JP2000213907A - 姿勢測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 人体やダミーの局部的な変形のみならず全体
姿勢の変化に関する位置・回転角情報も合わせて計測す
ることにより、人体あるいはダミーの姿勢変化が高精度
に計測可能な姿勢計測装置を提供すること。 【解決手段】 本第１実施形態の姿勢測定装置は、人体
またはダミーに装着された帯状弾性薄板部材１と、該帯
状弾性薄板部材１の長手方向に複数配設されたひずみ検
出用ゲージ２と、前記帯状弾性薄板部材１の少なくとも
一ヶ所の位置を検出する位置検出手段３と、前記ひずみ
検出用ゲージ２で計測したひずみと前記位置検出手段３
で計測した位置情報に基づき人体またはダミーの姿勢を
演算する演算手段４とからなる姿勢測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両の衝突試験に
おいて、人体姿勢変化の時間履歴を計測することを目的
とした人体姿勢測定装置に関するものであり、特に鞭打
ち傷害の一因と考えられる脊柱変形の測定を主たる目的
として、人体あるいはダミーに装着して使用することが
出来る姿勢測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】人体局部の形状および姿勢を計測するた
めの装置としては、特開平２−１４３１０４、ダミー腹
部曲げひずみ計測装置（特開平８−１２２００９）やダ
ミー胸部変形計測装置（ＳＡＥ８９２４２６）およびダ
ミー腹部変形計測装置（ＳＡＥ８９２４４０，９０２３
１７）などがある。

【０００３】上記従来のダミー腹部曲げひずみ計測装置
（特開平８−１２２００９）においては、図１４に示す
ように複数のひずみ検出用ゲージＧを長手方向に間隔を
おいて配設した帯状弾性薄板部材ＴＢを用いて、人体局
部の形状および姿勢変化を計測するものである。

【０００４】前記従来装置における前記帯状弾性薄板部
材ＴＢの端は、図１４に示すように規定位置に固定され
ている。よって前記帯状弾性薄板部材ＴＢの形状変化
は、規定位置を原点ＯとしたＸ−Ｙ座標系において求め
られる。

【０００５】一方図１５は、上記従来のダミー腹部曲げ
ひずみ計測装置（特開平８−１２２００９）において示
されている曲げひずみ計測装置を、ダミー衝突試験への
適用を試みた場合の試験状況を示すものである。

【０００６】このようなダミー試験では、衝突時のダミ
ーＤの姿勢変化を計測し、エアバックやシートベルトな
どの安全装置の性能向上を図るために行う。図１５に示
されるダミー衝突試験では、上記従来のダミー腹部曲げ
ひずみ計測装置（特開平８−１２２００９）においてダ
ミーの腹部に配設して腹部の変性を計測していた前記曲
げひずみ計測装置の帯状弾性薄板部材ＴＢをダミーＤの
背部に装着して試験を行っている。

【０００７】車両ＶがバリアＢＲに衝突した際にダミー
Ｄは慣性の影響により、シートベルトの抗力に対抗しな
がら、図１５中Ｓ１の位置からＳ２の位置に姿勢変化を
伴いながら移動する。車両ＶにＯｃを原点とするＸｃ−
Ｙｃ座標系を設定すると、前記薄板部材ＴＢの固定点Ｏ
はＯｅ０からＯｅ１へと移動する。

【０００８】また、図１６に示すようにダミーＤは衝突
後シートＳ上を移動すると共に姿勢が運転姿勢から前屈
姿勢へと変化することから、ダミーＤの固定点Ｏに設定
したＸ−Ｙ座標系は、Ｘ−Ｙ軸交点の紙面垂直方向を回
転軸として角度θだけ回転する。

【０００９】曲げひずみ計測装置は、前記帯状弾性薄板
部材ＴＢに接着したひずみゲージＧを用い、前記帯状弾
性薄板部材ＴＢの長手方向のひずみを計測し、計測した
ひずみを基に薄板部材ＴＢの形状変化を演算により求め
る。上記演算により求められた薄板部材ＴＢの形状は、
固定点Ｏを原点とするＸ−Ｙ座標系での座標値である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平８−１２２
００９の曲げひずみ計測装置を用いた上記ダミー試験に
おいては、Ｘｃ−Ｙｃ座標系でのＸ−Ｙ座標系の移動量
および回転量は計測されていないため、実際にはダミー
Ｄが移動および回転運動をした場合においても、前記薄
板部材ＴＢの形状演算結果によっては姿勢変化がないも
のとなる場合がある。すなわち、例えば図１７（Ｘｃ−
Ｙｃ座標系で表示）に示す衝突時刻ｔ０からｔ４のよう
にＸ−Ｙ座標系が平行移動した場合には、演算結果はダ
ミーＤに姿勢の変化が生じていないという演算結果とな
る。

【００１１】また前記薄板部材ＴＢが、形状変化を伴わ
ずにＸ−Ｙ座標系が回転した場合も、上述の平行移動の
場合と同様にダミーＤに姿勢変化が生じていないという
演算結果になる。このため、エアバックやシートベルト
などの安全装置の評価が精度良く行えないという問題が
生じる。

【００１２】一方、図１８は、上記ダミー衝突試験の問
題を確認するために行った試験結果の一例である。試験
では、被験者Ｔの背部に曲げひずみ計測装置ＴＢを装着
し、直立姿勢から前屈姿勢に姿勢を変化させた。図１８
に示すように被験者が９０度に前屈した状態において
も、計測装置の出力は、僅かに前屈した程度の出力しか
出力されておらず実際の姿勢変化と異なっている。な
お、直立姿勢時の出力は、背部の湾曲のため後方に反り
返ったような出力となっている。

【００１３】以上から明かなように、上記人体またはダ
ミーの局部変形を計測するために上述した曲げひずみ計
測装置ＴＢのみを用いた上記従来装置においては、姿勢
変化を伴う脊柱の変形の計測は、困難であった。

【００１４】本願発明はこのような問題に鑑みてなされ
たものであり、人体やダミーの局部的な変形のみならず
全体姿勢の変化に関する位置・回転角情報も合わせて計
測することにより、人体あるいはダミーの姿勢変化が高
精度に計測可能な姿勢計測装置を提供することを目的と
している。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明（請求項１に記
載）の姿勢測定装置は、人体またはダミーの脊柱近傍に
装着された帯状弾性薄板部材と、該帯状弾性薄板部材の
長手方向に複数配設され各部のひずみを検出するひずみ
検出用センサと、前記帯状弾性薄板部材の少なくとも一
ヶ所の位置を検出する位置検出手段と、前記各ひずみ検
出用センサによって計測された前記各部のひずみと前記
位置検出手段によって計測された前記帯状弾性薄板部材
の位置情報に基づき前記人体またはダミーの脊柱の変形
量を演算することにより、前記人体またはダミーの姿勢
を演算する演算手段とからなるものである。

【００１６】

【発明の作用】上記構成より成る本発明の姿勢測定装置
は、人体またはダミーの脊柱近傍に装着された帯状弾性
薄板部材の長手方向に複数配設されたひずみ検出用セン
サによって前記帯状弾性薄板部材の各部のひずみが検出
され、前記位置検出手段によって前記帯状弾性薄板部材
の少なくとも一ヶ所の位置が検出され、前記演算手段に
よって前記各ひずみ検出用センサによって計測された前
記各部のひずみと前記位置検出手段によって計測された
前記帯状弾性薄板部材の位置情報に基づき前記人体また
はダミーの脊柱の変形量を演算することにより、前記人
体またはダミーの脊柱の局部的な姿勢変化および前記人
体またはダミーの脊柱の全体の移動および回転を演算す
ることによって、前記人体またはダミーの脊柱の姿勢を
演算するものである。

【００１７】

【発明の効果】上記作用を奏する本発明の姿勢測定装置
は、前記演算手段によって前記各ひずみ検出用センサに
よって計測された前記各部のひずみと前記位置検出手段
によって計測された前記帯状弾性薄板部材の位置情報に
基づき前記人体またはダミーの脊柱の変形量を演算する
ことにより、前記人体またはダミーの脊柱の局部的な姿
勢変化および前記人体またはダミーの脊柱の全体の移動
および回転を演算するので、前記人体またはダミーの脊
柱の高精度な姿勢計測を可能にするという効果を奏す
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につき、
図面を用いて説明する。

【００１９】（第１実施形態）本第１実施形態の姿勢測
定装置は、図１に示されるように人体またはダミーに装
着された帯状弾性薄板部材１と、該帯状弾性薄板部材１
の長手方向に複数配設されたひずみ検出用ゲージ２と、
前記帯状弾性薄板部材１の少なくとも一ヶ所の位置を検
出する位置検出手段３と、前記ひずみ検出用ゲージ２で
計測したひずみと前記位置検出手段３で計測した位置情
報に基づき人体またはダミーの姿勢を演算する演算手段
４とからなるものである。

【００２０】本第１実施形態の姿勢測定装置は、図１に
示されるように前記ひずみ計測用のゲージ２を多数配置
した前記帯状弾性薄板部材１により、該帯状弾性薄板部
材１を密着させた局部の変形状態が計測される。

【００２１】一方前記位置検出手段３により前記帯状弾
性薄板部材１の少なくとも一ヶ所以上で、人体あるいは
ダミーの移動量および回転角θが計測される。

【００２２】人体あるいはダミーの姿勢変化を得るため
には、前記帯状弾性薄板部材１のひずみを基に演算した
Ｘ−Ｙ座標系で表される座標値Ｐｘ，Ｐｙを、Ｘｃ−Ｙ
ｃ座標系の座標値Ｐｃｘ，Ｐｃｙに変換する必要があ
る。

【００２３】このため先ず前記帯状弾性薄板部材１の変
形状態を表す各座標値を回転角θを用いて変換する。こ
の変換は、数１を用いて行うことができる。

【数１】 ただし、Ｐｘ，Ｐｙ； Ｘ−Ｙ座標系での座標値 Ｐｘ，Ｐｙ； 変換後の座標値 θ； 位置検出手段で求めた回転角

【００２４】次ぎに変換した座標値をさらに数２を用い
て変換し、Ｘｃ−Ｙｃ座標系における座標値を求める。

【数２】 ただし、Δｘ，Δｙ； 位置検出手段で求めた移動量

【００２５】以上の演算処理を繰り返すことにより、人
体あるいはダミーの局部の姿勢変化である脊柱変形の時
間履歴を得ることが可能となる。図２に本第１実施形態
の姿勢計測装置において行われる処理内容および手順の
例をチャート図で示す。

【００２６】上記作用を有する第１実施形態の姿勢測定
装置は、前記帯状弾性薄板部材１を用いて人体あるいは
ダミーの局部的な姿勢変化を計測し、前記位置検出手段
３により人体あるいはダミー全体の移動・回転を計測
し、それらの計測結果を合わせて姿勢を求めることか
ら、高精度な姿勢計測が可能になるという効果がある。

【００２７】（第２実施形態）第２実施形態の姿勢測定
装置は、前記第１実施形態において、前記位置検出手段
３が、加速度計あるいはジャイロの少なくとも何れかか
ら成るものである。

【００２８】本第２実施形態の人体姿勢測定装置は、前
記位置検出手段３を構成する加速度計あるいはジャイロ
によって検出された出力を積分することにより、前記帯
状弾性薄板部材１の移動量および回転角を計測するもの
である。

【００２９】上記作用を有する第２実施形態の姿勢測定
装置は、前記位置検出手段３を加速度計あるいはジャイ
ロの少なくとも何れかから構成することにより、前記位
置検出手段３によって得られる効果に加え、前記位置検
出手段３の小型化が可能になるとともに、例えば、実車
を用いた衝突試験において本第２実施形態の姿勢測定装
置を利用することが可能になるという効果がある。

【００３０】（第３実施形態）第３実施形態の姿勢測定
装置は、前記第１実施形態において、複数の前記ひずみ
検出用ゲージ２を長手方向に間隔をおいて配設する前記
帯状弾性薄板部材１が、部材幅方向に少なくとも一ヶ所
以上の切れ込みを入れた部材からなるものである。

【００３１】本第３実施形態の姿勢測定装置は、前記複
数のひずみ検出用ゲージ２を長手方向に配設するための
前記帯状弾性薄板部材１の部材幅方向に少なくとも一ヶ
所以上の切れ込みを入れることにより、該帯状弾性薄板
部材１が、部材厚み方向に変形可能であることに加え、
幅方向にも変形可能とするものである

【００３２】上記作用を有する第３実施形態の姿勢測定
装置は、以下のような効果がある。計測時に前記帯状弾
性薄板部材１を例えば、人体あるいはダミーの脊柱に装
着した場合に脊柱が実際には２以上の自由度を有してい
るため、前記帯状弾性薄板部材１の幅方向にも変形力が
加わる。一方該帯状弾性薄板部材１は、薄板部材からな
ることから厚み方向に対しては大きな変形が可能である
が、幅方向に対しては変形が困難かあるいは僅かな変形
した行うことができない。

【００３３】しかし本第３実施形態においては、前記帯
状弾性薄板部材１の幅方向に切れ込みを入れることによ
り、部材の変形自由度が増し、上述の変形力により、部
材が破損したり計測精度が低下するなどの弊害が取り除
かれ、高精度な姿勢計測が可能となる。

【００３４】以下本発明の実施例につき、図面を用いて
具体的に説明する。

【００３５】（第１実施例）第１実施例の姿勢測定装置
は、被験者による衝突模擬試験に本装置を適用した例で
あり、図３ないし図７を用いて説明する。

【００３６】上記衝突模擬試験は、後突事故による鞭打
ち傷害解析を目的としたものであり、特に脊柱の変形に
着目した試験である。

【００３７】図４は、人体の直立状態における脊柱の形
状を表した図である。該図４に示すように通常人体の脊
柱は、湾曲しておりＳ字に近い形状となっている。後突
事故時には衝突の衝撃により脊柱の形状が湾曲状態から
真っ直ぐな状態に急激に変化するため、鞭打ち等の傷害
に影響があると考えられている。

【００３８】このような脊柱の変形を計測するために、
被験者の背部皮膚表面に脊柱に沿うように帯状弾性薄板
部材としてのひずみ量検出センサ１１を配設する。該ひ
ずみ量検出センサ１１は、ひずみ検出用ゲージ２１を長
手方向に間隔をおいて複数配設した帯状弾性薄板部材１
１０で構成されている。

【００３９】皮膚表面に前記ひずみ量検出センサ１１を
密着させる際には、屈曲時の背部皮膚面の長さ変化を考
慮する必要がある。例えば、後頭部と仙骨部付近（図４
中ａ，ｂ点）にマーキングをし２点の間隔を計測する
と、体形の影響があるものの一例では、直立状態から４
５度前屈した場合に２〜３ｃｍ，９０度前屈した場合に
は５〜９ｃｍ程度間隔が広くなる。

【００４０】また、図４のように自然体で直立した状態
と背を意識的に伸ばした状態では、４ｃｍ程度間隔が狭
くなる。このため前記ひずみ量検出センサ１１の全体を
背部皮膚に固定してしまうと、前記ひずみ量検出センサ
１１が過大な引張り・圧縮力を受け破損する。よって、
本第１実施例では前記ひずみ量検出センサ１１の一端ａ
を固定し、他端ｂを自由端とした。

【００４１】また前記ひずみ量検出センサ１１を脊柱形
状にできるだけ沿って密着させるため、取り付けに際し
ては皮膚表面にさや１０を取りつけた。該さや１０は、
前記ひずみ量検出センサ１１の移動時の滑動抵抗が小さ
くなるようテフロン樹脂製のものを用いている。さらに
前記さや１０の取りつけ位置も脊柱の変形形状を考慮
し、形状変化が大きな部分に複数取り付けた。

【００４２】前記ひずみ量検出センサ１１の固定端ａ点
には、図３に示すように固定端ａの位置変化を位置検出
装置３１で計測するために加速度計３１１とジャイロ３
１２が取り付けてある。加速度計３１１とジャイロ３１
２の出力を積分することにより、前記ひずみ量検出セン
サ１１の固定端ａのＸｃ−Ｙｃ軸各方向の移動量と回転
角θを求める。

【００４３】位置演算回路４１は、演算用ＣＰＵ４１０
と、メモリ４１１と、および入出力回路４１２とから成
っている。前記入出力回路４１２は、前記加速度計３１
１とジャイロ３１２および信号処理用コンピュータ４２
と信号線により接続されている

【００４４】前記ひずみ量検出センサ１１に貼着されて
いる前記ひずみ検出用ゲージ２１は、アクティブゲージ
が１枚のホイーストンブリッジの１ゲージ法からなるブ
リッジ回路２２０に接続されている。該ブリッジ回路２
２０の出力端子は信号変換器４３に接続されている。

【００４５】前記信号変換器４３は、増幅器４３１およ
びＡ／Ｄ変換器４３２とからなっており、入力端子は、
前記ブリッジ回路２２０と接続されており出力端子は前
記信号処理用コンピュータ４２と接続されている。

【００４６】前記信号処理用コンピュータ４２は、演算
用ＣＰＵ４２０と、メモリ４２１と、入出力回路４２２
と、表示用モニタ４２３とおよびデータ入力用のキーボ
ード４２４とから成っている。

【００４７】衝突試験の際には、図３に示されるように
前記ひずみ量検出センサ１１を取り付けた被験者Ｔが衝
突模擬試験装置５の試験用シート５１に着座する。前記
衝突模擬試験装置５は、試験用シート５１と、シート移
動装置５２および制御回路５３から成っており、前記試
験用シート５１を、所定の速度で移動した後、急減速す
ることにより後突事故を模擬する。

【００４８】前記シート移動装置５２は、電動モータと
スクリューネジ（ボールネジ）から成っており、前記電
動モータの回転運動を前記スクリューネジにより直線運
動に変換することにより前記試験用シート５１を移動さ
せる。よって、該試験用シート５１の移動速度は電動モ
ータの回転数を制御することにより変更可能であり、前
記試験用シート５１は床面に配設されたレールを所定の
速度で移動し、ストッパにより停止する。

【００４９】衝突模擬試験装置５の前記制御回路５３
は、前記位置検出装置３１および信号処理用コンピュー
タ４２と信号線によって接続されており、衝突試験時に
制御信号Ｓｉを出力する。

【００５０】以下に衝突試験を行う際の手順に従って、
人体姿勢測定装置の動作を説明する。

【００５１】試験を行うに当たっては、まず前記ひずみ
量検出センサ１１を被験者Ｔに取り付けるために、被験
者Ｔの背部皮膚表面に脊柱に沿ってさや１０を接着テー
プで取り付ける。前記さや１０の取り付け位置は、前記
ひずみ量検出センサ１１が脊柱にできるだけ沿い、さら
に脊柱変形時に該ひずみ量検出センサ１１が滑らかに移
動するように、脊柱の変形が大きな部位を選び、少なく
とも３箇所以上に接着されている。

【００５２】前記ひずみ量検出センサ１１は、零調整を
行った後に前記さや１０に挿入する必要がある。零調整
は、平板に前記ひずみ量検出センサ１１を沿わせて行
う。零調整後前記ひずみ量検出センサ１１を前記さや１
０内に挿入し、前記ひずみ量検出センサ１１の端を接着
テープにより固定する。

【００５３】前記ひずみ量検出センサ１１によって計測
されたひずみは、前記信号変換器４３によりディジタル
データとして前記信号処理用コンピュータ４２に取り込
まれる。

【００５４】一方前記位置演算回路４１においては、前
記加速時計３１１とジャイロ３１２の出力を積分処理
し、前記ひずみ量検出センサ１１の固定端ａ点の移動量
および回転量を演算処理して求め、前記信号処理用コン
ピュータ４２に出力する。

【００５５】前記信号処理用コンピュータ４２では、前
記信号変換器４３からのディジタルデータに変換された
ひずみデータを基に帯状弾性薄板部材１１０の変形形状
を演算する。

【００５６】前記帯状弾性薄板部材１１０の変形形状の
演算は、以下のように行われる。前記帯状弾性薄板部材
１１０に取り付けられた前記ひずみ検出用ゲージ２１で
計測した部材長手方向のひずみ分布は、例えば図９のよ
うになる。脊柱が変形すると密着させた部材も変形する
ため、前記ひずみ検出用ゲージ２１の出力が変化する。

【００５７】脊柱の変形量が大きくなると前記ひずみ出
力は大きくなり、変形量が小さいとひずみ出力も小さく
なる。前記帯状弾性薄板部材１１０における曲げひずみ
量と曲率の関係は、図６に示されるものであることか
ら、数３を用いて前記ひずみ分布を曲率分布に変換でき
る。

【数３】 ε；ひずみ，Ｋ；変換係数，Ｒ；曲率半径

【００５８】次に、前記帯状弾性薄板部材１１０の前記
曲率と前記帯状弾性薄板部材１１０の形状の関係は図１
１に示されるものであることから、数４を用いて、曲率
分布から前記帯状弾性薄板部材１１０の変形形状を求め
ることができる。

【数４】 Δｘ；Ｘ軸方向移動量，Δｙ；Ｙ軸方向移動量，θα；
回転角，ｄｓ；微小移動量

【００５９】図７に示されるの関係から求めた前記帯状
弾性薄板部材１１０の変形形状は、固定端ａを原点Ｏと
したＸ−Ｙ座標系の値であることから、前記被験者Ｔの
脊柱形状が変化せずに移動あるいは回転した場合には姿
勢変化が計測できない。このため前記帯状弾性薄板部材
１１０で計測した固定点ａの移動量および回転量を用い
て、前記帯状弾性薄板部材１１０の座標値を衝突模擬試
験装置に固定された座標系の座標値に変換する。この変
換は、上記数１および数２を用いて行う。

【００６０】以上のようにして本第１実施例の姿勢測定
装置は、前記ひずみ量検出用センサ１１によって計測さ
れたひずみ量から演算により求めた前記被験者Ｔの姿勢
を、前記位置検出装置３１によって計測された移動量と
回転角で補正することから、衝突試験時の前記被験者Ｔ
の姿勢変化を高精度に計測することができるという優れ
た効果がある。

【００６１】すなわち第１実施例の姿勢測定装置は、被
験者Ｔである人体またはダミーの局部形状の計測と全体
姿勢の計測を同時に行い、それらの計測結果を基に人体
の姿勢を演算して求めることから、従来計測が困難であ
った人体またはダミー姿勢の高精度な姿勢計測が可能と
なる。

【００６２】また本第１実施例の姿勢測定装置は、上述
したような人体姿勢の高精度計測により、例えば、本装
置をシートベルトやエアバックなどの安全装置の評価、
改良に利用することが出来ると共に、鞭打ち症などの傷
害発生メカニズムの解析などに利用することが可能とな
る。

【００６３】（第２実施例）第２実施例の姿勢測定装置
は、ダミーＤを用いた車両Ｖによる衝突試験に本発明の
姿勢測定装置を適用した点と、加速度計、ジャイロおよ
び位置演算回路からなる位置検出装置３２Ａ、３２Ｂを
ひずみ量検出センサ１２の固定端および自由端にそれぞ
れ取り付けた点が、前記第１実施例との相違点であり、
以下図８および図９を用いて相違点を中心に説明する。

【００６４】前記位置検出装置３２Ａ、３２Ｂは、図８
に示されるように加速度計３２１、３２２、ジャイロ３
２３、３２４および位置演算回路３２５、３２６とから
成っており、前記加速度計３２１およびジャイロ３２３
は前記ひずみ量検出センサ１２の上端の固定端に取り付
けられており、前記加速度計３２２およびジャイロ３２
４は前記ひずみ量検出センサ１２の下端の自由端に取り
付けられている。また前記位置演算回路３２５、３２６
は、信号処理用コンピュータ４４と信号線により接続さ
れている。

【００６５】前記位置演算回路３２５、３２６は、フィ
ルタ回路３２５１、３２６１、積分回路３２５２、３２
６２およびＡ／Ｄ変換器３２５３、３２６３とから成っ
ており、前記加速度計３２１、３２２およびジャイロ３
２３、３２４の出力信号から所定の周波数成分の信号の
みを抽出し、それを時間積分する。時間積分の回数によ
って移動速度、移動量、角速度および回転角が得られ
る。これらの値をＡ／Ｄ変換器３２５３、３２６３によ
りディジタル値とした後、前記信号処理コンピュータ４
４に出力される。

【００６６】前記信号処理用コンピュータ４４は、前記
位置演算回路３２５、３２６と信号線により接続されて
おり、前記ディジタル値に変換された移動速度、移動
量、角速度および回転角が入力される。前記信号処理用
コンピュータ４４は、演算処理用ＣＰＵ４４１、メモリ
４４２、入出力回路４４３とからなっている。該入出力
回路４４３には、上述の位置演算回路３２５、３２６か
らのディジタル入力値に加え、信号変換器２４からひず
み検出用ゲージ２２で計測したひずみデータのディジタ
ル値が入力される。また、衝突検出センサ６も接続され
ている。

【００６７】前記衝突検出センサ６は、加速度計６１と
コンパレータ６２とからなっており、前記加速度計６１
の出力が前記コンパレータ６２に入力されている。前記
衝突検出センサ６は、車両Ｖの前方に取り付けられてお
り、該車両ＶがバリアＢＲに衝突した際の減速加速度Ａ
ｄを検出し、減速加速度Ａｄが規定値Ａｐを越えた時点
で衝突信号Ｓｃが出力される。

【００６８】前記ひずみ量検出センサ１２は、前記第１
実施例の場合と同様に、さや１２０を用いてダミーＤの
脊柱に沿って粘着される。前記ダミーＤを用いた衝突試
験を行う際には、前記ひずみ量検出センサ１２の零調整
を行った後、前記さや１２０に挿入する。前記ひずみ量
検出センサ１２を粘着した後、前記ダミーＤを前記車両
ＶのシートＳに着座させる。

【００６９】同様に前記位置検出装置３２Ａ、３２Ｂの
前記加速計３２１、３２２およびジャイロ３２３、３２
４も調整を行った後、前記ひずみ量検出センサ１２の固
定部材および自由端にそれぞれ取り付けられる。

【００７０】前記ひずみ量検出センサ１２および前記位
置検出装置３２Ａ、３２Ｂからの信号線は、前記信号処
理用コンピュータ４４に接続されており、計測信号が該
信号処理用コンピュータ４４にディジタル値として入力
される。

【００７１】前記信号処理用コンピュータ４４は、前記
位置検出装置３２Ａ、３２Ｂおよび信号変換器２４での
計測値を基に、前記ダミーＤの姿勢を一定時間間隔で演
算する。演算結果は、前記信号処理用コンピュータ４４
のメモリ４４２に記憶され、試験後、外部コンピュータ
に転送される。

【００７２】記憶時のメモリアドレスは衝突信号Ｓｃが
入力されるまで更新されず、衝突信号Ｓｃが入力された
時点から順次更新され、所定のアドレスに達した時点で
更新が停止される。

【００７３】前記衝突信号Ｓｃは、前記位置演算回路３
２５、３２６にも入力され、該位置演算回路３２５、３
２６は、前記衝突信号Ｓｃが入力された時点で前記積分
回路３２５２、３２６２を初期化する。これにより前記
ひずみ量検出センサ１２の固定端および自由端にそれぞ
れ取り付けられた上下の前記位置検出装置３２Ａ、３２
Ｂによって計測される移動量および回転角は、衝突後の
変化成分が主体となり、ＤＣ成分のドリフトの影響を小
さくすることができる。

【００７４】本第２実施例の姿勢測定装置は、上下の前
記位置検出装置３２Ａ、３２Ｂを前記ひずみ量検出セン
サ１２の前記固定端と自由端に取り付けたことから、信
号処理用コンピュータ４４で姿勢変化を演算する際の演
算精度を向上させることができるという効果を奏する。

【００７５】すなわち姿勢変化の演算は、前述のように
前記ひずみ量検出センサ１２で計測したひずみデータを
用いて、前記信号処理用コンピュータ４４において行
う。よって、ひずみデータにノイズが重畳した場合は、
演算した変形量が実際の変形量と異なってしまう。しか
し、前記ひずみ量検出センサ１２の両端に前記位置検出
装置３２Ａ、３２Ｂを取り付けることにより該ひずみ量
検出センサ１２の両端の座標が求まることから、図９に
示されるように、これを前記信号処理用コンピュータ４
４の演算によって求めた前記ひずみ量検出センサ１２の
座標と比較することより誤差の有無が分かる。

【００７６】誤差が生じている場合は、前記ひずみ量検
出センサ１２で計測したひずみに対して補正を行う。補
正の方法としては幾つかの方法があるが、例えば、前記
ひずみ量検出センサ１２に貼着された各ひずみ検出用ゲ
ージによって計測されたひずみデータをスプライン関数
や最少２乗法などを用いて処理する方法がある。

【００７７】一般に前記ひずみ量検出センサ１２で計測
したひずみの計測値すべてに対してノイズが重畳するこ
とは少なく、特定のひずみ検出用ゲージでの計測値にノ
イズが重畳する場合が多い。よって、複数のひずみ検出
用ゲージの測定値を例えばスプライン関数のような連続
した関数で近似することにより、ノイズの影響を低減で
きる。

【００７８】以上のように第２実施例の姿勢測定装置
は、前記位置検出装置３２Ａ、３２Ｂと前記ひずみ量検
出センサ１２に貼着された各ひずみ検出用ゲージ２２に
よって計測されたひずみから求めた座標値を比較するた
め、前記第１実施例に比べて姿勢変化の計測精度を向上
させることが可能になる。

【００７９】また本第２実施例の姿勢測定装置は、前記
位置検出手段３を前記加速度計３２１、３２２および前
記ジャイロ３２３、３２４によって構成することによ
り、前記位置検出装置３２Ａ、３２Ｂによって得られる
効果に加え、前記位置検出装置３２Ａ、３２Ｂの小型化
が可能になるとともに、例えば、実車を用いた衝突試験
において本第２実施例の姿勢測定装置を利用することが
可能になるという効果がある。

【００８０】（第３実施例）第１および第２実施例にお
いては、本発明の姿勢測定装置を車両安全に関する試験
に適用した適用例について示したが、本第３実施例の姿
勢測定装置は、その他に医学およびスポーツ分野に適用
するものであり、以下図１０ないし図１３を用いて説明
する。

【００８１】医学分野における適用の一例としては脊柱
変形傷害の定量解析がある。脊柱変形傷害は、脊柱が前
後方向あるいは左右方向に湾曲するために、臓器あるい
は神経系に機能不全が生じる傷害である。現状では、Ｘ
線写真等によって変形状況の観察が行われているが計測
精度の面で問題があるとされている。

【００８２】このような解析においては図１０ないし図
１３に示されるように、ひずみ量検出センサ１３を患者
Ｐの脊柱に沿ってさや１３０を用いて取り付ける。Ｔ字
状に配設されたひずみ量検出センサ１３１、１３２は部
材厚みおよび幅方向のいずれの方向に対しても自由に変
形できるよう、帯状弾性薄板部材１３１０および１３２
０にジグザグ状に切り込み１４２が設けられている。こ
のような切り込み１４２を設けることにより、前後左右
方向に対して変形の自由度が与えられる。該切り込み
は、帯状弾性薄板部材を真直にした状態において、ひず
み検出用ゲージ間を結んだ中心線を超えて入れる必要が
ある。

【００８３】前記ひずみ検出用ゲージ２３１、２３２
は、アクティブゲージが１枚のホイーストンブリッジの
１ゲージ法からなるブリッジ回路２４１および２４２に
接続されている。前記ブリッジ回路２４１および２４２
の出力端子は、信号変換器２５１および２５２にそれぞ
れ接続されている。

【００８４】該信号変換器２５１および２５２は、増幅
器２５１１および２５１２にそれぞれ接続されている。
前記信号変換器２５１および２５２は、前記増幅器２５
１１および２５２１とＡ／Ｄ変換器２５１２および２５
２２とからなっており、入力端子は前記ブリッジ回路２
４１および２４２と接続されており、出力端子は信号処
理用コンピュータ４５と接続されている

【００８５】前記信号処理用コンピュータ４５は、演算
用ＣＰＵ４５１と、メモリ４５２と、入出力回路４５３
と、表示用モニタ４５４およびデータ入力用のキーボー
ド４５５とから成っている。

【００８６】前記ひずみ量検出センサ１３１および１３
２は、図１１ないし図１３に示す前記さや１３０によっ
て前記患者Ｐの脊柱に沿って取り付けられている。前記
さや１３０は、分割された複数の部材からなり、背部に
は接着テープにより密接される。また、前記さや１３０
は、前記ひずみ量検出センサ１３１および１３２が滑ら
かに移動できるよう低摩擦材で製作されている。低摩擦
材としては、例えばテフロン樹脂のようなものを用いる
ことが出来る。

【００８７】前記患者Ｐの脊柱変形傷害の程度を計測す
る際には、前記ひずみ量検出センサ１３１および１３２
を平板に沿わせた状態で零調整を行った後、患者Ｐの脊
柱に沿った背部に予め密接させておいた前記さや１３０
に挿入する。

【００８８】前記ひずみ量検出センサ１３１および１３
２を挿入後、前記信号変換器２５１および２５２により
ディジタル信号に変換されたひずみデータを前記信号処
理用コンピュータ４５に取り込んだ後に演算処理し、帯
状弾性薄板部材１３１０および１３２０の変形量が求め
られる。

【００８９】求めた変形量は、前記さや１３０が脊柱に
そって取り付けられていることから、脊柱の変形状態に
対応したものである。このようにして求められた変形量
を正常人の脊柱の計測結果と比較することにより、変形
傷害の程度を知ることができる。

【００９０】上記作用を奏する本第３実施例の姿勢測定
装置は、Ｔ字状に配設された前記ひずみ量検出センサ１
３１、１３２を構成する前記帯状弾性薄板部材１３１０
および１３２０にジグザグ状に切り込み１４２が設けて
部材厚みおよび幅方向のいずれの方向に対しても自由に
変形できるようにするとともに、前記ひずみ量検出セン
サ１３１、１３２をＴ字状に配設されているので、従来
計測が困難であった脊柱の３次元変形状況の精確な計測
を可能にし、脊柱変形傷害の定量解析を行うことを可能
にするという効果を奏する。

【００９１】また本第３実施例においては、Ｔ字状に配
設された前記帯状弾性薄板部材１３１０および１３２０
の幅方向に切れ込みを入れることにより、部材の変形自
由度が増し、上述の変形力により部材が破損したり、計
測精度が低下するなどの弊害が取り除かれる。

【００９２】上述の実施形態および実施例は、説明のた
めに例示したもので、本発明としてはそれらに限定され
るものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明お
よび図面の記載から当業者が認識することができる本発
明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能
である。

【００９３】なお上記第２実施例においては、上下の前
記位置検出装置３２Ａ、３２Ｂで計測した座標値との比
較を行ったが、他に既知の座標値があればそれらの座標
値と比較を行うことも可能である。

【００９４】また上記本第３実施例では患者Ｐの姿勢を
例えば自然直立状態に限定した例を示したが、運動状態
における変形量を計測するためには、第１および第２実
施例に示したような位置検出手段を付加する必要があ
る。

【００９５】さらにスポーツ分野への利用として水泳や
投てき種目の動作解析において、本発明の人体姿勢測定
装置の利用が可能である。すなわち例えばバタフライで
の泳法解析に本発明を利用することができる。このため
には、ひずみ量検出センサを防水処理する。このような
泳法解析は還流型の水槽で行うことから、センサと信号
処理コンピュータの間は、防水ケーブルを用いて接続す
ることが出来る。

【００９６】これまで泳法解析は、ビデオを用いた方法
が主であったが、本発明では定量的に、しかも時間履歴
の計測が可能であることから、従来にない解析が可能と
なり競技能力の向上に大きく貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の姿勢測定装置の基本構
成を示す図である。

【図２】本第１実施形態の姿勢測定装置における処理手
順を示すチャート図である。

【図３】本発明の第１実施例の姿勢測定装置の全体シス
テムを示すブロック図である。

【図４】人の直立時の脊柱の形状を説明するための説明
図である。

【図５】本第１実施例における帯状弾性薄板部材の長手
方向のひずみ分布の計測例を示す線図である。

【図６】本第１実施例における帯状弾性薄板部材の曲げ
ひずみと曲率の関係を説明するための説明図である。

【図７】本第１実施例における帯状弾性薄板部材の曲率
と変形量の関係を説明するための説明図である。

【図８】本発明の第２実施例の姿勢測定装置の全体シス
テムを示すブロック図である。

【図９】本第２実施例における位置検出装置による変形
状態の補正を説明するための説明図である。

【図１０】本発明の第３実施例の姿勢測定装置の全体シ
ステムを示すブロック図である。

【図１１】本第３実施例におけるＴ字状のひずみ量検出
センサの一部を拡大して示した部分拡大側面図である。

【図１２】本第３実施例におけるＴ字状のひずみ量検出
センサの断面を示す断面図である。

【図１３】本第３実施例における水平部のひずみ量検出
センサの一部を拡大して示す部分拡大平面図である。

【図１４】従来装置における帯状弾性薄板部材を説明す
る説明図である。

【図１５】従来装置における曲げひずみ計測装置を用い
たダミー衝突試験を説明する説明図である。

【図１６】上記従来装置におけるダミー衝突試験におけ
るダミーの姿勢を説明する説明図である。

【図１７】上記従来装置におけるダミーが平行移動した
際の計測結果を説明するための説明図である。

【図１８】上記従来装置におけるダミーの実際の姿勢変
化と計測装置の出力変化とのズレを説明するための説明
図である。

【符号の説明】

１ 帯状弾性薄板部材 ２ ひずみ検出用ゲージ ３ 位置検出手段 ４ 演算手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人体またはダミーの脊柱近傍に装着され
   た帯状弾性薄板部材と、 該帯状弾性薄板部材の長手方向に複数配設され各部のひ
   ずみを検出するひずみ検出用センサと、 前記帯状弾性薄板部材の少なくとも一ヶ所の位置を検出
   する位置検出手段と、 前記各ひずみ検出用センサによって計測された前記各部
   のひずみと前記位置検出手段によって計測された前記帯
   状弾性薄板部材の位置情報に基づき前記人体またはダミ
   ーの脊柱の変形量を演算することにより、前記人体また
   はダミーの姿勢を演算する演算手段とからなることを特
   徴とする姿勢測定装置。