JP2007289319A - Walk training support apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加齢、病気及びケガなどにより歩行機能が低下している場合に、歩行機能を回復させるために行われる歩行訓練を支援する歩行訓練支援装置に関する。 The present invention relates to a walking training support device that supports walking training performed to recover a walking function when the walking function is deteriorated due to aging, illness, injury, or the like.
歩行機能の向上を図る歩行訓練の支援装置としては、被験者が歩行可能となっている圧力分布センサを備え、当該圧力分布センサ上を被験者が歩行したときの足裏にかかる荷重と足位置とを計測する技術が知られている(特許文献1参照)。この技術によると、被験者の歩行状態が数値化されて理想的な歩行状態との差を客観的に把握することができ、歩行訓練を効率よく行うことができる。 As a walking training support device for improving the walking function, a pressure distribution sensor that enables the subject to walk is provided, and the load applied to the sole and the foot position when the subject walks on the pressure distribution sensor. A technique for measuring is known (see Patent Document 1). According to this technology, the walking state of the subject can be digitized, the difference from the ideal walking state can be objectively grasped, and walking training can be performed efficiently.
上述した技術によると、被験者が通常の歩行を行うことができる表面積を確保する必要があるため、圧力分布センサが大型化する。また、圧力分布センサは高価であるため、歩行訓練支援装置の製造コストも高くなる。 According to the above-described technique, the pressure distribution sensor is increased in size because it is necessary to ensure a surface area on which the subject can perform normal walking. Moreover, since the pressure distribution sensor is expensive, the manufacturing cost of the walking training support device is also increased.
本発明の主たる目的は、荷重状態の高度な解析を行いつつ、小型化及び低コスト化を図ることができる歩行訓練支援装置を提供することである。 A main object of the present invention is to provide a walking training support device that can achieve downsizing and cost reduction while performing advanced analysis of a load state.
本発明の歩行訓練支援装置は、被計測者から加えられる圧力をそれぞれ検知する複数の圧力検知領域を有しており、表面に被計測者の両足が左右方向に揃った状態で配置しうる両足配置領域が複数形成されている圧力分布センサと、複数の前記両足配置領域から順次選択されたいずれか1つを計測領域として記憶する計測領域記憶手段と、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値に基づいて、前記計測領域記憶手段に記憶された前記計測領域における被計測者の荷重状態を解析する解析手段とを備えている。 The walking training support device of the present invention has a plurality of pressure detection areas for detecting pressures applied from a person to be measured, and can be arranged with both feet of the person to be measured aligned on the surface in the left-right direction. A pressure distribution sensor in which a plurality of arrangement areas are formed, a measurement area storage means for storing any one of the two foot arrangement areas sequentially selected as a measurement area, and pressure distribution data from the pressure distribution sensor Analysis means for analyzing a load state of the measurement subject in the measurement area stored in the measurement area storage means based on an output value corresponding to the pressure detected in each of the plurality of pressure detection areas included. I have.
本発明によると、被計測者が両足配置領域間を移動することができるように圧力分布センサを形成すればよいため、被計測者が通常の歩行を行うことができるように形成した圧力分布センサと比較して圧力分布センサの表面積を小さくすることができる。これにより、圧力分布センサの小型化及び低コスト化を図ることができる。 According to the present invention, it is only necessary to form the pressure distribution sensor so that the person to be measured can move between the two foot placement regions, so the pressure distribution sensor formed so that the person to be measured can perform normal walking. The surface area of the pressure distribution sensor can be reduced as compared with the above. Thereby, size reduction and cost reduction of a pressure distribution sensor can be achieved.
また、本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値と閾値とを比較する比較手段と、前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値以上であるという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を第1所定値に変換する第1の変換手段と、前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値より小さいという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を前記第1所定値とは異なる第2所定値に変換する第2の変換手段と、被計測者から前記第1の変換手段によって前記第1所定値に変換された出力値及び前記第2の変換手段によって前記第2所定値に変換された出力値に対応した圧力が前記複数の圧力検知領域に対してそれぞれ加えられた場合の被計測者の重心位置を基準位置として算出する基準位置算出手段と、前記重心位置算出手段が算出した重心位置と前記基準位置算出手段が算出した基準位置との相対距離である中心変位長をサンプリング時間ごとに算出する中心変位長算出手段と、計測時間内において、前記中心変位長算出手段が算出した前記中心変位長を積算した総中心変位長を算出する総中心変位長算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、総中心変位長算出手段が、ふらつき度との間で相関関係を有する中心変位長に基づいて総中心変位長を算出するため、被計測者のふらつき度を正確に計測することができる。 Further, in the present invention, the analyzing means includes a centroid position calculating means for calculating a centroid position of the measurement subject on the pressure distribution sensor, and the plurality of pressure detections included in the pressure distribution data from the pressure distribution sensor. Comparison means for comparing an output value corresponding to the pressure detected in each of the regions with a threshold value, and detection by each of the plurality of pressure detection regions included in the pressure distribution data from the pressure distribution sensor by the comparison means. A first conversion means for converting the output value to a first predetermined value when a comparison result indicating that the output value corresponding to the pressure is equal to or greater than a threshold value is obtained from the pressure distribution sensor by the comparison means. When a comparison result is obtained that the output value corresponding to the pressure detected in each of the plurality of pressure detection regions included in the pressure distribution data is smaller than the threshold value. And a second conversion means for converting the output values into a second predetermined value different from the first predetermined value, and an output from the measured person converted into the first predetermined value by the first conversion means. The position of the center of gravity of the person being measured when the pressure corresponding to the value and the output value converted to the second predetermined value by the second conversion means is applied to each of the plurality of pressure detection regions, as a reference position Reference position calculation means for calculating, and center displacement length calculation means for calculating a center displacement length that is a relative distance between the center of gravity position calculated by the center of gravity position calculation means and the reference position calculated by the reference position calculation means for each sampling time And a total center displacement length calculating means for calculating a total center displacement length obtained by integrating the center displacement lengths calculated by the center displacement length calculating means within a measurement time. According to this, since the total center displacement length calculation means calculates the total center displacement length based on the center displacement length that has a correlation with the degree of wobbling, it is possible to accurately measure the degree of wobbling of the measurement subject. it can.
また、本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値と閾値とを比較する比較手段と、前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値以上であるという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を第1所定値に変換する第1の変換手段と、前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値より小さいという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を前記第1所定値とは異なる第2所定値に変換する第2の変換手段と、被計測者から前記第1の変換手段によって前記第1所定値に変換された出力値及び前記第2の変換手段によって前記第2所定値に変換された出力値に対応した圧力が前記複数の圧力検知領域に対してそれぞれ加えられた場合の被計測者の重心位置を基準位置として算出する基準位置算出手段と、前記計測領域の中心と前記基準位置算出手段が算出した前記基準位置との相対距離である領域中心離隔距離をサンプリング時間ごとに算出する領域中心離隔距離算出手段と、被計測者が前記計測領域上に両足を配置した状態で静止している静止時間を算出する静止時間算出手段と、前記静止時間算出手段が算出した静止時間内において、前記領域中心離隔距離算出手段が算出した前記領域中心離隔距離を積算した総領域中心離隔距離を算出する総領域中心離隔距離算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、被計測者が両足配置領域において静止しているときのふらつき度を計測することができる。 Further, in the present invention, the analysis means compares the output value corresponding to the pressure detected in each of the plurality of pressure detection areas included in the pressure distribution data from the pressure distribution sensor with a threshold value. And when the comparison result that the output value corresponding to the pressure detected in each of the plurality of pressure detection regions included in the pressure distribution data from the pressure distribution sensor is equal to or greater than a threshold is obtained by the comparison unit. The pressure detected by each of the plurality of pressure detection regions included in the pressure distribution data from the pressure distribution sensor by the first conversion means for converting the output values into a first predetermined value and the comparison means. A second conversion for converting the output value to a second predetermined value different from the first predetermined value when a comparison result that the corresponding output value is smaller than the threshold is obtained; And the pressure corresponding to the output value converted from the measured person to the first predetermined value by the first converter and the output value converted to the second predetermined value by the second converter A reference position calculation means for calculating the position of the center of gravity of the person to be measured when applied to a plurality of pressure detection areas as a reference position; the center of the measurement area and the reference position calculated by the reference position calculation means; And a center-center-separation-distance calculating means for calculating a center-center-separation distance for each sampling time, and a stationary time for calculating a rest time in which the measurement subject is stationary with both feet placed on the measurement region The total area center separation distance is calculated by integrating the area center separation distance calculated by the area center separation distance calculation means within the calculation time and the stationary time calculated by the stationary time calculation means. Preferably it contains a total area center distance calculating means that. According to this, it is possible to measure the degree of wobbling when the measurement subject is stationary in the both foot arrangement region.
このとき、前記総領域中心離隔距離算出手段が、各計測領域について算出した前記総領域中心離隔距離の平均値をさらに算出してもよい。これによると、各両足配置領域において算出された総領域中心離隔距離を平均化するため、被計測者が両足配置領域において静止しているときのふらつき度を正確に把握することができる。 At this time, the total area center separation distance calculation means may further calculate an average value of the total area center separation distance calculated for each measurement area. According to this, since the total area center separation distance calculated in each of the both foot placement areas is averaged, it is possible to accurately grasp the degree of wobbling when the measurement subject is stationary in the both foot placement areas.
さらに、本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、被計測者が前記計測領域上に両足を配置した状態で静止している静止時間を算出する静止時間算出手段と、前記静止時間算出手段が算出した静止時間内における、前記重心位置算出手段が算出した前記重心位置の移動軌跡長を算出する重心移動軌跡長算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、被計測者が両足配置領域において静止しているときのふらつき度を計測することができる。 Further, in the present invention, the analysis means is stationary with the center-of-gravity position calculating means for calculating the center-of-gravity position of the person to be measured on the pressure distribution sensor and the person to be measured placed with both feet on the measurement area. A stationary time calculation means for calculating a stationary time calculation means, and a gravity center movement locus calculation means for calculating a movement locus length of the gravity center position calculated by the gravity center position calculation means within the stationary time calculated by the stationary time calculation means. It is preferable that these are included. According to this, it is possible to measure the degree of wobbling when the measurement subject is stationary in the both foot arrangement region.
加えて、前記重心軌移動跡長算出手段が算出した前記移動軌跡長に、前記静止時間算出手段が算出した静止時間に対する所定の単位時間の比を乗ずることによって単位時間移動軌跡長を算出する単位重心移動軌跡長算出手段をさらに備えていることが好ましい。これによると、各両足配置領域における静止時間にばらつきがある場合であっても、被計測者のふらつき度を把握することができる。 In addition, a unit for calculating a unit time moving trajectory length by multiplying the moving trajectory length calculated by the center of gravity gauge moving trace length calculating means by a ratio of a predetermined unit time to the rest time calculated by the rest time calculating means. It is preferable to further include a gravity center movement trajectory length calculation means. According to this, even if there is a variation in the stationary time in each of the two foot placement areas, it is possible to grasp the degree of wandering of the measurement subject.
このとき、前記単位重心移動軌跡長算出手段が、各計測領域について算出した前記単位重心移動軌跡長の平均値をさらに算出してもよい。これによると、各両足配置領域において算出された単位重心移動軌跡長を平均化するため、被計測者が両足配置領域において静止しているときのふらつき度をより正確に把握することができる。 At this time, the unit center-of-gravity movement trajectory length calculation means may further calculate an average value of the unit center-of-gravity movement trajectory length calculated for each measurement region. According to this, since the unit center-of-gravity movement trajectory length calculated in each of the both foot placement regions is averaged, it is possible to more accurately grasp the degree of wobbling when the measurement subject is stationary in the both foot placement regions.
また、本発明においては、前記静止時間算出手段が、前記計測領域における被計測者の両足と接触している領域が所定の範囲内で一致している間の時間を静止時間として算出することが好ましい。これによると、被計測者が両足配置領域において静止している状態を確実に判別することができるため、ふらつき度をより正確に把握することができる。 In the present invention, the stationary time calculation means may calculate the stationary time as a time during which the area in contact with the measurement subject's both feet is within a predetermined range. preferable. According to this, since it is possible to reliably determine a state in which the measurement subject is stationary in the both foot placement region, it is possible to more accurately grasp the degree of wobbling.
さらに、本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、被計測者の左右いずれか一方の足のみが前記圧力分布センサ上に配置されているときの前記計測領域における、前記重心位置算出手段が算出した前記重心位置の移動軌跡が描かれた領域の面積である完全遊脚立位外周面積を算出する完全遊脚立位外周面積算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、被計測者がふらつきやすい片足立ちをしているときの重心位置の移動軌跡を算出することができるため、被計測者のふらつき度を正確に計測することができる。 Further, in the present invention, the analysis means includes a gravity center position calculation means for calculating the gravity center position of the measurement subject on the pressure distribution sensor, and only one of the left and right feet of the measurement subject is on the pressure distribution sensor. A complete free leg standing outer peripheral area for calculating a complete free leg standing outer peripheral area, which is an area of a region in which the movement locus of the barycentric position calculated by the barycentric position calculating means is calculated in the measurement region when arranged at It is preferable that the calculation means is included. According to this, it is possible to calculate the movement trajectory of the center of gravity when the person to be measured is standing on one leg, which is likely to be staggered, and thus it is possible to accurately measure the degree of fluctuation of the person to be measured.
このとき、前記完全遊脚立位外周面積算出手段が、各計測領域について算出した前記完全遊脚立位外周面積の平均値をさらに算出してもよい。これによると、各両足配置領域において算出された完全遊脚立位外周面積を平均化するため、被計測者が片足立ちしているときのふらつき度を正確に把握することができる。 At this time, the complete free leg standing outer periphery area calculating means may further calculate an average value of the complete free leg standing outer periphery area calculated for each measurement region. According to this, since the complete free-standing standing outer peripheral area calculated in each of the both foot placement regions is averaged, it is possible to accurately grasp the degree of wobbling when the measurement subject stands on one foot.
加えて、本発明においては、前記計測領域記憶手段に前記両足配置領域が記憶される毎に、被計測者に当該両足配置領域上に移動することを指示する指示手段をさらに備えていることが好ましい。これによると、被計測者に計測に係る適切な動作を指示することができる。 In addition, in the present invention, each time the both foot placement area is stored in the measurement area storage means, an instruction means for instructing the measurement subject to move to the both foot placement area is further provided. preferable. According to this, it is possible to instruct the measurement subject to an appropriate operation related to measurement.
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る歩行訓練支援装置の概略構成を示す外観図である。図2は、図1の歩行訓練支援装置の概略構成を示すブロック図である。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an external view showing a schematic configuration of a walking training support apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the walking training support apparatus of FIG.
図1に示すように、歩行訓練支援装置1は、シート状の圧力分布センサ11と、圧力分布センサ11に接続された圧力検出部12と、パーソナルコンピュータ(パソコン)20と、圧力検出部12とパソコン20とを接続する接続ユニット40とを備えている。接続ユニット40は、インターフェースボックス45及びインターフェースケーブル46を含んでおり、その両端が圧力検出部12及びパソコン20の各入出力インターフェース(図示しない)に接続されている。歩行訓練支援装置1は、被計測者が圧力分布センサ11上で後述する「ステップ動作」を行ったときの、被計測者の荷重状態を解析するものである。
As shown in FIG. 1, the walking
圧力分布センサ11は、被計測者がその上に立つ場合に、被計測者の両足から加えられる圧力を検知する圧力検知領域となる多数の感圧センサ11aが格子状に配置されているものである。圧力検出部12は、多数の感圧センサ11aのそれぞれに接続されており、各感圧センサ11aの状態を検出する。本実施の形態では、圧力分布センサ11の厚さは、約0.1〜0.2mmである。ここで、本実施の形態では、各感圧センサ11aの状態は、それらに加えられる圧力に対応した0〜255のデジタル出力値によって表され、その出力値がパソコン20に対して出力される。また、圧力分布センサ11上には、矩形状を有する6つの両足配置領域11bが形成されている。各両足配置領域11bは、被計測者の両足が左右方向に揃った状態で配置可能な面積を有している。各両足配置領域11bには番号「1」〜「6」が付されている。なお、両足配置領域11bの数は6に限られるものではなく、圧力分布センサの面積に応じて任意の数の両足配置領域が形成されてよい。
The
このように、圧力分布センサ11は、シート単体での使用も可能であるが、シートの保護の観点から、ゴムシートを緩衝用に積層してもよい。また、床上へのセッティングを容易にする目的でセンサを保持するアルミなどの金属製や樹脂製の板の上に積層してもよい。
Thus, although the
パソコン20は、ディスプレイ21と、キーボード25と、マウス26と、制御部30(図2参照)とを有している。ここで、制御部30には、歩行訓練支援装置1に係る各種動作を制御する歩行訓練支援プログラムやデータなどが格納されたハードディスク、歩行訓練支援装置1の各部の動作を制御する信号を生成するために各種演算を実行するCPU、CPUでの演算結果などのデータを一時保管するRAMなどが含まれている。
The
制御部30は、図2に示すように、圧力分布データ記憶部132と、解析部131と、計測領域記憶部133と、重心位置記憶部134と、基準位置記憶部135と、中心変位長記憶部136と、領域中心離隔距離記憶部137と、表示制御部142とを有している。また、制御部30には、ディスプレイ21と、キーボード25と、マウス26とがそれぞれ接続されている。
As shown in FIG. 2, the
圧力分布データ記憶部132は、圧力検出部12から接続ユニット40を介してパソコン20に送信された圧力分布データを記憶するものである。圧力分布データ記憶部132には、圧力分布センサ11に格子状に配置された多数の感圧センサ11aごとに、計測時間内におけるサンプリング時間ごとの圧力分布データが記憶されている。つまり、各サンプリング時間における多数の感圧センサ11aの圧力分布データが、計測時間におけるサンプリング時間の数だけ記憶されている。従って、この圧力分布データに基づいて、各感圧センサ11aで検知される圧力の時間的な変化を検知することができる。
The pressure distribution
解析部131は、圧力分布データ記憶部132に記憶されている圧力分布データに基づいて、圧力分布センサ11上で被計測者が所定の動作である「ステップ歩行」を行ったときの荷重状態を解析するものである。ここで「ステップ歩行」の動作内容について図3を参照しつつ説明する。図3は「ステップ歩行」の動作内容を示した図である。なお、図3中に示された足形は、圧力分布センサ11上に配置された被計測者の足の配置位置を示している。また、図3中の矢印は、被計測者の移動方向を示している。
Based on the pressure distribution data stored in the pressure distribution
「ステップ歩行」は、図3に示すように、被計測者が、各両足配置領域11bに両足を左右方向に揃った状態で配置させつつ両足配置領域11b間を移動する動作をいう。なお、図3においては、被計測者が両足配置領域11b「1」から両足配置領域11b「2」に移動する場合が示されている。後述するように、被計測者が移動すべき両足配置領域11bが計測領域11cとなる。解析部131は、計測領域11c上に被計測者が移動することを前提に解析を行う。
As shown in FIG. 3, “step walking” refers to an operation in which a person to be measured moves between both
図2に戻って、解析部131は、計測領域決定部140と、重心算出部143と、比較部144と、変換部145と、基準位置算出部146と、中心変位長算出部147と、静止時間算出部148と、領域中心離隔距離算出部149と、重心移動軌跡長算出部150と、パラメータ算出部141とを有している。
Returning to FIG. 2, the
計測領域決定部140は、両足配置領域11b「1」〜「6」から順次選択されたいずれか1つを計測領域11cとして決定すると共に決定した計測領域11cを計測領域記憶部133に記憶するものである(図3参照)。計測領域11cは、「ステップ歩行」において被計測者が次に移動すべき両足配置領域11bである。例えば、図3においては、両足配置領域11b「2」が計測領域11cとして決定されている。計測領域決定部140は、被計測者が各両足配置領域11b上で静止してから所定時間経過するごとに、予め定められたパターンに基づいて次の計測領域11cを決定する。なお、計測領域11cは両足配置領域11b「1」〜「6」からランダムに決定されてもよいし、オペレータからの指示に基づいて決定されてもよい。また、計測領域11cを決定するタイミングも任意のものであってもよい。
The measurement
重心算出部143は、圧力分布データ記憶部132に記憶された圧力分布データに基づいて、サンプリング時間ごとに圧力分布センサ11上の被計測者の重心位置Cf(図5参照)を算出すると共に算出した重心位置Cfを重心位置記憶部134に記憶するものである。
The center-of-
重心算出部143における重心位置Cfの算出方法について、図4を参照して説明する。図4は、所定時間において多数の感圧センサ11aで検知される圧力分布データを示している。本実施の形態の圧力分布センサ11では、多数の感圧センサ11aが、X軸方向(左右方向)にm+1列に配置されていると共に、Y軸方向(上下方向)にn+1列に配置されている。従って、多数の感圧センサ11aは、(m+1)×(n+1)の格子状に配置されている。
A method of calculating the center of gravity position Cf in the center of
また、図4では、各感圧センサ11aで検知された圧力データが記号で示されている。例えば、X軸方向にはu列目であって且つY軸方向にはv列目に対応する感圧センサ11aによって検知される圧力データは、a(u、v)(但し、uは0以上m以下の整数、vは0以上n以下の整数)と表されている。
Moreover, in FIG. 4, the pressure data detected by each
この場合のX軸方向の重心位置Cfxは、次数式で算出される。 In this case, the center-of-gravity position Cfx in the X-axis direction is calculated by the following equation.
また、Y軸方向の重心位置Cfyは、次数式で算出される。 Further, the center-of-gravity position Cfy in the Y-axis direction is calculated by the following equation.
比較部144は、各感圧センサ11aで検知された出力値と、閾値1とを比較するものである。上述したように、各感圧センサ11aで検知された出力値は、0〜255のデジタル出力値によって表される。各感圧センサ11aから出力がある場合には、その出力値は閾値1以上になる。
The
変換部145は、比較部144において、各感圧センサ11aで検知された出力値が閾値1以上であるという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を1(第1所定値)に変換し、比較部144において、各感圧センサ11aで検知された出力値が閾値1よりも小さいという比較結果が得られた場合、言い換えれば、検知された出力値が0の場合に、それらの出力値を0(第2所定値)に変換するものである。従って、変換部145は、圧力分布センサ11において、被計測者の足裏が接触する領域である接触領域が1に、被計測者の足裏が接触しない領域である非接触領域が0になるように2値化変換する。
The
被計測者が計測領域記憶部133に記憶されている計測領域11c(両足配置領域11b)上に両足を配置したときの出力値が2値化変換されたものの一例を図5に示す。なお、図5においては、出力値が0に変換された領域を白で、出力値が1に変換された領域を黒で示している。図5に示すように、各感圧センサ11aの出力値が2値化変換されることにより、被計測者の両足と圧力分布センサ11との接触領域を正確に検知することができる。
FIG. 5 shows an example in which the output value when the measured person places both feet on the
図2に戻って、基準位置算出部146は、サンプリング時間ごとに、圧力分布センサ11における被計測者の足裏との接触領域の中心位置(面積中心)を基準位置Cpとして算出するものである。このとき、X軸方向に関する基準位置Cpxは、次数式で算出される。
Returning to FIG. 2, the reference
また、Y軸方向にかかる基準位置Cpyは、次数式で算出される。 The reference position Cpy in the Y-axis direction is calculated by the following formula.
ここで、数式3及び数式4においては、圧力データa(u、v)としては、変換部145によって変換された後の出力値が用いられる。つまり、各感圧センサ11aで検知された出力値が閾値1以上である場合には、それらの出力値は全て1として、一方、その出力値が閾値1より小さい場合には、それらの出力値は全て0として、数式3及び数式4によって基準位置Cpが算出される。算出された基準位置Cpは順次基準位置記憶部135に記憶される。つまり、サンプリング時間ごとに、被計測者の重心位置Cfが重心位置記憶部134に記憶されると共に基準位置Cpが基準位置記憶部135に記憶される。
Here, in
中心変位長算出部147は、重心算出部143が算出した重心位置Cfと、基準位置算出部146が算出した基準位置Cpとの相対距離である「中心変位長」をサンプリング時間ごとに算出すると共に算出した「中心変位長」を中心変位長記憶部136に記憶するものである。つまり、「中心変位長」は、1つの計測時間内における各サンプリング時間に対応する数だけ算出される。
The center displacement
静止時間算出部148は、被計測者が計測領域記憶部133に記憶されている計測領域11c(両足配置領域11b)上に両足を配置した状態で静止している時間(以下、「静止時間」と称す)を算出するものである。静止時間算出部148は、計測領域記憶部133に記憶されている計測領域11cにおける被計測者の両足と接触している接触領域が、前のサンプリング時間との間で70%以上一致している間の時間を「静止時間」として算出する。
The stationary
領域中心離隔距離算出部149について図6を参照しつつ説明する。図6は、計測領域記憶部133に記憶されている計測領域11cにおける被計測者の足との接触領域を示した図である。図6に示すように、領域中心離隔距離算出部149は、基準位置算出部146が算出した基準位置Cpと計測領域11cの中心Eとの相対距離である「領域中心離隔距離」をサンプリング時間ごとに算出すると共に算出した「領域中心離隔距離」を領域中心離隔距離記憶部137に記憶するものである。つまり、「領域中心離隔距離」は、1つの計測時間内における各サンプリング時間に対応する数だけ算出される。
The region center separation
重心移動軌跡長算出部150について図7を参照しつつ説明する。図7は計測領域記憶部133に記憶されている計測領域11cにおける被計測者の重心位置Cfの移動軌跡を示した図である。図7に示すように、重心移動軌跡長算出部150は、静止時間算出部148が算出した「静止時間」における重心位置Cfの移動軌跡長である「重心移動軌跡長」を算出するものである。具体的には、重心移動軌跡長算出部150は、静止時間算出部148によって算出された「静止時間」における各サンプリング時間に対応する重心位置Cfを重心位置記憶部134から時間順に読み出しつつ、隣接するサンプリング時間の重心位置Cf間の相対距離を積算することによって「重心移動軌跡長」を算出する。
The center-of-gravity movement locus
パラメータ算出部141は、計測結果となる各種パラメータ(本実施の形態では、「総中心変位長」、「総領域中心離隔距離」、「単位重心移動軌跡長」及び「完全遊脚立位外周面積」)を算出するものであり、総中心変位長算出部141aと、総領域中心離隔距離算出部141bと、単位重心移動軌跡長算出部141cと、完全遊脚立位外周面積算出部141dとを含んでいる。
The
総中心変位長算出部141aは、1つの計測時間内における各サンプリング時間に対応する「中心変位長」を中心変位長記憶部136から読み出して積算することによって「総中心変位長」を算出するものである。
The total center displacement
総領域中心離隔距離算出部141bは、各計測領域11cについて、静止時間算出部148が算出した「静止時間」におけるサンプリング時間に対応する「領域中心離隔距離」を領域中心離隔距離記憶部137から順次読み出して積算したものを「総領域中心離隔距離」として算出する。さらに、総領域中心離隔距離算出部141bは、各計測領域11cについて算出した「総領域中心離隔距離」を平均化して最終的な「総領域中心離隔距離」を算出する。
The total region center separation
単位重心移動軌跡長算出部141cは、各計測領域11cについて、重心移動軌跡長算出部150が算出した「重心移動軌跡長」に、静止時間算出部148が算出した「静止時間」に対する単位時間の比を乗じたものを「単位重心移動軌跡長」として算出する。さらに、単位重心移動軌跡長算出部141cは、各計測領域11cについて算出した「単位重心移動軌跡長」を平均化して最終的な「単位重心移動軌跡長」を算出する。なお、単位時間は任意の時間であってよい。
The unit center-of-gravity movement trajectory
完全遊脚立位外周面積算出部141dについて図8を参照しつつ説明する。図8は、計測領域記憶部133に記憶されている計測領域11cにおいて被計測者が片足立ちしているときにおける被計測者の重心位置Cfの移動軌跡を示した図である。図8に示すように、完全遊脚立位外周面積算出部141dは、各計測領域11cについて、被計測者の左右いずれかの一方の足のみが計測領域11cに配置されている片足立ちとなっているときにおける被計測者の重心位置Cfの移動軌跡が描かれた領域の面積を「完全遊脚立位外周面積」として算出する。さらに、完全遊脚立位外周面積算出部141dは、各計測領域11cについて算出した「完全遊脚立位外周面積」を平均化して最終的な「完全遊脚立位外周面積」を算出する。
The complete free-standing standing outer periphery
図2に戻って、前述したように、重心位置記憶部134は、重心算出部143が算出した重心位置Cfをサンプリング時間ごとに記憶するものである。また、計測領域記憶部133は、計測領域決定部140が決定した計測領域11cを記憶するものである。基準位置記憶部135は、基準位置算出部146が算出した基準位置Cpをサンプリング時間ごとに記憶するものである。さらに、中心変位長記憶部136は、中心変位長算出部147が算出した「中心変位長」をサンプリング時間ごとに記憶するものである。加えて、領域中心離隔距離記憶部137は、領域中心離隔距離算出部149が算出した「領域中心離隔距離」をサンプリング時間ごとに記憶するものである。
Returning to FIG. 2, as described above, the centroid
表示制御部142は、被計測者に「ステップ歩行」の動作内容、及び、「ステップ歩行」係る計測結果をディスプレイ21に表示させるものである。言い換えれば、表示制御部142は、被計測者に「ステップ歩行」の動作内容を指示するものである。
The
つまり、歩行訓練支援装置1の動作においては、まず、表示制御部142が被計測者に対して圧力分布センサ11上における計測領域記憶部133に記憶されている計測領域11cに被計測者の両足を配置させる旨をディスプレイ21に表示させる。被計測者は、ディスプレイ21に表示されている指示に従って計測領域11c上を移動し、「ステップ歩行」を行う。被計測者の「ステップ歩行」が完了すると、解析部131が被計測者の荷重状態を解析して、各パラメータを算出する。解析部131による各パラメータの算出が完了すると、表示制御部142は、算出された各パラメータをディスプレイ21に表示させる。
That is, in the operation of the walking
表示制御部142がディスプレイ21に表示させる解析結果について図9を参照しつつ説明する。図9は、「ステップ歩行」の解析結果の表示内容を示す図である。図9に示すように、表示制御部142は、圧力分布ウィンドウ51及び結果表示ウィンドウ52をディスプレイ21に表示させる。
An analysis result displayed on the
圧力分布ウィンドウ51には、被計測者の両足から圧力分布センサ11上に加えられる圧力分布61が、圧力分布データ記憶部132に記憶されている圧力分布データに基づいて表示されている。ここで、圧力分布61は、等圧線状に表示されており、圧力値の大きさが変化するのに伴って、段階的に変化する色のスケールにしたがって表示されている。また、圧力分布ウィンドウ51には、重心位置記憶部134に記憶されている重心位置データに基づいて、被計測者の重心が移動するときの軌跡62が描かれている。従って、オペレータは、圧力分布ウィンドウ51を見ることによって、被計測者の両足の圧力分布61及び重心位置Cfの軌跡62を把握することができる。
In the
また、結果表示ウィンドウ52には、パラメータ算出部141で算出された「総中心変位長」、「総領域中心離隔距離」、「単位重心移動軌跡長」及び「完全遊脚立位外周面積」の数値がそれぞれ表示される。これら各パラメータを参照することにより、被計測者が「ステップ歩行」を行ったときの荷重状態を客観的に把握することができる。
In the
以上説明したように、本実施の形態の歩行訓練支援装置1によると、被計測者が両足配置領域11b間を移動することができるように圧力分布センサ11を形成すればよいため、被計測者が通常歩行することができるように形成した圧力分布センサと比較して圧力分布センサ11の表面積を小さくすることができる。これにより、圧力分布センサ11によって被計測者が「ステップ歩行」を行ったときの荷重状態の高度な解析を行いつつ、圧力分布センサ11を小型化することによって歩行訓練支援装置1の小型化及び低コスト化を図ることができる。
As described above, according to the walking
また、総中心変位長算出部141aが、1つの計測時間内における各サンプリング時間に対応する「中心変位長」を中心変位長記憶部136から読み出して積算することによって「総中心変位長」を算出することにより、被計測者のふらつき度を正確に計測することができる。
Further, the total center displacement
さらに、総領域中心離隔距離算出部141bが、各計測領域11cについて、静止時間算出部148が算出した「静止時間」におけるサンプリング時間に対応する「領域中心離隔距離」を領域中心離隔距離記憶部137から順次読み出して積算したものを「総領域中心離隔距離」として算出し、さらに、各計測領域11cについて算出した「総領域中心離隔距離」を平均化して最終的な「総領域中心離散距離」を算出することにより、被計測者が両足配置領域11bにおいて静止しているときのふらつき度を正確に把握することができる。
Further, the total region center separation
加えて、単位重心移動軌跡長算出部141cが、各計測領域11cについて、重心移動軌跡長算出部150が算出した「重心移動軌跡長」に、静止時間算出部148が算出した「静止時間」に対する単位時間の比を乗じたものを「単位重心移動軌跡長」として算出し、さらに、各計測領域11cについて算出した「単位重心移動軌跡長」を平均化して最終的な「単位重心移動軌跡長」を算出することにより、被計測者が両足配置領域11bにおいて静止しているときのふらつき度をより正確に把握することができる。
In addition, the unit center-of-gravity movement trajectory
また、完全遊脚立位外周面積算出部141dが、各計測領域11cについて、被計測者が片足立ちとなっているときにおける被計測者の重心位置Cpの移動軌跡が描かれた領域の面積を「完全遊脚立位外周面積」し、さらに、各計測領域11cについて算出した「完全遊脚立位外周面積」を平均化して最終的な「完全遊脚立位外周面積」を算出することにより、被計測者が片足立ちしているときのふらつき度を正確に把握することができる。
Further, the complete free-standing standing outer periphery
さらに、静止時間算出部148が、被計測者が計測領域記憶部133に記憶されている計測領域11c上に両足を配置した状態で静止している時間を算出することにより、被計測者が計測領域11cにおいて静止している状態を確実に判別することができるため、ふらつき度をより正確に把握することができる。
Further, the stationary
加えて、計測領域記憶部133に前記両足配置領域11bが記憶される毎に、被計測者に当該両足配置領域11b上に移動することを指示する指示手段を備えていることにより、被計測者に計測に係る適切な動作を指示することができる。
In addition, each time the both
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、本発明の実施の形態では、変換部145において、各感圧センサ11aで検知された出力値が、閾値1以上である場合には、1に変換され、閾値1より小さい場合には、0に変換されているが、閾値は1に限られない。従って、出力値がデジタル出力値である場合には、閾値は2以上の整数であってもよい。また、出力値がアナログ出力値である場合には、閾値は0より大きく1より小さい数であってもよいし、1より大きい正の数であってもよい。また、出力値が閾値以上である場合に変換される第1所定値は、1に限られないで、その他の正の数であってもよい。同様に、出力値が閾値より小さい場合に変換される第2所定値は、0に限られないで、その他の数であってもよい。
The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes can be made as long as they are described in the claims. For example, in the embodiment of the present invention, in the
また、本発明の実施の形態では、パラメータ算出部141が「総中心変位長」、「総領域中心離隔距離」、「単位重心移動軌跡長」及び「完全遊脚立位外周面積」を算出する構成であるが、パラメータ算出部141がこれらの少なくとも1つを算出する構成であってもよいし、他のパラメータを算出する構成であってもよい。
Further, in the embodiment of the present invention, the
さらに、本発明の実施の形態では、被計測者への「ステップ歩行」の動作内容の指示は、表示制御部142がディスプレイ21に表示させることによって行っていたが、動作内容の指示は、表示制御部142からの指示に限られない。従って、動作内容の指示は、装置からの音声による指示でもよい。また、装置が指示手段をもたずに、オペレータからの指示でもよい。
Furthermore, in the embodiment of the present invention, the operation content instruction of “step walking” to the measurement subject is performed by causing the
加えて、本発明の実施の形態では、計測領域決定部140は、両足配置領域11b「1」〜「6」から順次選択されたいずれか1つを計測領域11cとして決定すると共に決定した計測領域11cを計測領域記憶部133に記憶しているが、
計測領域記憶部133に記憶される計測領域11cは計測領域決定部140が決定したものでなくてもよい。従って、計測領域決定部は、圧力分布センサ11において、被計測者の動作に応じて、被計測者の足裏が接触している両足配置領域11bを計測領域11cとして決定してもよい。
In addition, in the embodiment of the present invention, the measurement
The
また、表示制御部142は、結果表示ウィンドウ52に、パラメータ算出部141で算出された「総中心変位長」、「総領域中心離隔距離」、「単位重心移動軌跡長」及び「完全遊脚立位外周面積」の数値がそれぞれ表示されるが、「単位重心移動軌跡長」及び「完全遊脚立位外周面積」の数値は、平均化する前の「単位重心移動軌跡長」及び「完全遊脚立位外周面積」の数値を表示してもよい。
The
1 歩行訓練支援装置
11 圧力分布センサ
11a 感圧センサ(圧力検知領域)
11b 両足配置領域
11c 計測領域
20 パーソナルコンピュータ
21 ディスプレイ
30 制御部
131 解析部(解析手段)
132 圧力分布データ記憶部
133 計測領域記憶部
134 重心位置記憶部
135 基準位置記憶部
136 中心変位長記憶部
137 領域中心離隔距離記憶部
140 計測領域決定部
141 パラメータ算出部
141a 総中心変位長算出部(中心変位長算出手段)
141b 総領域中心離隔距離算出部(領域中心離隔距離算出手段)
141c 単位重心移動軌跡長算出部(重心移動軌跡長算出手段)
141d 完全遊脚立位外周面積算出部
142 表示制御部(指示手段)
143 重心算出部(重心位置算出手段)
144 比較部(比較手段)
145 変換部(第1の変換手段、第2の変換手段)
146 基準位置算出部(基準位置算出手段)
148 静止時間算出部
1 Walking
11b Both
132 Pressure distribution
141b Total area center distance calculation unit (area center distance calculation means)
141c Unit center-of-gravity movement trajectory length calculation unit (gravity center movement trajectory length calculation means)
141d Completely Leg Standing Peripheral
143 Center of gravity calculation unit (center of gravity position calculation means)
144 Comparison part (comparison means)
145 conversion unit (first conversion means, second conversion means)
146 Reference position calculation unit (reference position calculation means)
148 Stationary time calculator
Claims (11)
複数の前記両足配置領域から順次選択されたいずれか1つを計測領域として記憶する計測領域記憶手段と、
前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値に基づいて、前記計測領域記憶手段に記憶された前記計測領域における被計測者の荷重状態を解析する解析手段とを備えていることを特徴とする歩行訓練支援装置。 Pressure that has a plurality of pressure detection areas that detect the pressure applied by the person being measured, and that has a plurality of two foot placement areas on the surface that can be placed with both feet of the person being measured aligned in the left-right direction A distribution sensor;
A measurement area storage means for storing any one selected sequentially from the plurality of both foot arrangement areas as a measurement area;
A person to be measured in the measurement area stored in the measurement area storage unit based on an output value corresponding to a pressure detected in each of the plurality of pressure detection areas included in the pressure distribution data from the pressure distribution sensor. An gait training support device comprising an analyzing means for analyzing the load state of the gait.
前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、
前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値と閾値とを比較する比較手段と、
前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値以上であるという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を第1所定値に変換する第1の変換手段と、
前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値より小さいという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を前記第1所定値とは異なる第2所定値に変換する第2の変換手段と、
被計測者から前記第1の変換手段によって前記第1所定値に変換された出力値及び前記第2の変換手段によって前記第2所定値に変換された出力値に対応した圧力が前記複数の圧力検知領域に対してそれぞれ加えられた場合の被計測者の重心位置を基準位置として算出する基準位置算出手段と、
前記重心位置算出手段が算出した重心位置と前記基準位置算出手段が算出した基準位置との相対距離である中心変位長をサンプリング時間ごとに算出する中心変位長算出手段と、
計測時間内において、前記中心変位長算出手段が算出した前記中心変位長を積算した総中心変位長を算出する総中心変位長算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項1に記載の歩行訓練支援装置。 The analysis means is
Centroid position calculating means for calculating the position of the centroid of the person to be measured on the pressure distribution sensor;
Comparison means for comparing an output value corresponding to a pressure detected in each of the plurality of pressure detection regions included in the pressure distribution data from the pressure distribution sensor with a threshold value;
When the comparison result that the output value corresponding to the pressure detected in each of the plurality of pressure detection regions included in the pressure distribution data from the pressure distribution sensor is equal to or greater than a threshold value is obtained by the comparison unit. First output means for converting the output value of the first output value to a first predetermined value;
When the comparison result that the output value corresponding to the pressure detected in each of the plurality of pressure detection regions included in the pressure distribution data from the pressure distribution sensor is smaller than the threshold is obtained by the comparison unit, Second conversion means for converting an output value into a second predetermined value different from the first predetermined value;
The pressure corresponding to the output value converted from the measured person to the first predetermined value by the first conversion means and the output value converted to the second predetermined value by the second conversion means is the plurality of pressures. A reference position calculation means for calculating the position of the center of gravity of the person being measured as a reference position when added to each of the detection areas;
A center displacement length calculating means for calculating a center displacement length that is a relative distance between the center of gravity position calculated by the center of gravity position calculating means and the reference position calculated by the reference position calculating means;
The total center displacement length calculating means for calculating a total center displacement length obtained by integrating the center displacement lengths calculated by the center displacement length calculating means within a measurement time. Walking training support device.
前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値と閾値とを比較する比較手段と、
前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値以上であるという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を第1所定値に変換する第1の変換手段と、
前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値より小さいという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を前記第1所定値とは異なる第2所定値に変換する第2の変換手段と、
被計測者から前記第1の変換手段によって前記第1所定値に変換された出力値及び前記第2の変換手段によって前記第2所定値に変換された出力値に対応した圧力が前記複数の圧力検知領域に対してそれぞれ加えられた場合の被計測者の重心位置を基準位置として算出する基準位置算出手段と、
前記計測領域の中心と前記基準位置算出手段が算出した前記基準位置との相対距離である領域中心離隔距離をサンプリング時間ごとに算出する領域中心離隔距離算出手段と、
被計測者が前記計測領域上に両足を配置した状態で静止している静止時間を算出する静止時間算出手段と、
前記静止時間算出手段が算出した静止時間内において、前記領域中心離隔距離算出手段が算出した前記領域中心離隔距離を積算した総領域中心離隔距離を算出する総領域離隔距離算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項1に記載の歩行訓練支援装置。 The analysis means is
Comparison means for comparing an output value corresponding to a pressure detected in each of the plurality of pressure detection regions included in the pressure distribution data from the pressure distribution sensor with a threshold value;
When the comparison result that the output value corresponding to the pressure detected in each of the plurality of pressure detection regions included in the pressure distribution data from the pressure distribution sensor is equal to or greater than a threshold value is obtained by the comparison unit. First output means for converting the output value of the first output value to a first predetermined value;
When the comparison result that the output value corresponding to the pressure detected in each of the plurality of pressure detection regions included in the pressure distribution data from the pressure distribution sensor is smaller than the threshold is obtained by the comparison unit, Second conversion means for converting an output value into a second predetermined value different from the first predetermined value;
The pressure corresponding to the output value converted from the measured person to the first predetermined value by the first conversion means and the output value converted to the second predetermined value by the second conversion means is the plurality of pressures. A reference position calculation means for calculating the position of the center of gravity of the person being measured as a reference position when added to each of the detection areas;
A region center separation distance calculating unit that calculates a region center separation distance that is a relative distance between the center of the measurement region and the reference position calculated by the reference position calculation unit;
A stationary time calculation means for calculating a stationary time in which the measurement subject is stationary with both feet placed on the measurement area;
A total area separation distance calculating means for calculating a total area center separation distance obtained by integrating the area center separation distances calculated by the area center separation distance calculation means within the still time calculated by the stationary time calculation means. The walking training support apparatus according to claim 1.
前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、
被計測者が前記計測領域上に両足を配置した状態で静止している静止時間を算出する静止時間算出手段と、
前記静止時間算出手段が算出した静止時間内における、前記重心位置算出手段が算出した前記重心位置の移動軌跡長を算出する重心移動軌跡長算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項1に記載の歩行訓練支援装置。 The analysis means is
Centroid position calculating means for calculating the position of the centroid of the person to be measured on the pressure distribution sensor;
A stationary time calculation means for calculating a stationary time in which the measurement subject is stationary with both feet placed on the measurement area;
The center-of-gravity movement trajectory length calculating means for calculating the movement trajectory length of the center-of-gravity position calculated by the center-of-gravity position calculating means within the rest time calculated by the rest-time calculating means. The walking training support apparatus according to 1.
前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、
被計測者の左右いずれか一方の足のみが前記圧力分布センサ上に配置されているときの前記計測領域における、前記重心位置算出手段が算出した前記重心位置の移動軌跡が描かれた領域の面積である完全遊脚立位外周面積を算出する完全遊脚立位外周面積算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項1に記載の歩行訓練支援装置。 The analysis means is
Centroid position calculating means for calculating the position of the centroid of the person to be measured on the pressure distribution sensor;
The area of the region in which the movement locus of the centroid position calculated by the centroid position calculation means is drawn in the measurement region when only the left or right foot of the measurement subject is arranged on the pressure distribution sensor The walking training support device according to claim 1, further comprising: a complete free-standing standing outer periphery area calculating unit that calculates a complete free-standing standing outer periphery area.
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