JP2000317002A

JP2000317002A - 身体の転倒検出・防御方法および装置

Info

Publication number: JP2000317002A
Application number: JP11131436A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Yakimoto; 数利焼本; Hiroshige Shinohara; 廣繁篠原
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1999-05-12
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2000-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】人が歩行中に転倒をはじめてから障害物と衝
突して打撃を被るまでの短い時間の間に人の転倒を検出
し、転倒による打撃、衝撃等から身体を防御する身体の
転倒検出・防御方法および装置を提供する。【解決手段】高齢者、身障者等が身体の一部に転倒を
検知するセンサ１を取り付け、該センサ１は、障害物と
身体との距離および相対速度を検出するよう形成し、身
体と障害物との距離が所定値以下であり、かつ身体と障
害物との相対速度が所定値以上であるときに転倒と判断
し、転倒を開始してから身体が障害物に衝突するまでの
間に、迅速にエアバッグ７を膨張させて、身体と障害物
との間にエアバッグ７を介在させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高齢者等の転倒検
出・防御方法および装置に係るものであり、詳しくは、
高齢者、身障者等が家庭内の地面、床、階段、段差、玄
関、風呂等、あるいは屋外の地面、歩道、階段、段差等
の双方において、何らかの理由により転倒して骨折等の
怪我をするのを防止するため、転倒による打撃、衝撃等
を被る前に身体をこれから防御する高齢者等の転倒検出
・防御方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】日常生活または業務中における人の転
倒、転落や、乗り物の衝突事故等に際して、人の身体を
防御する方法および装置に関する従来の技術を大別する
と、（１）人または人を含む車両等の主体と、これらに
打撃を与える障害物との距離、相対速度よび衝撃時の衝
撃等を検出する方法およびセンサに関するもの、（２）
打撃に対して身体を防御するエアバッグ装置に関するも
の、（３）転倒、転落および衝突により身体が打撃を被
った後に、打撃を被ったことをセンサ等で検出し、通
報、警報等何らかの処置を行う方法および装置に関する
もの、（４）転倒、転落および衝突により身体が打撃を
被る前に、打撃を被ることをセンサ等を用いて予知し、
身体を防御する方法および装置に関するもの、（５）何
らセンサ等を用いることなく、身体に常に装着した緩衝
物等により、転倒、転落による衝撃から身体を防御する
方法および装置に関するもの、（６）転倒、転落および
衝突等により人が打撃を被る道路、床、階段、浴槽等の
障害物に転倒、転落および衝突等を検出する手段あるい
は緩衝物を具備する方法および装置に関するもの、
（７）特に自動車の衝突を検出し、未然にこれを防止す
るか、あるいはその打撃が身体に及ぶ前に身体を防御す
る方法およびこれに関するもの、とに分けられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術に関す
る問題点について説明する。

【０００４】（１）人または人を含む車両等の主体と、
これらに打撃を与える障害物との距離、相対速度および
衝撃時の衝撃等を検出する方法およびセンサに関するも
のとしては、特に正面あるいは側面からの自動車衝突を
衝突前あるいは衝突後に検知する方法が報告されてい
る。衝突後に自動車に装着した加速度センサにより衝撃
を検知する方法および装置は、自動車衝突時にエアバッ
グ装置として広く普及している。しかし、加速度センサ
は車が衝突した後に衝突を検出できるが、人の転倒時に
加速度を検出することは、転倒の動作そのものを検出で
きても、人の障害物との相対関係において、人が転倒し
はじめてから障害物により打撃を被るまでの間のどこに
位置するかについて情報は得られない。人と障害物との
距離は相対的なものであり、状況により種々変化するた
め、人が転倒しはじめてから障害物に打撃を被るまでの
間に確実にその危険性を検知し、もってこれらの間に確
実に打撃から身体を防御する手段を講じる必要がある。
例えば、階段で転倒する場合、登り側と降り側のどちら
の方向に転倒するかで、打撃を受けるまでの距離は大幅
に変化し、加速度でこれらを識別できるわけではない。
以上の理由より加速度ではこれらの手段を講じることの
できる検出値とならない。一方、自動車に衝突する前に
事前にこれを検知する方法およびセンサについては、特
開平０６―１６０５２５、特開平０６―１６０５２７、
特開平０７―８４０４７、特開平０７―２０２４２、特
開平０８―１２２４３４等のように、障害物探査用投・
受光器を有するセンサを自動車に搭載し、投光部から障
害物に光ビームを照射して障害物からの反射光を受光部
で受光し、障害物との距離および相対速度を検出し、衝
突直前に衝突の危険性を評価してエアバッグ、プリテン
ション等の生命防御装置を起動させる方法が報告されて
いる。これらの方法は、衝突前に衝突の危険性を評価す
る方法である。しかし、これらは自動車の衝突を目的と
しており、検出最小距離は１ｍ以上である。人の転倒で
は、転倒しはじめてから障害物と衝突するまでの距離は
数十ｃｍの近距離であること、衝突するまでの時間が
０.１〜０.５秒程度の短時間であること、転倒する方向
が多様であること、人の往来による接近、傘さし、横に
なる、起き上がる、座る等動作が多様であることから、
自動車の衝突とは比べられない多様な情報の中で転倒を
検出しなくてはならないこと、人が装備するには軽量、
小型かつ安価であることが必要であること等の条件があ
り、このような条件を十分に満足するものとは言えな
い。

【０００５】（２）打撃に対して身体を防御するエアバ
ッグ装置に関しては、特に二輪車における走行中の転倒
による乗員の保護を目的としたものが特開平０９―６６
７８９にて報告されている。これは、あらかじめ乗員が
上半身に着用するもので、二輪車等の転倒時の衝撃から
頚椎、脊椎、頚骨、背骨の損傷を防御することを主目的
としている。爆薬の爆発時に発生する気体または圧搾気
体を発生するインフレータと、袋状の構造を有したエア
バッグ本体とを有し、爆薬の爆発時に瞬時に膨張して外
部からの衝撃力を吸収する。本エアバッグは、エアバッ
グと車両との間に連結された連結部が解除されることで
インフレータが作動するようになっている。また、膨張
した気体をエアバッグ本体から大気中に自由に開放でき
る。この装置は、連結解除によって作動するもので、あ
くまで乗り物からの乗員の離脱を検出した上で動作する
ものである。したがって、歩行中の転倒等に際して、転
倒をはじめて障害物に打撃を受ける直前に作動すること
はできない。また、この装置は上半身に常時着用する必
要があり、日常の人の転倒において、保護すべき頭部、
首、大腿骨頚部等の要所に局所的に取り付けることがで
きるものではない。以上の理由により、本装置は人の転
倒に際して身体を防御する上では不十分である。

【０００６】（３）転倒、転落および衝突により身体が
打撃を被った後、打撃を被ったことをセンサ等で検出
し、通報、警報等何らかの処置を行う方法及び装置に関
しては、数多くの報告がなされている。特開昭６３―２
３２５００は、トイレ内の低位置に電磁誘導波を発する
ループアンテナを設置し、病人、老人等の対象者が送信
機を首にぶら下げて所持し、対象者がトイレ内で転倒し
てループアンテナのエリア内に入ると、電磁誘導波によ
り転倒を検出し、通報するものである。この方法では、
人が屋外を歩行する際の転倒を検知できなし、検知した
時点では倒れており、転倒による打撃から身体を防御す
ることはできない。特開平０８―２８７３８５は、要人
が装着する携帯発信装置の動作検知センサにて転倒を検
知したときに、緊急信号を発信し、受信装置が受信して
通報するものである。動作検知センサは動作、静止を検
出するもので、転倒自身を検知しないので、転倒して身
体が打撃を被る前に身体を防御することはできない。特
開平０９―１４７２６３は、作業者が加速度センサを着
用し、作業機機への巻き込みや急な転倒等の急激な動作
異常を即座に検出し無線通報する。また、加速度の変化
量が所定以下の小さいレベルを所定時間継続したときま
たは急激に所定量を超えるかのいずれかで緊急信号を発
する。しかし、この方法では、加速度センサを用いてい
るため、転倒を開始してから障害物に打撃を受ける前に
防御を行える時点で、転倒を確実に検知できるものでは
ないため、転倒時に身体を防御することはできない。特
開平０９―３０５８７５は、高齢者の転倒を、傾き、振
動および衝撃の少なくともいずれか一つで検出し、これ
らの所定値を超えたとき、高齢者が所定時間リセットし
ない場合は転倒として警報信号を出力し、家族のもつ受
信装置にブザーにて異常を知らせ、介護者の負担を軽減
するものである。本方法は、直接高齢者の転倒を検出す
るものであるが、傾き、衝撃、振動のいずれにおいて
も、転倒によって保護する部位を特定できないし、転倒
をはじめてから障害物から打撃を受けるまでの間の身体
が如何なる状態であるかを検出するものではない。傾き
では、これが安全かつ意図的に傾いたものなのか、不意
に倒れたものかを検出できない。また、傾いた時点で
は、既に打撃を被っている可能性がある。例えば階段で
昇り方向、降り方向のどちらに転倒するかによって、同
じ傾きであっても打撃を受けるか否かが大きく異なる。
したがって、これらの検出値から転倒時に身体を確実に
防御することはできない。特開平１０―２３２９８５
は、ＣＣＤカメラにて人間姿勢認識データを取得し、こ
れにより床に倒れている人間の状態を総合判断し、警報
を発するもので、老人ケアセンター、老人ホーム等で使
用されるものである。本方法は人が倒れた状態を認識す
るものであり、転倒して打撃を被る前に身体を防御でき
るものではない。特開平１０―２９５６４９は、加速度
センサを人の腰部に装着し、所定時間以上の転倒状態ま
たは所定以上の加速度を検知して異常信号を通知するも
のである。さらに詳しくは、互いに直交する３軸の加速
度を検知して各加速度データを解析し、歩行状態、静
止、発作等による転倒を識別し、異常を検知したときに
異常信号を出力する携帯型事故監視装置に関するもので
ある。転倒時は３軸共各加速度に変化がなく、一定であ
る。しかし、重力加速度がＺ軸でなくＹ軸に負荷されて
１Ｇとなる。しかし、この時点では、障害物との相対関
係において、転倒をはじめて障害物に打撃を被るまでの
どの過程に身体が位置しているか否かを識別できない。
このため、転倒時に打撃から身体を確実に防御できる時
点での検出値とは言えない。特開平０４―２８５５２９
は、老人等の転倒検出装置として、体温、脈拍からある
一定時間以上転倒している場合に医師等に報知するもの
である。転倒検出装置には、電波発信器と、体温、脈拍
等が逸脱したとき電波を発信する装置を備え、垂直・水
平検出スイッチを有し、老人等が倒れて横になったとき
に微弱電波を発信するものである。これは全て転倒した
後の検知を目的としたものであり、転倒時に身体を打撃
から防御することはできない。特開平１０―１６５３９
５は、高齢者に装着した加速度センサにより、歩行中の
加速度を検出すると共に、異常歩行を判定する高齢者の
歩行観察方法および装置に関するものであって、ボケや
足腰の弱り等を早期に発見することを目的としたもので
ある。本方法では、歩行中のつまづき、転倒を異常歩行
として検出することによって、高齢者のボケや足腰の弱
りの症状を兆候として検出するものであって、転倒を直
接的に予知して身体を打撃から防御できるものではな
い。また、加速度では例え転倒が検出できたとしても、
どこが転倒によって打撃を受けるかを判別することがで
きず、したがって、転倒によって打撃を受ける身体部位
を確実に保護できる情報は得られない。特開平１０―４
０４８３は、ＧＰＳ受信装置で現在の位置情報を検出
し、緊急事態検知センサにより転倒等の緊急事態を検出
し、警報を発すると共に無線通信装置でホストコンピュ
ータに送信するものである。転倒等の緊急事態は加速度
センサ、心拍数センサ、ペースメーカ等で検出する。こ
の方法は、加速度および生理情報に基づくものであるた
め、転倒して障害物に打撃を受ける前に確実に転倒を検
出することはできない。また、打撃を受ける部分を特定
して事前に防御することはできない。特開平０８―１４
１０９８は、作業者の転倒等の事故を加速度センサで検
出し、作業者をロープで牽引、救助するもので、加速度
検知では身体を防御できないことは前記の通りである。
特開昭６３―２４２８は、患者が発信器を携帯し、転倒
した際、緊急信号が発信するものである。発信器に内蔵
された加速度センサにより、気絶や失神による患者の転
倒を検出する。この方法は、転倒したことを検知してこ
れを伝達する方法であり、前記の通り転倒をはじめてか
ら打撃を被るまでの間に身体を防御できるものではな
い。

【０００７】（４）転倒、転落および衝突により身体が
打撃を被る前に、打撃を被ることをセンサ等を用いて予
知し、身体を防御する方法および装置に関しては、以下
のものが報告されている。特公平０３―２９６１は、エ
アバッグを有するオートバイ用安全服を着用したライダ
ーがトリガー装置から所定距離以上離れるとトリガー装
置によりエアバッグが膨張することにより、オートバイ
が転倒したときにライダーの身体を防御するものであ
る。これは、車体に装着されたトリガー装置とライダー
との解離を持ってエアバッグが作動するので、歩行中の
人の転倒を検知して身体を防御することはできない。特
開平０８―５８５２３は、高所運転室をもつ車両転倒時
に、傾斜センサで検出された傾斜角によりエアバッグを
作動させるものである。前述の通り、傾斜角度では、障
害物と人との相対関係において、人が歩行時に転倒して
打撃を受けるまでの間に確実に身体を防御する検出値と
はならない。特開平０２―１６０９０６は、車体に取り
付けた衝撃センサで衝突、転倒を検出し、フルフェイス
ヘルメット内に取り付けたエアバッグを膨張させて鞭打
ち、首骨折等の事故を防止するものである。この方法
は、車体に取り付けた衝撃センサにて車の転倒、衝突を
検知することではじめて作動するため、ヘルメットを着
用しない歩行者の転倒を検知ないしは防御することはで
きない。特開平０９―２３４１３６は、地震センサで地
震の発生を検出し、エアー供給装置から電磁弁を作動さ
せてエアーを供給してエアバッグを膨張させ、家具の転
倒や家屋の倒壊による下敷きからベッド就寝者を守るも
のである。この方法は、歩行者自身の転倒を検知するも
のではない。また、地震発生時の家具の転倒や家屋倒壊
において、確実に障害物から身体を防御できる保証は得
られない。かえって、身動きがとれなくなり、逃げ遅れ
て人命に関わる場合もでてくる。特開平０９―３２２８
３５は、感震センサの信号を受けてエアバッグを膨張、
立ち上がらせることにより、貴重品あるいは窓ガラスを
保護するものである。これは人を対象としたものではな
く、また、感震センサでは、転倒時に人を防御すること
はできない。特開平０９―３８２２８は、装着者の両足
が足場から離れたことを各靴で検出し、空気袋に高圧ガ
スを吐出・膨張して人体の落下衝撃を吸収するものであ
る。特開平１０―１７９７７６は、装着者の両足および
尻部が足場から離れたことを各靴および尻部部の感圧セ
ンサで検出し、空気袋に高圧ガスを吐出・膨張して人体
の落下衝撃を吸収するものである。上記の２つの方法で
は、足が足場から所定時間以上離れたことで転落を判定
するため、０.１〜０.５秒程度の短時間で身体が接地す
る転倒を検知することは容易でない。また、転倒の場合
は必ずしも両足が同時に離れた状態であるとは言えな
い。したがって、この方法では転倒検出および身体が接
地する前にエアバッグ等の膨張駆動により身体を防御す
ることはできない。特開平１０―２９７４２３は、側突
センサとロール角速度センサを基に、車両内にある頭部
保護用のエアバッグを作動させる乗員頭部保護装置に関
するものである。側突センサは所定値以上の側突荷重が
作用した場合に側突状態を検出し、したがってこれは車
が衝突した後には、身体を防御できるが、歩行中の人が
転倒する場合、同じような検出方法では、検出したとき
は障害物に打撃を受けたときの荷重となっており、衝撃
から身体を防御できない。加速度センサでは、身体のど
こが接地して衝撃を受けるかまでは判定できないので、
障害物に衝突する身体部位を確実に保護することまでは
できない。特開平０９―１０９９６７は、走行中の自転
車にとりつけた角速度センサにて自転車のロール方向の
角加速度、角加速度を算出し、進行方向の速度を検出
し、これらにより転倒の危険性を示す警告を運転者に発
するものである。この方法の有効性は自動二輪車に限定
される。また、転倒の危険性を検出した時点では転倒し
ている可能性があり、必ずしも警報を発して身体を防御
する有効な手段となるとは言えない。

【０００８】（５）何らセンサ等を用いることなく、身
体に常に装着した緩衝物等により転倒、転落および衝突
時に身体を防御する方法および装置に関するものとして
は、以下のものが報告されている。特開平０８―５０３
５２６は、せん断濃化またはダイラタント材料を含む包
囲体を被服に固定し、転倒中に大腿骨に加わる衝撃力を
下げ、骨折を防止するものである。せん断濃化材料を用
いて、転倒による衝撃が加わると粘性が増加して大腿骨
周囲部分に装着されたせん断濃化材料が剛直化し、大腿
骨自身への力の伝達を最小にして周囲の柔軟組織に衝撃
エネルギーを吸収させる。この方法はセンサを必要とせ
ず、なおかつ通常は柔軟な特性を有する材料を身につけ
ているので着心地に大きな支障がなく、かつ転倒衝撃に
は粘性が増大して骨折を防止する有効な手段である。し
かし、階段からの転倒等、衝撃が大きい場合には確実に
怪我を防御できるとは言えない。また、防御しようとす
る部位に常に装着しておかなくてはならないが、頭部、
首、膝等に常時着用できるとは言えない。したがって、
転倒時の衝撃を和らげるものの、確実に身体を防御でき
る方法とは言えない。特開平０８―２０９４０９は、下
着の腰廻りに衝撃吸収材を収納し、転倒時の骨折を防止
しようとするものであり、上記と同様の制約を有する。
特開平０９―３１０２１７は、弾性部材からなる基板を
固定したプロテクターに関するものであり、上記と同様
の制約を有する。特開平０９―３２７５４４は、衝撃吸
収材と剛性部材を備えたプロテクター構造を有し、転倒
時に手や手首の損傷を防止する手袋に関するものであ
る。特にスノーボード等のスポーツにおいて、転倒時に
手をついて身体を支持もしくは保護しようとするため、
手指や手首の関節の捻挫や骨折、靭帯損傷や打撲を防止
するものである。しかし、指が自由に動かせないので、
日常生活での使用には困難を伴う。特開昭６０―２５６
４０３は、履き物の裏底面に粘着剤とくいこみバリを貼
り付けた滑り止め防止板に関するものであるが、一旦転
倒した場合には効果がない。特開平０９―２８５４８１
は、エアキャップシートからなる緩衝部材と、これを保
持するプレスネットからなる骨折予防装具に関するもの
である。空気を内部に装填し、転倒等の衝撃でエアキャ
ップが破裂する寸前の大きさと膜厚とし、衝撃を吸収緩
和する。老人の４大骨折部位に装着できる。この方法
は、適正部位に装着できるという利点はあるが、階段か
らの転倒等、大きな衝撃がかかる場合には、衝撃は和ら
げるものの、確実に身体が損傷から免れられるものでは
ない。

【０００９】（６）転倒、転落および衝撃等により人が
打撃を被る道路、床、階段、浴槽等の障害物に転倒、転
落、および衝突等を検出する手段あるいは緩衝物等を具
備する方法および装置に関するものとして、特開平０９
―４８５７５には、階段昇降用補助装置として、移動す
る把持具を垂下したもの、特開平０８―２８０５６２に
は、底壁に滑り止め用凹凸面を形成した浴槽、特開平０
９―１９５２１０には、硬質の無機物粒子をゴム粒子と
混合・成形した歩道舗装用ブロックにより歩行者の滑り
を防止する方法等が報告されている。しかし転倒時の衝
撃を和らげることはできても、確実に身体を防御できる
ものではない。

【００１０】（７）特に自動車の衝突を検出し、未然に
これを防止するか、あるいはその打撃が身体におよぶ前
に身体を防御する方法および装置に関するものとして
は、以下のものが報告されている。特開昭５６―１３１
４４３は、パルス変調された光信号を用いて、後方の障
害物との距離を検出し、警報を出力するものである。特
開平０８―５８５０３は、後側方車両との相対的な運動
状態を算出し、自車両の車速を検出して危険度を判定し
て警報を発するものである。特開昭５５―９６４７５
は、パルス変調レーザで車両前方を走査し、物標からの
反射光により位置関係と距離等を検出し、衝突の可能性
を判断するものである。特開昭５６―１３１４４３は、
パルス変調された光信号により後方の障害物を検知し、
距離を比較して自動車後進時の衝突を防止するものであ
る。特開平０４―９３７１２は、光学系で車間距離を算
出し、エアバッグを膨張させて衝撃を緩和するものであ
る。特開平０７―２３７５２１は、側方からの障害物の
距離、相対速度および大きさを検出し、障害物の危険度
を評価し、衝突を予知してサイドエアバッグを自動的に
展開するものである。第１検出手段は探知範囲が広く、
障害物までの相対的な距離と速度を検出し、第２検出手
段は探知範囲が狭く障害物の大きさを検出する。障害物
までの距離、相対速度、障害物の大きさに基づいて障害
物の危険度を評価し、危険と判定した場合にはサイドエ
アバッグを自動展開する。２つのセンサを用いることに
より、サイドエアバッグの誤展開を防止する。第１検出
器はマイクロ波やミリ波の電磁波を用いたレーダ装置で
あり、検出範囲は２ｍ程度の半径を有する。第２検出器
はレーザ光や超音波、赤外線等を用いたレーダ装置であ
り、１ｍ以内の領域である。障害物には、電柱等が含ま
れる。この方法は、自動車内におけるエアバッグの展開
を対象としたものであり、衝突前に障害物との距離およ
び相対速度を検出するという点で、確実に防御が可能で
ある。しかし、人がセンサを装着して転倒する場合を対
象とするものではない。人の転倒を検出するためには、
物体との接近方向や、速度範囲がさらに広く、特別な情
報処理が必要である。センサの検出範囲は５０ｃｍ〜１
ｍ、速度は１〜４ｍ／ｓとなる。指向性が強すぎると転
倒を検出できない。安全性が必要となる。センサ、エア
バッグ共に軽量・コンパクトでなくてはならない。人の
往来等の誤動作を避けるためには、極力近距離の５０ｃ
ｍ程度で速度を検出し、０.１秒以下の極めて短時間で
即座にエアバッグを駆動させなくてはならない。このよ
うな用途には、前記の方法は適合しているとは言えな
い。

【００１１】以上のように、従来の技術では、人が歩行
中に転倒をはじめてから歩道、床、階段、段差、玄関等
の障害物と衝突して打撃を被るまでの短い時間の間に人
の転倒を検出し、転倒による打撃、衝撃等から身体を防
御する方法および装置については、報告されておらず、
また、実用化が可能な方法および装置は存在しなかっ
た。

【００１２】本発明は、人が歩行中に転倒をはじめてか
ら障害物と衝突して打撃を被るまでの短い時間の間に人
の転倒を検出し、転倒による打撃、衝撃等から身体を防
御する身体の転倒検出・防御方法および装置を提供する
ことを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明では、高齢者、身
障者等が家庭内の地面、床、階段、玄関、風呂等、ある
いは屋外の地面、歩道、階段、段差等の双方において、
何らかの理由により転倒して骨折等の怪我をするのを防
止するため、高齢者、身障者等が身体の一部に転倒を検
知するセンサを取り付け、該センサは、地面、床、階
段、段差、風呂、玄関、歩道等の障害物と身体との距離
および相対速度を検出するよう形成し、身体と障害物と
の距離が所定値以下であり、かつ身体と障害物との相対
速度が所定値以上であるときに転倒と判断し、転倒を開
始してから身体が障害物に衝突するまでの間に、迅速に
エアバッグ等の緩衝手段を膨張させて、身体と障害物と
の間にエアバッグ等の緩衝手段を介在させることによ
り、転倒による打撃、衝撃等を被る前に身体を防御す
る。

【００１４】また、転倒を検知するセンサを地面、床、
階段、段差、玄関、風呂、歩道等の一部に取り付け、該
センサは、地面、床、階段、段差、玄関、風呂、歩道等
の障害物と身体との距離および相対速度を検出するよう
に形成し、身体と障害物との距離が所定値以下であり、
かつ身体と障害物との相対速度が所定値以上であるとき
に転倒と判断し、転倒を開始してから身体が障害物に衝
突するまでの間に、地面、床、階段、段差、玄関、風
呂、歩道等の一部に取り付けられたエアバッグ等の緩衝
手段を迅速に膨張させて、身体と障害物との間にエアバ
ッグ等の緩衝手段を介在させることにより、転倒による
打撃、衝撃等を被る前に身体を防御する。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。

【００１６】本発明の第１の実施の形態である身体の転
倒検出・防御方法および装置は、高齢者、身障者等の身
体の一部、例えば頭部、首部、背部、腰部、胸部、膝
部、手等に地面等の障害物との距離および相対速度を検
知するセンサ、具体的には超音波センサ、レーザ光式セ
ンサ等を装着し、このセンサから短いサンプリング周期
で距離および相対速度のデータをマイクロプロセッサあ
るいはコンピュータに取り込み、転倒、衝突と判断され
る条件すなわち（身体と障害物との距離≦所定値）かつ
（身体と障害物との相対速度≧所定値）を満たすか否か
を常に計算し、この条件が成り立ったときに、エアバッ
グ等の緩衝手段を駆動するための信号を出力し、この信
号によりエアバッグ等の緩衝手段のガス発生器駆動回路
部を動作させエアバッグを膨張させて身体と障害物との
間に介在させ、転倒による打撃、衝撃を被る前に身体を
防御するものである。

【００１７】本発明の第２の実施の形態である身体の転
倒検出・防御方法および装置は、転倒を検知するセンサ
を地面、床、階段、段差、玄関、風呂、歩道等の一部に
取り付け、該センサ、具体的には超音波センサ、レーザ
光式センサ等を設置し、このセンサから短いサンプリン
グ周期で距離および相対速度のデータをマイクロプロセ
ッサあるいはコンピュータに取り込み、転倒、衝突と判
断される条件すなわち（身体と障害物との距離≦所定
値）かつ（身体と障害物との相対速度≧所定値）を満た
すか否かを常に計算し、この条件が成り立ったとき、エ
アバッグ等の緩衝手段を駆動するための信号を出力し、
この信号によりエアバッグ等の緩衝手段のガス発生器駆
動回路を動作させ、エアバッグを膨張させて身体と障害
物との間に介在させ、転倒による打撃、衝撃を被る前に
身体を防御するものである。

【００１８】次に、本発明の実施の形態を、第１の実施
の形態に基づき更に詳しく説明する。なお、本発明で
は、センサとして超音波センサあるいはレーザ光式セン
サを用いる。以下超音波センサの場合で説明するが、レ
ーザ光の場合も同様である。

【００１９】図１は、身体の転倒検出・防御装置のブロ
ック図であり、図２は、超音波センサのパルス反射方式
の距離測定の原理図であり、通常の歩行時の状態を示
し、図３は、転倒時の反射時間と距離の説明図である。

【００２０】図１〜図３において、人と地面、床、階
段、段差、風呂、玄関、歩道等の障害物との距離を測定
するため、センサ回路部２は、図２に示すようにパルス
信号を３〜１０ｍｓ以下のサンプリング周期で送信パル
スとして出力し、障害物から反射してくる受信パルスを
入力する。これを受けて計算処理部４では、送信パルス
と地面等から反射して返ってきた受信パルスとの間の歩
行時反射時間ｔを算出する。物体までの距離Ｌは下記数
式１で計算できる。

【００２１】

【数１】Ｌ＝C・ｔ／２Ｃ：超音波のときは音速（３４０／ｓｅｃ）、レーザ光
のときは光速人が転倒する場合、転倒しはじめてから地面等に衝突す
るまでの距離は頭部でも人の身長以下であり、距離Ｌは
短い値となる。したがって、図３に示すように、反射時
間ｔ１も短いものとなる。受信パルスを３〜１０ｍｓ以
下のタイミングで常に取り込み、反射時間ｔ１を計算処
理部４で求めれば、距離Ｌ≦設定距離であるか否かが転
倒、衝突の第１条件として判定できる。転倒を判断する
上で好適な設定距離は５００ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲
である。

【００２２】次にサンプリング間隔をΔｔとし、前回の
サンプリング時の距離Ｌ２と今回のサンプリング時の距
離Ｌ１から、下記数式２により相対速度ｖが求まる。

【００２３】

【数２】相対速度ｖ＝（Ｌ２―Ｌ１）／Δt 以上により、相対速度ｖ≧設定速度が転倒、衝突の第２
条件として判定できる。転倒を判断する距離を５００ｍ
ｍ、サンプリング時間を１００ｍｓｅｃ、人の歩く速度
を５ｋｍ／ｈとすると、人が電柱に衝突する場合に１サ
ンプリング間隔当たりの変位は１３.９ｍｍとなる。伸
長１.５ｍの人が転倒すると仮定すると、頭部の最上部
が地面に衝突する際の速度は５.５ｍ／s となり、距離
５００ｍｍに接近したときの速度は４.５ｍ／ｓであ
る。この場合、１サンプリング間隔当たりの変位は４５
ｍｍであり、地面に衝突する４５５ｍｍ手前で相対速度
が４.５ｍ／ｓであることを検出できることになる。転
倒と判断する相対速度の設定値としては、１ｍ／s〜４
ｍ／ｓ程度が妥当である。上記数式１と数式２より、人
と地面等との距離が５００ｍｍ以下となり、相対速度が
例えば２ｍ／ｓ以上であるときに転倒と判定することと
なる。ここで、身長１.５ｍの人が転倒する場合、人と
地面等との距離が５００ｍｍに接近し、地面に衝突する
までの時間は０.１３秒であり、エアバッグユニット１
４のエアバッグ７は０.１秒位で膨張する必要がある。
エアバッグ７の駆動には、電気着火装置、着火剤、ガス
発生剤（アジ化ナトリウムを主成分とする）、ディフュ
ーザからなるガス発生器駆動回路部６に電気信号を出力
してエアバッグ７を膨張させる方式と、高圧ボンベに、
電磁切換弁または火薬の爆発により吐出口の栓を開放さ
せるように構成された開放器を接続し、電磁切換弁また
は開放器に電気信号を出力してエアバッグを膨張させる
方式がある。本発明では、エアバッグ膨張時間が０.１
３秒程度と短いが、エアバッグ７が首、腰等の局部に接
着するものであるために容積が小さくて済み、どのよう
な方式を用いても構わない。前記計算処理部４のマイク
ロプロセッサまたはコンピュータでは、誤動作を防止す
るために、サンプリング周期を長くし、距離と速度の平
均化処理ないしは平滑化処理を行うことができる。

【００２４】具体的な形態としては、身体の一部、例え
ば頭部、首部、背部、腰部、胸部、膝部、手等に取り付
けるセンサ１と、センサ回路部２、センサ・計算処理イ
ンタフェース部３、計算処理部４、計算処理・ガス発生
器駆動回路５のインタフェース部、操作／動作状態表示
部８、電源９を装填した収納容器１０との２つの部分に
分ける形態と、センサ１と収納容器１０内の部分を全て
一体にしたモジュール形態のものを身体の一部に取り付
ける形態との２つの形態が可能である。前者の形態の場
合、センサ１と収納容器１０はケーブル１１によって接
続され、収納容器１０とエアバッグユニット１４は、ケ
ーブル１２とガス発生器駆動回路部６のコネクタ１３に
よって接続されている

【００２５】

【実施例】本発明の実施例を、超音波センサを使用した
場合に基づき、図面を参照して説明する。

【００２６】図４は、図１に示した身体の転倒検出・防
御装置の超音波センサーの信号処理の概念的な説明図で
ある。

【００２７】通常の歩行をしている場合、図４に示す計
算処理部４から図２（ａ）に示す送信パルスを出力す
る。このパルスは、センサ・計算処理インタフェース部
３のデジタル出力回路２０を通り、センサ回路部２のパ
ルス送信回路１７から超音波センサ１の発信圧電素子１
５に加えられる。このパルスによる振動が長い距離Ｌに
ある壁面等にあたり、反射した信号を図２（ｂ）のよう
に受信信号として受信圧電素子１６が入力する。受信信
号は、センサ回路部２の受信回路１８を通ってクリップ
回路１９で図２（ｃ）の受信パルスに整形され、センサ
・計算処理インタフェース部３のデジタル入力回路２１
を経て、計算処理部４の１チップマイクロプロセッサあ
るいはコンピュータに取り込まれる。１チップマイクロ
プロセッサあるいはコンピュータは、図２に示す送信パ
ルスと受信パルスの間の歩行時反射時間ｔを３〜１０ｍ
sec以下の一定サンプリング周期で常に読み取り、下記
数式３で壁面等との長い距離Ｌを算出する。

【００２８】

【数３】Ｌ＝C・ｔ／２Ｃ：超音波のときは音速（３４０ｍ／ｓｅｃ）、レーザ
光のときは光速これが普通に歩行しているときの距離である。実際に
は、ノイズ等の受信パルスにばらつきが現れるので、計
算処理部４では平滑化、平均化等の処理を行う。

【００２９】次に、転倒した場合も、図３（ａ）の送信
パルスを出力し、（ｂ）の受信信号から（ｃ）の受信パ
ルスを計算処理部４の１チップマイクロプロセッサある
いはコンピュータで受信するのは、上述の歩行時と同じ
である。しかし転倒時には、距離Ｌ１が急激に短くな
り、一定サンプリング周期内の距離の急激な変化（Ｌ―
Ｌ１）を知る。図３に示す転倒時の反射時間ｔ１と数式
３から、Ｌ１＝Ｃ・ｔ１／２として求まる。また、さら
にサンプリングを続け、サンプリング間隔をΔｔとし、
前回のサンプリング時の距離Ｌ２と今回のサンプリング
時の距離Ｌ１から、下記数式４により相対速度ｓｖを検
出し、距離Ｌ１≦所定値、かつ相対速度ｖ≧所定値を満
たすとき、転倒、衝突と判断する。

【００３０】

【数４】相対速度ｖ＝（Ｌ２―Ｌ１）／Δt 計算処理部４の１チップマイクロプロセッサあるいはコ
ンピュータにより転倒、衝突と判断したときは、計算処
理・ガス発生器駆動回路５のインタフェース部のデジタ
ル出力回路２２に、転倒信号を出力し、ガス発生器駆動
回路６を作動させ、エアバッグ７を膨張させる。操作・
動作状態表示部８は、本装置を携帯して使用するとき
は、動作スイッチ２５を通して動作ＯＮに対応する信号
をデジタル入力回路２３に入力し、動作を始めることを
計算処理部４の１チップマイクロプロセッサあるいはコ
ンピュータに知らせ、デジタル出力回路２４を通して動
作中であることを示すＬＥＤ動作表示２６を転倒と表示
する。

【００３１】図５は、ガス発生器でエアバッグを膨張さ
せる方式の身体の転倒検出・防御装置の装着図であり、
センサ１と収納容器１０は、ケーブル１１によって接続
され、収納容器１０と、エアバッグ７に接続されている
ガス発生器６ａは、ケーブル１２によって接続されてい
る。

【００３２】図６は、高圧ガスボンベでエアバッグを膨
張させる方式の身体の転倒検出・防御装置の装着図であ
り、図５に示すガス発生器に代えて、ガスボンベ３１と
電磁切換弁３２または開放器３３を使用している。この
場合には、図１と図２に示す計算処理・ガス発生器駆動
回路５が計算処理・ボンベ駆動回路となり、ガス発生器
駆動回路部６はボンベ駆動回路となる。ボンベ駆動回路
は、電磁切換弁３２または開放器３３を開放してガスボ
ンベ３１からエアバッグ１にガスを供給するため、所定
の電圧レベルの信号を出力する。

【００３３】すなわち、本発明で用いるエアバッグユニ
ット４は、電気着火装置、着火剤、ガス発生剤、ディフ
ューザからなるガス発生器６ａに電気信号を出力してエ
アバッグ１を膨張させる方式でもよいし、小型の高圧ガ
スボンベ３１に電磁切換弁３２を取り付け、デジタル出
力回路２２（図４参照）により電磁切換弁３２を迅速に
開放してエアバッグ７を膨張させるようにしたものであ
ってもよいし、小型の高圧ガスボンベ３１を開放器３３
に接続し、ボンベ駆動回路からの出力信号を火薬を爆発
させる点火装置に出力して作動させ、開放器３３の吐出
口の栓を迅速に開放させてエアバッグ７を膨張させるよ
うに構成したものであってもよい。

【００３４】図７は、レーザ光方式を使用した場合の信
号ブロック図である。レーザ光方式は、図１と図２に示
す超音波センサの圧電素子１５、１６が、レーザ光式セ
ンサ１の半導体レーザ素子２７、２８となり、それを駆
動する回路１７、１８がレーザ発信回路２９、レーザ受
信回路３０となる以外は、上記の超音波センサの場合と
同様である。

【００３５】図８は、高齢者が首後部（衣服の後襟の部
分）と後腰部（ベルトの後部）に超音波センサ１とエア
バッグ７を設けた場合の実施例である。目眩みや立ち眩
み、急性脳疾患により、高齢者が後ろに倒れると後頭部
を強打するため致命傷になることがある。また、大腿骨
頚部骨折を引き起こすことがある。首後部および後腰部
に取り付けた超音波センサ１により、高齢者が転倒して
地面に衝突する前にエアバッグ７が膨張するので、頭部
打撲、大腿骨打撲による怪我を防止することができる。

【００３６】図９は、超音波センサ１を後腰部（ベルト
の後部）に下向きに取り付け、尻部にエアバッグを取り
付けた場合の実施例である。

【００３７】冬場等の床や地面が滑りやすいときに転倒
すると、尻部を打撲して腰を痛めると同時に、身を守ろ
うとして手をつくため、手の骨折や捻挫の事故が多い。
足が滑って尻餅をつく前に、エアバッグが膨張し、腰部
を保護すると共に、エアバッグにより身を守ろうとして
手を出しても、尻部と地面の間にエアバッグがあり、手
が地面に届かない状態であるので、手首の捻挫、骨折も
防止できる。

【００３８】図１０は、最も数が多い段差等でのつまず
きによる転倒に対して身体を防御するための、胸元、前
腰部に超音波センサ１を装着し、前胸部、前腰部、膝部
にエアバッグを装着した場合の実施例を示す。地面との
距離が５０cｍ以下となり、地面との相対速度が２ｍ／s
以上となった時点でエアバッグ７を膨張させる。前腰
部と膝部のエアバッグ７は、前腰部の超音波センサ１に
よる転倒の判定で膨張する。前胸部のエアバッグ７は胸
元の超音波センサ１で膨張する。この結果、つまづいて
転倒しても、胸部、腰部、膝を打撲することがなく、な
おかつエアバッグ７により肩と地面との幅が維持される
ので、転倒時に手をついて手首、肘、肩に衝撃がかから
ず、手の骨折、脱臼、捻挫も防止できる。

【００３９】図１１は、非常に危険性が高い階段での後
ろ向きの転倒である。これは、延髄、後頭部の打撲によ
り、致命傷となる。そこで、図８と同じ超音波センサと
エアバッグを装着した。この結果、頭部、延髄、背部、
腰部が保護され、致命傷となるのを防止できる。

【００４０】図１２は、階段でしばしば発生するつまづ
きによる前向き転倒である。第１０図と同じ超音波セン
サ１とエアバッグ７の装着を行い、肘部、手部、胸部、
膝部を保護することができる。

【００４１】図１３は、身体ではなく、遊歩道に複数の
レーザ光式センサ１とエアバッグ７を埋設し、これらの
センサ１の送受信を１つのコンピュータで行った実施例
を示す。通常の歩行では転倒と判定しないようにするた
め、センサ１間の距離を６０cｍと広くし、隣接する２
つのセンサが、同時に転倒と判定したときにこれらセン
サ１の中間に埋設されたエアバッグ７が膨張するように
なっている。複数の歩行者が近接して歩いたときは、通
常の歩行であるにも拘わらず転倒と判定してしまう可能
性が危惧されたが、複数の人が前後に６０cｍまで近接
して歩くケースは極めて少ないため、誤動作の可能性は
極めて低いことがわかった。

【００４２】図１４は、階段に遊歩道に複数のレーザ光
式センサ１とエアバッグ７を埋設し、これらのセンサ１
の送受信を１つのコンピュータで行った実施例を示す。
隣接する２つのセンサ１が、同時に転倒を判定したと
き、これらセンサ１の中間に埋設されたエアバッグ７
と、これより下段のエアバッグ７が全て膨張するように
なっている。これは、転倒により下段に向けて転落する
場合があるためである。これにより、転倒時の打撃を防
止できるだけでなく、転落による損傷も防ぐことができ
る。これらは同様に、風呂場の平面、段差、段差に適用
することができる。また、エスカレータや遊戯施設にも
適用することができる。

【００４３】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、転倒による打撃、衝撃等を被る前に確実に
身体を防御することができ、大腿骨頚部骨折、頭部打
撲、捻挫等の転倒による怪我を確実に防止することがで
きる。これにより、高齢者や身障者が安心、自立して歩
行することができ、健康の維持増進、入院や寝たきりの
防止、高齢者や身障者の社会参加を促すことができ、急
速な高齢化社会を迎える今日にあって、活力のある社会
作りに寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】身体の転倒検出・防御装置のブロック図であ
る。

【図２】超音波センサのパルス反射方式の距離測定の原
理図であり、通常の歩行時の状態を示している。

【図３】転倒時の反射時間と距離の説明図である。

【図４】図１に示した身体の転倒検出・防御装置の超音
波センサーの信号処理の概念的な説明図である。

【図５】ガス発生器でエアバッグを膨張させる方式の身
体の転倒検出・防御装置の装着図である。

【図６】ガスボンベでエアバッグを膨張させる方式の身
体の転倒検出・防御装置の装着図である。

【図７】レーザ光方式を使用した場合の信号ブロック図
である。

【図８】高齢者が、首後部（衣服の後襟の部分）と後腰
部（ベルトの後部）に超音波センサとエアバッグを設け
た場合の実施例を示す図である。

【図９】超音波センサを後腰部（ベルトの後部）に下向
きに取り付け、尻部にエアバッグを取り付けた場合の実
施例を示す図である。

【図１０】胸元、前腰部に超音波センサを装着し、前胸
部、前腰部、膝部にエアバッグを装着した場合の実施例
を示す図である。

【図１１】階段での後ろ向きの転倒に対する実施例を示
す図である。

【図１２】階段で発生するつまづきによる前向き転倒に
対する実施例を示す図である。

【図１３】身体ではなく、遊歩道の複数のレーザ光式セ
ンサとエアバッグ埋設し、これらのセンサの送受信を１
つのコンピュータで行った実施例を示す図である

【図１４】階段に遊歩道に複数のレーザ光式センサとエ
アバッグを埋設し、これらのセンサの送受信を１つのコ
ンピュータで行った実施例を示す図である。

【符号の説明】

１センサ２センサ回路３センサ・計算処理インタフェース部４計算処理部５計算処理・ガス発生器駆動回路６ガス発生器駆動回路部６ａガス発生器７エアバッグ８操作・動作状態表示部９電源１０収納容器１１、１２ケーブル１３コネクタ１４エアバッグユニット１５発信圧電素子１６受信圧電素子１７パルス送信回路１８受信回路１９クリップ回路２０、２２、２４デジタル出力回路２１、２３デジタル入力回路２５動作スイッチ２６ＬＥＤ動作表示２７半導体レーザ素子（送信用）２８半導体レーザ素子（受信用）２９レーザ発信回路３０レーザ受信回路３１ガスボンベ３２電磁切換弁３３開放弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】身体の一部に、障害物との距離および相
対速度を検知するセンサを装着し、このセンサから短い
サンプリング周期で距離および相対速度のデータを計算
処理部に取り込み、身体と障害物との距離≦所定値、か
つ身体と障害物との相対速度≧所定値の条件を満たすか
否かを常に計算し、この条件が成り立ったときに、緩衝
手段を駆動するための信号を出力し、この信号により緩
衝手段を身体と障害物との間に介在させることを特徴と
する身体の転倒検出・防御方法。
【請求項２】転倒を検知するセンサを障害物の一部に
取り付け、このセンサから短いサンプリング周期で距離
および相対速度のデータを計算処理部に取り込み、身体
と障害物との距離≦所定値、かつ身体と障害物との相対
速度≧所定値の条件を満たすか否かを常に計算し、この
条件が成り立ったとき、緩衝手段を駆動するための信号
を出力し、この信号により緩衝手段を身体と障害物との
間に介在させることを特徴とする身体の転倒検出・防御
方法。
【請求項３】身体の一部に取り付けて障害物との距離
および相対速度を検出するためのセンサと、該センサに
パルス信号を出力すると同時に障害物から反射し、セン
サが受信したパルス信号を入力するセンサ回路部と、受
信パルス信号をデジタルデータに変換するセンサ・計算
処理インタフェース部と、障害物との距離および相対速
度を算出すると同時に、身体と障害物との距離≦所定
値、かつ身体と障害物との相対速度≧所定値の条件を満
たすか否かを常に計算し、この条件が成り立つ場合にエ
アバッグを膨張させる指令信号を出力する計算処理部
と、前記指令信号のレベル変換を行う計算処理・ガス発
生器駆動回路と、該回路からの信号により作動するガス
発生器駆動回路部とガス発生器と、エアバッグとからな
ることを特徴とする身体の転倒検出・防御装置。
【請求項４】身体の一部に取り付けて障害物との距離
および相対速度を検出するためのセンサと、該センサに
パルス信号を出力すると同時に障害物から反射し、セン
サが受信したパルス信号を入力するセンサ回路部と、受
信パルス信号をデジタルデータに変換するセンサ・計算
処理インタフェース部と、障害物との距離および相対速
度を算出すると同時に、身体と障害物との距離≦所定
値、かつ身体と障害物との相対速度≧所定値の条件を満
たすか否かを常に計算し、この条件が成り立つ場合にエ
アバッグを膨張させる指令信号を出力する計算処理部
と、前記指令信号のレベル変換を行う計算処理・電磁切
換弁駆動回路と、該回路からの信号により作動する電磁
切換弁とガスボンベと、エアバッグとからなることを特
徴とする身体の転倒検出・防御装置。
【請求項５】障害物の一部に取り付けて身体との距離
および相対速度を検出するためのセンサと、該センサに
パルス信号を出力すると同時に障害物から反射し、セン
サが受信したパルス信号を入力するセンサ回路部と、受
信パルス信号をデジタルデータに変換するセンサ・計算
処理インタフェース部と、障害物との距離および相対速
度を算出すると同時に、身体と障害物との距離≦所定
値、かつ身体と障害物との相対速度≧所定値の条件を満
たすか否かを常に計算し、この条件が成り立つ場合にエ
アバッグを膨張させる指令信号を出力する計算処理部
と、前記指令信号のレベル変換を行う計算処理・ガス発
生駆動回路と、該回路からの信号により作動するガス発
生器駆動回路とガス発生器と、エアバッグとからなるこ
とを特徴とする身体の転倒検出・防御装置。
【請求項６】障害物の一部に取り付けて身体との距離
および相対速度を検出するためのセンサと、該センサに
パルス信号を出力すると同時に障害物から反射し、セン
サが受信したパルス信号を入力するセンサ回路部と、受
信パルス信号をデジタルデータに変換するセンサ・計算
処理インタフェース部と、障害物との距離および相対速
度を算出すると同時に、身体と障害物との距離≦所定
値、かつ身体と障害物との相対速度≧所定値の条件を満
たすか否かを常に計算し、この条件が成り立つ場合にエ
アバッグを膨張させる指令信号を出力する計算処理と、
前記指令信号のレベル変換を行う計算処理・電磁切換弁
駆動回路と、該回路からの信号により作動する電磁切換
弁とガスボンベと、エアバッグとからなることを特徴と
する身体の転倒検出・防御装置。
【請求項７】前記電磁切換弁に代えて開放弁としたこ
とを特徴とする請求項４または６記載の身体の転倒検出
・防御装置。
【請求項８】前記センサが超音波センサであることを
特徴する請求項１〜７のいずれか１項に記載の身体の転
倒検出・防御装置。
【請求項９】前記センサがレーザ光式センサであるこ
とを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の身
体の転倒検出・防御装置。