JP2022531900A - 足と支持表面との間の力を検出するためのセンサ素子、センサ配置、センサシステム、および方法 - Google Patents
足と支持表面との間の力を検出するためのセンサ素子、センサ配置、センサシステム、および方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
第一の層であって、非導電性キャリア箔と、前記第一の層の長手方向に少なくとも部分的に沿って延び、導電性領域と接触している第一の半導電層とを備える、第一の層と、
複数の導電性セクションを備える層と、
少なくとも1つの電気接続領域と、
第二の層であって、非導電性キャリア箔と、前記第二の層の長手方向に少なくとも部分的に沿って延びる第二の半導電層とを備える、第二の層と、
を備え、
前記少なくとも1つの電気接続領域は、前記第一の層および前記第二の層の1つの前記半導電層と接触し、電源に接続されるように構成され、
前記第一の半導電層および前記第二の半導電層は、互いに離れて配置され、前記センサ素子に加えられる前記力に応じて互いに選択的に接触するようになっており、それによって、前記センサ素子の抵抗値が変化する。
上記の2つの点によって、インクの経年劣化も、あるいは定期的な荷重または過剰な荷重によるインクの特性の変化も防止する。これにより、センサ素子は、事実上、破壊されることはない。
第一の態様のいずれかの実施形態に記載の複数のセンサ素子であって、前記センサ素子は、少なくとも実質的に共通の平面内で互いに隣接して配置される、複数のセンサ素子と、
個々の前記センサ素子を第一および第二の電位および/または評価デバイスに接続するように構成された複数の電線と、
を備え、
前記センサ配置は、少なくとも1つのノッチを有する少なくとも1つの周辺輪郭を備え、前記少なくとも1つのノッチは前記周辺輪郭に対して内側に向けられ、および/または
前記センサ配置は、少なくとも1つの材料凹部を有する少なくとも1つの周辺輪郭を備え、前記少なくとも1つの材料凹部は前記周辺輪郭内に配置される。したがって、層の1つまたは複数の箔での皺の形成は、少なくとも低減または防止され得るので、箔および/またはセンサ配置は、より耐久性が良くなり、堅牢なものになる。センサ付き箔を収縮包装または実装すると、特にインソールにおいて、インソールの上部材料および下部材料が剪断運動するので、その結果、荷重が掛かる過程で皺が形成されることがある。皺が形成された結果として、電線自体およびセンサ自体の両方に影響を及ぼす亀裂が発生する可能性がある。箔は、剪断運動に加えて、足の3Dの動きと変形にも耐えることができるはずである。
可変抵抗を有し、それに加えられた前記力に応答して電気検出信号を提供するように適合され、第一の電位に接続された、第一の態様のいずれかの実施形態による少なくとも1つのセンサ素子と、
前記センサ素子の前記電気検出信号に電気的に影響を及ぼすように適合され、第二の電位に接続された抵抗器アレイと、
前記センサ素子の電気的に影響を受けた前記電気信号を取得するように適合された、少なくとも1つの入力チャネルと、変換された前記電気検出信号に基づいてデジタル検出信号を提供する少なくとも1つの出力チャネルと、を有する変換器と、
前記電気検出信号に影響を及ぼすために使用される抵抗器アレイの1つ以上の抵抗器の回路構成を決定するように適合されたデータ処理手段と、
を備える。したがって、センサシステムは、単純な構成的設計を有する。さらに、測定範囲の閾値は、したがって、抵抗器を選択することによって規定することができる。ハードウェアを予想される荷重範囲に調整することも可能である。さらに、相対的なセンサ固有の基準点を使用することができ、これにより、測定範囲のみについての較正を行うことが可能となる。センサ素子の動作範囲がその全体的な特性の線形部分にある限り、この較正は、すべてのセンサ素子に適用可能であり、センサ素子が他の影響によって破壊または妨害されない限り動作する。相対的な基準点を使用することで、センサのダイナミクスの変化による外乱の影響(例えば、温度または湿度の上昇によるインクの軟化)は、全く受けない。特に有効性と再現性との理由から、電圧範囲の全体ではなく、最大電圧の約45%~約75%の間の範囲のみを用いる。例えば、変換器の分解能が12ビットであり、したがって、4096の電圧レベルを有する場合、一方で、8ビット、16ビットなどの他の値も可能であるが、これは、下限閾値が最大電圧レベルの45%で、電圧レベル1843であり、上限閾値が最大電圧の75%で、電圧レベル3072である。したがって、1229、すなわち、3072-1843=1229の電圧レベルを、力の分解能または測定のために、利用することができる。センサが、例えば、800N/cm2の力のために設計されている場合、これは、仮定された直線範囲で、0.65N/ビットの分解能が達成され得ることを意味する。下限閾値および上限閾値を規定することによって、ほぼ直線的な範囲が、既存の非直線的センサ特性で、定義されてもよい。
力検出信号を取得するステップと、
前記力検出信号を分析して、前記力検出信号の少なくとも非線形特性を検出するステップと、
構成信号を生成するステップであって、構成信号は、前記力検出信号が基づく電気検出信号に影響を及ぼすために使用される抵抗器アレイの1つ以上の抵抗器の構成を含み、前記構成は、検出された非線形特性に基づいて決定される、ステップと、
前記構成信号を提供すステップと、を含む。
第三の態様によるセンサシステムを使用して、被験者の少なくとも1つの歩行サイクルの地面反力の時間経過を決定するステップと、
前記地面反力の決定された時間経過を正規化するステップと、
正規化された前記時間経過を基準と比較するステップと、
前記比較の結果に基づいて前記被験者の歩行を決定するステップと、を含む。
Claims (21)
- 足と支持表面との間の力を検出するためのセンサ素子(10)であって、
第一の層(11)であって、非導電性キャリア箔(12)と、前記第一の層(11)の長手方向に少なくとも部分的に沿って延びる第一の半導電層(13)と、を備える、第一の層(11)と、
第二の層(14)であって、非導電性キャリア箔(15)と、前記第二の層(14)の長手方向に少なくとも部分的に沿って延びる第二の半導電層(16)とを備える、第二の層(14)と、
複数の導電性セクション(19)を備える層と、
少なくとも1つの電気接続領域(17)と、
を備え、
前記少なくとも1つの電気接続領域(17)は、前記第一の層および前記第二の層(14)の1つの前記半導電層(13、16)と接触し、電源に接続されるように構成され、
前記第一の半導電層(13)および前記第二の半導電層(16)は、互いに離れて配置され、前記センサ素子(10)に加えられる前記力に応じて互いに選択的に接触するようになっており、それによって、前記センサ素子(10)の抵抗値が変化する、
センサ素子。 - 前記第一の半導電層(13)と前記第二の半導電層(16)とは、互いに対向する2つの表面を形成し、前記2つの表面は、無荷重状態で互いに離間しており、前記センサ素子(10)に加えられる前記力に応答して、接触させることができ、前記2つの表面が互いに接触する面積が、前記センサ素子(10)の抵抗値を示す、請求項1に記載のセンサ素子。
- 前記抵抗値は、前記2つの層が互いに接触する表面積に比例する、請求項1または2に記載のセンサ素子。
- 前記複数の導電性セクション(19)は、前記第二の層(14)のキャリア箔(15)上に配置され、前記第二の層(14)の前記半導電層(16)と接触し、前記複数の導電性セクションは、前記第二の層(14)の長手方向に対して横方向に延びる、請求項1~3のいずれか一項に記載のセンサ素子。
- 前記複数の導電性セクション(19)は、前記センサ素子の厚み方向において考慮される場合、キーボードまたは鍵盤を形成する、請求項1~4のいずれか一項に記載のセンサ素子。
- 前記複数の導電性セクション(19)はストライプ状であり、2つの隣接するストリップは前記第二の層(14)の長手延長方向に離間している、請求項1~5のいずれか一項に記載のセンサ素子。
- 前記複数の導電性セクション(19)を備える層が、前記第二の層(14)の前記半導電層(16)に少なくとも部分的に埋め込まれている、請求項1~6のいずれか一項に記載のセンサ素子。
- 前記電気接続領域(17)は、好ましくは層として形成され、前記第一の層(11)の前記半導電層(13)に少なくとも部分的に埋め込まれている、請求項1~7のいずれか一項に記載のセンサ素子。
- 少なくとも2つの第一および/または第二の半導電層(13、16)が、その長手延長方向に対して平行に配置され、前記2つの第一および/または第二の半導電層(13、16)が、前記少なくとも1つの電気接続領域(17)を介して互いに接続される、請求項1~8のいずれか一項に記載のセンサ素子。
- 前記第一の層および前記第二の層(11、14)は、その間に配置された中間炭素層および/または接着剤(18)によって離間して配置された前記第一の半導電層および前記第二の半導電層とともに積層されている、請求項1~9のいずれか一項に記載のセンサ素子。
- 足と支持表面との間の力を検出するためのセンサ配置(100)であって、
前記請求項1~10のいずれか一項に記載の複数のセンサ素子(10)であって、前記センサ素子(10)は、少なくとも実質的に共通の平面内で互いに隣接して配置される、複数のセンサ素子(10)と、
個々の前記センサ素子を第一および第二の電位および/または評価デバイスに接続するように構成された複数の電線(120)と、
を備え、
前記センサ配置(100)は、少なくとも1つのノッチ(102)を有する少なくとも1つの周辺輪郭(101)を備え、前記少なくとも1つのノッチ(102)は前記周辺輪郭(101)に対して内側に向けられ、および/または
前記センサ配置(100)は、少なくとも1つの材料凹部(103)を有する少なくとも1つの周辺輪郭(101)を備え、前記少なくとも1つの材料凹部(103)は前記周辺輪郭(101)内に配置される、センサ配置。 - 足と支持表面との間の力を検出するためのセンサシステム(200)であって、
可変抵抗を有し、それに加えられた前記力に応答して電気検出信号を提供するように適合され、第一の電位に接続された、請求項1~10のいずれか一項に記載の少なくとも1つのセンサ素子(10)と、
前記センサ素子の前記電気検出信号に電気的に影響を及ぼすように適合され、第二の電位に接続された抵抗器アレイ(210)と、
前記センサ素子の電気的に影響を受けた前記電気信号を取得するように適合された、少なくとも1つの入力チャネルと、変換された前記電気検出信号に基づいてデジタル検出信号を提供する少なくとも1つの出力チャネルと、を有する変換器(220)と、
前記電気検出信号に影響を及ぼすために使用される抵抗器アレイの1つ以上の抵抗器の回路構成を決定するように適合されたデータ処理手段(230)と、
を備える、センサシステム。 - 前記データ処理手段(230)は、相対抵抗または電圧値に関連する前記1つ以上の抵抗器の前記回路構成を決定するようにさらに適合される、請求項12に記載のセンサシステム。
- 前記データ処理手段(230)は、使用される前記1つ以上の抵抗器の前記回路構成を決定することによって、使用される前記変換器の測定範囲を設定するようにさらに適合され、前記測定範囲は前記変換器(220)の所定の分解能よりも小さい、請求項12または13に記載のセンサシステム。
- 前記データ処理手段(230)は、検出信号の特性を決定し、前記測定範囲(MR)を上限(T2)と下限(T1)との間に設定するようにさらに適合され、前記上限(T2)と下限(T1)との間の前記検出信号の前記特性(SC)は、少なくとも準線形であるように決定される、請求項14に記載のセンサシステム。
- 前記データ処理手段は、前記センサ素子(10)の所望の感度に関連する前記測定範囲(MR)の上限および/または下限を設定するようにさらに適合される、請求項15に記載のセンサシステム。
- 請求項12~16のいずれか一項に記載のセンサシステム(200)を使用して、足と支持表面との間の力を検出する方法であって、
センサ素子(10)から、力検出信号を取得するステップと、
前記力検出信号を分析して、前記力検出信号の少なくとも非線形特性を検出するステップと、
構成信号を生成するステップであって、構成信号は、前記力検出信号が基づく前記電気検出信号に影響を及ぼすために使用される抵抗器アレイの1つ以上の抵抗器の構成を含み、前記構成は、検出された非線形特性に基づいて決定される、ステップと、
前記構成信号を提供すステップであって、前記構成信号は、前記抵抗器アレイ(210)の前記構成を設定するために使用される、ステップと、
を含む、方法。 - 前記構成信号を提供した後、前記センサシステム(200)の測定動作が、前記抵抗器アレイに接続された少なくとも1つのセンサ素子(10)を使用して行われ、前記抵抗器アレイの前記構成が、下限閾値および上限閾値を有する前記少なくとも1つのセンサ素子の測定範囲を規定する、請求項17に記載の方法。
- 被験者の歩行を分析するためのコンピュータ実装方法であって、
請求項12~16のいずれか一項に記載のセンサシステム(200)を使用して、被験者の少なくとも1つの歩行サイクルの地面反力の時間経過を決定するステップと、
前記地面反力の決定された前記時間経過を正規化するステップと、
正規化された前記時間経過を基準と比較するステップと、
前記比較の結果に基づいて前記被験者の歩行を決定するステップと、を含む、コンピュータ実装方法。 - 命令を含むコンピュータプログラムであって、前記命令は、コンピュータによって前記コンピュータプログラムが実行されると、前記コンピュータに、請求項17もしくは18に記載の方法、または請求項19に記載の方法を実行させる、コンピュータプログラム。
- 請求項20に記載のコンピュータプログラムを記憶したコンピュータ可読媒体。
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