JP2000210272A

JP2000210272A - 筋力評価方法およびシステム

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Publication number: JP2000210272A
Application number: JP11014820A
Authority: JP
Inventors: Minayori Kumamoto; 水頼熊本
Original assignee: LAB OF IMAGE INFORMATION SCIEN; Laboratories of Image Information Science and Tech
Current assignee: LAB OF IMAGE INFORMATION SCIEN; Laboratories of Image Information Science and Tech
Priority date: 1999-01-22
Filing date: 1999-01-22
Publication date: 2000-08-02
Anticipated expiration: 2019-01-22
Also published as: JP4275235B2

Abstract

(57)【要約】【構成】まず２関節リンク機構の測定線図を作成し、
そのリンク機構の系先端での最大出力とその方向を測定
することによって出力分布図を作成し、最後に、この出
力分布図の特性ないし性質を利用して機能別実効筋力値
を算出する。【効果】拮抗二関節筋を含む２関節リンク機構の機能
別実効筋力値を求めることができ、人体モデルに応用し
た製品設計、リハビリテーションやスポーツの筋力評
価、トレーニング指導評価等に、信頼性の高い情報が提
供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、筋力評価方法および
システムに関し、特にたとえば人間の上肢や下肢のよう
に拮抗１関節筋群だけでなく拮抗２関節筋群を含む２関
節リンク機構の系先端における機能別実効筋力を評価す
る方法およびシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、平成６年（１９９４）発行の
日本臨床バイオメカニクス学会誌，Ｖｏｌ．１５の「二
関節筋機能の機械モデルによる研究」と題する論文等に
おいて、発明者等は、人間を含む動物特有の拮抗二関節
筋ペアの存在が２関節リンクの剛性制御に貢献し、動物
特有の滑らかで迅速かつファジーながら正確な動作、さ
らにいかなる外部擾乱にも卓越した姿勢制御を可能とす
ることを、制御理論的数学的に、かつ機械モデルによっ
て実験的に証明した。

【０００３】さらには、平成９年３月発行の日本機械学
会論文集別刷６３巻６０７号Ｃ編第１３５−１４２ペー
ジの論文「拮抗筋群による協調制御機能」において、発
明者等は、人間の上肢の水平面内の運動においても、矢
状面内運動と同様に、肩関節拮抗一関節筋群，肘関節拮
抗一関節筋群および両関節に跨る拮抗二関節筋群が、拮
抗筋相互だけでなく、拮抗筋群間においても協調した活
動様式を示すことを明らかにした。

【０００４】このような成果に基づいて人間の運動や動
作の評価技術に関して検討してみると、二関節筋出力の
関与を無視できないことが判った。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、現行のリハ
ビリテーションやスポーツの指導評価、人間特性評価技
術に関する指導的理論、さらには先端的な仮想人間シミ
ュレーションモデルに至るまで、二関節筋出力を考慮し
て構成されたものはなく、従来の筋力評価技術や人間特
性評価技術には、二関節筋出力の影響を評価しようとす
る姿勢すらない。

【０００６】これに対して、発明者等は、上記論文等で
拮抗二関節筋群を有する２関節リンク機構が種々の分野
に応用可能なことを提案している。そして、斯かる応用
をなすためには、２関節リンク機構における系先端での
出力に関与する各拮抗関節筋群の筋力値を特定する必要
がある。しかしながら、このような筋力評価の手法は未
だ提案されていない。

【０００７】それゆえに、この発明の主たる目的は、２
関節リンク機構における機能別実行筋力を評価する、新
規な方法およびシステムを提供することである。この発
明の他の目的は、簡単に２関節リンク機構における機能
別実行筋力を評価することができる、筋力評価方法およ
びシステムを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に従った筋力評
価方法およびシステムは、第１関節と第２関節との間に
第１杆があり、第２関節から第２杆が延び、第２杆の先
端が系先端となり、第１関節，第２関節および系先端を
含む２次元平面内の運動に対して実効を及ぼす第１関節
周りの１対の第１拮抗一関節筋ペア，第２関節周りの１
対の第２拮抗一関節筋ペア，および第１関節および第２
関節に跨る１対の拮抗二関節筋ペアを有する２関節リン
ク機構において、互いに機能の異なる３対６筋のそれぞ
れについて機能別実効筋力を評価するための方法および
システムである。

【０００９】具体的には、この発明では、(a) 系先端に
所定の複数の点の方向に等尺的に最大努力で出力させて
６角形の出力分布図を作成し、(b) ６角形の形成に関わ
る６筋のうち１筋の出力を推定し、そして(c) ６角形の
形成に関わる残りの５筋の出力を計算する。

【００１０】

【作用】系先端に等尺的最大努力で出力させると、第１
杆および第２杆ならびに第１関節および第２関節と一定
の関係を有する６角形の出力分布図が得られる。３対６
筋の１つの出力を推定し、この一定の関係を利用するこ
とによって、残りの５筋の出力を計算する。

【００１１】出力分布図を作成するために、それに先だ
って、測定線図を作成する。測定線図を作成するために
は、第１杆および第２杆の長さならびに第１関節および
第２関節の角度を計測し、適宜縮尺する。そして、この
測定線図を用いて出力分布図を作成するのであるが、具
体的には、系先端における最大出力およびその方向を測
定し、そしてこの測定結果および第１杆および第２杆な
らびに第１関節および第２関節の角度に基づいて出力分
布図を作成する。

【００１２】最大出力およびその方向を測定するため
に、筋電図バイオフィードバック法が利用できる。つま
り、筋電図バイオフィードバック法によって系先端にお
ける伸展方向の第１点およびその方向を記録し、同じく
筋電図バイオフィードバック法によって系先端における
屈曲方向の第２点およびその方向を記録し、第１点およ
び第２点を結ぶ第１の線に直交する第２の線上での最大
努力を測定し、そして第２の線上の第３点および第４点
を記録する。

【００１３】このようにして求めた４点に基づいて、第
１点および第２点を通りかつ第１杆に平行な第１辺およ
び第２辺を求め、第１点および第２点を通りかつ第２杆
に平行な第３辺および第４辺を求め、第１辺と第３辺と
の間の第５辺を求め、そして第２辺と第４辺との間の第
６辺を求める。なお、先に求めた分布図は、必要に応じ
て、たとえば平行移動法等の適宜の手法に従って補正さ
れ、基準６角形が作成される。

【００１４】なお、６筋の内の１筋の出力を推定する場
合、拮抗二関節筋ペアの１つの筋の出力を推定する。具
体的には、その二関節筋の除脂肪断面積を特定すること
によって、推定することができる。そして、その推定し
た出力に基づいて出願分布形成に関わる６筋の関係を利
用して残りの筋の出力を計算する。

【００１５】

【発明の効果】この発明によれば、比較的簡単に、２関
節リンク機構を構成するたとえば３対６筋のそれぞれの
実効筋力が評価できる。したがって、それを人体モデル
に応用して製品設計、さらには仮想人間のシミュレーシ
ョンモデル、そしてリハビリテーションやスポーツの筋
力評価等に非常に有効な情報が得られる。

【００１６】この発明のその他の目的，特徴および利点
は、添付図面に関連して行われる以下の実施例の詳細な
説明から一層明らかとなろう。

【００１７】

【実施例】ここで、この発明の理解を容易にするため
に、この発明に必要な範囲で、この発明の背景となる２
関節リンク機構について説明する。たとえば人間の上肢
ならびに下肢の２関節リンク機構の系先端、すなわち上
肢では手根関節部、下肢では足関節部において発揮され
る出力の制御および出力方向の制御のためには、第１関
節、すなわち上肢では肩関節、下肢では股関節周りの拮
抗一関節筋群、および第２関節、すなわち上肢では肘関
節、下肢では膝関節周りの拮抗一関節筋群、さらに両関
節に跨る拮抗二関節筋群の協調した活動が必要である。
なお、「一関節筋」とは、たとえば人間の上肢でいえ
ば、肩関節における三角筋前部や後部、あるいは肘関節
における上腕筋や上腕三頭筋外側頭、下肢でいえば、股
関節における腸骨筋や大殿筋、あるいは膝関節における
大腿二頭筋短頭や膝窩筋等のように、１つの関節にのみ
作用する筋のことを指す。また、「二関節筋」とは、上
肢でいえば肩関節と肘関節とに跨って作用する上腕二頭
筋や上腕三頭筋長頭、下肢でいえば股関節と膝関節とに
跨って作用する大腿直筋やハムストリングスのように、
２つの関節に跨って作用する筋のことである。ただし、
ハムストリングスは、半健様筋，半膜様筋および大腿二
頭筋長頭の総称である。

【００１８】このような２関節リンク機構において系先
端が３次元自由空間で自由な位置決めを行うに際して、
上肢ならびに下肢の第２関節は、ともにその自由度は
「１」と限定されている。したがって、系先端の出力お
よび出力方向の制御の仕組みを明らかにしようとする場
合、まず、第１関節，第２関節および系先端を含む２次
元平面内で、系先端が３６０度の全方位にわたって出力
するために関与する筋群の活動様式を調べることが必要
になる。

【００１９】上肢、下肢ともに、第１関節ならびに第２
関節の運動に関わる筋群の構成およびその配列は複雑で
ある。しかしながら、第１関節，第２関節および系先端
を含む２次元平面内の運動に対して実効がある筋は、そ
の平面に含まれる筋および筋束である。また、近傍の筋
束のその平面内への分力、さらには近傍の複数筋がその
平面内に及ぼす分力の合力も有効に働き得る。

【００２０】上述のように、一関節筋と二関節筋とは、
機能的に、系先端において発揮される出力への関与の仕
方が異なる。したがって、第１関節，第２関節および系
先端を含む２次元平面内の運動に対して実効を及ぼし得
る筋群を、第１関節周りの１対の拮抗一関節筋ペア，第
２関節周りの１対の拮抗一関節筋ペア，および両関節に
跨る１対の拮抗二関節筋ペアの、合計３対６筋として整
理し代表させることが可能である（図１参照）。図１
（Ａ）は人間の上肢を、図１（Ｂ）は下肢をそれぞれ示
す。

【００２１】この図１に示す３対６筋の拮抗筋群の出力
を「機能別実効筋力」と定義する。これは上肢ならびに
下肢に対して共通する定義である。そして、この発明
は、数１に示すこのような２関節リンク機構の機能別実
行筋力を評価する方法およびシステムに向けられるもの
である。

【００２２】

【数１】（ｆｉ，ｅｉ）ｉ＝１，２，３機能別実効筋力値（ｆｉ，ｅｉ）ｉ＝１，２，３をいか
に算出するかについて、以下説明する。人間を対象と
し、図４に示すような実験姿勢で、等尺的に最大努力で
系先端に３６０度の全方位にわたって出力させてその分
布図を作ると、上肢ならびに下肢ともに、図２に示すよ
うにほぼ６角形を示した。なお、「等尺的」とは、系先
端を変位することなく出力することをいい、「最大努
力」とは可能な最大値を出力することをいう。

【００２３】次に、図１に示すような３対６筋の拮抗筋
群を装備した筋・骨格系機械モデルを構築し、その系先
端に発揮できる最大出力の分布図を理論的数学的に求め
ると、図２に示すようにほぼ６角形を示した。このこと
は、発明者等が３対６筋のアクチュエータを装備したア
ームロボットを作製し、そのアームロボットを用いてロ
ボット工学的に確認できた。図３がアームロボットによ
る最大出力分布を示す。

【００２４】図３に示す最大出力分布図の６角形Ａ−Ｂ
−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ａについては、形状とリンクモデル
の姿勢条件との関係、形状形成に杆よした６筋の出力と
の関係において、次に示すような性質を持っていること
が確かめられた。 (1）図３の辺Ａ−ＢおよびＤ−Ｅは、上腕あるいは大腿
（図３に線分Ｓ−Ｋで示す）に平行である。

【００２５】(2) 図３の辺Ａ−ＦおよびＤ−Ｃは前腕あ
るいは下腿（図３に線分Ｋ−Ｗで示す）に平行である。 (3) 図３の辺Ｂ−ＣおよびＥ−Ｆは第１関節（肩関節あ
るいは股関節）と系先端Ｗとを結ぶ線（図３の線分Ｓ−
Ｗである）に平行である。 (4) 図３の線分Ａ−Ｂおよび線分Ｄ−Ｅはｆ３＋ｅ３に
等しい。

【００２６】(5) 図３の線分Ｂ−Ｃおよび線分Ｅ−Ｆは
ｆ２＋ｅ２に等しい。 (6) 図３の線分Ａ−Ｆおよび線分Ｄ−Ｃはｆ１＋ｅ１に
等しい。 (7) ｆ３は単独にて点Ｗより線分Ｓ−Ｋに平行に点Ｓ方
向に出力できる。 (8) ｅ３は単独にて点Ｗより線分Ｓ−Ｋに平行に点Ｋ方
向に出力できる。 (9) ｆ２は単独にて点Ｗより線分Ｓ−Ｗに平行に点Ｓ方
向に出力できる。

【００２７】(10)ｅ２は単独にて点Ｗより線分Ｓ−Ｗに
平行に点Ｗ方向に出力できる。 (11)ｆ１は単独にて点Ｗより線分Ｋ−Ｗに沿って点Ｋと
反対方向に出力できる。 (12)ｅ１は単独にて点Ｗより線分Ｋ−Ｗに沿って点Ｋ方
向に出力できる。 (13)６角形は上記６筋の出力を協調活動形式で合成した
値によって形成されたものである。

【００２８】したがって、３対６筋のうちの任意の１筋
の最大出力値、あるいはその近似値が判れば、最大出力
分布図の性質から、各実効筋力値の算出が可能となる。
たとえば、上肢上腕部前面は上腕二頭筋で占められ、下
肢大腿部後面はハムストリングスで占められている。し
たがって、それぞれの周囲径から除脂肪横断面積を求
め、出力推定値を算出することが可能である。ともに、
ｆ３（推定値）である。

【００２９】このような機能別実効筋力を測定するため
には、図４に示す測定装置１０を用いる。この測定装置
１０では、上肢ならびに下肢について、ともに系先端の
関節中心軸に、等尺的に最大努力で発揮する出力および
その出力方向を測定できるように工夫している。図４に
示す測定装置１０は、被験者が下肢を伸ばした状態で座
れる座部１２を含む。座部１２はその下の台１４によっ
て床上にしっかりと固定される。座部１２の一端から所
定角度で背もたれ１６が斜め後方に伸び、被験者はその
背中が背もたれ１６に当った状態でベルト１８によって
固定される。つまり、被験者は、測定中その上体が動か
ないように、背もたれ１６に固定される。ただし、背も
たれ１６には、角度調整機構が設けられ、それによって
被験者の体格の違いに対処し、さらには測定姿勢の変更
を可能にすることも考えられる。

【００３０】座部１２の上方でかつ背もたれ１６の前方
には、センサ取り付け台２０が配置される。このセンサ
取り付け台２０は、被験者の上肢を載せられるようにな
っていて、図５に示すような、センサ部２２が設けられ
ている。なお、座部１２の前方部にも同様に、センサ部
２２が設けられる。このセンサ取り付け台２０にもまた
変位機構が設けられ、それによって被験者の体格の違い
に対処し、さらには測定姿勢の変更を可能にするように
してもよい。したがって、センサ取り付け台２０は、上
下に移動可能に構成される。また、センサ部２２も同様
の目的で、可動構造を採用する。センサ取り付け台２０
が上下に可動である場合、センサ部２２は前後に可動と
すればよい。さらには、座部１２に設けられるセンサ部
２２についても同様である。この場合、座部１２を上下
可動に構成することも考えられる。

【００３１】図５に示すセンサ部２２は、系先端、上肢
であれば手根関節部、下肢であれば足関節部を受け入れ
る受容部２４を有し、この受容部２４の両側面には外方
に延びるシャフト２６が取り付けられている。シャフト
２６の周囲には圧力センサ２８が配置され、その圧力セ
ンサ２８は固定具３０に固定され，固定具３０を介して
センサ取り付け台２０および座部１２に固定されてい
る。したがって、被験者が上肢または下肢先端に等尺的
に最大努力を発揮できる。そして、被験者の系先端での
出力が圧力センサ２８によって検出される。

【００３２】図示しないが、圧力センサ２８の出力は、
電気信号（アナログ信号またはディジタル信号）とし
て、コンピュータに入力される。コンピュータ（図示せ
ず）は、圧力センサ２８からのデータを取り込んで、後
述のフロー図に従って、先に述べた、機能別実効筋力値
を算出する。なお、この測定装置１０に付随して、筋電
図計が用いられる場合には、筋電位等のデータもまたコ
ンピュータに入力され、処理される。

【００３３】図４に示す測定装置１０に被験者が載り、
上述のように、測定中被験者の姿勢が変化せぬよう上体
を固定する。そして、上肢ならびに下肢について、第１
関節角度（図３：θ１）および第２関節角度（図３：θ
２）を被験者の姿勢や体格あるいは測定目的に応じて適
宜設定する。機能別実効筋力値を算出する手順は、図６
に示すように、ステップＳ１で２関節リンク機構の測定
線図（図７（Ａ））を作成し、ステップＳ２で系先端で
の最大出力とその方向を測定し、ステップＳ３で出力分
布図（図７（Ｅ））を作成し、最後に、ステップＳ４で
図１２に示すように機能別実効筋力値を算出する。

【００３４】ここで、図８を参照して、上記ステップＳ
１の線図作成について詳細に説明する。図８の最初のス
テップＳ１１では、図３に示す線分Ｓ−Ｋを計測する。
線分Ｓ−Ｋは、上肢では上腕長、下肢では大腿長に相当
する。ついで、ステップＳ１２では、線分Ｋ−Ｗを計測
する。（線分Ｋ−Ｗは、上肢では前腕長、下肢では下腿
長に相当する。そして、ステップＳ１３およびＳ１４に
おいて、上肢では肩関節角度、下肢では股関節角度（θ
１）、および上肢では肘関節外角角度、下肢では膝関節
外角角度（θ２）を計測する。最後に、このようなそれ
ぞれの計測結果に基づき、適当に縮尺して、図７（Ａ）
のような上肢あるいは下肢の二関節リンク機構測定線図
を作成する。

【００３５】なお、各線分や角度は、測定者が手動的に
計測するようにしてもよいが、図４に示す測定装置１０
にこれらの要素を自動的に計測できる手段、たとえば光
学的装置を別途設け、その光学的装置の出力をコンピュ
ータによって処理することによって計測するようにして
もよい。ついで、図９に示すフロー図に従って、測定装
置１０およびコンピュータ（図示せず）によって、系先
端における最大出力とその方向を測定する。まず、ステ
ップＳ２１において、伸展方向の点Ａ（図７（Ｂ））に
ついて、最大出力および方向を記録する。具体的には、
このステップＳ２１では、筋電図バイオフィードバック
法により、上肢では上腕二頭筋筋腹中央部からの筋放電
が消え、上腕三頭筋長頭からの放電が最大になる方向、
下肢では内側ハムストリングスからの放電が消え、大腿
直筋からの放電が最大になる方向の出力とその方向を記
録する。

【００３６】ついで、ステップＳ２２で、図７（Ｄ）に
示す屈曲方向の点Ｄの最大出力および方向を記録する。
具体的には、同じく筋電図バイオフィードバック法によ
り、上肢では上腕二頭筋筋腹中央部からの放電が最大と
なり、上腕三頭筋長頭からの放電が消える方向、下肢で
は内側ハムストリングスからの放電が最大となり、大腿
直筋からの放電が消える方向の出力とその方向を記録す
る。

【００３７】そして、ステップＳ２３において、図７
（Ｃ）に示すように、図７（Ｂ）の線分Ａ−Ｄに直交す
る方向に最大努力出力を測定する。このとき、第２関節
の屈曲内側方向の出力値をＣ′、外側方向の出力値を
Ｅ′とする。最後に、ステップＳ２４において、図７
（Ｄ）に示す各点Ａ，Ｃ′，Ｄ，Ｅ′を記入する。そし
て、図１０のフロー図に従って、コンピュータによっ
て、図７（Ｅ）に示す出力分布図を描く。ただし、上
肢、下肢ともに手順は同様であるので、上肢の場合につ
いて述べ、下肢の場合は括弧内に示す。

【００３８】ステップＳ３１で、それぞれが先に求めた
点ＡおよびＤを通り、かつ上腕（大腿）すなわち線分Ｓ
−Ｋに平行な２つの線を引く。これらの線分をそれぞれ
仮にＡ−ＢおよびＤ−Ｅとする。ステップＳ３２では、
それぞれが先に求めた点ＡおよびＤを通り、かつ前腕
（下腿）すなわち線分Ｋ−Ｗに平行な２つの線を引く。
これらの線分をそれぞれ仮にＡ−ＦおよびＤ−Ｃとす
る。

【００３９】ついで、ステップＳ３３において、点Ｃ′
を通り、かつ第１関節と系先端とを結ぶ線Ｓ−Ｗに平行
な線を引き、その線と線分Ａ−Ｂとの交点を点Ｂとし、
その線が線分Ｄ−Ｃと交わる点を点Ｃとする。同様にし
て、ステップＳ３４では、点Ｅ′を通り、かつ第１関節
と系先端を結ぶ線Ｓ−Ｗに平行な線を引き、その線が線
分Ａ−Ｆと交わる点を点Ｆ、線分Ｄ−Ｅと交わる点を点
Ｅとする。

【００４０】このようにして、図７（Ｅ）に示す六角形
Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ａで表される上肢（下肢）出
力分布図が描画できる。よく知られているように、人間
の筋出力は、最大努力で出力しても１００パーセントは
出せない。よくトレーニングされた人間でも生理学的限
界の約８０パーセント前後であるといわれている。ま
た、毎回全く同一活動レベルで出力させることもまた極
めて難しい。

【００４１】したがって、図７（Ｅ）に得られた出力分
布図においても、出力に関与した筋群の活動レベルは大
なり小なり異なっていたことが当然予想される。そこ
で、図１１および図１２に示す算出手順を適用する前段
階として、出力分布図の先に挙げた(1) - (6) を満たす
ように、たとえば平均化処理等の適宜の方法で補正する
必要がある。

【００４２】この実施例では、平行移動法を利用した。
すなわち、図７（Ｆ）- 図７（Ｈ）に示すように、出力
分布図の各実測点を通る６角形の互いに向かい合う辺の
長さが等しくなるように平均値をとり、平均化基準６角
形とする。なお、このような補正のためには、他の適当
な方法が利用されてもよい。図１１に示すフロー図の最
初のステップＳ４１では、まず、数１におけるｆ３を推
定する。このｆ３は、上肢では上腕二頭筋によって、ま
た下肢ではハムストリングスによって得られる出力であ
る。したがって、このステップＳ４１では、上腕二頭筋
またはハムストリングスの除脂肪横断面積を周囲径から
求め、一般的係数値を乗じて、各筋の出力推定値ｆ３を
算出する。この出力値ｆ３は、図１２上で、単独で、点
Ｗから線分Ｓ- Ｋに平行に点Ｓ方向に出力できるので、
まず、点Ｗからｆ３を記入する。

【００４３】次に、ｆ３の先端から線分Ｋ- Ｗに平行線
を引き、それが線分Ｂ- Ｃと交わる点でｆ２およびｅ２
を算出する（ステップＳ４２）。同時に、ｆ３の先端か
ら線分Ｓ- Ｗに平行線を引き、それが線分Ｃ- Ｄと交わ
る点でｆ１およびｅ１を算出する（ステップＳ４２）。
そして、各出力ｆ１，ｅ１，ｆ２およびｅ２を点Ｗから
の出力値として記入する。

【００４４】ステップＳ４３では、各出力の頂点から線
分Ｓ−Ｋ，Ｓ−ＷおよびＫ- Ｗに平行線を引き、それら
の平行線が線分Ａ- ＢまたはＤ- Ｅと交わる点からｅ３
が算出できる。一例として、ｆ１の頂点から線分Ｓ- Ｗ
に平行線を引き、それが線分Ａ- Ｂと交わる点からｅ３
が求められる。このｅ3 は、ｆ３とともに線分Ａ- Ｂに
含まれるので、ここで、ｆ３が計算できる。

【００４５】ステップＳ４４では、計算したｆ３と先に
ステップＳ４１で推定したｆ３とを比較することによっ
て、各出力値が最適近似されているかどうか判断する。
このステップＳ４４で”ＮＯ”が判断されると、次のス
テップＳ４５において、たとえば２つのｆ３の差に基づ
いてｆ３を修正する。そして、ステップＳ４２に戻り、
ステップＳ４２からＳ４４を繰り返し実行する。

【００４６】このようにして、６角形出力分布実測図を
最適近似して再現できる（ｆｉ，ｅｉ）ｉ＝１，２，３
の値を求め、この値を機能別実効筋力値として確定す
る。なお、ステップＳ４３以降の算出手順については、
出力分布図形の性質を利用して幾通りか考えられる。図
１１および図１２に示したものは妥当な一例である。い
ずれの方法を採っても、ｆ３推定値を修正し、算出手順
を繰り返しながら出力分布実測図を最適近似して再現で
きる（ｆｉ，ｅｉ）ｉ＝１，２，３を求める手続きは必
要である。

【００４７】また、図１１実施例では、推定出力値ｆ３
を仮の基準として算出手続きを進めているが、再現した
出力分布図が実測図に充分近似しておれば、機能別実効
筋力値として有効である。このようにして拮抗二関節筋
を含む２関節リンク機構の機能別実効筋力値を求めるこ
とができると、それを人体モデルに応用して製品設計等
に成果が期待できる。さらには、仮想人間のシミュレー
ションモデルに二関節筋出力も含めた機能別実効筋力を
導入することによって、初めて、より人間に近いモデル
を構築することができる。また、リハビリテーションや
スポーツの筋力評価、トレーニング指導評価等に、従来
に比べて信頼性の高い情報や資料が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の背景となる２関節リンク機構の一例
を示す図解図であり、図１（Ａ）は人間の上肢を、図１
（Ｂ）は人間の下肢をそれぞれ示す。

【図２】２関節リンク機構の系先端に発揮できる最大出
力の理論的数学的分布図である。

【図３】アームロボットによって系先端に発揮される最
大出力の分布図である。

【図４】この発明に用いられる測定装置の一例を示す図
解図であり、図４（Ａ）が正面図を、図４（Ｂ）が平面
図を、図４（Ｃ）が右側面図をそれぞれ示す。

【図５】図４測定装置に用いられるセンサ部の一例を示
す図解図である。

【図６】この発明の一実施例の動作を示すメインフロー
図である。

【図７】図６フロー図に従って機能別実効筋力値を求め
る手順を示す図解図であり、図７（Ａ）は２関節リンク
機構の測定線図の作成を示し、図７（Ｂ）は伸展方向の
点ならびに屈曲方向の点の記録を示し、図７（Ｃ）は線
分Ａ- Ｄに直交する２点の記録を示し、図７（Ｄ）は他
の点の記録を示し、図７（Ｅ）は出力分布図を示し、図
７（Ｆ）−図７（Ｈ）は平行移動法に従った補正方法を
示す。

【図８】図７（Ａ）の測定線図を作成する動作を示すフ
ロー図である。

【図９】最大出力およびその方向を測定する動作を示す
フロー図である。

【図１０】図７（Ｃ）および図７（Ｅ）に示す出力分布
図を作成する動作を示すフロー図である。

【図１１】機能別実効筋力値を求める動作を示すフロー
図である。

【図１２】機能別実行筋力値を求める図１１の動作を示
す図解図である。

【符号の説明】

１０ …測定装置２２ …センサ部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１関節と第２関節との間に第１杆があ
り、前記第２関節から第２杆が延び、前記第２杆の先端
が系先端となり、前記第１関節，前記第２関節および前
記系先端を含む２次元平面内の運動に対して実効を及ぼ
す前記第１関節周りの１対の第１拮抗一関節筋ペア，前
記第２関節周りの１対の第２拮抗一関節筋ペア，および
前記第１関節および前記第２関節に跨る１対の拮抗二関
節筋ペアを有する２関節リンク機構において、互いに機
能の異なる３対６筋のそれぞれについて機能別実効筋力
を評価するための方法であって、 (a) 前記系先端に所定の複数の点の方向に等尺的に最大
努力で出力させて６角形の出力分布図を作成し、 (b) 前記６角形の形成に関わる前記６筋のうち１筋の出
力を推定し、そして (c) 前記６角形の形成に関わる残りの５筋の出力を計算
する、筋力評価方法。
【請求項２】前記ステップ(a) は、(d) 前記系先端にお
ける最大出力およびその方向を測定し、そして(e) 前記
ステップ(d) の測定結果および前記第１杆および前記第
２杆ならびに前記第１関節および前記第２関節の角度に
基づいて出力分布図を作成する、請求項１記載の筋力評
価方法。
【請求項３】前記ステップ(a) は、さらに、(f) 前記ス
テップ(d) で求めた出力分布図を補正して基準６角形を
作成する、請求項２記載の筋力評価方法。
【請求項４】前記ステップ(f) では平均化法によって補
正する、請求項３記載の筋力評価方法。
【請求項５】前記ステップ(d) は、(d1)筋電図バイオフ
ィードバック法によって前記系先端における伸展方向の
第１点およびその方向を記録し、(d2)筋電図バイオフィ
ードバック法によって前記系先端における屈曲方向の第
２点およびその方向を記録し、(d3)前記第１点および前
記第２点を結ぶ第１の線に直交する第２の線上での最大
努力を測定し、そして(d4)前記第２の線上の第３点およ
び第４点を記録する、請求項２ないし４のいずれかに記
載の筋力評価方法。
【請求項６】前記ステップ(e) は、(e1)前記第１点およ
び前記第２点を通りかつ前記第１杆に平行な第１辺およ
び第２辺を求め、(e2)前記第１点および前記第２点を通
りかつ前記第２杆に平行な第３辺および第４辺を求め、
(e3)前記第１辺と前記第３辺との間の第５辺を求め、そ
して(e4)前記第２辺と前記第４辺との間の第６辺を求め
る、請求項５記載の筋力評価方法。
【請求項７】前記ステップ(b) は前記拮抗二関節筋ペア
の１つの筋の出力を推定する、請求項１ないし６のいず
れかに記載の筋力評価方法。
【請求項８】前記ステップ(c) は前記ステップ(b) で推
定した出力に基づいて前記拮抗二関節筋ペアの他の１つ
の筋の出力を計算する、請求項７記載の筋力評価方法。
【請求項９】さらに、(g) 前記ステップ(b) および(c)
を実行して得られた機能別実効筋力値が妥当かどうか検
証する、請求項７または８記載の筋力評価方法。
【請求項１０】さらに、前記ステップ(g) で妥当でない
とき、(h) 前記ステップ(b) で推定した出力を修正して
前記ステップ(c) を実行する、請求項９記載の筋力評価
方法。
【請求項１１】第１関節と第２関節との間に第１杆があ
り、前記第２関節から第２杆が延び、前記第２杆の先端
が系先端となり、前記第１関節，前記第２関節および前
記系先端を含む２次元平面内の運動に対して実効を及ぼ
す前記第１関節周りの１対の第１拮抗一関節筋ペア，前
記第２関節周りの１対の第２拮抗一関節筋ペア，および
前記第１関節および前記第２関節に跨る１対の拮抗二関
節筋ペアを有する２関節リンク機構において、互いに機
能の異なる３対６筋のそれぞれについて機能別実効筋力
を評価するためのシステムであって、前記系先端に所定の複数の点の方向に等尺的に最大努力
で出力させて６角形の出力分布図を作成する分布図作成
手段、前記６角形の形成に関わる前記６筋のうち１筋の出力を
推定する推定手段、および前記６角形の形成に関わる残
りの５筋の出力を計算する計算手段を備える、筋力評価
システム。