JP4512703B2 - Rehabilitation posture monitoring method and rehabilitation posture monitor - Google Patents

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本発明は、リハビリ用姿勢モニタ方法及びリハビリ用姿勢モニタに関し、特に、箱型の本体内に3軸の加速度計及び3軸のジャイロを設け、3軸の各加速度計及びジャイロの各分解能を取付対象の部位に応じて異ならせ、小型で高性能かつ低コストの構成とするための新規な改良に関する。   The present invention relates to a rehabilitation posture monitoring method and a rehabilitation posture monitor, and in particular, a three-axis accelerometer and a three-axis gyro are provided in a box-shaped body, and each of the three-axis accelerometers and each resolution of the gyro is attached. The present invention relates to a novel improvement for making a small, high-performance and low-cost configuration that varies depending on a target portion.

従来、用いられていたこの種の取付対象のリハビリ用姿勢モニタリング方法及びリハビリ用姿勢モニタとしては、カメラ画像を使用したモーションキャプチャが用いられ、また、慣性センサを用いる構成は、特許文献1及び2に開示されている。
すなわち、モーションキャプチャ方法としては、図11に示されるように、取付対象である生体からなる被験者50の表面に多数のマーカー51を取り付け、この各マーカー51を異なる角度方向からビデオカメラ52で撮像し、各ビデオカメラ52からの画像データをパソコン53に取り込み、画像解析することによって各マーカー51の動きをとらえ、被験者50の動きをかなり正確に得ることができる。
Conventionally, as this type of rehabilitation posture monitoring method and rehabilitation posture monitor for attachment, motion capture using a camera image is used, and a configuration using an inertial sensor is disclosed in Patent Documents 1 and 2. Is disclosed.
That is, as a motion capture method, as shown in FIG. 11, a large number of markers 51 are attached to the surface of a subject 50 made of a living body to be attached, and each marker 51 is imaged by a video camera 52 from different angular directions. The image data from each video camera 52 is taken into the personal computer 53 and analyzed, whereby the movement of each marker 51 can be captured and the movement of the subject 50 can be obtained fairly accurately.

特開2002−328134号公報JP 2002-328134 A 特開2002−263086号公報JP 2002-263086 A

従来の生体のリハビリ用姿勢モニタ方法及びリハビリ用姿勢モニタは、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、モーションキャプチャ方法は、マーカーを見ることによって、被験者の動きをかなり正確に見ることはできるが、数台のビデオカメラ、操作員も複数人必要であると共に、相当のスペースを必要とするため、装置としてのコストも高く、限られた施設しか用いることができなかった。
また、慣性センサを用いた方法は、前述のカメラ画像を用いたモーションキャプチャ方式に比べると、動作を表現するデータとしては十分なものではなく、実用レベルには到達していなかった。また、3軸の加速度計及びジャイロは同一の分解能で製作されていたため、生体の部位によっては、一部しか動作せず、他は飽和に近い動作の場合も多く、3軸共同一の分解能ではコスト的にも無駄で、また、形状も大型化し、省スペース化にも逆行することになっていた。
Since the conventional biological posture monitoring method for rehabilitation and the posture monitoring for rehabilitation are configured as described above, the following problems exist.
In other words, the motion capture method can see the movement of the subject fairly accurately by looking at the marker, but it requires several video cameras and multiple operators, and requires considerable space. The cost of the apparatus is high, and only limited facilities can be used.
Further, the method using the inertial sensor is not sufficient as data for expressing the operation as compared with the motion capture method using the camera image described above, and has not reached the practical level. In addition, since the three-axis accelerometer and gyro were manufactured with the same resolution, depending on the part of the living body, only a part of the body operates, and the others often operate close to saturation. It was useless in terms of cost, increased in size, and was going to go back to space saving.

本発明によるリハビリ用姿勢モニタリング方法は、本体に設けられX、Y、Z軸加速度計及びX、Y、Z軸ジャイロからなるリハビリ用姿勢モニタを用いて取付対象の動作を検出するようにしたリハビリ用姿勢モニタリング方法において、前記取付対象の各部位に複数の前記リハビリ用姿勢モニタを設け、前記各リハビリ用姿勢モニタに設けられた前記X、Y、Z軸加速度計及びX、Y、Z軸ジャイロの分解能は前記各部位の前記各軸の方向の動作に応じて異ならせて用いる方法であり、また、前記X、Y、Z軸加速度計及びX、Y、Z軸ジャイロは、前記本体内で各々独立して設けた状態で用いる方法であり、また、前記X、Y、Z軸加速度計及びX、Y、Z軸ジャイロは、全体形状が箱型をなす前記本体内に設けられて用いられる方法であり、また、前記X、Y、Z軸加速度計の中、前記X、Y軸加速度計の分解能は、前記Z軸加速度計の分解能より小であり、前記X、Y、Z軸ジャイロの中、前記X、Y軸ジャイロの分解能は、前記Z軸ジャイロの分解能より大とする方法である。
また、本発明によるリハビリ用姿勢モニタは、全体形状が箱型をなす本体と、前記本体内に設けられた3軸のX、Y、Z軸加速度計及びX、Y、Z軸ジャイロとからなり、前記X、Y、Z軸加速度計及びX、Y、Z軸ジャイロは、前記3軸の中の1軸又は複数軸において加速度及び角速度の分解能を互いに異ならせた構成であり、また、前記本体には、電源部、X、Y、Z軸信号処理部が設けられていると共に、長手形状の取付部材が設けられている構成であり、また、前記X、Y、Z軸加速度計及びX、Y、Z軸ジャイロはシリコン基板を用いた静電検出型よりなる構成であり、また、前記X、Y、Z軸加速度計の中、前記X、Y軸加速度計の分解能は、前記Z軸加速度計の分解能より小であり、前記X、Y軸ジャイロの中、前記X、Y軸ジャイロの分解能は、前記Z軸ジャイロの分解能より大である構成である。
The rehabilitation posture monitoring method according to the present invention is a rehabilitation method in which a motion of a mounting object is detected using a rehabilitation posture monitor provided on a main body and comprising an X, Y, Z axis accelerometer and an X, Y, Z axis gyro. In the posture monitoring method for use, a plurality of the rehabilitation posture monitors are provided at each part to be attached, and the X, Y, Z-axis accelerometer and the X, Y, Z-axis gyro provided in each of the rehabilitation posture monitors The resolution of the X-, Y-, and Z-axis accelerometers and the X-, Y-, and Z-axis gyros are used in the main body. The X, Y, and Z axis accelerometers and the X, Y, and Z axis gyros are used by being provided in the main body having a box shape as a whole. In the way In the X, Y, and Z axis accelerometers, the resolution of the X and Y axis accelerometers is smaller than the resolution of the Z axis accelerometer, and in the X, Y, and Z axis gyros, The resolution of the X and Y axis gyros is greater than the resolution of the Z axis gyro.
The rehabilitation posture monitor according to the present invention includes a main body having a box shape as a whole, a three-axis X, Y, Z-axis accelerometer and an X, Y, Z-axis gyro provided in the main body. The X, Y, Z-axis accelerometer and the X, Y, Z-axis gyro are configured such that resolutions of acceleration and angular velocity are different from each other on one or more of the three axes, and the main body Is provided with a power supply unit, an X, Y, and Z axis signal processing unit and a longitudinal mounting member, and the X, Y, Z axis accelerometer and X, The Y and Z axis gyros are composed of an electrostatic detection type using a silicon substrate, and among the X, Y and Z axis accelerometers, the resolution of the X and Y axis accelerometers is the Z axis acceleration. Less than the resolution of the meter, and the X and Y axes in the X and Y axis gyros Resolution Yairo is a configuration which is larger than the resolution of the Z-axis gyro.

本発明によるリハビリ用姿勢モニタ方法及びリハビリ用姿勢モニタは、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、3軸の加速度計及び3軸のジャイロの各分解能を取付対象の部位における各軸方向の動作の大小に応じて異ならせ、その部位の動きに合わせ、動きが大きい部位には分解能が大きく精度が悪い安価な加速度計やジャイロを用い、動きが前記大よりも小さい部位には分解能が小さく精度が良い高価な加速度計やジャイロを用いているため、モニタ自体の形状を小型化し、安価とすることができる。
また、ジャイロ及び加速度計がシリコン基板を加工して製作されるMEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を用いた超小型で薄型であるため、モニタの小型化及び薄型化に寄与することができ、生体等に取付ける場合、ウェアラブルに取付けが可能である。
Since the rehabilitation posture monitoring method and the rehabilitation posture monitor according to the present invention are configured as described above, the following effects can be obtained.
That is, the resolutions of the three-axis accelerometer and the three-axis gyro are varied depending on the size of the movement in the direction of each axis in the attachment target part, and the resolution is large in the part where the movement is large according to the movement of the part. Since an inexpensive accelerometer or gyroscope with poor accuracy is used, and an expensive accelerometer or gyroscope with a small resolution and good accuracy is used for a portion where the movement is smaller than the above, the monitor itself is downsized and inexpensive. can do.
In addition, since the gyroscope and accelerometer are ultra-small and thin using MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology manufactured by processing a silicon substrate, it is possible to contribute to miniaturization and thinning of the monitor. When it is attached to a wearable part, it can be attached in a wearable manner.

本発明は、3軸の加速度計及び3軸のジャイロの各分解能を取付対象の部位の軸方向の動作に応じて異ならせ、動きが小さく高精度の検出が必要な軸方向には分解能が小さく精度が良い加速度計やジャイロを用い、前記小よりも大きい動きがありあまり高精度の検出の必要性の少ない軸方向には分解能が大きく精度が悪い安価な加速度計やジャイロを用い、モニタ自体の形状を小型化し、安価とすることを目的とする。   In the present invention, the resolutions of the three-axis accelerometer and the three-axis gyro are made different according to the axial movement of the part to be mounted, and the resolution is small in the axial direction that requires little detection and high accuracy. Use an accelerometer or gyro with good accuracy, and use an inexpensive accelerometer or gyro with high resolution and low accuracy in the axial direction where there is a large movement smaller than the above and there is little need for highly accurate detection. The purpose is to make the shape smaller and cheaper.

以下、図面と共に本発明によるリハビリ用姿勢モニタ方法及びリハビリ用姿勢モニタの好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には同一符号を用いて説明する。
図1において符号50で示されるものは生体(人間、動物等)である被験者からなる取付対象であり、この取付対象50の腰、足等の動きが出る複数の部分には、バンド等の長手形状の取付部材60を介して扁平な板状に形成されたリハビリ用姿勢モニタ61が設けられており、この各リハビリ用姿勢モニタ61から無線(有線の場合もある)を介して送られてきた3軸角速度及び3軸加速度のデータ62は、図4で示されるように、慣性演算部63に取り込まれ、この慣性演算部63はパソコン64に接続されている。
Hereinafter, preferred embodiments of a rehabilitation posture monitoring method and a rehabilitation posture monitor according to the present invention will be described with reference to the drawings.
The same reference numerals are used for the same or equivalent parts as in the conventional example.
In FIG. 1, reference numeral 50 denotes an attachment target made up of a subject who is a living body (human, animal, etc.). A rehabilitation posture monitor 61 formed in a flat plate shape is provided via a mounting member 60 having a shape, and sent from each of the rehabilitation posture monitors 61 via wireless (in some cases, wired). As shown in FIG. 4, the triaxial angular velocity and triaxial acceleration data 62 is taken into an inertia calculation unit 63, and the inertia calculation unit 63 is connected to a personal computer 64.

前記リハビリ用姿勢モニタ61は、図7から図10で示されるように、シリコン基板を周知のMEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を用いて製作した3軸加速度計65及び3軸ジャイロ66によって構成されている。   As shown in FIGS. 7 to 10, the rehabilitation posture monitor 61 includes a three-axis accelerometer 65 and a three-axis gyro 66 manufactured by using a well-known MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology. ing.

前記3軸加速度計65及び3軸ジャイロ66は、本出願人の出願による特開2001−330622号公報に開示された構成について説明する。
すなわち、図7及び図8において符号1で示されるものは平面形状で四角状の枠体をなす外枠部であり、この外枠部1は下層シリコン基板11aと、絶縁酸化膜11bと、上層シリコン薄膜11cと、貼り合わせシリコン基板11dとからなる周知のSOIウェハの半導体ウェハ11で構成されている。
The three-axis accelerometer 65 and the three-axis gyro 66 will be described in the configuration disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-330622 filed by the present applicant.
That is, what is denoted by reference numeral 1 in FIGS. 7 and 8 is an outer frame portion which is a planar shape and forms a rectangular frame, and this outer frame portion 1 includes a lower layer silicon substrate 11a, an insulating oxide film 11b, and an upper layer. The semiconductor wafer 11 is a known SOI wafer composed of a silicon thin film 11c and a bonded silicon substrate 11d.

前記外枠部1は、ガラス製の上部パッケージ5aと下部パッケージ5bとによって挟持されて積層された状態に構成されている。
前記上部パッケージ5aの内面には、複数の上部検出電極4a、4bが形成されていると共に、前記下部パッケージ5bの内面には、複数の下部検出電極5A、5Bが形成されている。
The outer frame portion 1 is configured so as to be sandwiched and stacked between a glass upper package 5a and a lower package 5b.
A plurality of upper detection electrodes 4a and 4b are formed on the inner surface of the upper package 5a, and a plurality of lower detection electrodes 5A and 5B are formed on the inner surface of the lower package 5b.

前記各上部検出電極4a、4bには、ワイヤボンディングによる各々上部電極取り出し部8a、8bが接続されて上部パッケージ5aで保持され、前記各下部検出電極5A、5Bには、ワイヤボンディングによる各々下部電極取り出し部10a、10bが接続されている。   The upper detection electrodes 4a and 4b are connected to upper electrode extraction portions 8a and 8b by wire bonding, respectively, and are held by the upper package 5a. The lower detection electrodes 5A and 5B are respectively connected to lower electrodes by wire bonding. The extraction units 10a and 10b are connected.

前記外枠部1を介して上部及び下部パッケージ5a、5bにより形成された空間部20内には、前記外枠部1である半導体ウェハ11をエッチング処理して得られた重錘体3が前記半導体ウェハ11の一部に保持された複数の梁部2a、2bによって上下に移動できるように構成されている。
前記梁部2a、2bには、ワイヤボンディングによる各々重錘体電極取り出し部9が共通接続されている。
In the space 20 formed by the upper and lower packages 5a and 5b via the outer frame 1, a weight body 3 obtained by etching the semiconductor wafer 11 as the outer frame 1 is the The plurality of beam portions 2 a and 2 b held on a part of the semiconductor wafer 11 can be moved up and down.
Each of the beam portions 2a and 2b is commonly connected to a weight electrode extraction portion 9 by wire bonding.

前記重錘体3は、前記梁部2a、2bを挟持するように同じ質量の第1、第2重錘片3a、3bが貼り付けて設けられており、この重錘体3の重心Gは前記梁部2a、2bの長手方向の延長線上に位置している。
なお、前記第1重錘片3aは前記下層シリコン基板11aよりなり、前記各梁部2a、2bは前記絶縁酸化膜11bと上層シリコン薄膜11cとからなり、前記第2重錘片3bは前記貼り合わせシリコン基板11dより構成されている。
The weight body 3 is provided with first and second weight pieces 3a and 3b having the same mass so as to sandwich the beam portions 2a and 2b, and the center of gravity G of the weight body 3 is It is located on an extension line in the longitudinal direction of the beam portions 2a, 2b.
The first weight piece 3a is made of the lower silicon substrate 11a, the beam portions 2a and 2b are made of the insulating oxide film 11b and the upper silicon thin film 11c, and the second weight piece 3b is attached. A laminated silicon substrate 11d is used.

なお、前述の半導体ウェハ11は、約600μm厚の単結晶シリコン基板上に、1μm厚の絶縁酸化膜11bを挟んで20〜40μm厚のシリコン薄膜11cを有する3層構造で構成されている。この上下2層のシリコンをドライエッチングする際に中間の絶縁酸化膜11bをマスクに利用することにより寸法精度の優れた重錘体3及び梁部2a、2bを形成しており、他軸感度が発生しないように、各重錘片3a、3bの質量は同一となるように構成されている。
また、前述のシリコン同志の貼り合わせは、酸素雰囲気中、約1100℃にてアニール処理することにより可能であり、これによって梁部の長手方向の延長線上に重錘体3の重心が配置され、他軸感度の発生を抑えることができる。
The semiconductor wafer 11 described above has a three-layer structure having a silicon thin film 11c having a thickness of 20 to 40 μm on a single crystal silicon substrate having a thickness of about 600 μm with an insulating oxide film 11b having a thickness of 1 μm interposed therebetween. When the upper and lower two layers of silicon are dry-etched, the intermediate insulating oxide film 11b is used as a mask to form the weight body 3 and the beam portions 2a and 2b with excellent dimensional accuracy. The weight pieces 3a and 3b are configured to have the same mass so as not to occur.
Further, the bonding of the silicon members can be performed by annealing at about 1100 ° C. in an oxygen atmosphere, whereby the center of gravity of the weight body 3 is arranged on the extension line in the longitudinal direction of the beam portion, Occurrence of other axis sensitivity can be suppressed.

また、前述の他軸感度を発生させる要因としては、前述の重錘体3の構成とは別に、重錘体3の中心軸まわりに回転が加わった場合が考えられるが、特に問題となるのは梁部2a、2bの長手方向の回転であるが、この現象を抑えるために重錘体3の上下すなわち各パッケージ5a、5bの上部検出電極4a、4b及び下部検出電極5A、5Bを各々独立して一対構成とし、回転が加わった時の重錘体3の偏り(すなわち静電容量の変化)を検出し、図示しない電子回路で処理することにより、回転による他軸感度の発生を抑えることができる。また、この電子回路によりサーボループを組んで周知のフィードバック制御を行うことにより、高精度な加速度センサを実現している。   In addition to the above-described configuration of the weight body 3, the cause of the above-mentioned other-axis sensitivity may be a case where rotation is applied around the central axis of the weight body 3, which is particularly problematic. Is the rotation of the beams 2a and 2b in the longitudinal direction. In order to suppress this phenomenon, the upper and lower sides of the weight body 3, that is, the upper detection electrodes 4a and 4b and the lower detection electrodes 5A and 5B of the respective packages 5a and 5b are independent of each other. Thus, a biased body 3 when the rotation is applied (ie, change in capacitance) is detected and processed by an electronic circuit (not shown) to suppress the occurrence of other-axis sensitivity due to rotation. Can do. Further, a highly accurate acceleration sensor is realized by forming a servo loop with this electronic circuit and performing known feedback control.

前記3軸加速度計65のX、Y、Z軸加速度計65a〜65c及び3軸ジャイロ66のX、Y、Z軸ジャイロ66a〜66cは、図22で示されるように、X軸X(前、ロール)、Y軸Y(左、ピッチ)、Z軸Z(下、ヨー)を検出することができるように、前述の図7及び図8で示される検出素子30が3軸方向に設けられて構成されている。   The X, Y and Z axis accelerometers 65a to 65c of the triaxial accelerometer 65 and the X, Y and Z axis gyroscopes 66a to 66c of the triaxial gyro 66, as shown in FIG. The detection element 30 shown in FIGS. 7 and 8 is provided in the three-axis directions so that the roll), the Y axis Y (left, pitch), and the Z axis Z (lower, yaw) can be detected. It is configured.

前記慣性演算部63では、周知のカルマンフィルタ63aを内蔵していると共に、温度補正63b及び静止ドリフト補正63cを行う機能を有しており、前記3軸角速度及び3軸加速度の6軸データ62において、歩行計測の場合に、歩き始めと歩き終りには必ず静止状態が存在し、例え、静止状態に少し動いていたとしても歩行状態とは全く異なる動きであり、この6軸データ62によりその状態を明らかに識別できる。   The inertia calculation unit 63 incorporates a known Kalman filter 63a and has a function of performing temperature correction 63b and static drift correction 63c. In the 6-axis data 62 of the 3-axis angular velocity and 3-axis acceleration, In the case of walking measurement, there is always a stationary state at the beginning and the end of walking, for example, even if it moves a little to the stationary state, it is a completely different movement from the walking state. Clearly distinguishable.

従って、図5で示されるように、前記6軸データ62は、(A)で示される歩き始めの静止状態Mと歩き終りの静止状態Nから、3軸の加速度計65及び3軸のジャイロ66の零点誤差を慣性演算部63で誤差を推定して補正し、(B)のように補正後の6軸データ62aを得ることができる。   Therefore, as shown in FIG. 5, the 6-axis data 62 is obtained from the stationary state M at the start of walking and the stationary state N at the end of walking shown in (A) of the three-axis accelerometer 65 and the three-axis gyro 66. The zero point error is corrected by estimating the error by the inertia calculation unit 63, and the corrected 6-axis data 62a can be obtained as shown in FIG.

また、図5における歩行状態Pも、前記カルマンフィルタ63aによって誤差を推定して補正しているが、この歩行分析はリアルタイムで行う必要性はなく、計測で記録した前記6軸データ62をオフラインで処理する際に補正して演算することにより、従来のモーションキャプチャ方式に匹敵する内容の補正後の6軸データ62aを得ることができる。   The walking state P in FIG. 5 is also corrected by estimating the error by the Kalman filter 63a. However, this walking analysis does not need to be performed in real time, and the 6-axis data 62 recorded by measurement is processed offline. In this case, the corrected 6-axis data 62a having a content comparable to that of the conventional motion capture method can be obtained by correcting and calculating.

尚、図4の慣性演算部63による演算/補正によって得られる補正後の6軸データ62aは、より詳しく示すと図3の通りであり、前記リハビリ用姿勢モニタ61は取付対象50に取付けが容易でウェラブルとなるように、板状でかつ柔軟部材等で包装されて構成されている。   The corrected six-axis data 62a obtained by the calculation / correction by the inertia calculation unit 63 of FIG. 4 is shown in more detail in FIG. 3, and the rehabilitation posture monitor 61 can be easily attached to the attachment target 50. In order to be wearable, it is formed in a plate shape and packaged with a flexible member or the like.

次に、図6は、前述の取付対象50の腰部に装着した姿勢モニタ部61から得られた補正後の6軸データ62aを示しており、この補正後の6軸データ62aによって、おじぎ、前歩き、後歩き等の動作状態のデータを得ることができる。
尚、この動作状態のデータをパターン化し、他の生体50から得られたデータと比較することにより、比較的容易にその時の状態が検出しやすくなるものである。
Next, FIG. 6 shows corrected 6-axis data 62a obtained from the posture monitor unit 61 attached to the waist of the mounting object 50 described above. It is possible to obtain operation state data such as walking and walking.
It should be noted that patterning the data of this operation state and comparing it with data obtained from another living body 50 makes it easier to detect the state at that time.

前記リハビリ用姿勢モニタ61は、図9及び図10で示されるように、全体形状が箱型をなす本体100で形成され、この本体100内には、3軸加速度計65を構成するためのX軸加速度計65aとY軸加速度計65bとZ軸加速度計65cが各々独立して設けられ、さらに、3軸ジャイロ66を構成するためのX軸ジャイロ66aとY軸ジャイロ66bとZ軸ジャイロ66cが各々独立して設けられている。   As shown in FIGS. 9 and 10, the rehabilitation posture monitor 61 is formed by a main body 100 having a box shape as a whole, and an X for constituting a three-axis accelerometer 65 is formed in the main body 100. An axial accelerometer 65a, a Y-axis accelerometer 65b, and a Z-axis accelerometer 65c are provided independently. Further, an X-axis gyro 66a, a Y-axis gyro 66b, and a Z-axis gyro 66c for forming the 3-axis gyro 66 are provided. Each is provided independently.

前記X、Y、Z軸加速度計65a〜65c及びX、Y、Z軸ジャイロ66a〜66cには、電源部101からの電源が供給されていると共に、各出力信号はX軸信号処理部102とY軸信号処理部103とZ軸信号処理部104によって信号処理されるように構成されている。   The X, Y and Z axis accelerometers 65a to 65c and the X, Y and Z axis gyros 66a to 66c are supplied with power from the power supply unit 101, and each output signal is transmitted to the X axis signal processing unit 102. The Y-axis signal processing unit 103 and the Z-axis signal processing unit 104 are configured to perform signal processing.

前記リハビリ用姿勢モニタ61は、実際に使用して姿勢をモニタする場合には、図1で示されるように、複数個を取付部材60を介して、取付対象50の腰、もも、足等の各部位に固定し、3軸加速度計65及び3軸ジャイロ66からの各出力信号がパソコン64に取り込まれて演算処理され、図6の歩行データに示されるような測定結果を得て、各部位の動作状態の把握を行うことができる。   When the posture monitor 61 for rehabilitation is actually used to monitor the posture, as shown in FIG. 1, a plurality of rehabilitation posture monitors 61 are attached to the waist, thighs, feet, etc. The output signals from the three-axis accelerometer 65 and the three-axis gyro 66 are taken into the personal computer 64 and processed to obtain measurement results as shown in the walking data of FIG. The operation state of the part can be grasped.

前述の場合、取付対象50の各部位はX,Y、Zの3軸方向において同じ動きをするのではなく、互いに異なる動きをすることになる。
そこで、本発明は、各部位に対し、3軸共高精度の小さい分解能の各加速度計65a〜65c及び各ジャイロ66a〜66cを用いるとスペース的にも、コスト的にも不利であるため、あまり大きい動作が発生しない軸方向の加速度計やジャイロのみの分解能を他のものよりも高分解能すなわち高精度検出型とし他のもの低精度検出型の安価構成として、1個のリハビリ用姿勢モニタ61内でも検出の軸方向によって分解能が異なるように構成されている。
In the above-described case, each part of the attachment target 50 does not move in the same three-axis directions of X, Y, and Z, but moves differently.
Therefore, the present invention is disadvantageous both in terms of space and cost when the accelerometers 65a to 65c and the gyroscopes 66a to 66c having a small resolution with high precision on both axes are used for each part. In the rehabilitation posture monitor 61, the resolution of only the accelerometer or gyroscope in the axial direction that does not cause a large movement is higher than that of the other, that is, the high-precision detection type and the low-cost configuration of the other low-precision detection type. However, the resolution is different depending on the detection axial direction.

例えば、1個のリハビリ用姿勢モニタ61の中において、ジャイロの場合、X、Y軸ジャイロ66a、66bは分解能をZ軸ジャイロ66cの分解能より大とし、Z軸ジャイロ66cは分解能を前記大よりも小とする。
また、加速度計の場合、X、Y軸加速度計65a、65bは分解能をZ軸加速度計65cの分解能より小とし、Z軸加速度計65cは分解能を前記小よりも大とする。
すなわち、本発明における分解能の定義は、分解能小が精度良く分解能精状態を示し、分解能大(前記小よりは大)が精度悪く(前記精度良くよりは悪い)分解能粗状態を示している。
従って、各リハビリ用姿勢モニタ61を用いる場合、その部位において動きが大きい軸方向(前記動きが小さい軸方向よりは大である)は分解能が大きく精度が悪い安価な加速度計又はジャイロを用い、その部位において動きが小さい軸方向(前記動きが大きい軸方向よりは小である)は分解能が小さく精度が良い高価な加速度計又はジャイロを用いている。
For example, in one rehabilitation posture monitor 61, in the case of a gyro, the resolution of the X and Y axis gyros 66a and 66b is larger than the resolution of the Z axis gyro 66c, and the resolution of the Z axis gyro 66c is larger than the above. Small.
In the case of an accelerometer, the resolution of the X and Y axis accelerometers 65a and 65b is smaller than the resolution of the Z axis accelerometer 65c, and the resolution of the Z axis accelerometer 65c is larger than the smaller one.
That is, in the definition of the resolution in the present invention, a small resolution indicates a fine resolution state with high accuracy, and a large resolution (larger than the small) indicates poor resolution (or worse than the high accuracy).
Therefore, when using each rehabilitation posture monitor 61, an inexpensive accelerometer or gyroscope having a large resolution and a low accuracy is used in the axial direction in which the movement is large (the movement is larger than the axial direction in which the movement is small). An expensive accelerometer or gyroscope with a small resolution and good accuracy is used in the axial direction where the movement is small in the region (smaller than the axial direction where the movement is large).

前述のように構成されたリハビリ用姿勢モニタ61は、前述のように、予め、動きの少ない(小さい)軸方向の検出を行う加速度計65a〜65cやジャイロ66a〜66cのみの分解能を前記各部位の状態に合わせて他の動きの大きい軸方向の分解能よりも小さく(精度が良く)なるように設定されており、腰用、もも用、足用、手用等のように各部位専用に予め構成されている。   As described above, the rehabilitation posture monitor 61 configured as described above has the resolutions of only the accelerometers 65a to 65c and the gyroscopes 66a to 66c that perform detection in a small (small) axial direction in advance as described above. It is set to be smaller (higher accuracy) than the other large axial resolution according to the condition of the body, and it is dedicated to each part such as for waist, thigh, foot, hand etc. Pre-configured.

従って、実際の使用に際しては、各リハビリ用姿勢モニタ61の本体100の表面に、各部位別用の表示がなされており、その部位に合わせて取付部材60で装着することにより、最適な検出を行うことができる。   Therefore, in actual use, a display for each part is displayed on the surface of the main body 100 of each rehabilitation posture monitor 61, and optimal detection is performed by attaching the attachment member 60 according to the part. It can be carried out.

本発明は、取付対象としては、人間に限ることなく、犬、ねこ等の動物、家畜にも適用できると共に、ロボットへの適用も可能である。   The present invention can be applied not only to human beings but also to animals such as dogs and cats and livestock, and also to robots.

本発明によるリハビリ用姿勢モニタ方法及びリハビリ用姿勢モニタを示す構成図である。It is a block diagram which shows the posture monitor for rehabilitation by this invention, and the posture monitor for rehabilitation. 図1の姿勢モニタ部の検出軸を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the detection axis of the attitude | position monitor part of FIG. 図4の要部を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the principal part of FIG. 本発明のデータ処理を示す概略図である。It is the schematic which shows the data processing of this invention. 図4の補正を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the correction | amendment of FIG. 本発明の歩行データを示す波形データである。It is waveform data which shows the walk data of this invention. 本発明におけるリハビリ用姿勢モニタの加速度計及びジャイロの構成図である。It is a block diagram of the accelerometer and gyro of the posture monitor for rehabilitation in this invention. 図7の斜視構成図である。FIG. 8 is a perspective configuration diagram of FIG. 7. 本発明によるリハビリ用姿勢モニタの構成図である。It is a block diagram of the posture monitor for rehabilitation by this invention. 図9の右側面図である。FIG. 10 is a right side view of FIG. 9. 従来構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows a conventional structure.

符号の説明Explanation of symbols

61 リハビリ用姿勢モニタ
62 6軸データ
63 慣性演算部
65 3軸加速度計
66 3軸ジャイロ
65a、65b、65c X、Y、Z軸加速度計
66a、66b、66c X、Y、Z軸ジャイロ
100 本体
102、103、104 X、Y、Z軸信号処理部
61 Rehabilitation posture monitor 62 6-axis data 63 Inertia calculation unit 65 3-axis accelerometer 66 3-axis gyro 65a, 65b, 65c X, Y, Z-axis accelerometers 66a, 66b, 66c X, Y, Z-axis gyro 100 Main body 102 , 103, 104 X, Y, Z axis signal processor

Claims (8)

本体(100)に設けられX、Y、Z軸加速度計(65a〜65c)及びX、Y、Z軸ジャイロ(66a〜66c)からなるリハビリ用姿勢モニタ(61)を用いて取付対象(50)の動作を検出するようにしたリハビリ用姿勢モニタリング方法において、
前記取付対象(50)の各部位に複数の前記リハビリ用姿勢モニタ(61)を設け、前記各リハビリ用姿勢モニタ(61)に設けられた前記X、Y、Z軸加速度計(65a〜65c)及びX、Y、Z軸ジャイロ(66a〜66c)の分解能は前記各部位の前記各軸の方向の動作に応じて異ならせて用いることを特徴とするリハビリ用姿勢モニタリング方法。
Installation target (50) using an X, Y, Z axis accelerometer (65a to 65c) and a rehabilitation posture monitor (61) comprising an X, Y, Z axis gyro (66a to 66c) provided on the main body (100) In the rehabilitation posture monitoring method for detecting the movement of
A plurality of the rehabilitation posture monitors (61) are provided in each part of the attachment target (50), and the X, Y, Z-axis accelerometers (65a to 65c) provided in the rehabilitation posture monitors (61) And a rehabilitation posture monitoring method, wherein the resolution of the X, Y, and Z axis gyros (66a to 66c) is varied depending on the movement of each part in the direction of each axis.
前記X、Y、Z軸加速度計(65a〜65c)及びX、Y、Z軸ジャイロ(66a〜66c)は、前記本体(100)内で各々独立して設けた状態で用いることを特徴とする請求項1記載のリハビリ用姿勢モニタリング方法。   The X, Y, and Z axis accelerometers (65a to 65c) and the X, Y, and Z axis gyros (66a to 66c) are used in a state of being provided independently in the main body (100). The rehabilitation posture monitoring method according to claim 1. 前記X、Y、Z軸加速度計(65a〜65c)及びX、Y、Z軸ジャイロ(66a〜66c)は、全体形状が箱型をなす前記本体(100)内に設けられて用いられることを特徴とする請求項1又は2記載のリハビリ用姿勢モニタリング方法。   The X, Y, and Z axis accelerometers (65a to 65c) and the X, Y, and Z axis gyros (66a to 66c) are provided and used in the main body (100) having a box shape as a whole. The rehabilitation posture monitoring method according to claim 1 or 2, characterized in that: 前記X、Y、Z軸加速度計(65a〜65c)の中、前記X、Y軸加速度計(65a,65b)の分解能は、前記Z軸加速度計(65c)の分解能より小であり、前記X、Y、Z軸ジャイロ(66a〜66c)の中、前記X、Y軸ジャイロ(66a,66b)の分解能は、前記Z軸ジャイロ(66c)の分解能より大であることを特徴とする請求項1ないし3の何れかに記載のリハビリ用姿勢モニタリング方法。   Among the X, Y and Z axis accelerometers (65a to 65c), the resolution of the X and Y axis accelerometers (65a and 65b) is smaller than the resolution of the Z axis accelerometer (65c). 2. The resolution of the X and Y axis gyros (66a, 66b) among the Y, Z axis gyros (66a to 66c) is larger than the resolution of the Z axis gyro (66c). 4. The rehabilitation posture monitoring method according to any one of 3 to 3. 全体形状が箱型をなす本体(100)と、前記本体(100)内に設けられた3軸のX、Y、Z軸加速度計(65a〜65c)及びX、Y、Z軸ジャイロ(66a〜66c)とからなり、前記X、Y、Z軸加速度計(65a〜65c)及びX、Y、Z軸ジャイロ(66a〜66c)は、前記3軸の中の1軸又は複数軸において加速度及び角速度の分解能を互いに異ならせた構成よりなることを特徴とするリハビリ用姿勢モニタ。   A main body (100) having a box shape as a whole, a triaxial X, Y, Z axis accelerometer (65a to 65c) and an X, Y, Z axis gyro (66a to 66a) provided in the main body (100) 66c), and the X, Y and Z axis accelerometers (65a to 65c) and the X, Y and Z axis gyroscopes (66a to 66c) are acceleration and angular velocity in one or more of the three axes. A posture monitor for rehabilitation characterized by having a configuration in which the resolutions are different from each other. 前記本体(100)には、電源部(101)、X、Y、Z軸信号処理部(102,103,104)が設けられていると共に、長手形状の取付部材(60)が設けられていることを特徴とする請求項4記載のリハビリ用姿勢モニタ。   The main body (100) is provided with a power supply unit (101), X, Y, and Z-axis signal processing units (102, 103, 104) and a longitudinal mounting member (60). The rehabilitation posture monitor according to claim 4. 前記X、Y、Z軸加速度計(65a〜65c)及びX、Y、Z軸ジャイロ(66a〜66c)はシリコン基板を用いた静電検出型よりなることを特徴とする請求項4又は5記載のリハビリ用姿勢モニタ。   6. The X, Y and Z axis accelerometers (65a to 65c) and the X, Y and Z axis gyros (66a to 66c) are of electrostatic detection type using a silicon substrate. Posture monitor for rehabilitation. 前記X、Y、Z軸加速度計(65a〜65c)の中、前記X、Y軸加速度計(65a,65b)の分解能は、前記Z軸加速度計(65c)の分解能より小であり、前記X、Y、Z軸ジャイロ(66a〜66c)の中、前記X、Y軸ジャイロ(66a,66b)の分解能は、前記Z軸ジャイロ(66c)の分解能より大であることを特徴とする請求項5ないし7の何れかに記載のリハビリ用姿勢モニタ。   Among the X, Y and Z axis accelerometers (65a to 65c), the resolution of the X and Y axis accelerometers (65a and 65b) is smaller than the resolution of the Z axis accelerometer (65c). The resolution of the X and Y axis gyros (66a, 66b) among the Y, Z axis gyros (66a to 66c) is larger than the resolution of the Z axis gyro (66c). The posture monitor for rehabilitation in any one of thru | or 7.
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