JP4559612B2 - 大腿の動きを歩行に対応させるための歪センサユニットベルト - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、身体に装着する、歪センサユニット付ベルトに関し、特に、大腿の動きを疑似歩行に対応する電気信号に変換するに適した、歪センサユニットベルトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
人工現実感（Virtual Reality：VR）の研究の一分野として、仮想空間を移動するためのシミュレータの研究がされている。身近なものでは、フライトシミュレータやバーチャルスキー、レーシングゲームなどがある。これらは、ハンドルやジョイスティックなどを操作することによって仮想空間を移動するものである。
【０００３】
人間の移動方法として最も日常的な方法は、足を使うことである。上記のフライトシミュレータなどの他に、最近では仮想空間を歩行するシミュレータが数多く開発されている。現在開発されている歩行インターフェースは、歩行移動時に生じるユーザの動きを相殺する手法に従って、トレッドミル型、Foot Pad型、スライド型、その他に分類することができる（野間、宮里、中津：“能動的歩行動作に対応した歩行感覚提示装置の開発”、日本バーチャルリアリティ学会論文誌、pp.４０７−４１５、１９９９．）。
【０００４】
上記トレッドミル型はベルト機構によりユーザの歩行動作を相殺する手法であり、ユーザの体に装置を装着する必要がないという利点があるものの、歩行方法がベルトの運転方向に限定され、また、ベルト装置のための余分な空間やコストを必要とする上、全周映像をプロジェクタ等で提示する場合に足下の視野が遮られるという欠点があった。
また、２つのペダルに両足を乗せ、被験者の足の動きに合わせてペダルを持ち上げるステッパー型もあるが、動力付きの機械を使用するために、トレッドミル型の場合と同様に、大型、高コスト、足下視野制限の問題がある。
【０００５】
身体装着型では、ローラースケート状のものを装着して左右の脚を交互に床上でスライドさせ、そのときの足の移動量を計測して空間移動する方法もあるが、下肢の運動が歩行と異なるスライド運動であり、また床との摩擦が小さい状態では転倒の可能性が増大するため、特にリハビリテーション目的の高齢者には安全性等の点で不適当である。
上記の欠点は、空間移動のための動作が歩行に近く、ユーザーの動きを実時間で検出することができる上、実際の移動を伴わない足踏み動作を利用することによって解決することができる。
【０００６】
足踏み動作の検出は、足の裏に圧力センサをつけることによっても可能である。しかしながらこの場合には、遊脚期には接地力情報が得られず、また接地力は歩容によって変化し、必ずしも歩行速度と比例関係にないため、歩行速度の連続的な実時間推定が困難であるという欠点があった。
この欠点は、連続的に計測可能でストライドとピッチの両者を反映する股関節角度情報を用いることによって解決することができる。
【０００７】
この場合の股関節角度情報を得る方法の一つとして歪センサを用いることができることは既に特願２０００−１１１９９８号明細書に記載した通りであるが、その時点で使用した歪センサは一対数十万円もする高価なものであっただけでなく、その使用方法も、腰の横に接着テープ等を用いて固定しなければならず、使用し難いものであった。そこで、本発明者らは、もっと安価で使用し易い歪センサユニットについて検討した結果、歪ゲージとして市販されている安価なセンサを短冊状の樹脂板に貼付し、該樹脂板の一端を腰ベルトに固定すると共に、他端を自由端とし、この自由端を常に大腿前面に接するように配した場合には、大腿の動きから股関節情報を取り出せるということを見い出し、本発明に到達した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の第１の目的は、大腿の動きから股関節角度情報を得るための、安価な歪センサユニットベルトを提供することにある。
本発明の第２の目的は、着脱が容易で使用者に与える負担が軽減された股関節角度情報を得るための歪センサユニットベルトを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記の目的は、大腿の動きを検知し、得られたデータを使用して疑似歩行に対応させるための歪センサユニットベルトであって、該ベルトが、着脱容易な腰ベルト、該腰ベルトに移動自在に配された２個の歪センサユニット固定部、及び該２個の歪センサユニット固定部の夫々に固定された歪センサユニットからなると共に、該歪センサユニットが、歪センサと一体化された短冊形の弾性板からなると共に、該弾性板の一方の端部が前記スライド部に固定され他方の端部が自由端となっており、該自由端が腰ベルト装着時に大腿前面に常に接触する如く配されてなることを特徴とする、大腿の動きを歩行に対応させるための歪センサユニットベルトによって達成された。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明で使用する腰ベルトは、通常のズボンや作業服等に使用するベルトであり、その材質は特に限定されるものではない。本発明においては、このベルトに移動自在のスライド部を２個設ける。このスライド部の形状や材質も特に限定されるものではないが、後述する歪センサと一体化された弾性板の端部を固定し得る材質及び形状であることが必要である。このような固定部は、例えば、内部にバンドを自由に出し入れし得る、対向する一対の側面が欠如した、薄い箱型のプラスチック製直方体であるが、当然これに限定されるものではない。例えば断面がＵ字状となるように折り返された樹脂板や金属板等であっても良い。固定部は、前記直方体形状の場合にはベルトに対してスライド自在となるが、Ｕ字形状の場合には腰ベルトから着脱自在となる。
【００１１】
本発明で使用する歪センサは、屈曲度を電気信号に再現性良く変換し得るものであれば良く、公知の歪センサの中から適宜選択すれば良いが、安価で使用し易いという観点から、導電性の長い細線を折り畳んで樹脂板等の表面に接着、蒸着、印刷したりすることにより製造したものであることが好ましい。このようにして設けられた導電性細線部を屈曲させると、その時の歪の程度によって導電性が変化するので、この変化を電圧の変化として取り出すことにより、歪の程度を電気信号として検出することができる。
【００１２】
本発明における、歪センサと一体化された短冊形の弾性板（センサユニット）とは、短冊形の弾性板の少なくとも一方の表面に歪センサを有する、塩ビ、ポリエステル等、公知のプラスチックやゴム類或いは表面に絶縁層を有する金属板等の中から適宜選択することのできる弾性板である。この歪センサが、前記の如く、予め樹脂板等に導電性細線を付着させたものである時は、該樹脂板等を前記短冊形弾性板に接着剤等を用いて貼付しても良いが、導電性細線を付着させるセンサ基体となる樹脂板等自体を短冊形弾性板とすることもできる。
【００１３】
本発明においては、温度等の影響を補償して歪測定の精度をあげるという観点から、短冊形樹脂板の両面に歪センサを配することが好ましい。また、歪センサの検知部分がむき出しにならないように、樹脂フィルム等で被覆したり、樹脂板等で挟むことが好ましい。更にリード線を出してセンサユニット全体を袋に収納しても良い。
【００１４】
センサユニットの前記固定部への固定は、センサユニットの短冊形弾性板の一端を固定部の前面又は背面に、接着剤、ボルト、ベルトのバックル裏面に設けられたような圧着手段等、公知の手段から適宜選択された手段によって行えば良い。この固定は、本発明の歪センサユニットベルトを装着したときに、短冊形弾性板の他端である自由端が大腿前面に常に接するように行う。
このような固定は、センサユニットの自由端が腰ベルトの内側に入るように傾斜させて行うことにより、及び／又は、自由端の内側に大腿と接触する凸部を設けることにより行うことができる。上記凸部は、本発明の歪センサユニットベルトを装着して足踏みした時に、ズボンを損傷させたり、使用者に不自然さを感じさせないようにする等の観点から適宜設計することができるが、特に、棒状、船底状、又は半球状であることが好ましい。このような凸部は、短冊形弾性板の自由端に後から接着剤等を用いて取り付けることもできるが、短冊形弾性板製造時に、一体成形しても良い。
【００１５】
以下、本発明を図面によって更に詳述する。図１は本発明の歪センサユニットベルトを装着した使用状態を示す正面図であり、図２は側面図である。図中の符号１は歪センサユニットベルト、２は固定部、３は歪センサユニットである。固定部は、腰ベルトのどこへでも移動可能に配されている。歪ゲージ等のセンサは、破損防止の観点から、たわみが大き過ぎない、固定部近傍に配されることが好ましい。図３は、歪ゲージを利用した歪センサユニットの断面図である。図中の符号４は短冊形弾性板、５は歪ゲージの基材樹脂シート、６は導電性の細線である。導電性の細線としては、銅、アルミニウム、銀、金等の金属線や蒸着膜等の他、導電性ペーストの乾燥膜等が挙げられる。
【００１６】
本発明の歪センサユニットベルトを装着して足踏みをすると、歪センサユニットの自由端が大腿の動きに応じて屈曲する。この屈曲に従って、歪センサユニット中の歪ゲージが変形するので、センサ中の導電性細線等が短縮または伸縮する。導電性細線が短縮すれば、細線の断面積が大きくなるので電気抵抗が減少し、伸張すれば細線の断面積が小さくなるので電気抵抗が増大する。
この電気抵抗の変化を検出することにより、足踏み時の大腿の動きから股関節角度の変化に対応する電気信号が得られるので、この信号を疑似歩行のデータとすることができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の歪センサユニットベルトは脱着が容易である上、装着によって特に不自然さを感じさせないので使用者に負担を与えることがない。また、汎用されている歪センサを使用することができるので安価であり、足踏みを疑似歩行に変換させるバーチャルリアリティー関連産業には特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の歪センサユニットベルトを装着した正面図である。
【図２】本発明の歪センサユニットベルトを装着した側面図である。
【図３】本発明の歪センサユニットの例を示す断面図である。
【図４】大腿との接触部に凸部を有する歪センサユニットの、凸部側から見た平面図の例である。
【符号の説明】
１ 歪センサユニットベルト
２ 固定部
３ 歪センサユニット
４ 短冊形弾性板
５ 歪ゲージの基材樹脂シート
６ 導電性の細線
７ センサ
８ 凸部
【発明の属する技術分野】
本発明は、身体に装着する、歪センサユニット付ベルトに関し、特に、大腿の動きを疑似歩行に対応する電気信号に変換するに適した、歪センサユニットベルトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
人工現実感（Virtual Reality：VR）の研究の一分野として、仮想空間を移動するためのシミュレータの研究がされている。身近なものでは、フライトシミュレータやバーチャルスキー、レーシングゲームなどがある。これらは、ハンドルやジョイスティックなどを操作することによって仮想空間を移動するものである。
【０００３】
人間の移動方法として最も日常的な方法は、足を使うことである。上記のフライトシミュレータなどの他に、最近では仮想空間を歩行するシミュレータが数多く開発されている。現在開発されている歩行インターフェースは、歩行移動時に生じるユーザの動きを相殺する手法に従って、トレッドミル型、Foot Pad型、スライド型、その他に分類することができる（野間、宮里、中津：“能動的歩行動作に対応した歩行感覚提示装置の開発”、日本バーチャルリアリティ学会論文誌、pp.４０７−４１５、１９９９．）。
【０００４】
上記トレッドミル型はベルト機構によりユーザの歩行動作を相殺する手法であり、ユーザの体に装置を装着する必要がないという利点があるものの、歩行方法がベルトの運転方向に限定され、また、ベルト装置のための余分な空間やコストを必要とする上、全周映像をプロジェクタ等で提示する場合に足下の視野が遮られるという欠点があった。
また、２つのペダルに両足を乗せ、被験者の足の動きに合わせてペダルを持ち上げるステッパー型もあるが、動力付きの機械を使用するために、トレッドミル型の場合と同様に、大型、高コスト、足下視野制限の問題がある。
【０００５】
身体装着型では、ローラースケート状のものを装着して左右の脚を交互に床上でスライドさせ、そのときの足の移動量を計測して空間移動する方法もあるが、下肢の運動が歩行と異なるスライド運動であり、また床との摩擦が小さい状態では転倒の可能性が増大するため、特にリハビリテーション目的の高齢者には安全性等の点で不適当である。
上記の欠点は、空間移動のための動作が歩行に近く、ユーザーの動きを実時間で検出することができる上、実際の移動を伴わない足踏み動作を利用することによって解決することができる。
【０００６】
足踏み動作の検出は、足の裏に圧力センサをつけることによっても可能である。しかしながらこの場合には、遊脚期には接地力情報が得られず、また接地力は歩容によって変化し、必ずしも歩行速度と比例関係にないため、歩行速度の連続的な実時間推定が困難であるという欠点があった。
この欠点は、連続的に計測可能でストライドとピッチの両者を反映する股関節角度情報を用いることによって解決することができる。
【０００７】
この場合の股関節角度情報を得る方法の一つとして歪センサを用いることができることは既に特願２０００−１１１９９８号明細書に記載した通りであるが、その時点で使用した歪センサは一対数十万円もする高価なものであっただけでなく、その使用方法も、腰の横に接着テープ等を用いて固定しなければならず、使用し難いものであった。そこで、本発明者らは、もっと安価で使用し易い歪センサユニットについて検討した結果、歪ゲージとして市販されている安価なセンサを短冊状の樹脂板に貼付し、該樹脂板の一端を腰ベルトに固定すると共に、他端を自由端とし、この自由端を常に大腿前面に接するように配した場合には、大腿の動きから股関節情報を取り出せるということを見い出し、本発明に到達した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の第１の目的は、大腿の動きから股関節角度情報を得るための、安価な歪センサユニットベルトを提供することにある。
本発明の第２の目的は、着脱が容易で使用者に与える負担が軽減された股関節角度情報を得るための歪センサユニットベルトを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記の目的は、大腿の動きを検知し、得られたデータを使用して疑似歩行に対応させるための歪センサユニットベルトであって、該ベルトが、着脱容易な腰ベルト、該腰ベルトに移動自在に配された２個の歪センサユニット固定部、及び該２個の歪センサユニット固定部の夫々に固定された歪センサユニットからなると共に、該歪センサユニットが、歪センサと一体化された短冊形の弾性板からなると共に、該弾性板の一方の端部が前記スライド部に固定され他方の端部が自由端となっており、該自由端が腰ベルト装着時に大腿前面に常に接触する如く配されてなることを特徴とする、大腿の動きを歩行に対応させるための歪センサユニットベルトによって達成された。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明で使用する腰ベルトは、通常のズボンや作業服等に使用するベルトであり、その材質は特に限定されるものではない。本発明においては、このベルトに移動自在のスライド部を２個設ける。このスライド部の形状や材質も特に限定されるものではないが、後述する歪センサと一体化された弾性板の端部を固定し得る材質及び形状であることが必要である。このような固定部は、例えば、内部にバンドを自由に出し入れし得る、対向する一対の側面が欠如した、薄い箱型のプラスチック製直方体であるが、当然これに限定されるものではない。例えば断面がＵ字状となるように折り返された樹脂板や金属板等であっても良い。固定部は、前記直方体形状の場合にはベルトに対してスライド自在となるが、Ｕ字形状の場合には腰ベルトから着脱自在となる。
【００１１】
本発明で使用する歪センサは、屈曲度を電気信号に再現性良く変換し得るものであれば良く、公知の歪センサの中から適宜選択すれば良いが、安価で使用し易いという観点から、導電性の長い細線を折り畳んで樹脂板等の表面に接着、蒸着、印刷したりすることにより製造したものであることが好ましい。このようにして設けられた導電性細線部を屈曲させると、その時の歪の程度によって導電性が変化するので、この変化を電圧の変化として取り出すことにより、歪の程度を電気信号として検出することができる。
【００１２】
本発明における、歪センサと一体化された短冊形の弾性板（センサユニット）とは、短冊形の弾性板の少なくとも一方の表面に歪センサを有する、塩ビ、ポリエステル等、公知のプラスチックやゴム類或いは表面に絶縁層を有する金属板等の中から適宜選択することのできる弾性板である。この歪センサが、前記の如く、予め樹脂板等に導電性細線を付着させたものである時は、該樹脂板等を前記短冊形弾性板に接着剤等を用いて貼付しても良いが、導電性細線を付着させるセンサ基体となる樹脂板等自体を短冊形弾性板とすることもできる。
【００１３】
本発明においては、温度等の影響を補償して歪測定の精度をあげるという観点から、短冊形樹脂板の両面に歪センサを配することが好ましい。また、歪センサの検知部分がむき出しにならないように、樹脂フィルム等で被覆したり、樹脂板等で挟むことが好ましい。更にリード線を出してセンサユニット全体を袋に収納しても良い。
【００１４】
センサユニットの前記固定部への固定は、センサユニットの短冊形弾性板の一端を固定部の前面又は背面に、接着剤、ボルト、ベルトのバックル裏面に設けられたような圧着手段等、公知の手段から適宜選択された手段によって行えば良い。この固定は、本発明の歪センサユニットベルトを装着したときに、短冊形弾性板の他端である自由端が大腿前面に常に接するように行う。
このような固定は、センサユニットの自由端が腰ベルトの内側に入るように傾斜させて行うことにより、及び／又は、自由端の内側に大腿と接触する凸部を設けることにより行うことができる。上記凸部は、本発明の歪センサユニットベルトを装着して足踏みした時に、ズボンを損傷させたり、使用者に不自然さを感じさせないようにする等の観点から適宜設計することができるが、特に、棒状、船底状、又は半球状であることが好ましい。このような凸部は、短冊形弾性板の自由端に後から接着剤等を用いて取り付けることもできるが、短冊形弾性板製造時に、一体成形しても良い。
【００１５】
以下、本発明を図面によって更に詳述する。図１は本発明の歪センサユニットベルトを装着した使用状態を示す正面図であり、図２は側面図である。図中の符号１は歪センサユニットベルト、２は固定部、３は歪センサユニットである。固定部は、腰ベルトのどこへでも移動可能に配されている。歪ゲージ等のセンサは、破損防止の観点から、たわみが大き過ぎない、固定部近傍に配されることが好ましい。図３は、歪ゲージを利用した歪センサユニットの断面図である。図中の符号４は短冊形弾性板、５は歪ゲージの基材樹脂シート、６は導電性の細線である。導電性の細線としては、銅、アルミニウム、銀、金等の金属線や蒸着膜等の他、導電性ペーストの乾燥膜等が挙げられる。
【００１６】
本発明の歪センサユニットベルトを装着して足踏みをすると、歪センサユニットの自由端が大腿の動きに応じて屈曲する。この屈曲に従って、歪センサユニット中の歪ゲージが変形するので、センサ中の導電性細線等が短縮または伸縮する。導電性細線が短縮すれば、細線の断面積が大きくなるので電気抵抗が減少し、伸張すれば細線の断面積が小さくなるので電気抵抗が増大する。
この電気抵抗の変化を検出することにより、足踏み時の大腿の動きから股関節角度の変化に対応する電気信号が得られるので、この信号を疑似歩行のデータとすることができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の歪センサユニットベルトは脱着が容易である上、装着によって特に不自然さを感じさせないので使用者に負担を与えることがない。また、汎用されている歪センサを使用することができるので安価であり、足踏みを疑似歩行に変換させるバーチャルリアリティー関連産業には特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の歪センサユニットベルトを装着した正面図である。
【図２】本発明の歪センサユニットベルトを装着した側面図である。
【図３】本発明の歪センサユニットの例を示す断面図である。
【図４】大腿との接触部に凸部を有する歪センサユニットの、凸部側から見た平面図の例である。
【符号の説明】
１ 歪センサユニットベルト
２ 固定部
３ 歪センサユニット
４ 短冊形弾性板
５ 歪ゲージの基材樹脂シート
６ 導電性の細線
７ センサ
８ 凸部
Claims (4)
- 大腿の動きを検知し、得られたデータを使用して疑似歩行に対応させるための歪センサユニットベルトであって、該ベルトが、着脱容易な腰ベルト、該腰ベルトに移動自在に配された２個の歪センサユニット固定部、及び該２個の歪センサユニット固定部の夫々に固定された歪センサユニットからなると共に、該歪センサユニットが、歪センサと一体化された短冊形の弾性板からなると共に、該弾性板の一方の端部が前記スライド部に固定され他方の端部が自由端となっており、該自由端が腰ベルト装着時に大腿前面に常に接触する如く配されてなることを特徴とする、大腿の動きを歩行に対応させるための歪センサユニットベルト。
- 弾性板の自由端を常に大腿に接触させるために、該自由端が、腰ベルト装着時の腰ベルトより内側に位置するように、前記弾性板が前記スライド部に固定されてなる、請求項１に記載された大腿の動きを歩行に対応させるための歪センサユニットベルト。
- 前記弾性板における自由端の大腿と接触する部分に半球状凸部を有する、請求項１又は２に記載された大腿の動きを歩行に対応させるための歪センサユニットベルト。
- 凸部が棒状、船底状又は半球状である、請求項３に記載された歪センサユニットベルト。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000347935A JP4559612B2 (ja) | 2000-11-15 | 2000-11-15 | 大腿の動きを歩行に対応させるための歪センサユニットベルト |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000347935A JP4559612B2 (ja) | 2000-11-15 | 2000-11-15 | 大腿の動きを歩行に対応させるための歪センサユニットベルト |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002143129A JP2002143129A (ja) | 2002-05-21 |
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Family
ID=18821590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000347935A Expired - Fee Related JP4559612B2 (ja) | 2000-11-15 | 2000-11-15 | 大腿の動きを歩行に対応させるための歪センサユニットベルト |
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| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10034811B2 (en) | 2015-08-28 | 2018-07-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus for calculating assistance torques |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7981057B2 (en) * | 2002-10-11 | 2011-07-19 | Northrop Grumman Guidance And Electronics Company, Inc. | Joint motion sensing to make a determination of a positional change of an individual |
| JP6169082B2 (ja) * | 2011-09-24 | 2017-07-26 | プレジデント・アンド・フェロウズ・オブ・ハーバード・カレッジ | 人工皮膚および弾性歪みセンサ |
-
2000
- 2000-11-15 JP JP2000347935A patent/JP4559612B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10034811B2 (en) | 2015-08-28 | 2018-07-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus for calculating assistance torques |
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|---|---|
| JP2002143129A (ja) | 2002-05-21 |
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