JP2018000537A - 運動支援装置および運動支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】センサの数を減らすことにより低コスト化を図る。持ち運びを容易とする。運動者の物理的、精神的負担を軽減させる。
【解決手段】センサ端末１−１に電圧センサ３−１と加速度センサ４−１を設ける。センサ端末１−２，１−３に加速度センサ４−２，４−３を設ける。センサ端末１−１は競技者の胸部に、センサ端末１−２は弓に、センサ端末１−３は競技者の背部に設置する。子端末２は、電圧センサ３−１が計測する心電位から心拍間隔や呼吸波形を算出し、加速度センサ４−１〜４−３が計測する加速度から競技者の姿勢を算出する。また、子端末２は、競技者が矢を射る際のリリースのタイミングをイベントとして検出し、この検出したリリースのタイミングと直前のＲ波の発生タイミングとの時間差を競技者のイベント実行時の特徴量として算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主にアーチェリー競技を対象とした運動者（競技者）の動きを支援する運動支援装置および運動支援方法に関する。

近年、センサの小型化、低廉化により、心電計や加速度計などのセンサおよび無線通信機能を具備したウェアラブルデバイスが発売されており、スポーツを含めた様々な用途で利用されている（例えば、非特許文献１参照）。

具体的なスポーツとしてアーチェリー競技を例とする。アーチェリー競技では安定した行射の遂行が求められる。安定した行射のため、心電図・ＲＲＩ（心拍間隔（R-R Interval）：心拍の変動時系列データ）から求められる心拍変動、姿勢の安定性、呼吸などの特徴量が着目されており、センサによるそれら特徴量の計測がなされている（例えば、非特許文献２参照）。

図２０に特許文献２に示されたウェアラブルデバイスの要部の構成を示す。この非特許文献２に示されたウェアラブルデバイスでは各特徴量をそれぞれ異なるセンサにより計測している。図２０において、１１（１１−１〜１１−３）はセンサ端末、１２はセンサ端末１１（１１−１〜１１−３）からのセンサデータを受け取る子端末である。

センサ端末１１−１は、電圧センサ１３によって競技者（運動者）の生体電位として心電位を計測し、その計測した心電位をセンサデータとして子端末１２に送る。センサ端末１１−２は、競技者の動きに伴って生じる床反力を床反力計（フォースプレート）１４によって計測し、その計測した床反力をセンサデータとして子端末１２に送る。センサ端末１１−３は、競技者の鼻部に設置された温度計（サーミスタ）や胸部の変動をコイルの伸縮を用いてインダクタンス変化として計測するベルト等のセンサ１５を備え、このセンサ１５によって計測されたセンサデータを子端末１２に送る。

子端末１２は記憶部１２−１と解析部１２−２とを備えている。センサ端末１１−１〜１１−３からのセンサデータは子端末１２の記憶部１２−１に格納される。解析部１２−２は、記憶部１２−１に格納されたセンサデータに基づいて、心拍変動、姿勢の安定性、呼吸などの特徴量を求める。この場合、心拍変動（心電図・ＲＲＩ）はセンサ端末１１−１からのセンサデータに基づいて求められ、姿勢の安定性はセンサ端末１１−２からのセンサデータに基づいて求められ、呼吸はセンサ端末１１−３からのセンサデータに基づいて求められる。

小笠原隆行，小野一善，松伸昭，山口真澄，渡邊淳司，塚田信吾：ウェアラブル電極インナー技術の応用展開、ＮＴＴ技術ジャーナル２０１４年１１月号 渡辺一志，岩本陽子，高松潤二，久保潤二郎，橋本絵美，高井秀明，横澤俊治，三村覚，荒木雅信：アーチェリー競技トップ選手のエイミング能力．（特集：標的競技の科学），バイオメカニクス研究，11(1):54-65,2007． "ECG Implementation on the TMS320C5515 DSP Medical Development Kit (MDK) with the ADS1298 ECG-FE"(http://www.ti.com/lit/an/sprabj1/sprabj1.pdf) 小笠原隆行、松浦伸昭、桑原啓、田島卓郎、小泉弘、笠原亮一：シャツ型心電位センサで計測した心電位による呼吸推定、２０１６電子情報通信学会総合大会予稿、２０１６年３月 アナログデバイセズ株式会社、"AN-1057 アプリケーション・ノート"、２０１０ 浜田知久馬：学会・論文発表のための統計学、真興交易(株)医書出版部、２０１２ 水本篤、竹内理：研究論文における効果量の報告のために ―基礎的概念と注意点―、英語教育研究、３１、５７−６６、２００８

しかしながら、非特許文献２に示されたウェアラブルデバイスのように、電圧センサ、床反力計、温度センサやベルトというような複数の異なるセンサを使用すると、センサ種類が増えるために、コスト高となってしまう課題があった。

また、他にも課題があり、床反力計は人体を載せるものなので相応の大きさがあるため、持ち運びに不便である。また、床に設置して使用するものであるため、設置環境へ影響を与える場合や固定が認められない場合などは利用することができない。

また、鼻部に設置する温度計は弓の弦を顔に近接させるアンカーリング動作の妨げになる。胸部の変動を伸縮から計測するベルトは胸部を締め付けるため、物理的、精神的に競技への負担となる。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、センサの数を減らすことにより、低コスト化を図ることが可能な、また、持ち運びを容易とし、運動者の物理的、精神的負担も軽減させることが可能な運動支援装置および運動支援方法を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、運動者の動きを支援する運動支援装置（１００）であって、運動者の生体電位を計測する電圧センサ（３−１）と、運動者の加速度を計測する加速度センサ（４−１〜４−３）と、電圧センサ（３−１）によって計測された生体電位および加速度センサ（４−１〜４−３）によって計測された加速度を入力とする子端末（２）とを備え、子端末（２）は、電圧センサ（３−１）によって計測された生体電位から少なくとも心拍間隔および呼吸波形を算出する心拍間隔・呼吸波形算出手段（２−１）手段と、加速度センサ（４−１〜４−３）によって計測された加速度から運動者の姿勢を算出する姿勢算出手段（２−２）とを備えることを特徴とする。

本発明では、加速度センサ（４−１〜４−３）によって計測された加速度から運動者の姿勢が算出され、電圧センサ（３−１）によって計測された生体電位から心拍間隔（ＲＲＩ）や呼吸波形が算出される。これにより、本発明では、床反力計を用いることなく、運動者の特徴量として姿勢の安定性を求めることが可能となる。また、温度計やベルトなどを用いることなく、運動者の特徴量として呼吸を求めることが可能となる。

本発明において、加速度センサ（４−１〜４−３）によって計測された加速度から運動者の姿勢を算出し、この算出した姿勢から運動者の特定の動作の型をイベントとして検出し、この検出されたイベントと電圧センサ（３−１）によって計測された生体電位とから運動者のイベントの実行時の特徴量を算出するようにしてもよい。例えば、アーチェリー競技を対象とした競技者の動きを支援する場合、加速度センサ（４−１〜４−３）によって計測された加速度から競技者の姿勢を算出し、この算出した姿勢から競技者が矢を射る際のリリースのタイミング（弦を引く手から弦が離れるタイミング）をイベントとして検出し、この検出したリリースのタイミングと直前のＲ波の発生タイミングとの時間差（Ｒ波とリリースの発生時間差）を競技者のイベントの実行時の特徴量として算出する。このイベントの実行時の特徴量（Ｒ波とリリースの発生時間差）から、Ｒ波の発生がリリース動作にどのような影響を与えたかなどについて、推察することが可能となる。

このようにして、本発明では、電圧センサ（３−１）と加速度センサ（４−１〜４−３）だけで、心拍変動（心電図・ＲＲＩ）、姿勢の安定性、呼吸などの運動者の特徴量を求めることが可能となり、センサの数を減らし、低コスト化を図ることができるようになる。また、持ち運びも容易となり、運動者の物理的、精神的負担を軽減させることも可能となる。

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。また、本発明において、加速度センサに代えてジャイロセンサを設けるようにしてもよい。

以上説明したことにより、本発明によれば、電圧センサと加速度センサ(もしくはジャイロセンサ)だけで、心拍変動（心電図・ＲＲＩ）、姿勢の安定性、呼吸などの運動者の特徴量を求めることが可能となり、センサの数を減らし、低コスト化を図ることができるようになる。また、持ち運びも容易となり、運動者の物理的、精神的負担を軽減させることも可能となる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る運動支援装置の要部を示す図である。 図２は、実施の形態１の運動支援装置におけるセンサ端末の設置状況を示す図である。 図３は、心電位と心電位から算出されたＲＲＩの波形を示す図である。 図４は、心電位と心電位から算出された呼吸波形を示す図である。 図５は、競技者の背部に設置したセンサ端末の加速度センサの計測値から算出したＹ軸の傾きθを示す図である。 図６は、競技者の背部に設置したセンサ端末の加速度センサの計測値から算出したＸ軸の傾きφを示す図である。 図７は、アーチェリー競技を行う際のドローイング動作、アンカーリング動作、リリース動作、フォロースルー動作を示す図である。 図８は、弓に設置したセンサ端末の加速度センサから得た計測値φ示す図である。 図９は、弓に設置したセンサ端末の加速度センサから得た計測値φの差分値φ’を「条件１を満たしているか否かを示す線Ｉ」と合わせて示す図である。 図１０は、心電位と合わせて「条件１を満たしているか否かを示す線Ｉ」を示した図である。 図１１は、Ｒ波とリリースの発生時間差Δｔを求めた例を示す図である。 図１２は、本発明の実施の形態２に係る運動支援装置の要部を示す図である。 図１３は、的の中心から矢が外れた方向（方位）に対して定められた数を示す図である。 図１４は、得点の入力例を示す図である。 図１５は、方位の入力例を示す図である。 図１６は、子端末の画面に表示された的の絵図をタップすることにより得点や方位を入力するようにした例を示す図である。 図１７は、本発明の実施の形態３に係る運動支援装置の要部を示す図である。 図１８は、本発明の実施の形態４に係る運動支援装置の要部を示す図である。 図１９は、本発明の実施の形態５に係る運動支援装置の要部を示す図である。 図２０は、特許文献２に示されたウェアラブルデバイスの要部の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態では、アーチェリー競技を対象とし、このアーチェリー競技を行う際の競技者（運動者）の動きを支援するものとして説明する。

〔実施の形態１〕
図１は本発明の実施の形態１に係る運動支援装置１００の要部を示す図である。図１において、１はセンサ端末、２はセンサ端末１からのセンサデータを受け取る子端末である。この例では、センサ端末１として、３つのセンサ端末１−１〜１−３が設けられている。図２にセンサ端末１−１〜１−３の設置状況を示す。

この運動支援装置１００において、センサ端末１−１は、競技者Ｍの胸部に設置される（図２（ａ）参照）。センサ端末１−２は、競技者Ｍが持つ弓２１に設置される（図２（ａ）参照）。センサ端末１−３は、競技者Ｍの背部に設置される（図２（ｂ）参照）。子端末２としては、スマートフォンやタブレット、ノートパソコンなどが用いられる（図２（ｃ）参照）。なお、図２（ｂ）において、競技者Ｍが持つ弓２１は省略している。

センサ端末１−１は電圧センサ３（３−１）と加速度センサ４（４−１）とを備えている。電圧センサ３−１は、競技者Ｍの生体電位として心電位を計測し、加速度センサ４−１は、競技者Ｍの動きに伴って発生する胸部の加速度を計測し、その計測した心電位および加速度をセンサデータとして子端末２に送る。

センサ端末１−２は加速度センサ４（４−２）を備えている。加速度センサ４−２は、弓２１の加速度、すなわち弓２１を保持する競技者Ｍの動きに伴って発生する手の加速度を計測し、その計測した加速度をセンサデータとして子端末２に送る。

センサ端末１−３は加速度センサ４（４−３）を備えている。加速度センサ４−３は競技者Ｍの動きに伴って発生する背部の加速度を計測し、その計測した加速度をセンサデータとして子端末２に送る。

センサ端末１−１〜１−３からのセンサデータは、「BlueTooth（登録商標）」や「WiFi（登録商標）」、「LTE（登録商標）」などの無線通信機能により、子端末２へ送信される。子端末２では、受信したセンサデータから競技者Ｍの各種の特徴量、この例では、心拍変動（心電図・ＲＲＩ）、姿勢の安定性、呼吸、Ｒ波とリリースの発生時間差（後述）などを求める。

子端末２は、電圧センサ３−１によって計測された心電位から心拍間隔（ＲＲＩ）および呼吸波形を算出する心拍間隔・呼吸波形算出部２−１と、加速度センサ４−１〜４−３によって計測された加速度から競技者Ｍの姿勢を算出する姿勢算出部２−２と、姿勢算出部２−２によって算出された姿勢から競技者Ｍの特定の動作の型をイベントとして検出するイベント検出部２−３と、電圧センサ３−１によって計測された心電位から求められるＲ波の発生タイミングとイベント検出部２−３によって検出されたイベントとから競技者Ｍのイベントの実行時の特徴量を算出するイベント実行時特徴量算出部２−４とを備えている。

図３は、心電位と心電位から算出されたＲＲＩの波形を示す図である。心拍間隔・呼吸波形算出部２−１は、心電位を用いてＲＲＩを算出する（非特許文献３の２．８参照）。その手順は、心電位の差分波形（ｔ＋１番目の心電位とｔ番目の心電位との差を示す波形）を求め、差分波形が任意の閾値を越えた際にＲ波の発生とみなし、Ｒ波の発生間隔をもってＲＲＩとする。

図４は、心電位と心電位から算出された呼吸波形を示す図である。心拍間隔・呼吸波形算出部２−１は、心電位を用いて呼吸波形を算出し（非特許文献４参照）、心電位におけるＲ波とＳ波の電圧差（ＲＳ振幅）の経時変化を持って呼吸波形とする。

なお、呼吸波形ではなく呼吸数を指標としたい場合は、呼吸波形における上部もしくは下部のピーク間隔から波の周期（単位は［ｓ］）を求め、その周期の逆数をとれば呼吸周波数（単位は［Ｈｚ］）となり、これに６０を乗じたものが１分間あたりの呼吸数となる。この場合、心拍間隔・呼吸波形算出部２−１では、算出した呼吸波形から呼吸数が求められることになる。また、心拍間隔・呼吸波形算出部２−１において、算出したＲＲＩから心拍数を求めるようにしてもよい。

姿勢算出部２−２は、加速度センサ４−１〜４−３によって計測された加速度から競技者Ｍの姿勢を算出する。この場合、姿勢は、加速度センサ４−１〜４−３の軸の傾きをもって算出する。各加速度センサ４の傾きは、非特許文献５の記載を参考にこれを改変し、下記の（１）式および（２−１）式または（２−２）式により求める。

上記の(１)式および(２−１)式，（２−２）式において、θは鉛直方向に対する加速度センサ４のＹ軸の傾き、φは鉛直方向に対する加速度センサ４のＸ軸の傾きであり、単位は度［degree］である。Ａ_x,out、Ａ_y,out、Ａ_z,outは加速度センサ４の出力値であり、単位は重力加速度Ｇ（1.0G≒9.8m/s²）である。

上記の(１)式および(２−１)式，（２−２）式では、加速度センサ４の出力値の合成ベクトルの大きさ（ノルム）に対する単軸の計測値の比を求め、さらに余弦（コサイン）の逆関数を求めることで、角度の次元をもつ値として加速度センサ４のＹ軸の傾きθおよびＸ軸の傾きφを算出している。

(１)式、(２−１)式，（２−２）式に含まれるノルムは、アーチェリーのような静止動作条件下においては、加速度センサ４の傾きに依らず一定の値をとるため、ノルムを用いて姿勢を明らかにすることはできない。しかしながら、(１)式、(２−１)式，（２−２）式により傾きを求めることで姿勢を明瞭に把握することが可能となる。

図５に競技者Ｍの背部に設置したセンサ端末１−３の加速度センサ４−３の計測値から算出したＹ軸の傾きθを示す。図６に競技者Ｍの背部に設置したセンサ端末１−３の加速度センサ４−３の計測値から算出したＸ軸の傾きφを示す。図５および図６において、Ｓ１はアーチェリー競技を行う際のドローイング動作(図７（ａ）参照)の期間を示し、Ｓ２はアンカーリング動作(図７（ｂ）参照)の期間を示し、Ｓ３はリリース動作(図７（ｃ）参照)の期間を示し、Ｓ４はフォロースルー動作(図７（ｄ）参照)の期間を示している。

図５および図６中、ドローイング動作の期間Ｓ１においてθとφが共に大きく変化しているのは弓を引くために姿勢が動いていることを示している。また、アンカーリング動作の期間Ｓ２においてはドローイング動作の期間Ｓ１に比べ、θとφの変化が低減しているが、変化自体が無くなったわけではない。このアンカーリング動作の期間Ｓ２におけるθとφから姿勢の安定性を定量的に把握できる。

加速度センサ４−１，４−２についても同様のことが言える。すんわち、本実施の形態では、加速度センサ４−１〜４−３を用いることで床反力計を用いなくとも姿勢の安定性を定量的に把握することが可能であり、これにより競技者Ｍの動きを支援することができる。

イベント検出部２−３は、姿勢算出部２−２によって算出された姿勢から競技者Ｍの特定の動作の型をイベントとして検出する。この例では、競技者Ｍが矢を射る際のリリースのタイミング（弦を引く手から弦が離れるタイミング）をイベントとして検出し、この検出したリリースのタイミングをイベント実行時特徴量算出部２−４へ送る。

イベント実行時特徴量算出部２−４は、電圧センサ３−１によって計測された心電位から求められるＲ波の発生タイミングとイベント検出部２−３によって検出されたリリースのタイミング（リリースのタイミング）とを入力とし、イベント検出部２−３によって検出されたリリースのタイミングと直前のＲ波の発生タイミングとの時間差（Ｒ波とリリースの発生時間差）Δｔを競技者Ｍのリリース動作の実行時（イベント実行時）の特徴量として算出する。

なお、この例では、心拍間隔・呼吸波形算出部２−１でＲＲＩを求める際にＲ波を検出するので、心拍間隔・呼吸波形算出部２−１からＲ波の検出タイミングをイベント実行時特徴量算出部２−４へ送り、この心拍間隔・呼吸波形算出部２−１でのＲ波の検出タイミングをもってＲ波の発生タイミングとする。

イベント検出部２−３では、リリースのタイミングを求める。この場合、リリースのタイミングの検出には、上記の（２）式を用いて算出したφから得られる差分値φ’を用いる。例として、弓２１に設置したセンサ端末１−２の加速度センサ４−２から得たφの計測値より差分値φ’を求め、この求めた差分値φ’を用いてリリースのタイミングを求める。

φの計測値を図８に、φの差分値φ’を図９に示す。横軸は時間（ｓ）であり、縦軸は角度（degree）である。なお、計測開始からｔ番目のφをφ_tとすると、差分値φ'_tは、φ'_t＝φ_t+1−φ_t（ｔ＝1、2、3・・・）として求めるものとする。

本実施の形態において、リリースのタイミングは次のようにして求める。リリース時には弦の激しい反動動作により、鋭いアーチファクトが計測される。このアーチファクトを用いてリリース動作を次の条件１を持って検出する。
・条件１：計測開始からｔ番目におけるφの差分値をφ'_tとすると、φ'_t-1≧−３、φ'_t≦−３、φ'_t+1≧−３、を満たすこと.

この条件を満たす場合に「１」、満たさない場合に「０」とする。図９中に差分値φ’と合わせて示した線Ｉは、この条件を満たしているか否かを示す線(検出結果を示す線)であり、この検出結果を示す線Ｉにおいて「０」から「１」へと値が変化しているところがリリース動作が発生しているところを示す。すなわち、上記の条件１を用いることによって、リリース動作を正確に検出できている。

イベント検出部２−３では、このようにしてリリース動作が発生している点（リリースのタイミング）をイベントとして検出し、このリリースのタイミングと直前のＲ波の発生タイミングとの時間差（Ｒ波とリリースの発生時間差）Δｔを求める。図１０に、心電位と合わせて図９に示した検出結果を示す線線（条件１を満たしているか否かを示す線）Ｉを示す。矢印で示されている時間ΔｔがＲ波とリリースの発生時間差であり、リリースのタイミングとリリースのタイミングより過去でかつ最も直近のＲ波の発生タイミングとの時間差として求められる。

図１１に、Ｒ波とリリースの発生時間差Δｔを求めた例を示す。この例では、リリースのタイミングにおいて、Ｒ波とリリースの発生時間差ΔｔがΔｔ＝０．４７秒として計算されている。仮に、ＲＲＩの３０％の時間をＲ波とリリースの発生時間差Δｔの基準とすると、心拍数８０程度におけるＲＲＩの３０％は約０．２３秒であり、図１１の例ではＲ波とリリースの発生時間差Δｔがこれよりも大きいので、Ｒ波の発生がリリース動作に大きな影響を与えた可能性は低いと推察できる。

以上の説明から分かるように、本実施の形態の運動支援装置１００によれば、電圧センサ３（３−１）と加速度センサ４（４−１〜４−３）だけで、心拍変動（心電図・ＲＲＩ）、姿勢の安定性、呼吸、Ｒ波とリリースの発生時間差などの競技者Ｍの特徴量を求めることが可能となり、センサの数を減らし、低コスト化を図ることができるようになる。また、持ち運びも容易となり、競技者Ｍの物理的、精神的負担を軽減させることも可能となる。また、取得された特徴量を１つの子端末２へ集約することで、競技者Ｍに良質な計測、記録、保持、確認の手段を提供することができ、競技能力を高める取り組みを支援することができる。

〔実施の形態２〕
図１２に本発明の実施の形態２に係る運動支援装置２００の要部を示す。同図において、図１と同一符号は図１を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。

この実施の形態２の運動支援装置２００は、実施の形態１の運動支援装置１００の変形例であり、行射の得点や、矢が的の中央から外れた方向(方位)の入力を受け付ける外部入力部２−５を子端末２が備えていることを特徴とする。

この運動支援装置２００では、図１３に示すように、的の中心から矢が外れた方向（方位）を時計の文字盤と同様に１から１２までの数で表す。的中した場合は０を用いる。得点の入力例を図１４に、方位の入力例を図１５に示す。図１４、図１５におけるエンドとは、所定回数の行射を１セットとするアーチェリー競技を行う際の１つの単位である。ここでは１エンドが６回の行射で構成される個人戦を例にした。選手はエンドが終わるたびに的まで歩き、矢を的から回収し、次のエンドに移る。

図１４、図１５における１射から６射は、各エンドにおける行射の順序を指し、最初が１射であり最後が６射である。得点や方位は子端末２のタッチパネル等から手入力する。この場合、数値を打ち込んでもよいし、図１６に示すように、子端末２の画面に的の絵を表示し、実物の矢が刺さった位置と同じ画面上の位置をタップすることで入力するようにしてもよい。

この実施の形態２の運動支援装置２００では、運動者の特徴量のみならず、アーチェリーの能力の指標である得点や、矢のずれの方向を合わせてデータを一括保持することができる。これにより、利便性の向上が期待でき、競技能力を高める取り組みをさらに支援することができる。

〔実施の形態３〕
図１７に本発明の実施の形態３に係る運動支援装置３００の要部を示す。同図において、図１２と同一符号は図１２を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。

この実施の形態３の運動支援装置３００は、実施の形態２の運動支援装置２００の変形例であり、各特徴量や得点を用いて重回帰分析を行う解析部２−６を子端末２が備えていることを特徴とする。

この運動支援装置３００において、解析部２−６での重回帰分析には、次のような重回帰式（（３）式）を用いる。
Ｙ’＝α＋β₁Ｘ₁＋β₂Ｘ₂＋β₃Ｘ₃＋…＋β_nＸ_n …（３）

この（３）式におけるＹ’は全行射の目的変数の推定値を格納するベクトルである。これは後の最小二乗法により自動的に決定される。Ｘ₁〜Ｘ_nは、説明変数を格納するベクトルであり、全行射の各特徴量を格納する。たとえば、全行射の弓の傾き（手の姿勢）を格納したものがＸ₁， ＲＲＩを格納したものがＸ₂、といったように用いる。定数項αおよび偏回帰係数β₁,β₂,β₃,…,β_nは最小二乗法により決定される。

なお、全ての独立変数を用いる必要はないため、ステップワイズ法、変数増加法、変数減少法等により独立変数の選択を行い、選択された独立変数を重回帰式に導入する。

最小二乗法では、目的変数Ｙと推定値Ｙ’との差の二乗和が最小になるように定数項αおよび偏回帰係数β₁,β₂,β₃,…,β_nを決定する。ここでは目的変数Ｙは１０点（満点）から実際の得点値を引いた値を全行射分格納したものとし、たとえば６回の行射の得点が８，７，８，３，１０，７である場合なら２，３，２，７，０，３となる。

次に、偏回帰係数β₁,β₂,β₃,…,β_nについて検定を行い、統計的に有意かどうかを判定する。検定統計量としては各種のものが知られているが、本実施の形態ではｔ分布を用いる検定統計量として知られているｔ値を用いる。Ｘ₁におけるｔ値をＴ₁とするとき、自由度をｎ−２とするｔ関数の両側検定により確率（ｐ値）を求めることができる。ｐ値は、偶然によってデータの差が生じる確率を意味し、ｐ値が小さい場合には偶然を超えた意味のある差、すなわち“有意差”が存在するとみなす（非特許文献６参照）。

本実施の形態において、このｐ値を用いることにより各特徴量と目的変数との間の有意性を評価することができる。仮に目的変数として満点から実際の得点を差し引いた値を使用し、これとＸ₁（弓の傾き）との間に有意差が得られた場合、両者の間に偶然を超えた関係があることを示唆する。これは弓の傾きがスコアを下げている可能性を示唆し、運動者の競技能力を律速している要因を突き止められる一手段となり得る。よって運動者は、弓の傾きを正すための練習の検討が推奨される。すなわち、このような律速している特徴量を割り出すことにより運動者を支援することができる。一方で有意な相関が得られなければ、有意水準５％では見つからないほどに各特徴量を運動者が高度に制御できている可能性があり、コンディションの目安として用いることができる。よって、結果に有意性があろうがなかろうが、運動者に有益な情報が提示でき、運動者を支援することができる。

なお、重回帰分析により有効な解析を行うためには、統計的に十分なデータ数（行射数）が必要である。本実施の形態で例としている重回帰分析では、説明変数は５つ（ＲＲＩ、呼吸波形、弓の傾き、姿勢、Ｒ波とリリースの発生時間差）である。非特許文献７を参考に、検定力を０．８、有意水準を０．０５、効果量の目安を０．３５とすると、必要サンプル数は４３となる。アーチェリー競技のリカーブ部門、７０ｍラウンドでは行射本数は３６本であるので、練習として２セットを行い７２射することで十分なデータ量が得られる。さらに条件を厳しく見積り、効果量の目安を０．１５と設定した場合でも必要サンプル数は９１であるので、もう１セット追加すれば十分なデータ量となる。よって、このような重回帰分析による評価は平時の練習において無理のない現実的な支援方法といえる。

〔実施の形態４〕
図１８に本発明の実施の形態４に係る運動支援装置４００の要部を示す。同図において、図１７と同一符号は図１７を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。

この実施の形態４の運動支援装置４００は、実施の形態３の運動支援装置３００の変形例であり、センサ端末１−１において競技者Ｍの生体電位として心電位を計測し、センサ端末１−２および１−３において競技者Ｍの生体電位として筋電位を計測することを特徴とする。センサ端末１−２および１−３は競技者Ｍの筋電位を計測するセンサとして電圧センサ３−２および３−３を備えている。

この実施の形態４の運動支援装置４００では、センサ端末１−１〜１〜３の仕様を統一することができ、実質的な量産コストをほとんど増やすことなく、製造・販売ができる。胸部に設置されたセンサ端末１−１以外のセンサ端末１−２，１−３では、電圧センサ３−２，３−３を用いて、心電位ではなく筋電位を計測することでより豊富な身体の特徴量を得ることができる。筋電位を計測するためのサンプリングレートは心電位の場合と同じく１０００Ｈｚとし、計測された値に対してカットオフ周波数１５０Ｈｚのローパスフィルタを通してノイズを除去する。

ただし、ローパスフィルタのカットオフ周波数は心電をとるか筋電をとるかで可変設定にしてもよい。例えば心電の場合であれば４０Ｈｚ程度に設定することで１５０Ｈｚよりもノイズ除去性能が向上する。得られた筋電に対してはノイズフロアレベルの電圧値よりも大きな電圧値に閾値を設定し、閾値の上回りをもって筋電の発生時刻を抽出してもよいし、筋電図のピーク値を抽出することで包絡線を得てもよい。これら筋電の発生時刻や包絡線の値を特徴量として扱い、重回帰分析などの解析を実施してもよい。図１８では、包絡線算出による筋電発生時刻検出部２−７を子端末２に設けている。

このように、電圧センサ３−２，３−３を用いて筋電位を計測することで、アーチェリー競技中の身体特徴をさらに豊富に定量的に把握することができる。また、重回帰分析により、能力向上を支援することができる。

なお、図１８には実施の形態３の運動支援装置３００の変形例を示したが、実施の形態１，２の運動支援装置１００，２００においても、実施の形態４の運動支援装置４００と同様、センサ端末１−２，１−３に競技者Ｍの筋電位を計測する電圧センサ３−２，３−３を設けるようにしてもよい。

〔実施の形態５〕
図１９に本発明の実施の形態５に係る運動支援装置５００の要部を示す。同図において、図１８と同一符号は図１８を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。

この実施の形態５の運動支援装置５００は、実施の形態４の運動支援装置４００の変形例であり、センサ端末１−１〜１−３において加速度センサ４−１〜４−３の代替としてジャイロセンサ５−１〜５−３を備えている。

この実施の形態５の運動支援装置５００では、ジャイロセンサ５−１〜５−３でセンサ端末１−１〜１−３の回転情報を得ることができるので、θやφを求めることができ、本発明の手法が利用可能である。よって加速度センサを具備しないセンサ端末であってもジャイロセンサを備えていれば、同様に競技者の動きを支援することができる。

なお、図１９には実施の形態４の運動支援装置４００の変形例を示したが、実施の形態１，２，３の運動支援装置１００，２００，３００においても、実施の形態５の運動支援装置５００と同様、ジャイロセンサ５−１〜５−３を設けるようにしてもよい。また、加速度センサ４−１〜４−３に加えて、ジャイロセンサ５−１〜５−３を設けるようにしてもよい。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、各実施の形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。

１（１−１〜１−３）…センサ端末、２…子端末、２−１…心拍間隔・呼吸波形算出部、２−２…姿勢算出部、２−３…イベント検出部、２−４…イベント実行時特徴量算出部、２−５…外部入力部、２−６…解析部、２−７…筋電発生時刻検出部、３（３−１〜３−３）…電圧センサ、４（４−１〜４−３）…加速度センサ、５（５−１〜５−３）…ジャイロセンサ、２１…弓、１００〜５００…運動支援装置、Ｍ…競技者（運動者）。

Claims (9)

1. 運動者の動きを支援する運動支援装置であって、
   前記運動者の生体電位を計測する電圧センサと、
   前記運動者の加速度を計測する加速度センサと、
   前記電圧センサによって計測された生体電位および前記加速度センサによって計測された加速度を入力とする子端末とを備え、
   前記子端末は、
   前記電圧センサによって計測された生体電位から少なくとも心拍間隔および呼吸波形を算出する心拍間隔・呼吸波形算出手段と、
   前記加速度センサによって計測された加速度から前記運動者の姿勢を算出する姿勢算出手段と
   を備えることを特徴とする運動支援装置。
2. 請求項１に記載された運動支援装置において、
   前記子端末は、
   前記姿勢算出手段によって算出された姿勢から前記運動者の特定の動作の型をイベントして検出するイベント検出手段と、
   前記電圧センサによって計測された生体電位と前記イベント検出手段によって検出されたイベントとから前記運動者の前記イベントの実行時の特徴量を算出するイベント実行時特徴量算出手段と
   を備えることを特徴とする運動支援装置。
3. 請求項２に記載された運動支援装置において、
   前記イベント検出手段は、
   前記運動者が矢を射る際のリリースのタイミングをイベントとして検出し、
   前記イベント実行時特徴量算出手段は、
   前記イベント検出手段によって検出されたリリースのタイミングと直前のＲ波の発生タイミングとの時間差を前記運動者のイベント実行時の特徴量として算出する
   ことを特徴とする運動支援装置。
4. 請求項３に記載された運動支援装置において、
   前記子端末は、
   前記運動者が矢を射た際の得点および狙いから外れた方位を入力する外部入力手段
   を備えることを特徴とする運動支援装置。
5. 請求項３又は４に記載された運動支援装置において、
   前記子端末は、
   前記運動者が矢を射た際の動きを解析する解析手段を備え、
   前記心拍間隔・呼吸波形算出手段は、
   前記電圧センサによって計測された生体電位から心拍間隔、呼吸波形、呼吸数を算出し、
   前記解析手段は、
   少なくとも、前記電圧センサによって計測された生体電位、前記心拍間隔・呼吸波形算出手段によって算出された心拍間隔、呼吸波形、呼吸数、前記イベント実行時特徴量算出手段によって算出された前記リリースの発生タイミングと直前のＲ波の発生タイミングとの時間差、外部から入力される値に基づいて、前記運動者が矢を射た際の動きを解析する
   ことを特徴とする運動支援装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載された運動支援装置において、
   前記運動者の生体電位として筋電位を計測する電圧センサ
   を備えることを特徴とする運動支援装置。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載された運動支援装置において、
   前記加速度センサに代えてジャイロセンサを備える
   ことを特徴とする運動支援装置。
8. 請求項１〜６の何れか１項に記載された運動支援装置において、
   前記加速度センサに加えてジャイロセンサを備える
   ことを特徴とする運動支援装置。
9. 運動者の動きを支援する運動支援方法であって、
   前記運動者の生体電位を電圧センサによって計測する第１ステップと、
   前記運動者の加速度を加速度センサによって計測する第２ステップと、
   前記第１ステップによって計測された生体電位から少なくとも心拍間隔および呼吸波形を算出する第３ステップと、
   前記第２ステップによって計測された加速度から前記運動者の姿勢を算出する第４ステップと
   を備えることを特徴とする運動支援方法。