JP2007061260A

JP2007061260A - ウェアラブル足底圧力提示装置

Info

Publication number: JP2007061260A
Application number: JP2005249198A
Authority: JP
Inventors: Yoji Uno; 洋二宇野; Takahiro Kagawa; 高弘香川
Original assignee: Toyohashi University of Technology NUC
Current assignee: Toyohashi University of Technology NUC
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2025-08-30
Also published as: JP4787957B2

Abstract

【課題】本発明は、足底圧感覚の障害者が行う歩行において、足底圧力の情報を皮膚感覚提示手段によってリアルタイムに提示し、かつ、位置によって異なる足底圧力の弁別が容易であり、さらに、提示が周囲に影響を与えず、装置全体を身体に着用することが可能である足底圧力提示装置を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は足底圧センサ、AD変換機能、DA変換機能、演算機能を有するマイクロコンピュータと皮膚感覚提示装置を備え、身体に装着することが可能な足底圧力提示装置である。足底圧感覚障害者の歩行における足底内の複数の部位に作用する圧力を足底圧センサにより計測し、コントローラにおいて足底圧力データから皮膚刺激データを計算し、足底部位に対応した複数の皮膚感覚提示装置によって足底圧感覚の障害者に足底圧力を提示するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、足底圧感覚に障害のある運動障害者が行う歩行運動において、足底圧力を提示する装置に関する。

足底圧感覚の低下または失調を有する障害者（足底圧感覚障害者）は、歩行において転倒に強い不安を持っている。このため歩行訓練などのリハビリテーションでは療法士が補助を行うなど転倒事故に細心の注意が払われている。歩行者の転倒は，足底圧力の中心位置と密接に関係することから、足底圧感覚障害者が転倒を予期し、回避するためには足底圧力に関する情報を，足底圧感覚障害者にリアルタイムに認知させるための手段が必要である。

足底圧感覚障害者に，足底圧力を，視覚または聴覚によって，リアルタイムに提示する装置はすでにいくつか存在する。（特許文献１，特許文献２）

足底圧感覚障害者に，足底圧力を提示する手段として、特許文献１に記載の視覚的な提示を用いた場合、歩行を行いながら足底圧力の提示を目視することが難しい点が問題である。また、特許文献２に記載の聴覚による提示法では、提示音が周囲への騒音となること、提示音と足底圧力の時間空間的パターンとの対応関係が歩行者にわかりにくいこと、および提示音の設定にパーソナルコンピュータを使用するために、装置の設置場所とケーブルにより使用者の運動が制限されることが問題である。すなわち、従来の装置ではリハビリテーションや訓練においてのみ適用可能であり、日常生活への適用が困難であるという問題点がある。

特開平０７−２０４２３５号公報特開２００４−１４１２７５号公報

本発明は、足底圧感覚障害者の歩行において、足底圧力の情報を皮膚感覚提示手段によってリアルタイムに提示し、かつ、位置によって異なる足底圧力の弁別が容易であり、さらに、足底圧力情報の提示が周囲に影響を与えず、装置全体を使用者の身体に着用することが可能であり、使用者の運動範囲に制限のない足底圧力提示装置を提供する。

第１の発明は使用者の足底に取り付けられる複数の圧力センサからなる足底圧センサ、AD変換機能とDA変換機能と演算機能を持つマイクロコンピュータ、皮膚感覚刺激装置を備える足底圧力提示装置である。

第２の発明は，該足底圧力提示装置において、足底内の異なる部位に作用する足底圧力の大きさを、それぞれ異なる位置に取り付けられた皮膚感覚提示手段を用いて足底圧力を提示することを特徴とする足底圧力提示装置である。

第３の発明は，該足底圧力提示装置において、装置全体を身体に着用することが可能であることを特徴とする足底圧力提示装置である。

本発明の動作原理について図１および図２に基づいて説明する。足底圧感覚障害者が歩行する際の足底圧力を足底圧センサ００４により計測する。コントローラ００３では、図２に示すように、足底圧力信号００５をAD変換００６によりマイクロコンピュータに取り込み、刺激量計算００７において、足底圧力データから皮膚刺激データを計算する。皮膚刺激データからDA変換００８により、皮膚刺激信号００９に変換する。皮膚刺激信号から皮膚感覚刺激装置００２によって足底圧力情報を提示する。

足底圧センサ００４において、爪先や踵など、足底に複数の圧力センサが取り付けられる。足底に取り付けられる圧力センサの位置と対応して、複数の皮膚感覚刺激装置００２が感覚機能の障害の及ばない体部位に取り付けられる。爪先や踵などの足底の場所によって異なる足底圧力の大きさをそれぞれ異なる部位に提示される皮膚刺激により提示する。

提示刺激の大きさの設定する方法としてボリュームを用い、AD変換機能、DA変換機能および演算機能を有するマイクロコンピュータを用いて、身体に着用可能な足底圧力提示装置を構成する。

本発明により足底圧感覚障害者は、足底圧力の大きさを，感覚障害のない部位に提示される皮膚感覚提示刺激の大きさから，リアルタイムに認知することができる。爪先や踵などで異なる足底圧力の大きさを、異なる部位に取り付けられた皮膚感覚刺激装置を用いて，提示することにより、異なる位置の足底圧力の大きさを弁別することができるとともに、提示刺激量のパラメータ設定を，簡便化することが可能になる。足底内における複数の位置の圧力を，異なる部位に取り付けられた皮膚感覚刺激装置によって提示することにより、マイクロコンピュータを使用したコンパクトな足底圧力提示装置を，構成することができる。本発明によれば、足底圧力提示装置を，身体に取り付けることができ、訓練やリハビリテーションのみにとどまらず、日常的に利用することが可能になる。

足底圧感覚障害者の歩行中において、爪先と踵に作用する足底圧力を，それぞれ前腕と上腕に取り付けられた振動モータによって励起される皮膚振動感覚によって，提示する装置の実施形態を図３に基づいて説明する。ただし、皮膚感覚による提示法は，皮膚圧感覚による提示法や，電気刺激により励起される皮膚痛覚による提示法であってもよく，なお，これらの方法に限定されるものではない。

本発明に係る足底圧力提示装置の入力は，踵と爪先に作用する荷重と、提示刺激の大きさの設定において必要なパラメータであるゲインとオフセットの設定用ボリュームの大きさである。足底圧力提示装置の出力は，左右の爪先と踵に作用する足底圧力の大きさを提示するモータの振動である。

靴の中に挿入された足底圧センサ１０４は，コントローラ１０３と接続される。足底圧センサにかかる荷重の大きさに応じて変化するセンサの出力電圧は、アンプフィルタ機能を持つアナログ回路とマイクロコンピュータ０１１のAD変換を通してディジタル信号に変換され、マイクロコンピュータ０１１のメモリに格納される。このデータを圧データと呼ぶこととする。刺激設定用ボリューム０１０の大きさに応じて変化する電圧値が、計測用アンプフィルタ機能を持つアナログ回路とマイクロコンピュータ０１１のAD変換を通してディジタル信号に変換され、マイクロコンピュータ０１１のメモリに格納される。このデータをパラメータデータと呼ぶこととする。

マイクロコンピュータ０１１の演算機能を用いて、圧データ（V_in）から刺激データ（V_out）を次式により計算する。
ここで、V_gainとV_offsetは刺激設定用ボリューム０１０から入力されるゲインとオフセットのパラメータデータを表わす。V_thは使用者の振動の知覚閾値を生成する電圧値に対応するデータを表わす。

ここで、本発明に係る足底圧力提示装置の入力と出力の間の，ゲインとオフセットのパラメータの作用について説明する。ゲインは圧力の変化に対する刺激データの変化の大きさを設定するパラメータである。ゲインのパラメータにより、使用者の体重の違いによって生じる刺激量の違いを調整することができる。オフセットは靴の内圧のために生じる圧力のオフセットを除去するためのパラメータである。オフセットのパラメータにより、足が地面から離れ、圧力が０となったときに刺激量を０として、足の接地状態をより明確に提示することができる。なお、刺激のゲインとオフセットはあらかじめマイクロコンピュータのプログラムに記述してもよい。

次に、知覚閾値のパラメータV_thの作用について説明する。振動や圧力などの刺激に対するヒトの皮膚感覚は、ある一定の刺激強度（知覚閾値）を超えたときに初めてその刺激に反応する。したがって、知覚閾値のパラメータを使用者の皮膚感覚刺激閾値に相当する電圧値に設定することにより、足の接地状態をより明確に提示することができるとともに、圧力の大きさと刺激量との関係がより明確になる。本実施形態では知覚閾値のパラメータはプログラムにあらかじめ記述しているが、ゲインとオフセットのパラメータと同様にボリュームにより調整可能としてもよい。

計算された刺激データがマイクロコンピュータのDA変換によってディジタル値からアナログ値に変換される。コントローラのアナログ出力はモータ駆動用のアンプを備えるアナログ回路を通して、振動モータ１０２に供給される。供給される電圧値の大きさに応じて振動の回転数が制御され、振動の周波数および振幅の変化から、足底圧感覚障害者は皮膚感覚を通して足底圧力を認知する。

図４に足底圧力提示装置の製作例のひとつを示す。振動モータ１０２と足底圧センサ１０４がコントローラと接続される。また、コントローラの電源として電池０１３がコントローラと接続される。

図５に当該の足底圧力提示装置のコントローラ部の製作例のひとつを示す。コントローラ部は刺激設定ボリューム０１０とマイクロコンピュータ０１１および電池のコネクタ０１４と振動モータのコネクタ０１５と足底圧センサのコネクタ０１６を備える。

図６に当該の足底圧力提示装置の足底圧センサの製作例のひとつを示す。足底圧センサは爪先部の２箇所に取り付けられた圧センサ０１７と踵に取り付けられた圧センサ０１８を備え、靴に挿入することが可能な形態とする。

図７に当該の足底圧力提示装置の振動モータの取り付け例のひとつを示す。踵の圧データを提示する振動モータが上腕サポータ０１９に取り付けられる。一方、爪先の圧データを提示する振動モータが前腕サポータ０２０に取り付けられる。振動モータの取り付けられた上腕サポータ０１９および前腕サポータ０２０が使用者の腕に取り付けられる。

図８に当該の足底圧力提示装置を身体に取り付けた例のひとつを示す。足底圧センサを靴底に挿入し、コントローラを大腿部に取り付け、上腕サポータと前腕サポータを腕に取り付けることによって、装置全体を身体に取り付けられる。

本発明は、足底圧感覚の低下もしくは失調を有する障害者が使用する医療、福祉機器として利用可能である。

本発明に係る足底圧力提示装置の作用を示す図である。本発明に係る足底圧力提示装置のコントローラにおける信号処理のフローチャートである。本発明に係る足底圧力提示装置の実施形態の構成を示す図である。本発明に係る足底圧力提示装置の実施例を示す図である図４に示す足底圧力提示装置におけるコントローラ部を示す図である。図４に示す足底圧力提示装置における足底圧センサの例を示す図である。本発明に係る足底圧力提示装置の実施例における皮膚感覚提示装置を腕に取り付けた例を示す図である。本発明に係る足底圧力提示装置を身体に装着した例を示す図である。

符号の説明

００１足底圧感覚障害者
００２皮膚感覚提示装置
００３コントローラ
００４足底圧センサ
００５足底圧力信号
００６ A/D変換
００７刺激量計算
００８ D/A変換
００９皮膚刺激信号
０１０刺激設定用ボリューム
０１１マイクロコンピュータ
０１２振動モータ
０１３電池
０１４電池のコネクタ
０１５振動モータのコネクタ
０１６足底圧センサのコネクタ
０１７爪先部の圧力センサ
０１８踵部の圧力センサ
０１９振動モータ取付け用の上腕サポータ
０２０振動モータ取付け用の前腕サポータ
０２１振動モータとコントローラを結ぶコード
０２２足底圧センサとコントローラを結ぶコード
１０２振動モータ
１０３コントローラ
１０４足底圧センサ

Claims

複数の圧力センサを配置した足底圧センサと、 AD変換機能と、DA変換機能と、演算機能と、皮膚感覚提示手段を備えることを特徴とする足底圧力提示装置
請求項１に記載の足底圧力提示装置において、足底内の異なる部位に作用する足底圧力の大きさを、それぞれ異なる位置に取り付けられた皮膚感覚提示手段を用いて足底圧力を提示することを特徴とする足底圧力提示装置
請求項１に記載の足底圧力提示装置において、装置全体を身体に着用することが可能であることを特徴とする足底圧力提示装置