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WO2024190756A1 - センサ、動作支援システム - Google Patents

センサ、動作支援システム Download PDF

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Publication number
WO2024190756A1
WO2024190756A1 PCT/JP2024/009432 JP2024009432W WO2024190756A1 WO 2024190756 A1 WO2024190756 A1 WO 2024190756A1 JP 2024009432 W JP2024009432 W JP 2024009432W WO 2024190756 A1 WO2024190756 A1 WO 2024190756A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
motion
control device
human body
information processing
Prior art date
Application number
PCT/JP2024/009432
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
敬祐 平野
宇内 光安
亮太朗 岩本
一正 岡田
和孝 原
聡 伊藤
剛士 上田
Original Assignee
日東電工株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日東電工株式会社 filed Critical 日東電工株式会社
Publication of WO2024190756A1 publication Critical patent/WO2024190756A1/ja

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Measuring devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor or mobility of a limb

Definitions

  • the present invention relates to a sensor and a motion support system.
  • Technology has been known for some time now in the field of sports and the like that detects the movements of a subject and evaluates how the subject moves their body.
  • a technology is known that uses a strain sensor to detect changes in parts of the body of a subject performing an action to strike an object, and evaluates how the subject uses their muscles in various movements that involve striking.
  • the disclosed technology is intended to assist with movement.
  • the disclosed technology is a sensor that includes a substrate that expands and contracts in response to the movement of the human body, a strain sensor that is disposed on the substrate and detects the movement of the human body, and a skin electrode that is disposed on the substrate and to which a minute current is applied to assist the movement of the human body.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a system configuration of a motion support system.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a sensor system.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of an information processing terminal. 2 is a diagram illustrating the functions of each device in the motion support system 1.
  • FIG. FIG. 2 is a sequence diagram illustrating the operation of the operation support system.
  • Fig. 1 is a diagram explaining the system configuration of the motion support system.
  • Fig. 2 is a diagram explaining the sensor system.
  • Fig. 2(A) is a perspective top view of the sensor system, and
  • Fig. 2(B) is an A-A cross-sectional view of the sensor.
  • the motion support system 1 of this embodiment includes a sensor system 10 and an information processing terminal 300.
  • the sensor system 10 includes a sensor 100 and a control device 200. Note that in FIG. 1, the sensor 100 is shown as a top perspective view.
  • the information processing terminal 300 and the control device 200 communicate wirelessly, for example, by Bluetooth (registered trademark) or the like.
  • the sensor 100 is attached to the user's body and the control device 200 is attached, and the sensor 100 and the control device 200 are connected when used.
  • the sensor 100 includes a motion detection sensor that detects the motion of the part of the user's body to which the sensor 100 is attached, and a stimulus generation electrode that generates a stimulus to be given to the user.
  • a motion detection sensor that detects the motion of the part of the user's body to which the sensor 100 is attached
  • a stimulus generation electrode that generates a stimulus to be given to the user.
  • the sensor 100 uses a motion detection sensor to output sensor data corresponding to the motion of the part of the user's body to which the sensor 100 is attached to the control device 200. What is sensor data? Data that indicates the motion of the part of the user's body.
  • control device 200 acquires the sensor data output from the sensor 100 and transmits it to the information processing terminal 300.
  • the information processing terminal 300 When the information processing terminal 300 receives the sensor data, it compares the user's movement with an ideal case where the user's movement is performed based on the sensor data. Then, depending on the result of the comparison, the information processing terminal 300 transmits an instruction to the control device 200 to generate a stimulus to inform the user of the part of the body that needs to be corrected in the movement.
  • the control device 200 receives a generation instruction from the information processing terminal 300, applies a microcurrent to the stimulation generating electrodes of the sensor 100, and stimulates the part of the body whose movement is to be corrected, thereby assisting the movement of the human body.
  • the microcurrent in this embodiment may be a weak current that can be felt by a user who has attached the sensor 100 to their body, but does not cause pain.
  • An example of a microcurrent for assisting the movement of the human body is a microcurrent that stimulates motor nerves and muscles.
  • a single sensor 100 detects the user's movements and notifies the user of the parts of the movement that need to be corrected. Furthermore, in this embodiment, when the user's movements are detected, a stimulus can be generated immediately to notify the user of the parts of the movement that need to be corrected, and assistance can be provided to bring the user's movements closer to ideal movements.
  • the specific part of the user may include, for example, the back of the user's hand.
  • the specific part of the user may also include the area from the base of the user's fingers to near the second joint. In this embodiment, by attaching the sensor 100 to this area, the movement of the user's fingers can be detected.
  • the motion assistance system 1 of this embodiment may also be used to assist with a specific motion in the field of sports, for example.
  • the specific motion may be, for example, a pitching motion in baseball, or a hitting motion in tennis or table tennis.
  • the motion assistance system 1 detects the finger movements of the user during the pitching or hitting motion, and compares the finger movements during the pitching or hitting motion with the finger movements when an ideal pitching or hitting motion is performed. The motion assistance system 1 then stimulates the finger whose motion needs to be corrected so that the user's finger movements are closer to the ideal movements. In this way, this embodiment can assist the user in moving their fingers.
  • the specific movements in this embodiment are not limited to sports, but may be movements performed in rehabilitation, for example, or movements such as playing a musical instrument.
  • the sensor system 10 is described further below.
  • the sensor 100 includes a stretchable cloth substrate 101, strain sensors 111, 112, wiring 121, 122, skin electrodes 131, 132, wiring 141, 142, adhesive 151, and skin adhesive 152.
  • the strain sensors 111, 112 are an example of a motion detection sensor
  • the skin electrodes 131, 132 are an example of a stimulus generation electrode.
  • the stretchable cloth substrate 101 is roughly rectangular, with an adhesive 151 disposed on a portion of one surface (front surface).
  • a skin adhesive 152 is applied to the entire other surface (back surface) of the stretchable cloth substrate 101.
  • the adhesive applied to the other surface (back surface) of the stretchable cloth substrate 101 is not limited to a skin adhesive, but using the skin adhesive 151 is preferable as it reduces irritation to the skin when the stretchable cloth substrate 101 is attached to the human body.
  • the substrate on which the strain sensors 111, 112 and the skin electrodes 131, 132 are arranged is the stretchable cloth substrate 101, but this is not limited to this.
  • the substrate on which the strain sensors 111, 112 and the skin electrodes 131, 132 are arranged may be any substrate that stretches in response to the movement of the human body, and does not have to be cloth.
  • the strain sensors 111, 112 are attached to the adhesive 151 arranged on the surface of the stretchable cloth substrate 101. In other words, the strain sensors 111, 112 are attached to the stretchable cloth substrate 101 via the adhesive 151.
  • the strain sensors 111, 112 may be removably attached to the adhesive 151. By attaching the strain sensors 111, 112 in this manner, the strain sensors 111, 112 can be removed from the elastic cloth substrate 101 and reused after the sensor 100 is peeled off from the user's body.
  • the sensor 100 may be discarded.
  • the sensors other than the strain sensors 111 and 112 and reusing the strain sensors 111 and 112 it is possible to reduce waste while maintaining good hygiene of the motion assistance system 1.
  • the skin electrodes 131, 132 are attached to the skin adhesive 152 applied to the back surface of the stretchable cloth substrate 101. In other words, the skin electrodes 131, 132 are attached to the stretchable cloth substrate 101 via the skin adhesive 152.
  • the strain sensor 111 and the skin electrode 131 are arranged side by side in the longitudinal direction of the stretchable cloth substrate 101.
  • the skin electrode 131 is arranged on the side facing the user's skin (the back side of the stretchable cloth substrate 101), and the strain sensor 111 is arranged on the opposite side (front side) of the stretchable cloth substrate 101.
  • a strain sensor 111 motion detection sensor
  • a skin electrode 131 skin electrode 131
  • the strain sensor 112 and the skin electrode 132 are also arranged in the same manner as the strain sensor 111 and the skin electrode 131.
  • the elastic cloth substrate 101 also has slits 102 formed therein to separate an area 105 in which a strain sensor 111 is disposed on the front side and a skin electrode 131 is disposed on the back side from an area 105 in which a strain sensor 112 is disposed on the front side and a skin electrode 132 is disposed on the back side.
  • the slits 102 are formed so that the elastic cloth substrate 101 is separated into each pair including a motion detection sensor and a stimulus generation electrode.
  • each of the areas 105 and 106 separated by the slits 102 can be attached to the user's finger. Also, in this embodiment, by providing the slits 102, the sensor 100 can be attached to the back of the hand regardless of the size of the user's hand, and errors in the accuracy of motion detection caused by the size of an individual's hand can be reduced.
  • the stretchable fabric substrate 101 is substantially rectangular, but the shape of the stretchable fabric substrate 101 is not limited to this.
  • the stretchable fabric substrate 101 may be, for example, elliptical.
  • the strain sensor 111 is removably attached to the stretchable cloth substrate 101 with adhesive 151, and is connected to the control device 200 by wiring 121. The same is true for the strain sensor 112.
  • the strain sensors 111 and 112 output a voltage signal to the control device 200 that corresponds to the expansion and contraction of the stretchable cloth substrate 101 in response to the movement of the user's fingers.
  • Skin electrodes 131 and 132 are self-adhesive skin electrodes. Skin electrode 131 is connected to control device 200 by wiring 141, and skin electrode 132 is connected to control device 200 by wiring 142. Wiring 141 and 142 may be formed, for example, between skin adhesive 152 and stretchable cloth substrate 101.
  • a small current is applied to the skin electrodes 131, 132 by the control device 200. This causes the skin electrodes 131, 132 to generate a stimulus that is applied to a specific part of the user.
  • the control device 200 is a computer having a processor and a storage device, and acquires sensor data output from the strain sensors 111 and 112 and transmits it to the information processing terminal 300.
  • the control device 200 also applies a minute current to the skin electrodes 131 and 132 in response to instructions from the information processing terminal 300.
  • the control device 200 also has terminals 221, 222, 241, and 242.
  • Terminal 221 is connected to wiring 141. This connects the control device 200 to the skin electrode 131.
  • Terminal 222 is connected to wiring 142. This connects the control device 200 to the skin electrode 132.
  • the terminal 241 is connected to the wiring 121. This connects the control device 200 and the strain sensor 111.
  • the terminal 242 is connected to the wiring 122. This connects the control device 200 and the strain sensor 112.
  • the control device 200 of this embodiment may be, for example, a wristwatch-type wearable terminal, and may be configured so that the terminals 221, 222, 241, and 242 are connected to the wires 141, 142, 121, and 122, respectively, when the user wears the control device 200 on his or her wrist with the sensor 100 attached to the back of the hand.
  • the sensor 100 as a sticker-type sensor and the control device 200 as a wearable terminal, it is possible to detect the movement of the user's fingers while the user's fingertips are free.
  • the information processing terminal 300 of this embodiment may be a general computer. Specifically, for example, the information processing terminal 300 may be a portable terminal device such as a smartphone.
  • the information processing terminal 300 of this embodiment has a signal processing unit 310.
  • the signal processing unit 310 When the signal processing unit 310 receives sensor data from the control device 200, it converts the sensor data into data indicating the movement of the user's fingertips. The signal processing unit 310 then compares the data indicating ideal fingertip movement, which is stored in advance in the information processing terminal 300, with the data converted from the sensor data. In the following description, the data indicating ideal fingertip movement is referred to as ideal movement data, and the data converted from the sensor data is referred to as detected movement data.
  • the signal processor 310 based on the comparison between the detected motion data and the ideal motion data, identifies the part of the user where a motion different from the motion indicated by the ideal motion data is being performed, and instructs the skin electrode 131 at the position corresponding to the identified part to generate a stimulus. Details of the signal processor 310 in this embodiment will be described later.
  • the movement support system 1 of this embodiment allows the user to detect a specific movement, and if the detected movement differs from the ideal movement, it is possible to instantly apply stimulation to the part of the body that is performing the movement that differs from the ideal movement.
  • the sensor 100 is provided with two pairs of strain sensors and skin electrodes, but this is not limited to this.
  • the sensor 100 may be provided with one pair of strain sensors and skin electrodes, or three or more pairs.
  • control device 200 and the information processing terminal 300 are terminal devices.
  • the motion support system 1 of this embodiment includes the control device 200 and the information processing terminal 300 as terminal devices that acquire the sensor data output from the strain sensors 111 and 112.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the information processing terminal.
  • the information processing terminal 300 of this embodiment has a processor 31, a memory 32, an auxiliary storage device 33, an I/F (Interface) device 34, a communication device 35, and a drive device 36.
  • the hardware components of the information processing terminal 300 are connected to each other via a bus 37.
  • the processor 31 has various computing devices such as a CPU (Central Processing Unit) and a GPU (Graphics Processing Unit).
  • the processor 31 reads various programs (e.g., signal processing programs, etc.) onto the memory 32 and executes them.
  • programs e.g., signal processing programs, etc.
  • Memory 32 has a primary storage device such as a ROM (Read Only Memory) or a RAM (Random Access Memory).
  • the processor 31 and memory 32 form what is known as a computer, and the processor 31 executes various programs read onto memory 32, causing the computer to realize, for example, a signal processing unit 310.
  • the auxiliary storage device 33 stores various programs and various data used when the programs are executed by the processor 31.
  • the I/F device 34 is a connection device that connects the information processing terminal 300 to an operation device 38 and a display device 39, which are examples of external devices.
  • the I/F device 34 accepts operations on the information processing terminal 300 via the operation device 38.
  • the I/F device 34 may also output the results of processing by the information processing terminal 300 and display them to the user of the information processing terminal 300 via the display device 39.
  • the communication device 35 is a communication device for communicating with other devices (in this embodiment, the control device 200).
  • the drive unit 36 is a device for setting the recording medium 30.
  • the recording medium 30 referred to here includes media that record information optically, electrically, or magnetically, such as CD-ROMs, flexible disks, and magneto-optical disks.
  • the recording medium 30 may also include semiconductor memories that record information electrically, such as ROMs and flash memories.
  • the various programs to be installed in the auxiliary storage device 33 are installed, for example, by setting the distributed recording medium 30 in the drive device 36 and reading the various programs recorded on the recording medium 30 by the drive device 36.
  • the various programs to be installed in the auxiliary storage device 33 may be installed by downloading them from a network via the communication device 35.
  • FIG. 4 is a diagram explaining the functions of each device of the motion support system. First, the functions of the control device 200 of the sensor system 10 will be explained.
  • the control device 200 has a communication unit 210, a data acquisition unit 211, and a signal output unit 212.
  • the communication unit 210 controls communication between the control device 200 and the information processing terminal 300. Specifically, the communication unit 210 transmits each of the sensor data output from the strain sensors 111 and 112 to the information processing terminal 300.
  • the data acquisition unit 211 acquires the sensor data output from the strain sensors 111 and 112.
  • the signal output unit 212 applies a minute current to a specified one of the skin electrodes of the sensor 100 in response to a signal received from the information processing terminal 300, generating a stimulus for the user.
  • an operation may be performed to associate the set of the strain sensor 111 and the skin electrode 131 with the set of the strain sensor 112 and the skin electrode 132 with the user's finger to which each set is attached.
  • this operation may cause the control device 200 to store information associating each of the multiple strain sensors and skin electrode pairs that the sensor 100 has with the body part to which each pair is attached.
  • the method of associating the multiple groups of the sensor 100 with the parts to which each group is attached is not limited to the above example.
  • the multiple groups of the sensor 100 and the parts to which each group is attached may be automatically associated with each other by, for example, analyzing the sensor data of the strain sensor included in each group in the information processing terminal 300.
  • each part of the control device 200 described above may be realized by a processor of the control device 200 reading out from a storage device and executing a program that realizes each part. Furthermore, the program that realizes each part may be downloaded to the control device 200 from a server device (not shown) provided on the Internet.
  • the information processing terminal 300 of this embodiment has a signal processing unit 310.
  • the signal processing unit 310 includes a communication unit 311, a conversion unit 312, a comparison unit 313, a signal generation unit 314, and a storage unit 315.
  • the communication unit 311 controls communication between the information processing terminal 300 and the control device 200. Specifically, the communication unit 311 receives from the control device 200 the sensor data output from each of the multiple strain sensors provided in the sensor 100.
  • the conversion unit 312 converts the multiple sensor data received by the communication unit 311 from the control device 200 into detected motion data indicating the motion of the user. Specifically, the conversion unit 312 may generate video data indicating the motion of the user from the multiple sensor data.
  • the comparison unit 313 compares the detected movement data with the ideal movement data 316 stored in the memory unit 315, and identifies, among the parts of the user whose movements have been detected, those parts whose movements differ from the ideal movements indicated by the ideal movement data.
  • the comparison unit 313 identifies the middle finger as the part whose motion needs to be corrected.
  • the signal generating unit 314 generates a signal to be sent to the control device 200 according to the result of the comparison by the comparing unit 313. Specifically, the signal generating unit 314 generates a signal including information indicating the area identified by the comparing unit 313 and an instruction to apply a microcurrent to the skin electrode corresponding to the identified area.
  • the signal generation unit 314 For example, if the comparison unit 313 identifies the middle finger as the part to be corrected, the signal generation unit 314 generates a signal indicating an instruction to apply a microcurrent to the skin electrode corresponding to the middle finger. The signal generated by the signal generation unit 314 is transmitted to the control device 200 by the communication unit 311.
  • the storage unit 315 stores ideal motion data 316.
  • the ideal motion data 316 may be stored in advance in the storage unit 315. Furthermore, the ideal motion data 316 may be stored, for example, for each of a plurality of types of motion in the field of sports.
  • ideal motion data 316 may include ideal motion data generated based on the pitching form of a baseball player, and ideal motion data generated based on the hitting form of a tennis player.
  • the ideal motion data 316 referenced in the comparison by the comparison unit 313 may be selected from multiple types of ideal motion data 316 stored in the storage unit 315.
  • the information processing terminal 300 may, for example, display a list screen showing the types of ideal motion data 316 on the display device 39 and allow the user to select the ideal motion data 316.
  • the information processing terminal 300 may also identify the type of user's movement based on the detected movement data converted by the conversion unit 312, and select ideal movement data to be referenced from multiple types of ideal movement data 316 stored in the storage unit 315 by the comparison unit 313.
  • the motion support system 1 can be used in a variety of situations.
  • the signal processing unit 310 of the information processing terminal 300 may be realized by the processor 31 reading and executing a signal processing program stored in the memory 32.
  • the signal processing program may be downloaded to the control device 200 from a server device (not shown) provided on the Internet.
  • FIG. 5 is a sequence diagram illustrating the operation of the operation support system.
  • the strain sensors 111 and 112 of the sensor system 10 output sensor data in response to the user's motion (step S501), and the control device 200 acquires the sensor data via the data acquisition unit 211 (step S502).
  • the control device 200 transmits the acquired sensor data to the information processing terminal 300 via the communication unit 210 (step S503).
  • the conversion unit 312 converts the sensor data into detected motion data (step S504).
  • the comparison unit 313 of the information processing terminal 300 compares the detected motion data with the ideal motion data to identify the part of the body that needs to be corrected (step S505).
  • the information processing terminal 300 generates a signal including an instruction to apply a microcurrent to the skin electrodes 131, 132 located at positions corresponding to the identified area using the signal generation unit 314 (step S506), and transmits the signal to the control device 200 using the communication unit 311 (step S507).
  • the signal output unit 212 applies a minute current to the skin electrode corresponding to the identified area to generate a stimulation (step S508).
  • control device 200 may refer to information that associates the multiple pairs of electrodes in the sensor 100 with the areas to which each pair is attached, and identify the skin electrode that corresponds to the identified area.
  • the timing of providing the stimulus to the user may be any timing.
  • the stimulus may be provided while the user is performing a movement, or after the user has finished performing the movement.
  • the timing of providing the stimulus may also be set by the user.
  • this embodiment allows the user to clearly understand the parts of the body that need to be corrected in order to bring their movements closer to ideal movements, and can help improve athletic ability.
  • the advice provided does not differ depending on the instructor, and the user's athletic ability can be improved quickly.
  • control device 200 and the information processing terminal 300 are described as separate devices, but this is not limited to the above.
  • the control device 200 may also function as the information processing terminal 300, in which case the control device 200 may have the functions of the signal processing unit 310.
  • the sensor 100 is attached to the back of the user's hand, but the part to which the sensor 100 is attached is not limited to the back of the hand.
  • the part to which the sensor 100 is attached may be any part, such as the knee or elbow.

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Abstract

人体の動作に応じて伸縮する基材と、前記基材に配置され、前記人体の動作を検出する歪みセンサと、前記基材に配置され、前記人体の動作を補助するための微小電流が印加される肌用電極と、を含むセンサである。

Description

センサ、動作支援システム
　本発明は、センサ、動作支援システムに関する。
　従来から、スポーツの分野等において、被験者の動作を検出して、被験者の体の動かし方を評価する技術が知られている。具体的には、例えば、歪センサを用いて、被打撃物を打撃する動作を行う被験者の身体の部位の変化を検出し、打撃を伴う種々の動作において、被験者の筋肉の使い方の評価する技術が知られている。
特開２０１７－１０８８７１号公報
　スポーツの分野等では、被験者に対し、動作を修正する部位を直感的に伝えることが好ましい。しかしながら、上述した従来の技術では、被験者の動作を評価するものであり、被験者に対し、動作を修正する部位を伝えることは考慮されておらず、被験者の動作を支援することはできない。
　開示の技術では、動作を支援することを目的としている。
　開示の技術は、人体の動作に応じて伸縮する基材と、前記基材に配置され、前記人体の動作を検出する歪みセンサと、前記基材に配置され、前記人体の動作を補助するための微小電流が印加される肌用電極と、を含むセンサである。
　動作を支援することができる。
動作支援システムのシステム構成を説明する図である。 センサシステムについて説明する図である。 情報処理端末のハードウェア構成の一例を示す図である。 動作支援システム１の有する各装置の機能について説明する図である。 動作支援システムの動作を説明するシーケンス図である。
　以下に図面を参照して、本実施形態について説明する。はじめに、図１、図２を参照して、本実施形態の動作支援システムと、センサシステムについて説明する。図１は、動作支援システムのシステム構成を説明する図である。図２は、センサシステムについて説明する図である。図２（Ａ）は、センサシステムの透視上面図であり、図２（Ｂ）は、センサのＡ－Ａ断面図である。
　本実施形態の動作支援システム１は、センサシステム１０と、情報処理端末３００とを含む。センサシステム１０は、センサ１００と制御装置２００とを含む。なお、図１では、センサ１００を上面透視図として示す。情報処理端末３００と制御装置２００とは、例えば、ブルートゥース（登録商標）等によって無線通信を行う。
　本実施形態のセンサシステム１０では、利用者の体にセンサ１００を貼り付けて制御装置２００を装着し、センサ１００と制御装置２００とが接続された状態で使用される。
　センサシステム１０において、センサ１００は、センサ１００が貼り付けられた利用者の体の部位の動作を検出する動作検出用センサと、利用者に与える刺激を生成する刺激生成用電極とを含む。動作検出用センサと、刺激生成用電極の詳細は後述する。
　センサ１００は、動作検出用センサにより、センサ１００が貼り付けられた利用者の体の部位の動作に応じたセンサデータを制御装置２００に対して出力する。センサデータとは。利用者の体の部位の動作を示すデータである。
　センサシステム１０において、制御装置２００は、センサ１００から出力されるセンサデータを取得し、情報処理端末３００に送信する。
　情報処理端末３００は、センサデータを受信すると、センサデータに基づき、利用者の動作と、利用者の動作が理想的に行われた場合とを比較する。そして、情報処理端末３００は、比較の結果に応じて、動作を修正する部位を利用者に伝えるための刺激の生成指示を制御装置２００に送信する。
　制御装置２００は、情報処理端末３００からの生成指示を受け付けて、センサ１００の刺激生成用電極に微小電流を印加し、動作を修正する部位に対して刺激を与え、人体の動作を補助する。なお、本実施形態の微小電流とは、センサ１００を体に貼り付けた利用者が感じることができ、且つ、苦痛を感じない程度の微弱な電流であってよい。また、人体の動作を補助するための微小電流としては、運動神経や筋肉を刺激する微小電流が一例として挙げられる。
　このように、本実施形態では、１つのセンサ１００で、利用者の動作の検出と、動作を修正すべき部位の伝達とを行う。また、本実施形態では、利用者の動作を検出すると、即座に、動作を修正すべき部位を利用者に伝達するための刺激の発生させることができ、利用者の動作を理想的な動作に近づけるための支援を行うことができる。
　なお、本実施形態における利用者の特定の部位とは、例えば、利用者の手の甲を含んでよい。また、利用者の特定の部位は、利用者の手指の付け根から第二関節付近までを含んでもよい。本実施形態では、この部位にセンサ１００を貼り付けることで、利用者の指の動きを検出することができる。
　また、本実施形態の動作支援システム１は、例えば、スポーツ分野における特定の動作の支援に用いられてもよい。特定の動作は、例えば、野球における投球動作や、テニスや卓球における打球動作等であってよい。この場合、動作支援システム１は、利用者の投球動作や打球動作における指の動きを検出し、投球動作や打球動作における指の動きを、理想的な投球動作や打球動作が行われたときの指の動きと比較する。そして、動作支援システム１は、利用者の指の動きを、理想的な動きに近づけるように、動作を修正すべき指に対して刺激を与える。本実施形態では、このようにして、利用者の指の動かし方を支援することができる。
　なお、本実施形態の特定の動作は、スポーツ分野に限定されず、例えば、リハビリ等において行われる動作であってもよいし、楽器を演奏する動作であってもよい。
　以下に、センサシステム１０について、さらに説明する。
　本実施形態のセンサシステム１０において、センサ１００は、伸縮性布基材１０１、歪みセンサ１１１、１１２、配線１２１、１２２、肌用電極１３１、１３２、配線１４１、１４２、粘着剤１５１、肌用粘着剤１５２を含む。本実施形態において、歪みセンサ１１１、１１２は、動作検出用センサの一例であり、肌用電極１３１、１３２は、刺激生成用電極の一例である。
　伸縮性布基材１０１は、略長方形であり、一方の面（表面）の一部に粘着剤１５１が配置されている。また、伸縮性布基材１０１の他方の面（裏面）の全体に、肌用粘着剤１５２が塗布されている。なお、伸縮性布基材１０１の他方の面（裏面）に塗布される粘着剤は、肌用粘着剤に限定されないが、肌用粘着剤１５１を用いることで、伸縮性布基材１０１を人体に貼り付ける際の皮膚に対する刺激を低減でき、好ましい。
　なお、本実施形態では、歪みセンサ１１１、１１２、肌用電極１３１、１３２が配置される基材を伸縮性布基材１０１としたが、これに限定されない。歪みセンサ１１１、１１２、肌用電極１３１、１３２が配置される基材は、人体の動作に応じて伸縮するものであればよくも布でなくてもよい。
　伸縮性布基材１０１の表面に配置された粘着剤１５１の上には、歪みセンサ１１１、１１２が取り付けられる。言い換えれば、歪みセンサ１１１、１１２は、粘着剤１５１を介して伸縮性布基材１０１に取り付けられる。
　このとき、歪みセンサ１１１、１１２は、粘着剤１５１に対して着脱が可能に取り付けられてもよい。このように歪みセンサ１１１、１１２を取り付けることで、センサ１００が利用者の体から剥がされた後に、歪みセンサ１１１、１１２を伸縮性布基材１０１から取り外して再利用することができる。
　なお、歪みセンサ１１１、１１２が伸縮性布基材１０１から取り外された後のセンサ１００は、破棄されてよい。本実施形態では、このように、歪みセンサ１１１、１１２以外を使い捨てとし、歪みセンサ１１１、１１２を再利用することで、動作支援システム１の衛生状態を良好に維持しつつ、廃棄物を低減させることができる。
　伸縮性布基材１０１の裏面に塗布された肌用粘着剤１５２には、肌用電極１３１、１３２が取り付けられる。言い換えれば、肌用電極１３１、１３２は、肌用粘着剤１５２を介して伸縮性布基材１０１に取り付けられる。
　また、センサ１００では、歪みセンサ１１１、肌用電極１３１は、伸縮性布基材１０１の長手方向に並べられて配置される。このとき、肌用電極１３１は、利用者の肌側（伸縮性布基材１０１の裏面）に配置され、歪みセンサ１１１は、伸縮性布基材１０１の反対側（表面）に配置される。
　言い換えれば、本実施形態では、利用者の動作を検出するための歪みセンサ１１１（動作検出用センサ）と、利用者に対して刺激を与えるための肌用電極１３１（刺激生成用電極）と、が１つの組とされており、歪みセンサ１１１と肌用電極１３１とは伸縮性布基材１０１を挟んで配置される。
　また、歪みセンサ１１２、肌用電極１３２も、歪みセンサ１１１、肌用電極１３１と同様に配置される。
　また、伸縮性布基材１０１には、表面に歪みセンサ１１１、裏面に肌用電極１３１が配置された領域１０５と、表面に歪みセンサ１１２、裏面に肌用電極１３２が配置された領域１０５とを分離するためのスリット１０２が形成されている。言い換えれば、スリット１０２は、動作検出用センサと刺激生成用電極とを含む１つの組毎に、伸縮性布基材１０１が分離されるように、形成される。
　本実施形態では、このようにスリット１０２を形成することで、センサ１００を利用者の手の甲から指の第二関節付近まで貼り付ける際に、スリット１０２で分離された領域１０５、１０６毎に、利用者の指へ貼り付けることができる。また、本実施形態では、スリット１０２を設けることで、利用者の手の大きさに依存せずに、センサ１００を手の甲へ貼り付けることができ、個人の手の大きさに起因する動作の検出精度の誤差を低減させることができる。
　なお、図１、図２の例では、伸縮性布基材１０１を略長方形としたが、伸縮性布基材１０１の形状はこれに限定されない。伸縮性布基材１０１は、例えば、楕円型等であってもよい。
　歪みセンサ１１１は、粘着剤１５１によって、着脱可能に伸縮性布基材１０１に取り付けられるものであり、配線１２１によって制御装置２００と接続される。歪みセンサ１１２も同様である。歪みセンサ１１１、１１２は、利用者の指の動きに応じた伸縮性布基材１０１の伸縮に対応した電圧信号を制御装置２００に対して出力する。
　肌用電極１３１、１３２は、自着性を有する肌用電極である。肌用電極１３１は、配線１４１によって制御装置２００と接続され、肌用電極１３２は、配線１４２によって制御装置２００と接続される。配線１４１、１４２は、例えば、肌用粘着剤１５２と伸縮性布基材１０１との間に形成されていてもよい。
　肌用電極１３１、１３２は、制御装置２００により微小電流が印加される。これにより、肌用電極１３１、１３２は、利用者の特定の部位に対して与える刺激を発生させる。
　制御装置２００は、プロセッサと記憶装置とを有するコンピュータであり、歪みセンサ１１１、１１２から出力されるセンサデータを取得し、情報処理端末３００へ送信する。また、制御装置２００は、情報処理端末３００からの指示に応じて、肌用電極１３１、１３２に対して微小電流を印加する。
　また、制御装置２００は、端子２２１、２２２、２４１、２４２を有する。端子２２１は、配線１４１と接続される。これにより、制御装置２００と肌用電極１３１とが接続される。端子２２２は、配線１４２と接続される。これにより、制御装置２００と肌用電極１３２とが接続される。
　端子２４１は、配線１２１と接続される。これにより、制御装置２００と歪みセンサ１１１とが接続される。端子２４２は、配線１２２と接続される。これにより、制御装置２００と歪みセンサ１１２とが接続される。
　本実施形態の制御装置２００は、例えば、腕時計型のウェアラブル端末であってよく、利用者がセンサ１００を手の甲に貼り付けた状態で、制御装置２００を手首に装着することで、端子２２１、２２２、２４１、２４２と、配線１４１、１４２、１２１、１２２のそれぞれが接続されるように構成されてよい。
　本実施形態では、このように、センサ１００を貼り付け型とし、制御装置２００をウェアラブル端末とすることで、利用者の指先が自由な状態で、利用者の指の動きを検出することができる。
　本実施形態の情報処理端末３００は、一般的なコンピュータであってよい。具体的には、例えば、情報処理端末３００は、スマートフォン等の可搬型の端末装置であってもよい。本実施形態の情報処理端末３００は、信号処理部３１０を有する。
　信号処理部３１０は、制御装置２００からセンサデータを受信すると、センサデータを利用者の指先の動きを示すデータに変換する。そして、信号処理部３１０は、予め情報処理端末３００に格納されている、理想的な指先の動きを示すデータと、センサデータから変換したデータとを比較する。以下の説明では、理想的な指先の動きを示すデータを、理想動作データと表現し、センサデータから変換したデータを検出動作データと表現する。
　信号処理部３１０は、検出動作データと理想動作データとの比較結果から、理想動作データが示す動作と異なる動作が行われている利用者の部位を特定し、特定した部位と対応する位置にある肌用電極１３１に対し、刺激の発生を指示する。本実施形態の信号処理部３１０の詳細は後述する。
　このように、本実施形態の動作支援システム１では、利用者が特定の動作を検出し、理想的な動作と検出された動作が異なる場合に、即座に理想的な動作と異なる動作を行っている部位に対して刺激を与えることができる。
　したがって、本実施形態によれば、利用者に対して動作を改善すべき部位を認識させることができる。言い換えれば、本実施形態によれば、利用者の動作を、理想的な動作に近づけるように、利用者の動作を支援することができる。
　なお、図１、図２の例では、センサ１００には、歪みセンサと肌用電極の組が２つ設けられるものとしたが、これに限定されない。センサ１００に設けられる歪みセンサと肌用電極の組は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
　また、本実施形態において、制御装置２００と情報処理端末３００とは、端末装置である。このように、本実施形態の動作支援システム１は、歪みセンサ１１１、１１２から出力されるセンサデータを取得する端末装置として、制御装置２００と情報処理端末３００とを含む。
　次に、図３を参照して、本実施形態の情報処理端末３００について説明する。図３は、情報処理端末のハードウェア構成の一例を示す図である。
　本実施形態の情報処理端末３００は、プロセッサ３１、メモリ３２、補助記憶装置３３、Ｉ／Ｆ（Interface）装置３４、通信装置３５、ドライブ装置３６を有する。なお、情報処理端末３００の各ハードウェアは、バス３７を介して相互に接続されている。
　プロセッサ３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等の各種演算デバイスを有する。プロセッサ３１は、各種プログラム（例えば、信号処理プログラム等）をメモリ３２上に読み出して実行する。
　メモリ３２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の主記憶デバイスを有する。プロセッサ３１とメモリ３２とは、いわゆるコンピュータを形成し、プロセッサ３１が、メモリ３２上に読み出した各種プログラムを実行することで、コンピュータは、例えば信号処理部３１０を実現する。
　補助記憶装置３３は、各種プログラムや、各種プログラムがプロセッサ３１によって実行される際に用いられる各種データを格納する。
　Ｉ／Ｆ装置３４は、外部装置の一例である操作装置３８、表示装置３９と、情報処理端末３００とを接続する接続デバイスである。Ｉ／Ｆ装置３４は、情報処理端末３００に対する操作を、操作装置３８を介して受け付ける。また、Ｉ／Ｆ装置３４は、情報処理端末３００による処理の結果を出力し、表示装置３９を介して、情報処理端末３００の利用者に表示してもよい。
　通信装置３５は、他の装置（本実施形態では、制御装置２００）と通信するための通信デバイスである。
　ドライブ装置３６は記録媒体３０をセットするためのデバイスである。ここでいう記録媒体３０には、ＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク、光磁気ディスク等のように情報を光学的、電気的あるいは磁気的に記録する媒体が含まれる。また、記録媒体３０には、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等のように情報を電気的に記録する半導体メモリ等が含まれていてもよい。
　なお、補助記憶装置３３にインストールされる各種プログラムは、例えば、配布された記録媒体３０がドライブ装置３６にセットされ、該記録媒体３０に記録された各種プログラムがドライブ装置３６により読み出されることでインストールされる。あるいは、補助記憶装置３３にインストールされる各種プログラムは、通信装置３５を介してネットワークからダウンロードされることで、インストールされてもよい。
　次に、図４を参照して、本実施形態の動作支援システム１の有する各装置の機能について説明する。
　図４は、動作支援システムの有する各装置の機能について説明する図である。はじめに、センサシステム１０の有する制御装置２００の機能について説明する。制御装置２００は、通信部２１０、データ取得部２１１、信号出力部２１２を有する。
　通信部２１０は、制御装置２００と情報処理端末３００との通信を制御する。具体的には、通信部２１０は、歪みセンサ１１１、１１２から出力されるセンサデータのそれぞれを情報処理端末３００に送信する。
　データ取得部２１１は、歪みセンサ１１１、１１２から出力されるセンサデータを取得する。
　信号出力部２１２は、情報処理端末３００から受信した信号に応じて、センサ１００の有する人肌電極のうち、指定された人肌電極に対して微小電流を印加し、利用者に対する刺激を発生させる。
　なお、本実施形態のセンサシステム１０では、例えば、センサ１００が利用者の手の甲に貼り付けられた際に、歪みセンサ１１１、肌用電極１３１の組と、歪みセンサ１１２、肌用電極１３２の組のそれぞれと、各組が貼り付けられた利用者の指とを対応付ける操作が行われてもよい。
　本実施形態では、この操作によって、制御装置２００に、センサ１００が有する複数の歪みセンサ及び肌用電極の組のそれぞれと、各組が貼り付けられた部位とを対応付けた情報が格納されてよい。
　また、本実施形態では、センサ１００の有する複数の組と、各組が貼り付けられた部位とを対応付ける方法は、上述した例に限定されない。センサ１００の有する複数の組と、各組が貼り付けられた部位とは、例えば、情報処理端末３００において、各組に含まれる歪みセンサのセンサデータを解析することで、自動的に対応付けられてもよい。
　なお、上述した制御装置２００の各部の機能は、制御装置２００の有するプロセッサが、上記各部を実現するプログラムを記憶装置から読み出して実行することで実現されてよい。さらに、上記各部を実現するプログラムは、インターネット上に設けられたサーバ装置（図示せず）から制御装置２００にダウンロードされたものであってもよい。
　次に、情報処理端末３００の機能について説明する。本実施形態の情報処理端末３００は、信号処理部３１０を有する。信号処理部３１０は、通信部３１１、変換部３１２、比較部３１３、信号生成部３１４、記憶部３１５を含む。
　通信部３１１は、情報処理端末３００と制御装置２００との通信を制御する。具体的には、通信部３１１は、センサ１００に設けられた複数の歪みセンサのそれぞれから出力されるセンサデータを制御装置２００から受信する。
　変換部３１２は、通信部３１１が制御装置２００から受信した複数のセンサデータを、利用者の動作を示す検出動作データに変換する。具体的には、変換部３１２は、複数のセンサデータから、利用者の動作を示す動画データ等を生成してもよい。
　比較部３１３は、検出動作データと、記憶部３１５に格納された理想動作データ３１６とを比較し、動作が検出された利用者の部位のうち、理想動作データが示す理想的な動作と異なる動作をしている部位を特定する。
　例えば、検出動作データと理想動作データとを比較した結果、利用者の中指の動かし方が、理想動作データと異なっていたとする。この場合、比較部３１３は、動作を修正する部位として、中指を特定する。
　信号生成部３１４は、比較部３１３に比較の結果に応じて、制御装置２００に対して送信する信号を生成する。具体的には、信号生成部３１４は、比較部３１３によりの特定された部位を示す情報と、特定された部位と対応する肌用電極に対する微小電流の印加指示とを含む信号を生成する。
　例えば、比較部３１３において、中指が動作を修正する部位に特定された場合には、信号生成部３１４は、中指と対応する肌用電極に対する微小電流の印加指示を示す信号を生成する。信号生成部３１４で生成された信号は、通信部３１１により、制御装置２００に送信される。
　記憶部３１５は、理想動作データ３１６を格納する。理想動作データ３１６は、予め記憶部３１５に格納されていてよい。また、理想動作データ３１６は、例えば、スポーツ分野における複数種類の動作毎に、格納されていてよい。
　具体的には、例えば、理想動作データ３１６には、ある野球選手の投球フォームに基づき生成された理想動作データ、あるテニス選手の打球フォームに基づき生成された理想動作データが含まれてもよい。
　さらに、本実施形態では、比較部３１３による比較において参照される理想動作データ３１６が、記憶部３１５に格納された複数種類の理想動作データ３１６から選択されてもよい。
　その場合、情報処理端末３００は、例えば、理想動作データ３１６の種類を示す一覧画面を表示装置３９に表示させ、利用者に理想動作データ３１６を選択させてもよい。
　また、情報処理端末３００は、変換部３１２により変換された検出動作データに基づき、利用者の動作の種類を特定し、比較部３１３により、記憶部３１５に格納された複数種類の理想動作データ３１６から、参照する理想動作データを選択してもよい。
　本実施形態では、このように、複数種類の理想動作データ３１６を予め用意することで、動作支援システム１を様々なシーンで利用することができる。
　なお、情報処理端末３００の有する信号処理部３１０は、プロセッサ３１がメモリ３２に格納された信号処理プログラムを読み出して実行することで実現されてよい。信号処理プログラムは、インターネット上に設けられたサーバ装置（図示せず）から制御装置２００にダウンロードされたものであってもよい。
　次に、図５を参照して、本実施形態の動作支援システム１の動作について説明する。
図５は、動作支援システムの動作を説明するシーケンス図である。
　本実施形態の動作支援システム１において、センサシステム１０の歪みセンサ１１１、１１２は、利用者の動作に応じてセンサデータを出力し（ステップＳ５０１）、制御装置２００は、データ取得部２１１によりセンサデータを取得する（ステップＳ５０２）。続いて、制御装置２００は、通信部２１０により、取得したセンサデータを情報処理端末３００に送信する（ステップＳ５０３）。
　情報処理端末３００は、センサデータを受信すると、変換部３１２により、センサデータを検出動作データに変換する（ステップＳ５０４）。続いて、情報処理端末３００は、比較部３１３により、検出動作データと理想動作データとを比較し、動作を修正すべき部位を特定する（ステップＳ５０５）。
　続いて、情報処理端末３００は、信号生成部３１４により、特定された部位と対応する位置にある肌用電極１３１、１３２に対する微小電流の印加指示を含む信号を生成し（ステップＳ５０６）、通信部３１１により、制御装置２００に対して信号を送信する（ステップＳ５０７）。
　センサシステム１０において、制御装置２００は、情報処理端末３００から信号を受信すると、信号出力部２１２により、特定された部位と対応する肌用電極に対して、微小電流を印加し、刺激を生成する（ステップＳ５０８）。
　なお、このとき制御装置２００は、センサ１００の有する複数の組と、各組が貼り付けられた部位とを対応付けた情報を参照し、特定された部位と対応する肌用電極を特定してよい。
　また、図５の例では、利用者の動作の検出から、利用者に対して動作を修正させる刺激を与えるまでの処理を一例の処理として説明したが、これに限定されない。
　本実施形態において、利用者に対して刺激を与えるタイミングは、任意のタイミングであってよい。例えば、利用者が動作を行っている最中に刺激を与えてもよいし、利用者の動作が終了してから刺激を与えてもよい。また、刺激を与えるタイミングは、利用者によって設定されてもよい。
　このように、本実施形態では、利用者の動作と、利用者の動作を理想的な動作と比較し、動作を修正すべき部位に対して、直接的に刺激を与えることができる。したがって、本実施形態によれば、利用者に対し、自身の動作を理想的な動作に近づけるために、動作を修正すべき部位を明瞭に把握させることができ、運動能力の向上を支援することができる。
　また、本実施形態によれば、指導者により動作の指導をうける場合において、指導者によって助言の内容が異なる、といったことがなく、利用者の運動能力を速やかに向上させることができる。
　なお、本実施形態では、制御装置２００と情報処理端末３００とを別々の装置として説明したが、これに限定されない。制御装置２００は、情報処理端末３００を兼ねていてもよく、その場合には、制御装置２００が信号処理部３１０の機能を有していてよい。
　また、上述した実施形態では、センサ１００は利用者の手の甲に貼り付けられるものとしたが、センサ１００が貼り付けられる部位は、手の甲に限定されない。センサ１００を貼り付ける部位は、どの部位であってもよく、膝や肘等であってもよい。
　なお、上記実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせ等、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
　また、本国際出願は、２０２３年３月１４日に出願された日本国特許出願２０２３－０３９８１８に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０２３－０３９８１８の全内容を本国際出願に援用する。
　１　動作支援システム
　１０　センサシステム
　１００　センサ
　１０１　伸縮性布基材
　１０２　スリット
　１１１、１１２　歪みセンサ
　１３１、１３２　肌用電極
　２００　制御装置
　３００　情報処理端末

Claims (6)

  1. 　人体の動作に応じて伸縮する基材と、
    　前記基材に配置され、前記人体の動作を検出する歪みセンサと、
    　前記基材に配置され、前記人体の動作を補助するための微小電流が印加される肌用電極と、を含むセンサ。
  2. 　前記基材は、伸縮性布基材であり、
    　前記歪みセンサは、前記基材の一方の面に着脱可能に取り付けられており、
    　前記肌用電極は、前記基材の他方の面に取り付けられている、請求項１記載のセンサ。
  3. 　前記歪みセンサと、前記肌用電極とを複数有し、
    　前記基材には、一の前記歪みセンサと一の前記肌用電極とが一の組として配置されており、前記組同士を分離するスリットが形成されている、請求項１記載のセンサ。
  4. 　人体の動作に応じて伸縮する基材と、
    　前記基材に配置され、前記人体の動作を検出する歪みセンサと、
    　前記基材に配置され、前記人体の動作を補助するための微小電流が印加される肌用電極と、を含むセンサと、
    　前記歪みセンサから出力されるセンサデータに基づき、前記肌用電極に前記微小電流の印加を指示する端末装置と、を含む動作支援システム。
  5. 　前記端末装置は、
    　前記センサと配線によって接続される制御装置と、前記制御装置と通信を行う情報処理端末とを含む、請求項４記載の動作支援システム。
  6. 　前記制御装置は、
    　前記情報処理端末と通信を行う通信部と、
    　前記情報処理端末から受信した指示に応じて前記肌用電極に前記微小電流を印加する出力部と、を有し、
    　前記情報処理端末は、
    　前記制御装置を介して前記歪みセンサから前記センサデータを取得するデータ取得部と、
    　前記センサデータから検出される前記人体の動作を示す検出動作データと、前記人体が理想的な動作を示す理想動作データと、を比較する比較部と、
    　前記比較した結果に応じて、前記肌用電極に対する前記微小電流の印加を指示する信号を生成して前記制御装置へ出力する信号生成部と、を有する、請求項５記載の動作支援システム。
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