JP2016220813A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】足部の物理量を足部に近接した位置から測定することができる測定装置を提供する。
【解決手段】
測定装置１０は、人体の足部において物理量を測定する。測定装置１０は、センサ１６と、装着具１２を備える。センサ１６は、足部において物理量を検出する。装着具１２は、足部の輪郭に沿って固定されるように足部に装着され、センサ１６が設けられる。装着具１２は、足部の輪郭に沿った装着面１４を有し、装着面１４により足部に対しての移動を抑制するように足部に固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、人体の足部において物理量を測定する測定装置に関する。

人体の足部の物理量を測定するためには、足部の近傍にセンサを設ける必要がある。特許文献１は、履物の爪先と踵の部分にそれぞれ圧力センサを設け、その検出結果に基づいて足部の状態を判定し、ユーザの運足状態をサポートするサポート力を発生する発明を開示している。このように、人体の足部の物理量を測定するために、靴に埋め込まれたセンサによる測定を行っていた。

特開２０１３−５９３５７号公報

しかしながら、履物自体にセンサを配置していることから、履物のつま先部分、踵部分がそれぞれ変形した場合に、変形の影響を受けてしまい、センサ出力に変形の影響が出ていた。特に踵部分は、歩行を継続していくことにより擦り減っていくことがあり、センサを設置したときに必ずしも踵部分にかかる圧力（衝撃）を直接測定できなかった。そのため、歩行や走行時の衝撃による活動量を正確に診断することができなかった。また、靴に圧力センサを配置するので、運動時に靴内の足の位置が移動したときの踵にかかる圧力を正確に測定できなかった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされ、足部の物理量を足部に近接した位置から測定することができる測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る測定装置は、人体の足部において物理量を測定する測定装置であって、前記足部において物理量を検出するセンサと、前記足部の輪郭に沿って固定されるように前記足部に装着され、前記センサが設けられた装着具と、を有する。

この構成によれば、装着具が足部に沿って固定されることで、装着具に設けられたセンサを足部に近接して固定することができるので、足部に近接した位置から物理量を検出することができ、足部から検出される物理量をより正確に測定することができる。

好適には、本発明に係る前記装着具は、前記足部の輪郭に沿った装着面を有し、前記装着面により前記足部に対しての移動を抑制するように前記足部に固定されている。

この構成によれば、足部の輪郭に沿った装着面により、装着具の足部に対する移動が抑制されるので、センサの位置が足部に対して固定され、足部に近接した固定した位置からの足部の物理量の測定をすることができる。

好適には、本発明に係る前記装着面は、前記足部の踵部、踵部外果及び踵部内果を覆う。

この構成によれば、装着面が足部の踵周辺を取り囲んで装着具を固定することができるので、センサの位置が踵に対して固定され、踵に近接した固定した位置からの足部の物理量の測定をすることができる。

好適には、本発明に係る前記装着具は、前記足部の外側において滑車突起による曲面を覆い、前記足部の内側において載距突起による曲面を覆う。

この構成によれば、装着具が、足部の外側において滑車突起により固定され、足部の内側において載距突起により固定されるので、特に前後方向の移動が抑制され、装着具の前後方向のずれが防止される。

好適には、本発明に係る前記センサは、踵骨隆起の下面に対向する位置に設けられた圧力センサである。

この構成によれば、装着具が踵骨隆起において固定されるので、装着具の移動が抑制され、装着具のずれが防止される。

好適には、本発明に係る前記装着具は、前記足部の踵骨隆起上縁部による曲面を覆う。

この構成によれば、装身具が踵骨隆起により固定され、装着具がアキレス腱に当たることで、特に回転方向の移動が抑制され、装着具の回転方向のずれが防止される。

好適には、本発明に係る前記装着具は、熱可塑性樹脂である。

この構成によれば、個々の使用者の踵形状にフィットした形状をカスタマイズできるので、より精度よく衝撃検出ができる。また、足部にフィットする装着面の形状をカスタマイズすることもできる。

好適には、本発明に係る前記センサはフィルム状センサである

この構成によれば、足部と履物の間に領域を取ることなく足部に近接してセンサを配置することができるので、的確な測定を実現することができる。

好適には、本発明に係る前記センサは複数の検知部分からなり、前記複数の検知部分からの検知出力に基づき圧力分布を測定する。

この構成によれば、複数の検知部分により複数の検出結果を得ることができるので、多面的な測定を実現することができる。

本発明はかかる事情に鑑みてなされ、足部の物理量を足部に近接した位置から測定することができる測定装置を提供することを目的とする。

足部に装着される測定装置の構成を説明する側面図である。 足部に装着される測定装置の構成を説明する正面図である。 本実施の形態にかかる測定装置の構成の一例を示すブロック図である。 物理量の検出値の推移を示すグラフである。

図１は、足部に装着される測定装置１０の構成を説明する側面図である。図２は、足部に装着される測定装置１０の構成を説明する正面図である。図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る測定装置１０は、踵（かかと）全体を取り囲んで固定可能な形態とすることにより、人体の足部において物理量を測定する。

測定装置１０は、装着面１４を含む装着具１２、センサ１６、及び制御回路１８を備え、測定装置１０は、装着具１２によって装着面１４に沿って足部を包み込むように覆い、センサ１６と制御回路１８によって足部の物理量を測定する。装着具１２は足の踵に装着され、踵全体を取り囲んで着用される。装着面１４は、装着具１２が足に装着されるときの踵に密着する側の面である。センサ１６は、足によって与えられる力に基づき、検知出力を生ずる。制御回路１８は、センサ１６の検知出力に基づく制御処理を実行する。

足部の踵周辺には隆起部分、突起部分がある。隆起部分、突起部分には、滑車突起２、踵骨隆起上縁３、踵骨隆起外側突起４のそれぞれの部位がある。隆起部分、突起部分に対する引っ掛かりを測定装置１０に設けることにより、測定装置１０を踵に装着して動作するときのずれの発生を防止する。踵に測定装置１０を装着することにより、生活の中での歩行動作を、足部について比較的容易に観察する。

装着具１２は、アキレス腱の部分から、土踏まずまでの踵部分を包み込むように覆う、いわゆるヒールカップの形状である。履物の内側で装着され、緩衝材としての役目を果たす。履物と異なり、靴底とそれ以外の部分との境目がなく継ぎ目のない構造とするが、靴底とそれ以外の部分の境目を明確にした構造としてもよい。

装着具１２は、足部の外側において滑車突起２による曲面を覆い、足部の内側において載距突起による曲面を覆う構成とする。装着部１２を装着することにより、歩行時に足部に対するずれが生じやすくなるが、このようにずれに対しても、足部の外側において滑車突起２で引っ掛かりが生じ、足部の内側においては載距突起において引っ掛かりが生じる。そのことにより歩行時の特に前後方向の装着具のずれを防止することができる。

また、装着具１２は、足部の踵骨隆起上縁３による曲面を覆う。これにより、歩行時に足部の踵骨隆起上縁３による引っ掛かりが生じ、装着具１２がアキレス腱に当たることで、特に回転方向のずれを防止することができる。

装着具１２は、足部の輪郭に沿って固定されるように足部に装着される。靴底のような床面に平行な構成ではなく、装着具１２は、足部の外形に沿って密着するように、足部の外形、輪郭に沿った形状となっている。または、装着具１２を足部に装着する前は足部の輪郭に沿った形状ではなくても、柔軟な材料を用いることにより、装着段階で足部の輪郭に沿った形状となるようにしてもよい。

装着具１２は、靴とは別に装着され、本来は踵部を保護するために用いられるものであるので、装着具１２には、靴底と比べ薄手の素材が用いられる。例えば装着具１２は、ポリウレタン樹脂などの衝撃吸収材によって構成される。または、熱可塑性樹脂によって構成してもよい。熱可塑性樹脂を材料として用いることにより、個々の使用者の踵形状にフィットした形状をカスタマイズできるので、より精度よく衝撃検出が出来る。また、足部にフィットする装着面の形状をカスタマイズすることもできる。

装着具１２は、足部の輪郭に沿った装着面１４を有し、装着面１４により足部に対しての移動を抑制するように足部に固定されている。装着面１４は、足部の踵部、踵部外果及び踵部内果を覆う。内果とは、足の内側のくるぶしを言い、脛骨下端の内側部である。外果とは外側のくるぶしを言う。腓骨の下端は肥厚して下方に突出しており、特にその外側面を外果とよぶ。

センサ１６は、装着具１２の装着面１４側に設けられ、特に装着面１４のうちの踵に接する靴底側の部分に設けられる。センサ１６は、踵骨隆起の下面に対向する位置に設けられる。センサ１６は、足部において物理量を検出する。足部において物理量を検出するセンサはセンサ１６に限られず、例えば加速度センサ、ジャイロセンサなども考えられるが、ここではセンサ１６を例に挙げて説明する。

圧力センサの一例としては、半導体ピエゾ抵抗拡散圧力センサ、静電容量形圧力センサが挙げられる。半導体ピエゾ抵抗拡散圧力センサは、ダイヤフラムの表面に半導体ひずみゲージを形成し、外部からの力（圧力）によってダイヤフラムが変形して発生するピエゾ抵抗効果による電気抵抗の変化を電気信号に変換する。静電容量形圧力センサは、ガラスの固定極とシリコンの可動極を対向させてコンデンサを形成、外部からの力（圧力）によって可動極が変形して発生する静電容量の変化を電気信号に変換する。

なお、センサ１６は、フィルム状センサとすることができる。この構成によれば、足部と履物の間に領域を取ることなく足部に近接してセンサを配置することができるので、的確な測定を実現することができる。またセンサを複数設けることにより、圧力分布（衝撃分布）を測定する構成とすることもできる。この構成によれば、複数の検知部分により複数の検出結果を得ることができるので、多面的な測定を実現することができる。

センサ１６からの検知出力は制御回路１８に与えられる。制御回路１８は、センサ１６からの検知出力に基づき、物理量を検出する。センサ１６と制御回路１８は、接続端子を介して直接接続される。センサ１６から制御回路１８への入力は、無線通信で実現することができ、この場合無線通信機能を持ったインターフェースによって入力を行う。

制御回路１８は、センサ１６において検出された物理量のデータに基づいて、足部の歩行運動に関する測定値を算出する回路である。制御回路１８は、例えば、記憶装置に格納されるプログラムの命令コードに従って演算処理を行うコンピュータや、特定の機能を実現するロジック回路を含んで構成される。制御回路１８の処理は、その全てをコンピュータとプログラムにより実現してもよいし、その一部若しくは全部を専用のロジック回路で実現してもよい。また、測定装置１０は、制御回路１８の機能を外部に設け、センサ１６で検出された物理量データをメモリに記憶し、所定のタイミングで制御回路１８に物理量データを出力するようにしてもよい。

図３は、本実施の形態にかかる測定装置１０の構成の一例を示すブロック図である。本実施形態の測定装置１０は、センサ１６と制御回路１８を備える。さらに図示したように、慣性センサ２２、表示部２４を備えることもできる。制御回路１８は、制御部３０、検知回路３２、検知回路３４、ドライバ３６を備える。

制御部３０は、接続される回路素子からの出力に基づき、全体を制御する回路である。センサ１６の検知出力は検知回路３２で検知されて制御部３０に与えられる。慣性センサ２２の検知出力は検知回路３４で検知されて制御部３０に与えられる。また、制御部３０からドライバ３６に制御信号が与えられて、表示部２４が制御される。

慣性センサ２２として、加速度センサを用いることができる。加速度センサは、例えば質量が可撓性の支持部に支持されており、加速度による質量の変位が支持部の撓み量として圧電素子などで検知される。加速度センサで、互いに直交する３軸方向の加速度成分（ａｘ、ａｙ 、ａｚ）が検知される。加速度センサは、互い直交する３軸における加速度成分のすべてを検出するものとして説明するが、このうち１軸についての加速度成分のみを検出して、この１軸についての加速度成分のみを用いてもよい。

慣性センサ２２として、角速度センサを用いることができる。角速度センサは、例えば振動型ジャイロスコープであり、コリオリ力を利用して角速度が検知される。角速度センサ１２では、互いに直交する３軸方向（３軸回り）の角速度成分（ωｘ、ωｙ、ωｚ）が検知される。角速度センサは、互いに直交する３軸における角速度成分のすべてを検出するものとして説明するが、このうち１軸についての角速度成分のみを検出して、この１軸についての角速度成分のみを用いてもよい。

表示部２４は、検出値などの制御部３０の出力に基づく結果を表示するディスプレイによって構成され、必要な内容をディスプレイに表示する。また表示部２４は、制御部３０の処理動作や、表示項目についての指示を入力するための操作画面を表示するように構成してもよい。

図４は、物理量の検出値の推移を示すグラフである。図４は、制御回路１８によって取得される物理量によって得られる波形データを示す。グラフ４１は、衝撃の大きい歩行、走行の場合の、検出値の推移を示す。グラフ４２は、衝撃の小さい歩行、走行の場合の、検出値の推移を示す。グラフ４１、グラフ４２のいずれの場合も、まず踵接地４３から歩行、走行を開始し、第１の物理量の検出値はまず下がる。それから逆に大きく上がり、グラフ４１、グラフ４２にそれぞれの波形に示す通りとなる。衝撃の大きい歩行、走行の場合は、グラフに４１に示す通り振れ幅が大きくなり、衝撃の小さい歩行、走行の場合は、グラフ４２に示す通り、振れ幅は小さくなる。制御回路１８は、得られた物理量に基づき波形データを求める。制御回路１８は、求めた波形データに対して、振幅、微分量、積分量などの指標データを算出する。

以下、本実施の形態の測定装置１０の作用を説明する。使用者は、手などで測定装置１０を持ちながら、自らの足部の踵部に測定装置１０を装着する。このとき、装着具１２は、足部の外側において滑車突起２による曲面を覆い、足部の内側において載距突起による曲面を覆う。装着部１２を装着することにより、歩行時に足部に対するずれが生じやすくなるが、このようにずれに対しても、足部の外側において滑車突起２で引っ掛かりが生じ、足部の内側においては載距突起において引っ掛かりが生じる。そのことにより歩行時の特に前後方向の装着具のずれを防止することができる。

また、装着具１２は、足部への装着時に、足部の踵骨隆起上縁３による曲面を覆う。これにより、歩行時に足部の踵骨隆起上縁３による引っ掛かりが生じ、装着具１２がアキレス腱に当たることで、特に回転方向のずれを防止することができるまた、センサ１６は、踵骨隆起の下面に対向して位置し、足部において物理量を検出する。そして、制御回路１８は、センサ１６において検出された物理量のデータに基づいて、足部の歩行運動に関する測定値を算出する。

以上のように、本実施の形態では、装着具１２が足部に沿って固定されることで、装着具１２に設けられたセンサ１６を足部に近接して固定することができるので、足部に近接した位置から物理量を検出することができ、足部から検出される物理量をより正確に測定することができる。また、足部の輪郭に沿った装着面１４により、装着具１２の足部に対する移動が抑制されるので、センサ１６の位置が足部に対して固定され、足部に近接した固定した位置からの足部の物理量の測定をすることができる。

また、装着面１４が足部の踵周辺を取り囲んで装着具１２を固定することができるので、センサ１６の位置が踵に対して固定され、踵に近接した固定した位置からの足部の物理量の測定をすることができる。さらに、装着具１２が、足部の外側において滑車突起により固定され、足部の内側において載距突起により固定されるので、特に前後方向の移動が抑制され、装着具の前後方向のずれが防止される。さらに、装着具１２が踵骨隆起において固定されるので、装着具の移動が抑制され、装着具のずれが防止される。さらに、装身具が踵骨隆起により固定され、装着具がアキレス腱に当たることで、特に回転方向の移動が抑制され、装着具の回転方向のずれが防止される。

本発明は、人体、義足、ロボットなどの足部の動作測定、さらには各種機械の三次元動作の角度測定に使用することが可能である。

１０… 測定装置
１２… 装着具
１４… 装着面
１６… センサ
１８… 制御回路
２２… 慣性センサ
２４… 表示部
３０… 制御部
３２… 検出回路
３４… 検出回路
３６… ドライバ

Claims (9)

1. 人体の足部において物理量を測定する測定装置であって、
   前記足部において物理量を検出するセンサと、
   前記足部の輪郭に沿って固定されるように前記足部に装着され、前記センサが設けられた装着具と
   を有する測定装置。
2. 前記装着具は、
   前記足部の輪郭に沿った装着面を有し、
   前記装着面により前記足部に対しての移動を抑制するように前記足部に固定されている
   請求項１に記載の測定装置。
3. 前記装着面は、前記足部の踵部、踵部外果及び踵部内果を覆う、
   請求項１または請求項２に記載の測定装置。
4. 前記装着具は、
   前記足部の外側において滑車突起による曲面を覆い、
   前記足部の内側において載距突起による曲面を覆う
   請求項１〜３のいずれかに記載の測定装置。
5. 前記センサは、踵骨隆起の下面に対向する位置に設けられた圧力センサである、
   請求項１〜４のいずれかに記載の測定装置。
6. 前記装着具は、前記足部の踵骨隆起上縁部による曲面を覆う、
   請求項１〜５のいずれかに記載の測定装置。
7. 前記装着具は、熱可塑性樹脂である、
   請求項１〜６のいずれかに記載の測定装置。
8. 前記センサはフィルム状センサである、
   請求項１〜７のいずれかに記載の測定装置。
9. 前記センサは複数の検知部分からなり、前記複数の検知部分からの検知出力に基づき圧力分布を測定する、
   請求項１〜８のいずれかに記載の測定装置。