JP2001029485A - Electrostimulation device, device for presenting tactile sensation of force using electric stimulus and method for controlling the same - Google Patents

Electrostimulation device, device for presenting tactile sensation of force using electric stimulus and method for controlling the same

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JP2001029485A
JP2001029485A JP20188399A JP20188399A JP2001029485A JP 2001029485 A JP2001029485 A JP 2001029485A JP 20188399 A JP20188399 A JP 20188399A JP 20188399 A JP20188399 A JP 20188399A JP 2001029485 A JP2001029485 A JP 2001029485A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To present a tactile sensation of force to a subject by use of interfering-wave electric stimuli. SOLUTION: In this electrostimulation device 1 having an effector for imparting functional electric stimuli to surface muscles and the skin, the effector 1a is provided with an electrode part 1ad comprising a group of electrodes used in contact with the skin surface. The electrostimulation device is provided with an electric stimulus generating part 1b for imparting interfering-wave electric stimuli to a subject by supplying electric signals of electric stimuli of different frequencies to the group of electrodes, and a control means 1d which constructs a database showing the configuration of human bones and muscles related to the subject and which selects the electrode to which the electric stimulus signal should be supplied, from among the group of electrodes, according to the database.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、筋肉への電気刺激
を利用した医療用治療装置、あるいは筋肉への電気刺激
を利用して力覚や触覚の呈示を実現する力触覚呈示装置
及びこれらの装置の制御方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a medical treatment device utilizing electrical stimulation of muscles, a force / tactile presentation device for realizing presentation of force and tactile sense by utilizing electrical stimulation of muscles, and a device for providing them. The present invention relates to an apparatus control method.

【0002】[0002]

【従来の技術】医療分野では、電気刺激やEMG(El
ectro MyoGram:筋電図=筋線維の興奮時
に筋細胞膜電位が一過性に変化する際の当該膜電位を記
録したもの)フィードバックによる電気刺激を対象者に
与えることで、筋萎縮を緩和する療法が知られており、
例えば、干渉波治療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。
2. Description of the Related Art In the medical field, electrical stimulation and EMG (El
electro MyoGram: electromyogram = a recording of the membrane potential when the muscle cell membrane potential changes transiently when muscle fibers are excited.) Therapy to alleviate muscle atrophy by giving electrical stimulation to the subject by feedback to the subject Is known,
For example, in an interference wave treatment device, a method is used in which a desired position in a muscle is specified, and electrical stimulation by an interference wave is given through an effector attached to only one position.

【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、
微小世界等)における力触覚(力覚と触覚)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イスとして、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。
In addition, virtual reality (virtual reality)
In fields such as telecommunications and remote reality (tele reality), virtual space (or virtual world) created by computers
Remote world (or remote environment,
A force-tactile presentation device using a force-tactile glove or the like as a man-machine interface for allowing the user to feel a force-tactile sensation (force and tactile sensation) and a temperature sensation in a minute world. Are known. This device creates a virtual reality that is perceived mainly by sight and hearing,
It is introduced to expand to a mechanical sensation (force tactile sensation) or to give a sense of realism to the operation sensation in the remote world. It acts on the arms and the like.

【0004】ところで、皮膚表面や筋肉への電気刺激に
ついては「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」(Functional El
ectric Stimulation、略してFE
S」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。
[0004] As for electrical stimulation of the skin surface and muscles, the use of "functional electrical stimulation" has been proposed.
In addition, "functional electrical stimulation" (Functional El)
electric Stimulation, FE for short
"S" means an electrical stimulation method that seeks to assist or control biological functions based on a clear sense of purpose and understanding of the mechanism of action. It is used to move paralyzed limbs by applying electrical stimulation to peripheral nerves and muscles.

【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点に着目して、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。
[0005] To briefly explain the principle of FES,
Focusing on the fact that muscles contract by receiving motor commands from the brain as electrical signals in the motor nerves, try to contract the muscles by applying electric potential to the motor nerves by electrical stimulation instead of electrical signals from the brain. Is what you do.

【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。
[0006] In the FES, when controlling contraction of muscles, there are a case where electric stimulation is directly applied to the muscle and a case where electric stimulation is applied to nerve bundles that control the muscle. There are different forms. One of them is the "centrifugal FE
S ", which stimulates motor nerve fibers in the nerve bundle to directly contract the muscles under its control to reconstruct the target function, and the other is" afferent FE
S "means that by stimulating afferent nerve fibers in the same nerve bundle, the co-muscle of the muscle contracts at the same time, and useful control can be performed by itself.

【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。
[0007] For example, when the common peroneal nerve is strongly stimulated, dorsiflexion of the ankle joint is caused by the efferent FES, and at the same time, a flexion reaction of the hip joint and the knee joint occurs. This is due to the fact that bending reflex was caused by stimulating the stimulus.

【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
いる。
[0008] Regarding the method of applying electrical stimulation to muscles, the "surface electrode method", the "percutaneous electrode method", and the "implanted electrode method" are known from the differences in the way electrodes are attached to the living body.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の装置
にあっては、医療分野における筋萎縮の緩和を目的とし
た構成を有しているため、表層の筋肉や皮膚の一部を特
定して対象者に疑似的な圧力の感覚を与えることが難し
いという問題がある。
By the way, since the conventional device has a configuration for alleviating muscle atrophy in the medical field, a part of the surface muscles and skin is specified. There is a problem that it is difficult to give a subject a sense of pseudo pressure.

【0010】そこで、本発明は、干渉波電気刺激を用い
て対象者に力触覚を呈示することを課題とする。
[0010] Therefore, an object of the present invention is to present a force tactile sensation to a subject using interference wave electrical stimulation.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明に係る電気刺激装
置は上記した課題を解決するために、下記に示す構成要
素を具備したものである。
The electric stimulator according to the present invention has the following components to solve the above-mentioned problems.

【0012】・表層の筋肉や皮膚に対して電気刺激を与
えるための効果器(皮膚表面に接触して使用される電極
群からなる電極部を備えている。)。
An effector (provided with an electrode portion comprising an electrode group used in contact with the skin surface) for applying electrical stimulation to muscles and skin on the surface layer.

【0013】・電極群に対して各電極又は電極対のそれ
ぞれに周波数の異なる電気刺激信号を供給することによ
って対象者に干渉波電気刺激を付与するための電気刺激
発生部。
An electrical stimulation generator for applying an interference electrical stimulation to a subject by supplying an electrical stimulation signal having a different frequency to each electrode or each electrode pair to the electrode group.

【0014】・対象者に係る人体の骨や筋肉の配置を示
すデータベースを構築するとともに、当該データベース
に基づいて電極群のうち電気刺激信号を供給すべき電極
を選択する制御手段。
Control means for constructing a database showing the arrangement of bones and muscles of the human body relating to the subject, and selecting an electrode to be supplied with an electrical stimulation signal from the electrode group based on the database.

【0015】従って、本発明によれば、対象者の人体構
造に係るデータベースを予め構築しておき、装置の使用
時には、電気刺激のための効果器を対象者に装着させる
ことで電極群を皮膚表面に接触させた後、データベース
から得られる対象者の筋肉配置の情報に基づいて電極群
のうち電気刺激信号を供給すべき電極を選択して干渉波
電気刺激を付与することができる。
Therefore, according to the present invention, a database relating to the human body structure of the subject is constructed in advance, and when the apparatus is used, the effector for electrical stimulation is attached to the subject so that the electrode group is placed on the skin. After the contact with the surface, an electrode to which an electrical stimulation signal is to be supplied can be selected from the electrode group based on information on the muscle arrangement of the subject obtained from the database, and the interference wave electrical stimulation can be applied.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明に係る電気刺激装置は、筋
肉に対して電気刺激を与えるための効果器を備えてお
り、例えば、医療用干渉波治療器や筋麻痺疾患者の簡易
的パワーアシスト、あるいはバーチャルリアリティやテ
レリアリティにおける力触覚呈示装置等への適用が可能
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The electric stimulator according to the present invention is provided with an effector for applying electric stimulus to muscles, for example, a medical interference wave treatment device or a simple power supply for a person with muscle paralysis. The present invention can be applied to assist or a force / tactile presentation device in virtual reality or tele reality.

【0017】図1は装置の基本構成を示したものであ
り、電気刺激装置1は、効果器1a、電気刺激発生部1
b、形状認識部1c、制御手段1dを備えている。
FIG. 1 shows a basic configuration of the apparatus. An electric stimulator 1 comprises an effector 1a and an electric stimulus generator 1.
b, a shape recognition unit 1c, and a control unit 1d.

【0018】効果器1aは、皮膚表面に接触して使用さ
れる電極群からなる電極部1adと、皮膚表面の形状及
び形状変化を示す情報を取得する形状情報取得部1as
とを備えている。例えば、電極部1adについては、後
述するように、可撓性に富んだ電気絶縁材料で形成され
たシート状基材に多数の電極を配置した構成を用いるこ
とができる。また、形状情報取得部1asにおける情報
取得の方法については、光学的な方法や圧力検出による
方法が挙げられる。
The effector 1a includes an electrode unit 1ad composed of an electrode group used in contact with the skin surface, and a shape information obtaining unit 1as for obtaining information indicating the shape and shape change of the skin surface.
And For example, for the electrode portion 1ad, as described later, a configuration in which a large number of electrodes are arranged on a sheet-like base material formed of a highly flexible electric insulating material can be used. In addition, as a method of acquiring information in the shape information acquiring unit 1as, an optical method or a method by pressure detection is used.

【0019】前者の方法には、ステレオ(式)カメラや
レンジファインダーを使った方法や、CCDカメラ等の
撮像手段を用いた流し撮りによる方法等が挙げられる。
例えば、2台のステレオカメラを使用した形状認識方法
においては、撮影対象を、異なる視線方向をもって配置
した基準カメラ及び検出カメラによって撮影(動画又は
静止画撮影)し、両カメラ間の視差に応じた撮影画像か
ら対象の形状を算出することができ、エピポラーライン
(Epipolar Line)を用いたエリアベース
マッチング法等が知られている。また、レンジファイン
ダーでは、例えば、レーザー照射によって得られるスリ
ット光をガルバノミラーで反射させるとともに、その反
射方向を徐々に変化させて対象者への光走査を行い、そ
のときの反射光を受光手段(例えば、シリコンレンジフ
ァインダ用検出チップ等)で読み取ることで形状情報を
取得している。
The former method includes a method using a stereo (type) camera and a range finder, and a method using a panning shot using an image pickup means such as a CCD camera.
For example, in a shape recognition method using two stereo cameras, an object to be photographed is photographed (moving image or still image photographing) by a reference camera and a detection camera arranged with different line-of-sight directions, and according to the parallax between the two cameras. An object-based shape can be calculated from a captured image, and an area-based matching method using an epipolar line is known. In the range finder, for example, slit light obtained by laser irradiation is reflected by a galvanomirror, and the direction of reflection is gradually changed to perform light scanning on the subject. For example, the shape information is obtained by reading with a detection chip for a silicon range finder.

【0020】いずれにしても対象からの反射光や画像情
報を形状の1次情報として取得してその後の画像処理等
によって形状認識を行う必要があり、また、電極部とは
別個の装置として設置する必要があるため、皮膚表面お
ける圧力の検出を利用した方法が好ましい。
In any case, it is necessary to acquire the reflected light and image information from the object as primary information of the shape and perform shape recognition by subsequent image processing and the like. Therefore, a method utilizing the detection of pressure on the skin surface is preferable.

【0021】即ち、人体の皮膚表面のように滑らかな曲
面を有する形状、例えば、人体表面における筋肉の隆起
に伴う形状や形状変化等についてのデータを取得したい
場合には、下記の(1)乃至(3)に示す手順で形状認
識を行えば良い。
That is, when it is desired to acquire data on a shape having a smooth curved surface like the skin surface of a human body, for example, a shape or a shape change accompanying a bulge of a muscle on the human body surface, the following (1) to (1) What is necessary is just to perform shape recognition by the procedure shown in (3).

【0022】(1)対象者の体に巻き付け又は装着して
その皮膚表面における圧力を検出する圧力検出手段を用
意する (2)圧力検出手段によって得られる検出情報と表面形
状との関係を予め取得しておいて、これらをデータテー
ブル又は関数式として記憶手段に格納する (3)対象者に巻き付け又は装着した圧力検出手段から
の検出情報を受けて、当該情報に対応する表面形状デー
タを記憶手段からの情報に基づいて形状データを算出す
る。
(1) Prepare pressure detecting means for wrapping around or wearing the subject's body to detect the pressure on the skin surface. (2) Obtain the relationship between the detection information obtained by the pressure detecting means and the surface shape in advance. Then, these are stored in the storage means as a data table or a function expression. (3) Upon receiving the detection information from the pressure detection means wound or attached to the subject, the surface shape data corresponding to the information is stored in the storage means. The shape data is calculated based on the information from.

【0023】このように対象物の表面における圧力を検
出するとともに、圧力検出情報と表面形状との関係を予
め取得してこれらをデータテーブル又は関数式として記
憶・学習させておき、実際の形状認識を行う際には、記
憶・学習済の情報を参照することで形状データを求める
ことができる。尚、後述するように、圧力検出手段を、
上記した電極部と同様にシート状基材の上に形成する方
法を用いると、電極部に対して容易に圧力検出部(その
構成例については後述する。)を付設することができる
という利点がある。また、圧力検出に加えて皮膚表面の
温度の検出部を付設すると、例えば、筋肉の発熱状態か
らその運動状態に関する手掛りがさらに得られるので有
用である。
As described above, the pressure on the surface of the object is detected, and the relationship between the pressure detection information and the surface shape is acquired in advance, and these are stored and learned as a data table or a function expression, and the actual shape recognition is performed. Is performed, the shape data can be obtained by referring to the stored and learned information. In addition, as described later, the pressure detecting means
When a method of forming on a sheet-like base material is used in the same manner as the above-mentioned electrode portion, there is an advantage that a pressure detecting portion (the configuration example thereof will be described later) can be easily attached to the electrode portion. is there. In addition, it is useful to provide a detection unit for detecting the temperature of the skin surface in addition to the pressure detection, because, for example, a clue regarding the exercise state can be further obtained from the heat generation state of the muscle.

【0024】電気刺激発生部1bは、電極部を構成する
電極群に対して低周波電気刺激や干渉波電気刺激のため
の電気信号を供給するものである。尚、「低周波電気刺
激」については、主に表面の筋肉に対して使用される。
例えば、生体に電流を流すことで治療効果を得る際に用
いられており、骨折治癒や創傷治癒の促進、排尿等の自
律神経系機能や、横隔神経刺激による呼吸ペーシング等
の呼吸機能、心臓ペーシング等の循環器系機能への応用
が行われている。
The electric stimulus generator 1b supplies an electric signal for low-frequency electric stimulus or interference wave electric stimulus to the electrode group constituting the electrode section. The “low frequency electrical stimulation” is mainly used for muscles on the surface.
For example, it is used to obtain a therapeutic effect by passing an electric current through a living body, and promotes healing of fractures and wounds, autonomic nervous system functions such as urination, respiratory functions such as respiration pacing by phrenic nerve stimulation, and heart. Applications to circulatory system functions such as pacing have been made.

【0025】また、「干渉波電気刺激」は、上記電極群
に対して周波数の異なる電気刺激信号を供給することで
実現され、主に内部の筋肉への刺激や、ファントム・セ
ンセーション(Phantom Sensation)
を利用した皮膚表面への擬似的な刺激の付与に使用され
る。尚、「Phantom Sensation」と
は、複数(例えば、2つ)の振動子を皮膚の異なる場所
に設置して、各振動子に同一周波数帯の刺激を同時に与
えた場合に、振動子間における皮膚表面の中央が振動刺
激されるような錯覚を感じたり、ある振動子に関して対
をなす他の振動子の周波数を時間的に変化させると、そ
の振動刺激の位置が2つの振動子間を移動しているかの
如き感覚が得られる現象をいう。本発明では、これを電
極群を通した生体への電気刺激によって実現すること
で、対象者に力覚を呈示するのに用いている。
The "interference wave electric stimulation" is realized by supplying electric stimulation signals having different frequencies to the electrode group, and mainly stimulates internal muscles and phantom sensation (Phantom Sensation).
It is used to give a pseudo stimulus to the skin surface using In addition, “Phantom Sensation” means that when a plurality of (for example, two) vibrators are installed at different places on the skin and stimulations of the same frequency band are simultaneously applied to each vibrator, the skin between the vibrators is generated. If you feel the illusion that the center of the surface is stimulated by vibration, or if you change the frequency of another vibrator that makes a pair with one vibrator over time, the position of the vibratory stimulus moves between the two vibrators. It is a phenomenon that gives a sense of feeling as if you are. In the present invention, this is achieved by presenting a force sensation to the subject by realizing this by electrical stimulation of the living body through the electrode group.

【0026】電気刺激発生部1bによって電極部1ad
に供給される電気信号については、刺激付与の対象とな
る筋肉毎に分けて制御するのが好ましく、また、各筋肉
について複数チャンネルの刺激パターンの設定が可能で
あって、かつ、各チャンネルに対する同期制御を行える
ようにすることが好ましい。
The electrode section 1ad is generated by the electric stimulus generation section 1b.
It is preferable that the electric signal supplied to each of the muscles is controlled separately for each of the muscles to be applied with a stimulus, and that a stimulation pattern of a plurality of channels can be set for each muscle, and that synchronization with each channel can be performed. It is preferable that control can be performed.

【0027】形状認識部1cは、形状情報取得部1as
によって得られた情報から皮膚表面の形状を認識するた
めに設けられており、その認識結果は制御手段1dに送
出される。例えば、形状認識部1cは、対象者に巻き付
けられ又は装着された圧力検出手段からの検出情報を受
けて、当該情報に対応する表面形状データを算出する。
つまり、表面圧Pと形状S(面の法線方向における位置
変化)との間の数値的関係(これを関数式「S=F
(P)」で表す。)が、ある自由曲線(スプライン曲線
やベヂエ曲線等)を用いて近似できる場合に、当該自由
曲線を特定するために必要な情報を予め記憶手段に格納
しておけば、ある特定位置での表面圧がP=Paであっ
たときに、「S=Sa=F(Pa)」として形状データ
を算出することができる。尚、関数式の代わりに関数関
係をデータテーブルとしてデータベース化しておいて圧
力検出後にデータ参照を行う方法等、既知の参照方法や
補間方法を用いることができることは勿論である。
The shape recognizing unit 1c includes a shape information obtaining unit 1as.
It is provided for recognizing the shape of the skin surface from the information obtained by the above, and the recognition result is sent to the control means 1d. For example, the shape recognizing unit 1c receives detection information from the pressure detecting means wound or attached to the subject, and calculates surface shape data corresponding to the information.
In other words, a numerical relationship between the surface pressure P and the shape S (position change in the normal direction of the surface) (this is expressed by a functional expression “S = F
(P) ". ) Can be approximated using a certain free curve (a spline curve, a Bezier curve, etc.), and if information necessary for specifying the free curve is stored in advance in the storage means, the surface at a certain specific position can be obtained. When the pressure is P = Pa, the shape data can be calculated as “S = Sa = F (Pa)”. It is needless to say that a known reference method or an interpolation method such as a method in which a functional relationship is stored in a database as a data table instead of the function expression and the data is referred after the pressure is detected can be used.

【0028】コンピュータ等の計算機により実現される
制御手段1dは、対象者に係る人体の筋肉配置を示すデ
ータベース(後述する。)を構築するとともに、当該筋
肉配置の情報と、形状認識部1cからの筋肉の形状や形
状変化の認識結果に基づいて電極群のうち電気刺激信号
を供給すべき電極を選択した後、当該電極に対して電気
刺激信号を供給するように電気刺激発生部1bに制御信
号を送出する。
The control means 1d realized by a computer such as a computer constructs a database (described later) indicating the muscle arrangement of the human body relating to the subject, and also stores information on the muscle arrangement and the information from the shape recognition unit 1c. After selecting an electrode to which an electrical stimulation signal is to be supplied from the electrode group based on the recognition result of the muscle shape or shape change, the control signal is sent to the electrical stimulation generating unit 1b so as to supply the electrical stimulation signal to the electrode. Is sent.

【0029】尚、図1では、制御手段1dが、制御部1
dsと入出力(I/O)制御部1dtとを備えており、
入出力制御部1dtから入出力(I/O)選択処理部1
eに送出される信号によって、電極部1adと形状情報
取得部1asとの選択及び電気刺激発生部1bと形状認
識部1cとの選択の制御が時分割処理で行われるように
構成されている。つまり、電気刺激の付与時には、図に
スイッチの記号で示す切換部sw1、sw2において電
極部と電気刺激発生部1bとがそれぞれ選択されるの
で、制御部1dsからの制御指令を電気刺激発生部1b
が受けて電気刺激信号を発生させ、これが入出力選択処
理部1eを介して電極部1adにおける所望の電極に供
給される(図には電極群への信号ラインを一本の線で代
表的に示している。)。また、切換部sw1、sw2に
おいて形状情報取得部1asと形状認識部1cとがそれ
ぞれ選択された場合には、形状情報取得部1asによっ
て得られた情報が入出力選択処理部1eを介して形状認
識部1cに送出され(図にはそれらの信号ラインを一本
の線で代表的に示している。)、形状認識結果は制御部
1dsに送られる。
In FIG. 1, the control means 1d includes the control unit 1
ds and an input / output (I / O) control unit 1dt.
Input / output (I / O) selection processing unit 1 from input / output control unit 1dt
The control of the selection between the electrode section 1ad and the shape information acquisition section 1as and the selection between the electrical stimulus generation section 1b and the shape recognition section 1c is performed by time division processing in accordance with the signal transmitted to e. That is, at the time of application of the electric stimulus, the electrode unit and the electric stimulus generation unit 1b are respectively selected in the switching units sw1 and sw2 indicated by the switch symbol in the figure, so that the control command from the control unit 1ds is transmitted to the electric stimulus generation unit 1b
Generates an electrical stimulus signal, which is supplied to a desired electrode in the electrode unit 1ad via the input / output selection processing unit 1e (in the figure, a signal line to the electrode group is typically represented by a single line). Is shown). When the shape information acquiring unit 1as and the shape recognizing unit 1c are selected in the switching units sw1 and sw2, the information obtained by the shape information acquiring unit 1as is used for the shape recognition via the input / output selection processing unit 1e. The signal is sent to the unit 1c (these signal lines are typically shown by a single line in the figure), and the shape recognition result is sent to the control unit 1ds.

【0030】電極部1adへの電気刺激信号の供給と形
状情報の取得を、入出力選択処理部1eを通すことなく
行いたい場合には電気刺激発生部1bと電極部との間及
び形状情報取得部と形状認識部1cとの間を直接に接続
すれば良いが、この場合には、生体に電気刺激を付与し
た時点と、形状変化の認められた時点との時間的な対応
付けを明らかにするために時間合せの処理を基準クロッ
ク信号等を使って行う必要がある。
When it is desired to supply the electric stimulus signal to the electrode section 1ad and obtain the shape information without passing through the input / output selection processing section 1e, the connection between the electric stimulus generation section 1b and the electrode section and the acquisition of the shape information are performed. It is sufficient to directly connect the part and the shape recognizing part 1c. In this case, the time correspondence between the time when the electrical stimulus is applied to the living body and the time when the shape change is recognized is clearly shown. Therefore, it is necessary to perform the time alignment process using a reference clock signal or the like.

【0031】図2は上記電気刺激装置の力触覚呈示装置
への適用例を示したものであり、力触覚呈示装置1A
は、入力部1Aa、制御部1Ab(上記した電気刺激発
生部1bを含む。)、入出力バッファ群1Ac(入力バ
ッファ群1Aci及び出力バッファ群1Aco)、効果
器1Ad、モデル構築/計算処理部1Ae、画像処理部
1Af、表示部1Ag、圧力・温度認識部1Ah、圧力
・温度検出部1Aiを備えている。
FIG. 2 shows an example of application of the above-mentioned electric stimulator to a force / tactile presentation device.
Is an input unit 1Aa, a control unit 1Ab (including the above-described electrical stimulus generation unit 1b), an input / output buffer group 1Ac (input buffer group 1Aci and output buffer group 1Aco), an effector 1Ad, a model construction / calculation processing unit 1Ae. , An image processing section 1Af, a display section 1Ag, a pressure / temperature recognition section 1Ah, and a pressure / temperature detection section 1Ai.

【0032】入力部1Aa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1Ab及びモデル構築/計算
処理部1Aeに送出される。
The input section 1Aa includes all input means such as a keyboard and a pointing device, and is required for manual input or automatic input of data. It is sent to the calculation processing unit 1Ae.

【0033】制御部1Abは、その後段に位置する出力
バッファ群1Acoを介して効果器1Adに電気信号を
送出したり、あるいは、効果器1Adから入力バッファ
群1Aciを介して筋電位情報(あるいは筋電図情報)
を得るものである。尚、出力バッファ群1Acoを構成
する各バッファの出力端子や、入力バッファ群1Aci
を構成する各バッファの入力端子は、効果器1Ad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1Adに付設された
圧力・温度検出部1Aiによって検出される皮膚表面の
圧力情報及び温度情報が圧力・温度認識部1Ahを介し
て制御部1Abに送出されるように構成されている。
The control unit 1Ab sends an electric signal to the effector 1Ad via the output buffer group 1Aco located at the subsequent stage, or sends the electric potential information (or the myoelectric potential information) from the effector 1Ad via the input buffer group 1Aci. Electrogram information)
Is what you get. The output terminals of the buffers constituting the output buffer group 1Aco and the input buffer group 1Aci
Are connected to respective electrodes (described later) of an electrode array provided in the effector 1Ad. Further, the pressure information and the temperature information of the skin surface detected by the pressure / temperature detecting section 1Ai attached to the effector 1Ad are transmitted to the control section 1Ab via the pressure / temperature recognizing section 1Ah. .

【0034】効果器1Ad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(あるいはウエットスーツ)、ア
ームバンド、指サック、ソックス等が挙げられる。尚、
図2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1Ad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。
The effector 1Ad is formed to have a shape that conforms to the shape of the limbs, parts of the body, etc. of the human body for use in contact with the skin of the human body. For example, the form includes a glove, a body suit (or a wet suit), an arm band, a finger cot, a sock, and the like. still,
FIG. 2 shows an effector used by attaching it to an arm on a human body. In addition, in order to present a sense of temperature in addition to the force tactile sensation, a number of heat control elements (such as Peltier elements) are incorporated in the effector 1Ad, and by controlling the heat of these elements, a temperature range that is not dangerous to the human body. It is more effective to be able to feel the heat and the temperature in the device.

【0035】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。
As for the method of electrical stimulation to a living body, the present invention employs the surface electrode method with respect to the method of attaching electrodes. The reason is that the method can be used without damaging the human body, and the transcutaneous electrode method and the embedded electrode method have problems such as damage or infection of electrodes and wiring.

【0036】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3乃至図14であり、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。
FIGS. 3 to 14 show examples of the structure of an effector suitable for this surface electrode method.
An example of an electrode sheet 3 having 2,... (Electrode array) is shown.

【0037】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3に簡略化して示すように、前腕
Aに巻き付けて使用される。尚、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。
The electrode sheet 3 is used by being attached to the surface of the skin of the human body. For example, as shown in FIG. In this example, the electrode sheet 3 is formed in a rectangular shape, and the length of one side is set to the forearm A
, And the length of the other side is substantially the same as the circumferential length of the forearm A. As a result, when the electrode sheet 3 is wound around the forearm A, the forearm A is almost entirely covered with the electrode sheet 3.

【0038】図4は電極シート3の積層構造について概
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・感温層3B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。
FIG. 4 schematically shows the layered structure of the electrode sheet 3. The electrode sheet 3 has a four-layered electrode layer 3A.
In this example, a four-layer pressure-sensitive / temperature-sensitive layer 3B is formed, and an insulating layer 3C is further formed thereon.

【0039】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。
As shown on the left side of FIG.
Sheet 4, conduction sheet 5, wiring sheet 6, surface sheet 7
Are laminated.

【0040】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5参
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5、図13参
照)。
The sheet 4 is the sheet located closest to the skin side, and includes small electrode holes 4a, 4a,... (See FIG. 5) having a polygonal shape (for example, a square or a regular hexagon). The electrode holes 4
a, 4a,... are filled with a conductive polymer,
The electrodes 2, 2, ... are regularly formed on the sheet. Each electrode hole 4a has a ridge 4b surrounding the electrode hole 4a.
Each of the ridges 4b has a substantially trapezoidal cross section in the thickness direction, and an end corresponding to the short side of the trapezoid is a contact portion with the skin, and corresponds to the hypotenuse. The portion forms a tapered surface around the periphery of the electrode hole 4a. The ridges 4b are provided to improve the adhesion between the electrode 2 and the skin (see FIGS. 5 and 13).

【0041】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6参照。)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。
The conductive sheet 5 is laminated on the front side of the sheet 4, and the electrodes 2, 2,.
(See FIG. 6) are formed at the positions corresponding to .smallcircle. Which are sufficiently smaller than the electrodes and are filled with a conductive polymer. These are referred to as conducting parts 5b, 5b,... The conductive sheet 5 is provided to prevent a short circuit between each wiring pattern described later formed on the wiring sheet 6 and the electrodes 2, 2,... On the sheet 4.

【0042】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7参照。)、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
ンは互いに接触しない配置となっている(配線の形成面
積をシート上に十分に確保するのが難しい場合には多層
構造の採用が望ましい。)。そして、各配線パターン6
b、6b、・・・のうち端子部6a、6a、・・・とは
反対側の端部は配線シート6の端縁近傍まで延び、これ
らが電気刺激発生部の端子部(入出力バッファ群1Ac
の入出力端子)に接続されるようになっている。
The wiring sheet 6 is laminated on the front side of the conductive sheet 5 (see FIG. 7), and has terminal portions 6a and 6a.
, and wiring patterns 6b, 6b,... are formed. That is, the wiring sheet 6 includes
b, 5b,... are formed with terminal holes of the same size as these, and these holes are filled with a conductive polymer to form these terminal portions 6a, 6a,. Wiring patterns 6b, 6b,... Extending in the longitudinal direction of the wiring sheet 6 are formed for the portions 6a, 6a,. Note that these wiring patterns 6b, 6b,.
Is formed of a conductive polymer, and the wiring patterns are arranged so as not to contact each other (when it is difficult to secure a sufficient wiring formation area on the sheet, it is desirable to adopt a multilayer structure). And each wiring pattern 6
are extended to near the edge of the wiring sheet 6, and these end portions (input / output buffer group) 1Ac
Input / output terminal).

【0043】表面シート7(図8参照。)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。
The surface sheet 7 (see FIG. 8) has an (electric) insulating sheet of the same size as the other sheets 4 to 6, for example, insulating polymer, nylon, polypropylene (P).
P), a synthetic resin material such as silicone or the like is used, and is attached to the wiring sheet 6.

【0044】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。
In the electrode layer 3A having such a structure, the electrodes 2, the conducting portions 5b, the terminal portions 6a, the wiring patterns 6b, and the like can be formed by, for example, silk printing.

【0045】次に、感圧・感温層3Bの形成について説
明する(図9乃至図12参照。)。
Next, the formation of the pressure-sensitive / temperature-sensitive layer 3B will be described (see FIGS. 9 to 12).

【0046】図4に示すように、感圧・感温層3Bは、
皮膚に近い方から行電極シート8、感圧・感温シート
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。
As shown in FIG. 4, the pressure-sensitive and temperature-sensitive layer 3B
It has a configuration in which a row electrode sheet 8, a pressure-sensitive / temperature-sensitive sheet 9, a column electrode sheet 10, and an insulating film 11 are laminated from the side closer to the skin.

【0047】行電極シート8(図9参照。)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。
The row electrode sheet 8 (see FIG. 9) has parallel electrodes 8a, 8a,... Made of a conductive polymer on an electric insulating film formed on a film of polyester or the like in a predetermined direction, for example. , Are formed along the longitudinal direction of the sheet, and the electrodes are insulated and separated by an electric insulating film interposed between these electrodes.

【0048】感圧・感温シート9(図10参照。)は、
多角形状(図では正方形)をした感圧・感温部9a、9
a、・・・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。尚、感圧・感温
部9aに使用する材料については、感圧性材料の場合に
は、例えば、伸縮性を有する感圧性の導電性ゴムや圧電
材料が挙げられる。導電性ゴムとしては、ゴム中に金属
粉や炭素繊維等の導電性物質を分散させた感圧導電ゴム
が挙げられ、また、圧電材料としては、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。また、感熱(温)性材料の場合に、例えば、
マンガン(Mn)やニッケル(Ni)等を混合して作ら
れる熱反応性の材料(サーミスタの構成材料)が用いら
れる。尚、各感圧・感温部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。
The pressure-sensitive and temperature-sensitive sheet 9 (see FIG. 10)
Polygonal (square in the figure) pressure and temperature sensing parts 9a, 9
have a configuration in which a,... are arranged at regular intervals, and the electrodes 2, 2,. In the case of a pressure-sensitive material, for example, a pressure-sensitive conductive rubber having elasticity or a piezoelectric material may be used in the case of the pressure-sensitive material. Examples of the conductive rubber include a pressure-sensitive conductive rubber in which a conductive substance such as metal powder or carbon fiber is dispersed in rubber, and examples of the piezoelectric material include a piezoelectric polymer material (eg, vinylidene fluoride). And a dielectric constant polymer. In the case of a heat-sensitive (warm) material, for example,
A thermally reactive material (thermistor constituent material) made by mixing manganese (Mn), nickel (Ni), or the like is used. It is needless to say that each pressure-sensitive / temperature-sensitive portion 9a is isolated from each other by an insulating material.

【0049】列電極シート10(図11参照。)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8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・感温シート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・感温部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(あるいは格子状配置)とされ、
「i」、「j」の整数変数を指標として導入したとき第
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。
The column electrode sheet 10 (see FIG. 11) has the same structure as the row electrode sheet 8 except that the direction of forming the parallel electrodes 10a, 10a,...
That is, these electrodes 10a made of conductive polymer
The direction of formation is defined so as to be orthogonal to the direction in which the parallel electrodes 8a of the row electrode sheet 8 are formed with the pressure-sensitive and temperature-sensitive sheet 9 interposed therebetween. -Temperature sensing parts 9a, 9a, ... are individually arranged.
This results in a matrix arrangement (or a lattice arrangement) in which the mutual electrode groups have an orthogonal relationship,
When the integer variables “i” and “j” are introduced as indices, pressure detection near the corresponding intersection position can be performed by designating the i-th row and the j-th column.

【0050】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・感温層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。
The insulating film 11 (see FIG. 12) is formed by using an electric insulating material, for example, insulating silicone or polymer gel, and is formed on the outermost surface of the pressure-sensitive / temperature-sensitive layer 3B. Thus, the column electrode sheet 10 is insulated.

【0051】絶縁層3C(図4参照。)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。
The insulating layer 3C (see FIG. 4) is located on the outermost surface when attached to the forearm A, and is made of a rubber material or the like.

【0052】しかして、このような電極シート3を、前
腕Aに巻き付け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
当ててから(皮膚との接触状態を図13、図14に示
す。)、一組の電極2、2、・・・に制御部1Ab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
10Hz程度の周波数で刺激されて収縮する。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れば
良い。
When such an electrode sheet 3 is wound around the forearm A and stimulated by interference waves, the electrodes 2, 2,... Of the sheet 4 are applied to the skin of the forearm A. , (The contact state with the skin is shown in FIGS. 13 and 14), a predetermined frequency current is supplied from the control unit 1Ab to the set of electrodes 2, 2,... Via the output buffer corresponding to the electrode. Then, an interference wave is generated inside the forearm A, and it is possible to stimulate a portion of the muscle M where the waves reinforce due to the interference. For example, 4000 Hz (Hertz)
When a frequency current of 4010 Hz and a frequency current of 4010 Hz are supplied to each of the electrodes 2 and 2, interference occurs near the center of the line connecting the electrodes, and the muscle M located at the site of interference is stimulated at a frequency of about 10 Hz. Being shrunk. Also, when performing low-frequency stimulation on the superficial muscles on the skin surface,
After specifying each position of this pair of electrodes with two electrodes being used, stimulation may be given using a pulse waveform (negative rectangular wave or the like) of 100 Hz or less, for example, about 10 to 60 Hz.

【0053】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・
感温部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1Ab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。
In detecting the pressure distribution on the skin surface, a desired electrode of the row electrode sheet 8 and the column electrode sheet 10, that is, an electrode (row) corresponding to the i-th row and the j-th column with respect to the integer variables i and j. When the i-th electrode of the electrode sheet 8 and the j-th electrode of the column electrode sheet 10) are selected, when the pressure-sensitive material is pressed according to the pressure near the intersection of the electrodes, the change in the capacitance of the pressure-sensitive material changes. Can be detected. In other words, the pressure-sensitive pressure is applied between the i-th electrode in the row electrode sheet 8 and the j-th electrode in the column electrode sheet 10.
Since a capacitor including the temperature sensing portion 9a is formed and its equivalent capacitance value C becomes a function of the pressure P at that location, it is possible to obtain information on the pressure P by calculating backward from the equivalent capacitance value C. (That is, pressure distribution data specifying a local pressure at a desired position or a target range can be acquired by performing a matrix process on the detection data in the i-th row and the j-th column.) The control unit 1Ab obtains such pressure information from the pressure recognition unit 1h.

【0054】また、皮膚表面の圧力分布に関する検出に
あたっては、行電極シート及び列電極シートのうちの所
望の電極、つまり、整数変数i、jを指標として導入し
た場合に、第i行第j列に相当する電極(行電極シート
のi番目の電極及び列電極シートのj番目の電極)を選
択することによって、電極の交点付近における温度に応
じた感熱性材料の電気抵抗値の変化を検出することがで
きる。即ち、行電極シートにおけるi番目の電極と列電
極シートにおけるj番目の電極との間の抵抗値Rがその
場所での温度Tの関数となるので、抵抗値Rの検出から
逆に温度Tに係る情報を得ることができる。このように
して第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温度や対象範囲を
特定した温度分布データを取得することができる(例え
ば、1≦i≦N、1≦j≦M(N、Mは自然数)とする
と、温度データとしてN行M列の行列が得られるが、そ
のうちの特定の範囲を選択して平均温度や分散、偏差等
を算出することができる。)。
In detecting the pressure distribution on the skin surface, when a desired electrode of the row electrode sheet and the column electrode sheet, that is, integer variables i and j are introduced as an index, the i-th row and the j-th column (The i-th electrode of the row electrode sheet and the j-th electrode of the column electrode sheet) are selected, thereby detecting a change in the electric resistance value of the thermosensitive material according to the temperature near the intersection of the electrodes. be able to. That is, the resistance value R between the i-th electrode in the row electrode sheet and the j-th electrode in the column electrode sheet is a function of the temperature T at that location. Such information can be obtained. In this manner, the temperature distribution data specifying the local temperature at the desired position or the target range can be obtained by the matrix processing on the detection data in the i-th row and the j-th column (for example, 1 ≦ i ≦ N). If 1 ≦ j ≦ M (N and M are natural numbers), a matrix of N rows and M columns can be obtained as temperature data, and a specific range is selected to calculate an average temperature, a variance, a deviation, and the like. Can be.).

【0055】尚、上記感圧・感温シート9を多層構造に
する、つまり、行電極シートと列電極シートとの間に感
圧シート(上記感圧・感温部9aを感圧性材料だけで形
成したもの)を挟んだ構造と、行電極シートと列電極シ
ートとの間に感温シートを挟んだ構造(上記感圧・感温
部9aを感熱性材料だけで形成したもの)とを重ね合せ
ることで多層化した構成を採用しても良い。
The pressure-sensitive and temperature-sensitive sheet 9 has a multi-layer structure, that is, a pressure-sensitive sheet between the row electrode sheet and the column electrode sheet (the pressure-sensitive and temperature-sensitive portion 9a is made of only a pressure-sensitive material). The structure sandwiching the temperature-sensitive sheet between the row electrode sheet and the column electrode sheet (the above-described structure in which the pressure-sensitive and temperature-sensitive portion 9a is formed only of a heat-sensitive material) is overlapped. A multi-layered configuration may be adopted by combining them.

【0056】上記したように、電極部及び形状情報取得
部をシート状基材の上に多層構造をもって形成した場合
(例えば、圧力や温度の検出層を、電極層の上に積層形
成した構成。)には、効果器を人体に着用して使用でき
る形状に作成したときに(例えば、ウェットスーツ形状
の採用等)、装着や着脱が容易になるので、衣服を着替
えるのに要する程度の準備時間で済むという利点があ
る。
As described above, when the electrode portion and the shape information acquiring portion are formed in a multilayer structure on a sheet-like base material (for example, a structure in which a pressure and temperature detection layer is formed on the electrode layer. ), When the effector is made into a shape that can be used by wearing it on the human body (for example, adopting a wet suit shape), it is easy to put on and take off, so the preparation time required for changing clothes is easy There is an advantage that it can be completed.

【0057】人体の手に装着して手部や指部の形状又は
動作のデータを取得するためには、所謂データグローブ
を使用する。
A so-called data glove is used to acquire data on the shape or movement of a hand or a finger by attaching it to a human hand.

【0058】図15乃至図17は、データグローブにお
ける検出原理の説明図であり、検出方法は下記の通りで
ある。
FIGS. 15 to 17 are explanatory diagrams of the detection principle in the data glove. The detection method is as follows.

【0059】(I)手部や指部の屈曲状態についての検
出法=抵抗パターン(あるいは抵抗体パターン)の長さ
変化に伴う抵抗値変化によって把握する方法 (II)手部や指部の温度や圧力の検出法=温度検出に
は感熱(温)性材料の抵抗値変化を利用し、圧力検出に
は感圧性材料の静電容量の変化を利用した方法。
(I) A method for detecting the bent state of the hand or finger = a method for grasping the resistance by a change in the resistance value with a change in the length of the resistor pattern (or the resistor pattern) (II) Temperature of the hand or finger And pressure detection method: A method that uses a change in the resistance value of a heat-sensitive (thermal) material for temperature detection, and a method that uses a change in the capacitance of the pressure-sensitive material for pressure detection.

【0060】図15は指部の屈曲状態を検出するために
グローブの基材G(絶縁材料で形成されている。)に抵
抗パターンRPを形成した構成例を示している。尚、抵
抗パターンRPはその伸び量に応じて抵抗値の変化する
材料(カーボン等)を用いて形成されている。
FIG. 15 shows a configuration example in which a resistance pattern RP is formed on a base material G (made of an insulating material) of a glove in order to detect a bent state of a finger portion. The resistance pattern RP is formed using a material (such as carbon) whose resistance value changes according to the amount of elongation.

【0061】コ字状をした抵抗パターンRPは指の背面
における長手方向に沿って延びており、「L」が自然長
を示し、「R」はそのときの抵抗値を示している。
The U-shaped resistance pattern RP extends along the longitudinal direction on the back surface of the finger, where "L" indicates a natural length and "R" indicates a resistance value at that time.

【0062】図16に示すように、手にグローブをはめ
て指を曲げた場合には、上記抵抗パターンRPが指の屈
曲によって伸び(伸び量を「ΔL」(>0)とす
る。)、これによって抵抗値Rが「R+ΔR」(ΔR≠
0)に変化する。つまり、この例では、DIP関節(D
istal Phalangeal joint:遠位
指節間関節、つまり第2乃至第5指において最も先端に
位置した関節)や、PIP関節(Proximal P
halangeal joint:近位指節間関節、つ
まり第2乃至第5指において先端から2番目に位置した
関節)の屈曲に対応した抵抗パターンRPの長さの変化
(図の小円参照。)に伴って抵抗値変化ΔRが生じるこ
とになる。
As shown in FIG. 16, when the finger is bent with the glove put on the hand, the resistance pattern RP is elongated by bending of the finger (the amount of extension is set to “ΔL” (> 0)), As a result, the resistance value R becomes “R + ΔR” (ΔR ≠
0). That is, in this example, the DIP joint (D
isal Phalangeal joint: the distal interphalangeal joint, ie, the joint located at the most distal end of the second to fifth fingers, and the PIP joint (Proximal P)
halageal joint: a change in the length of the resistance pattern RP corresponding to the bending of the proximal interphalangeal joint (ie, the joint located second from the tip of the second to fifth fingers) (see the small circle in the figure). As a result, a resistance value change ΔR occurs.

【0063】このように、上記(I)では、手部や指部
の屈曲状態を抵抗値の変化として検出するための抵抗パ
ターンが、電気絶縁材料で形成されるデータグローブの
基材に形成されており、手部や指部の関節が屈曲された
ときに上記抵抗パターンの長さが変化し、かつこのとき
に当該抵抗パターンの抵抗値が変化することを利用して
関節の屈曲状態を検出することができる。尚、抵抗パタ
ーンの長さ「L」が屈曲状態の如何に応じては変化せず
に(ΔL≒0)、このときの抵抗値だけが変化する材料
を使用した場合には、屈曲・伸展の繰り返しに伴うスト
レスの影響が経時変化として問題となるので、上記のよ
うに抵抗パターンの長さ変化に伴って抵抗値が変化する
材料を用いることが望ましい。
As described above, in the above (I), the resistance pattern for detecting the bending state of the hand or the finger as a change in the resistance value is formed on the base material of the data glove formed of the electrically insulating material. The bending state of the joint is detected using the fact that the length of the resistance pattern changes when the joint of the hand or the finger is bent, and that the resistance value of the resistance pattern changes at this time. can do. When a material whose resistance “L” does not change depending on the bending state (ΔL ≒ 0) and only the resistance value changes at this time is used, the bending / extension Since the influence of stress due to repetition becomes a problem as a change with time, it is desirable to use a material whose resistance value changes as the length of the resistance pattern changes as described above.

【0064】また、上記(II)については、前記の効
果器について説明したのと同様の方法を採用すれば良
く、これにより温度検出と圧力検出とを同じ構造(但
し、検出のための使用材料は異なる。)で実現すること
で薄形化や低コスト化等を図ることができる。
As for the above (II), the same method as that described for the effector may be adopted, whereby the temperature detection and the pressure detection have the same structure (however, the material used for the detection is used). Is realized.), It is possible to reduce the thickness and cost.

【0065】図17は抵抗パターン、圧力や温度の検出
部を兼ね備えたデータグローブの要部構成を概略的に示
したものであり、絶縁材料で形成された図示しない基材
(図の紙面を基材と考えても良い。)には、コ字状をし
た抵抗パターンRP(図に斜線を付して示す。)と、圧
力や温度の検出素子部DP、DP、・・・(図に丸印で
示す。)とが厚み方向に亘って積層された構造を有して
いる。尚、検出素子部DPは上記したように行電極と列
電極(これらの電極は抵抗パターンRPに対しても、ま
た電極相互についても接触していない。)との間に介在
される感熱性材料又は感圧性材料によって構成されてお
り、感熱層及び感圧層を積層した構成を用いても良い
し、また、各検出素子部DPを圧力検出用素子とするか
又は温度検出用素子とするかを平面的なパターン配置と
して規定する(例えば、圧力検出用素子と温度検出用素
子とを交互に配置する等)こともできる。
FIG. 17 schematically shows a main part of a data glove having a resistance pattern, a pressure and temperature detecting portion, and a base material (not shown) formed of an insulating material (not shown). ) (A hatched portion in the drawing) and pressure and temperature detecting element portions DP, DP,... (Circled in the drawing). ) Are stacked in the thickness direction. As described above, the detection element portion DP is made of a heat-sensitive material interposed between the row electrodes and the column electrodes (these electrodes are not in contact with the resistance pattern RP nor with each other). Alternatively, a structure in which a heat-sensitive layer and a pressure-sensitive layer are formed of a pressure-sensitive material may be used, or each of the detection element portions DP may be a pressure detection element or a temperature detection element. Can be defined as a planar pattern arrangement (for example, elements for pressure detection and elements for temperature detection are alternately arranged).

【0066】図17では圧力又は温度検出用の電極パタ
ーンの一部と、抵抗パターンRPの一部RP1とを共用
した構成(つまり、電極パターンを抵抗パターンとして
兼用した構成)を採用しているが、これによって配線数
を削減することができる。
FIG. 17 employs a configuration in which a part of the electrode pattern for detecting pressure or temperature and a part RP1 of the resistance pattern RP are shared (that is, a configuration in which the electrode pattern is also used as a resistance pattern). Thus, the number of wirings can be reduced.

【0067】次に、図2に示すモデル構築/計算処理部
1Aeについて説明する。これは、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(処
理)装置によって実現され、人体構造に関する数値モデ
ル構築のためのデータベース(以下、「データベース」
を「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1Aaに
含まれる。
Next, the model construction / calculation processing section 1Ae shown in FIG. 2 will be described. This is realized by a computer (memory) or a calculation (processing) device configured by a predetermined recording medium, and is used to construct a database (hereinafter, “database”) for constructing a numerical model of a human body structure.
Is abbreviated as “DB”. ), And its maintenance and management. In addition, all the peripheral devices used for acquiring the basic data necessary for constructing the numerical model of the human body are included in the input unit 1Aa.

【0068】画像処理部1Afは、制御部1Ab及びモ
デル構築/計算処理部1Aeとの間で情報のやりとりを
行い、映像信号を表示部1Ag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1Af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1Afに対し
てプリンタ等の印刷手段が付設される。
The image processing section 1Af exchanges information with the control section 1Ab and the model construction / calculation processing section 1Ae, sends a video signal to the display section 1Ag, and displays the image. For example, display image information to convey an object (virtual object) in a virtual space appearing as a CG (computer graphics) display as visual information to a user of the apparatus, or construct a numerical model of a human body Performs screen display etc. necessary for work. When the auditory information is handled in addition to the visual information, an audio signal processing unit may be included in the image processing unit 1Af, and the audio information may be transmitted to the apparatus user through audio output means such as a speaker. Also,
When information printing is required, a printing unit such as a printer is attached to the image processing unit 1Af.

【0069】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。
Regarding a method of constructing a numerical model of a mechanical structure related to the human body, the applicant of the present invention has already disclosed in Japanese Patent Application No.
The method proposed in No. 66 can be followed.

【0070】その要点を簡単に説明すると、数値モデル
には、例えば、下記のモデルが含まれる。
The point is briefly described. The numerical model includes, for example, the following models.

【0071】(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
影響や電気抵抗等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)を主に
説明する。
(I) Skeletal model (ii) Muscle model (iii) Nerve (motor nerve, sensory nerve, etc.) model (iv) Skin model (v) Fat or visceral model Note that (iii) nerve model It does not include cranial nerves that perform advanced information processing, but includes nerves that have a direct relationship to the mechanical structure and movement of the subject. Although attention is paid to the influence of the weight and position, not the structure, on the balance and movement of the center of gravity, the electrical resistance, and the like, the following mainly describes (i) and (ii) which are particularly relevant in the present invention. .

【0072】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。
The simplest numerical model of the human body structure includes only the skeleton model of the above (i).
This can be created by the following procedure.

【0073】(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。
(1) Classify the body shape and prepare skeleton data including the shape, length and weight of all bones for each classified reference body shape. (2) Height, weight and external shape data relating to the subject (3) Specify the subject's body type from the input data in (2),
Interpolate based on the skeletal data of each reference body type and calculate the conversion ratio of the skeletal data related to the subject. (4) Each bone of the subject based on the conversion ratio of (3) and the height and weight of the subject Determine the length and weight of the skeleton and create a numerical model of the skeleton.

【0074】先ず、工程(1)では人体の基準体型を、
例えば、図18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(a
theticus。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(piknicu
s。以下、「pi」と略記する。)は腹部等の肥大した
体型である。
First, in step (1), the reference body shape of the human body is
For example, as shown in FIG. 18, it is classified into a lean type, a warrior type, and an obese type. That is, the lean type (asthenicus; hereinafter, abbreviated as “as”) is a thin body type, a warrior type (a
theticus. Hereinafter, it is abbreviated as “at”. ) Indicates a body with an inverted triangular shape of the chest torso, and obesity type (piknicu).
s. Hereinafter, it is abbreviated as “pi”. ) Is an enlarged body such as the abdomen.

【0075】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。
Then, a human body representing each body type is selected one by one, and skeletal data (including the shape, length, and weight of bones) is obtained for each subject, or an existing human body textbook or the like is used. Use data from That is, a numerical model (hereinafter, referred to as a “reference body model”) is created by examining all information relating to the skeleton for each of the human bodies representing the lean, warrior, and obese types, respectively, and making them into a database. In this case, if the difference in gender affects the reference body type,
It is preferable to create a model in consideration of this. For this purpose, a method of preparing a reference body model different for each gender, or preparing a reference body model of each body for one gender of both genders, and calculating a conversion ratio to the reference body model for the other gender. There is a method of deriving a reference body model of each body from the data shown. As for the shape of each bone, it is preferable to use a format suitable for image display (three-dimensional display or the like) on a computer as three-dimensional model data (for example, polygon data or the like).

【0076】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。
With respect to the obtained skeleton data, in addition to the length and weight values of the respective bones, data of the ratio (ratio) to the height and weight are obtained, and based on these ratio data, as will be described later. Is used to calculate ratio data pertaining to the user.

【0077】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。
Further, since it is troublesome to compare data if the height of a human body representing each figure is different, it is necessary to prepare a reference height and prepare data when each data is converted to the height. Is preferred.

【0078】図19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。
In the model M shown in FIG.
“GHT_ref” is the height of the reference body model (reference height)
The variable “HEIGHT_xx_XX” indicates the vertical length of each part of the human body in the standing posture (“xx” indicates a part of the human body, and “XX” indicates the reference body shape). For example, "HEIGHT_arm_u_a
“s” indicates the length of the upper arm in the lean reference body model, and “HEIGHT_test_at” indicates the chest length in the warrior-type reference body model.

【0079】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。
In this case, “HEIGHT” indicates the length of each part of the human body including the skeleton and the muscle.
If “T” is the length of the bone in the vertical direction or the longitudinal direction, “HEIGHT_xx_XX” is the reference height “HE”.
IGHT_ref ”(hereinafter“ _hr_x
x_XX ”. ) Can be used to calculate the bone length ratio.

【0080】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。
The variable “WEIGHT_xx_XX” obtained by replacing “HEIGHT” with “WEIGHT” indicating the weight of each part of the human body and each bone is replaced with the weight “WEIGH”.
By dividing by T_ref_XX, a weight ratio (hereinafter, referred to as “_mr_xx_XX”) can be similarly obtained.

【0081】図20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。
FIG. 20 is a graph showing the concept of the above-mentioned body shape on a two-dimensional coordinate plane (XY plane). The three axes “Ax_XX” (XX = a
s, at, and pi) are set to have an angle interval of 120 ° from each other.

【0082】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。
The intersection P_XX between the circle cir centered on the origin O and each axis Ax_XX indicates the position occupied by each reference body model. That is, the point “P_as” indicates the position on the XY plane for the lean model, the point “P_at” indicates the position on the XY plane for the warrior model, and the point “P_pi” is obese. The position on the XY plane for the model of the mold is shown.

【0083】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。
For example, if the subject has a body type that is located exactly halfway between the lean type and the warrior type, the two axes Ax_as (the axis that matches the positive Y axis in the figure) and A pass through the origin O.
A point on axis Bx extending at an angle of 60 ° to x_at (for example, intersection Q of axis Bx and circle cir)
Indicates the body type of the subject.

【0084】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。
The meaning of each axis when a polar coordinate system including the r axis and the θ axis is set with respect to the XY plane will be described later in detail.

【0085】図21は図20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。
FIG. 21 shows a space in which orthogonal axes (Z axes) are added to the XY plane in FIG.
That. ).

【0086】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。
For example, when the above-described length ratio “_hr_xx_XX” is taken as the Z axis, a point “H_xx_XX” indicating the value of “_hr_xx_XX” corresponds to each point P_XX described above.

【0087】今、xxの示す部位を上腕骨(humer
us)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。
Now, the portion indicated by xx is defined as the humerus (humer
us) and the body type indicated by XX is a lean type (as), the value indicated by the point “H_humerus_as” (that is, the height (Z value) of the perpendicular from the point on the XY plane) is The ratio of the length of the humerus to the reference length (height) in the lean reference body model is shown.

【0088】X−Y平面上における点Pt(xt、y
t)から、これに対応するZ値を算出するには次のよう
な手順を採る。
A point Pt (xt, y on the XY plane
The following procedure is used to calculate the corresponding Z value from t).

【0089】先ず、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_
pi」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(x
t、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。
First, three points P_XX (XX = as, at,
Once the points “H_xx_XX” for each of pi) are determined, one plane (πh_xx) passing through these points can be determined. That is, by selecting any two points out of the three points “H_xx_XX”, two vectors connecting both points can be created (for example, the point “H_xx_XX”).
pi ”to the point“ H_xx_as ”,
A vector or the like from the point “H_xx_pi” to the point “H_xx_at”. ), A normal vector in a direction orthogonal to both vectors is defined as a vector n (a, b, c) (where a,
b and c indicate components in the X, Y and Z axis directions, respectively. )), The plane πh_xx is calculated by the equation “aX + bY”
+ CZ = d "(where d is a constant). Therefore, for example, a point Pt (x on the XY plane
Once (t, yt) is determined, the Z value can be obtained by substituting X = xt and Y = yt into the above equation.

【0090】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。
Note that a large number of planes πh_xx exist for each part indicated by xx, and in that sense, the Z axis can be regarded as a variable axis that collectively represents multiple variables as one axis.

【0091】図22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。
FIG. 22 shows the weight ratio “_mr_xx_X”.
"X" is further added to the Z axis of the body shape coordinate space, and "_mr_xx" is defined for each point P_XX.
_XX ”correspond to points“ M_xx_XX ”, respectively.

【0092】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。
For example, the part indicated by xx is defined as the humerus (hum)
erus) and the body type indicated by XX is a lean type (as), the value indicated by the point “M_humerus_as” (that is, the height (Z value) of the vertical line perpendicular to the XY plane from the point) is The figure shows the ratio of the weight of the humerus to the weight in the lean reference body model.

【0093】X−Y平面上における点Pt(xt、y
t)からその点に対応するZ値を求めるには前記と同様
の方法を採る。
The point Pt (xt, y) on the XY plane
The same method as described above is used to determine the Z value corresponding to that point from t).

【0094】即ち、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、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で、これに対応す
るZ値を求めることができる。
That is, when each point “M_xx_XX” for each of the three points P_XX is determined, one plane (πm_xx) passing through these points can be determined (the normal vector of the surface is defined as a vector nn (aa, bb). , Cc), the expression “aa · X + bb · Y + cc · Z = d
d "(where dd is a constant). ) So XY
When the point Pt (xt, yt) on the plane is determined, X =
By substituting xt and Y = yt into the above equation, the corresponding Z value can be obtained.

【0095】尚、図21や図22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。
Since there are only three reference body type models in FIGS. 21 and 22, generally, the function expression “Z = Fn (X, Y)” in the body shape coordinate space (where n is _h
r_xx, _mr_xx, etc. ) Is a plane (that is, expressed by a linear expression of X, Y, and Z).
However, the number of reference body models is increased, or interpolation processing (for example, Bezier) is performed using the accumulation results of data (body shapes, ratios, etc.) concerning a large number of subjects.
er), spline interpolation, etc. ) Can of course improve the accuracy of the functional expression (curved surface expression).

【0096】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。
In determining the reference body model, there is a method of selecting a plurality of human bodies belonging to each body type, or averaging data, etc. In order to prioritize, the human body representing each reference body type is assumed to be one body, and the gender is fixed to one of both genders, and the explanation will be given after ignoring the influence of age .

【0097】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。
In the next step (2), height, weight, and external shape data are input as basic data on the subject.

【0098】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。
[0098] As the input method, there are a method of inputting manually and a method of obtaining an input value from image data of the subject.

【0099】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入力する方法がある。
For example, for the height and weight, when the values are known by the knowledge of the subject, a method of directly inputting numerical values using input means such as a keyboard, or automatically inputting values measured by height and weight scale There is a way to do that.

【0100】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、レンジファインダー等を用
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。例えば、光の
干渉縞を用いる方法(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)を採用する場合についてその手
順を簡単に示すと下記のようになる。
As for the shape, the image data and three-dimensional data of the subject are acquired (for example, using a stereo camera, hologram camera, range finder, etc.) to recognize the shape of each part of the human body. Then, there is a method of automatically inputting shape data. For example, a method using interference fringes of light (to generate an interference fringe of the subject by monochromatic light or three primary colors of light,
Data on the depth (irregularities) of the subject in the shooting direction is obtained from the formation interval of the interference fringes generated on the subject, and a subject image without interference fringes is attached to the data.
The following briefly describes the procedure for adopting the method of obtaining dimensional data).

【0101】(1)被写体(対象者)への重心位置検出
用マーカー(画像処理上の目印又は電波発生源や通信装
置等)の装着及び通信状態のチェック (2)干渉縞発生及び形状読取装置(複数台)の初期位
置設定 (3)使用する干渉縞のタイプ、色彩、形成間隔等の決
定 (4)重心位置検出用マーカーの移動に合せて被写体を
自動追尾で撮影する (5)干渉縞画像に基づき、立体画像処理により3次元
形状データ(ポリゴンデータ)を生成し、対象者の(外
形)形状モデルを作成する (6)形状モデルについての等精度化及び色彩補正 (7)形状モデルに対する2次元画像(表面画像)の貼
付処理。
(1) Attachment of a marker for detecting the position of the center of gravity (a mark in image processing or a radio wave generating source or a communication device, etc.) to the subject (subject) and check of the communication state (2) Generation of interference fringes and shape reading device (3) Determine the type, color, formation interval, etc. of the interference fringes to be used (4) Automatically track the subject according to the movement of the marker for detecting the center of gravity (5) Interference fringes Based on the image, generate three-dimensional shape data (polygon data) by stereoscopic image processing and create an (outer) shape model of the subject (6) Equalization and color correction of the shape model (7) For the shape model Pasting processing of two-dimensional images (surface images).

【0102】図23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。
FIG. 23 schematically shows image data G obtained for a subject in a standing posture. In the diagram on the left side, “HEIGHT_tgt” indicates the height of the subject. The figure on the right side is obtained by reducing (or expanding) the image data of the subject to the reference height, that is, multiplying the ratio of “HEIGHT_ref / HEIGHT_tgt” to the length of all the components of the image data G. FIG. Note that this ratio “HEIGHT_ref / HEIGH
Since “T_tgt” is required in a later step, it needs to be stored in a memory or the like.

【0103】図24及び図25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。
FIGS. 24 and 25 show slice processing at a predetermined interval “ds” along the height direction based on three-dimensional data (outer shape data and surface state data) obtained for a subject in a standing posture. 5 shows an example of sampling of a tomographic plane on which the above-mentioned is performed.

【0104】図24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。
FIG. 24 schematically shows a front view of the subject, in which the starting point of the slicing process is the top.

【0105】図25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。
As shown in FIG. 25, the identification numbers i (i = 1, 2,.
Area fragment ΔS_i (i = 1,
2,...) Have meaning only in the shape and cross-sectional area, and there is no data indicating the internal structure related to the area element ΔS_i. This is because it is necessary and sufficient that the three-dimensional data of the subject consist of shape data relating to the external shape of the subject and data relating to the state of the outer surface (image data, etc.), and the internal structure of the body is not required. It is because it is.

【0106】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。)。
Therefore, the information extracted from the three-dimensional data of the subject is what shape each area segment ΔS_i has and the magnitude of the cross-sectional area (see FIG. 22). still,
In this example, the area element was obtained from the slicing process. Instead, a volume element obtained by multiplying the area element by the interval ds in the slice direction may be used (in this case, instead of the cross-sectional area, Use volume in cross section.).

【0107】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。
The slice interval ds may be set equally, but the slice interval is reduced for a specific portion (abdomen, chest, etc.) which is characteristic of the body shape, and the slice interval ds is reduced. More detailed sampling may be performed.

【0108】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。
By the above-described method, three-dimensional data of the subject is obtained, and data on the shape and cross-sectional area of the target tomographic plane or the volume between the tomographic planes is obtained from the data, thereby obtaining the shape of the subject's body. Can be efficiently obtained, and the data input operation can be easily performed.

【0109】次工程(3)では、先ず、対象者の体型を
特定する処理を行う。
In the next step (3), first, processing for specifying the subject's body type is performed.

【0110】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26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。
For example, data indicating the shape of each area element ΔS_i obtained in the step (2) (for example, data indicating a deformation rate of the shape such as an eccentricity when the cross-sectional shape is approximated by an ellipse) is represented by “t_i (I = 1, 2,...) And the area of the area unit ΔS_i is “s_i” (i = 1, 2,...)
26, as shown in FIG. 26, the point PT_i (s_i, t__) at the polar coordinates (r, θ) set on the XY plane.
Plot i). That is, in the XY plane, the radius of the circle centered on the origin O indicates the cross-sectional area, and the θ direction indicates the shape of the area element.

【0111】図27は図26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。
FIG. 27 is an XY plan view when FIG. 26 is viewed from the Z-axis direction. For each area element ΔS_i, a point PT_i (s_i, t_i) (i = 1, 2,...)
・) Is supported.

【0112】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。
After all the positions of the points PT_i are plotted on the XY plane, the center of gravity of a polygon (including convex and concave polygons) having each point PT_i as an apex (this is described as a point G).
Ask for. For example, as shown, a point PT_i, a point P
T_ (i + 1), point PT_ (i + 2) (where i = 1,
2, ..., n-2, and n is a natural number. ) And the center of gravity of the triangle having the vertices as “Gi”,
The combined center of gravity of the point Gi is the center of gravity G. That is, the origin O
The position vector of the point Gi with reference to the vector "V_G
i "and the position vector of the point G as the vector" V_G ", the vector expression" Σ (V_Gi-V_G) = 0 "
(However, “Σ” indicates the total sum of i.) The center of gravity position is determined by calculating the coordinates of the point G that satisfies i.

【0113】尚、図27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。
In FIG. 27, it is assumed that each point PT_i is located in the same quadrant on the XY plane. However, in some cases, as shown by a point PT ′ or a point PT ″ in FIG.
i is located in a quadrant different from i, or is present in an isolated location away from a region where many points are located together (for example, most points are surrounded by an as axis and an at axis). Some points are as
For example, when the pixel belongs to a sector surrounded by the axis and the pi axis. ), But it is preferable to ignore these points or treat them as exceptions.

【0114】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。
Further, it is not always necessary to use all of the area fragments (or volume fragments) obtained as a result of the above-described sampling, and it is necessary to use a specific portion (abdomen, chest, etc.) characteristic of the body shape. It goes without saying that the processing may be speeded up by selecting only such sampling results.

【0115】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。
As described above, after the polar coordinates (r, θ) are set on the coordinate plane (XY plane) indicating the data on the body shape, the shape data (t_θ) on the tomographic plane of the subject is set.
i) defines the polar angle θ, and defines the polar radius (r) from the cross-sectional area data (s_i) or the volume data between the cross-sectional planes (volume data of the volume segment) on the cross-sectional plane. PT_i) is arranged on the coordinate plane (XY plane), and the body shape of the subject can be specified from the position of the center of gravity G of the polygon formed by connecting the points with a line segment. Since the calculation required for the calculation requires only about four arithmetic operations, even if the number of area pieces or volume pieces increases, the calculation load does not increase significantly.

【0116】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。
The coordinates of the center of gravity G (this is expressed in polar coordinates as “(r
g, θg) ". ) Is determined, it is possible to calculate the conversion ratio of the skeletal data relating to the subject (the ratio used for creating the model relating to the subject) from the functional equation Z = Fn (X, Y) in the body shape coordinate space described above. it can. That is, as described above, since the function formula Z = Fn (X, Y) is obtained from the interpolation calculation based on the skeleton data of each reference body type, “Xg = Fn (X, Y)” is calculated using the conversion formula from the polar coordinate system to the two-dimensional orthogonal coordinate system. r
g · cos (θg) ”,“ Yg = rg · sin (θ
g) ”and substituting these into a function expression,
The value of n (Xg, Yg) can be obtained.

【0117】図28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。
FIG. 28 conceptually shows how to obtain a function value from the center of gravity G (Xg, Yg).
As for Y), a case where n is selected as “_hr_xx” and a case where n is selected as “_mr_xx” are shown together. That is, the height (Z_hr) of the point Q_hr indicates the value (_hr_xx) of Fn (Xg, Yg) related to the length ratio, and the height (Z_mr) of the point Q_mr indicates Fn (Xg, Yg) related to the weight ratio. ) Is shown (_mr_xx).

【0118】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。
When the conversion rate of the subject with respect to the length and weight of the bone is obtained as described above, the actual length and weight can be calculated based on the height and weight of the subject, and this processing is performed in the next step (4). ).

【0119】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。
For example, the function formula Fn relating to the length ratio
(X, Y) is a value obtained when the height of each of the reference body models is adjusted to the reference height and the height of the subject is converted to the reference height. To calculate the ratio, the ratio “H
EIGHT_ref / HEIGHT_tgt "is required. That is, HEIGHT_tg is added to “_hr_xx”.
By multiplying t, the length of the portion indicated by xx is determined. Note that other quantities having a dimension of length, such as the thickness of the bone, can be obtained in exactly the same manner as in the process of deriving _hr_xx.

【0120】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以上の自然数。)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。
The weight ratio is obtained by multiplying the weight (weight etc.) of the subject by “_mr_xx”.
The weight of the portion indicated by is determined, and an amount having a dimension of the nth power of length (n is a natural number of 2 or more) such as a cross-sectional area or a volume can be obtained in exactly the same manner as in the process of deriving the weight.

【0121】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(構造)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
骨格構造の3次元モデルを得ることができる。
In this way, by obtaining the lengths and weights of all the bones related to the subject, a numerical model relating to the skeleton (structure) of the subject can be created. For example, a model based on polygon data is used as a numerical model expression form. In such a case, polygon data of all bones is prepared in advance, and a three-dimensional model of the skeletal structure can be obtained by making full use of deformation processing such as morphing.

【0122】尚、上記の説明では、対象者の3次元デー
タ(外形形状データ)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。
In the above description, the three-dimensional data (outer shape data) of the subject is obtained and the data relating to the body shape of the subject is obtained. However, two-dimensional data of the subject is used without using the three-dimensional data. When a simple model is created by using only the three-dimensional image data, the length ratio (length / width ratio, etc.) of the human body characteristic of the body shape is substituted from the image data for the cross-sectional area of the area element described above. Of course, it may be possible. For example, image data of a subject in a standing posture such that a chest shape is typically a warrior type inverted triangular (reverse trapezoidal), an obese type is substantially trapezoidal, and a lean type is substantially rectangular. Can obtain information on the body shape.

【0123】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。
On the contrary, in order to improve the accuracy of the model, the data is corrected based on the length of each part of the human body obtained from the three-dimensional data of the subject, or the weight sum of the whole bones is reduced. It is necessary to minimize errors between the structural model and the actual target human body as much as possible so as to avoid inconsistency such as exceeding the weight.

【0124】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。
Next, the creation of a numerical model in which the above-mentioned (ii) muscle model is added to the skeletal model will be described.

【0125】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。
In this case, in addition to the shape, length, and weight of the muscle, various quantities related to the exercise performance of the muscle (for example, the contraction rate of the muscle, the power, the reaction speed of the muscle contraction, etc.) are subjected to the numerical model. It is preferable to quantify the performance of the muscle by including it in

【0126】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。
That is, the length and weight of the muscle can be obtained by following the same procedure as that of “_hr_xx” or “_mr_xx”. That is, it may be considered that “_hr_xx” indicates the ratio of the length of each muscle indicated by xx, and “_mr_xx” indicates the ratio of the weight of each muscle indicated by xx.

【0127】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。
On the other hand, the muscle contraction rate and the power are determined depending on what influences these values.

【0128】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。
For example, the muscle contraction rate is a ratio indicating how much the muscle contracts with respect to the natural length of the muscle. The reference length (natural length) of the muscle is represented by a variable “L”, When the muscle length is represented by the variable “LL”, the function expression f
(L, LL) (in a simple model, “f
(L, LL) = LL / L ". ) And the function formula can be calculated from the data of each reference body type model in the same manner as the function Fn (X, Y) described above. Therefore, "L
g = Fn (Xg, Yg), LLg = Fm (Xg, Y
g) "(where Fn indicates a function when the Z axis is set to a variable L, and Fm indicates a function when the Z axis is set to a variable LL). The muscle contraction rate of the subject can be calculated from the substituted f (Lg, LLg).

【0129】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。
Similarly, the power (work per unit time) can be obtained as a function of the weight of the action point and the action time, and the reaction rate of muscle contraction can be determined by the distance from the peripheral nerve to the muscle and the muscle. Determined as a function of the onset time of the contraction.

【0130】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。
[0130] Regarding the process of creating a model including the skeleton and the muscle, the shape and length of the bone,
In addition to weight, skeleton and muscle data including muscle shape and length, weight, and muscle contraction rate are prepared, and interpolation calculation is performed based on the skeleton and muscle data for each reference body type in the step (3). Then, the conversion ratio of the skeletal and muscular data of the subject is calculated. In the step (4), the length, weight, and muscle contraction of each bone or muscle of the target are calculated based on the conversion ratio obtained in the step (3) and the length and weight of the target input in the step (2). You only have to determine the rate.

【0131】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。
According to the model created in this way, for example, it is possible to make a simulated movement of a muscle when a bone, a joint or the like is moved.

【0132】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(v)のモデル
に適用することは容易である。
The description of the numerical model of the skeleton and the muscle has been completed above. However, since the above-mentioned method has universality that can be adopted regardless of the numerical data, this method is described above ( It is easy to apply to the models iii) to (v).

【0133】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。
Next, the database constituting the human body structure model will be described. Here, "human body structure model"
The term means a numerical model constructed on a computer as a structural model including skeleton, muscle, nerve, skin, fat, and the like, based on basic data such as physique and weight of a human body.

【0134】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。
This human body structure model is constructed from a large number of DBs.
B.

【0135】(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。
(A) DB for bones (B) DB for joints and ligaments (C) DB for muscles (D) DB for nerves (motor nerves and reflexes) (E) DB for internal organs and fat (F) Skin DB (G) DB related to physical exercise First, (A) is a DB related to basic information of the skeleton, including items such as bone weight, weight distribution, shape, and fracture modulus.

【0136】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。
[0136] Also, (B) contains information on the degree of freedom and the breaking coefficient of the joint, the connection relation between the pair and the pair, the connection relation between the pair and the muscle, the relation between the contraction rate of the muscle and the angle of the joint, and the like. included.

【0137】(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。
(C) includes information on the free length, contraction (or expansion) length, contraction rate, rupture coefficient, weight, reaction speed, power, etc. of the muscle.

【0138】(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。
(D) includes, for example, information on the relationship between motor nerve signals and muscle contraction in the brainstem, central nervous system, terminal nerve, and muscular contraction for motor nerves, or tactile nerve and terminal nerve for reflexes. , Central nervous system, pressure in the brainstem, heat, information about the relationship between nerve signals of pain sensation and muscle contraction.

【0139】(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。
(E) includes information on the weight and weight distribution of visceral organs and fat, and (F) includes information on skin aging and wrinkling.

【0140】(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。
(G) is a DB for representing only the mechanical motion state of the human body. The DB includes data obtained by extracting information on the whole body motion and partial motion of the human body as a wire frame model, and data associated with the motion. Information about the change in the position of the center of gravity is included.

【0141】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。)。
The above-mentioned DBs are not always generated as one DB (for example, a certain DB is formed as a set of a plurality of DBs).

【0142】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。
The outline of the process related to the creation of the human body structure model is summarized as follows, and is summarized as follows.

【0143】 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 ステップSS8:伸張反射神経に関する筋電図情報の取
得。
Step SS1: Input of basic data relating to the body Step SS2: Data processing based on DB Step SS3: Acquisition of three-dimensional data concerning the human body and generation of a wire frame model relating to movement Step SS4: Acquisition of three-dimensional data concerning the human body Step SS5: Acquisition of three-dimensional data about the human body and acquisition of balance nerve signals and body balance by the semicircular canal nerve Step SS6: Acquisition of three-dimensional data about the human body and exercise using electromyogram and the like Acquisition of relationship between nerve signal and muscle contraction Step SS7: Acquisition of three-dimensional data on the human body and acquisition of relationship between muscle contraction and nerve signals of pressure, heat, and pain sensation by reflex nerve test Step SS8: Muscle related to stretch reflex nerve Acquisition of electrogram information.

【0144】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。
Among the above steps, steps SS1 to SS4 related to the present invention will be described below.

【0145】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。
The above-mentioned SS1 is a step of inputting data such as the physique, gender, age, etc. of the individual to be subjected to the human body structure model. In the subsequent step SS2, the data is processed based on various DBs and the data of the target person is processed. DB about body structure
Generate

【0146】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。
Here, various DBs are, for example, as shown in the following (a) to (f).

【0147】(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。
(A) Weight DB This is a DB relating to the weight ratio of bones, muscles, fats, heads, organs, etc. (the ratio to the body weight).

【0148】(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。
(B) Weight distribution DB This is a DB relating to the weight distribution (position, center of gravity, etc. in the human body) of bones, muscles, fats, heads, organs and the like.

【0149】(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。
(C) Destruction Coefficient DB D relating to the destruction coefficient (fracture coefficient, etc.) of bones, ligaments, muscles, etc.
B.

【0150】(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。
(D) Joint freedom DB This is a DB relating to the degrees of freedom of each joint, and is used for setting the movable range of the joint.

【0151】(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。
(E) Connection DB This is a DB that defines connection between a pair and a pair, between a pair and a muscle, between a pair and a ligament, and the like.

【0152】(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。
(F) Muscle motion DB This is a DB relating to the drive angles of the joints, the drive ratio of each working muscle, the free length, contraction rate, power, and reaction speed of muscle contraction of muscles.

【0153】(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。(G) Nerve arrangement DB This is a DB relating to nerve arrangement and length in the human body.

【0154】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のリンク(データ結合あるいは関連付け)により生
成されるDBとして定義される。
The DB relating to the body structure (hereinafter referred to as “body structure DB”) is defined as a DB generated by linking (data combining or associating) the above DBs (a) to (f). .

【0155】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。
Then, the above DBs (a) to (f) are
Table 1 below shows an example of the relationship between the above DBs shown in (A), (B), (C), and (E).

【0156】[0156]

【表1】 [Table 1]

【0157】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。
In Table 1, “に お い て” indicates each D shown in the horizontal column.
B means that the DB shown in the column is included, and "-" means that there is no such inclusion relationship. For example, the DB relating to the bone in (A) includes a DB relating to the weight and weight distribution of the bone and the fracture coefficient of the bone. Also,
Regarding the DB of (B), the weight and weight distribution of the ligament are neglected because the weight of the joint is mainly composed of the weight of the bone. However, these models are also incorporated into the model for more detailed modeling. Of course, it can be achieved.

【0158】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。
The DB relating to the shape is generated from the body shape and gender data using the above-described method based on the shape model of the skeleton, fat, etc. of the reference human body (the reference body model, etc.).

【0159】図29及び図30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。
FIGS. 29 and 30 show steps SS1
FIG. 7 is a flowchart showing a main part of a specific example for SS2 and SS2.

【0160】先ず、図29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。
First, for the following data items defined in advance in step S1 of FIG. 29, the numerical value of the subject is input (manual or automatic input), and in the case of a selection value, any of them is designated. .

【0161】・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)。
Height (unit: mm) Weight (unit: Kg) Body shape (type such as lean type, warrior type, obesity type, and the degree) Gender (male / female) Age (unit: age) ).

【0162】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。
For example, examples of the data structure of the input values are shown in Table 2 below.

【0163】[0163]

【表2】 [Table 2]

【0164】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。
That is, in this case, a value that requires an area for storing continuous numerical values, such as height and weight, and a value indicating the type, such as body shape (coordinate axis θ in the body shape coordinate space). ) And a numerical value indicating the degree (corresponding to the value of the coordinate axis r in the body shape coordinate space), or 1-bit data of “0” or “1” such as gender. Those that can be easily expressed are listed.

【0165】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。
In generating the body structure model,
A mode for generating a model based on a relatively small number of input parameters as described above (hereinafter, referred to as “normal mode”) and a mode for changing a model generated in normal mode (hereinafter, “special mode”) .)
Therefore, in the mode determination processing in step S2, first, the processing in steps S3 to S8 will be described assuming that the normal mode has been selected.

【0166】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。
In step S3, the weight DB of (a)
To perform the weight setting process. That is, the weight ratio of bones, muscles, fats, heads, organs, etc. is set based on the body shape data of the subject, and the weight of muscles and fats is further divided into chest, abdomen, upper limbs, and lower limbs. Set. In addition, since the manner in which muscle fat is applied differs depending on the sex, the weight ratio is set in consideration of the difference.
It is needless to say that the weight must be assigned so that the difference between the total weight after the setting and the input value of the above-mentioned weight becomes substantially zero.

【0167】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。
In the next step S4, referring to the weight distribution DB of (b), the shape of the skeleton and fat is set based on the data of the height and the body shape of the subject. And
The weight distribution between the bones and the head is set based on the weight distribution of the bones (center of gravity, specific gravity, etc.), and the weight distribution of the muscles and fats is set based on the weight distribution of the flesh. Here, the "weight distribution of flesh" will be described separately for the case of the upper limb and the lower limb and the case of the chest. In the former case, a virtual circle centered on the weight point of the bone weight distribution will be described. Set multiple trajectories (this is the shape of a human body in a standing posture when viewed from the front, and more precisely, it is spherical), and weight each trajectory equally at equal intervals. Distribute. In the latter case, a plurality of virtual trajectories are set at a certain distance outward from the weight point of the rib cage in the bone weight distribution, and the weight is evenly spaced at equal intervals for each trajectory. Distribute. And
If the gender input data is female, additional settings are made for the weight distribution of chest fat.

【0168】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。
The weight distribution of the visceral organs is set at equal intervals on the visceral weight line connecting the visceral part of the head, the first tibia, and the pubis, and the weight distribution changes with the movement of the vertebrae. In addition, regarding the weight distribution of abdominal fat, a virtual elliptical trajectory centered on weight points set at equal intervals along the visceral weight line (this is a shape when a human body in a standing posture is viewed from the front) Yes, it is in the shape of an ellipsoid, to be precise.), And weights are equally distributed at equal intervals to each orbit. In addition, bones,
There is a method in which regions for muscles, internal organs, and fat are provided, a DB is created for each region, and weights of equal distribution are set for each region.

【0169】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。
Since the distribution of the visceral organs and fats is clarified by the above, it is possible to set a range in which the pair cannot enter (the range in which the pair is prohibited from penetrating through the internal organs and entering the body).

【0170】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。
In step S5, fracture coefficient data for bones, ligaments, muscles, etc. is read from the fracture coefficient DB of (c). This is necessary in order to avoid in the human body structure model a posture in which excessive force that causes damage to bones, ligaments, and the like is applied, that is, a state of the human body that is impossible in a healthy body.

【0171】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。
In step S6, the driving range and the degree of freedom of the joint (the degree of freedom at the time of destruction are determined by referring to the joint degree of freedom DB shown in (d) and the destruction coefficient DB shown in FIG. Is included). This is to eliminate movements that are not allowed or impossible as a healthy body from the joint structure.

【0172】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。
In step S7, the above (e) connection relation D
After reading data on various connection relationships with reference to B, in the next step S8, settings are performed for muscle exercise.

【0173】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。
As for the muscle movement, the muscle movement DB of the above (f) is used.
, Refer to the input data (height, weight, body shape, gender,
The driving angle of the joint and the contraction rate of the working muscle are set in consideration of the weight of the pair driven based on age or the like.

【0174】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。
By the above steps S3 to S8, a body structure model in the normal mode and a body structure DB which is a database of the body structure model are created. The nerve arrangement DB of (g) is created by a single processing from the nerve arrangement of the reference human body (reference body model or the like) in accordance with the body structure DB.

【0175】図30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。
In step S9 of FIG. 30, it is determined whether or not to proceed to the special mode. If the special mode is selected, the process proceeds to step S10, and if not, the process proceeds to step S17.

【0176】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。
If the special mode has been selected in step S2 or S9, the flow advances to step S10 to determine whether to select the ratio conversion mode. still,
The “ratio conversion mode” is a mode in which the size of the arm, torso, leg, etc. is input to the data generated in the normal mode, the data is compared, and the length and weight are reset. When the ratio conversion mode is selected in the same step, the process proceeds to step S11, and when not selected, the process proceeds to step S17.

【0177】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。
In step S11, the ratio conversion mode is further divided into two modes, that is, a "length setting mode" and a "ratio setting mode", and one of the two is selected. If the “length setting mode” is selected, the process proceeds to step S12, where the length of the arm, trunk, leg, etc. (unit:
mm). Also, "Ratio setting mode"
If is selected, the process proceeds to step S13, where the ratios of the arms, the torso, the legs, and the like to the reference length (for example, height) are input. Note that the input data in steps S12 and S13 are used, for example, for correcting the free length of the muscle in the connection relation DB of (e).

【0178】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
29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。
In the following step S14, the weight mode is divided into two modes, that is, an "adjustment mode" and an "adjustment mode", and one of the two modes is selected. Then, when the “fit mode” is selected, the process proceeds to step S15, in which a process of matching the weight obtained from the generated data with the input data of the weight is performed, and then the process returns to step S2 in FIG. "Adjustment mode"
If is set, the process proceeds to step S16 to perform a process of giving an increase / decrease amount to the weight obtained from the generated data, and then returns to step S2. These steps S15, S
16 allows the weight setting and the weight distribution correction in steps S3 and S4 to be further performed.

【0179】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。
In step S17, the "joint weight mode"
It is determined whether or not is selected. If it is selected, the process proceeds to step S18, and if not, the process proceeds to step S19.
The “joint weight mode” is used, for example, when registering the weight of a joint driving motor or the like in a bipedal walking robot that imitates a human body instead of a human body,
This is a mode for adding / subtracting a weight value at one point for each joint and setting an even weight distribution so as to maintain the overall balance. After the processing in step S18, step S1 is executed.
Go to 9.

【0180】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。
In step S19, the "muscle weight mode"
It is determined whether or not to select, and if it is selected, the process proceeds to step S20, where the desired weight is added or subtracted for each muscle or fat weight associated with each pair to maintain the weight balance of the muscles and the like. Make settings as follows.

【0181】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。
If the “muscle weight mode” is not selected, the generation of the body structure model is terminated. However, only a relatively small number of data concerning the physique, gender, etc. are required in the steps so far.

【0182】次に上記したステップSS3、SS4につ
いて、図31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。
Next, steps SS3 and SS4 will be described with reference to the flowchart of the main part shown in FIG. In this step, the following (G) DB relating to the physical exercise is created as described below, and the contents will be clear from the description of the processing described later.

【0183】(G1)運動ワイヤーフレームDB (G2)運動重心位置DB。(G1) Movement wire frame DB (G2) Movement center of gravity position DB.

【0184】先ず、図31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。
First, in step S1 in FIG. 31, the subject provided with the marker for detecting the center of gravity is maintained in a standing posture, and then in step S2, the subject is obtained by using a method of acquiring three-dimensional data. Is obtained. still,
Here, “three-dimensional data” is data that is distinguished from a two-dimensional image pasted on a plane, and refers to a curved surface that forms a three-dimensional shape and image data that is pasted on the curved surface.

【0185】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、前記し
た光の干渉縞を用いた方法を挙げることができる。
As a method for obtaining three-dimensional data, any method may be used as long as it can obtain data including the shape and image of a subject. For example, the method using the above-described light interference fringes may be used. Methods can be mentioned.

【0186】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32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32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。
In the next step S3, the model obtained in the previous step is sliced (that is, a tomographic cross section is formed) in the vertical direction from the head to the toes, thereby forming a body. Recognize each component and even number. For example, the direction indicated by an arrow R with respect to the model mdl schematically illustrated in FIG. 32 is the slice direction, the point Ps indicates the crown, the area “A1” is an area related to head recognition,
The area “A2” is an area relating to recognition of the cervical vertebra, and the area “A3”
Represents a region relating to recognition of the shoulder, region "A4" represents a region relating to recognition of the chest and abdomen, and region "A5" represents a region relating to recognition of the leg. In the tomogram schematically shown on the right side in FIG. 32, the number of regions sliced at the lower boundary surface of the region A1 is 1, the number of regions sliced at the lower boundary surface of the region A3 is 3, and the leg is three. This indicates that the number of regions obtained by slicing the part in the middle is two.

【0187】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。
[0187] Recognition of an even number or the like is performed by comparing and contrasting a body structure model of a subject with a model obtained from three-dimensional data. For example, subject (subject)
Recognizes that the axis connecting the center of gravity of the head with the center of gravity corresponding to the marker for detecting the center of gravity attached to the body is the spine axis of the body structure model, and the position of both shoulder joints of the upper limb And can be determined based on the physical characteristics of the human body, such as recognition as the most protruding portion.

【0188】図31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。
In step S4 in FIG. 31, the subject is asked to perform the knee bending and stretching motion, and the above steps S2 and S
The processing related to the acquisition of the three-dimensional data and the recognition of the knee joint is performed by the same method as described in 3. That is, the knee joint cannot be accurately specified only with the three-dimensional data in the standing posture.

【0189】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。
In step S5, the subject is asked to move his or her arm so that its forearm is parallel to the ground. Acquisition of three-dimensional data and elbow joint are performed in the same manner as described in steps S2 and S3. Performs processing related to recognition of.

【0190】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。
In the next step S6, after the basic data obtained in the above steps S2 to S5 are corrected (error correction, etc.), the process proceeds to the next step S7, in which the data is determined, that is, the human body shape related to the target person. Determine the data.

【0191】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。
Then, the process proceeds to a step S8, wherein the shape of the subject and the human body shape data obtained in the above step are subjected to a fitting process so that no remarkable difference occurs between the shape and the human body shape. Minimize the difference that occurs with the body structure model.

【0192】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。
In step S9, the subject is caused to perform a predetermined exercise, and three-dimensional data on the exercise state is obtained by using the same method as described in step S2.

【0193】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。
In step S10, the torso is recognized based on the positions of the head and the center of gravity position detection marker in the three-dimensional data, and a frame model representing information on the subject's body movements (such as a paired state). To generate a wireframe model. Then, the above-described motion wireframe DB is created by converting the wireframe model into a database.

【0194】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。
In step S11, based on the wire frame model and the human body shape obtained in the above step, only the data relating to the position of the center of gravity, which is the center of motion, and its change are extracted to create the above-mentioned center of motion DB.

【0195】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(多角形近似あるいは多面体近似によるデータ)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D
B」という。)を得ることができる。
Thus, a numerical model relating to the structure and movement of the body can be obtained by the processing performed so far.
By adding polygon data (data based on polygonal approximation or polyhedral approximation) on the shapes of muscles and fats to them, a polygon model relating to the human body and a database thereof (hereinafter referred to as “human polygon D”)
B ". ) Can be obtained.

【0196】図33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「→」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、また、両矢印はリン
クを意味している。
FIG. 33 shows an example of the dependency of the human body polygon DB on the following body structure DB, exercise wire frame DB, exercise center of gravity position DB, and other DBs shown below. “→” means that when “X → Y” is written, the database “Y” is generated based on the database “X”, and the double arrow indicates a link.

【0197】(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。(H) Muscle polygon DB (i) Fat polygon DB (j) Special fat polygon DB (k) Skin aging polygon DB

【0198】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。
The DB of (h) to (j) will be briefly described. First, (h) muscle polygon DB is a collection of muscle-shaped polygon data corresponding to muscle contraction.
(I) The fat polygon DB is a collection of polygon data of a fat shape corresponding to muscle contraction and movement of the center of gravity. Also,
(J) The special fat polygon DB is a polygon data collection of the shape of fat (visceral fat, chest fat, etc.) which is not directly related to muscle contraction but mainly involved in the movement of the center of gravity.

【0199】(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。
(K) The skin aging polygon DB is a polygon data collection (or two-dimensional image data) on the amount and approach of wrinkles required when artificially aging the skin. (F) that constitutes a DB relating to the skin.

【0200】尚、図33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。
The "muscle contraction polygon DB" shown in FIG.
Is a database generated from the muscle polygon DB, the body structure DB, the exercise wire frame DB, and the exercise center-of-gravity position DB. The database is required to express the contraction state of the muscle accompanying the exercise of the human body. Generated along.

【0201】(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とのリ
ンク。
(1) Generation of body structure DB (2) Exercise wireframe DB and exercise centroid position DB
(3) Link between the muscle polygon DB and the DB of (1) or (2).

【0202】また、「脂肪収縮ポリゴンDB」は、筋肉
ポリゴンDB、身体構造DB、運動ワイヤーフレームD
B、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。
"Fat contraction polygon DB" means a muscle polygon DB, a body structure DB, and an exercise wire frame D.
B, fat polygon DB with reference to the movement center of gravity position DB
And a database generated from the special fat polygon DB, which is necessary for expressing changes in the position and thickness of fat due to muscle contraction and center of gravity movement.

【0203】図34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。
FIG. 34 is a flowchart showing a main part of a processing example of the generation of the human body polygon DB, and shows in parallel the processing relating to the generation of the muscle contraction polygon DB and the processing relating to the fat contraction polygon DB.

【0204】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。
First, regarding the processing relating to the generation of the muscle contraction polygon DB, in step S1, a muscle polygon DB, a body structure DB, a movement wire frame DB, and a movement center of gravity position DB are prepared, and in step S2, the movement of the human body is determined. Obtain a relationship for the change in contraction rate of each muscle.

【0205】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。
Then, in step S3, a polygon data collection indicating muscle shapes corresponding to the contraction of all muscles, that is, a muscle contraction polygon DB is created. In this case, the data of the human body shape and the data of the muscle polygon DB are referred to in the body structure DB.

【0206】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。
In the next step S4, after adding muscle polygon data to the exercise wire frame DB,
Proceed to step S5.

【0207】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。
On the other hand, with regard to the processing relating to the polygon DB of fat and special fat, after preparing both DBs in step ST1, the relationship between the movement of the human body and the change in the contraction rate of each fat is obtained in the next step ST2.

【0208】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。
Then, in step ST3, for all fats, a polygon data collection indicating a fat shape corresponding to the muscle contraction and the center of gravity movement, that is, a fat contraction polygon DB
Create At this time, it is necessary to refer to the data on the human body shape and the data on the muscle polygon DB in the body structure DB.

【0209】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。
[0209] In the next step ST4, the polygon data of the fat part is added to the exercise wire frame DB, and then the process proceeds to step S5.

【0210】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。
[0210] In step S5, the image data of the exercise wire frame model taking into account the muscles and fats is stored in the image data.
By processing polygon data of muscles and fats for each frame, the dynamics of muscles and shaking of fats are expressed. Note that this processing is performed as data processing for dots and patches on the surface of the polygon. For example, connection processing and Bey processing for dots, or these processings are performed.
Processing such as performed after compression of a certain surface is included.

【0211】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とのリンクを行う(図
33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。
In the next step S6, the skin aging polygon DB and the movement wire frame DB are linked (in FIG. 33, indicated by double-headed arrows). Thereby, for example, the wrinkles of the skin around a certain joint can be changed according to the joint angle and the distance from the joint.

【0212】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、例えば、下記の
(イ)乃至(ハ)に示す手順を踏む。
[0212] The human body polygon DB is thus created. For the electrical stimulation of the muscle, for example, the following steps (a) to (c) are performed.

【0213】(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
(あるいは後述するファントムセンセーションによる刺
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。
(A) Identify the joints to be driven (B) Muscles (eg, extensor and flexor muscles as paired muscles) required to operate the joints in (A) or objects to be stimulated (C) In the muscles selected in (b), a low-frequency stimulus (or a phantom sensation described later) is given to the superficial muscles close to the skin surface through an effector, Muscles are stimulated by interference waves through effectors.

【0214】つまり、刺激を与える筋の位置に応じて電
気刺激の態様(干渉波電気刺激又は低周波電気刺激)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。
In other words, by using an electrical stimulation mode (interference wave electrical stimulation or low-frequency electrical stimulation) in accordance with the position of the muscle to be stimulated, the stimulation can be efficiently applied to each muscle, and exercise without discomfort A sensation can be presented to the device user.

【0215】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。
In the above procedure (a), the joint to be driven is specified. However, depending on the effector, the target joint related to the effector may already be specified. Can be selected.

【0216】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。
In (b), when extensors and flexors are selected as the muscles necessary for the joint operation, the extensors and flexors are not contracted to the same extent. More contraction (for example, the contraction ratio of flexor to extensor is about 20: 1), and conversely, the extensor contracts more when the joint is extended. In selecting a muscle, a database that associates the joint with the expansion and contraction of the muscle that drives the joint is built in advance, and then, when the target joint is specified in the process (a), It is preferable to select muscles necessary for driving the joint based on the database.
The "database relating the joints to the expansion and contraction of the muscles that drive the joints" can be generated, for example, by associating the aforementioned (B) DB relating to joints and ligaments with the aforementioned (C) DB relating to muscles. , (A) to (f)
Data items (eg, joint names and positions, muscle names and shape data required for driving the joints, and joint names of starting points supporting the couples) in the DB shown in FIG. Etc.). Using this database, for example, when targeting the elbow joint,
Information on the involved muscles can be obtained according to the operation.

【0217】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。
For example, the drive of the elbow joint will be described as follows.

【0218】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。
Of the muscles involved in the movements of the elbow joint and forearm in the human body, the muscles of the upper arm include the biceps brachii,
The triceps brachii muscle and the elbow muscle are mentioned, and the forearm muscles include the brachioradialis muscle, the supination muscle, the pronator muscle, the square pronation muscle, and the like.

【0219】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。
[0219] Regarding the muscles of the upper arm, the biceps brachii, which is a biarticular muscle, has a flexion action on the elbow joint and a supination action on the forearm. It is known to have work. In addition, the triceps brachii is a two-joint muscle whose long head has an origin at the scapula. The extension of the forearm at the elbow joint is performed mainly by the muscle belonging to the medial head, and it may have a strong extension force. Are known.

【0220】前記した多層構造の効果器を筋肉に対して
装着するにあたっては、電極群をシート面の全面に亘っ
て一様に配置するよりは、特定の領域にのみ配置するこ
とで効率化を図ることが好ましい。これは、筋肉の場所
に応じて電気刺激の影響が異なるからである。尚、「特
定の領域」とは、筋肉の筋始点や筋腹、あるいはこれら
の近傍領域又は筋始点と終点とに亘る範囲に対応するシ
ート状基材上の領域をいう。例えば、上腕二頭筋を例に
すると、この場合には、筋腹に対して配置される電極を
陰電極とし、筋始点に対して配置される電極を陽電極と
し、対をなす電極を介して低周波電気刺激を与えること
によって、皮膚表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。
In mounting the above-mentioned effector having a multilayer structure on muscles, efficiency is improved by arranging the electrode group only in a specific region, rather than arranging the electrode group uniformly over the entire surface of the sheet. It is preferable to aim. This is because the effect of the electrical stimulation differs depending on the location of the muscle. The “specific region” refers to a region on the sheet-like base material corresponding to a muscle start point or a muscle belly of the muscle, or a region in the vicinity thereof or a range extending from the muscle start point to the end point. For example, taking the biceps brachii muscle as an example, in this case, the electrode placed on the muscle belly is the negative electrode, the electrode placed on the muscle start point is the positive electrode, and the By applying the low-frequency electrical stimulation, it is possible to stimulate the superficial muscle in which the expansion and contraction of the muscle can be visually recognized from the skin surface.

【0221】また、関節の動作によって巻き込まれてし
まう皮膚表面の領域には、電極部を構成する電極群を配
置しないことが好ましい。その理由はシート状基材の変
形に伴う電極位置の移動が大きいこと、また、上記抵抗
パターンの数、圧力や温度の検出素子の数が多い場合に
は、取得したデータの処理に負担がかかるためである。
よって、このような不都合を避けるためには、下記
(i)乃至(iv)に示すように、関節の動作時(屈曲
や伸展時等)において圧力が大幅に変化する領域を予め
調べておくことが好ましい。
Further, it is preferable not to dispose an electrode group constituting the electrode section in a region on the skin surface which is involved by the movement of the joint. The reason is that the movement of the electrode position accompanying the deformation of the sheet-shaped base material is large, and in the case where the number of the resistance patterns, the number of the pressure and temperature detecting elements are large, the processing of the acquired data is burdensome. That's why.
Therefore, in order to avoid such inconveniences, as shown in the following (i) to (iv), it is necessary to examine in advance the region where the pressure greatly changes during the operation of the joint (bending, extension, etc.). Is preferred.

【0222】(i)効果器を対象者に装着する (ii)対象者に関節の屈曲や伸展の一定動作を実行し
てもらう (iii)(ii)の動作中における抵抗パターンの抵
抗値変化あるいは表面の圧力の情報を取得するととも
に、抵抗値や圧力値に関して所定の閾値を設定してこれ
を越えた位置や範囲を示す場所情報をデータ化してRO
M(リード・オンリー・メモリ)や補助記憶装置(ある
いは外部記憶装置)等の記憶手段に格納しておく (iv)(iii)で記憶しておいた場所情報を参照し
て使用電極の配置や、圧力検出を行わない(あるいは検
出値を無視すべき)領域を決定する。
(I) Attach the effector to the subject (ii) Ask the subject to perform a constant motion of flexion or extension of the joint (iii) Change in the resistance value of the resistance pattern during the operation of (ii) or In addition to acquiring surface pressure information, a predetermined threshold value is set for a resistance value and a pressure value, and location information indicating a position or range exceeding the threshold value is converted to data to obtain an RO.
M (read only memory) or an auxiliary storage device (or an external storage device) is stored in storage means (iv) (iii) by referring to the location information stored in (iii) , A region where pressure detection is not performed (or a detection value should be ignored) is determined.

【0223】尚、(ii)においては、対象者にヘッド
マウントディスプレイ(HMD)等の視覚表示装置を装
着して、当該装置上に模倣すべき動作を映し出す方法を
用いることが好ましい。つまり、カメラ撮影によって得
られる画像情報を動画像として映し出した映像と、これ
から模倣すべき動作を示す仮想映像を視覚表示装置に表
示させ、対象者には、実際の自分の動作を示す映像が仮
想映像に重ね合さるように動きを追従させることで一定
動作を倣ってもらうと、口頭での説明や指示者の動作を
まねるよりも能率的である。
In (ii), it is preferable to use a method in which a visual display device such as a head-mounted display (HMD) is attached to the subject and the operation to be imitated is displayed on the device. In other words, a video in which image information obtained by camera shooting is displayed as a moving image and a virtual video indicating an operation to be imitated are displayed on the visual display device, and the target person is provided with a virtual image indicating the actual operation of the user. It is more efficient to imitate a certain motion by following the motion so as to be superimposed on the video, rather than mimicking the verbal explanation or the motion of the instructor.

【0224】また、効果器を人体に着用して使用できる
形状にした場合には、シート状基材のうち電極部を構成
する電極群が配置されていない場所に、通気性及び伸縮
性を有する材料が用いることが好ましい。つまり、対象
者の動作に伴う発熱や発汗に対処する(つまり、蒸れな
いようにする)とともに動き易さを保証するためには、
通気性に富み、伸縮性に優れた材料の使用が望ましい。
例えば、ダーリントン伸縮性織地と、水蒸気を通しかつ
熱可塑性のフィルムを積層した布地として、リーバンド
社の「ダーレックス」(DARLEXX:商標)や、吸
湿性・給水性に優れた綿素材にクーリング性の高いエバ
ール繊維(芯部分にポリエステル、鞘部分にエチエン・
ビニルアルコールを用いた複合繊維:株式会社クラレの
商標)を交編した機能素材として、ミズノ社の「アイス
タッチ」(商標)等が挙げられるが、これらに限らず、
スポーツ衣類等の分野で開発されている素材を使用する
ことができる。
When the effector is formed into a shape that can be worn on a human body and used, it has air permeability and elasticity in a place where the electrode group constituting the electrode portion is not arranged in the sheet-like base material. Preferably, a material is used. In other words, in order to cope with the heat and sweating caused by the movement of the subject (that is, to prevent stuffiness) and to guarantee the ease of movement,
It is desirable to use a material that is highly breathable and has excellent elasticity.
For example, as a fabric obtained by laminating a Darlington stretch woven fabric and a thermoplastic film that allows water vapor to pass through, a cooling property is applied to "DARLEXX (trademark)" of LeBand and a cotton material excellent in moisture absorption and water supply. High eval fiber (polyester in the core, Ethiene in the sheath)
As a functional material obtained by mixing and knitting a composite fiber using vinyl alcohol: a trademark of Kuraray Co., Ltd., "Ice Touch" (trademark) of Mizuno Corporation, etc., is not limited thereto.
Materials developed in the field of sports clothing and the like can be used.

【0225】そして、関節及びこれによって駆動される
部位の全体に亘って効果器で覆うのではなく、当該関節
についての対偶に対応した部分にだけ電極部を有する効
果器を部分的に装着して(つまり、対偶毎に電極部を作
成するとともに、各対偶の形状的特徴にあった形状の効
果器を着用する。)、電気刺激を付与することにより、
軽くて着用し易くなる。例えば、前腕の肘関節や手首の
関節を例にすると、これらの関節の近傍領域にそれぞれ
の効果器を装着すれば済むことになる。尚、対偶の形状
認識については後述する。
Then, instead of covering the entire joint and the parts driven by the joint with the effector, the effector having the electrode portion only at the part corresponding to the pair of the joint is partially mounted. (That is, an electrode section is created for each pair, and an effector having a shape suitable for the shape characteristics of each pair is worn.) By applying electrical stimulation,
Light and easy to wear. For example, taking the elbow joint of the forearm or the joint of the wrist as an example, it suffices to attach each effector to the area near these joints. The pair shape recognition will be described later.

【0226】しかして、本発明に係る制御方法の基本手
順を箇条書きにしてまとめると下記のようになる。
The following is a summary of the basic procedure of the control method according to the present invention, which is summarized as an item.

【0227】(1)対象者に係る人体の筋肉配置を示す
データベースを予め構築しておく (2)効果器を対象者に装着させることで、当該効果器
を構成する電極群が皮膚表面に接触されるように設定す
るとともに、皮膚表面の形状及び形状変化を示す情報を
取得して形状認識を行う (3)(1)のデータベースから得られる対象者の筋肉
配置の情報と、(2)の形状認識結果に基づいて電極群
のうち電気刺激信号を供給すべき電極を選択する (4)(3)で選択した電極に対して低周波電気刺激又
は干渉波電気刺激のための電気信号を供給する。
(1) A database showing the muscle arrangement of the human body relating to the subject is previously constructed. (2) By attaching the effector to the subject, the electrode group constituting the effector comes into contact with the skin surface. (3) Acquire information indicating the shape and shape change of the skin surface and perform shape recognition. (3) Information on the muscle arrangement of the subject obtained from the database of (1) and (2) An electrode to which an electric stimulation signal is to be supplied is selected from the electrode group based on the shape recognition result. (4) An electric signal for low-frequency electric stimulation or interference wave electric stimulation is supplied to the electrode selected in (3). I do.

【0228】以上で概要説明を終え、下記に示す基本的
事項について詳説する。
The outline has been described above, and the following basic matters will be described in detail.

【0229】(I)圧力検出を利用した形状認識法 (II)骨断面や筋及び脂肪断面の情報を利用したデー
タベースの構築 (III)低周波電気刺激法と干渉波電気刺激法 (IV)ファントムセンセーション (V)筋電図を利用した動作推測法 (VI)低温火傷の防止と刺激出力の調整 先ず、前述したように、図1の形状認識部1cに関して
は圧力検出を利用した認識方法について説明したが、本
法では表面圧Pと形状Sとの間の数値的関係を予め取得
しておく必要があり、そのための初期学習の過程を図3
5乃至図44に従って説明する。
(I) Shape Recognition Method Using Pressure Detection (II) Construction of Database Using Information on Bone Cross Section, Muscle and Fat Cross Section (III) Low Frequency Electrical Stimulation Method and Interference Wave Electrical Stimulation Method (IV) Phantom Sensation (V) Motion estimation method using electromyogram (VI) Prevention of low-temperature burn and adjustment of stimulus output First, as described above, regarding the shape recognition unit 1c in FIG. 1, a recognition method using pressure detection will be described. However, in this method, it is necessary to obtain in advance the numerical relationship between the surface pressure P and the shape S, and the initial learning process for that is shown in FIG.
This will be described with reference to FIGS.

【0230】図35はシート状基材に行及び列電極シー
トと感圧層を積層形成して作成した圧力検出用シート1
2を円筒状(あるいは円錐台状)に丸めて端部同士をシ
リコーンやゴム材料、布等を用いて接着した状態を示し
ている(図の斜線部が接着部分13を示す。)。また、
これに限らず図36に示すように、円筒(圧力検出用シ
ート12)の側面全体を覆うように接着領域14を形成
しても良い(図に斜線を付して示す部分を参照。)。
尚、円筒側面の母線に沿うように縦糸(例えば、麻等の
丈夫な工業糸)を接着部あるいはシート基材の内部又は
外表面に設けることが好ましい(円筒軸に平行な方向に
おけるシート基材の形状変化を良好なものにするた
め。)が、圧力検出用シートの伸張時において電極シー
トや感圧シートが変形したときに抵抗値や誘電率等が変
化する場合があるので、変形に伴う物理量の変化率を予
め測定しておき、当該変化率を考慮してデータ補正を行
うことが好ましい。
FIG. 35 shows a pressure detecting sheet 1 formed by laminating a row and column electrode sheet and a pressure-sensitive layer on a sheet-like base material.
2 shows a state in which 2 is rounded into a cylindrical shape (or a truncated conical shape), and the ends are adhered to each other using silicone, a rubber material, a cloth, or the like (a hatched portion in the figure indicates an adhered portion 13). Also,
Alternatively, as shown in FIG. 36, the adhesive region 14 may be formed so as to cover the entire side surface of the cylinder (the pressure detecting sheet 12) (see the hatched portion in the figure).
In addition, it is preferable to provide a warp yarn (for example, a strong industrial yarn such as hemp) along the generatrix on the side surface of the cylinder on the adhesive portion or on the inner or outer surface of the sheet substrate (the sheet substrate in a direction parallel to the cylinder axis). However, when the electrode sheet or the pressure-sensitive sheet is deformed when the pressure detecting sheet is stretched, the resistance value or the dielectric constant may change. It is preferable that the change rate of the physical quantity is measured in advance, and the data correction is performed in consideration of the change rate.

【0231】図37は圧力検出用シート上における各圧
力検出素子を選択するための構成を概略的に示したもの
であり、マトリックス選択回路15は、上記した行電極
群8a、8a、・・・に接続される接続線群「X」と、
列電極群10a、10a、・・・に接続される接続線群
「Y」を有しており、また、CPU16やメモリ17
(RAM又はROM)に関するアドレスバス18及びデ
ータバス19に接続されている。即ち、CPU16から
マトリックス選択回路15に対するアドレス指定によ
り、圧力検出素子群についての番地指定が為されると、
当該番地に対応する行電極群、列電極群のうちの対応す
る電極がそれぞれ選択され、圧力検出素子の位置が特定
される。そして、選ばれた圧力検出素子の検出情報が返
されて、データバス19を介してCPU16やメモリ1
7において利用されることになる。
FIG. 37 schematically shows a structure for selecting each pressure detecting element on the pressure detecting sheet. The matrix selecting circuit 15 includes the row electrode groups 8a, 8a,. Connection line group "X" connected to
Have a connection line group “Y” connected to the column electrode groups 10a, 10a,.
(RAM or ROM) are connected to an address bus 18 and a data bus 19. That is, when an address is specified for the pressure detection element group by the address specification from the CPU 16 to the matrix selection circuit 15,
A corresponding electrode of the row electrode group and the column electrode group corresponding to the address is selected, and the position of the pressure detecting element is specified. Then, the detection information of the selected pressure detecting element is returned, and the CPU 16 and the memory 1 are connected via the data bus 19.
7 will be used.

【0232】図38は初期学習時に使用する基準円柱
(円筒でも良いが、これを圧力検出用シートに挿入した
ときに当該シートから受ける力によって形状が容易に変
化しないことが必要である。)を示しており、この例で
は、半径を異にする3つの円柱α、β、γが用意されて
おり、円柱αの半径「r_α」が三者中で最も小径とさ
れ、その次の円柱βの半径「r_β」が円柱αの半径よ
りも大きく、円柱γの半径「r_γ」が最も大径とされ
ている。
FIG. 38 shows a reference cylinder (a cylinder may be used, but the shape must not easily change due to the force received from the pressure detection sheet when inserted into the pressure detection sheet) used in the initial learning. In this example, three cylinders α, β, and γ having different radii are prepared, and the radius “r_α” of the cylinder α is the smallest diameter among the three, and the next cylinder β The radius “r_β” is larger than the radius of the column α, and the radius “r_γ” of the column γ is the largest.

【0233】これらの基準円柱をそれぞれ圧力検出用シ
ート12(図では円錐台形状をしている。)に挿入した
上で圧力分布と形状(基準円柱の半径)との間の数値的
関係をキャリブレーションにより取得する。つまり、基
準円柱の径が大きいもの程これを筒状の圧力検出用シー
トに挿入したときの圧迫が大きくなる(表面圧が大きく
なる)ことが明らかであり、そのときの圧力検出情報
(正確には各圧力検出素子により得られるデータ群)と
形状との対応関係を数値情報として得ることができる。
Each of these reference cylinders is inserted into a pressure detecting sheet 12 (in the figure, it has a truncated cone shape), and the numerical relationship between the pressure distribution and the shape (radius of the reference cylinder) is calibrated. Acquisition by option. In other words, it is clear that the larger the diameter of the reference cylinder is, the greater the pressure when this is inserted into the cylindrical pressure detection sheet (the higher the surface pressure), and the pressure detection information at that time (correctly). Can obtain, as numerical information, the correspondence between the shape and the data group obtained by each pressure detecting element.

【0234】尚、この例では説明を簡単にするために基
準円柱を3個としたので、上記自由曲線を決める上での
点の数が少ないが、半径の異なる数多くの基準円柱を用
意するか又は1個の基準円柱においてその半径を連続的
に可変するための機構を設ける(例えば、空圧や電磁機
構等を使った人工筋肉を基準円柱に付設する。)ことに
よって、補間に必要なデータ数を確保できることは勿論
である。また、基準円柱の形状については、円柱の他に
4角柱あるいは多角柱等を用いても良い。
In this example, three reference cylinders are used for the sake of simplicity. Therefore, although the number of points for determining the free curve is small, it is necessary to prepare many reference cylinders having different radii. Alternatively, by providing a mechanism for continuously changing the radius of one reference cylinder (for example, attaching an artificial muscle using pneumatic or electromagnetic mechanisms to the reference cylinder), data necessary for interpolation can be obtained. Needless to say, the number can be secured. Regarding the shape of the reference cylinder, a quadratic prism, a polygonal prism, or the like may be used in addition to the cylinder.

【0235】図39は初期学習の手順例を示すフローチ
ャート図であり、先ず、ステップS1で基準円柱(ある
いは基準円筒、角柱等)のうちの1つを選択してこれを
筒状の圧力検出用シート12に挿入する。
FIG. 39 is a flowchart showing an example of the procedure of the initial learning. First, in step S1, one of the reference cylinders (or a reference cylinder, a prism, or the like) is selected and used for detecting a cylindrical pressure. Insert into sheet 12.

【0236】次ステップS2では、圧力検出用シートに
おける各圧力検出素子を上記マトリックス選択回路15
により走査してこれらによる圧力検出情報を取得してメ
モリ(RAM)に格納する。
In the next step S2, each pressure detecting element in the pressure detecting sheet is connected to the matrix selecting circuit 15 described above.
To obtain pressure detection information based on the above information and store it in a memory (RAM).

【0237】尚、この場合、圧力検出素子の数が膨大な
数に亘ることに起因してデータ量が増えてしまうという
不都合に対処するためには、上記した「人体に関する力
学的構造の数値モデル」を活用して必要最小限の数の圧
力検出点を選定すると、データ量を大幅に低減すること
ができる。つまり、データ量を削減するために圧力検出
素子の数を予め必要最小限にまで少なくしておくことが
考えられるが、これでは対象者の個体差(体格差や四肢
の長さの違い等)によって圧力検出点を適正な位置に選
択できないことになってしまうからである。
In this case, in order to cope with the inconvenience that the amount of data increases due to the enormous number of pressure detecting elements, the above-mentioned “numerical model of the mechanical structure related to the human body” is used. By selecting the minimum necessary number of pressure detection points by utilizing the above, the data amount can be significantly reduced. In other words, in order to reduce the amount of data, it is conceivable to reduce the number of pressure detecting elements to a necessary minimum in advance. This makes it impossible to select a pressure detection point at an appropriate position.

【0238】次ステップS3では、用意した基準円柱等
について、これらを筒状の圧力検出用シートに挿入して
圧力分布データを取得する作業が終了したか否かを判断
し、終了時には次ステップS4に進むが、そうでなけれ
ばステップS1に戻る。
In the next step S3, it is determined whether or not the operation of obtaining the pressure distribution data by inserting the prepared reference cylinders and the like into a cylindrical pressure detection sheet has been completed. Proceeds to step S1, but otherwise returns to step S1.

【0239】ステップS4では圧力検出ポイント毎に形
状Sと圧力Pとの間の関数関係を得るために、自由曲線
や2次曲線等を用いて近似処理を行う。例えば、自由曲
線には、ラグランジェの補間曲線、ファーグソン曲線、
スプライン補間曲線、ベヂエ多項式曲線、B(ベヂエ)
−スプライン曲線等が挙げられ、補間のポイント数に応
じて使い分けることが好ましい。尚、補間処理について
は既知の方法を踏襲すれば良いのでその説明を省略す
る。
In step S4, an approximation process is performed using a free curve, a quadratic curve, or the like in order to obtain a functional relationship between the shape S and the pressure P for each pressure detection point. For example, free curves include Lagrange's interpolation curve, Ferguson curve,
Spline interpolation curve, Bezier polynomial curve, B (Bezier)
-A spline curve or the like, and it is preferable to use properly according to the number of interpolation points. Note that the interpolation processing may follow a known method, and a description thereof will be omitted.

【0240】次ステップS5では、前ステップで得られ
た関数関係を1タイムでROMにデータとして登録する
ことで初期学習が完了するが、EPROM(消去可能プ
ログラム可能なROM)やEEPROM(電気的消去書
き込み可能なROM)等を使用することによってその後
のデータ補正に容易に対処することができるし、また、
前記したようにデータをファイル化して補助記憶(ある
いは外部記憶)装置に保存しても良いことは勿論であ
る。
In the next step S5, the initial learning is completed by registering the functional relation obtained in the previous step as data in the ROM in one time, but the EPROM (erasable programmable ROM) or the EEPROM (electrically erasable) is completed. By using a writable ROM) or the like, it is possible to easily cope with the subsequent data correction.
As described above, it is a matter of course that the data may be filed and stored in the auxiliary storage (or external storage) device.

【0241】図40は圧力検出用シートを対象物に巻き
付けた状態で得られる圧力分布情報から形状を認識する
手順を示すフローチャート図であり、先ず、ステップS
1では対象物を筒状の圧力検出用シートに挿入する。例
えば、対象者の腕に圧力検出用シートを巻き付ける。
FIG. 40 is a flow chart showing the procedure for recognizing the shape from the pressure distribution information obtained when the pressure detecting sheet is wound around the object.
At 1, the target is inserted into a cylindrical pressure detection sheet. For example, a pressure detection sheet is wrapped around the subject's arm.

【0242】次ステップS2では、圧力検出ポイントを
選定後に各ポイントに対応する圧力検出素子によって圧
力検出情報を取得した後、次ステップS3では、得られ
た情報をROMデータと比較する。
In the next step S2, after pressure detection points are selected, pressure detection information is obtained by the pressure detection elements corresponding to each point, and in the next step S3, the obtained information is compared with ROM data.

【0243】そして、次ステップS4では、取得した圧
力検出情報に対応する形状データをROMデータから求
めるが、正確に符合するデータがROM内にあるとは限
らないので、圧力検出情報に近いROMデータを検索し
てこれに基づいて予想形状データを算出する。尚、圧力
情報から形状を特定するためには多種多様な形状に係る
データを数多く所有してこれをデータベース化しておく
ことが認識の可否や精度を決定する上で重要である。
In the next step S4, the shape data corresponding to the acquired pressure detection information is obtained from the ROM data. However, since the data that matches exactly is not always stored in the ROM, the ROM data close to the pressure detection information is obtained. Is calculated and the expected shape data is calculated based on this. In order to specify the shape from the pressure information, it is important to have a large number of data related to various shapes and to store the data in a database in order to determine whether recognition is possible and the accuracy.

【0244】圧力検出用シート(圧力検出手段)を用い
て人体の表面形状を認識するにあたっては、関節を如何
にして判別するかが問題となるが、圧力検出用シートに
よって検出される表面圧の変化が大きい範囲を形状認識
手段により関節部として認識し、形状モデルとしてのワ
イヤーフレームモデルの構成データを出力する構成を採
用することが好ましい。
In recognizing the surface shape of a human body using the pressure detecting sheet (pressure detecting means), it is important to determine the joints. It is preferable to adopt a configuration in which a range in which the change is large is recognized as a joint by the shape recognition means, and configuration data of a wire frame model as a shape model is output.

【0245】図41乃至図44は、上肢を例にしてその
形状認識について説明するためのものである。
FIGS. 41 to 44 illustrate the shape recognition of the upper limb as an example.

【0246】図41は形状認識の手順例を示したフロー
チャート図であり、スタート時点において前記した初期
学習が終了していることが前提となる。
FIG. 41 is a flow chart showing an example of the procedure of shape recognition. It is assumed that the above-described initial learning has been completed at the start time.

【0247】先ず、ステップS1では圧力検出用シート
を上肢表面の全体に亘って巻き付けた状態で各検出ポイ
ントにおける圧力情報を取得する。
First, in step S1, pressure information at each detection point is obtained with the pressure detection sheet wound around the entire upper limb surface.

【0248】次ステップS2では、対象者に一定の動作
を実行してもらい、その動作が安定して行われるように
する。このためには図42に示すように、対象者にヘッ
ドマウントディスプレイ(HMD)等の視覚表示装置を
装着して、当該装置上に模倣すべき上肢の動きを映し出
す。つまり、図の画面W内に示すように、対象者は実際
の手を示す映像RHが、模倣すべき動作の仮想映像VH
に重なり合うように自分の手を仮想の手に追従させるこ
とで動作を模倣する。
In the next step S2, the subject is asked to perform a certain operation, and the operation is performed stably. For this purpose, as shown in FIG. 42, a visual display device such as a head mounted display (HMD) is attached to the subject, and the movement of the upper limb to be imitated is projected on the device. In other words, as shown in the screen W in the figure, the target person has the image RH indicating the actual hand is the virtual image VH of the operation to be imitated.
It imitates the movement by making his / her hand follow a virtual hand so as to overlap.

【0249】ステップS3では、各圧力検出ポイントの
うち、予め規定した基準値以上の圧力が検出される領域
を選択した後、次ステップS4で関節部の判別処理を行
う。つまり、図43に示すように、上肢では手首、肘、
肩の部分で対偶動作に伴う圧力の変化が大きいための、
この部分に対応する検出ポイントでの圧力情報から関節
部を認識することができる。尚、図中に「+」の丸印で
示す位置が関節部を概念的に示しており、また、矢印
「Ra」で示す範囲が手首部で圧力変化の顕著な範囲、
矢印「Rb」で示す範囲が肘部で圧力変化の顕著な範
囲、矢印「Rc」で示す範囲が肩部で圧力変化の顕著な
範囲をそれぞれ示している。
In step S3, a region in which a pressure equal to or higher than a predetermined reference value is detected is selected from each pressure detection point, and then, in step S4, a joint discrimination process is performed. That is, as shown in FIG. 43, the wrist, elbow,
Because the change in pressure due to pairing at the shoulder is large,
The joint can be recognized from the pressure information at the detection point corresponding to this portion. In the drawing, positions indicated by circles of “+” conceptually indicate joints, and a range indicated by an arrow “Ra” indicates a remarkable range of pressure change at the wrist,
The range indicated by the arrow “Rb” indicates the remarkable pressure change range at the elbow, and the range indicated by the arrow “Rc” indicates the remarkable pressure change range at the shoulder.

【0250】次ステップS5では、各関節部の認識結果
から関節間の長さを求めることでボーンワイヤーモデル
(骨格構造をワイヤーフレームモデルとして表現したも
の)を作成して形状データを取得する。尚、上肢形状に
ついての認識結果については、例えば、ポリゴンデータ
として出力することができる。また、説明は省略する
が、脚等の他の部位についても同様の方法を踏襲できる
ことは勿論である。
In the next step S5, a bone wire model (a skeleton structure expressed as a wire frame model) is created by obtaining the length between the joints from the recognition result of each joint, and shape data is obtained. The recognition result of the upper limb shape can be output as, for example, polygon data. Although the description is omitted, it is needless to say that the same method can be followed for other parts such as legs.

【0251】関節角度の認識にあたっては、上記のよう
に関節部を認識する際に、対偶の動作に対して圧力変化
が新たに加わるポイント又は範囲を探して、当該ポイン
ト又は範囲における圧力検出情報から関節角度を求める
ことが好ましい。つまり、上記したように関節部周囲の
表面は対偶の動作に伴う圧力変化が顕著な場所であり、
関節の屈曲角度が大きくなるにつれて次第に圧力が他の
場所に比べて大きくなるからである。
In recognizing the joint angle, when recognizing the joint as described above, a point or a range in which a pressure change is newly added to the paired operation is searched for, and the pressure detection information at the point or the range is searched. It is preferable to determine the joint angle. In other words, as described above, the surface around the joint is a place where the pressure change accompanying the pair's movement is remarkable,
This is because as the bending angle of the joint increases, the pressure gradually increases as compared with other places.

【0252】尚、対偶位置の認識にあたっては、図44
に示すいくつかの圧力変化のパターンを満たす検出ポイ
ントを探し出して、その圧力変化から位置を求めること
が好ましい。図44(a)乃至(c)に示すグラフ図は
横軸に時間t(図41のステップS2で説明した一定動
作の開始時点を時間軸の起点とする。)をとり、縦軸に
検出された圧力Pをとってその時間的変化を概略的に示
したものである。
In recognizing the pair position, FIG.
It is preferable to search for a detection point that satisfies several pressure change patterns shown in (1) and find a position from the pressure change. In the graphs shown in FIGS. 44A to 44C, the horizontal axis represents time t (the starting point of the constant operation described in step S2 in FIG. 41 is defined as the starting point of the time axis), and the vertical axis is detected. FIG. 3 schematically shows a temporal change of the pressure P. FIG.

【0253】図44(a)は、グラフ線gで示すように
動作開始からほぼ一定の傾斜をもって圧力Pが上昇して
いく様子を示しており、また、図44(b)では、グラ
フ線g1に示すように、ある検出ポイントでの圧力が最
初の立ち上がって飽和した後、別の検出ポイントでの圧
力がグラフ線g2に示すように立ち上がって飽和する様
子を示している。
FIG. 44 (a) shows how the pressure P rises with a substantially constant slope from the start of the operation as shown by the graph line g, and FIG. 44 (b) shows the graph line g1. As shown in Fig. 7, after the pressure at a certain detection point rises first and saturates, the pressure at another detection point rises and saturates as shown by a graph line g2.

【0254】図44(c)では、複数の検出ポイントで
の各圧力を示すグラフ線gi(i=1、2、・・・)に
示されるように、ある遅延時間をもって次々に圧力が立
ち上がった後飽和していく様子が分かる。
In FIG. 44 (c), as shown by the graph lines gi (i = 1, 2,...) Showing the pressures at a plurality of detection points, the pressures rise one after another with a certain delay time. You can see how it saturates afterwards.

【0255】このような圧力の時間的変化に特徴的なパ
ターンが認められる場所を捉えることによって対偶の位
置を認識することができ、例えば、手や指、肘、肩等の
認識にとって有用である。
By capturing a place where a pattern characteristic of such a temporal change in pressure is recognized, it is possible to recognize an even-numbered position, which is useful, for example, for recognition of a hand, finger, elbow, shoulder and the like. .

【0256】また、捻り動作によって形状が変化する関
節部を形状認識手段によって認識する際には、圧力検出
手段を構成するシート状基材において捻れに伴って生じ
る圧力変化から関節角度を求めることが好ましい。例え
ば、首や腰の回転や前腕の回内・回外動作等において筋
肉の捻れを捉えることで形状変化の認識が可能になる。
When recognizing the joint whose shape changes due to the twisting operation by the shape recognizing means, it is necessary to obtain the joint angle from the pressure change caused by the twist in the sheet-like base material constituting the pressure detecting means. preferable. For example, the shape change can be recognized by capturing the torsion of the muscle in the rotation of the neck and waist, the pronation / supination of the forearm, and the like.

【0257】尚、皮膚表面の捻れ等に伴って圧力検出シ
ートが体表面から離れることに起因して形成される皺の
認識については、急激な圧力変化が2点以上の検出ポイ
ントに亘って連続的に生じた場所を皺とみなすことで処
理することができる。但し、形状データを、例えばポリ
ゴンデータとして作成する場合には、多数の皺データを
含むことに起因して形状が複雑化し、データ量の増加を
余儀なくされることになるので、皺データを除去した表
面形状データだけを得たい場合には、ポリゴンデータに
関する結合処理を用いる。これはポリゴンメッシュを簡
単化して点やラインを間引くことでデータ圧縮を行う時
に使用される定番処理であり、エッジのもつ重要度や形
状的特徴にどれだけの寄与を持つ要素であるかを考慮し
た方法や、エッジ除去後の体積変化あるいはエッジ除去
後に設定した新頂点ともとの三角パッチの頂点との距離
和等を評価量として用いる方法等、各種の方法が知られ
ている。
[0257] Regarding the recognition of wrinkles formed when the pressure detection sheet separates from the body surface due to the twisting of the skin surface, etc., a rapid pressure change is continuously detected over two or more detection points. It can be processed by regarding a place where the image has occurred as a wrinkle. However, when the shape data is created as, for example, polygon data, the shape becomes complicated due to including a large number of wrinkle data, and the data amount is inevitably increased. When it is desired to obtain only the surface shape data, a joining process for polygon data is used. This is a standard process used when compressing data by simplifying the polygon mesh and thinning out points and lines, taking into account the importance of the edge and how much it contributes to the shape characteristics Various methods are known, such as the method described above, a method of using the volume change after edge removal or the sum of the distances between the new vertex set after edge removal and the vertex of the original triangular patch as an evaluation amount.

【0258】以上の形状認識法は、人体の皮膚表面の形
状データを取得するのに有効であり、その際、画像認識
のための撮像手段が不要であるので、例えば、図23乃
至図25で説明した対象者の外形形状データを取得する
際にも有用である。即ち、上記電極部や圧力検出部をシ
ート状基材の上に多層構造をもって形成した効果器を対
象者に着用してもらい、その際に圧力検出部によって得
られる皮膚表面の形状データを取得して対象者の外形形
状を認識すれば、前記したように対象者の体型形を特定
してその筋肉配置を示すデータベースを作成することが
できる。
The above-described shape recognition method is effective for obtaining shape data of the skin surface of a human body, and at this time, an imaging means for image recognition is not required. It is also useful when acquiring the external shape data of the described subject. That is, when the subject wears an effector in which the electrode portion and the pressure detecting portion are formed in a multilayer structure on a sheet-like base material, at that time, the shape data of the skin surface obtained by the pressure detecting portion is acquired. By recognizing the external shape of the target person as described above, the body shape of the target person can be specified as described above, and a database showing the muscle arrangement can be created.

【0259】次に、上記事項(II)骨断面や筋及び脂
肪断面の情報を利用したデータベースの構築について説
明する。
Next, the construction of a database using the information on the above-mentioned item (II), bone section, muscle and fat section, will be described.

【0260】これまでは対象の外形形状や表面状態に関
するデータの取得方法に関心をおいて説明してきたが、
ヘリカルCT(Computer Tomograph
y)やヘリカルMRI(Magnetic Reson
ance Imaging)等の断層面撮像手段による
画像情報を利用できる場合には、これらを積極的に活用
することが好ましい。
So far, the method of acquiring data relating to the external shape and surface state of the object has been described with an interest.
Helical CT (Computer Tomograph)
y) and helical MRI (Magnetic Reson)
If image information obtained by tomographic plane imaging means, such as an imaging method, can be used, it is preferable to actively utilize the image information.

【0261】即ち、対象者に基準姿勢(例えば、基本的
立位姿勢等)をとってもらうか又は対象部位を撮像台上
にギブスで固定してから、ヘリカルCTにより得た骨断
面と、ヘリカルMRIで得た筋や脂肪断面の画像情報を
取得するとともに、断面位置の異なる多数の画像データ
を積層してデータベース化することで対象者に係る静的
な人体構造のデータベースを構築する。そして、関節を
動作させながら時間軸に沿って対偶を撮影した画像デー
タを取得するとともに、当該関節の角度毎に対偶の形状
に係る静的なデータベースを作成することで時間経過を
含む動的な人体構造のデータベースを構築する。このデ
ータベースを利用して対象者の筋肉配置を示すデータベ
ースを作成すると、対象者(あるいは対象部位)の外形
形状に加えて骨や筋肉、腱等の内部構造や密度分布を含
む、より精密なモデルを得ることができる。
That is, after the subject takes a reference posture (for example, a basic standing posture or the like) or the target portion is fixed on the imaging table with a cast, the bone cross section obtained by helical CT and the helical MRI In addition to acquiring the image information of the muscle and fat cross-section obtained in the above, a database of a static human body structure related to the subject is constructed by stacking a large number of image data having different cross-sectional positions and forming a database. Then, while operating the joint, image data obtained by photographing the pair along the time axis is acquired, and a dynamic database including the passage of time is created by creating a static database relating to the pair's shape for each angle of the joint. Build a human body structure database. If this database is used to create a database showing the muscle arrangement of the subject, a more precise model that includes the internal structure and density distribution of bones, muscles, tendons, etc., in addition to the external shape of the subject (or the target site) Can be obtained.

【0262】図45乃至図47はそのような手順例を示
すフローチャート図である。
FIGS. 45 to 47 are flow charts showing an example of such a procedure.

【0263】先ず、図45のステップS1で撮影対象と
なる対偶を選択した後、次ステップS2では対偶の状態
を考慮して対象部位を撮像台上にギブスで固定する。
尚、ここにいう「状態」とは、対偶の動作に影響する筋
について関節角度の変化を考慮した状態を意味する。例
えば、前腕についていうと、手指計測に関する動作や、
尺屈、橈屈、掌屈等の動作を加味して回内・回外運動に
おける断層撮影を行えるように対象部位についての状態
設定を行う。その際、筋を緊張させた状態と緊張させな
い状態とを区別して撮影できるように配慮する。
First, in step S1 of FIG. 45, a pair to be photographed is selected, and in the next step S2, the target part is fixed on the imaging table by casting in consideration of the state of the pair.
Here, the “state” means a state in which a change in the joint angle is considered for muscles that affect paired movement. For example, when it comes to the forearm,
The state of the target portion is set so that tomography in pronation / supination movements can be performed in consideration of movements such as squat flexion, radius flexion, and palm flexion. At this time, care is taken so that photographing can be performed in a state where the muscles are tensioned and a state where the muscles are not tensioned.

【0264】次ステップS3では、対象部位の長手方向
における撮影回数を設定した後、ステップS4に進んで
ヘリカルCTによる骨の撮影及びヘリカルMRIによる
骨及び筋の撮影を行う。即ち、骨の輪郭についてはヘリ
カルCTを使って識別し、また、筋肉の輪郭については
ヘリカルMRIで得た撮像データから、筋と筋との間に
ある潤滑膜によって識別することができる。尚、後者の
場合(断層断面での筋の識別)にあたっては、潤滑膜と
筋との色差を利用して画像処理で自動的に識別する方法
と、画像処理用ソフトウェアを使って手動又は半手動
(例えば、輪郭抽出に係る部分的なオートトレース機能
等)で識別する方法があるが、いずれにしても各筋肉の
区別が可能である。また、脂肪の識別については、水プ
ロトン(陽子)と脂肪プロトンでは共鳴周波数にずれが
あることを利用して検出する既知の方法が確立されてい
る。
In the next step S3, after setting the number of times of imaging in the longitudinal direction of the target part, the flow advances to step S4 to perform imaging of bones by helical CT and imaging of bones and muscles by helical MRI. That is, the outline of the bone can be identified using helical CT, and the outline of the muscle can be identified from the imaging data obtained by helical MRI using the lubricating film between the muscles. In the latter case (strain identification in the cross section of the tomography), a method of automatically identifying by image processing using the color difference between the lubricating film and the muscle, and a manual or semi-manual method using image processing software (For example, there is a method of identification by a partial auto-trace function related to contour extraction), but in any case, it is possible to distinguish each muscle. In addition, for the identification of fat, a known method has been established which utilizes the fact that there is a difference in resonance frequency between water protons (protons) and fat protons.

【0265】次ステップS5では、ヘリカルCTで得た
画像情報において明度差(白い部分と黒い部分との明る
さの違い)が顕著な領域を検出する。つまり、骨の輪郭
部分が白く、その周囲は黒いので白黒のコントラストが
大きいところを輪郭抽出することによって骨の領域を識
別することができる。
In the next step S5, a region where a difference in brightness (brightness difference between a white portion and a black portion) is detected in the image information obtained by the helical CT is detected. That is, since the outline of the bone is white and its surroundings are black, the area of the bone can be identified by extracting the outline of a portion where the contrast between black and white is large.

【0266】ステップS6では、ヘリカルMRIで得た
画像情報において白色領域を抽出した後、次ステップS
7ではステップS5、S6で得たデータの差分演算によ
って骨領域を消去したデータを得る。
In step S6, a white area is extracted from the image information obtained by the helical MRI, and then the next step S6 is performed.
In step 7, data in which the bone region has been deleted by the difference calculation of the data obtained in steps S5 and S6 is obtained.

【0267】そして、図46のステップS8ではヘリカ
ルMRIで得た画像情報における白色領域(前ステップ
で骨領域は除去済みである。)から筋のデータ(輪郭形
状の情報を含む。)を抽出して、これに筋の名称を割り
振る。その際には、抽出した領域毎に手動で名称を付す
方法と、前記人体構造のモデルを利用して自動又は半自
動(候補名称の表示支援や、選択肢の呈示等)で筋の名
称付けをする方法とがある。
In step S8 in FIG. 46, muscle data (including contour shape information) is extracted from the white area (the bone area has been removed in the previous step) in the image information obtained by helical MRI. Then, assign the name of the line to this. At that time, a method of manually assigning a name to each extracted region and a method of automatically or semi-automatically using the model of the human body structure (such as display of candidate names and presentation of options) are used to name muscles. There is a way.

【0268】次ステップS9では、各骨や筋の輪郭デー
タから得られる輪郭線の長さをそれぞれ計測して取得し
た後、ステップS10に進み、ここで対象部位の長手方
向における全ての撮影作業が終了したか否かを判断す
る。そして、終了時にはステップS11に進むが、未終
了時には残り撮影回数を1回減らした後で図45のステ
ップS4に戻る。
In the next step S9, after measuring and acquiring the lengths of the contour lines obtained from the contour data of the bones and muscles, respectively, the process proceeds to step S10, where all the photographing operations in the longitudinal direction of the target part are performed. It is determined whether the process has been completed. Then, the process proceeds to step S11 at the time of termination, but returns to step S4 of FIG.

【0269】ステップS11では、前ステップまでの過
程で得られている骨や筋のうちから対象を選択した後、
次ステップS12では各断層断面での画像情報について
ステップS9で得ている各輪郭線の比率を算出する。つ
まり、ある断層面における骨の輪郭線長を基準して、別
の断層面における当該骨の輪郭線長の長さについて比率
を割り出す。
In step S11, after selecting an object from the bones and muscles obtained in the process up to the previous step,
In the next step S12, the ratio of each contour obtained in step S9 is calculated for the image information at each tomographic section. That is, based on the length of the contour line of the bone on a certain tomographic plane, a ratio is calculated for the length of the contour line length of the bone on another tomographic plane.

【0270】例えば、図48に示すように、各断層面
「Sn」(n=0、1、・・・)における輪郭線の形状
が三日月形状をしており、それらの輪郭線の長さを「l
gn」(n=0、1、・・・)とするとき、図ではlg
0=30、lg1=40、lg2=50、lg3=4
0、lg4=30(長さの単位は省略する。)である。
よって、lg0=30を基準にすると、これを「10
0」とした各長さの比率を得ることができる。
For example, as shown in FIG. 48, the contour of each tomographic plane “Sn” (n = 0, 1,...) Has a crescent shape, and the length of the contour is "L
gn "(n = 0, 1,...)
0 = 30, lg1 = 40, lg2 = 50, lg3 = 4
0, lg4 = 30 (length unit is omitted).
Therefore, on the basis of lg0 = 30, this is referred to as “10
It is possible to obtain the ratio of each length as "0".

【0271】次ステップS12では、前ステップで得た
比率データ(正確にはデータ群)に応じて各断面での輪
郭線に対してポリゴンポイント(この時点では輪郭線デ
ータは平面的なデータであるが、後述するようにこれを
3次元化してポリゴンデータを生成する際にはこのポイ
ントがポリゴンの主要な頂点として利用される。その意
味でこれを「メインポリゴンポイント」と呼ぶことにす
る。)の数(これを「X0」本と記す。)を指定する。
例えば、輪郭線長が長いほどポイント数が多くなるよう
にする。
In the next step S12, polygon points (contour data at this point are planar data) are set for contours in each cross section in accordance with the ratio data (precisely, data group) obtained in the previous step. However, as will be described later, this point is used as a main vertex of the polygon when it is three-dimensionally generated to generate polygon data. In this sense, this point is called a "main polygon point".) (This is referred to as “X0” lines).
For example, the number of points increases as the contour length increases.

【0272】図48に示す例では、各輪郭線長さ「lg
n」(n=0、1、・・・)に対するポイント数を「X
0_n」(n=0、1、・・・)とするとき、X0_0
=30、X0_1=40、X0_2=50、X0_3=
40、X0_4=30に規定される(説明の便宜上、l
gnに対するX0_nの比率を「1:1」とした。)。
In the example shown in FIG. 48, each contour line length "lg
n ”(n = 0, 1,...) is represented by“ X
0_n "(n = 0, 1,...), X0_0
= 30, X0_1 = 40, X0_2 = 50, X0_3 =
40, X0_4 = 30 (for convenience of explanation, l
The ratio of X0_n to gn was “1: 1”. ).

【0273】ステップS13では各断面において尖った
部位(角張った部分)を識別し、そのポイント(その数
を「X1」個とする。)を抽出してメインポリゴンポイ
ントに登録する。
In step S13, a pointed portion (sharp portion) in each section is identified, and the point (the number is set to "X1") is extracted and registered as a main polygon point.

【0274】例えば、図49に示すような三日月形状で
は、両端部に鋭角的な部分があり、それらの頂点「MM
P0」、「MMP1」が上記メインポリゴンポイントとし
て登録されるとともに、この場合のX1は2個である。
For example, in the crescent shape as shown in FIG. 49, there are acute portions at both ends,
“P0” and “MMP1” are registered as the main polygon points, and X1 in this case is two.

【0275】そして、図46のステップS14では輪郭
線で囲まれた部分(面)の重心を算出する。例えば、図
50に示すようにスプライン曲線Spで囲まれた図形に
対して、基準点「O」を設定したときに、当該点と点P
0乃至Pn-1上によって構成される多数の三角形群(Tr
0乃至Trn-1を参照。)によっ対象図形を近似した場合
には、各三角形の重心(G0乃至Gn-1)の位置ベクトル
を合成することによって面重心(点G)を求めることが
できる。
Then, in step S14 of FIG. 46, the center of gravity of the portion (plane) surrounded by the contour is calculated. For example, when a reference point “O” is set for a figure surrounded by a spline curve Sp as shown in FIG.
A large number of triangles (Tr
See 0 to Trn-1. ), The surface centroid (point G) can be obtained by combining the position vectors of the centroids (G0 to Gn-1) of each triangle.

【0276】図47のステップS15では、前ステップ
で求めた重心Gを中心にして輪郭線を等角で分割する。
つまり、分割数を「N」とすると、「N=X0−X1」
として、重心Gから「360°/N」本の直線(放射状
の半直線)を引いて、これらと輪郭線(あるいはそのス
プライン曲線)との交点を求めて当該交点をメインポリ
ゴンポイントとして追加登録する。
In step S15 in FIG. 47, the contour is divided at equal angles around the center of gravity G obtained in the previous step.
That is, if the number of divisions is “N”, “N = X0−X1”
Then, “360 ° / N” straight lines (radial half lines) are drawn from the center of gravity G, the intersection of these with the contour (or its spline curve) is obtained, and the intersection is additionally registered as a main polygon point. .

【0277】図51には点Gを中心としてスプライン曲
線Sp(輪郭線)をN等分(等角分割)したときの分割
線Ln_0乃至Ln_n-1及びこれらと輪郭線との交点Q0乃
至Qn-1を示している。
FIG. 51 shows dividing lines Ln_0 to Ln_n-1 when the spline curve Sp (contour line) is divided into N equal parts (conformal division) around the point G, and intersections Q0 to Qn- of these and the contour line. 1 is shown.

【0278】尚、図49の場合には、三日月形状(例え
ば、断層面S0での形状)について算出される面重心G
と、当該重心Gを通る「N=X0_0−X1=30−2
=28」本の分割線(中心線)Li(i=2、3、・・
・、29)によって図形分割が行われ(同図(B)参
照。)、各分割線Liと図形の輪郭線(Sp)との交点
「MMPi」(i=2、3、・・・)が算出されこれら
がメインポリゴンポイントとして登録される。
In the case of FIG. 49, the surface centroid G calculated for the crescent shape (for example, the shape on the tomographic plane S0)
And "N = X0_0-X1 = 30-2" passing through the center of gravity G
= 28 "dividing lines (center lines) Li (i = 2, 3,...)
, 29), the figure is divided (see FIG. 2B), and the intersection point “MMPi” (i = 2, 3,...) Between each division line Li and the outline (Sp) of the figure is determined. These are calculated and registered as main polygon points.

【0279】このように分割数NにおいてX0からX1
を差し引く理由は、X1個の尖った部位に設定されるポ
イントは予めメインポリゴンポイントとして登録される
ので、その数をX0(割り当て数)から削減することに
よって、分割線数を一定化するためである(こうするこ
とによって、各断層面についての割り当て数の比率「X
0_n/X0_0」(n=1、2、・・・)がくずれな
いように設定することができる。)。
As described above, in the division number N, X0 to X1
The reason for subtracting is that the points set in the X1 sharp parts are registered in advance as main polygon points, so that the number is reduced from X0 (the number of assignments) to make the number of division lines constant. (By doing so, the ratio of the number of assignments for each fault plane “X
0_n / X0_0 ”(n = 1, 2,...) Can be set so as not to be distorted. ).

【0280】上記したとおり、各断層断面での骨又は筋
の輪郭線から3次元形状データを作成するにあたって
は、当該輪郭線の内部領域の面重心を算出した後、当該
面重心から等しい角度間隔をもって放射状に延びる直線
群と輪郭線との交点を求め、これらの交点を3次元形状
データの基準点として用いると、図46のステップS1
3で仮設定されたポイントに対して、さらに詳細な情報
内容をもったポイントを付加することができるので輪郭
線に対する近似の程度を高めることができる。つまり、
ただ闇雲にポイント数を増やすことで高次の近似を行う
よりは、ポイントの位置を的確に選定することでデータ
処理の負担を軽減することが好ましい(∵面重心Gを中
心といして当該重心と各ポリゴンポイントとを結ぶ線分
の角度間隔が不均等であるよりは、上記点Q1乃至Qnに
示すように均等な角度間隔をもつようにポリゴンポイン
トを設定した方がデータ処理が容易であるから。)。
As described above, in creating three-dimensional shape data from the contours of bones or muscles in each cross section, after calculating the surface centroid of the inner region of the contour, the angle intervals from the surface centroids are equal. When the intersections between the group of straight lines extending radially and the contour line are obtained by using the intersections and these intersections are used as the reference points of the three-dimensional shape data, step S1 in FIG.
Since points having more detailed information contents can be added to the points temporarily set in step 3, the degree of approximation to the outline can be increased. That is,
However, it is preferable to reduce the load of data processing by selecting the positions of points accurately rather than performing higher-order approximation by increasing the number of points in a dark cloud. The data processing is easier if the polygon points are set so as to have an equal angular interval as shown by the points Q1 to Qn, rather than the angular intervals of line segments connecting the polygon points and the polygon points are not equal. From.)

【0281】尚、分割線の数「N」は面積の大きさに比
例して多くすることが高精度化の観点からは好ましい
が、上記した説明では、Nの決定において面積の代わり
にポリゴン頂点数(X0−X1)で代用することで処理
時間の短縮化を図っている。
It is preferable to increase the number “N” of the dividing lines in proportion to the size of the area from the viewpoint of high accuracy. However, in the above description, in the determination of N, the polygon vertex is used instead of the area. The processing time is reduced by substituting the number (X0-X1).

【0282】図47のステップS18ではメインポリゴ
ンポイント間の距離に大きな格差が生じているか否かを
判断し(ポイント間の距離の比率あるいはその平均値や
分散が、基準値以上であるか否かの比較判断によって行
う。)、格差が大きい場合にはステップS19に進み、
格差が許容範囲内であればステップS20に進む。
In step S18 of FIG. 47, it is determined whether or not there is a large difference in the distance between the main polygon points (whether or not the ratio of the distance between the points or the average value or the variance thereof is greater than or equal to a reference value). If the difference is large, the process proceeds to step S19.
If the difference is within the allowable range, the process proceeds to step S20.

【0283】ステップS19では、メインポリゴンポイ
ント間の距離格差を補正するために、当該格差が問題と
なるメインポリゴンポイントとこれに隣接するメインポ
リゴンポイントとの間に補助的なポリゴンポイント(以
下、「サブポリゴンポイント」という。)を追加設定す
る。尚、あるメインポリゴンポイントと他のメインポリ
ゴンポイントとが重なった場合あるいは両ポイント間の
距離が隣り合うサブポリゴンポイントの間隔より小さい
場合には、先登録のメインポリゴンポイントを優先させ
る(N=X0−X1ではなくN=X0として、重なり合
うポイント又は間隔の狭いポイントをスキップして分割
線を配置する。)。
In step S19, in order to correct the distance difference between the main polygon points, an auxiliary polygon point (hereinafter, referred to as "a") is inserted between the main polygon point where the difference is a problem and a main polygon point adjacent thereto. Sub-polygon points "). If a certain main polygon point overlaps another main polygon point, or if the distance between the two points is smaller than the distance between adjacent subpolygon points, the main polygon point registered first has priority (N = X0). Assuming that N = X0 instead of -X1, overlapping points or points with narrow intervals are skipped and a dividing line is arranged.)

【0284】そして、次ステップS20では、ステップ
S2乃至S19に至る一連の処理が全て終了したか否か
を判断し、そうであれば次ステップS21に進み、未終
了時には図45のステップS2に戻る。
Then, in the next step S20, it is determined whether or not all of the series of processes from steps S2 to S19 has been completed. If so, the process proceeds to the next step S21, and if not completed, returns to step S2 in FIG. .

【0285】ステップS21では、上記メインポリゴン
ポイント及びサブポリゴンポイントに基づいて3次元形
状データ(ポリゴンデータ)を生成するとともに、これ
らによって表現される骨や筋等の名称で当該形状データ
を特定することでデータベースを生成する。
In step S21, three-dimensional shape data (polygon data) is generated based on the main polygon points and the sub-polygon points, and the shape data is specified by names of bones, muscles, and the like represented by these. Generate a database with.

【0286】尚、筋肉の動作をポリゴンデータで表現す
る際には(形状の動的な表現)、各断層面での面重心
(重心群)を通るスプライン曲線を中心線として規定
し、当該中心線の形状に合せて筋のポリゴンデータを時
間的に変化させる(上記ポリゴンポイントの位置的変化
による)と、筋の形状予測が可能になる。
When the movement of the muscle is represented by polygon data (dynamic representation of the shape), a spline curve passing through the surface centroid (group of centroids) at each tomographic plane is defined as a center line, and the center line is defined. If the polygon data of the streaks is changed over time in accordance with the shape of the line (by the positional change of the polygon points), the shape of the streaks can be predicted.

【0287】また、皮膚の変化については対偶の面中心
を通るスプライン曲線を規定することで表現することが
できる。但し、皮膚についてはヘリカルCTやMRIの
撮影時に対象が無負荷状態である場合も想定されるの
で、このためには圧力検出時の表面形状を考慮して補完
処理を行うことが好ましい。そのためには、例えば、下
記に示す手順を踏む。
[0287] The change in skin can be expressed by defining a spline curve passing through the center of the even face. However, the skin may be in a no-load state at the time of helical CT or MRI imaging. For this purpose, it is preferable to perform the complementing process in consideration of the surface shape at the time of pressure detection. For this purpose, for example, the following procedure is performed.

【0288】(1)対象者の骨格及び筋肉のモデルに対
して皮膚モデルを付加したモデルを作成する (2)表面圧力の検出によって皮膚表面の形状データを
取得し、これと(1)の皮膚モデルから得られる表面形
状とを比較する (3)皮膚モデルに基づくポリゴンデータと、圧力検出
に基づく表面形状のポリゴンデータとが許容誤差の範囲
で一致しない場合には、ポリゴンの中心からみてどちら
のデータが当該中心から遠いかを判断する(例えば、対
偶の中心を基準点「O」とし、当該基準点を通る半直線
が、皮膚モデルに基づくポリゴン図形と交わるポイント
(ポリゴンポイント)を「PP1」、また当該半直線
が、圧力検出に基づく表面形状のポリゴン図形と交わる
ポイントを「PP2」とするとき、線分「OPP1」の
長さと、線分「OPP2」の長さを比較する等。) (4)皮膚モデルに基づくポリゴンデータと、圧力検出
に基づく表面形状のポリゴンデータとが許容誤差の範囲
で一致しない場合には、両者の面的な広がりに関して相
対的にどれだけ圧縮又は伸張されているかを比率計算す
る(つまり、線分「OPP1」の長さと、線分「OPP
2」の長さとの比率を、任意のポイントについて計算す
ることで圧縮率(又は伸張率)を求める。) (5)(4)で求めた比率に基づいて、両モデルのデー
タについての大きさがほぼ同じになるように伸縮処理を
行うとともに、ヘリカルCTやMRIから作成した画像
についてその基準中心(対偶中心等)に関して圧縮又は
伸張処理を行う(画像サイズの変更であり、データ圧縮
や伸長ではない)。
(1) Create a model in which a skin model is added to the model of the subject's skeleton and muscles. (2) Obtain the shape data of the skin surface by detecting the surface pressure. (3) If the polygon data based on the skin model and the polygon data of the surface shape based on the pressure detection do not match within an allowable error range, either of them is viewed from the center of the polygon. It is determined whether the data is far from the center (for example, the center of the pair is defined as a reference point “O”, and a point (polygon point) at which a half-line passing through the reference point intersects a polygon figure based on the skin model is “PP1”. When the point at which the half line intersects the polygonal figure of the surface shape based on the pressure detection is “PP2”, the length of the line segment “OPP1” and the line segment (4) When the polygon data based on the skin model and the polygon data of the surface shape based on the pressure detection do not match within the range of the allowable error, the two-dimensional spread of the two. Are relatively compressed or decompressed with respect to the ratio (that is, the length of the line segment “OPP1” and the line segment “OPP1”).
The compression ratio (or expansion ratio) is obtained by calculating the ratio to the length of “2” for an arbitrary point. (5) Based on the ratio obtained in (4), the expansion and contraction processing is performed so that the sizes of the data of both models are almost the same, and the reference center (paired even) of the image created from helical CT or MRI is performed. Compression or decompression processing (center, etc.) (change of image size, not data compression or decompression).

【0289】骨や筋、皮膚の名称付けにあたっては、前
記した人体構造のモデルから得られる骨や筋等の配置に
関するデータからその中心線を求めて、これが図47の
ステップS21で得たポリゴンデータにより特定される
領域(つまり、骨や筋の推定領域)に含まれるか否かの
包含関係をチェックすることで当該ポリゴンデータに係
る名称を特定することが好ましく、これによって自動又
は半自動での識別処理が可能になる。
In naming bones, muscles, and skin, the center line is determined from the data on the arrangement of bones, muscles, and the like obtained from the above-described model of the human body structure, and the polygon data obtained in step S21 in FIG. It is preferable to specify the name related to the polygon data by checking the inclusion relationship of whether or not the polygon data is included in the area specified by (i.e., the estimated area of bone or muscle), thereby automatically or semi-automatically identifying Processing becomes possible.

【0290】尚、図45のステップS4での撮影におい
て対偶内を部分的に撮影することによって撮影回数及び
処理すべきデータ量の削減を図ることができる。
It is to be noted that the number of times of shooting and the amount of data to be processed can be reduced by partially shooting the inside of the pair in the shooting in step S4 of FIG.

【0291】また、図46のステップS8で画像情報に
おける筋分布の色情報から赤筋と白筋の量的な比率を求
めると(断層面では各筋の面積比に相当し、赤色と白色
の区別については画像処理(色フィルタをかける)によ
って色の違いから容易に識別できる。)、赤筋と白筋の
比から対象者の反応速度や持久力を推測することができ
る(赤筋の割合が多い場合には持久力に優れ、白筋の割
合が多い場合には瞬発力に優れている。)。
When the quantitative ratio of the red and white streaks is determined from the color information of the streak distribution in the image information in step S8 of FIG. 46 (corresponding to the area ratio of each streak on the tomographic plane, the red and white streaks are determined). The distinction can be easily distinguished from the difference in color by image processing (by applying a color filter). The reaction speed and endurance of the subject can be estimated from the ratio of red and white muscles (red muscle ratio When there are many, the endurance is excellent, and when the ratio of white streaks is large, the instantaneous power is excellent.)

【0292】次に(III)の低周波電気刺激法、干渉
波電気刺激法についての説明に移る。
Next, the description will proceed to the low frequency electric stimulation method and the interference wave electric stimulation method (III).

【0293】先ず、低周波電気刺激法について説明す
る。
First, the low frequency electrical stimulation method will be described.

【0294】低周波電気刺激法における基本的要素(刺
激条件)は下記に示す通りである(諸量については図5
2を参照)。
The basic elements (stimulation conditions) in the low-frequency electrical stimulation method are as shown below (various quantities are shown in FIG. 5).
2).

【0295】i)電流の強さ(強度I) ii)刺激パルスの持続時間(パルス幅Tw) iii)刺激パルスの極性と波形 iv)刺激周波数 v)刺激時間と休止時間(Ts) vi)電極配置 vii)電気刺激による運動単位の発射・動員。I) Current intensity (intensity I) ii) Stimulation pulse duration (pulse width Tw) iii) Stimulation pulse polarity and waveform iv) Stimulation frequency v) Stimulation time and rest time (Ts) vi) Electrode Arrangement vii) The firing and mobilization of motor units by electrical stimulation.

【0296】上記i)に関しては、神経や筋を興奮させ
るにあたってその細胞膜に電位変化を惹き起こすために
一定以上の電流強度、電気的エネルギーが必要となる。
尚、強度が強い方が刺激効果は高いが、不快感や痛みも
強くなってしまうので、刺激強度の設定にあたっては効
果に対するデメリットにも配慮する必要があり、50m
A(ミリアンペア)以下、例えば、20mA〜30mA
程度が目安となる(医療用具では出力電流20mAが上
限とされている。)。また、上記ii)の持続時間やi
v)の周波数によっても刺激強度(あるいは筋収縮力)
が変化することにも注意を要する。
Regarding i), when exciting nerves and muscles, a certain level of current intensity and electrical energy are required to cause a potential change in the cell membrane.
It should be noted that the stronger the intensity, the higher the stimulating effect, but the more discomfort and pain will be.
A (mA) or less, for example, 20 mA to 30 mA
The degree is a guideline (the output current is 20 mA as the upper limit for medical devices). In addition, the duration of i) and i
Stimulation intensity (or muscle contraction force) depending on the frequency of v)
It should be noted that changes occur.

【0297】尚、刺激電流の(時間)平均値がゼロでな
いと電極と生体との間に分極現象が生じてしまい電気化
学的組成の変化をもたらすので好ましくない。そのため
には、容量(コンデンサ)や絶縁トランス等を用いて直
流成分をカットする。
If the (time) average value of the stimulation current is not zero, a polarization phenomenon occurs between the electrode and the living body, which changes the electrochemical composition, which is not preferable. For this purpose, a DC component is cut using a capacitor (capacitor), an insulating transformer, or the like.

【0298】ii)の持続時間に関しては、ある一定の
電気的エネルギー量の供給により神経や筋を興奮させる
ための刺激パルスの持続時間をどのように規定するかが
問題となる。つまり、刺激波形のエネルギー量は刺激強
度Iとパルス幅Twとの積に基づいて決定されることに
なるが、一般にはパルス幅が長くなると筋収縮の度合が
強くなるが、逆に痛みが誘発されることにもなるので、
約0.2〜0.3ミリ秒程度のパルス幅が用いられる。
Regarding the duration of ii), how to define the duration of the stimulation pulse for exciting nerves and muscles by supplying a certain amount of electrical energy becomes a problem. That is, the energy amount of the stimulus waveform is determined based on the product of the stimulus intensity I and the pulse width Tw. Generally, as the pulse width increases, the degree of muscle contraction increases, but on the contrary, pain is induced. So that
A pulse width on the order of about 0.2-0.3 milliseconds is used.

【0299】尚、刺激強度とパルス幅との間には一定の
関係があることが知られており(所謂、強さ・時間曲
線)、刺激強度が弱い場合には長いパルス幅を必要と
し、逆に刺激強度が強く場合には短いパルス幅で筋収縮
が行われる。そして、パルス幅をどんなに長くしても一
定の電流値以下では収縮が起らなくなったときの電流の
強さを「基電流」といい、基電流の2倍の電流値でのパ
ルス幅を時値(クロナキシー)と呼んでいる。
It is known that there is a certain relationship between the stimulus intensity and the pulse width (a so-called intensity-time curve). When the stimulus intensity is weak, a long pulse width is required. Conversely, when the stimulus intensity is high, muscle contraction is performed with a short pulse width. No matter how long the pulse width is, the strength of the current when contraction does not occur below a certain current value is called the "base current", and the pulse width at twice the current value of the base current It is called the value (chronaxie).

【0300】また、神経や筋に加える電気刺激について
は持続時間の短いパルス電圧(あるいは電流)が用いら
れ、例えば、筋の収縮量を制御するための刺激パルス列
についての変調法には、振幅変調(AM)、パルス幅変
調(PWM)、周波数変調(FM)が用いられる。
A pulse voltage (or current) having a short duration is used for electrical stimulation applied to nerves and muscles. For example, a modulation method for a stimulation pulse train for controlling the amount of muscle contraction includes amplitude modulation. (AM), pulse width modulation (PWM), and frequency modulation (FM).

【0301】上記iii)の極性については、刺激電極
を陰極にし、不関電極(電気刺激を加えた際に刺激を感
じない電極)を陽極に設定する。これは、一般に筋収縮
を誘発させる刺激電流が陰極下の場合に筋肉の興奮性が
高いためであり、負性パルスが使用されることが多い
(例えば、負性矩形波では、刺激による痛みや不快感を
極力低減するとともに、筋の疲労が少なく滑らかで力強
い筋収縮力が得られる。)。
Regarding the polarity of the above iii), the stimulating electrode is set to the cathode, and the indifferent electrode (the electrode that does not feel stimulation when electric stimulation is applied) is set to the anode. This is because the muscle is highly excitable when the stimulation current for inducing muscle contraction is under the cathode, and a negative pulse is often used (for example, in the case of a negative square wave, pain due to stimulation or It reduces discomfort as much as possible and provides smooth and powerful muscle contraction with less muscle fatigue.)

【0302】また、神経、筋を興奮させるには電気的エ
ネルギー量とともに、一定以上の急峻な電流変化が必要
であり、波形の立ち上り時の傾き(あるいは傾き角)が
ある程度大きいことが必要となる。即ち、大きな電流量
であっても非常にゆっくりと電流強度を上げていった場
合には順応によって刺激とはならないためである。尚、
この「傾き」(刺激パルスの立ち上がりの角度であり、
図52の「θ」を参照。)は刺激波形に関係しており
(理想矩形波では90°である。)、波形には負性矩形
波、補正単相・指数関数的増減波等が挙げられる。
Further, in order to excite nerves and muscles, a steep current change of a certain level or more is required together with the amount of electric energy, and the slope (or the slope angle) at the rising edge of the waveform needs to be large to some extent. . That is, if the current intensity is increased very slowly even with a large amount of current, it does not become a stimulus due to adaptation. still,
This "slope" (the angle of rise of the stimulation pulse,
See “θ” in FIG. ) Is related to the stimulus waveform (90 ° in an ideal rectangular wave), and the waveform includes a negative rectangular wave, a corrected single-phase exponential increase / decrease wave, and the like.

【0303】上記iv)の周波数に関して、「低周波」
をどの範囲の周波数とするかについての考え方がさまざ
まであるため明確な定義はないが、200Hz以下ある
いは100Hz以下の範囲が目安となる。尚、単発の電
気刺激では筋が単収縮を起こすだけで強縮は起さない。
つまり、強縮を惹き起こすには一定以上の刺激周波数が
必要であり、正常では15Hz程度以上である(15H
z以下の低周波で刺激すると筋の震えが出現する。)。
また、刺激周波数が筋の反応帯周波数に近づく程収縮力
も強くなる。
Regarding the frequency of iv), “low frequency”
Although there is no clear definition because there are various ideas on what range of frequency is to be set, a range of 200 Hz or less or 100 Hz or less is a guide. It should be noted that a single electrical stimulus does not cause twitch but only a single contraction of the muscle.
In other words, a stimulus frequency equal to or higher than a certain value is required to induce tonicity, which is normally about 15 Hz or more (15H).
Muscle tremor appears when stimulated at low frequencies below z. ).
Also, the contraction force increases as the stimulation frequency approaches the muscle response band frequency.

【0304】上記v)の刺激時間と休止時間については
両者の比が問題となり、デューティーサイクル(あるい
はデューティー比)の決定にあたっては筋の疲労を考慮
する必要がある。つまり、刺激時間が長すぎると容易に
筋肉疲労を来してしまうので、刺激強度や周波数の如何
にもよるが、一般的には刺激時間に対して1:1以上の
休止時間が必要である。尚、筋の持久力を増加させたい
場合には休止時間を基準値よりも短くし、最大筋力を増
加させたい場合には十分な休止時間を確保しながら強い
筋収縮を引き出す刺激条件を設定する等の配慮が必要に
なる。
The ratio between the stimulation time and the pause time in v) becomes a problem, and it is necessary to consider muscle fatigue when determining the duty cycle (or duty ratio). In other words, if the stimulation time is too long, muscle fatigue easily occurs. Therefore, depending on the stimulation intensity and frequency, a pause of 1: 1 or more is generally required for the stimulation time. . If the muscle endurance is to be increased, the pause time is set shorter than the reference value, and if the maximum muscle strength is to be increased, a stimulating condition for inducing strong muscle contraction while securing a sufficient pause time is set. Consideration such as is necessary.

【0305】上記vi)の電極配置については、筋収縮
を誘発するために電気刺激を与える場合、最も反応性の
良い部位(所謂、運動点=motor point)を
考慮して決定することが好ましい。つまり、上記した形
状認識部1cによって対象部位の形状や動きを認識した
後、筋配置を特定して筋への刺激領域が運動点を含むよ
うに決定する。尚、運動点は神経が筋に入り込んでいく
部分であり、その場所は神経筋接合部付近と考えられて
いる。
[0305] The electrode arrangement in vi) above is preferably determined in consideration of the most responsive site (so-called motor point) when applying electrical stimulation to induce muscle contraction. That is, after recognizing the shape and movement of the target part by the shape recognizing unit 1c, the muscle arrangement is specified and the stimulation area for the muscle is determined so as to include the movement point. The movement point is a portion where the nerve enters the muscle, and the place is considered to be near the neuromuscular junction.

【0306】また、神経本幹が皮下に浅在している場合
にはその部位も良好に反応するので、この運動点への刺
激に付与するための電極配置や形状については通電方法
を単極法、双極法、グループ刺激法に分けて規定するこ
とが好ましい。
When the nerve trunk is shallow under the skin, the site responds well. Therefore, regarding the electrode arrangement and shape for applying stimulation to this moving point, the energization method is monopolar. It is preferable to define the method separately for the method, the bipolar method, and the group stimulation method.

【0307】つまり、単極法では、大きな不関電極を、
目的筋から離れた、筋の少ない部位に置き、小さな刺激
電極(関電極)を運動点上に置いて刺激を行う。例え
ば、上記した効果器では、多数の電極によって占有面積
の大きい不関電極を構成し、少数の電極によって占有面
積の小さな不関電極を構成すれば良い。
In other words, in the unipolar method, a large indifferent electrode is
Stimulation is performed by placing a small stimulating electrode (seki electrode) on the exercise point, away from the target muscle, in a region with few muscles. For example, in the above-described effector, an indifferent electrode having a large occupied area may be constituted by a large number of electrodes, and an indifferent electrode having a small occupied area may be constituted by a small number of electrodes.

【0308】双極法では、大きさが同じで比較的大きな
電極によって運動点を挟むようにして配置するか、ある
いは陰極を運動点に置いて刺激が行われる。上記した効
果器では、使用電極の数及び位置の選択によって刺激面
積の設定を容易に行うことができる。
In the bipolar method, stimulation is performed by placing the moving point between electrodes having the same size and relatively large electrodes, or by placing the cathode at the moving point. In the above-described effector, the stimulation area can be easily set by selecting the number and position of the electrodes to be used.

【0309】グループ刺激法では、ある筋群全体を収縮
させるような電極配置が使用される。
In the group stimulation method, an electrode arrangement is used so as to contract a certain muscle group.

【0310】低周波電気刺激の場合に2極1組の電極対
を対象部位に複数設置する際には、各組の電極間の導通
予想ライン(刺激電流路の予想ライン)が互いに交わら
ないように電極配置を設定することが望ましい。これ
は、導通予想ラインが交わる場所の筋には強力な干渉波
刺激が加わってしまう虞があり、このような事態の回避
が必要となる。尚、電極間の導通予想ラインの算出や判
定にあたっては、電極群のうち隣り合う電極の抵抗成分
を検出するとともに、前述した断層面情報から得られる
対象部位の内部構造のデータについて各部の材質に応じ
た抵抗率(あるいは比抵抗)を設定して計算することが
できる。例えば、上記したように電極2、2、・・・が
格子配置となっている場合には、ある電極を中心として
選んだときにその周囲に8つの隣り合う電極が存在する
が、これらの電極の1つと中心の電極とを選択して一定
の微弱電圧をかけることで両者間の抵抗値を知ることが
でき、このような検出を別の電極についても同様に行う
ことによって表面の抵抗値分布を知ることができる。ま
た、内部構造に係る抵抗分布については、各構成部位
(骨、筋、腱、脂肪等)に係る既知の抵抗率を前記した
断層面解析の結果に基づいて各部に設定した上で、有限
要素法等、既知の方法を用いて求めることができる(導
通予想ラインは、対をなす電極を特定したときに、両電
極の間で最も抵抗の小さい場所を通る経路として算出さ
れる。)。
When a plurality of pairs of electrodes are provided at a target site in the case of low-frequency electrical stimulation, the conduction prediction lines (stimulation current path prediction lines) between the electrodes of each pair do not cross each other. It is desirable to set the electrode arrangement in the following manner. This is because there is a possibility that a strong interference wave stimulus may be applied to the streaks where the predicted conduction line intersects, and it is necessary to avoid such a situation. In calculating and determining the expected conduction line between the electrodes, the resistance component of the adjacent electrode in the electrode group is detected, and the data of the internal structure of the target portion obtained from the tomographic plane information described above is applied to the material of each part. It can be calculated by setting a corresponding resistivity (or specific resistance). For example, when the electrodes 2, 2,... Are arranged in a lattice as described above, when a certain electrode is selected as a center, eight adjacent electrodes exist around the electrode. By selecting one of the electrodes and the center electrode and applying a constant weak voltage, the resistance value between the two can be known. By performing such detection on another electrode in the same manner, the resistance value distribution on the surface can be obtained. You can know. Further, regarding the resistance distribution relating to the internal structure, a known resistivity relating to each component (bone, muscle, tendon, fat, etc.) is set for each part based on the result of the above-described tomographic plane analysis, and then a finite element is set. It can be obtained using a known method such as a method (a predicted conduction line is calculated as a path passing through a place having the lowest resistance between the two electrodes when a paired electrode is specified).

【0311】上記vii)について、通常の随意筋収縮
では負荷の増加に伴って発射する運動単位が、より細い
神経線維に支配されている遅筋(typeI)筋線維か
ら、より太い神経線維とその支配している速筋(typ
eII)筋線維の発射として参加してくる(これを「S
ize principle」と呼んでいる。)。
Regarding the above vii), in normal voluntary muscle contraction, the motor unit fired with an increase in load is changed from the slow muscle (type I) muscle fiber, which is controlled by thinner nerve fibers, to the thicker nerve fiber and its control. Fast muscles (type
eII) Participate as firing of muscle fibers (this is referred to as "S
It is called "size principal". ).

【0312】しかし、電気刺激ではこれとは逆に刺激強
度を上げていくと、より太い神経線維から刺激されるた
め、筋疲労が早期に出現してしまうことになるので、こ
れに対する配慮(つまり、適切な刺激条件の設定)が必
要となる。
[0312] However, in the case of electrical stimulation, conversely, when the stimulation intensity is increased, the muscles are stimulated from thicker nerve fibers, so that muscle fatigue appears early. , Setting of appropriate stimulation conditions) is required.

【0313】また、電気刺激の場合、太い神経線維(つ
まり、運動神経線維)から刺激され、より細い感覚神経
線維がその後から刺激されることになるため、運動神経
に係る刺激の閾値が通常の範囲であれば、表在感覚神経
刺激による痛みを与えることなく、運動神経を刺激して
筋収縮を得ることが可能である。
Also, in the case of electrical stimulation, stimulation is performed from thick nerve fibers (namely, motor nerve fibers), and thinner sensory nerve fibers are subsequently stimulated. Within this range, it is possible to stimulate the motor nerves and obtain muscle contraction without causing pain due to superficial sensory nerve stimulation.

【0314】次に、干渉波電気刺激法について説明す
る。
Next, the electric interference wave stimulation method will be described.

【0315】この方法は、皮膚抵抗を無視できる程度の
中周波電流(例えば、4000Hzと3900Hz)を
使用して周波数差に相当する低周波数電流(ビート電
流)を発生させるものであり、皮膚抵抗による電力損失
が少なく、しかも人体内部組織の部分で低周波を発生さ
せる方法であるため対象部位について十分な電気刺激の
エネルギーを供給であるという利点がある(低周波電流
を皮膚に対して直接的に流す場合には電気的エネルギー
の大部分が皮膚の電気抵抗によって消費されてしまうた
め、内部組織に十分なエネルギーを供給するのが困難で
ある。)。また、皮膚表面から筋肉の収縮が目視で認識
できないような内層筋(例えば、指伸筋等)に対しては
干渉波電気刺激が望ましい。
In this method, a low-frequency current (beat current) corresponding to a frequency difference is generated by using a medium-frequency current (for example, 4000 Hz and 3900 Hz) that can neglect the skin resistance. This method has the advantage of supplying a sufficient amount of electric stimulation energy to a target site because the method is a method of generating low frequency in a part of a human internal tissue with low power loss (low frequency current is directly applied to the skin). When flowing, most of the electrical energy is consumed by the electrical resistance of the skin, making it difficult to supply sufficient energy to the internal tissues.) In addition, interference wave electrical stimulation is desirable for lining muscles (eg, finger extensors, etc.) in which muscle contraction cannot be visually recognized from the skin surface.

【0316】干渉波電気刺激の基本的要素(刺激条件)
は、下記の通りである。
Basic Elements of Interference Electric Stimulation (Stimulation Conditions)
Is as follows.

【0317】i)刺激周波数差(干渉周波数) ii)ビート電流のエネルギー量。I) Stimulation frequency difference (interference frequency) ii) Energy amount of beat current.

【0318】筋刺激に適した刺激条件としては、例え
ば、パルス波形として立体導体波(三極干渉波)を用い
た場合に、出力電流100ミリアンペア以下、搬送周波
数5000Hz、干渉周波数0.5〜200Hz程度で
ある。また、皮膚刺激に適した刺激条件としては、例え
ば、パルス波形を負性矩形波とした場合に、出力電流5
0ミリアンペア以下、搬送周波数4000〜4150H
z、干渉周波数150Hz以下である。
[0318] Stimulation conditions suitable for muscle stimulation include, for example, when a three-dimensional conductor wave (tripolar interference wave) is used as a pulse waveform, the output current is 100 mA or less, the carrier frequency is 5000 Hz, and the interference frequency is 0.5 to 200 Hz. It is about. Stimulation conditions suitable for skin stimulation include, for example, when the pulse waveform is a negative rectangular wave,
0 mA or less, carrier frequency 4000-4150H
z, the interference frequency is 150 Hz or less.

【0319】効果器における使用電極の設定にあたって
は、干渉波刺激の様子を実験的に調べる方法もあるが、
干渉波シミュレーター(携帯電話のアンテナ設計等にお
いて使用する電磁界シミュレーターを用いて、人体の骨
や筋等に対して異なる伝搬係数を決定して複数の運動点
に関する干渉波のシミュレーションを行うための装置)
を利用することが好ましい。
In setting the electrodes to be used in the effector, there is a method of experimentally examining the state of interference wave stimulation.
Interference wave simulator (a device that simulates interference waves at multiple points of motion by determining different propagation coefficients for human bones and muscles using an electromagnetic field simulator used in the design of mobile phone antennas, etc.) )
It is preferable to use

【0320】その際、骨や筋、脂肪、腱に対してそれら
の材質毎に減衰率(σ)を設定して、皮膚表面のうち各
部までのエネルギー損失が少ない場所に電極を設定する
と、エネルギー消費に関して効率的である。つまり、前
述した方法により対象部位の断層面情報から内部組織の
情報(つまり骨や筋等)が得られている場合には、それ
らの3次元形状データ(ポリゴンデータ)に対して材質
毎の減衰率を設定を設定して干渉波シミュレーションを
行うことができる。
At this time, by setting an attenuation rate (σ) for each material such as bones, muscles, fats, and tendons, and setting an electrode at a place on the skin surface where energy loss to each part is small, energy Efficient in consumption. That is, when information on the internal tissue (i.e., bones, muscles, etc.) is obtained from the tomographic plane information of the target site by the above-described method, the attenuation of the three-dimensional shape data (polygon data) for each material is obtained. The interference wave simulation can be performed by setting the ratio.

【0321】図53は皮膚表面S上の任意の点Sa(S
ax、Say)と、骨や筋等の部位XPの内点Pとが距
離「r」だけ離れており、部位XPに対して波の減衰率
「σ」を与えたときのエネルギー損失「L」が、点Sa
の位置座標の関数L(Sax、Say)として表される
ことを示している(図では単に「L(Sa)」と記
す。)。つまり、内点Pについて関数値の小さい場所を
シミュレーションで探知することで当該場所に位置する
電極あるいは当該場所に最も近い場所の電極を使用電極
として設定することができる。尚、使用電極が決まる
と、そのときの対象部位の内点Pが干渉ポイントとなる
が、このポイントついては関節の駆動角度毎に設定する
ことが望ましく、また、指筋群のように密集した筋配置
については対偶の長手方向においてそれぞれ異なる位置
に干渉ポイントを設定することが望ましい(干渉ポイン
トが狭い領域に集中しないようにするため。)。
FIG. 53 shows an arbitrary point Sa (S
ax, Say) and the inner point P of the part XP such as a bone or a muscle are separated by a distance “r”, and the energy loss “L” when the wave attenuation rate “σ” is given to the part XP Is the point Sa
Is represented as a function L (Sax, Say) of the position coordinates (in the figure, simply referred to as “L (Sa)”). That is, by detecting a place having a small function value for the inner point P by simulation, an electrode located at the place or an electrode at a place closest to the place can be set as an electrode to be used. When the electrode to be used is determined, the inner point P of the target part at that time becomes an interference point. It is desirable to set this point for each joint drive angle, and it is also desirable to set a dense muscle such as a finger muscle group. As for the arrangement, it is desirable to set the interference points at different positions in the longitudinal direction of the pair (to prevent the interference points from being concentrated in a narrow area).

【0322】さらに、各部位XPに対してそれらの材質
毎に物質密度あるいは質量密度(ρ)を設定して、皮膚
表面のうち各部までの波の位相ずれが小さい場所に電極
を設定すると、干渉波刺激にとって効果的な場所を選定
することができる。尚、物質密度(ρ)は材質に応じた
質量密度(単位体積当たりの質量)から決定できる。
Further, if the material density or the mass density (ρ) is set for each material for each part XP and the electrode is set at a place where the phase shift of the wave to each part on the skin surface is small, interference An effective place for wave stimulation can be selected. The material density (ρ) can be determined from the mass density (mass per unit volume) according to the material.

【0323】そして、部位XPの内点Pでの理想的な干
渉波を取得するためには、電極位置の設定についてさら
に下記の手順(1)乃至(4)を採ることが好ましい。
In order to obtain an ideal interference wave at the inner point P of the part XP, it is preferable to further perform the following procedures (1) to (4) for setting the electrode position.

【0324】(1)骨や筋、脂肪、腱に対してそれらの
材質毎に波の反射率(α)及び屈折率(β)をそれぞれ
設定する (2)骨や筋、脂肪、腱に対してそれぞれ設定された減
衰率(σ)や物質密度(ρ)に基づいて上記したように
最小エネルギー損失の場所、最小の位相ずれの場所での
電極候補から複数の電極を選び出す(図54には表面S
上に電極候補位置を3点「Sa1」、「Sa2」、「S
a3」で示す。) (3)(2)で選んだ電極位置から対象部位XPの内点
Pに向かう搬送波の時間的推移について当該部位XPに
よって反射あるいは屈折される波形を平面的にシミュレ
ートすることで、当該平面上における干渉波の周波数分
布を求める (4)内点Pでの理想的な干渉波が得られるまで、
(2)及び(3)の手順を繰り返した後、最終的に使用
電極位置を決定する。
(1) Set the reflectance (α) and the refractive index (β) of the wave for each material for bone, muscle, fat, and tendon. (2) For the bone, muscle, fat, and tendon, As described above, a plurality of electrodes are selected from the electrode candidates at the location of the minimum energy loss and the location of the minimum phase shift based on the attenuation rate (σ) and the material density (ρ) set respectively (see FIG. 54). Surface S
The three electrode candidate positions are “Sa1”, “Sa2”, and “S
a3 ". (3) By simulating in a plane the waveform that is reflected or refracted by the part XP with respect to the temporal transition of the carrier wave from the electrode position selected in (2) toward the inner point P of the target part XP, the plane can be simulated. Find the frequency distribution of the interference wave above (4) Until the ideal interference wave at the inner point P is obtained
After repeating the steps (2) and (3), the position of the electrode to be used is finally determined.

【0325】尚、上記(2)の手順において、始めから
減衰率(σ)や物質密度(ρ)を考慮した電極候補の選
出を行うよりも、初期の試行では減衰率(σ)や物質密
度(ρ)を考慮せずに電極候補を選出した後、電極場所
についての見通しがある程度ついてから減衰率(σ)や
物質密度(ρ)の設定及びこれに基づく電極候補の選定
を行う方がシミュレーションの効率アップにとって好ま
しい。
In the procedure of the above (2), the selection of the electrode candidate in consideration of the attenuation rate (σ) and the material density (ρ) from the beginning, rather than the selection of the electrode candidates in the initial trial, the attenuation rate (σ) and the material density After selecting electrode candidates without considering (ρ), it is more simulated to set the attenuation rate (σ) and material density (ρ) and select electrode candidates based on this after a certain degree of prospect about the electrode location is obtained. It is preferable for improving efficiency.

【0326】また、こうして設定された電極については
その出力電流値を変更して対象部位XPの内点Pへの電
気刺激の出力設定を行うことができるように装置を構成
することが好ましい(干渉波における電極配置について
適切な出力設定を行うためである。)。また、筋の配置
領域は時として関節の動作(例えば、前腕の回内・回外
動作等)によって著しく変化することがあるので、各関
節の動作毎にシミュレーションを行う(つまり、上記動
的な人体構造のデータベースに基づいて時間経過を考慮
した干渉波シミュレーション)を行って使用電極位置を
決定することが好ましい(∵対象部位の時間経過を含ま
ない静的な干渉波シミュレーションだけでは、関節動作
に対応した筋への干渉波のための電極を適切に設定する
ことが難しいから。)。尚、その際、対偶の運動状態を
示す情報(ポリゴンデータ等を含む。)と、これに対す
る理想的な刺激領域及び使用電極位置の情報とを関連付
けたデータベースを構築しておいて、データの再利用に
供する(例えば、各使用電極に優先度を付けたり、使用
電極に不具合が生じた場合に別の候補電極で代用するた
めの属性データをデータベースに含める等。)ことが望
ましい。そのために、複数の電極候補を取得した後、こ
れらの位置情報をメモリや補助記憶装置等の記憶手段に
保存しておき、実際に電極として使用する際に電極候補
の位置情報を読み出してこれらの中から電気刺激の対象
領域に適した電極を選択する。
It is preferable to configure the apparatus so that the output current value of the electrode thus set can be changed to set the output of the electrical stimulation to the inner point P of the target portion XP (interference). This is to make appropriate output settings for the electrode arrangement in the wave.) In addition, since the muscle placement area sometimes changes significantly due to joint movements (for example, pronation / supination movements of the forearm), a simulation is performed for each joint movement (ie, the dynamic It is preferable to determine the position of the electrode to be used by performing an interference wave simulation that considers the passage of time based on a database of the human body structure. It is difficult to properly set the electrode for the interference wave to the corresponding muscle.) At this time, a database is constructed in which information (including polygon data and the like) indicating the movement state of the pair is associated with information on the ideal stimulation area and the position of the electrode to be used. It is desirable to use the data (for example, to assign a priority to each used electrode or to include, in a database, attribute data for substituting another candidate electrode when a problem occurs in the used electrode). For this purpose, after obtaining a plurality of electrode candidates, the position information thereof is stored in a storage means such as a memory or an auxiliary storage device, and when the electrodes are actually used as electrodes, the position information of the electrode candidates is read out and read. An electrode suitable for the target area of the electrical stimulation is selected from among them.

【0327】上記の説明ではシミュレーションの対象を
内点Pとしたが、内層筋群への電気刺激にあたっては、
点ではなく一定(幅)の周波数帯域をもつ領域内の面を
対象としてシミュレーションを行う方法と、さらには面
を拡張して立体(例えば、球や円柱、多面体、角柱等)
を対象にシミュレーションを行う方法とが挙げられ、次
元数が大きくなる程に処理が複雑となる。
In the above description, the target of the simulation is the inner point P. However, in the case of electrical stimulation of the inner muscle group,
A method of simulating a surface within a region having a constant (width) frequency band instead of a point, and further expanding the surface to a three-dimensional object (eg, a sphere, a cylinder, a polyhedron, a prism, etc.)
And a simulation is performed on the object, and the processing becomes more complicated as the number of dimensions increases.

【0328】前者の方法では、図53や図54において
点Pの代わりに対象部位XPの内部や境界に面を設定す
ると、複数の筋肉を同時に刺激したり、電気刺激に反応
する領域の面積を大きくした干渉波シミュレーションを
実現することができる。
In the former method, if a surface is set inside or at the boundary of the target portion XP instead of the point P in FIG. 53 or FIG. 54, the area of a region which stimulates a plurality of muscles at the same time or responds to the electrical stimulation is reduced. An increased interference wave simulation can be realized.

【0329】面設定にあっては、下記の場合分けが挙げ
られる。
In the surface setting, there are the following cases.

【0330】a)隣り合う筋への同時刺激 b)動作させたくない筋と動作させたい筋とが入り交じ
っている場合。
A) Simultaneous stimulation of adjacent muscles b) When muscles not desired to be operated and muscles desired to be operated are mixed.

【0331】先ず、a)では、複数の筋のうち隣り合う
筋が同時に刺激されるように対象面を設定すると、ある
特定の筋とその付近の筋への干渉波シミュレーション結
果を同時に得ることができる。例えば、隣接する複数の
筋肉の同時動作については、隣接する筋の各中心に対し
て理想的的な周波数帯域の領域が複数の筋の範囲に含ま
れるように広範囲な干渉領域に対して電気刺激を行うこ
とが好ましい。そして、実際の電気刺激を付与する際に
は、干渉波シミュレーション時に設定した面を刺激領域
とし、当該刺激領域に適した電極候補の中から使用電極
を選定して電気刺激を付与する。
First, in a), when a target surface is set so that adjacent muscles among a plurality of muscles are simultaneously stimulated, it is possible to simultaneously obtain interference wave simulation results for a specific muscle and a nearby muscle. it can. For example, for simultaneous operation of a plurality of adjacent muscles, electrical stimulation is performed on a wide range of interference regions so that an ideal frequency band region for each center of the adjacent muscles is included in the range of the plurality of muscles. Is preferably performed. When the actual electrical stimulation is applied, the surface set at the time of the simulation of the interference wave is used as the stimulation area, and the electrodes to be used are selected from the electrode candidates suitable for the stimulation area and the electrical stimulation is applied.

【0332】また、b)では対象部位XPについて内点
Pを設定するか又は面を設定するかを領域毎に使い分け
ることで動作させたくない筋を刺激対象から除外でき
る。つまり、動作の対象となる筋と不動作の対象となる
筋とが入り交じっている場合には、これらの筋に対して
点状又は面状の刺激領域を複数設定して干渉波シミュレ
ーションを行うことが好ましい。
[0332] In b), the muscles that the user does not want to operate can be excluded from the stimulation targets by selectively using the interior point P or the surface for the target portion XP for each region. That is, when the muscle to be moved and the muscle to be inoperative intersect, an interference wave simulation is performed by setting a plurality of point-like or planar stimulation areas for these muscles. Is preferred.

【0333】内層筋群への電気刺激にあたっての電極選
定時に、一定(幅)の周波数帯域を有する刺激領域を立
体領域として干渉波シミュレーションを行う場合、つま
り、シミュレーションを対象部位XP内の立体領域につ
いて行う場合には、例えば、複数の面を「SPi」(i
=1、2、・・・)とするとき、「ΣSPi」(Σはi
についての和を表す。)として決まる境界面とその内部
領域における任意の点によって立体領域が決定されて干
渉波シミュレーション結果が得られるので、電気刺激に
反応する領域(の体積)を面の場合よりもさらに大きく
とることが可能になる。
When selecting an electrode for electrical stimulation of the inner layer muscle group, when performing an interference wave simulation using a stimulation region having a constant (width) frequency band as a three-dimensional region, that is, the simulation is performed for a three-dimensional region in the target portion XP. When performing, for example, a plurality of surfaces are set to “SPi” (i
= 1, 2,...), “ΣSPi” (Σ is i
Represents the sum of ), A three-dimensional region is determined by an arbitrary point in the boundary surface and an inner region of the boundary surface, and an interference wave simulation result is obtained. Therefore, the region (volume) that responds to electrical stimulation can be larger than that of the surface. Will be possible.

【0334】尚、低周波電気刺激と干渉波電気刺激につ
いて同時にシミュレーションを行う場合には、低周波刺
激の予想領域を想定した上で干渉領域についてのシミュ
レーションの演算処理を行うことで、対象部位について
同時に低周波及び干渉波による刺激を与える場合の刺激
領域について適切な電極位置の選定が可能になる(つま
り、低周波電気刺激については前記したように導通予想
ラインの交錯を避けることが必要である。)。
[0334] When the simulation is performed simultaneously for the low-frequency electrical stimulation and the interference-wave electrical stimulation, the simulation processing for the interference area is performed on the assumption of the expected area of the low-frequency stimulation, so that the target area can be simulated. At the same time, it is possible to select an appropriate electrode position for a stimulating region when stimulating by low frequency and interference waves (that is, it is necessary to avoid crossing of the expected conduction line as described above for low frequency electrical stimulation). .).

【0335】以上のような干渉波シミュレーションに必
要な計算量は、候補電極の数が多くなるほど顕著になっ
てくるのでシミュレーターの負担を軽減して処理速度を
向上させるためには、下記の手順を踏む。
The amount of calculation required for the above-described interference wave simulation becomes more remarkable as the number of candidate electrodes increases. Therefore, in order to reduce the load on the simulator and improve the processing speed, the following procedure is required. Step on.

【0336】(1)駆動対象となる関節の角度及び当該
関節角度毎の3次元形状データ(骨、筋、脂肪、腱等の
ポリゴンデータ)と、当該データに基づく各部位の位置
関係に基づいて得られる使用電極位置の候補を関連付け
てこれを予めデータベースとして構築しておく (2)ある関節角度について(1)で候補とした使用電
極位置で実際に電気刺激を行う (3)(2)の電気刺激によって得られた対偶の駆動量
と、(1)の関節角度に対応する対偶の駆動量とを比較
して両者の一致、不一致を判別する (4)関節角度を変えて(2)及び(3)の手順を繰り
返す。
(1) Based on the angles of the joints to be driven and the three-dimensional shape data (polygon data of bones, muscles, fats, tendons, etc.) for each joint angle, and the positional relationship of each part based on the data. (2) Actually stimulate electrical stimulation at a used electrode position as a candidate in (1) for a certain joint angle (3) (2) The paired drive amount obtained by the electrical stimulation and the paired drive amount corresponding to the joint angle in (1) are compared to determine whether they match or not. (4) The joint angle is changed (2) and Repeat step (3).

【0337】尚、手順(3)において駆動量の一致が認
められない場合には、その相違を補正するために必要な
情報(例えば、関節角度の差)をデータ登録したり、あ
るいは使用電極位置や刺激強度を変更する等して誤差補
償を行う必要がある。つまり、対偶の駆動が期待した通
りにいかない場合には、該電極への刺激出力の設定値を
変更する方法又は別の電極を選定する方法、両者を併用
する方法が挙げられる。
If no coincidence of the driving amounts is found in step (3), information necessary for correcting the difference (for example, a difference in joint angle) is registered as data, or the position of the electrode used is used. It is necessary to perform error compensation by changing the stimulus intensity and the like. That is, when the pair drive does not work as expected, a method of changing the set value of the stimulus output to the electrode, a method of selecting another electrode, and a method of using both of them can be used.

【0338】また、シミュレーションに際してポリゴン
データの簡略化も有効であり、例えば、筋についてはポ
リゴンの断層断面での重心を結合したワイヤーフレーム
モデルを採用したり(例えば、筋形状を示す3次元ポリ
ゴンデータをワイヤーフレームデータとして簡略化した
上でデータベースを作成する。)、各種パラメータを各
筋について一律に規定する等の方法が挙げられる。
It is also effective to simplify polygon data at the time of simulation. For example, for a muscle, a wire frame model combining the centers of gravity of polygonal tomographic sections may be used (for example, three-dimensional polygon data indicating a muscle shape). Is simplified as wire frame data to create a database.) And various parameters are uniformly defined for each muscle.

【0339】複数の筋を同時に動作させるにあたって
は、これらの筋に対して電気刺激を同時に与える方法の
他、収縮させたい筋に対して、筋が収縮して再度伸張し
ない時間内で時分割で電気刺激を付与する方法(干渉波
の刺激領域として点状又は面状又は立体状の領域を設定
して、これらの領域に対して時分割処理で電気刺激を付
与する方法)がある。後者の方法では、皮膚の同じ場所
について継続的に電気刺激を与えない点で低温火傷の防
止にも有利である。
When simultaneously operating a plurality of muscles, in addition to the method of simultaneously applying electrical stimulation to these muscles, the muscles to be contracted may be time-divided within a time period during which the muscles do not contract and extend again. There is a method of applying an electric stimulus (a method of setting a point-like, planar, or three-dimensional region as a stimulating region of an interference wave, and applying an electric stimulus to these regions by time division processing). The latter method is also advantageous in preventing low-temperature burns in that electrical stimulation is not continuously applied to the same place on the skin.

【0340】尚、筋への電気刺激を実際に与えるとき
に、干渉波領域を点状、面状又は立体状として干渉波が
発生されることになるが、筋が密集した部位において各
筋を独立に動作させる場合には、お互いの干渉波領域が
重複により干渉し合わないように設定する(∵領域が重
複した場合には筋の独立動作が保証されない虞があるか
ら。)。また、重力による対偶や関節への影響を無視す
ることはできないので、関節や対偶の位置と、これらに
かかる重力との関係を考慮した上で筋肉への刺激を行う
ことが好ましい(例えば、関節や対偶がある位置や姿勢
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の不都合を防止することがで
きる。)。
When an electrical stimulus is actually given to muscles, an interference wave is generated in the form of a point-like, planar or three-dimensional interference wave region. In the case of operating independently, the interference wave regions are set so as not to interfere with each other due to the overlap (∵ If the regions overlap, there is a possibility that the independent operation of the streaks cannot be guaranteed). In addition, it is not possible to ignore the influence of gravity on the couple or joint, and therefore it is preferable to stimulate the muscle in consideration of the relationship between the position of the joint or couple and the gravity applied to them (for example, joints). When the kinematic pair takes a certain position or posture, the contraction ratio between the extensor and flexor muscles is changed according to how much weight is added to them and at what angle. It is possible to prevent inconvenience such as instability of the even operation due to the influence.)

【0341】次に(IV)ファントムセンセーションの
説明に移る。
Next, the description will proceed to (IV) phantom sensation.

【0342】この場合には、表層の皮膚に対して複数の
電極から周波数の異なる電気刺激が与えられ、これによ
って触覚を付与することができる。つまり、上記した干
渉波電気刺激を皮膚表面について応用することで対象者
への触覚刺激の呈示が可能となる。
In this case, electric stimuli having different frequencies are applied to the skin on the surface from a plurality of electrodes, thereby providing a tactile sensation. That is, it is possible to present a tactile stimulus to a subject by applying the above-described electrical interference stimulation to the skin surface.

【0343】その際、下記の呈示が挙げられる。At this time, the following presentations are given.

【0344】i)点触覚 ii)線触覚 iii)面触覚 iv)点触覚から面触覚への変化あるいはその逆 v)点触覚や線触覚の移動による刺激領域の変化。I) Point tactile ii) Line tactile iii) Surface tactile iv) Change from point tactile to surface tactile or vice versa v) Change in stimulation area due to movement of point tactile or line tactile.

【0345】先ず、i)点触覚の呈示については、上記
した干渉波領域を点(干渉ポイント)として表現するこ
とで実現することができる。つまり、対象部位の内点P
(点状領域)を指定して当該領域内で選択された電極を
通して干渉波電気刺激を付与することで皮膚表面を尖っ
たもので押されたかのような感触が得られる。
First, i) presentation of a point tactile sensation can be realized by expressing the above-mentioned interference wave area as a point (interference point). That is, the inner point P of the target part
By designating the (dot-like area) and applying the interference wave electrical stimulation through the electrode selected in the area, a feeling as if the skin surface was pressed by a sharp object is obtained.

【0346】また、ii)線触覚については、干渉波領
域を線(つまり、複数の干渉ポイントを繋いだ線)とし
て表現することで実現することができる。この場合には
線状の領域を指定して当該領域内で選択された電極を通
して干渉波電気刺激を付与することで、皮膚表面を板の
側面で押されたかのような感触が得られることになる。
[0347] Further, ii) the line tactile sensation can be realized by expressing the interference wave region as a line (that is, a line connecting a plurality of interference points). In this case, by specifying the linear area and applying the interference wave electrical stimulation through the electrode selected in the area, a feeling as if the skin surface was pressed by the side of the board will be obtained .

【0347】iii)面触覚については、干渉波領域を
面として表現することで実現できるので、この場合には
面状の領域を指定して当該領域内で選択された電極を通
して干渉波電気刺激を付与することで、皮膚表面を平面
板や曲面板で押されたかのような圧力の感触が得られる
ことになる。
Iii) The surface tactile sensation can be realized by expressing the interference wave region as a surface. In this case, a surface region is designated and the interference wave electric stimulation is applied through the electrodes selected in the region. By applying, a feeling of pressure as if the skin surface was pressed by a flat plate or a curved plate can be obtained.

【0348】尚、ii)やiii)については、線が点
の集合であり、面が線の集合であることに着目すると、
点状(あるいは線状)の干渉波領域を高速に移動させる
(対象者の点や線の移動を意識させない程短い時間内で
の領域移動が必要である。)ことで線触覚(あるいは面
触覚)を擬似的に実現する方法が挙げられる。つまり、
点状領域や線状領域であってもこれらを高速で移動させ
ながら干渉波電気刺激を付与する場合には、タイムラグ
を感じさせることなく、あたかも線や面で押されたかの
ような感触が得られる。
With regard to ii) and iii), if attention is paid to the fact that a line is a set of points and a surface is a set of lines,
By moving a point-like (or linear) interference wave region at high speed (it is necessary to move the region within a short time so as not to be conscious of the movement of the point or line of the subject). ) In a pseudo manner. That is,
Even if it is a point-like area or a linear area, when applying the interference wave electrical stimulation while moving these at high speed, it is possible to feel as if pressed by a line or surface without causing a time lag .

【0349】iv)については、点状の領域に対する干
渉波電気刺激の付与と、面状の領域に対する干渉波電気
刺激の付与を交互に行うことで実現できる。つまり、干
渉波領域を点から面、あるいは逆に面から点へと時間的
に変化させることで電気刺激を付与する。例えば、仮想
現実を利用したゲーム機等への適用において仮想空間上
に視覚的に現出される敵からの攻撃を受けたときに着弾
の感触を実現するためには、点状領域から始めてこれを
徐々に拡大しながら面状領域に対する干渉波電気刺激の
付与を行った後、当該領域を徐々に縮小しながら再び点
状領域へと戻すように干渉波電気刺激を付与する(刺激
領域を点から円に拡げた後、円から点へと刺激領域を収
束させるという様な形態が挙げられる。)ために、電極
位置及び範囲を選定すれば良い。
The iv) can be realized by alternately applying the interference electric stimulation to the point-like area and applying the interference electric stimulation to the planar area. That is, the electrical stimulation is applied by changing the interference wave region from point to plane or vice versa. For example, in application to a game machine or the like utilizing virtual reality, in order to realize the feel of impact when an attack is made from an enemy visually appearing in a virtual space, it is necessary to start with a point-like area. , The interference wave electrical stimulation is applied to the planar area while gradually expanding the area, and then the interference wave electrical stimulation is applied so that the area is gradually reduced and returned to the point-like area again. In this case, the stimulation area may be converged from the circle to a point after the circle is expanded from the circle to a point.) To this end, the electrode position and range may be selected.

【0350】v)については、点状の領域又は面状の領
域に対する干渉波電気刺激の付与を、直線又は曲線状の
軌跡に沿って移動させながら行うことで実現でき、これ
は点触覚や線触覚をゆっくりと移動させたときの刺激領
域の変化に伴う感触である。例えば、仮想現実を利用し
たゲーム機等への適用において仮想空間上に視覚的に現
出される敵からの攻撃を受けて刀傷を負ったときの感触
を実現するために、点状あるいは線状の刺激領域を、刀
傷に沿う線(刀先の軌跡を示す。)に沿って移動させる
ことで電極位置又は範囲を時間的に変更しながら電気刺
激を対象者に与えれば良い。
[0350] Regarding v), the application of the interference wave electrical stimulation to a point-like area or a plane-like area can be realized by moving along a linear or curved locus, which can be realized by a tactile sensation or a line. This is a feeling associated with a change in the stimulation area when the tactile sense is slowly moved. For example, in application to a game machine or the like using virtual reality, a dot or line is used to realize a feeling when a sword is injured by an attack from an enemy visually appearing in a virtual space. The electrical stimulation may be applied to the subject while the electrode position or range is temporally changed by moving the shape of the stimulation area along a line (indicating the locus of the blade tip) along the sword wound.

【0351】尚、干渉波とファントムセンセーションに
ついて同時にシミュレーションを行う場合には、ファン
トムセンセーションにより刺激を付与する部位に係る干
渉波の刺激領域と、干渉波による内層筋への刺激領域を
想定した上で干渉領域についてのシミュレーションの演
算処理を行うことで、対象部位への同時刺激を付与する
場合の刺激領域について適切な電極位置の選定が可能に
なる。
In the case of simultaneously simulating the interference wave and the phantom sensation, a stimulus region of the interference wave related to a part to which the stimulus is applied by the phantom sensation and a stimulus region of the inner layer muscle by the interference wave are assumed. By performing the calculation processing of the simulation for the interference region, it is possible to select an appropriate electrode position for the stimulation region when simultaneous stimulation is applied to the target site.

【0352】次に(V)筋電図を利用について説明す
る。
Next, the use of (V) electromyogram will be described.

【0353】従来よりEMGフィードバックを用いた電
気治療器が知られているが、筋トーヌス(muscle
tonus:筋緊張=力を加えていない筋を被動的に
伸展した際に被験者が感じるかすかな抵抗であり、その
本質は筋伸展反射であるが、中枢神経、末梢神経(α、
γ−系)、筋自身によって複雑な制御を受けている。
尚、筋伸展反射とは筋が受け身で引き伸ばされると、そ
の筋が脊髄からの運動指令によって収縮する結果、力を
出す反射のことをいう。)についてはATP(アデノシ
ン三リン酸)による多筋線維の動作集合信号とともにE
MGに現れるため、筋の動作前に動作予測を行うことが
できなかった。尚、この「多筋線維の動作集合信号」に
ついては、中枢神経から末端神経に指令が伝達される際
の神経興奮により筋トーヌスによる筋細胞の収縮に伴っ
て発生されるものであり、体調や体格、血糖値、筋疲労
によって変動する。
Conventionally, an electrotherapy device using EMG feedback has been known, but muscle tonus (muscle tonus) is known.
tonus: muscle tension = slight resistance felt by the subject when passively stretching a muscle that has not been subjected to force. The essence of the muscle stretching reflex is the central nerve, peripheral nerve (α,
γ-system), complicated control by muscle itself.
The muscle extension reflex refers to a reflex in which, when a muscle is stretched passively, the muscle contracts in response to a movement command from the spinal cord, resulting in a force. )), Together with the ATP (adenosine triphosphate) multi-muscle fiber motion aggregate signal
Since it appears in the MG, it was not possible to make a motion prediction before the muscle motion. In addition, this "movement set signal of multi-muscle fibers" is generated by nerve excitation when a command is transmitted from the central nervous system to the peripheral nerves and accompanying muscle cell contraction by muscle tonus, It fluctuates depending on physique, blood sugar level, and muscle fatigue.

【0354】そこで、以下のようにして筋トーヌスを予
測するとともに、この予測筋トーヌスと表面筋電図との
間の相対関係を習得することで、動作予測を行う。
Therefore, the muscle tonus is predicted as follows, and the motion is predicted by learning the relative relationship between the predicted muscle tonus and the surface electromyogram.

【0355】図55はATPによる多筋線維の動作集合
信号を取得するための装置例を示しており、この場合の
対象部位は上腕二頭筋(2関節筋であり、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する。)であ
る。
FIG. 55 shows an example of a device for acquiring a motion aggregate signal of multi-muscle fibers by ATP. In this case, the target region is the biceps brachii (biarticular muscle), It has a supination action on the forearm.).

【0356】上腕二頭筋の筋腹には陰(極)電極20N
と検出用電極20Dが配置され、筋始点には陽(極)電
極20Pが配置され、これらの電極には電気刺激発生装
置(例えば、医療用低周波治療器等)21からの電気刺
激信号が供給される。
The biceps of the biceps has a negative (polar) electrode 20N
And a detection electrode 20D, and a positive (polar) electrode 20P is disposed at the muscle start point. These electrodes receive an electric stimulus signal from an electric stimulus generator (for example, a medical low-frequency therapeutic device or the like) 21. Supplied.

【0357】筋電波形の周波数解析のために用意された
2チャンネルFFT(高速フーリエ変換)アラナイザー
22には、陽電極20Pへの供給信号が点Aで分岐した
後でアンプ23を介して第1ch(チャンネル)のFF
T部22aに送出される。また、検出電極20Dからア
ンプ24を経て取り出された信号が第2chのFFT部
22bに送出されるようになっており、各FFT部の出
力は後段の差分演算処理部22cに送出され、その出力
はディジタル化の後、コンピュータ25に取り込まれ
る。尚、コンピュータ25からFFTアラナイザー22
にはタイミング制御等に必要な制御信号が送出されるよ
うになっている。
The two-channel FFT (fast Fourier transform) alanizer 22 prepared for frequency analysis of the myoelectric waveform is supplied to the first channel via the amplifier 23 after the supply signal to the positive electrode 20P is branched at the point A. (Channel) FF
It is sent to the T section 22a. Also, a signal extracted from the detection electrode 20D via the amplifier 24 is sent to the FFT unit 22b of the second channel, and the output of each FFT unit is sent to the difference operation processing unit 22c at the subsequent stage, and the output Is digitized and is taken into the computer 25. The computer 25 sends the FFT alanizer 22
Is supplied with a control signal necessary for timing control and the like.

【0358】電気刺激発生装置21から陽電極20Pに
送られる信号の周波数成分がFFT部22a、22bで
解析されるが、これは電気刺激の原信号となるものであ
って筋の応答を含んではいない。
The frequency components of the signal sent from the electric stimulus generator 21 to the positive electrode 20P are analyzed by the FFT units 22a and 22b, which are the original signals of the electric stimulus and do not include the muscle response. Not in.

【0359】筋への電気刺激によって発生した周波数成
分は、検出用電極20Dからアンプ24を介してFFT
部22bで解析される。つまり、電気刺激に対する筋の
追従により生じた応答についての周波数解析が行われ
る。
The frequency component generated by the electrical stimulation of the muscle is transmitted from the detection electrode 20D via the amplifier 24 to the FFT.
The analysis is performed by the unit 22b. That is, the frequency analysis is performed on the response generated by the muscle following the electrical stimulus.

【0360】差分演算処理部22cにおいて周波数成分
を帯域毎に比較して差分演算の結果得られる差分データ
は、電気刺激発生装置21による電気刺激によって筋か
ら発生した周波数成分(原信号の周波数成分を除いたも
の)である。つまり、電気刺激の付与だけによって筋が
収縮すると、筋トーヌスは出ずに筋細胞の収縮に伴う電
位情報を取得することができるので、筋トーヌス及び筋
細胞の収縮を含むEMGのデータから上記差分データ
(ATPによる多筋線維の動作集合信号)を差し引くこ
とで筋トーヌスの予測が可能となり、これによって対象
者個人の筋特性を取得することができる。
The difference data obtained as a result of the difference calculation by comparing the frequency components for each band in the difference calculation processing unit 22c is the frequency component generated from the muscle by the electrical stimulation by the electrical stimulus generator 21 (the frequency component of the original signal is Excluding). In other words, when the muscle contracts only by the application of the electrical stimulus, the potential information accompanying the contraction of the muscle cell can be obtained without the appearance of the muscle tonus. Therefore, the difference from the EMG data including the contraction of the muscle tonus and the muscle cell can be obtained. Muscle tonus can be predicted by subtracting the data (multi-muscle fiber motion set signal by ATP), and thereby the individual's individual muscle characteristics can be obtained.

【0361】図56はFFT後の周波数特性を概略的に
示したグラフ図であり、横軸に周波数(f)、縦軸にパ
ワースペクトルをとって筋電図周波数特性図を示したも
のである。
FIG. 56 is a graph schematically showing the frequency characteristics after the FFT. The frequency (f) is plotted on the horizontal axis, and the power spectrum is plotted on the vertical axis. .

【0362】図中のグラフ曲線gaが筋トーヌスと筋細
胞収縮を含むFFT解析の結果を示しており、グラフ曲
線gbが上記差分データから得られる筋細胞収縮の周波
数成分を示している。つまり、グラフ曲線gaに示す周
波数成分からグラフ曲線gbの成分を差し引いた部分
(図の斜線参照。)が筋トーヌスの成分を表している。
The graph curve ga in the figure shows the result of FFT analysis including muscle tonus and muscle cell contraction, and the graph curve gb shows the frequency component of muscle cell contraction obtained from the difference data. In other words, the portion obtained by subtracting the component of the graph curve gb from the frequency component indicated by the graph curve ga (see the hatched portion in the figure) represents the muscle tonus component.

【0363】このように、筋に付与する電気刺激の波形
を各種変更した場合の上記差分データに基づいて予測さ
れる筋トーヌスと、そのときの表面筋電図の情報とを関
連付けて記憶・学習を行うことで、動作予測が可能とな
る。
As described above, the muscle tonus predicted based on the difference data when the waveform of the electrical stimulus applied to the muscle is variously changed is associated with the information on the surface electromyogram at that time and stored and learned. , The motion can be predicted.

【0364】以上に説明した手順を箇条書きにしてまと
めると次のようになる。
[0364] The procedure described above is summarized as an itemized list as follows.

【0365】(1)筋への電気刺激信号についての周波
数成分の解析結果と、電気刺激によって筋から発生した
周波数成分を含む信号の周波数成分の解析結果とを取得
して両者を比較することで、電気刺激により筋から発生
した周波数成分(つまり、筋トーヌスによらない筋細胞
の収縮に伴う波形成分)だけを差分データとして抽出す
る。
(1) The analysis result of the frequency component of the electrical stimulation signal to the muscle and the analysis result of the frequency component of the signal containing the frequency component generated from the muscle by the electrical stimulation are obtained and compared. Only the frequency components generated from the muscle by the electrical stimulation (that is, the waveform components associated with the contraction of the muscle cells not due to the muscle tonus) are extracted as the difference data.

【0366】(2)(1)で得た差分データと、実際の
筋電波形(筋トーヌスを含む。)のデータから予測され
る筋トーヌス(予測筋トーヌス)を取得する。つまり、
FFT解析による周波数特性に基づいて「EMGデータ
(周波数成分)−ATPによる多筋線維の動作集合信号
(の周波数成分)=予測筋トーヌス(周波数成分)」と
いう概念的図式に従ってデータを取得する。
(2) A muscle tonus (prediction muscle tonus) predicted from the difference data obtained in (1) and data of actual myoelectric waveform (including muscle tonus) is obtained. That is,
Based on the frequency characteristics by the FFT analysis, data is obtained according to a conceptual diagram of “EMG data (frequency component) − (multiple muscle fiber motion set signal by ATP (frequency component) = predicted muscle tonus (frequency component)”).

【0367】(3)電気刺激信号波形を変更して(1)
及び(2)の手順を繰り返すことで、その時々の予測筋
トーヌスと表面筋電波形データとの関係を記憶・学習す
る(例えば、ニューラル・ネットワークの利用等。)。
(3) Changing the electrical stimulation signal waveform (1)
By repeating the procedure of (2) and (2), the relationship between the predicted muscle tonus and the surface electromyogram waveform data at that time is stored and learned (for example, using a neural network).

【0368】(4)対象部位についての表面筋電波形デ
ータを得たときに、(3)で習得した情報に基づいて予
測される筋トーヌスから筋の動作を予測する。つまり、
実際に筋が動作する前に予測筋トーヌスを知ることで筋
の動作予測が可能となる(筋トーヌスのデータは動作毎
に異なった特徴をもつ周波数成分を含んでいるため、例
えば、対象者がこれから重量物を握ろうとしているとい
った動作をその直前に知ることができる。)。
(4) When surface myoelectric waveform data for the target site is obtained, the movement of the muscle is predicted from the muscle tonus predicted based on the information acquired in (3). That is,
By knowing the predicted muscle tonus before the muscle actually moves, it becomes possible to predict the movement of the muscle. (Since the data of muscle tonus contains frequency components having different characteristics for each movement, for example, From now on, it is possible to know immediately before that, such as trying to grab a heavy object.)

【0369】尚、図55では電気刺激発生装置21の電
極を例に挙げて説明したが、前記した効果器においては
電気刺激に適した電極位置(つまり、上記干渉波シミュ
レーターによって選定した位置)と同じ位置の電極から
筋電波形データを取得することができる。つまり、効果
器の電極2、2、・・・を通して筋に電気刺激を付与す
るだけでなく、これらの電極を、筋電図情報の取得にも
活用することができる(つまり、筋電計として利用でき
る。)。
In FIG. 55, the electrode of the electric stimulus generator 21 is described as an example. However, in the effector described above, the electrode position suitable for the electric stimulus (that is, the position selected by the interference wave simulator) and Myoelectric waveform data can be acquired from electrodes at the same position. That is, in addition to applying electrical stimulation to muscles through the electrodes 2, 2,... Of the effector, these electrodes can be used for acquiring electromyographic information (that is, as an electromyograph). Available.).

【0370】図57は入出力インターフェイス部(入出
力選択処理部1e)における切換制御によって電極を通
した電気刺激と、電極からの筋電位情報の取得を時分割
処理で行う場合の構成例を概念的に示したものである
(図では1個の電極についての等価回路を示す。)。
FIG. 57 is a conceptual diagram showing an example of a configuration in which the electric stimulation through the electrodes and the acquisition of the myoelectric potential information from the electrodes are performed by time division processing under the switching control in the input / output interface section (input / output selection processing section 1e). (Equivalent circuit for one electrode is shown in the figure).

【0371】電気刺激発生部1bから供給される信号は
出力バッファ26を経た後、切換部27(図にはスイッ
チの記号で示す。)から電極部1adに送出される。ま
た、電極部1adから切換部27を経た信号は、入力バ
ッファ28を介して筋電位情報取得部29(上記FFT
部22a、22bや差分演算処理部22cを含む。)に
送られる。切換部27の状態は図示しない制御部から送
られてくる制御信号によって規定され、切換部27にお
いて出力バッファ26側が選択された場合に電極を通し
て電気刺激が筋に付与され、また、入力バッファ28側
が選択された場合に電極を通して筋電波形の情報が取得
される。
The signal supplied from the electrical stimulus generator 1b passes through the output buffer 26, and then is sent out from the switching unit 27 (indicated by a switch symbol in the figure) to the electrode unit 1ad. The signal from the electrode unit 1ad through the switching unit 27 is sent to the myoelectric potential information acquisition unit 29 (the FFT
Units 22a and 22b and a difference calculation processing unit 22c. ). The state of the switching unit 27 is defined by a control signal sent from a control unit (not shown). When the output buffer 26 side is selected in the switching unit 27, electrical stimulation is applied to the muscle through the electrodes, and the input buffer 28 side is When selected, the information of the myoelectric waveform is obtained through the electrodes.

【0372】このように時分割処理によって入出力(I
/O)を切り替えることで同一の電極を通した電気刺激
の付与と筋電位情報の取得を行うことができるように構
成するか、あるいは、両者について同じ使用電極がかち
合わないようする(選択した電極を通した電気刺激の付
与と、当該電極を検出電極とした筋電位情報の取得とが
同時刻に同じ電極で行われないように別々の電極を選択
する)必要がある。
As described above, the input / output (I
/ O) is switched so that the application of electrical stimulation and the acquisition of myoelectric potential information through the same electrode can be performed, or the same electrode is not used for both (selected). It is necessary to select different electrodes so that the application of electrical stimulation through the electrodes and the acquisition of myoelectric potential information using the electrodes as detection electrodes are not performed at the same time by the same electrodes).

【0373】尚、前記した方法で選択した使用電極を通
して電気刺激を筋に与えたときに得られる実際の動作
が、干渉波シミュレーションの結果と食い違う場合には
使用電極の位置を別の候補電極(候補登録済の電極)の
位置に変更することで実際の動作に最も合う電極位置を
選択することが好ましい。
If the actual operation obtained when the electric stimulus is applied to the muscle through the electrode used in the above-described method and the actual operation differs from the result of the interference wave simulation, the position of the electrode used is changed to another candidate electrode ( It is preferable to select the electrode position that best matches the actual operation by changing to the position of the candidate registered electrode).

【0374】しかして、上記した手順(4)における予
測筋トーヌスと表面筋電波形データとを関連付けるデー
タベースと、前記した動的な人体構造のデータベースと
を用いることで対象部位について次に予測される動き
(モーション)に関する情報を、表面筋電波形データに
基づいて習得することが可能になる。例えば、これを利
用するとモーションキャプチャー装置(コンピュータに
よって創出される仮想空間等において、操作者を模擬し
た人物像、あるいは架空の人物像を動画処理で現出させ
るにあたって当該人物のモデルとなる現実の人体や体の
一部の形状あるいはその動きをコンピュータ処理に適し
たデータとして取得するための入力装置)を実現でき
る。
The target region is predicted next by using the database for associating the predicted muscle tonus with the surface electromyogram waveform data in the above procedure (4) and the database of the dynamic human body structure described above. It becomes possible to learn information on the motion based on the surface myoelectric waveform data. For example, when this is used, a motion capture device (in a virtual space created by a computer or the like, a human image simulating an operator or an imaginary human image appears in a moving image processing as a real human body that becomes a model of the human being) And an input device for acquiring the shape or movement of a part of the body as data suitable for computer processing.

【0375】尚、壁を手で押すときのように、対偶が動
作することなく筋収縮が起る場合(静止性収縮)の筋の
仕事量や、対偶の動作速度の取得に際しても筋電図の利
用が好ましく、例えば、対象者にヘッドマウントディス
プレイ等の視覚表示装置を装着してもらった上で当該装
置上に映し出される動作を模倣したり、あるいは関節を
装具で一時的に固定しあるいは一定の負荷をかけながら
筋電パターンについてのデータを取得する。
In addition, when the muscle contraction occurs without the pair even moving (static contraction), such as when pushing the wall by hand, the electromyogram is also used for acquiring the work amount of the muscle and the operation speed of the pair. It is preferable to use, for example, to have the subject wear a visual display device such as a head-mounted display, and then imitate the operation projected on the device, or temporarily fix the joint with a brace or keep it constant. Acquire data on myoelectric patterns while applying a load.

【0376】次に、(VI)低温火傷の防止と刺激出力
の調整について説明する。
Next, (VI) prevention of low-temperature burn and adjustment of stimulus output will be described.

【0377】絶縁接触抵抗による低温火傷を防止するに
は、下記の方法が挙げられる。
In order to prevent low-temperature burns due to insulation contact resistance, the following method can be used.

【0378】a)ある一定の時間以上に亘って同一の電
極を使用して電気刺激の付与が行われないように使用時
間を制限して、使用電極を変更する方法 b)皮膚表面の絶縁抵抗が予め決められた閾値以上であ
る場合には、その電極の使用を禁ずる方法。
A) A method of changing the electrode used by limiting the use time so that the same electrode is not used for applying the electrical stimulus for a certain period of time or more b) The insulation resistance of the skin surface If is greater than or equal to a predetermined threshold, use of the electrode is prohibited.

【0379】先ず、a)における使用電極を変更につい
ては電極の配置パターンの変更による方法、時分割処理
によって各電極への通電時間の持続を制限する方法(例
えば、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する長時間の
刺激付与を避けることができる。)、両者を併用する方
法等が挙げられる。
First, the method of changing the electrodes to be used in a) is a method by changing the arrangement pattern of the electrodes, or a method of limiting the duration of energizing time to each electrode by time-division processing (for example, a method of simultaneously using adjacent electrode groups). If the electrode groups belonging to each group are used according to a time-sharing process so as not to be performed, it is possible to avoid applying a long-time stimulus to the same region of the skin surface.) .

【0380】また、b)については使用電極群の間の抵
抗値を測定して、当該抵抗値がある一定値以上(予め規
定した閾値以上)であることが判明したときに電気刺激
を強制的に停止させる。尚、電極の使用禁止について
は、一時的な禁止(解除条件つきの禁止。例えば、電源
の再投入時に絶縁抵抗値を測定してこれが閾値以下であ
れば使用禁止を解く等。)と、永続的な禁止(解除条件
をつけることのない禁止)とが含まれる。
In the case of b), the resistance between the electrode groups used was measured, and when it was found that the resistance was above a certain value (above a predetermined threshold), electric stimulation was forcibly applied. To stop. The use of electrodes is temporarily prohibited (prohibition with a release condition. For example, when the insulation resistance value is measured when the power is turned on again, and when the insulation resistance value is equal to or less than the threshold value, use prohibition is released, etc.) and permanent. Prohibition (prohibition without setting a release condition) is included.

【0381】尚、このように使用禁止を宣告された電極
については、これを除外して再度干渉波シミュレーショ
ンを行って候補電極を選定して禁止電極の代替電極を見
つけるか、あるいは既に登録済の候補電極のうちから優
先度等を考慮して禁止電極の代替電極を選定する必要が
あり、これらによって安全な使用電極を保証することが
できる。また、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、電気刺激を禁止することが必要である。
With respect to the electrodes for which use is denied in this manner, an interference wave simulation is performed again by excluding the electrodes, and candidate electrodes are selected to find alternative electrodes to the prohibited electrodes, or the registered electrodes are already registered. It is necessary to select a substitute electrode for the prohibited electrode in consideration of the priority and the like from among the candidate electrodes, whereby a safe use electrode can be guaranteed. In addition, since low-temperature burns are likely to occur when skin resistance increases due to the adhesion of redness or dirt, electrical stimulation can be prohibited when it is detected that the insulation resistance of the skin has exceeded the allowable range. is necessary.

【0382】人体の脂肪はそのまま電気刺激における絶
縁抵抗となるため、刺激による不快感に深く関わってい
る(つまり、低温火傷は抵抗値に比例したジュール熱に
起因するため。)。
The fat of the human body directly becomes the insulation resistance in the electrical stimulation, which is deeply related to the discomfort caused by the stimulation (that is, the low-temperature burn is caused by Joule heat proportional to the resistance value).

【0383】そこで、対象者をその体脂肪率によってク
ラス分けを行い、各クラスごとに刺激強度と不快感につ
いての有限段階(例えば、快、不快を含む5段階)での
主観評価を行うことが好ましい(∵体脂肪率だけでは脂
肪の付き方に関する情報が不足するため。)。この結果
を利用することで低温火傷に関する個体差を識別して電
気刺激の出力調整を行うことができる。
Therefore, it is possible to classify the subjects according to their body fat percentages and perform a subjective evaluation of the stimulus intensity and discomfort in each of the classes in a finite stage (for example, 5 stages including pleasant and uncomfortable). Preferable (∵Because the body fat percentage alone does not provide enough information on how to get fat.) By utilizing this result, it is possible to identify individual differences related to low-temperature burns and adjust the output of electrical stimulation.

【0384】図58及び図59は人体の脂肪と刺激によ
る主観評価法の一例を示すフローチャート図であり、本
例では評価対象部位を屈曲筋である上腕二頭筋とし、刺
激強度に対する評価を被験者の両腕の間隔で表現する
(例えば、両腕をまっすぐ前にのばした状態において、
不快感が大きい程、両腕で手先間隔を大きくしてもら
う。)ことにより、刺激がどの程度の不快感として被験
者に認識されているかを個々の被験者について相対的に
認識する方法を用いている(∵不快感についての絶対的
指標による評価は困難であるため。)。
FIGS. 58 and 59 are flow charts showing an example of a subjective evaluation method based on fat and stimulation of the human body. In this example, the evaluation target site is the biceps biceps, which is a flexor muscle, and the evaluation of the stimulation intensity is performed by the subject. (For example, with both arms straight forward,
The greater the discomfort, the greater the spacing between the hands with both arms. Therefore, a method of relatively recognizing the degree of discomfort recognized by the subject as to the subject is used for each individual subject (∵Because it is difficult to evaluate discomfort using an absolute index). ).

【0385】先ず、図58のステップS1では、被験者
に前記した効果器を上腕に装着してもらった上で、当該
効果器を通して複数の電気刺激(例えば、3段階の刺激
A、B、C)を個々に与えた後、次ステップでS2で
は、被験者に、刺激Aを最小、刺激Bを中間、刺激Cを
最大の刺激としてそれぞれ認識してもらうように口頭で
説明を行う。
First, in step S1 of FIG. 58, after the subject wears the above-described effector on the upper arm, a plurality of electrical stimuli (for example, three-stage stimuli A, B, and C) are passed through the effector. Are given individually in S2 in the next step so that the subject can recognize the stimulus A as the minimum, the stimulus B as the middle, and the stimulus C as the maximum stimulus.

【0386】次ステップS3では被験者に刺激Cがどの
程度の不快感を与えるかを両腕の間隔によって表現して
もらった後、ステップS4に進んで刺激A、B、Cをラ
ンダム(無作為)に選択して被験者に対して付与する。
尚、その回数は所定回数(例えば、15回程度)とす
る。
[0386] In the next step S3, the degree of discomfort caused by the stimulus C to the subject is expressed by the distance between both arms, and then the process proceeds to step S4 in which the stimuli A, B, and C are randomly (randomly). And given to the subject.
The number of times is set to a predetermined number (for example, about 15 times).

【0387】次ステップS5では、各刺激(A、B、
C)がどの程度の不快感を与えるかを被験者に両腕の間
隔で表現してもらう。これによって、刺激Cの場合にお
ける両腕の間隔を基準とした相対値により評価する(例
えば、刺激Cの場合の間隔を100とし、刺激Bが50
%、刺激Aが25%等というように百分率で評価する
等)。
In the next step S5, each stimulus (A, B,
Ask the subject to express how much discomfort C) gives by the distance between his arms. Thereby, the evaluation is made based on a relative value based on the interval between both arms in the case of the stimulus C (for example, the interval in the case of the stimulus C is 100, and the stimulus B is 50
%, Stimulus A is 25%, etc.).

【0388】次ステップS6において所定回数に亘るラ
ンダムの刺激付与が終了したか否かを問い、終了時には
図59のステップS7に進むが、未終了時にはステップ
S4に戻る。
In the next step S6, it is inquired whether or not the random stimulus application for a predetermined number of times has been completed. At the end, the process proceeds to step S7 of FIG. 59, but if not completed, the process returns to step S4.

【0389】ステップS7では刺激Cの強度をこれまで
より1段階増加して被験者に付与し、次ステップS8で
当該刺激がどの程度の不快感を与えるかを被験者に両腕
の間隔で表現してもらう。
In step S7, the intensity of the stimulus C is increased by one step from the previous level and applied to the subject, and in the next step S8, the degree of discomfort caused by the stimulus is expressed to the subject by the distance between both arms. get.

【0390】そして、ステップS9では被験者の両腕が
所定の間隔以上に大きく開いたか否かを判断し、そうで
あれば次ステップS10に進み、そうでなければステッ
プS7に戻る。
Then, in step S9, it is determined whether or not both arms of the subject have opened widely beyond a predetermined interval. If so, the process proceeds to the next step S10, and if not, the process returns to step S7.

【0391】ステップS10では、効果器の電極群から
得られる筋電位情報に基づいて変化の顕著な場所を特定
してその上位から所定数の電極位置及び筋電パターンの
データを取得する。
In step S10, a remarkable place is specified based on the myoelectric potential information obtained from the electrode group of the effector, and a predetermined number of electrode positions and myoelectric pattern data are obtained from the top.

【0392】こうして被験者について刺激強度と不快感
との関係を個人的特性として相対的に評価することがで
きる。
Thus, the relationship between the stimulus intensity and the discomfort of the subject can be relatively evaluated as personal characteristics.

【0393】尚、被験者の筋肉に対する最大印加電流
(最大強度)の決定にあたっては、被験者に筋肉を緊張
させてもらって刺激電流を徐々に増加していき、下記の
状態が認められた時の電流値に安全率を乗じた値又はこ
れが刺激電流の上限値(最大電流値あるいは許容上限
値)を越える場合には当該上限値とする。
In determining the maximum applied current (maximum intensity) to the subject's muscle, the subject was required to tension the muscle and the stimulation current was gradually increased, and the current value when the following condition was observed Is multiplied by the safety factor or when the value exceeds the upper limit value of the stimulation current (the maximum current value or the allowable upper limit value), the upper limit value is set.

【0394】i)関節が電気刺激によって降服したとき ii)痛いと感じたとき。I) When the joint is dropped by electrical stimulation. Ii) When it feels painful.

【0395】尚、関節角度と電気刺激との関係について
は、一定の刺激出力を対象筋に与えてそのときの関節角
度に応じて出力設定や調整を行えば良い。
As for the relationship between the joint angle and the electrical stimulation, a constant stimulus output may be given to the target muscle, and the output may be set or adjusted according to the joint angle at that time.

【0396】本発明に係る電気刺激装置を医療分野にお
いて使用する場合には、上記とは異なる側面についての
配慮が必要である。例えば、筋電パルスの強度が弱かっ
たり、健常者とは違った波形を示す疾患者に関して、健
常時に作成した対象者の人体構造のモデルをそのまま用
いて電気刺激を付与する訳にはいかない。
When the electrical stimulator according to the present invention is used in the medical field, consideration must be given to aspects different from those described above. For example, with respect to a patient having a weak myoelectric pulse or a waveform different from that of a healthy person, it is not possible to apply electrical stimulation using the model of the human body structure of the subject created in a healthy state as it is.

【0397】そこで、以下に示す手順を踏む。Therefore, the following procedure is taken.

【0398】(1)関節動作毎に電極部から表面筋電位
情報を取得する (2)対象者の人体構造のモデルを用いた場合に対偶の
動作についての各筋肉の動作を示す情報と、その動作時
に推測される(正常な)筋電位情報を(1)で得た筋電
位情報とを関連付けたデータベースを作成する (3)皮膚の各所における表面筋電位情報を取得すると
ともに、対偶の動作に伴う表面筋電パターンの変化を示
すデータを取得してデータベース化する (4)(2)と(3)で作成したデータベースをリンク
し、対象部位における皮膚の表面筋電位情報から実際の
筋電位情報を推測し、正常な筋電波形が得られるように
電気刺激を調整して筋肉に出力する。つまり、このとき
の正常な筋電パルスは、当該パルスと実際の筋電パルス
との差分を取り出してこれを補正用パルスとして筋に刺
激を付与することによって得られ、これによって実際の
筋電パルスによる異常運動(例えば、筋ジストロフィー
による筋動作不良や筋トーヌス異常による異常動作等)
を抑制することができる。
(1) Obtain surface myoelectric potential information from the electrode section for each joint operation. (2) Information indicating the operation of each muscle for an even-numbered operation when a model of the human body structure of the subject is used. Create a database that associates (normal) myoelectric potential information estimated at the time of operation with myoelectric potential information obtained in (1). (3) Acquires surface myoelectric potential information at various parts of the skin, and Acquire the data showing the change of the surface myoelectric pattern accompanying it and make it into a database. (4) Link the database created in (2) and (3), and obtain the actual myoelectric potential information from the surface myoelectric potential information of the skin at the target site. Is estimated, and the electrical stimulation is adjusted so as to obtain a normal myoelectric waveform and output to the muscle. In other words, the normal myoelectric pulse at this time is obtained by extracting the difference between the pulse and the actual myoelectric pulse and applying this to the muscle as a correction pulse, thereby obtaining the actual myoelectric pulse. Abnormal movements due to muscular dystrophy (for example, abnormal movement due to muscular dystrophy or abnormal muscle tonus)
Can be suppressed.

【0399】尚、刺激位置の設定(あるいは使用電極の
選定)にあたっては、対象者について筋配置を示す3次
元データ(ポリゴンデータ等)を作成した上で手動で行
う(これは、例えば、リハビリテーションの対象となる
筋及び刺激位置の選択を明確化するためである。)。例
えば、以下の手順を踏む。
In setting the stimulus position (or selecting the electrode to be used), three-dimensional data (polygon data, etc.) indicating the muscle arrangement of the subject is created and then manually set (for example, in rehabilitation). This is to clarify the selection of the target muscle and the stimulation position.) For example, the following steps are taken.

【0400】(1)対象部位のポリゴンデータの生成及
びポリゴンの画像表示 (2)(1)の画像表示を参照しながら1箇所又は複数
箇所の刺激位置を手動入力により設定する (3)刺激場所に電気刺激を付与する。つまり、点刺激
の場合には当該刺激ポイントに対して電気刺激を与え
(その際、同じ場所が長時間に亘って刺激されないよう
に刺激ポイントを時間的に変更する。)、また刺激領域
を線や面、立体として指定した場合には、点状、線状又
は面状の刺激領域を時間的に移動させることによって次
元拡張(次元数を1増やす)を図る(例えば、点の移動
により線を、線の移動により面を、面の移動により立体
を表現する。)。
(1) Generation of polygon data of target area and image display of polygon (2) One or more stimulus positions are set by manual input while referring to the image display of (1) (3) Stimulus location Is subjected to electrical stimulation. That is, in the case of a point stimulation, an electrical stimulation is applied to the stimulation point (at that time, the stimulation point is temporally changed so that the same place is not stimulated for a long time), and the stimulation area is lined. In the case where a point, a line, or a plane is designated as a stimulus region, the dimension is extended (the number of dimensions is increased by one) by moving the stimulus region in a point, line, or plane (for example, the line is moved by moving the point). , The plane is represented by the movement of the line, and the solid is represented by the movement of the plane.)

【0401】[0401]

【実施例】図60乃至図65は本発明に係る電気刺激装
置の実施の一例について説明するための図であり、電気
刺激装置は、I/O処理部(機構部)100、電気刺激
発生部300、統括制御部500を備えている。
FIG. 60 to FIG. 65 are views for explaining an embodiment of an electric stimulator according to the present invention. The electric stimulator comprises an I / O processing unit (mechanical unit) 100, an electric stimulus generating unit. 300 and an overall control unit 500.

【0402】各構成要素は以下の通りである(括弧内は
符号を示す)。
Each component is as follows (the numbers in parentheses indicate the symbols).

【0403】※I/O処理部(100) ・電極部(101) シート状基材に配置・形成された多数の電極群から構成
され(図4乃至図8参照。)、後述の電気刺激発生部3
00から電極選択部104を通して送られてくる電気信
号が各電極に供給される。
* I / O processing part (100) Electrode part (101) It is composed of a large number of electrode groups arranged and formed on a sheet-like base material (see FIGS. 4 to 8), and generates an electric stimulus described later. Part 3
An electric signal transmitted from 00 through the electrode selection unit 104 is supplied to each electrode.

【0404】・圧力及び温度検出部(102)及び素子
選択処理部(103) シート状基材において上記電極部101の上層に配置・
形成された多数の検出素子部(図9乃至図12参照。)
から構成され、圧力や温度の検出素子の選択については
素子選択処理部103におけるマトリックス処理により
行われる。
A pressure and temperature detecting section (102) and an element selecting section (103) are arranged above the electrode section 101 in a sheet-like base material.
A large number of formed detection element portions (see FIGS. 9 to 12).
The selection of pressure and temperature detection elements is performed by matrix processing in the element selection processing unit 103.

【0405】・電極選択部(104) 出力系統については、電気刺激発生部300からの信号
群(例えば、「チャンネル数」×2個の信号)が出力用
セレクタ104oに送出され、ここで制御信号「Sel
_o」を受けて選択される電極に対してバッファアンプ
104bを通して出力信号が供給される。尚、バッファ
アンプ104bについては、制御信号「Sc」によって
出力電流の設定が行われるように構成されている。ま
た、入力系統については各電極からの信号が入力用セレ
クタ104iに送出され、ここで制御信号「Sel_
i」を受けて選択される情報が後述する筋電検出部20
1に送出される。
Electrode selection unit (104) Regarding the output system, a signal group (for example, “the number of channels” × 2 signals) from the electrical stimulation generation unit 300 is sent to the output selector 104o, where the control signal is output. "Sel
An output signal is supplied to the electrode selected in response to “_o” through the buffer amplifier 104b. The buffer amplifier 104b is configured so that the output current is set by the control signal "Sc". For the input system, a signal from each electrode is sent to the input selector 104i, where the control signal “Sel_
The information selected in response to “i” is the myoelectric detection unit 20 described later.
Sent to 1.

【0406】・3軸位置検出部(105) 対象者についての基準原点位置を検出するための検出部
であり、対象者に関する座標系(3次元直交座標系、あ
るいは円筒座標系や関節構造に応じた軸座標系等)の設
定に必要とされる。尚、検出方法には光学式、磁気式、
ジャイロセンサー方式等が知られている。
A three-axis position detecting unit (105) is a detecting unit for detecting a reference origin position of the subject, and a coordinate system (a three-dimensional orthogonal coordinate system, a cylindrical coordinate system, or a joint structure) for the subject. Axis coordinate system). The detection method is optical, magnetic,
A gyro sensor system and the like are known.

【0407】※筋電検出部(201) 電極選択部104において指定された電極で取得した筋
電位情報をアナログ信号からディジタル信号にA/D変
換して認識する部分である。尚、この検出については常
時行っても良いし、タイマー割り込み等によって規定の
タイミングで行ったり、あるいは検出命令を受けたとき
に行うようにしても良い。また、A/D変換後のデータ
処理形態については、筋電波形のパルスについて規定さ
れる閾値を越えたときの単位パルス当たりの立ち上がり
数だけを用いても良いし、また筋電波形を実効値変換の
ために時間積分した積分筋電図(Integrated
ElectroMyogram:IEMG)から得た
り、あるいは筋電波形をFFT処理した後スペクトル互
換法を適用してデータを得る等、各種の方法がある。
* Electromyogram detection unit (201) This unit recognizes the myoelectric potential information acquired by the electrode specified by the electrode selection unit 104 by A / D conversion from an analog signal to a digital signal. This detection may be performed at all times, may be performed at a specified timing by a timer interrupt, or may be performed when a detection command is received. Further, as for the data processing form after the A / D conversion, only the number of rises per unit pulse when the threshold value specified for the pulse of the myoelectric waveform is exceeded may be used. Integrated electromyogram (Integrated) time-integrated for conversion
Electromyogram (IEMG), or data obtained by applying a spectrum interchange method after performing FFT processing on the myoelectric waveform.

【0408】※形状認識部(202) 圧力及び温度検出部102から素子選択処理部103を
経て入手される圧力検出情報を受けて圧力分布情報から
表面形状を認識する部分である。尚、圧力検出情報の処
理については全てマトリックス処理を経て行われる。
* Shape Recognition Unit (202) This part receives pressure detection information obtained from the pressure and temperature detection unit 102 via the element selection processing unit 103, and recognizes the surface shape from the pressure distribution information. The processing of the pressure detection information is all performed through matrix processing.

【0409】※個性認識部(203) 筋電検出部201及び形状認識部202からの情報に基
づいて対象者の個性を認識する部分であり、認識結果は
後述の統括制御部500に送られる。尚、「個性の認
識」においては、筋電図情報の周波数解析により所定帯
域(例えば、200〜300Hz)の成分から識別する
方法や、複数の対偶動作について得られる筋電位情報又
は形状認識情報を合成して、この構成情報と個人情報と
の差分情報を個性として認識する方法(音声認識技術を
筋電位情報等に応用した方法)等を用いることができる
が、その方法の如何は問わない。
* Individuality Recognition Unit (203) This is a part for recognizing the individuality of the subject based on information from the myoelectricity detection unit 201 and the shape recognition unit 202. The recognition result is sent to the overall control unit 500 described later. In the “recognition of individuality”, a method of discriminating from components of a predetermined band (for example, 200 to 300 Hz) by frequency analysis of electromyogram information, and electromyogram information or shape recognition information obtained for a plurality of pairing operations are used. A method of synthesizing and recognizing difference information between the configuration information and the personal information as individuality (a method in which a speech recognition technique is applied to myoelectric potential information or the like) or the like can be used, but any method may be used.

【0410】※電気刺激発生部(300) 低周波刺激発生部301及び干渉波刺激発生部302が
必要なチャンネル数に応じて設けられており、これらは
後述する統括制御部500の指令下に置かれている。
* Electrical stimulus generation section (300) The low frequency stimulus generation section 301 and the interference wave stimulus generation section 302 are provided according to the required number of channels, and these are placed under the command of the general control section 500 described later. Has been.

【0411】※対偶位置認識部(401) 3軸位置検出部105、筋電検出部201、形状認識部
202からの情報に基づいて対偶の位置情報を認識する
部分である。つまり、3軸位置検出部105からの情報
を原点位置情報とし、対象者に特定の動作を実行しても
らいながら、その時々の形状認識結果や対偶運動との関
係、運動時の筋電位情報や運動速度等の関係に基づいて
対偶の位置を認識する。
* Pair / Even Position Recognition Unit (401) This is a part for recognizing the position information of a pair even based on the information from the triaxial position detection unit 105, the myoelectricity detection unit 201, and the shape recognition unit 202. In other words, the information from the three-axis position detection unit 105 is used as the origin position information, and while the subject performs a specific operation, the relationship between the shape recognition result at each time and the paired movement, the myoelectric potential information during the movement, The position of the pair is recognized based on the relationship such as the movement speed.

【0412】※骨格筋配置認識部(402) 対偶位置認識部401からの情報に基づき、人体構造モ
デル処理部602からの3次元の人体形状データ(対偶
内の骨や筋肉の配置をポリゴンデータでモデル化したも
の。)を利用して骨や筋肉の配置を認識する部分であ
り、その際、人体形状データについてはモニター装置4
03上に表示して視覚的に認識できるようにすることが
好ましい。
* Skeletal muscle arrangement recognition section (402) Based on the information from the even number position recognition section 401, three-dimensional human body shape data from the human body structure model processing section 602 (the arrangement of bones and muscles within the even couple is represented by polygon data. This is a part for recognizing the arrangement of bones and muscles using a modeled model.
It is preferable that the information is displayed on the screen 03 so as to be visually recognized.

【0413】※統括制御部(500) 制御の主要な機能を司る部分であり、これには以下の要
素が含まれる。
* General control section (500) This section controls the main functions of control, and includes the following elements.

【0414】・刺激選択機能処理部(501) 電気刺激の種類を選択するための制御信号を電気刺激発
生部300に送出する部分である。即ち、電気刺激を行
う対象部位の筋肉について皮膚からの深さに応じて低周
波電気刺激を行うか又は干渉波電気刺激を行うかを規定
し、低周波については2つの電極を1組みして電気刺激
を発生させ、干渉波については、例えば、4つの電極を
組みして電気刺激を発生させる。尚、電気刺激にあたっ
ては、前記したように干渉波シミュレーター(又はその
簡易版干渉波シミュレータ)からの解析結果が利用され
る。
[0414] Stimulation selection function processing section (501) This section sends a control signal for selecting the type of electrical stimulation to the electrical stimulation generating section 300. That is, whether to perform low-frequency electrical stimulation or interference-wave electrical stimulation in accordance with the depth from the skin of the muscle at the target site where electrical stimulation is to be performed, and for low frequency, one set of two electrodes is used. An electric stimulus is generated, and for an interference wave, for example, four electrodes are combined to generate an electric stimulus. Note that the analysis results from the interference wave simulator (or a simplified version of the interference wave simulator) are used for the electrical stimulation as described above.

【0415】・F.S.(ファントムセンセーション)
刺激機能処理部(502) 皮膚表面への擬似的な刺激を付与する際に使用する電極
の選定及び刺激強度等の信号パターンを生成する部分で
あり、この場合には前記したように干渉波が使用され
る。また、後述する力触覚パターン認識部505からの
指令情報に応じた触覚呈示を行うために、制御出力を後
述の使用電極変更処理部507に送出する。尚、ファン
トムセンセーション刺激によって機能的電気刺激が妨害
される場合には、使用電極パターンの配置を変更して、
速やかに他の電極パターン配置を採用する必要がある。
F. S. (Phantom sensation)
Stimulation function processing unit (502) This is a unit that generates a signal pattern such as selection of an electrode and stimulus intensity used when applying a pseudo stimulus to the skin surface. In this case, as described above, an interference wave is generated. used. In addition, in order to perform tactile sensation presentation in accordance with the command information from the later-described force / tactile pattern recognition unit 505, a control output is sent to a later-described electrode change processing unit 507. If the functional electrical stimulation is disturbed by the phantom sensation stimulation, change the arrangement of the electrode patterns used,
It is necessary to quickly adopt another electrode pattern arrangement.

【0416】・低温火傷防止処理部(503) 絶縁接触抵抗による低温火傷を防止するために設けられ
ており、一定時間以上に亘って同じ電極を使って電気刺
激が付与されないように使用電極のパターンを適時に変
更したり、あるいは皮膚表面の抵抗値が閾値以上である
場合や電極の汚損状態がひどい場合に電極の使用を禁止
する。そして、そのための制御指令を後述する使用電極
変更処理部507に送出する。尚、図58、図59で説
明したように筋電検出部201からの情報を参照し(図
には破線で示す。)、個人差に応じて刺激に対する不快
感の発生防止対策を講じることが好ましい。
A low-temperature burn prevention processing unit (503) is provided to prevent low-temperature burns due to insulation contact resistance. The pattern of the electrodes used is such that electrical stimulation is not applied using the same electrode over a certain period of time. Is changed in a timely manner, or when the resistance value of the skin surface is equal to or more than a threshold value or when the electrode is in a severely soiled state, use of the electrode is prohibited. Then, a control command for that is transmitted to a used electrode change processing unit 507 described later. As described with reference to FIGS. 58 and 59, the information from the myoelectric detecting unit 201 is referred to (indicated by a broken line in the drawings), and measures to prevent the generation of discomfort to the stimulus may be taken according to individual differences. preferable.

【0417】・筋配置変化への追従機能処理部(50
4) 筋の移動に伴って使用電極の配置等を変化させるための
制御を行う部分である。例えば、前腕の回内・回外動作
時における筋肉の移動はとても大きいため、その際の筋
肉移動を考慮して使用電極配置を時間的に変更する必要
がある。よって、骨格筋配置認識部402によって得ら
れる筋肉配置の情報、筋電検出部201から予測された
対偶の駆動量(前記予想筋トーヌスに基づく動作予測を
参照。)、そして、実際の対偶位置情報の変化に基づい
て対偶の駆動量をリアルタイムで認識し、対偶間の位置
関係に応じて使用電極位置及び電気刺激波形を変化させ
る。
A function processing unit (50) for following a change in muscle arrangement
4) This is a part for performing control for changing the arrangement of the electrodes to be used as the muscle moves. For example, since the movement of the muscle during the pronation / supination operation of the forearm is very large, it is necessary to temporally change the electrode arrangement used in consideration of the muscle movement at that time. Therefore, the information on the muscle arrangement obtained by the skeletal muscle arrangement recognition unit 402, the pairwise driving amount predicted from the myoelectric detection unit 201 (see the motion prediction based on the predicted muscle tonus), and the actual paired position information The driving amount of the pair is recognized in real time based on the change of the pair, and the position of the electrode to be used and the waveform of the electrical stimulation are changed according to the positional relationship between the pair.

【0418】・力触覚パターン認識部(505) 対象部位にどのような力触覚を付与するかを認識する部
分であり、その制御法は力触覚フィードバック制御(つ
まり、指令値に対してどれだけの力触覚が付与されてい
るかを認識して両者についての差分処理から求まる誤差
がゼロとなるような制御)に依る。その際には、後述の
人体構造モデル処理部602からの3次元人体形状デー
タを利用する。尚、認識結果については、ファントムセ
ンセーション刺激機能処理部502、筋配置変化への追
従機能処理部504等に送出される。
A haptic pattern recognition unit (505) is a unit for recognizing what kind of haptic sensation is given to a target part. The control method is haptic feedback control (that is, how much haptic feedback control is applied to the command value). The control is performed so as to recognize whether or not the force tactile sensation is given and to reduce the error obtained from the difference processing between the two to zero. In this case, three-dimensional human body shape data from the human body structure model processing unit 602 described later is used. The recognition result is sent to the phantom sensation stimulus function processing unit 502, the muscle arrangement change following function processing unit 504, and the like.

【0419】・選択処理/出力設定処理部(506) 使用電極の選択(電極位置、使用又は不使用若しくは禁
止の選択を含む。)、選択した電極を使って電気刺激を
付与するのか又は当該電極を使って筋電位情報を取得す
るのか、あるいは電極をグランドにとるか等を規定す
る。また、選択電極を通して電気刺激を付与する場合の
出力設定を行う。尚、選択処理/出力設定処理部506
からセレクタ部512を介して上記制御信号Sel_
o、Sel_i、Scが各所に送出されるが、当該セレ
クタ部512が完全に選択処理/出力設定処理部506
の支配を受けるのは、後述する使用電極変更処理部50
7からの指令を受けないことが条件とされる(つまり、
セレクタ部512にとっては当該指令が優先されるとい
うことである。)。
A selection processing / output setting processing section (506) Selection of an electrode to be used (including selection of an electrode position, use or non-use or inhibition), application of an electric stimulus using the selected electrode, or the electrode concerned Is used to acquire the myoelectric potential information or to set the electrodes to the ground. In addition, output setting for applying an electric stimulus through the selection electrode is performed. The selection processing / output setting processing unit 506
From the control signal Sel_ through the selector unit 512.
o, Sel_i, Sc are sent to various places, but the selector unit 512 is completely selected / output-set processing unit 506.
Is controlled by a used electrode change processing unit 50 described later.
7 is not required (that is,
This means that the instruction is given priority to the selector unit 512. ).

【0420】・使用電極変更処理部(507) 各種の条件によって使用電極を変更するための部分であ
り、その出力はセレクタ部512に送出される。尚、本
処理部の出力はセレクタ部512に対して優先的に作用
する。また、使用電極の変更指令については、上記した
ファントムセンセーション機能処理部502、低温火傷
防止処理部503、筋配置変化への追従機能処理部50
4、後述の信号補正処理部508等から送られてくる
が、各処理部のもつ機能に応じて各種の電極配置パター
ンが用意されている。
[0420] Used electrode change processing unit (507) This is a unit for changing the used electrode according to various conditions, and its output is sent to the selector unit 512. Note that the output of this processing section acts preferentially on the selector section 512. Further, regarding the command to change the electrode to be used, the phantom sensation function processing unit 502, the low-temperature burn prevention processing unit 503, and the follow-up function processing unit 50 for the change in muscle arrangement are described above.
4. Various electrode arrangement patterns are prepared according to the functions of the processing units, which are sent from a signal correction processing unit 508 described below.

【0421】・信号補正処理部(508) 骨格筋配置認識部402から得られるデータに基づいて
予期される力触覚フィードバック(状態)と、実際に起
きている力触覚フィードバック(状態)とを比較し、両
者が一致するか又は差異が少なくなるように、刺激パタ
ーン設定部510や使用電極変更処理部507に対して
補正信号を送出する部分である。
A signal correction processing unit (508) compares the haptic feedback (state) expected based on the data obtained from the skeletal muscle arrangement recognition unit 402 with the haptic feedback (state) actually occurring. And a correction signal transmitting unit 507 that transmits a correction signal to the stimulus pattern setting unit 510 and the used electrode change processing unit 507 so that they match or the difference is reduced.

【0422】・個性適応機能処理部(509) 対象者の個性認識用データに基づいて電気刺激波形をそ
の標準形から変化させるための機能をもった部分であ
り、個性認識部203からの情報を受けて刺激パターン
設定部510に対して制御信号を送出する。
A personality adaptation function processing unit (509) is a part having a function of changing the electrical stimulation waveform from its standard form based on the personality recognition data of the subject. In response, a control signal is transmitted to stimulation pattern setting section 510.

【0423】・刺激パターン設定部(510) 統括制御部500内の各部(502〜504、508、
509)からの指令に基づいて刺激パターン(前記した
刺激条件を異にする各種の刺激信号パターン)に関する
制御信号を電気刺激発生部300に送出し、波形等を変
化させる。
Stimulus pattern setting unit (510) Each unit (502-504, 508,
509), a control signal relating to a stimulus pattern (various stimulus signal patterns having different stimulus conditions described above) is transmitted to the electric stimulus generator 300 to change the waveform and the like.

【0424】・簡易版干渉波シミュレータ(511) 干渉波シミュレーター603で得られた情報を用いて電
極候補の位置、対偶駆動量等を予めデータベース化して
おくことで干渉波シミュレーションの使用頻度を低減す
るためのものであり、使用時には、予想される対偶駆動
量と、実際に候補電極を通して電気刺激を付与したとき
の対偶駆動量とが一致するか否かを判別して使用電極を
決定する。
A simplified version of the interference wave simulator (511) By using the information obtained by the interference wave simulator 603 to create a database of the positions of the electrode candidates and the driving amount of the pair in advance, the use frequency of the interference wave simulation is reduced. In use, an electrode to be used is determined by determining whether an anticipated pair driving amount matches an expected pair driving amount when an electrical stimulus is actually applied through a candidate electrode.

【0425】※入出力処理部 力触覚パターン(指令パターン)を設定したり、3次元
ポリゴンデータを画像表示する等に必要な一切の装置を
含む。例えば、コンピュータの入力装置601(キーボ
ードやマウス等)、モニター装置403やヘッドマウン
トディスプレイ装置、プリンタ等の出力装置の他、前記
した人体構造(モデル)のデータベースに係るデータ入
出力処理に必要な手段も含まれる。
* Input / output processing unit Includes all devices necessary for setting a haptic pattern (command pattern), displaying three-dimensional polygon data in an image, and the like. For example, in addition to output devices such as a computer input device 601 (keyboard and mouse, etc.), a monitor device 403, a head-mounted display device, a printer, etc., means necessary for data input / output processing relating to the above-mentioned human body structure (model) database Is also included.

【0426】※人体構造モデル処理部(602) 前記したモデル構築/計算処理部1Aeに相当する。
尚、モデル構築にあたっては、既述したとおりヘリカル
CTやMRIによって得られる断層面情報から対象部位
の骨格や筋肉配置のデータを得ることが可能である。
* Human body structure model processing unit (602) This corresponds to the model construction / calculation processing unit 1Ae described above.
In constructing the model, as described above, it is possible to obtain skeleton and muscle arrangement data of the target site from the tomographic plane information obtained by helical CT or MRI.

【0427】※干渉波シミュレーター(603) 前記したように干渉波電気刺激の付与に際して使用電極
候補の選出等に用いられる。
* Interference wave simulator (603) As described above, this is used for selecting electrode candidates to be used when applying interference wave electrical stimulation.

【0428】尚、力触覚呈示装置への適用にあたって
は、仮想現実空間におけるオブジェクトの生成や力触覚
呈示の指令に関する処理が必要となり、例えば、ゲーム
機への応用にあたっては図64、図65に示すように前
記の構成要素に加えて、ゲーム機700内に以下の要素
が必要になる(括弧内の数字は符号を示す。)
Note that application to a haptic sense presentation device requires processing relating to the generation of an object in a virtual reality space and a command to present a haptic sense. For example, application to a game machine is shown in FIGS. 64 and 65. As described above, in addition to the above-described components, the following elements are required in the game machine 700 (numbers in parentheses indicate symbols).

【0429】・ステレオ映像出力部(701) ストーリー展開に従ってステレオ映像(信号)を出力す
る部分であり、当該映像信号は、例えば、ヘッドマウン
トディスプレイ(あるいは3Dスコープ)等の視覚表示
装置702に送出されて対象者に提供される。尚、効果
音等の音声信号についても視覚表示装置に組み込まれた
ヘッドフォンやスピーカー等の音声出力手段を使って対
象者に提供されるが図示は省略する。また、ゲームの進
行に必要なデータ等は図示しない情報記録媒体によって
提供される。
A stereo video output unit (701) is a unit that outputs a stereo video (signal) in accordance with the story development, and the video signal is transmitted to a visual display device 702 such as a head-mounted display (or a 3D scope). Provided to the subject. Note that sound signals such as sound effects are also provided to the subject using sound output means such as headphones or speakers incorporated in the visual display device, but are not shown. Data and the like necessary for the progress of the game are provided by an information recording medium (not shown).

【0430】・力触覚発生の命令部(703) 力触覚の発生について命令を下す部分であり、ストーリ
ー展開において力触覚の呈示を必要とする場面で力触覚
の呈示命令を発してこれを上記力触覚パターン認識部5
05に送出する。これにより力触覚パターン認識部50
5で呈示命令の内容が解釈される。また、命令部から対
偶位置認識部401に送出される指令によって力触覚呈
示の対象部位について対偶位置の認識及び位置情報の取
得が行われる。
A command section for generating a haptic sense (703) This is a section for giving a command regarding the generation of a haptic sensation. In a scene where presentation of a haptic sense is required in a story development, a haptic sense presentation instruction is issued and the Tactile pattern recognition unit 5
05. Thereby, the haptic pattern recognition unit 50
At step 5, the contents of the presentation instruction are interpreted. In addition, according to a command sent from the command unit to the paired position recognition unit 401, the paired position is recognized and the position information is acquired for the target site for the presentation of the haptic sense.

【0431】次に機能的電気刺激による力触覚呈示装置
の制御方法について、図66乃至図71に示すフローチ
ャート図に従って説明する。
Next, a control method of the force / tactile sensation providing device by the functional electrical stimulation will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS.

【0432】図66は制御全体の流れについてその大筋
を示したものであり、対象者の人体構造に関するデータ
ベースに対して対偶の動作や筋電図によるデータをリン
クしたデータベースが構築済であること、そして、該デ
ータベースを利用した干渉波シミュレーションの結果が
やはりデータベース化されていることが前提となる。
尚、関節角度に応じた人体の骨格や筋肉の配置データに
ついては前記したようにヘリカルCTにより骨格データ
を取得し、またヘリカルMRIで筋肉配置のデータを取
得してこれをデータベース化しておく。
FIG. 66 shows the outline of the flow of the entire control. A database in which data of paired operations and electromyograms has been linked to a database relating to the human body structure of the subject has been established. Then, it is premised that the results of the interference wave simulation using the database are also stored in the database.
As for the human skeleton and muscle placement data corresponding to the joint angle, skeleton data is acquired by helical CT as described above, and muscle arrangement data is acquired by helical MRI and stored in a database.

【0433】処理の開始にあたっては、先ず、電極部1
01や圧力及び温度検出部102を含む効果器や、ヘッ
ドマウントディスプレイを対象者に装着する。その際、
電気刺激の対象部位について皮膚全体が効果器によって
しっかりと被覆される必要がある。
At the start of the process, first, the electrode unit 1
01, an effector including the pressure and temperature detection unit 102, and a head-mounted display are mounted on the subject. that time,
The entire skin needs to be firmly covered by the effector for the target site of the electrical stimulation.

【0434】ステップS1では基準面圧力情報の取得に
あたって必要なキャリブレーション処理(その詳細につ
いては図67で説明する。)を行う。
In step S1, a calibration process (the details will be described with reference to FIG. 67) necessary for obtaining the reference surface pressure information is performed.

【0435】そして、次ステップS2では関節角度によ
る面圧力変化についての情報取得にあたって必要なキャ
リブレーション処理を行う(これは求心性収縮及び遠心
性収縮に関する認識のために必要となり、その詳細につ
いては図68で説明する。)。
Then, in the next step S2, a calibration process necessary for obtaining information on the surface pressure change due to the joint angle is performed (this is necessary for recognition of afferent contraction and efferent contraction. 68.).

【0436】次ステップS3では筋の仕事量についての
キャリブレーション処理(その詳細については図69、
図70で説明する。)を行った後、次ステップS4では
前ステップS1乃至S3で得られたデータと、前述した
人体構造モデルのアルゴリズムに従って生成されたデー
タ、そしてヘリカルCTやMRIの情報を用いて生成し
たポリゴンデータ(関節の動きによって筋の中心線や形
状がどのように変化するかの認識に必要とされ、その詳
細については図45乃至図47やその関連説明を参
照。)についてリンクを行う。尚、この場合にリンクの
基準とするのは関節角度であり、その際、対偶の形状か
ら推測される関節角度も考慮する。
In the next step S3, a calibration process for the muscle work (for details, see FIG.
This will be described with reference to FIG. ), In the next step S4, the data obtained in the previous steps S1 to S3, the data generated according to the algorithm of the human body structure model described above, and the polygon data generated using the information of helical CT and MRI ( This is necessary for recognizing how the center line and shape of the muscle change due to the movement of the joint. For details, refer to FIGS. 45 to 47 and related descriptions.) In this case, the reference of the link is the joint angle, and in this case, the joint angle estimated from the pair shape is also considered.

【0437】そして、ステップS5で力触覚呈示命令を
解釈する。つまり、当該命令は力触覚発生の命令部70
3から力触覚パターン認識部505に送出されてその内
容が解釈される(上位の命令は下層の構成部にいくに従
って、より低次元の命令に還元されていく。)。
Then, in step S5, the haptic sense presentation command is interpreted. That is, the instruction is the instruction unit 70 for generating the haptic sense.
3 is sent to the haptic pattern recognition unit 505 and its contents are interpreted (the higher-order commands are reduced to lower-dimensional commands as they go to lower-level components).

【0438】例えば、力触覚パターンの設定条件につい
ては運動パターン、スピード、仕事量等が挙げられ、こ
れに基づいて皮膚表面の刺激位置、強度、種別(例え
ば、刀傷や着弾等を受けたり、バウンドしたといった感
触の違いに応じた類型)等、各種のパラメーターが規定
される。尚、刺激位置の設定にあたってはゲーム機の場
合にそのストーリー展開の応じて指定する必要があり、
そのためのデータを予め情報記録媒体に記憶させてお
く。
For example, the setting conditions of the force / tactile pattern include a motion pattern, speed, work amount, and the like. Based on the conditions, the stimulus position, intensity, and type (for example, receiving a sword wound or impact, etc. Various parameters are defined, such as a type corresponding to a difference in feeling of bouncing. In addition, when setting the stimulation position, it is necessary to specify according to the story development in the case of a game machine,
Data for that purpose is stored in the information recording medium in advance.

【0439】次ステップS6では対偶位置と重力との関
係や荷重を考慮して制御を行う。つまり、力触覚発生の
命令部703から対偶位置認識部401に送出される指
令によって対偶位置の認識が行われるが、その際に対象
者への重力の影響が問題になる。
In the next step S6, control is performed in consideration of the relationship between the pair position and gravity and the load. In other words, the position of the pair is recognized by a command sent from the command unit 703 for generating the force and tactile sensation to the pair position recognition unit 401. At this time, the influence of gravity on the subject becomes a problem.

【0440】制御方法には以下の3種類が挙げられる
(ここでは、一つの関節を複数の筋肉で駆動する場合、
例えば上腕等を想定する。)。
The following three types of control methods can be used (here, when one joint is driven by a plurality of muscles,
For example, an upper arm is assumed. ).

【0441】・関節とその駆動を補助する筋肉の収縮に
関するデータベースを予め構築しておき、電気刺激に際
しては当該データベースを用いて、常に対をなす筋肉を
特定してこれらを緊張させるように制御する方法 ・関節及び対偶の位置と重力との関係についてのデータ
ベースを予め構築しておき、電気刺激に際しては当該デ
ータベースを用いて、重力に対する関節位置に応じて対
をなす筋肉を特定してこれらを緊張させるように制御す
る方法 ・荷重(例えば、手にもった重量物等による。)に対し
ては、刺激対象とする駆動筋をデータベースに追加して
おき、電気刺激に際しては当該駆動筋を選択してこれを
緊張させるように制御する方法。
A database relating to the contraction of the joints and the muscles assisting the driving thereof is constructed in advance, and at the time of electrical stimulation, the databases are always used to specify the paired muscles and to control them so that they are tense. Method-A database of the relationship between the position of the joints and the pair and the gravity is pre-constructed. At the time of electrical stimulation, the database is used to identify the paired muscles according to the positions of the joints with respect to the gravity and to tension them. Method of controlling so that the driving force is applied ・ For the load (for example, due to a heavy object held by the hand), the driving muscle to be stimulated is added to the database, and the driving muscle is selected for the electric stimulation. How to control this to be nervous.

【0442】次ステップS7では力触覚呈示命令に従っ
て使用電極の選択や刺激条件の設定が行われて電気刺激
が付与される(その詳細については図71で説明す
る。)。
In the next step S7, the selection of the electrodes to be used and the setting of the stimulating conditions are performed in accordance with the haptic sense presentation command, and the electrical stimulation is applied (the details will be described later with reference to FIG. 71).

【0443】図67は基準面圧力情報の取得(キャリブ
レーション)に関するフローチャート図であり、先ず、
ステップS1では、磁気センサー等を用いた3軸位置検
出部105からの情報に基づいて基本となる対偶位置の
情報を取得した後、次ステップS2では3軸位置検出部
105からの情報を用いて視覚表示装置(ヘッドマウン
トディスプレイ等)上の映像において対象者の目視位置
(視点)情報を取得する。
FIG. 67 is a flowchart relating to the acquisition (calibration) of the reference surface pressure information.
In step S1, information on the base pair position is acquired based on information from the three-axis position detection unit 105 using a magnetic sensor or the like, and in the next step S2, information from the three-axis position detection unit 105 is used. Obtains visual position (viewpoint) information of a subject in a video on a visual display device (such as a head-mounted display).

【0444】次ステップS3では、前ステップS1で得
た対偶位置に基づいて当該対偶からその末端部までの人
体部位についての3次元ポリゴンデータを、前記人体構
造モデルのアルゴリズムに従って生成した後、次ステッ
プS4に進んで当該ポリゴンデータに対応する映像を上
記視覚表示装置702に映し出す。
[0444] In the next step S3, based on the pair position obtained in the previous step S1, three-dimensional polygon data for the human body part from the pair to the end thereof is generated according to the algorithm of the human body structure model. Proceeding to S4, an image corresponding to the polygon data is displayed on the visual display device 702.

【0445】そして、ステップS5において、対象者に
はポリゴンデータの映像に対して自身の対偶(の映像)
が重なり合うように動作状態を模倣してもらう。尚、そ
の際には音声によるナビゲートも同時に行う。
[0445] In step S5, the subject is asked to present his / her own pair (video) to the video of the polygon data.
I have you imitate an operation state so that may overlap. In this case, navigation by voice is also performed at the same time.

【0446】次ステップS6では映像の重なり具合から
動作の模倣が完了したか否かを判断し、完了時には次ス
テップS7に進んでそのときの圧力分布を効果器の圧力
検出素子群の情報から取得した後ステップS8に進む
が、模倣が完了していない場合にはステップS5に戻
る。
In the next step S6, it is determined whether or not the imitation of the operation has been completed based on the degree of overlap of the images. When the operation has been completed, the process proceeds to the next step S7, where the pressure distribution at that time is obtained from the information of the pressure detecting element group of the effector. Then, the process proceeds to step S8, but if the imitation is not completed, the process returns to step S5.

【0447】ステップS8では、前ステップS7で取得
した数値データを基準値(例えば、百分率表示を採用し
た場合の「100」)として記憶・登録し、これに基づ
いて基準面圧力情報のデータベースを作成する。
In step S8, the numerical data obtained in the previous step S7 is stored and registered as a reference value (for example, “100” when percentage display is adopted), and a database of reference surface pressure information is created based on this. I do.

【0448】図68は関節角度に応じた面圧力情報の取
得(キャリブレーション)に関するフローチャート図で
あり、ステップS1、S2については図67のステップ
S1、S2と同じである。
FIG. 68 is a flowchart relating to the acquisition (calibration) of the surface pressure information according to the joint angle. Steps S1 and S2 are the same as steps S1 and S2 in FIG.

【0449】ステップS3では、前ステップS1で得た
対偶位置と関節角度に基づいて当該対偶からその末端部
までの人体部位についての3次元ポリゴンデータを、前
記人体構造モデルのアルゴリズムに従って生成した後、
次ステップS4に進んで当該ポリゴンデータに対応する
映像を視覚表示装置702に映し出す。
[0449] In step S3, based on the pair position and joint angle obtained in the previous step S1, three-dimensional polygon data of a human body part from the pair to its end is generated according to the algorithm of the human body structure model.
In the next step S4, an image corresponding to the polygon data is displayed on the visual display device 702.

【0450】そして、ステップS5において、対象者に
はポリゴンデータの映像に対して自身の対偶(の映像)
が重ね合わさるように動作を模倣してもらい(尚、その
際には音声によるナビゲートも同時に行う。)、次ステ
ップS6では映像の重なり具合から動作の模倣が完了し
たか否かを判断し、完了時には次ステップS7に進んで
そのときの圧力分布を効果器の圧力検出素子群の情報か
ら取得した後ステップS8に進むが、模倣が完了してい
ない場合にはステップS5に戻る。
[0450] In step S5, the subject is asked to display his / her even number (video) of the video of the polygon data.
Are imitated so that they are superimposed on each other (at this time, navigation by voice is also performed at the same time). In the next step S6, it is determined whether or not the imitation of the operation has been completed based on the degree of overlap of the images. When the process is completed, the process proceeds to the next step S7, the pressure distribution at that time is obtained from the information of the pressure detecting element group of the effector, and then the process proceeds to step S8. If the imitation is not completed, the process returns to step S5.

【0451】ステップS8では、図67のステップS8
で作成した基準面圧力情報のデータベースのデータを基
準として前ステップS7で得た圧力情報のうち変化の大
きな場所及び圧力値を取得する。例えば、基準面圧力情
報と比較した場合に圧力検出値の変化に富む場所を上位
から所定箇所だけ選び出してそれらの位置及び圧力値を
記憶・登録し、これに基づいて関節角度と当該角度につ
いての面圧力情報のデータベースを作成する。
In step S8, step S8 in FIG.
Based on the data of the database of the reference surface pressure information created in the above, the place and the pressure value where the change is large in the pressure information obtained in the previous step S7 are acquired. For example, when comparing with the reference surface pressure information, only predetermined places from among the top places where the change in the detected pressure value is rich are selected, and their positions and pressure values are stored and registered. Create a database of surface pressure information.

【0452】そして、ステップS9では関節の全ての角
度について上記ステップS3乃至S8の処理を終了した
か否かを判断し、未終了時にはステップS3に戻って関
節角度をこれまでの値とは変更した上でステップS3乃
至S8の処理を繰り返す。
In step S9, it is determined whether or not the processing in steps S3 to S8 has been completed for all angles of the joint. If not, the process returns to step S3 to change the joint angle from the previous value. The processes in steps S3 to S8 are repeated.

【0453】このようにして関節角度をパラメータとし
て変化させたときの面圧力の変化を基準面圧力に対する
相対値として取得することができる。
In this manner, the change in surface pressure when the joint angle is changed as a parameter can be obtained as a relative value to the reference surface pressure.

【0454】図69及び図70は筋の仕事量による筋電
(パターン)情報の取得(キャリブレーション)に関す
るフローチャート図であり、図69のステップS1乃至
S6については図68の各ステップと同じである。
FIGS. 69 and 70 are flow charts showing the acquisition (calibration) of myoelectric (pattern) information based on the amount of muscle work. Steps S1 to S6 in FIG. 69 are the same as the respective steps in FIG. .

【0455】図70のステップS7では、効果器の電極
部101を通して筋電位情報を取得できるように設定し
た後、筋電波形のパターンを複数回に亘って取得する。
In step S7 of FIG. 70, after setting so that the myoelectric potential information can be obtained through the electrode section 101 of the effector, a myoelectric waveform pattern is obtained a plurality of times.

【0456】そしてステップS8では、前ステップで得
た情報が既に記憶・登録済か否かを判断し、そうであれ
ばステップS9に進み、未登録の場合にはステップS1
0に進む。
In step S8, it is determined whether the information obtained in the previous step has already been stored and registered. If so, the process proceeds to step S9, and if not, the process proceeds to step S1.
Go to 0.

【0457】ステップS10では、前ステップで得たデ
ータについて平均処理を施した上でこれを基準値(例え
ば、百分率表示を採用した場合の「100」)として記
憶・登録し、これに基づいて無負荷時の筋電パターン情
報に係るデータベースを作成する。そして、次ステップ
S11に進んで対象部位に所定の負荷を与えるための装
具を装着した後、ステップS3に戻る。
In step S10, after averaging the data obtained in the previous step, it is stored and registered as a reference value (for example, “100” when percentage display is adopted). A database relating to myoelectric pattern information at the time of load is created. Then, the process proceeds to the next step S11, in which a brace for applying a predetermined load to the target portion is mounted, and then the process returns to step S3.

【0458】ステップS9では、ステップS10で作成
した無負荷時の筋電パターン情報を基準として前ステッ
プS7で得た筋電位情報のうち変化の大きなデータを取
得する。例えば、無負荷時の筋電パターンと比較した場
合に電位の変化が顕著なデータを上位から所定の数だけ
選び出してそれらを記憶・登録し、これに基づいて負荷
時の筋電パターン情報に係るデータベースを作成する。
In step S9, data with a large change is acquired from the myoelectric potential information obtained in the previous step S7 based on the no-load myoelectric pattern information created in step S10. For example, a predetermined number of data having a remarkable change in potential when compared with a myoelectric pattern under no load is selected from a high order and stored / registered. Create a database.

【0459】このようにして対象部位の無負荷時におけ
る筋電位情報に対して負荷(付与)時の筋電位情報を相
対値として取得することができる。
Thus, the myoelectric potential information at the time of loading (applying) can be obtained as a relative value with respect to the myoelectric potential information at the time of no load of the target portion.

【0460】図71は電気刺激の発生による力覚呈示の
手順例を示すフローチャート図である。
FIG. 71 is a flowchart showing an example of a procedure for presenting a force sense by generation of an electric stimulus.

【0461】先ず、ステップS1で関節の駆動角度を設
定した後、次ステップS2で圧力検出に基づいて対偶形
状を把握する。そして、ステップS3では対象部位の3
次元ポリゴンデータ(あるいは断層解析結果に基づく内
部構造の形状データ)を生成した後、次ステップS4で
は駆動させたい筋肉について刺激領域(前記した干渉波
シミュレーションの説明における点や面、立体)を設定
して電気刺激を付与する。
First, after setting the drive angle of the joint in step S1, the pair shape is grasped in step S2 based on the pressure detection. Then, in step S3, the target part 3
After generating the two-dimensional polygon data (or the shape data of the internal structure based on the tomographic analysis result), in the next step S4, a stimulus area (point, plane, or solid in the description of the above-described interference wave simulation) is set for the muscle to be driven. To provide electrical stimulation.

【0462】これによって、ステップS5では実際に対
偶が駆動されるが、次ステップS6では前ステップS1
で設定した駆動角度が達成したか否かを判断し、達成時
にはこれまでの処理を終了するが、当該角度が達成され
ない場合にはステップS2に戻る。
Thus, in step S5, the pair is actually driven, but in the next step S6, the previous step S1 is performed.
It is determined whether or not the drive angle set in (1) has been achieved. When the drive angle has been achieved, the processing so far ends, but if the angle has not been achieved, the process returns to step S2.

【0463】尚、人体の動作において上腕や手部では多
数の筋が互いに協調しているため、全ての筋について干
渉波電気刺激を個別に付与するのは非常に困難である。
そこで、対偶を動作させている筋の配置に応じて低周波
電気刺激と干渉波電気刺激(触覚呈示のためのファント
ムセンセーションを用いた刺激法を含む。)を併用する
ことが望ましい。
In the movement of the human body, many muscles cooperate with each other in the upper arm and hand, and it is very difficult to individually apply the interference wave electric stimulation to all the muscles.
Therefore, it is desirable to use low-frequency electrical stimulation and interference-wave electrical stimulation (including a stimulation method using a phantom sensation for providing tactile sensation) in accordance with the arrangement of muscles operating the pair.

【0464】図72乃至図77は肘関節を対象にして電
気刺激を付与した場合の説明図であり、骨ポリゴンデー
タだけを使って動作を表現している。
FIG. 72 to FIG. 77 are explanatory diagrams in the case where electrical stimulation is applied to the elbow joint, and the motion is expressed using only bone polygon data.

【0465】肘関節は上腕骨と尺骨の間に位置する1自
由度の関節であり、その屈曲筋である上腕二頭筋と、伸
展筋である上腕三頭筋に対して電気刺激が付与するにあ
たって、先ず、効果器を装着した対象者に、図72のよ
うに立位無負荷状態の姿勢を保ってもらい、この状態で
屈曲筋に対して最低出力での電気刺激を付与する。これ
によって、図73に示すように前腕が多少動作するの
で、対象者が筋の痛みを訴えるまで出力調整を行う(電
流値を10mA以下の範囲内とする。)。
The elbow joint is a one-degree-of-freedom joint located between the humerus and the ulna. Electric stimulation is applied to the biceps brachii and the triceps brachii. In doing so, first, the subject wearing the effector is kept in a standing, unloaded state as shown in FIG. 72, and in this state, electrical stimulation with a minimum output is applied to the flexor muscle. As a result, the forearm slightly moves as shown in FIG. 73, so that the output is adjusted until the subject complains of muscle pain (the current value is within the range of 10 mA or less).

【0466】対象者の個人差にもよるが、最後には図7
4に示す肘の屈曲状態を得ることができる。
[0466] Although it depends on the individual difference of the target person, FIG.
The elbow bending state shown in FIG. 4 can be obtained.

【0467】次に、図75に示すように、肘を曲げて上
方に挙げた状態(バレーボールにおけるスパイク直前の
姿勢)を対象者に保ってもらい、伸展筋に対して最低出
力での電気刺激を付与する。すると、図76に示すよう
に前腕が多少動作する(伸展により肘の屈曲が戻る)の
で、対象者が筋の痛みを訴えるまで出力調整を行う(電
流値を10mA以下の範囲内とする。)。これによっ
て、対象者の個人差にもよるが、最後には図77に示す
状態を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 75, the subject was kept in a state in which the elbow was bent upward (the posture immediately before the spike in volleyball) and the electrical stimulus with the minimum output was applied to the extension muscle. Give. Then, as shown in FIG. 76, the forearm slightly moves (elbow flexion returns due to extension), so the output is adjusted until the subject complains of muscle pain (the current value is within a range of 10 mA or less). . As a result, the state shown in FIG. 77 can be finally obtained depending on the individual difference of the target person.

【0468】しかして、上記の力触覚呈示装置によれ
ば、下記に示す利点が得られる。
According to the force / tactile sense presentation device, the following advantages can be obtained.

【0469】・従来のシャフトアーム等を使った外骨格
型の機構を必要としないので、軽量化にとって有利であ
り、対象者はあたかも洋服を着用する感覚で使用するこ
とができる。
Since an exoskeleton type mechanism using a conventional shaft arm or the like is not required, it is advantageous for weight reduction, and the subject can use it as if wearing clothes.

【0470】・外力発生のための消費電力が少ない。つ
まり、サーボモータ等の動力源やエアシリンダの空圧源
等が不要であり、対象者の筋肉への刺激付与によって関
節の駆動や触覚呈示が可能である。
The power consumption for generating external force is small. In other words, a power source such as a servomotor, a pneumatic source of an air cylinder, and the like are not required, and driving of a joint and presentation of a tactile sense can be performed by applying a stimulus to a muscle of a subject.

【0471】・駆動時の雑音がなく、無音での力触覚呈
示が可能になるので、例えば、ゲーム機への利用におけ
る効果音や環境音への悪影響がない。
[0471] Since there is no noise at the time of driving and the presentation of force and tactile sensation can be performed without sound, for example, there is no adverse effect on sound effects or environmental sounds when used in a game machine.

【0472】・ファントムセンセーションの利用により
皮膚表面への擬似的な刺激を表現できる。
[0472] By using phantom sensation, pseudo stimulation on the skin surface can be expressed.

【0473】[0473]

【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、33に係る発明によれば、干渉波電気刺
激を利用して表層の筋肉や皮膚に触覚を与えることがで
きる。
As is apparent from the above description, according to the first and thirty-third aspects of the present invention, a tactile sensation can be given to muscles and skin on the surface layer by using electric interference wave stimulation.

【0474】請求項2、18に係る発明によれば、皮膚
を尖ったもので押されたかのような触覚を呈示すること
ができる。
According to the second and eighteenth aspects of the invention, it is possible to present a tactile sensation as if the skin were pressed with a sharp object.

【0475】請求項3、19に係る発明によれば、皮膚
を線状のもので押されたかのような触覚を呈示すること
ができる。
According to the third and 19th aspects of the invention, it is possible to present a tactile sensation as if the skin were pressed by a linear object.

【0476】請求項4、20に係る発明によれば、皮膚
を面で押されたかのような触覚を呈示することができ
る。
According to the fourth and twentieth aspects of the present invention, it is possible to present a tactile sensation as if the skin were pressed with a surface.

【0477】請求項5、21、35に係る発明によれ
ば、点状の刺激領域を高速で移動させることによって、
あたかも皮膚を線状のもので押されたかのような触覚を
呈示することができる。
According to the fifth, twenty-first, and thirty-fifth aspects of the present invention, the point-like stimulation area is moved at a high speed,
A tactile sensation can be presented as if the skin were pressed with a linear object.

【0478】請求項6、22、36に係る発明によれ
ば、線状の刺激領域を高速で移動させることによって、
あたかも皮膚を面で押されたかのような触覚を呈示する
ことができる。
According to the present invention, the linear stimulation area is moved at a high speed,
A tactile sensation can be presented as if the skin were pressed with a surface.

【0479】請求項7、23、37に係る発明によれ
ば、点から面あるいは面から点への刺激領域の変化によ
って、面積の時間的変化を伴う触覚を呈示することがで
きる。
[0479] According to the inventions of claims 7, 23, and 37, a tactile sensation accompanied by a temporal change in area can be presented by a change in a stimulus region from point to plane or from plane to point.

【0480】請求項8、24、38に係る発明によれ
ば、点状又は線状の領域を所定の軌跡に沿って移動させ
ることによって、刺激位置が移動を伴う触覚を呈示する
ことができる。
According to the eighth, twenty-fourth, and thirty-eighth aspects of the present invention, by moving a point-like or linear area along a predetermined trajectory, it is possible to present a tactile sensation where the stimulus position moves.

【0481】請求項9乃至12、25乃至28に係る発
明によれば、シート状基材の上に電極群を効率的に配置
することができる。
According to the ninth to twelfth and twenty-fifth to twenty-eighth aspects, an electrode group can be efficiently arranged on a sheet-like substrate.

【0482】請求項13乃至16、29乃至32に係る
発明によれば、効果器の人体への装着が容易になるとと
もに、装着時の蒸れを防止することができる。
According to the thirteenth to sixteenth and twenty-ninth to thirty-second aspects, the effector can be easily mounted on a human body, and stuffiness during mounting can be prevented.

【0483】請求項17に係る発明によれば、干渉波電
気刺激を用いることによって表層の筋肉や皮膚に対して
ファントム・センセーションによる触覚を呈示すること
ができる。
[0483] According to the seventeenth aspect, the tactile sensation by phantom sensation can be presented to the muscles and skin on the surface by using the interference wave electrical stimulation.

【0484】請求項34に係る発明によれば、点状又は
線状又は面状の領域を適宜に指定して当該領域の干渉波
電気刺激を付与することができるので、例えば、ものに
当たったり、何かで切られたかのような皮膚感覚の呈示
に効果的である。
According to the thirty-fourth aspect, it is possible to appropriately designate a point-like, linear, or planar region and to apply the interference electric stimulation to the region. It is effective for showing skin sensation as if cut by something.

【0485】請求項39に係る発明によれば、カメラ等
の撮像手段を要することなく、着用した効果器による圧
力検出情報に基づいて対象者の外形形状を把握すること
ができる。
[0485] According to the thirty-ninth aspect, the external shape of the subject can be grasped based on the pressure detection information by the worn effector without the need for an imaging means such as a camera.

【0486】請求項40に係る発明によれば、骨や筋等
の内部構造を含むデータベースを得ることによりモデル
精度の向上を図ることができる。
According to the forty-fourth aspect, by obtaining a database including internal structures such as bones and muscles, it is possible to improve model accuracy.

【0487】請求項41に係る発明によれば、色差の違
いに基づく画像処理によって筋の識別を容易に行うこと
ができ、筋の区別を自動化し易い。
According to the forty-first aspect, the streak can be easily identified by the image processing based on the difference in the color difference, and the streak differentiation can be easily automated.

【0488】請求項42に係る発明によれば、骨や筋等
の形状を規定する点情報を容易に取得することで3次元
形状データを作成することができる。
According to the forty-second aspect, three-dimensional shape data can be created by easily obtaining point information that defines the shape of a bone, a muscle, or the like.

【0489】請求項43、44に係る発明によれば、使
用電極の選定にあたって干渉波のシミュレーションを事
前に行うことで対象部位の刺激領域に適した電極位置を
把握することができ、これによって実際の電気刺激付与
時に理想的な干渉波刺激を得ることができる。また、汚
損等によって使用が好ましくない電極が生じた場合に、
事前に再シミュレーションを実行することで適正な代替
電極の位置を取得することができる。
According to the inventions of claims 43 and 44, an electrode position suitable for a stimulation area of a target portion can be grasped by performing an interference wave simulation in advance when selecting an electrode to be used, thereby realizing the actual position. An ideal interference wave stimulus can be obtained when the electric stimulus is applied. In addition, when an electrode that is not preferably used due to fouling or the like occurs,
By executing a re-simulation in advance, it is possible to acquire a proper position of the substitute electrode.

【0490】請求項45に係る発明によれば、電極候補
を事前に保存・登録しておくことで、実際の電気刺激付
与時に電極候補から使用電極を直ちに選択することがで
きる。
According to the forty-fifth aspect, by storing and registering the electrode candidates in advance, the electrode to be used can be immediately selected from the electrode candidates at the time of actual application of the electrical stimulus.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る電気刺激装置の基本構成を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an electric stimulator according to the present invention.

【図2】機能的電気刺激を利用した力触覚呈示装置の構
成例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a force / tactile sense presentation device using functional electrical stimulation.

【図3】図4乃至図14とともに効果器に使用する電極
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。
FIG. 3 is a diagram for explaining a configuration of an electrode sheet used for an effector together with FIGS. 4 to 14, and FIG. 3 is a diagram showing a state in which the electrode sheet is wound around an arm.

【図4】電極シートの分解斜視図である。FIG. 4 is an exploded perspective view of an electrode sheet.

【図5】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。
FIG. 5 is a view partially showing a sheet 4 closest to the skin which constitutes an electrode layer 3A.

【図6】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。
FIG. 6 is a view partially showing a conductive sheet 5 constituting an electrode layer 3A.

【図7】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。
FIG. 7 is a view partially showing a wiring sheet 6 constituting an electrode layer 3A.

【図8】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。
FIG. 8 is a view partially showing a top sheet 7 constituting an electrode layer 3A.

【図9】感圧・感温層3Bを構成する行電極シート8を
部分的に示す図である。
FIG. 9 is a view partially showing a row electrode sheet 8 constituting a pressure-sensitive / temperature-sensitive layer 3B.

【図10】感圧・感温層3Bを構成する感圧・感温シー
ト9を部分的に示す図である。
FIG. 10 is a diagram partially showing a pressure-sensitive / temperature-sensitive sheet 9 constituting a pressure-sensitive / temperature-sensitive layer 3B.

【図11】感圧・感温層3Bを構成する列電極シート1
0を部分的に示す図である。
FIG. 11 shows a column electrode sheet 1 constituting a pressure- and temperature-sensitive layer 3B.
FIG. 7 is a diagram partially showing 0.

【図12】感圧・感温層3Bを構成する絶縁膜11を部
分的に示す図である。
FIG. 12 is a diagram partially showing an insulating film 11 constituting a pressure-sensitive / temperature-sensitive layer 3B.

【図13】電極シートの一部を拡大して示す断面図であ
る。
FIG. 13 is an enlarged sectional view showing a part of an electrode sheet.

【図14】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。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing the electrode sheet wound around an arm.

【図15】図16とともにデータグローブにおける指の
屈曲状態を検出について説明するための図であり、本図
はデータグローブの指部の背面を示す。
FIG. 15 is a diagram for explaining detection of a bending state of a finger in the data glove together with FIG. 16, and FIG. 15 shows a back surface of a finger portion of the data glove.

【図16】指を曲げた状態を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a state in which a finger is bent.

【図17】抵抗パターン、圧力や温度の検出部を具備す
るデータグローブの要部構成を概略的に示す図である。
FIG. 17 is a diagram schematically showing a configuration of a main part of a data glove including a resistance pattern, a pressure and temperature detection unit.

【図18】人体の体型分類についての説明図である。FIG. 18 is an explanatory diagram of human body type classification.

【図19】基準体型モデルにおける諸量の定義を示す図
である。
FIG. 19 is a diagram showing definitions of various quantities in a reference body model.

【図20】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。
FIG. 20 is an explanatory diagram of a two-dimensional coordinate plane forming a body shape coordinate space.

【図21】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。
FIG. 21 is a diagram illustrating a state in which a variable of a length ratio is set on a Z-axis in a body shape coordinate space.

【図22】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。
FIG. 22 is a diagram illustrating a state where variables of a length ratio and a weight ratio are set on a Z-axis in a body shape coordinate space.

【図23】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。
FIG. 23 is an explanatory diagram of image data acquired from a subject and an expansion / contraction operation thereof.

【図24】図25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(画像)とスライス間隔を示す。
24 is an explanatory diagram of the slicing process for the three-dimensional data of the subject together with FIG. 25. FIG. 24 shows the subject (image) in the standing posture and the slice interval.

【図25】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。
FIG. 25 is a diagram showing a relationship between slice processing and a tomographic plane for three-dimensional data of a subject.

【図26】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。
FIG. 26 is a diagram showing an example of an arrangement of points in a polar coordinate system (r, θ) set on an XY plane forming a space for a figure-shaped seat;

【図27】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。
FIG. 27 is an explanatory diagram of a process of specifying the body shape of the subject by calculating the center of gravity of the polygon.

【図28】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。
FIG. 28 is a diagram showing a state in which a function value corresponding to the center of gravity G (Xg, Yg) is obtained.

【図29】図30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。
FIG. 29 is a flowchart showing an example of processing relating to input and data processing of basic data relating to the body, together with FIG. 30. This figure shows the first half of the processing.

【図30】処理の後半部を示す。FIG. 30 shows the latter half of the process.

【図31】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。
FIG. 31 is a flowchart illustrating an example of processing related to acquisition of three-dimensional data on a human body, generation of a wireframe model relating to exercise, and acquisition of center-of-gravity position data accompanying exercise.

【図32】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。
FIG. 32 is a schematic explanatory diagram of a slice process regarding three-dimensional data of a subject.

【図33】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。
FIG. 33 is a diagram showing a dependency relationship between a human body polygon DB and its configuration DB.

【図34】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。
FIG. 34 is a flowchart illustrating a processing example related to generation of a human body polygon DB.

【図35】図36乃至図40とともに初期学習について
説明するための図であり、本図は筒状に巻いた圧力検出
用シートを示す。
35 is a diagram for explaining the initial learning together with FIGS. 36 to 40. FIG. 35 shows a pressure detection sheet wound in a cylindrical shape.

【図36】筒状に巻いた圧力検出用シートの別例を示す
図である。
FIG. 36 is a diagram showing another example of the pressure detection sheet wound in a cylindrical shape.

【図37】圧力検出用シートについての素子選択につい
て説明するための図である。
FIG. 37 is a diagram for describing element selection for a pressure detection sheet.

【図38】圧力検出用シートに挿入して使用する基準円
柱の組みを示す図である。
FIG. 38 is a diagram showing a set of reference cylinders used by being inserted into a pressure detection sheet.

【図39】初期学習の手順例を示すフローチャート図で
ある。
FIG. 39 is a flowchart illustrating a procedure example of initial learning.

【図40】圧力検出用シートによる圧力分布情報から形
状を取得する手順例を示すフローチャート図である。
FIG. 40 is a flowchart illustrating an example of a procedure for acquiring a shape from pressure distribution information using a pressure detection sheet.

【図41】図42乃至図44とともに、上肢の形状認識
について説明するためのものであり、本図は形状認識の
手順例を示したフローチャート図である。
41 is a diagram for explaining the shape recognition of the upper limb together with FIG. 42 to FIG. 44. FIG. 41 is a flowchart showing an example of the procedure of shape recognition.

【図42】対象者に視覚表示装置を装着して当該装置上
に模倣すべき上肢の動きを映し出した状態を示す説明図
である。
FIG. 42 is an explanatory diagram showing a state where the visual display device is attached to the subject and the movement of the upper limb to be imitated is displayed on the visual display device.

【図43】人体の上肢を概略的に示す図である。FIG. 43 is a diagram schematically showing the upper limb of the human body.

【図44】圧力パターンの数例を示すグラフ図である。FIG. 44 is a graph showing several examples of pressure patterns.

【図45】図46及び図47とともに断層面データから
対象部位の内部構造を含む形状モデルを作成する処理例
について説明するためのフローチャート図であり、本図
は処理の始めの部分を示す。
FIG. 45 is a flowchart for explaining an example of processing for creating a shape model including an internal structure of a target part from tomographic plane data together with FIGS. 46 and 47, and FIG. 45 shows the beginning of the processing.

【図46】処理の中間部を示す。FIG. 46 shows an intermediate part of the processing.

【図47】処理の終盤部を示す。FIG. 47 shows the end part of the processing.

【図48】各断層面とその面上の図形(三日月形状)に
ついて、輪郭線長に対するポリゴンポイント数の割り当
てを示す説明図である。
FIG. 48 is an explanatory diagram showing the assignment of the number of polygon points to the contour length for each tomographic plane and a figure (crescent) on the plane.

【図49】三日月形状及びその面重心Gと、当該重心G
を中心とする等角分割線によって輪郭線上にポリゴンポ
イントが生成される様子を示す説明図である。
FIG. 49 shows a crescent shape and its center of gravity G, and the center of gravity G
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a state in which polygon points are generated on a contour line by conformal division lines centered at.

【図50】面重心位置の計算処理についての説明図であ
る。
FIG. 50 is an explanatory diagram of a calculation process of a surface centroid position.

【図51】面重心を中心とする等角分割線と輪郭線との
交点として求まるポリゴンポイントを示す説明図であ
る。
FIG. 51 is an explanatory diagram showing polygon points obtained as intersections between contour lines and equiangular division lines centered on the center of gravity of the surface.

【図52】刺激条件について諸量の定義を説明するため
の波形図である。
FIG. 52 is a waveform chart for explaining definitions of various quantities with respect to stimulation conditions.

【図53】図54とともに干渉波シミュレーションにつ
いて説明するための図であり、本図は皮膚表面S上の1
点と内部の対象部位XPとの関係を示す概略図である。
53 is a diagram for explaining the interference wave simulation together with FIG. 54. FIG.
It is the schematic which shows the relationship between a point and the inside target part XP.

【図54】皮膚表面S上の3点と内部の対象部位XPと
の関係を示す概略図である。
FIG. 54 is a schematic view showing a relationship between three points on the skin surface S and an internal target portion XP.

【図55】図56とともに、ATPによる多筋線維の動
作集合信号を取得する方法について説明するための図で
あり、本図は装置例を概略的に示す図である。
FIG. 55 is a diagram for explaining a method for acquiring a motion aggregate signal of multi-muscle fibers by ATP together with FIG. 56, and FIG. 55 is a diagram schematically showing an example of an apparatus.

【図56】FFT後の周波数特性を概念的に示すグラフ
図である。
FIG. 56 is a graph conceptually showing frequency characteristics after FFT.

【図57】電極を通した電気刺激と、電極からの筋電位
情報の取得処理とを時分割処理で行う場合の構成例を概
念的に示す図である。
FIG. 57 is a diagram conceptually illustrating a configuration example in the case where electrical stimulation through electrodes and processing for acquiring myoelectric potential information from electrodes are performed by time-division processing.

【図58】図59とともに人体の脂肪と刺激による主観
評価法の一例を示すフローチャート図であり、本図はそ
の前半部を示す。
58 is a flowchart showing an example of a subjective evaluation method based on fat and stimulation of the human body together with FIG. 59, and this figure shows the first half thereof.

【図59】処理の後半部を示す図である。FIG. 59 is a diagram illustrating the latter half of the process.

【図60】図61乃至図77とともに、本発明の実施例
を示すものであり、本図は電気刺激装置の全体構成を示
すブロック図である。
60 shows an embodiment of the present invention together with FIGS. 61 to 77, and is a block diagram showing the entire configuration of the electric stimulator. FIG.

【図61】I/O処理部を主に示す図である。FIG. 61 is a diagram mainly illustrating an I / O processing unit.

【図62】統括制御部の構成を示す図である。FIG. 62 is a diagram showing a configuration of an overall control unit.

【図63】統括制御部とその周辺部との関係を示す図で
ある。
FIG. 63 is a diagram showing the relationship between the overall control unit and its peripheral parts.

【図64】図65とともに力触覚呈示装置としてゲーム
機への適用例を示すものであり、本図は装置の全体構成
を示すブロック図である。
FIG. 64 shows an example of application to a game machine as a haptic sense presentation device together with FIG. 65, and FIG. 64 is a block diagram showing the overall configuration of the device.

【図65】要部の構成だけを取り出して示す図である。FIG. 65 is a diagram showing only a configuration of a main part taken out.

【図66】図67乃至図71とともに、機能的電気刺激
による力触覚呈示装置の制御方法について説明するため
のフローチャート図であり、本図は制御の全体的な流れ
を示すフローチャート図である。
FIG. 66 is a flowchart for explaining the control method of the force / tactile sense presenting device by functional electrical stimulation together with FIG. 67 to FIG. 71, and FIG. 66 is a flowchart showing the overall flow of control.

【図67】基準面圧力情報の取得に関するフローチャー
ト図である。
FIG. 67 is a flowchart regarding acquisition of reference surface pressure information.

【図68】関節角度に応じた面圧力情報の取得に関する
フローチャート図である。
FIG. 68 is a flowchart regarding acquisition of surface pressure information according to a joint angle.

【図69】図70とともに、筋の仕事量による筋電情報
の取得に関するフローチャート図であり、本図は処理の
前半部を示す。
FIG. 69 is a flowchart showing the acquisition of myoelectric information based on the amount of work performed by the muscle, together with FIG. 70. This figure shows the first half of the processing.

【図70】処理の後半部を示す。FIG. 70 shows the latter half of the process.

【図71】電気刺激発生による力覚呈示の手順例を示す
フローチャート図である。
FIG. 71 is a flowchart illustrating an example of a procedure for presenting a force sense by generation of an electric stimulus.

【図72】図73乃至図77とともに、肘関節を対象に
して電気刺激を付与した状況例を、骨ポリゴンデータを
使って動作で表現したものであり、本図は立位無負荷状
態を示す図である。
72 shows an example of a situation in which electrical stimulation is applied to the elbow joint by using bone polygon data together with FIGS. 73 to 77, and FIG. 72 shows a standing no-load state; FIG.

【図73】屈曲筋に対する最低出力での電気刺激付与に
よって前腕が少し動作した状態を示す図である。
FIG. 73 is a diagram showing a state in which the forearm has slightly moved by the application of the electrical stimulus at the minimum output to the flexor muscle.

【図74】最終的な肘の屈曲状態を示す図である。FIG. 74 is a diagram showing a final bending state of the elbow.

【図75】肘を曲げて上に挙げた状態を示す図である。FIG. 75 is a view showing a state in which the elbow is bent and raised.

【図76】伸展筋に対する最低出力での電気刺激付与に
よって前腕が少し動作した状態を示す図である。
FIG. 76 is a diagram showing a state in which the forearm has slightly moved by the application of the electrical stimulus at the lowest output to the extension muscle.

【図77】最終的な肘の伸展状態を示す図である。FIG. 77 is a diagram showing a final extension state of the elbow.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…電気刺激装置、1a…効果器、1as…形状情報取
得部、1ad…電極部、1b…電気刺激発生部、1c…
形状認識部、1d…制御手段、1A…力触覚呈示装置、
1Ad…効果器、2…電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric stimulation device, 1a ... Effect device, 1as ... Shape information acquisition part, 1ad ... Electrode part, 1b ... Electric stimulation generation part, 1c ...
Shape recognition unit, 1d: control means, 1A: force / tactile presentation device,
1Ad: Effector, 2 ... Electrode

Claims (45)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 表層の筋肉や皮膚に対して電気刺激を与
えるための効果器を備えた電気刺激装置において、 (イ)上記効果器が、皮膚表面に接触して使用される電
極群からなる電極部を備えていること、 (ロ)上記電極群に対して各電極又は電極対のそれぞれ
に周波数の異なる電気刺激信号を供給することによって
対象者に干渉波電気刺激を付与するための電気刺激発生
部を備えていること、 (ハ)対象者に係る人体の骨や筋肉の配置を示すデータ
ベースを構築するとともに、当該データベースに基づい
て電極群のうち電気刺激信号を供給すべき電極を選択す
る制御手段を備えていること、 を特徴とする電気刺激装置。
1. An electric stimulator having an effector for applying electric stimulation to superficial muscles and skin, wherein the effector comprises an electrode group used in contact with the skin surface. (B) electrical stimulation for providing an interference wave electrical stimulation to a subject by supplying an electrical stimulation signal having a different frequency to each of the electrodes or electrode pairs to the electrode group; (C) constructing a database showing the arrangement of bones and muscles of the human body relating to the subject, and selecting an electrode to be supplied with an electrical stimulation signal from an electrode group based on the database; An electrical stimulator, comprising control means.
【請求項2】 請求項1に記載した電気刺激装置におい
て、 点状の領域を指定して干渉波電気刺激を付与することを
特徴とする電気刺激装置。
2. The electrostimulation apparatus according to claim 1, wherein a point-like area is designated to apply the interference wave electrostimulation.
【請求項3】 請求項1に記載した電気刺激装置におい
て、 線状の領域を指定して干渉波電気刺激を付与することを
特徴とする電気刺激装置。
3. The electrostimulation device according to claim 1, wherein a linear region is designated to apply the interference wave electrostimulation.
【請求項4】 請求項1に記載した電気刺激装置におい
て、 面状の領域を指定してこれに干渉波電気刺激を付与する
ことを特徴とする電気刺激装置。
4. The electrical stimulation apparatus according to claim 1, wherein a planar area is designated and the interference electrical stimulation is applied to the area.
【請求項5】 請求項2に記載した電気刺激装置におい
て、 点状の領域を高速で移動させながら干渉波電気刺激を付
与することを特徴とする電気刺激装置。
5. The electrostimulation device according to claim 2, wherein the electrostimulation device applies the interference wave electrostimulation while moving the point-like area at a high speed.
【請求項6】 請求項3に記載した電気刺激装置におい
て、 線状の領域を高速で移動させながら干渉波電気刺激を付
与することを特徴とする電気刺激装置。
6. The electrical stimulator according to claim 3, wherein the interference stimulus is applied while moving the linear region at a high speed.
【請求項7】 請求項1に記載した電気刺激装置におい
て、 点状の領域に対する干渉波電気刺激の付与と、面状の領
域に対する干渉波電気刺激の付与を交互に行うことを特
徴とする電気刺激装置。
7. The electrical stimulator according to claim 1, wherein the application of the interference wave electrical stimulation to the point-like area and the application of the interference wave electrical stimulation to the planar area are performed alternately. Stimulator.
【請求項8】 請求項1に記載した電気刺激装置におい
て、 点状の領域又は面状の領域に対する干渉波電気刺激の付
与を、直線又は曲線状の軌跡に沿って移動させながら行
うことを特徴とする電気刺激装置。
8. The electrical stimulation apparatus according to claim 1, wherein the application of the interference wave electrical stimulation to the point-like area or the plane-like area is performed while moving along a linear or curved locus. And an electrical stimulator.
【請求項9】 請求項1に記載した電気刺激装置におい
て、 電極部がシート状基材の上に多層構造をもって形成され
ていることを特徴とする電気刺激装置。
9. The electrostimulation apparatus according to claim 1, wherein the electrode portion is formed with a multilayer structure on the sheet-like base material.
【請求項10】 請求項2に記載した電気刺激装置にお
いて、 電極部がシート状基材の上に多層構造をもって形成され
ていることを特徴とする電気刺激装置。
10. The electrostimulation apparatus according to claim 2, wherein the electrode portion is formed with a multilayer structure on the sheet-like substrate.
【請求項11】 請求項3に記載した電気刺激装置にお
いて、 電極部がシート状基材の上に多層構造をもって形成され
ていることを特徴とする電気刺激装置。
11. The electrostimulation apparatus according to claim 3, wherein the electrode portion is formed with a multilayer structure on the sheet-like base material.
【請求項12】 請求項4に記載した電気刺激装置にお
いて、 電極部がシート状基材の上に多層構造をもって形成され
ていることを特徴とする電気刺激装置。
12. The electrostimulation apparatus according to claim 4, wherein the electrode portion is formed with a multilayer structure on the sheet-like base material.
【請求項13】 請求項9に記載した電気刺激装置にお
いて、 効果器が人体に着用して使用される形状を有しており、
シート状基材のうち電極部を構成する電極群が配置され
ていない場所には、通気性及び伸縮性を有する材料が用
いられていることを特徴とする電気刺激装置。
13. The electrical stimulator according to claim 9, wherein the effector has a shape used by being worn on a human body.
An electric stimulator wherein a material having air permeability and elasticity is used in a place where an electrode group constituting an electrode portion is not arranged in a sheet-like base material.
【請求項14】 請求項10に記載した電気刺激装置に
おいて、 効果器が人体に着用して使用される形状を有しており、
シート状基材のうち電極部を構成する電極群が配置され
ていない場所には、通気性及び伸縮性を有する材料が用
いられていることを特徴とする電気刺激装置。
14. The electrical stimulator according to claim 10, wherein the effector has a shape used by being worn on a human body,
An electric stimulator wherein a material having air permeability and elasticity is used in a place where an electrode group constituting an electrode portion is not arranged in a sheet-like base material.
【請求項15】 請求項11に記載した電気刺激装置に
おいて、 効果器が人体に着用して使用される形状を有しており、
シート状基材のうち電極部を構成する電極群が配置され
ていない場所には、通気性及び伸縮性を有する材料が用
いられていることを特徴とする電気刺激装置。
15. The electrical stimulator according to claim 11, wherein the effector has a shape used by being worn on a human body,
An electric stimulator wherein a material having air permeability and elasticity is used in a place where an electrode group constituting an electrode portion is not arranged in a sheet-like base material.
【請求項16】 請求項12に記載した電気刺激装置に
おいて、 効果器が人体に着用して使用される形状を有しており、
シート状基材のうち電極部を構成する電極群が配置され
ていない場所には、通気性及び伸縮性を有する材料が用
いられていることを特徴とする電気刺激装置。
16. The electrical stimulator according to claim 12, wherein the effector has a shape used by being worn on a human body,
An electric stimulator wherein a material having air permeability and elasticity is used in a place where an electrode group constituting an electrode portion is not arranged in a sheet-like base material.
【請求項17】 表層の筋肉や皮膚に対して電気刺激を
与えることで力覚や触覚を呈示するための効果器を備え
た、電気刺激を用いた力触覚呈示装置において、 (イ)上記効果器が、皮膚表面に接触して使用される電
極群からなる電極部を備えていること、 (ロ)上記電極群に対して各電極又は電極対のそれぞれ
に周波数の異なる電気刺激信号を供給することによって
対象者に干渉波電気刺激を付与するための電気刺激発生
部を備えていること、 (ハ)対象者に係る人体の骨や筋肉の配置を示すデータ
ベースを構築するとともに、当該データベースに基づい
て電極群のうち電気刺激信号を供給すべき電極を選択す
る制御手段を備えていること、 を特徴とする電気刺激を用いた力触覚呈示装置。
17. A force-tactile presentation device using an electric stimulus, comprising an effector for presenting a force sensation or a tactile sensation by applying an electric stimulus to superficial muscles or skin; The device comprises an electrode portion comprising an electrode group used in contact with the skin surface; (b) supplying an electric stimulation signal having a different frequency to each of the electrodes or electrode pairs to the electrode group. (C) constructing a database showing the arrangement of bones and muscles of the human body relating to the subject, and based on the database. And a control means for selecting an electrode to which an electric stimulus signal is to be supplied from an electrode group.
【請求項18】 請求項17に記載の電気刺激を用いた
力触覚呈示装置において、 点状の領域を指定して干渉波電気刺激を付与することを
特徴とする電気刺激を用いた力触覚呈示装置。
18. The force-tactile presentation apparatus using electric stimulation according to claim 17, wherein the point-like area is designated to apply the interference wave electric stimulation. apparatus.
【請求項19】 請求項17に記載の電気刺激を用いた
力触覚呈示装置において、 線状の領域を指定して干渉波電気刺激を付与することを
特徴とする電気刺激を用いた力触覚呈示装置。
19. The force-tactile presentation device using electrical stimulation according to claim 17, wherein the interference stimulus is applied by designating a linear region. apparatus.
【請求項20】 請求項17に記載の電気刺激を用いた
力触覚呈示装置において、 面状の領域を指定してこれに干渉波電気刺激を付与する
ことを特徴とする電気刺激を用いた力触覚呈示装置。
20. The force tactile sensation presentation device using electrical stimulation according to claim 17, wherein a force is applied using the electrical stimulation, wherein a planar area is designated and interference wave electrical stimulation is applied to the area. Tactile presentation device.
【請求項21】 請求項18に記載の電気刺激を用いた
力触覚呈示装置において、 点状の領域を高速で移動させながら干渉波電気刺激を付
与することを特徴とする電気刺激を用いた力触覚呈示装
置。
21. The force tactile sensation presentation device using electrical stimulation according to claim 18, wherein the interference stimulus is applied while moving the point-like area at high speed. Tactile presentation device.
【請求項22】 請求項19に記載の電気刺激を用いた
力触覚呈示装置において、 線状の領域を高速で移動させながら干渉波電気刺激を付
与することを特徴とする電気刺激を用いた力触覚呈示装
置。
22. The force tactile sensation presentation device using electrical stimulation according to claim 19, wherein the interference stimulus is applied while moving the linear region at high speed. Tactile presentation device.
【請求項23】 請求項17に記載の電気刺激を用いた
力触覚呈示装置において、 点状の領域に対する干渉波電気刺激の付与と、面状の領
域に対する干渉波電気刺激の付与を交互に行うことを特
徴とする電気刺激を用いた力触覚呈示装置。
23. The force-tactile sense presentation device using electrical stimulation according to claim 17, wherein the application of the interference wave electrical stimulation to the point-like region and the application of the interference wave electrical stimulation to the planar region are performed alternately. A force tactile sensation presentation device using electrical stimulation.
【請求項24】 請求項17に記載の電気刺激を用いた
力触覚呈示装置において、 点状の領域又は面状の領域に対する干渉波電気刺激の付
与を、直線又は曲線状の軌跡に沿って移動させながら行
うことを特徴とする電気刺激を用いた力触覚呈示装置。
24. The force-tactile sense presentation device using the electric stimulus according to claim 17, wherein the application of the interference wave electric stimulus to the point-like area or the plane-like area is moved along a linear or curved trajectory. A force tactile sensation presentation device using electrical stimulation, which is performed while being performed.
【請求項25】 請求項17に記載の電気刺激を用いた
力触覚呈示装置において、 電極部がシート状基材の上に多層構造をもって形成され
ていることを特徴とする電気刺激を用いた力触覚呈示装
置。
25. The force-tactile presentation device according to claim 17, wherein the electrode portion is formed in a multilayer structure on the sheet-like base material. Tactile presentation device.
【請求項26】 請求項18に記載の電気刺激を用いた
力触覚呈示装置において、 電極部がシート状基材の上に多層構造をもって形成され
ていることを特徴とする電気刺激を用いた力触覚呈示装
置。
26. The force-tactile force presenting device according to claim 18, wherein the electrode portion is formed with a multilayer structure on the sheet-like base material. Tactile presentation device.
【請求項27】 請求項19に記載の電気刺激を用いた
力触覚呈示装置において、 電極部がシート状基材の上に多層構造をもって形成され
ていることを特徴とする電気刺激を用いた力触覚呈示装
置。
27. The force tactile sensation presentation device using electrical stimulation according to claim 19, wherein the electrode portion is formed with a multilayer structure on a sheet-like substrate. Tactile presentation device.
【請求項28】 請求項20に記載の電気刺激を用いた
力触覚呈示装置において、 電極部がシート状基材の上に多層構造をもって形成され
ていることを特徴とする電気刺激を用いた力触覚呈示装
置。
28. The force-tactile presentation device according to claim 20, wherein the electrode portion is formed with a multilayer structure on the sheet-like base material. Tactile presentation device.
【請求項29】 請求項25に記載の電気刺激を用いた
力触覚呈示装置において、 効果器が人体に着用して使用される形状を有しており、
シート状基材のうち電極部を構成する電極群が配置され
ていない場所には、通気性及び伸縮性を有する材料が用
いられていることを特徴とする電気刺激を用いた力触覚
呈示装置。
29. The force-tactile presentation device using electrical stimulation according to claim 25, wherein the effector has a shape worn on a human body and used.
A force-tactile sense presentation device using electrical stimulation, wherein a material having air permeability and elasticity is used in a portion of the sheet-shaped substrate where the electrode group constituting the electrode portion is not arranged.
【請求項30】 請求項26に記載の電気刺激を用いた
力触覚呈示装置において、 効果器が人体に着用して使用される形状を有しており、
シート状基材のうち電極部を構成する電極群が配置され
ていない場所には、通気性及び伸縮性を有する材料が用
いられていることを特徴とする電気刺激を用いた力触覚
呈示装置。
30. The force-tactile presentation device using electrical stimulation according to claim 26, wherein the effector has a shape worn on a human body and used.
A force-tactile sense presentation device using electrical stimulation, wherein a material having air permeability and elasticity is used in a portion of the sheet-shaped substrate where the electrode group constituting the electrode portion is not arranged.
【請求項31】 請求項27に記載の電気刺激を用いた
力触覚呈示装置において、 効果器が人体に着用して使用される形状を有しており、
シート状基材のうち電極部を構成する電極群が配置され
ていない場所には、通気性及び伸縮性を有する材料が用
いられていることを特徴とする電気刺激を用いた力触覚
呈示装置。
31. The force-tactile presentation device using electrical stimulation according to claim 27, wherein the effector has a shape used by being worn on a human body,
A force-tactile sense presentation device using electrical stimulation, wherein a material having air permeability and elasticity is used in a portion of the sheet-shaped substrate where the electrode group constituting the electrode portion is not arranged.
【請求項32】 請求項28に記載の電気刺激を用いた
力触覚呈示装置において、 効果器が人体に着用して使用される形状を有しており、
シート状基材のうち電極部を構成する電極群が配置され
ていない場所には、通気性及び伸縮性を有する材料が用
いられていることを特徴とする電気刺激を用いた力触覚
呈示装置。
32. The force-tactile presentation device using electrical stimulation according to claim 28, wherein the effector has a shape worn on a human body and used.
A force-tactile sense presentation device using electrical stimulation, wherein a material having air permeability and elasticity is used in a portion of the sheet-shaped substrate where the electrode group constituting the electrode portion is not arranged.
【請求項33】 表層の筋肉や皮膚に対して電気刺激を
与え又は当該電気刺激によって力覚や触覚を呈示するの
に使用する電気刺激装置の制御方法において、 (イ)対象者に係る人体の骨や筋肉の配置を示すデータ
ベースを予め構築するしておき、 (ロ)上記効果器を対象者に装着させることで、当該効
果器を構成する電極群が皮膚表面に接触されるように
し、 (ハ)上記データベースから得られる対象者の筋肉配置
の情報に基づいて電極群のうち電気刺激信号を供給すべ
き電極を選択した後、 (ニ)上記電極群に対して各電極又は電極対のそれぞれ
に周波数の異なる電気刺激信号を供給することを特徴と
する電気刺激装置の制御方法。
33. A method for controlling an electric stimulator used to apply electric stimulus to a superficial muscle or skin or to present a force sensation or a tactile sensation by the electric stimulus. A database showing the arrangement of bones and muscles is built in advance. (B) By attaching the effector to a subject, the electrodes forming the effector are brought into contact with the skin surface, C) After selecting an electrode to which an electrical stimulation signal is to be supplied from the electrode group based on the information on the muscle arrangement of the subject obtained from the database, (d) each of the electrodes or electrode pairs for the electrode group A method for controlling an electric stimulator, comprising supplying electric stimulus signals having different frequencies to the electric stimulator.
【請求項34】 請求項33に記載した電気刺激装置の
制御方法において、 点状又は線状又は面状の領域を指定して干渉波電気刺激
を付与することを特徴とする電気刺激装置の制御方法。
34. The control method for an electrostimulation apparatus according to claim 33, wherein a point-like, linear, or planar area is designated to apply the interference wave electric stimulation. Method.
【請求項35】 請求項34に記載した電気刺激装置の
制御方法において、 点状の領域を高速で移動させながら当該領域に干渉波電
気刺激を付与することを特徴とする電気刺激装置の制御
方法。
35. The control method for an electrostimulation apparatus according to claim 34, wherein the point-like area is moved at a high speed and the interference wave electric stimulation is applied to the area. .
【請求項36】 請求項34に記載した電気刺激装置の
制御方法において、 面状の領域を高速で移動させながら当該領域に干渉波電
気刺激を付与することを特徴とする電気刺激装置の制御
方法。
36. The control method for an electrostimulation apparatus according to claim 34, wherein an interference wave electric stimulation is applied to the planar area while moving the area at high speed. .
【請求項37】 請求項33に記載した電気刺激装置の
制御方法において、 点状の領域から始めて当該領域を徐々に拡大しながら面
状の領域に対する干渉波電気刺激の付与を行った後、当
該領域を徐々に縮小しながら再び点状の領域へと戻すよ
うに干渉波電気刺激を付与することを特徴とする電気刺
激装置の制御方法。
37. The control method for an electric stimulator according to claim 33, wherein, after starting from a point-like area, the interference wave electric stimulation is applied to the planar area while gradually expanding the area. A method for controlling an electrostimulation device, characterized in that an interference wave electric stimulation is applied so that an area is gradually reduced and returned to a point-shaped area again.
【請求項38】 請求項33に記載した電気刺激装置の
制御方法において、 点状の領域又は面状の領域を、直線又は曲線状の軌跡に
沿って移動させながら当該領域に対して干渉波電気刺激
を付与することを特徴とする電気刺激装置の制御方法。
38. The control method for an electric stimulator according to claim 33, wherein the point-like area or the plane-like area is moved along a linear or curved trajectory while interfering with the interference wave. A method for controlling an electrical stimulator, the method comprising applying a stimulus.
【請求項39】 請求項33に記載した電気刺激装置の
制御方法において、 電極部と圧力検出部とをシート状基材の上に多層構造を
もって形成した効果器を対象者に装着した後、圧力検出
部によって得られる皮膚表面の形状データを取得して対
象者の外形形状を認識してその筋肉配置を示すデータベ
ースを作成するようにしたことを特徴とする電気刺激装
置の制御方法。
39. The method for controlling an electrostimulator according to claim 33, wherein after attaching an effector in which the electrode section and the pressure detecting section are formed in a multilayer structure on the sheet-like base material to the subject, the pressure is applied to the subject. A control method for an electrical stimulation apparatus, characterized by acquiring shape data of a skin surface obtained by a detection unit, recognizing an external shape of a subject, and creating a database indicating a muscle arrangement thereof.
【請求項40】 請求項39に記載した電気刺激装置の
制御方法において、 (イ)対象者に基準姿勢をとってもらうか又は対象部位
をギブスで固定してから、そのときの骨格断面及び筋や
脂肪断面の画像情報を取得するとともに、断面位置の異
なる多数の画像データを積層してデータベース化するこ
とで対象者に係る静的な人体構造のデータベースを構築
した後、 (ロ)関節を動作させながら時間軸に沿って対偶を撮影
した画像データを取得するとともに、当該関節の角度毎
に対偶の形状に係る静的なデータベースを作成すること
で時間経過を含む動的な人体構造のデータベースを構築
し、 (ハ)(ロ)で得たデータベースから対象者の筋肉配置
を示すデータベースを作成することを特徴とする電気刺
激装置の制御方法。
40. The control method for an electric stimulator according to claim 39, wherein (a) the subject has a reference posture or a target part is fixed with a cast, and then the skeleton cross section and the muscle or the like are obtained. After obtaining the image information of the fat cross-section and stacking a large number of image data with different cross-section positions and creating a database, a database of a static human body structure related to the subject is constructed. While acquiring image data of an even number along the time axis, create a dynamic database of the human body structure including the passage of time by creating a static database for the shape of the even number for each joint angle (C) A method for controlling an electric stimulator, wherein a database showing the muscle arrangement of the subject is created from the database obtained in (b).
【請求項41】 請求項40に記載した電気刺激装置の
制御方法において、 断層断面での筋の識別にあたっては、筋と筋との間にあ
る潤滑膜と筋との色差によって識別することを特徴とす
る電気刺激装置の制御方法。
41. The control method for an electric stimulator according to claim 40, wherein the muscle is identified on the cross section of the tomography by a color difference between the muscle and the lubricating film between the muscles. Control method of the electric stimulator.
【請求項42】 請求項40に記載した電気刺激装置の
制御方法において、 各断層断面での骨又は筋の輪郭線から3次元形状データ
を作成するにあたっては、当該輪郭線の内部領域の面重
心を算出した後、当該面重心から等しい角度間隔をもっ
て放射状に延びる直線群と上記輪郭線との交点を求め、
これらの交点を3次元形状データの基準点として用いる
ことを特徴とする電気刺激装置の制御方法。
42. The control method for an electric stimulator according to claim 40, wherein when creating three-dimensional shape data from a contour line of a bone or a muscle in each tomographic section, the surface center of gravity of an inner region of the contour line After calculating, the intersection of the straight line group extending radially at equal angular intervals from the center of gravity of the surface and the contour,
A method for controlling an electric stimulator, comprising using these intersections as reference points for three-dimensional shape data.
【請求項43】 請求項40に記載した電気刺激装置の
制御方法において、 骨や筋、脂肪、腱に対してそれらの材質毎に減衰率又は
物質密度を設定して、皮膚表面のうち各部までのエネル
ギー損失又は位相ずれが小さい場所を求めた後、その場
所に干渉波電気刺激ための電極を設定することを特徴と
する電気刺激装置の制御方法。
43. The control method for an electric stimulator according to claim 40, wherein an attenuation rate or a material density is set for each of the bones, muscles, fats, and tendons, so that each part of the skin surface can be controlled. A method for controlling an electrostimulation device, comprising: obtaining a place where the energy loss or phase shift is small, and setting an electrode for interference wave electrical stimulation at the place.
【請求項44】 請求項43に記載した電気刺激装置の
制御方法において、 (イ)骨や筋、脂肪、腱に対してそれらの材質毎に波の
減衰率、物質密度の他、反射率及び屈折率をそれぞれ設
定した後、 (ロ)(イ)で設定された減衰率又は物質密度に基づい
て皮膚表面から対象部位までのエネルギー損失が少ない
場所又は位相ずれが小さい場所を求めるとともに、その
場所での電極候補のうちから複数の電極を選び出し、 (ハ)(ロ)で選んだ電極位置から対象部位に向かう搬
送波の時間的推移について当該部位で反射され又は屈折
される波形を平面的にシミュレートすることで、当該平
面上における干渉波の周波数分布を求め、 (ニ)対象部位における理想的な干渉波が得られるま
で、(ロ)及び(ハ)の手順を繰り返すことを特徴とす
る電気刺激装置の制御方法。
44. The method for controlling an electrical stimulator according to claim 43, wherein: (a) the bone, muscle, fat, and tendon for each material, in addition to the wave attenuation rate and the material density, the reflectance and After setting the refractive index respectively, (b) Based on the attenuation rate or material density set in (A), find a place where the energy loss from the skin surface to the target site is small or a place where the phase shift is small, and determine the place. Select a plurality of electrodes from among the electrode candidates in (2), and (c) simulate in a planar manner the waveform reflected or refracted from the electrode position selected in (b), with respect to the temporal transition of the carrier toward the target site. (D) repeating the procedures (b) and (c) until an ideal interference wave at the target site is obtained. Control method of the gas-stimulation device.
【請求項45】 請求項43に記載した電気刺激装置の
制御方法において、 複数の電極候補を取得した後、これらの位置情報を保存
しておき、実際に電極として使用する際には電極候補の
位置情報を読み出してこれらの中から電気刺激の対象領
域に適した電極を選択することを特徴とする電気刺激装
置の制御方法。
45. The control method for an electric stimulator according to claim 43, wherein after obtaining a plurality of electrode candidates, the positional information thereof is stored, and when the electrode is actually used as an electrode, the position of the electrode candidate is determined. A method for controlling an electrostimulation device, comprising reading out position information and selecting an electrode suitable for an electric stimulation target region from the readout position information.
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