JP3394979B2 - 関節角の計測方法及びその装置 - Google Patents
関節角の計測方法及びその装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、人もしくはロボッ
ト等の関節の両側に位置する２つの枝部間の角度または
関節により接合される枝部と基部との間の角度を求める
関節角の計測方法及びその装置に関するものである。
ト等の関節の両側に位置する２つの枝部間の角度または
関節により接合される枝部と基部との間の角度を求める
関節角の計測方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、人の運動を様々な方法で計測
し、解析することが行われている。計測により得られた
データは、スポーツ技能の向上やジェスチャー認識によ
るヒューマンインターフェースの開発に用いられたり、
産業面では、製品の使用時における人の動きや作業によ
る負担の分析、労働環境評価等の分野で応用されてき
た。医療の分野では、リハビリテーションによる成果の
指標化や義肢の制作、調整といったことにも利用されて
いる。また、様々な疾患の原因究明等に際して、その疾
患等を生じた際にどのような運動を行っていたか、その
運動が生理的にどのような影響を及ぼしたかを知ること
は極めて重要である。
し、解析することが行われている。計測により得られた
データは、スポーツ技能の向上やジェスチャー認識によ
るヒューマンインターフェースの開発に用いられたり、
産業面では、製品の使用時における人の動きや作業によ
る負担の分析、労働環境評価等の分野で応用されてき
た。医療の分野では、リハビリテーションによる成果の
指標化や義肢の制作、調整といったことにも利用されて
いる。また、様々な疾患の原因究明等に際して、その疾
患等を生じた際にどのような運動を行っていたか、その
運動が生理的にどのような影響を及ぼしたかを知ること
は極めて重要である。
【０００３】人の運動の計測方法としては、何を計測す
るかに応じて、様々な方法が考えられてきた。人が広い
空間内においてどの位置にいるかを測定するのであれ
ば、人を一つの点とみなしてその点をマッピングすると
いう方法が用いられるが、指の関節角等のより細かな計
測においては分度計等が用いられる。また、人の動作や
行動を計測して解析するには、関節の回りでの上腕部や
前腕部等の運動を計測する必要がある。このときの計測
方法としては、非接触式のものとしてビデオカメラ等を
用いた光学的方法や磁気センサによるもの等が挙げられ
る。一方、接触式の計測方法として、回転式電気角度計
や伸縮性のある電気抵抗を使用した角度計等がある。
るかに応じて、様々な方法が考えられてきた。人が広い
空間内においてどの位置にいるかを測定するのであれ
ば、人を一つの点とみなしてその点をマッピングすると
いう方法が用いられるが、指の関節角等のより細かな計
測においては分度計等が用いられる。また、人の動作や
行動を計測して解析するには、関節の回りでの上腕部や
前腕部等の運動を計測する必要がある。このときの計測
方法としては、非接触式のものとしてビデオカメラ等を
用いた光学的方法や磁気センサによるもの等が挙げられ
る。一方、接触式の計測方法として、回転式電気角度計
や伸縮性のある電気抵抗を使用した角度計等がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記光学的方法は、近
年におけるビデオカメラの性能向上や画像の解析方法の
進歩に伴い、人の運動をかなり正確に計測できるように
なっている。しかし、マーカ等を付けて計測を行う場合
は、マーカのずれや隠れ等の問題がある。また、磁気セ
ンサを用いた計測においては、計測範囲内に金属等の磁
気に影響を与えるものがあると、正確に計測ができない
等の問題がある。さらに、これらの手法は、非接触とい
う利点はあるが、被験者の行動範囲が制限されるといっ
た問題がある。また、上記電気角度計や電気抵抗による
計測は、関節に沿って装着するため、被験者の関節運動
が拘束されたり、急激な関節運動に対して計器が破損し
やすい問題がある。
年におけるビデオカメラの性能向上や画像の解析方法の
進歩に伴い、人の運動をかなり正確に計測できるように
なっている。しかし、マーカ等を付けて計測を行う場合
は、マーカのずれや隠れ等の問題がある。また、磁気セ
ンサを用いた計測においては、計測範囲内に金属等の磁
気に影響を与えるものがあると、正確に計測ができない
等の問題がある。さらに、これらの手法は、非接触とい
う利点はあるが、被験者の行動範囲が制限されるといっ
た問題がある。また、上記電気角度計や電気抵抗による
計測は、関節に沿って装着するため、被験者の関節運動
が拘束されたり、急激な関節運動に対して計器が破損し
やすい問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決し、行動範囲や関節運動等を拘束することなく、移動
を伴う関節運動を正確に計測することのできる関節運動
の計測方法及びその装置を提供することを目的とする。
そのため、本発明の請求項１の移動を伴う関節角の計測
方法は、移動を伴う１軸関節により接合された２つの枝
部における上記１軸関節の近傍夫々で移動による力学的
なベクトル（例えば加速度）を計測し、上記２つの枝部
の各計測位置におけるベクトルを１軸関節近傍で計測し
ていることにより互いに略等しいものとして上記２つの
枝部間の角度を算出することを特徴とするものである。
決し、行動範囲や関節運動等を拘束することなく、移動
を伴う関節運動を正確に計測することのできる関節運動
の計測方法及びその装置を提供することを目的とする。
そのため、本発明の請求項１の移動を伴う関節角の計測
方法は、移動を伴う１軸関節により接合された２つの枝
部における上記１軸関節の近傍夫々で移動による力学的
なベクトル（例えば加速度）を計測し、上記２つの枝部
の各計測位置におけるベクトルを１軸関節近傍で計測し
ていることにより互いに略等しいものとして上記２つの
枝部間の角度を算出することを特徴とするものである。
【０００６】１軸関節の回りで屈曲運動をする時、１つ
の枝部が上記１軸関節の回りで回転する。この場合、上
記１つの枝部におけるベクトルの計測は１軸関節の近傍
で行われるので、上記回転運動によるベクトルはほとん
ど生じないものとすることができる。また、今１つの枝
部が上記１軸関節と反対側の端部を中心に回転運動を行
った時、上記２つの枝部でのベクトルの計測は１軸関節
の近傍で行われるので、上記２つの枝部でのベクトルは
略等しいものとすることができ、このことを利用して上
記２つの枝部の間の角度、つまり、関節角を求めること
ができる。
の枝部が上記１軸関節の回りで回転する。この場合、上
記１つの枝部におけるベクトルの計測は１軸関節の近傍
で行われるので、上記回転運動によるベクトルはほとん
ど生じないものとすることができる。また、今１つの枝
部が上記１軸関節と反対側の端部を中心に回転運動を行
った時、上記２つの枝部でのベクトルの計測は１軸関節
の近傍で行われるので、上記２つの枝部でのベクトルは
略等しいものとすることができ、このことを利用して上
記２つの枝部の間の角度、つまり、関節角を求めること
ができる。
【０００７】ここで、「１軸関節」とは、例えば、人の
肘または膝のように１方向のみの屈曲（回転）のみが可
能な関節をいい、「１軸関節」が人の肘である場合、上
腕部が１つの「枝部」に、前腕部が今１つの「枝部」に
該当する。また、「１軸関節」が膝である場合、腿の部
分が１つの「枝部」に、脛の部分が今１つの「枝部」に
該当する。なお、１軸関節は１方向のみに屈曲可能なも
のであれば、人以外の動物の関節やロボットアームの関
節等であってもよく、ロボットアームの場合、その１軸
関節の両側に位置する２つのアーム部が２つの「枝部」
に該当する。
肘または膝のように１方向のみの屈曲（回転）のみが可
能な関節をいい、「１軸関節」が人の肘である場合、上
腕部が１つの「枝部」に、前腕部が今１つの「枝部」に
該当する。また、「１軸関節」が膝である場合、腿の部
分が１つの「枝部」に、脛の部分が今１つの「枝部」に
該当する。なお、１軸関節は１方向のみに屈曲可能なも
のであれば、人以外の動物の関節やロボットアームの関
節等であってもよく、ロボットアームの場合、その１軸
関節の両側に位置する２つのアーム部が２つの「枝部」
に該当する。
【０００８】請求項２の移動を伴う関節角の計測方法
は、移動を伴う３軸関節により接合された基部と枝部ま
たは移動を伴う３軸関節により接合された２つの枝部に
おける上記３軸関節の近傍夫々で移動による加速度ベク
トルと重力加速度ベクトルとを計測し、上記基部と枝部
の各計測位置または上記２つの枝部の各計測位置におけ
る上記加速度ベクトルを３軸関節近傍で計測しているこ
とにより互いに略等しいものとして、該加速度ベクトル
と上記重力加速度ベクトルとに基づいて上記基部と枝部
間または上記２つの枝部間のＸ、Ｙ及びＺ方向の角度を
算出することを特徴とするものである。
は、移動を伴う３軸関節により接合された基部と枝部ま
たは移動を伴う３軸関節により接合された２つの枝部に
おける上記３軸関節の近傍夫々で移動による加速度ベク
トルと重力加速度ベクトルとを計測し、上記基部と枝部
の各計測位置または上記２つの枝部の各計測位置におけ
る上記加速度ベクトルを３軸関節近傍で計測しているこ
とにより互いに略等しいものとして、該加速度ベクトル
と上記重力加速度ベクトルとに基づいて上記基部と枝部
間または上記２つの枝部間のＸ、Ｙ及びＺ方向の角度を
算出することを特徴とするものである。
【０００９】ここで、「３軸関節」とは、人の肩または
股関節のように、２方向の屈曲（回転）及び捩じりが可
能な関節をいい、例えば、３軸関節が人の肩である場
合、人の胴体が「基部」に該当し、前腕部が「枝部」に
該当し、３軸関節が「股関節」である場合、胴体が「基
部」に該当し、腿の部分が「枝部」に該当する。また、
３軸関節は人以外の動物やロボットアーム等の３軸関節
であってもよく、且つ３軸関節は、必ずしも基部と枝部
間に位置していなくても、２つの枝部間に位置していて
もよい。
股関節のように、２方向の屈曲（回転）及び捩じりが可
能な関節をいい、例えば、３軸関節が人の肩である場
合、人の胴体が「基部」に該当し、前腕部が「枝部」に
該当し、３軸関節が「股関節」である場合、胴体が「基
部」に該当し、腿の部分が「枝部」に該当する。また、
３軸関節は人以外の動物やロボットアーム等の３軸関節
であってもよく、且つ３軸関節は、必ずしも基部と枝部
間に位置していなくても、２つの枝部間に位置していて
もよい。
【００１０】請求項３の移動を伴う関節角の計測方法
は、請求項１の方法において、上記力学的なベクトルが
速度、加速度、または角加速度を含むことを特徴とする
ものである。
は、請求項１の方法において、上記力学的なベクトルが
速度、加速度、または角加速度を含むことを特徴とする
ものである。
【００１１】請求項４の移動を伴う関節角の計測装置
は、移動を伴う１軸関節により接合された２つの枝部に
おける上記１軸関節の近傍に各々着脱自在に取り付けら
れて移動による力学的なベクトルを計測する第１及び第
２計測手段と、これらの第１及び第２計測手段で計測さ
れるベクトルを１軸関節近傍で計測していることにより
互いに略等しいものとして上記２つの枝部間の角度を算
出する算出手段とを備えたことを特徴とするものであ
る。
は、移動を伴う１軸関節により接合された２つの枝部に
おける上記１軸関節の近傍に各々着脱自在に取り付けら
れて移動による力学的なベクトルを計測する第１及び第
２計測手段と、これらの第１及び第２計測手段で計測さ
れるベクトルを１軸関節近傍で計測していることにより
互いに略等しいものとして上記２つの枝部間の角度を算
出する算出手段とを備えたことを特徴とするものであ
る。
【００１２】請求項５の移動を伴う関節角の計測装置
は、移動を伴う３軸関節により接合された基部と枝部ま
たは移動を伴う３軸関節により接合された２つの枝部に
おける上記３軸関節の近傍に各々取り付けられて移動に
よる加速度ベクトルと重力加速度ベクトルとを計測する
第１及び第２計測手段と、これら第１及び第２計測手段
で計測された上記加速度ベクトルを関節近傍で計測して
いることにより互いに略等しいものとして、該加速度ベ
クトルと上記重力加速度ベクトルとに基づいて上記基部
と枝部間または上記２つの枝部間のＸ、Ｙ及びＺ方向の
角度を算出する算出手段とを備えたことを特徴とするも
のである。
は、移動を伴う３軸関節により接合された基部と枝部ま
たは移動を伴う３軸関節により接合された２つの枝部に
おける上記３軸関節の近傍に各々取り付けられて移動に
よる加速度ベクトルと重力加速度ベクトルとを計測する
第１及び第２計測手段と、これら第１及び第２計測手段
で計測された上記加速度ベクトルを関節近傍で計測して
いることにより互いに略等しいものとして、該加速度ベ
クトルと上記重力加速度ベクトルとに基づいて上記基部
と枝部間または上記２つの枝部間のＸ、Ｙ及びＺ方向の
角度を算出する算出手段とを備えたことを特徴とするも
のである。
【００１３】請求項６の移動を伴う関節角の計測装置
は、請求項４の構成において、上記力学的なベクトルが
速度、加速度、または角加速度を含むことを特徴とする
ものである。
は、請求項４の構成において、上記力学的なベクトルが
速度、加速度、または角加速度を含むことを特徴とする
ものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
を図面に基づいて説明する。図１に示すように、１軸関
節である人の肘２の関節運動を計測する計測装置１は、
肘２の両側の上腕部３（１つの枝部）及び前腕部４（今
１つの枝部）に各々巻付状態で取り付けられる可撓性支
持具としてのサポータ５、６と、各サポータ５、６上に
設けられた第１及び第２加速度センサ７、８（第１及び
第２計測手段）と、これら第１及び第２加速度センサ
７、８に接続される、図示しないコンピュータ等からな
る算出手段とを備えてなるものである。
を図面に基づいて説明する。図１に示すように、１軸関
節である人の肘２の関節運動を計測する計測装置１は、
肘２の両側の上腕部３（１つの枝部）及び前腕部４（今
１つの枝部）に各々巻付状態で取り付けられる可撓性支
持具としてのサポータ５、６と、各サポータ５、６上に
設けられた第１及び第２加速度センサ７、８（第１及び
第２計測手段）と、これら第１及び第２加速度センサ
７、８に接続される、図示しないコンピュータ等からな
る算出手段とを備えてなるものである。
【００１５】第１及び第２加速度センサ７、８は、各々
その主平面に平行なＸ方向の加速度（力学的なベクト
ル）と主平面と直交するＹ方向の加速度（力学的なベク
トル）とを検出できるものであり、肘２の回りの関節角
の測定に際して、前述のように、肘２の近傍における上
腕部３及び前腕部４に取り付けられ、且つＸ、Ｙ平面同
士が平行となるように取り付けられる。
その主平面に平行なＸ方向の加速度（力学的なベクト
ル）と主平面と直交するＹ方向の加速度（力学的なベク
トル）とを検出できるものであり、肘２の回りの関節角
の測定に際して、前述のように、肘２の近傍における上
腕部３及び前腕部４に取り付けられ、且つＸ、Ｙ平面同
士が平行となるように取り付けられる。
【００１６】ここで、第１加速度センサ７により検出さ
れる加速度をａ、そのＸ方向の加速度成分をａx1、Ｙ方
向の加速度成分をａy1とし、第２加速度センサ８により
検出される加速度をａ’、そのＸ方向の加速度成分をａ
x2、Ｙ方向の加速度成分をａ y2とすると、前述のよう
に、第１及び第２加速度センサ７、８がともに肘２の近
傍に取り付けられていることから、ａとａ’はほぼ等し
くなる。
れる加速度をａ、そのＸ方向の加速度成分をａx1、Ｙ方
向の加速度成分をａy1とし、第２加速度センサ８により
検出される加速度をａ’、そのＸ方向の加速度成分をａ
x2、Ｙ方向の加速度成分をａ y2とすると、前述のよう
に、第１及び第２加速度センサ７、８がともに肘２の近
傍に取り付けられていることから、ａとａ’はほぼ等し
くなる。
【００１７】ａ＝ａ’とすると、第１及び第２加速度セ
ンサ７、８の加速度成分（ａx1、ａ y1）と（ａx2、
ａy2）の関係は図２のように表すことができる。但し、
θは上腕部２と前腕部３との間の関節角であり、第１及
び第２加速度センサ７、８のＸ成分同士ａx1、ａx2のな
す角度、Ｙ成分同士ａy1、ａy2同士のなす角度も各々θ
となる。これにより、（ａx1、ａy1）と（ａx2、ａy2）
との関係は、以下の数１中の行列式（１）で表される。
ンサ７、８の加速度成分（ａx1、ａ y1）と（ａx2、
ａy2）の関係は図２のように表すことができる。但し、
θは上腕部２と前腕部３との間の関節角であり、第１及
び第２加速度センサ７、８のＸ成分同士ａx1、ａx2のな
す角度、Ｙ成分同士ａy1、ａy2同士のなす角度も各々θ
となる。これにより、（ａx1、ａy1）と（ａx2、ａy2）
との関係は、以下の数１中の行列式（１）で表される。
【００１８】
【数１】
【００１９】上記行列式（１）を解くことにより、以下
の数２中（２）及び（３）に示す連立方程式が得られ、
これを解くことにより、（４）式に示すように、関節角
θを求めることができる。従って、肘２の回りの関節角
θの計測に際しては、第１及び第２加速度センサ７、８
で各々加速度のＸ、Ｙ成分（ａx1、ａy1）及び（ａx2、
ａy2）を計測し、これらの計測値を上記算出装置に送信
して（４）式による演算を行うのみでよい。
の数２中（２）及び（３）に示す連立方程式が得られ、
これを解くことにより、（４）式に示すように、関節角
θを求めることができる。従って、肘２の回りの関節角
θの計測に際しては、第１及び第２加速度センサ７、８
で各々加速度のＸ、Ｙ成分（ａx1、ａy1）及び（ａx2、
ａy2）を計測し、これらの計測値を上記算出装置に送信
して（４）式による演算を行うのみでよい。
【００２０】
【数２】
【００２１】上記第１及び第２加速度センサ７、８とし
ては、具体的には容量型の３軸加速度センサ（例えば、
住友精密工業株式会社製のＣ３Ａ−０２−３０）等を用
いることができる。この容量型の３軸加速度センサは静
電容量の変化を電圧に変換するもので、加速度をＸ、
Ｙ、Ｚの３軸成分に分解して検出することが可能であ
る。なお、本実施の形態は、１軸関節の回りの関節角を
求めるものであるから、第１及び第２加速度センサ７、
８は、Ｘ、Ｙの２軸成分に分解して検出できるものであ
ってもよい。また、上記図示しない算出装置として、コ
ンピュータを用いた場合、第１及び第２加速度センサ
７、８と上記コンピュータとの間に適宜のＡ／Ｄ変換器
を配置すればよい。このコンピュータとしては、被験者
の身体に装着可能な程度の小型のものを用いることも可
能である。
ては、具体的には容量型の３軸加速度センサ（例えば、
住友精密工業株式会社製のＣ３Ａ−０２−３０）等を用
いることができる。この容量型の３軸加速度センサは静
電容量の変化を電圧に変換するもので、加速度をＸ、
Ｙ、Ｚの３軸成分に分解して検出することが可能であ
る。なお、本実施の形態は、１軸関節の回りの関節角を
求めるものであるから、第１及び第２加速度センサ７、
８は、Ｘ、Ｙの２軸成分に分解して検出できるものであ
ってもよい。また、上記図示しない算出装置として、コ
ンピュータを用いた場合、第１及び第２加速度センサ
７、８と上記コンピュータとの間に適宜のＡ／Ｄ変換器
を配置すればよい。このコンピュータとしては、被験者
の身体に装着可能な程度の小型のものを用いることも可
能である。
【００２２】次に、テストアーム（ロボットアーム）を
用いて、本実施の形態の計測装置１で算出した関節角
と、通常の角度センサで検出した関節角とがどの程度一
致しているかを試験した結果を示す。図３に示すよう
に、テストアーム１０は、基部１１と２つの枝部１２、
１３からなり、２つの枝部１２、１３間の第１関節１４
及び基部１１と枝部１２間の第２関節１５はともに１軸
関節として構成されるとともに、第１及び第２関節１
４、１５には各々図示しない通常の角度センサ（ポテン
ショメータ）が設けられている。枝部１２、１３は長さ
が約３０ｃｍ、厚さが３ｍｍのアクリル板で形成され、
第１関節１４の高さは約３０ｃｍである。また、第１関
節１４の近傍の２つの枝部１２、１３には各々第１及び
第２加速度センサ７、８が取り付けられる。
用いて、本実施の形態の計測装置１で算出した関節角
と、通常の角度センサで検出した関節角とがどの程度一
致しているかを試験した結果を示す。図３に示すよう
に、テストアーム１０は、基部１１と２つの枝部１２、
１３からなり、２つの枝部１２、１３間の第１関節１４
及び基部１１と枝部１２間の第２関節１５はともに１軸
関節として構成されるとともに、第１及び第２関節１
４、１５には各々図示しない通常の角度センサ（ポテン
ショメータ）が設けられている。枝部１２、１３は長さ
が約３０ｃｍ、厚さが３ｍｍのアクリル板で形成され、
第１関節１４の高さは約３０ｃｍである。また、第１関
節１４の近傍の２つの枝部１２、１３には各々第１及び
第２加速度センサ７、８が取り付けられる。
【００２３】図４に測定結果を示す。この測定において
は、第２関節１５の回りで枝部１２を２回屈曲、伸展さ
せる間に第１関節１４の回りで枝部１３を数回屈曲、伸
展させ。図４中の曲線Ｉは第１関節１４に設けた角度セ
ンサにより求めた２つの枝部１２、１３間の関節角、曲
線IIは本実施の形態の計測装置１により求めた枝部１
２、１３間の関節角、曲線III は第２関節１５に設けた
角度センサにより求めた基部１１と枝部１２との間の関
節角（枝部１２が水平方向に対してなす角度）である。
この結果から、本実施の形態の計測装置１による計測結
果は従来の角度センサによる計測結果とほぼ合致してお
り、計測装置１による計測精度は充分に高いものである
ことを証明している。
は、第２関節１５の回りで枝部１２を２回屈曲、伸展さ
せる間に第１関節１４の回りで枝部１３を数回屈曲、伸
展させ。図４中の曲線Ｉは第１関節１４に設けた角度セ
ンサにより求めた２つの枝部１２、１３間の関節角、曲
線IIは本実施の形態の計測装置１により求めた枝部１
２、１３間の関節角、曲線III は第２関節１５に設けた
角度センサにより求めた基部１１と枝部１２との間の関
節角（枝部１２が水平方向に対してなす角度）である。
この結果から、本実施の形態の計測装置１による計測結
果は従来の角度センサによる計測結果とほぼ合致してお
り、計測装置１による計測精度は充分に高いものである
ことを証明している。
【００２４】図５及び図６に上記計測装置１の第１及び
第２加速度センサ７、８を実際に肘２の近傍の上腕部３
と前腕部４に取り付けて、上腕部３と前腕部４との間の
関節角を測定した結果を示す。図５は肘２を地面に対し
て垂直な平面内でほぼ一定の周期で屈曲、伸展を繰り返
した場合の時間経過と関節角との関係を示し、図６は肘
２を地面と平行な平面内でほぼ一定の周期で屈曲、伸展
を繰り返した場合の時間経過と関節角との関係を示す。
第２加速度センサ７、８を実際に肘２の近傍の上腕部３
と前腕部４に取り付けて、上腕部３と前腕部４との間の
関節角を測定した結果を示す。図５は肘２を地面に対し
て垂直な平面内でほぼ一定の周期で屈曲、伸展を繰り返
した場合の時間経過と関節角との関係を示し、図６は肘
２を地面と平行な平面内でほぼ一定の周期で屈曲、伸展
を繰り返した場合の時間経過と関節角との関係を示す。
【００２５】なお、上記実施の形態では、肘２の近傍の
上腕部３側及び前腕部４側で各々加速度を計測して両者
が互いに略等しいものとすることにより、肘２の回りの
関節角を算出するようにしたが、肘２の近傍の上腕部３
側及び前腕部４側で、各々加速度以外の他の力学的なベ
クトル、例えば、速度、加速度、または角加速度を計測
し、上腕部３側及び前腕部４側における上記ベクトルが
互いに略等しいものとすることによっても、肘２の回り
の関節角の算出が可能である。
上腕部３側及び前腕部４側で各々加速度を計測して両者
が互いに略等しいものとすることにより、肘２の回りの
関節角を算出するようにしたが、肘２の近傍の上腕部３
側及び前腕部４側で、各々加速度以外の他の力学的なベ
クトル、例えば、速度、加速度、または角加速度を計測
し、上腕部３側及び前腕部４側における上記ベクトルが
互いに略等しいものとすることによっても、肘２の回り
の関節角の算出が可能である。
【００２６】さらに、肘２の近傍の上腕部３及び前腕部
４で各々２種類以上のベクトルを計測し、予め定めた条
件に基づいて、いずれかのベクトルを選択的に使用する
ことにより、関節角を算出することも可能である。例え
ば、上述のように、関節角を求めるためのベクトルとし
て加速度を用いた場合、肘関節が屈曲、伸展を行う平面
内に加速度が生じない場合は、関節角の算出が不可能で
あり、加速度が小さい範囲では正確な関節角の算出が困
難となる。
４で各々２種類以上のベクトルを計測し、予め定めた条
件に基づいて、いずれかのベクトルを選択的に使用する
ことにより、関節角を算出することも可能である。例え
ば、上述のように、関節角を求めるためのベクトルとし
て加速度を用いた場合、肘関節が屈曲、伸展を行う平面
内に加速度が生じない場合は、関節角の算出が不可能で
あり、加速度が小さい範囲では正確な関節角の算出が困
難となる。
【００２７】すなわち、実際の計測においては、第１及
び第２加速度センサ７、８を取り付けているサポータ
５、６の伸縮作用によって、個々の加速度センサ７、８
に固有の加速度が生じるため、２つの加速度センサ７、
８に同時に生じる共有の加速度が小さくなると、固有の
加速度の影響が大きくなり、正確な関節角の計測が難し
い。
び第２加速度センサ７、８を取り付けているサポータ
５、６の伸縮作用によって、個々の加速度センサ７、８
に固有の加速度が生じるため、２つの加速度センサ７、
８に同時に生じる共有の加速度が小さくなると、固有の
加速度の影響が大きくなり、正確な関節角の計測が難し
い。
【００２８】そのため、第１及び第２加速度センサ７、
８で検出される加速度が一定値（例えば、０．４Ｇ）以
上の場合は加速度に基づいて関節角を算出し、第１及び
第２加速度センサ７、８で検出される加速度が一定値未
満の場合、加速度以外の他のベクトル、例えば、角速度
に基づいて関節角を算出するようにすることもできる。
この場合、上腕部３側及び前腕部４側に、各々加速度セ
ンサ７、８以外に角速度検出用のジャイロセンサを取り
付けておけばよい。なお、上記計測装置１を用いた関節
角の計測は、肘２以外の人の膝等の他の１軸関節や、動
物、ロボット等の１軸関節における関節角の計測にも利
用できることはいうまでもない。
８で検出される加速度が一定値（例えば、０．４Ｇ）以
上の場合は加速度に基づいて関節角を算出し、第１及び
第２加速度センサ７、８で検出される加速度が一定値未
満の場合、加速度以外の他のベクトル、例えば、角速度
に基づいて関節角を算出するようにすることもできる。
この場合、上腕部３側及び前腕部４側に、各々加速度セ
ンサ７、８以外に角速度検出用のジャイロセンサを取り
付けておけばよい。なお、上記計測装置１を用いた関節
角の計測は、肘２以外の人の膝等の他の１軸関節や、動
物、ロボット等の１軸関節における関節角の計測にも利
用できることはいうまでもない。
【００２９】次に、本発明の第２の実施の形態を説明す
る。図７に示すように、３軸関節である人の肩関節の回
りの関節角を計測する計測装置１６は、胴体１７（基
部）における肩の近傍に取り付けられる可撓性支持具と
してのサポータ１８と、上記肩の近傍の上腕部３に取り
付けられるサポータ１９とを備え、サポータ１８、１９
上には各々第１及び第２加速度センサ２０、２１（第１
及び第２計測手段）が設けられるとともに、これらの加
速度センサ２０、２１の計測データに基づいて、上記胴
体に対する上腕部３のＸ、Ｙ、Ｚ方向の角度を求めるコ
ンピュータ等の算出手段（図示せず）が設けられてい
る。
る。図７に示すように、３軸関節である人の肩関節の回
りの関節角を計測する計測装置１６は、胴体１７（基
部）における肩の近傍に取り付けられる可撓性支持具と
してのサポータ１８と、上記肩の近傍の上腕部３に取り
付けられるサポータ１９とを備え、サポータ１８、１９
上には各々第１及び第２加速度センサ２０、２１（第１
及び第２計測手段）が設けられるとともに、これらの加
速度センサ２０、２１の計測データに基づいて、上記胴
体に対する上腕部３のＸ、Ｙ、Ｚ方向の角度を求めるコ
ンピュータ等の算出手段（図示せず）が設けられてい
る。
【００３０】第１加速度センサ２０は、そのＺ軸が胴体
１７の上下方向に、Ｙ軸が胴体１７の前後方向に、Ｘ軸
が胴体１７の左右方向を向くように胴体１７に装着され
る。また、第２加速度センサ２１は、上腕部３を自然に
胴体１７の側方に沿って降ろした状態で、そのＸ、Ｙ、
Ｚ軸が第１加速度センサ２０のＸ、Ｙ、Ｚ軸と一致する
ように上腕部３に装着される。
１７の上下方向に、Ｙ軸が胴体１７の前後方向に、Ｘ軸
が胴体１７の左右方向を向くように胴体１７に装着され
る。また、第２加速度センサ２１は、上腕部３を自然に
胴体１７の側方に沿って降ろした状態で、そのＸ、Ｙ、
Ｚ軸が第１加速度センサ２０のＸ、Ｙ、Ｚ軸と一致する
ように上腕部３に装着される。
【００３１】以下、肩関節２２の回りの関節角の計測方
法につき説明する。胴体１７側の第１加速度センサ２０
のＸ、Ｙ、Ｚ軸を基準座標系｛Ａ｝とし、上腕部３側の
第２加速度センサ２１のＸ、Ｙ、Ｚ軸を運動座標系
｛Ｂ｝とすると、胴体１７に対する上腕部３の運動は、
上記基準座標系｛Ａ｝と運動座標系｛Ｂ｝の位置関係に
よって表され、図７の状態では基準座標系｛Ａ｝と運動
座標系｛Ｂ｝は一致している。
法につき説明する。胴体１７側の第１加速度センサ２０
のＸ、Ｙ、Ｚ軸を基準座標系｛Ａ｝とし、上腕部３側の
第２加速度センサ２１のＸ、Ｙ、Ｚ軸を運動座標系
｛Ｂ｝とすると、胴体１７に対する上腕部３の運動は、
上記基準座標系｛Ａ｝と運動座標系｛Ｂ｝の位置関係に
よって表され、図７の状態では基準座標系｛Ａ｝と運動
座標系｛Ｂ｝は一致している。
【００３２】図８に示すように、上腕部３を回転させる
と、それに伴って、運動座標系｛Ｂ｝が基準座標系
｛Ａ｝に対してＸ、Ｙ、Ｚ方向へ回転することになる
が、この時、運動座標系｛Ｂ｝は基準座標系｛Ａ｝のＺ
軸についてφ、Ｙ軸についてθ、Ｘ軸についてψだけ回
転させたものであるとして、２つの座標系の回転移動を
表現する。また、上腕部３の動きをより理解しやすいも
のとして表現するために、図９に示すように、上述の
ψ、φ、θを用いて、胴体１７に対する挙上角α、前後
方向移動角βを求めることにする。
と、それに伴って、運動座標系｛Ｂ｝が基準座標系
｛Ａ｝に対してＸ、Ｙ、Ｚ方向へ回転することになる
が、この時、運動座標系｛Ｂ｝は基準座標系｛Ａ｝のＺ
軸についてφ、Ｙ軸についてθ、Ｘ軸についてψだけ回
転させたものであるとして、２つの座標系の回転移動を
表現する。また、上腕部３の動きをより理解しやすいも
のとして表現するために、図９に示すように、上述の
ψ、φ、θを用いて、胴体１７に対する挙上角α、前後
方向移動角βを求めることにする。
【００３３】次に、運動座標系｛Ｂ｝を基準座標系
｛Ａ｝と一致した状態からＺ軸、Ｙ軸、Ｘ軸について順
次回転移動させる場合の、回転変換行列を求める。ま
ず、Ｚ軸についてφ回転させる時の回転変換行列は、以
下の数３中の（５）式で表される。
｛Ａ｝と一致した状態からＺ軸、Ｙ軸、Ｘ軸について順
次回転移動させる場合の、回転変換行列を求める。ま
ず、Ｚ軸についてφ回転させる時の回転変換行列は、以
下の数３中の（５）式で表される。
【数３】
【００３４】次に、運動座標系｛Ｂ｝をＹ軸についてθ
回転させる場合の回転変換行列は、次の数４中の（６）
式で表される。
回転させる場合の回転変換行列は、次の数４中の（６）
式で表される。
【数４】
【００３５】続いて、運動座標系｛Ｂ｝をＸ軸について
φ回転させる場合の回転変換行列は、次の数５中の
（７）式で表される。
φ回転させる場合の回転変換行列は、次の数５中の
（７）式で表される。
【数５】
【００３６】従って、Ｚ軸、Ｙ軸、Ｘ軸についての回転
移動を順次行った時の回転変換行列Ｒzyx は以下の数６
中の（８）式のように表される。
移動を順次行った時の回転変換行列Ｒzyx は以下の数６
中の（８）式のように表される。
【数６】
【００３７】次に、胴体１７側の第１加速度センサ２０
で計測される加速度のＸ、Ｙ、Ｚ成分を（ａx1、ａy1、
ａz1）、上腕部３側の第２加速度センサ２１で計測され
る加速度のＸ、Ｙ、Ｚ成分を（ａx2、ａy2、ａz2）とす
る。１軸関節の場合と同様、第１及び第２加速度センサ
２０、２１は肩関節の近傍に取り付けられており、第１
及び第２加速度センサ２０、２１に生じる加速度は略等
しいものとできるので、加速度成分（ａx1、ａy1、
ａz1）と（ａx2、ａy2、ａz2）の関係は、上記回転変換
行列Ｒzyx を用いて、次の数７中の（９）式のように表
される。この（９）式は不定であり、（９）式のみから
φ、ψ、θを決定することはできない。
で計測される加速度のＸ、Ｙ、Ｚ成分を（ａx1、ａy1、
ａz1）、上腕部３側の第２加速度センサ２１で計測され
る加速度のＸ、Ｙ、Ｚ成分を（ａx2、ａy2、ａz2）とす
る。１軸関節の場合と同様、第１及び第２加速度センサ
２０、２１は肩関節の近傍に取り付けられており、第１
及び第２加速度センサ２０、２１に生じる加速度は略等
しいものとできるので、加速度成分（ａx1、ａy1、
ａz1）と（ａx2、ａy2、ａz2）の関係は、上記回転変換
行列Ｒzyx を用いて、次の数７中の（９）式のように表
される。この（９）式は不定であり、（９）式のみから
φ、ψ、θを決定することはできない。
【００３８】
【数７】
【００３９】このため、本発明では、第１及び第２加速
度センサ２０、２１で計測されるＸ、Ｙ、Ｚの３方向の
加速度成分を、図１０に示すようなＣＲフィルタ２３で
フィルタリングすることにより、重力加速度成分を取り
出した。このときの、胴体１７に装着した第１加速度セ
ンサ２０から得られる重力加速度成分を（ｇx1、ｇy1、
ｇz1）、上腕部３に装着した第２加速度センサ２１から
得られる重力加速度成分を（ｇx2、ｇy2、ｇz2）とする
と、２つの重力加速度成分の関係は、元の加速度成分と
同様に上記回転変換行列Ｒzyx を用いて、次の数８中の
（１０）式のように表される。上記（９）式とこの（１
０）式とに基づいて、φ、ψ、θを決定した。
度センサ２０、２１で計測されるＸ、Ｙ、Ｚの３方向の
加速度成分を、図１０に示すようなＣＲフィルタ２３で
フィルタリングすることにより、重力加速度成分を取り
出した。このときの、胴体１７に装着した第１加速度セ
ンサ２０から得られる重力加速度成分を（ｇx1、ｇy1、
ｇz1）、上腕部３に装着した第２加速度センサ２１から
得られる重力加速度成分を（ｇx2、ｇy2、ｇz2）とする
と、２つの重力加速度成分の関係は、元の加速度成分と
同様に上記回転変換行列Ｒzyx を用いて、次の数８中の
（１０）式のように表される。上記（９）式とこの（１
０）式とに基づいて、φ、ψ、θを決定した。
【００４０】
【数８】
【００４１】上腕部３の運動をより理解しやすくするた
めに用いた上記挙上角α、前後方向移動角βの算出方法
を以下に示す。上腕部３に装着した第２加速度センサ２
１は、Ｚ軸が肩から上腕部３方向を向くように装着され
ているので、上腕部３に装着した第２加速度センサ２１
のＺ軸が胴体１７に対していかなる方向であるかを表せ
ばよい。運動座標系｛Ｂ｝のＺ軸は基準座標系｛Ａ｝に
対する方向は、回転角θ、φを用いて図９のように表さ
れる。この図９から、挙上角α、前後方向移動角βは、
次の数１０中の（１１）、（１２）式のように表され
る。
めに用いた上記挙上角α、前後方向移動角βの算出方法
を以下に示す。上腕部３に装着した第２加速度センサ２
１は、Ｚ軸が肩から上腕部３方向を向くように装着され
ているので、上腕部３に装着した第２加速度センサ２１
のＺ軸が胴体１７に対していかなる方向であるかを表せ
ばよい。運動座標系｛Ｂ｝のＺ軸は基準座標系｛Ａ｝に
対する方向は、回転角θ、φを用いて図９のように表さ
れる。この図９から、挙上角α、前後方向移動角βは、
次の数１０中の（１１）、（１２）式のように表され
る。
【００４２】
【数９】
【００４３】次に、上記の計測装置１６により、実際に
肩の回りの関節角を計測した結果を図１１に示す。ここ
では、被験者が自然な立位の状態から上腕部３を体の前
方に肩の高さまで上げた後、元の立位の状態に戻す動作
を行い、その間に上記第１及び第２加速度センサ２０、
２１の計測値に基づいて上記３方向の回転角φ、θ、ψ
を不図示のコンピュータにより算出した。図１１中曲線
ＩはＺ軸についての回転角φ、曲線IIはＹ軸についての
回転角θ、曲線III はＸ軸についての回転角ψの時間的
変化を算出した結果を各々示している。また、上記挙上
角α、前後方向移動角βの時間的変化を上記計測装置１
６で算出したものを図１２中曲線Ｉ及びIIに示す。
肩の回りの関節角を計測した結果を図１１に示す。ここ
では、被験者が自然な立位の状態から上腕部３を体の前
方に肩の高さまで上げた後、元の立位の状態に戻す動作
を行い、その間に上記第１及び第２加速度センサ２０、
２１の計測値に基づいて上記３方向の回転角φ、θ、ψ
を不図示のコンピュータにより算出した。図１１中曲線
ＩはＺ軸についての回転角φ、曲線IIはＹ軸についての
回転角θ、曲線III はＸ軸についての回転角ψの時間的
変化を算出した結果を各々示している。また、上記挙上
角α、前後方向移動角βの時間的変化を上記計測装置１
６で算出したものを図１２中曲線Ｉ及びIIに示す。
【００４４】なお、上記の計測方法において、被験者が
静止している時は、上記（９）式で表される加速度成分
と、（１０）式で表される重力加速度成分とが等しくな
り、関節角を決定することができなくなる。そのため、
上記加速度成分と重力加速度成分との差がある一定値よ
り小さくなって両者が略等しくなった場合、関節角の変
化が生じていないものとみなして、加速度成分と重力加
速度成分との差が上記一定値より小さくなる直前の関節
角をそのまま維持しているものとすればよい。
静止している時は、上記（９）式で表される加速度成分
と、（１０）式で表される重力加速度成分とが等しくな
り、関節角を決定することができなくなる。そのため、
上記加速度成分と重力加速度成分との差がある一定値よ
り小さくなって両者が略等しくなった場合、関節角の変
化が生じていないものとみなして、加速度成分と重力加
速度成分との差が上記一定値より小さくなる直前の関節
角をそのまま維持しているものとすればよい。
【００４５】また、上記計測装置１６を用いた関節角の
計測は、人の股関節等の他の基部（胴体１７）と枝部
（腿の部分）間の３軸関節や、足首の関節等の２つの枝
部間の３軸関節、さらに、動物やロボット等の３軸関節
における関節角の計測にも利用できることはいうまでも
ない。
計測は、人の股関節等の他の基部（胴体１７）と枝部
（腿の部分）間の３軸関節や、足首の関節等の２つの枝
部間の３軸関節、さらに、動物やロボット等の３軸関節
における関節角の計測にも利用できることはいうまでも
ない。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
の移動を伴う関節角の計測方法は、移動を伴う１軸関節
により接合された２つの枝部における上記１軸関節の近
傍夫々で移動による力学的なベクトルを計測し、上記２
つの枝部の各計測位置におけるベクトル（例えば加速度
等）を１軸関節近傍で計測していることにより互いに略
等しいものとして上記２つの枝部間の角度を求めるもの
であるから、従来の各種計測方法と異なり、計測中にお
ける被験者等の行動範囲が制限されたり、関節の運動が
拘束されることがなく、且つ被験者等が移動中であって
も１軸関節の関節角を正確に測定することが可能にな
る。
の移動を伴う関節角の計測方法は、移動を伴う１軸関節
により接合された２つの枝部における上記１軸関節の近
傍夫々で移動による力学的なベクトルを計測し、上記２
つの枝部の各計測位置におけるベクトル（例えば加速度
等）を１軸関節近傍で計測していることにより互いに略
等しいものとして上記２つの枝部間の角度を求めるもの
であるから、従来の各種計測方法と異なり、計測中にお
ける被験者等の行動範囲が制限されたり、関節の運動が
拘束されることがなく、且つ被験者等が移動中であって
も１軸関節の関節角を正確に測定することが可能にな
る。
【００４７】請求項２の移動を伴う関節角の計測方法
は、移動を伴う３軸関節により接合された基部と枝部ま
たは移動を伴う３軸関節により接合された２つの枝部に
おける上記３軸関節の近傍夫々で移動による加速度ベク
トルと重力加速度ベクトルとを計測し、上記基部と枝部
の各計測位置または上記２つの枝部の各計測位置におけ
る上記加速度ベクトルを３軸関節近傍で計測しているこ
とにより互いに略等しいものとして、該加速度ベクトル
と上記重力加速度ベクトルとに基づいて上記基部と枝部
間または上記２つの枝部間のＸ、Ｙ及びＺ方向の角度を
求めるものであるから、従来の各種計測方法と異なり、
計測中の行動範囲が制限されたり、関節の運動が拘束さ
れることがなく、且つ移動中であっても３軸関節の関節
角を正確に測定することが可能となる。
は、移動を伴う３軸関節により接合された基部と枝部ま
たは移動を伴う３軸関節により接合された２つの枝部に
おける上記３軸関節の近傍夫々で移動による加速度ベク
トルと重力加速度ベクトルとを計測し、上記基部と枝部
の各計測位置または上記２つの枝部の各計測位置におけ
る上記加速度ベクトルを３軸関節近傍で計測しているこ
とにより互いに略等しいものとして、該加速度ベクトル
と上記重力加速度ベクトルとに基づいて上記基部と枝部
間または上記２つの枝部間のＸ、Ｙ及びＺ方向の角度を
求めるものであるから、従来の各種計測方法と異なり、
計測中の行動範囲が制限されたり、関節の運動が拘束さ
れることがなく、且つ移動中であっても３軸関節の関節
角を正確に測定することが可能となる。
【００４８】請求項３の移動を伴う関節角の計測方法
は、請求項１の方法において、上記力学的なベクトルが
速度、加速度、または角加速度を含むものであり、これ
らの中から任意のベクトルを使用することにより、関節
角を容易に且つ正確に計測することができる。
は、請求項１の方法において、上記力学的なベクトルが
速度、加速度、または角加速度を含むものであり、これ
らの中から任意のベクトルを使用することにより、関節
角を容易に且つ正確に計測することができる。
【００４９】請求項４の移動を伴う関節角の計測装置
は、移動を伴う１軸関節により接合された２つの枝部に
おける上記１軸関節の近傍に各々着脱自在に取り付けら
れて移動による力学的なベクトルを計測する第１及び第
２計測手段と、これらの第１及び第２計測手段で計測さ
れるベクトルを１軸関節近傍で計測していることにより
互いに略等しいものとして上記２つの枝部間の角度を算
出する算出手段とを備えたものであるから、従来の各種
計測装置と異なり、計測中における被験者等の行動範囲
が制限されたり、関節の運動が拘束されることがなく、
且つ被験者等が移動中であっても１軸関節の関節角を正
確に測定できるとともに、構造簡単で安価な計測装置を
提供することが可能となる。
は、移動を伴う１軸関節により接合された２つの枝部に
おける上記１軸関節の近傍に各々着脱自在に取り付けら
れて移動による力学的なベクトルを計測する第１及び第
２計測手段と、これらの第１及び第２計測手段で計測さ
れるベクトルを１軸関節近傍で計測していることにより
互いに略等しいものとして上記２つの枝部間の角度を算
出する算出手段とを備えたものであるから、従来の各種
計測装置と異なり、計測中における被験者等の行動範囲
が制限されたり、関節の運動が拘束されることがなく、
且つ被験者等が移動中であっても１軸関節の関節角を正
確に測定できるとともに、構造簡単で安価な計測装置を
提供することが可能となる。
【００５０】請求項５の移動を伴う関節角の計測装置
は、移動を伴う３軸関節により接合された基部と枝部ま
たは移動を伴う３軸関節により接合された２つの枝部に
おける上記３軸関節の近傍に各々取り付けられて移動に
よる加速度ベクトルと重力加速度ベクトルとを計測する
第１及び第２計測手段と、これら第１及び第２計測手段
で計測された上記加速度ベクトルを関節近傍で計測して
いることにより互いに略等しいものとして、該加速度ベ
クトルと上記重力加速度ベクトルとに基づいて上記基部
と枝部間または上記２つの枝部間のＸ、Ｙ及びＺ方向の
角度を算出する算出手段とを備えたものであるから、従
来の各種計測装置と異なり、計測中における被験者等の
行動範囲が制限されたり、関節の運動が拘束されること
がなく、且つ被験者等が移動中であっても３軸関節の関
節角を正確に測定することができるとともに、構造簡単
で安価な計測装置を提供することが可能となる。
は、移動を伴う３軸関節により接合された基部と枝部ま
たは移動を伴う３軸関節により接合された２つの枝部に
おける上記３軸関節の近傍に各々取り付けられて移動に
よる加速度ベクトルと重力加速度ベクトルとを計測する
第１及び第２計測手段と、これら第１及び第２計測手段
で計測された上記加速度ベクトルを関節近傍で計測して
いることにより互いに略等しいものとして、該加速度ベ
クトルと上記重力加速度ベクトルとに基づいて上記基部
と枝部間または上記２つの枝部間のＸ、Ｙ及びＺ方向の
角度を算出する算出手段とを備えたものであるから、従
来の各種計測装置と異なり、計測中における被験者等の
行動範囲が制限されたり、関節の運動が拘束されること
がなく、且つ被験者等が移動中であっても３軸関節の関
節角を正確に測定することができるとともに、構造簡単
で安価な計測装置を提供することが可能となる。
【００５１】請求項６の移動を伴う関節角の計測装置
は、請求項４の構成において、上記力学的なベクトルが
速度、加速度、または角加速度を含むものであるから、
これらの中から任意のベクトルを使用することにより、
関節角を容易に且つ正確に計測することができるととも
に、構造簡単で安価な計測装置を提供することが可能に
なる。
は、請求項４の構成において、上記力学的なベクトルが
速度、加速度、または角加速度を含むものであるから、
これらの中から任意のベクトルを使用することにより、
関節角を容易に且つ正確に計測することができるととも
に、構造簡単で安価な計測装置を提供することが可能に
なる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る計測装置を被
験者の上腕部と前腕部とに装着した状態を示す概略斜視
図。
験者の上腕部と前腕部とに装着した状態を示す概略斜視
図。
【図２】上記計測装置を用いて関節角を求める原理を示
す説明図。
す説明図。
【図３】テストアームを用いて上記計測装置の計測精度
を試験する様子を示す概略正面図。
を試験する様子を示す概略正面図。
【図４】上記テストアームを用いて上記計測装置及び通
常の角度センサで関節角を計測した結果を示すグラフ。
常の角度センサで関節角を計測した結果を示すグラフ。
【図５】地面に対して垂直な平面内での前腕部の回転運
動を上記計測装置で計測した結果を示すグラフ。
動を上記計測装置で計測した結果を示すグラフ。
【図６】地面に対して平行な平面内での前腕部の回転運
動を上記計測装置で計測した結果を示すグラフ。
動を上記計測装置で計測した結果を示すグラフ。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る計測装置を被
験者の胴体と上腕部とに装着した状態をしそ巣概略斜視
図。
験者の胴体と上腕部とに装着した状態をしそ巣概略斜視
図。
【図８】図７の計測装置を装着した状態で上腕部を運動
させる様子を示す概略斜視図。
させる様子を示す概略斜視図。
【図９】挙上角及び前後方向移動角を求める原理を示す
説明図。
説明図。
【図１０】加速度における重力加速度成分をフィルタリ
ングするためのＣＲフィルタを示す説明図。
ングするためのＣＲフィルタを示す説明図。
【図１１】被験者が自然な立位の状態から上腕部を胴体
の前方に肩の高さまで上げて元に戻す動作を行う際の
Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の角度を図７の計測装置を用いて計測し
た結果を示すグラフ。
の前方に肩の高さまで上げて元に戻す動作を行う際の
Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の角度を図７の計測装置を用いて計測し
た結果を示すグラフ。
【図１２】図１１の計測時に上記挙上角及び前後方向移
動角を上記計測装置で同時に求めた結果を示すグラフ。
動角を上記計測装置で同時に求めた結果を示すグラフ。
１、１６ 計測装置
２ 肘（１軸関節）
３ 上腕部（１つの枝部）
４ 前腕部（今１つの枝部）
７、２０ 第１加速度センサ（第１計測手段）
８、２１ 第２加速度センサ（第２計測手段）
１７ 胴体
２２ 肩関節（３軸関節）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 倉田 聡
滋賀県草津市野路東１−１−１ 立命館
大学 びわこ・くさつキャンパス 理工
学部内
(72)発明者 小林 秀光
兵庫県尼崎市扶桑町１番10号 住友精密
工業株式会社内
(72)発明者 香川 哲也
兵庫県尼崎市扶桑町１番10号 住友精密
工業株式会社内
(56)参考文献 特開 平８−173586（ＪＰ，Ａ)
実開 昭62−67208（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 21/00 - 21/32
Claims (6)
- 【請求項１】 移動を伴う１軸関節により接合された２
つの枝部における上記１軸関節の近傍夫々で移動による
力学的なベクトルを計測し、上記２つの枝部の各計測位
置におけるベクトルを１軸関節近傍で計測していること
により互いに略等しいものとして上記２つの枝部間の角
度を算出することを特徴とする移動を伴う関節角の計測
方法。 - 【請求項２】 移動を伴う３軸関節により接合された基
部と枝部または移動を伴う３軸関節により接合された２
つの枝部における上記３軸関節の近傍夫々で移動による
加速度ベクトルと重力加速度ベクトルとを計測し、上記
基部と枝部の各計測位置または上記２つの枝部の各計測
位置における上記加速度ベクトルを３軸関節近傍で計測
していることにより互いに略等しいものとして、該加速
度ベクトルと上記重力加速度ベクトルとに基づいて上記
基部と枝部間または上記２つの枝部間のＸ、Ｙ及びＺ方
向の角度を算出することを特徴とする移動を伴う関節角
の計測方法。 - 【請求項３】 上記力学的なベクトルが速度、加速度、
または角加速度を含むことを特徴とする請求項１記載の
移動を伴う関節角の計測方法。 - 【請求項４】 移動を伴う１軸関節により接合された２
つの枝部における上記１軸関節の近傍に各々着脱自在に
取り付けられて移動による力学的なベクトルを計測する
第１及び第２計測手段と、これらの第１及び第２計測手
段で計測されるベクトルを１軸関節近傍で計測している
ことにより互いに略等しいものとして上記２つの枝部間
の角度を算出する算出手段とを備えたことを特徴とする
移動を伴う関節角の計測装置。 - 【請求項５】 移動を伴う３軸関節により接合された基
部と枝部または移動を伴う３軸関節により接合された２
つの枝部における上記３軸関節の近傍に各々取り付けら
れて移動による加速度ベクトルと重力加速度ベクトルと
を計測する第１及び第２計測手段と、これら第１及び第
２計測手段で計測された上記加速度ベクトルを関節近傍
で計測していることにより互いに略等しいものとして、
該加速度ベクトルと上記重力加速度ベクトルとに基づい
て上記基部と枝部間または上記２つの枝部間のＸ、Ｙ及
びＺ方向の角度を算出する算出手段とを備えたことを特
徴とする移動を伴う関節角の計測装置。 - 【請求項６】 上記力学的なベクトルが速度、加速度、
または角加速度を含むことを特徴とする請求項４記載の
移動を伴う関節角の計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12872198A JP3394979B2 (ja) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | 関節角の計測方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12872198A JP3394979B2 (ja) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | 関節角の計測方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11325881A JPH11325881A (ja) | 1999-11-26 |
| JP3394979B2 true JP3394979B2 (ja) | 2003-04-07 |
Family
ID=14991799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12872198A Expired - Fee Related JP3394979B2 (ja) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | 関節角の計測方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3394979B2 (ja) |
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-
1998
- 1998-05-12 JP JP12872198A patent/JP3394979B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH11325881A (ja) | 1999-11-26 |
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