JP2016150178A - 運動測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 検知部を足首と一体に動作させて、足の動きを高精度に検知できるようにした運動測定装置を提供する。【解決手段】 足首２の踝の部分を挟持するように付勢する帯状本体１１と、帯状本体の足首の踝の部分に対向する部位に配置され、足の動作を検知するセンサ２１、２２を設けた検知部２０とを備える。帯状本体１１が足首２の骨４に押し付けられるように装着されるので、検知部２０が足首２と一体に動作できるようになり、足首の筋肉や動脈の振動の影響を受けることなく、足首２の運動を高精度に検知できるようになる。【選択図】図４

Description

本発明は、足の動作を検知する検知部を足首に装着して運動データを測定する運動測定装置に関する。

足の動作をセンサで検知して運動データを測定する運動測定装置として、センサを足首に取り付けるものが用いられる。特許文献１には、人の運動・動作を計測する計測ユニットと、計測結果を表示する表示ユニットとが分離して設けられて、計測ユニットが人の足首のアキレス腱近傍に装着される測定装置が記載されている。計測ユニットには、圧力センサが設けられ、計測ユニットは、バンドやテープを足首に巻くことで、足首に装着される。前記圧力センサによってアキレス腱の伸縮が検知され、その圧力データが記録される。この圧力データに基づいて、人が寝ている状態や立っている状態などが識別される、というものである。

特開２００６−３０５３１１号公報

特許文献１に記載された測定装置は、アキレス腱や筋肉のように膨張したり伸縮しやすい部位に圧力センサや加速度センサが対向した状態で、バンドやテープを用いてこれらのセンサが装着されている。そのため、センサが筋肉の動きや動脈の振動の影響を受けやすくなり、正確なデータを取得できない問題がある。

また、バンドやテープで足首を強く締め付けるほど、筋肉（前脛骨筋など）、アキレス腱、動脈などが過度に締め付けられることになり、装着感が悪くなり、正常歩行にも支障が生じてしまう。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、検知部によって足首の動作を高精度に検知できる運動測定装置を提供することを目的としている。

本発明は、足の動作を検知する運動測定装置において、
足首の周囲に取り付けられる帯状本体が設けられ、帯状本体部には足首の表面に対向する内壁面が形成されており、
前記帯状本体に足の動きを検知する検知部が設けられ、前記検知部が足首の踝に対向し、前記内壁面のうちの前記検知部が配置された部分が前記踝に当接することを特徴とするものである。

本発明の運動測定装置は、検知部が踝に対向する部分、すなわち足首の骨に対向している部分に検知部が設けられているため、検知部が足首に密着した状態で、かつ足首の筋肉や動脈の振動の影響を受けにくく、また靴などを装着時に靴周辺部にあたりにくい状態で、検知部による検知動作が行われることになり、正確な足首の運動データを取得しやすくなる。

本発明の運動測定装置では、前記帯状本体は、前記検知部が配置された部分が当接部となっており、前記帯状本体に弾性部材が設けられ、前記弾性部材の弾性力によって、前記当接部が踝に押し付けられていることが好ましい。

前記弾性部材の弾性力で、検知部が足首の骨が存在している踝に押し付けられているため、検知部が常に足首と一体となって動作できるようになり、足首の動きを精度良く検知できるようになる。

本発明の運動測定装置は、前記帯状本体には、踝に対向する部分に、刺激付与部が設けられていることが好ましく、好適には脛骨下端が外側から内側に湾曲している部位である内踝部に設けることが好ましい。。前記刺激付与部は、例えば振動発生部である。

上記の運動測定装置では、刺激付与部から踝に刺激が与えられるため、足首に対して歩行指導などの挟持情報を与えやすくなる。

本発明の運動測定装置は、前記帯状本体にバッテリが設けられており、バッテリが踝に対向する部分に配置されているものが好ましい。

バッテリなどの比較的質量の大きい部分が足首の踝に位置する骨に支えられることにより、運動中に、帯状本体が位置ずれしにくくなる。

本発明の運動測定装置は、前記検知部と前記刺激付与部が、内側の踝に対向しているものである。あるいは、前記検知部と前記刺激付与部が、内側の踝との対向部と外側の踝との対向部に分かれて配置されているものである。

本発明の運動測定装置は、検知部が踝に対向する部分で、好ましくは踝に位置する骨に押し付けられるように装着されているため、検知部が足首と一体となって動作しやすくなり、常に足首の動作を高精度に検知できるようになる。

本発明の第１の実施の形態に係る右足用の運動測定装置が右足に装着された状態を、その右足の内側から見た側面図である。 図１に示す運動測定装置が右足に装着された状態を、その右足の前方から見た縦断面図である。 図１に示す右足用の運動測定装置の全体構成を示す平面図である。 図１に示す右足用の運動測定装置が右足に装着された状態をその右足の上方から見た平断面図である。 本発明の実施の形態に係る運動測定装置を制御する制御装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る右足用と左足用の運動測定装置を示す平面図である。 図６に示す右足用と左足用の運動測定装置がそれぞれ右足と左足に装着された状態を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る右足用の運動測定装置を示す平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る右足用の運動測定装置を示す平面図である。 図８に示す運動測定装置を右足に装着した状態を示す横断面図である。

以下では、図面を参照しながら，本発明の実施の形態に係る運動測定装置について詳細に説明する。この運動測定装置は、足の動作を検知するセンサを足首に装着して運動データを測定するものである。

図１ないし図４には、本発明の第１の実施の形態の運動測定装置１０が示されている。図１ないし図４に示す運動測定装置１０は、右足１の足首２に着脱自在に装着されて使用される。運動測定装置１０は、足首２に装着される帯状本体１１を備えている。帯状本体１１は、足首２の内踝（内果）４ａと外踝（外果）５ａの上寄りの部位に装着される。図３と図４に示すように、帯状本体１１の断面の内部に、足の動作を検知するセンサを備えた検知部２０と、足に刺激を与える刺激付与部である振動発生部３０と、各部を駆動させるためのバッテリ５０および各部を制御する制御装置６０が収納されている。帯状本体１１の斜め前方の外部に、発光部４０が設けられている。

図３に示すように、帯状本体１１は、自由状態において、一方の端部１３ａと他方の端部１３ｂとが重なるように、３６０度以上の角度で周回する形状である。図４に示すように、帯状本体１１は、足首２を３６０度以上で囲むようにして装着される。

帯状本体１１は、ポリウレタン、シリコンなど合成樹脂若しくはフッ素ゴムなどのエラストマからなる可撓性材料で構成されており、内部に金属の板ばね材料で形成された弾性部材１４が埋設されて、自由状態で図３に示す周回形状を維持できるようなっている。

図３に示すように、帯状本体１１の内面１２の後方に、アキレス腱３を挟む凹部１５が形成されている。凹部１５が形成されている部分の両側には、中心方向へ突出する隆起部１５ａ，１５ｂが形成されており、この部分は帯状本体１１の他の部分よりも内外方向に向けて肉厚に形成されている。その結果、凹部１５を深く形成でき、凹部１５の内面１５ｃを凹曲面に形成できるようになる。

帯状本体１１の内面１２の左右両側部に、内側当接部１６ａと外側当接部１６ｂとが形成されている。前記弾性部材１４は、主に内側当接部１６ａと外側当接部１６ｂとを接近させる方向へ弾性力を発揮する。

帯状本体１１は、端部１３ａと端部１３ｂを互いに離すように拡開させて、図２と図４に示すように、足首２の上寄りの部分に装着する。帯状本体１１は、アキレス腱３を凹部１５内に入り込ませて、足首２を囲むように装着すると、弾性部材１４の弾性力によって、内側当接部１６ａが足首２の内踝４ａの部分、詳しくは内側の骨（内踝４ａを含む頸骨）４にやや強めに当たり、外側当接部１６ｂが外踝５ａの部分、詳しくは外側の骨（外踝５ａを含む腓骨）５にやや強めに当たるようになる。

帯状本体１１は、アキレス腱３が深めで凹曲面形状の凹部１５に入り込み、内側当接部１６ａと外側当接部１６ｂとで、内踝４ａ（内側の骨４）と外踝５ａ（外側の骨５）とを挟むようにして装着されるため、帯状本体１１が足首２にフィットしやすくなり、回転方向に位置ずれしにくく、足首２の運動に追従しやすくなる。

図２に示すように、帯状本体１１の内面１２の下部１２ａは、下方に向けて径が広がるようなテーパ状に形成されている。これにより、帯状本体１１の内面１２が足首２の内踝４ａと外踝５ａの出っ張りにフィットするため、帯状本体１１は足首２に位置ずれしにくい状態で装着されるようになる。

なお、帯状本体１１は、足首２の内踝４ａと外踝５ａの下寄りの部位に装着されてもよい。この場合には、帯状本体１１の内面１２の上部１２ｂを、上端に向けて径が広がるようなテーパ状に形成することで、内踝４ａと外踝５ａの出っ張りにフィットできるようになる。

帯状本体１１は、内側当接部１６ａと外側当接部１６ｂが弾性力を受けて足首２にやや強めに当接するが、この当接部分には、表面が比較的硬い内側の骨４と外側の骨５が存在しているため、帯状本体１１が位置ずれしにくくなり、さらに装着時に圧迫感を感じにくくなっている。

図４に示すように、足首２の前方には筋肉（前脛骨筋６）が存在しているが、この部分では、帯状本体１１の内面１２と足首２との間に隙間１７が形成される。帯状本体１１は、足首２の周囲を３６０度以上の範囲で囲むようにして、足首２と一体となるように装着されるが、内面１２と筋肉（前脛骨筋６）との間に隙間１７が形成されているため、足首２を動かして歩行や走行あるいは各種運動を行うときに、筋肉（前脛骨筋６）が圧迫されることがなく、装着感触が良好になる。

この構造では、従来のようにバンドやテープなどを用いて足首２全体を締め付けなくても、足首２と帯状本体１１とを一体化でき、足首２の運動に帯状本体１１が追従するようになり、また、装着時の違和感もなくすことができるようになる。

次に、このような運動測定装置１０で運動データを測定する構成について説明する。
図４に示すように、帯状本体１１の内部に埋め込まれている検知部２０には、方位センサ２１と加速度センサ２２およびこれらセンサを支持する回路基板が設けられている。検知部２０に設けられるセンサの数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよく、例えば方位センサ２１と加速度センサ２２の他に振動型ジャイロなどの角速度センサを使用することもできる。

方位センサ２１は、地磁気を検知する磁気式ジャイロセンサで構成される。磁気式ジャイロセンサは、３軸直交座標上に配置された磁気検知素子を備えることで、足首２を動作させたときに、３軸のうちのどの軸を中心として回転しているのかを特定することができ、そのときの角速度も検知できる。さらに足首２の絶対方位を検知することもできる。

加速度センサ２２は、所定の質量と支持部材を有し、質量に作用する力による支持部材の変形量が検知される。加速度センサ２２を設けることで、重力方向に対する足首２の姿勢を検知でき、さらに歩行時や走行時または他の運動時に、足１が受ける衝撃を検知できる。例えば、歩いているか走っているかの運動状態や足１自体の着地状態を検知できる。

帯状本体１１に埋設されている振動発生部３０は、例えば磁石の磁界とコイルに流れる電流とで発揮される電磁力を利用したバイブレータ、あるいは圧電素子などの歪み変形を利用したバイブレータで構成される。このような振動発生部３０を足首２に装着することで、例えば足１の動きや姿勢が悪いときに、足首２に直接振動を与えて教示することができる。なお、刺激付与部は振動発生部３０に限られるものではなく、例えば電磁駆動機構や圧電素子を使用して、足首２に対して衝撃波や間欠的な圧力などを与えるものであってもよい。

帯状本体１１の斜め前方の外側に装備されている発光部４０は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、発光ダイオード）で構成される複数の発光素子４１を備えている。発光部４０を足首２に装着することで、例えば足１の動きや姿勢が悪いときに、発光素子４１を使って光で教示することができる。この場合、複数の発光素子４１で色を変えたり、点滅の仕方を変えたりすることで、異なる教示を識別させることができる。また、発光素子４１を調光制御することで、グラデーションで教示することもできる。

この実施の形態では、振動発生部３０と発光部４０の双方によって挟持部材が構成されている。この挟持部材によって、装着者に運動状態の異常を伝えたり、歩行や走行姿勢を矯正するための情報が与えられる。

帯状本体１１の内部に設けられているバッテリ５０は、充電することによって繰返して使用できる二次電池で構成される。バッテリ５０は、検知部２０、振動発生部３０、発光部４０などの各部に電力を供給する。

図５に示すように、検知部２０の方位センサ２１および加速度センサ２２、振動発生部３０、発光部４０の発光素子４１は、運動測定装置１０の制御装置６０に接続されている。

帯状本体１１に埋設されている制御装置６０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭやＲＡＭのメモリなどを主体として構成されている。方位センサ２１で検知された検知出力は検知回路６１で検知されて制御装置６０に与えられ、加速度センサ２２で検知された検知出力は検知回路６２で検知されて制御装置６０に与えられる。また、制御装置６０からドライバ６３に制御信号が与えられて、振動発生部３０が制御され、制御装置６０からドライバ６４に制御信号が与えられて、発光素子４１が制御される。制御装置６０では、足１の動きに応じて得られた方位センサ２１や加速度センサ２２の検知出力に基づいて得られた運動データがメモリに記憶される。制御装置６０では、この運動データに基づいて振動発生部３０や発光素子４１を動作すべきタイミングを演算し、足１の動きに応じて、振動や光によって教示する。

なお、制御装置６０には、携帯電話やスマートフォンと無線通信を行うことができるブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）(登録商標)やＲＦ送信器などの無線通信部が設けられていてもよい。この場合、制御装置６０は、上記運動データを無線通信部を介してスマートフォンまたはパーソナルコンピュータへ送信する。振動発生部３０や発光素子４１を動作すべきタイミングは、スマートフォンまたはパーソナルコンピュータで演算され、その結果が制御装置６０にフィードバックされて、振動発生部３０や発光素子４１が制御される。

検知部２０は、帯状本体１１が足首２に装着されたときに、足首２の踝に対向して配置される。図４に示す装着例では、検知部２０が内踝４ａ（足首２の内側の骨４の部分）に対向している。検知部２０が足首２の骨の部分に配置されると、足首２の筋肉（前脛骨筋６）や動脈の振動の影響を受けにくくなり、歩行時や走行時または他の運動時に、検知部２０と足首２との相対位置を常に適正に保ちやすくなり、常に正確な運動データを取得できるようになる。

図４に示す運動測定装置１０では、振動発生部３０やバッテリ５０も内踝４ａ（足首２の内側の骨４）に対向する部分に配置されている。振動発生部３０を骨４に対向させることにより、筋肉や動脈の振動の影響を受けることなく、振動を足首２に伝達しやすくなる。また、検知部２０と振動発生部３０とバッテリ５０ならびに制御装置６０を足首２の内踝４ａと対向するように１カ所に集中して配置することで、これらの質量を足首２の内踝４ａで受けることができ、運動測定装置１０を装着していても、違和感なく歩行や運動を行うことができる。

前記運動測定装置１０は、例えば右足などの一方の足に装着して使用することができるが、図６に示すように、右足１Ａに運動測定装置１０Ａを、左足１Ｂに運動測定装置１０Ｂを装着することもできる。

右足用の運動測定装置１０Ａは、前記実施の形態の運動測定装置１０と同じものであり、左足用の運動測定装置１０Ｂは、右足用の運動測定装置１０Ａと左右対称形状に構成される。図７は、運動測定装置１０Ａ、１０Ｂが、右足１Ａと左足１Ｂに装着された状態を示している。運動測定装置１０Ａ、１０Ｂを右足１Ａと左足１Ｂにそれぞれ装着することで、右足１Ａと左足１Ｂの運動状態について別々に運動データを取得することができ、右足１Ａと左足１Ｂに対して別々に振動や光で教示することができる。

なお、運動測定装置は必ずしも右足用と左足用とで別々の構造とする必要はなく、例えば帯状本体１１の内面１２の形状を上下対称とすることで、１種類の運動測定装置１０を右足１Ａと左足１Ｂのいずれにも装着できる。この場合に、運動測定装置１０を左足１Ｂに装着するときは、右足１Ａのときに対して上下逆の姿勢で装着する。

図８以下には他の実施の形態の運動測定装置が示されている。
図８に示す本発明の第２の実施の形態の運動測定装置１１０は、帯状本体１１の開放端１３ｃと開放端１３ｄとが離れており、図１０に示すように、足首２に装着したときに、足首２の後方部分と内外の側方部分に装着されるが、前方部分は覆われない形状である。

帯状本体１１は、アキレス腱３が凹部１５に入り込んだ状態で、内側当接部１６ａと外側当接部１６ｂが内踝４ａと外踝５ａを挟む状態で、足首２に装着される。帯状本体１１が足首２に強固に固定されるため、開放端１３ｃと開放端１３ｄとが離れていても、足首２から外れにくい。また、開放端１３ｃと開放端１３ｄとの間の間隙部を足首２の前方には筋肉（前脛骨筋６）に対向させることにより、足首２を動かして歩行や走行あるいは各種運動を行うときに、筋肉（前脛骨筋６）が圧迫されることがなく、装着感触が良好になる。

図９は本発明の第３の実施の形態の運動測定装置２１０を示している。
この運動測定装置２１０は、帯状本体１１を右足１Ａに装着したときに、検知部２０が右足の外踝５ａに対向し、振動発生部３０とバッテリ５０と制御装置６０が、内踝４ａに対向するように配置されている。このように、重量物の配分による装着時のバランスをかんがみて各装置が帯状本体１１内で分散して配置されてもよいが、いずれも内踝４ａまたは外踝５ａに対向する部分に配置されることが好ましい。

検知部２０を踝に対向させることにより、足首の動作を直接的に検知でき、振動発生部３０を踝に対向させることで、足首の骨に振動を与えやすくなる。

本発明の運動測定装置は、運動学の分野において、運動中の足の向きや姿勢を検知し、理想的な運動状態となるように運動者に振動や光で教示するためのものとして使用される。

また、医療分野では、下肢不自由者のリハビリ時の運動測定などに使用することができる。

１ 足（右足）
１Ａ 右足
１Ｂ 左足
２ 足首
３ アキレス腱
４ 内側の骨
４ａ 内踝
５ 外側の骨
５ａ 外踝
６ 前脛骨筋
１０ 運動測定装置
１０Ａ 右足用の運動測定装置
１０Ｂ 左足用の運動測定装置
１１ 帯状本体
１４ 弾性部材
１５ 凹部
１５ａ，１５ｂ 隆起部
１５ｃ 凹部
１６ａ 内側当接部
１６ｂ 外側当接部
１７ 隙間
２０ 検知部
２１ 方位センサ
２２ 加速度センサ
３０ 振動発生部（刺激付与部）
４０ 発光部
４１ 発光素子
５０ バッテリ
６０ 制御装置
６１、６２ 検知回路
６３、６４ ドライバ

Claims (7)

1. 足の動作を検知する運動測定装置において、
   足首の周囲に取り付けられる帯状本体が設けられ、帯状本体部には足首の表面に対向する内壁面が形成されており、
   前記帯状本体に足の動きを検知する検知部が設けられ、前記検知部が足首の踝に対向し、前記内壁面のうちの
   前記検知部が配置された部分が前記踝に当接することを特徴とする運動測定装置。
2. 前記帯状本体は、前記検知部が配置された部分が当接部となっており、前記帯状本体に弾性部材が設けられ、前記弾性部材の弾性力によって、前記当接部が踝に押し付けられている請求項１記載の運動測定装置。
3. 前記帯状本体には、踝に対向する部分に、刺激付与部が設けられている請求項１または２記載の運動測定装置。
4. 前記刺激付与部は振動発生部である請求項３記載の運動測定装置。
5. 前記帯状本体にバッテリが設けられており、バッテリが踝に対向する部分に配置されている請求項１ないし４のいずれかに記載の運動測定装置。
6. 前記検知部と前記刺激付与部が、内側の踝に対向している請求項２または３記載の運動測定装置。
7. 前記検知部と前記刺激付与部が、内側の踝との対向部と外側の踝との対向部に分かれて配置されている請求項２または３記載の運動測定装置。

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