JP2007260389A - 転倒推知装置および転倒用プロテクタ - Google Patents

Abstract

【課題】人がバランスを崩して転倒に至ることを短時間で推知できるとともに誤推知が少なく、また、大腿骨頚部の骨折を起こしやすい、臀部側面から地面等に落ちるような転倒は、特に確実に検出することができ、さらに、小型かつ軽量に構成することが可能な転倒推知装置、およびそれを用いたエアバッグ式の転倒用プロテクタを提供する。
【解決手段】 人の体幹に取り付けるための取り付け手段２と、前記体幹の前後方向の軸の軸周りにおける、体幹の運動の角速度を検知する角速度検知手段１６ａと、前記軸周りにおける、体幹の直立状態に対する傾斜角度を検知する傾斜角度検知手段１６ｂと、角速度検知手段１６ａにより検知された体幹の角速度、および、傾斜角度検知手段１６ｂにより検知された体幹の傾斜角度に基づいて、人が転倒することを推知して、該転倒を推知したことを表す所定の信号を出力する転倒推知手段１６ｃとを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、人が転倒することを推知して信号を出力する転倒推知装置、および、人が転倒した際に、身体の所定部位の損傷を防止する転倒用プロテクタに関する。

人が転倒した際に、骨折等の損傷を負ってしまう場合がある。特に高齢者や骨粗しょう症患者においては、若年の健常者に比較して骨の強度が弱くなっており、転倒したときに臀部の側部を地面や床に打って大腿骨頚部を骨折することが多い。特に高齢者が大腿骨頚部を骨折すると、統計上、寝たきり状態や認知症（痴呆症）になることが多いことが知られている。

そこで、転倒時に大腿骨頚部等を骨折しないよう、従来、衝撃吸収パッドを装着したパンツ等の衣類が用いられている。このような衝撃吸収パッド付き衣類が、特許文献１に開示されている。
特許文献１には、転倒時に打つことの多い身体の所定部位（例えば大腿骨頚部近傍の臀部）の対応位置に、衝撃吸収パッドを配設した、パンツ、ズボン下、アンダーシャツ等の衝撃吸収パッド付き衣類が記載されている。

しかしながら、衝撃吸収パッドが装着された衣類では、強い衝撃に対しては衝撃吸収効果が不十分であるという問題があり、また、衝撃吸収性を高めるべく衝撃吸収パッドを厚く形成した場合には、衝撃吸収パッドの対応部位（関節等）の動きを妨げてしまうといった問題がある。

このような問題を解決する手段として、エアバッグ式の転倒用プロテクタが提案されている。
特許文献２には、人の転倒を感知するセンサー部と、センサー部からの信号を受け取りガスを発生させるガス発生部と、身体の所定部位の対応位置に設けられ、ガス発生部により発生されたガスによって膨らむ（展開される）エアバッグ部とを備える転倒用のプロテクタが記載されている。
特許文献２記載の転倒用プロテクタは、人が転倒する際、身体が地面等に衝突する前にセンサー部により人の転倒を感知し、ガス発生部からのガスによりエアバッグを展開させて、前記所定部位の損傷を防止する。

このようなエアバッグ式の転倒用プロテクタによれば、従来の衝撃吸収パッドを備えたプロテクタと比較し、強い衝撃をも好適に吸収して身体の損傷を防げるとともに、バッグが萎んだ状態のときには、身体の対応部位（関節等）の動きを妨げるといった問題もないというメリットがある。

ところで、特許文献２記載の技術においては、センサー部は、加速度、傾斜角度、筋肉の緊張、地上との距離等から、人の転倒を感知するとの記載がみられる（特許文献２ 段落００１１参照）が、転倒を検出するための具体的な構成については、特段の記載がない。

人の転倒を検出するための具体的な構成の一例が、特許文献３に開示されている。
特許文献３記載の転倒判定装置は、被験者の体幹に取り付けた互いに直行する３軸の方向の加速度、及び、前記３軸周りの角速度を検知するセンサの検出値に基づいて、被験者の体幹の鉛直方向の変位を所定の演算式（特許文献３ 請求項２参照）で算出し、その変位に基づいて被験者の転倒を判定する。さらに、被験者が転倒したと判定されたときには、予め設定された連絡先に被験者の転倒を連絡する連絡部を備える（特許文献３ 請求項３等参照）。

特開２００３−３００４号公報 特開平１１−３３５９１１号公報 特開２００５−２３７５７６号公報

さて、エアバッグ式の転倒用プロテクタにおいては、人がバランスを崩してから転倒して地面等に衝突するまでの短い時間に、エアバッグの展開が完了している必要がある。したがって、人がバランスを崩して転倒に至ることを、短時間で推知できることが求められるという課題がある。

また、一度エアバッグを展開させると、再使用のためにはエアボンベを交換するなどの再設定が必要となる。したがって、転倒でないのに転倒であると誤推知してエアバッグを展開してしまうと、コストや労力の無駄となるため、前記誤推知を極力発生させないことが求められるという課題がある。

また、その上で、重大な障害を引き起こす可能性の高い前述の大腿骨頚部の骨折を防止すべく、特に大腿骨頚部の骨折を起こしやすい、臀部側面から地面等に落ちるような転倒は確実に検出することが求められているという課題がある。

さらに、エアバッグ式の転倒用プロテクタは、人が日常身に付けるものであるから、小型かつ軽量に構成する要請があるという課題がある。

この点、前記特許文献２には、加速度、傾斜角度等から人の転倒を感知する旨の記載がみられるのみであって、人の転倒を短時間に推知するとともに誤推知を防ぎ、さらに小型かつ軽量に構成するための具体的な構成については、特段の記載はなされていない。

また、特許文献３に記載の転倒判定装置は、体幹の鉛直方向の変位を算出するものであるから、人が転倒したことを事後的に検知することはできるが、人が転倒することを、身体が地面等に衝突するまでの短時間に推知することはできない。
また、特許文献３の段落００３８には、「起き上がったり、寝転んだりして加速度センサが反応した場合でも、それが転倒によるものか否かを判定することができる。これにより、誤判定を減少させ、より正確な判定が可能になる」との記載がみられるが、例えば転倒と寝転がる動作とでは体幹の鉛直方向の変位はほぼ同じであると考えられるところ、それらをどのように判定するのか、その構成が不明である。また、特許文献３の段落００３９では、「他の指標も考慮して被験者の転倒を判定することにより、転倒判定の確実性をさらに向上させることができる」旨の記載があるが、その構成も明確に記載されていない。
さらに、特許文献３記載の転倒判定装置は、３軸の方向の加速度、及び、前記３軸周りの角速度を検知するセンサのそれぞれを要するものであり、すなわち多数のセンサが必要であるために、装置の小型化および軽量化が困難なものである。

本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、人がバランスを崩して転倒に至ることを短時間で推知できるとともに誤推知が少なく、また、大腿骨頚部の骨折を起こしやすい、臀部側面から地面等に落ちるような転倒は、特に確実に検出することができ、さらに、小型かつ軽量に構成することが可能な転倒推知装置、およびそれを用いたエアバッグ式の転倒用プロテクタを提供することにある。

本願発明者らは、上記課題を解決すべく、特に高齢者を中心に、日常動作時と転倒時との身体の運動の相違について鋭意研究を重ねたところ、日常動作時には、体幹の前後方向の軸の軸周りにおける、体幹の運動の角速度、および体幹の直立状態に対する傾斜角度が、同時には大きく変化せず、他方、転倒（特に臀部側面から地面等に落ちるような転倒）時には、それらが同時に変化することを見出し、これに基づいて本願発明を完成させた。

本願発明に係る転倒推知装置は、上記課題を解決するために、以下の構成を備える。すなわち、人の体幹に取り付けるための取り付け手段と、前記体幹の前後方向の軸の軸周りにおける、体幹の運動の角速度を検知する角速度検知手段と、前記体幹の前後方向の軸の軸周りにおける、体幹の直立状態に対する傾斜角度を検知する傾斜角度検知手段と、前記角速度検知手段により検知された体幹の角速度、および、前記傾斜角度検知手段により検知された体幹の傾斜角度に基づいて、人が転倒することを推知して、該転倒を推知したことを表す所定の信号を出力する転倒推知手段とを備えることを特徴とする。
これによれば、前記軸周りにおける、体幹の運動の角速度、および体幹の直立状態に対する傾斜角度を検出するのみの簡単な構成で、人がバランスを崩してから短時間に、かつ日常動作と誤認することなく、転倒（特に臀部側面から地面等に落ちるような転倒）を推知することができる。

さらに、前記転倒推知手段は、前記角速度検知手段により検知された体幹の角速度、および、前記傾斜角度検知手段により検知された体幹の傾斜角度が、それぞれ所定の閾値よりも大きいとき、人が転倒すると推知することを特徴とする。

さらに、前記体幹の角速度の前記所定の閾値は、毎秒４０°〜６０°であり、前記体幹の傾斜角度の前記所定の閾値は、１０°〜２０°であることを特徴とする。
これによれば、誤推知が少なく、かつ転倒（特に臀部側面から地面等に落ちるような転倒）をほぼ確実に推知することができることが、実験により確認された。

さらに、前記体幹の角速度の前記所定の閾値は、毎秒５０°であることを特徴とする。
また、前記体幹の傾斜角度の前記所定の閾値は、１５°であることを特徴とする。
これによれば、さらに誤推知が少なく、かつ転倒（特に臀部側面から地面等に落ちるような転倒）をさらに確実に推知することができることが、実験により確認された。

また、前記体幹の前後方向の軸の軸周りの角速度を検出可能に設けられた角速度センサと、前記体幹の左右方向の加速度を検出可能に設けられた横軸加速度センサとを備え、前記角速度検知手段は、前記角速度センサの検出値に基づいて、前記体幹の運動の角速度を検知し、前記傾斜角度検知手段は、前記角速度検知手段により検知された前記体幹の角速度と、前記横軸加速度センサにより検出された前記体幹の左右方向の加速度とに基づいてカルマンフィルタ処理を行って、前記体幹の前後方向の軸の軸周りにおける傾斜角度を算出して検知することを特徴とする。
これによれば、多数のセンサを用いることなく、装置を小型かつ軽量に構成することができるとともに、前記傾斜角度を高精度に検知することができる。

また、前記体幹の重力方向の加速度を検知する重力方向加速度検知手段を備え、前記転倒推知手段は、前記重力方向加速度検知手段により検知された体幹の重力方向の加速度が所定の閾値よりも大きいときには、前記体幹の前後方向の軸の軸周りにおける角速度および傾斜角度が転倒を推知する条件を満たした場合であっても、例外的に、前記所定の信号を出力しないことを特徴とする。
これによれば、体幹が重力方向に移動することによって、体幹の重力方向の加速度が重力加速度（ｇ）よりも小さい所定の閾値より、さらに小さくなったときのみ、人が転倒したと推知するから、さらに誤推知を少なくすることができる。

また、前記取り付け手段により、人の腹部または胸部に取り付け可能に設けられていることを特徴とする。
これによれば、装置を、曲げ動作等の少ない腹部または胸部に取り付けることができ、装置の位置ずれ等が発生しにくく、精度の高い推知を行うことができる。

また、前記体幹の直立状態に対する傾斜角度が所定角度より大きいことを検知する傾斜検知手段を備え、前記転倒推知手段は、前記傾斜検知手段が前記体幹の傾斜角度が前記所定角度より大きいことを検知している状態においては、前記体幹の前後方向の軸の軸周りにおける角速度および傾斜角度が転倒を推知する条件を満たした場合であっても、例外的に、前記所定の信号を出力しないことを特徴とする。
これによれば、寝たり起きたりする動作や、寝た状態中の動作を、転倒動作として誤推知してしまうことを、より的確に防ぐことができる。

また、人の臀部、および股関節の前面の少なくとも一方に取り付けられて、臀部、および股関節の前面の少なくとも一方の圧迫を検出可能な感圧センサに接続され、前記転倒推知手段は、前記感圧センサが前記圧迫を検出しているときには、前記体幹の前後方向の軸の軸周りにおける角速度および傾斜角度が転倒を推知する条件を満たした場合であっても、例外的に、前記所定の信号を出力しないことを特徴とする。
これによれば、臀部を椅子や床等に着けて行う座る動作や寝転がる動作、および、股関節を曲げてかがみこむ動作やかがんだ状態での動作を、転倒動作として誤推知してしまうことを、より的確に防ぐことができる。

また、本願発明に係る転倒用プロテクタは、上記課題を解決するために、以下の構成を備える。すなわち、人が転倒した際に、身体の所定部位の損傷を防止する転倒用プロテクタにおいて、請求項１〜１０のうちのいずれか一項記載の転倒推知装置と、前記所定部位、または該所定部位の近傍に取り付け可能に設けられたエアバッグと、前記転倒推知装置の前記転倒推知手段から前記所定の信号を受信した際に、前記エアバッグを展開するエアバッグ展開手段とを備えることを特徴とする。
これによれば、人がバランスを崩してから短時間に、かつ日常動作と誤認することなく、転倒（特に臀部側面から地面等に落ちるような転倒）を推知して、エアバッグの展開をすることができる。

さらに、前記所定部位は、大腿骨頚部であり、前記エアバッグは、人の転倒時の大腿骨頚部の損傷を防止すべく、大腿骨頚部近傍の臀部に取り付け可能に設けられていることを特徴とする。
これによれば、転倒時に大腿骨頚部近傍の臀部から地面に落ちても、大腿骨頚部の骨折を好適に防止することができる。

また、人の腰回りおよび／または臀部回りに着脱可能に設けられた布体を備え、前記エアバッグは、人が前記布体を着けた際に、前記所定部位、または該所定部位の近傍に位置するよう、布体上に配設されていることを特徴とする。
これによれば、布体を身体に着けることで、転倒用プロテクタを身体に取り付けることができる。

さらに、前記転倒推知装置は、人が前記布体を着けた際に、人の腹部に位置するよう、布体上に配設されていることを特徴とする。
これによれば、布体を身体に着けることで、曲げ動作等の少ない腹部に転倒推知装置を簡単に取り付けることができ、装置の位置ずれ等が発生しにくく、精度の高い転倒の推知を行うことができる。

また、前記転倒推知装置は、請求項１０記載の転倒推知装置であり、前記感圧センサは、前記布体を腰周りに着けた際に、人の臀部、および股関節の前面の少なくとも一方に位置するよう、布体上に配設されていることを特徴とする。
これによれば、布体を身体に着けることで簡単に感圧センサを臀部、および股関節の前面の少なくとも一方に取り付けることができ、臀部を椅子や床等に着けて行う座る動作や寝転がる動作、および、股関節を曲げてかがみこむ動作やかがんだ状態での動作を、転倒動作として誤推知してしまうことを、より的確に防ぐことができる。

本発明に係る転倒推知装置によれば、人がバランスを崩して転倒に至ることを短時間で推知できるとともに誤推知が少なく、また、大腿骨頚部の骨折を起こしやすい、臀部側面から地面等に落ちるような転倒は、特に確実に検出することができ、さらに、小型かつ軽量に構成することができる。
また、本発明に係る転倒用プロテクタによれば、人がバランスを崩してから短時間に、かつ日常動作と誤認することなく、転倒（特に臀部側面から地面等に落ちるような転倒）を推知して、エアバッグの展開をすることができる。

以下、本願発明に係る転倒推知装置および転倒用プロテクタを実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本実施の形態に係る転倒用プロテクタＰの説明図である。
転倒用プロテクタＰは、人の腰回りおよび臀部回りに着脱可能に設けられた長方形状の布体２を備える。布体２は、その一長辺の縁部に、伸縮性を有する材料であるゴムにより構成されたベルト部２ａを有する（図１は、ベルト部２ａを伸ばした状態を示している）。また、布体２は、その両短辺の縁部に、互いにくっつき合うマジック部２ｂ，２ｃを有する。

図２は、転倒用プロテクタＰを人の腰回りおよび臀部回りに着けた状態を示し、（ａ）は、その正面説明図であり、（ｂ）は、Ｘ−Ｘ断面説明図である。転倒用プロテクタＰは、布体２を人の腰回りおよび臀部回りを覆うように巻いて、マジック部２ｂ，２ｃ（図１参照）同士を貼り合わせることで、人の腰回りおよび臀部回りに取り付けることができる。この際、ゴムから成るベルト部２ａの伸縮性により、転倒用プロテクタＰ（布体２）は腰回りおよび臀部回りに保持される。

布体２上には、２つのエアバッグ４ａ，４ｂが取り付けられている。図２（ａ），（ｂ）に示すように、エアバッグ４ａ，４ｂは、人が布体２を着けた際に、大腿骨頚部Ｂ近傍の臀部、すなわち臀部の側面がわに位置するよう、布体２上に配設されている。
エアバッグ４ａ，４ｂは、特に限定されないが、それぞれ容積が２００〜３００ｍｌ程度のものを採用するとよい。なお、エアバッグの容積は、使用者の体格に応じて、体重が重いほど大きい容積のエアバッグを採用するようにするとよい。

さらに、布体２上には、制御ユニットＵが取り付けられている。図２（ａ），（ｂ）に示すように、制御ユニットＵは、人が布体２を着けた際に、腹部の臍の位置またはその近傍に位置するよう、布体２上に配設されている。
制御ユニットＵは、後述する転倒推知装置Ａと、エアバッグ４ａ，４ｂ内にエアを吹き込ませてエアバッグ４ａ，４ｂを展開させるための後述するエアバッグ展開手段１８とを有する。
転倒推知装置Ａは、布体２上に設けられていることで、布体２が人に取り付けられることで、人の体幹に取り付けられる。すなわち、布体２は、転倒推知装置Ａを人の体幹に取り付けるための取り付け手段を成している（兼ねている）。
またさらに、布体２上には、エアバッグ展開手段１８のエアボンベ１８ａ（後述）から吹き出すエアを各エアバッグ４ａ，４ｂ内へ導くチューブ６ａ，６ｂが設けられている。

また、布体２上には、感圧センサ８ａ，８ｂが設けられている。図２（ａ），（ｂ）に示すように、感圧センサ８ａ，８ｂは、人が布体２を着けた際に臀部に位置するよう、布体２上に配設されている。感圧センサ８ａ，８ｂは、薄膜状に設けられ、その少なくとも一部に、面に垂直な方向の押圧力が掛かったことを検出するセンサであり、例えば人が座ったり寝転がったりしたこと等により、臀部に押圧力（圧迫力）が掛かったことを検出するために設けられている。
感圧センサ８ａ，８ｂは、制御ユニットＵの転倒推知装置Ａに接続され、臀部に押圧力（圧迫力）が掛かった際に、転倒推知装置Ａに対し信号を出力する。
感圧センサ８ａ，８ｂは、特に限定されないが、厚さ０．２ｍｍ程度の薄膜感圧センサを採用するとよい。

なお、感圧センサ８ａ，８ｂは、臀部の位置でなく、股関節の前面（下腹部と脚との間の、脚の付け根の前面、言い換えれば、股関節を前方に屈曲させた際に折れ曲がる箇所）に位置するよう配設してもよい。この場合、股関節を曲げてかがみこむ動作やかがんだ状態での動作を検出することができる。もちろん、感圧センサを、臀部と、股関節の前面との両方の位置に配設してもよい。

次に、制御ユニットＵの構成について説明する。
図３は、制御ユニットＵおよびそれに含まれる転倒推知装置Ａの構成を示すブロック図である。
図３に示すように、制御ユニットＵは、転倒推知装置Ａと、エアボンベ１８ａおよびエアボンベ開封機構１８ｂから成るエアバッグ展開手段１８とを有する。

本実施の形態に係る転倒推知装置Ａは、人の体幹の前後方向の軸の軸周りの角速度を検出可能に設けられた角速度センサ１０と、前記体幹の左右方向の加速度を検出可能に設けられた横軸加速度センサ１２と、前記体幹の上下方向の加速度を検出可能に設けられた縦軸加速度センサ１４と、体幹の直立状態に対する傾斜角度が所定角度より大きいこと検知する傾斜検知手段としての傾斜センサ１５と、ＣＰＵやメモリ等を有し、ＣＰＵによりＲＯＭに記録されたファームウェアプログラムを実行することにより、各種の機能を実現する制御部１６とを備える。

なお、「人の体幹の前後方向の軸」とは、図４中のｘ軸のことであり、言い換えれば、体幹の正面が向かう方向の軸のことである。また、「人の体幹の左右方向の軸」とは、図４中のｙ軸のことであり、「人の体幹の上下方向の軸」とは、図４中のｚ軸のことである。
すなわち、制御ユニットＵが取り付けられる人の腹部の臍の位置を原点とする体幹の前後方向、左右方向、上下方向にそれぞれ対応するｘ軸，ｙ軸，ｚ軸の３軸を想定し、角速度センサ１０はｘ軸の軸周りの角速度を検出可能なように、制御ユニットＵ（転倒推知装置Ａ）内に位置決めされて配設されている。同様に、横軸加速度センサ１２はｙ軸の、縦軸加速度センサ１４はｚ軸の、それぞれ加速度を検出可能なように、制御ユニットＵ（転倒推知装置Ａ）内に位置決めされて配設されている。傾斜センサ１５は、体幹のｘ軸周りおよびｙ軸周りの傾斜角度が、所定角度より大きいこと（体幹が傾斜していること）を検出可能に設けられる。このためには、例えば、傾斜センサ１５を、ｘ軸周りの傾斜を検出するセンサと、ｙ軸周りの傾斜を検出するセンサとの、２つのセンサから構成すればよい。なお、本発明はこの構成に限定されるわけではなく、傾斜センサ１５を、特定の軸周りのみ（たとえばｙ軸周りのみ）の傾斜を検出するよう構成してもよい。

制御部１６は、ＲＯＭに記録されたファームウェアプログラムを実行することにより、角速度検知手段１６ａ、傾斜角度検知手段１６ｂ、重力方向加速度検知手段１６ｃ、および転倒推知手段１６ｄを実現可能に設けられる。

角速度検知手段１６ａは、角速度センサ１０の検出値に基づいて、体幹の前後方向の軸（ｘ軸）の軸周りにおける、体幹の運動の角速度を検知する。

傾斜角度検知手段１６ｂは、角速度検知手段１６ａにより検知された前記体幹の角速度と、横軸加速度センサ１２により検出された前記体幹の左右方向の加速度とに基づいて、公知のカルマンフィルタ処理を実行して、前記体幹の前後方向の軸（ｘ軸）の軸周りにおける、前記体幹の傾斜角度を算出して検知する。
図５はカルマンフィルタの原理を表す式であり、この式に基づいてｘ軸周りにおける体幹の傾斜角度θ_estが求められる。なお、傾斜角度検知手段１６ｂが実行するカルマンフィルタ処理は、図５で表された数式に基づく演算をそのままソフトウェア的に実現するものであるから、具体的な処理アルゴリズムについては説明を省略する。

なお、図５中のθ^ACCは、横軸加速度センサ１２で検出された左右方向加速度Ａyに基づいて、θ^ACC= sin^-1(Ay/g) （gは重力加速度）の計算によって算出される値である。すなわち、図６に示すように、体幹が、直立状態から、体幹の前後方向の軸（ｘ軸）の軸周りのみで傾斜した場合、横軸加速度センサ１２は、その傾斜角度θ^ACCに応じた加速度Ay = g・sinθ^ACCを検出することになる。θ^ACCは、この式で表される傾斜角度を示すものである（なお、実際には、体幹はｘ軸の軸周りのみで傾斜するとは限らないため、このθ^ACCをもって体幹のｘ軸の軸周りの傾斜角度とするのは、精度を欠く）。

重力方向加速度検知手段１６ｃは、縦軸加速度センサ１４の検出値に基づいて、体幹の重力方向の加速度を検知する。

傾斜センサ１５は、体幹のｘ軸周りおよびｙ軸周りの傾斜角度が、所定角度より大きいこと（体幹が傾斜していること）を検出する。
後述するように、寝たり起きたりする動作や、寝た状態中の動作を、転倒推知手段１６ｄが転倒動作として誤推知してしまうことを的確に防ぐために、傾斜センサ１５が用いられる。すなわち、傾斜センサ１５は、体幹の所定角度以上の傾斜を検出している状態（寝たり起きたりする動作中や、寝た状態）では、転倒を推知しないよう制御するために用いられる。
ここで、転倒中には体幹が傾斜するため、単に体幹が傾斜していることを以って転倒を推知しないよう転倒推知手段１６ｄを構成してしまうと、転倒を正しく推知できない。したがって、傾斜センサ１５は、転倒の動作が起こる前における、体幹の傾斜状態を検知するよう構成される。例えば、傾斜センサ１５は、傾斜状態の出力値を、遅延回路により所定時間だけ遅延させて、制御部１６（転倒推知手段１６ｄ）に出力するよう構成される。あるいは、制御部１６に、所定時間分の傾斜センサ１５の出力値を記憶するバッファを設け、転倒推知手段１６ｄが所定時間分前の傾斜センサ１５の出力値を参照するよう構成してもよい。

転倒推知手段１６ｄは、角速度検知手段１６ａにより検知された体幹の角速度、および傾斜角度検知手段１６ｂにより検知されたｘ軸の軸周りにおける体幹の傾斜角度が、それぞれ所定の閾値よりも大きく、なおかつ、重力方向加速度検知手段１６ｃにより検知された体幹の重力方向の加速度が所定の閾値よりも小さく、なおかつ、感圧センサ８ａ，８ｂが前記臀部への圧迫（押圧）を検出しておらず、さらになおかつ、傾斜センサ１５の所定時間だけ前の出力値がＯＦＦ信号であった（体幹の直立状態に対する傾斜角度が所定角度より大きいと検知していない）状態であったとき、エアボンベ開封機構１８ｂに対して所定の信号を出力する。

好適には、前記体幹の角速度の所定の閾値は、毎秒５０°、前記体幹のｘ軸の軸周りにおける傾斜角度の所定の閾値は、１５°、前記体幹の重力方向の加速度の所定の閾値は、８．８２ｍ／ｓ²、傾斜センサ１５が体幹の傾斜を検知する閾値である前記所定角度は、４５〜７５°、傾斜センサ１５の出力値を読み取る遅延時間は、０．５〜１ｓに設定するとよい。

転倒推知手段１６ｄの処理を図７のフローチャートを用いて説明する。
転倒推知手段１６ｄは、転倒推知装置Ａの電源が投入されて制御部１６による所定の初期化処理が終了すると実行され、図７のフローチャートで表される所定の処理を行う。

転倒推知手段１６ｄは、まず、前述した角速度検知手段１６ａが検出した角速度ω^gyroを取得する（ステップＳ１）。同様に、転倒推知手段１６ｄは、傾斜角度検知手段１６ｂが検出した傾斜角度θ_estを取得する（ステップＳ２）。さらに、転倒推知手段１６ｄは、重力方向加速度検知手段１６ｃが検出した重力方向加速度Ａzを取得する（ステップＳ３）。
なお、これらステップＳ１〜Ｓ３の処理は、特に限定されるものではないが、例えば、角速度検知手段１６ａ、傾斜角度検知手段１６ｂ、重力方向加速度検知手段１６ｃの処理をサブルーチン化して転倒推知手段１６ｄが呼び出すよう構成してもよいし、または、角速度ω^gyro、傾斜角度θ_est、重力方向加速度Ａzの各値をメモリの所定領域に随時記憶させ、それを転倒推知手段１６ｄが参照するよう構成してもよい。

続いて、転倒推知手段１６ｄは、角速度ω^gyro、傾斜角度θ_estの各値が所定の閾値（それぞれ、毎秒５０°，１５°）より大きく、なおかつ、重力方向加速度Ａzの値が所定の閾値（８．８２ｍ／ｓ²）より小さいか否かを判定する（ステップＳ４）
ステップＳ４の判定で、これらの値のうち少なくとも一つでも前記条件を満たさないものがあれば（図７中のステップＳ４の“ＮＯ”）、転倒推知手段１６ｄは前記ステップＳ１〜Ｓ４の処理を再び繰り返して実行する。

また、ステップＳ４の判定で、全ての値が前記条件を満たした場合には（図７中のステップＳ４の“ＹＥＳ”）、感圧センサ８ａ，８ｂのいずれかが臀部の圧迫を感知しているか、または、傾斜センサ１５が、体幹の傾斜角度が前記所定角度より大きいと検知していたか否かを判定する（ステップＳ５）。
ステップＳ５の判定で、感圧センサ８ａ，８ｂが圧迫を感知しているか、または傾斜センサ１５が所定角度以上の傾斜を検知していた場合には、転倒推知手段１６ｄは前記ステップＳ１〜Ｓ５（もしくはＳ１〜Ｓ４）の処理を再び繰り返して実行する。

また、ステップＳ５の判定で、感圧センサ８ａ，８ｂが圧迫を感知しておらず、なおかつ傾斜センサ１５が所定角度以上の傾斜を検知していなかった場合には、転倒推知手段１６ｄは、エアバッグ展開手段１８（エアボンベ開封機構１８ｂ）へ前記所定の信号の出力を行う（ステップＳ６）。
すなわち、転倒推知手段１６ｄは、ステップＳ６に係るエアバッグ展開手段１８（エアボンベ開封機構１８ｂ）への信号出力の処理を行わない限り、ステップＳ１〜Ｓ４もしくはステップＳ１〜Ｓ５の処理を繰り返し、角速度ω^gyro、傾斜角度θ_est、重力方向加速度Ａzを常時監視するポーリング状態となっている。

エアボンベ開封機構１８ｂは、転倒推知手段１６ｄから前記所定の信号を受けると、エアボンベ１８ａを開封することで、チューブ６ａ，６ｂを介してエアボンベ１８ａ内のエアをエアバッグ４ａ，４ｂ内に導入してエアバッグ４ａ，４ｂを展開させる。
エアボンベ開封機構１８ｂの構成は、特に限定されないが、例えば、中空に形成され、その中空の空間がチューブ６ａ，６ｂに連通する針を備え、前記所定の信号を受けた際にはこの針をエアボンベ１８ａを封している部材に刺して、エアボンベ１８ａ内のエアを、中空の針の内部空間およびチューブ６ａ，６ｂを介してエアバッグ４ａ，４ｂに導く構成にするとよい。

次に、本実施の形態における転倒推知装置Ａによって、転倒を的確に推知できるとともに、日常動作を転倒と誤推知することがほとんどないことを、実験データに基づいて説明する。

図８は、本実施の形態に係る転倒推知装置Ａにより検出された、人が転倒した際の、体幹の前後方向の軸の軸周りにおける、体幹の直立状態に対する傾斜角度の遷移を表すグラフ（図８（ａ））と、そのときの、前記軸周りにおける、体幹の運動の角速度の遷移を表すグラフ（図８（ｂ））である。
図８（ａ），（ｂ）のグラフの縦軸は、前記ｘ軸周りにおける体幹の傾斜角度および体幹の角速度をそれぞれ表しているが、便宜上、プラスの値は被験者からみて右回り、マイナスの値は被験者からみて左回りの方向の傾斜角度および各速度を、それぞれ表している。なお、本グラフにおいては、便宜上、右回り方向の値と左回り方向の値をそれぞれ正と負の値で表しているが、本願特許請求の範囲および詳細な説明における各閾値は、それぞれ傾斜角度および角速度の絶対値により表現されている。

図８のグラフでは、時間軸（横軸）上の６．９３ｓの時点あたりで人がバランスを崩し、７．２０ｓの時点あたりで、前記体幹のｘ軸周りの傾斜角度と角速度との両者が、それぞれ１５°と毎秒５０°を超えている。このケースでは、身体が地面に接地する時点は、７．４９ｓあたりであり、前記閾値を超えることにより転倒推知手段１６ｄが転倒を推知してエアバッグ展開手段１８を起動してから、身体が接地するまでに、２９０ｍｓ程度の時間がある。
本実施の形態に係る２００〜３００ｍｌ程度のエアバッグ４ａ，４ｂの展開を完了するには、エアボンベの開封から約２００ｍｓ程度掛かるところ、このケースでは、身体が接地するまでにエアバッグ４ａ，４ｂを展開することが可能である。

図９は、図８とは別人の転倒時のケースを示した同様のグラフであるが、この場合も、５．７４ｓあたりの時点で転倒を推知でき、接地までに３３０ｍｓ程度の時間があり、接地前にエアバッグ４ａ，４ｂを展開することができることが分かる。

さて、図８と同じ実験データを用い、前記傾斜角度と前記角速度との前記所定の閾値を、それぞれ２２°と毎秒６２°とした場合について考察する。この場合、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、転倒の推知時点は７．３４ｓあたりとなり、接地までに１５０ｍｓ程度の余裕しかなく、エアバッグ４ａ，４ｂの展開が間に合わなくなることが分かる。

本願発明者らは、鋭意実験を重ねた結果、前記傾斜角度の閾値は２０°以下、前記各速度の閾値は毎秒６０°以下に設定すれば、転倒の推知から身体が接地するまでに、約２００ｍｓ以上の、エアバッグ４ａ，４ｂを展開するのに十分な時間を確保できることを確認した。

さて、前述の通り前記傾斜角度の閾値は２０°以下、前記各速度の閾値は毎秒６０°以下に設定すべきであることが明らかとなったが、これらの閾値をあまりに低く設定すると、転倒以外の日常動作でも転倒であると誤推知してしまう場合が出る。したがって、以下、各閾値の好適な下限値について考察する。

図１１、図１２、図１３は、日常動作として、それぞれ、歩行動作、階段の上り動作、椅子への着席動作をした時の、前記体幹の傾斜角度および角速度の遷移を、それぞれ傾斜角度検知手段１６ｂおよび角速度検知手段１６ａにより検出したグラフである。
これらのグラフからも読み取れるが、本願発明者らは実験の結果、日常動作では、前記角速度は大きく振れる場合があるものの、体幹の前後方向の軸の軸周りでの前記傾斜角度は、１０°を超えることはほとんどなく、１５°を超えることはさらにほぼ皆無に等しいことを見出した。また、前記角速度に関しては、毎秒４０°以上とすれば、日常動作ではｘ軸周りの傾斜角度と同時にそれぞれ閾値を超えることはほとんどなく、より好適には毎秒５０°程度に設定することが望ましいことを見出した。

なお、本実施の形態において、転倒推知手段１６ｄは、角速度検知手段１６ａにより検知された体幹の角速度、および、傾斜角度検知手段１６ｂにより検知された体幹の傾斜角度が、それぞれ所定の閾値よりも大きいとき、人が転倒すると推知するよう構成した。
しかしながら、本願発明における転倒推知手段は、この構成に限定されるものではなく、前記角速度検知手段により検知された体幹の角速度、および、前記傾斜角度検知手段により検知された体幹の傾斜角度に基づいて、人の転倒を推知するものを全て含む。
例えば、転倒推知手段は、前記体幹の角速度および傾斜角度の値のそれぞれを単純に閾値と比較するのではなく、それらを所定の関数に代入して複合的な計算を行い、その計算結果に基づいて転倒を推知するよう構成してもよい。また、この関数は固定的なものに限定されず、例えば、統計学習理論に基づく学習法の一つとして公知であるサポートベクターマシンの技術を用いて、条件を学習するよう構成してもよい。

また、本実施の形態においては、転倒推知手段１６ｄは、転倒を推知する上で、重力方向の加速度も参酌するよう構成したが、これは、重力方向の加速度を参酌しない構成を採用して実験した結果、被験者が一歩毎に足を踏み出す方向を左右に入れ替えるようなジグザグ歩行やＳ字歩行を行った際に、本実施の形態に係る転倒推知装置Ａが、被験者が転倒したと誤推知するケースがあったためである。すなわち、この誤推知を防ぐために、体幹の重力方向の加速度が、重力加速度ｇよりも小さい所定の閾値よりさらに小さい（すなわち体幹が重力方向に所定の加速度で落下している）ことを、転倒を推知する条件に加えたものである。したがって、このような不自然な動作を転倒と誤推知してしまう特殊なケースを除けば、必ずしも、転倒を推知する上で重力方向の加速度を参酌する構成を採る必要はない。特に本転倒推知装置Ａを、高齢者等の動作がゆっくりで単調である人に適用する場合には、必ずしも重力方向の加速度を参酌する構成は採用しなくともよい。

また、本実施の形態に係る転倒用プロテクタＰおいては、臀部に感圧センサ８ａ，８ｂを設け、これが圧迫を感知しているときにはエアバッグ４ａ，４ｂの展開を行わない構成とした。これは、例えば椅子に座った状態から身をよじりながら背もたれにもたれかかる動作や、床に座った状態から身をよじりながら寝転がる動作を行った際に、転倒であると誤推知してしまうことを防ぐものである。この構成も有効であるが、用途条件に応じて取捨選択してよい。

また、前述のように、感圧センサ８ａ，８ｂを股関節の前面に位置するよう設けて、これが圧迫を感知しているときにはエアバッグ４ａ，４ｂの展開を行わない構成とした場合には、股関節を曲げてかがみこむ動作やかがんだ状態での動作を、転倒であると誤推知してしまうことを防ぐことができる。
もちろん、感圧センサを臀部と、股関節の前面との両方に設ければ、いずれの誤推知をも防ぐことができ好適である。

さらに、本実施の形態に係る転倒用プロテクタＰおよび転倒推知装置Ａにおいては、傾斜センサ１５を設け、体幹の傾斜角度が前記所定角度以上の状態であったときには、エアバッグ４ａ，４ｂの展開を行わない構成とした。これは、寝たり起きたりする動作や、寝た状態中の動作を、転倒であると誤推知してしまうことを防ぐものである。この構成も有効であるが、用途条件に応じて取捨選択してよい。

また、本実施の形態においては、角速度検知手段１６ａおよび傾斜角度検知手段１６ｂは、角速度センサ１０および横軸加速度センサ１２を用いて前記体幹のｘ軸周りの角速度および傾斜角度を検出するよう構成したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、前記体幹の角速度および傾斜角度を検知や算出することができるものであれば、他のセンサを採用してもよい。

また、本実施の形態に係る転倒用プロテクタＰにおいては、大腿骨頚部Ｂの対応位置にエアバッグ４ａ，４ｂを配設したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば転倒時に打ちやすい頭部や肘や肩や背中等の他の部位の対応位置に、エアバッグを配設してもよい。
また、布体をパンツやズボン状に構成してもよいし、上半身に装着する場合にはベスト状等に構成してもよい。特に転倒用プロテクタＰを上半身に取り付ける場合には、転倒推知装置や制御ユニットは、曲げ動作等の動きの少ない胸部に位置するよう配設すると、位置ずれを起こしにくく好適である。

本実施の形態に係る転倒推知装置Ａによれば、人がバランスを崩して転倒に至ることを短時間で推知できるとともに誤推知が少ない。また、体幹の前後方向の軸の軸周りに所定の角速度を持った転倒、すなわち側方への転倒は特に確実に推知できることから、大腿骨頚部の骨折を起こしやすい、臀部側面から地面等に落ちるような転倒は、特に確実に検出することができる（なお、転倒の際にはほとんどの場合、体幹は、その前後方向の軸の軸周りに所定の角速度を持った運動を行うことから、ほとんどの転倒は検知可能である）。さらに、従来のように３軸の角速度センサおよび３軸の加速度センサを採用する構成に比較して、少ないセンサ数で正確な推知を行うことができ、小型・軽量かつ経済的に構成することができる。

また、本実施の形態に係る転倒用プロテクタＰによれば、人がバランスを崩してから短時間に、かつ日常動作と誤認することなく、転倒（特に臀部側面から地面等に落ちるような転倒）を推知して、エアバッグ４ａ，４ｂの展開をすることができる。

本発明に係る転倒用プロテクタの説明図である。 本発明に係る転倒用プロテクタを人の腰回りおよび臀部回りに着けた状態を示し、（ａ）は、その正面説明図であり、（ｂ）は、Ｘ−Ｘ断面説明図である。 制御ユニットＵおよびそれに含まれる本発明に係る転倒推知装置Ａの構成を示すブロック図である。 人の体幹の前後方向の軸（ｘ軸）、左右方向の軸（ｙ軸）、上下方向の軸（ｚ軸）の説明図である。 カルマンフィルタの原理を示す式を表す図である。 横軸加速度センサによる傾斜角度θ^ACCの求め方の説明図である。 転倒推知手段の処理を表すフローチャートである。 （ａ）は、人が転倒した際の、体幹の前後方向の軸の軸周りにおける、体幹の直立状態に対する傾斜角度の遷移を表すグラフであり、（ｂ）は、そのときの、前記軸周りにおける、体幹の運動の角速度の遷移を表すグラフである。 （ａ）は、人が転倒した際の、体幹の前後方向の軸の軸周りにおける、体幹の直立状態に対する傾斜角度の遷移を表すグラフであり、（ｂ）は、そのときの、前記軸周りにおける、体幹の運動の角速度の遷移を表すグラフである。 （ａ）は、人が転倒した際の、体幹の前後方向の軸の軸周りにおける、体幹の直立状態に対する傾斜角度の遷移を表すグラフであり、（ｂ）は、そのときの、前記軸周りにおける、体幹の運動の角速度の遷移を表すグラフである。 （ａ）は、人が歩行動作をした際の、体幹の前後方向の軸の軸周りにおける、体幹の直立状態に対する傾斜角度の遷移を表すグラフであり、（ｂ）は、そのときの、前記軸周りにおける、体幹の運動の角速度の遷移を表すグラフである。 （ａ）は、人が階段の上り動作をした際の、体幹の前後方向の軸の軸周りにおける、体幹の直立状態に対する傾斜角度の遷移を表すグラフであり、（ｂ）は、そのときの、前記軸周りにおける、体幹の運動の角速度の遷移を表すグラフである。 （ａ）は、人が椅子への着席動作をした際の、体幹の前後方向の軸の軸周りにおける、体幹の直立状態に対する傾斜角度の遷移を表すグラフであり、（ｂ）は、そのときの、前記軸周りにおける、体幹の運動の角速度の遷移を表すグラフである。

符号の説明

Ｐ 転倒用プロテクタ
Ａ 転倒推知装置
Ｕ 制御ユニット
２ 布体
４ａ，４ｂ エアバッグ
８ａ，８ｂ 感圧センサ
１０ 角速度センサ
１２ 横軸加速度センサ
１４ 縦軸加速度センサ
１５ 傾斜センサ（傾斜検知手段）
１６ 制御部
１６ａ 角速度検知手段
１６ｂ 傾斜角度検知手段
１６ｃ 重力方向加速度検知手段
１６ｄ 転倒推知手段
１８ エアバッグ展開手段
１８ａ エアボンベ
１８ｂ エアボンベ開封機構

Claims (15)

1. 人の体幹に取り付けるための取り付け手段と、
   前記体幹の前後方向の軸の軸周りにおける、体幹の運動の角速度を検知する角速度検知手段と、
   前記体幹の前後方向の軸の軸周りにおける、体幹の直立状態に対する傾斜角度を検知する傾斜角度検知手段と、
   前記角速度検知手段により検知された体幹の角速度、および、前記傾斜角度検知手段により検知された体幹の傾斜角度に基づいて、人が転倒することを推知して、該転倒を推知したことを表す所定の信号を出力する転倒推知手段とを備えることを特徴とする転倒推知装置。
2. 前記転倒推知手段は、前記角速度検知手段により検知された体幹の角速度、および、前記傾斜角度検知手段により検知された体幹の傾斜角度が、それぞれ所定の閾値よりも大きいとき、人が転倒すると推知することを特徴とする請求項１記載の転倒推知装置。
3. 前記体幹の角速度の前記所定の閾値は、毎秒４０°〜６０°であり、
   前記体幹の傾斜角度の前記所定の閾値は、１０°〜２０°であることを特徴とする請求項２記載の転倒推知装置。
4. 前記体幹の角速度の前記所定の閾値は、毎秒５０°であることを特徴とする請求項３記載の転倒推知装置。
5. 前記体幹の傾斜角度の前記所定の閾値は、１５°であることを特徴とする請求項３または４記載の転倒推知装置。
6. 前記体幹の前後方向の軸の軸周りの角速度を検出可能に設けられた角速度センサと、
   前記体幹の左右方向の加速度を検出可能に設けられた横軸加速度センサとを備え、
   前記角速度検知手段は、前記角速度センサの検出値に基づいて、前記体幹の運動の角速度を検知し、
   前記傾斜角度検知手段は、前記角速度検知手段により検知された前記体幹の角速度と、前記横軸加速度センサにより検出された前記体幹の左右方向の加速度とに基づいてカルマンフィルタ処理を行って、前記体幹の前後方向の軸の軸周りにおける傾斜角度を算出して検知することを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか一項記載の転倒推知装置。
7. 前記体幹の重力方向の加速度を検知する重力方向加速度検知手段を備え、
   前記転倒推知手段は、前記重力方向加速度検知手段により検知された体幹の重力方向の加速度が所定の閾値よりも大きいときには、前記体幹の前後方向の軸の軸周りにおける角速度および傾斜角度が転倒を推知する条件を満たした場合であっても、例外的に、前記所定の信号を出力しないことを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか一項記載の転倒推知装置。
8. 前記取り付け手段により、人の腹部または胸部に取り付け可能に設けられていることを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれか一項記載の転倒推知装置。
9. 前記体幹の直立状態に対する傾斜角度が所定角度より大きいことを検知する傾斜検知手段を備え、
   前記転倒推知手段は、前記傾斜検知手段が前記体幹の傾斜角度が前記所定角度より大きいことを検知している状態においては、前記体幹の前後方向の軸の軸周りにおける角速度および傾斜角度が転倒を推知する条件を満たした場合であっても、例外的に、前記所定の信号を出力しないことを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれか一項記載の転倒推知装置。
10. 人の臀部、および股関節の前面の少なくとも一方に取り付けられて、臀部、および股関節の前面の少なくとも一方の圧迫を検出可能な感圧センサに接続され、
    前記転倒推知手段は、前記感圧センサが前記圧迫を検出しているときには、前記体幹の前後方向の軸の軸周りにおける角速度および傾斜角度が転倒を推知する条件を満たした場合であっても、例外的に、前記所定の信号を出力しないことを特徴とする請求項１〜９のうちのいずれか一項記載の転倒推知装置。
11. 人が転倒した際に、身体の所定部位の損傷を防止する転倒用プロテクタにおいて、
    請求項１〜１０のうちのいずれか一項記載の転倒推知装置と、
    前記所定部位、または該所定部位の近傍に取り付け可能に設けられたエアバッグと、
    前記転倒推知装置の前記転倒推知手段から前記所定の信号を受信した際に、前記エアバッグを展開するエアバッグ展開手段とを備えることを特徴とする転倒用プロテクタ。
12. 前記所定部位は、大腿骨頚部であり、
    前記エアバッグは、人の転倒時の大腿骨頚部の損傷を防止すべく、大腿骨頚部近傍の臀部に取り付け可能に設けられていることを特徴とする請求項１１記載の転倒用プロテクタ。
13. 人の腰回りおよび／または臀部回りに着脱可能に設けられた布体を備え、
    前記エアバッグは、人が前記布体を着けた際に、前記所定部位、または該所定部位の近傍に位置するよう、布体上に配設されていることを特徴とする請求項１１または１２記載の転倒用プロテクタ。
14. 前記転倒推知装置は、人が前記布体を着けた際に、人の腹部に位置するよう、布体上に配設されていることを特徴とする請求項１３記載の転倒用プロテクタ。
15. 前記転倒推知装置は、請求項１０記載の転倒推知装置であり、
    前記感圧センサは、前記布体を腰周りに着けた際に、人の臀部、および股関節の前面の少なくとも一方に位置するよう、布体上に配設されていることを特徴とする請求項１３または１４記載の転倒用プロテクタ。