JP2018121697A - 動作補助装置の適合情報生成装置及び適合情報生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】動作補助装置の寸法をユーザ個々の体格に合わせて容易に適合可能な動作補助装置の適合情報生成装置及び適合情報生成方法を提供する。
【解決手段】少なくとも一つの関節部を有し人体に装着して用いられる動作補助装置をユーザの体格に合わせて適合するために用いられる適合情報生成装置は、ユーザを撮影した画像データに基づいてユーザの体格に関連する第１の体格情報を生成する第１の体格情報生成部と、ユーザの属性情報及び第１の体格情報に基づいて第２の体格情報を生成する第２の体格情報生成部と、第１の体格情報及び第２の体格情報に基づいて、動作補助装置の寸法の適合に用いられる適合情報を生成する適合情報算出部と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、人体に装着して用いられる動作補助装置の構成をユーザの体格に合わせて適合するための動作補助装置の適合情報生成装置及び適合情報生成方法に関する。

近年、歩行動作等の人の動作を補助する動作補助装置が知られている。動作補助装置は、人体装着型ロボットとも呼ばれ、人体に装着して用いられ、ユーザの動作に合わせて作動することによって、ユーザの動作を補助する。例えば動作補助装置は、人体の関節に対応して配置される関節部（能動関節）を中心に回動可能なアーム部材を備え、アクチュエータによってアーム部材を回転させることによって、アーム部材が固定された人体の部分の動作を補助する。かかる動作補助装置は、例えば障害者又は高齢者だけでなく、健常者の動作を補助する装置等としても、様々な場面で使用され得る。

ここで、回動するアーム部材は、固定対象の人体の部位の外形に対応する形状のアタッチメント（装着部材）を用いて人体に固定される。かかるアタッチメントの主たる目的は、アクチュエータによってアーム部材に付与された回転トルクを人体に効率よく伝達すること、及び、動作補助装置の重量の一部を支持することにある。このため、アタッチメントは、人体からずれないように設計されることが必要とされる。しかしながら、ユーザの動作に伴って人体の関節間の距離が変化するため、人体の関節の位置と動作補助装置の関節部の位置とを常に一致させておくことは容易ではない。例えばユーザの歩行動作時において腰関節と膝関節との距離は常に一定とはならない。

これに対して、特許文献１には、ユーザの身体にしっかりと装着することができ、ある程度の自由度を確保することのできる歩行補助装置が開示されている。特許文献１に記載の歩行補助装置は、テレスコピック式に相対摺動可能に結合したアウタチューブとインナロッドとから構成された連結バーにより、股関節アクチュエータと膝関節アクチュエータとの間の寸法を伸縮可能にしている。また、かかる歩行補助装置において、アウタチューブ内には、例えばインナロッドに連結された引張コイルばねが組み込まれており、膝関節アクチュエータの重量が加わるインナロッドに対し、その重量を支持する向きの張力を常時作用させている。

特開２００４−３４４３０６号公報

ここで、特許文献１に記載の動作補助装置は、ユーザの動作中において人体の関節と装置の関節部との位置ずれを生じにくくするものではあるが、そもそも人体の骨格を形成する各部位の長さや太さは人それぞれであり、関節部の位置をユーザ個々の人体の関節に対応させて動作補助装置を構成することは容易ではない。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、動作補助装置の構成をユーザ個々の体格に合わせて容易に適合可能な、新規かつ改良された動作補助装置の適合情報生成装置及び適合情報生成方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、少なくとも一つの関節部を有し人体に装着して用いられる動作補助装置をユーザの体格に合わせて適合するために用いられる適合情報生成装置であって、ユーザを撮影した画像データに基づいてユーザの体格に関連する第１の体格情報を生成する第１の体格情報生成部と、ユーザの属性情報及び第１の体格情報に基づいて第２の体格情報を生成する第２の体格情報生成部と、第１の体格情報及び第２の体格情報に基づいて、動作補助装置の寸法の適合に用いられる適合情報を生成する適合情報算出部と、を備える、動作補助装置の適合情報生成装置が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、コンピュータにより実行され、少なくとも一つの関節部を有し人体に装着して用いられる動作補助装置をユーザの体格に合わせて適合するために用いられる適合情報を生成する方法であって、ユーザを撮影した画像データに基づいてユーザの体格に関連する第１の体格情報を生成するステップと、ユーザの属性情報及び第１の体格情報に基づいて第２の体格情報を生成するステップと、第１の体格情報及び第２の体格情報に基づいて、動作補助装置の寸法の適合に用いられる適合情報を生成するステップと、を含む、動作補助装置の適合情報生成方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、動作補助装置の構成をユーザ個々の体格に合わせて容易に適合することができる。

動作補助装置の構成例を示す模式図である。 動作補助装置の具体的構成例を示す側面図である。 動作補助装置の具体的構成例を示す正面図である。 本発明の実施の形態に係る適合情報生成装置の全体構成例を示すブロック図である。 同実施形態に係る適合情報生成装置の演算処理例を示す説明図である。 同実施形態に係る適合情報生成方法の演算処理例を示すフローチャートである。 適合情報の例を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．動作補助装置の構成例＞
まず、図１〜図３を参照して、本実施形態に係る動作補助装置の適合情報生成装置を適用可能な動作補助装置１の一例について説明する。図１は、動作補助装置１の構成例を示す模式図である。図２及び図３は、動作補助装置１の具体的構成例を示す側面図及び正面図である。

例示した動作補助装置１は、ユーザの下半身の動きを補助することで、歩行動作又は階段昇降動作等の左右の脚の運動を補助するための装置として構成され、いわゆる外骨格ロボットとも呼ばれる。動作補助装置１は、ユーザの人体に装着される装着具１０と、能動関節を回転駆動させるアクチュエータ２０と、アクチュエータ２０の駆動制御を行う制御装置１５０とを備える。

動作補助装置１の概略を説明すると、装着具１０は、腰部フレーム３１と、大腿部アーム部材３３と、下腿部アーム部材３５とを備える。図示した例において、大腿部アーム部材３３及び下腿部アーム部材３５は、左右の脚のそれぞれに対応して設けられている。腰部フレーム３１の下端と大腿部アーム部材３３の上端とは、第１の腰部関節部３０及び第２の腰部関節部９０を介して連結されている。

第１の腰部関節部３０は、人体の腰関節の曲げ伸ばし動作に対応して腰部フレーム３１と大腿部アーム部材３３とを相対回転可能に連結する。つまり、第１の腰部関節部３０は、腰部フレーム３１及び大腿部アーム部材３３を人体の前後方向に沿って相対的に回動可能にする。また、第２の腰部関節部９０は、人体の腰関節の内転動作及び外転動作に対応して腰部フレーム３１及び大腿部アーム部材３３を相対回転可能に連結する。つまり、第２の腰部関節部９０は、腰部フレーム３１及び大腿部アーム部材３３を人体の側方へと相対的に回動可能にする。

また、大腿部アーム部材３３の下端部にはスライド機構１５０を介して大腿部装着部３７が連結されている。大腿部アーム部材３３は、大腿部装着部３７により人体の大腿部に固定される。スライド機構１５０は、大腿部アーム部材３３と大腿部装着部３７とを人体の大腿部の長さ方向へ相対的にスライド可能に連結する。大腿部装着部３７には、人体の大腿部に沿って下方に延びる支持部材４４が連結されている。

支持部材４４には、膝部関節部４０を介して下腿部アーム部材３５が相対回転可能に連結されている。膝部関節部４０は、人体の膝関節の曲げ伸ばし動作に対応して支持部材４４と下腿部アーム部材３５とを相対回転可能に連結する。つまり、膝部関節部４０は、支持部材４４及び下腿部アーム部材３５を人体の前後方向に沿って相対的に回転可能にする。下腿部アーム部材３５は、上方側下腿部装着部４１及び下方側下腿部装着部４２により人体の下腿部に対して固定される。

本実施形態に係る動作補助装置１の構成をより詳細に説明すると、装着具１０のうち、腰部フレーム３１、大腿部アーム部材３３、支持部材４４、及び下腿部アーム部材３５は、例えば樹脂材料により成形された成形体であり、所定程度の剛性を有し、かつ、軽量化が実現されている。したがって、腰部フレーム３１、大腿部アーム部材３３、支持部材４４、及び下腿部アーム部材３５は、曲げや割れに対する耐性を有する。

腰部フレーム３１には、人体の腰部に装着される腰部装着部１５が連結されている。腰部フレーム３１と腰部装着部１５とは一体的に形成されていてもよく、あるいは、連結治具等を用いて連結されていてもよい。腰部装着部１５は、例えば人体の背中側に配置されて、下方側腰部固定ベルト１３及び上方側腰部固定ベルト１４を用いて人体の腰部に固定される。なお、腰部装着部１５は、肩ベルト等により人体に固定されてもよい。

腰部装着部１５に連結された腰部フレーム３１の下方側は、人体の腰部の側方へと延びている。腰部フレーム３１には、第１の腰部関節部３０及び第２の腰部関節部９０を介して大腿部アーム部材３３が連結されている。第１の腰部関節部３０は、人体の腰関節の側方に位置するように設けられる。第２の腰部関節部９０は、例えば第１の腰部関節部３０から下方に延びて設けられた中間部材３２に連設されている（図１を参照）。

第１の腰部関節部３０では、腰部フレーム３１の下端と中間部材３２の上端とが相対回転可能に連結されている。例えば第１の腰部関節部３０に設けられた図示しない回転軸部材に対して、中間部材３２が回動可能に支持されていてもよい。図２に示したように、第１の腰部関節部３０によって連結された腰部フレーム３１と大腿部アーム部材３３との相対回転の方向は、人体の腰部の曲げ伸ばし動作に対応する回転方向となっている。大腿部アーム部材３３は、第１の腰部関節部３０の回転軸線を中心に人体の前後方向に沿って回動する。

第２の腰部関節部９０では、中間部材３２の下方側の部分と大腿部アーム部材３３の上端とが相対回転可能に連結されている。例えば中間部材３２に設けられた図示しない回転軸部材に対して、大腿部アーム部材３５が回動可能に支持されていてもよい。図３に示したように、第２の腰部関節部９０によって連結された腰部フレーム３１と大腿部アーム部材３３との相対回転の方向は、腰関節の内転動作又は外転動作に対応する回転方向となっている。大腿部アーム部材３３は、第２の腰部関節部９０を中心に人体の側方へと回動する。なお、第２の腰部関節部９０は省略されていてもよいが、動作補助装置１が第１の腰部関節部３０と併せて第２の腰部関節部９０を有することにより、人体の腰関節の動きに対応して動作する動作補助装置１の自由度が高められる。

大腿部アーム部材３３は、第１の腰部関節部３０及び第２の腰部関節部９０から下方に延びて、大腿部に沿って設けられている。大腿部アーム部材３３の下部には、大腿部装着部３７が連結されている。大腿部装着部３７は、人体の脚のうちの大腿部に巻き付けられ、例えば図示しない大腿部固定ベルトを用いて大腿部に固定される。大腿部装着部３７は、スライド機構１５０を介して大腿部アーム部材３３に連結されている。大腿部装着部３７と大腿部アーム部材３３とは、大腿部の長さ方向に沿って相対的にスライド可能となっている。

大腿部装着部３７には、人体の大腿部の長さ方向に沿って下方に延びる支持部材４４が連結されている。かかる支持部材４４は、上端側が大腿部装着部３７に固定され、下端側が膝部関節部４０を介して下腿部アーム部材３５に連結されている。膝部関節部４０は、人体の膝関節の側方に位置するように設けられている。膝部関節部４０では、人体の膝関節の曲げ伸ばしに対応して支持部材４４の下端と下腿部アーム部材３５の上端とが相対回転可能に連結されている。例えば膝部関節部４０に設けられた図示しない回転軸部材に対して、下腿部アーム部材３５が回動可能に支持されていてもよい。

下腿部アーム部材３５は、膝部関節部４０から下方に延びて、下腿部に沿って設けられている。下腿部アーム部材３５の上部には上方側下腿部装着部４１が連結され、下腿部アーム部材３５の下部には下方側下腿部装着部４２が連結されている。上方側下腿部装着部４１及び下方側下腿部装着部４２は、人体の脚のうちの下腿部に巻き付けられ、図示しない下腿部固定ベルトを用いて下腿部に固定される。上方側下腿部装着部４１は、例えば人体の腓腹部（ふくらはぎ）の最も太い部分よりも上方に装着される。一方、下方側下腿部装着部４２は、例えば人体の腓腹部（ふくらはぎ）の最も太い部分よりも下方に装着される。これにより、下腿部アーム部材３５の上下方向の位置ずれが抑制される。

腰部装着部１５には、アクチュエータ２０、制御装置１００、及び図示しないバッテリユニットが収容されたケース５が設けられている。制御装置１００はＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing unit）等のプロセッサを備え、バッテリユニットからアクチュエータ２０への供給電流を制御することによってアクチュエータ２０の駆動を制御する。アクチュエータ２０は、例えば回転式のロータリモータであってもよく、リニアモータと、直線運動を回転運動に変換するギヤ機構とが組み合わせられて構成されてもよい。また、アクチュエータ２０は、減速機を備えてもよい。

アクチュエータ２０からは、図示しないワイヤ等の可撓性の動力伝達部材が導出されている。動力伝達部材の他端側は、離れた位置にある第１の腰部関節部３０及び膝部関節部４０に接続されて、アクチュエータ２０の駆動によって第１の腰部関節部３０及び膝部関節部４０が回転駆動される。膝部関節部４０がアクチュエータ２０によって駆動されない関節（受動関節）であってもよい。図１及び図２には１つのアクチュエータ２０が図示されているが、駆動される関節部（能動関節）の数と同数のアクチュエータ２０が備えられる。アクチュエータ２０は、例えば可撓性の動力伝達部材としての図示しないワイヤ等を巻取り、あるいは、送出することで、腰部フレーム３１と大腿部アーム部材３３、あるいは、大腿部アーム部材３３と下腿部アーム部材３５とを相対的に回転駆動させる。

また、動作補助装置１は、ユーザの筋活動等の生体信号を検出するための図示しない生体センサを有してもよい。このような生体センサとしては、例えば筋電位センサが挙げられる。筋電位センサは、例えば人体の大腿部の表面に配置された表面筋電位検出電極（表面電極）を含む。筋電位センサは、例えば動作補助装置１により補助される動作を行わせる筋力に対応する運動単位（筋肉）に応じてあらかじめ位置が決定されて配置される。なお、表面電極の数は１個であってもよいし、複数個であってもよい。

本実施形態に係る動作補助装置１において、例えば腰部フレーム３１、大腿部アーム部材３３、支持部材４４及び下腿部アーム部材３５のうちの少なくとも一つの構成部品が交換可能になっている。動作補助装置１をユーザに提供する事業者、ユーザの補助者、又はユーザ等は、互いに寸法を異ならせて用意された複数の構成部品の中から、ユーザの体格に合った寸法の構成部品を選択して、ユーザの体格に適した動作補助装置１を構成することができる。

＜２．適合情報生成装置の構成例＞
本実施形態に係る適合情報生成装置は、ユーザ個々の人体の各部位の寸法や関節の位置を特定し、ユーザの体格に合わせて動作補助装置１の構成を適合するための適合情報を生成する装置として構築される。適合される動作補助装置１の構成は、例えば腰部フレーム３１、大腿部アーム部材３３、支持部材４４及び下腿部アーム部材３５のうちの少なくとも一つの長さ、各関節部の位置関係、又は腰部装着部１５、大腿部装着部３７、上方側下腿部装着部４１及び下方側下腿部装着部４２のうちの少なくとも一つの装着時の周長であってもよい。

図４は、動作補助装置の適合情報生成装置２００の全体構成例を示すブロック図である。適合情報生成装置２００は、撮像部２１０と、演算処理ユニット２２０とを備えている。図５は、適合情報生成装置２００の各部による信号あるいは情報の流れを示すブロック図である。

撮像部２１０は、動作補助装置１を使用するユーザの人体を撮影して画像データを生成する。本実施形態において、撮像部２１０は、３Ｄスキャナ又はカメラ等の撮像装置であってもよい。撮像部２１０は、有線又は無線の通信手段によって演算処理ユニット２２０と接続され、生成した画像データを演算処理ユニット２２０に出力する。撮像部２１０がカメラである場合、当該カメラは色情報及び距離情報を検出する素子を有するカメラであってもよい。このようなカメラとしては、例えばＲＧＢ−Ｄカメラが挙げられる。ＲＧＢ−Ｄカメラは、撮像範囲の色情報を検出可能なＲＧＢカラーセンサと、撮像範囲の複数の測定点までの距離情報を検出可能な距離センサとを備えている。例えば、撮像部２１０がＲＧＢ−Ｄカメラである場合、ＲＧＢ−Ｄカメラと人体との距離は例えば少なくとも１センチメートル以上となっていればよい。ＲＧＢ−Ｄカメラは、例えばＭｉｃｒｏｓｏｆｔ社のＫｉｎｅｃｔ（登録商標）の技術を搭載したカメラであってもよい。

なお、撮像部２１０は、１台の３Ｄスキャナ又はカメラで構成されてもよく、あるいは、複数台のカメラで構成されてもよい。例えば撮像部２１０として、１台のＲＧＢ−Ｄカメラを用いる代わりに、色情報を検出可能なカメラ及び距離情報を検出可能なカメラを含む複数台のカメラが用いられてもよい。ただし、撮像部２１０が１台のＲＧＢ−Ｄカメラであれば、撮像部２１０を比較的安価に構成することができる。

演算処理ユニット２２０は、主としてＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサを備え、ソフトウェアプログラムを実行することによって種々の演算処理を行い、動作補助装置１の適合情報を生成する。また、演算処理ユニット２２０は、プロセッサによって実行されるソフトウェアプログラム及び各種の演算に用いられるパラメータを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）や、撮像部２１０から出力される情報及び各種の演算結果を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶部２３０を備えている。記憶装置は、ＣＤ−ＲＯＭやストレージ装置等の他の記憶媒体を用いた記憶装置であってもよい。演算処理ユニット２２０は、例えばラップトップ型あるいはスタンドアローン型のパーソナルコンピュータであってもよい。

演算処理ユニット２２０は、第１の体格情報生成部２２２と、第２の体格情報生成部２２４と、適合情報算出部２２８とを備える。これらの各部は、プロセッサによるソフトウェアプログラムの実行により実現される機能である。なお、演算処理ユニット２２０の一部又は全部は、例えばＣＰＵ又はＭＰＵで構成される例以外に、ファームウェア等の更新可能なもので構成されていてもよい。あるいは、演算処理ユニット２２０の一部又は全部が、ＣＰＵ等からの指令によって実行されるプログラムモジュール等であってもよい。

第１の体格情報生成部２２２は、撮像部２１０から出力された画像データに基づいて動作補助装置１のユーザの体格に関連する第１の体格情報を生成する。例えば第１の体格情報生成部２２２は、画像データに対して種々の画像処理を行い、撮像した人体の３次元形状データを生成する。また、第１の体格情報生成部２２２は、生成した人体の３次元形状データに基づいて第１の体格情報を生成する。第１の体格情報は、例えばユーザの人体の頭部、頚部、胴部、大腿部、及び下腿部等の各部位の長さや周長、体積等（以下、まとめて「人体の各部位の寸法」ともいう。）の情報を含む。

生成された第１の体格情報は、第２の体格情報生成部２２４及び適合情報算出部２２８により参照可能なように記憶部２３０に記憶される。なお、人体の３次元形状データは、撮像部２１０に備えられた演算処理装置によって生成されて演算処理ユニット２２０に送信されてもよい。

第２の体格情報生成部２２４は、ユーザの属性情報と第１の体格情報とに基づいて第２の体格情報を生成する。本実施形態において、第２の体格情報生成部２２４は、人体計測データベース２２６を参照して第２の体格情報を生成する。人体計測データベース２２６は、例えば人体の３次元計測データを年齢及び性別等の属性に対応付けて格納したデータベースであってもよい。あるいは、人体計測データベース２２６は、人体の身長や体重、頭部、胴部、大腿部及び下腿部等の各部位の長さ、周長等の種々の寸法データ及び関節の位置のデータを、年齢及び性別等の属性に対応付けて格納したデータベースであってもよい。人体計測データベース２２６は、生存する人体の計測データだけでなく、死者の計測データを含んでいてもよい。人体計測データベース２２６は、演算処理ユニット２２０の記憶装置に格納されていてもよく、あるいは、インターネット等の通信網を介して演算処理ユニット２２０からアクセス可能になっていてもよい。

例えば第２の体格情報生成部２２４は、適合情報生成装置２００の操作者等によって入力されるユーザの年齢、身長、体重及び性別等の属性情報と、第１の体格情報に含まれる人体の各部位の長さや周長、体積等の情報とに基づいて第２の体格情報を生成する。生成された第２の体格情報は、適合情報算出部２２８により参照可能なように記憶部２３０に記憶される。第２の体格情報は、少なくともユーザの人体の関節の位置の情報を含む。第２の体格情報は、さらにユーザの属性情報及びユーザの人体の各部位の長さや周長、体積の情報を含んでもよい。第２の体格情報は、人体計測データベース２２６を参照して生成され、ユーザ個々の人体の関節の位置の情報を含む点で第１の体格情報とは異なっている。

なお、第２の体格情報生成部２２４は、人体計測データベース２２６を参照する代わりに、あるいは人体計測データベース２２６を参照することと併せて、測定対象の人体の各部位の寸法の情報を演算により判定する機能を有してもよい。例えば、第２の体格情報生成部２２４は、最小二乗法、階層最適化法、逐次二次計画法、及び同定アルゴリズムのうちの少なくとも一つの手法を用いて、第１の体格情報に基づいて人体の各部位の寸法を判定してもよい。

適合情報算出部２２８は、第１の体格情報生成部２２２により生成された第１の体格情報と、第２の体格情報生成部２２４により生成された第２の体格情報とに基づいて、ユーザの体格に合わせて動作補助装置１の構成を適合するための適合情報を生成する。適合情報算出部２２８は、適合対象の動作補助装置１の構造データを考慮しつつ適合情報を生成する。

図７は、生成される適合情報の例を示している。適合情報は、人体の各部位の寸法に対応する動作補助装置１の各構成部材の長さ、並びに各関節部の位置及び位置関係の情報を含む。具体的に、適合情報は、動作補助装置１の第１の腰部関節部３０及び膝部関節部４０の位置及び位置関係、大腿部アーム部材３３の長さの情報を含み得る。また、適合情報は、下方側腰部固定ベルト１３、上方側腰部固定ベルト１４、腰部装着部１５、大腿部装着部３７、上方側下腿部装着部４１及び下方側下腿部装着部４２のうちの少なくとも一方の周長の情報を含んでもよい。あるいは、適合情報は、上述した交換可能な構成部品に関して選択すべき構成部品の寸法の情報を含んでもよい。特に、人体の腰関節の位置は、３次元形状データのみから特定することが困難であるため、人体計測データベース２２６に基づいて生成される第２の体格情報を利用することによって、腰関節を含む各関節の位置の特定精度が向上する。

適合情報は、ユーザの肥満率又は痩せ率の情報を含んでもよい。ユーザの肥満率等の情報が生成されることにより、例えば動作補助装置１の腰部装着部１５、下方側腰部固定ベルト１３及び上方側腰部固定ベルト１４のうちの少なくとも一つの装着時の寸法をユーザに合わせて適合することができる。

適合情報算出部２２８は、算出した適合情報を、モニタの表示装置に表示してもよい。また、適合情報算出部２２８は、算出した適合情報を、紙媒体に出力したり、他の装置に送信したりしてもよい。

＜３．適合情報生成処理の例＞
次に、図６を参照して、適合情報生成装置２００の演算処理ユニット２２０により行われる適合情報生成処理のフローチャートの一例を説明する。

まず、演算処理ユニット２２０の第１の体格情報生成部２２２は、撮像部２１０から出力された、人体を撮影した画像データを取得する（ステップＳ１１）。画像データは、３Ｄスキャナ又はカメラにより生成された１つ又は複数の画像データであってもよい。特に、画像データは、ＲＧＢ−Ｄカメラにより生成された撮像範囲の色情報及び距離情報を含む画像データであってもよい。

次いで、第１の体格情報生成部２２２は、取得した画像データに基づいて、撮影対象の人体の体格に関する第１の体格情報を生成する（ステップＳ１３）。例えば第１の体格情報生成部２２２は、画像データに対して種々の画像処理を行い、撮像した人体の３次元形状データを生成する。例えば第１の体格情報生成部２２２は、３Ｄスキャナから出力された画像データを用いて人体の３次元形状データを直接生成してもよい。また、第１の体格情報生成部２２２は、カメラによって撮影した対象人物の表面の凹凸画像のデータを用いて人体の３次元形状データを生成してもよい。さらに、第１の体格情報生成部２２２は、対象人物を複数方向からカメラで撮影した画像データを用いて人物表面の３次元位置を抽出して人体の３次元形状データを生成してもよい。撮像部２１０がＲＧＢ−Ｄカメラである場合、第１の体格情報生成部２２２で実行される画像処理として、例えばＭｉｃｒｏｓｏｆｔ社のＫｉｎｅｃｔ（登録商標）の技術が利用されてもよい。

なお、人体の３次元形状データの生成方法は上記の例に限られない。例えば第１の体格情報生成部２２２は、様々な姿勢で撮影された画像データに基づいて生成した３次元形状データに対して正規化処理を行い、例えば直立姿勢の統一した３次元形状データに変換してもよい。また、人体の３次元形状データは、撮像部２１０に備えられた演算処理装置によって生成されて演算処理ユニット２２０に送信されてもよい。

また、第１の体格情報生成部２２２は、生成した人体の３次元形状データに基づいて第１の体格情報を生成する。第１の体格情報は、例えばユーザの人体の頭部、頚部、胴部、大腿部、及び下腿部等の各部位の長さや周長、体積等の情報を含む。例えば第１の体格情報生成部２２２は、生成した３次元形状データに対して例えば特徴点抽出処理を行い、人体の各部位の位置及び形状を特定し、各部位の長さや周長、人体の体積等の情報を生成してもよい。第１の体格情報生成部２２２は、生成した第１の体格情報を、第２の体格情報生成部２２４及び適合情報算出部２２８により参照可能なように記憶部２３０に記憶する。なお、第１の体格情報は、上記以外の情報を含んでもよい。

次いで、演算処理ユニット２２０の第２の体格情報生成部２２４は、ユーザの属性情報と第１の体格情報とに基づいて第２の体格情報を生成する（ステップＳ１５）。本実施形態において、第２の体格情報生成部２２４は、人体計測データベース２２６を参照して第２の体格情報を生成する。参照する人体計測データベース２２６は、例えば上述した３次元計測データベースであってもよい。あるいは、人体計測データベース２２６は、人体の関節の位置の情報を含む種々の数値データを属性に対応付けて格納した寸法データベースであってもよい。

第２の体格情報生成部２２４は、適合情報生成装置２００の操作者等によって入力されるユーザの年齢、身長、体重及び性別等の属性情報と、第１の体格情報に含まれる人体の各部位の長さや周長、体積等の情報に基づいて第２の体格情報を生成する。第２の体格情報は、少なくともユーザの人体の関節の位置の情報を含む。第２の体格情報は、さらにユーザの属性情報及びユーザの人体の各部位の長さや周長、体積の情報を含んでもよい。第２の体格情報は、人体計測データベース２２６を参照して生成され、ユーザ個々の人体の関節の位置の情報を含む点で第１の体格情報とは異なっている。第２の体格情報生成部２２４は、生成した第２の体格情報を適合情報算出部２２８により参照可能なように記憶部２３０に記憶する。

なお、第２の体格情報生成部２２４は、人体計測データベース２２６を参照する代わりに、あるいは人体計測データベース２２６を参照することと併せて、測定対象の人体の各関節の位置の情報を演算により判定してもよい。例えば、第２の体格情報生成部２２４は、最小二乗法、階層最適化法、逐次二次計画法、及び同定アルゴリズムのうちの少なくとも一つの手法を用いて、第１の体格情報に基づいて人体の各部位の寸法を判定してもよい。

次いで、演算処理ユニット２２０の適合情報算出部２２８は、第１の体格情報及び第２の体格情報に基づいて、動作補助装置１の構成をユーザの体格に適合するための適合情報を生成する（ステップＳ１７）。適合情報算出部２２８は、適合対象の動作補助装置１の構造データを考慮しつつ適合情報を生成する。適合情報は、人体の各部位の寸法に対応する動作補助装置１の各構成部材の長さ、並びに各関節部の位置及び位置関係の情報を含む。例えば記憶部２３０には、動作補助装置１の各部位が、人体の各部位及び関節に対してどのように配置されるかの設計情報が格納されており、適合情報算出部２２８は当該設計情報を参照しつつユーザの人体の各部位の寸法に応じた適合情報を生成してもよい。ただし、適合情報の算出方法は上記の例に限られない。

具体的に、適合情報は、動作補助装置１の第１の腰部関節部３０及び膝部関節部４０の位置及び位置関係、大腿部アーム部材３３の長さの情報を含み得る。また、適合情報は、下方側腰部固定ベルト１３、上方側腰部固定ベルト１４、腰部装着部１５、大腿部装着部３７、上方側下腿部装着部４１及び下方側下腿部装着部４２のうちの少なくとも一方の周長の情報を含んでもよい。あるいは、適合情報は、上述した交換可能な構成部品に関して選択すべき構成部品の寸法の情報を含んでもよい。特に、人体の腰関節の位置は、３次元形状データのみから特定することが困難であるため、人体計測データベース２２６に基づいて生成される第２の体格情報を利用することによって、腰関節を含む各関節の位置の特定精度が向上する。

また、適合情報算出部２２８は、適合情報としてユーザの肥満率又は痩せ率の情報を生成してもよい。ユーザの肥満率等の情報が生成されることにより、例えば動作補助装置１の腰部装着部１５、下方側腰部固定ベルト１３及び上方側腰部固定ベルト１４のうちの少なくとも一つの装着時の寸法をユーザに合わせて適合することができる。

適合情報算出部２２８は、算出した適合情報を、モニタの表示装置に表示してもよい。また、適合情報算出部２２８は、算出した適合情報を、紙媒体に出力したり、他の装置に送信したりしてもよい。

適合情報生成装置２００により適合情報が生成されると、動作補助装置１をユーザに提供する事業者や、ユーザの補助者、ユーザ等は、当該適合情報に合わせて動作補助装置１の各構成要素の寸法等を調整する。上述した動作補助装置１の例では、適合情報に基づいて腰部フレーム３１、大腿部アーム部材３３、支持部材４４及び下腿部アーム部材３５のうちの少なくとも一つの構成部品をユーザの体格に適した寸法の部品を選択して、動作補助装置１を組み立てる。

あるいは、上記のように動作補助装置１が大腿部アーム部材３３と大腿部装着部３７とが相対的にスライド可能になっている場合には、動作補助装置１を装着する際の第１の腰部関節部３０及び膝部関節部４０の位置関係、つまり、ユーザが直立姿勢の状態での基準となる位置関係を調節してもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る動作補助装置１の適合情報生成装置２００においては、動作補助装置１のユーザの体格に適した動作補助装置１の適合情報を容易に得ることができる。したがって、動作補助装置１の寸法をユーザ体格に合わせて短時間で適合することが容易になる。また、経験の浅い補助者やユーザであっても、動作補助装置１を装着することで、動作補助装置１の各関節部をユーザの人体の関節の位置に適切に位置させることができる。したがって、動作補助装置１による補助動作を適切に行わせることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態においては、動作補助装置１の構成部品として、ユーザの体格に適した寸法の構成部品を選択して動作補助装置１を構成することによって、動作補助装置１の寸法及び関節部の位置をユーザの体格に適合していたが、本発明は係る例に限定されない。例えば、動作補助装置１に、動作補助装置１の所定の部位の寸法を調節可能なアジャスト機構を設けておき、適合情報生成装置２００により生成された適合情報にしたがってアジャスト機構を可動させてもよい。

上記実施形態では、動作補助装置が、ユーザの両脚の前後運動の動作を補助する装置として構成されていたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、動作補助装置は、ユーザの片脚の前後運動を補助する装置であってもよい。この場合、第１の腰部関節部、第２の腰部関節部、膝部関節部、足関節部、腰部アーム部材、大腿部アーム部材、下腿部アーム部材、大腿部装着部、下腿部装着部、及び足台部は、左右のいずれか一方にのみ設けられる。

１・・・動作補助装置、１５・・・腰部装着部、３０・・・第１の腰部関節部、３１・・・腰部フレーム、３２・・・中間部材、３３・・・大腿部アーム部材、３５・・・下腿部アーム部材、３７・・・大腿部装着部、４０・・・膝部関節部、４４・・・支持部材、２００・・・適合情報生成装置、２１０・・・撮像部、２２０・・・演算処理ユニット、２２２・・・第１の体格情報生成部、２２４・・・第２の体格情報生成部、２２６・・・人体計測データベース、２２８・・・適合情報算出部

Claims (9)

1. 少なくとも一つの関節部を有し人体に装着して用いられる動作補助装置をユーザの体格に合わせて適合するために用いられる適合情報生成装置であって、
   前記ユーザを撮影した画像データに基づいて前記ユーザの体格に関連する第１の体格情報を生成する第１の体格情報生成部と、
   前記ユーザの属性情報及び前記第１の体格情報に基づいて第２の体格情報を生成する第２の体格情報生成部と、
   前記第１の体格情報及び前記第２の体格情報に基づいて、前記動作補助装置の構成の適合に用いられる適合情報を生成する適合情報算出部と、
   を備える、動作補助装置の適合情報生成装置。
2. 前記第１の体格情報生成部は、前記画像データに基づいて前記ユーザの人体の３次元形状データを生成する、請求項１に記載の動作補助装置の適合情報生成装置。
3. 前記画像データは、測定対象の色情報及び距離情報を検出するカメラにより生成された画像データである、請求項１又は２に記載の動作補助装置の適合情報生成装置。
4. 前記第１の体格情報は、人体の所定の部位の長さ、周長、及び体積のうちの少なくとも一つの情報を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の動作補助装置の適合情報生成装置。
5. 前記第２の体格情報生成部は、少なくとも人体の各部位の寸法と人体の属性情報とを含む人体のデータを記憶した人体計測データベースを参照して前記第２の体格情報を生成する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の動作補助装置の適合情報生成装置。
6. 前記第２の体格情報は、少なくとも人体の関節の位置の情報を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の動作補助装置の適合情報生成装置。
7. 前記適合情報算出部は、前記動作補助装置の前記関節部の位置の情報又は前記動作補助装置の構成部品の寸法の情報のうちの少なくとも一方を生成する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の動作補助装置の適合情報生成装置。
8. 前記適合情報算出部は、さらに前記ユーザの肥満率の情報を生成する、請求項７に記載の動作補助装置の適合情報生成装置。
9. コンピュータにより実行され、少なくとも一つの関節部を有し人体に装着して用いられる動作補助装置をユーザの体格に合わせて適合するために用いられる適合情報を生成する方法であって、
   前記ユーザを撮影した画像データに基づいて前記ユーザの体格に関連する第１の体格情報を生成するステップと、
   前記ユーザの属性情報及び前記第１の体格情報に基づいて第２の体格情報を生成するステップと、
   前記第１の体格情報及び前記第２の体格情報に基づいて、前記動作補助装置の寸法の適合に用いられる適合情報を生成するステップと、を含む、動作補助装置の適合情報生成方法。
   

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