JP2000172406A - 力触覚呈示装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 筋肉の位置に応じた形態で電気刺激を与える
ことによって力触覚を呈示する。 【解決手段】 指定した筋肉に対して電気刺激を与える
ための効果器１ｄを備えた力触覚呈示装置１において、
皮膚表面に近い表層の筋に対しては効果器１ｄを通して
低周波による刺激を与え、内層の筋に対しては効果器１
ｄを通して干渉波による刺激を与える。また、効果器１
ｄを構成する複数の電極２、２、・・・のうち、陰極に
設定される電極を筋腹に配置し、陽極に設定される電極
を筋始点及び終点に配置して、両電極を介して筋に電気
刺激を付与したり、複数の電極のうち、互いに対をなす
電極について、それら極性を時間経過につれて交互に入
れ替える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対象となる筋肉の
位置に応じて適切な電気刺激を与えることによって筋全
体についての力覚や触覚の呈示を可能とする力触覚呈示
装置の制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】干渉波による電気刺激を利用した、所謂
干渉波治療器が知られており、この種の機器では、筋肉
における所望の位置を特定して、その一ヵ所にのみ付設
される効果器を通して干渉波による電気刺激を与える方
法が用いられている。

【０００３】また、仮想現実（バーチャルリアリティ）
や遠隔現実（テレリアリティ）等の分野では、コンピュ
ータによって創出される仮想空間（あるいは仮想世界）
や操作者からは隔絶した遠隔世界（あるいは遠隔環境）
における力触覚や温度感覚を、該使用者に体感させるこ
とができるようにするためのマン・マシンインターフェ
ースとして、力触覚グローブ等を使った力触覚呈示装置
が知られている。この装置は、主に視覚や聴覚によって
認知される仮想現実感を、さらに力学的な感覚（力覚や
触覚を含む力触覚）にまで拡張したり、あるいは、遠隔
世界における操作感覚に臨場感を与えるために導入され
るもので、例えば、筋肉への電気刺激を利用して、人間
の手や腕等に作用を及ぼすものである。

【０００４】皮膚表面や筋肉への電気刺激によって力触
覚呈示を実現するための方法としては、機能的電気刺激
の利用が提案されている。尚、「機能的電気刺激」（Ｆ
ｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｔｉｍｕｌ
ａｔｉｏｎ、略してＦＥＳ」とは、明確な目的意識と作
用機序の理解の上に立って生体機能の補助又は制御を行
おうとする電気刺激法を意味し、主として運動麻痺患者
に対して電極を介して目的の末梢神経や筋に電気的刺激
を与えることにより麻痺肢を動かすといったことに用い
られている。

【０００５】ＦＥＳの原理について簡単に説明すると、
筋肉が脳からの運動命令を電気信号として運動神経で受
けることで収縮することに着目して、脳からの電気信号
に代わって電気刺激により運動神経に電位を与えること
で筋肉を収縮させようとするものである。

【０００６】ＦＥＳでは、筋の収縮を制御する際に、筋
に対して直接的に電気刺激を与える場合と、筋を支配す
る神経束に電気刺激を与える場合があり、筋の収縮につ
いては２種類の形態がある。その一つは「遠心性ＦＥ
Ｓ」と称し、神経束内の運動神経線維を刺激することに
よってその支配下の筋を直接的に収縮させて目的とする
機能を再建するものであり、もう一つは「求心性ＦＥ
Ｓ」と称し、同一神経束内の求心性神経線維を刺激する
ことによって当該筋の共同筋が同時に収縮し、それ自身
で有用な制御ができるというものである。

【０００７】例えば、総腓骨神経を強く刺激した場合
に、遠心性ＦＥＳで足関節の背屈が起ると同時に、股関
節、膝関節の屈曲反応が生じるが、これは総腓骨神経の
求心性線維を刺激することによって屈曲反射が生じたこ
とによるものである。

【０００８】尚、筋に対する電気刺激の与え方について
は、生体への電極の取り付け方の違いから、「表面電極
法」、「経皮電極法」、「埋め込み電極法」が知られて
おり、中でも「表面電極法」は人体を傷つけることなく
使用できるため広く用いられており、干渉波を使った方
法が知られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
装置における制御方法にあっては、筋肉における特定の
位置に刺激を与えるに止まっているため、力触覚呈示装
置の使用者には筋肉の局部的な刺激しか感じられず、筋
肉の位置（表層の筋か内層の筋かの如何）に応じて適切
な電気刺激を与えることができないという問題がある。

【００１０】例えば、干渉波を使う方法では、皮膚表面
よりも主に内層の筋に対して有効に働くため、表層の筋
に対して刺激を与えることが困難となる。

【００１１】そこで、本発明は、筋肉の位置に応じた形
態（周波数帯等）による電気刺激を与えることで力触覚
を呈示することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した課題を
解決するために、皮膚表面に近い表層の筋に対しては効
果器を通して低周波による刺激を与え、内層の筋に対し
ては効果器を通して干渉波による刺激を与えるものであ
る。

【００１３】従って、本発明によれば、刺激を与える筋
の位置に応じて電気刺激の態様を使い分けることで、特
に表層の筋に対して効率良く刺激を付与することができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に係る制御方法の説明を行
う前に、力触覚呈示装置の構成例を図１に従って説明す
る。

【００１５】力触覚呈示装置１は、入力部１ａ、制御部
１ｂ、入出力バッファ群１ｃ（入力バッファ群１ｃｉ及
び出力バッファ群１ｃｏ）、効果器１ｄ、モデル構築／
計算処理部１ｅ、画像処理部１ｆ、表示部１ｇ、圧力認
識部１ｈ、圧力検出部１ｉを備えている。

【００１６】入力部１ａは、キーボードやポインティン
グデバイス等の一切の入力手段を含んでおり、データの
手動入力又は自動入力のために必要とされ、これによっ
て取得した情報は制御部１ｂ及びモデル構築／計算処理
部１ｅに送出される。

【００１７】制御部１ｂは、その後段に位置する出力バ
ッファ群１ｃｏを介して効果器１ｄに電気信号を送出し
たり、あるいは、効果器１ｄから入力バッファ群１ｃｉ
を介して筋電情報を得るものである。尚、出力バッファ
群１ｃｏを構成する各バッファの出力端子や、入力バッ
ファ群１ｃｉを構成する各バッファの入力端子は、効果
器１ｄに設けられた電極アレイの各電極（後述する）に
それぞれ各別に接続されている。また、効果器１ｄに付
設された圧力検出部１ｉによって検出される皮膚表面の
圧力情報（図１では圧力分布に係る情報を幅広の矢印に
よって一括的に示している。）が圧力認識部１ｈを介し
て制御部１ｂに送出されるように構成されている。

【００１８】効果器１ｄは、人体の皮膚に接触して使用
するために、人体の手足、体の一部等の形状に適合する
形状をもって作成される。例えば、その形態には、グロ
ーブ、ボディスーツ、アームバンド、指サック、ソック
ス等が挙げられる。尚、図１では人体に腕に取り付けて
使用する効果器が示されている。また、力触覚の他、温
度感覚を併せて呈示するために、効果器に多数の熱制御
用素子（ペルチェ素子等）を組み込んで、該素子の熱制
御により、人体にとって危険のない温度範囲で熱や温度
を感じることができるように構成するとさらに効果的で
ある。

【００１９】生体への電気刺激法については、電極の取
り付け方に関して本発明では表面電極法を採用してい
る。その理由は、当該方法が人体を傷付けることなく使
用できること及び経皮電極法や埋め込み電極法では電極
や配線の破損や感染等の問題ああることに依る。

【００２０】この表面電極法に適した効果器の構成例を
図示したものが図２乃至図１２であり、これらは、人体
の皮膚表面や筋肉に対して電気刺激を付与するための効
果器１ｄにおける構成要素のうち、多数の電極２、２、
・・・（電極アレイ）を有する電極シート３の一例を示
している。

【００２１】電極シート３は人体の皮膚表面に付設して
使用され、例えば、図２に示すように、前腕Ａに貼着し
て使用される。本例では、電極シート３が矩形状に形成
されており、一方の辺の長さが前腕Ａの長さとほぼ同じ
で、他方の辺の長さが前腕Ａの周方向の長さとほぼ同じ
になっている。これにより、電極シート３を前腕Ａに巻
き付けると、前腕Ａはそのほぼ周面を電極シート３で覆
われることになる。

【００２２】図３は電極シート３の層構造を概略的に示
すものであり、４層構成の電極層３Ａの上に４層構成の
感圧層３Ｂ（上記圧力検出部１ｉに相当する。）を形成
し、さらにその上に絶縁層３Ｃを積層形成した例を有し
ている。

【００２３】電極層３Ａは、同図の左側に示すように、
シート４、導通シート５、配線シート６、表面シート７
を積層した構成を有している。

【００２４】シート４は最も皮膚側に位置するシートで
あり、これには、多角形状（例えば、正方形や正六角形
等）をした小さな電極孔４ａ、４ａ、・・・（図４参
照。）がマトリックス状に多数形成され、該電極孔４
ａ、４ａ、・・・に導電ポリマーが充填されることで、
電極２、２、・・・がシート上に規則的に形成されてい
る。各電極孔４ａには、その周囲を取り囲む突条部４ｂ
がそれぞれ形成されており、該突条部４ｂはその厚み方
向における断面形状がほぼ台形状をしており、台形の短
辺に相当する端部が皮膚との接触部とされ、斜辺に相当
する部分が電極孔４ａの周囲に亘ってテーパー面を形成
している。尚、この突条部４ｂは電極２と皮膚との密着
性を良好にするために設けられる（図４、図１２参
照）。

【００２５】導通シート５は、シート４の表面側に積層
され、該導通シート５のうち、上記各電極２、２、・・
・に対応する位置には、該電極よりも充分に小さい相似
形の通電孔５ａ、５ａ、・・・（図５参照。）が形成さ
れ、これらの通電孔５ａに導電ポリマーを充填して、こ
れを通電部５ｂ、５ｂ、・・・としている。尚、導通シ
ート５は、配線シート６に形成された後述の各配線パタ
ーンと、シート４上の電極２、２、・・・とが短絡しな
いようにするために設けられるものである。

【００２６】配線シート６は導通シート５の表面側に積
層されるものであり（図６参照。）、端子部６ａ、６
ａ、・・・や配線パターン６ｂ、６ｂ、・・・が形成さ
れている。つまり、配線シート６には、上記通電部５
ｂ、５ｂ、・・・に対向してこれらと同じ大きさの端子
孔が形成され、該孔に導電ポリマーを充填することでこ
れらを端子部６ａ、６ａ、・・・としており、更に各端
子部６ａ、６ａ、・・・に対しては配線シート６の長手
方向に延びる配線パターン６ｂ、６ｂ、・・・が形成さ
れている。尚、これらの配線パターン６ｂ、６ｂ、・・
・は導電ポリマーにより形成されていて、各配線パター
ンは互いに短絡しない配置となっている。そして、各配
線パターン６ｂ、６ｂ、・・・のうち端子部６ａ、６
ａ、・・・とは反対側の端部が、配線シート６の端縁近
傍まで延び、上記入出力バッファ群１ｃを構成する各バ
ッファ（入力バッファ及び出力バッファ）にそれぞれ接
続されるようになっている。

【００２７】表面シート７（図７参照。）には、他のシ
ート４乃至６と同じ大きさの（電気）絶縁シート、例え
ば、絶縁性のポリマー、ナイロン、ポリプロピレン（Ｐ
Ｐ）、シリコーン等の合成樹脂材料等が用いられ、上記
配線シート６に貼着される。

【００２８】尚、このような構造を有する電極層３Ａに
おいては、例えば、シルク印刷により、各電極２、通電
部５ｂ、端子部６ａ及び配線パターン６ｂ等を形成する
ことができる。

【００２９】感圧層３Ｂの形成にあたっては、例えば、
本願出願人が特願平１０−２５６７１３号で提案した技
術を用いることができる。

【００３０】図３に示すように、感圧層３Ｂは、皮膚に
近い方から行電極シート８、感圧シート９、列電極シー
ト１０、絶縁膜１１を積層した構成となっている。

【００３１】行電極シート８（図８参照。）は、ポリエ
ステル等のフィルム上に形成される電気絶縁膜の上に導
電性ポリマー製の平行電極８ａ、８ａ、・・・を所定の
方向、例えば、シートの長手方向に沿って形成されてお
り、これらの電極の間には電気絶縁膜が介在されること
によって各電極が絶縁分離されている。

【００３２】感圧シート９（図９参照。）は、多角形状
（図では正方形）をした感圧部９ａ、９ａ、・・・が一
定の間隔をおいて配置された構成を有しており、これら
と上記電極２、２、・・・とは互いの位置関係において
１対１に対応している。感圧部９ａに使用する材料とし
ては、圧電性の高分子材料（フッ化ビニリデン等）、比
誘電率ポリマー等が挙げられる。尚、各感圧部９ａ同士
は絶縁材料によって隔絶されていることは勿論である。

【００３３】列電極シート１０（図１０参照。）につい
ては、平行電極１０ａ、１０ａ、・・・の形成方向が異
なるだけで行電極シート９と同様の構造を有している。
つまり、導電性ポリマー製とされたこれらの電極１０ａ
は、上記行電極シート８の平行電極８ａの形成方向に対
して感圧シート９を挟んで互いに直交するように形成方
向が規定されており、両電極群の交点位置に上記感圧部
９ａ、９ａ、・・・が各別に配置される。これによっ
て、互いの電極群同士が直交した関係を有するマトリッ
クス配置（あるは格子状配置）とされ、「ｉ」、「ｊ」
の整数変数を導入したとき第ｉ行第ｊ列の指定によって
該当する交点位置付近での圧力検出を行うことができる
ようになっている。

【００３４】絶縁膜１１（図１２参照。）は電気絶縁材
料、例えば、絶縁性のシリコーン、高分子ゲル等を用い
て形成されるもので、感圧層３Ｂの最も表層に形成され
て列電極シート１０の絶縁を図っている。

【００３５】絶縁層３Ｃは、前腕Ａに貼着されたときに
最も表面に位置しており、これにはゴム材料等が使用さ
れる。

【００３６】しかして、このような電極シート３を、例
えば、前腕Ａに貼着してこれに干渉波による刺激を与え
るときは、シート４の各電極２、２、・・・を前腕Ａの
皮膚に当てて巻き付けてから（皮膚との接触状態を図１
３に示す。）、対をなす電極２、２に制御部１ｂから当
該電極に対応する出力バッファを介して所定の周波数電
流を供給すると、前腕Ａの内部において干渉波が生じ、
干渉により波が強め合うところの筋肉Ｍの部位を刺激す
ることができる。例えば、４０００Ｈｚ（ヘルツ）の周
波数電流と４０１０Ｈｚの周波数電流を、各電極２、２
にそれぞれ供給すると、両電極間を結んだ線上の中心近
傍で干渉が生じ、干渉の部位に位置する筋肉Ｍが１０Ｈ
ｚの周波数で刺激されて収縮する。

【００３７】また、一対の電極２と２との間を結んだ線
上における別の筋肉Ｍを刺激するには、両電極に供給す
る電流の周波数を互いに異ならせることで行う。つま
り、周波数を変えることにより、刺激位置を移動させる
ことができ、これによって所望の筋肉Ｍの部位を刺激す
ることができる。

【００３８】尚、電極２と２の間を結んだ線上に位置し
ない筋肉Ｍの部位に刺激を与えるには、３つ以上の電極
を用い、これら電極に供給する電流波の周波数を異なら
せることにより、各電極を結んでできる面上の任意の部
位に対して、干渉波（三極干渉波等の立体導体波）によ
る電気刺激を生じさせることができる。

【００３９】このように筋肉への干渉波刺激の制御にあ
たっては、電極の選択制御と、各電極に供給する周波数
信号の生成及び周波数設定が必要であり、これらを担当
するのが上記した制御部１ｂである。

【００４０】また、皮膚表面の表層筋に対する低周波の
刺激を行う場合には、使用電極を２極として、この一対
の電極の各位置を特定した後、１００Ｈｚ以下、例え
ば、１０〜６０Ｈｚ程度のパルス波形（負性矩形波等）
を用いて刺激を与える。

【００４１】尚、皮膚表面の圧力分布に関する検出にあ
たっては、上記行電極シート８及び列電極シート１０の
うちの所望の電極、つまり、整数変数ｉ、ｊについて第
ｉ行第ｊ列に相当する電極（行電極シート８のｉ番目の
電極及び列電極シート１０のｊ番目の電極）を選択した
場合に、該電極の交点付近における圧力に応じて感圧材
料が圧迫されると、その静電容量の変化を検出すること
ができる。即ち、行電極シート８におけるｉ番目の電極
と列電極シート１０におけるｊ番目の電極との間には感
圧部９ａを含むコンデンサが形成され、その等価静電容
量値Ｃがその場所での圧力Ｐの関数となるので、等価静
電容量値Ｃから逆算して圧力Ｐに係る情報を得ることが
できる（つまり、第ｉ行第ｊ列の検出データについての
マトリックス処理によって所望の位置での局部的な圧力
や対象範囲を特定した圧力分布データを取得することが
できる。）。上記制御部１ｂは、このような圧力情報を
上記圧力認識部１ｈから得ている。

【００４２】モデル構築／計算処理部１ｅは、コンピュ
ータやメモリあるいは所定の記録媒体によって構成され
る計算装置によって実現され、人体の数値モデル構築の
ためのデータベース（以下、「ＤＢ」と略記する。）の
作成及びその維持・管理を行うものである。尚、人体の
数値モデル構築に必要な基本データの取得に用いる周辺
装置は全て入力部１ａに含まれる。

【００４３】画像処理部１ｆは、制御部１ｂ及びモデル
構築／計算処理部１ｅとの間で情報のやりとりを行い、
映像信号を表示部１ｇに送出してその画像表示を行う。
例えば、ＣＧ（コンピュータ・グラフィックス）表示と
して現出される仮想空間内のオブジェクト（仮想物）を
視覚情報として装置の使用者に伝達するために画像情報
を表示したり、あるいは人体の数値モデル構築作業に必
要な画面表示等を行う。尚、視覚情報に加えて聴覚情報
を取り扱う場合には、音声信号処理部を画像処理部１ｆ
に含ませ、スピーカ等の音声出力手段を通して音声情報
を装置使用者に伝達すれば良い。また、情報の印字を要
する場合には、画像処理部１ｆに対してプリンタ等の印
刷手段が付設される。

【００４４】人体に関する力学的構造の数値モデルの構
築方法については、本願出願人が、既に特願平１０−２
６６号にて提案した方法を踏襲することができる。

【００４５】これについて要点を説明すると、数値モデ
ルには、例えば、下記のモデルが含まれる。

【００４６】（ｉ）骨格モデル （ｉｉ）筋肉モデル （ｉｉｉ）神経（運動神経や感覚神経等。）モデル （ｉｖ）皮膚モデル （ｖ）脂肪や内臓のモデル 尚、（ｉｉｉ）の神経モデルには高度な情報処理を行う
脳神経は含まれず、対象の力学的構造や運動に直接的な
関係を有する神経が含まれ、また、（ｖ）の脂肪や内臓
のモデルについては、機能に係る具体的な構造ではなく
その重量及び位置が身体のバランスや重心運動に与える
影響だけに関心が置かれるが、以下では、本願発明にお
いて特に関係のある（ｉ）及び（ｉｉ）だけを説明す
る。

【００４７】人体構造の数値モデルのうち最も簡単なも
のは、上記（ｉ）の骨格モデルだけを含むものであり、
これは下記の手順によって作成することができる。

【００４８】（１）体型の分類を行うとともに、分類さ
れた各基準体型について全ての骨の形状、長さや重量を
含む骨格データを用意する （２）対象者に関する身長、体重、外形形状のデータを
入力する （３）（２）の入力データから対象者の体型を特定し、
各基準体型の骨格データに基づいて補間計算を行い、対
象者に係る骨格データの換算比率を算出する （４）（３）の換算比率及び対象者の身長や重量に基づ
いて対象者の各骨の長さや重量を決定して骨格の数値モ
デルを作成する。

【００４９】先ず、（１）では人体の基準体型を、例え
ば、図１４に示すように、痩せ型、闘士型、肥満型に分
類する。即ち、痩せ型（ａｓｔｈｅｎｉｃｕｓ。以下、
「ａｓ」と略記する。）は肉細の体型、闘士型（ａｔｈ
ｅｔｉｃｕｓ。以下、「ａｔ」と略記する。）は胸胴部
が逆３角形をした体型、肥満型（ｐｉｋｎｉｃｕｓ。以
下、「ｐｉ」と略記する。）は腹部等の肥大した体型で
ある。

【００５０】そして、各体型を代表する人体をそれぞれ
一人ずつ選び出して、各々の対象者について、骨格デー
タ（骨の形状、長さ、重量を含む。）を取得するか、あ
るいは人体教本等による既存のデータを利用する。即
ち、痩せ型、闘士型、肥満型をそれぞれ代表する各人体
について骨格に関する全ての情報を調べてこれらをデー
タベース化することにより数値モデル（以下、「基準体
型モデル」という。）を作成する。尚、その際、性別の
違いによって基準体型への影響が認められる場合には、
これを考慮してモデル作成を行うことが好ましい。その
ためには、性別毎に異なる基準体型モデルを用意する方
法や、両性のうちの一方の性について各体型の基準体型
モデルを用意しておき、他方の性については当該基準体
型モデルに対する換算比率を示すデータから各体型の基
準体型モデルを導出する方法が挙げられる。また、各骨
の形状については３次元モデルのデータ（例えば、ポリ
ゴンデータ等）としてコンピュータ上の画像表示（立体
的表示等）に適した形式を用いることが好ましい。

【００５１】取得した骨格データについては、各骨の長
さや重量の値自体の他、身長や体重に占める割合（比
率）のデータを求めておき、後述するようにこれらの比
率データに基づいて対象者に係る比率データを算出する
際に使用する。

【００５２】また、各体型を代表する人体の身長が異な
るのではデータの比較作業が面倒であるので、基準身長
を設定して各データを当該身長に換算したときのデータ
を用意しておくことが好ましい。

【００５３】図１５に示すモデルＭにおいて、「ＨＥＩ
ＧＨＴ＿ｒｅｆ」は基準体型モデルの身長（基準身長）
を示しており、変数「ＨＥＩＧＨＴ＿ｘｘ＿ＸＸ」は立
位姿勢における人体各部の鉛直方向の長さを示している
（「ｘｘ」が人体の部位を示し、「ＸＸ」が基準体型形
を示す。）。例えば、「ＨＥＩＧＨＴ＿ａｒｍ＿ｕ＿ａ
ｓ」は、痩せ型の基準体型モデルにおける上腕の長さを
示し、「ＨＥＩＧＨＴ＿ｃｈｅｓｔ＿ａｔ」は、闘士型
の基準体型モデルにおける胸部の長さを示している。

【００５４】この場合の「ＨＥＩＧＨＴ」は骨格及び筋
肉を含む人体各部の長さを示しているが、「ＨＥＩＧＨ
Ｔ」を鉛直方向若しくは長手方向における骨の長さとす
れば、「ＨＥＩＧＨＴ＿ｘｘ＿ＸＸ」を基準身長「ＨＥ
ＩＧＨＴ＿ｒｅｆ」で割った比率（以下、「＿ｈｒ＿ｘ
ｘ＿ＸＸ」と記す。）から骨の長さ比率を計算すること
ができる。

【００５５】また、上記「ＨＥＩＧＨＴ」を、人体の部
位や各骨の重量を示す「ＷＥＩＧＨＴ」に置き換えた変
数「ＷＥＩＧＨＴ＿ｘｘ＿ＸＸ」を、体重「ＷＥＩＧＨ
Ｔ＿ｒｅｆ＿ＸＸ」で割ることによって同様に重量の比
率（以下、「＿ｍｒ＿ｘｘ＿ＸＸ」と記す。）を求める
ことができる。

【００５６】図１６は上記した体型形の概念を２次元座
標平面（Ｘ−Ｙ平面）上にグラフ化して示すものであ
り、原点Ｏを起点とする３軸「Ａｘ＿ＸＸ」（ＸＸ＝ａ
ｓ、ａｔ、ｐｉ）が互いに１２０°の角度間隔をもつよ
うに設定されている。

【００５７】そして、原点Ｏを中心とする円ｃｉｒと各
軸Ａｘ＿ＸＸとの交点Ｐ＿ＸＸが各基準体型モデルの占
める位置を示している。つまり、点「Ｐ＿ａｓ」が痩せ
型のモデルについてのＸ−Ｙ平面上の位置を示し、点
「Ｐ＿ａｔ」が闘士型のモデルについてのＸ−Ｙ平面上
の位置を示し、点「Ｐ＿ｐｉ」が肥満型のモデルについ
てのＸ−Ｙ平面上の位置を示している。

【００５８】例えば、対象者が痩せ型と闘士型の丁度中
間に位置する体型を有している場合には、原点Ｏを通り
２軸Ａｘ＿ａｓ（図ではＹの正軸に一致する軸）及びＡ
ｘ＿ａｔに対してそれぞれ６０°の角度をなして延びる
軸Ｂｘ上の点（例えば、軸Ｂｘと円ｃｉｒの交点Ｑ等）
が対象者の体型を示している。

【００５９】尚、Ｘ−Ｙ平面に対してｒ軸及びθ軸から
なる極座標系を設定したときの各軸の意味については後
で詳述する。

【００６０】図１７は図１６のＸ−Ｙ平面に対して直交
軸（Ｚ軸）を付与した空間（以下、「体型形座標空間」
という。）を示している。

【００６１】例えば、Ｚ軸として上記した長さの比率
「＿ｈｒ＿ｘｘ＿ＸＸ」をとった場合には、上記した各
点Ｐ＿ＸＸに対して「＿ｈｒ＿ｘｘ＿ＸＸ」の値を示す
点「Ｈ＿ｘｘ＿ＸＸ」がそれぞれ対応する。

【００６２】例えば、ｘｘの示す部位を上腕骨（ｈｕｍ
ｅｒｕｓ）とし、ＸＸの示す体型を痩せ型（ａｓ）とす
ると、点「Ｈ＿ｈｕｍｅｒｕｓ＿ａｓ」の示す値（つま
り、当該点からＸ−Ｙ平面に垂ろした垂線の足の高さ
（Ｚ値））は、痩せ型の基準体型モデルにおいて上腕骨
の長さの基準長（身長）に対する比率を示す。

【００６３】３点Ｐ＿ＸＸ（ＸＸ＝ａｓ、ａｔ、ｐｉ）
のそれぞれに対する点「Ｈ＿ｘｘ＿ＸＸ」が決まると、
これらの点を通る一つの平面（πｈ＿ｘｘ）を決めるこ
とができる。即ち、３点「Ｈ＿ｘｘ＿ＸＸ」のうちの任
意の２点を選び出することによって両点を結ぶベクトル
を２つ作ることができる（例えば、点「Ｈ＿ｘｘ＿ｐ
ｉ」から点「Ｈ＿ｘｘ＿ａｓ」へ向かうベクトルと、点
「Ｈ＿ｘｘ＿ｐｉ」から点「Ｈ＿ｘｘ＿ａｔ」へ向かう
ベクトル等。）ので、両ベクトルに直交する方向の法線
ベクトルをベクトルｎ（ａ，ｂ，ｃ）（但し、ａ、ｂ、
ｃはそれぞれＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の成分を示す。）とする
とき、上記平面πｈ＿ｘｘは数式「ａ・Ｘ＋ｂ・Ｙ＋ｃ
・Ｚ＝ｄ」（但し、ｄは定数。）で表すことができる。
従って、例えば、Ｘ−Ｙ平面上における点Ｐｔ（ｘｔ、
ｙｔ）が決まれば、Ｘ＝ｘｔ、Ｙ＝ｙｔを上式に代入す
ることによってＺ値を求めることができる。

【００６４】尚、平面πｈ＿ｘｘは、ｘｘに示す部位毎
に多数存在し、その意味でＺ軸は多変数をまとめて１軸
として示す変数軸であるとみなすことができる。

【００６５】図１８は、重量の比率「＿ｍｒ＿ｘｘ＿Ｘ
Ｘ」をさらに体型形座標空間のＺ軸に追加したときの状
況を示しており、各点Ｐ＿ＸＸに対して「＿ｍｒ＿ｘｘ
＿ＸＸ」の値を示す点「Ｍ＿ｘｘ＿ＸＸ」がそれぞれ対
応する。

【００６６】例えば、ｘｘの示す部位を上腕骨（ｈｕｍ
ｅｒｕｓ）とし、ＸＸの示す体型を痩せ型（ａｓ）とす
ると、点「Ｍ＿ｈｕｍｅｒｕｓ＿ａｓ」の示す値（つま
り、当該点からＸ−Ｙ平面に垂ろした垂線の足の高さ
（Ｚ値））は、痩せ型の基準体型モデルにおいて上腕骨
が重量の体重に占める比率を示している。

【００６７】そして、３点Ｐ＿ＸＸのそれぞれに対する
各点「Ｍ＿ｘｘ＿ＸＸ」が決まると、これらの点を通る
一つの平面（πｍ＿ｘｘ）を決めることができる（当該
面の法線ベクトルをベクトルｎｎ（ａａ，ｂｂ，ｃｃ）
とするとき、数式「ａａ・Ｘ＋ｂｂ・Ｙ＋ｃｃ・Ｚ＝ｄ
ｄ」（但し、ｄｄは定数）で表される。）ので、例え
ば、Ｘ−Ｙ平面上における点Ｐｔ（ｘｔ、ｙｔ）が決ま
れば、Ｘ＝ｘｔ、Ｙ＝ｙｔを上式に代入することによっ
てＺ値を求めることができる。

【００６８】尚、図１７や図１８においては基準体型モ
デルが３つしかないため、一般には体型形座標空間内で
関数式「Ｚ＝Ｆｎ（Ｘ，Ｙ）」（但し、ｎは、上記＿ｈ
ｒ＿ｘｘや、＿ｍｒ＿ｘｘ等を示す。）で表される曲面
が平面（つまり、Ｘ、Ｙ、Ｚの１次式で表現される。）
とされたが、基準体型モデルの数を増やしたり、あるい
は、多数の対象者に係るデータ（体型形や比率等）の蓄
積結果を利用して補間処理（例えば、ベヂエ（Ｂｅｚｉ
ｅｒ）、スプライン補間等。）を行うことで関数式（曲
面表現式）について精度の向上を図ることができること
は勿論である。

【００６９】また、上記した基準体型モデルの決定にあ
たっては、各体型に属する複数の人体を選出したり、あ
るいはデータの平均化処理等を行う方法もあるが、以下
では説明の簡単化及び理解度を優先させるために、各基
準体型を代表する人体がそれぞれ１体であるとし、ま
た、性別については両性のうちの一方に固定し、かつ年
齢の影響を無視した上で説明を行うことにする。

【００７０】次工程（２）では、対象者に関する基本デ
ータとして、身長、体重、外形形状のデータを入力す
る。

【００７１】入力方法としては、手動で入力する方法
や、対象者の画像データ等から入力値を取得する方法が
ある。

【００７２】例えば、身長、体重については、対象者の
知識により値が既知である場合にキーボード等の入力手
段を用いて数値を直接入力する方法や、身長、体重計に
よって計測した値を自動的に入力する方法がある。

【００７３】また、形状については、対象者の画像デー
タや３次元データを取得して（例えば、ステレオ撮影用
カメラやホログラムカメラ等を用いる）、人体の各部位
の形状を認識することで、形状データの自動入力を行う
方法が挙げられる。

【００７４】図１９は立位姿勢の対象者について取得し
た画像データＧを概略的に示すものであり、左側に示す
図において「ＨＥＩＧＨＴ＿ｔｇｔ」が対象者の身長を
示している。また、その右側の図は、対象者の画像デー
タを上記基準身長に縮小（あるいは伸張）したもの、つ
まり、画像データＧについて全ての構成部分の長さに
「ＨＥＩＧＨＴ＿ｒｅｆ／ＨＥＩＧＨＴ＿ｔｇｔ」の比
率を掛けることによって得られる画像Ｇ′を示してい
る。尚、この比率「ＨＥＩＧＨＴ＿ｒｅｆ／ＨＥＩＧＨ
Ｔ＿ｔｇｔ」については後の工程で必要となるのでメモ
リ等に記憶しておく必要がある。

【００７５】図２０乃至図２２は、立位姿勢の対象者に
ついて取得した３次元データ（外形形状データ及び表面
状態のデータ）に基づいて高さ方向に沿って所定の間隔
ｄｓでスライス処理を行った断層面のサンプリング例を
示している。

【００７６】図２０は対象者の正面図を概略的に示すも
のであり、スライス処理の起点は頭頂とされている。

【００７７】図２１に示すように、頭頂に近い方から足
先にかけて付与された識別番号ｉ（ｉ＝１、２、・・
・）を有する各断層面での面積素片ΔＳ＿ｉ（ｉ＝１、
２、・・・）については、その形状と断面積だけが意味
をもっており、面積素片ΔＳ＿ｉに関する内部構造を示
すデータは存在しない。何故なら、対象者の３次元デー
タは、対象者の外形に係る形状データと外表面の状態に
係るデータ（画像データ等）によって構成されることが
必要十分条件とされ、体の内部構造は不要とされるから
である。

【００７８】従って、対象者の３次元データから抽出さ
れる情報は各面積素片ΔＳ＿ｉがどのような形状をして
いるか及び断面積の大小である（図２２参照。）。尚、
本例ではスライス処理から面積素片を得たが、その代わ
りに面積素片にスライス方向の間隔ｄｓを掛けることで
得られる体積素片を用いても良い（この場合には断面積
の代わりに断面での体積を使用する。）。

【００７９】また、スライスの間隔ｄｓについてはこれ
を均等に設定しても良いが、体の形状を特徴的に示す特
定の部分（腹部や胸部等）についてスライスの間隔を小
さくして当該部分に関してより詳細なサンプリングを行
うようにしても良い。

【００８０】以上の方法により、対象者の３次元データ
を取得し、当該データから対象の断層面における形状及
び断面積若しくは断層面間の体積についてのデータを取
得することで対象者の体の形状に係るデータを効率良く
取得することができ、データの入力作業を容易に行うこ
とができる。

【００８１】次工程（３）では、先ず、対象者の体型を
特定する処理を行う。

【００８２】例えば、上記工程（２）で得た各面積素片
ΔＳ＿ｉの形状を示すデータ（例えば、断面形状を楕円
で近似したときの離心率等、形状の変形率を示すデー
タ）を「ｔ＿ｉ」（ｉ＝１、２、・・・）とし、面積素
片ΔＳ＿ｉの面積を「ｓ＿ｉ」（ｉ＝１、２、・・・）
としたとき、図２３に示すように、Ｘ−Ｙ平面に設定し
た極座標（ｒ，θ）において点ＰＴ＿ｉ（ｓ＿ｉ，ｔ＿
ｉ）をプロットする。つまり、Ｘ−Ｙ平面において原点
Ｏを中心とする円の半径が断面積を示し、θ方向が面積
素片の形状を表すことになる。

【００８３】図２４は図２３をＺ軸方向から見たときの
Ｘ−Ｙ平面図を示しており、各面積素片ΔＳ＿ｉについ
て点ＰＴ＿ｉ（ｓ＿ｉ，ｔ＿ｉ）（ｉ＝１、２、・・
・）が対応している。

【００８４】点ＰＴ＿ｉの位置を全てＸ−Ｙ平面上にプ
ロットした後は、各点ＰＴ＿ｉを頂点とする多角形（凸
角形や凹角形を含む。）の重心（これを点Ｇと記す。）
を求める。例えば、図示するように、点ＰＴ＿ｉ、点Ｐ
Ｔ＿（ｉ＋１）、点ＰＴ＿（ｉ＋２）（但し、ｉ＝１、
２、・・・、ｎ−２であり、ｎは自然数である。）を頂
点とする３角形の重心をそれぞれ「Ｇｉ」としたとき、
点Ｇｉの合成重心が上記重心Ｇである。つまり、原点Ｏ
を基準とする点Ｇｉの位置ベクトルをベクトル「Ｖ＿Ｇ
ｉ」とし、点Ｇの位置ベクトルをベクトル「Ｖ＿Ｇ」と
するとき、ベクトル式「Σ（Ｖ＿Ｇｉ−Ｖ＿Ｇ）＝０」
（但し、「Σ」はｉについての総和を示す。）を満たす
点Ｇの座標を計算することによって重心位置が決定され
る。

【００８５】尚、図２４では各点ＰＴ＿ｉがＸ−Ｙ平面
上の同一象限に位置しているとしたが、場合によって
は、同図に点ＰＴ′や点ＰＴ′′で示すように点ＰＴ＿
ｉとは別の象限に位置していたり、あるいは多数の点が
まとまって位置している領域から離れたところに孤立し
て存在する場合（例えば、大半の点がａｓ軸とａｔ軸と
で囲まれた扇形領域に属しているのに、一部の点がａｓ
軸とｐｉ軸とで囲まれた扇形領域に属している場合
等。）があるが、これらの点については無視するか、あ
るいは、例外として取り扱うことが好ましい。

【００８６】また、上記したサンプリングの結果得られ
る面積素片（若しくは体積素片）については、必ずしも
これらを全て利用する必要はなく、体型を特徴的に示す
特定の部分（腹部や胸部等）に係るサンプリング結果だ
けを選出することで処理の高速化を図るようにしても良
いことは勿論である。

【００８７】以上のように、体型形についてのデータを
示す座標平面（Ｘ−Ｙ平面）上に極座標（ｒ，θ）を設
定した後、対象者の断層面における形状データ（ｔ＿
ｉ）から極角θが規定され、かつ、当該断層面における
断面積のデータ（ｓ＿ｉ）若しくは断層面間の体積デー
タ（体積素片の体積データ）から極半径（ｒ）が規定さ
れる点（ＰＴ＿ｉ）を座標平面（Ｘ−Ｙ平面）上に配置
して、各点の間を線分で結んでできる多角形の重心Ｇの
位置から対象者の体型形を特定することができ、しか
も、その算出に要する計算には四則演算程度の計算量で
済むため、面積素片若しくは体積素片の数が増えたとし
ても計算上の負担が著しく増加することがない。

【００８８】重心Ｇの座標（これを極座標表示で「（ｒ
ｇ，θｇ）」と記す。）が決まると、上記した体型形座
標空間内における関数式Ｚ＝Ｆｎ（Ｘ，Ｙ）から対象者
に係る骨格データの換算比率（対象者に係るモデル作成
に使用する比率）を算出することができる。即ち、上記
したように関数式Ｚ＝Ｆｎ（Ｘ，Ｙ）は各基準体型の骨
格データに基づく補間計算から求められるので、極座標
系から２次元直交座標系への変換式を用いて「Ｘｇ＝ｒ
ｇ・ｃｏｓ（θｇ）」、「Ｙｇ＝ｒｇ・ｓｉｎ（θ
ｇ）」を計算してこれらを関数式に代入することで、Ｆ
ｎ（Ｘｇ，Ｙｇ）の値を求めることができる。

【００８９】図２５は重心Ｇ（Ｘｇ，Ｙｇ）から関数値
を求める様子を概念的に示したものであり、Ｆｎ（Ｘ，
Ｙ）については、ｎを「＿ｈｒ＿ｘｘ」に選んだ場合
と、ｎを「＿ｍｒ＿ｘｘ」に選んだ場合とを併せて示し
ている。つまり、点Ｑ＿ｈｒの高さ（Ｚ＿ｈｒ）が長さ
比率に係るＦｎ（Ｘｇ，Ｙｇ）の値（＿ｈｒ＿ｘｘ）を
示しており、点Ｑ＿ｍｒの高さ（Ｚ＿ｍｒ）が重量比率
に係るＦｎ（Ｘｇ，Ｙｇ）の値（＿ｍｒ＿ｘｘ）を示し
ている。

【００９０】このように骨の長さや重量について対象者
の換算率が求められると、対象者の身長や重量に基づい
て実際の長さや重量を計算することができ、この処理は
次工程（４）において行われる。

【００９１】例えば、長さの比率に係る関数式Ｆｎ
（Ｘ，Ｙ）については、上記した各基準体型モデルの身
長を基準身長に揃えるとともに、対象者の身長を基準身
長に変換した場合に得られる値であるので、対象者の身
長について骨の長さを計算するには、上記した比率「Ｈ
ＥＩＧＨＴ＿ｒｅｆ／ＨＥＩＧＨＴ＿ｔｇｔ」が必要と
なる。つまり、「＿ｈｒ＿ｘｘ」にＨＥＩＧＨＴ＿ｔｇ
ｔをかけることによってｘｘで示す部位の長さが決定さ
れる。尚、骨の太さ等、長さの次元を有する他の諸量に
ついても＿ｈｒ＿ｘｘの導出過程と全く同様に求めるこ
とができる。

【００９２】また、重量の比率については対象者の重量
（体重等）を「＿ｍｒ＿ｘｘ」に掛けることによりｘｘ
で示す部位の重量が決定され、断面積や体積等、長さの
ｎ乗（ｎは２以上の整数。）の次元を有する量について
重量の導出過程と全く同様に求めることができる。

【００９３】こうして、対象者に関する全ての骨の長さ
や重量を求めることによって対象者の骨格に関する数値
モデルを作成することができ、例えば、数値モデルの表
現形態としてポリゴンデータによるモデルを採用した場
合には全骨のポリゴンデータを予め用意しておき、モー
フィング等の変形処理を駆使することによって図２６に
示すような骨格構造ＢＳを表示部１ｇ上に得ることがで
きる（尚、図示した骨格構造は骨格の構成部位について
部分的に誇張して示している。）。

【００９４】上記の説明では、対象者の３次元データを
取得して対象者の体型形に係るデータを求めたが、３次
元データを利用することなく図１９に示したような対象
者の２次元画像データだけを用いることによって簡易な
モデルを作成する場合には、画像データから体型を特徴
的に示す人体部分の長さ比率（縦横比率等）を上記した
面積素片の断面積に代用しても良いことは勿論である。
例えば、胸部の形状について典型的には闘士型で逆３角
形（逆台形）状となり、肥満型ではほぼ台形状、痩せ型
ではほぼ長方形となるといった具合に、立位姿勢の対象
者の画像データから体型形に係る情報を得ることができ
る。

【００９５】これとは逆にモデルの精度を上げるために
は、対象者の３次元データから得られる人体の各部位の
長さに基づいてデータの補正を行ったり、あるいは全骨
の重量和が体重を越えてしまうといった矛盾が生じない
ように構造モデルと実際の対象人体との間の誤差を極力
低減して整合化を図る必要がある。

【００９６】次に、骨格モデルに対して上記（ｉｉ）筋
肉モデルを付加した数値モデルの作成について説明す
る。

【００９７】この場合には、筋肉の形状、長さ、重量の
他、筋肉の運動性能に関する諸量（例えば、筋肉の収縮
率や、仕事率、筋収縮の反応速度等）を数値モデルの対
象に含めることによって筋肉の性能を数値化することが
好ましい。

【００９８】つまり、筋肉の長さや重量については、上
記した「＿ｈｒ＿ｘｘ」や「＿ｍｒ＿ｘｘ」と同様の手
順を踏襲することによってこれらを求めることができ
る。即ち、「＿ｈｒ＿ｘｘ」がｘｘに示す各筋肉の長さ
の比率を示し、「＿ｍｒ＿ｘｘ」がｘｘに示す各筋肉の
重量の比率を示すものと考えれば良い。

【００９９】これに対して筋収縮率や仕事率等について
はこれらの値が何によって影響されるかに依存して決定
される。

【０１００】例えば、筋収縮率は、筋肉の自然長に対し
て筋肉がどれだけ収縮するかを示す比率であり、筋肉の
基準長（自然長）を変数「Ｌ」で表し、筋収縮時におけ
る筋肉長を変数「ＬＬ」で表した場合に、関数式ｆ
（Ｌ，ＬＬ）で表すことができ（単純なモデルでは「ｆ
（Ｌ，ＬＬ）＝ＬＬ／Ｌ」である。）、該関数式につい
ては上記した関数Ｆｎ（Ｘ，Ｙ）と同様に各基準体型モ
デルのデータから算出することができる。よって、「Ｌ
ｇ＝Ｆｎ（Ｘｇ、Ｙｇ）、ＬＬｇ＝Ｆｍ（Ｘｇ、Ｙ
ｇ）」（但し、Ｆｎは上記Ｚ軸を変数Ｌにとった場合の
関数を示し、Ｆｍは上記Ｚ軸を変数ＬＬにとった場合の
関数を示す。）から算出した値を上記関数式に代入した
ｆ（Ｌｇ、ＬＬｇ）から対象者の筋収縮率を計算するこ
とができる。

【０１０１】同様にして仕事率（単位時間当たりの仕事
量）は作用点の重量及び作用時間の関数として求めるこ
とができ、また、筋収縮の反応速度は、末端神経から筋
肉までの距離及び筋収縮の開始時間の関数として求めら
れる。

【０１０２】尚、骨格及び筋肉を含むモデルの作成過程
については、上記した（１）の工程で骨の形状や長さ、
重量の他、筋肉の形状や長さ、重量、筋収縮率を含む骨
格及び筋肉のデータを用意するとともに、上記（３）の
工程で各基準体型に係る骨格及び筋肉データに基づいて
補間計算を行い、対象に係る骨格及び筋肉のデータの換
算比率を算出する。そして、上記（４）の工程では
（３）の工程で得た換算比率及び（２）の工程で入力し
た対象の体長や重量に基づいて対象の各骨や筋肉の長
さ、重量、筋収縮率を決定すれば良い。

【０１０３】こうして作成されるモデルによれば、例え
ば、骨や関節等を動かしたときの筋肉の模擬的運動を現
出させることが可能となる。

【０１０４】以上で骨格及び筋肉の数値モデルについて
説明を終えるが、上記した方法は、数値データの如何に
は無関係に採用することができる普遍性を有しているの
で、この方法を上記した（ｉｉｉ）乃至（ｉｖ）のモデ
ルに適用することは容易である。

【０１０５】次に、人体構造モデルを構成するデータベ
ースについて説明する。尚、ここで「人体構造モデル」
とは、人体に関する体格や体重等の基礎データからその
身体的特徴を、骨格、筋肉、神経、皮膚、脂肪等を含む
構造的モデルとしてコンピュータ上に構築した数値モデ
ルを意味する。

【０１０６】この人体構造モデルは多数のＤＢから構築
され、当該ＤＢを大別すると、概念的には下記に示すＤ
Ｂが挙げられる。

【０１０７】（Ａ）骨に関するＤＢ （Ｂ）関節や靭帯に関するＤＢ （Ｃ）筋肉に関するＤＢ （Ｄ）神経（運動神経や反射神経等）に関するＤＢ （Ｅ）内臓や脂肪に関するＤＢ （Ｆ）皮膚に関するＤＢ （Ｇ）身体運動に関するＤＢ 先ず、（Ａ）は骨の重量や重量分布、形状、破断係数等
の項目を含んでおり、骨格の基本情報に関するＤＢであ
る。

【０１０８】また、（Ｂ）には関節の自由度や破断係
数、対偶と対偶との接続関係、対偶と筋肉との接続関
係、筋肉の収縮率と関節の角度との関係等についての情
報が含まれる。

【０１０９】（Ｃ）には、筋肉の自由長や収縮（若しく
は膨張）時の長さや収縮率、破断係数、重量、反応速
度、仕事率等についての情報が含まれる。

【０１１０】（Ｄ）には、例えば、運動神経に関して脳
幹、中枢神経、末端神経、筋収縮神経における運動神経
信号と筋収縮との関係についての情報、あるいは、反射
神経に関して、触覚神経、末端神経、中枢神経、脳幹に
おける圧力、熱、痛覚の神経信号と筋収縮との関係につ
いての情報等が含まれる。

【０１１１】（Ｅ）には、内臓や脂肪の重量や重量分布
についての情報が含まれ、（Ｆ）には皮膚の老化や皺の
寄り方についての情報が含まれる。

【０１１２】（Ｇ）は人体の力学的運動状態だけを表象
するためのＤＢであり、これには、人体の全身運動や部
分運動に係る情報をワイヤーフレームモデルとして抽出
したデータと、運動に伴う重心位置の変化についての情
報が含まれる。

【０１１３】尚、上記のＤＢはそれぞれ１個のＤＢとし
て生成されるとは限らない（例えば、あるＤＢは複数の
ＤＢの集合として構成される。）。

【０１１４】人体構造モデルの作成に関する処理の大要
を箇条書きにして簡単にまとめると、以下のようにな
る。

【０１１５】ステップＳＳ１：身体に関する基本データ
の入力 ステップＳＳ２：ＤＢに基づくデータ加工 ステップＳＳ３：人体についての３次元データの取得及
び運動に関するワイヤーフレームモデルの生成 ステップＳＳ４：人体についての３次元データの取得及
び運動に伴う重心位置データの取得 ステップＳＳ５：人体についての３次元データの取得及
び三半規管神経によるバランス神経信号と身体バランス
の取得 ステップＳＳ６：人体についての３次元データの取得及
び筋電図等による運動神経信号と筋収縮との関係の取得 ステップＳＳ７：人体についての３次元データの取得及
び反射神経テストによる筋収縮と圧力、熱、痛覚の神経
信号との関係の取得。

【０１１６】以上のステップのうち、本願発明に関係の
あるステップＳＳ１乃至ＳＳ４について、以下に説明す
る。

【０１１７】上記ＳＳ１は、人体構造モデルの対象とな
る個人の体格や性別、年齢等のデータを入力するステッ
プであり、その後のステップＳＳ２では各種のＤＢに基
づいてデータを加工して対象者の身体構造に関するＤＢ
を生成する。

【０１１８】尚、ここで各種のＤＢとは、例えば、下記
（ａ）乃至（ｆ）に示す通りである。

【０１１９】（ａ）重量ＤＢ 骨、筋肉、脂肪、頭部、臓器等の重量比率（体重に占め
る割合）に関するＤＢである。

【０１２０】（ｂ）重量分布ＤＢ 骨、筋肉、脂肪、頭部、臓器等の重量分布（人体におけ
る位置や重心等）に関するＤＢである。

【０１２１】（ｃ）破壊係数ＤＢ 骨や靭帯、筋肉等の破壊係数（破断係数等）に関するＤ
Ｂである。

【０１２２】（ｄ）関節自由度ＤＢ 各関節の自由度に関するＤＢであり、関節の可動範囲の
設定に用いられる。

【０１２３】（ｅ）接続関係ＤＢ 対偶と対偶との間、対偶と筋肉との間、対偶と靭帯との
間等についての接続関係を規定するＤＢである。

【０１２４】（ｆ）筋運動ＤＢ 関節の駆動角度と各作用筋の駆動比率や、筋肉の自由長
や収縮率、仕事率、筋収縮の反応速度等に関するＤＢで
ある。

【０１２５】（ｇ）神経配置ＤＢ 人体における神経配置や長さ等に関するＤＢである。

【０１２６】また、身体構造に関するＤＢ（以下、「身
体構造ＤＢ」という。）とは、上記（ａ）乃至（ｆ）の
ＤＢに対して図２７に示す依存関係を有するＤＢとして
定義される。尚、図中の矢印「→」は、「Ｘ→Ｙ」と記
した場合にデータベースＹがデータベースＸに基づいて
生成されることを意味している。

【０１２７】そして、上記（ａ）乃至（ｆ）のＤＢと、
上記した（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｅ）に示すＤＢと
の間の関係の一例を示すと、下表１の通りである。

【０１２８】

【表１】

【０１２９】尚、表１において「○」は横欄に示す各Ｄ
Ｂが縦欄に示すＤＢを包含することを意味し、「−」は
そのような包含関係がないことを意味している。例え
ば、（Ａ）の骨に関するＤＢには、骨の重量や重量分
布、骨の破断係数に関するＤＢが含まれる。また、
（Ｂ）のＤＢについては関節の重量が主として骨部の重
量から構成されるために靭帯についての重量や重量分布
を無視しているが、これらについてもモデルに組み込む
ことでより詳細なモデル化を図ることができることは勿
論である。

【０１３０】そして、形状に関するＤＢについては、基
準人体（上記基準体型モデル等。）の骨格や脂肪等の形
状モデルに基づき前記した方法を用いて体型形や性別デ
ータ等から生成される。

【０１３１】図２８及び図２９は、上記ステップＳＳ１
及びＳＳ２について、具体例の要部を示すフローチャー
ト図である。

【０１３２】先ず、図２８のステップＳ１において予め
規定されている下記のデータ項目について、対象者の数
値を入力（手動又は自動入力）したり、選択値の場合に
はそれらのいずれかを指定する。

【０１３３】・身長（単位：ｍｍ） ・体重（単位：Ｋｇ） ・体型形（痩せ型、闘士型、肥満型等のタイプとその度
合。） ・性別（男・女） ・年齢（単位：才）。

【０１３４】例えば、入力値のデータ構造について下表
２に示す例が挙げられる。

【０１３５】

【表２】

【０１３６】つまり、この場合には、身長や体重等のよ
うに連続的な数値を格納する領域を要するものや、体型
形等のように、タイプを示す値（上記体型形座標空間の
座標軸θの値に対応する）とその度合示す数値（上記体
型形座標空間の座標軸ｒの値に対応する）とを組み合わ
せた構造、あるいは、性別のように「０」又は「１」の
１ビットデータで簡単に表現できるもの等が挙げられ
る。

【０１３７】尚、身体構造モデルの生成にあたっては、
上記のような比較的少数の入力パラメーターに基づいて
モデルを生成するモード（以下、「ノーマルモード」と
いう。）と、ノーマルモードで生成したモデルに変更を
加えるためのモード（以下、「特殊モード」という。）
とが存在するので、ステップＳ２でのモード判断処理に
おいて、先ずは、ノーマルモードを選択したものとし
て、ステップＳ３乃至Ｓ８での処理について説明する。

【０１３８】ステップＳ３では、上記（ａ）の重量ＤＢ
を参照して重量設定処理を行う。即ち、対象者の体型形
データに基づいて骨、筋肉、脂肪、頭部、臓器等につい
ての重量比率を設定するとともに、筋肉や脂肪の重量に
ついてはさらに胸部、腹部、上肢、下肢に区分して設定
する。また、性別の如何によって筋肉脂肪のつき方が異
なるので、その相違を考慮して重量比率の設定を行う。
尚、設定後における総重量と上記した体重の入力値との
差がほぼゼロとなるように重量の割り当てを行う必要が
あることは勿論である。

【０１３９】次ステップＳ４では、上記（ｂ）の重量分
布ＤＢを参照して、対象者の身長や体型形のデータに基
づいて骨格や脂肪の形状について設定を行う。そして、
骨の重量分布（重心や比重等）により骨と頭部の重量配
分を設定するとともに、肉質の重量分布により筋肉や脂
肪の重量配分を設定する。尚、ここで、「肉質の重量分
布」について、上肢、下肢の場合と胸部の場合とに分け
て説明すると、前者の場合には、骨の重量分布について
の重量点を中心とした仮想の円軌道（これは立位姿勢の
人体を正面から見た場合の形状であり、正確には球形状
をしている。）を複数設定して、各軌道に対して重量を
等間隔でもって均等に配分する。また、後者の場合には
骨の重量分布における胸郭の重量点から外方へ一定の間
隔をおいた距離に仮想の軌道を複数設定して、各軌道に
対して重量を等間隔でもって均等に配分する。そして、
性別の入力データが女性である場合には、胸部脂肪の重
量分布について追加の設定を行う。

【０１４０】内臓の重量分布については、頭内臓部、第
１頸骨間関節と恥骨間を結ぶ内臓重量線上において等間
隔で設定し、該重量分布は椎骨の運動によって変化す
る。また、腹部脂肪の重量分布については、内臓重量線
上に沿って等間隔に設定される重量点を中心とする仮想
の楕円形軌道（これは立位姿勢の人体を正面から見た場
合の形状であり、正確には楕円体形状をしている。）を
複数設定し、各軌道に対して重量を等間隔でもって均等
に配分する。尚、この他、仮想の楕円形軌道内に、骨、
筋肉、内蔵、脂肪の領域を設けて領域毎のＤＢを作って
おき、各領域に等分布の重量をそれぞれ設定する方法が
ある。

【０１４１】上記によって内臓や脂肪の分布が明らかと
なるので、対偶の進入禁止範囲（対偶が内臓等を突き抜
けて体内に進入するのを禁ずるための範囲）を設定する
ことができる。

【０１４２】ステップＳ５では、上記（ｃ）の破壊係数
ＤＢから骨や靭帯、筋肉等についての破壊係数データを
読み込む。これは骨や靭帯等の破損を招くような無理な
力が加わる姿勢、つまり、健康体においてあり得ない人
体の状態を人体構造モデルにおいて回避するために必要
とされる。

【０１４３】ステップＳ６では、上記（ｄ）の関節自由
度ＤＢや（ｃ）の破壊係数ＤＢを参照して、体型形や性
別のデータから関節の駆動範囲や自由度（破壊時の自由
度を含む。）を設定する。尚、これは関節の構造からは
健康体として許されない動きやありえない動きを排除す
るためである。

【０１４４】ステップＳ７では、上記（ｅ）接続関係Ｄ
Ｂを参照して各種の接続関係についてのデータを読み込
んだ後、次ステップＳ８では筋運動についての設定を行
う。

【０１４５】筋運動については上記（ｆ）の筋運動ＤＢ
を参照して、入力データ（身長、体重、体型形、性別、
年齢等）に基づいて駆動される対偶の重量を考慮して関
節の駆動角度と作用筋の収縮率について設定する。

【０１４６】以上のステップＳ３乃至Ｓ８によってノー
マルモードでの身体構造モデル及びこれをデータベース
化した身体構造ＤＢが作成される。尚、上記（ｇ）の神
経配置ＤＢについては、身体構造ＤＢに合わせて基準人
体（基準体型モデル等）の神経配置から単独の加工処理
によって作成される。

【０１４７】図２９のステップＳ９では特殊モードに進
むか否かを判断し、特殊モードを選択した場合にはステ
ップＳ１０に進み、選択しなければステップＳ１７に進
む。

【０１４８】上記ステップＳ２又はステップＳ９におい
て特殊モードを選択した場合にはステップＳ１０に進
み、比率変換モードを選択するか否かを判断する。尚、
「比率変換モード」とは上記したノーマルモードにおい
て生成したデータに対して腕、胴、脚部等の大きさを入
力してデータ比較を行い、長さや重量の再設定を行うモ
ードである。同ステップで比率変換モードを選択した場
合にはステップＳ１１に進み、選択しない場合にはステ
ップＳ１７に進む。

【０１４９】ステップＳ１１では比率変換モードを更に
２つにモード、つまり、「長さ設定モード」と「比率設
定モード」とに分け、両者のうちのいずれかを選択す
る。そして、「長さ設定モード」を選択した場合にはス
テップＳ１２に進んで、腕、胴、脚部等の長さ（単位：
ｍｍ）をそれぞれ入力する。また、「比率設定モード」
を選択した場合にはステップＳ１３に進んで腕、胴、脚
部等の基準長（例えば、身長等）に対する比率をそれぞ
れ入力する。尚、これらステップＳ１２、Ｓ１３での入
力データは、例えば、上記（ｅ）の接続関係ＤＢにおけ
る筋肉の自由長についての補正に用いられる。

【０１５０】続くステップＳ１４では、重量モードにつ
いて２つのモード、つまり、「合わせ込みモード」と
「加減調整モード」とに分け、両者のうちのいずれかを
選択する。そして、「合わせ込みモード」を選択した場
合にはステップＳ１５に進み、生成データから得られる
重量を体重の入力データに合わせる処理を行ってから図
２８のステップＳ２に戻る。また、「加減調整モード」
を設定した場合にはステップＳ１６に進んで生成データ
から得られる重量について増減量を付与する処理を行っ
た後ステップＳ２に戻る。これらのステップＳ１５、Ｓ
１６により、上記ステップＳ３やＳ４での重量設定や重
量分布の補正をさらに行うことができるようになる。

【０１５１】ステップＳ１７では、「関節重量モード」
を選択するか否かを判断し、選択する場合にはステップ
Ｓ１８に進み、選択しなければステップＳ１９に進む。
尚、「関節重量モード」とは、例えば、対象が人体では
なく人体を模倣した２足歩行型ロボットにおいて、関節
駆動用のモータ等の重量を登録する場合等に用いられ、
関節毎に１点の加重値を加減算して、全体のバランスが
保たれるように対偶の重量分布を設定するためのモード
である。尚、ステップＳ１８での処理後はステップＳ１
９に進む。

【０１５２】ステップＳ１９では、「筋肉重量モード」
を選択するか否かを判断し、選択する場合にはステップ
Ｓ２０に進み、ここで各対偶に付随する筋や脂肪の重量
毎に所望の加重値を加減算することで筋肉等の重量バラ
ンスを保つように設定を行う。

【０１５３】尚、「筋肉重量モード」を選択しなければ
身体構造モデルの生成を終了するが、これまでの工程に
おいて必要なデータは体格や性別等に関する比較的少数
のデータだけである。

【０１５４】次に上記したステップＳＳ３、ＳＳ４につ
いて、図３０に示す要部のフローチャート図に従って説
明する。尚、本工程では、上記（Ｇ）身体運動に関する
ＤＢについて下記に示すＤＢが作成されるが、その内容
は後述する処理の説明から明らかとなる。

【０１５５】（Ｇ１）運動ワイヤーフレームＤＢ （Ｇ２）運動重心位置ＤＢ。

【０１５６】先ず、図３０のステップＳ１において重心
位置検出用マーカーを付設した対象者に対して立位姿勢
を維持してもらった後、次ステップＳ２では３次元デー
タの取得法を用いて対象者の３次元データを得る。尚、
ここで、「３次元データ」とは、平面上に貼り付けられ
た２次元画像と区別されるデータであり、３次元形状を
構成する曲面及びこれに貼り付けられた画像データを意
味する。

【０１５７】３次元データの取得法としては、被写体の
形状や画像を含むデータを得ることのできる方法であれ
ば如何なる方法を用いても構わないが、例えば、干渉縞
を用いる方法を挙げることができる。即ち、被写体に対
して単色光や３原色光による干渉縞を発生させて被写体
を撮影するとともに、被写体に生じた干渉縞の形成間隔
から撮影方向における被写体の奥行き（凹凸）について
のデータを得て、これに干渉縞のない被写体画像を貼り
付けることによって３次元データを得る方法である（そ
の詳細については説明を省略する。）。

【０１５８】次ステップＳ３では、前ステップによって
得られたモデルに対してその頭部から足先に向かって鉛
直方向に沿ってスライス処理（つまり、断層断面を形成
する。）を行うことで身体の各構成部分や対偶を認識す
る。例えば、図３１に概略的に示すモデルｍｄｌに関し
て矢印Ｒで示す方向がスライス方向であり、点Ｐｓが頭
頂部を示し、領域「Ａ１」が頭部の認識に関する領域、
領域「Ａ２」が頸椎の認識に関する領域、領域「Ａ３」
が肩部の認識に関する領域、領域「Ａ４」が胸部及び腹
部の認識に関する領域、領域「Ａ５」が脚部の認識に関
する領域を代表的に示している。尚、図３１において右
側に概略的に示した断層図は領域Ａ１の下側境界面でス
ライスした領域の数が１個、領域Ａ３の下側境界面でス
ライスした領域の数が３個、脚部を途中でスライスした
領域の数が２個であることをそれぞれ示している。

【０１５９】また、対偶等の認識については、対象者の
身体構造モデルと３次元データから得られるモデルとを
比較・対照することで行う。例えば、被写体（対象者）
に取り付けた重心位置検出用マーカーに対応する重心と
頭部の中心点とを結ぶ軸を身体構造モデルの背骨軸であ
ると認識したり、上肢の両肩関節の位置については背骨
軸に関して左右対象であって最も突起した箇所として認
識する等、人体の身体的特徴に基づいて求めることがで
きる。

【０１６０】図３０のステップＳ４では対象者に対して
膝の屈伸運動を行ってもらい、上記ステップＳ２及びＳ
３で説明したのと同様の方法によって３次元データの取
得及び膝関節の認識に関する処理を行う。つまり、立位
姿勢での３次元データだけでは膝関節の特定を正確に行
うことができないためである。

【０１６１】そして、ステップＳ５では対象者に対して
その前腕が地面に平行になるように腕を動かしてもらっ
て上記ステップＳ２、Ｓ３で説明したのと同様の方法に
よって３次元データの取得及び肘関節の認識に関する処
理を行う。

【０１６２】次ステップＳ６では上記ステップＳ２乃至
Ｓ５において得られた基礎データについての補正（誤差
の補正等）を行った後、次ステップＳ７に進み、データ
の確定、つまり、対象者に係る人体形状データを決定す
る。

【０１６３】そして、ステップＳ８に進み、対象者の形
状と上記ステップで得た人体形状データとの間に顕著な
相違が生じないように形状について両者間の合わせ込み
処理を行い、当該人体形状と上記身体構造モデルとの間
に生じる差異を極力低減する。

【０１６４】ステップＳ９では、対象者に所定の運動を
してもらい、上記ステップＳ２で説明したのと同様の方
法を用いて運動状態についての３次元データを取得す
る。

【０１６５】そして、ステップＳ１０では３次元データ
における頭部と重心位置検出用マーカーの位置に基づい
て胴体を認識するとともに、対象者の身体運動に関する
情報（対偶の状態等）を表象する枠体モデルとしてワイ
ヤーフレームモデルを生成する。そして、該ワイヤーフ
レームモデルをデータベース化することにより上記の運
動ワイヤーフレームＤＢを作成する。

【０１６６】ステップＳ１１では、ワイヤーフレームモ
デル及び前記ステップで得られた人体形状に基づいて運
動中心である重心位置及びその変化に関するデータだけ
を抽出して上記運動重心位置ＤＢを作成する。

【０１６７】しかして、これまでに経た処理によって身
体の構造や運動に関する数値モデルを得ることができ、
これら対して筋肉や脂肪の形状についてのポリゴンデー
タ（多角形近似データ）を付加することによって人体に
関するポリゴンモデルやこれをデータベース化したもの
（以下、「人体ポリゴンＤＢ」という。）を得ることが
できる。

【０１６８】図３２は人体ポリゴンＤＢについて、上記
した身体構造ＤＢや運動ワイヤーフレームＤＢ、運動重
心位置ＤＢの他、下記に示すＤＢとの依存関係の一例を
示すものであり、図中の矢印「→」の意味は既述した通
りである。

【０１６９】（ｈ）筋肉ポリゴンＤＢ （ｉ）脂肪ポリゴンＤＢ （ｊ）特殊脂肪ポリゴンＤＢ （ｋ）皮膚老化ポリゴンＤＢ。

【０１７０】上記（ｈ）乃至（ｊ）のＤＢについて簡単
に説明すると、先ず、（ｈ）筋肉ポリゴンＤＢは筋肉の
収縮に対応した筋肉形状のポリゴンデータ集であり、
（ｉ）脂肪ポリゴンＤＢは、筋肉の収縮と重心の運動に
対応した脂肪形状のポリゴンデータ集である。また、
（ｊ）特殊脂肪ポリゴンＤＢとは、筋肉の収縮には直接
関係しないが重心の運動に主として関与する脂肪（内臓
脂肪や胸部脂肪等。）の形状についてのポリゴンデータ
集である。

【０１７１】（ｋ）皮膚老化ポリゴンＤＢは、皮膚に対
して人為的に老化させる処理を施す際に必要な皺の量や
寄り方についてのポリゴンデータ集（あるいは２次元画
像データ）であり、上記した（Ｆ）皮膚に関するＤＢを
構成するものである。

【０１７２】尚、図３２に示す「筋収縮ポリゴンＤＢ」
は、筋肉ポリゴンＤＢ、身体構造ＤＢ、運動ワイヤーフ
レームＤＢ、運動重心位置ＤＢから生成されるデータベ
ースであり、人体の運動に伴う筋肉の収縮状態を表現す
るために必要とされ、概ね下記の手順に沿って生成され
る。

【０１７３】（１）身体構造ＤＢの生成 （２）運動ワイヤーフレームＤＢ及び運動重心位置ＤＢ
の生成 （３）筋肉ポリゴンＤＢと（１）や（２）のＤＢとの関
連付け また、「脂肪収縮ポリゴンＤＢ」は、筋肉ポリゴンＤ
Ｂ、身体構造ＤＢ、運動ワイヤーフレームＤＢ、運動重
心位置ＤＢを参照しながら脂肪ポリゴンＤＢ及び特殊脂
肪ポリゴンＤＢから生成されるデータベースであり、筋
肉の収縮や重心運動に伴う脂肪の位置や厚さ等の変化を
表現するために必要とされる。

【０１７４】図３３は、人体ポリゴンＤＢの生成につい
て処理例の要部を示すフローチャート図であり、筋収縮
ポリゴンＤＢの生成に関する処理と、脂肪収縮ポリゴン
ＤＢに関する処理とを並列的に示している。

【０１７５】先ず、筋収縮ポリゴンＤＢの生成に関する
処理については、ステップＳ１において、筋肉ポリゴン
ＤＢ、身体構造ＤＢ、運動ワイヤーフレームＤＢ、運動
重心位置ＤＢを用意した後、ステップＳ２では、人体の
運動と各筋肉の収縮率の変化についての関係を得る。

【０１７６】そして、ステップＳ３では全ての筋肉に関
してその収縮に対応した筋肉形状を示すポリゴンデータ
集、つまり、筋収縮ポリゴンＤＢを作成する。その際に
は、身体構造ＤＢのうち特に人体形状に関するデータ及
び筋肉ポリゴンＤＢのデータを参照する。

【０１７７】次ステップＳ４では、運動ワイヤーフレー
ムＤＢに対して筋肉部のポリゴンデータを付加した後、
ステップＳ５に進む。

【０１７８】他方、脂肪、特殊脂肪のポリゴンＤＢに関
する処理については、ステップＳＴ１において両ＤＢを
用意した後、次ステップＳＴ２で人体の運動と各脂肪の
収縮率の変化についての関係を得る。

【０１７９】それからステップＳＴ３において全ての脂
肪に関して筋肉の収縮や重心運動に対応した脂肪形状を
示すポリゴンデータ集、つまり、脂肪収縮ポリゴンＤＢ
を作成する。その際に身体構造ＤＢのうち特に人体形状
に関するデータ及び筋肉ポリゴンＤＢのデータを参照す
る必要がある。

【０１８０】次ステップＳＴ４では、運動ワイヤーフレ
ームＤＢに対して脂肪部のポリゴンデータを付加した
後、ステップＳ５に進む。

【０１８１】ステップＳ５では、筋肉や脂肪を加味した
運動ワイヤーフレームモデルについて、画像データの１
フレーム毎に筋肉や脂肪のポリゴンデータを加工するこ
とにより筋肉の躍動や脂肪の揺れ等を表現する。尚、こ
の加工にはポリゴンの表面におけるドットやパッチに対
するデータ処理として行なわれ、例えば、ドットに関す
る結線処理やベヂエ（Ｂｅｚｉｅｒ）化処理、あるいは
これらの処理を、一定表面の圧縮後に行う等の処理が含
まれる。

【０１８２】図３４は、Ｌ字状に屈曲した位置関係を有
する２つの骨ポリゴン１２、１３に亘って筋肉ポリゴン
１４が架け渡された様子を概略的に示したものである。

【０１８３】次ステップＳ６では上記皮膚老化ポリゴン
ＤＢと運動ワイヤーフレームＤＢとのリンク（関連付
け）を行う（図３２では両方向の矢印で示してい
る。）。これによって、例えば、ある関節の周囲におけ
る皮膚の皺を関節角度や関節からの距離に応じて変化さ
せることができる。

【０１８４】こうして人体ポリゴンＤＢが作成される
が、筋肉への電気刺激にあたっては、上記した装置にお
いて下記の（イ）乃至（ハ）に示す手順を踏む。

【０１８５】（イ）駆動の対象となる関節を特定する （ロ）（イ）の関節を動作させるのに必要な筋肉（例え
ば、対をなす筋肉として伸筋及び屈筋等）又は刺激付与
の対象となる筋肉を選定する （ハ）（ロ）で選定した筋肉において、皮膚表面に近い
表層の筋に対しては効果器を通して低周波による刺激を
与え、内層の筋に対しては効果器を通して干渉波による
刺激を与える。

【０１８６】つまり、刺激を与える筋の位置に応じて電
気刺激の態様（干渉波刺激又は低周波刺激）を使い分け
ることで、それぞれの筋に対して効率良く刺激を与え、
違和感のない運動感覚を装置使用者に呈示することがで
きる。

【０１８７】尚、上記手順（イ）では駆動の対象となる
関節を特定したが、効果器によっては当該効果器に係る
対象関節が既に特定されている場合があるので、そのと
きには、直ちに筋肉を選定することができる。

【０１８８】また、（ロ）において、関節の動作に必要
な筋として伸筋及び屈筋を選定した場合には伸筋と屈筋
とを同じ程度に収縮させるのではなく、関節の屈曲時に
は屈筋をより多く収縮させ（例えば、屈筋対伸筋の収縮
比率を２０：１程度の比とする。）、また、これとは逆
に関節の伸展時には伸筋の方をより多く収縮させる。そ
して、筋肉の選定においては、関節とこれを駆動する筋
肉の伸縮とを関係付けるデータベースを予め構築してお
き、その後、上記（イ）の過程で、対象となる関節を特
定したときに、当該関節を駆動するのに必要な筋肉を上
記データベースに基づいて選定することが好ましい。
尚、「関節とこれを駆動する筋肉の伸縮とを関係付ける
データベース」とは、例えば、前記した（Ｂ）関節や靭
帯に関するＤＢと（Ｃ）筋肉に関するＤＢとを関連付け
ることによって生成することができ、（ａ）乃至（ｆ）
に示すＤＢのうち、関節や対偶と、これを補助する筋肉
についてのデータ項目（例えば、関節の名称や位置、関
節の駆動に要する筋肉の名称や形状データ、対偶を支え
ている始点の関節名称等）を含んでいる。このデータベ
ースを用いると、例えば、肘関節を対象としたときに、
その動作に応じて関与する筋肉の情報を得ることができ
る。

【０１８９】例えば、肘関節の駆動をとりあげて説明す
ると、以下のようになる。

【０１９０】人体における肘関節及び前腕の運動に関与
する筋のうち、上腕の筋肉には、上腕二頭筋、上腕筋、
上腕三頭筋、肘筋が挙げられ、また、前腕筋には、腕橈
骨筋、回外筋、円回内筋、方形回内筋等が挙げられる。

【０１９１】このうち上腕の筋肉についてみると、２関
節筋である上腕二頭筋は、肘関節に関する屈曲作用及び
前腕に関する回外作用を有しており、特に屈曲について
は屈筋群の中でも強力な働きをもっていることが知られ
ている。また、上腕三頭筋は長頭が肩甲骨に起始部をも
つ２関節筋であり、肘関節における前腕の伸展作用は主
に内側頭に属する筋が行い、強力な伸展力を有すること
が知られている。

【０１９２】下表は肘関節と前腕の動きとの分析結果を
示したものであり、筋肉の種類と屈曲、伸展、回内、回
外との関連性を、記号「○」（特に関係があるもの）、
「△」（関係ありのもの）、「（△）」（関係ありとの
説があるが、見解が一致していないもの）を用いて表現
している。

【０１９３】

【表３】

【０１９４】尚、上表では、手関節屈筋群や手関節伸筋
群、長母指外転筋等は省略した。

【０１９５】図３５乃至図３８は、上腕二頭筋における
電極の配置例を、右側前面から見た上肢の筋肉の模型図
とともに概略的に示したものであり、図中に「○」印で
示す電極内に記した記号「＋」は陽極、「−」は陰極を
それぞれ表している。

【０１９６】図３５では、上腕二頭筋の筋腹に陰電極１
５を配置し、筋始点に陽電極１６を配置した例を示して
おり、対をなす両電極を介して低周波の電気信号を与え
ることによって、皮膚上面から筋肉の伸縮が目視で解る
ような表層筋に対して刺激を与えることができる。

【０１９７】また、効果器を構成する複数の電極のう
ち、陰極に設定される電極を筋腹に配置し、陽極に設定
される電極を筋始点及び終点に配置して、これらの電極
を介して筋に電気刺激を付与すると、筋の動作領域を増
やすことができる。

【０１９８】例えば、図３６に示すように、上腕二頭筋
の筋腹に陰電極１７を配置し、筋始点及び終点には陽電
極１８、１８をそれぞれ配置する。

【０１９９】図３９は電極の配置と筋の動作領域（筋が
良く動作する領域）との関係を模式的に示したものであ
り、（Ａ）に示すように、筋Ｍの筋腹に陰電極Ｄ１を配
置し、筋始点に陽電極Ｄ２を配置した場合の動作領域
「Ｒａ」に比して、（Ｂ）に示すように、筋Ｍの筋腹に
陰電極Ｄ１を配置し、筋始点及び終点に陽電極Ｄ２、Ｄ
２′をそれぞれ配置した場合の動作領域「Ｒｂ」の方が
広い面積を占めていることが分かる。

【０２００】また、図３９（Ａ）に示す電極の極性を時
間的に固定することなく、各電極の極性を時間経過につ
れて交互に入れ替えることによっても、筋の実質的な動
作領域の拡大を図ることができる。

【０２０１】例えば、図４０（Ａ）に示すように、ある
時間ｔ＝Ｔ１では、対をなす電極Ｄ１、Ｄ２のうち一方
の電極Ｄ１の極性を陰極とし、他方の電極Ｄ２の極性を
陽極に設定して筋Ｍに刺激を与えた後（動作領域「Ｒ
１」参照。）、次の時間ｔ＝Ｔ２では、（Ｂ）に示すよ
うに、電極Ｄ１の極性を陽極とし、電極Ｄ２の極性を陰
極に設定して筋Ｍに刺激を与える（動作領域「Ｒ２」参
照。）といった具合に、（Ａ）に示す電極配置と（Ｂ）
に示す電極配置とを交互に繰り返す。

【０２０２】図３７及び図３８は、効果器を構成する複
数の電極対を筋全体に配置するとともに、互いに対をな
す電極について、それらの極性を時間経過につれて交互
に入れ替えるようにした例を示すものである。

【０２０３】つまり、図３７において上腕二頭筋には３
つの電極対（Ｅ１、Ｆ１）、（Ｅ２、Ｆ２）、（Ｅ３、
Ｆ３）が付設されており、それらのうち、図の左側に位
置する電極Ｅ１乃至Ｅ３が陽電極とされ、右側に位置す
る電極Ｆ１乃至Ｆ３が陰電極とされている。

【０２０４】そして、図３７に示す時刻とは別の時刻に
おいて、例えば、図３８に示すように、左側中央部に位
置する電極Ｅ２が陰電極とされ、該電極と対をなす右中
央部の電極Ｆ２が陽電極とされるように極性の変更が行
われる。

【０２０５】このように、陰電極を筋全域に亘って設置
することで筋全体を刺激するとともに、体の状態を保持
するにあたって、使用電極の極性を一定時間毎に交替さ
せたり（交替周期は筋刺激の周波数に対応する周期より
長い時間に設定する。）、あるいは使用する電極を時間
的に変更することによって、低温火傷等の発生を防止す
ることができる。

【０２０６】その際、筋に対する干渉波刺激の付与及び
筋肉の駆動制御については、特に下記の事項（Ｉ）乃至
（ＩＩＩ）を考慮する必要がある。

【０２０７】（Ｉ）関節の駆動角度を自在に制御できる
こと （ＩＩ）筋収縮による筋移動に応じて電気刺激を変化さ
せること （ＩＩＩ）刺激場所を変更することで低温火傷を防止す
ること。

【０２０８】これらについて、上肢の動作を例にして説
明すると、先ず、（Ｉ）では肘関節の屈曲角を制御する
場合において、図４１及び図４２に示すように、刺激場
所の範囲を時間的に変化させて、当該範囲内に位置する
電極対を適時に選定することが好ましい。

【０２０９】つまり、上腕二頭筋Ｍに対して３対の電極
（６電極）を付設した例を用いて簡単に説明すると、以
下のようになる。

【０２１０】図４１において、４本の水平線で区切られ
た各領域には、「１」、「２」、「３」の識別番号が付
与されており、各領域には一対の使用電極がそれぞれ選
択される。尚、「○」印の中に、「＋」又は「−」の記
号を付して示す電極が使用電極を示しており、この例で
は、各電極対のうち左側に位置する電極が陰電極とさ
れ、右側に位置する電極が陽電極とされている。

【０２１１】電気刺激の供給制御にあたっては、例え
ば、識別番号「１」の領域に属する電極対だけを使用し
て刺激を付与した後、識別番号「１」及び「２」の両領
域に属する電極対を使用して刺激を付与する。それか
ら、識別番号「１」、「２」、「３」の全領域に属する
電極対を使用して刺激を付与する。尚、各使用電極につ
いての出力電流は一定とする。

【０２１２】図４２において、信号「Ｓｉ」（ｉ＝１、
２、３）は識別番号「ｉ」（ｉ＝１、２、３）の各領域
に属する電極対の状態変化（「ＯＮ」は「使用」を意味
し、「ＯＦＦ」は「不使用」を意味する。）をタイムチ
ャート図上に示したものである。

【０２１３】図中に示す期間「Ｔ1」は、信号Ｓ１だけ
が「ＯＮ」、つまり、識別番号「１」の領域に属する電
極対だけを使用している期間を表しており、期間「Ｔ1
2」は信号Ｓ１とＳ２がオーバーラップしている期間を
示し、期間「Ｔ1-3」は信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３がオーバ
ーラップしている期間を示している。

【０２１４】尚、これとは逆に、識別番号「３」の領域
に属する電極対だけを使用して刺激を付与した後、識別
番号「３」及び「２」の両領域に属する電極対を使用し
て刺激を付与し、それから、識別番号「１」、「２」、
「３」の全領域に属する電極対を使用して刺激を付与す
る方法を採っても構わない（図４２の信号「Ｓ１」、
「Ｓ３」の右側に記した括弧内に示すように、Ｓ１とＳ
３とを交換すれば良い。）。

【０２１５】また、上記（ＩＩ）については、筋の収縮
によって筋が移動することを考慮して使用電極を適宜に
選択することが必要であり、そのためには、図４３及び
図４４に示すように、筋収縮の状態に応じて筋の占有範
囲を特定して当該範囲内に対応する皮膚表面の刺激範囲
内に位置する電極対を時間的に選定していくことが好ま
しい。

【０２１６】図４３において、５本の水平線で区切られ
た各領域には、「１」乃至「４」の識別番号が付与され
ており、各領域には一対の使用電極がそれぞれ選択され
る。尚、「○」印の中に、「＋」又は「−」の記号を付
して示す電極が使用電極を示しており、この例では、各
電極対のうち左側に位置する電極が陰電極とされ、右側
に位置する電極が陽電極とされている。

【０２１７】この場合、筋Ｍは図示するように上方に収
縮していくため、先ず、識別番号「１」乃至「４」の全
領域に属する電極対を使用して刺激を付与した後、識別
番号「２」乃至「４」の領域に属する電極対を使用して
刺激を付与する。それから、識別番号「３」及び「４」
の領域に属する電極対を使用して刺激を付与する。尚、
各使用電極を通して出力される電流値の総和が常に一定
となるように制御を行う。

【０２１８】図４４において、信号「Ｓｉ」（ｉ＝１、
２、３、４）は識別番号「ｉ」（ｉ＝１、２、３、４）
の各領域に属する電極対の状態変化（「ＯＮ」、「ＯＦ
Ｆ」の意味は上記した通りである。）をタイムチャート
図上に示したものである。

【０２１９】図中に示す期間「Ｔ1-4」は信号Ｓ１乃至
Ｓ４のオーバーラップ期間、期間「Ｔ2ー4」は信号Ｓ２
乃至Ｓ４のオーバーラップ期間、期間「Ｔ34」は信号Ｓ
３とＳ４のオーバーラップ期間をそれぞれ示している。

【０２２０】尚、筋の移動は上記した圧力検出部１ｉか
らの圧力分布情報に基づいて認識することができるの
で、使用電極に係る範囲選定は容易である（つまり、筋
収縮に伴う筋の移動を効果器の圧力分布情報から求め
て、筋の範囲に応じて使用すべき電極を選定することが
できる。）。

【０２２１】上記（ＩＩＩ）については、皮膚の同じ場
所に長時間に亘って電気刺激を与えることがないように
制御を行うことで低温火傷を防止する。

【０２２２】尚、これまでの説明では発明の理解を優先
して電極の数を比較的少数に限った上で制御方法を説明
してきたが、図２乃至図１３で説明したように、効果器
は多数の電極を２次元的に配置した電極アレイを具備し
ており、これらの電極については複数の電極群の区分し
た上で各電極群の制御を個別に行うことが好ましい。

【０２２３】図４５は、筋Ｍに対する電極群の配置例を
示したものであり、多数の水平線で区切られた各領域に
は、「ｉα」（ｉ＝１、２、３、４であり、α＝ａ、ｂ
である。）の識別記号が付与されており、各領域におい
て使用電極がそれぞれ選択される。尚、識別記号におい
て番号ｉ＝１、２、３、４に付した記号「ａ」、「ｂ」
は、各領域がどのグループに属するか（つまり、「ａ」
グループに属するか又は「ｂ」グループに属するかの如
何）を表している。

【０２２４】図４６において、信号「Ｓａ」は「ａ」グ
ループに属する電極群の状態変化（「ＣＴＬ」は「（図
４２や図４４で説明した制御での）使用」を意味し、
「ＯＦＦ」は「不使用」を意味する。）をタイムチャー
ト図上に示したものである。

【０２２５】図中に示す期間「Ｔａ」は「ａ」グループ
に属する電極群が使用中とされる期間を示し、期間「Ｔ
ｂ」は「ｂ」グループに属する電極群が使用中とされる
期間を示しており、両期間においてオーバーラップが全
くないか又は仮にあったとしてもその期間が極力短くな
るように制御することが望ましい。

【０２２６】このように、多数の電極筋収縮に伴う筋の
移動方向に沿ってを複数のグループ（上記した例では２
グループとしたが、一般には２以上のグループ分けが可
能でる。）に区分けをして、隣接する電極群同士が同時
に使用されることがないように、各グループに属する電
極群を時分割処理に従って使用すると、皮膚表面の同じ
領域に対して長時間に亘る刺激の付与を避けることがで
きる。例えば、グループ数をＮ個とした場合には、基本
周期内においてＮ回に切換を行って各グループの電極群
毎に刺激信号を供給することで、当該周期内における任
意の時刻において皮膚に加わる出力電流の総和をＮ分の
１に低減することができるので、例えば、筋の状態を保
持する場合のように長時間に亘る電気刺激を行う場合で
も、低温火傷を生じさせる可能性が低くなる。

【０２２７】尚、低温火傷は、あかや汚れ等の付着によ
って皮膚抵抗が大きくなったときにも起こり易いので、
皮膚の絶縁抵抗が許容範囲を越えたことを検出したとき
に、電気刺激の供給を禁止する制御を併用することも必
要である。

【０２２８】また、以上の説明では、重力による対偶や
関節への影響を考慮せずに説明を行ったが、現実には重
力の存在を無視することができないので、関節や対偶の
位置と、これらにかかる重力との関係を加味した上で筋
肉への刺激を行うことが好ましい。

【０２２９】つまり、関節や対偶の位置と、これらにか
かる重力との関係（関節や対偶がある位置をとった場合
に、これらにどの位の重量がどのような角度をもって加
わっているか）に応じて、伸筋と屈筋との間の収縮比率
を変化させることで、重力の影響によって対偶の動作が
不安定になる等（例えば、重量物を持ったときに手首が
曲がったままの状態で当該重量物を把持した状態に陥る
等）の不都合を防止することができる。

【０２３０】このためには、関節や対偶の位置とこれら
にかかる重力とを関係付けるデータベースを予め構築し
ておき、その後、対象となる関節を特定したときに、関
節の位置と対偶の重量を上記データベースから求めて、
当該関節を駆動するのに必要な筋肉のうち対をなす伸筋
と屈筋の間の収縮比率を規定すれば良い。尚、このデー
タベースは、前記した（Ｂ）関節や靭帯に関するＤＢ、
（Ｃ）筋肉に関するＤＢ、さらには前記した（Ｇ１）運
動ワイヤーフレームＤＢ、（Ｇ２）運動重心位置ＤＢ等
を関連付けることで生成され、（ａ）乃至（ｆ）に示す
ＤＢのうち、特に（ａ）重量ＤＢ、（ｂ）重量分布Ｄ
Ｂ、（ｄ）関節自由度ＤＢ、（ｅ）接続関係ＤＢ、
（ｆ）筋運動ＤＢに関係がある。

【０２３１】データベースに係る具体的な項目として
は、例えば、関節や対偶の位置データ、重力値若しくは
重力加速度値及び重力方向のデータ、関節の駆動に要す
る筋肉に関するデータ（筋肉名称や筋肉の形状を表すポ
リゴンデータ等）、対偶を支えている始点の関節名称等
が挙げられる。尚、対偶の位置や方向を認識する方法と
しては、例えば、光学式や磁気式のセンサー等を用いて
３軸位置検出（直交座標や円筒又は球座標系での３次元
位置検出）を行う方法等が挙げられる。また、関節位置
と対偶位置の違いについては、例えば、本願出願人が特
願平１０−２５６７１３号で提案した圧力検出装置を応
用したモーションキャプチャーを使うことによって、皮
膚表面における圧力分布情報から筋肉等の動きを認識す
ることによって区別することができる。

【０２３２】また、対偶にかかる重量は、対偶の３次元
的位置によって関節駆動の筋肉の収縮に対して異なる影
響を及ぼす（つまり、対偶重量による力のモーメントは
対偶の位置や姿勢によって異なる）ので、関節駆動にお
いて対をなす伸筋及び屈筋の収縮比率については、対偶
の重量分が関節の状態に対して及ぼす力学的作用を十分
考慮した上で規定することが好ましい。

【０２３３】そして、対偶や関節に対して外部負荷がか
かった場合、例えば、重量物を手に持って動かした場合
等においては、対偶等に加わる荷重を加味した筋肉への
刺激が必要となる。

【０２３４】その際には、関節を駆動させるのに必要な
複数の筋肉のうちから対をなす伸筋及び屈筋の他に、荷
重を加えることで働く筋肉を追加して、当該筋肉に対し
て効果器を通して電気刺激を付与することが好ましい。

【０２３５】関節の運動に対する筋の働きについては、
ＭａｃＣｏｎａｉｌ等による「ｓｈｕｎｔ ｍｕｓｃｌ
ｅ」及び「ｓｐｕｒｔ ｍｕｓｃｌｅ」の区別が知られ
ており、前者は主に急激な運動において働くとともに骨
の長軸方向にほぼ平行な力を与えるものとされ、また、
後者は運動の加速度とともに骨の長軸方向にほぼ垂直な
力を与えるものとされる。

【０２３６】肘関節の屈曲を例にすると、上腕二頭筋や
上腕筋が「ｓｐｕｒｔ ｍｕｓｃｌｅ」に相当し、腕橈
骨筋が「ｓｈｕｎｔ ｍｕｓｃｌｅ」に相当する。筋電
図による筋の活動分析結果によれば、負荷をかけないで
単に肘を屈曲させたときには上腕二頭筋や上腕筋が常に
活動しているが、腕橈骨筋についてはほとんど活動しな
いか又は収縮しても僅な活動電位しか認められないのに
対して、前腕に錘等によって負荷をかけると腕橈骨筋の
積極的な活動が認められる。つまり、前腕に対して荷重
がかかっている場合の運動感覚を呈示するためには、当
該荷重の度合に応じて腕橈骨筋の収縮率を変化させるこ
とが好ましい。

【０２３７】そのためには、荷重を加えることで働く駆
動筋、つまり、「ｓｈｕｎｔ ｍｕｓｃｌｅ」を上記デ
ータベースに追加設定した後（例えば、上記（Ｃ）筋肉
に関するＤＢにおいて、各筋肉につき「ｓｈｕｎｔ ｍ
ｕｓｃｌｅ」又は「ｓｐｕｒｔ ｍｕｓｃｌｅ」の区別
をつけるための識別用情報を付加する等）、対象となる
関節を特定したときに、当該関節を駆動する際に選定さ
れる対をなす筋肉に電気刺激を付与して収縮させるとと
もに、荷重の有無に応じて上記駆動筋に対して効果器を
通して電気刺激を付与するか否かを規定すれば良い（つ
まり、荷重がある場合にのみ駆動筋に電気刺激を付与す
る。）。

【０２３８】尚、上記の説明では、便宜上、腕や肘関節
を例示したが、これに限らず、他の関節や対偶の動作に
要する筋肉についても、上記の方法を同様に適用するこ
とができることは勿論である。

【０２３９】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、請求項１に係る発明によれば、皮膚表面に近い表層
の筋に対しては低周波による電気刺激を与え、内層の筋
に対しては干渉波による電気刺激を与えることによっ
て、力触覚呈示装置の使用者に対して、筋肉の位置に応
じて適切かつ効率の良い力覚や触覚を与えることができ
る。

【０２４０】請求項２に係る発明によれば、陰極に設定
される電極を筋腹に配置し、陽極に設定される電極を筋
始点及び終点に配置して、これらの電極を介して筋に電
気刺激を付与することによって、筋の動作領域を増やす
ことができる。

【０２４１】請求項３や請求項４に係る発明によれば、
効果器を構成する複数の電極のうち、互いに対をなす電
極について、それらの極性を時間経過につれて交互に入
れ替えることによって、筋の動作領域を実質的に増やす
ことができるとともに、皮膚表面の同じ場所に長時間の
刺激が加えられることがないようにして低温火傷の発生
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】力触覚呈示装置の構成例を示す図である。

【図２】図３乃至図１３とともに電極シートの構成につ
いて説明するための図であり、本図は電極シートを腕に
巻き付ける様子を示す図である。

【図３】電極シートの分解斜視図である。

【図４】電極層３Ａを構成する最も皮膚側のシート４を
部分的に示す図である。

【図５】電極層３Ａを構成する導通シート５を部分的に
示す図である。

【図６】電極層３Ａを構成する配線シート６を部分的に
示す図である。

【図７】電極層３Ａを構成する表面シート７を部分的に
示す図である。

【図８】感圧層３Ｂを構成する行電極シート８を部分的
に示す図である。

【図９】感圧層３Ｂを構成する感圧シート９を部分的に
示す図である。

【図１０】感圧層３Ｂを構成する列電極シート１０を部
分的に示す図である。

【図１１】感圧層３Ｂを構成する絶縁膜１１を部分的に
示す図である。

【図１２】電極シートの一部を拡大して示す断面図であ
る。

【図１３】腕に巻き付けた状態の電極シートを示す概略
的な断面図である。

【図１４】人体の体型分類についての説明図である。

【図１５】基準体型モデルにおける諸量の定義を示す図
である。

【図１６】体型形座標空間を構成する２次元座標平面に
ついての説明図である。

【図１７】体型形座標空間におけるＺ軸に長さ比率の変
数を設定した様子を示す図である。

【図１８】体型形座標空間におけるＺ軸に長さ比率及び
重量比率の変数を設定した様子を示す図である。

【図１９】対象者から取得した画像データ及びその伸縮
操作についての説明図である。

【図２０】図２１及び図２２とともに対象者の３次元デ
ータについてのスライス処理に関する説明図であり、本
図は立位姿勢の対象者を示す。

【図２１】対象者の３次元データについてスライス処理
と断層面との関係を示す図である。

【図２２】対象者の３次元データについて断層面だけを
示す図である。

【図２３】体型形座用空間を構成するＸ−Ｙ平面に設定
した極座標系（ｒ，θ）において点の配置例を示す図で
ある。

【図２４】多角形の重心計算によって対象者の体型形を
特定する処理についての説明図である。

【図２５】重心Ｇ（Ｘｇ，Ｙｇ）からこれに対応する関
数値を求める様子を示す図である。

【図２６】骨格構造のモデルの一例を示す図である。

【図２７】身体構造に関するＤＢと各種ＤＢとの間の依
存関係を示す図である。

【図２８】図２９とともに、身体に関する基本データの
入力及びデータ加工に係る処理例を示すフローチャート
図であり、本図は処理の前半部を示す。

【図２９】処理の後半部を示す。

【図３０】人体についての３次元データの取得及び運動
に関するワイヤーフレームモデルの生成、運動に伴う重
心位置データの取得に係る処理例を示すフローチャート
図である。

【図３１】対象者の３次元データに関するスライス処理
についての概略的な説明図である。

【図３２】人体ポリゴンＤＢとその構成ＤＢとの依存関
係を示す図である。

【図３３】人体ポリゴンＤＢの生成に係る処理例を示す
フローチャート図である。

【図３４】２つの骨ポリゴンに筋肉ポリゴンが架け渡さ
れた様子を示す概略図である。

【図３５】図３６乃至図３８とともに、上腕二頭筋にお
ける電極の配置例を上肢の模型図とともに示したもので
あり、本図は上腕二頭筋の筋腹に陰電極を配置し、筋始
点に陽電極を配置した例を示す。

【図３６】上腕二頭筋の筋腹に陰電極を配置し、筋始点
及び終点に陽電極を配置した例を示す。

【図３７】上腕二頭筋において、図の左側の電極Ｅ１乃
至Ｅ３を陽電極とし、右側の電極Ｆ１乃至Ｆ３を陰電極
とした状態を示す図である。

【図３８】上腕二頭筋において、図の左側中央部に位置
する電極Ｅ２を陰電極とし、該電極と対をなす右中央部
の電極Ｆ２を陽電極とする極性変更後の状態を示す図で
ある。

【図３９】電極の配置と筋の動作領域との関係を模式的
に示した図である。

【図４０】各電極の極性を時間経過につれて交互に入れ
替えることで、筋の実質的な動作領域の拡大を図るよう
にした方法の説明図である。

【図４１】図４２とともに肘関節の屈曲角を制御する方
法についての説明図であり、本図は筋と電極配置との関
係を示す概略図である。

【図４２】制御方法について説明するためのタイムチャ
ート図である。

【図４３】図４４とともに筋収縮の状態に応じて筋の占
有範囲を特定して当該範囲内に対応する皮膚表面の刺激
範囲を時間的に変更する方法についての説明図であり、
本図は筋と電極配置との関係を示す概略図である。

【図４４】制御方法について説明するためのタイムチャ
ート図である。

【図４５】図４６とともに、複数の電極群の区分とそれ
らの制御についての説明図であり、本図は筋に対する電
極群の配置例を示した概略図である。

【図４６】制御方法について説明するためのタイムチャ
ート図である。

【符号の説明】

１…力触覚呈示装置、１ｄ…効果器、２…電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筋肉に対して電気刺激を与えるための効
   果器を備えた力触覚呈示装置の制御方法であって、 皮膚表面に近い表層の筋に対しては効果器を通して低周
   波による刺激を与え、内層の筋に対しては効果器を通し
   て干渉波による刺激を与えることを特徴とする力触覚呈
   示装置の制御方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載した力触覚呈示装置の制
   御方法において、 効果器を構成する複数の電極のうち、陰極に設定される
   電極を筋腹に配置し、陽極に設定される電極を筋始点及
   び終点に配置して、両電極を介して筋に電気刺激を付与
   することを特徴とする力触覚呈示装置の制御方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載した力触覚呈示装置の制
   御方法において、 効果器を構成する複数の電極のうち、互いに対をなす電
   極について、それらの極性を時間経過につれて交互に入
   れ替えるようにしたことを特徴とする力触覚呈示装置の
   制御方法。
4. 【請求項４】 請求項２に記載した力触覚呈示装置の制
   御方法において、 効果器を構成する複数の電極のうち、互いに対をなす電
   極について、それらの極性を時間経過につれて交互に入
   れ替えるようにしたことを特徴とする力触覚呈示装置の
   制御方法。