JP3025092U - 両足における荷重分布測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 両足における荷重分布測定を簡単に行い、定
量的かつ詳細な解析を行う。 【解決手段】 測定ユニット１０上の平面部１３には、
多数の圧力センサが平面的に配列されている。各圧力セ
ンサは、圧電素子から構成され、平面部１３に加わる荷
重に基づいた電気信号を発生する。これらの電気信号は
制御ユニット２０に送られる。制御ユニット２０内で
は、各圧電素子から送られてくる信号値を画素値とした
画像が形成され、この画像は足型の荷重分布イメージを
示す。所定のサンプリング周期で画像を取り込むことに
より、重心位置の変動を示す軌跡を求めることができ
る。また、足型を複数の領域に分割し、各分割領域ごと
の荷重を得ることもでき、更に、土踏まず領域に関する
定量的な解析が可能になる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、両足における荷重分布測定装置に関し、特に、両足で起立したとき のバランス状態を測定するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

足のうらに関する情報が、健康状態の重要なバロメータとなることは古くから 知られている。たとえば、「足のうらをはかる」（平沢弥一郎教授著：１９７８ 年ポプラ社刊）には、足型と健康や運動能力との間に重大な関連性があることが 指摘されている。また、足の裏の各部と、身体の各部位や各臓器との間にも重大 な関連性があることは、古くから東洋医学において説かれており、いわゆる「足 のうらのツボ」を刺激することにより、各部の神経や臓器を刺激する方法が知ら れている。また、両足で起立したときの状態、特に、重心位置およびその時間的 な変動が、健康状態に密接に関連することも、前掲の平沢教授の著書に述べられ ている。

【０００３】 足型を解析するための手法としては、足のうらに墨やインキを塗って紙面上に その型を写しとる原始的な方法が最も簡単であるが、「ピドスコープ（Pedo-sco pe）」と呼ばれる専用の装置も利用されている。このピドスコープの基本原理は 、被測定者に裸足でガラス板の上に直立してもらい、このガラス板上の足型を反 射鏡を用いて投影し、この投影像を写真撮影するものである。最近では、ガラス 板にレーザ光を照射し、ガラス板に加わる荷重による微小変位をモアレ縞として 測定し、足型をモアレ縞模様の画像として測定する装置も開発されている。この ような装置を用いれば、足型の各部における荷重分布を画像データとして得るこ とができる。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

上述したピドスコープの基本原理を用いた荷重分布測定装置は、光学系の部品 が必要になるため、装置全体が大掛かりなものにならざるを得ず、また、製造コ ストもかなり高くなる。このため、一般的な健康診断用具として普及させること が困難な状況にある。上述のように、両足における荷重分布は、健康や運動能力 の診断に極めて有益な情報を提供するものであり、小中学校あるいは高等学校に おける健康診断、大学運動部における体力測定、保健所などによって実施される 地域住民の健康診断、産婦人科や助産院における妊婦の健康診断、などに荷重分 布測定装置を積極的に利用するのが好ましい。そのためには、取扱いが容易で低 価格な測定装置を実現する必要がある。

【０００５】 一方、これまでの荷重分布測定装置は、足のうらの荷重分布を光学的に画像と して測定するものであるため、足型全体を視覚的に認識することはできるが、よ り詳細な解析を行うことができないという問題がある。種々の健康診断の用に供 するためには、単なる視覚データとして測定結果を得るだけでは不十分であり、 より定量的な解析が可能な態様で測定結果を得る必要がある。

【０００６】 そこで本考案は、容易な取扱いによって、定量的かつ詳細な解析を行うことが できる両足における荷重分布測定装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

(1) 本考案の第１の態様は、両足における荷重分布測定装置において、 両足を乗せるために十分な面積をもった平面部を有し、この平面部を多数の区 画に分割して各区画ごとにかかる荷重をそれぞれ独立して検出することができる 測定ユニットと、 この測定ユニットから得られる検出値を記憶するための検出値記憶部と、測定 に必要な演算処理を行う演算部と、この演算部が実行すべき処理プログラムを格 納したプログラム部と、演算部の演算処理によって得られる測定結果を記録する 測定結果記録部と、演算部に対する指示を入力する操作部と、を有する制御ユニ ットと、 を設け、制御ユニットが、 操作部によって入力された指示に基づいて、測定ユニットから得られる検出値 をデータとして検出値記憶部に格納する検出値取込処理と、検出値記憶部に格納 されているデータに基づいて、測定ユニット上の被測定者の両足における荷重分 布を測定結果として求め、これを測定結果記録部に記録する測定結果演算処理と 、を行うようにしたものである。

【０００８】 (2) 本考案の第２の態様は、上述の第１の態様に係る装置において、 平面部に加わる圧力を検出する圧力センサを、各区画ごとに配置することによ り測定ユニットを構成し、これら各圧力センサから出力される圧力値を各区画ご とにかかる荷重として検出するようにしたものである。

【０００９】 (3) 本考案の第３の態様は、上述の第１の態様に係る装置において、 演算部が、検出値記憶部に格納されているデータを二値化することにより左右 の足型を認識し、この足型を所定の規則に基づいて分割し、各分割領域ごとの荷 重値を測定結果として得る処理を行うようにしたものである。

【００１０】 (4) 本考案の第４の態様は、上述の第１の態様に係る装置において、 演算部が、検出値記憶部に格納されているデータに基づいて、測定ユニットの 平面部に対応した表示面上に各区画の検出値に応じた濃淡表示もしくは色分け表 示を行うための画像データを測定結果として得る処理を行うようにしたものであ る。

【００１１】 (5) 本考案の第５の態様は、上述の第１の態様に係る装置において、 検出値記憶部には、測定ユニットから得られる検出値を所定周期でサンプリン グした時系列データを格納し、 演算部が、検出値記憶部に格納されている時系列データに基づいて、重心点の 時間的変動を示す軌跡を測定結果として得る処理を行うようにしたものである。

【００１２】 (6) 本考案の第６の態様は、上述の第１の態様に係る装置において、 演算部が、検出値記憶部に格納されているデータを二値化することにより左右 の足型を認識し、この足型の内側接線と外側接線との交点と、第２指に対応する 閉領域の中心点と、を結んで基準線を求め、この基準線と足型の輪郭線とによっ て画定される土踏まず領域に関する情報を測定結果として得る処理を行うように したものである。

【００１３】 (7) 本考案の第７の態様は、上述の第１の態様に係る装置において、 演算部が、検出値記憶部に格納されているデータを二値化することにより左右 の足型を認識し、両足型の離隔度合と操作部から入力された基準幅とを比較し、 両者の差が許容誤差範囲を越えているか否かを外部に対して通知する処理を行う ようにしたものである。

【００１４】 (8) 本考案の第８の態様は、両足における荷重分布測定装置において、 両足を乗せるために十分な面積をもった平面部を有し、この平面部を多数の区 画に分割して各区画ごとにかかる荷重をそれぞれ独立して検出することができる 測定ユニットと、 各区画を画素とする画像平面を定義し、各区画ごとに検出された荷重値に基づ いて、対応する画素の画素値を求める演算を行い、両足の荷重分布を示す画像デ ータを作成する制御ユニットと、 を設け、画像データにより両足の荷重分布を提示できるようにしたものである 。

【００１５】

【考案の実施の形態】

以下、本考案を図示する実施形態に基づいて詳述する。

【００１６】 §１． 装置の構成 図１は、本考案に係る荷重分布測定装置の一実施形態を示す構成図である。こ の実施形態に係る装置は、測定ユニット１０、制御ユニット２０、表示ユニット ３０、プリンタ４０、パーソナルコンピュータ５０によって構成されている。測 定ユニット１０は、ケーブル１１によって制御ユニット２０に接続されており、 表示ユニット３０、プリンタ４０、パーソナルコンピュータ５０も、それぞれケ ーブル３１、４１、５１によって制御ユニット２０に接続されている。測定ユニ ット１０には、電源ケーブル１２によって電源（この例では、１００Ｖの商用交 流電源）が供給される。この交流電源は、測定ユニット１０内部で直流電源に変 換され、ケーブル１１を介して制御ユニット２０に対しても直流電源が与えられ る。なお、図示されていないが、表示ユニット３０、プリンタ４０、パーソナル コンピュータ５０に対しても、必要に応じて電源供給を行う。表示ユニット３０ は、スタンド３２によって机の上などに立てて用いることもできるし、壁に掛け て用いることもできる。

【００１７】 測定ユニット１０は、全体的に薄い板状のユニットであり、その上面には、両 足を乗せるために十分な面積をもった平面部１３が形成されている。図２は、測 定ユニット１０の上面図である。平面部１３は、左足を乗せるための左足測定部 １３Ｌと、右足を乗せるための右足測定部１３Ｒと、これらの間に配置される中 間部１３Ｃと、によって構成されている。図には、各部の寸法をｍｍの単位で例 示したが、本考案はこのような寸法値に限定されるものではなく、両足を乗せる ために十分な面積をもった平面部１３が形成できれば、寸法はどのような設定に してもかまわない。

【００１８】 平面部１３は、多数の区画に分割され、各区画ごとにかかる荷重がそれぞれ独 立して検出される。図３は、左足測定部１３Ｌの左上部分の拡大図であり、破線 により、多数の区画Ｐに分割された状態が示されている。この例では、１区画は ５ｍｍ×５ｍｍの正方形からなり、左足測定部１３Ｌ内には、横方向に４８区画 （２４０ｍｍ／５ｍｍ＝４８）、縦方向に６４区画（３２０ｍｍ／５ｍｍ＝６４ ）、合計３０７２個の区画が定義されている。また、右足測定部１３Ｒも全く同 様に、５ｍｍ×５ｍｍの正方形からなる３０７２個の区画が定義されている。な お、この例では、中間部１３Ｃには区画は定義されていないので、平面部１３全 体としては、６１４４個の区画が定義されていることになる（もちろん、中間部 １３Ｃに区画を定義してもかまわない）。したがって、測定ユニット１０からは 、６１４４組の荷重値が検出値として得られることになる。

【００１９】 各区画ごとの荷重値の検出方法としては、種々の方法が考えられる。たとえば 、図４は、圧電素子を利用した圧力センサ６０により荷重検出を行うようにした 例を示す斜視図である。この圧力センサ６０は、圧電素子６１を、上部電極６２ と下部電極６３とによって挟持させることによって形成される。この圧電素子６ １は、厚み方向に圧力が加わると、その圧力に応じた電荷が上下両面に発生する 性質を有し、この発生電荷を電圧計などで検出すれば、加わった圧力値を電気信 号として取り出すことが可能になる。平面部１３の各区画Ｐのそれぞれに、この ような圧力センサ６０を埋設するようにしておけば、各区画ごとの荷重を電気信 号として取り出すことが可能になる。要するに、圧力センサ６０を各区画Ｐごと に配置することにより測定ユニット１０を構成すれば、これら各圧力センサ６０ から出力される圧力値を各区画ごとにかかる荷重として検出することが可能にな る。

【００２０】 もっとも、実用上は、図４に示すような単体の圧力センサ６０を多数配置する 代わりに、図５に示すような層構成によって、これと等価な圧力センサ群７０を 形成するのが好ましい。この図５に示す圧力センサ群７０は、共通の圧電素子層 ７１と、共通の上部電極層７２と、絶縁性の支持層７３上に形成されたそれぞれ 独立した多数の個別下部電極層７４と、を積層した構造からなる。共通の圧電素 子層７１および共通の上部電極層７２は、多数の区画について共通のものである が、個別下部電極層７４が各区画ごとに独立して設けられているため、この圧力 センサ群７０は、図４に示す単体の圧力センサ６０を多数配列したものと同等に 機能する。具体的には、各個別下部電極層７４についてそれぞれ配線を施し、共 通の上部電極層７２に対する各個別下部電極層７４の電圧を検出することにより 、各区画に加えられた荷重値を検出することが可能になる。

【００２１】 こうして測定ユニット１０によって検出された各区画Ｐごとの検出値は、ケー ブル１１によって制御ユニット２０に送られる。図６は、この制御ユニット２０ の内部構成を示すブロック図である。このブロック図に示されているように、制 御ユニット２０は、測定ユニット１０から得られる検出値を記憶するための検出 値記憶部２１と、測定に必要な演算処理を行う演算部２２と、この演算部２２が 実行すべき処理プログラムを格納したプログラム部２３と、演算部２２の演算処 理によって得られる測定結果を記録する測定結果記録部２４と、演算部２２に対 する指示を入力する操作部２５と、測定ユニット１０から送られてくる検出値を 取り込む入力インタフェース２６と、外部に接続された表示ユニット３０、プリ ンタ４０、パーソナルコンピュータ５０へ情報を送信するための出力インタフェ ース２７と、を有している。

【００２２】 なお、この図６では、この制御ユニット２０を機能ブロックにより示したが、 実際には、これらの各ブロックは特定のハードウエアによって実現できる。たと えば、演算部２２はＣＰＵ、検出値記憶部２１はＲＡＭ、プログラム部２３はＲ ＯＭ、測定結果記録部２４はディスク装置、操作部２５はキーパネル、入力イン タフェース２６および出力インタフェース２７は演算部２２に接続された電子回 路によって実現される。

【００２３】 オペレータが操作部２５から所定の指示を入力すると、この指示を受けて、演 算部２２はプログラム部２３内のプログラムの所定のルーチンを実行する。プロ グラム部２３内には、大別して、２つの処理プログラムが用意されている。第１ の処理プログラムは、測定ユニット１０から入力インタフェース２６を介して取 り込まれる検出値を、所定周期でサンプリングして時系列データとして検出値記 憶部２１に格納する検出値取込処理プログラムである。このプログラムの実行に より、左足測定部１３Ｌから得られた左足に関する荷重値は左側検出値として、 右足測定部１３Ｒから得られた右足に関する荷重値は右側検出値として、それぞ れ検出値記憶部２１内に記憶されることになる。なお、測定ユニット１０からは リアルタイムで検出値が送られてくるが（アナログ信号として送っても、デジタ ル信号として送ってもかまわない）、検出値記憶部２１内には、各サンプリング タイミングごとに、時系列データとして各検出値が順次格納されることになる。

【００２４】 一方、第２の処理プログラムは、この検出値記憶部２１に格納されているデー タに基づいて、測定ユニット１０上の被測定者の両足における荷重分布を測定結 果として求め、これを測定結果記録部２４に記録する測定結果演算処理プログラ ムである。このプログラムの実行により、荷重分布を示す測定結果が測定結果記 録部２４内に記録されることになるが、必要に応じて、この測定結果は、出力イ ンタフェース２７を介して外部の表示ユニット３０、プリンタ４０、パーソナル コンピュータ５０へ送信することも可能である。

【００２５】 §２． 検出値取込処理 続いて、上述した装置を用いた検出値取込処理を行う手順を説明する。まず、 図１に示す装置全体を測定場所に設置する。すなわち、測定ユニット１０を床に 置き、制御ユニット２０、表示ユニット３０、プリンタ４０、パーソナルコンピ ュータ５０をそれぞれ机の上などに置く。表示ユニット３０は壁に掛けるように してもよい。なお、精度良い測定結果を得るためには、測定ユニット１０を水平 に設置する必要があるので、必要に応じて水準器などを用いて設置するようにす る。測定ユニット１０の底面に傾斜調節具を取り付けておけば、容易に調整が可 能になる。なお、測定ユニット１０内部に、水平感知器を内蔵させ、水平面に対 する傾斜状態を示す信号を制御ユニット２０へ送り、表示ユニット３０にこの傾 斜状態を表示させるようにすれば、スムーズな調節操作が可能になる。

【００２６】 設置が完了したら、装置全体の電源をＯＮの状態にし、測定操作を開始する。 まず、被測定者に裸足になってもらい、図７に示すように、測定ユニット１０の 平面部１３上に乗って立ってもらう。図のように両腕を脇に下げ、リラックスし て直立してもらうようにする。このとき、視線は３〜４ｍ先を注視するようにす るのが好ましい。したがって、必要に応じて、３〜４ｍ先の壁に視点マーク表示 板を設けておき、この表示板を注視するように被測定者に説明するとよい。

【００２７】 被測定者が図７に示すような測定位置についたと判断したら、オペレータは、 操作部２５のキーパネルにより測定開始を示す指示入力を行う。すると、測定ユ ニット１０から制御ユニット２０へ、各区画における荷重を示す検出値が送られ 、これらの検出値は、所定のサンプリングタイミングで、検出値記憶部２１内に 時系列データとして格納されることになる。たとえば、サンプリング周期を０． １秒に設定し、１５秒間にわたって測定を行うような条件設定を行っておけば、 図８に示すような検出値データが検出値記憶部２１内に取り込まれることになる 。図８は、取り込まれた時系列データを概念的に示した図である。

【００２８】 前述したように、測定ユニット１０からは、ある瞬間において、６１４４個の 各区画についての荷重値が検出値として送信されてくる。この６１４４組の荷重 値は、６１４４個の画素からなる画像データに対応するものであり、この画像デ ータにより左右の足型が表現されることになる。図８は、この足型のイメージを 示したものである。たとえば、１区画の荷重値をたとえば８ビットのデジタルデ ータとして取り扱うことにすれば、荷重値は０〜２５５までの２５６段階の値を とることになり、ある瞬間における左右の画像データは、約６Ｋバイトのデータ となる。測定開始後の時間をｔとし、ｔ＝０．１秒、ｔ＝０．２秒、ｔ＝０．３ 秒、…、ｔ＝１５秒、と各サンプリングタイミングごとに、このような約６Ｋバ イトからなる左右の足型の画像データを取り込んでゆけば、検出値記憶部２１内 には、約６Ｋバイト×１５０＝約９００Ｋバイトの時系列データが取り込まれる ことになる。

【００２９】 もちろん、サンプリング間隔をより細かくしたり、測定時間をより長くしたり することも可能であるが、実用上は、荷重分布が変動する速度を考慮すると、サ ンプリング間隔は０．１秒程度で十分である。また、測定時間は、４呼吸分の１ ５秒程度に設定するのが好ましい。以上の取り込み処理により、図８に示すよう に、両足にかかっている荷重が、各区画部分ごとに、かつ、各サンプリング時間 ごとに測定され、データとして格納されることになる。したがって、このデータ に基づいて、定量的かつ詳細な解析を行うことが可能になる。

【００３０】 なお、両足における荷重分布測定を行う場合、両足の開き具合が測定結果に大 きな影響を与えることが知られている。たとえば、両足を完全に揃えた状態で直 立すると、起立状態が不安定になり、自然な起立状態の測定を行うことができな い。逆に、股を極端に広げて測定を行った場合も、体が安定しすぎた状態となる ため、やはり自然な起立状態の測定を行うことができない。一般に、このような 荷重分布測定を行う場合、被測定者の腰の横幅とほぼ同じ程度に両足を開くのが 好ましいとされている。すなわち、図９に示すように、矢印Ｚで示す腰の位置に おける横幅Ｗと、右足の外側から左足の外側に至るまでの横幅Ｗと、が等しくな るような立ち方が最も自然な立ち方であり、荷重分布測定に適したものとされて いる。

【００３１】 このように、被測定者には、できるだけこのような腰幅Ｗの間隔になるように 両足を開いて測定ユニット１０上に立ってもらうのが好ましい。そこで、この装 置に、両足の開き具合を通知する機能をもたせておくと便利である。具体的には 、次のようにすればよい。まず、被測定者の腰の位置における横幅Ｗをメジャー などで測定し、この横幅Ｗを制御ユニット２０の操作部２５のキーパネルを用い て基準値として入力する。続いて、裸足の被測定者に、測定ユニット１０上に直 立してもらう。前述したように、被測定者の両足の足型を示す画像データは、制 御ユニット２０内に取り込まれる。このとき、この画像データを二値化すれば、 左右の足型の認識を行うことができる。たとえば、各区画（画素）の荷重値（画 素値）を８ビットで表現した場合には、画素値０の画素群と、画素値１〜２５５ の画素群とに二値化すれば、前者は背景部分として、後者は足型部分として認識 することができる。そこで、演算部２２によって、この両足型の離隔度合と、操 作部２５から入力された基準幅Ｗとを比較し、両者の差が許容誤差範囲を越えて いるか否かを外部に対して通知するような処理を行えばよい。

【００３２】 たとえば、メジャーで測定した腰の位置の横幅Ｗが３８０ｍｍであった場合、 オペレータは操作部２５から、３８０ｍｍを基準値として入力する。そして、被 測定者に測定ユニット１０上にほぼ腰幅に両足を開くように指示して乗ってもら う。演算部２２は、測定ユニット１０から送られてくる検出値に基づいて、両足 型を認識し、その間隔を演算によって求めることができる。すなわち、両足の外 側間隔（左足の左側部から右足の右側部までの間隔）を求め、その値が基準値３ ８０ｍｍに対して所定の誤差（たとえば、±１０ｍｍ）を越えていた場合には、 表示ユニット３０に対して、何らかの警告表示（両足間隔をより狭くあるいはよ り広くするよう指示する表示）を行うようにしておけばよい。

【００３３】 §３． 測定結果演算処理 続いて、検出値記憶部２１内に格納された時系列データに基づいて、種々の測 定結果を演算する処理を説明する。ここに示す実施態様では、以下のような種々 の測定結果が演算部２２により演算され、測定結果記録部２４に記録される。ま た、操作部２５から所定の指示を与えることにより、この測定結果を表示ユニッ ト３０に表示させたり、プリンタ４０から紙面上にプリントアウトさせたり、パ ーソナルコンピュータ５０へデータとして送信したりすることも可能である。パ ーソナルコンピュータ５０へデータを送信すれば、パーソナルコンピュータ５０ によって、多数の被測定者についての測定結果を集計し、統計処理を行うことが でき便利である。

【００３４】 (1) 左右の足別体重および全体重 左足測定部１３Ｌ内の各区画ごとの荷重値を合計すれば、左足側の足別体重を 求めることができ、右足測定部１３Ｒ内の各区画ごとの荷重値を合計すれば、右 足側の足別体重を求めることができる。たとえば、左足側の足別体重３０ｋｇ、 右足側の足別体重２９ｋｇ、のような測定結果が得られることになる。また、両 者を合計した５９ｋｇが全体重となる。左右の足別体重は、被測定者の荷重の偏 りを認識する上で重要である。なお、上述の例では、０．１秒おきのサンプリン グを１５秒間行うことにより、ｔ＝０．１秒〜ｔ＝１５．０秒の１５０とおりの 時系列データが得られているので、左右の足別体重および全体重としては、全１ ５秒間の平均値を用いることもできるし、たとえば、ｔ＝３．０秒のときの瞬間 値を代表値として用いることもできる。

【００３５】 (2) 各足ごとの分割体重 被測定者の健康状態や運動能力を知る上では、左右のバランスだけではなく、 各足のどの部分に荷重が集中しているかを認識することが重要である。この装置 では、各足を二分割もしくは三分割し、各分割領域ごとの荷重値を測定結果とし て求めることができる。ここでは、次のような方法により分割を行っている。ま ず、図１０に示すように、データを二値化することにより足型を閉領域として認 識する。そして、幾何学的な演算処理を行うことにより、足型の内側接線Ｉを求 める。この内側接線Ｉは、足型の輪郭線上の２点Ｑ１，Ｑ２において足型に接す る直線である。一方、一般的なパターン認識処理により、第２指に対応する閉領 域の中心点Ｑ３を求め、点Ｑ３を通り内側接線Ｉに平行な中心線Ｃを求めておく 。また、内側接線Ｉに垂直で、かつ、足型に前方から接する前方接線Ａを求め、 同様に、内側接線Ｉに垂直で、かつ、足型に後方から接する後方接線Ｂを求めて おく。

【００３６】 前後二分割による分割体重は、図１１に示す２つの領域について求められる。 すなわち、前方接線Ａと後方接線Ｂとの間に分割線Ｍを引き、接線Ａ／接線Ｂ間 を２等分する。そして、直線Ａ／直線Ｍ間に属する前方分割領域内の各区画ごと の荷重値の合計を前方分割荷重とし、直線Ｂ／直線Ｍ間に属する後方分割領域内 の各区画ごとの荷重値の合計を後方分割荷重とする。

【００３７】 また、前後三分割による分割体重は、図１２に示す３つの領域について求めら れる。すなわち、前方接線Ａと後方接線Ｂとの間に２つの分割線Ｍ１，Ｍ２を引 き、接線Ａ／接線Ｂ間を３等分する。そして、直線Ａ／直線Ｍ１間に属する前方 分割領域内の各区画ごとの荷重値の合計を前方分割荷重とし、直線Ｍ１／直線Ｍ ２間に属する中央分割領域内の各区画ごとの荷重値の合計を中央分割荷重とし、 直線Ｂ／直接Ｍ２間に属する後方分割領域内の各区画ごとの荷重値の合計を後方 分割荷重とする。

【００３８】 更に、前後左右三分割による分割体重は、図１３に示す３つの領域について求 められる。すなわち、前方接線Ａと後方接線Ｂとの間に分割線Ｍを引き、接線Ａ ／接線Ｂ間を２等分する。更に、中心線Ｃ（図１０）に沿った分割線ＭＭを引き 、前方分割領域を左右に２等分する。そして、直線ＭＭの左側に属する前方左分 割領域内の各区画ごとの荷重値の合計を前方左分割荷重とし、直線ＭＭの右側に 属する前方右分割領域内の各区画ごとの荷重値の合計を前方右分割荷重とし、直 線Ｂ／直線Ｍ間に属する後方分割領域内の各区画ごとの荷重値の合計を後方分割 荷重とする。

【００３９】 これらの各分割荷重値は、ｋｇの単位で求めることもできるし、各分割領域ご との荷重割合を示す％単位で求めることもできる。また、全１５秒間の測定時間 の平均値を用いることもできるし、たとえば、ｔ＝３．０秒のときの瞬間値を代 表値として用いることもできる。

【００４０】 (3) 足型および荷重分布 既に述べたように、検出値記憶部２１に格納されているデータは、平面部１３ 上の各区画を画素とすれば、画像データを形成することになる。そこで、この画 像データに基づいて、そのまま左右の足型を示す画像を測定結果として求めるこ とが可能になる。具体的には、各区画ごとの荷重値（画素値）に基づいて、濃淡 表示（モノクロ表示）あるいは色分け表示（カラー表示）を行うようにすれば、 表示ユニット３０の画面上に足型を表示させることができる。このようにして表 示された足型は、単なる輪郭情報をもった足型ではなく、足型内部の荷重分布の 情報をもったものとなる。すなわち、足型内の濃淡分布もしくは色分け分布によ り、大きな荷重がかかっている部分を認識することが可能になり、視覚による直 接的な健康診断の用に供することができる。また、足型を形成する閉領域の面積 を演算すれば、左右の足跡面積を測定結果として得ることができる。なお、この ような足型表示や足跡面積を得る場合、全１５秒間の測定時間の平均値を用いる こともできるし、たとえば、ｔ＝３．０秒のときの瞬間値を代表値として用いる こともできる。更に、足跡面積の時間変動を解析すれば、足のうらの各部の接地 状態の変化を示す測定結果を得ることも可能である。

【００４１】 (4) 重心点およびその位置変動 ある瞬時において、各区画ごとの検出値を用いた加重幾何平均を演算すること により、重心点位置を求めることができる。図１４は、この重心点Ｇの位置を示 したものである。通常、この重心点Ｇの位置は時間とともに変動する。したがっ て、全１５秒間の測定時間内における重心点Ｇの位置の変動を求めると、図１５ に示すような、軌跡ＧＧが得られることになる。このように、重心点Ｇの位置が 時間とともに変動するのは、被測定者の呼吸動作が大きく影響している。図１５ の軌跡ＧＧのうち、実線部分は被測定者が吸気状態にある区間を示し、破線部分 は被測定者が呼気状態にある区間を示している。

【００４２】 一般に、重心Ｇの踵からの位置や、重心動揺面積（軌跡ＧＧによって囲まれる 閉領域の面積）と被測定者の年齢との間には、相関関係があることが知られてい る。したがって、このような重心点Ｇの時間変動を示す軌跡ＧＧを求め、表示ユ ニット３０上に表示させたり、プリンタ４０によって紙面上に出力したりすれば 、この軌跡ＧＧを健康診断に利用することができる。

【００４３】 (5) 土踏まず領域の画定 人間の歩行能力、走行能力には、「土踏まず」の部分が重要な影響を与えるこ とが古くから知られている。この「土踏まず」の部分を定量的に認識する方法を 述べておく。まず、図１６に示すように、データの二値化により足型の輪郭を認 識し、この足型の内側接線Ｉ（２点Ｑ１，Ｑ２において輪郭線に接する直線）と 外側接線Ｏ（２点Ｑ４，Ｑ５において輪郭線に接する直線）とを求める。更に、 内側接線Ｉと外側接線Ｏとの交点Ｑ６を求め、この交点Ｑ６と、第２指に対応す る閉領域の中心点Ｑ３と、を結んで基準線Ｈを求める。そして、この基準線Ｈと 足型の輪郭線とによって画定される閉領域Ｆ（図にハッチングで示す領域）を「 土踏まず領域」と定義する。

【００４４】 このような「土踏まず領域Ｆ」が存在すれば「土踏まず」が形成されていると 認識することができ、領域Ｆの面積が大きければ大きいほど、十分な「土踏まず 」が形成されていると判断できる。よって、この「土踏まず領域Ｆ」の面積を測 定結果として得ることは非常に有益である。もちろん、この「土踏まず領域Ｆ」 の面積を得る場合も、全１５秒間の測定時間の平均値を用いることもできるし、 たとえば、ｔ＝３．０秒のときの瞬間値を代表値として用いることもできる。あ るいは、この面積の時間変動を解析すれば、「土踏まず」の時間変動を示す測定 結果を得ることもできる。

【００４５】 §４． 種々の測定態様 最後に、本考案に係る荷重分布測定装置を用いた種々の測定態様を示しておく 。これまでに述べた典型的な測定態様では、被測定者は、図７に示すように、両 腕を脇に下げて測定ユニット１０上に直立し、３〜４ｍ先の視点マーク表示板を 注視した状態で測定を行った。一般に、被測定者側の測定時の姿勢を変えた場合 、同一の装置により同一の演算処理を行っているにもかかわらず、通常は、得ら れる測定結果に相違が見られる。詳細な健康診断や運動能力診断を行う上では、 姿勢や条件を変えたいくつかの異なる測定態様による測定を繰り返し実行し、ど のような測定態様においてどのような測定結果が得られたか、という観点からの 測定結果の解析を行うことは極めて有益である。以下、具体的な測定態様のいく つかの例を列挙しておく。

【００４６】 (1) 目を閉じた測定 典型的な測定態様では、３〜４ｍ先の視点マーク表示板を注視した状態で測定 を行っていたが、その代わりに、被測定者に目を閉じてもらった状態で測定を行 うと、異なる測定結果が得られる。特に、目を閉じた状態では、視覚情報なしに バランスをとる必要があるため、この測定態様で得られた重心動揺面積は、三半 器官の機能診断を行う上で重要なデータとなる。なお、この目を閉じた測定態様 は、以下に述べる種々の測定態様と組み合わせて用いることも可能である。

【００４７】 (2) 片足起立 左足のみで起立した状態、もしくは右足のみで起立した状態で測定を行うと、 非常に興味深い測定結果が得られる。片足起立は高度なバランス調節能力を要求 されるので、この測定態様で得られた測定結果も、運動能力などの診断を行う上 で重要なデータとなる。更に、片足起立したまま、片手に５〜３０ｋｇ程度の重 りを持たせた状態で測定することもできる。

【００４８】 (3) 爪先立ち／踵立ち 図１７(a) に示すように、爪先立ちの状態で測定を行ったり、あるいは、逆に 踵立ちの状態で測定を行ったりすると、興味深い測定結果が得られる。また、両 手は図１７(a) に示すように上方へ伸ばすだけでなく、水平前方に伸ばしたり、 図１７(b) に示すように水平側方に伸ばしたり、あるいは斜め前方に伸ばしたり することもできる。

【００４９】 (4) 前屈／後屈／左右捻転／左右側方屈 図１８(a) に示すような前屈、図１８(b) に示すような後屈、図１９(a) に示 すような左右捻転、図１９(b) に示すような左右側方屈、の状態で測定しても、 興味深い測定結果が得られる。

【００５０】 (5) 歩行 図２０に示すように、歩行帯８１，８２の間に測定ユニット１０を置き、歩行 帯８１，測定ユニット１０，歩行帯８２の高さがほぼ一定となるようにし、被測 定者に、歩行帯８１から歩行帯８２へ向かって歩行してもらって測定を行うこと もできる。この歩行時に、測定ユニット１０の上に片足が乗るようにしてもらう 。すると、片足の一部分が地面に着地し、この着地部分が時間とともに変遷して ゆく様が測定結果として得られる。図２１は、このような測定結果を時系列で示 したものである。このような時系列データは、歩行という動的要素を含んだ重要 な情報をもったデータとなる。この他、測定ユニット１０上で跳躍運動を行って もらいながら測定を行うことも可能である。

【００５１】

【考案の効果】

以上のとおり本考案に係る両足における荷重分布測定装置によれば、容易な取 扱いによって、定量的かつ詳細な解析を行うことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る荷重分布測定装置の一実施形態を
示す構成図である。

【図２】図１に示す測定ユニット１０の上面図である。

【図３】図２に示す左足測定部１３Ｌの左上部分の拡大
図であり、破線により、多数の区画Ｐに分割された状態
が示されている。

【図４】圧電素子を利用した圧力センサ６０により荷重
検出を行うようにした例を示す斜視図である。

【図５】図４に示す圧力センサ６０と等価な圧力センサ
群７０の構成例を示す斜視図である。

【図６】図１に示す制御ユニット２０の内部構成を示す
ブロック図である。

【図７】図１に示す装置における典型的な測定態様を示
す正面図である。

【図８】図１に示す装置によって取り込まれる時系列デ
ータを示す概念図である。

【図９】被測定者の矢印Ｚで示す腰の位置における横幅
Ｗと、右足の外側から左足の外側に至るまでの横幅Ｗ
と、が等しくなるような自然な立ち方を示す正面図であ
る。

【図１０】足型を構成する閉領域の分割方法を説明する
平面図である。

【図１１】足型を前後二分割して分割体重を求める方法
を説明する平面図である。

【図１２】足型を前後三分割して分割体重を求める方法
を説明する平面図である。

【図１３】足型を前後左右三分割して分割体重を求める
方法を説明する平面図である。

【図１４】図１に示す装置において求められた重心点Ｇ
を示す平面図である。

【図１５】図１に示す装置において求められた重心点Ｇ
の時間的変動を示す重心点軌跡ＧＧを示す平面図であ
る。

【図１６】土踏まず領域Ｆの定義方法を示す平面図であ
る。

【図１７】爪先立ちの測定態様(a) および両手を水平側
方に伸ばした測定態様(b) を示す正面図である。

【図１８】前屈の測定態様(a) および後屈の測定態様
(b) を示す正面図である。

【図１９】左右捻転の測定態様(a) および左右側方屈の
測定態様(b) を示す正面図である。

【図２０】歩行による測定態様を示す側面図である。

【図２１】図２０に示す歩行による測定態様で得られる
測定結果を示す概念図である。

【符号の説明】

１０…測定ユニット １１…ケーブル １２…電源ケーブル １３…平面部 １３Ｃ…中間部 １３Ｌ…左足測定部 １３Ｒ…右足測定部 ２０…制御ユニット ２１…検出値記憶部（ＲＡＭ） ２２…演算部（ＣＰＵ） ２３…プログラム部（ＲＯＭ） ２４…測定結果記録部（ディスク装置） ２５…操作部（キーパネル） ２６…入力インタフェース ２７…出力インタフェース ３０…表示ユニット ３１…ケーブル ３２…スタンド ４０…プリンタ ４１…ケーブル ５０…パーソナルコンピュータ ５１…ケーブル ６０…圧力センサ ６１…圧電素子 ６２…上部電極 ６３…下部電極 ７０…圧力センサ群 ７１…共通の圧電素子層 ７２…共通の上部電極層 ７３…絶縁性の支持層 ７４…個別下部電極層 ８１，８２…歩行帯 Ａ…前方接線 Ｂ…後方接線 Ｃ…中心線 Ｆ…土踏まず領域 Ｇ…重心点 ＧＧ…重心点軌跡 Ｈ…基準線 Ｉ…内側接線 Ｍ，Ｍ１，Ｍ２，ＭＭ…分割線 Ｏ…外側接線 Ｐ…区画 Ｑ１〜Ｑ６…幾何学上の点 Ｗ…腰の位置の横幅 Ｚ…腰の位置を示す矢印

Claims (8)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 両足を乗せるために十分な面積をもった
   平面部を有し、この平面部を多数の区画に分割して各区
   画ごとにかかる荷重をそれぞれ独立して検出することが
   できる測定ユニットと、 前記測定ユニットから得られる検出値を記憶するための
   検出値記憶部と、測定に必要な演算処理を行う演算部
   と、前記演算部が実行すべき処理プログラムを格納した
   プログラム部と、前記演算部の演算処理によって得られ
   る測定結果を記録する測定結果記録部と、前記演算部に
   対する指示を入力する操作部と、を有する制御ユニット
   と、 を備え、前記制御ユニットは、 前記操作部によって入力された指示に基づいて、前記測
   定ユニットから得られる検出値をデータとして前記検出
   値記憶部に格納する検出値取込処理と、前記検出値記憶
   部に格納されているデータに基づいて、前記測定ユニッ
   ト上の被測定者の両足における荷重分布を測定結果とし
   て求め、これを前記測定結果記録部に記録する測定結果
   演算処理と、を行う機能を有することを特徴とする両足
   における荷重分布測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、 平面部に加わる圧力を検出する圧力センサを、各区画ご
   とに配置することにより測定ユニットを構成し、これら
   各圧力センサから出力される圧力値を各区画ごとにかか
   る荷重として検出することを特徴とする両足における荷
   重分布測定装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の装置において、 演算部が、検出値記憶部に格納されているデータを二値
   化することにより左右の足型を認識し、この足型を所定
   の規則に基づいて分割し、各分割領域ごとの荷重値を測
   定結果として求める機能を有することを特徴とする両足
   における荷重分布測定装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の装置において、 演算部が、検出値記憶部に格納されているデータに基づ
   いて、測定ユニットの平面部に対応した表示面上に各区
   画の検出値に応じた濃淡表示もしくは色分け表示を行う
   ための画像データを測定結果として求める機能を有する
   ことを特徴とする両足における荷重分布測定装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の装置において、 検出値記憶部には、測定ユニットから得られる検出値を
   所定周期でサンプリングした時系列データを格納し、 演算部が、検出値記憶部に格納されている時系列データ
   に基づいて、重心点の時間的変動を示す軌跡を測定結果
   として求める機能を有することを特徴とする両足におけ
   る荷重分布測定装置。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の装置において、 演算部が、検出値記憶部に格納されているデータを二値
   化することにより左右の足型を認識し、この足型の内側
   接線と外側接線との交点と、第２指に対応する閉領域の
   中心点と、を結んで基準線を求め、この基準線と前記足
   型の輪郭線とによって画定される土踏まず領域に関する
   情報を測定結果として求める機能を有することを特徴と
   する両足における荷重分布測定装置。
7. 【請求項７】 請求項１に記載の装置において、 演算部が、検出値記憶部に格納されているデータを二値
   化することにより左右の足型を認識し、両足型の離隔度
   合と操作部から入力された基準幅とを比較し、両者の差
   が許容誤差範囲を越えているか否かを外部に対して通知
   する機能を有することを特徴とする両足における荷重分
   布測定装置。
8. 【請求項８】 両足を乗せるために十分な面積をもった
   平面部を有し、この平面部を多数の区画に分割して各区
   画ごとにかかる荷重をそれぞれ独立して検出することが
   できる測定ユニットと、 前記各区画を画素とする画像平面を定義し、各区画ごと
   に検出された荷重値に基づいて、対応する画素の画素値
   を求める演算を行い、両足の荷重分布を示す画像データ
   を作成する制御ユニットと、 を備え、前記画像データにより両足の荷重分布を提示で
   きるようにしたことを特徴とする両足における荷重分布
   測定装置。