JP6127302B2 - 運動補助装置、運動補助方法、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、運動補助装置、運動補助方法、プログラムに関する。

病院においては来院患者、入院患者の筋力状態の判断や、それら患者の筋力増強のための運動（リハビリ等）を患者自ら医師に頼らずに簡易に行うことが出来るようになることが求められている。また家庭においても健康寿命の延伸の観点から個人が筋力増強、体力維持のための運動を行うことが必要である。

ここで、関連技術として身体部位の位置や生体情報をワイヤレスで取得することのできる技術が特許文献１に開示されている。また関連技術として麻痺患者のリハビリや歩行訓練における事故を軽減することのできる技術が特許文献２に開示されている。

特開２００５−１２１４２７号公報 特許第４５８１０８７号公報

ここで被測定者の筋力状態の判断や筋力増強のための運動を患者等が行う場合、その運動における姿勢が、当該運動による効果を効率よく得るために重要な要素となっている。そして、このように被測定者の筋力状態の判断や、筋力増強のための運動を患者等の被測定者自ら行う場合には、運動に応じた良い姿勢で当該運動を行っていることを被測定者自ら簡易に認識できるようにすることが求められている。

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる運動補助装置、運動補助方法、プログラムを提供することを目的としている。

本発明の第１の態様によれば、運動補助装置は、運動をしているユーザの運動姿勢を前記ユーザのセンシング情報に基づいて検出する運動時姿勢検出部と、前記ユーザの運動姿勢が前記運動時の定められた運動姿勢であるかを判定する運動時姿勢判定部と、を備え、前記運動時姿勢検出部は、少なくとも前記ユーザの床から離れた足の足先端位置に基づいて前記ユーザの運動姿勢を検出し、前記運動時姿勢判定部は、前記床から離れた足の足先端位置の床からの高さが目標高さ以上となることが所定時間以上続く運動であり、かつ、その運動において前記床から離れた足側の脚の膝下の軸線方向と他方の脚の軸線に沿った垂直線の方向とが一致し、前記床から離れた足側の脚の大腿部の軸線の前記垂直線に対する成す角度が所定角度以上である片足立ちの運動姿勢であるかを判定することを特徴とする。

上述の運動補助装置において、前記運動時姿勢検出部は、少なくとも床から離れた足の前記足先端位置に基づいて前記ユーザの片足立ちの運動姿勢を検出し、前記運動時姿勢判定部は、前記床から離れた足の足先端位置の床からの高さが目標高さ以上となることが繰り返される反復運動であり、かつ、その反復運動において前記床から離れた足側の脚の大腿部の軸線の垂直線に対する成す角度が所定角度以上である片足立ちの運動姿勢であるかを判定してよい。

上述の運動補助装置において、前記運動時姿勢検出部は、前記ユーザの頭部位置の目標位置であって前記ユーザの身長より低い目標位置を算出し、少なくとも前記頭部位置と、前記ユーザの足先端位置と、膝位置と、前記目標位置とに基づいて前記ユーザの運動姿勢を検出し、前記運動時姿勢判定部は、前記頭部位置が前記目標位置以下となることが繰り返される反復運動であり、その反復運動の間に前記頭部位置と前記足先端位置と前記膝位置との水平方向の距離に基づいて、前記頭部位置と前記膝位置との示す特徴点が、前記足先端位置を通る軸線上に位置すると判定される所定距離範囲内のスクワットの運動姿勢であるかを判定してよい。

上述の運動補助装置において、さらに、前記ユーザの運動姿勢に応じたサポート情報を出力するサポート情報出力部を備えてよい。

上述の運動補助装置において、前記サポート情報出力部は、前記ユーザの運動姿勢が反復運動に非適正な姿勢であると判定した場合に前記サポート情報を出力してよい。

上述の運動補助装置において、さらに、前記反復運動の反復回数を判定する反復回数判定部と、を備え、前記サポート情報出力部は、前記反復回数が定められた反復回数に達した場合に前記反復運動の終了の指示を出力してよい。

上述の運動補助装置において、さらに、ユーザの体格情報を取得する体格情報取得部を備え、前記運動時姿勢検出部は、前記体格情報を用いて前記目標位置を算出してよい。

上述の運動補助装置において、さらに、前記ユーザの少なくとも大腿位置に取り付けられた大腿角度判定センサとを備え、前記運動時姿勢判定部は、前記大腿角度判定センサから得た前記センシング情報に基づいて前記大腿部の軸線の前記垂直線に対する成す角度を検出してよい。

上述の運動補助装置において、さらに、前記ユーザの撮影画像を前記センシング情報として取得する撮影画像処理部とを備え、前記運動時姿勢検出部は、前記ユーザの撮影画像に基づいて、前記ユーザの足先端位置を検出し、前記運動時姿勢判定部は、前記ユーザの撮影画像に基づいて、前記ユーザの大腿部の軸線の垂直線に対する成す角度を検出してよい。

本発明の第２の態様によれば、運動補助方法は、運動補助装置の運動時姿勢検出部が、運動をしているユーザの運動姿勢を前記ユーザのセンシング情報に基づいて検出し、運動補助装置の運動時姿勢判定部が、前記ユーザの運動姿勢が前記運動時の定められた運動姿勢であるかを判定し、前記運動時姿勢検出部は、少なくとも前記ユーザの床から離れた足の足先端位置に基づいて前記ユーザの運動姿勢を検出し、前記運動時姿勢判定部は、前記床から離れた足の足先端位置の床からの高さが目標高さ以上となることが所定時間以上続く運動であり、かつ、その運動において前記床から離れた足側の脚の膝下の軸線方向と他方の脚の軸線に沿った垂直線の方向とが一致し、前記床から離れた足側の脚の大腿部の軸線の前記垂直線に対する成す角度が所定角度以上である片足立ちの運動姿勢であるかを判定することを特徴とする。
本発明の第３の態様によれば、プログラムは、運動補助装置のコンピュータを、運動をしているユーザの運動姿勢を前記ユーザのセンシング情報に基づいて検出する運動時姿勢検出手段、前記ユーザの運動姿勢が前記運動時の定められた運動姿勢であるかを判定する運動時姿勢判定手段、として機能させ、前記運動時姿勢検出手段は、少なくとも前記ユーザの床から離れた足の足先端位置に基づいて前記ユーザの運動姿勢を検出し、前記運動時姿勢判定手段は、前記床から離れた足の足先端位置の床からの高さが目標高さ以上となることが所定時間以上続く運動であり、かつ、その運動において前記床から離れた足側の脚の膝下の軸線方向と他方の脚の軸線に沿った垂直線の方向とが一致し、前記床から離れた足側の脚の大腿部の軸線の前記垂直線に対する成す角度が所定角度以上である片足立ちの運動姿勢であるかを判定する。

本発明によれば、筋力状態の判断や、筋力増強のための運動を患者等の被測定者が自らその測定を行うにあたり、被測定者が運動に応じた良い姿勢で当該運動を行っていることを簡易に認識することができる。

本発明の第一の実施形態による運動補助装置を含む運動補助システムを示す図である。 本発明の第一の実施形態による運動補助装置の機能ブロック図である。 本発明の第一の実施形態による運動補助装置の処理フローを示す図である。 本発明の第二の実施形態による運動補助装置を含む運動補助システムを示す図である。 本発明の第二の実施形態による運動補助装置の処理フローを示す図である。

以下、本発明の第一の実施形態による運動補助装置、および当該運動補助装置による運動補助方法を図面を参照して説明する。
図１は同実施形態による運動補助装置を含む運動補助システムを示す図である。
この図において、符号１は運動補助装置である。運動補助装置１はカメラ１０Ａ，１０Ｂと、モニタ１００とが通信接続されている。カメラ１０Ａ，１０Ｂは被測定者（ユーザ）２を撮影する。カメラ１０Ａ，１０Ｂは撮影した被測定者２の画像を運動補助装置１へ出力する。運動補助装置１はカメラ１０Ａ，１０Ｂから入力した撮影画像をモニタ１００に出力すると共に、被測定者２のセンシング情報や、撮影画像から算出した情報をモニタ１００に出力する。

モニタ１００はそれら撮影画像やセンシング情報、運動補助装置１で算出された情報を入力して表示する。本実施形態においては運動補助装置１を、カメラ１０やモニタ１００とを区別して説明しているが、運動補助装置１、カメラ１０Ａ，１０Ｂ、モニタ１００の組み合わせを運動補助装置（運動補助システム）と称してもよい。

運動補助装置１の機能は、ゲーム機、テレビ等にハードウェアによる機能またはソフトウェアよる機能として組み込まれていてもよい。図１で示す例においては図示する便宜上、カメラ１０Ａの位置が図中の被測定者２の下部に示されているが、それは被測定者２の側面からカメラ１０Ａが当該被測定者を撮影していることを意味する。また図１で示す例においては、カメラ１０Ｂは正面（被測定者の視線方向に正対した位置）から被測定者を撮影していることを意味する。

本実施形態における運動補助装置１は、被測定者２のスクワット運動の補助の為の処理を行う。運動補助装置１はモニタ１００に図１で示すような被測定者２の横撮影画像（カメラ１０Ａで撮影した画像）を出力するとともに、目標位置Ｇ、被測定者２の特徴点２１（所望の体位置である頭部位置），特徴点２２，特徴点２３、第一軸線（垂直軸線）４１の情報を出力する。するとモニタ１００は、図１で示すような被測定者２の横撮影画像に、目標位置Ｇ、特徴点２１，２２，２３の位置、第一軸線４１を重ねて表示する。運動補助装置１は被測定者２を前方から撮影した前撮影画像（カメラ１０Ｂで撮影した画像）を出力するようにしてもよい。

目標位置Ｇ、特徴点２１，２２，２３，第一軸線４１は、運動補助装置１が被測定者２から入力された情報に基づいて、またはカメラ１０Ａ，１０Ｂから入力した撮影画像に基づいて算出した情報である。被測定者２は図１に示すように大腿部に大腿角度判定センサ３を取り付けていてもよい。この大腿角度判定センサ３（運動状態判定センサ）は、現在の大腿部の角度を判定し、その判定した角度の情報を無線通信を用いて運動補助装置１へ送信する装置である。運動補助装置１は大腿角度判定センサ３から入力した角度情報に基づいて、被測定者２のスクワット運動における運動時姿勢を判定する。また運動補助装置１は特徴点２１と目標位置Ｇの位置関係や、特徴点２１，２２，２３と第一軸線４１の位置とに基づいても運動時姿勢を判定する。特徴点２１は被測定者２の画面の鼻付近、特徴点２２は大腿部の一部である膝など、特徴点２３はつま先付近（足先端位置）において特定される位置である。

図２は本実施形態による運動補助装置の機能ブロック図である。
図２で示すように本実施形態による運動補助装置１は、制御部１１、通信部１２、入出力部１３、横撮影画像処理部１４、前撮影画像処理部１５、体格情報取得部１６、運動時姿勢検出部１７、運動時姿勢判定部１８、反復回数判定部１９、サポート情報出力部２０の各機能部を備えている。当該各機能部は、運動補助装置１に備わる記憶部に記憶されたプログラムを、運動補助装置１のコンピュータがＣＰＵを用いて実行することにより、運動補助装置１に構成される各機能に対応する処理部である。運動補助装置１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの記憶部を備えている。

制御部１１は運動補助装置１に構成された各機能部を制御する機能部である。
通信部１２はカメラ１０Ａ，１０Ｂやモニタ１００等の装置と通信を行う機能部である。
入出力部１３は運動補助装置１に対して入力された情報の他の機能部への受け渡しや、各機能部から取得した情報の外部への出力を行う機能部である。
横撮影画像処理部１４はカメラ１０Ａから入力した撮影画像を処理する機能部である。
前撮影画像処理部１５はカメラ１０Ｂから入力した撮影画像を処理する機能部である。
体格情報取得部１６は被測定者２の体格情報を取得する機能部である。
運動時姿勢検出部１７は反復運動をしている被測定者２の運動姿勢を、被測定者２の体格情報とセンシング情報とに基づいて検出する機能部である。
運動時姿勢判定部１８は被測定者２の運動姿勢が、定められた反復運動時の運動姿勢であるかを判定する機能部である。
反復回数判定部１９は反復運動の反復回数を判定する機能部である。
サポート情報出力部２０は、反復運動を行う際のサポート情報を出力する機能部である。
図１、図２で示す運動補助装置１は、被測定者２の筋力状態の判断や、筋力増強のための運動（リハビリ等）を被測定者２自ら簡易に行う機能を提供する。

図３は第一の実施形態による運動補助装置の処理フローを示す図である。
次に図３を用いて運動補助装置１の処理の詳細について説明する。
運動補助装置１はモニタ１００にメニュー画面を表示している。当該メニュー画面では、運動指定ボタン、体格情報入力ボタン、ユーザ登録ボタン等の仮想的なボタンのアイコンがモニタ１００に表示されている。ユーザはそれらボタンのアイコンを、操作装置を用いて選択する。操作装置は、マウスやリモートコントローラなどの操作装置であってもよいし、モニタ１００にタッチパネル機能が操作装置としても設けられていてもよい。被測定者２はメニュー画面において体格情報入力ボタンを押下し、その後にモニタ１００に表示される各入力欄に、自身の身長、体重、年齢などの体格情報を入力する。これらの入力において被測定者２は操作装置を用いて入力する。体格情報は運動補助装置１の体格情報取得部１６が入出力部１３より取得して（ステップＳ１０１）、メモリ等に一次記録する。また被測定者２は運動指定ボタンと、その運動指定ボタンに対する押下操作後に表示されるスクワット運動の指定ボタンを押下操作し、スクワット運動の処理の開始の指示を、操作装置とモニタ１００とを用いて運動補助装置１に入力する。モニタ１００において入力された情報は信号に変換されて運動補助装置１へ出力される。

運動補助装置１はスクワット運動の処理の開始指示を、入出力部１３を介して入力する（ステップＳ１０２）。すると制御部１１がカメラ１０Ａ，１０Ｂを起動し、入出力部１３がそれぞれのカメラから撮影画像を入力する。そして制御部１１は、横撮影画像処理部１４へ横撮影画像（カメラ１０Ａで撮影した画像）を出力し、前撮影画像処理部１５へ前撮影画像（カメラ１０Ｂで撮影した画像）を出力する。横撮影画像処理部１４は、モニタ１００に横撮影画像を出力する。これによりモニタ１００は横撮影画像を表示する（ステップＳ１０３）。前撮影画像処理部１５は、モニタ１００に前撮影画像を出力する。なお運動補助装置１は少なくとも横撮影画像を出力すればよい。なお通常はモニタ１００に正対して（モニタ１００が位置する方向を向いて）被測定者２が立つことを想定しているが、被測定者２がモニタ１００を見た方向から９０度の角度をつけた方向に向かって被測定者２が立ち、その画像を撮影してもよい。その場合はカメラ１０Ｂが被測定者２の横撮影画像を撮影し、そのカメラ１０Ｂから出力された情報を横撮影画像処理部１４が画像処理することとなる。

制御部１１の制御に基づいて運動時姿勢検出部１７は、体格情報取得部１６から体格情報を取得して目標位置Ｇが示す高さを算出する（ステップＳ１０４）。例えば目標位置Ｇが身長の６０％の高さｈ１である場合、運動時姿勢検出部１７は身長に０．６を乗じて目標位置Ｇを算出する。また運動時姿勢検出部１７は被測定者２の足のつま先の位置を画像処理により検出し、その位置を特徴点２３と特定する（ステップＳ１０５）。そして運動時姿勢検出部１７は、特徴点２３を通る垂直線（画像から特定した空間座標において床に垂直な線の情報）を第一軸線４１と特定し（ステップＳ１０６）記憶する。また運動時姿勢検出部１７は入力した横撮影画像を画像処理して特徴点２１と特徴点２２を検出する（ステップＳ１０７）。運動時姿勢検出部１７は入力した前撮影画像を画像処理して特徴点２１，２２，２３を検出するようにしてもよい。

特徴点２１の検出においては、例えば運動時姿勢検出部１７は、デジタルカメラ等で用いられている顔認識技術を用いて画面位置を特定する。そして運動時姿勢検出部１７は、一例として、顔面位置として特定される画面範囲の所定の位置（例えば中心点）と、事前に定めた鼻位置の中心点からの相対距離や相対角度などに基づいて、鼻の位置を特徴点２１と特定する。
また特徴点２２の検出においては、例えば運動時姿勢検出部１７は、大腿軸線５２、膝下軸線５３を特定し、大腿軸線５２と膝下軸線５３との交点を特徴点２２（大腿部位置）と特定する。
また特徴点２３の検出においては、例えば運動時姿勢検出部１７は、膝下軸線５３と床との交点や、その交点と予め設定されたつま先までの相対距離とに基づいてつま先位置を検出し、そのつま先位置を特徴点２３と特定する。

運動時姿勢検出部１７は、被測定者２の身体に対応する画素を撮影画像から検出し、その画素の範囲や形状に基づいて大腿軸線５２や、膝下軸線５３の３次元空間における当該軸線を示す直線方程式や、空間ベクトルを算出してよい。そしてこの直線方程式や空間ベクトルを用いて上記のように特徴点２２，２３を算出する。運動時姿勢検出部１７は同様に体幹軸線５１の直線方程式や空間ベクトルを算出して何等かの処理に利用してよい。運動時姿勢検出部１７は、特定した特徴点２１，２２，２３の空間座標を、運動姿勢の情報としてメモリ等に記録する。つまりこれにより運動時姿勢検出部１７は、被測定者の運動時姿勢を検出したものとする。
運動時姿勢検出部１７は、これら運動時姿勢の情報を所定のタイミングで繰り返し特定する。例えば所定のタイミングは１秒間に複数回である。このタイミングの繰り返し間隔は適宜設定できる。

運動時姿勢検出部１７は運動時姿勢を検出すると、運動時姿勢判定部１８に処理の開始を指示する。すると運動時姿勢判定部１８は、特徴点２１の現在の空間座標が示す高さＨ１と、目標位置が示す高さｈ１とを用いて、Ｈ１≦ｈ１であるかを判定する（ステップＳ１０８）。運動時姿勢判定部１８はＨ１≦ｈ１であると判定した場合、被測定者がスクワットを１回行ったとして、その回数をカウントし、メモリの回数の値を１の値だけ増加させる更新処理を行う（ステップＳ１０９）。

また運動時姿勢判定部１８は横撮影画像から被測定者２を横から見た場合の二次元の画像を認識し、その画像中の原点を基準とした座標のうち、特徴点２１の水平方向（被測定者が首を回していない状態における前方視線方向に平行な方向）の位置を示す座標（ｘ座標）と、特徴点２３の水平方向の位置を示す座標（ｘ座標）の差を算出する。そして運動時姿勢判定部１８はその差が所定の距離範囲内かを判定して、その判定結果の情報を記録する（ステップＳ１１０）。例えば運動時姿勢判定部１８は、第一軸線４１と、床の交点を原点とし、横撮影画像における水平方向をｘ、垂直方向をｙとする仮想平面において、それら２つの特徴点２１，２３が垂直な直線状またはほぼその垂直な直線状に位置すると判定できる場合の所定の距離範囲の情報をメモリに記録しておく。そして運動時姿勢判定部１８はこの距離範囲の情報と、特徴点２１，２２が示す座標の、水平方向ｘの距離とを比較して、所定の距離範囲内かを判定する。運動時姿勢判定部１８は、特徴点２１と特徴点２３が示す座標の水平方向ｘの距離が所定の距離範囲内であれば、それら二つの特徴点が第一軸線４１上にある（垂直またはほぼ垂直な直線上に位置する）と判定する。

なお上述の処理において、運動時姿勢判定部１８は、二次元である横撮影画像中における特徴点２１の水平方向を示す座標（ｘ座標）と、特徴点２３の水平方向を示す座標（ｘ座標）とが所定の距離範囲内かどうかによって二つの特徴点が第一軸線４１上にあるかを判定している。しかし運動時姿勢判定部１８は、特徴点２１、２２、２３の全ての水平方向を示す座標が所定距離範囲内かどうかによって三つの特徴点が第一軸線４１上にあるかを判定してもよい。または運動時姿勢判定部１８は、特徴点２１、２２の水平方向を示す座標が所定距離範囲内かどうかによって二つの特徴点が第一軸線４１上にあるかを判定してもよい。または運動時姿勢判定部１８は、第一軸線４１と特徴点２１、２２、２３のいずれか一つまたは複数の所定特徴点と、の距離が所定距離範囲内かどうかによって、所定距離範囲内である場合に、所定特徴点が第一軸線４１上にあると判定してもよい。

運動時姿勢判定部１８は、特徴点２１が示す高さＨ１と目標位置が示す高さｈ１との比較、および、特徴点２１と特徴点２２の距離が所定の距離範囲内かの判定を繰り返し行う。また運動時姿勢判定部１８は所定時間経過したかを判定する（ステップＳ１１１）。所定時間経過していない場合にはステップＳ１０５の処理から繰り返す。所定時間経過した場合、運動時姿勢判定部１８はその所定時間の間、特徴点２１と特徴点２２の距離が所定の距離範囲内でなかった回数を記憶部から読み取る（ステップＳ１１２）。そして運動時姿勢判定部１８は、その回数が所定回数以上であるかを判定し（ステップＳ１１３）、所定回数以上である場合には、非適正姿勢と判定して（ステップＳ１１４）、その情報をメモリ等に記録する。当該運動時姿勢判定部１８の処理は、頭部位置と、足先端位置とを結ぶ軸線の反復運動に応じた変化と、所望の体部位と目標位置との関係とに基づいてユーザの運動時姿勢が、スクワット運動時の姿勢であるかを判定することに相当する。

運動時姿勢判定部１８がサポート情報出力部２０に要求することに基づいて、当該サポート情報出力部２０は、モニタ１００に非適正姿勢であることを表示して被測定者２に警告する（ステップＳ１１５）。またはサポート情報出力部２０は、アラーム音を鳴らしたり、音声出力により非適正姿勢であることを被測定者２に通知してもよい。サポート情報出力部２０は警告ではなく、ユーザが適正姿勢で運動ができるようなサポート情報（例えば音声や画面表示）を行うようにしてもよい。

そして反復回数判定部１９は、被測定者２のスクワット回数（反復運動の回数）と予め記憶する既定回数とを比較して一致したかを判定し（ステップＳ１１６）、一致した場合には、スクワット運動終了と判定し、モニタ１００に終了の表示を出力すると共に、制御部１１に処理の終了を通知する。制御部１１はメニュー画面をモニタ１００に出力する。これにより被測定者２のスクワット運動が終了する。ステップＳ１１６において一致しない場合にはステップＳ１０５からの処理を繰り返す。

運動時姿勢判定部１８は、体格情報取得部１６から読み取った年齢に基づいて、スクワット回数を決定し、反復回数判定部１９は、被測定者のスクワット回数が年齢に応じたスクワット回数に達した場合にスクワット運動を停止するようにしてよい。
また運動時姿勢検出部１７は、体格情報取得部１６から読み取った身長と年齢とを所定の目標位置算出式に代入し、目標位置Ｇを算出するようにしてもよい。
また反復回数判定部１９は、制御部１１からスクワット運動の開始の通知を受けた後、タイマー機能により時間をカウントし、所定の時間で所定回数（年齢に応じたスクワット回数や予め決められたスクワット回数）のスクワット回数に達しない場合には、筋力が低いことをメモリに通知したり、被測定者の身体情報を記憶する管理サーバへ送信したり、モニタ１００に表示したりしてもよい。
上記のように被測定者がスクワットを行うにあたり、後ろ倒れないように被測定者の背後に椅子を用意しておいたり、壁や机に手を当ててスクワットをしてもよい。

上記運動補助装置１が病院に設置されていれば、来院患者や入院患者の筋力状態の判断や、筋力増強のための運動（リハビリ等）のためのサポートを、医師に頼らず患者自ら簡易に行うことが出来る。また筋力状態の判断や、筋力増強のための運動を患者等の被測定者が自らその測定を行うにあたり、被測定者が運動に応じた良い姿勢で当該運動を行っていることを簡易に認識することができる。

また上記のような運動補助装置１の機能がゲーム機やテレビ等に備わることにより、家庭における筋力増強、体力維持（健康寿命延伸）に役立てることが出来、国民の健康志向推進社会の健康促進、スポーツ選手の筋力増強にも役立てることが出来る。

運動補助装置１は、カメラ１０Ｂから取得した前撮影画像に基づいて、被測定者の姿勢を判定するようにしてもよい。この場合、運動時姿勢検出部１７は、前撮影画像から検出した大腿位置の一部である特徴点２２（膝）の空間座標と、足先端位置の空間座標とからなる被測定者２の運動姿勢の情報を生成する。なお足先端位置は前撮影画像において特定した膝下軸線５３と床面との交点であってよい。この処理においては、運動時姿勢検出部１７は左右の両脚についての運動姿勢の情報を生成する。そして運動時姿勢判定部１８は、左右両脚のそれぞれについて、特徴点２２と足先端位置とが示す軸線の傾きが、垂直またはほぼ垂直と判定される所定の傾きより小さいかを判定する。そして、運動時姿勢判定部１８は特徴点２２と足先端位置とが示す軸線の傾きが、垂直またはほぼ垂直と判定される所定の傾き（垂直を基準とした傾き）以下である場合には、姿勢は適正であると判定し、特徴点２２と足先端位置とが示す軸線の傾きが、垂直またはほぼ垂直と判定される所定の傾きより大きい場合には姿勢は非適正であると判定する。当該運動時姿勢判定部１８の処理は、大腿位置と足先端位置とを結ぶ軸線の反復運動に応じた変化に基づいてユーザの運動時姿勢が、片足立ち時の姿勢であるかを判定することに相当する。

上述の処理において運動補助装置１は特徴点２１が目標位置Ｇより低くなったかによってスクワット回数を算出しているが、大腿角度判定センサ３から受信したセンシング情報が、大腿軸線５２が床面と平行を示す角度であることを示す情報である場合に、スクワットを１回とカウントするようにしてもよい。つまり、運動時姿勢判定部１８は、大腿角度判定センサ３から得た情報の反復運動に応じた変化に基づいて被測定者の運動時姿勢が、定められた運動時の姿勢であるかを判定するようにしてもよい。または運動補助装置１は、大腿角度判定センサ３からセンシング情報を受信しなくとも、撮影画像から大腿軸線５２を検出して、その大腿軸線５２が平行または床との成す角度が所定の角度以下になった場合に、スクワットを１回とカウントするようにしてもよい。

日常生活の中においては、トイレやイスから立ったり座ったりする動作は必ず行う動作である。このような生活において必要な動作を行う筋力を維持することが転倒などのリスクを軽減することにつながり、上記の運動補助装置１によって、このような筋力維持を図ることができる。

第一の実施形態においては撮影画像についてもセンシング情報の一つであるとする。そして第一の実施形態においては、運動時姿勢検出部１７は、体格情報に基づいて算出した所望の体部位の目標位置を算出し、少なくとも撮影画像から検出した頭部位置と、足先端位置と、目標位置とに基づいてユーザの運動時姿勢を検出している。また運動時姿勢判定部１８が、少なくとも頭部位置と、足先端位置とを結ぶ第一軸線の反復運動に応じた変化と、所望の体部位と目標位置との関係とに基づいてユーザの運動時姿勢が、定められた運動時の姿勢であるかを判定している。ここで、所望の体部位と目標位置との関係は頭部位置である特徴点２１と目標位置Ｇとの位置関係であるが、他の部位の位置と他の目標位置との関係によってユーザの運動時姿勢（スクワット運動時の姿勢）が、定められた運動時の姿勢（スクワット運動時の姿勢）であるかを判定するようにしてもよい。

（第２の実施形態）
次に第二の実施形態による運動補助装置、および当該運動補助装置による運動補助方法を図面を参照して説明する。
図４は第二の実施形態による運動補助装置を含む運動補助システムを示す図である。
次に第二の実施形態による運動補助装置について説明する。
第二の実施形態による運動補助装置は、片足立ち時の姿勢の補助、評価を行う。第二の実施形態による運動補助装置の機能ブロック図は、第一の実施形態と同様である。図４に示すように被測定者は左足または右足を床から上げて、その姿勢を保つ動作を行う。

医学的には、片足立ちができないことは足を高く上げられず歩幅を大きくできないことと同意となる。例えば，自分では５ｃｍ足を上げているつもりでも、実際は２，３ｃｍ程度しか足が上がっていないような、脳による認識と身体の実際の動作が乖離している状態が年齢とともに多く見受けられるようになり、これが躓きや転倒のリスクにつながる。例えば高齢になると徐々に歩行時にすり足状態となり、わずかな段差で躓く機会が増加する。高齢者の骨折の２／３は家の中での転倒によるものであるという調査結果も存在する。家の中におけるコードや、絨毯のめくり状態、着物や雑誌などの積み重ねなどの障害物への躓きが転倒の原因となることが多く、このような事例を減少させることが求められている。このような転倒を回避するためには、片足立ちの動作の中でも、膝を前に出した片足立ちを正常にできることが必要となり、そのため片足立ちの動作に必要な腸腰筋の訓練が必須である。腸腰筋は股関節周囲の筋肉で体幹に近い筋肉であり、骨盤を安定化させることの役割も担っている。なお、膝を前に上げずに後ろ曲げるだけの片足立ちの訓練は、大腿部後ろの筋肉（ハムストリングス）のみの収縮で腸腰筋を使う必要がないため、そのような片足立ちによる訓練では腸腰筋を鍛えることが出来ずに不十分である。本実施形態による運動補助装置はこのような転倒防止を図ることを目的に医学的に裏付けされた腸腰筋の筋力を鍛えることに役立つ。

図５は第二の実施形態による運動補助装置の処理フローを示す図である。
次に図５を用いて第二の実施形態による運動補助装置の処理フローについて説明する。
第一の実施形態と同様に、第二の実施形態による運動補助装置１はモニタ１００にメニュー画面を表示している。当該メニュー画面では、運動指定ボタン、体格情報入力ボタン、ユーザ登録ボタン等の仮想的なボタンのアイコンがモニタ１００に表示されている。ユーザはそれらボタンのアイコンを、操作装置を用いて選択する。操作装置は、マウスやリモートコントローラなどの操作装置であってもよいし、モニタ１００にタッチパネル機能が操作装置としても設けられていてもよい。被測定者２はまずメニュー画面において体格情報入力ボタンを押下し、その後にモニタ１００に表示される各入力欄に、自身の身長、体重、年齢などの体格情報を入力する。これらの入力において被測定者２は操作装置を用いて入力する。体格情報は運動補助装置１の体格情報取得部１６が入出力部１３より取得して（ステップＳ２０１）、メモリ等に一次記録する。また被測定者２は運動指定ボタンと、その運動指定ボタンに対する押下操作後に表示される片足立ち運動の指定ボタンを押下操作し、片足立ち運動の処理の開始の指示を、操作装置とモニタ１００とを用いて運動補助装置１に入力する（ステップＳ２０２）。モニタ１００において入力された情報は信号に変換されて運動補助装置１へ出力される。

運動補助装置１は片足立ち運動の処理の開始指示を、入出力部１３を介して入力する。すると制御部１１がカメラ１０Ａまたは１０Ｂを起動し、入出力部１３がそれぞれのカメラから撮影画像を入力する。以下制御部１１がカメラ１０Ｂを起動し、前撮影画像を用いて処理する場合の例を用いて説明する。制御部１１は、前撮影画像処理部１５へ前撮影画像（カメラ１０Ｂで撮影した画像）を出力する。前撮影画像処理部１５は、モニタ１００に前撮影画像を出力する（ステップＳ２０３）。これによりモニタ１００は前撮影画像を表示する。通常はモニタ１００に正対して（モニタ１００が位置する方向を向いて）被測定者２が立つことを想定しているが、被測定者２がモニタ１００を見た方向から９０度の角度をつけた方向に向かって被測定者２が立ち、その画像（前撮影画像または後撮影画像）をカメラ１０Ｂが撮影してもよい。またはカメラ１０Ｂや１０Ａが撮影した横撮影画像を用いて以下の処理を行うようにしてもよい。

制御部１１の制御に基づいて運動時姿勢検出部１７は、体格情報取得部１６から体格情報を取得して目標位置Ｇが示す高さを算出する（ステップＳ２０４）。例えば目標位置Ｇが身長の１０％の高さｈ２である場合、運動時姿勢検出部１７は身長に０．１を乗じて目標位置Ｇを算出する。この目標位置Ｇの高さｈ２は床からの高さである。運動時姿勢検出部１７は被測定者２の両足の各つま先の位置を画像処理により検出し、その位置をそれぞれ特徴点２４、特徴点２５と特定する（ステップＳ２０５）。本実施形態においては右足のつま先の特徴点を２４、左足のつま先の特徴点を２５とする。なお横撮影画像を用いて検出するつま先の特徴点はカメラ側に位置する足のつま先１つだけでもよい。

また特徴点２４、２５の検出においては、例えば運動時姿勢検出部１７は、膝下軸線５３と床との交点や、その交点と予め設定されたつま先までの相対距離とに基づいてつま先位置を検出し、そのつま先位置を特徴点２４、２５と特定する。

第一実施形態と同様に運動時姿勢検出部１７は、被測定者２の身体に対応する画素を撮影画像から検出し、その画素の範囲や形状に基づいて膝下軸線５３の３次元空間における当該軸線を示す直線方程式や、空間ベクトルを算出してよい。そしてこの直線方程式や空間ベクトルを用いて上記のように特徴点２４，２５を算出する。運動時姿勢検出部１７は、特定した特徴点２４，２５の空間座標を、運動姿勢の情報としてメモリ等に記録する。つまりこれにより運動時姿勢検出部１７は、被測定者の運動時姿勢を検出したものとする。
運動時姿勢検出部１７は、これら運動時姿勢の情報を所定のタイミングで繰り返し特定する。例えば所定のタイミングは１秒間に複数回である。このタイミングの繰り返し間隔は適宜設定できる。

運動時姿勢検出部１７は運動時姿勢を検出すると、運動時姿勢判定部１８に処理の開始を指示する。すると運動時姿勢判定部１８は、特徴点２４または特徴点２５のうち床から離れた特徴点を特定する（ステップＳ２０６）。具体的には特徴点２４の高さＨ２を示す垂直座標（ｙ座標）を用いてＨ２＞０（０ｃｍに対応する座標）かを判定し、また特徴点２５の高さＨ２を示す垂直座標（ｙ座標）を用いてＨ２＞０ｃｍかを判定する。そしてＨ２＞０ｃｍとなった特徴点２４または特徴点２５を床から離れた特徴点と特定する。なお、運動時姿勢判定部１８は、ある程度のマージンをとって特徴点２４または２５が座標ｙ＝５（５ｃｍに対応する座標）以上かどうかを判定するようにしてもよい。そして運動時姿勢判定部１８は、床から離れた特徴点を特定すると、その特徴点についての高さＨ２を示す垂直座標（ｙ座標）を用いてＨ２≧ｈ２であるかを判定する（ステップＳ２０７）。

また運動時姿勢判定部１８は、大腿角度判定センサ３からセンシング情報を受信する。当該センシング情報は、大腿軸線５２が成す垂直を基準とした角度α１である。この角度が被測定者２の前方方向の角度であって、垂直を基準として所定角度α２以上（α１≧α２）の角度である場合に、被測定者２が膝を上げたと判定することができる（例えば図４の２Ａで示す脚の状態）。運動時姿勢判定部１８はα１≧α２かを判定する（ステップＳ２０８）。そして運動時姿勢判定部１８はＨ２≧ｈ２であって（ステップＳ２０７Ｙｅｓ）、かつα１≧α２（ステップＳ２０８Ｙｅｓ）である場合に、被測定者２がつま先を目標位置Ｇ以上の高さに上げたとして、その回数をカウントし、メモリの回数の値を１の値だけ増加させる更新処理を行う（ステップＳ２０９）。なお運動時姿勢判定部１８は、大腿軸線５２の角度を横撮影画像から第一の実施形態と同様に検出して、それらの垂直軸と大腿軸線５２とが成す角度によってα１を検出するようにしてもよい。その場合、大腿角度判定センサ３を被測定者２に取り付ける必要が無い。被測定者２は繰り返し同様の片足立ちにおける片足の上げ下げを行う。これにより、運動時姿勢判定部１８がカウントする回数が増加する。なお図４の２Ｂで示す脚の状態は、α１≧α２でないため、つま先を上げた回数とカウントされない。

運動時姿勢判定部１８は、Ｈ２≧ｈ２とα１≧α２の判定を繰り返し、Ｈ２≧ｈ２でないと判定した場合（ステップＳ２０７Ｎｏ）、またはα１≧α２でないと判定した場合（ステップＳ２０８Ｎｏ）には、非適正姿勢と判定して（ステップＳ２１２）、その情報をメモリ等に記録する。または運動時姿勢判定部１８がサポート情報出力部２０に要求することに基づいて、当該サポート情報出力部２０は、モニタ１００に非適正姿勢であることを表示して被測定者２に警告する（ステップＳ２１３）。またはサポート情報出力部２０は、アラーム音を鳴らしたり、音声出力により非適正姿勢であることを被測定者２に通知してもよい。サポート情報出力部２０は警告ではなく、ユーザが適正姿勢で運動ができるようなサポート情報（例えば音声や画面表示）を行うようにしてもよい。

そして反復回数判定部１９は、被測定者２が片足を上げた回数（反復運動の回数）と予め記憶する既定回数とを比較して（ステップＳ２１０）、一致した場合には、片足立ち運動終了と判定し、モニタ１００に終了の表示を出力すると共に、制御部１１に処理の終了を通知する。制御部１１はメニュー画面をモニタ１００に出力する。これにより被測定者２の片足立ち運動が終了する。反復回数判定部１９は、被測定者２が片足を上げた回数と予め記憶する既定回数とが一致しない場合には、所定時間待機（例えば１秒待機）した後（ステップＳ２１１）、ステップＳ２０７からの処理を繰り返す。

運動時姿勢判定部１８は、体格情報取得部１６から読み取った年齢に基づいて、片足を上げる回数を決定し、反復回数判定部１９は、被測定者２の片足を上げる回数が年齢に応じた片足を上げる回数に達した場合に片足立ち運動を停止するようにしてよい。
また運動時姿勢検出部１７は、体格情報取得部１６から読み取った身長と年齢とを所定の目標位置算出式に代入し、目標位置Ｇを算出するようにしてもよい。
また反復回数判定部１９は、制御部１１から片足立ち運動の開始の通知を受けた後、タイマー機能により時間をカウントし、所定の時間で所定回数（年齢に応じた片足を上げる回数や予め決められた片足を上げる回数）に達しない場合には、筋力が低いことをメモリに通知したり、被測定者の身体情報を記憶する管理サーバへ送信したり、モニタ１００に表示したりしてもよい。
上記のように被測定者２が片足立ち運動を行うにあたり、倒れないように被測定者の脇に椅子を用意しておいたり、壁や机に手を当てて片足立ち運動をしてもよい。

また運動時姿勢判定部１８は、片足立ちの回数ではなく、Ｈ２≧ｈ２とα１≧α２の判定が所定時間以上続くかどうかを判定し、所定時間以上続いた場合に片足立ち運動を終了すると決定してもよい。この場合、運動時姿勢判定部１８は、Ｈ２≧ｈ２とα１≧α２の判定が所定時間以上続かない場合、アラーム情報（画面情報や音）を出力したり、Ｈ２≧ｈ２とα１≧α２の判定が続いた時間を、筋力の状態を示す情報としてメモリに記録したりするようにしてもよい。

上記運動補助装置１が病院に設置されていれば、来院患者や入院患者の筋力状態の判断や、筋力増強のための運動（リハビリ等）のためのサポートを、医師に頼らず患者自ら簡易に行うことが出来る。そして腸腰筋の筋力増強により高齢者の転倒などを防止することができる。

第二の実施形態においては運動時姿勢検出部１７は、体格情報に基づいて算出した所望の体部位の目標位置を算出し、撮影画像に含まれる足先端位置と、目標位置とに基づいてユーザの運動時姿勢を検出している。また第二の実施形態において運動時姿勢判定部１８は、足先端位置の反復運動に応じた変化に基づいてユーザの運動時姿勢が、片足立ち時の適正な姿勢であるかを判定している。ここで、第二の実施形態において、所望の体部位と目標位置との関係は足先端位置である特徴点２３と目標位置Ｇ（床からの高さ）との位置関係であるが、他の部位の位置と他の目標位置との関係によってユーザの運動時姿勢（片足状態の姿勢）が、定められた運動時の姿勢（片足状態の姿勢）であるかを判定するようにしてもよい。

なお運動補助装置１としては上記第一の実施形態や第二の実施形態外の処理により被測定者２の運動補助を行う様にしてもよい。例えば、被測定者２が大股で２歩進んだ際の股の開き程度や、歩幅を撮影画像から検出し、股の開き程度や歩幅によって当該歩行姿勢を判定してもよい。その場合、例えば両脚の大腿軸線５２の角度によって股の開き程度を特定したり、足のつま先の特徴点２３の移動距離に基づいて歩幅を算出したりすればよい。

上述の運動補助装置は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

１・・・運動補助装置
１０Ａ，１０Ｂ・・・カメラ
１００・・・モニタ
１１・・・制御部
１２・・・通信部
１３・・・入出力部
１４・・・横撮影画像処理部
１５・・・前撮影画像処理部
１６・・・体格情報取得部
１７・・・運動時姿勢検出部
１８・・・運動時姿勢判定部
１９・・・反復回数判定部
２・・・被測定者
３・・・大腿角度判定センサ

Claims (11)

1. 運動をしているユーザの運動姿勢を前記ユーザのセンシング情報に基づいて検出する運動時姿勢検出部と、
   前記ユーザの運動姿勢が前記運動時の定められた運動姿勢であるかを判定する運動時姿勢判定部と、
   を備え、
   前記運動時姿勢検出部は、少なくとも前記ユーザの床から離れた足の足先端位置に基づいて前記ユーザの運動姿勢を検出し、
   前記運動時姿勢判定部は、前記床から離れた足の足先端位置の床からの高さが目標高さ以上となることが所定時間以上続く運動であり、かつ、その運動において前記床から離れた足側の脚の膝下の軸線方向と他方の脚の軸線に沿った垂直線の方向とが一致し、前記床から離れた足側の脚の大腿部の軸線の前記垂直線に対する成す角度が所定角度以上である片足立ちの運動姿勢であるかを判定する
   ことを特徴とする運動補助装置。
2. 前記運動時姿勢検出部は、少なくとも床から離れた足の前記足先端位置に基づいて前記ユーザの片足立ちの運動姿勢を検出し、
   前記運動時姿勢判定部は、前記床から離れた足の足先端位置の床からの高さが目標高さ以上となることが繰り返される反復運動であり、かつ、その反復運動において前記床から離れた足側の脚の大腿部の軸線の垂直線に対する成す角度が所定角度以上である片足立ちの運動姿勢であるかを判定する
   請求項１に記載の運動補助装置。
3. 前記運動時姿勢検出部は、前記ユーザの頭部位置の目標位置であって前記ユーザの身長より低い目標位置を算出し、少なくとも前記頭部位置と、前記ユーザの足先端位置と、膝位置と、前記目標位置とに基づいて前記ユーザの運動姿勢を検出し、
   前記運動時姿勢判定部は、前記頭部位置が前記目標位置以下となることが繰り返される反復運動であり、その反復運動の間に前記頭部位置と前記足先端位置と前記膝位置との水平方向の距離に基づいて、前記頭部位置と前記膝位置との示す特徴点が、前記足先端位置を通る軸線上に位置すると判定される所定距離範囲内のスクワットの運動姿勢であるかを判定する
   請求項１または請求項２に記載の運動補助装置。
4. 前記ユーザの運動姿勢に応じたサポート情報を出力するサポート情報出力部と、
   を備えることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の運動補助装置。
5. 前記サポート情報出力部は、前記ユーザの運動姿勢が反復運動に非適正な姿勢であると判定した場合に前記サポート情報を出力する
   ことを特徴とする請求項４に記載の運動補助装置。
6. 前記反復運動の反復回数を判定する反復回数判定部と、を備え、
   前記サポート情報出力部は、前記反復回数が定められた反復回数に達した場合に前記反復運動の終了の指示を出力する
   ことを特徴とする請求項５に記載の運動補助装置。
7. ユーザの体格情報を取得する体格情報取得部を備え、
   前記運動時姿勢検出部は、前記体格情報を用いて前記目標位置を算出する
   ことを特徴とする請求項３に記載の運動補助装置。
8. 前記ユーザの少なくとも大腿位置に取り付けられた大腿角度判定センサとを備え、
   前記運動時姿勢判定部は、前記大腿角度判定センサから得た前記センシング情報に基づいて前記大腿部の軸線の前記垂直線に対する成す角度を検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の運動補助装置。
9. 前記ユーザの撮影画像を前記センシング情報として取得する撮影画像処理部とを備え、
   前記運動時姿勢検出部は、前記ユーザの撮影画像に基づいて、前記ユーザの足先端位置を検出し、
   前記運動時姿勢判定部は、前記ユーザの撮影画像に基づいて、前記ユーザの大腿部の軸線の垂直線に対する成す角度を検出する
   請求項１に記載の運動補助装置。
10. 運動補助装置の運動時姿勢検出部が、運動をしているユーザの運動姿勢を前記ユーザのセンシング情報に基づいて検出し、
    運動補助装置の運動時姿勢判定部が、前記ユーザの運動姿勢が前記運動時の定められた運動姿勢であるかを判定し、
    前記運動時姿勢検出部は、少なくとも前記ユーザの床から離れた足の足先端位置に基づいて前記ユーザの運動姿勢を検出し、
    前記運動時姿勢判定部は、前記床から離れた足の足先端位置の床からの高さが目標高さ以上となることが所定時間以上続く運動であり、かつ、その運動において前記床から離れた足側の脚の膝下の軸線方向と他方の脚の軸線に沿った垂直線の方向とが一致し、前記床から離れた足側の脚の大腿部の軸線の前記垂直線に対する成す角度が所定角度以上である片足立ちの運動姿勢であるかを判定する
    ことを特徴とする運動補助方法。
11. 運動補助装置のコンピュータを、
    運動をしているユーザの運動姿勢を前記ユーザのセンシング情報に基づいて検出する運動時姿勢検出手段、
    前記ユーザの運動姿勢が前記運動時の定められた運動姿勢であるかを判定する運動時姿勢判定手段、
    として機能させ、
    前記運動時姿勢検出手段は、少なくとも前記ユーザの床から離れた足の足先端位置に基づいて前記ユーザの運動姿勢を検出し、
    前記運動時姿勢判定手段は、前記床から離れた足の足先端位置の床からの高さが目標高さ以上となることが所定時間以上続く運動であり、かつ、その運動において前記床から離れた足側の脚の膝下の軸線方向と他方の脚の軸線に沿った垂直線の方向とが一致し、前記床から離れた足側の脚の大腿部の軸線の前記垂直線に対する成す角度が所定角度以上である片足立ちの運動姿勢であるかを判定する
    ことを特徴とするプログラム。

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