨）の筋力や骨密度の向上を図ることができ、下腿部の骨折を予防することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】実施形態１の運動補助装置のブロック図である。
【図２】（ａ）は同上の運動補助装置の外観図、（ｂ）は同上の運動補助装置を人体に装着した状態を示す説明図である。
【図３】同上の運動補助装置の動作のフローチャートである。
【図４】水平方向に対する人体の身長方向の角度の時間変化の一例を示すグラフである。
【図５】加速度の時間変化の一例を示すグラフである。
【図６】（ａ）は加速度の時間変化の一例を示すグラフ、（ｂ）は加速度の振幅の時間変化の一例を示すグラフ、（ｃ）は加速度の周波数の時間変化の一例を示すグラフである。
【図７】加速度の時間変化の一例を示すグラフである。
【図８】同上の他例の運動補助装置を人体に装着した状態を示す概略説明図である。
【図９】実施形態２の運動補助装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００８６】
１ 検出手段
２ 刺激付与手段
３ 装着手段
１０ 加速度センサ
１１ ジャイロセンサ
２０ 刺激発生手段
２１ 刺激調整手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自発的（能動的）な運動を行わなくてもトレーニングが可能な運動補助装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自発的な運動を行わなくても身体に装着するだけでトレーニングが行える運動補助装置が提案されている。
【０００３】
この種の運動補助装置としては、例えば、腹帯型電極装具（軟式コルセット型電極装具）と、当該腹帯型電極装具に人体の両側腹直筋や、側腹筋群、傍脊柱起立筋群に対応する形で取り付けられた刺激電極と、刺激電極間に所定の波形パターンの電圧を与える刺激装置とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１９２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来例の運動補助装置では、刺激電極間に印加する電圧の波形パターンを変えることによって、種々のトレーニングを行えるようになっている。
【０００５】
そのため、人体の活動状態に合わせて種々の波形パターンを用意しておけば、歩行時や、走行時などの運動時や、安静時など、日常生活の活動状態に応じたトレーニングを行うことが可能となる。
【０００６】
しかしながら、上記従来例の運動補助装置においてトレーニングの種類を変更するためには、装着者が自ら運動補助装置を操作しなければならず、このような操作は面倒であった。
【０００７】
本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的は、特別な操作を行うことなく、日常生活の活動状態に応じたトレーニングを行うことができる運動補助装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の問題を解決するために、請求項１の発明では、人体の動作を検出する検出手段と、人体の特定部位に力学的な刺激を与える刺激付与手段と、検出手段および刺激付与手段を人体に装着する装着手段とを備え、刺激付与手段は、上記刺激を発生させる刺激発生手段と、検出手段の検出結果に基づいて刺激発生手段で発生させる刺激の強さを調整する刺激調整手段とを有していることを特徴とする。
【０００９】
請求項１の発明によれば、人体の動作に応じて刺激の強さが調整されるから、運動時や安静時などの人体の活動状態などに応じて刺激の強さを切り替えるという面倒な操作を行わなくて済み、特別な操作を行うことなく、日常生活の活動状態に応じたトレーニングを行うことができる。また、人体の動作を検出するようにしているから、筋肉の動き、例えば歩行時の脚の動きに合わせて人体に付与する刺激を調整することができて、トレーニングや、運動の補助（例えば、歩行時の転倒防止）などを効率良く行うことが可能となる。
【００１０】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記刺激調整手段は、上記検出手段の検出結果により上記特定部位にかかる負荷の大きさを判断し、上記特定部位にかかる負荷が大きいほど、上記刺激発生手段で発生させる刺激を強くすることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明によれば、筋肉の動きに合わせて効率良くトレーニングや、運動の補助を行うことができる。例えば、下肢（主として大腿部）に刺激を与える場合に、遊脚相から立脚相に移行する（脚が接地する）際に、筋肉に刺激を与え緊張状態を維持し、立脚相から遊脚相に移行する（地面から脚を離す）際には、筋肉に与える刺激を弱くするようにすれば、筋肉の動きに合わせて効率良くトレーニングを行うことができ、しかも、脚が接地する際に筋肉の緊張状態が維持され、また地面から脚を離す際には、刺激を弱くして脚を蹴りだし易くなるから、転倒防止が図れ、筋肉の動きに合わせて効率よく運動の補助を行うことができる。
【００１２】
請求項３の発明では、請求項１または２の発明において、上記検出手段は、加速度センサとジャイロセンサとの少なくとも一方を備えていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明によれば、筋電位計などを用いる場合に比べて、人体の動作を容易に検出することができる。
【００１４】
請求項４の発明では、請求項１〜３のうちいずれか１項の発明において、上記刺激発生手段は、人体を振動させることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明によれば、特に骨を振動させることで骨に負荷を与えることができるから、骨密度の向上を図ることができる。
【００１６】
請求項５の発明では、請求項１〜３のうちいずれか１項の発明において、上記刺激発生手段は、人体を圧迫することを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明によれば、血流制限による加圧トレーニングを行うことが可能となるから、筋力トレーニング時の筋肉組織の破壊を抑えることができ、しかも関節や靭帯にかかる負担を軽くした状態で筋力トレーニングを行うことができ、また、人体の特定部位を固定して負担がかからないようにサポートすることができるから、骨折などを予防することができる。
【００１８】
請求項６の発明では、請求項１〜３のうちいずれか１項の発明において、上記刺激発生手段は、骨に到達するように超音波を発生することを特徴とする。
【００１９】
請求項６の発明によれば、骨密度の向上を図ることができる。
【００２０】
請求項７の発明では、請求項１〜６のうちいずれか１項の発明において、上記装着手段は、上記刺激付与手段を大腿部に装着することを特徴とする。
【００２１】
請求項７の発明によれば、刺激付与手段によって、大腿部に力学的な刺激が与えられるから、大腿部の筋力や骨密度（主として大腿骨頭の骨密度）の向上を図ることができ、大腿部の骨折を予防することができる。
【００２２】
請求項８の発明では、請求項１〜６のうちいずれか１項の発明において、上記装着手段は、上記刺激付与手段を腰部に装着することを特徴とする。
【００２３】
請求項８の発明によれば、刺激付与手段によって、腰部に力学的な刺激が与えられるから、腰部の筋力や骨密度（主として腰椎の骨密度）の向上を図ることができ、腰部の骨折を予防することができる。
【００２４】
請求項９の発明では、請求項１〜６のうちいずれか１項の発明において、上記装着手段は、上記刺激付与手段を下腿部に装着することを特徴とする。
【００２５】
請求項９の発明によれば、下腿部に力学的な刺激が与えられるから、下腿部（主として膝の膝蓋骨）の筋力や骨密度の向上を図ることができ、下腿部の骨折を予防することができる。
【００２６】
請求項１０の発明では、請求項１〜９のうちいずれか１項の発明において、上記装着手段は、人体に巻き付けられるベルトであることを特徴とする。
【００２７】
請求項１０の発明によれば、検出手段および刺激付与手段を容易に人体に装着できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、特別な操作を行うことなく、日常生活の活動状態に応じたトレーニングを行うことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（実施形態１）
本実施形態の運動補強装置は、図１および図２に示すように、人体Ｐの動作（人の姿勢や運動、体動など）を検出する検出手段１と、人体Ｐの特定部位に力学的な刺激を与える刺激付与手段２と、検出手段１および刺激付与手段２を人体Ｐに装着する装着手段３とを備えている。
【００３０】
装着手段３は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、人体Ｐの腰部に巻かれる第１のベルト３０と、人体Ｐの両脚の大腿部の付け根それぞれに巻かれる一対の第２のベルト３１と、人体Ｐの体側側において第１のベルト３０と一対の第２のベルト３１それぞれとを連結する一対の連結部３２とで構成されている。第１のベルト３０および第２のベルト３１は、例えば、伸縮性を有する素材（布材など）からなる帯状のものであって、面ファスナや、ボタン、バックルなどを利用して着脱自在に人体Ｐに着けることができるようになっている。
【００３１】
第１のベルト３０には、検出手段１と、検出手段１および刺激付与手段２駆動用の電源（図示せず）とが取り付けられ、一対の連結部３２それぞれには、刺激付与手段２が取り付けられている。検出手段１と、刺激付与手段２と、上記電源とは、図示しない電線などにより電気的に接続されている。
【００３２】
検出手段１は、人体Ｐの動作によって人体Ｐに生じる加速度を検出する加速度センサ１０と、人体Ｐの動作による姿勢変化に起因する角速度を検出するためのジャイロセンサ（角速度センサ）１１とを備えている。ここで、加速度センサ１０は、例えば、互いに垂直な３軸の各加速度をアナログ形式で出力する３軸の加速度センサからなる。また、ジャイロセンサ１１は、例えば、互いに垂直な３軸の角速度をアナログ形式で出力する３軸のジャイロセンサからなる。このような加速度センサ１０およびジャイロセンサ１１としては、小型で低消費電力なＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を利用したものを採用することができる。
【００３３】
刺激付与手段２は、人体Ｐの特定部位（本実施形態では大腿部）に付与する刺激を発生させる刺激発生手段２０と、検出手段１の検出結果に基づいて刺激発生手段２０で発生させる刺激の強さを調整する刺激調整手段２１とを有している。
【００３４】
刺激発生手段２０は、例えば特定振動数の振動を発生する振動子からなる。ここで、上記特定振動数は、例えば、振動が与えられた筋肉（主として骨格筋）に持続性の反射収縮が引き起こされるとともにその拮抗筋に弛緩が引き起こされる、いわゆる緊張性振動反射（Tonic Vibration Reflex；ＴＶＲ）を誘発し、かつ骨を振動させることが可能な振動数（例えば２０Ｈｚ程度）に設定される。したがって、本実施形態における刺激発生手段２０は、筋肉が緊張し、かつ骨が振動するように人体Ｐを振動させる。なお、振動によって筋肉に緊張性振動反射が誘発されることは既に周知の事項であるから、上記特定振動数の値は適宜設定すればよい。
【００３５】
また、刺激発生手段２０は、刺激の強さ、すなわち振動の強さ（振幅）を調整することができる振動子を用いている。
【００３６】
刺激調整手段２１は、検出手段１の検出結果に基づいて、刺激発生手段２０により人体Ｐに付与する刺激の強さを示す刺激値を決定する判断部２１１と、判断部２１１で決定された刺激値に応じた刺激を刺激発生手段２０により発生させる制御部（駆動部）２１２とで構成されている。
【００３７】
判断部２１１は、検出手段１の加速度センサ１０およびジャイロセンサ１１それぞれの出力（検出結果）を所定周期でサンプリングしてデジタル（ディジタル）形式の値に変換するＡ／Ｄコンバータ（図示せず）と、Ａ／Ｄコンバータでデジタル形式に変換された各センサ１０，１１の出力を記憶するＲＡＭなどのメモリ（図示せず）と、メモリに記憶された各センサ１０，１１の出力に基づいて刺激発生手段２０で発生させる刺激の強さを決定するＣＰＵなどの演算処理部（図示せず）などを備えている。
【００３８】
判断部２１１の演算処理部では、人の姿勢（体位）が座位（または立位）か寝位か、人が運動中か静止中か、人が歩行中か走行中か、人の脚の動き（歩行動作あるいは走行動作）が立脚相前か立脚相後かの４つ項目によって、刺激の強さを決定する。具体的には、人の姿勢が座位または立位であれば刺激を与え、寝位であれば刺激を与えない。また、人が運動中であれば静止中であるときよりも刺激を強くし、人が歩行中であれば走行中であるときよりも刺激を強くする。さらに、脚の動きが立脚相前であれば立脚相後よりも刺激を強くする。
【００３９】
以下に、演算処理部における刺激の強さ（刺激値）の決定方法について、図３に示すフローチャートを参照して説明する。最初のステップＳ１では、刺激値の初期化を行い、刺激値を０に設定する。なお、刺激値が０であることは、刺激発生手段２０において振動を発生させないことを意味する。
【００４０】
次のステップＳ２では、運動補助装置の装着者の姿勢（体位）が座位（または立位）か、寝位かの判定を行う。この判定には、ジャイロセンサ１１の出力が用いられる。この判定を行うにあたって、演算処理部は、ジャイロセンサ１１の出力を用いて、水平方向に対する人体Ｐの身長方向の角度θを算出する。なお、ジャイロセンサ１１より当該角度θを算出する方法は従来周知であるから説明を省略する。
【００４１】
図４は、上記角度θの時間変化の一例を示しており、演算処理部は、算出した上記角度θが所定値θｔｈ以上であれば、人体Ｐの姿勢が座位または立位であると判定し、上記角度θが所定値未満であれば、人体Ｐの姿勢が寝位であると判定する。
【００４２】
このステップＳ２において人体Ｐの姿勢を寝位であると判定した際には、ステップＳ１１に進む。一方、ステップＳ２において人体Ｐの姿勢を座位または立位であると判定した際には、ステップＳ３に進み、刺激値を所定量ａだけ増加させる。
【００４３】
次のステップＳ４では、人が運動中か静止中かの判定を行う。この判定には、加速度センサ１０の出力が用いられる。この判定を行うにあたって、演算処理部は、加速度センサ１０の各軸の出力により合成加速度（ノルム）を算出する。演算処理部は、当該合成加速度が所定範囲内に収まっているか否かによって静止中か運動中かを判定する。例えば、演算処理部は、図５に示すように、合成加速度が閾値Ｔｈ１と閾値Ｔｈ１より小さい閾値Ｔｈ２との間に収まっていれば、人が静止していると判定し、合成加速度が閾値Ｔｈ１と閾値Ｔｈ２との間に収まっていなければ（合成加速度が閾値Ｔｈ１を上回るか、閾値Ｔｈ２を下回る場合）、人が運動していると判定する。
【００４４】
このステップＳ４において人が静止中であると判定した際には、ステップＳ１１に進む。一方、ステップＳ４において人が運動中であると判定した際には、ステップＳ５に進む。
【００４５】
ステップＳ５では、人が歩行中か走行中かの判定を行う。この判定には、ステップＳ４同様、加速度センサ１０の出力が用いられる。この判定を行うにあたって、演算処理部は、ステップＳ４で算出した上記合成加速度（図６（ａ）参照）から、当該合成加速度の振幅を算出する。なお、振幅は、例えば、合成加速度の正のピーク値（山のピーク値）と負のピーク値（谷のピーク値）との差分によって求められる。また、その他の従来周知の方法を用いてもよい。図６（ｂ）は、上記振幅の時間変化の一例を示しており、演算処理部は、算出した上記振幅が所定値Ａｔｈ以上であれば、人が走行中であると判定し、上記振幅が所定値Ａｔｈ未満であれば、人が歩行中であると判定する。また、ステップＳ５では、上記振幅の代わりに、上記合成加速度の周波数を用いてもよい。すなわち、演算処理部は、ステップＳ４で算出した上記合成加速度から、当該合成加速度の周波数を算出する。なお、振幅は、例えば、合成加速度の正のピーク値（山のピーク値）間、あるいは負のピーク値（谷のピーク値）間の時間によって求められる。また、その他の従来周知の方法を用いてもよい。図６（ｃ）は、上記周波数の時間変化の一例を示しており、演算処理部は、算出した上記周波数が所定値ｆｔｈ以上であれば、人が走行中であると判定し、上記振幅が所定値ｆｔｈ未満であれば、人が歩行中であると判定する。
【００４６】
上述したステップＳ５において、人が歩行中であると判定した場合には、刺激値を所定量ｂだけ増加させた（ステップＳ６）後にステップＳ８へ進む。一方、ステップＳ５において、人が走行中であると判定した場合には、刺激値を所定量ｃ（ただしｃ＜ｂ）だけ増加させた（ステップＳ７）後にステップＳ８へ進む。
【００４７】
ステップＳ８では、人の脚の動きが立脚相前か立脚相後かの判定を行う。この判定には、ステップＳ４同様、加速度センサ１０の出力が用いられる。ここで、人が歩行（あるいは走行）することによって人体Ｐに生じる加速度は、図７に示すように、正のピーク（山ピーク）と負のピーク（谷のピーク）が交互に現れるような時間変化を示す。そして、負のピークから正のピークまでの期間は、立脚相から遊脚相に移行する期間であり、正のピークから負のピークまでの期間は、遊脚相から立脚相に移行する期間であると考えられる。
【００４８】
そこで、本実施形態における判断部２１１では、立脚相前か立脚相後かの判定を行うにあたって、演算処理部は、ステップＳ４で算出した上記合成加速度（図７参照）から最新のピークを抽出し、当該最新のピークが負のピーク（谷ピーク）であれば、立脚相前であると判定し、当該最新のピークが正のピーク（山ピーク）であれば、立脚相後であると判定する。例えば、図７に示すように、最新のピークが時刻ｔ１におけるピークＰ１であるとピークＰ１は正のピークであるから立脚相後と判定し、最新のピークが時刻ｔ２におけるピークＰ２であるとピークＰ２は負のピークであるから立脚相前と判定し、最新のピークが時刻ｔ３におけるピークＰ３であるとピークＰ３は正のピークであるから立脚相後と判定する。
【００４９】
このステップＳ８において、立脚前であると判定した場合には、刺激値を所定量ｄだけ増加させた（ステップＳ９）後に、ステップＳ１１へ進み、立脚後であると判定した場合には、刺激値を所定量ｅだけ減少させた（ステップＳ１０）後に、ステップＳ１１へ進む。
【００５０】
ステップＳ１１では、刺激値を制御部２１２に出力する。ここで、刺激値の値は、各項目（ステップＳ２，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ８）の判定結果によって決定される。つまり、ステップＳ２において寝位と判定された場合、刺激値は０のままであり、この場合、制御部２１２は、刺激発生手段２０による刺激の発生を停止する。また、ステップＳ４において静止中と判定された場合、刺激値はステップＳ３を経ることによって、ａとなる。ステップＳ５において歩行中と判定され、ステップＳ８において立脚前と判定された場合、刺激値はステップＳ３，Ｓ６，Ｓ９を経ることでａ＋ｂ＋ｄとなり、ステップＳ５において歩行中と判定され、ステップＳ８において立脚後と判定された場合、刺激値はステップＳ３，Ｓ６，Ｓ１０を経ることでａ＋ｂ−ｅとなり、ステップＳ５において走行中と判定され、ステップＳ８において立脚前と判定された場合、刺激値はステップＳ３，Ｓ７，Ｓ９を経ることでａ＋ｃ＋ｄとなり、ステップＳ５において走行中と判定され、ステップＳ８において立脚前と判定された場合、刺激値はステップＳ３，Ｓ７，Ｓ１０を経ることでａ＋ｃ−ｅとなる。そして、制御部２１２は、与えられた刺激値に応じた刺激を刺激発生手段２０に発生させる。
【００５１】
ステップＳ１１において刺激値が出力されると、ステップＳ１に戻り、再び刺激値の算出が行われる。このような動作は、運動補助装置の動作を停止するまで繰り返し行われ、これによって人の動作に応じた刺激が与えられることになる。
【００５２】
以上述べたように、本実施形態の運動補助装置では、人体の動作に応じて刺激の強さが調整されるから、運動時や安静時などの人体の活動状態などに応じて刺激の強さを切り替えるという面倒な操作を行わなくて済み、特別な操作を行うことなく、日常生活の活動状態に応じたトレーニングを行うことができる。
【００５３】
また、本実施形態の運動補助装置では、脚の動きが立脚相前であれば立脚相後よりも刺激を強くするようにしている。ここで、歩行時の人の脚の動作は、脚が接地している立脚相（立脚期）と、脚が浮いている（接地していない）遊脚相（遊脚期）とで表され、立脚相のときのほうが遊脚相のときよりも特定部位（本実施形態では大腿部）に対応する骨（すなわち大腿骨）にかかる負荷が大きくなる。つまり、刺激調整手段２１は、特定部位にかかる負荷の大きさを判断し、特定部位にかかる負荷が大きいほど、刺激発生手段２０で発生させる刺激を強くするのである。なお、本実施形態では、立脚相であれば遊脚相よりも刺激を強くするようにしているが、特定部位にかかる負荷を数値で求め、刺激値をこの数値に対する関数（例えば一次関数や二次関数など）とするようにしてもよい。
【００５４】
このように遊脚相から立脚相に移行する（脚が接地する）際に、筋肉に刺激を与えて緊張させ、立脚相から遊脚相に移行する（地面から脚を離す）際には、筋肉に与える刺激を弱くするから、筋肉の動きに合わせて効率良くトレーニングを行うことができる。特に、本実施形態のように刺激付与手段２を大腿部に装着した場合には、脚が接地する際に、筋肉の緊張状態が維持されるから、転倒防止が図れ、また、地面から脚を離す際には、筋肉に与える刺激を弱くするから、脚を蹴りだし易くなって、歩き易くすることができるから、効率良く運動を補助することができる。
【００５５】
さらに、検出手段１は、加速度センサ１０とジャイロセンサ１１とで構成されているから、筋電位計などを用いる場合に比べて、人体の動作を容易に検出することができる。加えて、装着手段３は、人体に巻き付けられるベルトであるから、検出手段１および刺激付与手段２を容易に人体Ｐに装着できる。
【００５６】
また、刺激発生手段２０は人体を振動させるようになっており、人体を振動させることで骨を振動させれば、骨に負荷を与えることができて、骨密度の向上が図れる。
【００５７】
特に、本実施形態の運動補助装置では、刺激付与手段２０によって、人体Ｐの大腿部に力学的な刺激（本実施形態の場合は、振動）が与えられるから、大腿部の筋力や骨密度（主として大腿骨頭の骨密度）の向上を図ることができ、大腿部の骨折を予防することができる。
【００５８】
ところで、本実施形態の装着手段３は、刺激付与手段２０を人体Ｐの大腿部に装着するようになっているが、図８（ａ）に示すように、刺激付与手段２０を人体Ｐの腰部に装着するものであってもよい。図８（ａ）に示す装着手段３は、第１のベルト３０のみを有しており、第１のベルト３０に、検出手段１と、刺激付与手段２と、電源（図示せず）とが設けられている。ここで、刺激付与手段２は、刺激発生手段２０が、人体Ｐの腰部に接触する形で第１のベルト３０に取り付けられている。
【００５９】
図８（ａ）に示す運動補助装置では、刺激付与手段２０によって、人体Ｐの腰部に力学的な刺激（本実施形態の場合は、振動）が与えられる。そのため、腰部の骨密度（主として腰椎の骨密度）の向上を図ることができ、腰部の骨折を予防することができる。
【００６０】
また、装着手段３は、図８（ｂ）に示すように、刺激付与手段２０を人体Ｐの下腿部（例えば膝部）に装着するものであってもよい。図８（ｂ）に示す装着手段３は、人体Ｐの腰部に巻かれる第１のベルト３０と、人体Ｐの両脚の下腿部（図示例では膝）それぞれに巻かれる一対の第２のベルト３１と、人体Ｐの体側側において第１のベルト３０と一対の第２のベルト３１それぞれとを連結する一対の連結部３２とで構成されている。
【００６１】
第１のベルト３０には、検出手段１と、検出手段１および刺激付与手段２駆動用の電源（図示せず）とが取り付けられ、一対の第２のベルト３１それぞれには、刺激付与手段２が取り付けられている。ここで、刺激付与手段２は、刺激発生手段２０が、人体Ｐの膝に接触する形で第２のベルト３１に取り付けられている。
【００６２】
図８（ｂ）に示す運動補助装置では、刺激付与手段２０によって、人体Ｐの下腿部に力学的な刺激（本実施形態の場合は、振動）が与えられる。そのため、下腿部（主として膝の膝蓋骨）の骨密度の向上を図ることができ、下腿部の骨折を予防することができる。
【００６３】
ところで、判断部２１１においては、人の姿勢（体位）が座位（または立位）か寝位か、人が運動中か静止中か、人の運動状態が歩行か走行か、人の脚の動きが立脚相前か立脚相後かの４つの項目全てを採用しているが、必ずしもこれら全てを採用する必要はなく、少なくとも１つの項目を含んでいればよい。さらに、判断部２１１において刺激の強さを決定するにあたっては、上記４つの項目のいずれかを利用する必要は必ずしもなく、刺激の強さを決定するのに好適な項目を採用すればよい。なお、加速度センサ１０としては、ピエゾ抵抗型の加速度センサや、静電容量型の加速度センサなどを採用することができる。また、加速度センサ１０は、必ずしも３軸の加速度センサである必要はなく、例えば、２軸の加速度センサや、１軸の加速度センサであってもよい。このことはジャイロセンサ１１においても同様である。また、本実施形態における検出手段１は、加速度センサ１０とジャイロセンサ１１とを両方備えているが、加速度センサ１０とジャイロセンサ１１との少なくとも一方を備えているものであってもよく、検出手段１をどのような構成とするかは、判断部２１における刺激の強さの決定方法に基づいて決定すればよい。以上述べた点は後述する実施形態２，３においても同様である。
【００６４】
（実施形態２）
本実施形態の運動補助装置は、図９に示すように、主として刺激発生手段２０の構成が実施形態１と異なっている。なお、実施形態１と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６５】
本実施形態における刺激発生手段２０は、人体Ｐの特定部位を圧迫（加圧）するものであって、例えば、流入された空気の体積に応じて膨張／収縮するエアセル２０１と、エアセル２０１の吸気または排気を行うエアポンプ２０２と、エアセル２０１とエアポンプ２０２との連通路を開閉する電磁弁２０３とで構成されている。このような刺激発生手段２０は、電磁弁２０３を開いた状態で、エアポンプ２０２によりエアセル２０１に吸気、排気を行うことによって、エアセル２０１を膨張あるいは収縮させて、人体Ｐに加える圧力を加減することができるようになっており、エアポンプ２０２および電磁弁２０３の制御は、制御部２１２によって行われるようになっており、エアセル２０１によって人体Ｐに与えられる圧力は、判断部２１１で決定された刺激値に応じて設定される。なお、判断部２１１による刺激値の決定方法は上記実施形態１と同様であるから説明を省略する。
【００６６】
本実施形態における装着手段３は、上記実施形態１で述べた図２（ａ），（ｂ）に示すものと同様に、人体Ｐの腰部に巻かれる第１のベルト３０と、人体Ｐの両脚の大腿部の付け根それぞれに巻かれる一対の第２のベルト３１と、人体Ｐの体側側において第１のベルト３０と一対の第２のベルト３１それぞれとを連結する一対の連結部３２とで構成されている。ここで、本実施形態における刺激発生手段２０において、実際に刺激（圧力）を発生させるのはエアセル２０１であるから、エアセル２０１のみが第２のベルト３１の内側（人体Ｐと当接する側）に配置され、エアポンプ２０２や電磁弁２０３は第１のベルト３０に配置されている。
【００６７】
以上述べた本実施形態の運動補助装置によれば、実施形態１と同様に、特別な操作を行うことなく、日常生活の活動状態に応じたトレーニングを行うことができる。
【００６８】
また、刺激発生手段２０は人体の特定部位を圧迫するので、刺激発生手段２０によって特定部位における血流を制限することが可能となり、加圧トレーニング（上肢や下肢の付け根を加圧して血流を制限した状態で行うトレーニングであり、低負荷の運動でも高負荷の運動と同様の効果が得られるというもの）を行うことができるから、筋力トレーニングの際の筋肉組織の破壊を抑えることができ、しかも関節や靭帯にかかる負担を軽くした状態で筋力トレーニングを行うことができる。また、人体の特定部位を固定して負担がかからないようにサポートすることができるから、骨折などを予防することができる。
【００６９】
特に、本実施形態の運動補助装置では、刺激付与手段２０によって、人体Ｐの大腿部に力学的な刺激（本実施形態の場合は、圧力）が与えられるから、大腿部の筋力や骨密度（主として大腿骨頭の骨密度）の向上を図ることができ、大腿部の骨折を予防することができる。また、大腿部の筋力の向上が図れるから、高齢者の転倒予防に効果を発揮する。
【００７０】
ところで、本実施形態の装着手段３は、刺激付与手段２０を人体Ｐの大腿部に装着するようになっているが、装着手段３は、実施形態１で述べたように、刺激付与手段２０を人体Ｐの腰部（例えば腰椎部）に装着するもの（図８（ａ）参照）であってもよい。この場合、刺激付与手段２０のエアセル２０１は、腰部に接触する形で第１のベルト３０に取り付けられる。
【００７１】
図８（ａ）に示す装着手段３を利用した本実施形態の運動補助装置によれば、刺激付与手段２０によって、人体Ｐの腰部に力学的な刺激（本実施形態の場合は、圧力）が与えられる。この場合、運動補助装置によって、弱った腰部をサポートすることができるから、腰部の骨折を予防することができる。
【００７２】
また、本実施形態の装着手段３は、実施形態１で述べたように、刺激付与手段２０を人体Ｐの下腿部（例えば膝部）に装着するもの（図８（ｂ）参照）であってもよい。この場合、刺激付与手段２０のエアセル２０１は第２のベルト３１の内側に取り付けられる。
【００７３】
図８（ｂ）に示す装着手段３を利用した本実施形態の運動補助装置によれば、刺激付与手段２０によって、人体Ｐの下腿部に力学的な刺激（本実施形態の場合は、圧力）が与えられ、加圧トレーニングが可能となる。そのため、下腿部（主として膝の膝蓋骨）の筋力や骨密度の向上を図ることができ、下腿部の骨折を予防することができる。
【００７４】
（実施形態３）
本実施形態の運動補助装置は、刺激発生手段２０として、振動子ではなく、特定周波数の超音波を発生する超音波プローブを採用した点で実施形態１と異なっている。なお、その他の構成は実施形態１と同様であるから、図示および説明を省略する。
【００７５】
本実施形態における刺激発生手段２０は、特定周波数の音波を発生するものである。ここで上記特定周波数の音波は、音波による振動が骨に到達するように、超音波としている。つまり、本実施形態における刺激発生手段２０は、超音波を発生する超音波プローブからなる。また、超音波プローブは超音波の振幅を調整可能に構成されている。このような超音波プローブは従来周知であるから詳細な説明を省略する。
【００７６】
本実施形態における刺激発生手段２０は、実施形態１と同様に制御部２１２によってセ御され、刺激発生手段２０によって人体Ｐに与えられる刺激の強さ（超音波の振幅）は、判断部２１１で決定された刺激値に応じて設定される。なお、判断部２１１による刺激値の決定方法は上記実施形態１と同様であるから説明を省略する。
【００７７】
本実施形態における装着手段３は、上記実施形態１で述べた図２（ａ），（ｂ）に示すものと同様に、人体Ｐの腰部に巻かれる第１のベルト３０と、人体Ｐの両脚の大腿部の付け根それぞれに巻かれる一対の第２のベルト３１と、人体Ｐの体側側において第１のベルト３０と一対の第２のベルト３１それぞれとを連結する一対の連結部３２とで構成され、本実施形態における刺激発生手段２０は、一対の連結部３２それぞれに人体Ｐと接触する形に設けられている。
【００７８】
以上述べた本実施形態の運動補助装置によれば、実施形態１と同様に、特別な操作を行うことなく、日常生活の活動状態に応じたトレーニングを行うことができる。
【００７９】
また、刺激発生手段２０は、骨に到達するように超音波を発生するので、骨密度の向上を図ることができる。
【００８０】
特に、本実施形態の運動補助装置では、刺激付与手段２０によって、人体Ｐの大腿部に力学的な刺激（本実施形態の場合は、超音波）が与えられるから、大腿部の筋力や骨密度（主として大腿骨頭の骨密度）の向上を図ることができ、大腿部の骨折を予防することができる。
【００８１】
ところで、本実施形態の装着手段３は、刺激付与手段２０を人体Ｐの大腿部に装着するようになっているが、装着手段３は、実施形態１で述べたように、刺激付与手段２０を人体Ｐの腰部（例えば腰椎部）に装着するもの（図８（ａ）参照）であってもよい。この場合、刺激付与手段２０は実施形態１と同様に腰部に接触する形で第１のベルト３０に取り付けられる。
【００８２】
図８（ａ）に示す装着手段３を利用した本実施形態の運動補助装置によれば、刺激付与手段２０によって、人体Ｐの腰部に力学的な刺激（本実施形態の場合は、超音波）が与えられる。そのため、腰部の骨密度（主として腰椎の骨密度）の向上を図ることができ、腰部の骨折を予防することができる。
【００８３】
また、本実施形態の装着手段３は、実施形態１で述べたように、刺激付与手段２０を人体Ｐの下腿部（例えば膝部）に装着するもの（図８（ｂ）参照）であってもよい。この場合、刺激付与手段２０は実施形態１と同様に第２のベルト３１の内側に取り付けられる。
【００８４】
図８（ｂ）に示す装着手段３を利用した本実施形態の運動補助装置によれば、刺激付与手段２０によって、人体Ｐの下腿部に力学的な刺激（本実施形態の場合は、圧力）が与えられる。そのため、下腿部（主として膝の膝蓋骨）の筋力や骨密度の向上を図ることができ、下腿部の骨折を予防することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】実施形態１の運動補助装置のブロック図である。
【図２】（ａ）は同上の運動補助装置の外観図、（ｂ）は同上の運動補助装置を人体に装着した状態を示す説明図である。
【図３】同上の運動補助装置の動作のフローチャートである。
【図４】水平方向に対する人体の身長方向の角度の時間変化の一例を示すグラフである。
【図５】加速度の時間変化の一例を示すグラフである。
【図６】（ａ）は加速度の時間変化の一例を示すグラフ、（ｂ）は加速度の振幅の時間変化の一例を示すグラフ、（ｃ）は加速度の周波数の時間変化の一例を示すグラフである。
【図７】加速度の時間変化の一例を示すグラフである。
【図８】同上の他例の運動補助装置を人体に装着した状態を示す概略説明図である。
【図９】実施形態２の運動補助装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００８６】
１ 検出手段
２ 刺激付与手段
３ 装着手段
１０ 加速度センサ
１１ ジャイロセンサ
２０ 刺激発生手段
２１ 刺激調整手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の動作を検出する検出手段と、
人体の特定部位に力学的な刺激を与える刺激付与手段と、
検出手段および刺激付与手段を人体に装着する装着手段とを備え、
刺激付与手段は、上記刺激を発生させる刺激発生手段と、検出手段の検出結果に基づいて刺激発生手段で発生させる刺激の強さを調整する刺激調整手段とを有していることを特徴とする運動補助装置。
【請求項２】
上記刺激調整手段は、上記検出手段の検出結果により上記特定部位にかかる負荷の大きさを判断し、上記特定部位にかかる負荷が大きいほど、上記刺激発生手段で発生させる刺激を強くすることを特徴とする請求項１記載の運動補助装置。
【請求項３】
上記検出手段は、加速度センサとジャイロセンサとの少なくとも一方を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の運動補助装置。
【請求項４】
上記刺激発生手段は、人体を振動させることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の運動補助装置。
【請求項５】
上記刺激発生手段は、人体を圧迫することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の運動補助装置。
【請求項６】
上記刺激発生手段は、骨に到達するように超音波を発生することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の運動補助装置。
【請求項７】
上記装着手段は、上記刺激付与手段を大腿部に装着することを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の運動補助装置。
【請求項８】
上記装着手段は、上記刺激付与手段を腰部に装着することを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の運動補助装置。
【請求項９】
上記装着手段は、上記刺激付与手段を下腿部に装着することを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の運動補助装置。
【請求項１０】
上記装着手段は、人体に巻き付けられるベルトであることを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか１項記載の運動補助装置。
【請求項１】
人体の動作を検出する検出手段と、
人体の特定部位に力学的な刺激を与える刺激付与手段と、
検出手段および刺激付与手段を人体に装着する装着手段とを備え、
刺激付与手段は、上記刺激を発生させる刺激発生手段と、検出手段の検出結果に基づいて刺激発生手段で発生させる刺激の強さを調整する刺激調整手段とを有していることを特徴とする運動補助装置。
【請求項２】
上記刺激調整手段は、上記検出手段の検出結果により上記特定部位にかかる負荷の大きさを判断し、上記特定部位にかかる負荷が大きいほど、上記刺激発生手段で発生させる刺激を強くすることを特徴とする請求項１記載の運動補助装置。
【請求項３】
上記検出手段は、加速度センサとジャイロセンサとの少なくとも一方を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の運動補助装置。
【請求項４】
上記刺激発生手段は、人体を振動させることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の運動補助装置。
【請求項５】
上記刺激発生手段は、人体を圧迫することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の運動補助装置。
【請求項６】
上記刺激発生手段は、骨に到達するように超音波を発生することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の運動補助装置。
【請求項７】
上記装着手段は、上記刺激付与手段を大腿部に装着することを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の運動補助装置。
【請求項８】
上記装着手段は、上記刺激付与手段を腰部に装着することを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の運動補助装置。
【請求項９】
上記装着手段は、上記刺激付与手段を下腿部に装着することを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の運動補助装置。
【請求項１０】
上記装着手段は、人体に巻き付けられるベルトであることを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか１項記載の運動補助装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１０６５３７（Ｐ２００９−１０６５３７Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８２２３３（Ｐ２００７−２８２２３３）
【出願日】平成１９年１０月３０日（２００７．１０．３０）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月３０日（２００７．１０．３０）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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