JP2022116232A - 運動支援装置、運動支援方法及び運動支援プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】目標フォームに矯正するための示唆をユーザが直感的に受け取ることのできる運動支援装置、運動支援方法及び運動支援プログラムを提供する。【解決手段】運動動作中のユーザＵＳの現状フォームに関する動作データを取得する加速度センサ１１、角速度センサ１２、地磁気センサ１３と、現状フォームと目標フォームとの差異を取得する演算回路１００と、ユーザＵＳの身体に装着され、差異に応じてユーザＵＳの身体にフォーム矯正の示唆となる刺激を付与する振動発生部１６、電気刺激発生部１７等を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、運動支援装置、運動支援方法及び運動支援プログラムに関するものである。

近年、ランニング等の運動を日常的に行う人々が増加している。
運動にはそれぞれ適したフォームがあり、例えばランニングの場合には、特に腕振り動作を正しいフォームで行うことが重要とされている。
すなわち、ランニングにおいて、腕振りには、テンポやリズムを作る、バランスを取って身体を安定させ、重心のズレを抑制する、ストライドを向上させる（具体的には、肩甲骨を意識して腕を後ろに振ることで、肩甲骨が動き、肩甲骨が動くとこれに骨盤が連動して骨盤が前に出るため、自然とストライドが大きくなる。）、といった効果が認められている。

このように、ランニング等の運動やトレーニングを適切かつ効果的に行うためには正しいフォームを意識することが重要である。
しかし、運動時の動作状態をユーザ自身が自律的に認識することは難しい。
この点、特許文献１には、ユーザの身体に刺激を提示する刺激提示部により所定の振動又は電流による刺激を提示し、これによって運動種目に応じた運動を促進（又は支援）するようにユーザに促す運動支援装置が開示されている。

特開２０１６－７２９２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、ユーザに運動を促すにとどまるものであり、目標フォームへの矯正を目的とするものではなかった。

そこで、本発明は、目標フォームに矯正するための示唆をユーザが直感的に受け取ることのできる運動支援装置、運動支援方法及び運動支援プログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る運動支援装置は、
運動動作中のユーザの現状フォームに関する動作データを取得するデータ取得手段と、
前記データ取得手段によって取得された現状フォームと目標フォームとの差異を取得する差異取得手段と、
前記ユーザの身体に装着された振動部を制御することにより、前記差異取得手段によって取得された差異に応じた振動であり、且つ、前記ユーザの身体にフォーム矯正の示唆となる振動による刺激を前記運動動作において周期的に発生する所定のタイミングで付与する刺激付与手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、目標フォームに矯正するための示唆をユーザが直感的に受け取ることのできる。

本実施形態における運動支援装置の使用状態における構成を示す概念図である。 本実施形態における運動支援装置の外観構成を示す要部構成図である。 本実施形態に係る運動支援装置の一構成例を示す機能ブロック図である。 運動支援装置の使用状態における３軸方向を示す説明図である。 振動発生部の一例を示す模式的な斜視図である。 電気刺激発生部の一例を示す模式的な斜視図である。 （ａ）は、可動刺激部の一例を示す模式的な斜視図であり、（ｂ）は、可動刺激部を有する運動支援装置の一例を示す模式的な断面図である。 本実施形態に係る運動支援方法における処理の全体的な流れの一例を示すフローチャートである。 本実施形態における目標フォーム設定処理の一例を示すフローチャートである。 腕振り動作の一例を示す概念図であり、（ａ）は、腕を後方に引いた状態を示し、（ｂ）は、腕を前方に振り出した状態を示している。 本実施形態において腕振り周期を推定するために取得されるセンサデータの一例を示す信号波形図である。 （ａ）は、ユーザの現状フォームの一例であって、腕の動きの軌跡をプロットした説明図であり、（ｂ）は、目標フォームの一例であって、腕の動きの軌跡をプロットした説明図であり、（ｃ）は、現状フォームと目標フォームとの差異と、矯正ベクトルの例を示した説明図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る運動支援装置、運動支援方法及び運動支援プログラムの一実施形態について詳細に説明する。なお、ここでは、ユーザがウォーキング（歩行）やランニング（走行）を行う場合について説明する。

＜運動支援装置の構成＞
図１は、本実施形態における運動支援装置の使用状態における構成を示す概念図である。
図２は、本実施形態における運動支援装置の外観構成を示す要部構成図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態における運動支援装置１は、ユーザＵＳの前腕部（手首Ｗ）に装着して使用される腕時計型に構成されている。
図２に示すように、運動支援装置１は、機器本体２と、ユーザＵＳの前腕部（手首Ｗ）に巻き付けることにより、機器本体２をユーザＵＳに装着するためのベルト部３と、を備えている。

運動支援装置１の機器本体２には、後述する入力操作部１４（図３参照）を構成する操作ボタン２１０が設けられている。
操作ボタン２１０は、例えば機器本体２の側部等に配置され、ユーザが押し込み、回転等の操作を行うことで、操作に応じた操作信号を後述の演算回路１００等に出力させる。

また、表示部２２０は、機器本体２の視認側に配置され、各種の文字情報や画像情報を表示させるものである。
表示部２２０は、例えばカラー表示やモノクロ表示が可能な液晶方式や、有機ＥＬ素子等の発光素子方式の表示パネルを有している。
表示部２２０に表示される内容は特に限定されない。通常の時計と同様に現在時刻が表示されてもよいし、ランニング開始時からの経過時間やランニングの速度、ラップタイム等の各種情報が表示されてもよい。
また、後述する各種センサ（例えば、加速度センサ１１、角速度センサ１２、地磁気センサ１３等、図３参照）により取得される動作データ（センサデータともいう。）や、これらの動作データに基づいて算出・生成等される各種の情報が表示されてもよい。
表示部２２０に表示される内容は、操作ボタン２１０の操作等によって適宜切り替えられてもよい。また、どのような情報をどのような配置で表示させるかを、事後の設定等によりユーザＵＳがカスタマイズできるようにしてもよい。表示部２２０には、全体に１つの情報が表示されてもよいし、例えば設定等に応じて適宜複数の表示エリアに分割され、複数の情報が同時・並列的に表示されてもよい。
さらに、表示部２２０には、タッチパネルが一体的に形成されていてもよく、この場合には、タッチパネルとして機能する表示部２２０において、各種の設定や入力操作を行うことができてもよい。この場合、入力操作部１４は、表示部２２０のタッチパネルを含む。

図３は、本実施形態に係る運動支援装置の一構成例を示す機能ブロック図である。
図３に示すように、運動支援装置１には、運動支援装置１を装着しているユーザＵＳに関する各種のデータを取得する各種のセンサが設けられている。
本実施形態において、これらのセンサは、運動動作中のユーザＵＳの現状フォームに関する動作データを取得するデータ取得手段である。
以下、本実施形態では、運動支援装置１が、加速度センサ１１、角速度センサ１２、地磁気センサ１３を備えている場合を例示する。

加速度センサ１１は、例えば３軸加速度センサを有し、ユーザＵＳの運動動作中に運動支援装置１に加わる各軸方向の加速度を検出して、加速度データ（３次元加速度ベクトルデータ）を動作データ（センサデータ）として出力する。
この加速度センサ１１から出力される加速度データは、互いに直交する３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）方向の信号成分として出力される。
図４は、運動支援装置の使用状態における３軸方向を示す説明図である。
加速度センサ１１における３軸は、例えば図４に示すように、運動動作中のユーザＵＳの手の甲に垂直な向きがｙ軸、手の甲と水平でｙ軸と直交する方向がｘ軸、ｘ軸及びｙ軸と直交する方向（腕に沿った方向）がｚ軸となっている。
この３軸方向の加速度データは、後述する演算回路１００において合成され、時間データに関連付けられて、時系列データとしてメモリ部１０１の所定の記憶領域に保存される。

角速度センサ１２は、例えば３軸角速度センサを有し、ユーザＵＳの運動動作中に運動支援装置１に加わる各軸方向の角速度を検出して、角速度データ（３次元角速度ベクトルデータ）を動作データ（センサデータ）として出力する。この角速度センサ１２から出力される角速度データは、互いに直交する３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）方向の信号成分として出力される。なお、３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）方向については、加速度センサ１１と同様に、図４に示す方向とする。この３軸方向の角速度データは、後述する演算回路１００において合成され、時間データに関連付けられて、時系列データとしてメモリ部１０１の所定の記憶領域に保存される。

地磁気センサ（磁気センサ）１３は、例えば３軸地磁気センサであり、ユーザＵＳの運動動作中に運動支援装置１に加わる各軸方向の地磁気を検出して、地磁気データ（３次元地磁気ベクトルデータ）を動作データ（センサデータ）として出力する。この地磁気センサ１３から出力される地磁気データは、互いに直交する３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）方向の信号成分として出力される。なお、３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）方向については、図４に示す方向であり、加速度センサ１１及び角速度センサ１２と同様に、図４に示す方向とする。この３軸方向の地磁気データは、後述する演算回路１００において合成され、時間データに関連付けられて、時系列データとしてメモリ部１０１の所定の記憶領域に保存される。なお、地磁気センサ１３は、比較的小電力で動作させることができるため、地磁気センサ１３を他のセンサに代わって用いた場合には、装置全体の省電力化に資する。

なお、運動支援装置１が、本実施形態のように、加速度センサ１１、角速度センサ１２、地磁気センサ１３等、複数のセンサを備えている場合、各センサによって取得される動作データ（センサデータ）をそれぞれ単独で用いてもよいし、複数のセンサの動作データ（センサデータ）を併せて補完的に用いてもよい。
複数のセンサの動作データ（センサデータ）を併せて用いる場合、単独のデータでは、何らかの要因で正確な検出結果を得られないような場合にも、より正確性のある高精度な検出結果を得ることが期待できる。

入力操作部１４は、ユーザＵＳ等による各種の入力操作を受け付けるものである。
入力操作部１４は、前述の操作ボタン２１０や、表示部２２０にタッチパネルが設けられる場合のタッチパネル、機器本体２に有線や無線通信により接続されるキーボード等の入力手段を含んでいる。
このような入力操作部１４は、上述した加速度センサ１１、角速度センサ１２、地磁気センサ１３におけるセンシング動作（測定動作）のＯＮ、ＯＦＦ制御や、後述する腕振り状態の評価の入力、表示部２２０に表示される各種項目の設定等の入力操作に用いられる。ここで、操作スイッチやタッチパネル、キーボード等の各種の入力手段は、いずれか１つを備えているものであってもよいし、複数の入力手段を有しているものであってもよい。なお、複数の入力手段を有している場合には、それらにより実現される機能は、同一又は同等のものであってもよいし、各入力手段に特有の機能を有しているものであってもよい。

音声出力部１５は、例えばブザーやスピーカ等の音声出力機器を有している。音声出力部１５は、所定の音色や音パターン（アラーム音）、音声メッセージ等の音情報を発生することにより、各種情報を、聴覚を通してユーザＵＳに提供（報知）する。

振動発生部１６は、例えば振動モータや振動子等の振動機器（バイブレータ）を有している。振動発生部１６は、所定の振動パターンやその強弱等の振動情報を発生することにより、後述する運動支援方法において、ユーザＵＳの腕振りの現状フォームが目標フォームとずれている場合に、そのずれの大きさやずれの方向、フォームを矯正（修正）する場合には腕をどの方向にどのくらい回せばいいのか等を、触覚を通してユーザＵＳに提供（報知）する。

図５は、本実施形態における振動発生部の構成例を模式的に示した斜視図である。
図５に示すように振動発生部１６は例えば運動支援装置１のベルト部３に、手首Ｗに沿って複数配置される。これにより、いずれの振動発生部１６をどの程度の強さで振動させるかにより、ユーザＵＳにどの方向にどの程度腕を回転させるべきか等、矯正（修正）の仕方やレベルが示唆される。
すなわち、人は振動を感じた方向から押される錯覚を覚えることから、軌道修正させたい方向と逆方向の振動発生部１６を振動させることで、ユーザＵＳに正しく修正が示唆される。
例えば、手首Ｗ側に腕を動かしてほしい場合には、これと逆の手の甲側に設けられている振動発生部１６を振動させる。

また、電気刺激発生部１７は、図示しない電極等を備え、人の健康を害さない程度の微弱な電流を発生させて、ユーザＵＳに電流による刺激を与えるようになっている。
具体的には、後述する運動支援方法において、ユーザＵＳの腕振りの現状フォームが目標フォームとずれている場合に、そのずれの大きさやずれの方向等を、電気刺激を通してユーザＵＳに提供（報知）する。

図６は、電気刺激発生部の構成例を模式的に示した斜視図である。
図６に示すように電気刺激発生部１７は例えば運動支援装置１のベルト部３に、手首Ｗに沿って複数配置される。これにより、いずれの電気刺激発生部１７においてどの程度の強さの電流を発生させるかにより、ユーザＵＳにどの方向にどの程度腕を回転させるべきか等、矯正（修正）の仕方やレベルが示唆される。
すなわち、人は刺激を受けた方向から押される錯覚を覚えることから、軌道修正させたい方向と逆方向の電気刺激発生部１７を振動させることで、ユーザＵＳに正しく修正が示唆される。
例えば、手首Ｗ側に腕を動かしてほしい場合には、これと逆の手の甲側に設けられている電気刺激発生部１７から電気刺激を発生させる。

本実施形態において、振動発生部１６及び電気刺激発生部１７は、少なくとも一部がユーザＵＳの身体に刺激を感じさせる程度の位置に配置され、現状フォームと理想とする目標フォームとの差異に応じてユーザの身体にフォーム矯正の示唆となる刺激を付与する刺激付与手段として機能する。
本実施形態では、運動支援装置１はベルト部３によってユーザＵＳの手首Ｗに装着される。振動発生部１６や電気刺激発生部１７は、図５，図６に示すようにベルト部３に設けられており、ユーザＵＳに対して、その手首Ｗ周りの部分で振動や電気刺激を感じさせることができる。
なお、１つの部材（例えば図５，図６に四角で示す部材）の中に、振動発生部１６及び電気刺激発生部１７として機能する構成が両方搭載されていてもよい。この場合、ユーザＵＳが、振動と電気とどちらの機能で刺激を受けるかを選択・設定できてもよい。
また、振動発生部１６及び電気刺激発生部１７の何れか一つを備える構成であってもよい。

また、本実施形態では、運動支援装置１はベルト部３に刺激付与手段が設けられている場合を図示しているが、刺激付与手段は、運動支援装置１とは別体のリストバンド等に設けられ、運動支援装置１の演算回路１００の制御信号を受け得るように構成されたものであってもよい。
この場合には、運動支援装置１を装着しているのとは逆側の腕の手首等にも刺激付与手段を有するリストバンド等を装着してもよい。
また、上腕等、手首以外の場所に刺激付与手段を有するリストバンド等を装着してもよい。

なお、図３では刺激付与手段として振動発生部１６及び電気刺激発生部１７を図示したが、刺激付与手段の構成は振動発生部１６や電気刺激発生部１７には限定されない。
例えば、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、刺激付与手段は、可動部２０を有する可動タイプの刺激部であってもよい。
図７（ａ）及び図７（ｂ）では、可動部２０が運動支援装置１のベルト部３に、手首Ｗに沿って複数配置されたものを例示している。

可動部２０は、例えばベルト部３内に埋め込まれ、手首に触れる側に開口した枠体２１とその中に収容される出没部２２とを有している。
そして、いずれの可動部２０においてどの程度出没部２２を出没させるかにより、ユーザＵＳにどの方向にどの程度腕を回転させるべきか等、矯正（修正）の仕方やレベルが示唆される。
すなわち、人は刺激を受けた方向から押される錯覚を覚えることから、軌道修正させたい方向と逆方向の可動部２０の出没部２２を突出させ、その逆側の可動部２０の出没部２２を枠体２１の奥に引っ込めることにより、ユーザＵＳに正しく修正が示唆される。
例えば、手首Ｗ側に腕を動かしてほしい場合には、手首Ｗ側に設けられている可動部の出没部２２を引っ込め、これと逆の手の甲側に設けられている可動部の出没部２２を突出させる。

また、刺激付与手段が可動タイプの刺激部である場合、刺激付与手段を構成する可動部は図７（ａ）及び図７（ｂ）に示した構成に限定されず、ユーザＵＳにどの方向にどの程度腕を回転させるべきか等、矯正（修正）の仕方やレベルを示唆することができるものであればよい。
例えば図示は省略するが、可動部は、運動支援装置１のベルト部３の内部や、ベルト部３におけるユーザＵＳの手首に接する側に設けられ、手首Ｗ回りに回転したり位置を移動することのできるボール状又はローラー状の回転体等であってもよい。
そして、ユーザＵＳの現状フォームと目標フォームとの差異に基づいて、この回転体を所定量・所定方向に移動させることでユーザＵＳにどの方向にどの程度腕を回転させるべきか等、矯正の仕方やレベルを示唆してもよい。
すなわち、人は手首回りで何かが回転すると、回転又は移動した方向に手首を回転させられる錯覚を覚える。このため、軌道修正させたい方向に応じて、回転体を回転又は移動させることにより、ユーザＵＳにどの方向にどの程度腕を回転させるべきか等、矯正（修正）の仕方やレベルが示唆される。

通信回路部１８は、加速度センサ１１、角速度センサ１２、地磁気センサ１３により取得されたセンサデータ（生データ）や、これに基づいて生成される各種データ等を、外部の端末装置等に送信する際のインターフェースとして機能する。
ここで、通信回路部１８を介して、外部の端末装置等との間で、ユーザが目標とすべきフォームとして設定された目標フォームや、この目標フォームと自分の現状のフォームとのずれ情報等を送受信する手法としては、例えば各種の無線通信方式や、通信ケーブルを介した有線による通信方式を適用することができる。

無線通信方式を用いて目標フォームとのずれ情報等を送受信する場合には、例えばデジタル機器用の近距離無線通信規格であるブルートゥース（Bluetooth（登録商標））等の通信方式を良好に適用することができる。このような無線通信方式によれば、後述する電源供給部１９として、例えば環境発電技術等を用いて生成された小電力であっても良好にデータ伝送を行うことができる。

電源供給部１９は、運動支援装置１の機器本体２内部の各構成部に駆動用電力を供給する。電源供給部１９は、例えば市販のコイン型電池やボタン型電池等の一次電池や、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池を適用することができる。また、電源供給部１９としては、これらの一次電池や二次電池のほか、振動や光、熱、電磁波等のエネルギーにより発電する環境発電（エナジーハーベスト）技術による電源等を適用することも可能である。

メモリ部１０１は、大別して、データメモリと、プログラムメモリと、作業用メモリと、を有している。
データメモリは、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリを有し、上述した加速度センサ１１、角速度センサ１２、地磁気センサ１３により取得されたセンサデータ（動作データ）が、時間データに関連付けられて、時系列データとして所定の記憶領域に保存される。
また、データメモリは、後述する運動支援方法において動作データ（センサデータ）に基づいて取得されるデータ等が、所定の記憶領域に保存される。

プログラムメモリは、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）を有し、加速度センサ１１、角速度センサ１２、地磁気センサ１３におけるセンシング動作や、表示部２２０における各種情報の表示動作等の、各構成における所定の動作を実行するための制御プログラムが保存される。
また、プログラムメモリには、ユーザＵＳの現状における腕振りフォームを取得し、運動支援情報として提供するためのアルゴリズムプログラムが保存される。
作業用メモリは、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）を有し、上記制御プログラム及びアルゴリズムプログラムを実行する際に使用する各種データや、生成される各種データが一時的に保存される。
なお、メモリ部１０１は、その一部又は全部が、例えばメモリカード等のリムーバブル記憶媒体としての形態を有し、運動支援装置１の機器本体２等に対して着脱可能に構成されているものであってもよい。

演算回路１００は、計時機能を有するＣＰＵ（中央演算処理装置）やＭＰＵ（マイクロプロセッサ）等の演算装置であって、所定の動作クロックに基づいて、上述したメモリ部１０１（プログラムメモリ）に保存された所定の制御プログラムを実行する。これにより、演算回路１００は、加速度センサ１１、角速度センサ１２、地磁気センサ１３におけるセンシング動作や、刺激付与手段である振動発生部１６や電気刺激発生部１７に所定の刺激発生信号を出力させるようになっている。表示部２２０における情報表示動作等の、各種の動作を制御する。
また、本実施形態の演算回路１００は、データ取得手段である各種センサ（本実施形態では、加速度センサ１１、角速度センサ１２、地磁気センサ１３）により取得された動作データ（センサデータ）に基づいて、ユーザＵＳの腕振りフォームを取得する。さらに、演算回路１００は、ユーザＵＳの現状フォームと理想とする目標フォームとの差異を取得する差異取得手段として機能する。
すなわち、本実施形態の演算回路１００は、上記動作クロックに基づいて、メモリ部１０１（プログラムメモリ）に保存された所定のアルゴリズムプログラムを実行する。これにより、演算回路１００は、ユーザＵＳの現状の腕振りフォームを取得し、これと目標フォームとの差異を取得して、これに基づき、適宜刺激付与手段である振動発生部１６や電気刺激発生部１７の動作を制御する一連の運動支援処理を実行する。演算回路１００によって行われる処理の詳細については後述する。
なお、演算回路１００において実行される制御プログラムやアルゴリズムプログラムは、予め演算回路１００の内部に組み込まれているものであってもよい。

＜運動支援方法＞
次に、本実施形態における運動支援方法について説明する。ここでは、ユーザＵＳが運動動作としてランニングを行う場合の運動支援方法を例として説明する。

図８は、本実施形態に係る運動支援装置における運動支援方法の一例を示すフローチャートである。

図８に示すように、本実施形態では、運動支援装置１は前提処理として目標フォーム設定処理をおこなう（ステップＳ１）。
目標フォーム設定処理は、ユーザＵＳがトレーニング等をする際の目指すべきフォームを設定するものである。ランニング等の腕振りフォームは、ユーザＵＳの体格等によって最適なものが異なる。効率的なトレーニング等を行うにはユーザＵＳにあった腕振りフォームを身に着けることが重要である。そこでユーザＵＳに応じた最適なフォームを目標（理想）とし、これに近づけることができるように、運動支援装置１においてまず事前準備として目標フォーム設定処理を行う。

（目標フォーム設定処理）
図９は、目標フォーム設定処理の具体的内容を示したフローチャートである。
図９に示すように、目標フォーム設定処理では、まず、ユーザＵＳ自身の腕振りフォームを取得する（ステップＳ１１）。現状のフォームとかけ離れたフォームを目標フォームとしても練習効率が悪いことから、ユーザＵＳ自身のフォームに近いものを目標とすることが好ましいことによる。
なお、憧れの選手の腕振りパターンを真似たい等の目的がある場合には、ユーザＵＳ自身のフォームに関わらず、所望の目標フォームを選択してもよい。このような場合には、ユーザＵＳ自身の腕振りフォームを取得する（ステップＳ１１）との工程を省略してもよい。

ユーザＵＳ自身の腕振りフォームを取得する具体的な手法は特に限定されない。
例えば、ユーザＵＳ自身の腕振りフォームを取得するために、まず演算回路１００は、ユーザＵＳの腕振り動作時の動作データを各種センサ（例えば、加速度センサ１１や角速度センサ１２）から取得する。
そして、演算回路１００は、このデータから腕振り動作の切り返し時点Ｐを特定し、１周期分の腕振り動作を検出する。

腕振り動作は、例えば図１０（ａ）に示すような、腕を後方に引き切った状態から前方（図１０（ａ）においてＤＲａ方向）に腕を振り出し、図１０（ｂ）に示すような、腕を前方に振り出し切った状態を経て、後方（図１０（ｂ）においてＤＲｂ方向）に腕を引き、再び図１０（ａ）に示す状態に復帰するという一連の繰り返し動作である。
なお、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）では、肩の関節位置をＳｊ、肘の関節位置をＥｊとして、腕振りの往復動作の様子を模式的に表現している。

図１１は、腕振り周期を検出するために取得されるセンサデータの一例を示す信号波形図である。本実施形態では、角速度センサ１２によって得られる３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）方向の動作データをそれぞれ二乗したものを足し合わせて（ｘ^２＋ｙ^２＋ｚ^２）、合成角速度データとしており、図１１は、この合成角速度データを時系列に沿ってプロットしたものである。
図１１において、角速度（合成角速度）が極小値となっているタイミング（時点）が腕を後方に引き切った状態（すなわち、図１０（ａ）に示す状態）、図１０（ａ）に示す状態から腕を前方に振り出し、振り出し切った状態（すなわち、図１０（ｂ）に示す状態）、及び再び腕を後方に引き切った状態であり、腕振り方向が切り変わる時点である。
そこで演算回路１００は、角速度（合成角速度）が極小値となるタイミング（時点、時刻）を腕振りの切返し時点Ｐ（なお、図１１において「Ｐ１」は腕を前方に振り出し切った状態のとき、「Ｐ２」は腕を後方に引き切った状態のときとする。）と特定してメモリ部１０１に記憶させる。
腕振り動作は前から後ろ、後ろから前の往復で１周期であり、角速度センサ１２の合成角速度データ等を用いて腕振りの切返し時点Ｐ（Ｐ１，Ｐ２）と特定することにより、演算回路１００は、ユーザＵＳの腕振り動作の１周期を検出することができる。

１周期分の腕振り動作を検出すると、演算回路１００は、例えば各種センサ（加速度センサ１１や角速度センサ１２等）から取得されたデータに基づいて、センサの位置情報（ユーザＵＳの手首に装着された運動支援装置１の位置情報）を腕振り動作の１周期分取得して、センサ位置の軌跡をユーザＵＳの腕振りフォームの軌跡としてプロットする。
例えば本実施形態のメモリ部１０１には、理想的とされる腕振りフォームのパターンが複数記憶されており、演算回路１００は、この理想的なフォームのパターンの中から、ユーザＵＳの腕振りフォームにできるだけ近いものを目標フォームとして取得（選択）する（ステップＳ１２）。

なお、理想的なフォームのパターンはメモリ部１０１に記憶されている場合に限定されず、例えば運動支援装置１がアクセス可能な外部装置等（例えばネットワーク上のサーバや外部の端末装置の記憶部）に記憶されているものでもよい。また、アプリケーションプログラムを利用することでアクセス可能となる記憶部等に登録されているもの等であってもよい。また、演算回路１００が各種の条件にしたがってユーザＵＳの腕振りフォームに合った目標フォームを生成してもよい。
なお、前述のように、ユーザＵＳの腕振りフォームを取得する工程（ステップＳ１１）や、上記のようなユーザＵＳの腕振りフォームとのマッチング工程を経ずに、複数の用意されたパターンの中からユーザＵＳが所望のフォームを選択できるようにしてもよい。また、理想の選手や目標とするコーチ等の腕振りフォームをモーションキャプチャ等によって取得し、当該腕振りフォームを目標フォームとして選択できるように新たに登録することができるようにしてもよい。
目標フォームを取得又は生成すると、演算回路１００は、これをメモリ部１０１に記憶させる（ステップＳ１３）。

図８に戻って、目標フォームが設定されると、次にランニングを行った際にユーザＵＳの現状フォームを目標フォームに近づけるためのフォーム矯正をユーザに促す運動支援処理が行われる。
（現状フォーム取得処理）
まず、ユーザＵＳの現状フォームが適宜データ取得手段である各種センサ（加速度センサ１１や角速度センサ１２）によって取得される（ステップＳ２）。ユーザＵＳの現状フォーム（図１２（ａ）の現状フォームＵｆ参照）を取得する手法が特に限定されない点は前述のとおりである。
そして、演算回路１００は、ユーザＵＳの現状フォームＵｆについて図１２（ａ）に示すように、腕振りの軌跡をプロットし、腕を前方に振り出し切った時点Ｐ１と、腕を後方に引き切った時点Ｐ２と、腕振りのＰ１からＰ２への往路の中間点Ｐ３、腕振りのＰ２からＰ１への復路の中間点Ｐ４、の４点を設定する。

（矯正ベクトル算出処理）
次に、演算回路１００は、差異取得手段として矯正ベクトル算出処理を行う（ステップＳ３）。矯正ベクトル算出処理では、演算回路１００が、ユーザＵＳの現状フォームＵｆと理想とする目標フォーム（図１２（ｂ）の目標フォームＴｆ参照）との差異を矯正ベクトルとして取得する。

具体的には、目標フォーム（図１２（ｂ）の目標フォームＴｆ参照）をメモリ部１０１から読みだして図１２（ｂ）に示すように、ユーザＵＳの現状フォームと同様に、腕振りの軌跡をプロットし、腕を前方に振り出し切った時点Ｐ１’と、腕を後方に引き切った時点Ｐ２’と、腕振りのＰ１’からＰ２’への往路の中間点Ｐ３’、腕振りのＰ２’からＰ１’への復路の中間点Ｐ４’、の４点を設定する。
そして、図１２（ｃ）に示すように、ユーザＵＳの現状フォームＵｆと目標フォームＴｆとを、Ｐ１：Ｐ１’～Ｐ４：Ｐ４’の４点について比較し、各点におけるずれ量（両者の差異）を矯正ベクトルとして算出する。
なお、ユーザＵＳの現状フォームＵｆと目標フォームＴｆとを比較するポイントはＰ１：Ｐ１’～Ｐ４：Ｐ４’の４点に限定されず、例えば、プロットされたフォームの軌跡全体を比較してずれ量を求めてもよい。

図１２（ａ）から図１２（ｃ）に示す例では、図１２（ｃ）に示すように、腕を前方に振り出し切った時点Ｐ１：Ｐ１’において最も両者のずれ量が大きく（すなわち、矯正ベクトルが大きく）、中間地点であるＰ３：Ｐ３’及びＰ４：Ｐ４’では比較的ずれ量が小さい（すなわち、矯正ベクトルが小さい）。また、腕を後方に引き切った時点Ｐ２：Ｐ２’では最もずれ量が小さくなっている（すなわち、矯正ベクトルが小さい）。

（矯正ベクトル通知処理）
矯正ベクトル通知処理（ステップＳ４）では、矯正ベクトル算出処理（ステップＳ３）において算出された算出結果に基づいて、ユーザの身体に刺激を与えてユーザＵＳにフォームの矯正を促す。
具体的には、前述の振動発生部１６や電気刺激発生部１７等の刺激付与手段によって、ユーザＵＳの現状フォームと目標フォームとの差異に応じてユーザの身体にフォーム矯正の示唆となる刺激を付与する。すなわち、両者のずれ量（両者の差異）が大きければ、その分振動発生部を大きく振動させ、また、電気刺激発生部において強い電気刺激を発生させる。また、振動発生部１６や電気刺激発生部１７等の刺激付与手段のどの部分をどのように振動させたり、電気刺激を発生させたりするのかを、算出された矯正ベクトルに応じて適宜制御することにより、どの方向にどのように腕を動かせば目標フォームに近づくことができるのかを、ユーザＵＳに分かりやすく、直感的に通知することができる。

なお、刺激付与手段として振動発生部１６を用いる場合には、当該振動が発生している間は、各種センサ（加速度センサ１１や角速度センサ１２等のモーションセンサ）による動作データの取得（センシング処理）を中断させる。
振動発生部１６により振動が発生している場合には、この振動が動きとして誤認識される場合もあり、正しくセンシングできないおそれがある。このため、振動が発生している間のセンシングを中断させて、誤ったデータが蓄積されるのを防ぐことが好ましい。

また、矯正ベクトル通知処理は、ランニング等を続ける中で随時行われる。
このため、ユーザＵＳは、その場でリアルタイムに、今の腕振りのどこがどうずれていたのかを認識することができ、フォームの向上に役立てることができる。
また、１つの腕振り周期の中でも、大きくずれているところと目標フォームとさほど変わらないところとがある（例えば、図１２（ｃ）では、Ｐ１：Ｐ１’時点におけるずれ量が大きく、Ｐ２：Ｐ２’時点におけるずれ量は小さい）。このため、そのずれ量に応じて適宜刺激の与え方や刺激の大きさを変えるようにすることが好ましい。
なお、いつも同じタイミングで腕振りがずれる等、ずれ量のデータが蓄積された場合には、当該時点に近づくと、ずれを修正する方向に刺激を与え、ユーザＵＳに注意喚起を促すようにしてもよい。

＜効果＞
以上のように、本実施形態によれば、運動動作中のユーザの現状フォームに関する動作データを取得する複数のセンサ（すなわち、加速度センサ１１，角速度センサ１２，磁気センサ１３）と、現状フォームＵｆと理想とする目標フォームＴｆとの差異を取得する差異取得手段としての演算回路１００と、ユーザＵＳの身体に装着され、差異に応じてユーザＵＳの身体にフォーム矯正の示唆となる刺激を付与する刺激付与手段と、を備えている。
このように差異に応じて刺激が与えられるため、現状のフォームがどの程度目標とするフォームからずれているのかをユーザＵＳに知らせることができる。
また、振動発生部１６による振動や電気刺激発生部１７による刺激等によってフォーム矯正の示唆となる刺激が付与されるため、ユーザＵＳはどのように現状のフォームを矯正すべきかを直感的に認識することができる。

また、本実施形態の刺激付与手段は、ユーザＵＳの身体に振動による刺激を付与する振動発生部１６を含んでいる。
これにより、ユーザＵＳは振動が発生した方向から腕が押されたように感じ、どちら側に腕を動かせばよいかを直感的に理解することができる。

また、本実施形態の刺激付与手段がユーザの身体に振動による刺激を付与するものである場合には、当該振動が発生している間は、各種センサ（角速度センサ１２等のモーションセンサ）による動作データの取得（センシング処理）を中断させる。
振動発生部１６により振動が発生している場合には、正しくセンシングできないおそれがある。
この点、本実施形態では振動が発生している間のセンシングが中断されるため、誤ったデータが蓄積されるのを防ぐことができる。

また、本実施形態において、フォーム矯正の対象となる運動動作は、ランニングにおける腕振り動作である。
ランニングを行う場合には、腕振り動作のフォームを正しく維持することが効果的である。
この点本実施形態によれば、ユーザの腕振り動作を目標とするフォームに矯正することが可能となる。

＜変形例＞
なお、以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形が可能であることは言うまでもない。

例えば、本実施形態では、運動支援装置１が、前腕（手首Ｗ）に装着された腕時計型の装置である場合を例示したが、運動支援装置１は手首に装着されるものに限定されず、上腕や腰回り、足首等に装着されるものであってもよい。

また、本実施形態では、運動支援装置１が運動時のフォームとしてランニングの腕振り動作のフォームを矯正する場合を例示したが、矯正すべきフォームは腕振り動作に限定されない。
例えば、運動支援装置１を腰回り等に装着して、体軸・体幹のぶれや走行姿勢等のフォームについて矯正を促すことができるようにしてもよい。
また、運動支援装置１を足首等に装着して、足の蹴り出しや歩幅等について矯正を促すことができるようにしてもよい。

さらに、運動支援装置１によってフォームの矯正を促す運動はランニングに限定されず、例えば、自転車におけるペダリング動作のフォームや、水泳における手足の動き、野球におけるバッティングフォーム、ゴルフにおけるスイングフォーム等、各種の運動の各種動作に適用することも可能である。

また、本実施形態では、腕振りごとに毎回矯正ベクトルを算出し、結果を刺激として通知するようにしたが、通知のタイミングは毎回の動作ごとに限定されない。
例えば１ｋｍ置き、数ｋｍ置き等、ある程度の周期ごとに通知を行うようにしてもよい。
また、トレーニングモード等を選択できるようにし、ユーザＵＳがフォームのずれを通知するよう要求したときに適宜通知を行うようにしてもよい。
このようにした場合には装置の電力消費を抑えて、電池交換や充電等なしに長時間の使用が可能となる。

また、目標フォームは１回設定したらユーザＵＳが変更や再設定を行わない限り、そのまま固定されてもよいし、毎回又は随時新しい目標フォームが設定されてもよい。
すなわち、腕振り動作等、運動時のフォームはトレーニングの成果やその日の体調等によって変化するものである。
このため、ランニングを行う都度に、ユーザＵＳの現状のフォームを取得し、これに合った目標フォームが設定されるようにしてもよい。

また、本実施形態では運動支援装置が時計型の端末装置単体で構成されている場合を例示したが、運動支援装置の構成はこれに限定されない。
例えば、本実施形態と同様の腕時計型の端末装置と、リストバンド状の装着部等に設けられた刺激付与手段や、複数の外部装置（例えばスマートフォン等の携帯端末装置やパーソナルコンピュータ、サーバ装置等）等が連携し、システムとして運動支援装置が構成されていてもよい。
この場合には、腕時計型の端末装置の演算回路１００やメモリ部１０１と、携帯端末装置等の演算回路やメモリ部とで、例えば目標フォームのデータの共有や、データ処理の分担等を行うようにしてもよい。

以上本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
〔付記〕
＜請求項１＞
運動動作中のユーザの現状フォームに関する動作データを取得するデータ取得手段と、
前記現状フォームと目標フォームとの差異を取得する差異取得手段と、
前記ユーザの身体に装着され、前記差異に応じて前記ユーザの身体にフォーム矯正の示唆となる刺激を付与する刺激付与手段と、
を備えることを特徴とする運動支援装置。
＜請求項２＞
前記刺激付与手段は、前記ユーザの身体に振動による刺激を付与するものであることを特徴とする請求項１に記載の運動支援装置。
＜請求項３＞
前記刺激付与手段が前記ユーザの身体に前記振動による刺激を付与するものである場合、前記振動を発生させているときには前記データ取得手段による前記動作データの取得を中断させることを特徴とする請求項２に記載の運動支援装置。
＜請求項４＞
運動動作は、ランニングにおける腕振り動作であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の運動支援装置。
＜請求項５＞
運動動作中のユーザの現状フォームに関する動作データを取得し、
前記現状フォームと目標フォームとの差異を取得し、
前記差異に応じて前記ユーザの身体にフォーム矯正の示唆となる刺激を付与することを特徴とする運動支援方法。
＜請求項６＞
コンピュータに、
運動動作中のユーザの現状フォームと目標フォームとの差異を取得させ、
前記ユーザの身体に装着された刺激付与手段により、前記差異に応じて前記ユーザの身体にフォーム矯正の示唆となる刺激を付与させることを特徴とする運動支援プログラム。

１ 運動支援装置
２ 機器本体
１１ 加速度センサ
１２ 角速度センサ
１３ 地磁気センサ
１４ 入力操作部
１５ 音声出力部
１６ 振動発生部
１７ 電気刺激発生部
１８ 通信回路部
２２ 表示部
１００ 演算回路
１０１ メモリ部
ＵＳ ユーザ

本発明に係る運動支援装置は、
運動動作中のユーザの現状フォームに関する動作データを取得するデータ取得手段と、
前記データ取得手段によって取得された現状フォームと目標フォームとの差異を取得する差異取得手段と、
前記ユーザの身体に装着され、前記差異取得手段によって取得された前記差異に応じた刺激であり、且つ、前記ユーザの身体にフォーム矯正の示唆となる前記刺激を、前記目標フォームへ向かう方向とは逆方向から付与する刺激付与手段と、
を備えることを特徴とする。

Claims (5)

1. 運動動作中のユーザの現状フォームに関する動作データを取得するデータ取得手段と、
   前記データ取得手段によって取得された現状フォームと目標フォームとの差異を取得する差異取得手段と、
   前記ユーザの身体に装着された振動部を制御することにより、前記差異取得手段によって取得された差異に応じた振動であり、且つ、前記ユーザの身体にフォーム矯正の示唆となる振動による刺激を前記運動動作において周期的に発生する所定のタイミングで付与する刺激付与手段と、
   を備えることを特徴とする運動支援装置。
2. 前記刺激付与手段により前記振動を発生させているときには前記データ取得手段による前記動作データの取得を中断させるよう制御する制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の運動支援装置。
3. 前記運動動作とは、ランニングにおける腕振り動作であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の運動支援装置。
4. 運動動作中のユーザの現状フォームに関する動作データを取得するデータ取得ステップと、
   前記データ取得ステップにて取得された現状フォームと目標フォームとの差異を取得する差異取得ステップと、
   前記ユーザの身体に装着された振動部を制御することにより、前記差異取得ステップにて取得された差異に応じた振動であり、且つ、前記ユーザの身体にフォーム矯正の示唆となる振動による刺激を前記運動動作において周期的に発生する所定のタイミングで付与する刺激付与ステップと、
   を含むことを特徴とする運動支援方法。
5. コンピュータを、
   運動動作中のユーザの現状フォームに関する動作データを取得するデータ取得手段、
   前記データ取得手段にとって取得された現状フォームと目標フォームとの差異を取得する差異取得手段、
   前記ユーザの身体に装着された振動部を制御することにより、前記差異取得手段によって取得された差異に応じた振動であり、且つ、前記ユーザの身体にフォーム矯正の示唆となる振動による刺激を前記運動動作において周期的に発生する所定のタイミングで付与する刺激付与手段、
   として機能させるための運動支援プログラム。

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