JP4770599B2 - バランス測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、載置板に載った被検者の重心位置を複数の重量センサに掛かる重量から測定するバランス測定装置に関するものである。

従来より、被検者（被験者）の重心位置を測定することができるバランス測定装置が知られている（例えば特許文献１参照）。これは、三つ以上の重量センサを設けて各重量センサに掛かる重量から重心位置を求めるもので、例えば特許文献１に示すものにおいては、被検者が載る略三角形状をした載置板の各角部の下面側に重量センサを取り付け、前記各重量センサの出力より被検者の重心位置を演算により求めて、その重心位置の移動軌跡等の挙動を表示装置の平面のグラフ上に表示するものである。

上述したようなバランス計測機能付体重計では、被検者がその載置板に載って各重量センサによる重量計側を行い、重量センサで計測した重量値から演算によって重心位置を算出するのであるが、被検者が載置板に載る際の足の位置が位置決めされている必要があるため、特許文献１に示される従来例においては、載置板の中心部に目印が付してあり、この目印が両足の中心部に位置するように被検者が目で見ながら足を載置板に載せるものであった。しかし、このように載置板に載せる足の位置を目視により決めると、測定する毎に異なる位置に足を載置してしまい、両足の中心位置を載置板の中心部（原点）に正確に合わせるのが困難であった。そこで載置板の上面に、踵や爪先や足の側面等を当てて足の位置を決める足位置決め部を設け、毎回載置板の同じ位置に容易に足を載せることができるものが考えられた。

しかしながら、被検者の足のサイズが異なると、足位置決め部に踵や爪先や足の側面等を当てて足の位置を決めても、両足の中心位置が載置板の同じ位置に位置することがなく、足のサイズの相違による補正が必要となってきた。
特許第２７６０４７２号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被検者が載置板の所定位置に容易に足を載せることができると共に、被検者の足のサイズによる補正を行うことができるバランス測定装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために請求項１に係る発明にあっては、載置板１の下面に設置される三つ以上の重量センサ２と、各重量センサ２で計測した重量値より重心位置を演算して求める演算手段３と、前記演算手段３で求めた重心位置を表示用の平面上に表示する表示手段４と、載置板１の上面に載せる被検者の足の踵の位置を決める踵位置決め部５１又は爪先の位置を決める爪先位置決め部５２と、載置板１の上面に載せる被検者の足の内側面の位置を決める内側面位置決め部５３ａ又は外側面の位置を決める外側面位置決め部５３ｂと、被検者の足のサイズを入力する足サイズ入力手段６と、足サイズ入力手段６より入力された足のサイズと演算手段３により求めた重心位置とを基に表示手段４にて表示する重心位置を補正する補正手段７を備えて成ることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、被検者が載置板１の所定位置に容易に足を載せることができると共に、被検者の足のサイズの相違による補正を行うことができる。

また、請求項２に係る発明にあっては、請求項１に係る発明において、載置板１の下面に複数の重量センサ２を前後の間隔がＤで且つ左右の間隔がＷとなるように左右対称に設置し、踵位置決め部５１を後側の重量センサ２の位置に形成すると共に、内側面位置決め部５３ａ又は外側面位置決め部５３ｂを左右対称な位置に形成し、足サイズ入力手段６より入力された足のサイズをＬとした場合、表示手段４にて表示する重心位置の座標［Ｘ´，Ｙ´］を、演算手段３により算出した重心位置［Ｘ，Ｙ］（Ｘは複数の重量センサ２の中心位置を原点として右方を正、Ｙは複数の重量センサ２の中心位置を原点として前方を正とする）に対して、
Ｘ´＝Ｘ
Ｙ´＝Ｙ＋Ｄ／２×（１−Ｌ／Ｄ）
と補正する補正手段７を備えて成ることを特徴とするとするものである。

このような構成とすることで、踵を載置板１の所定の位置（踵位置決め部５１）に載せるものにおいて、被検者が載置板１の所定位置に容易に足を載せることができると共に、被検者の足のサイズの相違による補正を行うことができる。

また、請求項３に係る発明にあっては、請求項１に係る発明において、載置板１の下面に複数の重量センサ２を前後の間隔がＤで且つ左右の間隔がＷとなるように左右対称に設置し、爪先位置決め部５２を前側の重量センサ２の位置に形成すると共に、内側面位置決め部５３ａ又は外側面位置決め部５３ｂを左右対称な位置に形成し、足サイズ入力手段６より入力された足のサイズをＬとした場合、表示手段４にて表示する重心位置の座標［Ｘ´，Ｙ´］を、演算手段３により算出した重心位置［Ｘ，Ｙ］（Ｘは複数の重量センサ２の中心位置を原点として右方を正、Ｙは複数の重量センサ２の中心位置を原点として前方を正とする）に対して、
Ｘ´＝Ｘ
Ｙ´＝Ｙ−Ｄ／２×（１−Ｌ／Ｄ）
と補正する補正手段７を備えて成ることを特徴とするとするものである。

このような構成とすることで、爪先を載置板１の所定の位置（爪先位置決め部５２）に載せるものにおいて、被検者が載置板１の所定位置に容易に足を載せることができると共に、被検者の足のサイズの相違による補正を行うことができる。

本発明にあっては、被検者が載置板の所定位置に容易に足を載せることができると共に、被検者の足のサイズの相違による補正を行うことができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。

本実施形態におけるバランス測定装置は、図４乃至図６に示すように、載置板１の下面に設置される三つ以上の重量センサ２と、前記各重量センサ２で計測した重量値から二次元の重心位置を演算により求める演算手段３と、前記演算手段３にて求められる重心位置を表示する表示手段４と、被検者の体重を表示する体重表示部８と、重量センサ２での計測値から重心位置を求めるための演算式や求めた重心位置を記憶する半導体メモリ等からなる記憶装置９と、被検者の足のサイズ（足の前後長さ）を入力する足サイズ入力手段６と、後述する足位置決め部５及び補正手段７とを備えており、本実施形態では、平面視長方形状（ここでは略正方形状）をした載置板１と、載置板１の下側に空間を介して配置される裏板（図示せず）とを備え、前記平面視長方形状をした載置板１の四つの角部の下面と裏板の上面との間にそれぞれ重量センサ２を配設し、重量センサ２で計測した重量値の取得や演算手段３における演算の指令、表示手段４での表示の指令等の全体を制御するＣＰＵ等からなる制御部（図示せず）を備えている。

更に本実施形態のバランス測定装置は、載置板１上面の足裏が載置される部分に生体インピーダンスを計測する電極Ｄと、図示しないが、被検者の性別、年齢、身長を入力する入力手段と、体脂肪率を演算により求める演算部（上記制御部が兼ねている）と、体脂肪率を表示する体脂肪率表示部とを備え、上記記憶装置９は体脂肪率を算出するための演算式も記憶しており、演算手段３が記憶装置９より前記演算式を読み込んで、この演算式に計測した生体インピーダンスおよび入力された被検者の身体データを代入して体脂肪率を算出し、体脂肪率表示部に体脂肪率を表示するものである。このように本実施形態のバランス測定装置は体脂肪率等を測定可能な体重計としての機能を備えている。

演算手段３では、上記四つの重量センサ２から計測した重量値を得ると共に、上記記憶手段から重心位置を求めるための演算式を読み込んで、演算式に各重量値を代入して二次元の重心位置を演算して求めるものである。重量センサ２は、一般的には、鉛直方向に垂直な同一平面上に全てが一直線状に並ばないように三つ以上配置されていればよく、各重量センサ２にて計測される重量値から前記平面上における重心位置が特定されるもので、重心位置はＸ−Ｙ座標ならばＸ、Ｙの値として出力され、極座標ならば中心からの距離ｒ、偏角θの値として出力される。具体的な演算式は省略するが、モーメントのつりあい等から容易に求めることができる。

表示手段４は、例えば液晶画面からなる座標平面を有し、重心位置を表示するもので、パソコンや液晶ＴＶ、携帯電話の画面等のように写真画像・映像を表示するような小さな画素のもの（インチ当り１００〜３００ピクセル）や、あるいは、一つの画素が１ｍｍ〜２ｃｍ程度で、体重計に載った被検者から見て点状ではなく一定範囲の領域と認識するような大きさに形成してあるものや、あるいは数字や記号で表示するもの等、特に限定されない。

足位置決め部５は、載置板１の上面に載置される被検者の足の前後及び左右の位置決めを行なうためのものである。図１乃至図６に示す実施形態では、踵の後部が当接する踵位置決め部５１と、足の内側の側面（特に母子球の側面）が当接する外向きの内側面位置決め部５３ａとを有するもので、載置板１の上面に足が載置される凹部を凹設してその後側の前向きの側面を踵位置決め部５１とし、内側の外向きの側面を内側面位置決め部５３ａとしている。

また、内側面位置決め部５３ａを形成する代わりに、図７（ｂ）に示すように足の外側の側面が当接する外側面位置決め部５３ｂを形成してもよく、足の内側又は外側の側面が当接する側面位置決め部５３であればよい。側面位置決め部５３は、足の内側又は外側の側面の前後方向の少なくとも二箇所が接触するもので、これにより載置板１上に載せる足の左右の位置が位置決めされる。

また、踵位置決め部５１を形成する代わりに、図７（ａ）に示すように爪先の前部が当接する爪先位置決め部５２を形成してもよい。踵位置決め部５１又は爪先位置決め部５２により、載置板１上に載せる足の前後の位置が位置決めされる。

なお、足位置決め部５は、上記図１乃至図６、図７（ａ）に示す実施形態では載置板１の上面に足が載置される凹部を凹設して設けてあり、図７（ｂ）に示す実施形態では載置板１の上面に凸部を突設して設けてあるが、この他に、載置板１の上面に踵や爪先や足の外側又は内側を合わせるための線・溝等を設けたり、絵図を描画したりして足位置決め部５を設けてもよい。

足を載置板１の所定位置に載せる動作としては、例えば踵の後端を踵位置決め部５１の前面に当接させるか爪先の前端を爪先位置決め部５２の後面に当接させてから、足首をひねって母子球を内側面位置決め部５３ａに当接させるか足の外端部を外側面位置決め部５３ｂに当接させて足を載せたり、あるいは、母子球と踵の側面を内側面位置決め部５３ａに当接させた状態で、足を後方にずらして踵の後端を踵位置決め部５１の前面に当接させたり足を前方にずらして爪先の前端を爪先位置決め部５２の後面に当接させたりして足を載せるもので、足の大きさや形状に拘わらず、どんな被検者でも何時も容易に踵を踵位置決め部５１に位置させるか爪先を爪先位置決め部５２に位置させることができる。

ここで、バランス測定装置の基本的な操作について説明する。

被検者が体重計測を行うにあたり、体重計の電源スイッチ（特に図示せず）をオンにして載置板１に載ると、載置板１の四隅の重量センサ２により重量値が計測され、被検者の体重が計測される。体重は、演算手段３が記憶手段より体重を算出するための演算式（各重量センサ２にて計測された重量値の合計を求める式）を読み込み、各重量値を代入して被検者の体重を算出して体重表示部８に体重を表示するものである。そして体重を算出するのと同様に、演算手段３が記憶装置９より重心位置を求めるための演算式を読み込んで、各重量センサ２の重量値を代入して重心位置の座標を算出する。

一般的に、人の本来の重心位置は、平面視において、前後方向は足の爪先から踵までの中央であり且つ左右方向は左右の足間の中央である足の中心位置と一致しているが、姿勢が悪いと重心位置が足の中心位置Ｇ_０（図１乃至図３参照）からずれてしまう。そこでバランス測定装置により重心位置のずれを測定するのであるが、このために、足の中心位置Ｇ_０を重量センサ２による重心位置の算出の原点Ｏ（すなわち、重量センサ２を頂点とする多角形の中心（重心）位置で、本実施形態では、前後の長さがＤ、左右の長さがＷの長方形の頂点の位置に四つの重量センサ２を設置してあり、その中心。図１乃至図３参照）に合わせる必要がある。なお、重量センサ２は本実施形態のように長方形の頂点の位置に設置する以外に、例えば等脚台形や二等辺三角形の頂点の位置に設置してもよく、このように左右対称な多角形の頂点に設置することで、左右非対称に設置する場合と比べて重心位置の算出が容易になって、計算のための負荷が軽くなり計算速度も上昇する。

補正方法について以下に説明する。

足のサイズをＬとする。ここで、Ｘ−Ｙ座標を、上記原点Ｏを原点として平面視右方向をＸ座標の正方向、前方向をＹ座標の正方向と定める。この時、踵位置決め部５１のＹ座標の値は−Ｄ／２であるので、足の中心位置Ｇ_０のＹ座標の値は−Ｄ／２＋Ｌ／２となる。また、内側面位置決め部５３ａ又は外側面位置決め部５３ｂを載置板１の左右対称な位置に形成することで、足の中心位置Ｇ_０のＸ座標の値は０となる。そして、重量センサ２及び演算手段３にて算出した重心位置の座標を［Ｘ，Ｙ］とする。

これに対し、表示手段４にて表示する重心位置は、本来の重心位置（すなわち足の中心位置Ｇ_０）を原点とする座標系（これをＸ´−Ｙ´座標とする）であるため、この座標を［Ｘ´，Ｙ´］とすると、上記足の中心位置Ｇ_０の座標から、
Ｘ´＝Ｘ
Ｙ´＝Ｙ＋Ｄ／２×（１−Ｌ／Ｄ）
となり、Ｙ座標に補正値Δｙ＝Ｄ／２×（１−Ｌ／Ｄ）を加算して補正すればよいことがわかる。

例えば図２に示すように足のサイズＬがＤである場合、
Ｘ´＝Ｘ
Ｙ´＝Ｙ＋Ｄ／２×（１−Ｄ／Ｄ）
＝Ｙ
となり、結果的に補正は必要ない。

また、例えば図３に示すように足のサイズＬがＤ／２である場合、
Ｘ´＝Ｘ
Ｙ´＝Ｙ＋Ｄ／２×（１−Ｄ／２／Ｄ）
＝Ｙ＋Ｄ／４
となり、Ｄ／４の補正が必要となる。

また、図７（ａ）に示す実施形態のように爪先位置決め部５２にて位置決めを行う場合、爪先位置決め部５２のＹ座標の値はＤ／２であるので、足の中心位置Ｇ_０のＹ座標の値はＤ／２−Ｌ／２となる。これより、上述したのと同様にして、
Ｘ´＝Ｘ
Ｙ´＝Ｙ−Ｄ／２×（１−Ｌ／Ｄ）
となり、Ｙ座標に補正値Δｙ＝−Ｄ／２×（１−Ｌ／Ｄ）を加算して補正すればよいことがわかる。

次に、他の実施形態について図８に基づいて説明する。図１乃至図６に示す実施形態では、踵位置決め部５１を後側の重量センサ２を設置した位置に設けてあり、Ｙ座標に補正値Δｙ＝Ｄ／２×（１−Ｌ／Ｄ）を加算して補正するものであった。

これに対し、図８に示す実施形態では、踵位置決め部５１が後側の重量センサ２を設置した位置から前方にｄずれた位置に設けてある。このため、Δｙ＝Ｄ／２×（１−Ｌ／Ｄ）−ｄとなり、
Ｘ´＝Ｘ
Ｙ´＝Ｙ＋Ｄ／２×（１−Ｌ／Ｄ）−ｄ
と補正することになる。

また、図示はしないが、爪先位置決め部５１が前側の重量センサ２を設置した位置から後方にｄずれた位置に設けてある場合には、Δｙ＝−Ｄ／２×（１−Ｌ／Ｄ）＋ｄとなり、
Ｘ´＝Ｘ
Ｙ´＝Ｙ−Ｄ／２×（１−Ｌ／Ｄ）＋ｄ
と補正することになる。

本発明のバランス測定装置にあっては、足のサイズの異なる被検者が両足を載置板１の所定位置に容易に安定して置くことができ、かつ、足のサイズによる重心のずれを補正して、重心位置を正確に求めることができる。

なお、上述した補正方法はバランス測定に関する全ての測定器に利用することができる。

本発明のバランス測定装置の載置板に平均的な足を載せた状態の平面図である。 同上の載置板に大きな足を載せた状態の平面図である。 同上の載置板に小さな足を載せた状態の平面図である。 本発明のバランス測定装置の主要部の構成図である。 本発明のバランス測定装置の斜視図である。 同上の平面図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ他例の載置板を備えたバランス測定装置の平面図である。 他の実施形態の載置板に足を載せた状態の平面図である。

符号の説明

１ 載置板
２ 重量センサ
３ 演算手段
４ 表示手段
５１ 踵位置決め部
５２ 爪先位置決め部
５３ 側面位置決め部
５３ａ 内側面位置決め部
５３ｂ 外側面位置決め部
７ 補正手段
８ 体重表示部
９ 記憶装置
Ｄ 電極
Ｇ_０ 重心
Ｏ 原点

Claims (3)

1. 載置板の下面に設置される三つ以上の重量センサと、各重量センサで計測した重量値より重心位置を演算して求める演算手段と、前記演算手段で求めた重心位置を表示用の平面上に表示する表示手段と、載置板の上面に載せる被検者の足の踵の位置を決める踵位置決め部又は爪先の位置を決める爪先位置決め部と、載置板の上面に載せる被検者の足の内側面の位置を決める内側面位置決め部又は外側面の位置を決める外側面位置決め部と、被検者の足のサイズを入力する足サイズ入力手段と、足サイズ入力手段より入力された足のサイズと演算手段により求めた重心位置とを基に表示手段にて表示する重心位置を補正する補正手段を備えて成ることを特徴とするバランス測定装置。
2. 載置板の下面に複数の重量センサを前後の間隔がＤで且つ左右の間隔がＷとなるように左右対称に設置し、踵位置決め部を後側の重量センサの位置に形成すると共に、内側面位置決め部又は外側面位置決め部を左右対称な位置に形成し、足サイズ入力手段より入力された足のサイズをＬとした場合、表示手段にて表示する重心位置の座標［Ｘ´，Ｙ´］を、演算手段により算出した重心位置［Ｘ，Ｙ］（Ｘは複数の重量センサの中心位置を原点として右方を正、Ｙは複数の重量センサの中心位置を原点として前方を正とする）に対して、
   Ｘ´＝Ｘ
   Ｙ´＝Ｙ＋Ｄ／２×（１−Ｌ／Ｄ）
   と補正する補正手段を備えて成ることを特徴とする請求項１記載のバランス測定装置。
3. 載置板の下面に複数の重量センサを前後の間隔がＤで且つ左右の間隔がＷとなるように左右対称に設置し、爪先位置決め部を前側の重量センサの位置に形成すると共に、内側面位置決め部又は外側面位置決め部を左右対称な位置に形成し、足サイズ入力手段より入力された足のサイズをＬとした場合、表示手段にて表示する重心位置の座標［Ｘ´，Ｙ´］を、演算手段により算出した重心位置［Ｘ，Ｙ］（Ｘは複数の重量センサの中心位置を原点として右方を正、Ｙは複数の重量センサの中心位置を原点として前方を正とする）に対して、
   Ｘ´＝Ｘ
   Ｙ´＝Ｙ−Ｄ／２×（１−Ｌ／Ｄ）
   と補正する補正手段を備えて成ることを特徴とする請求項１記載のバランス測定装置。

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