JP3927340B2 - バランス能力判定方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人のバランス能力の客観的な評価を可能にするバランス能力判定方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、バランス能力を客観的に評価する技術が各種提案されている。たとえば、特開昭６４−５２４４１号公報には、人が乗る台板をモータにより傾動させるとともに、重心の移動形態を検出し、その移動形態に応じてバランス能力についての障害パタ−ンを検出するとともに、台板を傾動させるプログラムを選択する装置が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に記載のものは、主としてバランス能力の障害を検出するとともに、その障害を取り除くように訓練するものであって、健常者の運動能力としてのバランス能力の評価を行なうものとしては必ずしも適しているものではない。つまり、上記構成に記載されたものは主として障害の有無を判断するためにバランス能力を判定するものであるから、バランス能力の高さについて評価するのは難しいものである。
【０００４】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、バランス能力の高さを評価することができるようにしたバランス能力判定方法およびその装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、一連の揺動パターンで繰り返して揺動駆動されている座席状の台座に乗っている人がバランスを保っている期間中の適宜のタイミングで、台座の揺動パターンを変化させ、揺動パターンを変化させた後の人の反応を検出し、検出された反応パターンに基づいてバランス能力を判定することを特徴とするのであって、常時は台座を一連の揺動パターンで繰り返して揺動させ、揺動している台座に乗っている人がバランスを保っている期間中の適宜のタイミングで揺動パターンを変化させるから、揺動パターンの変化に対してバランスを崩した程度やバランスを崩してからバランスを保つ状態に戻るまでの時間などを検出することにより、バランス能力の高さを評価することができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記反応パターンが、揺動パターンを変化させた後にバランスを保つように動作するまでの時間、揺動パターンを変化させた後にバランスを崩している時間、揺動パターンを変化させたときの移動量、揺動パターンの変化の程度と反応までの時間の少なくとも１要素であることを特徴とするのであって、これらの情報を用いればバランス能力を容易に評価することができる。
【０００９】
請求項３の発明は、人が乗る座席状の台座と、制御情報を用いて制御され台座を揺動駆動する駆動手段と、繰り返し用いる制御情報を格納した基本データ記憶部と、基本データ記憶部に格納された制御情報に重ね合わせて用いる制御情報を格納した刺激データ記憶部と、人の反応を検出するセンサと、基本データ記憶部の制御情報を駆動手段に繰り返し与えることにより一連の揺動パターンで繰り返して揺動駆動されている台座に乗っている人がバランスを保っている期間中の適宜のタイミングで、刺激データ記憶部の制御情報を基本データ記憶部の制御情報に重ね合わせて駆動手段を揺動させることにより台座の揺動パターンを変化させ、揺動パターンを変化させた後にセンサにより検出される反応パターンに基づいてバランス能力を判定する判定手段とを備えるものであり、常時は基本データ記憶部に格納された制御情報を繰り返し用いて台座を一連の揺動パターンで繰り返して揺動させ、揺動している台座に乗っている人がバランスを保っている期間中の適宜のタイミングで刺激データ記憶部に格納した制御情報を用いて台座の揺動パターンを変化させるから、揺動パターンの変化に対してバランスを崩した程度やバランスを崩してからバランスを保つ状態に戻るまでの時間などを検出することにより、バランス能力の高さを評価することができる。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記センサが、台座とは別に設けられ台座に乗っている人を撮像した画像の時間変化から人の所望部位の動きを非接触で検出するものである。この構成によれば、台座とは別にセンサが設けられ、かつセンサによって非接触で人の所望部位の動きを検出するから、台座に搭乗した人にセンサを意識させることなく人の動きを検出することができる。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記判定手段が、前記センサにより検出された所望部位の動きの振幅が規定の閾値を超える期間を求め、この期間が短いほどバランス能力が高いと判定するものである。この構成によれば、人の動きの振幅によってバランス能力を定量的かつ客観的に評価することが可能になる。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項４の発明において、前記判定手段が、前記センサにより検出された所望部位の動きについて短時間内のパターンを抽出し、パターンの変化が少ないほどバランス能力が高いと判定するものである。この構成によれば、人の動きのパターンに基づいてバランス能力を客観的に評価することができる。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項４の発明において、前記判定手段が、前記センサにより検出された所望部位の動きについて台座の動きとの時間差を求め、この時間差が小さいほどバランス能力が高いと判定するものである。この構成によれば、台座の動きと人の動きとの時間差に基づいてバランス能力を数値化して客観的に評価することができる。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項５ないし請求項７のいずれかに記載のバランス能力判定装置に用いる判定手段のうちの複数を組み合わせてバランス能力を判定するものである。この構成によれば、複数種類の判定条件を用いることで、バランス能力についてより正確な評価が可能になる。
【００１７】
請求項９の発明は、請求項３の発明において、前記台座が人が手で持つ握り部を備え、前記センサが、握り部を掴むときの力、握り部を押し引きする力、人の重心位置の少なくとも１要素を検出するものであり、これらの情報を用いればバランス能力を容易に評価することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態は、図２に示すように、人が着席する座席状の台座１をパラレルメカニズムよりなる駆動装置（駆動手段）２により移動させる例を示すが、たとえば馬の鞍形の台座１を用い、台座１に跨る形で乗るようにしてもよい。駆動装置２の動作制御は後述する制御装置３により行なわれる。台座１には人が操作するハンドル４が設けられ、ハンドル４の操作はセンサ５により検出される。このセンサ５はハンドル４の移動量、ハンドル４に作用する荷重、ハンドル４を握る力を検出することができる。ハンドル４は台座１の後部に上下動可能となるように枢着され、前端部に設けた握り部を両手で持つように構成されている。また、台座１には着座した人の重心位置を検出するセンサ５が設けられる。
【００１９】
駆動装置２は、図３に示すように、定位置に固定される固定台２１と、６本の脚２３を介して固定台２１の上方に支持された可動台２２とを備える。各脚２３は、固定台２１および可動台２２に対してそれぞれユニバーサルジョイント２４ａ，２４ｂを介して結合されている。また、各脚２３は、固定台２１にユニバーサルジョイント２４ａを介して結合したサポート筒２３ａと、サポート筒２３ａの中に進退自在に挿入されたボールねじよりなるロッド２３ｂと、ロッド２３ｂに噛合するギアを備え正逆の回転に伴ってロッド２３ｂを進退させるアクチュエータ２３ｃとからなる。ロッド２３ｂの先端部はユニバーサルジョイント２４ｂを介して可動台２２に結合される。したがって、各脚２３のアクチュエータ２３ｃをそれぞれ制御してロッド２３ｂの進退量を調節すれば固定台２１に対する可動台２２の位置を適宜に調節することができる。
【００２０】
６本の脚２３は、２本ずつが近接するように固定台２１に結合され、また、固定台２１に対して近接して結合されている脚２３同士を離して可動台２２に結合してある。このような構成によって、互いに直交する３方向の平行移動と、各方向の軸を中心とする回転移動との６自由度の制御が可能になる。つまり、可動台２２は前後、左右、上下の直進往復移動と前後軸、左右軸、上下軸の回りでの回転往復移動とを組み合わせた移動が可能になり、結果的に可動台２２に結合された台座１は６自由度で移動する。駆動装置２の可動台２２は、現実的には上述のような直進移動と回転移動とに分解した動作よりも、むしろそれらの複合した動作を行なうことになる。
【００２１】
以下の説明を容易にするために、台座１を中心とする座標系を導入する。すなわち、台座１の前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とし、原点を駆動装置２の固定台２１の中心とする右手系の直交座標系を設定する。しかして、駆動装置２の可動台２２は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３方向の位置が可変であるとともに、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸回りの傾きが可変になる。Ｘ軸回りの回転をロール、Ｙ軸回りの回転をピッチ、Ｚ軸回りの回転をヨーと呼ぶ。
【００２２】
図２に示す例では台座１の前方に大型のディスプレイ装置６を配置するとともに、ディスプレイ装置６の両側にスピーカ７を配置してあり、ディスプレイ装置６に表示される映像を台座１の揺動に応じて変化させたり、その映像に応じた音声をスピーカ７から出力させたりすることができるが、本実施形態においてはディスプレイ装置６やスピーカ７は必ずしも必要ではない。
【００２３】
制御装置３はコンピュータ装置を用いて構成されたものであり、上述のように駆動装置２を制御するほか、ディスプレイ装置６に表示される画像やスピーカ７から出力する音声についても制御する。すなわち、制御装置３は、図１に示す構成を有し、データ入力部３１から入力された制御情報を基本データ記憶部３２ａおよび刺激データ記憶部３２ｂに格納しておき、これらのデータを用いて駆動装置２のアクチュエータ２３ｃを駆動する。データ入力部３１は乗馬中の人の要部の動きを分析するなどして制御情報を生成するものである。
【００２４】
基本データ記憶部３２ａおよび刺激データ記憶部３２ｂはそれぞれ半導体メモリよりなり、基本データ記憶部３２ａおよび刺激データ記憶部３２ｂに格納された制御情報に基づいて演算部３０において駆動装置２を揺動させるデータが生成される。演算部３０からは駆動装置２の各脚２３の長さに相当するデータが出力され、アクチュエータ制御部３３ａではこのデータに応じたアクチュエータ２３ｃの動作量を決め、駆動部３３ｂを介してアクチュエータ２３ｃを駆動する。駆動部３３ｂはアクチュエータ制御部３３ａで決められた動作量に基づいてアクチュエータ２３ｃへの通電を制御する。つまり、本実施形態においては、演算部３０とデータ記憶部３１とアクチュエータ制御部３３ａと駆動部３３ｂとにより制御手段が構成される。
【００２５】
ところで、基本データ記憶部３２ａや刺激データ記憶部３２ｂに格納される制御情報は、図４に示すように、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の位置Ｘi ，Ｙi ，Ｚi （ｉは正数）と、Ｚ軸回り、Ｙ軸回り、Ｘ軸回りの傾き（ヨー、ピッチ、ロール）αi ，βi ，γi （ｉは正数）との６つ組を一定時間間隔で設定したものである（図４ (ａ）は基本データ記憶部３２ａの制御情報、図４ (ｂ）は刺激データ記憶部３２ｂの制御情報）。制御情報は時系列データであり、一連の揺動パターンを形成するように設定されている。このような一連の振動パターンは十分に短い一定時間間隔で区切られ、各区切りごとに上記６つ組が設定されている。要するに、単位パターンは６つ組の時系列データにより構成されている。
【００２６】
演算部３０では図４ (ａ） (ｂ）のような制御情報に基づいて各時刻における駆動装置２の各脚２３の長さを決定する。こうして決定された脚２３の長さに応じてアクチュエータ制御部３３ａによりアクチュエータ２３ｃの動作量を決めて駆動部３３ｂを介してアクチュエータ２３ｃを駆動するのである。
【００２７】
ここに、本実施形態では、常時は基本データ記憶部３２ａに格納された制御情報を繰り返し用いて駆動装置２を制御しておき、適宜のタイミングで刺激データ記憶部３２ｂに格納された制御情報を重ね合わせて駆動装置２を制御する。つまり、基本データ記憶部３２ａに格納された制御情報を繰り返し用いて繰り返して同じ揺動パターンになるように駆動装置２を制御しているが、刺激データ記憶部３２ｂに格納された制御情報を用いることによって揺動パターンを変化させることができるのである。なお、刺激データ記憶部３２ｂに格納された制御情報の６つ組の個数は、基本データ記憶部３２ａに格納された制御情報の６つ組の個数よりも少ない。いま、図４ (ａ） (ｂ）の制御情報が格納されているものとして、時刻Ｔ１１〜Ｔ１ｎの６つ組を重ね合わせるとすれば、図４ (ｃ）のようにデータが生成されることになる。ここに、時刻Ｔ１１〜Ｔ１ｎの各６つ組には、図４ (ａ） (ｂ）における同時刻の６つ組をそれぞれ加算した値を用いている。たとえば、図４ (ｃ）における時刻Ｔ１１の値Ｘ２１は、Ｘ２１＝Ｘ０１＋Ｘ１１であり、他の値も同様である。
【００２８】
上述のようにして台座１の揺動パターンを変化させると、基本データ記憶部３２ａに格納された制御情報だけでは慣れによってバランスを保つことができるとしても、刺激データ記憶部３２ｂに格納された制御情報を与えたときにバランスを崩すから、ハンドル４を動かしたり、強く握ったり、台座１の上で常時とは異なる重心移動が生じたりする。これらの情報はセンサ５により検出できるから、センサ５の出力の変化パターン、つまり刺激データ記憶部３２ｂの制御情報を用いて台座１を駆動したときの人の反応に関する反応パターンをパターン検出部３４で検出し、反応パターンを評価部３５において評価することによって、バランス能力の程度を知ることができる。
【００２９】
パターン検出部３４は、センサ５の出力の変化の大きさや速度を検出するのであって、たとえば、ハンドル４を引いている（あるいは押している）時間、重心が所定量移動していた時間、刺激データ記憶部３２ｂの制御情報を用いてからハンドル４の位置やハンドル４を握る力に特徴的な変化が生じるまでの時間、ハンドル４に加えた力などの時間変化を反応パターンとして求める。これらの情報を用いて、判定手段としての評価部３５では統計的ないしファジー論理による処理を行なってバランス能力の指標を数値化するのである。ここに、バランス能力の指標を得るために、多人数について測定を行ない、測定結果の平均値を求めるなどの統計的処理を施す。
【００３０】
いま、一定時間内にハンドル４に所定値以上の力を加える（押すか引く）回数をバランス能力の指標として用いるものとする。図５に示すように、刺激データ記憶部３２ｂに格納した制御情報を与え始めることにより駆動変化を開始した後（Ｓ１）、ハンドル４に所定値以上の力が作用したか否かを判断する（Ｓ２）。ここで、バランス能力の指標として点数を用いとすれば、点数の上限値から減点法でバランス能力を評価することができる。たとえば、所定値以上の力が作用したときにはバランスを崩したと考えられるから減点するのであり（Ｓ３）、刺激データ記憶部３２ｂに格納された制御情報による駆動が終了した時点で（Ｓ４）、バランス能力の評価を終了する（Ｓ５）。たとえば、図６ (ａ）に示すように、ハンドル４に所定値以上の力が作用するか否かを判断し、力が作用したときをオン、作用しないときをオフとする。図５の手順で評価すれば、図６ (ｂ）のようにオンの回数が多いほど点数が下がるのであって、バランス能力を指標化することができる。
【００３１】
上述のように台座１としては馬形のものを用いることができ、この場合にはハンドル４に代えて手綱を設ければよい。また、基本データ記憶部３２ａに格納された制御情報としては、馬の歩様を模擬するように、常歩、速歩、駆歩などに対応する一連のパターンを用い、常時はこれを繰り返すようにすればよい。ここで、図７に示すように、常歩Ｗ１と速歩Ｗ２とではパターンが大きく変化するから、安全性を考慮して、パターンを変更するときには、つなぎパターンＷ３を間に挿入する。このようにして、パターンの変化を滑らかに行なうことができる。
【００３２】
なお、ディスプレイ装置６に表示される画像は、画像記憶部３６に格納しておき演算部３０で台座１の駆動に連動するように制御すればよく、またスピーカ７から出力される音声は、音声記憶部３７に格納しておき演算部３０でディスプレイ装置６の画面表示に合うように制御すればよい。ディスプレイ装置６に表示する画像は実写あるいはコンピュータグラフィックスを用いる。実写映像は主観移動により撮影されたものを用いる。画像記憶部３６や音声記憶部３７には大容量が必要であるから、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスクなどを記録媒体とする記憶装置を用いるのが望ましい。とくに、記録媒体を交換可能としておけば、ディスプレイ装置６の表示内容やスピーカ７から出力される音声の内容を容易に変えることができ、単調さを緩和することができる。
【００３３】
（参考例）
実施形態１では、ディスプレイ装置６は単調さを緩和するために用いているだけであるが、本例ではディスプレイ装置６の表示内容によって人に何らかの動作を促し、揺動中の台座１の上での動作に対応させることでバランス能力の程度を測定できるようにしている。つまり、ディスプレイ装置６の表示内容に対して人がどのように動作するかのルールを決めておき、ルールに従った動作を人が行なえるか否かによってバランス能力の程度を測定しようとするものである。この方法によってゲーム性を与えることができ、バランス能力の測定を楽しみながら行なうことが可能になる。
【００３４】
本例では、図８に示すように、挿入画像記憶部３８およびスーパーインポーズ処理部３９を設ける。挿入画像記憶部３８は画面内に適宜に表示する画像を記憶しており、スーパーインポーズ処理部３９を通して画像記憶部３６からの画像に重ね合わせるものである。たとえば、ゲーム性を与えるために、ハードル、毒りんごと普通のりんごのようなものを表示し、ハードルが表示されたときには飛び越える動作を行ない、毒りんごなら避ける動作を行ない、普通のりんごなら取る動作を行なうというようにルールを決めておくのである。ここに、これらの動作は重心移動を伴うものが望ましいが、バランス能力の低い人には揺動中の台座１の上で指先で釦を操作するだけでも難しいから、必ずしも重心移動を伴う動作でなくてもよい。つまり、ルールは各人のバランス能力の程度を考慮して設定することが可能である。なお、本例では刺激データ記憶部３２ｂは設けなくてもよい。
【００３５】
この種のスーパーインポーズを伴うもののほか、人に動作を指示する表示としては、ディスプレイ装置６の画面に道を表示しておき、道に分岐や傾斜を設け、これらの道の変化に応じた操作をハンドル４で行なうようにルールを決めておいてもよい。とくに、馬を模擬する場合には、手綱の引き方にルールを設定しておき、たとえば右側を引けば右に曲がり、左側を引けば左に曲がり、引きの強さで傾斜に対応するというようなルールを決めておく。このように馬を模擬する場合のバランス能力の程度の測定手順を図９に示す。
【００３６】
ここにおいて、センサ５での測定値を定量的に評価するために、手綱を引いている時間、重心が所定量移動していた時間、画像を表示してから手綱を所定量引くまでの反応時間、手綱を引いた力、画像を表示したときの駆動装置２の移動速度（これは台座１の移動速度が大きいほど操作が難しくなるからである）などの情報の時間変化を反応パターンとして用いる。
【００３７】
いま、何らかの指示がディスプレイ装置６に表示されるとすると（Ｓ１）、まず手綱を引いたか否かが判断され（Ｓ２）、引いていれば引き方が正しいか否かが判断される（Ｓ３）。正しくない場合には減点し（Ｓ４）、指示が終了すれば (Ｓ５) 終了する。また、ステップＳ２において手綱を引いておらず、しかも指示が終了していないのであれば（Ｓ６）、減点する（Ｓ７）。このようにして減点法で指標化すればバランス能力を客観的に評価することができる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【００３８】
上述した実施形態１、参考例では人の反応を検出するセンサ５を人が搭乗する台座１に設けてセンサ５により人の重心位置を検出するようにしていたが、図１０に示すように、ディスプレイ装置６の両側に配置した２台の撮像装置８を用いるとともに、両撮像装置８により撮像した２つの画像の視差を利用して３次元の情報を得る画像処理装置（図示せず）を用いてセンサ５を構成してもよい。撮像装置８にはＴＶカメラを用いている。画像処理装置では２つの画像内における共通の対象に対する画素の位置を抽出し、両画素の位置関係に基づいて３次元空間内における対象物の位置を求める。また、画像処理装置では画像内で位置に変化が生じない部位と位置変化が生じる部位とを分離することにより背景から人に関する情報を分離する。このようにして、人の動きを連続的に検出することが可能になる。しかもセンサ５は台座１とは別に設けられ人の動きを非接触で検出することができるから、台座１や人にセンサ５を取り付ける必要がなく、人に何らかのマーカを付ける必要もないのであって、センサ５を人に意識させることなく人の動きの検出が可能になる。ここに、人のどの部位の動きを検出するかは画像処理装置において任意に指示することができ、たとえば頭部や肩の動きのみを抽出することができる。
【００３９】
撮像装置８と画像処理装置とをセンサとして用いる場合には、抽出した動きの大きさ、安定性、応答性のうちの少なくとも１つの要素を用いてバランス能力を判断することができる。
【００４０】
動きの大きさは、台座１を揺動させたときの人の頭部や肩の揺れの振幅を意味する。一般に、バランス能力が高いほど台座１の揺動に対する頭部や肩の揺れの振幅は小さいから、振幅に対して閾値を設定しておき、あらかじめ定めたプログラムに従って台座１を駆動したときに、台座１の駆動期間中で閾値を超える期間を計測すれば、この期間が短いほどバランス能力が高いと判定することができる。振幅に対する閾値は実験的に決定されるものであり、実際には振幅について複数人のデータを収集し、データの収集対象となった人のバランス能力を勘案して閾値を決定する。
【００４１】
図１１〜図１３は、馬の常足を模擬して台座１を揺動させた場合について、それぞれ異なる人の頭部の揺れの程度を上述のセンサ５を用いて測定した結果を示す。図１１は２９歳で乗馬部に所属する男性、図１２は５８歳で乗馬経験のない男性、図１３は６３歳で乗馬経験のない男性について測定した結果である。各図における▲１▼のデータは左右の揺れ（上が右）、▲２▼のデータは前後の揺れ（上が前）を示す。また、画像のピクセル数は左右について１６０ピクセル、前後については１２０ピクセルとした。各図の横軸の数値は画像のフレーム数を示し、１フレームは１／３３秒とした。さらに、各図では台座１を揺動させる振幅を３段階に変化させた例を示してあり、各振幅を左右３区画で示している。つまり、左の区画はもっとも振幅が大きく、この振幅を１０の振幅とすれば、中央の区画は８の振幅、右の区画は６の振幅としてある。ここに、撮像装置８は台座１の振動の影響を受けないように天井から吊下した。
【００４２】
各図を比較するとわかるように、図１１の例では台座１の振幅の大きさに応じて頭部の揺れの大きさも変化し、振幅の変化は安定しておりリズムに乱れはないと言える。また、図１２の例では台座１の振幅の大きさの変化に対して頭部の揺れの大きさの変化は少ないが、振幅の変化は安定しておりリズムに乱れは少ない。図１３の例では台座１の振幅の大きさに応じて頭部の揺れの大きさも変化する傾向にはあるが、台座１の振幅とは関係なく頭部の揺れが大きくなる場合もあり、振幅の変化は不安定でリズムに乱れがある。さらに、図には表していないが、台座１が揺動してから頭部が揺れるまでの遅れ時間（つまり応答性）も各個人によって異なる。
【００４３】
したがって、人の動きの大きさ、安定性、応答性はバランス能力の判定に用いることができる。いま、人の頭部（肩部でもよい）の揺れの大きさを用いてバランス能力を判断するとすれば、図１４に示す手順になる。すなわち、まず複数人について台座１の揺動のパターンと頭部の揺れのパターンとを格納した測定データファイルＦ１に基づいて頭部の振幅に対する閾値を決定する（Ｓ１）。測定データファイルＦ１に格納されているデータについては、バランス能力の程度が既知であるから、測定データファイルＦ１に格納されたデータを参考にしてバランス能力の判断基準となる適宜の閾値を設定する。その後、台座１に人を搭乗させた状態で台座１の揺動を開始させる（Ｓ２）。ここで、人の頭部の揺れの程度を上述したセンサ５により検出し、センサ５により検出した頭部の揺れの振幅をステップＳ１で設定した閾値とサンプリング毎に比較する（Ｓ３）。頭部の揺れの振幅が閾値以上であるときには、その回数を計数してカウントファイルＦ２に格納する（Ｓ４）。このような処理を、あらかじめ定めた駆動のプログラムが終了するまで継続し（Ｓ５）、プログラムの終了後にカウントファイルＦ２に格納した計数値に基づいて台座１に搭乗した人のバランス能力を判定する（Ｓ６）。つまり、バランス能力が高いほど計数値は小さくなるから、計数値の大小によってバランス能力を客観的に評価することができる。
【００４４】
バランス能力の判定に安定性を用いる場合には、図１５に示す手順になる。安定性を判断するには個々人におけるリズム（つまり頭部の揺れのパターン）の変化を知る必要があるから、揺れのパターンを数値化するために、パターンを一定期間毎にフーリエ変換して、振幅、周波数、位相を求める。すなわち、図１５のように、台座１に人を搭乗させた状態で台座１の揺動を開始させ（Ｓ１）、この状態でパターンをサンプリング毎に数値化し、数値化したパターンをパターンファイルＦ３に格納する（Ｓ２）。次に、パターンファイルＦ３に格納された数値に基づいて適宜の代表値を決定する（Ｓ３）。代表値は台座１を駆動している期間に適宜周期で設定され、パターンファイルＦ３に格納した値のうちの数種類の値についての移動平均などを用いることができる。求めた代表値は代表値ファイルＦ４に格納される。代表値を求めた後にはステップＳ２において得たパターンを代表値と比較し（Ｓ４）、代表値と異なるときにはその回数を計数する（Ｓ５）。ここで、代表値には適宜の幅を持たせておき、ステップＳ２で求めた値が幅内であれば代表値に一致すると判断する。このような処理を、あらかじめ定めた駆動のプログラムが終了するまで継続し（Ｓ６）、プログラムの終了後に計数値に基づいて台座１に搭乗したバランス能力を判定する（Ｓ７）。すなわち、バランス能力が高いほど揺れのパターンに変化が生じないから、ステップＳ５における計数値は小さくなるのであり、計数値の大小によってバランス能力を客観的に評価することができる。
【００４５】
バランス能力の判定に応答性を用いる場合には、図１６に示す手順になる。すなわち、応答性については揺れの大きさと同様に、複数人について台座１の揺動のパターンと頭部の揺れのパターンとを格納した測定データファイルＦ１に基づいて台座１の駆動に対する頭部の揺れの時間差に関しての閾値を決定する（Ｓ１）。測定データファイルＦ１に格納されているデータはバランス能力の程度が既知であるから、測定データファイルＦ１に格納されたデータに基づいてバランス能力の判断基準となる閾値を決定することができる。その後、台座１に人を搭乗させた状態で台座１の駆動を開始させる（Ｓ２）。ここで、台座１の駆動と人の頭部の揺れとの時間差をサンプリング毎に求め、時間差ファイルＦ５に格納する（Ｓ３）。求めた時間差をステップＳ１で求めた閾値と比較し（Ｓ４）、求めた時間差がステップＳ１で求めた閾値を超える場合には、その回数を計数する（Ｓ５）。このような処理を、あらかじめ定めた駆動のプログラムが終了するまで継続し（Ｓ６）、プログラムの終了後に計数値に基づいて台座１に搭乗したバランス能力を判定する（Ｓ７）。すなわち、バランス能力が高いほど台座１の駆動から頭部が揺れるまでの時間差が小さいと考えられるから、ステップＳ５における計数値は小さくなるのであり、計数値の大小によってバランス能力を客観的に評価することができる。
【００４６】
上述した揺れの大きさ、安定性、応答性は個々にバランス能力の判定に用いてもよいが、これらを適宜に組み合わせることによって総合的にバランス能力を判定するようにしてもよい。ただし、複数種類の判定値を組み合わせるときには、重み付き加算などによってバランス能力を判断することが必要である。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１の発明の構成によれば、常時は台座を一連の揺動パターンで繰り返して揺動させ、揺動している台座に乗っている人がバランスを保っている期間中の適宜のタイミングで揺動パターンを変化させるから、揺動パターンの変化に対してバランスを崩した程度やバランスを崩してからバランスを保つ状態に戻るまでの時間などを検出することにより、バランス能力の高さを評価することができる。
【００５０】
請求項２の発明の構成によれば、バランス能力を容易に評価することができる。
【００５１】
請求項３の発明の構成によれば、常時は基本データ記憶部に格納された制御情報を繰り返し用いて台座を一連の揺動パターンで繰り返して揺動させ、揺動している台座に乗っている人がバランスを保っている期間中の適宜のタイミングで刺激データ記憶部に格納した制御情報を用いて台座の揺動パターンを変化させるから、揺動パターンの変化に対してバランスを崩した程度やバランスを崩してからバランスを保つ状態に戻るまでの時間などを検出することにより、バランス能力の高さを評価することができる。
【００５２】
請求項４の発明の構成によれば、台座とは別にセンサが設けられ、かつセンサによって非接触で人の所望部位の動きを検出するから、台座に搭乗した人にセンサを意識させることなく人の動きを検出することができるという利点がある。
【００５３】
請求項５の発明の構成によれば、人の動きの振幅によってバランス能力を定量的かつ客観的に評価することが可能になる。
【００５４】
請求項６の発明の構成によれば、人の動きのパターンに基づいてバランス能力を客観的に評価することができる。
【００５５】
請求項７の発明の構成によれば、台座の動きと人の動きとの時間差に基づいてバランス能力を数値化して客観的に評価することができる。
【００５６】
請求項８の発明の構成によれば、複数種類の判定条件を用いることで、バランス能力についてより正確な評価が可能になる。
【００５９】
請求項９の発明の構成によれば、バランス能力を容易に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１を示すブロック図である。
【図２】 同上の全体構成を示す斜視図である。
【図３】 同上に用いる駆動装置を示す斜視図である。
【図４】 同上に用いる制御情報を示す図である。
【図５】 同上における測定手順を示す図である。
【図６】 同上の動作説明図である。
【図７】 同上の動作説明図である。
【図８】 参考例を示すブロック図である。
【図９】 同上における測定手順を示す図である。
【図１０】 異なる形態のセンサを示し、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側面図である。
【図１１】 図１０に示したセンサによる測定結果を示す図である。
【図１２】 図１０に示したセンサによる測定結果を示す図である。
【図１３】 図１０に示したセンサによる測定結果を示す図である。
【図１４】 図１０に示したセンサを用いる場合の動作説明図である。
【図１５】 図１０に示したセンサを用いる場合の動作説明図である。
【図１６】 図１０に示したセンサを用いる場合の動作説明図である。
【符号の説明】
１ 台座
２ 駆動装置
４ ハンドル
５ センサ
６ ディスプレイ装置
３２ａ 基本データ記憶部
３２ｂ 刺激データ記憶部
３４ パターン検出部
３５ 評価部
【発明の属する技術分野】
本発明は、人のバランス能力の客観的な評価を可能にするバランス能力判定方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、バランス能力を客観的に評価する技術が各種提案されている。たとえば、特開昭６４−５２４４１号公報には、人が乗る台板をモータにより傾動させるとともに、重心の移動形態を検出し、その移動形態に応じてバランス能力についての障害パタ−ンを検出するとともに、台板を傾動させるプログラムを選択する装置が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に記載のものは、主としてバランス能力の障害を検出するとともに、その障害を取り除くように訓練するものであって、健常者の運動能力としてのバランス能力の評価を行なうものとしては必ずしも適しているものではない。つまり、上記構成に記載されたものは主として障害の有無を判断するためにバランス能力を判定するものであるから、バランス能力の高さについて評価するのは難しいものである。
【０００４】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、バランス能力の高さを評価することができるようにしたバランス能力判定方法およびその装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、一連の揺動パターンで繰り返して揺動駆動されている座席状の台座に乗っている人がバランスを保っている期間中の適宜のタイミングで、台座の揺動パターンを変化させ、揺動パターンを変化させた後の人の反応を検出し、検出された反応パターンに基づいてバランス能力を判定することを特徴とするのであって、常時は台座を一連の揺動パターンで繰り返して揺動させ、揺動している台座に乗っている人がバランスを保っている期間中の適宜のタイミングで揺動パターンを変化させるから、揺動パターンの変化に対してバランスを崩した程度やバランスを崩してからバランスを保つ状態に戻るまでの時間などを検出することにより、バランス能力の高さを評価することができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記反応パターンが、揺動パターンを変化させた後にバランスを保つように動作するまでの時間、揺動パターンを変化させた後にバランスを崩している時間、揺動パターンを変化させたときの移動量、揺動パターンの変化の程度と反応までの時間の少なくとも１要素であることを特徴とするのであって、これらの情報を用いればバランス能力を容易に評価することができる。
【０００９】
請求項３の発明は、人が乗る座席状の台座と、制御情報を用いて制御され台座を揺動駆動する駆動手段と、繰り返し用いる制御情報を格納した基本データ記憶部と、基本データ記憶部に格納された制御情報に重ね合わせて用いる制御情報を格納した刺激データ記憶部と、人の反応を検出するセンサと、基本データ記憶部の制御情報を駆動手段に繰り返し与えることにより一連の揺動パターンで繰り返して揺動駆動されている台座に乗っている人がバランスを保っている期間中の適宜のタイミングで、刺激データ記憶部の制御情報を基本データ記憶部の制御情報に重ね合わせて駆動手段を揺動させることにより台座の揺動パターンを変化させ、揺動パターンを変化させた後にセンサにより検出される反応パターンに基づいてバランス能力を判定する判定手段とを備えるものであり、常時は基本データ記憶部に格納された制御情報を繰り返し用いて台座を一連の揺動パターンで繰り返して揺動させ、揺動している台座に乗っている人がバランスを保っている期間中の適宜のタイミングで刺激データ記憶部に格納した制御情報を用いて台座の揺動パターンを変化させるから、揺動パターンの変化に対してバランスを崩した程度やバランスを崩してからバランスを保つ状態に戻るまでの時間などを検出することにより、バランス能力の高さを評価することができる。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記センサが、台座とは別に設けられ台座に乗っている人を撮像した画像の時間変化から人の所望部位の動きを非接触で検出するものである。この構成によれば、台座とは別にセンサが設けられ、かつセンサによって非接触で人の所望部位の動きを検出するから、台座に搭乗した人にセンサを意識させることなく人の動きを検出することができる。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記判定手段が、前記センサにより検出された所望部位の動きの振幅が規定の閾値を超える期間を求め、この期間が短いほどバランス能力が高いと判定するものである。この構成によれば、人の動きの振幅によってバランス能力を定量的かつ客観的に評価することが可能になる。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項４の発明において、前記判定手段が、前記センサにより検出された所望部位の動きについて短時間内のパターンを抽出し、パターンの変化が少ないほどバランス能力が高いと判定するものである。この構成によれば、人の動きのパターンに基づいてバランス能力を客観的に評価することができる。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項４の発明において、前記判定手段が、前記センサにより検出された所望部位の動きについて台座の動きとの時間差を求め、この時間差が小さいほどバランス能力が高いと判定するものである。この構成によれば、台座の動きと人の動きとの時間差に基づいてバランス能力を数値化して客観的に評価することができる。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項５ないし請求項７のいずれかに記載のバランス能力判定装置に用いる判定手段のうちの複数を組み合わせてバランス能力を判定するものである。この構成によれば、複数種類の判定条件を用いることで、バランス能力についてより正確な評価が可能になる。
【００１７】
請求項９の発明は、請求項３の発明において、前記台座が人が手で持つ握り部を備え、前記センサが、握り部を掴むときの力、握り部を押し引きする力、人の重心位置の少なくとも１要素を検出するものであり、これらの情報を用いればバランス能力を容易に評価することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態は、図２に示すように、人が着席する座席状の台座１をパラレルメカニズムよりなる駆動装置（駆動手段）２により移動させる例を示すが、たとえば馬の鞍形の台座１を用い、台座１に跨る形で乗るようにしてもよい。駆動装置２の動作制御は後述する制御装置３により行なわれる。台座１には人が操作するハンドル４が設けられ、ハンドル４の操作はセンサ５により検出される。このセンサ５はハンドル４の移動量、ハンドル４に作用する荷重、ハンドル４を握る力を検出することができる。ハンドル４は台座１の後部に上下動可能となるように枢着され、前端部に設けた握り部を両手で持つように構成されている。また、台座１には着座した人の重心位置を検出するセンサ５が設けられる。
【００１９】
駆動装置２は、図３に示すように、定位置に固定される固定台２１と、６本の脚２３を介して固定台２１の上方に支持された可動台２２とを備える。各脚２３は、固定台２１および可動台２２に対してそれぞれユニバーサルジョイント２４ａ，２４ｂを介して結合されている。また、各脚２３は、固定台２１にユニバーサルジョイント２４ａを介して結合したサポート筒２３ａと、サポート筒２３ａの中に進退自在に挿入されたボールねじよりなるロッド２３ｂと、ロッド２３ｂに噛合するギアを備え正逆の回転に伴ってロッド２３ｂを進退させるアクチュエータ２３ｃとからなる。ロッド２３ｂの先端部はユニバーサルジョイント２４ｂを介して可動台２２に結合される。したがって、各脚２３のアクチュエータ２３ｃをそれぞれ制御してロッド２３ｂの進退量を調節すれば固定台２１に対する可動台２２の位置を適宜に調節することができる。
【００２０】
６本の脚２３は、２本ずつが近接するように固定台２１に結合され、また、固定台２１に対して近接して結合されている脚２３同士を離して可動台２２に結合してある。このような構成によって、互いに直交する３方向の平行移動と、各方向の軸を中心とする回転移動との６自由度の制御が可能になる。つまり、可動台２２は前後、左右、上下の直進往復移動と前後軸、左右軸、上下軸の回りでの回転往復移動とを組み合わせた移動が可能になり、結果的に可動台２２に結合された台座１は６自由度で移動する。駆動装置２の可動台２２は、現実的には上述のような直進移動と回転移動とに分解した動作よりも、むしろそれらの複合した動作を行なうことになる。
【００２１】
以下の説明を容易にするために、台座１を中心とする座標系を導入する。すなわち、台座１の前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とし、原点を駆動装置２の固定台２１の中心とする右手系の直交座標系を設定する。しかして、駆動装置２の可動台２２は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３方向の位置が可変であるとともに、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸回りの傾きが可変になる。Ｘ軸回りの回転をロール、Ｙ軸回りの回転をピッチ、Ｚ軸回りの回転をヨーと呼ぶ。
【００２２】
図２に示す例では台座１の前方に大型のディスプレイ装置６を配置するとともに、ディスプレイ装置６の両側にスピーカ７を配置してあり、ディスプレイ装置６に表示される映像を台座１の揺動に応じて変化させたり、その映像に応じた音声をスピーカ７から出力させたりすることができるが、本実施形態においてはディスプレイ装置６やスピーカ７は必ずしも必要ではない。
【００２３】
制御装置３はコンピュータ装置を用いて構成されたものであり、上述のように駆動装置２を制御するほか、ディスプレイ装置６に表示される画像やスピーカ７から出力する音声についても制御する。すなわち、制御装置３は、図１に示す構成を有し、データ入力部３１から入力された制御情報を基本データ記憶部３２ａおよび刺激データ記憶部３２ｂに格納しておき、これらのデータを用いて駆動装置２のアクチュエータ２３ｃを駆動する。データ入力部３１は乗馬中の人の要部の動きを分析するなどして制御情報を生成するものである。
【００２４】
基本データ記憶部３２ａおよび刺激データ記憶部３２ｂはそれぞれ半導体メモリよりなり、基本データ記憶部３２ａおよび刺激データ記憶部３２ｂに格納された制御情報に基づいて演算部３０において駆動装置２を揺動させるデータが生成される。演算部３０からは駆動装置２の各脚２３の長さに相当するデータが出力され、アクチュエータ制御部３３ａではこのデータに応じたアクチュエータ２３ｃの動作量を決め、駆動部３３ｂを介してアクチュエータ２３ｃを駆動する。駆動部３３ｂはアクチュエータ制御部３３ａで決められた動作量に基づいてアクチュエータ２３ｃへの通電を制御する。つまり、本実施形態においては、演算部３０とデータ記憶部３１とアクチュエータ制御部３３ａと駆動部３３ｂとにより制御手段が構成される。
【００２５】
ところで、基本データ記憶部３２ａや刺激データ記憶部３２ｂに格納される制御情報は、図４に示すように、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の位置Ｘi ，Ｙi ，Ｚi （ｉは正数）と、Ｚ軸回り、Ｙ軸回り、Ｘ軸回りの傾き（ヨー、ピッチ、ロール）αi ，βi ，γi （ｉは正数）との６つ組を一定時間間隔で設定したものである（図４ (ａ）は基本データ記憶部３２ａの制御情報、図４ (ｂ）は刺激データ記憶部３２ｂの制御情報）。制御情報は時系列データであり、一連の揺動パターンを形成するように設定されている。このような一連の振動パターンは十分に短い一定時間間隔で区切られ、各区切りごとに上記６つ組が設定されている。要するに、単位パターンは６つ組の時系列データにより構成されている。
【００２６】
演算部３０では図４ (ａ） (ｂ）のような制御情報に基づいて各時刻における駆動装置２の各脚２３の長さを決定する。こうして決定された脚２３の長さに応じてアクチュエータ制御部３３ａによりアクチュエータ２３ｃの動作量を決めて駆動部３３ｂを介してアクチュエータ２３ｃを駆動するのである。
【００２７】
ここに、本実施形態では、常時は基本データ記憶部３２ａに格納された制御情報を繰り返し用いて駆動装置２を制御しておき、適宜のタイミングで刺激データ記憶部３２ｂに格納された制御情報を重ね合わせて駆動装置２を制御する。つまり、基本データ記憶部３２ａに格納された制御情報を繰り返し用いて繰り返して同じ揺動パターンになるように駆動装置２を制御しているが、刺激データ記憶部３２ｂに格納された制御情報を用いることによって揺動パターンを変化させることができるのである。なお、刺激データ記憶部３２ｂに格納された制御情報の６つ組の個数は、基本データ記憶部３２ａに格納された制御情報の６つ組の個数よりも少ない。いま、図４ (ａ） (ｂ）の制御情報が格納されているものとして、時刻Ｔ１１〜Ｔ１ｎの６つ組を重ね合わせるとすれば、図４ (ｃ）のようにデータが生成されることになる。ここに、時刻Ｔ１１〜Ｔ１ｎの各６つ組には、図４ (ａ） (ｂ）における同時刻の６つ組をそれぞれ加算した値を用いている。たとえば、図４ (ｃ）における時刻Ｔ１１の値Ｘ２１は、Ｘ２１＝Ｘ０１＋Ｘ１１であり、他の値も同様である。
【００２８】
上述のようにして台座１の揺動パターンを変化させると、基本データ記憶部３２ａに格納された制御情報だけでは慣れによってバランスを保つことができるとしても、刺激データ記憶部３２ｂに格納された制御情報を与えたときにバランスを崩すから、ハンドル４を動かしたり、強く握ったり、台座１の上で常時とは異なる重心移動が生じたりする。これらの情報はセンサ５により検出できるから、センサ５の出力の変化パターン、つまり刺激データ記憶部３２ｂの制御情報を用いて台座１を駆動したときの人の反応に関する反応パターンをパターン検出部３４で検出し、反応パターンを評価部３５において評価することによって、バランス能力の程度を知ることができる。
【００２９】
パターン検出部３４は、センサ５の出力の変化の大きさや速度を検出するのであって、たとえば、ハンドル４を引いている（あるいは押している）時間、重心が所定量移動していた時間、刺激データ記憶部３２ｂの制御情報を用いてからハンドル４の位置やハンドル４を握る力に特徴的な変化が生じるまでの時間、ハンドル４に加えた力などの時間変化を反応パターンとして求める。これらの情報を用いて、判定手段としての評価部３５では統計的ないしファジー論理による処理を行なってバランス能力の指標を数値化するのである。ここに、バランス能力の指標を得るために、多人数について測定を行ない、測定結果の平均値を求めるなどの統計的処理を施す。
【００３０】
いま、一定時間内にハンドル４に所定値以上の力を加える（押すか引く）回数をバランス能力の指標として用いるものとする。図５に示すように、刺激データ記憶部３２ｂに格納した制御情報を与え始めることにより駆動変化を開始した後（Ｓ１）、ハンドル４に所定値以上の力が作用したか否かを判断する（Ｓ２）。ここで、バランス能力の指標として点数を用いとすれば、点数の上限値から減点法でバランス能力を評価することができる。たとえば、所定値以上の力が作用したときにはバランスを崩したと考えられるから減点するのであり（Ｓ３）、刺激データ記憶部３２ｂに格納された制御情報による駆動が終了した時点で（Ｓ４）、バランス能力の評価を終了する（Ｓ５）。たとえば、図６ (ａ）に示すように、ハンドル４に所定値以上の力が作用するか否かを判断し、力が作用したときをオン、作用しないときをオフとする。図５の手順で評価すれば、図６ (ｂ）のようにオンの回数が多いほど点数が下がるのであって、バランス能力を指標化することができる。
【００３１】
上述のように台座１としては馬形のものを用いることができ、この場合にはハンドル４に代えて手綱を設ければよい。また、基本データ記憶部３２ａに格納された制御情報としては、馬の歩様を模擬するように、常歩、速歩、駆歩などに対応する一連のパターンを用い、常時はこれを繰り返すようにすればよい。ここで、図７に示すように、常歩Ｗ１と速歩Ｗ２とではパターンが大きく変化するから、安全性を考慮して、パターンを変更するときには、つなぎパターンＷ３を間に挿入する。このようにして、パターンの変化を滑らかに行なうことができる。
【００３２】
なお、ディスプレイ装置６に表示される画像は、画像記憶部３６に格納しておき演算部３０で台座１の駆動に連動するように制御すればよく、またスピーカ７から出力される音声は、音声記憶部３７に格納しておき演算部３０でディスプレイ装置６の画面表示に合うように制御すればよい。ディスプレイ装置６に表示する画像は実写あるいはコンピュータグラフィックスを用いる。実写映像は主観移動により撮影されたものを用いる。画像記憶部３６や音声記憶部３７には大容量が必要であるから、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスクなどを記録媒体とする記憶装置を用いるのが望ましい。とくに、記録媒体を交換可能としておけば、ディスプレイ装置６の表示内容やスピーカ７から出力される音声の内容を容易に変えることができ、単調さを緩和することができる。
【００３３】
（参考例）
実施形態１では、ディスプレイ装置６は単調さを緩和するために用いているだけであるが、本例ではディスプレイ装置６の表示内容によって人に何らかの動作を促し、揺動中の台座１の上での動作に対応させることでバランス能力の程度を測定できるようにしている。つまり、ディスプレイ装置６の表示内容に対して人がどのように動作するかのルールを決めておき、ルールに従った動作を人が行なえるか否かによってバランス能力の程度を測定しようとするものである。この方法によってゲーム性を与えることができ、バランス能力の測定を楽しみながら行なうことが可能になる。
【００３４】
本例では、図８に示すように、挿入画像記憶部３８およびスーパーインポーズ処理部３９を設ける。挿入画像記憶部３８は画面内に適宜に表示する画像を記憶しており、スーパーインポーズ処理部３９を通して画像記憶部３６からの画像に重ね合わせるものである。たとえば、ゲーム性を与えるために、ハードル、毒りんごと普通のりんごのようなものを表示し、ハードルが表示されたときには飛び越える動作を行ない、毒りんごなら避ける動作を行ない、普通のりんごなら取る動作を行なうというようにルールを決めておくのである。ここに、これらの動作は重心移動を伴うものが望ましいが、バランス能力の低い人には揺動中の台座１の上で指先で釦を操作するだけでも難しいから、必ずしも重心移動を伴う動作でなくてもよい。つまり、ルールは各人のバランス能力の程度を考慮して設定することが可能である。なお、本例では刺激データ記憶部３２ｂは設けなくてもよい。
【００３５】
この種のスーパーインポーズを伴うもののほか、人に動作を指示する表示としては、ディスプレイ装置６の画面に道を表示しておき、道に分岐や傾斜を設け、これらの道の変化に応じた操作をハンドル４で行なうようにルールを決めておいてもよい。とくに、馬を模擬する場合には、手綱の引き方にルールを設定しておき、たとえば右側を引けば右に曲がり、左側を引けば左に曲がり、引きの強さで傾斜に対応するというようなルールを決めておく。このように馬を模擬する場合のバランス能力の程度の測定手順を図９に示す。
【００３６】
ここにおいて、センサ５での測定値を定量的に評価するために、手綱を引いている時間、重心が所定量移動していた時間、画像を表示してから手綱を所定量引くまでの反応時間、手綱を引いた力、画像を表示したときの駆動装置２の移動速度（これは台座１の移動速度が大きいほど操作が難しくなるからである）などの情報の時間変化を反応パターンとして用いる。
【００３７】
いま、何らかの指示がディスプレイ装置６に表示されるとすると（Ｓ１）、まず手綱を引いたか否かが判断され（Ｓ２）、引いていれば引き方が正しいか否かが判断される（Ｓ３）。正しくない場合には減点し（Ｓ４）、指示が終了すれば (Ｓ５) 終了する。また、ステップＳ２において手綱を引いておらず、しかも指示が終了していないのであれば（Ｓ６）、減点する（Ｓ７）。このようにして減点法で指標化すればバランス能力を客観的に評価することができる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【００３８】
上述した実施形態１、参考例では人の反応を検出するセンサ５を人が搭乗する台座１に設けてセンサ５により人の重心位置を検出するようにしていたが、図１０に示すように、ディスプレイ装置６の両側に配置した２台の撮像装置８を用いるとともに、両撮像装置８により撮像した２つの画像の視差を利用して３次元の情報を得る画像処理装置（図示せず）を用いてセンサ５を構成してもよい。撮像装置８にはＴＶカメラを用いている。画像処理装置では２つの画像内における共通の対象に対する画素の位置を抽出し、両画素の位置関係に基づいて３次元空間内における対象物の位置を求める。また、画像処理装置では画像内で位置に変化が生じない部位と位置変化が生じる部位とを分離することにより背景から人に関する情報を分離する。このようにして、人の動きを連続的に検出することが可能になる。しかもセンサ５は台座１とは別に設けられ人の動きを非接触で検出することができるから、台座１や人にセンサ５を取り付ける必要がなく、人に何らかのマーカを付ける必要もないのであって、センサ５を人に意識させることなく人の動きの検出が可能になる。ここに、人のどの部位の動きを検出するかは画像処理装置において任意に指示することができ、たとえば頭部や肩の動きのみを抽出することができる。
【００３９】
撮像装置８と画像処理装置とをセンサとして用いる場合には、抽出した動きの大きさ、安定性、応答性のうちの少なくとも１つの要素を用いてバランス能力を判断することができる。
【００４０】
動きの大きさは、台座１を揺動させたときの人の頭部や肩の揺れの振幅を意味する。一般に、バランス能力が高いほど台座１の揺動に対する頭部や肩の揺れの振幅は小さいから、振幅に対して閾値を設定しておき、あらかじめ定めたプログラムに従って台座１を駆動したときに、台座１の駆動期間中で閾値を超える期間を計測すれば、この期間が短いほどバランス能力が高いと判定することができる。振幅に対する閾値は実験的に決定されるものであり、実際には振幅について複数人のデータを収集し、データの収集対象となった人のバランス能力を勘案して閾値を決定する。
【００４１】
図１１〜図１３は、馬の常足を模擬して台座１を揺動させた場合について、それぞれ異なる人の頭部の揺れの程度を上述のセンサ５を用いて測定した結果を示す。図１１は２９歳で乗馬部に所属する男性、図１２は５８歳で乗馬経験のない男性、図１３は６３歳で乗馬経験のない男性について測定した結果である。各図における▲１▼のデータは左右の揺れ（上が右）、▲２▼のデータは前後の揺れ（上が前）を示す。また、画像のピクセル数は左右について１６０ピクセル、前後については１２０ピクセルとした。各図の横軸の数値は画像のフレーム数を示し、１フレームは１／３３秒とした。さらに、各図では台座１を揺動させる振幅を３段階に変化させた例を示してあり、各振幅を左右３区画で示している。つまり、左の区画はもっとも振幅が大きく、この振幅を１０の振幅とすれば、中央の区画は８の振幅、右の区画は６の振幅としてある。ここに、撮像装置８は台座１の振動の影響を受けないように天井から吊下した。
【００４２】
各図を比較するとわかるように、図１１の例では台座１の振幅の大きさに応じて頭部の揺れの大きさも変化し、振幅の変化は安定しておりリズムに乱れはないと言える。また、図１２の例では台座１の振幅の大きさの変化に対して頭部の揺れの大きさの変化は少ないが、振幅の変化は安定しておりリズムに乱れは少ない。図１３の例では台座１の振幅の大きさに応じて頭部の揺れの大きさも変化する傾向にはあるが、台座１の振幅とは関係なく頭部の揺れが大きくなる場合もあり、振幅の変化は不安定でリズムに乱れがある。さらに、図には表していないが、台座１が揺動してから頭部が揺れるまでの遅れ時間（つまり応答性）も各個人によって異なる。
【００４３】
したがって、人の動きの大きさ、安定性、応答性はバランス能力の判定に用いることができる。いま、人の頭部（肩部でもよい）の揺れの大きさを用いてバランス能力を判断するとすれば、図１４に示す手順になる。すなわち、まず複数人について台座１の揺動のパターンと頭部の揺れのパターンとを格納した測定データファイルＦ１に基づいて頭部の振幅に対する閾値を決定する（Ｓ１）。測定データファイルＦ１に格納されているデータについては、バランス能力の程度が既知であるから、測定データファイルＦ１に格納されたデータを参考にしてバランス能力の判断基準となる適宜の閾値を設定する。その後、台座１に人を搭乗させた状態で台座１の揺動を開始させる（Ｓ２）。ここで、人の頭部の揺れの程度を上述したセンサ５により検出し、センサ５により検出した頭部の揺れの振幅をステップＳ１で設定した閾値とサンプリング毎に比較する（Ｓ３）。頭部の揺れの振幅が閾値以上であるときには、その回数を計数してカウントファイルＦ２に格納する（Ｓ４）。このような処理を、あらかじめ定めた駆動のプログラムが終了するまで継続し（Ｓ５）、プログラムの終了後にカウントファイルＦ２に格納した計数値に基づいて台座１に搭乗した人のバランス能力を判定する（Ｓ６）。つまり、バランス能力が高いほど計数値は小さくなるから、計数値の大小によってバランス能力を客観的に評価することができる。
【００４４】
バランス能力の判定に安定性を用いる場合には、図１５に示す手順になる。安定性を判断するには個々人におけるリズム（つまり頭部の揺れのパターン）の変化を知る必要があるから、揺れのパターンを数値化するために、パターンを一定期間毎にフーリエ変換して、振幅、周波数、位相を求める。すなわち、図１５のように、台座１に人を搭乗させた状態で台座１の揺動を開始させ（Ｓ１）、この状態でパターンをサンプリング毎に数値化し、数値化したパターンをパターンファイルＦ３に格納する（Ｓ２）。次に、パターンファイルＦ３に格納された数値に基づいて適宜の代表値を決定する（Ｓ３）。代表値は台座１を駆動している期間に適宜周期で設定され、パターンファイルＦ３に格納した値のうちの数種類の値についての移動平均などを用いることができる。求めた代表値は代表値ファイルＦ４に格納される。代表値を求めた後にはステップＳ２において得たパターンを代表値と比較し（Ｓ４）、代表値と異なるときにはその回数を計数する（Ｓ５）。ここで、代表値には適宜の幅を持たせておき、ステップＳ２で求めた値が幅内であれば代表値に一致すると判断する。このような処理を、あらかじめ定めた駆動のプログラムが終了するまで継続し（Ｓ６）、プログラムの終了後に計数値に基づいて台座１に搭乗したバランス能力を判定する（Ｓ７）。すなわち、バランス能力が高いほど揺れのパターンに変化が生じないから、ステップＳ５における計数値は小さくなるのであり、計数値の大小によってバランス能力を客観的に評価することができる。
【００４５】
バランス能力の判定に応答性を用いる場合には、図１６に示す手順になる。すなわち、応答性については揺れの大きさと同様に、複数人について台座１の揺動のパターンと頭部の揺れのパターンとを格納した測定データファイルＦ１に基づいて台座１の駆動に対する頭部の揺れの時間差に関しての閾値を決定する（Ｓ１）。測定データファイルＦ１に格納されているデータはバランス能力の程度が既知であるから、測定データファイルＦ１に格納されたデータに基づいてバランス能力の判断基準となる閾値を決定することができる。その後、台座１に人を搭乗させた状態で台座１の駆動を開始させる（Ｓ２）。ここで、台座１の駆動と人の頭部の揺れとの時間差をサンプリング毎に求め、時間差ファイルＦ５に格納する（Ｓ３）。求めた時間差をステップＳ１で求めた閾値と比較し（Ｓ４）、求めた時間差がステップＳ１で求めた閾値を超える場合には、その回数を計数する（Ｓ５）。このような処理を、あらかじめ定めた駆動のプログラムが終了するまで継続し（Ｓ６）、プログラムの終了後に計数値に基づいて台座１に搭乗したバランス能力を判定する（Ｓ７）。すなわち、バランス能力が高いほど台座１の駆動から頭部が揺れるまでの時間差が小さいと考えられるから、ステップＳ５における計数値は小さくなるのであり、計数値の大小によってバランス能力を客観的に評価することができる。
【００４６】
上述した揺れの大きさ、安定性、応答性は個々にバランス能力の判定に用いてもよいが、これらを適宜に組み合わせることによって総合的にバランス能力を判定するようにしてもよい。ただし、複数種類の判定値を組み合わせるときには、重み付き加算などによってバランス能力を判断することが必要である。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１の発明の構成によれば、常時は台座を一連の揺動パターンで繰り返して揺動させ、揺動している台座に乗っている人がバランスを保っている期間中の適宜のタイミングで揺動パターンを変化させるから、揺動パターンの変化に対してバランスを崩した程度やバランスを崩してからバランスを保つ状態に戻るまでの時間などを検出することにより、バランス能力の高さを評価することができる。
【００５０】
請求項２の発明の構成によれば、バランス能力を容易に評価することができる。
【００５１】
請求項３の発明の構成によれば、常時は基本データ記憶部に格納された制御情報を繰り返し用いて台座を一連の揺動パターンで繰り返して揺動させ、揺動している台座に乗っている人がバランスを保っている期間中の適宜のタイミングで刺激データ記憶部に格納した制御情報を用いて台座の揺動パターンを変化させるから、揺動パターンの変化に対してバランスを崩した程度やバランスを崩してからバランスを保つ状態に戻るまでの時間などを検出することにより、バランス能力の高さを評価することができる。
【００５２】
請求項４の発明の構成によれば、台座とは別にセンサが設けられ、かつセンサによって非接触で人の所望部位の動きを検出するから、台座に搭乗した人にセンサを意識させることなく人の動きを検出することができるという利点がある。
【００５３】
請求項５の発明の構成によれば、人の動きの振幅によってバランス能力を定量的かつ客観的に評価することが可能になる。
【００５４】
請求項６の発明の構成によれば、人の動きのパターンに基づいてバランス能力を客観的に評価することができる。
【００５５】
請求項７の発明の構成によれば、台座の動きと人の動きとの時間差に基づいてバランス能力を数値化して客観的に評価することができる。
【００５６】
請求項８の発明の構成によれば、複数種類の判定条件を用いることで、バランス能力についてより正確な評価が可能になる。
【００５９】
請求項９の発明の構成によれば、バランス能力を容易に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１を示すブロック図である。
【図２】 同上の全体構成を示す斜視図である。
【図３】 同上に用いる駆動装置を示す斜視図である。
【図４】 同上に用いる制御情報を示す図である。
【図５】 同上における測定手順を示す図である。
【図６】 同上の動作説明図である。
【図７】 同上の動作説明図である。
【図８】 参考例を示すブロック図である。
【図９】 同上における測定手順を示す図である。
【図１０】 異なる形態のセンサを示し、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部側面図である。
【図１１】 図１０に示したセンサによる測定結果を示す図である。
【図１２】 図１０に示したセンサによる測定結果を示す図である。
【図１３】 図１０に示したセンサによる測定結果を示す図である。
【図１４】 図１０に示したセンサを用いる場合の動作説明図である。
【図１５】 図１０に示したセンサを用いる場合の動作説明図である。
【図１６】 図１０に示したセンサを用いる場合の動作説明図である。
【符号の説明】
１ 台座
２ 駆動装置
４ ハンドル
５ センサ
６ ディスプレイ装置
３２ａ 基本データ記憶部
３２ｂ 刺激データ記憶部
３４ パターン検出部
３５ 評価部
Claims (9)
- 一連の揺動パターンで繰り返して揺動駆動されている座席状の台座に乗っている人がバランスを保っている期間中の適宜のタイミングで、台座の揺動パターンを変化させ、揺動パターンを変化させた後の人の反応を検出し、検出された反応パターンに基づいてバランス能力を判定することを特徴とするバランス能力判定方法。
- 前記反応パターンは、揺動パターンを変化させた後にバランスを保つように動作するまでの時間、揺動パターンを変化させた後にバランスを崩している時間、揺動パターンを変化させたときの移動量、揺動パターンの変化の程度と反応までの時間の少なくとも１要素であることを特徴とする請求項１記載のバランス能力判定方法。
- 人が乗る座席状の台座と、制御情報を用いて制御され台座を揺動駆動する駆動手段と、繰り返し用いる制御情報を格納した基本データ記憶部と、基本データ記憶部に格納された制御情報に重ね合わせて用いる制御情報を格納した刺激データ記憶部と、人の反応を検出するセンサと、基本データ記憶部の制御情報を駆動手段に繰り返し与えることにより一連の揺動パターンで繰り返して揺動駆動されている台座に乗っている人がバランスを保っている期間中の適宜のタイミングで、刺激データ記憶部の制御情報を基本データ記憶部の制御情報に重ね合わせて駆動手段を揺動させることにより台座の揺動パターンを変化させ、揺動パターンを変化させた後にセンサにより検出される反応パターンに基づいてバランス能力を判定する判定手段とを備えることを特徴とするバランス能力判定装置。
- 前記センサは、台座とは別に設けられ台座に乗っている人を撮像した画像の時間変化から人の所望部位の動きを非接触で検出することを特徴とする請求項３記載のバランス能力判定装置。
- 前記判定手段は、前記センサにより検出された所望部位の動きの振幅が規定の閾値を超える期間を求め、この期間が短いほどバランス能力が高いと判定することを特徴とする請求項４記載のバランス能力判定装置。
- 前記判定手段は、前記センサにより検出された所望部位の動きについて短時間内のパターンを抽出し、パターンの変化が少ないほどバランス能力が高いと判定することを特徴とする請求項４記載のバランス能力判定装置。
- 前記判定手段は、前記センサにより検出された所望部位の動きについて台座の動きとの時間差を求め、この時間差が小さいほどバランス能力が高いと判定することを特徴とする請求項４記載のバランス能力判定装置。
- 請求項５ないし請求項７のいずれかに記載のバランス能力判定装置に用いる判定手段のうちの複数を組み合わせてバランス能力を判定することを特徴とするバランス能力判定装置。
- 前記台座は人が手で持つ握り部を備え、前記センサは、握り部を掴むときの力、握り部を押し引きする力、人の重心位置の少なくとも１要素を検出することを特徴とする請求項３記載のバランス能力判定装置。
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