JP3994565B2

JP3994565B2 - 姿勢測定装置

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Publication number: JP3994565B2
Application number: JP01918499A
Authority: JP
Inventors: 義勝木佐貫; 一生三木
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2019-01-27
Also published as: JP2000213907A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の衝突試験において、人体姿勢変化の時間履歴を計測することを目的とした人体姿勢測定装置に関するものであり、特に鞭打ち傷害の一因と考えられる脊柱変形の測定を主たる目的として、人体あるいはダミーに装着して使用することが出来る姿勢測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人体局部の形状および姿勢を計測するための装置としては、特開平２−１４３１０４、ダミー腹部曲げひずみ計測装置（特開平８−１２２００９）やダミー胸部変形計測装置（ＳＡＥ８９２４２６）およびダミー腹部変形計測装置（ＳＡＥ８９２４４０，９０２３１７）などがある。
【０００３】
上記従来のダミー腹部曲げひずみ計測装置（特開平８−１２２００９）においては、図１４に示すように複数のひずみ検出用ゲージＧを長手方向に間隔をおいて配設した帯状弾性薄板部材ＴＢを用いて、人体局部の形状および姿勢変化を計測するものである。
【０００４】
前記従来装置における前記帯状弾性薄板部材ＴＢの端は、図１４に示すように規定位置に固定されている。よって前記帯状弾性薄板部材ＴＢの形状変化は、規定位置を原点ＯとしたＸ−Ｙ座標系において求められる。
【０００５】
一方図１５は、上記従来のダミー腹部曲げひずみ計測装置（特開平８−１２２００９）において示されている曲げひずみ計測装置を、ダミー衝突試験への適用を試みた場合の試験状況を示すものである。
【０００６】
このようなダミー試験では、衝突時のダミーＤの姿勢変化を計測し、エアバックやシートベルトなどの安全装置の性能向上を図るために行う。図１５に示されるダミー衝突試験では、上記従来のダミー腹部曲げひずみ計測装置（特開平８−１２２００９）においてダミーの腹部に配設して腹部の変性を計測していた前記曲げひずみ計測装置の帯状弾性薄板部材ＴＢをダミーＤの背部に装着して試験を行っている。
【０００７】
車両ＶがバリアＢＲに衝突した際にダミーＤは慣性の影響により、シートベルトの抗力に対抗しながら、図１５中Ｓ１の位置からＳ２の位置に姿勢変化を伴いながら移動する。車両ＶにＯｃを原点とするＸｃ−Ｙｃ座標系を設定すると、前記薄板部材ＴＢの固定点ＯはＯｅ０からＯｅ１へと移動する。
【０００８】
また、図１６に示すようにダミーＤは衝突後シートＳ上を移動すると共に姿勢が運転姿勢から前屈姿勢へと変化することから、ダミーＤの固定点Ｏに設定したＸ−Ｙ座標系は、Ｘ−Ｙ軸交点の紙面垂直方向を回転軸として角度θだけ回転する。
【０００９】
曲げひずみ計測装置は、前記帯状弾性薄板部材ＴＢに接着したひずみゲージＧを用い、前記帯状弾性薄板部材ＴＢの長手方向のひずみを計測し、計測したひずみを基に薄板部材ＴＢの形状変化を演算により求める。上記演算により求められた薄板部材ＴＢの形状は、固定点Ｏを原点とするＸ−Ｙ座標系での座標値である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平８−１２２００９の曲げひずみ計測装置を用いた上記ダミー試験においては、Ｘｃ−Ｙｃ座標系でのＸ−Ｙ座標系の移動量および回転量は計測されていないため、実際にはダミーＤが移動および回転運動をした場合においても、前記薄板部材ＴＢの形状演算結果によっては姿勢変化がないものとなる場合がある。すなわち、例えば図１７（Ｘｃ−Ｙｃ座標系で表示）に示す衝突時刻ｔ０からｔ４のようにＸ−Ｙ座標系が平行移動した場合には、演算結果はダミーＤに姿勢の変化が生じていないという演算結果となる。
【００１１】
また前記薄板部材ＴＢが、形状変化を伴わずにＸ−Ｙ座標系が回転した場合も、上述の平行移動の場合と同様にダミーＤに姿勢変化が生じていないという演算結果になる。このため、エアバックやシートベルトなどの安全装置の評価が精度良く行えないという問題が生じる。
【００１２】
一方、図１８は、上記ダミー衝突試験の問題を確認するために行った試験結果の一例である。試験では、被験者Ｔの背部に曲げひずみ計測装置ＴＢを装着し、直立姿勢から前屈姿勢に姿勢を変化させた。図１８に示すように被験者が９０度に前屈した状態においても、計測装置の出力は、僅かに前屈した程度の出力しか出力されておらず実際の姿勢変化と異なっている。なお、直立姿勢時の出力は、背部の湾曲のため後方に反り返ったような出力となっている。
【００１３】
以上から明かなように、上記人体またはダミーの局部変形を計測するために上述した曲げひずみ計測装置ＴＢのみを用いた上記従来装置においては、姿勢変化を伴う脊柱の変形の計測は、困難であった。
【００１４】
本願発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、人体やダミーの局部的な変形のみならず全体姿勢の変化に関する位置・回転角情報も合わせて計測することにより、人体あるいはダミーの姿勢変化が高精度に計測可能な姿勢計測装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１に記載）の姿勢測定装置は、
人体またはダミーの脊柱近傍に前後左右方向に沿ってＴ字状に配設されて装着され中心線を超えてジグザグ状に切り込みが設けられた帯状弾性薄板部材と、
該帯状弾性薄板部材の長手方向に複数配設され隣り合うジグザグ状の切り込みに挟まれた各部のひずみを検出するひずみ検出用センサと、
前記帯状弾性薄板部材の少なくとも一ヶ所の位置を検出する位置検出手段と、前記各ひずみ検出用センサによって計測された前記各部のひずみと前記位置検出手段によって計測された前記帯状弾性薄板部材の位置情報に基づき前記人体またはダミーの脊柱の変形量を演算することにより、前記人体またはダミーの姿勢を演算する演算手段と
からなるものである。
【００１６】
【発明の作用】
上記構成より成る本発明の姿勢測定装置は、人体またはダミーの脊柱近傍に前後左右方向に沿ってＴ字状に配設されて装着され中心線を超えてジグザグ状に切り込みが設けられた帯状弾性薄板部材の長手方向に複数配設されたひずみ検出用センサによって前記帯状弾性薄板部材の隣り合うジグザグ状の切り込みに挟まれた各部のひずみが検出され、前記位置検出手段によって前記帯状弾性薄板部材の少なくとも一ヶ所の位置が検出され、前記演算手段によって前記各ひずみ検出用センサによって計測された前記各部のひずみと前記位置検出手段によって計測された前記帯状弾性薄板部材の位置情報に基づき前記人体またはダミーの脊柱の変形量を演算することにより、前記人体またはダミーの脊柱の局部的な姿勢変化および前記人体またはダミーの脊柱の全体の移動および回転を演算することによって、前記人体またはダミーの脊柱の姿勢および三次元変形形状を演算するものである。
【００１７】
【発明の効果】
上記作用を奏する本発明の姿勢測定装置は、前記演算手段によって前記各ひずみ検出用センサによって計測された隣り合うジグザグ状の切り込みに挟まれた前記各部のひずみと前記位置検出手段によって計測された前記帯状弾性薄板部材の位置情報に基づき前記人体またはダミーの脊柱の変形量を演算することにより、前記人体またはダミーの脊柱の局部的な姿勢変化および前記人体またはダミーの脊柱の全体の移動および回転を演算するので、前記人体またはダミーの脊柱の高精度な姿勢計測および脊柱変形傷害の定量解析を可能にするという効果を奏する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
本第１実施形態の姿勢測定装置は、図１に示されるように人体またはダミーに装着された帯状弾性薄板部材１と、該帯状弾性薄板部材１の長手方向に複数配設されたひずみ検出用ゲージ２と、前記帯状弾性薄板部材１の少なくとも一ヶ所の位置を検出する位置検出手段３と、前記ひずみ検出用ゲージ２で計測したひずみと前記位置検出手段３で計測した位置情報に基づき人体またはダミーの姿勢を演算する演算手段４とからなるものである。
【００２０】
本第１実施形態の姿勢測定装置は、図１に示されるように前記ひずみ計測用のゲージ２を多数配置した前記帯状弾性薄板部材１により、該帯状弾性薄板部材１を密着させた局部の変形状態が計測される。
【００２１】
一方前記位置検出手段３により前記帯状弾性薄板部材１の少なくとも一ヶ所以上で、人体あるいはダミーの移動量および回転角θが計測される。
【００２２】
人体あるいはダミーの姿勢変化を得るためには、前記帯状弾性薄板部材１のひずみを基に演算したＸ−Ｙ座標系で表される座標値Ｐｘ，Ｐｙを、Ｘｃ−Ｙｃ座標系の座標値Ｐｃｘ，Ｐｃｙに変換する必要がある。
【００２３】
このため先ず前記帯状弾性薄板部材１の変形状態を表す各座標値を回転角θを用いて変換する。この変換は、数１を用いて行うことができる。
【数１】

ただし、Ｐｘ，Ｐｙ；Ｘ−Ｙ座標系での座標値
Ｐｘ，Ｐｙ；変換後の座標値
θ；位置検出手段で求めた回転角
【００２４】
次ぎに変換した座標値をさらに数２を用いて変換し、Ｘｃ−Ｙｃ座標系における座標値を求める。
【数２】

ただし、Δｘ，Δｙ；位置検出手段で求めた移動量
【００２５】
以上の演算処理を繰り返すことにより、人体あるいはダミーの局部の姿勢変化である脊柱変形の時間履歴を得ることが可能となる。図２に本第１実施形態の姿勢計測装置において行われる処理内容および手順の例をチャート図で示す。
【００２６】
上記作用を有する第１実施形態の姿勢測定装置は、前記帯状弾性薄板部材１を用いて人体あるいはダミーの局部的な姿勢変化を計測し、前記位置検出手段３により人体あるいはダミー全体の移動・回転を計測し、それらの計測結果を合わせて姿勢を求めることから、高精度な姿勢計測が可能になるという効果がある。
【００２７】
（第２実施形態）
第２実施形態の姿勢測定装置は、前記第１実施形態において、前記位置検出手段３が、加速度計あるいはジャイロの少なくとも何れかから成るものである。
【００２８】
本第２実施形態の人体姿勢測定装置は、前記位置検出手段３を構成する加速度計あるいはジャイロによって検出された出力を積分することにより、前記帯状弾性薄板部材１の移動量および回転角を計測するものである。
【００２９】
上記作用を有する第２実施形態の姿勢測定装置は、前記位置検出手段３を加速度計あるいはジャイロの少なくとも何れかから構成することにより、前記位置検出手段３によって得られる効果に加え、前記位置検出手段３の小型化が可能になるとともに、例えば、実車を用いた衝突試験において本第２実施形態の姿勢測定装置を利用することが可能になるという効果がある。
【００３０】
（第３実施形態）
第３実施形態の姿勢測定装置は、前記第１実施形態において、複数の前記ひずみ検出用ゲージ２を長手方向に間隔をおいて配設する前記帯状弾性薄板部材１が、部材幅方向に少なくとも一ヶ所以上の切れ込みを入れた部材からなるものである。
【００３１】
本第３実施形態の姿勢測定装置は、前記複数のひずみ検出用ゲージ２を長手方向に配設するための前記帯状弾性薄板部材１の部材幅方向に少なくとも一ヶ所以上の切れ込みを入れることにより、該帯状弾性薄板部材１が、部材厚み方向に変形可能であることに加え、幅方向にも変形可能とするものである
【００３２】
上記作用を有する第３実施形態の姿勢測定装置は、以下のような効果がある。
計測時に前記帯状弾性薄板部材１を例えば、人体あるいはダミーの脊柱に装着した場合に脊柱が実際には２以上の自由度を有しているため、前記帯状弾性薄板部材１の幅方向にも変形力が加わる。一方該帯状弾性薄板部材１は、薄板部材からなることから厚み方向に対しては大きな変形が可能であるが、幅方向に対しては変形が困難かあるいは僅かな変形した行うことができない。
【００３３】
しかし本第３実施形態においては、前記帯状弾性薄板部材１の幅方向に切れ込みを入れることにより、部材の変形自由度が増し、上述の変形力により、部材が破損したり計測精度が低下するなどの弊害が取り除かれ、高精度な姿勢計測が可能となる。
【００３４】
以下本発明の実施例につき、図面を用いて具体的に説明する。
【００３５】
（第１実施例）
第１実施例の姿勢測定装置は、被験者による衝突模擬試験に本装置を適用した例であり、図３ないし図７を用いて説明する。
【００３６】
上記衝突模擬試験は、後突事故による鞭打ち傷害解析を目的としたものであり、特に脊柱の変形に着目した試験である。
【００３７】
図４は、人体の直立状態における脊柱の形状を表した図である。該図４に示すように通常人体の脊柱は、湾曲しておりＳ字に近い形状となっている。後突事故時には衝突の衝撃により脊柱の形状が湾曲状態から真っ直ぐな状態に急激に変化するため、鞭打ち等の傷害に影響があると考えられている。
【００３８】
このような脊柱の変形を計測するために、被験者の背部皮膚表面に脊柱に沿うように帯状弾性薄板部材としてのひずみ量検出センサ１１を配設する。該ひずみ量検出センサ１１は、ひずみ検出用ゲージ２１を長手方向に間隔をおいて複数配設した帯状弾性薄板部材１１０で構成されている。
【００３９】
皮膚表面に前記ひずみ量検出センサ１１を密着させる際には、屈曲時の背部皮膚面の長さ変化を考慮する必要がある。例えば、後頭部と仙骨部付近（図４中ａ，ｂ点）にマーキングをし２点の間隔を計測すると、体形の影響があるものの一例では、直立状態から４５度前屈した場合に２〜３ｃｍ，９０度前屈した場合には５〜９ｃｍ程度間隔が広くなる。
【００４０】
また、図４のように自然体で直立した状態と背を意識的に伸ばした状態では、４ｃｍ程度間隔が狭くなる。このため前記ひずみ量検出センサ１１の全体を背部皮膚に固定してしまうと、前記ひずみ量検出センサ１１が過大な引張り・圧縮力を受け破損する。よって、本第１実施例では前記ひずみ量検出センサ１１の一端ａを固定し、他端ｂを自由端とした。
【００４１】
また前記ひずみ量検出センサ１１を脊柱形状にできるだけ沿って密着させるため、取り付けに際しては皮膚表面にさや１０を取りつけた。該さや１０は、前記ひずみ量検出センサ１１の移動時の滑動抵抗が小さくなるようテフロン樹脂製のものを用いている。さらに前記さや１０の取りつけ位置も脊柱の変形形状を考慮し、形状変化が大きな部分に複数取り付けた。
【００４２】
前記ひずみ量検出センサ１１の固定端ａ点には、図３に示すように固定端ａの位置変化を位置検出装置３１で計測するために加速度計３１１とジャイロ３１２が取り付けてある。加速度計３１１とジャイロ３１２の出力を積分することにより、前記ひずみ量検出センサ１１の固定端ａのＸｃ−Ｙｃ軸各方向の移動量と回転角θを求める。
【００４３】
位置演算回路４１は、演算用ＣＰＵ４１０と、メモリ４１１と、および入出力回路４１２とから成っている。前記入出力回路４１２は、前記加速度計３１１とジャイロ３１２および信号処理用コンピュータ４２と信号線により接続されている
【００４４】
前記ひずみ量検出センサ１１に貼着されている前記ひずみ検出用ゲージ２１は、アクティブゲージが１枚のホイーストンブリッジの１ゲージ法からなるブリッジ回路２２０に接続されている。該ブリッジ回路２２０の出力端子は信号変換器４３に接続されている。
【００４５】
前記信号変換器４３は、増幅器４３１およびＡ／Ｄ変換器４３２とからなっており、入力端子は、前記ブリッジ回路２２０と接続されており出力端子は前記信号処理用コンピュータ４２と接続されている。
【００４６】
前記信号処理用コンピュータ４２は、演算用ＣＰＵ４２０と、メモリ４２１と、入出力回路４２２と、表示用モニタ４２３とおよびデータ入力用のキーボード４２４とから成っている。
【００４７】
衝突試験の際には、図３に示されるように前記ひずみ量検出センサ１１を取り付けた被験者Ｔが衝突模擬試験装置５の試験用シート５１に着座する。前記衝突模擬試験装置５は、試験用シート５１と、シート移動装置５２および制御回路５３から成っており、前記試験用シート５１を、所定の速度で移動した後、急減速することにより後突事故を模擬する。
【００４８】
前記シート移動装置５２は、電動モータとスクリューネジ（ボールネジ）から成っており、前記電動モータの回転運動を前記スクリューネジにより直線運動に変換することにより前記試験用シート５１を移動させる。よって、該試験用シート５１の移動速度は電動モータの回転数を制御することにより変更可能であり、前記試験用シート５１は床面に配設されたレールを所定の速度で移動し、ストッパにより停止する。
【００４９】
衝突模擬試験装置５の前記制御回路５３は、前記位置検出装置３１および信号処理用コンピュータ４２と信号線によって接続されており、衝突試験時に制御信号Ｓｉを出力する。
【００５０】
以下に衝突試験を行う際の手順に従って、人体姿勢測定装置の動作を説明する。
【００５１】
試験を行うに当たっては、まず前記ひずみ量検出センサ１１を被験者Ｔに取り付けるために、被験者Ｔの背部皮膚表面に脊柱に沿ってさや１０を接着テープで取り付ける。前記さや１０の取り付け位置は、前記ひずみ量検出センサ１１が脊柱にできるだけ沿い、さらに脊柱変形時に該ひずみ量検出センサ１１が滑らかに移動するように、脊柱の変形が大きな部位を選び、少なくとも３箇所以上に接着されている。
【００５２】
前記ひずみ量検出センサ１１は、零調整を行った後に前記さや１０に挿入する必要がある。零調整は、平板に前記ひずみ量検出センサ１１を沿わせて行う。零調整後前記ひずみ量検出センサ１１を前記さや１０内に挿入し、前記ひずみ量検出センサ１１の端を接着テープにより固定する。
【００５３】
前記ひずみ量検出センサ１１によって計測されたひずみは、前記信号変換器４３によりディジタルデータとして前記信号処理用コンピュータ４２に取り込まれる。
【００５４】
一方前記位置演算回路４１においては、前記加速時計３１１とジャイロ３１２の出力を積分処理し、前記ひずみ量検出センサ１１の固定端ａ点の移動量および回転量を演算処理して求め、前記信号処理用コンピュータ４２に出力する。
【００５５】
前記信号処理用コンピュータ４２では、前記信号変換器４３からのディジタルデータに変換されたひずみデータを基に帯状弾性薄板部材１１０の変形形状を演算する。
【００５６】
前記帯状弾性薄板部材１１０の変形形状の演算は、以下のように行われる。
前記帯状弾性薄板部材１１０に取り付けられた前記ひずみ検出用ゲージ２１で計測した部材長手方向のひずみ分布は、例えば図９のようになる。脊柱が変形すると密着させた部材も変形するため、前記ひずみ検出用ゲージ２１の出力が変化する。
【００５７】
脊柱の変形量が大きくなると前記ひずみ出力は大きくなり、変形量が小さいとひずみ出力も小さくなる。
前記帯状弾性薄板部材１１０における曲げひずみ量と曲率の関係は、図６に示されるものであることから、数３を用いて前記ひずみ分布を曲率分布に変換できる。
【数３】

ε；ひずみ，Ｋ；変換係数，Ｒ；曲率半径
【００５８】
次に、前記帯状弾性薄板部材１１０の前記曲率と前記帯状弾性薄板部材１１０の形状の関係は図１１に示されるものであることから、数４を用いて、曲率分布から前記帯状弾性薄板部材１１０の変形形状を求めることができる。
【数４】

Δｘ；Ｘ軸方向移動量，Δｙ；Ｙ軸方向移動量，θα；回転角，ｄｓ；微小移動量
【００５９】
図７に示されるの関係から求めた前記帯状弾性薄板部材１１０の変形形状は、固定端ａを原点ＯとしたＸ−Ｙ座標系の値であることから、前記被験者Ｔの脊柱形状が変化せずに移動あるいは回転した場合には姿勢変化が計測できない。このため前記帯状弾性薄板部材１１０で計測した固定点ａの移動量および回転量を用いて、前記帯状弾性薄板部材１１０の座標値を衝突模擬試験装置に固定された座標系の座標値に変換する。この変換は、上記数１および数２を用いて行う。
【００６０】
以上のようにして本第１実施例の姿勢測定装置は、前記ひずみ量検出用センサ１１によって計測されたひずみ量から演算により求めた前記被験者Ｔの姿勢を、前記位置検出装置３１によって計測された移動量と回転角で補正することから、衝突試験時の前記被験者Ｔの姿勢変化を高精度に計測することができるという優れた効果がある。
【００６１】
すなわち第１実施例の姿勢測定装置は、被験者Ｔである人体またはダミーの局部形状の計測と全体姿勢の計測を同時に行い、それらの計測結果を基に人体の姿勢を演算して求めることから、従来計測が困難であった人体またはダミー姿勢の高精度な姿勢計測が可能となる。
【００６２】
また本第１実施例の姿勢測定装置は、上述したような人体姿勢の高精度計測により、例えば、本装置をシートベルトやエアバックなどの安全装置の評価、改良に利用することが出来ると共に、鞭打ち症などの傷害発生メカニズムの解析などに利用することが可能となる。
【００６３】
（第２実施例）
第２実施例の姿勢測定装置は、ダミーＤを用いた車両Ｖによる衝突試験に本発明の姿勢測定装置を適用した点と、加速度計、ジャイロおよび位置演算回路からなる位置検出装置３２Ａ、３２Ｂをひずみ量検出センサ１２の固定端および自由端にそれぞれ取り付けた点が、前記第１実施例との相違点であり、以下図８および図９を用いて相違点を中心に説明する。
【００６４】
前記位置検出装置３２Ａ、３２Ｂは、図８に示されるように加速度計３２１、３２２、ジャイロ３２３、３２４および位置演算回路３２５、３２６とから成っており、前記加速度計３２１およびジャイロ３２３は前記ひずみ量検出センサ１２の上端の固定端に取り付けられており、前記加速度計３２２およびジャイロ３２４は前記ひずみ量検出センサ１２の下端の自由端に取り付けられている。また前記位置演算回路３２５、３２６は、信号処理用コンピュータ４４と信号線により接続されている。
【００６５】
前記位置演算回路３２５、３２６は、フィルタ回路３２５１、３２６１、積分回路３２５２、３２６２およびＡ／Ｄ変換器３２５３、３２６３とから成っており、前記加速度計３２１、３２２およびジャイロ３２３、３２４の出力信号から所定の周波数成分の信号のみを抽出し、それを時間積分する。時間積分の回数によって移動速度、移動量、角速度および回転角が得られる。これらの値をＡ／Ｄ変換器３２５３、３２６３によりディジタル値とした後、前記信号処理コンピュータ４４に出力される。
【００６６】
前記信号処理用コンピュータ４４は、前記位置演算回路３２５、３２６と信号線により接続されており、前記ディジタル値に変換された移動速度、移動量、角速度および回転角が入力される。前記信号処理用コンピュータ４４は、演算処理用ＣＰＵ４４１、メモリ４４２、入出力回路４４３とからなっている。該入出力回路４４３には、上述の位置演算回路３２５、３２６からのディジタル入力値に加え、信号変換器２４からひずみ検出用ゲージ２２で計測したひずみデータのディジタル値が入力される。また、衝突検出センサ６も接続されている。
【００６７】
前記衝突検出センサ６は、加速度計６１とコンパレータ６２とからなっており、前記加速度計６１の出力が前記コンパレータ６２に入力されている。前記衝突検出センサ６は、車両Ｖの前方に取り付けられており、該車両ＶがバリアＢＲに衝突した際の減速加速度Ａｄを検出し、減速加速度Ａｄが規定値Ａｐを越えた時点で衝突信号Ｓｃが出力される。
【００６８】
前記ひずみ量検出センサ１２は、前記第１実施例の場合と同様に、さや１２０を用いてダミーＤの脊柱に沿って粘着される。
前記ダミーＤを用いた衝突試験を行う際には、前記ひずみ量検出センサ１２の零調整を行った後、前記さや１２０に挿入する。前記ひずみ量検出センサ１２を粘着した後、前記ダミーＤを前記車両ＶのシートＳに着座させる。
【００６９】
同様に前記位置検出装置３２Ａ、３２Ｂの前記加速計３２１、３２２およびジャイロ３２３、３２４も調整を行った後、前記ひずみ量検出センサ１２の固定部材および自由端にそれぞれ取り付けられる。
【００７０】
前記ひずみ量検出センサ１２および前記位置検出装置３２Ａ、３２Ｂからの信号線は、前記信号処理用コンピュータ４４に接続されており、計測信号が該信号処理用コンピュータ４４にディジタル値として入力される。
【００７１】
前記信号処理用コンピュータ４４は、前記位置検出装置３２Ａ、３２Ｂおよび信号変換器２４での計測値を基に、前記ダミーＤの姿勢を一定時間間隔で演算する。演算結果は、前記信号処理用コンピュータ４４のメモリ４４２に記憶され、試験後、外部コンピュータに転送される。
【００７２】
記憶時のメモリアドレスは衝突信号Ｓｃが入力されるまで更新されず、衝突信号Ｓｃが入力された時点から順次更新され、所定のアドレスに達した時点で更新が停止される。
【００７３】
前記衝突信号Ｓｃは、前記位置演算回路３２５、３２６にも入力され、該位置演算回路３２５、３２６は、前記衝突信号Ｓｃが入力された時点で前記積分回路３２５２、３２６２を初期化する。これにより前記ひずみ量検出センサ１２の固定端および自由端にそれぞれ取り付けられた上下の前記位置検出装置３２Ａ、３２Ｂによって計測される移動量および回転角は、衝突後の変化成分が主体となり、ＤＣ成分のドリフトの影響を小さくすることができる。
【００７４】
本第２実施例の姿勢測定装置は、上下の前記位置検出装置３２Ａ、３２Ｂを前記ひずみ量検出センサ１２の前記固定端と自由端に取り付けたことから、信号処理用コンピュータ４４で姿勢変化を演算する際の演算精度を向上させることができるという効果を奏する。
【００７５】
すなわち姿勢変化の演算は、前述のように前記ひずみ量検出センサ１２で計測したひずみデータを用いて、前記信号処理用コンピュータ４４において行う。よって、ひずみデータにノイズが重畳した場合は、演算した変形量が実際の変形量と異なってしまう。しかし、前記ひずみ量検出センサ１２の両端に前記位置検出装置３２Ａ、３２Ｂを取り付けることにより該ひずみ量検出センサ１２の両端の座標が求まることから、図９に示されるように、これを前記信号処理用コンピュータ４４の演算によって求めた前記ひずみ量検出センサ１２の座標と比較することより誤差の有無が分かる。
【００７６】
誤差が生じている場合は、前記ひずみ量検出センサ１２で計測したひずみに対して補正を行う。補正の方法としては幾つかの方法があるが、例えば、前記ひずみ量検出センサ１２に貼着された各ひずみ検出用ゲージによって計測されたひずみデータをスプライン関数や最少２乗法などを用いて処理する方法がある。
【００７７】
一般に前記ひずみ量検出センサ１２で計測したひずみの計測値すべてに対してノイズが重畳することは少なく、特定のひずみ検出用ゲージでの計測値にノイズが重畳する場合が多い。よって、複数のひずみ検出用ゲージの測定値を例えばスプライン関数のような連続した関数で近似することにより、ノイズの影響を低減できる。
【００７８】
以上のように第２実施例の姿勢測定装置は、前記位置検出装置３２Ａ、３２Ｂと前記ひずみ量検出センサ１２に貼着された各ひずみ検出用ゲージ２２によって計測されたひずみから求めた座標値を比較するため、前記第１実施例に比べて姿勢変化の計測精度を向上させることが可能になる。
【００７９】
また本第２実施例の姿勢測定装置は、前記位置検出手段３を前記加速度計３２１、３２２および前記ジャイロ３２３、３２４によって構成することにより、前記位置検出装置３２Ａ、３２Ｂによって得られる効果に加え、前記位置検出装置３２Ａ、３２Ｂの小型化が可能になるとともに、例えば、実車を用いた衝突試験において本第２実施例の姿勢測定装置を利用することが可能になるという効果がある。
【００８０】
（第３実施例）
第１および第２実施例においては、本発明の姿勢測定装置を車両安全に関する試験に適用した適用例について示したが、本第３実施例の姿勢測定装置は、その他に医学およびスポーツ分野に適用するものであり、以下図１０ないし図１３を用いて説明する。
【００８１】
医学分野における適用の一例としては脊柱変形傷害の定量解析がある。脊柱変形傷害は、脊柱が前後方向あるいは左右方向に湾曲するために、臓器あるいは神経系に機能不全が生じる傷害である。現状では、Ｘ線写真等によって変形状況の観察が行われているが計測精度の面で問題があるとされている。
【００８２】
このような解析においては図１０ないし図１３に示されるように、ひずみ量検出センサ１３を患者Ｐの脊柱に沿ってさや１３０を用いて取り付ける。Ｔ字状に配設されたひずみ量検出センサ１３１、１３２は部材厚みおよび幅方向のいずれの方向に対しても自由に変形できるよう、帯状弾性薄板部材１３１０および１３２０にジグザグ状に切り込み１４２が設けられている。このような切り込み１４２を設けることにより、前後左右方向に対して変形の自由度が与えられる。該切り込みは、帯状弾性薄板部材を真直にした状態において、ひずみ検出用ゲージ間を結んだ中心線を超えて入れる必要がある。
【００８３】
前記ひずみ検出用ゲージ２３１、２３２は、アクティブゲージが１枚のホイーストンブリッジの１ゲージ法からなるブリッジ回路２４１および２４２に接続されている。前記ブリッジ回路２４１および２４２の出力端子は、信号変換器２５１および２５２にそれぞれ接続されている。
【００８４】
該信号変換器２５１および２５２は、増幅器２５１１および２５１２にそれぞれ接続されている。前記信号変換器２５１および２５２は、前記増幅器２５１１および２５２１とＡ／Ｄ変換器２５１２および２５２２とからなっており、入力端子は前記ブリッジ回路２４１および２４２と接続されており、出力端子は信号処理用コンピュータ４５と接続されている
【００８５】
前記信号処理用コンピュータ４５は、演算用ＣＰＵ４５１と、メモリ４５２と、入出力回路４５３と、表示用モニタ４５４およびデータ入力用のキーボード４５５とから成っている。
【００８６】
前記ひずみ量検出センサ１３１および１３２は、図１１ないし図１３に示す前記さや１３０によって前記患者Ｐの脊柱に沿って取り付けられている。前記さや１３０は、分割された複数の部材からなり、背部には接着テープにより密接される。また、前記さや１３０は、前記ひずみ量検出センサ１３１および１３２が滑らかに移動できるよう低摩擦材で製作されている。低摩擦材としては、例えばテフロン樹脂のようなものを用いることが出来る。
【００８７】
前記患者Ｐの脊柱変形傷害の程度を計測する際には、前記ひずみ量検出センサ１３１および１３２を平板に沿わせた状態で零調整を行った後、患者Ｐの脊柱に沿った背部に予め密接させておいた前記さや１３０に挿入する。
【００８８】
前記ひずみ量検出センサ１３１および１３２を挿入後、前記信号変換器２５１および２５２によりディジタル信号に変換されたひずみデータを前記信号処理用コンピュータ４５に取り込んだ後に演算処理し、帯状弾性薄板部材１３１０および１３２０の変形量が求められる。
【００８９】
求めた変形量は、前記さや１３０が脊柱にそって取り付けられていることから、脊柱の変形状態に対応したものである。このようにして求められた変形量を正常人の脊柱の計測結果と比較することにより、変形傷害の程度を知ることができる。
【００９０】
上記作用を奏する本第３実施例の姿勢測定装置は、Ｔ字状に配設された前記ひずみ量検出センサ１３１、１３２を構成する前記帯状弾性薄板部材１３１０および１３２０にジグザグ状に切り込み１４２が設けて部材厚みおよび幅方向のいずれの方向に対しても自由に変形できるようにするとともに、前記ひずみ量検出センサ１３１、１３２をＴ字状に配設されているので、従来計測が困難であった脊柱の３次元変形状況の精確な計測を可能にし、脊柱変形傷害の定量解析を行うことを可能にするという効果を奏する。
【００９１】
また本第３実施例においては、Ｔ字状に配設された前記帯状弾性薄板部材１３１０および１３２０の幅方向に切れ込みを入れることにより、部材の変形自由度が増し、上述の変形力により部材が破損したり、計測精度が低下するなどの弊害が取り除かれる。
【００９２】
上述の実施形態および実施例は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【００９３】
なお上記第２実施例においては、上下の前記位置検出装置３２Ａ、３２Ｂで計測した座標値との比較を行ったが、他に既知の座標値があればそれらの座標値と比較を行うことも可能である。
【００９４】
また上記本第３実施例では患者Ｐの姿勢を例えば自然直立状態に限定した例を示したが、運動状態における変形量を計測するためには、第１および第２実施例に示したような位置検出手段を付加する必要がある。
【００９５】
さらにスポーツ分野への利用として水泳や投てき種目の動作解析において、本発明の人体姿勢測定装置の利用が可能である。
すなわち例えばバタフライでの泳法解析に本発明を利用することができる。このためには、ひずみ量検出センサを防水処理する。このような泳法解析は還流型の水槽で行うことから、センサと信号処理コンピュータの間は、防水ケーブルを用いて接続することが出来る。
【００９６】
これまで泳法解析は、ビデオを用いた方法が主であったが、本発明では定量的に、しかも時間履歴の計測が可能であることから、従来にない解析が可能となり競技能力の向上に大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の姿勢測定装置の基本構成を示す図である。
【図２】本第１実施形態の姿勢測定装置における処理手順を示すチャート図である。
【図３】本発明の第１実施例の姿勢測定装置の全体システムを示すブロック図である。
【図４】人の直立時の脊柱の形状を説明するための説明図である。
【図５】本第１実施例における帯状弾性薄板部材の長手方向のひずみ分布の計測例を示す線図である。
【図６】本第１実施例における帯状弾性薄板部材の曲げひずみと曲率の関係を説明するための説明図である。
【図７】本第１実施例における帯状弾性薄板部材の曲率と変形量の関係を説明するための説明図である。
【図８】本発明の第２実施例の姿勢測定装置の全体システムを示すブロック図である。
【図９】本第２実施例における位置検出装置による変形状態の補正を説明するための説明図である。
【図１０】本発明の第３実施例の姿勢測定装置の全体システムを示すブロック図である。
【図１１】本第３実施例におけるＴ字状のひずみ量検出センサの一部を拡大して示した部分拡大側面図である。
【図１２】本第３実施例におけるＴ字状のひずみ量検出センサの断面を示す断面図である。
【図１３】本第３実施例における水平部のひずみ量検出センサの一部を拡大して示す部分拡大平面図である。
【図１４】従来装置における帯状弾性薄板部材を説明する説明図である。
【図１５】従来装置における曲げひずみ計測装置を用いたダミー衝突試験を説明する説明図である。
【図１６】上記従来装置におけるダミー衝突試験におけるダミーの姿勢を説明する説明図である。
【図１７】上記従来装置におけるダミーが平行移動した際の計測結果を説明するための説明図である。
【図１８】上記従来装置におけるダミーの実際の姿勢変化と計測装置の出力変化とのズレを説明するための説明図である。
【符号の説明】
１帯状弾性薄板部材
２ひずみ検出用ゲージ
３位置検出手段
４演算手段

Claims

人体またはダミーの脊柱近傍に前後左右方向に沿ってＴ字状に配設されて装着され中心線を超えてジグザグ状に切り込みが設けられた帯状弾性薄板部材と、
該帯状弾性薄板部材の長手方向に複数配設され隣り合うジグザグ状の切り込みに挟まれた各部のひずみを検出するひずみ検出用センサと、
前記帯状弾性薄板部材の少なくとも一ヶ所の位置を検出する位置検出手段と、前記各ひずみ検出用センサによって計測された前記各部のひずみと前記位置検出手段によって計測された前記帯状弾性薄板部材の位置情報に基づき前記人体またはダミーの脊柱の変形量を演算することにより、前記人体またはダミーの姿勢を演算する演算手段と
からなることを特徴とする姿勢測定装置。