WO2022145258A1 - 運動教示装置、運動教示システム、運動教示方法およびプログラム - Google Patents

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WO2022145258A1
WO2022145258A1 PCT/JP2021/046747 JP2021046747W WO2022145258A1 WO 2022145258 A1 WO2022145258 A1 WO 2022145258A1 JP 2021046747 W JP2021046747 W JP 2021046747W WO 2022145258 A1 WO2022145258 A1 WO 2022145258A1
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WO
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motion
skin
user
exercise
physical
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PCT/JP2021/046747
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English (en)
French (fr)
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新 堀江
敦 檜山
昌彦 稲見
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Japan Science and Technology Agency
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Japan Science and Technology Agency
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B71/00—Games or sports accessories not covered in groups A63B1/00 - A63B69/00
    • A63B71/06—Indicating or scoring devices for games or players, or for other sports activities
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B19/00—Teaching not covered by other main groups of this subclass

Definitions

  • the present invention relates to an exercise teaching device, an exercise teaching system, an exercise teaching method and a program.
  • the head-mounted display can play back the first-person viewpoint image taken by a stereo camera that matches the viewpoint position of the expert during operation, and the ambient sound of the expert recorded by the binoral microphone is binoral.
  • a skill teaching system that can be regenerated, has a vibration device provided at a position corresponding to the mounting position of a myoelectric sensor attached to a skilled person, and can vibrate the vibrating device based on a signal of the myoelectric sensor of a skilled person is disclosed. (See, for example, Non-Patent Document 1).
  • Non-Patent Document 1 can sequentially teach the user a plurality of muscles to be moved in conjunction with each other when only the vibration device is used, but it is a stimulation by vibration.
  • the stimulus is easily diffused, and in particular, it may not be possible to express a state in which the muscles are still tense, and the physical sensation of a skilled person has not been induced. Therefore, there is a problem that a particularly superior teaching effect is not obtained as compared with the teaching when only the video information is used.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is a wearable device capable of teaching a user the teaching motion of a motion instructor by inducing a physical sensation of the motion instructor. Is to provide.
  • the exercise teaching device is a wearable exercise for inducing a physical sensation of a motion teacher by presenting a force sense on the skin of a user to teach physical exercise.
  • This motion teaching device includes a body motion information acquisition unit that acquires body motion information of a motion teacher, a plurality of stimulating elements arranged on the skin close to the surface of a plurality of muscles of the user, and a plurality of stimuli. It includes a control unit that controls the element. Each of the plurality of stimulating elements stimulates the skin close to the surface of the user's muscles. The control unit controls a plurality of stimulating elements so as to form a mechanical distribution on the skin that generates a target force sensation based on the body movement information acquired by the body movement information acquisition unit. This force sensation induces the user to feel the body of the motion teacher.
  • the exercise teaching device may include a storage unit that stores information on the physical exercise of the motion instructor.
  • the physical exercise information acquisition unit may acquire physical exercise information from the storage unit.
  • the stimulating element may stimulate the skin by rotational movement.
  • the control unit may control the rotation angle and rotation direction of the stimulating element.
  • the control unit may control the stimulating element so that the larger the target force sense is, the larger the rotation angle of the stimulating element is.
  • the stimulating element stimulates the skin by rotational movement
  • the control unit may control the rotational speed and rotation direction of the stimulating element.
  • the control unit may control the stimulator element so that the larger the target force sense is, the larger the rotation speed of the stimulator element is.
  • the stimulating element may stimulate the skin by rotational movement
  • the control unit may control the rotational torque and the rotational direction of the stimulating element.
  • the control unit may control the stimulating element so that the larger the target force sense, the larger the rotational torque of the stimulating element.
  • the spacing between adjacent stimulating elements may be such that the ranges of force sense presented by the adjacent stimulating elements overlap.
  • the stimulating element may be placed on the skin close to the surface of the user's upper arm, forearm, wrist, fingers, thigh, lower leg, ankle, toe, neck, torso or lumbar muscles. .. Further, the stimulating element may be arranged at one place on the skin near the thickest part of each muscle, at each part of the skin near the tendons at both ends of each muscle, or at a plurality of places so as to cover the skin on the surface of each muscle. good.
  • the stimulating element may stimulate the skin by electrical stimulation in addition to rotational movement.
  • Another aspect of the present invention is an exercise teaching system.
  • This system includes the above-mentioned motion teaching device and a motion instructor motion measuring device that measures information on the body motion of the motion instructor in real time.
  • the physical exercise information acquisition unit may acquire information on the physical exercise of the motion instructor from the motion instructor motion measuring device.
  • the motion instructor's physical exercise information may include myoelectric potential, muscle tension, or amount of skin deformation.
  • the exercise teaching system may include a user exercise measuring device that measures information on the user's physical exercise in real time.
  • the control unit controls a plurality of stimulus elements based on the difference between the motion teacher's body motion information measured by the motion instructor motion measuring device and the user's body motion information measured by the user motion measuring device. You may.
  • the control unit may be characterized by controlling a plurality of stimulating elements so that the user forms a mechanical distribution on the skin that generates a force sensation that increases muscle activity so that the difference becomes small.
  • the exercise teaching system machine-learns the physical motion information of the motion instructor and the mechanical distribution of the motion instructor's skin estimated from the motion instructor information as learning data. Even if the motion information acquisition unit is further provided with a learning unit that outputs a mechanical distribution that generates a desired force sense when the motion information of the motion instructor acquired from the motion instructor motion measuring device is input. good.
  • the motion teaching system may include a wearable display device that displays a first-person video captured at the viewpoint position of the motion instructor.
  • the motion teaching system may include a microphone that binaurally records ambient sounds during the teaching motion of the motion instructor, and a wearable playback device that reproduces the voice recorded by the microphone.
  • This method is an exercise teaching method for inducing a physical sensation of a motion instructor to teach physical exercise by presenting a force sense to the user's skin, and acquires information on the physical exercise of the motion instructor. It comprises a step and a step of stimulating the skin close to the surface of the user's muscle using a plurality of stimulating elements placed on the skin close to the surface of the user's muscle.
  • the plurality of stimulating elements form a mechanical distribution on the skin that generates a desired force sensation based on the information of the body movement, and this force sensation induces the user to induce the physical sensation of the motion teacher.
  • This program is an exercise teaching method for inducing a physical sensation of a motion instructor to teach physical exercise by presenting a force sense to the user's skin, and acquires information on the physical exercise of the motion instructor.
  • the plurality of stimulating elements form a mechanical distribution on the skin that generates a desired force sensation based on the information of the body movement, and this force sensation induces the user to induce the physical sensation of the motion teacher.
  • FIG. 3 is a view of a user wearing the motion teaching device of FIG. 3 viewed from diagonally rear left. It is a perspective view of the stimulating element unit of the motion teaching apparatus of FIG. It is a graph which shows the positive correlation between the intensity of activity based on exercise, and the intensity of stimulation. It is a functional block diagram of the exercise teaching system which concerns on the twelfth embodiment. It is a functional block diagram of the exercise teaching system which concerns on 14th Embodiment.
  • strain energy density distribution a distribution of mechanical quantities per unit volume, for example, a distribution of strain energy (hereinafter referred to as “strain energy density distribution”) is formed on the skin. That is, when a person exercises in contact with a sheet or the like, strain is generated in each part of the skin. The temporal and spatial distribution of the energy density of this strain is considered to reflect the characteristics such as the type, magnitude, and direction of the motion. In the mechanoreceptors inside the skin that control the sense of force, the frequency of neuron firing is determined by this strain energy density distribution. Therefore, if the strain energy density distribution corresponding to various movements is formed on the skin by stimulating the skin of the person, the person can perform such movements without actually moving the person. It is thought that it can induce a feeling of being, or what kind of exercise you are going to do.
  • the part of the skin that gives irritation is not limited to the buttocks, but the back, abdomen, head, upper arm, forearm, wrist, fingers, thigh, lower leg, ankle, toes, neck, torso, waist, etc.
  • Any site may be used as long as it is a site for forming a strain energy density distribution corresponding to the desired motion.
  • the distribution of mechanical quantities corresponding to the target motion (hereinafter referred to as "mechanical distribution”) is not limited to the strain energy density distribution, but the distribution of strain (for example, main strain and equivalent strain) and force. It also includes the distribution of (eg, shear forces, vertical strains, etc.), stresses (ie, forces per unit area, such as pressure, principal stress, Mieses stress, etc.).
  • the sensation of muscle movement and load felt when a person moves or is about to move the body is referred to as "physical sensation”.
  • the force sense force sense
  • presenting the magnitude and direction of the force is called “presenting the force sense”.
  • the technique that serves as a model can be accurately and accurately used. It can be taught efficiently.
  • Information on such model physical movements can be acquired and accumulated by measuring or estimating the physical movements of the motion instructor. Based on this information, the user can perform correct exercise and muscles by stimulating the skin close to the surface of the user's muscles so as to form a mechanical distribution on the skin that produces the desired force sensation. You can learn how to use it. On the contrary, it is also conceivable to use such means to induce the movement instructor to have a physical sensation when the user is moving. By understanding the physical sensation of the user in this way, it is expected that the motion instructor can more accurately provide guidance for motion instruction.
  • FIG. 1 shows a functional block of the exercise teaching device 1 according to the first embodiment.
  • the exercise teaching device 1 teaches physical exercise by presenting a sense of force to the skin S close to the surface of the user's muscle M.
  • the exercise teaching device 1 is wearable. That is, the user can wear the exercise teaching device 1 on the body.
  • the exercise teaching device 1 includes n stimulating elements 11, 12, ..., 1n, a body exercise information acquisition unit 20, and a control unit 30 (n is an integer of 2 or more).
  • the physical exercise information acquisition unit 20 acquires information on the physical exercise of the motion instructor.
  • the physical exercise of the motion instructor is the exercise of the muscles when the motion instructor performs the technique, and serves as a model for the user.
  • the body movement information acquisition unit 20 may acquire information stored in advance in a storage device or the like of a server, or may acquire the actual body movement of the motion instructor in real time by communication.
  • the physical exercise information acquisition unit 20 transmits the acquired information to the control unit 30.
  • the control unit 30 controls the stimulating elements 11, 12, ..., 1n so as to form a mechanical distribution on the skin S that generates a target force sensation based on the information acquired by the body movement information acquisition unit 20. ..
  • the control unit 30 may be configured using known computer hardware and software.
  • the stimulating elements 11, 12, ..., 1n are arranged on the skin S close to the surface of the user's muscle M.
  • Each of the stimulating elements 11, 12, ..., 1n stimulates the skin S close to the surface of the user's muscle M.
  • the method in which the stimulating elements 11, 12, ..., 1n stimulate the skin S may be a mechanical method such as rotational movement, pulling in the shear direction, compression, or suction.
  • Each of the stimulating elements 11, 12, ..., 1n may be capable of presenting a sense of force by itself. Alternatively, it may be possible to present a sense of force only when a plurality of stimuli jointly form a predetermined mechanical distribution.
  • the interval between adjacent stimulating elements may be an interval capable of presenting a spatially continuous force sense.
  • the spacing between adjacent stimulating elements may be, for example, such that the ranges of force sense presented by the adjacent stimulating elements overlap. Alternatively, the spacing between adjacent stimulating elements may be within the range of the two-point discrimination threshold in the area of the skin.
  • FIG. 13 is a time-series signal of muscle tensions of the rectus femoris, vastus lateralis, adductor magnus, and gastrocnemius muscles for about 2 seconds when a person starts kicking up the foot.
  • each muscle starts to move almost at the same time, but after that, each muscle individually performs a complicated contraction.
  • humans are not consciously performing such complex contractions of muscles at the level of individual muscles, but are demonstrating what they have learned as an overall movement of kicking up. Therefore, if the user is given a time-series change in the mechanical distribution obtained from the physical motion of the motion instructor, the user is experiencing the physical sensation of the motion instructor, and the motion is most effectively performed. You will learn.
  • the physical exercise of the motion instructor can be effectively taught to the user.
  • FIG. 2 shows a functional block of the exercise teaching device 2 according to the second embodiment.
  • the exercise teaching device 2 also teaches physical exercise by presenting a sense of force to the skin S close to the surface of the user's muscle M.
  • the exercise teaching device 2 includes n stimulating elements 11, 12, ..., 1n, a body exercise information acquisition unit 20, a control unit 30, and a storage unit 40 (n is an integer of 2 or more). That is, the motion teaching device 2 includes a storage unit 40 in addition to the configuration of the motion teaching device 1 of FIG.
  • the storage unit 40 stores information on the physical movement of the motion instructor.
  • the body movement information acquisition unit 20 acquires information on the body movement of the motion instructor from the storage unit 40.
  • the storage unit 40 may memorize the ideal physical movement of the motion instructor.
  • the user can learn the physical exercise that serves as a model stored in the storage unit 40.
  • the storage unit 40 may store the physical information of the user when the user is in the best condition. In this case, the user can regain the physical exercise when he / she is in the best condition when he / she falls into a slump or the like.
  • the user can acquire the desired physical exercise by storing the physical exercise information of the motion instructor in the storage unit 40.
  • the stimulating elements 11, 12, ..., 1n may stimulate the skin by rotational movement.
  • the control unit 30 may control the rotation angle and rotation direction of the stimulation elements 11, 12, ..., 1n.
  • the stimulus applied to the skin is not due to suction, electrical stimulation, temperature stimulation, compression, or translational movement along the shear direction of the skin. It is desirable that it is due to rotational movement.
  • the reason is as follows. For one thing, in such a form, it is premised that the stimulus is applied to the skin through clothing. In this case, stimuli such as suction, electrical stimulus or temperature stimulus cannot be directly applied.
  • the stimulation by compression is not suitable for teaching physical exercise because it causes the user to interfere with the exercise.
  • the mechanism becomes complicated, and there is a problem that it is difficult to apply it to a form in which stimulating elements are densely arranged on the skin.
  • the presentation of the stimulus by the rotational movement can be applied to the embodiment without the above-mentioned problems.
  • FIG. 3 is a perspective view of the motion teaching device 3.
  • FIG. 4 is a view of a user wearing the exercise teaching device 3 as viewed from diagonally rear left.
  • FIG. 5 is a perspective view of the stimulating element unit 50 of the motion teaching device 3.
  • the exercise teaching device 3 is attached to the left and right thighs and the left and right lower legs of the user.
  • four stimulating elements 11, 12, ..., 1n are combined into one stimulating element unit. That is, the motion teaching device 3 includes a total of eight stimulating element units.
  • the stimulating element unit 50 is substantially square. Stimulating elements are arranged at the four corners of the stimulating element unit 50, respectively.
  • FIG. 5 shows a state in which the stimulating elements 11, 12, 13 and 14 are grouped together in the stimulating element unit 50. Eight stimulating element units are arranged in the motion teaching device 3. That is, as shown in FIGS. 3 and 4, the stimulating elements 11, 12, ..., 132 are on the skin in which the three stimulating element units are close to the surfaces of the left and right biceps femoris and quadriceps muscles, respectively.
  • One stimulator unit is placed on the skin close to the surface of the soleus muscle of the left and right thighs, respectively.
  • Each of the stimulating elements 11, 12, ..., 132 has a disk shape with a diameter of 20 mm and a thickness of 5 mm. If the stimulating elements 11, 12, ..., 124 are too hard, they do not fit into the body, and the pain caused by the contact of the edges of the stimulating elements 11, 12, ..., 132, and the stimulating elements 11, 12, ..., 132 and clothes Sliding between is likely to occur. On the contrary, if the stimulating elements 11, 12, ..., 132 are too soft, it becomes difficult to transmit the rotational force. In consideration of these characteristics, an appropriate chloroprene rubber sponge is used as a material for the stimulating elements 11, 12, ..., 132.
  • a small servo motor is used for the actuator for rotating the stimulating elements 11, 12, ..., 132.
  • the maximum output torque of this servomotor is 0.2 Nm, which is sufficient to deform the skin on the back.
  • the stimulating elements 11, 12, ..., 132 are controlled to rotate at a rotation angle of 30 degrees and a rotation speed of 60 degrees / sec.
  • the present inventor has experimentally confirmed that a mechanical distribution that generates a physical sensation can be formed on the skin by appropriately controlling the rotation angle and rotation direction of the stimulating elements 11, 12, ..., 1n. In this case, not only the rotation angle but also the time until the rotation angle is reached may be included in the control parameter.
  • the body movement can be taught accurately and efficiently by stimulating the user's skin by rotational movement and controlling the angle and direction of the rotation.
  • the control unit 30 may control the stimulating elements 11, 12, ..., 1n so that the larger the target force sense, the larger the rotation angle of the stimulating elements 11, 12, ..., 1n.
  • the present inventor has found that the magnitude of the desired force sensation (that is, the intensity of activity based on motion) and the strain energy density often have a positive correlation. It can also be seen that the strain energy density and the rotation angles of the stimulating elements 11, 12, ..., 1n also have a positive correlation. Therefore, the larger the target force sense, the larger the rotation angle of the stimulating elements 11, 12, ..., 1n.
  • the stimulating elements 11, 12, ..., 1n By controlling the stimulating elements 11, 12, ..., 1n, the physical sensation is induced. be able to.
  • stimulating elements 11, 12, ..., 1n that stimulate the skin by rotational movement are used to appropriately control the rotational speed and rotational direction of these stimulating elements to generate physical sensations.
  • a mechanical distribution may be formed on the skin. In this case, not only the rotation speed but also the time until the rotation speed is reached may be included in the control parameter.
  • the body movement can be taught accurately and efficiently by stimulating the user's skin by rotational movement and controlling the speed and direction of the rotation.
  • the control unit 30 increases the target force sense (that is, the intensity of the activity based on the movement), the stimulation elements 11, 12, ..., The stimulation elements 11, 12, ... 1n may be controlled. It can also be seen that the strain energy density has a positive correlation with the rotational speeds of the stimulating elements 11, 12, ..., 1n. Therefore, the greater the target force sensation, the greater the rotational speed of the stimulating elements 11, 12, ..., 1n. By controlling the stimulating elements 11, 12, ..., 1n, the physical sensation is induced. be able to.
  • stimulating elements 11, 12, ..., 1n that stimulate the skin by rotational movement are used to appropriately control the rotational torque and rotational direction of these stimulating elements to generate bodily sensations.
  • a mechanical distribution may be formed on the skin. In this case, not only the rotational torque but also the time until the rotational torque is reached may be included in the control parameters.
  • the body movement can be taught accurately and efficiently by stimulating the user's skin by rotational movement and controlling the torque and direction of the rotation.
  • the control unit 30 increases the rotational torque of the stimulating elements 11, 12, ...,
  • the greater the target force sense that is, the intensity of the activity based on the movement
  • the greater the stimulating elements 11, 12, ... 1n may be controlled.
  • the strain energy density has a positive correlation with the rotational torque of the stimulating elements 11, 12, ..., 1n. Therefore, the larger the target force sense, the larger the rotational torque of the stimulating elements 11, 12, ..., 1n.
  • control is performed based on the rotation angle and the rotation speed, the control becomes inaccurate.
  • control is performed based on the rotational torque, accurate control is possible even if the user moves and the stimulation electrode and the user's skin slip or slip.
  • the spacing between adjacent stimulating elements may be such that the ranges of force sense presented by the adjacent stimulating elements overlap.
  • the present inventor has found that spatially continuous force sensation can be more reliably presented by providing such an interval between adjacent stimulating elements.
  • the stimulator was placed on the skin close to the surface of the muscles of the user's thighs and lower legs.
  • the stimulating element is not limited to this, and the stimulating element may be placed at any site in the vicinity of the muscles that control movement, such as the user's upper arm, forearm, wrist, finger, ankle, toe, neck, torso, and lumbar region. .. According to this embodiment, the range of application to the body part of the user can be expanded.
  • the stimulating element may stimulate the skin by electrical stimulation in addition to rotational movement. That is, the stimulating element combines rotational motion stimulus and electrical stimulus to form a force sensation on the skin that generates a more realistic sensation of physical motion. According to this embodiment, it is possible to accurately teach physical exercise.
  • FIG. 7 shows a functional block of the exercise teaching system 4 according to the twelfth embodiment.
  • the motion teaching system 4 includes a motion teaching device 1 according to the first embodiment and a motion instructor motion measuring device 60.
  • the motion instructor motion measuring device 60 measures the body motion information of the motion instructor in real time.
  • the body movement information acquisition unit 20 acquires information on the body movement of the movement instructor from the movement instructor movement measuring device 60.
  • the motion instructor motion measuring device 60 is, for example, a biosensor attached to various parts of the body of the motion instructor.
  • the control unit 30 forms a mechanical distribution on the user's skin based on the body movement information of the motion instructor that the body movement information acquisition unit 20 acquires from moment to moment.
  • the motion teaching device is not limited to this, and the motion teaching device may be any of the above-described embodiments.
  • the physical motion information of the motion instructor may include the myoelectric potential, muscle tension, skin deformation, etc. of the motion instructor.
  • the motion instructor motion measuring device 60 includes a myoelectric potential sensor, a muscle strength measuring device, a skin strain measuring device, and the like. According to this embodiment, it is possible to acquire the body movement information of the motion instructor from various biological information.
  • FIG. 8 shows a functional block of the exercise teaching system 5 according to the fourteenth embodiment.
  • the motion teaching system 5 includes a motion teaching device 1 according to the first embodiment, a motion instructor motion measuring device 60, and a user motion measuring device 70.
  • the user motion measuring device 70 measures the user's physical motion information in real time.
  • the body movement information acquisition unit 20 is a stimulus element 11 based on the difference between the body movement information of the movement teacher measured by the movement teacher movement measuring device 60 and the body movement information of the user measured by the user movement measuring device 70. , 12, ..., 1n is controlled.
  • the user motion measuring device 70 is, for example, a biosensor attached to various parts of the user's body.
  • the control unit 30 forms a mechanical distribution on the skin of the user based on the difference in physical movement between the motion teacher and the user, which changes from moment to moment. As a result, the user can acquire the target physical exercise while modifying his / her own physical exercise with respect to the physical exercise of the motion instructor as a model.
  • the motion teaching system 5 has described an example including the motion teaching device 1, the motion teaching device is not limited to this, and the motion teaching device may be any of the above-described embodiments.
  • the control unit 30 allows the user to perform muscle activity so that the difference between the physical motion information of the motion instructor measured by the motion instructor motion measuring device 60 and the physical motion information of the user measured by the user motion measuring device 70 becomes small.
  • the stimulating elements 11, 12, ..., 1n are controlled so as to form a mechanical distribution on the skin that generates a force sensation. That is, the control unit 30 forms a mechanical distribution on the user's skin that generates a physical sensation that causes the user to move muscles stronger or faster in order to bring the user's physical movement closer to that of the motion teacher. do. This allows the user to master the target physical movement by modifying his or her physical movement to move the muscles stronger or faster with respect to the physical movement of the model motion teacher. ..
  • the control unit 30 allows the user to perform muscle activity so that the difference between the physical motion information of the motion instructor measured by the motion instructor motion measuring device 60 and the physical motion information of the user measured by the user motion measuring device 70 becomes small.
  • the stimulating elements 11, 12, ..., 1n are controlled so as to form a mechanical distribution on the skin that generates a force sensation that causes the body to rest. That is, in order to bring the user's physical movement closer to the physical movement of the motion instructor, the control unit 30 applies a mechanical distribution on the user's skin to generate a physical sensation that causes the muscle currently being exercised by the user to stand still. Form.
  • the user can acquire the target physical movement by modifying his / her own physical movement so as to keep the muscles stationary with respect to the physical movement of the motion instructor as a model.
  • FIG. 9 shows a functional block of the exercise teaching system 6 according to the 17th embodiment.
  • the motion teaching system 6 includes a motion teaching device 1 according to the first embodiment, a motion teacher motion measuring device 60, a learning unit 80, and a mechanical distribution estimation unit 21.
  • the learning unit 80 has two operation modes, that is, a first operation mode and a second operation mode.
  • the first operation mode is the learning mode
  • the second operation mode is the control mode.
  • the learning unit 80 uses a large amount of physical motion information of the motion instructor and the mechanical distribution of the skin of the motion instructor estimated by the mechanical distribution estimation unit 21 from the physical motion information as learning data.
  • Machine learning is a large amount of physical motion information of the motion instructor and the mechanical distribution of the skin of the motion instructor estimated by the mechanical distribution estimation unit 21 from the physical motion information as learning data.
  • the mechanical distribution may be directly observed using a myoelectric sensor or the like as a motion instructor motion measuring device, or may be estimated by a finite element method or the like from the state of skin deformation.
  • the learning unit 80 is mechanically estimated based on the learning result when the body movement information of the movement teacher acquired by the body movement information acquisition unit 20 from the movement teacher movement measuring device 60 is input.
  • the distribution is output to the control unit 30.
  • the control unit 30 controls each stimulating element on the user's skin to form the mechanical distribution on the user's skin, and induces the user to have a physical sensation of the motion instructor.
  • the conversion from the mechanical distribution to the controlled variable of each stimulus element is performed using a table in which the relationship between the two is previously tabulated.
  • Machine learning may be performed by a known AI.
  • the specific method of AI is not particularly limited, but for example, a convolutional neural network (CNN), a recursive neural network (RNN), an LSTM network (Long Short Term Memory), etc.
  • CNN convolutional neural network
  • RNN recursive neural network
  • LSTM Long Short Term Memory
  • different neural networks may be mixed for each calculation model after sharing the input layer.
  • a large number of pairs of the presented force sense and the mechanical distribution that generates the force sense are prepared, and AI is made to learn these as learning data.
  • the AI can output a mechanical distribution that generates a desired force sensation when the body movement information of the motion instructor is input.
  • FIG. 10 shows a functional block of the exercise teaching system 7 according to the eighteenth embodiment.
  • the motion teaching system 7 includes a motion teaching device 1 according to the first embodiment, a motion instructor motion measuring device 60, a camera 90, and a display device 92.
  • the camera 90 captures the physical movement of the motion instructor.
  • the display device 92 is a wearable display device that displays an image taken by the camera 90 to the user.
  • the camera 90 may be, for example, a high-definition camera or a stereo camera.
  • the display device 92 may be, for example, an HMD (head-mounted display). According to the present embodiment, by using the skin stimulation by the stimulating elements 11, 12, ..., 1n and the visual stimulation by the display device 92 in combination, it is possible to teach the physical sensation with a higher sense of presence.
  • FIG. 11 shows a functional block of the exercise teaching system 8 according to the nineteenth embodiment.
  • the motion teaching system 8 includes a motion teaching device 1 according to the first embodiment, a motion instructor motion measuring device 60, a microphone 94, and a reproduction device 96.
  • the microphone 94 records the voice accompanying the physical exercise of the motion instructor.
  • the reproduction device 96 is a wearable reproduction device that reproduces the voice recorded by the microphone 94 to the user.
  • the microphone 94 may be a stereo microphone such as a binaural microphone.
  • the playback device 96 may be, for example, headphones. According to the present embodiment, by using the skin stimulation by the stimulating elements 11, 12, ..., 1n and the auditory stimulation by the regenerating device 96 in combination, it is possible to teach the physical sensation with a higher sense of presence.
  • FIG. 12 shows a processing flow of the exercise teaching method according to the twentieth embodiment.
  • This motion teaching method uses step S1 to acquire information on the body movement of the motion instructor and a plurality of stimulating elements arranged on the skin close to the surface of the user's muscle, and the surface of the user's muscle.
  • the step S2 which stimulates the skin in the vicinity of the skin, is provided.
  • the plurality of stimulating elements form a mechanical distribution on the skin that generates a desired force sensation based on body movement information.
  • the interval between the adjacent stimulating elements is an interval capable of teaching a spatially continuous force sense. Force sensation induces the user to feel the physical sensation when the motion instructor is performing physical exercise.
  • this exercise teaching method acquires information on the physical exercise of the motion instructor.
  • the physical exercise of the motion instructor is the exercise of the muscles when the motion instructor performs the technique, and serves as a model for the user.
  • the information stored in advance in the storage device or the like may be acquired, or the actual physical exercise of the motion instructor may be acquired in real time.
  • this exercise teaching method stimulates the skin close to the surface of the user's muscle by using a plurality of stimulating elements arranged on the skin close to the surface of the user's muscle.
  • the method of stimulating the skin by the stimulating element may be a mechanical method such as rotational movement, pulling in the shear direction, compression, or suction.
  • Each stimulating element may be capable of presenting a sense of force by itself. Alternatively, it may be possible to present a sense of force only when a plurality of stimuli jointly form a predetermined mechanical distribution.
  • the interval between adjacent stimulating elements is an interval that can present a spatially continuous force sense. If the distance between the stimulating elements is too large, the force sense becomes spatially discontinuous. In this case, it is not possible to form a mechanical distribution on the skin that produces the desired force sensation.
  • the spacing between adjacent stimulating elements may be, for example, such that the ranges of force sense presented by the adjacent stimulating elements overlap. Alternatively, the spacing between adjacent stimulating elements may be within the range of the two-point discrimination threshold in the area of the skin.
  • the force sense induces the user to feel the physical sensation when the motion instructor is performing physical exercise. That is, by the force sensation presented by this movement teaching method, the user should move which muscle with what strength in order to reproduce the body movement of the movement teacher (that is, to perform the ideal body movement). You can get a good feeling, including the change over time.
  • the physical exercise of the motion instructor can be accurately taught to the user.
  • the 21st embodiment is a program. This program causes a computer to execute the exercise teaching method according to the twentieth embodiment described above. According to this embodiment, it is possible to realize teaching of physical exercise with high reality as software.
  • the mechanical distribution formed on the skin by the stimulating element may be a strain energy density distribution.
  • the mechanical distribution may be a strain distribution, which strain may be the principal strain or the equivalent strain.
  • the mechanical distribution may be a force distribution, which may be a shear force or a normal force.
  • the mechanical distribution may be a stress distribution, which stress may be either pressure, principal stress or von Mises stress.
  • the present invention can be industrially used as an exercise teaching device, an exercise teaching system, an exercise teaching method and a program.

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Abstract

ユーザの皮膚に力覚を提示することによって身体運動を教示するためのウェアラブルな運動教示装置は、動作教示者の身体運動の情報を取得する身体運動情報取得部と、ユーザの筋肉の表面に近接する皮膚の上に配置される複数の刺激素子と、複数の刺激素子を制御する制御部と、を備える。複数の刺激素子の各々は、ユーザの筋肉の表面に近接する皮膚に刺激を与える。制御部は、身体運動情報取得部が取得した情報に基づいて、目的とする力覚を発生させる力学的分布を皮膚に形成するように複数の刺激素子を制御する。隣接する刺激素子間の間隔は、空間的に連続な力覚を教示可能な間隔である。力覚は、ユーザに動作教示者が身体運動を行っているときの身体感覚を誘発させる。

Description

運動教示装置、運動教示システム、運動教示方法およびプログラム
　本発明は、運動教示装置、運動教示システム、運動教示方法およびプログラムに関する。
　スポーツや職人の技術などの分野において、高い技能を持つ熟練者の技能伝承が課題になっている。熟練者の身体感覚をユーザに直接伝えられれば効果的な技能伝承が可能になると期待されるが、そのようなことを可能とする技術はまだ知られていない。こうした要望を実現しようとする技術として、動作中の熟練者の視点位置に合わせたステレオカメラで撮影した一人称視点映像をヘッドマウンテッドディスプレイで再生でき、バイノーラルマイクで録音した熟練者の周囲音をバイノーラル再生でき、熟練者に取り付けた筋電センサの取り付け位置に対応する位置に振動デバイスを設け、熟練者の筋電センサの信号に基づき振動デバイスを振動させることができる技能教示システムが開示されている（例えば、非特許文献１を参照）。
檜山敦、土山裕介、宮下真理子、江渕栄貫、関正純、廣瀬通孝：「一人称視点からの多感覚追体験による伝統技能継承支援」；日本バーチャルリアリティ学会論文誌１６（４）、６４３‐６５２、２０１１
　しかしながら、非特許文献１に記載された技能教示システムは、振動デバイスのみを使用した場合、ユーザに、連動して動かすべき複数の筋肉を順次教示することはできるものの、振動による刺激であるために刺激が拡散し易く、特に筋が緊張したまま静止しているような状態が表現できないということもあり、熟練者の身体感覚を誘発させるには至っていない。このため、映像情報のみを使用した場合の教示と比較して、特段に優位な教示効果が得られているわけではないという課題がある。
　本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、動作教示者の教示動作をユーザに動作教示者の身体感覚を誘発させることで教示することができるウェアラブルなデバイスを提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明のある態様の運動教示装置は、ユーザの皮膚に力覚を提示することによって動作教示者の身体感覚を誘発させて身体運動を教示するためのウェアラブルな運動教示装置である。この運動教示装置は、動作教示者の身体運動の情報を取得する身体運動情報取得部と、ユーザの複数の筋肉の表面に近接する皮膚の上に配置される複数の刺激素子と、複数の刺激素子を制御する制御部とを備える。複数の刺激素子の各々は、ユーザの筋肉の表面に近接する皮膚に刺激を与える。制御部は、身体運動情報取得部が取得した身体運動の情報に基づいて、目的とする力覚を発生させる力学的分布を皮膚に形成するように複数の刺激素子を制御する。この力覚は、ユーザに動作教示者の身体感覚を誘発させる。
　ある実施の形態では、運動教示装置は、動作教示者の身体運動の情報を記憶する記憶部を備えてもよい。身体運動情報取得部は、記憶部から身体運動の情報を取得してもよい。
　刺激素子は、回転運動によって皮膚に刺激を与えてもよい。制御部は、刺激素子の回転角度および回転方向を制御してもよい。
　制御部は、目的とする力覚が大きければ大きいほど、刺激素子の回転角度が大きくなるように刺激素子を制御してもよい。
　刺激素子は、回転運動によって皮膚に刺激を与え、制御部は、刺激素子の回転速度および回転方向を制御してもよい。
　制御部は、目的とする力覚が大きければ大きいほど、刺激素子の回転速度が大きくなるように刺激素子を制御してもよい。
　刺激素子は、回転運動によって皮膚に刺激を与え、制御部は、刺激素子の回転トルクおよび回転方向を制御してもよい。
　制御部は、目的とする力覚が大きければ大きいほど、刺激素子の回転トルクが大きくなるように刺激素子を制御してもよい。
　隣接する刺激素子間の間隔は、当該隣接する刺激素子によって提示される力覚の範囲が重なりを持つような間隔であってもよい。
　刺激素子は、ユーザの上腕部、前腕部、手首、手指、大腿部、下腿部、足首、足指、首、胴体または腰部の筋肉の表面に近接する皮膚の上に配置されてもよい。また、刺激素子は、各筋肉の最も太くなる部位の近傍の皮膚一カ所、または各筋肉の両端の腱に近い皮膚それぞれの箇所、または各筋肉表面の皮膚を覆うように複数箇所配置してもよい。
　刺激素子は、回転運動に加えて、電気刺激によって皮膚に刺激を与えてもよい。
　本発明の別の態様は、運動教示システムである。このシステムは、前述の運動教示装置と、動作教示者の身体運動の情報をリアルタイムに計測する動作教示者運動計測装置と、を備える。身体運動情報取得部は、動作教示者運動計測装置から動作教示者の身体運動の情報を取得してもよい。
　動作教示者の身体運動の情報は、筋電位、筋張力または皮膚変形量を含んでもよい。
　ある実施の形態では、運動教示システムは、ユーザの身体運動の情報をリアルタイムに計測するユーザ運動計測装置を備えてもよい。制御部は、動作教示者運動計測装置が計測した動作教示者の身体運動の情報と、ユーザ運動計測装置が計測したユーザの身体運動の情報との差異に基づいて、複数の刺激素子を制御してもよい。
　制御部は、差異が小さくなるように、ユーザが筋活動を増大させる力覚を発生させる力学的分布を皮膚に形成するように複数の刺激素子を制御することを特徴してもよい。
　ある実施の形態では、運動教示システムは、動作教示者の身体運動の情報と、前記身体運動の情報から推定した動作教示者の皮膚の力学的分布とを学習データとして機械学習することにより、身体運動情報取得部が動作教示者運動計測装置から取得した動作教示者の身体運動の情報が入力されたときに、目的とする力覚を発生させる力学的分布を出力する学習部をさらに備えてもよい。
　ある実施の形態では、運動教示システムは、動作教示者の視点位置で撮影された一人称映像を表示するウェアラブルな表示装置と、を備えてもよい。
　ある実施の形態では、運動教示システムは、動作教示者の教示動作中の周囲音をバイノーラル収録するマイクロフォンと、マイクロフォンで収録された音声を再生するウェアラブルな再生装置と、を備えてもよい。
　本発明の別の態様は、運動教示方法である。この方法は、ユーザの皮膚に力覚を提示することによって動作教示者の身体感覚を誘発させて身体運動を教示するための運動教示方法であって、動作教示者の身体運動の情報を取得するステップと、ユーザの筋肉の表面に近接する皮膚の上に配置される複数の刺激素子を用いて、ユーザの筋肉の表面に近接する皮膚に刺激を与えるステップと、を備える。複数の刺激素子は、身体運動の情報に基づいて、目的とする力覚を発生させる力学的分布を皮膚に形成し、この力覚は、ユーザに動作教示者の身体感覚を誘発させる。
　本発明のさらに別の態様は、プログラムである。このプログラムは、ユーザの皮膚に力覚を提示することによって動作教示者の身体感覚を誘発させて身体運動を教示するための運動教示方法であって、動作教示者の身体運動の情報を取得するステップと、ユーザの筋肉の表面に近接する皮膚の上に配置される複数の刺激素子を用いて、ユーザの筋肉の表面に近接する皮膚に刺激を与えるステップと、を備える方法をコンピュータに実行させる。複数の刺激素子は、身体運動の情報に基づいて、目的とする力覚を発生させる力学的分布を皮膚に形成し、この力覚は、ユーザに動作教示者の身体感覚を誘発させる。
　なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を装置、方法、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
　本発明によれば、動作教示者の身体運動を的確にユーザに教示することができる。
第１の実施の形態に係る運動教示装置の機能ブロック図である。 第２の実施の形態に係る運動教示装置の機能ブロック図である。 第３の実施の形態に係る運動教示装置の斜視図である。 図３の運動教示装置を装着したユーザを左斜め後方から見た図である。 図３の運動教示装置の刺激素子ユニットの斜視図である。 運動に基づく活動等の強度と、刺激強度との間の正の相関を示すグラフである。 第１２の実施の形態に係る運動教示システムの機能ブロック図である。 第１４の実施の形態に係る運動教示システムの機能ブロック図である。 第１７の実施の形態に係る運動教示システムの機能ブロック図である。 第１８の実施の形態に係る運動教示システムの機能ブロック図である。 第１９の実施の形態に係る運動教示システムの機能ブロック図である。 第２０の実施の形態に係る運動教示方法のフローチャートである。 人が足を蹴り上げる動作を開始したときの筋張力の時系列信号を示すグラフである。
　以下、本発明を好適な実施の形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施の形態および変形例では、同一または同等の構成要素、ステップ、部材には同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示す。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要でない部材の一部は省略して表示する。また、第１、第２などの序数を含む用語が多様な構成要素を説明するために用いられるが、こうした用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。
　具体的な実施の形態を説明する前に、基礎となる知見を説明する。本発明者は、自らが行った研究の結果、人の臀部の皮膚にせん断変形（皮膚の方向に沿った変形）を加えることにより、乗り物に乗ったときに誘発される加速感覚や、起伏を乗り越えた際の上下方向の運動感覚を再現できることを見出した。
　例えば自動車のシートに腰掛けた状態で、加速または減速したりステアリングを切ったりすると、運転者の臀部の一部は、前後や左右の方向にせん断変形する。本発明者はこの現象に着目し、シートに前後および左右に運動する接触子を設けて、被験者の臀部にせん断変形を与えるだけで、被験者の前後および左右方向の加速感覚を誘発して再現できることを見出した。
　また、自動車に乗って段差や起伏を乗り越えると、身体が上下方向に運動して変位する。こうした上下運動の感覚も、皮膚のせん断変形により再現できることが分かった。例えば臀部がシートの座面から鉛直方向に運動すると、坐骨付近に分布していた圧力分布のピークは、尾てい骨の方向に変位する。本発明者はこの現象に着目し、圧力分布のピーク位置の変位を臀部の皮膚のせん断変形によって提示するだけで、座面からの突き上げに伴う感覚の誘発が可能となることを見出した。さらに本発明者は、起伏を乗り越えた際に生じる進行方向へのせん断力を臀部に提示するだけで、起伏を乗り越えたという感覚を誘発して再現できることをも見出した。
　本発明者は、このような感覚が誘発される理由について、以下のような仮説を立てた。先ず、こうしたせん断力が皮膚に与えられると、皮膚には、単位体積あたりの力学的量の分布、例えばひずみエネルギーの分布（以下、「ひずみエネルギー密度分布」という）が形成される。すなわち、人がシートなどに接触した状態で運動すると、皮膚の各箇所にひずみが発生する。このひずみのエネルギー密度の時間的および空間的な分布は、当該運動の種類、大きさ、方向などの特性を反映したものであると考えられる。力覚を司っている皮膚内部の機械受容器は、このひずみエネルギー密度分布によってニューロン発火の頻度が決定される。従って、人の皮膚に刺激を与えることによって、様々な運動に対応するひずみエネルギー密度分布を皮膚に形成すれば、実際にその人を動かさなくても、その人に自分がそのような運動をしているという感覚、あるいはこれから自分がどのような運動をしようとしているかという感覚を誘発できると考えられる。
　刺激を与える皮膚の部位は、臀部に限られず、背部、腹部、頭部、上腕部、前腕部、手首、手指、大腿部、下腿部、足首、足指、首、胴体あるいは腰部など、目的とする運動に対応するひずみエネルギー密度分布が形成されるための部位であれば、いずれであってもよい。また、目的とする運動に対応する力学的量の分布（以下、「力学的分布」と呼ぶ）は、ひずみエネルギー密度分布に限られず、ひずみ（例えば、主ひずみや相当ひずみなど）の分布、力（例えば、せん断力や垂直抗力など）の分布、応力（すなわち、単位面積あたりの力。例えば、圧力、主応力、ミーゼス応力など）の分布なども含む。
　以下本明細書では、人が身体を動かしたとき、あるいはこれから動かそうとしているときに感じる筋肉の動きや負荷の感覚を「身体感覚」と呼ぶ。また、人の身体感覚を引き起こす力覚（力の感覚）について、当該力の大きさと方向を提示することを「力覚を提示する」という。
　スポーツ、楽器演奏、乗り物の運転あるいは職人技といった技術の分野において、高い技能を持つ動作教示者の身体感覚を、個々の筋肉毎にユーザに教示することができれば、手本となる技術を正確かつ効率的に伝授することができる。こうした手本となる身体運動の情報は、動作教示者の身体運動を計測または推定することにより取得・蓄積することができる。このような情報に基づいて、目的とする力覚を発生させる力学的分布を皮膚に形成するように、ユーザの筋肉の表面に近接する皮膚に刺激を与えることで、ユーザは正しい運動や筋肉の使い方を習得することができる。またこれとは逆に、こうした手段を用いて、ユーザが動作している際の身体感覚を動作教示者に誘発させることも考えられる。このようにユーザの身体感覚を理解することで、動作教示者はより的確に動作教示のための指導を行えると期待される。
［第１の実施の形態］
　図１に、第１の実施の形態に係る運動教示装置１の機能ブロックを示す。運動教示装置１は、ユーザの筋肉Ｍの表面に近接する皮膚Ｓに力覚を提示することによって身体運動を教示する。運動教示装置１は、ウェアラブルである。すなわちユーザは、運動教示装置１を身体に装着することができる。運動教示装置１は、ｎ個の刺激素子１１、１２、…、１ｎと、身体運動情報取得部２０と、制御部３０と、を備える（ｎは２以上の整数）。
　身体運動情報取得部２０は、動作教示者の身体運動の情報を取得する。動作教示者の身体運動とは、動作教示者が技を披露するときの筋肉の運動であり、ユーザの手本となるものである。身体運動情報取得部２０は、サーバの記憶装置等に予め記憶された情報を取得してもよいし、動作教示者の実際の身体運動を通信によってリアルタイムに取得してもよい。身体運動情報取得部２０は、取得した情報を制御部３０に送信する。
　制御部３０は、身体運動情報取得部２０が取得した情報に基づいて、目的とする力覚を発生させる力学的分布を皮膚Ｓに形成するように刺激素子１１、１２、…、１ｎを制御する。制御部３０は、既知のコンピュータのハードウェアおよびソフトウェアを用いて構成されてよい。
　刺激素子１１、１２、…、１ｎは、ユーザの筋肉Ｍの表面に近接する皮膚Ｓの上に配置される。　刺激素子１１、１２、…、１ｎの各々は、ユーザの筋肉Ｍの表面に近接する皮膚Ｓに刺激を与える。刺激素子１１、１２、…、１ｎが皮膚Ｓに刺激を与える方法は、回転運動、せん断方向への引っ張り、圧迫、吸引などの力学的方法であってよい。刺激素子１１、１２、…、１ｎは、各々が単体で力覚を提示できるものであってもよい。あるいは、複数の刺激が共同して所定の力学的分布を形成することによって初めて力覚を提示できるものであってもよい。
　隣接する刺激素子間の間隔は、空間的に連続な力覚を提示可能な間隔であってもよい。隣接する刺激素子間の間隔は、例えば、当該隣接する刺激素子によって提示される力覚の範囲が重なりを持つような間隔であってもよい。あるいは、隣接する刺激素子間の間隔は、当該皮膚の領域における二点弁別閾の範囲内にある間隔であってもよい。
　運動教示装置１によって提示される力覚によって、ユーザは、無意識に動作教示者の身体運動を再現してしまう。このようにユーザが無意識に動作教示者の身体動作を再現する機序はまだ詳細に明らかにされてはいないが、各筋肉の近傍に発生したひずみエネルギー密度分布などの力学的分布に各筋肉が反応して反射的に収縮することが連動的に行われるためであると推察される。例えば図１３は、人が足を蹴り上げる動作を開始したときの約２秒間の大腿直筋、外側広筋、大内転筋、腓腹筋の筋張力の時系列信号である。ここでは、動作の開始時点ではほぼ同時に各筋肉が動き始めるものの、その後、各筋肉は個々に複雑な収縮を行っている。すなわち人は、このような筋肉の複雑な収縮を個々の筋肉のレベルで意識的に行っているのではなく、蹴り上げるという全体的動作として身につけたものを技量として発揮しているのである。従って、動作教示者の身体動作から得られた力学的分布の時系列変化がユーザに与えられれば、ユーザは動作教示者の身体感覚を経験していることになり、最も効果的にその動作を習得することになる。
　本実施の形態によれば、ユーザの皮膚に刺激を与えることによって、動作教示者の身体運動を効果的にユーザに教示することができる。
［第２の実施の形態］
　図２に、第２の実施の形態に係る運動教示装置２の機能ブロックを示す。運動教示装置２も、ユーザの筋肉Ｍの表面に近接する皮膚Ｓに力覚を提示することによって身体運動を教示する。運動教示装置２は、ｎ個の刺激素子１１、１２、…、１ｎと、身体運動情報取得部２０と、制御部３０と、記憶部４０と、を備える（ｎは２以上の整数）。すなわち、運動教示装置２は、図１の運動教示装置１の構成に加えて、記憶部４０を備える。
　刺激素子１１、１２、…、１ｎの構成と動作は、運動教示装置１のものと共通であるので、説明を省略する。記憶部４０は、動作教示者の身体運動の情報を記憶する。身体運動情報取得部２０は、記憶部４０から、動作教示者の身体運動の情報を取得する。例えば記憶部４０は、動作教示者の理想的な身体運動を記憶してもよい。この場合ユーザは、記憶部４０に記憶された手本となる身体運動を習得することができる。あるいは記憶部４０は、ユーザがベストコンディションのときの当該ユーザの身体情報を記憶してもよい。この場合ユーザは、スランプ等に陥ったとき、自分がベストコンディションだったときの身体運動を取り戻すことができる。
　本実施の形態によれば、動作教示者の身体運動の情報を記憶部４０に記憶させておくことにより、ユーザは所望の身体運動を習得することができる。
［第３の実施の形態］
　刺激素子１１、１２、…、１ｎは、回転運動によって皮膚に刺激を与えてよい。このとき制御部３０は、刺激素子１１、１２、…、１ｎの回転角度および回転方向を制御してもよい。
　特にユーザの筋肉の表面に近接する皮膚に力覚を提示する場合、皮膚に与える刺激は、吸引、電気刺激、温度刺激、圧迫、または皮膚のせん断方向に沿った並進運動などによるものではなく、回転運動によるものであることが望ましい。その理由は以下の通りである。１つには、このような形態では、刺激は衣服を介して皮膚に与えられることが前提となる。この場合、例えば吸引、電気刺激または温度刺激などによる刺激は直接適用することができない。２つには、圧迫による刺激は、使用者の運動を妨げる原因となるので、身体運動の教示に向かない。さらに３つには、皮膚のせん断方向に沿った並進運動による刺激を与えようとした場合、動力源となるモータの回転運動を並進運動に変換する必要がある。このため機構が複雑となり、皮膚上に刺激素子を密に並べた形態には適用が難しいという問題がある。この点、回転運動による刺激提示は、上記のような問題を伴うことなく実施の形態に適用することができる。
　図３から図５を用いて、第３の実施の形態に係る運動教示装置３を説明する。図３は、運動教示装置３の斜視図である。図４は、運動教示装置３を装着したユーザを左斜め後方から見た図である。図５は、運動教示装置３の刺激素子ユニット５０の斜視図である。
　図３および図４に示されるように、運動教示装置３は、ユーザの左右の大腿部および左右の下腿部に装着される。刺激素子１１、１２、…、１ｎは、計３２個の刺激素子から構成される。すなわちｎ＝３２である。図５に示されるように、刺激素子１１、１２、…、１ｎは、４つが１つの刺激素子ユニットにまとめられる。すなわち運動教示装置３は、計８個の刺激素子ユニットを含む。
　刺激素子ユニット５０は、ほぼ正方形である。刺激素子ユニット５０の四隅に、それぞれ刺激素子が配置される。図５には、刺激素子１１、１２、１３及び１４が刺激素子ユニット５０にまとめられた状態が示されている。８個の刺激素子ユニットが、運動教示装置３に配置される。すなわち図３および図４に示されるように、刺激素子１１、１２、…、１３２は、３個の刺激素子ユニットがそれぞれ左右の大腿二頭筋および大腿四頭筋の表面に近接する皮膚の上に配置され、１個の刺激素子ユニットがそれぞれ左右の下腿部の平目筋の表面に近接する皮膚の上に配置される。
　刺激素子１１、１２、…、１３２の各々は、直径２０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状である。刺激素子１１、１２、…、１２４は、硬すぎると体に馴染まず、刺激素子１１、１２、…、１３２のエッジが接触することによる痛みや、刺激素子１１、１２、…、１３２と衣服との間の滑りが生じやすくなる。逆に刺激素子１１、１２、…、１３２が柔らかすぎると、回転力を伝えにくくなる。これらの特徴を考慮し、刺激素子１１、１２、…、１３２の素材として、適切なクロロプレンゴムスポンジが使用されている。
　刺激素子１１、１２、…、１３２を回転させるためのアクチュエータには、小型のサーボモーターが使用される。このサーボモーターの出力可能な最大のトルクは０．２Ｎ・ｍであるが、これは背部の皮膚を変形させるのに十分である。刺激素子１１、１２、…、１３２は、回転角度３０度、回転速度６０度／秒で回転するように制御される。
　本発明者は、刺激素子１１、１２、…、１ｎの回転角度および回転方向を適切に制御することにより、身体感覚を発生させる力学的分布を皮膚に形成できることを実験的に確かめた。この場合、回転角度だけでなく、当該回転角度に到達するまでの時間を制御のパラメータに含めてもよい。
　本実施の形態によれば、ユーザの皮膚に回転運動による刺激を与え、当該回転の角度および方向を制御することにより、正確かつ効率的に身体運動を教示することができる。
［第４の実施の形態］
　制御部３０は、目的とする力覚が大きければ大きいほど、刺激素子１１、１２、…、１ｎの回転角度が大きくなるように刺激素子１１、１２、…、１ｎを制御してもよい。本発明者は、目的とする力覚の大きさ（すなわち運動に基づく活動等の強度）と、ひずみエネルギー密度とは正の相関を持つことが多いことを見出した。さらにひずみエネルギー密度と、刺激素子１１、１２、…、１ｎの回転角度ともまた正の相関を持つことも分かる。従って、目的とする力覚が大きければ大きいほど、刺激素子１１、１２、…、１ｎの回転角度が大きくなるように刺激素子１１、１２、…、１ｎを制御することにより、身体感覚を誘発することができる。
　本実施の形態によれば、回転角度を大きくすることにより運動に基づく活動強度を増加させて、身体運動を教示することができる。
［第５の実施の形態］
　ある実施の形態では、回転運動によって皮膚に刺激を与える刺激素子１１、１２、…、１ｎを用いて、これらの刺激素子の回転速度および回転方向を適切に制御することにより、身体感覚を発生させる力学的分布を皮膚に形成してもよい。この場合、回転速度だけでなく、当該回転速度に到達するまでの時間を制御のパラメータに含めてもよい。
　本実施の形態によれば、ユーザの皮膚に回転運動による刺激を与え、当該回転の速度および方向を制御することにより、正確かつ効率的に身体運動を教示することができる。
［第６の実施の形態］
　制御部３０は、目的とする力覚（すなわち運動に基づく活動等の強度）が大きければ大きいほど、刺激素子１１、１２、…、１ｎの回転速度が大きくなるように刺激素子１１、１２、…、１ｎを制御してもよい。ひずみエネルギー密度は、刺激素子１１、１２、…、１ｎの回転速度と正の相関を持つことも分かる。従って、目的とする力覚が大きければ大きいほど、刺激素子１１、１２、…、１ｎの回転速度が大きくなるように刺激素子１１、１２、…、１ｎを制御することにより、身体感覚を誘発することができる。
　本実施の形態によれば、回転速度を大きくすることにより運動に基づく活動強度を増加させて、身体運動を教示することができる。
［第７の実施の形態］
　ある実施の形態では、回転運動によって皮膚に刺激を与える刺激素子１１、１２、…、１ｎを用いて、これらの刺激素子の回転トルクおよび回転方向を適切に制御することにより、身体感覚を発生させる力学的分布を皮膚に形成してもよい。この場合、回転トルクだけでなく、当該回転トルクに到達するまでの時間を制御のパラメータに含めてもよい。
　本実施の形態によれば、ユーザの皮膚に回転運動による刺激を与え、当該回転のトルクおよび方向を制御することにより、正確かつ効率的に身体運動を教示することができる。
［第８の実施の形態］
　制御部３０は、目的とする力覚（すなわち運動に基づく活動等の強度）が大きければ大きいほど、刺激素子１１、１２、…、１ｎの回転トルクが大きくなるように刺激素子１１、１２、…、１ｎを制御してもよい。ひずみエネルギー密度は、刺激素子１１、１２、…、１ｎの回転トルクと正の相関を持つことも分かる。従って、目的とする力覚が大きければ大きいほど、刺激素子１１、１２、…、１ｎの回転トルクが大きくなるように刺激素子１１、１２、…、１ｎを制御することにより、身体感覚を誘発することができる。特に、運動教示装置３を装着したユーザが運動したとき、刺激電極とユーザの皮膚とがずれたり滑ったりすることがある。こうした場合に回転角度や回転速度を基に制御を行うと、制御が不正確となる。これに対し回転トルクを基に制御を行えば、ユーザが運動して刺激電極とユーザの皮膚とがずれたり滑ったりしても、正確な制御が可能となる。
　本実施の形態によれば、回転トルクを大きくすることにより運動に基づく活動強度を増加させて、身体運動を教示することができる。
　第４、第６、第８の実施の形態では、目的とする力覚（すなわち運動に基づく活動等の強度）と、刺激素子の回転角度、回転速度、回転トルク（すなわち刺激強度）との間に正の相関があることを利用して制御を行った。図６に、このような運動に基づく活動等の強度と、刺激強度との間の正の相関の例を示す。
［第９の実施の形態］
　図１および２において、隣接する刺激素子間の間隔は、当該隣接する刺激素子によって提示される力覚の範囲が重なりを持つような間隔であってよい。本発明者は、隣接する刺激素子間の間隔をこのように設けることによって、空間的に連続な力覚をより確実に提示できることを見出した。
［第１０の実施の形態］
　前述の実施の形態では、刺激素子はユーザの大腿部、下腿部の筋肉の表面に近接する皮膚の上に配置された。しかしこれに限られず、刺激素子は、ユーザの上腕部、前腕部、手首、手指、足首、足指、首、胴体、腰部など、運動を司る筋肉が近傍にある任意の部位に配置されてよい。本実施の形態によれば、ユーザの身体部位への適用範囲を広げることができる。
［第１１の実施の形態］
　刺激素子は、回転運動に加えて、電気刺激によって皮膚に刺激を与えてもよい。すなわち刺激素子は、回転運動刺激と電気刺激とを組み合わせて、よりリアルな身体運動の感覚を発生させる力覚を皮膚上に形成する。本実施の形態によれば、的確に身体運動を教示することができる。
［第１２の実施の形態］
　図７に、第１２の実施の形態に係る運動教示システム４の機能ブロックを示す。運動教示システム４は、第１の実施の形態に係る運動教示装置１と、動作教示者運動計測装置６０と、を備える。動作教示者運動計測装置６０は、動作教示者の身体運動情報をリアルタイムに計測する。身体運動情報取得部２０は、動作教示者運動計測装置６０から、動作教示者の身体運動の情報を取得する。動作教示者運動計測装置６０は、例えば動作教示者の身体の様々な部位に取り付けられた生体センサである。制御部３０は、身体運動情報取得部２０が時々刻々と取得する動作教示者の身体運動情報に基づいて、ユーザの皮膚に力学的分布を形成する。これにより、ユーザは、手本とする動作教示者の身体運動をリアルタイムに習得することができる。なお、運動教示システム４は、運動教示装置１を備える例を説明したが、これに限られず、運動教示装置は、前述の実施の形態のいずれのものであってもよい。
［第１３の実施の形態］
　動作教示者の身体運動情報は、動作教示者の筋電位、筋張力、皮膚変形などを含んでもよい。この場合、動作教示者運動計測装置６０は、筋電位センサ、筋力測定装置、皮膚ひずみ測定装置などを含む。本実施の形態によれば、多様な生体情報から動作教示者の身体運動情報を取得することができる。
［第１４の実施の形態］
　図８に、第１４の実施の形態に係る運動教示システム５の機能ブロックを示す。運動教示システム５は、第１の実施の形態に係る運動教示装置１と、動作教示者運動計測装置６０と、ユーザ運動計測装置７０と、を備える。ユーザ運動計測装置７０は、ユーザの身体運動情報をリアルタイムに計測する。身体運動情報取得部２０は、動作教示者運動計測装置６０が計測した動作教示者の身体運動情報と、ユーザ運動計測装置７０が計測したユーザの身体運動情報との差異に基づいて、刺激素子１１、１２、…、１ｎを制御する。ユーザ運動計測装置７０は、例えばユーザの身体の様々な部位に取り付けられた生体センサである。
　ユーザが未熟であればあるほど、ユーザの身体運動と動作教示者の身体運動との差異は大きい。この差異をリアルタイムに計測し、当該差異に基づいて刺激素子を制御することにより、ユーザの身体運動を修正し、理想的な身体運動に近づけることができる。本実施の形態では、制御部３０は、時々刻々と変化する動作教示者とユーザの身体運動の差異に基づいて、ユーザの皮膚に力学的分布を形成する。これによりユーザは、手本とする動作教示者の身体運動に対して自身の身体運動を修正しながら、目標とする身体運動を習得することができる。なお、運動教示システム５は、運動教示装置１を備える例を説明したが、これに限られず、運動教示装置は、前述の実施の形態のいずれのものであってもよい。
［第１５の実施の形態］
　制御部３０は、動作教示者運動計測装置６０が計測した動作教示者の身体運動情報と、ユーザ運動計測装置７０が計測したユーザの身体運動情報との差異が小さくなるように、ユーザが筋活動を増大させる力覚を発生させる力学的分布を皮膚に形成するように刺激素子１１、１２、…、１ｎを制御する。すなわち、制御部３０は、ユーザの身体運動を動作教示者の身体運動に近づけるために、ユーザがより強くまたはより速く筋肉を動かすような身体感覚を発生させる力学的分布を、ユーザの皮膚に形成する。これによりユーザは、手本とする動作教示者の身体運動に対して、より強くまたはより速く筋肉を動かすように自身の身体運動を修正することにより、目標とする身体運動を習得することができる。
［第１６の実施の形態］
　制御部３０は、動作教示者運動計測装置６０が計測した動作教示者の身体運動情報と、ユーザ運動計測装置７０が計測したユーザの身体運動情報との差異が小さくなるように、ユーザが筋活動を静止させる力覚を発生させる力学的分布を皮膚に形成するように刺激素子１１、１２、…、１ｎを制御する。すなわち、制御部３０は、ユーザの身体運動を動作教示者の身体運動に近づけるために、ユーザが現在運動させている筋肉を静止させるような身体感覚を発生させる力学的分布を、ユーザの皮膚に形成する。これによりユーザは、手本とする動作教示者の身体運動に対して、筋肉を静止させるように自身の身体運動を修正することにより、目標とする身体運動を習得することができる。
［第１７の実施の形態］
　図９に、第１７の実施の形態に係る運動教示システム６の機能ブロックを示す。運動教示システム６は、第１の実施の形態に係る運動教示装置１と、動作教示者運動計測装置６０と、学習部８０と、力学的分布推定部２１と、を備える。学習部８０は、２つの動作モード、すなわち第１の動作モードと、第２の動作モードと、を持つ。ここで、第１の動作モードは学習モードであり、第２の動作モードは制御モードである。学習モードにおいては、学習部８０は、動作教示者の身体運動情報と、力学的分布推定部２１が身体運動の情報から推定した動作教示者の皮膚の力学的分布と、を学習データとして大量に機械学習する。力学的分布は、動作教示者運動計測装置として筋電センサなどを用いて直接観測してもよいし、皮膚の変形の状況から有限要素法などで推定することもできる。一方制御モードにおいては、学習部８０は、身体運動情報取得部２０が動作教示者運動計測装置６０から取得した動作教示者の身体運動情報が入力されると、学習結果に基づき推定された力学的分布を制御部３０に出力する。制御部３０は、ユーザの皮膚上の各刺激素子を制御して前記力学的分布をユーザの皮膚に形成し、ユーザに動作教示者の身体感覚を誘発させる。力学的分布から各刺激素子の制御量への変換は、両者の関係を事前にテーブル化したものを用いて行う。
　機械学習は、既知のＡＩにより行われてよい。ＡＩの具体的な手法は特に限定されないが、例えば畳み込みニューラルネットワーク（Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ　Ｎｅｕｒａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋ：ＣＮＮ）、再帰形ニューラルネットワーク（Ｒｅｃｕｒｒｅｎｔ　Ｎｅｕｒａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋ：ＲＮＮ）、ＬＳＴＭネットワーク（Ｌｏｎｇ　Ｓｈｏｒｔ　Ｔｅｒｍ　Ｍｅｍｏｒｙ：ＬＳＴＭ）などのニューラルネットワークを用いてもよく、この場合入力層を共通にした上で計算モデルごとに異なるニューラルネットワークを混在させてもよい。本実施の形態では、提示された力覚と当該力覚を発生させる力学的分布との組を大量に用意し、これらを学習データとしてＡＩに学習させる。これによりＡＩは、動作教示者の身体運動情報が入力されたときに、目的とする力覚を発生させる力学的分布を出力することができる。
　本実施の形態によれば、機械学習を用いることにより、動作教示者の身体運動情報から高い精度で目的とする力覚を発生させる力学的分布を推定することができる。
［第１８の実施の形態］
　図１０に、第１８の実施の形態に係る運動教示システム７の機能ブロックを示す。運動教示システム７は、第１の実施の形態に係る運動教示装置１と、動作教示者運動計測装置６０と、カメラ９０と、表示装置９２と、を備える。カメラ９０は、動作教示者の身体運動を撮影する。表示装置９２は、カメラ９０で撮影された画像をユーザに対して表示するウェアラブルな表示装置である。カメラ９０は、例えばハイビジョンカメラやステレオカメラであってよい。表示装置９２は、例えばＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）であってよい。本実施の形態によれば、刺激素子１１、１２、…、１ｎによる皮膚刺激と、表示装置９２による視覚刺激を組み合わせて使うことにより、より高い臨場感で身体感覚を教示することができる。
［第１９の実施の形態］
　図１１に、第１９の実施の形態に係る運動教示システム８の機能ブロックを示す。運動教示システム８は、第１の実施の形態に係る運動教示装置１と、動作教示者運動計測装置６０と、マイクロフォン９４と、再生装置９６と、を備える。マイクロフォン９４は、動作教示者の身体運動に伴う音声を収録する。再生装置９６は、マイクロフォン９４で収録された音声をユーザに対して再生するウェアラブルな再生装置である。マイクロフォン９４は、例えばバイノーラルマイクなどのステレオマイクであってよい。再生装置９６は、例えばヘッドフォンであってよい。本実施の形態によれば、刺激素子１１、１２、…、１ｎによる皮膚刺激と、再生装置９６による聴覚刺激を組み合わせて使うことにより、より高い臨場感で身体感覚を教示することができる。
［第２０の実施の形態］
　図１２に、第２０の実施の形態に係る運動教示方法の処理フローを示す。この運動教示方法は、動作教示者の身体運動の情報を取得するステップＳ１と、ユーザの筋肉の表面に近接する皮膚の上に配置される複数の刺激素子を用いて、当該ユーザの筋肉の表面に近接する皮膚に刺激を与えるステップＳ２と、を備える。複数の刺激素子は、身体運動情報に基づいて、目的とする力覚を発生させる力学的分布を皮膚に形成する。　隣接する前記刺激素子間の間隔は、空間的に連続な力覚を教示可能な間隔である。力覚は、ユーザに動作教示者が身体運動を行っているときの身体感覚を誘発させる。
　ステップＳ１で、本運動教示方法は、動作教示者の身体運動の情報を取得する。動作教示者の身体運動とは、動作教示者が技を披露するときの筋肉の運動であり、ユーザの手本となるものである。ステップＳ１では、記憶装置等に予め記憶された情報を取得してもよいし、動作教示者の実際の身体運動をリアルタイムに取得してもよい。
　ステップＳ２で、本運動教示方法は、ユーザの筋肉の表面に近接する皮膚の上に配置される複数の刺激素子を用いて、当該ユーザの筋肉の表面に近接する皮膚に刺激を与える。刺激素子が皮膚に刺激を与える方法は、回転運動、せん断方向への引っ張り、圧迫、吸引などの力学的方法であってよい。刺激素子は、各々が単体で力覚を提示できるものであってもよい。あるいは、複数の刺激が共同して所定の力学的分布を形成することによって初めて力覚を提示できるものであってもよい。
　隣接する刺激素子間の間隔は、空間的に連続な力覚を提示可能な間隔である。刺激素子間の間隔が離れすぎていると、力覚が空間的に不連続となってしまう。この場合、目的とする力覚を発生させる力学的分布を皮膚に形成することができない。隣接する刺激素子間の間隔は、例えば、当該隣接する刺激素子によって提示される力覚の範囲が重なりを持つような間隔であってよい。あるいは、隣接する刺激素子間の間隔は、当該皮膚の領域における二点弁別閾の範囲内にある間隔であってもよい。
　力覚は、ユーザに動作教示者が身体運動を行っているときの身体感覚を誘発させる。すなわち本運動教示方法によって提示される力覚によって、ユーザは、動作教示者の身体運動を再現するために（すなわち理想的な身体運動を行うために）、どの筋肉をどのような強度で動かせばよいかの感覚をその時間変化を含めて的確に得ることができる。
　本実施の形態によれば、ユーザの皮膚に刺激を与えることによって、動作教示者の身体運動を的確にユーザに教示することができる。
［第２１の実施の形態］
　第２１の実施の形態はプログラムである。このプログラムは、前述の第２０の実施の形態に係る運動教示方法をコンピュータに実行させる。この実施の形態によれば、高いリアリティを持った身体運動の教示をソフトウェアとして実現することができる。
　以上、本発明の実施の形態について詳細に説明した。これらの実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。
［変形例］
　以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、実施の形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施の形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施の形態と相違する構成について重点的に説明する。
　刺激素子により皮膚に形成される力学的分布は、ひずみエネルギー密度分布であってもよい。あるいは力学的分布はひずみの分布であってもよく、このひずみは主ひずみまたは相当ひずみであってもよい。あるいは、力学的分布は力の分布であってもよく、この力はせん断力または垂直抗力であってもよい。さらに、力学的分布は応力の分布であってもよく、この応力は、圧力、主応力またはミーゼス応力のいずれかであってもよい。
　これらの各変形例は実施の形態と同様の作用、効果を奏する。
　上述した各実施の形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる各実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。
　本発明は、運動教示装置、運動教示システム、運動教示方法およびプログラムとして産業上利用可能である。
　１・・運動教示装置
　２・・運動教示装置
　３・・運動教示装置
　４・・運動教示システム
　５・・運動教示システム
　６・・運動教示システム
　７・・運動教示システム
　８・・運動教示システム
　１１・・刺激素子
　１２・・刺激素子
　１３・・刺激素子
　１４・・刺激素子
　１ｎ・・刺激素子
　２０・・身体運動情報取得部
　３０・・制御部
　４０・・記憶部
　５０・・刺激素子ユニット
　６０・・動作教示者運動計測装置
　７０・・ユーザ運動計測装置
　８０・・学習部
　９０・・カメラ
　９２・・表示装置
　９４・・マイクロフォン
　９６・・再生装置
　Ｍ・・筋肉
　Ｓ・・皮膚
　Ｓ１・・動作教示者の身体運動の情報を取得するステップ
　Ｓ２・・ユーザの筋肉の表面に近接する皮膚の上に配置される複数の刺激素子を用いて、当該ユーザの筋肉の表面に近接する皮膚に刺激を付与するステップ

Claims (21)

  1. 　ユーザの筋肉に近接する皮膚に力覚を提示することによって身体運動を教示するためのウェアラブルな運動教示装置であって、
    　動作教示者の身体運動の情報を取得する身体運動情報取得部と、
    　前記ユーザの筋肉の表面に近接する皮膚の上に配置される複数の刺激素子と、
    　前記複数の刺激素子を制御する制御部とを備え、
    　前記複数の刺激素子の各々は、前記ユーザの筋肉の表面に近接する皮膚に刺激を与え、
    　前記制御部は、前記身体運動情報取得部が取得した情報に基づいて、目的とする力覚を発生させる力学的分布を皮膚に形成するように前記複数の刺激素子を制御し、
    　前記力覚は、前記ユーザに動作教示者が身体運動を行っているときの身体感覚を誘発させることを特徴とする運動教示装置。
  2. 　動作教示者の身体運動の情報を記憶する記憶部を備え、
    　前記身体運動情報取得部は、前記記憶部から情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の運動教示装置。
  3. 　前記刺激素子は、回転運動によって皮膚に刺激を与え、
    　前記制御部は、前記刺激素子の回転角度および回転方向を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の運動教示装置。
  4. 　前記制御部は、目的とする力覚が大きければ大きいほど、前記刺激素子の回転角度が大きくなるように前記刺激素子を制御することを特徴とする請求項３に記載の運動教示装置。
  5. 　前記刺激素子は、回転運動によって皮膚に刺激を与え、
    　前記制御部は、前記刺激素子の回転速度および回転方向を制御することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の運動教示装置。
  6. 　前記制御部は、目的とする力覚が大きければ大きいほど、前記刺激素子の回転速度が大きくなるように前記刺激素子を制御することを特徴とする請求項５に記載の運動教示装置。
  7. 　前記刺激素子は、回転運動によって皮膚に刺激を与え、
    　前記制御部は、前記刺激素子の回転トルクおよび回転方向を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の運動教示装置。
  8. 　前記制御部は、目的とする力覚が大きければ大きいほど、前記刺激素子の回転トルクが大きくなるように前記刺激素子を制御することを特徴とする請求項７に記載の運動教示装置。
  9. 　隣接する前記刺激素子間の間隔は、当該隣接する刺激素子によって空間的に連続な力覚を提示可能な間隔であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の運動教示装置。
  10. 　前記刺激素子は、前記ユーザの上腕部、前腕部、手首、手指、大腿部、下腿部、足首、足指、首、胴体または腰部の筋肉の表面に近接する皮膚の上に配置されることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の運動教示装置。
  11. 　前記刺激素子は、回転運動に加えて、電気刺激によって皮膚に刺激を与えることを特徴とする請求項３から１０のいずれかに記載の運動教示装置。
  12. 　請求項１から１１のいずれかに記載の運動教示装置と、
    　動作教示者の身体運動の情報をリアルタイムに計測する動作教示者運動計測装置と、を備え、
    　前記身体運動情報取得部は、前記動作教示者運動計測装置から動作教示者の身体運動の情報を取得することを特徴とする運動教示システム。
  13. 　前記動作教示者の身体運動の情報は、筋電位、筋張力または皮膚変形を含むことを特徴とする請求項１２に記載の運動教示システム。
  14. 　前記ユーザの身体運動の情報をリアルタイムに計測するユーザ運動計測装置を備え、
    　前記制御部は、前記動作教示者運動計測装置が計測した前記動作教示者の身体運動の情報と、前記ユーザ運動計測装置が計測した前記ユーザの身体運動の情報との差異に基づいて、前記複数の刺激素子を制御することを特徴とする請求項１２または１３に記載の運動教示システム。
  15. 　前記制御部は、前記差異が小さくなるように、ユーザが筋活動を増大させる力覚を発生させる力学的分布を皮膚に形成するように前記複数の刺激素子を制御することを特徴する請求項１４に記載の運動教示システム。
  16. 　前記制御部は、前記差異が小さくなるように、ユーザが筋活動を静止させる力覚を発生させる力学的分布を皮膚に形成するように前記複数の刺激素子を制御することを特徴する請求項１４に記載の運動教示システム。
  17. 　前記動作教示者の身体運動の情報と、前記身体運動の情報から推定された力学的分布とを学習データとして機械学習することにより、前記身体運動情報取得部が前記動作教示者運動計測装置から取得した前記動作教示者の身体運動の情報が入力されたときに、目的とする力覚を発生させる力学的分布を出力する学習部をさらに備えることを特徴とする請求項１２から１６のいずれかに記載の運動教示システム。
  18. 　前記動作教示者の視点位置から撮影された前記動作教示者の一人称映像を表示するウェアラブルな表示装置と、
    を備える請求項１２から１７のいずれかに記載の運動教示システム。
  19. 　前記動作教示者の身体運動の際の周囲の音を収録するマイクロフォンと、
    　前記マイクロフォンで収録された音声を再生するウェアラブルな再生装置と、
    を備える請求項１２から１７のいずれかに記載の運動教示システム。
  20. 　ユーザの皮膚に力覚を提示することによって身体運動を教示するための運動教示方法であって、
    　動作教示者の身体運動の情報を取得するステップと、
    　前記ユーザの筋肉の表面に近接する皮膚の上に配置される複数の刺激素子を用いて、前記ユーザの筋肉の表面に近接する皮膚に刺激を与えるステップと、を備え、
    　前記複数の刺激素子は、前記身体運動の情報に基づいて、目的とする力覚を発生させる力学的分布を皮膚に形成し、
    　前記力覚は、前記ユーザに動作教示者が身体運動を行っているときの身体感覚を誘発させることを特徴とする運動教示方法。
  21. 　動作教示者の身体運動の情報を取得するステップと、
    　ユーザの筋肉の表面に近接する皮膚の上に配置される複数の刺激素子を用いて、前記ユーザの筋肉の表面に近接する皮膚に刺激を与えるステップと、を備え、
    　前記複数の刺激素子は、前記身体運動の情報に基づいて、目的とする力覚を発生させる力学的分布を皮膚に形成し、
    　前記力覚は、前記ユーザに動作教示者が身体運動を行っているときの身体感覚を誘発させることを特徴とする方法をコンピュータに実行させるプログラム。
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HIYAMA ATSUSHI: "Artisan skill training system using multisensory experience data from first-person standpoint", TRANSACTIONS OF THE VIRTUAL REALITY SOCIETY OF JAPAN, vol. 16, no. 4, 1 January 2011 (2011-01-01), pages 643 - 652, XP055948025, DOI: 10.18974/tvrsj.16.4_643 *

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