JP2015111085A - Shoe insole pressure sensor and power assist suit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、靴中敷圧力センサ及びパワーアシストスーツに関する。 The present invention relates to a shoe insole pressure sensor and a power assist suit.
パワーアシストスーツと呼ばれる装着型の運動補助装置がある。パワーアシストスーツは、使用者の動作に応じて筋力を補助するものである。パワーアシストスーツは、要介護者の補助、リハビリテーション、さらに重機が入り込めない狭い場所での重作業をするための力増幅装置としての適用可能性がある。このようなパワーアシストスーツにおいて、使用者の足に作用する荷重を検出することは、アクチュエータの動作を制御する上で重要である。使用者の足に作用する荷重を検出するためには、例えば、圧力センサを用いることができる。 There is a wearable exercise assistance device called a power assist suit. The power assist suit assists muscular strength in accordance with the user's movement. The power assist suit may be applied as a force amplifying device for assisting care recipients, rehabilitation, and heavy work in narrow places where heavy machinery cannot enter. In such a power assist suit, detecting the load acting on the user's foot is important for controlling the operation of the actuator. In order to detect the load acting on the user's foot, for example, a pressure sensor can be used.
例えば、特許文献1には、使用者(装着者)の足裏にかかる荷重を検出するために、複数の領域を有する圧力センサが開示されている。
For example,
特許文献1に記載の圧力センサを用いる場合、複数の領域のうちの1つの領域のセンサが故障すると、圧力センサ全体を交換する必要がある。圧力センサ全体を交換した場合、各領域について較正(キャリブレーション)を行う必要がある。1つの領域のセンサが故障しただけで、すべての領域についてキャリブレーションを行うことは、圧力センサを構成する領域の数が多い場合には、キャリブレーションの作業の手間が多くなるという問題がある。
When the pressure sensor described in
本発明は、複数の感圧センサを個別に交換することができ、かつ、感圧センサを交換した場合でも、交換した感圧センサについてキャリブレーションを行うだけで済み、すべての感圧センサについてキャリブレーションを行う必要がない、靴中敷圧力センサ及びパワーアシストスーツの提供を目的とする。 In the present invention, a plurality of pressure sensors can be individually replaced. Even when the pressure sensors are replaced, it is only necessary to calibrate the replaced pressure sensors, and all the pressure sensors are calibrated. It is an object to provide a shoe insole pressure sensor and a power assist suit that do not need to be performed.
本発明に係る靴中敷圧力センサは、複数の感圧センサと、前記複数の感圧センサそれぞれに対応して設けられ、前記複数の感圧センサをそれぞれ脱着可能な複数の装着部と、前記複数の装着部にそれぞれ装着された感圧センサと電気的に接続される導体を有するフレキシブルプリント基板と、を備え、前記複数の感圧センサの出力を、前記フレキシブルプリント基板を介して取り出す。 The insole pressure sensor according to the present invention includes a plurality of pressure-sensitive sensors, a plurality of pressure-sensitive sensors provided corresponding to each of the plurality of pressure-sensitive sensors, and a plurality of mounting portions that are detachable from the plurality of pressure-sensitive sensors. A flexible printed circuit board having a conductor electrically connected to the pressure sensors mounted on the plurality of mounting portions, respectively, and outputs outputs of the plurality of pressure sensitive sensors through the flexible printed circuit board.
本発明によれば、ケーブルを用いずにフレキシブルプリント基板を用いて配線を行うので、使用者の歩行中に足の圧力が加わっても、ケーブルの捩れや断線が生じることはない。また、靴中敷圧力センサに設けられている複数の感圧センサを個別に交換することができる。さらに、感圧センサを交換した場合、交換した感圧センサについてキャリブレーションを行うだけで済み、すべての感圧センサについてキャリブレーションを行う必要がない。 According to the present invention, wiring is performed using a flexible printed circuit board without using a cable. Therefore, even if foot pressure is applied while the user is walking, the cable is not twisted or disconnected. Moreover, the several pressure sensitive sensor provided in the shoe insole pressure sensor can be replaced | exchanged separately. Furthermore, when pressure sensors are replaced, it is only necessary to perform calibration for the replaced pressure sensors, and it is not necessary to perform calibration for all pressure sensors.
本発明に係る靴中敷圧力センサにおいて、前記複数の感圧センサの出力をシリアル信号に変換する変換部をさらに備え、前記変換部によってシリアル信号に変換した出力を、取り出すようにしてもよい。これにより、靴中敷圧力センサの出力信号を伝達する信号線の本数を削減できる。 The insole pressure sensor according to the present invention may further include a conversion unit that converts the outputs of the plurality of pressure-sensitive sensors into serial signals, and the output converted into the serial signals by the conversion unit may be taken out. Thereby, the number of signal lines for transmitting the output signal of the shoe insole pressure sensor can be reduced.
本発明に係る靴中敷圧力センサにおいて、前記感圧センサは、使用者の足の裏面に配置され、前記変換部は、前記足の土踏まずに対応する位置に設けられていてもよい。足の圧力のかかりにくい土踏まずに対応する位置に変換部を設けることにより、変換部の破損を防止し、センサの信頼性を向上させることができる。 In the insole pressure sensor according to the present invention, the pressure-sensitive sensor may be disposed on a back surface of a user's foot, and the conversion unit may be provided at a position corresponding to the arch of the foot. By providing the conversion portion at a position corresponding to the arch where the foot pressure is difficult to be applied, the conversion portion can be prevented from being damaged and the reliability of the sensor can be improved.
本発明に係る靴中敷圧力センサにおいて、前記感圧センサは、使用者の足の裏面に配置され、前記フレキシブルプリント基板は、前記足のつま先に対応するつま先部と前記足のかかとに対応するかかと部とを除く部分に、折り畳み部を有し、前記折り畳み部を展開又は折り畳むことによって、前記足のつま先と前記つま先部との位置を一致させ、かつ、前記足のかかとと前記かかと部との位置を一致させるようにしてもよい。これにより、重要な、足のつま先近傍のデータ及び足のかかと近傍のデータを正しく取得でき、かつ、複数種類のサイズの足に対応することができる。 In the insole pressure sensor according to the present invention, the pressure-sensitive sensor is disposed on a back surface of a user's foot, and the flexible printed circuit board corresponds to a toe portion corresponding to the toe of the foot and a heel of the foot. A portion excluding the heel portion has a fold portion, and by unfolding or folding the fold portion, the positions of the toe portion of the foot and the toe portion are matched, and the heel portion of the foot and the heel portion The positions may be matched. Thereby, important data near the toes of the foot and data near the heel of the foot can be acquired correctly, and it is possible to deal with a plurality of sizes of feet.
本発明に係る靴中敷圧力センサにおいて、前記フレキシブルプリント基板の代わりに、前記装着部を有し、かつ、前記装着部に装着された感圧センサと電気的に接続される導体を有する金属基板を備えてもよい。この金属基板を用いることにより、各感圧センサに与えられた圧力に対する反力を確保するための金属板を省くことができ、部品点数を削減できる。 In the insole pressure sensor according to the present invention, instead of the flexible printed circuit board, a metal substrate having the mounting portion and having a conductor electrically connected to the pressure-sensitive sensor mounted on the mounting portion. May be provided. By using this metal substrate, a metal plate for ensuring a reaction force against the pressure applied to each pressure sensor can be omitted, and the number of parts can be reduced.
本発明に係る靴中敷圧力センサにおいて、前記複数の感圧センサに対応する位置に、これらが露出する大きさの孔部を有し、前記感圧センサ以外の部分を覆うシートをさらに備えてもよい。これにより、使用者の足裏に対するクッション性を良好に保つことができる。 In the insole pressure sensor according to the present invention, the shoe insole pressure sensor further includes a sheet that has a hole having a size that exposes these at positions corresponding to the plurality of pressure sensors, and covers a portion other than the pressure sensors. Also good. Thereby, the cushioning property with respect to a user's sole can be kept favorable.
本発明に係るパワーアシストスーツは、上記のいずれか1つの靴中敷圧力センサと、前記靴中敷圧力センサに足で圧力を与える使用者に対するアシスト力を発生するアクチュエータと、前記靴中敷圧力センサに備えられた前記感圧センサの出力に基づいて前記アクチュエータの動作を制御する制御部と、を備える。これにより、靴中敷圧力センサの感圧センサによって得られた圧力に応じて、適切なアシスト力を使用者に与えることができる。 A power assist suit according to the present invention includes any one of the above-described shoe insole pressure sensors, an actuator that generates an assist force for a user who applies pressure to the shoe insole pressure sensor with a foot, and the shoe insole pressure. And a controller that controls the operation of the actuator based on the output of the pressure sensor provided in the sensor. Thereby, according to the pressure obtained by the pressure sensor of the shoe insole pressure sensor, an appropriate assist force can be given to the user.
本発明によれば、フレキシブルプリント基板を用いて配線を行うので、使用者の歩行中に足の圧力が加わっても、ケーブルの捩れ及び断線が生じる可能性を低減できる。また、複数の感圧センサを個別に交換することができる。さらに、交換した感圧センサについてキャリブレーションを行うだけで済み、すべての感圧センサについてキャリブレーションを行う必要がない、という効果を奏する。 According to the present invention, since wiring is performed using a flexible printed circuit board, the possibility of cable twisting and disconnection can be reduced even when foot pressure is applied while the user is walking. Also, a plurality of pressure sensitive sensors can be exchanged individually. Furthermore, it is only necessary to calibrate the replaced pressure sensor, and there is an effect that it is not necessary to calibrate all the pressure sensors.
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments (embodiments) for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る靴中敷圧力センサの構成を示す平面図である。靴中敷圧力センサ100は、例えば、パワーアシストスーツの使用者が装着する靴の内部に、靴の中敷として設置される。図1を参照すると、靴中敷圧力センサは、フレキシブルプリント基板(FPC:Flexible printed circuits)10と、感圧センサ1a〜1gと、クッションシート12と、金属板13とを備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a plan view illustrating a configuration of a shoe insole pressure sensor according to the first embodiment. The shoe
図1に示すように、フレキシブルプリント基板10は、孔部10a〜10gを有している。孔部10aは、使用者の足のつま先に対応するつま先部F1の近傍部分であるつま先近傍F10に設けられている。孔部10gは、足のかかとに対応するかかと部F2の近傍部分であるかかと近傍F20に設けられている。孔部10b及び孔部10cは、孔部10aの位置からかかと部F2寄りの位置の左右に設けられている。孔部10dは、孔部10b及び孔部10cの位置からさらにかかと部F2寄りの位置に設けられている。孔部10e及び孔部10fは、孔部10gの位置からつま先部F1寄りの位置の左右に設けられている。
As shown in FIG. 1, the flexible printed
図1に示すように、フレキシブルプリント基板10の、感圧センサ1a〜1gが装着されている面には、クッションシート12が設けられている。クッションシート12は、感圧センサ1a〜1gに対応する部分に、孔部120a〜120gを有している。各孔部120a〜120gは、本例では、感圧センサ1a〜1gが露出する大きさである。
As shown in FIG. 1, a
クッションシート12を設けることにより、使用者の足裏に対するクッション性を良好に保つことができる。クッションシート12は、例えば、フェルト布製である。ただし、クッションシート12はフェルト布製に限定されない。
By providing the
フレキシブルプリント基板10の感圧センサ1a〜1gが設けられている側の面とは反対側の面、つまり靴底側の面に、各感圧センサに与えられた圧力に対する反力を確保するための金属板13を設けることが好ましい。この金属板13により、感圧センサ1a〜1gの検出精度の低下を抑制することができる。金属板は、例えば、鉄板である。
In order to secure a reaction force against the pressure applied to each pressure sensor on the surface of the flexible printed
図2は、図1の孔部10aの部分を拡大して示す図である。図2−1は図1の孔部10a部分の平面図、図2−2は図2−1のA−A’部の断面図である。
FIG. 2 is an enlarged view showing the
図2−1において、感圧センサ1aには、電極23a、23bが設けられている。これらの電極23a、23bに対応して、電極21a、21bがフレキシブルプリント基板10に設けられている。図2−2を参照すると、感圧センサ1aの電極23bと、フレキシブルプリント基板10の電極21bとは、例えば、半田Hによって電気的に接続されている。同様に、図2−1に示す、感圧センサ1aの電極23aと、フレキシブルプリント基板10の電極21aとが、例えば、半田によって電気的に接続されている。なお、半田に限らず、圧接、圧着、レーザ、スポット溶接等、種々の電気的接続方法を用いることができる。
In FIG. 2A, the
フレキシブルプリント基板10は、電極21a、21b以外の部分には、保護層10Jを有している。保護層10Jは、例えば、透明な樹脂によって形成されている。保護層10Jによって、配線22a、22bと他の部分との絶縁状態が保たれる。
The flexible printed
図2−2を参照すると、フレキシブルプリント基板10の、感圧センサ1aが半田Hによって装着されている面に、孔部120aを有するクッションシート12が設けられている。このため、感圧センサ1aは、孔部120aにより、露出された状態になっている。
Referring to FIG. 2-2, a
以上のように構成された靴中敷圧力センサは、靴の内部の底側に敷いた状態で使用される。図3は、靴中敷圧力センサの使用状態の例を示す図である。図3は、靴の内部が分かるように部分断面を示している。図3に示すように、使用者の足32が靴31を履いた状態において、足32の各部が感圧センサ1a、1g等に接触している。この状態において、使用者が例えば荷物を持つことにより、足32の裏側に圧力がかかる。この足32の裏側にかかる圧力は、感圧センサ1a〜1gによって検出され、電気信号として感圧センサ1a〜1gから出力される。感圧センサ1a〜1gの出力は、前述したように、1つにまとめられて外部に引き出される。
The shoe insole pressure sensor configured as described above is used in a state of being laid on the bottom side inside the shoe. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a usage state of the shoe insole pressure sensor. FIG. 3 shows a partial cross-section so that the inside of the shoe can be seen. As shown in FIG. 3, each part of the
図4は、実施形態1に係る靴中敷圧力センサの実施形態1に用いるフレキシブルプリント基板10の構成を示す平面図である。図4に示すように、本実施形態では、フレキシブルプリント基板10は、7個の孔部10a〜10gを有している。孔部の個数及び位置の少なくとも一方は、本実施形態の態様に限定されるものではなく、必要に応じて個数を増減したり、位置を変更したりすることができる。
FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the flexible printed
図5は、図4の孔部10aの部分を拡大して示す図である。図5−1は図1の孔部10a部分の平面図、図5−2は図5−1のA−A’部の断面図である。図5−1に示すように、フレキシブルプリント基板10には、平面視で見た場合に、孔部10aの周囲から中心部に向けて突出した接続部20aが設けられている。
FIG. 5 is an enlarged view showing the
図5−2を参照すると、接続部20aの表面に、電極21b及び配線22bが設けられている。図5−1を参照すると、接続部20aには、感圧センサ1aが有する電極(図示せず)に対応する位置に、電極21a、21bが設けられている。電極21aには配線22aが接続されている。電極21bには配線22bが接続されている。これら2本の配線22a、22bについては、説明の便宜上、配線30aと呼ぶことがある。
Referring to FIG. 5B, an
前述したように、フレキシブルプリント基板10は、配線30a〜30gを保護するため、電極21a〜21g及び配線30a〜30gの部分以外の部分が保護層10Jによって覆われていることが好ましい。
As described above, in order to protect the
本実施形態では、接続部20aに、2つの電極21a、21bが平面視において平行に設けられているが、これに限定されるものではない。すなわち、感圧センサに設けられている電極の個数又は配置等によって、接続部20aに設けられる電極の個数及び配置が決定される。また、電極の個数によって配線30aに含まれる配線の本数が決定される。図4に示す他の接続部20b〜20gは、接続部20aと同様の構造になっている。
In the present embodiment, the
図4に戻り、フレキシブルプリント基板10は、各孔部10a〜10gの接続部20a〜20gに対応して、導体である配線30a〜30gを有している。配線30a〜30gは、各感圧センサ1a〜1gの出力を靴中敷圧力センサの外部に取り出すものである。本実施形態において、配線30a〜30gは、接続部20a〜20gから延びて、図4に示すように、屈曲しながら一箇所にまとめられている。一箇所にまとめられた部分は、配線30a〜30gが平行に並んだ部分である。これら配線30a〜30gにより、複数の感圧センサ1a〜1gの出力がまとめて靴中敷圧力センサの外部に取り出される。
Returning to FIG. 4, the flexible printed
図6は、図4のフレキシブルプリント基板10に感圧センサを装着した状態を示す平面図である。図3に示すように、接続部20a〜20gに、それぞれ、平面視において円形の感圧センサ1a〜1gが装着され、電極21a及び21bと電気的に接続されている。つまり、図5を参照して説明した、孔部10aの接続部20aが、感圧センサ1aの装着部となる。他の孔部10b〜10gの接続部20b〜20gも同様に、対応する感圧センサ1b〜1gの装着部となる。
FIG. 6 is a plan view showing a state in which a pressure-sensitive sensor is mounted on the flexible printed
本実施形態において、感圧センサ1a〜1gは、平面視で円形であり、検出した圧力に応じた電圧を、図示しない電極から出力する。例えば、ロードセル(load cell)と呼ばれているセンサを、感圧センサ1a〜1gとして用いることができる。
In the present embodiment, the pressure
図7は、図6の孔部10aの部分を拡大して示す図である。図7−1は図6の孔部10a部分の平面図、図7−2は図7−1のA−A’部の断面図である。
FIG. 7 is an enlarged view showing the
図7−2において、電極21bと感圧センサ1aに設けられている電極23bとは、例えば、半田Hによって、電気的に接続されている。なお、半田に限らず、圧接、圧着、レーザ、スポット溶接等、種々の電気的接続方法を用いることができる。電極21aについても同様である。他の感圧センサ1b〜1gに設けられている電極(図示せず)についても同様である。したがって、感圧センサ1a〜1gは、半田H等の接続部を除去することにより、装着部である接続部20a〜20gから取り外すことができる。また、新たな感圧センサを装着部である接続部20a〜20gに取り付けることができる。つまり、感圧センサ1a〜1gは、装着部である接続部20a〜20gに対して、個別に脱着可能である。
7-2, the
以上説明した靴中敷圧力センサに対する比較例について説明する。図8は、比較例に用いる感圧センサを示す図である。図8−1は感圧センサ1の平面図、図8−2は図8−1の矢印YAの方向から感圧センサ1を見た側面図である。図8−1、図8−2を参照すると、感圧センサ1は、平面視で円形であり、検出した圧力に応じた電圧を出力するためのケーブルC1が取り付けられている。
A comparative example for the above described shoe insole pressure sensor will be described. FIG. 8 is a diagram showing a pressure-sensitive sensor used in the comparative example. 8-1 is a plan view of the
図9は、比較例の靴中敷圧力センサの構成を示す平面図である。図9に示すように、比較例の靴中敷圧力センサは、金属板13の表面に、複数の感圧センサ1を設けた構成である。各感圧センサ1の出力は、ケーブルC1に接続されたコネクタC2を介して1つにまとめられ、ケーブルC3によって引き出される。
FIG. 9 is a plan view showing a configuration of a shoe insole pressure sensor of a comparative example. As shown in FIG. 9, the shoe insole pressure sensor of the comparative example has a configuration in which a plurality of pressure
以上のように構成された靴中敷圧力センサは、靴の内部の底側に敷いた状態で使用される。図10は、比較例による靴中敷圧力センサの使用状態の例を示す図である。図10は、靴の内部が分かるように部分断面を示している。図10に示すように、使用者の足32が靴31を履いた状態において、足32の各部が感圧センサ1に接触している。この状態において、使用者が例えば荷物を持つことにより、足32の裏側から感圧センサ1に圧力が作用する。この圧力は、各感圧センサ1によって検出され、感圧センサ1の出力が取り出される。
The shoe insole pressure sensor configured as described above is used in a state of being laid on the bottom side inside the shoe. FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a usage state of a shoe insole pressure sensor according to a comparative example. FIG. 10 shows a partial cross section so that the inside of the shoe can be seen. As shown in FIG. 10, each part of the
図8〜図10を参照して説明した、比較例の靴中敷圧力センサによると、靴31の内部で、各感圧センサ1の出力を取り出すためのケーブルC1、コネクタC2、ケーブルC3が足32の裏側等と接触し、足からの圧力が加わった状態になる。すると、使用者の歩行状態によっては、ケーブルC1やケーブルC3が捩れたり、コネクタC2に負荷がかかったりして断線することがある。このような場合、ケーブルC1やコネクタC2等の交換作業に多くの時間が必要となる。
According to the shoe insole pressure sensor of the comparative example described with reference to FIGS. 8 to 10, the cable C <b> 1, the connector C <b> 2, and the cable C <b> 3 for taking out the output of each
前述した比較例に対し、実施形態1の靴中敷圧力センサによると、フレキシブルプリント基板10を用いているので、足の圧力が加わっても、ケーブルに発生する捩れ及び断線を抑制できる。しかも、実施形態1の靴中敷圧力センサは、複数の感圧センサをそれぞれ個別に交換することができる。感圧センサを交換した場合、交換した感圧センサについてキャリブレーションを行うだけで済み、すべての感圧センサについてキャリブレーションを行う必要はない。このため、キャリブレーションに要する手間を低減できる。
In contrast to the above-described comparative example, according to the shoe insole pressure sensor of the first embodiment, the flexible printed
(実施形態2)
図11は、実施形態2に係る靴中敷圧力センサの構成を示す図である。実施形態2では、複数の感圧センサの出力を、より少ない本数の信号線のケーブルC3を介して靴中敷圧力センサの外部に取り出す。
(Embodiment 2)
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a shoe insole pressure sensor according to the second embodiment. In the second embodiment, outputs from a plurality of pressure-sensitive sensors are taken out of the insole pressure sensor via a cable C3 having a smaller number of signal lines.
図11を参照すると、フレキシブルプリント基板10の、感圧センサ1a〜1gが設けられていない側には、図中の破線で示すように、制御部40及び通信部45が設けられている。
Referring to FIG. 11, a
制御部40は、各感圧センサ1a〜1gの出力を入力とし、シリアル信号に変換して出力する機能を有している。通信部45は、制御部40から出力されるシリアル信号を所定のプロトコルに従ってケーブルC3へ出力する機能を有している。
The
図12は、制御部40の機能構成例を示すブロック図である。図12において、制御部40は、マルチプレクサ41と、A/D変換部42と、パラレル/シリアル変換部43とを備えている。マルチプレクサ41は、各感圧センサ1a〜1gの出力を、時分割により順次選択して入力する。A/D変換部42は、入力された感圧センサ1a〜1gの出力について、アナログ信号からディジタル信号に変換する。パラレル/シリアル変換部43は、A/D変換部42によって変換された、各感圧センサ1a〜1gの出力のディジタル信号について、パラレルからシリアルに変換する。パラレル/シリアル変換部43は、例えば、マイクロプロセッサ等によって構成される。
FIG. 12 is a block diagram illustrating a functional configuration example of the
このような構成において、制御部40は次のように動作する。制御部40のマルチプレクサ41は、予め定められたサンプリング周期で、各感圧センサ1a〜1gの出力を、順次選択して入力する。A/D変換部42は、マルチプレクサ41が選択して入力した、感圧センサ1a〜1gの出力であるアナログ信号をディジタル信号に変換する。A/D変換部42の出力であるディジタル信号は、パラレル/シリアル変換部43に入力される。パラレル/シリアル変換部43は、A/D変換部42によってディジタル信号に変換された、感圧センサ1a〜1gの出力を、シリアル信号に変換する。
In such a configuration, the
通信部45は、パラレル/シリアル変換部43によってシリアル信号に変換された感圧センサ1a〜1gの出力を入力する。通信部45は、感圧センサ1a〜1gの出力を、所定のプロトコルに従ってシリアル信号によりケーブルC3へ出力する。なお、制御部40と通信部45とをまとめて1つに集積したICにしてもよい。制御部40及び通信部45は、例えば、マイクロコンピュータによって実現してもよい。
The
ところで、制御部40及び通信部45は、使用者の足の土踏まずに対応する位置に設けることが好ましい。足の圧力のかかりにくい土踏まずに対応する位置に制御部40及び通信部45を設けることにより、これらの破損を防止し、センサの信頼性を向上させることができる。
By the way, it is preferable to provide the
図13は、実施形態2に係る靴中敷圧力センサの使用状態の例を示す図である。図13は、靴の内部が分かるように部分断面を示している。図13に示すように、使用者の足32が靴31を履いた状態において、足32の各部が感圧センサ1a、1g等に接触している。図13に示すように、フレキシブルプリント基板10の下側の面、つまり靴底側の面には、金属板13が設けられている。本実施形態の金属板13は、制御部40及び通信部45に対応する位置に孔部130を有している。なお、図13において、保護層10Jの図示は省略してある。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a usage state of the shoe insole pressure sensor according to the second embodiment. FIG. 13 shows a partial cross section so that the inside of the shoe can be seen. As shown in FIG. 13, in a state where the user's
図13の状態において、使用者が例えば荷物を持つことにより、靴中敷圧力センサは、足32の裏側から圧力を受ける。制御部40及び通信部45は、足32からの圧力を受けにくい、土踏まずに対応する位置に設けられているので、シリアル信号に変換する変換部である制御部40及び通信部45に過度の力が加わることを抑制できる。
In the state of FIG. 13, the shoe insole pressure sensor receives pressure from the back side of the
なお、実施形態2において、靴31は、制御部40及び通信部45に対応する位置に凹部33を有する。このため、凹部33が無い場合に比べて、制御部40及び通信部45に過度の力が加わる可能性を低くできる。
In the second embodiment, the
(実施形態3)
図14は、本発明に係る靴中敷圧力センサの実施形態3の構成を示す図である。実施形態3では、フレキシブルプリント基板10の代わりに、金属基板14を用いる。
(Embodiment 3)
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a shoe insole pressure sensor according to a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, a
図14を参照すると、金属基板14の、感圧センサ1a〜1gが設けられていない側には、図中の破線で示すように、制御部40及び通信部45が設けられている。制御部40及び通信部45は、例えば、マイクロコンピュータによって実現してもよい。
Referring to FIG. 14, a
図15は、図14の矢印YBの方向から金属基板14等を見た側面図である。図14及び図15を参照すると、金属基板14は、金属板の表面に、前述した感圧センサ1a〜1gを装着して電気的に接続するための接続部20a〜20g及び配線30a〜30gを設けた構成になっている。なお、金属基板14の表面には、必要に応じて絶縁層が設けられている。
FIG. 15 is a side view of the
金属基板14において、感圧センサ1aに設けられている電極(例えば、図2−1を参照)と、接続部20a〜20gに設けられている電極とは、例えば、半田によって、電気的に接続されている。なお、半田に限らず、圧接、圧着、レーザ、スポット溶接等、種々の電気的接続方法を用いることができる。したがって、感圧センサ1a〜1gは、半田等の接続部を除去することにより、装着部である接続部20a〜20gから取り外すことができる。また、新たな感圧センサを装着部である接続部20a〜20gに取り付けることができる。つまり、感圧センサ1a〜1gは、装着部である接続部20a〜20gに対して、個別に脱着可能である。
In the
実施形態3の靴中敷圧力センサは、実施形態2の場合と同様に、複数の感圧センサの出力をシリアル信号に変換する変換部として機能する制御部40及び通信部45を備えている。通信部45の出力は、コネクタC4によって接続されるケーブルC3を介して取り出される。
As in the case of the second embodiment, the insole pressure sensor of the third embodiment includes a
図16は、実施形態3に係る靴中敷圧力センサの使用状態の例を示す図である。図16は、靴の内部が分かるように部分断面を示している。図16に示すように、使用者の足32が靴31を履いた状態において、足32の各部が感圧センサ1a、1g等に接触している。本実施形態では、実施形態1及び実施形態2の場合と同様に、感圧センサ1a〜1gに対応する位置に孔部を有するクッションシート12が設けられている。
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a usage state of the shoe insole pressure sensor according to the third embodiment. FIG. 16 shows a partial cross section so that the inside of the shoe can be seen. As shown in FIG. 16, in a state where the user's
本実施形態では、実施形態1及び実施形態2の場合とは異なり、金属基板14を用いているため、フレキシブルプリント基板14の下側の面、つまり靴底側の面に金属板を設ける必要はない。金属基板14を用いることにより、各感圧センサ1a〜1gに与えられた圧力に対する反力を確保するための金属板を省くことができ、部品点数を削減できる。
In this embodiment, unlike the case of
(実施形態4)
図17は、本発明に係る靴中敷圧力センサの実施形態4の構成を示す図である。実施形態4では、折り畳み部を展開又は折り畳むことによって足のサイズの大小に対応できるようにした、フレキシブルプリント基板15を用いる。図17−1は、フレキシブルプリント基板15の構成を示す平面図である。図17−2は、図17−1の矢印YBの方向から見た側面図である。図17−1及び図17−2において、フレキシブルプリント基板15は、谷折り部15aと、その両側に位置する山折り部15b及び15cを有している。なお、図17−2において、保護層10Jの図示は省略してある。
(Embodiment 4)
FIG. 17 is a view showing a configuration of a fourth embodiment of a shoe insole pressure sensor according to the present invention. In the fourth embodiment, the flexible printed
靴中敷圧力センサをパワーアシストスーツの荷重検出装置として用いる場合、特に、足のつま先近傍に作用する圧力のデータ及び足のかかと近傍に作用する圧力のデータが重要である。したがって、フレキシブルプリント基板15の、足のつま先に対応するつま先部F1からつま先近傍F10に位置する感圧センサ1aまでの距離を所望の値に維持することが重要である。同様に、フレキシブルプリント基板15の、足のかかとに対応するかかと部F2からかかと近傍F20に位置する感圧センサ1gまでの距離を所望の値に維持することが重要である。
When the insole pressure sensor is used as a load detection device for a power assist suit, in particular, pressure data acting near the toe of the foot and pressure data acting near the heel of the foot are important. Therefore, it is important to maintain the distance from the toe portion F1 corresponding to the toe of the flexible printed
そこで、本実施形態に係るフレキシブルプリント基板15は、足のつま先に対応するつま先部F1と足のかかとに対応するかかと部F2とを除く部分に、谷折り部15a並びに山折り部15b及び15cを有する折り畳み部F3が設けられている。例えば、足のつま先に対応するつま先部F1と足のかかとに対応するかかと部F2との間に、谷折り部15a並びに山折り部15b及び15cを有する折り畳み部F3が設けられている。谷折り部15a及び山折り部15b及び15cを有する折り畳み部を展開又は折り畳むことによって、足のつま先とつま先部F1との位置を一致させ、かつ、足のかかととかかと部F2との位置を一致させるようにした。この構造により、靴中敷圧力センサから、足のつま先近傍F10の圧力のデータと、足のかかと近傍F20の圧力のデータとを正しく取得でき、かつ、複数種類のサイズの足に対応することができる。
Therefore, the flexible printed
図18は、谷折り部15a並びに山折り部15b及び15cで折り畳んだ状態のフレキシブルプリント基板15を示す図である。図18−1は、フレキシブルプリント基板15の構成を示す平面図である。図18−2は、図18−1の矢印YBの方向から見た側面図である。図18−1及び図18−2を参照すると、折り畳んだ状態であるため、フレキシブルプリント基板15の、感圧センサ1a〜1gが設けられていない面側に、谷折り部15aが位置している。このように折り畳んだ状態のフレキシブルプリント基板15は、足のサイズが小さい場合に対応できる。
FIG. 18 is a diagram illustrating the flexible printed
折り畳んだ状態のフレキシブルプリント基板15の、感圧センサ1a〜1gが設けられている側は、感圧センサ1a〜1gに対応する位置に孔部を有するクッションシート12(例えば、図1参照)で覆われる。さらに、折り畳んだ状態のフレキシブルプリント基板15の、感圧センサ1a〜1gが設けられていない側には、金属板13(例えば、図1参照)が設けられることが好ましい。このように、本実施形態では、靴中敷圧力センサに、フレキシブルプリント基板15が用いられる。なお、図18−2において、保護層10Jの図示は省略してある。
The side of the folded flexible printed
図19は、谷折り部15a並びに山折り部15b及び15cを折り畳まずに展開した状態のフレキシブルプリント基板15を示す図である。図19−1は、フレキシブルプリント基板15の構成を示す平面図である。図19−2は、図19−1の矢印YBの方向から見た側面図である。図19−1及び図19−2を参照すると、展開した状態であるため、フレキシブルプリント基板15の、感圧センサ1a〜1gが設けられている面側に、谷折り部15aが位置している。このように展開した状態のフレキシブルプリント基板15は、足のサイズが大きい場合に対応できる。
FIG. 19 is a diagram showing the flexible printed
展開した状態のフレキシブルプリント基板15の、感圧センサ1a〜1gが設けられている側は、感圧センサ1a〜1gに対応する位置に孔部を有するクッションシート12(例えば、図1参照)で覆われる。さらに、展開した状態のフレキシブルプリント基板15の、感圧センサ1a〜1gが設けられていない側には金属板13(例えば、図1参照)が設けられ、靴中敷圧力センサとして用いられる。なお、図19−2において、保護層10Jの図示は省略してある。
The side of the unfolded flexible printed
前述のように、フレキシブルプリント基板15が1つの谷折り部15aを有する場合について説明したが、複数の谷折り部を設けてもよい。より多くの谷折り部を設けることにより、様々な足のサイズに対応することができる。
As described above, the case where the flexible printed
(パワーアシストスーツ)
前述した靴中敷圧力センサは、パワーアシストスーツの使用者の足からの圧力を検出する荷重検出装置として用いることができる。次に、靴中敷圧力センサをパワーアシストスーツの荷重検出装置に適用した例を説明する。
(Power assist suit)
The above described insole pressure sensor can be used as a load detection device that detects pressure from the foot of the user of the power assist suit. Next, an example in which the insole pressure sensor is applied to a load detection device for a power assist suit will be described.
図20は、前述した靴中敷圧力センサをパワーアシストスーツの荷重検出装置として用いる場合に、関連する部分を示す機能ブロック図である。図20に示すように、パワーアシストスーツは、前述した靴中敷圧力センサ100を用いた荷重検出装置144と、制御部101と、アクチュエータAAとを備えている。
FIG. 20 is a functional block diagram showing relevant portions when the above-described shoe insole pressure sensor is used as a load detection device for a power assist suit. As shown in FIG. 20, the power assist suit includes a
アクチュエータAAは、パワーアシストスーツの可動部分に設けられている。制御部101は、荷重検出装置144によって検出した圧力のデータを入力とし、圧力に基づいて、アクチュエータAAの動作を制御する。
The actuator AA is provided in a movable part of the power assist suit. The
このような構成において、前述した靴中敷圧力センサを用いた荷重検出装置144によって検出する。制御部101は、検出した圧力に基づいて、パワーアシストスーツを構成するアクチュエータAAの動作を制御する。これにより、適切なアシスト力を使用者に与えることができる。
In such a configuration, the load is detected by the
次に、前述した靴中敷圧力センサを荷重検出装置144として用いた、パワーアシストスーツの構成例について説明する。
Next, a configuration example of a power assist suit using the above-described shoe insole pressure sensor as the
パワーアシストスーツ110は、複数のリンクが関節を介して連結され、使用者に装着されて使用者の筋力を補助する装置である。図21から図23に示すように、パワーアシストスーツ110は、使用者の腰に装着される腰パーツ111と、肩に装着される肩パーツ112と、脚に装着される脚パーツ113A、113Bとを有している。
The
腰パーツ111は、腰装着部121と、給電装置122と、大腿駆動機構123A、123Bとを有する。腰装着部121は、パワーアシストスーツ110の使用者、すなわちパワーアシストスーツを装着する者(装着者)の腰の周囲に位置するように形成された、C形リング形状の部材である。給電装置122は、腰装着部121に取り付けられており、使用者の背中側に配置される。
The
給電装置122は、パワーアシストスーツ110が備える制御部101及びアクチュエータ等の機器類に電力を供給する装置である。本実施形態において、給電装置122は、パワーアシストスーツ110の外部の電源122Bから、電線122Cを介して電力の供給を受ける。給電装置122は、外部の電源122Bからの電力を、パワーアシストスーツ110が備える機器類に適した電圧等に変換してこれらに供給する。外部の電源122Bは、例えば、AC(Alternating Current)電源である。給電装置122は外部の電源122Bから電力の供給を受ける装置に限定されるものではなく、例えば、パワーアシストスーツ110に搭載される蓄電器から電力の供給を受ける装置であってもよい。
The
大腿駆動機構123A、123Bは、腰装着部121の下方に連結されており、それぞれ使用者の左右の側部に配置されている。大腿駆動機構123A、123Bは、パワーアシストスーツ110の関節に相当する。大腿駆動機構123Aは、脚パーツ113Aの大腿装着部141Aを腰装着部121に対して所定の軸線Ywlの周りを回動させることで、左脚の大腿の動作に応じて筋力を補助するものである。大腿駆動機構123Bは、脚パーツ113Bの大腿装着部141Bを腰装着部121に対して所定の軸線Ywrの周りを回動させることで、右脚の大腿の動作に応じて筋力を補助するものである。
The
肩パーツ112は、背装着部131と、使用者の左右の肩に掛止するように配置される左肩装着部132A及び右肩装着部132Bとを有する。左肩装着部132A及び右肩装着部132Bは、使用者の背中側に配置される背装着部131によって腰パーツ111の腰装着部121に連結されている。
The
脚パーツ113A、113Bは、左脚及び右脚に対応して配置されている。左脚に対応する脚パーツ113Aは、大腿装着部141Aと、下腿装着部142Aと、足装着部143Aと、下腿駆動機構145Aと、脚駆動制御部146Aとを有する。
The
大腿装着部141Aは、使用者の左脚の大腿に沿って配置され、下腿装着部142Aは、使用者の左脚の下腿に沿って配置される。大腿装着部141A及び下腿装着部142Aは、パワーアシストスーツ110のリンクに相当する。大腿装着部141Aの一端部は、腰パーツ111の腰装着部121に回動可能に連結されている。下腿装着部142Aの一端部は、大腿装着部141Aの他端部に回動可能に連結されており、下腿装着部142Aの他端部は、回動軸147Aにより足装着部143Aに回動可能に連結されている。足装着部143Aは、使用者の左足部(左足首から下の部分)に装着される靴部である。回動軸147Aはパワーアシストスーツ110の関節に相当し、足装着部143Aはパワーアシストスーツ110のリンクに相当する。
The
下腿駆動機構145Aは、大腿装着部141Aの他端部に取り付けられている。下腿駆動機構145Aは、下腿駆動機構145Aを大腿装着部141Aに対して所定の軸線Ynlの周りを回動させることで、筋力を補助する。下腿駆動機構145Aは、パワーアシストスーツ110の関節に相当する。脚駆動制御部146Aは、大腿装着部141Aに取り付けられており、大腿駆動機構123A及び下腿駆動機構145Aの動作を制御する。脚駆動制御部146A、大腿駆動機構123A及び下腿駆動機構145Aは、給電装置122から電力が供給される。
The
右脚に対応する脚パーツ113Bは、脚パーツ113Aと同様に、大腿装着部141Bと、下腿装着部142Bと、足装着部143Bと、下腿駆動機構145Bと、脚駆動制御部146Bとを有する。
Similarly to the
大腿装着部141Bは、使用者の右脚の大腿に沿って配置され、下腿装着部142Bは、使用者の右脚の下腿に沿って配置される。大腿装着部141B及び下腿装着部142Bは、パワーアシストスーツ110のリンクに相当する。大腿装着部141Bの一端部は、腰パーツ111の腰装着部121に回動可能に連結されている。下腿装着部142Bの一端部は、大腿装着部141Bの他端部に回動可能に連結されており、下腿装着部142Bの他端部は、回動軸147Bにより足装着部143Bに回動可能に連結されている。足装着部143Bは、使用者の右足部(右足首から下の部分)に装着される靴部として形成されている。回動軸147Bはパワーアシストスーツ110の関節に相当し、足装着部143Bはパワーアシストスーツ110のリンクに相当する。
The
下腿駆動機構145Bは、大腿装着部141Bの他端部に取り付けられている。下腿駆動機構145Bは、下腿駆動機構145Bを大腿装着部141Bに対して所定の軸線Ynrの周りを回動させることで、筋力を補助するものである。下腿駆動機構145Bは、パワーアシストスーツ110の関節に相当する。脚駆動制御部146Bは、大腿装着部141Bに取り付けられており、大腿駆動機構123B及び下腿駆動機構145Bの動作を制御する。脚駆動制御部146B、大腿駆動機構123B及び下腿駆動機構145Bは、給電装置122から電力が供給される。
The lower
大腿駆動機構123A、123B及び下腿駆動機構145A、145Bは、それぞれアクチュエータを備えている。本実施形態において、これらが備えるアクチュエータは電動機であるが、これに限定されない。本実施形態において、それぞれの脚パーツ113A、113Bは、大腿駆動機構123A、123B及び下腿駆動機構145A、145Bを備えているので、制御軸は2軸である。本実施形態において、パワーアシストスーツ110が備える制御軸は、1つの脚パーツ113A又は脚パーツ113Bあたりにおいて2軸に限定されるものではない。
The
図22に示すように、足装着部143Aの底部には、荷重検出装置144Aが設けられている。また、足装着部143Bの底部には、荷重検出装置144Bが設けられている。荷重検出装置144A、144Bは、足装着部143A、143Bに作用する荷重を検出する。本実施形態において、荷重検出装置144A、144Bには、例えば、前述した各靴中敷圧力センサを用いることができる。
As shown in FIG. 22, a
本実施形態において、背装着部131の背面には、制御部101が設けられている。制御部101は、例えば、マイクロコンピュータである。制御部101は、荷重検出装置144A、144Bの検出値に基づいて、大腿駆動機構123A、123B及び下腿駆動機構145A、145Bの動作を制御する。脚駆動制御部146A、146Bは、制御部101からの指令に基づいて、大腿駆動機構123A、123Bのアクチュエータ及び下腿駆動機構145A、145Bのアクチュエータを駆動する。本実施形態において、脚駆動制御部146A、146Bは、電動機を制御するモータードライバである。
In the present embodiment, the
以上は、前述した靴中敷圧力センサを、パワーアシストスーツの荷重検出装置として用いる場合について説明したが、他の用途に用いることもできる。例えば、医療分野や福祉分野において、患者や被験者の足裏にかかる荷重をモニターする場合に、前述した靴中敷圧力センサを用いることができる。 Although the above has described the case where the above-described insole pressure sensor is used as a load detection device for a power assist suit, it can be used for other purposes. For example, in the medical field or the welfare field, the above-described shoe insole pressure sensor can be used when monitoring a load applied to the soles of patients or subjects.
以上、実施形態1から実施形態4について説明したが、前述した内容により実施形態1から実施形態4が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、実施形態1から実施形態4の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも1つを行うことができる。
As mentioned above, although
1a−1g 感圧センサ
10、15 フレキシブルプリント基板
10a−10g 孔部
12 クッションシート
13 金属板
14 金属基板
20a−20g 接続部
21a−21g 電極
30a−30g 配線
31 靴
32 足
33 凹部
40 制御部
41 マルチプレクサ
42 A/D変換部
43 パラレル/シリアル変換部
45 通信部
100 靴中敷圧力センサ
101 制御部
110 パワーアシストスーツ
120a−120g 孔部
130 孔部
144 荷重検出装置
AA アクチュエータ
H 半田
1a-
Claims (7)
前記複数の感圧センサそれぞれに対応して設けられ、前記複数の感圧センサをそれぞれ脱着可能な複数の装着部と、
前記複数の装着部にそれぞれ装着された感圧センサと電気的に接続される導体を有するフレキシブルプリント基板と、
を備え、
前記複数の感圧センサの出力を、前記フレキシブルプリント基板を介して取り出す、
靴中敷圧力センサ。 Multiple pressure sensors,
A plurality of mounting portions provided corresponding to each of the plurality of pressure sensors, and each of the plurality of pressure sensors being detachable;
A flexible printed circuit board having a conductor electrically connected to the pressure-sensitive sensors respectively mounted on the plurality of mounting portions;
With
The outputs of the plurality of pressure sensors are taken out through the flexible printed circuit board,
Shoe insole pressure sensor.
請求項1に記載の靴中敷圧力センサ。 Further comprising a conversion unit that converts the outputs of the plurality of pressure sensors into serial signals, and the output converted into serial signals by the conversion unit is taken out,
The insole pressure sensor according to claim 1.
前記変換部は、前記足の土踏まずに対応する位置に設けられる、
請求項2に記載の靴中敷圧力センサ。 The pressure sensor is disposed on the back surface of the user's foot,
The converter is provided at a position corresponding to the arch of the foot;
The insole pressure sensor according to claim 2.
前記フレキシブルプリント基板は、前記足のつま先に対応するつま先部と前記足のかかとに対応するかかと部とを除く部分に、折り畳み部を有し、
前記折り畳み部を展開又は折り畳むことによって、前記足のつま先と前記つま先部との位置を一致させ、かつ、前記足のかかとと前記かかと部との位置を一致させるようにした、
請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の靴中敷圧力センサ。 The pressure sensor is disposed on the back surface of the user's foot,
The flexible printed circuit board has a folded portion in a portion excluding a toe portion corresponding to the toe of the foot and a heel portion corresponding to the heel of the foot,
By unfolding or folding the folding part, the positions of the toes and the toes of the foot are matched, and the positions of the heel and the heel of the foot are matched.
The insole pressure sensor according to any one of claims 1 to 3.
前記装着部を有し、かつ、前記装着部に装着された感圧センサと電気的に接続される導体を有する金属基板を備えた、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の靴中敷圧力センサ。 Instead of the flexible printed circuit board,
The metal substrate which has the said mounting part and has a conductor electrically connected with the pressure-sensitive sensor with which the said mounting part was mounted | worn was provided. Shoe insole pressure sensor.
請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の靴中敷圧力センサ。 In a position corresponding to the plurality of pressure sensors, the sheet further includes a sheet having a hole size that exposes them, and covers a portion other than the pressure sensors.
The insole pressure sensor according to any one of claims 1 to 5.
前記靴中敷圧力センサに足で圧力を与える使用者に対するアシスト力を発生するアクチュエータと、
前記靴中敷圧力センサに備えられた前記感圧センサの出力に基づいて前記アクチュエータの動作を制御する制御部と、
を備えた、
パワーアシストスーツ。 The insole pressure sensor according to any one of claims 1 to 6,
An actuator for generating an assist force for a user applying pressure to the insole pressure sensor with a foot;
A controller that controls the operation of the actuator based on the output of the pressure-sensitive sensor provided in the insole pressure sensor;
With
Power assist suit.
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