特許 7332550 動作状態監視システム、訓練支援システム、動作状態監視方法およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-15

(45)【発行日】2023-08-23

(54)【発明の名称】動作状態監視システム、訓練支援システム、動作状態監視方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/11 20060101AFI20230816BHJP

【ＦＩ】

A61B5/11 230

A61B5/11 ZDM

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020138185

(22)【出願日】2020-08-18

(65)【公開番号】P2022034407

(43)【公開日】2022-03-03

【審査請求日】2022-05-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】513278127

【氏名又は名称】株式会社Ｍｏｆｆ

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】小林 誠

(72)【発明者】

【氏名】宮川 透

(72)【発明者】

【氏名】中島 一誠

(72)【発明者】

【氏名】菅 敬介

(72)【発明者】

【氏名】今井田 昌幸

(72)【発明者】

【氏名】山本 学

(72)【発明者】

【氏名】大高 洋平

(72)【発明者】

【氏名】加藤 正樹

(72)【発明者】

【氏名】平野 明日香

(72)【発明者】

【氏名】吉田 太樹

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼萩 昭範

(72)【発明者】

【氏名】犬飼 法子

【審査官】▲高▼ 芳徳

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１０６７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１９８０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２０８２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－３４４５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１１２１０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／０６ － ５／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被験者の身体の対象部位の動作状態を監視する動作状態監視システムであって、
前記対象部位に取り付けられるセンサのセンシング情報を取得する取得部と、
ユーザによる、静止状態における前記センサの取り付け方向の入力を受け付ける取り付け方向入力部と、
前記センサに関して、前記取り付け方向の情報と、前記センシング情報に関連する情報と、を対応付けて表示部に表示させる制御処理部と
を備える動作状態監視システム。

【請求項2】

前記制御処理部は、前記表示部において、前記センサの取り付け位置を表すアイコン画像をクリックしたことに応じて前記取り付け方向の情報を表示させるように制御する
請求項１に記載の動作状態監視システム。

【請求項3】

前記センシング情報は、前記センサのクォータニオン情報を少なくとも含み、
前記制御処理部は、前記センシング情報を用いて、前記センサの各軸周りの回転角の情報を前記センシング情報に関連する情報として算出し、前記表示部に表示させ、
前記制御処理部は、少なくとも前記取り付け方向の情報に応じて、前記各軸周りの回転角の算出の順番を変更する
請求項１または２に記載の動作状態監視システム。

【請求項4】

前記センサの前記取り付け方向は、前記対象部位に応じて予め定められる方向に対する前記センサの取り付け方向である
請求項１から３のいずれか一項に記載の動作状態監視システム。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項に記載の動作状態監視システムと、
前記センサを有する計測器と
を備える訓練支援システム。

【請求項6】

前記計測器は、前記センサの取り付け方向を変更する変更機構を有する
請求項５に記載の訓練支援システム。

【請求項7】

被験者の身体の対象部位の動作状態を監視する動作状態監視方法であって、
前記対象部位に取り付けられるセンサのセンシング情報を取得する取得段階と、
ユーザによる、静止状態における前記センサの取り付け方向の入力を受け付ける取り付け方向入力段階と、
前記センサに関して、前記取り付け方向の情報と、前記センシング情報に関連する情報と、を対応付けて表示部に表示させる制御処理段階と
を備える動作状態監視方法。

【請求項8】

被験者の身体の対象部位の動作状態を監視するための動作状態監視プログラムであって、
コンピュータに、
前記対象部位に取り付けられるセンサのセンシング情報を取得する取得処理と、
ユーザによる、静止状態における前記センサの取り付け方向の入力を受け付ける取り付け方向入力処理と、
前記センサに関して、前記取り付け方向の情報と、前記センシング情報に関連する情報と、を対応付けて表示部に表示させる制御処理と
を実行させる動作状態監視プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、動作状態監視システム、訓練支援システム、動作状態監視方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

リハビリテーション（リハビリ）訓練者または高齢者等の運動機能を測定する運動テストが知られている。例えば特許文献１には、被験者の身体の部位に取り付けられたセンサの計測データを用いて、運動テスト中の被験者の動作状態を検出する動作検出システムが開示されている。この動作検出システムでは、センサは帯状のバンドに接続され、被験者は、対象部位にバンドを装着することでセンサを対象部位に取り付ける。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－０８１４１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、センサを自由に取り付け、取り付けた方向毎に計測結果を区別して管理したいという要求がある。しかし上述の特許文献１に記載のシステムでは、バンドの軸方向に対するセンサの接続方向が固定されており、センサの取り付け方向を自由に設定することができない。したがって取り付け方向毎に計測結果を区別して管理することはできないという問題があった。
また、センサが衣服、接着面またはその他の接続具を介して被験者の身体の部位に取り付けられる場合も計測結果の管理の面で同様の問題がある。

【0005】

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、センサの取り付け方向に応じて計測結果を好適に管理できる動作状態監視システム、訓練支援システム、動作状態監視方法およびプログラムを提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様にかかる動作状態監視システムは、被験者の身体の対象部位の動作状態を監視する動作状態監視システムである。前記動作状態監視システムは、前記対象部位に取り付けられるセンサのセンシング情報を取得する取得部と、静止状態における前記センサの取り付け方向の入力を受け付ける取り付け方向入力部と、前記取り付け方向に対応付けて、前記センシング情報に関連する情報を出力する制御処理部とを備える。これにより、動作状態監視システムは、センサの取り付け方向に応じて計測結果を好適に管理できる。

【0007】

ここで前記センサの前記取り付け方向は、前記対象部位に応じて予め定められる方向に対する前記センサの取り付け方向であることが好ましい。

【0008】

また前記センサの前記取り付け方向は、前記対象部位に装着されるバンドの軸方向に対する前記センサの取り付け方向であることが好ましい。これによりセンサの取り付け方向を、バンドを基準に容易に特定することができる。

【0009】

また前記制御処理部は、前記センシング情報または前記センシング情報に関連する情報に対して前記取り付け方向に応じた演算処理を実行し、前記センサの前記取り付け方向に対応付けて、演算処理結果を出力することが好ましい。これにより、動作状態監視システムは、監視対象動作の途中で意図的にまたは意図せず取り付け方向が変わっても、その後の計測結果を変化後の取り付け方向に対応付けて管理できる。

【0010】

本発明の一態様にかかる訓練支援システムは、上記動作状態監視システムと、前記センサを有する計測器とを備える。これにより、訓練支援システムは、センサの取り付け方向に応じて計測結果を好適に管理できる。

【0011】

ここで前記計測器は、前記センサの取り付け方向を変更する変更機構を有することが好ましい。これにより、センサの取り付け方向を自由に設定することができ、利便性が向上する。またセンサによっては好適な方向に設定することで、センサのセンシング結果の精度が向上する。

【0012】

本発明の一態様にかかる動作状態監視方法は、被験者の身体の対象部位の動作状態を監視する動作状態監視方法である。前記動作状態監視方法は、前記対象部位に取り付けられるセンサのセンシング情報を取得する取得段階と、静止状態における前記センサの取り付け方向の入力を受け付ける取り付け方向入力段階と、前記取り付け方向に対応付けて、前記センシング情報に関連する情報を出力する制御処理段階とを備える。

【0013】

本発明の一態様にかかる動作状態監視プログラムは、被験者の身体の対象部位の動作状態を監視するための動作状態監視プログラムである。前記プログラムは、コンピュータに、前記対象部位に取り付けられるセンサのセンシング情報を取得する取得処理と、静止状態における前記センサの取り付け方向の入力を受け付ける取り付け方向入力処理と、前記取り付け方向に対応付けて、前記センシング情報に関連する情報を出力する制御処理とを実行させる。

【発明の効果】

【0014】

本発明により、センサの取り付け方向に応じて計測結果を好適に管理できる動作状態監視システム、訓練支援システム、動作状態監視方法およびプログラムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態１にかかる訓練支援システムの概略構成図である。

【図2】実施形態１にかかる計測器のセンサの取り付けの一例を説明するための図である。

【図3】実施形態１にかかる初期の基準方向を説明するための図である。

【図4】実施形態１にかかる訓練支援システムの構成の一例を示すブロック図である。

【図5】実施形態１にかかる動作状態監視装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。

【図6】実施形態１にかかる表示部の、計測開始前の表示画面の一例を示す図である。

【図7】実施形態１にかかる表示部の、計測終了時の表示画面の一例を示す図である。

【図8】実施形態２にかかる演算処理テーブルのデータ構造の一例を示す図である。

【図9】本実施形態にかかるコンピュータの概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、実施形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲にかかる発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略、および簡略化がなされている。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されている。

【0017】

＜実施形態１＞
まず図１～７を用いて、本発明の実施形態１について説明する。
図１は、実施形態１にかかる訓練支援システム１の概略構成図である。訓練支援システム１は、リハビリ訓練者または高齢者等の被験者Ｐの運動機能を測定し、測定結果を解析、評価および管理することにより、訓練を支援するコンピュータシステムである。被験者Ｐは、センサを身体の部位に取り付けて、運動テストを行う。例えば運動テストは、指定された動作を被験者Ｐが行った場合の対象部位の動作状態を計測し、運動機能を測定する運動機能テストである。

【0018】

以下では、指定された動作を監視対象動作と呼ぶことがある。監視対象動作は、身体の部位に対応して定められ、一例として、肩屈伸、肩内外転、肩内外旋、頸部屈伸、頸部回旋、肘屈伸、股関節内外旋、前腕回内外または胸腰部側屈等が挙げられる。監視対象動作は、対象部位が左右のいずれか一方である場合には、左右で区別して定められてよい。また対象部位として、１つの監視対象動作に１または複数の部位が対応付けられてよく、異なる監視対象動作に同じ部位が対応付けられてよい。

【0019】

本図に示すように、訓練支援システム１は、計測器２と動作状態監視システム（以下、動作状態監視装置と呼ぶ）３とを備える。

【0020】

計測器２は、移動方向および移動量を計測する計測装置である。本実施形態１では、計測器２は、加速度センサおよび角速度センサを有し、自己の加速度および角速度を計測する。具体的には、計測器２は、３軸加速度センサおよび３軸角速度センサを含んでよい。この場合、計測器２は、ＸＹＺ軸の３軸方向の移動量および３軸周りの回転角を計測する。なお、計測軸は、３軸に限らず２軸以下であってもよい。また計測器２は、地磁気を検出して自己が向いている方角を計測する地磁気センサを有してもよい。

【0021】

計測器２は、動作状態監視装置３に通信可能に接続されている。本実施形態１では、計測器２および動作状態監視装置３の間の通信は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Near Field Communication）およびＺｉｇＢｅｅ等の近距離無線通信である。しかしこれに限らず、通信は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークを介した無線通信であってもよい。また通信は、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮ（Wide Area Network）またはこれらの組み合わせを含んで構成されるネットワークを介した有線通信であってもよい。

【0022】

計測器２は、センサ２００と、センサ２００の取り付け機構とを有する。そしてセンサ２００は、取り付け機構を介して、被験者Ｐの身体の対象部位の取り付け位置２０に取り付けられる。なお各種監視対象動作の計測に対応するために、複数のセンサ２００の各々が、被験者Ｐの身体の部位の各々に紐づけられ、紐づけられた部位に取り付け可能になっている。本図では、取り付け可能な部位を取り付け位置２０－１，２，…１１で示しており、各々がセンサ２００－１，２，…１１に紐づけられている。例えば取り付け位置２０－１，２，…１１はそれぞれ、右上腕、右前腕、頭部、胸部（体幹）、腰部（骨盤）、左上腕、左前腕、右太腿、右下腿、左太腿、左下腿と呼ばれる。取り付け位置２０とセンサ２００との紐づけは、事前にセンサ２００と動作状態監視装置３との間でペアリングがなされ、動作状態監視装置３のアプリケーション上で取り付け位置２０の識別情報（ＩＤ）とセンサ２００のＩＤとが対応付けられることで行われる。

【0023】

本実施形態１では、運動テストで使用する取り付け位置２０は、ユーザが選択した監視対象動作に応じて、取り付け位置２０－１～１１から選択される。なお、このユーザは、動作状態監視装置３を使用するユーザであり、例えば被験者Ｐ自身または運動テストを実施するスタッフである。そして被験者Ｐまたはスタッフは、被験者Ｐの身体の、選択された取り付け位置２０（本図では、２０－１，２，６，７）に紐づけられたセンサ２００（本図では、２－１，２，６，７）を取り付け、運動テストを開始させる。
なおセンサ２００は、被験者Ｐの身体の取り付け位置２０－１～１１以外の位置に取り付け可能であってもよい。この場合、ユーザは、センサ２００の向きと計測方向の特性を考慮して、センサ２００を取り付ける必要がある。

【0024】

なお、各々が複数の取り付け位置２０の各々に紐づけられた複数のセンサ２００を用意するとしたが、用意される取り付け位置２０の数は１であってもよく、また用意されるセンサ２００の数は１であってもよい。

【0025】

センサ２００は、運動テストが開始されたことに応じて、計測を開始し、センシング情報を動作状態監視装置３に送信する。センシング情報は、加速度情報、角速度情報またはクォータニオン情報を含んでよい。またセンシング情報は、これらの各計測軸方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向）の成分を含んでよい。そしてセンサ２００は、運動テストが終了したことに応じて、計測を停止する。

【0026】

動作状態監視装置３は、運動テスト中の被験者Ｐの身体の対象部位の動作状態を監視し、動作状態に関する情報を解析、評価および管理するコンピュータ装置である。具体的には、動作状態監視装置３は、パーソナルコンピュータ、ノート型コンピュータ、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末またはその他データ入出力可能な通信端末装置であってよい。また動作状態監視装置３は、サーバ・コンピュータであってもよい。本実施形態１では、動作状態監視装置３を、タブレット端末として説明する。

【0027】

動作状態監視装置３は、運動テスト中および運動テスト前後にユーザによって使用される。動作状態監視装置３は、ユーザから監視対象動作の選択を受け付け、対象部位に応じた取り付け位置２０をユーザに報知する。そして動作状態監視装置３は、運動テストが開始または終了したことに応じて、センサ２００に計測開始または計測停止の要求を送信する。また動作状態監視装置３は、センサ２００からセンシング情報を受信したことに応じて、計測結果としてセンシング関連情報を出力する。ここでセンシング関連情報は、センシング情報に関連する情報を示し、センシング情報自体を含んでよく、センシング情報に各種変換処理を施した情報であってもよい。また上述の動作状態に関する情報は、このセンシング関連情報に基づく情報であり、センシング関連情報自体を含んでもよい。

【0028】

なお、動作状態監視装置３は、ネットワークを介して外部サーバ（不図示）と通信可能に接続されていてよい。外部サーバは、コンピュータ装置であっても、インターネット上のクラウドサーバであってもよい。この場合、動作状態監視装置３は、自己が保持する被験者Ｐのセンシング関連情報または動作状態に関する情報を外部サーバに送信してよい。

【0029】

ここで図２～３を用いて、実施形態１にかかる計測器２のセンサ２００の取り付けについて説明する。図２は、実施形態１にかかる計測器２のセンサ２００の取り付けの一例を説明するための図である。

【0030】

図２に示すように計測器２は、センサ２００と、取り付け機構（取り付け具）として取り付けパッド２０１および帯状のバンド２０２とを有する。センサ２００は、取り付けパッド２０１を介して、対象部位に装着されたバンド２０２に接続される。これによりセンサ２００は、対象部位の取り付け位置２０に取り付けられる。なおセンサ２００とバンド２０２との間の接続機構（接続具）は、取り付けパッド２０１に限らず、ホックまたはスナップ等の留め具あるいは面ファスナであってもよい。

【0031】

ここでセンサ２００の取り付け方向について説明する。センサ２００の取り付け方向は、基準方向Ｄに対するセンサ２００の取り付け方向である。本実施形態１では、基準方向Ｄは、監視対象動作中に対象部位を動かしても取り付け方向が相対的に変化しない方向である。つまり、基準方向Ｄは、監視対象動作中にセンサ２００の絶対的な方向に連動して変化する方向である。ここで「絶対的な方向」とは、重力方向または水平方向を基準とした方向であり、例えば、被験者Ｐに対する座標系（Ｘ_Ｓ，Ｙ_Ｓ，Ｚ_Ｓ）で定義される方向であってよい。Ｘ_Ｓ軸は、被験者Ｐに対して前後方向の水平軸であり、Ｙ_Ｓ軸は、被験者Ｐに対して左右方向の水平軸であり、Ｚ_Ｓ軸は、重力方向の鉛直軸である。
図２では、基準方向Ｄは、対象部位に装着されるバンド２０２の軸方向であると定義される。そして取り付け方向は、軸方向である基準方向Ｄに対するセンサ２００の相対的な方向を示し、具体的には、基準方向Ｄとセンサの計測軸Ａとがなす角度（取り付け角度と呼ぶ）θ_１に基づいて定められる。計測軸Ａは、予め定められてよく、例えばセンサ座標系のＸ、ＹおよびＺ軸のいずれかであってよい。例えば図２に示すように、取り付け角度θ_１が０°である場合、計測軸Ａが基準方向Ｄと平行になるようにセンサ２００が取り付けられ、取り付け角度θ_１が９０°である場合、計測軸Ａが基準方向Ｄに直交するようにセンサ２００が取り付けられる。なお、取り付け角度θ_１は、０°および９０°に限らない。

【0032】

ここで本実施形態１では、基準方向Ｄは、対象部位に応じて定義されることができる。例えば対象部位にバンド２０２を装着する場合は、対象部位毎に一定の好ましい装着方向が存在する。例えば対象部位が腕である場合、バンド２０２は、装着しやすさや動きやすさの観点からその基準方向Ｄが腕の軸方向（つまり、腕の延在方向）に略平行になるように装着されることが好ましい。反対に、基準方向Ｄが腕の軸方向に略直交するように装着することは困難である。したがって基準方向Ｄとしてのバンド２０２の軸方向は、対象部位に応じて予め定義可能である。

【0033】

なお図２では、バンド２０２を用いてセンサ２００を対象部位に取り付けたが、バンド２０２は省略されてよい。このときセンサ２００は、取り付けパッド２０１を介して衣服または地肌に取り付けられてよい。この場合も基準方向Ｄは、対象部位の軸方向等、対象部位に応じて予め定義される方向となる。
そして本実施形態１では、計測器２の取り付け機構は、センサ２００の取り付け方向を変更する変更機構を含む。変更機構は、センサ２００の取り付け方向の変更を可能とする機構であれば、どのような機構であってもよい。例えば、センサ２００が、取り付けパッド２０１が繰り返し使用可能な接着面を有する場合には、自由に取り付け方向が変更される。また、センサ２００がベルトや服との間の接続具を用いて対象部位に取り付けられる場合、センサ２００が基準方向Ｄと略一致するように取り付けられた後、接続具と連動したつまみ等を用いて、その取り付け方向が変更されてよい。また複数の取り付け方向でセンサ２００を挟持可能な形状を有する接続具を用いてセンサ２００を取り付ける場合、その中から選択された１の取り付け方向でセンサ２００が取り付けられてよい。

【0034】

なお本実施形態１では、基準方向Ｄは、初期、つまり静止状態において対象部位に応じて予め具体的に定められることができる。図３は、実施形態１にかかる初期の基準方向Ｄを説明するための図である。本図に示すように、各部位に対応して、初期の基準方向Ｄの絶対的な方向が定められている。本図では、初期の基準方向Ｄの絶対的な方向は、Ｚ_Ｓ軸との間でなす角度θ_０を用いて表現される。角度θ_０は、人間の平均的な骨格に基づいて定められてよい。本例では、上腕の初期の基準方向Ｄは、Ｚ_Ｓ軸に対して外側を向いており、例えば右上腕の角度θ_０は、５°と定められてよい。また、前腕の初期の基準方向Ｄは、上腕よりもＺ_Ｓ軸に対してさらに外側を向いており、例えば右前腕の角度θ_０は、１０°と定められてよい。なお部位ごとの角度θ_０は、その被験者Ｐの年齢、性別、身長または体重等の属性情報に基づいて被験者Ｐごとに定められてもよい。このように初期の基準方向Ｄが対象部位に応じて変化する場合であっても、初期の基準方向Ｄが具体的に定められているため、少なくとも初期の取り付け方向を被験者Ｐに対して一義的な指標である絶対的な方向に変換可能となる。

【0035】

このように実施形態１にかかるセンサ２００は、取り付け方向が変更可能に構成される。したがってユーザは、センサ２００の取り付け方向を自由に設定することができるため、利便性が向上する。またセンサ２００によっては好適な方向に設定することで、計測結果の精度が向上する。

【0036】

以下では、基準方向Ｄに対する取り付け方向を、単に「取り付け方向」と呼ぶ。

【0037】

図４は、実施形態１にかかる訓練支援システム１の構成の一例を示すブロック図である。上述の通り、訓練支援システム１は、計測器２および動作状態監視装置３を備え、計測器２はセンサ２００を有する。本図では、センサ２００は、用意されているセンサ２００－１～１１のうち、監視対象動作に基づいて選択された取り付け位置２０に紐づけられているセンサ２００である。センサ２００は、予め動作状態監視装置３との間でペアリングがなされ、キャリブレーションが行われているものとする。なおセンサ２００の数は、１に限らず、２以上であってもよい。

【0038】

動作状態監視装置３は、取り付け方向入力部３０と、取得部３１と、制御処理部３２と、表示部３３と、記憶部３４とを備える。

【0039】

取り付け方向入力部３０は、初期、つまり静止状態におけるセンサ２００の取り付け方向の入力を受け付ける。具体的には、取り付け方向入力部３０は、ユーザによる、初期のセンサ２００の取り付け角度の入力を受け付ける。そして取り付け方向入力部３０は、入力された取り付け方向の情報を制御処理部３２に供給する。

【0040】

取得部３１は、センサ２００のセンシング情報を取得する。本実施形態１では、取得部３１は、センサ２００からセンシング情報を受信し、取得する。しかしこれに限らず、取得部３１は、センシング情報を保持する外部コンピュータ（不図示）からセンシング情報を間接的に取得してもよい。取得部３１は、取得したセンシング情報を制御処理部３２に供給する。

【0041】

制御処理部３２は、センサ２００および動作状態監視装置３の各構成要素を制御する。また、制御処理部３２は、センサ２００の取り付け方向と、その取り付け方向でのセンシング関連情報とを対応付けるタグ付け処理を実行する。そして制御処理部３２は、センサ２００の取り付け方向に対応付けられたタグ付け処理後のセンシング関連情報を、出力部を介して出力する。また制御処理部３２は、タグ付け処理後のセンシング関連情報を記憶部３４に格納してよい。

【0042】

表示部３３は、出力部の一例であり、制御処理部３２から供給されたセンシング関連情報を表示するディスプレイである。本実施形態１では、表示部３３は、取り付け方向入力部３０とともに構成されるタッチパネルであってよい。なお出力部は、表示部３３に代えてまたは加えて、センシング関連情報を音声で出力する音声出力部、所定のデータ形式で出力するデータ出力部、またはセンシング関連情報を外部サーバ等に送信する送信部を含んでもよい。

【0043】

記憶部３４は、動作状態監視装置３の各種処理に必要な情報を記憶する記憶媒体である。記憶部３４は、タグ付け処理後のセンシング関連情報を記憶してよいが、出力部が送信部を含む場合には、これは必須ではない。

【0044】

次に図５を用いて、図６～７を適宜参照しながら、実施形態１にかかる動作状態監視方法について説明する。図５は、実施形態１にかかる動作状態監視装置３の処理手順の一例を示すフローチャートである。図６は、実施形態１にかかる表示部３３の、計測開始前の表示画面の一例を示す図である。図７は、実施形態１にかかる表示部３３の、計測終了時の表示画面の一例を示す図である。

【0045】

図５に示すステップは、監視対象動作がユーザによって選択され、監視対象動作に基づいて取り付け位置２０が決定されたことから開始される。なお以下の例において、制御処理部３２は、センシング情報をセンシング関連情報として扱うものとする。

【0046】

まず動作状態監視装置３の取り付け方向入力部３０は、ユーザによるセンサ２００の取り付け方向の入力を受け付ける（ステップＳ１１）。ここでの取り付け方向は、センサ２００が取り付けられ、かつ静止状態になった場合のセンサ２００の取り付け方向を示す。そしてセンサ２００が、監視対象動作に対応する取り付け位置２０に取り付けられる。なお、ステップＳ１１に示す処理は、センサ２００の取り付け後に行われてもよい。次に制御処理部３２は、被験者Ｐおよびセンサ２００が静止状態となったことに応じて、センサ２００の出力値を初期化する（ステップＳ１２）。具体的には、制御処理部３２は、計測直前の静止状態の場合のセンサ２００の出力値を０に補正する。センサ２００は、キャリブレーションを行った場合でも、ドリフト誤差等の出力誤差を０とすることができず、経過した時間に応じて誤差が拡大する。したがって本ステップにより、計測開始から終了までの出力誤差を最小化することができる。ただし出力誤差が軽微な場合には、本ステップは省略されてよい。そして制御処理部３２は、センサ２００による計測を開始するか否かを判定する（ステップＳ１３）。制御処理部３２は、センサ２００による計測を開始する場合（ステップＳ１３でＹｅｓ）、処理をステップＳ１４に進め、そうでない場合（ステップＳ１３でＮｏ）、ステップＳ１３に示す処理を繰り返す。

【0047】

ここで図６には、表示部３３により表示される計測開始前の表示画像３００（１）が示される。表示画像３００（１）は、複数の表示領域３０２～３０６を含んでいる。
表示領域３０２には、センサ２００の取り付け候補となる複数の取り付け位置２０を表すアイコン画像が表示される。上記表示領域３０２では、選択された計測動作に対応する取り付け位置２０（本図の「１」，「２」，「６」，「７」で示される位置）が強調表示されてよい。これによりユーザは取り付け位置２０を容易に視認することができるため、運動テストを円滑に実施することができる。

【0048】

ここでユーザが表示領域３０２の取り付け位置２０を表すアイコン画像をクリックすると、その取り付け位置２０に紐づけられたセンサ２００の取り付け方向をユーザが指定または変更できるように、入力用画像（不図示）が表示される。したがってユーザは、この入力用画像を介して各センサ２００の取り付け方向を容易に入力できる。

【0049】

表示領域３０４には、各取り付け位置２０－１，２，…１１に紐づけられた各センサ２００－１，２，…１１の回転角が２次元的に表示される。ここで表示される回転角は、被験者Ｐの動作に連動したセンサ２００の移動に応じて、動的に変化する。したがってユーザは、計測開始前に、表示領域３０４を介して電源がＯＦＦになっているセンサ２００または正常に動作していないセンサ２００を特定することができる。
なおこれに代えて、表示領域３０４には、各取り付け位置２０－１，２，…１１に紐づけられた各センサ２００－１，２，…１１の取り付け方向が視覚的に表示されてもよい。この場合、表示領域３０４は、ユーザが取り付け方向を指定または変更できるように構成されてよい。したがってユーザは、表示領域３０４を介して各センサ２００の取り付け方向を容易に入力し、入力結果を直感的に把握できる。

【0050】

表示領域３０５には、運動テストに複数のセンサ２００を用いる場合、複数のセンサ２００を一括でキャリブレーションさせる入力操作ボタンが表示されている。これによりユーザは、表示領域３０５を介して複数のセンサ２００の各々に対してキャリブレーションを容易に要求できる。

【0051】

表示領域３０６には、運動テストを開始させる、すなわちセンサ２００による計測を開始させる入力操作ボタンが表示されている。これによりユーザは、表示領域３０６を介してセンサ２００による計測を開始するように容易に要求できる。

【0052】

そして図５に示すステップＳ１４において、制御処理部３２は、取得部３１を介して、センサ２００からセンシング情報を取得する。そして制御処理部３２は、センシング情報をセンシング関連情報として用い、センシング関連情報に、センサ２００の取り付け方向の情報をタグとして付与することで、取り付け方向とセンシング関連情報とを対応付ける（ステップＳ１５）。制御処理部３２は、タグ付け処理後のセンシング関連情報を表示部３３に供給し、表示させる（ステップＳ１６）。そして制御処理部３２は、センサ２００による計測を終了するか否かを判定する（ステップＳ１７）。制御処理部３２は、計測を終了する場合（ステップＳ１７でＹｅｓ）、処理を終了し、そうでない場合（ステップＳ１７でＮｏ）、処理をステップＳ１４に戻す。

【0053】

なお上述の例では、動作状態監視装置３は、センシング関連情報として、センシング情報を用いたが、これに代えてまたは加えて、各種変換処理が施されたセンシング情報を用いてもよい。この変換処理は、クォータニオン情報からＸ_Ｓ，Ｙ_ＳおよびＺ_Ｓ軸周りの回転角への変換処理を含んでよい。Ｘ_Ｓ軸周りの回転角は、ロール角を示し、Ｙ_Ｓ軸周りの回転角は、ピッチ角を示し、Ｚ_Ｓ軸周りの回転角は、ヨー角を示す。制御処理部３２は、クォータニオン情報を用いて、センサ座標系のＸ，ＹおよびＺ軸周りの回転角を算出し、ヨー角、ロール角およびピッチ角に変換する。またこの変換処理は、グラフの正規化、規格化処理または合成処理を含んでよい。この場合、制御処理部３２は、ステップＳ１５に代えてまたは加えて、変換処理後のセンシング情報に、センサ２００の取り付け方向の情報をタグとして付与し、取り付け方向と変換処理後のセンシング情報とを対応付けてよい。

【0054】

図７には、表示部３３により表示される計測終了時の表示画像３００（２）が示される。表示画像３００（２）は、複数の表示領域３０２～３１２を含んでいる。表示画像３００（２）の表示領域３０２および３０４は、図６に示す表示画像３００（１）の表示領域３０２および３０４と同様である。

【0055】

使用した各センサ２００の取り付け方向は、表示領域３０２の取り付け位置２０を表すアイコン画像近傍に表示されていてもよく、ユーザがアイコン画像をクリックしたことに応じて表示されてもよい。これによりユーザは、使用したセンサ２００の取り付け方向を直感的に把握できる。

【0056】

表示領域３０８には、運動テストを終了させる、すなわちセンサ２００による計測を停止させる入力操作ボタンが表示されている。これによりユーザは、表示領域３０８を介してセンサ２００による計測を停止するように容易に要求できる。

【0057】

表示領域３１０には、使用した各センサ２００のセンシング関連情報が表示されている。本図では、使用したセンサ２００－１，２，６，７のうち、一部のセンサ２００－１，６の出力に基づくＸ_Ｓ，Ｙ_ＳおよびＺ_Ｓ軸方向の回転角が時系列で表示されている。したがって、表示領域３１０は、表示領域３０４と合わせて、使用したセンサ２００の取り付け方向に対応付けられたセンシング関連情報を表示により出力することで、取り付け条件とその計測結果とを対応付けてユーザに把握させることができる。これによりユーザは、取り付け条件毎に計測結果を区別して分析、評価または利用することができる。

【0058】

表示領域３１２は、実施した監視対象動作ごとの対象部位の動作状態指標が表示されている。動作状態指標は、監視対象動作を実施した場合の、対象部位の動作状態を示す指標である。制御処理部３２は、センサ２００のセンシング関連情報に基づいて、対象部位の動作状態指標を算出する。例えば、監視対象動作が「右肘屈伸」であった場合、取り付け位置２０－１，２のセンサ２００－１，２のセンシング関連情報が使用される。この場合、制御処理部３２は、センサ２００－１，２のセンシング関連情報の差分に基づいて、動作状態指標を算出してよい。具体的には、制御処理部３２は、センサ２００－１，２のクォータニオン情報の差分に基づいて、動作状態指標として３次元回転角を算出する。この場合、Ｚ軸→Ｙ軸→Ｘ軸周りの順番で回転角を算出し、Ｘ_Ｓ，Ｙ_ＳおよびＺ_Ｓ軸周りの回転角に変換する。なお回転角の算出順番は、監視対象動作に応じて予め定められていてよい。本図では、表示領域３１２には、実施した監視対象動作のうち、一部の監視対象動作における時系列の動作状態指標が表示されている。

【0059】

このように実施形態１によれば、動作状態監視装置３は、センサ２００の取り付け方向と計測結果とを対応付けて出力する。したがって動作状態監視装置３は、センサ２００の取り付け方向に応じて計測結果を好適に管理でき、利便性が向上する。
また動作状態監視装置３は、センサ２００の初期の取り付け方向の入力を受け付けるため、被験者Ｐまたはスタッフの好みに合わせて取り付け時の取り付け方向を好適に設定し、計測結果との対応付けをすることが可能となる。

【0060】

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２について説明する。実施形態２は、計測結果に対して取り付け方向に応じた演算処理が行われることに特徴を有する。実施形態２にかかる訓練支援システム１は、実施形態１にかかる訓練支援システム１と同様の構成および機能を有するため、説明を省略する。

【0061】

訓練支援システム１の動作状態監視装置３の制御処理部３２は、センシング情報またはセンシング関連情報に対して取り付け方向に応じた演算処理を実行する。ここでの演算処理は、例えば、同じ監視対象動作で対象部位を同じように動かした場合でも取り付け方向によってセンシング関連情報が変化するとき、取り付け方向による影響を相殺・抑制する演算処理であってよい。特に、制御処理部３２がクォータニオン情報を用いて、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸周りの回転角を算出し、Ｘ_Ｓ軸、Ｙ_Ｓ軸およびＺ_Ｓ軸周りの回転角に変換する場合、４次元ベクトルデータを３次元データに変換する必要がある。この計算過程で、各軸周りの回転角を算出する順番により、得られる回転角が異なってしまい、結果を正しく比較することができなくなるという問題がある。このような影響を抑制するためには、回転角の算出順番を、予め定めておくことが好ましい。ここで回転角の好ましい算出順番は、センサ２００の取り付け方向に依存するため、センサ２００の取り付け方向に応じた算出順番を定めておくことが有効である。

【0062】

そこで実施形態２では、制御処理部３２は、取り付け方向に応じた演算処理態様を定めた演算処理テーブル３２０を用いて演算処理を実行する。そして制御処理部３２は、初期のセンサ２００の取り付け方向に対応付けて、演算処理結果を出力部に出力させる。

【0063】

図８は、実施形態２にかかる演算処理テーブル３２０のデータ構造の一例を示す図である。本図に示すように、演算処理テーブル３２０は、取り付け角度θ_１と、回転角の算出順番とを関連付けるテーブルである。演算処理テーブル３２０は、例えば取り付け角度θ_１が０°である場合、Ｘ軸→Ｚ軸→Ｙ軸の順番で各軸周りの回転角が算出されるように規定する。また演算処理テーブル３２０は、取り付け角度θ_１が９０°である場合、Ｙ軸→Ｚ軸→Ｘ軸の順番で各軸周りの回転角が算出されるように規定する。制御処理部３２は、演算処理テーブル３２０を参照することで、取り付け方向に応じた好ましい演算処理を容易に実行することができる。

【0064】

なお演算処理テーブル３２０は、センサ２００の取り付け方向に応じて回転角の算出順番を定めたものであったが、これに代えて、取り付け方向と、対象部位または監視対象動作とに応じて回転角の算出順番を定めてもよい。
また演算処理テーブル３２０は、回転角の算出順番に代えてまたは加えて、演算処理に用いられる演算パラメータを含んでもよい。この場合、演算パラメータは、取り付け角度θ_１に応じて定められる定数であってもよく、取り付け方向θ_１を変数とする予め定められた関数を含んでもよい。

【0065】

このように実施形態２によれば、制御処理部３２は、センサ２００の取り付け方向の如何に関わらず、複数の計測結果を比較および利用することが容易となる。なお実施形態２においても、実施形態１と同様の効果を奏する。

【0066】

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば他の実施形態として以下が挙げられる。
＜他の実施形態１＞
実施形態１では、基準方向Ｄは監視対象動作中にセンサ２００の絶対的な方向に連動して変化する方向であり、センサ２００の取り付け方向は監視対象動作中に対象部位を動かしても基準方向Ｄとの関係で相対的に変化しない方向であるとした。しかしこれに代えて、基準方向Ｄは監視対象動作中に変化しない方向であり、したがってセンサ２００の取り付け方向は監視対象動作に伴って変化し得る絶対的な方向であってよい。ここでの絶対的な方向は、基準方向Ｄが監視対象動作の実施有無に関わらず、被験者Ｐに対する座標系（Ｘ_Ｓ，Ｙ_Ｓ，Ｚ_Ｓ）で定義される方向であると定められている場合の相対的な方向と同義である。

【0067】

なお取り付け方向として、基準方向ＤをＺ_Ｓ軸とした絶対的な方向を採用する場合、図３において、初期の基準方向Ｄは、部位に関わらずＺ_Ｓ軸と略平行である、すなわち角度θ_０が一律で０°（±誤差）と定められてよい。

【0068】

このような実施形態であっても、制御処理部３２は、動作状態監視装置３の制御処理部３２は、基準方向Ｄに対するセンサ２００の初期の取り付け方向に対応付けてセンシング関連情報を出力させる。したがって、実施形態１と同様の効果を奏する。

【0069】

＜他の実施形態２＞
実施形態１では、動作状態監視装置３の制御処理部３２は、基準方向Ｄに対する相対的なセンサ２００の取り付け方向に対応付けてセンシング関連情報を出力させた。しかし、制御処理部３２は、ユーザから入力される相対的な取り付け方向から絶対的な方向に変換し、取り付け方向に代えてまたは加えて、絶対的な方向に対応付けてセンシング関連情報を出力させてもよい。

【0070】

例えば、制御処理部３２は、入力されたセンサ２００の初期の取り付け方向θ_１に図３に示す初期の基準方向ＤとＺ_Ｓ軸との間の角度θ_０を加算することで、初期における計測軸ＡとＺ_Ｓ軸との間の取り付け角度θ_１’を算出することができる。そして制御処理部３２は、初期における取り付け角度θ_１’を、初期におけるセンサ２００の絶対的な方向を示す情報としてセンシング関連情報に対応付けて出力する。このようにすることで、ユーザは、より詳細な計測条件を考慮して計測結果を分析することができ、分析精度が向上する。

【0071】

＜他の実施形態３＞
実施形態２では、動作状態監視装置３の制御処理部３２は、センシング情報またはセンシング関連情報に対して取り付け方向に応じた演算処理を実行するとした。しかしこれに代えてまたは加えて、制御処理部３２は、センシング情報またはセンシング関連情報に対して上述したセンサ２００の絶対的な方向に応じた演算処理を実行してもよい。この場合、演算処理テーブル３２０は、他の実施形態２で説明した取り付け角度θ_１’と、取り付け角度θ_１’に応じて定められる演算処理の演算パラメータとを関連付けてよい。これにより、制御処理部３２は、センサ２００の向きの如何に関わらず、計測結果を比較および利用することが容易となる。

【0072】

上述の実施形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、動作状態監視方法にかかる各処理を、プロセッサにコンピュータプログラム、例えば動作状態監視プログラムを実行させることにより実現することも可能である。

【0073】

上述の実施形態ではコンピュータは、パーソナルコンピュータやワードプロセッサ等を含むコンピュータシステムで構成される。しかしこれに限らず、コンピュータは、ＬＡＮのサーバ、コンピュータ（パソコン）通信のホスト、インターネット上に接続されたコンピュータシステム等によって構成されることも可能である。また、ネットワーク上の各機器に機能分散させ、ネットワーク全体でコンピュータを構成することも可能である。

【0074】

図９は、上述の実施形態にかかるコンピュータ１９００の概略構成図である。コンピュータ１９００は、プロセッサ１０１０、ＲＯＭ１０２０、ＲＡＭ１０３０、入力装置１０５０、表示装置１１００、記憶装置１２００、通信制御装置１４００、および入出力Ｉ／Ｆ１５００を備え、これらがデータバス等のバスラインを介して接続される。

【0075】

プロセッサ１０１０は、ＲＯＭ１０２０や記憶装置１２００等の各種記憶部に記憶されたプログラムに従って、各種制御および演算を実現する。プロセッサ１０１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）およびＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等が用いられてよい。
ＲＯＭ１０２０は、プロセッサ１０１０が各種制御および演算を行うための各種プログラムやデータが予め格納されたリードオンリーメモリである。

【0076】

ＲＡＭ１０３０は、プロセッサ１０１０にワーキングメモリとして使用されるランダムアクセスメモリである。このＲＡＭ１０３０には、上述の実施形態による各種処理を行うための各種エリアが確保可能になっている。

【0077】

入力装置１０５０は、キーボード、マウスおよびタッチパネル等のユーザからの入力を受け付ける入力装置である。

【0078】

表示装置１１００は、プロセッサ１０１０の制御に従って、各種画面を表示するディスプレイである。表示装置１１００は、液晶パネル、有機ＥＬ（Electroluminescence）および無機ＥＬ等が用いられてよい。表示装置１１００は、入力装置１０５０を兼ねたタッチパネルであってよい。

【0079】

記憶装置１２００は、データ格納部１２１０およびプログラム格納部１２２０を有する記憶媒体である。プログラム格納部１２２０は、上述の実施形態における各種処理を実現するためのプログラムを記憶する。データ格納部１２１０には、上述の実施形態にかかる各種データベースの各種データを記憶する。
記憶装置１２００の記憶媒体は、非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）であってよい。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＢＤ（Blu-ray（登録商標） Disc）、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、記憶装置１２００に使用される記憶媒体は、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）であってよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、各種プログラムをコンピュータに供給できる。

【0080】

そして、コンピュータ１９００は、各種処理を実行する場合、記憶装置１２００から該当プログラムをＲＡＭ１０３０に読み込み、実行する。ただしコンピュータ１９００は、外部の記憶媒体からＲＡＭ１０３０に直接プログラムを読み込んで実行することも可能である。また、コンピュータによっては各種プログラム等を予めＲＯＭ１０２０に記憶させておき、これをプロセッサ１０１０が実行してもよい。さらに、コンピュータ１９００は、各種プログラムやデータを、通信制御装置１４００を介して他の記憶媒体からダウンロードし、実行してもよい。

【0081】

通信制御装置１４００は、コンピュータ１９００と他の外部コンピュータとの間をネットワーク接続するための制御装置である。通信制御装置１４００は、これらの外部コンピュータからコンピュータ１９００にアクセスすることを可能とする。

【0082】

入出力Ｉ／Ｆ１５００は、パラレル・ポート、シリアル・ポート、キーボード・ポート、マウス・ポート等を介して各種の入出力装置を接続するためのインターフェースである。

【0083】

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置および方法における各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのではない限り、任意の順序で実現しうる。特許請求の範囲、明細書および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。

【符号の説明】

【0084】

１ 訓練支援システム
２ 計測器
３ 動作状態監視装置（動作状態監視システム）
２０ 取り付け位置
３０ 取り付け方向入力部
３１ 取得部
３２ 制御処理部
３３ 表示部
３４ 記憶部
２００ センサ
２０１ 取り付けパッド
２０２ バンド
３００ 表示画像
３０２，３０４，３０５，３０６，３０８，３１０，３１２ 表示領域
３２０ 演算処理テーブル
１０１０ プロセッサ
１０２０ ＲＯＭ
１０３０ ＲＡＭ
１０５０ 入力装置
１１００ 表示装置
１２００ 記憶装置
１２１０ データ格納部
１２２０ プログラム格納部
１４００ 通信制御装置
１５００ 入出力Ｉ／Ｆ
１９００ コンピュータ
Ｐ 被験者

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】