JP4885795B2 - 身体傾斜角計測器および身体ねじれ角計測器 - Google Patents

Description

本発明は、姿勢計測に用いられる計測器に関する。

国際標準規格ＩＳＯ１６８４０では姿勢の計測にあたって前額面での姿勢の傾斜、矢状面での姿勢の傾斜および水平面上での回旋といった３種類の測定が要求される。特許文献１に記載されるように、前額面や矢状面での姿勢の傾斜の測定にあって角度測定器の利用が提案される。しかしながら、これまでのところ、水平面上での回旋の測定にあたって特定の計測器は提案されていない。
国際公開第２００５／０１２８２９号パンフレット 特開２００６−５５５３２号公報 特開２００６−２０７８０号公報

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、回旋の測定に大いに役立つ身体傾斜角計測器および身体ねじれ角計測器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１発明によれば、基準軸線に直交する仮想平面に沿って相互に平行に延びる第１腕および第２腕と、第１腕および第２腕に平行に延びる軸線回りで重力方向に対して角度を測定する第１角度計と、基準軸線回りに回転角を測定する第２角度計と、基準軸線回りに測定開始位置および測定終了位置を特定するスイッチ回路とを備えることを特徴とする身体傾斜角計測器が提供される。

いま、左右の鎖骨の外端すなわち肩峰部に第１腕および第２腕の先端が突き当てられる場面を想定する。このとき、第１腕および第２腕はできる限り水平姿勢に維持される。前額面上で身体の姿勢の傾斜が認められると、第１角度計で重力方向に対して姿勢の傾斜角が測定されることができる。

次に、水平面上で回旋を測定する場面を想定する。第１腕および第２腕の先端はそれぞれ身体の特定部位に突き当てられる。このとき、第１腕および第２腕はできる限り水平姿勢に維持される。こうした水平姿勢の維持によれば、基準軸線は重力方向に一致する。こうして第１腕および第２腕の接触が確保された時点でスイッチ回路の動作が誘引されると、スイッチ回路は基準軸線回りで測定開始位置を特定する。続いて、第１腕および第２腕は最初の測定部位から次の特定部位に移動する。第１腕および第２腕の先端は２番目の特定部位に突き当てられる。このとき、第１腕および第２腕はできる限り水平姿勢に維持される。こうして第１腕および第２腕の接触が確保された時点でスイッチ回路の動作が誘引されると、スイッチ回路は基準軸線回りで測定終了位置を特定する。測定開始位置および測定終了位置の間で基準軸線回りに回転角は測定される。この回転角は身体のねじれすなわち回旋に相当する。こうして１つの身体傾斜角計測器で傾斜角の測定および回旋の測定は実現される。

こういった身体傾斜角計測器では、第１腕および第２腕は、前述の仮想平面に沿って相互に平行に延びる第１姿勢と、基準軸線に平行に延びる第２姿勢との間で姿勢を変化させてもよい。いま、例えば上下に間隔を空けて胸骨に第１腕および第２腕の先端が突き当てられる場面を想定する。このとき、第１腕および第２腕は第２姿勢に設定される。矢状面上で姿勢の傾斜が認められると、第１角度計で重力方向に対して姿勢の傾斜角が測定されることができる。こうして１つの身体傾斜角計測器で２種類の傾斜角の測定および回旋の測定は実現されることができる。

第２発明によれば、基準軸線回りの回転角速度を特定する速度信号を出力するジャイロセンサーと、基準軸線に直交する仮想平面に沿って相互に平行に延びる第１腕および第２腕と、開始時期および終了時期を特定する時期信号を出力するスイッチ回路と、ジャイロセンサーの速度信号を受信し、時期信号で特定される開始時期から終了時期まで全期間にわたって速度信号の積分値を算出する演算回路とを備えることを特徴とする身体ねじれ角計測器が提供される。

いま、水平面上で回旋を測定する場面を想定する。第１腕および第２腕の先端はそれぞれ身体の特定部位に突き当てられる。このとき、第１腕および第２腕はできる限り水平姿勢に維持される。こうした水平姿勢の維持によれば、基準軸線は重力方向に一致する。こうして第１腕および第２腕の接触が確保された時点でスイッチ回路の動作が誘引されると、スイッチ回路は、開始時期を特定する時期信号を出力する。続いて、第１腕および第２腕は最初の測定部位から次の特定部位に移動する。第１腕および第２腕の先端は２番目の特定部位に突き当てられる。このとき、第１腕および第２腕はできる限り水平姿勢に維持される。こうして第１腕および第２腕の接触が確保された時点でスイッチ回路の動作が誘引されると、スイッチ回路は、終了時期を特定する時期信号を出力する。演算回路は、開始時期の時期信号の受信から終了時期の時期信号の受信までジャイロセンサーの速度信号に基づき全期間にわたって速度信号の積分値を算出する。その結果、２つの特定部位の間で基準軸線回りに身体のねじれは測定されることができる。

ここで、演算回路は、全期間の速度信号に１度で積分処理を実施してもよく、全期間内の短周期ごとに算出される積分値を積算してもよい。いずれの場合でも、全期間の速度信号に対して積分値が算出されれば、開始時期および終了時期の間で基準軸線回りに回転角は導き出されることができる。

こういった身体ねじれ角計測器は、第１腕および第２腕を支持し、ジャイロセンサー、スイッチ回路および演算回路を収容する本体筐体を備えてもよい。こうした身体ねじれ角計測器は手軽に持ち運ばれることができる。測定の手順は簡素化されることができる。

以上のように本発明によれば、回旋の測定に大いに役立つ身体傾斜角計測器および身体ねじれ角計測器は提供される。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る身体傾斜角計測器１１の外観を示す。この身体傾斜角計測器１１は本体筐体１２を備える。本体筐体１２には振子式の角度計１３が組み込まれる。この角度計１３は支軸１４回りで回転する指針１５すなわち振子針を備える。指針１５は重り１５ａと鏃１５ｂとを備える。支軸１４の軸心は鏃１５ｂの先端と重り１５ａの重心とを結ぶ直線上に配置される。したがって、重り１５ａに重力が作用すると、鏃１５ｂの先端は鉛直方向真上を指し示す。

角度計１３の表面には角度目盛り盤１６が取り付けられる。角度目盛り盤１６には、支軸１４回りで３６０度にわたって所定の間隔で角度が表示される。ここでは、例えば中心角５度ごとに目盛りは刻まれる。

この角度計１３には基準軸線１７が設定される。この基準軸線１７が重力方向に重ね合わせられると、指針１５の鏃１５ｂは第１矢印表示１８ａを指し示す。このとき、支軸１４の軸心は重力方向に直交する。この状態から角度計１３が支軸１４の軸心回りに９０度で回転すると、指針１５の鏃１５ｂはいずれかの第２矢印表示１８ｂを指し示す。こうして本体筐体１２には例えば支軸１４回りに中心角９０度の間隔で第１矢印表示１８ａおよび第２矢印表示１８ｂ、１８ｂが付される。

本体筐体１２には１対の接触点２１ａ、２１ｂを規定する第１腕２２および第２腕２３が連結される。２つの接触点２１ａ、２１ｂは基準軸線１７に直交する仮想平面内に配置される。したがって、２つの接触点２１ａ、２１ｂが水平面内に配置されると、角度計１３では指針１５の鏃１５ｂは第１矢印表示１８ａを指し示す。接触点２１ａ、２１ｂを結ぶ直線が水平面から傾斜するにつれて指針１５の鏃１５ｂは第１矢印表示１８ａから遠ざかる。こうして角度計１３の働きで重力方向に対して角度は測定されることができる。

第１腕２２および第２腕２３は例えば円柱の棒材から構成される。棒材の軸心は、基準軸線１７に直交する仮想平面内に配置される。同時に、棒材の軸心は相互に平行に配置される。棒材の先端に接触点２１ａ、２１ｂは規定される。

第１腕２２および第２腕２３には第１スライダ２４および第２スライダ２５がそれぞれ連結される。第１腕２２および第２腕２３は対応のスライダ２４、２５に軸心方向に進退自在に支持される。したがって、進退移動に拘わらず第１腕２２および第２腕２３は相互の平行関係を維持する。第１腕２２および第２腕２３は例えばねじ２６の働きで第１スライダ２４および第２スライダ２５に対して特定位置を維持することができる。

第１腕２２および第２腕２３は長尺の第１および第２支持部材２７、２８にそれぞれ支持される。第１および第２支持部材２７、２８は、前述の仮想平面内で第１腕２２および第２腕２３の軸心に直交する基準直線に沿って延びる。第１スライダ２４は基準直線に平行に進退自在に第１支持部材２７に受け止められる。第２スライダ２５は基準直線に平行に進退自在に第２支持部材２８に受け止められる。第１スライダ２４および第２スライダ２５の進退移動に応じて、第１腕２２および第２腕２３は相互の平行関係を維持しつつ接近したり遠ざかったりすることができる。

第１および第２支持部材２７、２８は本体筐体１２に抜き差し自在に固定される。固定にあたってねじ２９が利用される。ねじ２９の働きで第１および第２支持部材２７、２８の抜けは防止される。第１および第２支持部材２７、２８は抜き差しに応じてそれらの軸心回りに９０度の回転角で姿勢を変化させることができる。こうして第１および第２支持部材２７、２８の姿勢が変化すると、第１腕２２および第２腕２３は基準軸線１７に平行に延びる。

本体筐体１２にはディスプレイパネル３１が組み込まれる。ディスプレイパネル３１の画面は本体筐体１２の外面で露出する。ディスプレイパネル３１の画面には基準軸線１７回りの回転角が表示される。加えて、ディスプレイパネル３１の画面にはその他の情報が表示されてもよい。回転角は後述の演算回路で算出される。

本体筐体１２にはスイッチボタン３２が組み込まれる。回転角の算出にあたってスイッチボタン３２は操作される。後述されるように、スイッチボタン３２の働きで基準軸線１７回りに測定開始位置および測定終了位置は特定される。

図２に示されるように、本体筐体１２には接触面３３が区画される。接触面３３は、基準軸線１７に平行に広がる平面で構成される。同時に、接触面３３は、支軸１４の軸心に直交する仮想平面内で広がる。

図３に示されるように、第１および第２支持部材２７、２８には長溝３５が形成される。長溝３５には、相互に平行に延びる１対の側壁面３５ａ、３５ｂが規定される。側壁面同士の間には第１および第２スライダ２４、２５のスライダ本体３６が配置される。スライダ本体３６は、相互に平行に広がる側面３６ａ、３６ｂを規定する。一方の側面３６ａは長溝３５の内壁面３５ａに接触する。他方の側面３６ｂには長溝３５の内壁面３５ａに直交する方向に延びる有底穴３７が形成される。有底穴３７には樹脂製の球体３８が挿入される。有底穴３７の底と球体３８との間には伸張ばね３９が挟み込まれる。伸張ばね３９は長溝３５の他方の内壁面３５ｂに向かって球体３８に押し付け力を作用する。球体３８に伝わる反作用の働きでスライダ本体３６の側面３６ａは長溝３５の内壁面３５ａに強く押し付けられる。スライダ本体３６と長溝３５の内壁面３５ａとの間には大きな摩擦力が生成される。この摩擦力の働きでスライダ本体３６は長溝３５内で所定の位置に保持されることができる。

図４に示されるように、身体傾斜角計測器１１はジャイロセンサー４１を備える。ジャイロセンサー４１は例えば本体筐体１２内に収容される。ジャイロセンサー４１は、基準軸線１７回りの回転角速度を特定する速度信号を出力する。

ジャイロセンサー４１には演算回路４２が接続される。演算回路４２は同様に本体筐体１２内に収容される。演算回路４２はジャイロセンサー４１から速度信号を受信する。演算回路４２は、指定された期間にわたって速度信号の積分値を算出する。

演算回路４２にはスイッチ回路４３が接続される。スイッチ回路４３は同様に本体筐体１２内に収容される。スイッチ回路４３はスイッチボタン３２の押圧操作に応じてハイパルス信号すなわち時期信号を出力する。スイッチ回路４３の出力は演算回路４２に供給される。演算回路４２は、後述されるように、時期信号の受信に応じて積分値の算出の期間を特定する。

演算回路４２にはディスプレイドライバー４４が接続される。ディスプレイドライバー４４は同様に本体筐体１２内に収容される。ディスプレイドライバー４４には前述のディスプレイパネル３１が接続される。演算回路４２はディスプレイドライバー４４の動作を制御する。ディスプレイドライバー４４は演算回路４２の指示に従ってディスプレイパネル３１の画面上にテキストや数字を表示する。

いま、前額面で姿勢の傾斜を測定する場面を想定する。図５に示されるように、測定者は左右の鎖骨の外端すなわち肩鎖関節に身体傾斜角計測器１１の接触点２１ａ、２１ｂをそれぞれ当てる。このとき、測定者はできる限り第１腕２２および第２腕２３の水平姿勢を維持する。姿勢の傾斜が認められると、指針１５の鏃１５ｂおよび第１矢印表示１８ａの間に角度αが規定される。こうして読み取られる角度αは前額面の傾斜角に相当する。

次に、矢状面で姿勢の傾斜を測定する場面を想定する。測定に先立って第１および第２支持部材２７、２８は抜き差しされる。第１および第２支持部材２７、２８の姿勢はそれらの軸心回りに９０度の回転角で変化する。第１腕２２および第２腕２３は基準軸線１７に平行に配置される。すなわち、第１腕２２および第２腕２３はそれぞれ第１支持部材２７および第２支持部材２８に対して直角に維持される。同時に、接触点２１ａ、２１ｂは第１および第２スライダ２４、２５からそれぞれ等距離の位置に配置される。その後、図６に示されるように、測定者は上下に間隔を空けて胸骨に２つの接触点２１ａ、２１ｂをそれぞれ当てる。姿勢の傾斜が認められると、指針１５の鏃１５ｂおよび第２矢印表示１８ｂの間に角度βが規定される。こうして読み取られる角度βは矢状面の傾斜角に相当する。

次に、水平面上で回旋を測定する場面を想定する。図７に示されるように、測定者は、まず、上前腸骨棘に接触点２１ａ、１２ｂをそれぞれ当てる。このとき、測定者はできる限り第１腕２２および第２腕２３の水平姿勢を維持する。同時に、第１矢印表示１８ａに指針１５の鏃１５ｂを一致させる。こうした身体傾斜角計測器１１の姿勢によれば、基準軸線１７は重力方向に一致する。こうして接触点２１ａ、２１ｂの接触が確保されると、測定者はスイッチボタン３２を押す。

スイッチボタン３２の操作に応じてスイッチ回路４３は１回目の時期信号を出力する。１回目の時期信号の受信に応じて演算回路４２はジャイロセンサー４１の出力を記録し始める。時間の経過に応じて演算回路４２は連続的に速度信号から基準軸線１７回りの回転角速度を特定し続ける。回転角速度は例えば演算回路４２に内蔵のメモリに格納されればよい。ここでは、時期信号は測定の開始時期を特定する。基準軸線１７回りに身体傾斜角計測器１１の測定開始位置は特定される。

続いて、測定者は骨盤から身体傾斜角計測器１１を離す。図８に示されるように、測定者は左右の鎖骨の内端すなわち胸鎖関節に接触面３３を当てる。このとき、測定者はできる限り第１腕２２および第２腕２３の水平姿勢を維持する。こうして接触面３３の接触が確保されると、測定者はスイッチボタン３２を押す。なお、接触面３３に代えて、第１腕２２の接触点２１ａおよび第２腕２３の接触点２１ｂが胸鎖関節に当てられてもよい。このとき、第１腕２２および第２腕２３の間隔は第１および第２スライダ２４、２５の働きで狭められればよい。

スイッチボタン３２の操作に応じてスイッチ回路４３は２回目の時期信号を出力する。２回目の時期信号の受信に応じて演算回路４２はジャイロセンサー４１の出力の記録を停止する。すなわち、時期信号は測定の終了時期を特定する。基準軸線１７回りに身体傾斜角計測器１１の測定終了位置は特定される。

こうして測定終了位置が特定されると、演算回路４２は、記録された回転角速度の積分値を算出する。図９に示されるように、積分は記録の全期間にわたって実施される。その結果、骨盤線と、左右の胸鎖関節を結ぶ直線との間で基準軸線１７回りに回転角は特定される。こうして回旋の測定は実現される。

その後、演算回路４２は、特定された回転角に基づき画像データを生成する。画像データはディスプレイドライバー４４に供給される。ディスプレイドライバー４４は画像データに基づきディスプレイパネル３１に回転角の数値を表示する。

回転角の算出にあたって、例えば図１０に示されるように、演算回路４２は所定の短周期ごとに回転角速度の積分値を算出してもよい。この場合には、記録の全期間にわたって積分値は累積されればよい。その他、演算回路４２は、スイッチボタン３２の操作の前後に拘わらずジャイロセンサー４１から速度信号を受信し続けてもよく、スイッチボタン３２の操作に応じて記録時にのみジャイロセンサー４１から速度信号を受信してもよい。その他、スイッチ回路４３には、測定の開始時期を特定するスイッチボタンと、測定の終了時期を特定するスイッチボタンとが個別に接続されてもよい。この場合には、スイッチボタンごとに個別にスイッチ回路４３が接続されてもよい。

以上のような身体傾斜角計測器１１では本体筐体１２内に重力加速度センサーがさらに組み込まれてもよい。重力加速度センサーの働きによれば、基準軸線１７の姿勢は制御されることができる。したがって、例えば回旋の測定にあたって基準軸線１７は常に重力方向に一致することができる。基準軸線１７回りの回転角は高い精度で算出されることができる。

その他、身体傾斜角計測器１１では、前述の角度計１３に代えて２台目のジャイロセンサーが本体筐体１２内に組み込まれてもよい。このジャイロセンサーは例えば第１腕２２および第２腕２３に平行な軸線回りで回転角速度を特定すればよい。こういった２台目のジャイロセンサーは前述の基準線回りで９０度で姿勢を変化させるジャイロセンサー４１で肩代わりされてもよい。

本発明の一実施形態に係る身体傾斜角計測器を概略的に示す斜視図である。 身体傾斜角計測器の裏側を概略的に示す斜視図である。 スライダの構造を概略的に示す拡大水平断面図である。 身体傾斜角計測器の制御系を概略的に示すブロック図である。 前額面での傾斜角の測定方法を概略的に示す人体の正面図である。 矢状面での傾斜角の測定方法を概略的に示す人体の側面図である。 水平面上での回旋の測定方法を概略的に示す人体の正面図である。 水平面上での回旋の測定方法を概略的に示す人体の正面図である。 ジャイロセンサーで測定される回転角速度および積分値の関係を概略的に示すグラフである。 ジャイロセンサーで測定される回転角速度および短周期ごとの積分値の関係を概略的に示すグラフである。

符号の説明

１１ 身体傾斜角計測器（身体ねじれ角計測器）、１２ 本体筐体、１３ 第１角度計、１７ 基準軸線、２２ 第１腕、２３ 第２腕、４１ 第２角度計を構成するジャイロセンサー、４２ 第２角度計を構成する演算回路、４３ スイッチ回路。

Claims (3)

1. 基準軸線に直交する仮想平面に沿って相互に平行に延びる第１腕および第２腕と、第１腕および第２腕に平行に延びる軸線回りで重力方向に対して角度を測定する第１角度計と、基準軸線回りに回転角を測定する第２角度計と、基準軸線回りに測定開始位置および測定終了位置を特定するスイッチ回路とを備えることを特徴とする身体傾斜角計測器。
2. 基準軸線回りの回転角速度を特定する速度信号を出力するジャイロセンサーと、基準軸線に直交する仮想平面に沿って相互に平行に延びる第１腕および第２腕と、開始時期および終了時期を特定する時期信号を出力するスイッチ回路と、ジャイロセンサーの速度信号を受信し、時期信号で特定される開始時期から終了時期まで全期間にわたって速度信号の積分値を算出する演算回路とを備えることを特徴とする身体ねじれ角計測器。
3. 請求項１に記載の身体ねじれ角計測器において、前記第１腕および第２腕を支持し、前記ジャイロセンサー、スイッチ回路および演算回路を収容する本体筐体を備えることを特徴とする身体ねじれ角計測器。

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