JP4997595B2 - Floor reaction force estimation system and floor reaction force estimation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、床反力推定システム並びに床反力推定方法に関する。より詳しくは、足のサイズが異なる多数の人に適用可能であるとともに快適な履き心地を提供し、センサを有さない通常の履物を着用したときと同様の歩行動作を実現可能な床反力推定システム並びに床反力推定方法に関する。 The present invention relates to a floor reaction force estimation system and a floor reaction force estimation method. More specifically, it is applicable to a large number of people with different foot sizes, provides comfortable comfort, and enables a floor reaction force that can realize walking motion similar to that when wearing normal footwear without sensors. The present invention relates to an estimation system and a floor reaction force estimation method.
足裏における荷重の分布や荷重の変化を測定する技術は、様々な分野に適用可能である。例えば、義足・義肢を装着した身体障害者の歩行時の踏圧の測定データは、義足・義肢の開発に役立てられる。或いは、ゴルフを行なう者の足裏にかかる荷重の測定データは、ゴルフスウィングの分析に役立てられる。 The technique for measuring the load distribution and the load change on the sole can be applied to various fields. For example, the measurement data of the treading pressure during walking of a physically handicapped person wearing a prosthetic leg and a prosthetic limb is useful for the development of the prosthetic leg and the prosthetic limb. Alternatively, the measurement data of the load applied to the sole of the golfer is used for the analysis of the golf swing.
特許文献1は、このような足裏にかかる荷重のデータを取得するための装置を提案する。図17は、特許文献1が提案する履物型の荷重測定装置の断面図である。
特許文献1に提案される荷重測定装置(S)は、靴の形状をなし、地面と下面が接地するソール部(B)と、ソール部(B)周縁から上方に延出し、足側面並びに足上面を取り囲むアッパ部(U)と、ソール部(B)上面とアッパ部(U)内面とで囲まれる空間内に配される中敷部(I)と、中敷部(I)下面とソール部(B)上面の間に配される3分力荷重センサ(L)を備える。
3分力荷重センサ(L)は、ソール部(B)の上面に対して直角な方向(即ち、上下方向)の力成分と、ソール部(B)の上面に対して平行であって、ソール部(B)の前後方向の力成分と、ソール部(B)の左右方向の力成分を測定可能である。
Patent Document 1 proposes an apparatus for acquiring data on the load on such a sole. FIG. 17 is a cross-sectional view of a footwear-type load measuring device proposed by Patent Document 1.
The load measuring device (S) proposed in Patent Document 1 has a shoe shape, a sole part (B) where the ground and the lower surface are grounded, and extends upward from the periphery of the sole part (B). An insole portion (I) disposed in a space surrounded by an upper portion (U) surrounding the upper surface, an upper surface of the sole portion (B) and an inner surface of the upper portion (U), a lower surface of the insole portion (I) and the sole A three-component force sensor (L) is provided between the upper surfaces of the parts (B).
The three component force load sensor (L) is parallel to the force component in the direction perpendicular to the upper surface of the sole portion (B) (ie, the vertical direction) and the upper surface of the sole portion (B). The force component in the front-rear direction of the part (B) and the force component in the left-right direction of the sole part (B) can be measured.
特許文献1に開示される荷重測定装置(S)は、足裏に加わる荷重を測定するために、3分力荷重センサ(L)を用いることにより、従来の荷重測定装置に必要とされたセンシングデバイスの数を低減させ、荷重測定装置の重量の低減並びに製作費用の低減に成功している。 The load measuring device (S) disclosed in Patent Document 1 uses the three-component force sensor (L) to measure the load applied to the sole, thereby sensing necessary for the conventional load measuring device. It has succeeded in reducing the number of devices, reducing the weight of the load measuring device, and reducing the manufacturing cost.
図18は、図17に示す荷重測定装置(S)中の3分力荷重センサ(L)の配置を示す。
特許文献1に開示される荷重測定装置(S)は、ソール部(B)上面に対して直交する方向の力成分を精度よく算出するために、地面から足裏に伝達される力の経路を横切るようにソール部(B)上面略全体を覆うように3分力荷重センサ(L)が配置される。
このことは結果として、ソール部(B)の可撓性を失わせる。そして、荷重測定装置(S)を着用して、踏圧を測定される被験者の歩行は不自然なものとなり、通常の歩行状態とは異なる歩行状態の踏圧データが生ずることとなる。
FIG. 18 shows the arrangement of the three-component force sensor (L) in the load measuring device (S) shown in FIG.
The load measuring device (S) disclosed in Patent Literature 1 uses a path of force transmitted from the ground to the sole in order to accurately calculate a force component in a direction orthogonal to the upper surface of the sole portion (B). A three-component force sensor (L) is arranged so as to cover substantially the entire upper surface of the sole portion (B) so as to cross.
As a result, the flexibility of the sole portion (B) is lost. Then, the walking of the subject whose tread pressure is measured while wearing the load measuring device (S) becomes unnatural, and tread pressure data in a walking state different from the normal walking state is generated.
更には、特許文献1に開示される荷重測定装置(S)は、ソール部(B)上面に対して直交する方向の力成分を精度よく算出するために、地面から足裏に伝達される力の経路を横切るようにソール部(B)上面略全体を覆うように配された3分力荷重センサ(L)を用いる必要があり、ソール部(B)から足裏が離れるような形態、例えば、サンダルなどの踵周囲を拘束しない(即ち、踵周囲にアッパ部(U)を有さない)種類の履物を利用することはできない。
結果として、1つの荷重測定装置(S)に対して適用可能な足のサイズは1つに定まるものとなり、多数の被験者を対象とすることが困難であった。したがって、足のサイズが異なる被験者が存在する場合には、サイズの異なる複数の荷重測定装置(S)を用意する必要が生ずる。
Furthermore, the load measuring device (S) disclosed in Patent Document 1 is a force transmitted from the ground to the sole in order to accurately calculate a force component in a direction orthogonal to the upper surface of the sole portion (B). It is necessary to use a three-component force load sensor (L) arranged so as to cover substantially the entire upper surface of the sole part (B) so as to cross the path of, and the sole is separated from the sole part (B), for example, It is not possible to use footwear of a kind that does not restrain the periphery of the heel such as sandals (that is, does not have an upper portion (U) around the heel).
As a result, the size of the foot applicable to one load measuring device (S) is determined to be one, and it is difficult to target a large number of subjects. Therefore, when there are subjects having different foot sizes, it is necessary to prepare a plurality of load measuring devices (S) having different sizes.
本発明は上記実情を鑑みてなされたものであって、足のサイズが異なる多数の人に適用可能であるとともに快適な履き心地を提供し、センサを有さない通常の履物を着用したときと同様の歩行動作を実現可能な床反力推定システム並びに床反力推定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is applicable to a large number of people with different foot sizes and provides comfortable comfort when wearing normal footwear without a sensor. An object of the present invention is to provide a floor reaction force estimation system and a floor reaction force estimation method capable of realizing the same walking motion.
請求項1記載の発明は、可撓性を有するソールを備える履物型床反力測定装置と、該床反力測定装置の出力を解析する解析装置からなる床反力推定システムであって、前記床反力測定装置は、前記ソールの複数箇所に力センサを備え、該力センサは、少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分に関連する情報を前記解析装置に出力し、該解析装置は、出力された情報に基づき少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分を算出する第1工程と、予め前記解析装置に設定された推定係数と、前記算出された前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と前記ソール上面に対して直角の方向の力成分のうち少なくとも一方の算出値を積算する第2工程と、該積算された値を総和し、床反力を算出する第3工程を実行し、前記履物型床反力測定装置が、地面に対する前記ソールの傾斜角度を検知する傾斜角度検知器を備えることを特徴とする床反力推定システムである。
請求項2記載の発明は、床反力を直接測定して得られた実測値と、該実測値を測定する際に得られた前記第1工程により得られる算出値との関係から、前記第3工程で得られる床反力の算出値と前記実測値との差異が最小となるように前記推定係数が同定されることを特徴とする請求項1記載の床反力推定システムである。
The invention according to claim 1 is a floor reaction force estimation system comprising a footwear type floor reaction force measuring device having a flexible sole, and an analysis device for analyzing an output of the floor reaction force measuring device. The floor reaction force measuring device includes force sensors at a plurality of locations on the sole, and the force sensor includes at least two force components substantially parallel to the upper surface of the sole and a force component in a direction perpendicular to the upper surface of the sole. Is output to the analysis device, and the analysis device, based on the output information, at least two force components substantially parallel to the upper surface of the sole and a force component in a direction perpendicular to the upper surface of the sole A first step of calculating an estimation coefficient, an estimation coefficient set in advance in the analyzer, a force component in two directions substantially parallel to the calculated upper surface of the sole, and a force component in a direction perpendicular to the upper surface of the sole Calculated value of at least one of them Summing a second step of integrating, the accumulated value, and executes the third step of calculating the floor reaction force, the footwear type floor reaction force measuring device detects an inclination angle of the sole with respect to the ground slope A floor reaction force estimation system comprising an angle detector .
The invention according to
請求項3記載の発明は、前記傾斜角度検知器が、前記ソールのうちMP関節と当接する部分よりも前方に存する領域と、MP関節と当接する部分よりも後方に存する領域に配されることを特徴とする請求項1記載の床反力推定システムである。
請求項4記載の発明は、前記傾斜角度検知器が、ソール上面の傾斜角度の変化率を測定するとともに前記解析装置に出力し、該解析装置が、出力された傾斜角度の変化率を積分することによりソールの傾斜角度を算出することを特徴とする請求項1記載の床反力推定システムである。
請求項5記載の発明は、前記傾斜角度検知器が、前記ソール上面の傾斜動作の角加速度を測定するとともに前記解析装置に出力し、該解析装置が、出力された角加速度を積分することによりソールの傾斜角度を算出することを特徴とする請求項1記載の床反力推定システムである。
請求項6記載の発明は、前記傾斜角度検知器が、加速度センサであり、該加速度センサは、前記ソール上面に対して平行方向の加速度成分と、前記ソール上面に対して直角方向の加速度成分を測定し、前記ソールに働く重力加速度と前記平行方向の加速度成分の比、前記ソールに働く重力加速度と前記直角方向の加速度成分の比又は前記平行方向の加速度成分と前記直角方向の加速度成分の比に基づき前記ソールの傾斜角度を算出することを特徴とする請求項1記載の床反力推定システムである。
請求項7記載の発明は、前記解析装置が、前記傾斜角度検知器からの出力により得られたソールの傾斜角度に基づき、前記力センサの出力に対して座標変換処理を行い、地面に対して平行な方向の力成分と地面に対して垂直な方向の力成分を算出することを特徴とする請求項1記載の床反力推定システムである。
請求項8記載の発明は、前記第1工程で得られる前記ソール上面に対して直角の方向の力成分の算出値が全てゼロに等しくない場合に、前記解析装置が、前記ソール全面が地面に対して接地していると判定することを特徴とする請求項7記載の床反力推定システムである。
請求項9記載の発明は、前記第1工程で得られる前記ソール上面に対して直角の方向の力成分の算出値が全てゼロに等しくない場合に、該ゼロに等しくない状態となる前までに行われていた前記解析装置による角速度の積分演算の値をゼロにセットし、積分演算を再開することを特徴とする請求項4記載の床反力推定システムである。
According to a third aspect of the present invention, the inclination angle detector is arranged in a region that exists in front of a portion of the sole that contacts the MP joint and a region that exists in the rear of a portion that contacts the MP joint. The floor reaction force estimation system according to claim 1 .
According to a fourth aspect of the present invention, the inclination angle detector measures a change rate of the inclination angle of the sole upper surface and outputs the change rate to the analysis device, and the analysis device integrates the output change rate of the inclination angle. The floor reaction force estimation system according to claim 1 , wherein the inclination angle of the sole is calculated.
According to a fifth aspect of the present invention, the tilt angle detector measures an angular acceleration of the tilting motion of the sole upper surface and outputs the angular acceleration to the analysis device, and the analysis device integrates the output angular acceleration. The floor reaction force estimation system according to claim 1, wherein an inclination angle of the sole is calculated.
According to a sixth aspect of the present invention, the tilt angle detector is an acceleration sensor, and the acceleration sensor has an acceleration component parallel to the sole upper surface and an acceleration component perpendicular to the sole upper surface. Measure the ratio between the gravitational acceleration acting on the sole and the acceleration component in the parallel direction, the ratio between the gravitational acceleration acting on the sole and the acceleration component in the perpendicular direction, or the ratio between the acceleration component in the parallel direction and the acceleration component in the perpendicular direction The floor reaction force estimation system according to claim 1, wherein an inclination angle of the sole is calculated based on
According to a seventh aspect of the present invention, the analysis device performs a coordinate conversion process on the output of the force sensor based on the inclination angle of the sole obtained by the output from the inclination angle detector, The floor reaction force estimation system according to claim 1, wherein a force component in a parallel direction and a force component in a direction perpendicular to the ground are calculated.
According to an eighth aspect of the present invention, when the calculated values of the force components in the direction perpendicular to the upper surface of the sole obtained in the first step are not all equal to zero, the analysis device causes the entire sole surface to be on the ground. The floor reaction force estimation system according to claim 7, wherein the ground reaction force is determined to be grounded.
According to a ninth aspect of the present invention, when the calculated values of the force components in the direction perpendicular to the sole upper surface obtained in the first step are not all equal to zero, before the state becomes not equal to zero, 5. The floor reaction force estimation system according to
請求項10記載の発明は、前記力センサが、3分力荷重センサであることを特徴とする請求項1記載の床反力推定システムである。
請求項11記載の発明は、前記力センサが、踵部、ショパール関節部、第4MP関節部、母趾部に配されることを特徴とする請求項10記載の床反力推定システムである。
請求項12記載の発明は、前記力センサが、踵部、ショパール関節部、第4MP関節部、母趾部、第1MP関節部及び第3趾部に配されることを特徴とする請求項10記載の床反力推定システムである。
請求項13記載の発明は、前記力センサが、第1MP関節部と第3趾部からなる群から選択されるいずれか一方に更に配されることを特徴とする請求項11記載の床反力推定システムである。
請求項14記載の発明は、前記3分力荷重センサが、円板部と、該円板部から延出するとともに下方に屈曲する複数の脚部と、該脚部に取付けられる歪みゲージからなり、前記脚部のうち、一対の脚部は、前記ソール上面に取付けられるとともに該ソール上面に対して平行な一の方向に延出し、前記脚部のうち他の一対の脚部は、前記ソール上面に取付けられるとともに前記ソール上面に対して平行な一の方向に対して直交する方向に延出し、前記円板部及び前記脚部がゴム材から形成されることを特徴とする請求項10記載の床反力推定システムである。
The invention according to
The invention according to claim 11 is the floor reaction force estimation system according to
Invention of claim 12, wherein the force sensor is the heel portion, Chopard joint, the 4MP articulation, claim, characterized in that arranged on the base foot portion, the 1MP joint and the
The invention according to claim 13 is the floor reaction force according to claim 11 , wherein the force sensor is further arranged in any one selected from the group consisting of the first MP joint and the third buttocks. It is an estimation system.
According to a fourteenth aspect of the present invention, the three-component force sensor comprises a disc portion, a plurality of leg portions that extend from the disc portion and bend downward, and a strain gauge that is attached to the leg portion. The pair of legs are attached to the upper surface of the sole and extend in one direction parallel to the upper surface of the sole, and the other pair of legs of the legs are the sole extending with mounted on the upper surface in a direction orthogonal to the one direction parallel to the sole top surface, according to
請求項15記載の発明は、可撓性を有するソールを備える履物型床反力測定装置と、該床反力測定装置の出力を解析する解析装置からなる床反力推定システムであって、前記床反力測定装置は、前記ソールの複数箇所に力センサを備え、該力センサは、少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分に関連する情報を前記解析装置に出力し、該解析装置は、出力された情報に基づき少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分を算出する第1工程と、予め前記解析装置に設定された推定係数と、前記算出された前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と前記ソール上面に対して直角の方向の力成分のうち少なくとも一方の算出値を積算する第2工程と、該積算された値を総和し、床反力を算出する第3工程を実行し、前記力センサが、可撓性を有する圧電高分子シートセンサと、圧力センサからなり、前記圧電高分子シートセンサは、前記ソールの面に対して平行な2方向の力成分を測定し、前記圧力センサは、前記ソール上面に対して直角な方向の力成分を測定することを特徴とする床反力推定システムである。
請求項16記載の発明は、前記圧力センサが、踵部、ショパール関節部、第4MP関節部、母趾部に配されることを特徴とする請求項15記載の床反力推定システムである。
請求項17記載の発明は、前記圧力センサが、踵部、ショパール関節部、第4MP関節部、母趾部、第1MP関節部及び第3趾部に配されることを特徴とする請求項15記載の床反力推定システムである。
請求項18記載の発明は、前記圧力センサが、第1MP関節部と第3趾部からなる群から選択されるいずれか一方に更に配されることを特徴とする請求項16記載の床反力推定システムである。
The invention according to claim 15 is a floor reaction force estimation system comprising a footwear type floor reaction force measuring device having a flexible sole and an analysis device for analyzing an output of the floor reaction force measuring device. The floor reaction force measuring device includes force sensors at a plurality of locations on the sole, and the force sensor includes at least two force components substantially parallel to the upper surface of the sole and a force component in a direction perpendicular to the upper surface of the sole. Is output to the analysis device, and the analysis device, based on the output information, at least two force components substantially parallel to the upper surface of the sole and a force component in a direction perpendicular to the upper surface of the sole A first step of calculating an estimation coefficient, an estimation coefficient set in advance in the analyzer, a force component in two directions substantially parallel to the calculated upper surface of the sole, and a force component in a direction perpendicular to the upper surface of the sole Calculation of at least one of them A second step of integrating the, summing the accumulated value, and executes the third step of calculating the floor reaction force, wherein the force sensor is a piezoelectric polymer sheet sensor having flexibility, a pressure sensor The piezoelectric polymer sheet sensor measures a force component in two directions parallel to the surface of the sole, and the pressure sensor measures a force component in a direction perpendicular to the upper surface of the sole. This is a characteristic floor reaction force estimation system.
A sixteenth aspect of the present invention is the floor reaction force estimation system according to the fifteenth aspect, characterized in that the pressure sensor is arranged in a hip, a Chopard joint, a fourth MP joint, and a main hip.
Invention of claim 17, wherein the pressure sensor is, the heel portion, Chopard joint, the 4MP articulation, claim, characterized in that arranged on the base foot portion, the 1MP joint and the third foot portion 15 It is a floor reaction force estimation system of description.
The invention according to claim 18 is the floor reaction force according to claim 16 , wherein the pressure sensor is further arranged in any one selected from the group consisting of the first MP joint part and the third collar part. It is an estimation system.
請求項19記載の発明は、前記圧電高分子シートセンサは、前記ソールと略同形同大であることを特徴とする請求項15記載の床反力推定システムである。
請求項20記載の発明は、前記床反力測定装置が、踵周囲を拘束しないことを特徴とする請求項1記載の床反力推定システムである。
請求項21記載の発明は、前記第3工程において、更に、荷重位置が算出されることを特徴とする請求項1記載の床反力推定システムである。
The invention according to claim 19 is the floor reaction force estimation system according to claim 15 , wherein the piezoelectric polymer sheet sensor is substantially the same shape and size as the sole.
The invention according to claim 20 is the floor reaction force estimation system according to claim 1, wherein the floor reaction force measuring device does not restrain the periphery of the heel.
The invention according to
請求項22記載の発明は、床反力を直接測定して得られた実測値と、該実測値を測定する際に得られた力センサの出力値との関係から、推定係数と前記力センサの出力値との積と前記実測値との差異が最小となるように前記推定係数を同定する推定係数同定工程と、履物型床反力測定装置の可撓性を有するソールに配された複数の力センサを用いて、少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分に関連する情報を測定する床反力測定工程と、前記少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分に関連する情報に基づき、前記少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分を算出する第1工程と、前記推定係数と、前記第1工程で算出された力成分とを積算する第2工程と、前記積算された値を総和し、床反力を算出する第3工程を実行する床反力算出工程からなり、前記床反力測定工程が、地面に対する前記ソールの傾斜角度を測定する段階を含むことを特徴とする床反力推定方法である。
The invention according to
請求項23記載の発明は、床反力を直接測定して得られた実測値と、該実測値を測定する際に得られた力センサの出力値との関係から、推定係数と前記力センサの出力値との積と前記実測値との差異が最小となるように前記推定係数を同定する推定係数同定工程と、履物型床反力測定装置の可撓性を有するソールに配された複数の力センサを用いて、少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分に関連する情報を測定する床反力測定工程と、前記少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分に関連する情報に基づき、前記少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分を算出する第1工程と、前記推定係数と、前記第1工程で算出された力成分とを積算する第2工程と、前記積算された値を総和し、床反力を算出する第3工程を実行する床反力算出工程からなり、前記床反力測定工程が、ソール上面の傾斜角度の変化率を測定する段階を含み、前記床反力算出工程が、前記測定された角速度を積分し、前記ソールの傾斜角度を算出する段階を含むことを特徴とする床反力推定方法である。
請求項24記載の発明は、床反力を直接測定して得られた実測値と、該実測値を測定する際に得られた力センサの出力値との関係から、推定係数と前記力センサの出力値との積と前記実測値との差異が最小となるように前記推定係数を同定する推定係数同定工程と、履物型床反力測定装置の可撓性を有するソールに配された複数の力センサを用いて、少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分に関連する情報を測定する床反力測定工程と、前記少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分に関連する情報に基づき、前記少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分を算出する第1工程と、前記推定係数と、前記第1工程で算出された力成分とを積算する第2工程と、前記積算された値を総和し、床反力を算出する第3工程を実行する床反力算出工程からなり、前記床反力測定工程が、前記ソール上面の傾斜動作の角加速度を測定する段階を含み、前記床反力算出工程が、前記測定された角加速度を積分し、前記ソールの傾斜角度を算出する段階を含むことを特徴とする床反力推定方法である。
請求項25記載の発明は、前記地面に対する前記ソールの傾斜角度を測定する段階が、重力加速度成分のうち、前記ソール上面に対して平行方向の加速度成分と前記ソール上面に対して直角方向の加速度成分を測定する段階と、重力加速度と前記平行方向の加速度成分の比、重力加速度と前記直角方向の加速度成分の比又は前記平行方向の加速度成分と前記直角方向の加速度成分の比に基づき、前記傾斜角度を算出する段階を備えることを特徴とする請求項22記載の床反力推定方法である。
The invention according to
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, an estimation coefficient and the force sensor are calculated from a relationship between an actual measurement value obtained by directly measuring a floor reaction force and an output value of a force sensor obtained when the actual measurement value is measured. An estimation coefficient identifying step for identifying the estimation coefficient so that a difference between the product of the output value and the actual measurement value is minimized, and a plurality of shoes disposed on the flexible sole of the footwear type floor reaction force measuring device A floor reaction force measuring step for measuring information related to at least two force components substantially parallel to the upper surface of the sole, and information related to a force component in a direction perpendicular to the upper surface of the sole, Based on information related to a force component in two directions substantially parallel to the upper surface of the sole and a force component in a direction perpendicular to the upper surface of the sole, the force component in two directions substantially parallel to the at least the upper surface of the sole; Force component in the direction perpendicular to the upper surface of the sole A first step of taking out, a second step of integrating the estimation coefficient and the force component calculated in the first step, and a third step of calculating the floor reaction force by summing up the integrated values. The floor reaction force calculation step includes the step of measuring the angular acceleration of the tilting motion of the upper surface of the sole, and the floor reaction force calculation step integrates the measured angular acceleration. and a floor reaction force estimating how to comprising the step of calculating an inclination angle of the sole.
According to a twenty-fifth aspect of the invention, the step of measuring the inclination angle of the sole with respect to the ground includes an acceleration component parallel to the upper surface of the sole and an acceleration perpendicular to the upper surface of the sole. Measuring the component, and based on the ratio of the gravitational acceleration and the acceleration component in the parallel direction, the ratio of the gravitational acceleration and the acceleration component in the perpendicular direction or the ratio of the acceleration component in the parallel direction and the acceleration component in the perpendicular direction, The floor reaction force estimation method according to
請求項26記載の発明は、前記床反力算出工程が、前記複数の力センサからのソール上面に対して直角方向の力に対する出力値が全てゼロに等しくない場合に、ソール全面が地面に対して接地していると判定する段階を含むことを特徴とする請求項22乃至24いずれかに記載の床反力推定方法である。
請求項27記載の発明は、前記床反力算出工程が、前記複数の力センサからのソール上面に対して直角方向の力に対する出力値が全てゼロに等しくない場合に、該ゼロに等しくない状態となる前までに行われていた積分値をゼロに等しい値にセットする段階を含むことを特徴とする請求項23又は24記載の床反力推定方法である。
請求項28記載の発明は、前記床反力算出工程が、前記測定されたソールの傾斜角度に基づいて、座標変換を行い、地面に対して垂直な方向の力と、地面に対して平行な方向の力を算出する段階を含むことを特徴とする請求項22記載の床反力推定方法である。
According to a twenty-sixth aspect of the present invention, in the floor reaction force calculating step, when the output values for the forces perpendicular to the upper surface of the sole from the plurality of force sensors are not all equal to zero, the entire sole surface is against the ground. The floor reaction force estimation method according to any one of
According to a twenty-seventh aspect of the present invention, in the floor reaction force calculating step, when output values for the force in a direction perpendicular to the sole upper surface from the plurality of force sensors are not all equal to zero, the state is not equal to zero. The floor reaction force estimation method according to claim 23 or 24 , further comprising a step of setting an integral value that has been performed before the value becomes equal to zero.
In the invention according to
請求項29記載の発明は、前記ソール上面に対して直角方向の力成分に関連する情報が、踵部、ショパール関節部、第4MP関節部、母趾部において測定されることを特徴とする請求項22乃至24いずれかに記載の床反力推定方法である。
請求項30記載の発明は、前記ソール上面に対して直角方向の力成分に関連する情報が、踵部、ショパール関節部、第4MP関節部、母趾部、第1MP関節部及び第3趾部において測定されることを特徴とする請求項22乃至24いずれかに記載の床反力推定方法である。
請求項31記載の発明は、前記ソール上面に対して直角方向の力成分に関連する情報が、第1MP関節部と第3趾部からなる群から選択されるいずれか一方において更に測定されることを特徴とする請求項29記載の床反力推定方法である。
The invention of
According to a thirty- third aspect of the present invention, the information related to the force component in the direction perpendicular to the upper surface of the sole includes the heel part, the Chopard joint part, the fourth MP joint part, the main heel part, the first MP joint part, and the third heel part. The floor reaction force estimation method according to any one of
In the invention according to Claim 31 , the information related to the force component in the direction perpendicular to the upper surface of the sole is further measured in any one selected from the group consisting of the first MP joint and the third buttocks. 30. The floor reaction force estimation method according to
請求項32記載の発明は、前記推定係数同定工程が、被験者別に実行され、被験者ごとに前記推定係数が定められることを特徴とする請求項22乃至24いずれかに記載の床反力推定方法である。
請求項33記載の発明は、複数の前記履物型床反力測定装置を用意する工程を更に備え、前記推定係数同定工程が、該用意された複数の履物型床反力測定装置別に実行され、該履物型床反力測定装置ごとに前記推定係数が定められることを特徴とする請求項22乃至24いずれかに記載の床反力推定方法である。
請求項34記載の発明は、前記第3工程において、更に、荷重位置が算出されることを特徴とする請求項22乃至24いずれかに記載の床反力推定方法である。
The invention according to claim 32 is the floor reaction force estimation method according to any one of
The invention according to claim 33 further includes a step of preparing a plurality of the footwear type floor reaction force measuring devices, and the estimation coefficient identifying step is executed for each of the prepared footwear type floor reaction force measuring devices. The floor reaction force estimation method according to any one of
The invention according to claim 34 is the floor reaction force estimation method according to any one of
請求項1記載の発明によれば、予め設定された推定係数を用いて、床反力を算出するので、履物型床反力測定装置に実装する必要のある床反力センサの数を低減することが可能となる。したがって、被験者に装着される履物型床反力測定装置のソールの可撓性を確保し、床反力センサの配設に起因する履き心地への悪影響を最小限化することができる。また、ソールの一部に加わる力を以って、踏圧を推定することが可能であるため、ソール全体に床反力センサを配設する必要がなく、例えば、サンダルのような形状を床反力測定装置に適用できる。この結果、足のサイズが異なる複数の被験者に対して同一の床反力測定装置を装着させることができ、数多くの被験者を対象に1つの装置で好適なデータサンプリングを行なうことが可能となる。
請求項2記載の発明によれば、床反力を直接測定して得られた実測値と、床反力センサの出力値から算出される推定値との差異が最小となるように推定係数が同定されるので、推定値と真値との誤差を最小限化することが可能となる。
According to the first aspect of the present invention, since the floor reaction force is calculated using a preset estimation coefficient, the number of floor reaction force sensors that need to be mounted on the footwear type floor reaction force measuring device is reduced. It becomes possible. Therefore, it is possible to secure the flexibility of the sole of the footwear type floor reaction force measuring device attached to the subject and to minimize the adverse effect on the comfort caused by the arrangement of the floor reaction force sensor. In addition, since it is possible to estimate the treading pressure with the force applied to a part of the sole, there is no need to provide a floor reaction force sensor on the entire sole. Applicable to force measuring device. As a result, the same floor reaction force measuring device can be attached to a plurality of subjects having different foot sizes, and suitable data sampling can be performed with a single device for many subjects.
According to the second aspect of the present invention, the estimation coefficient is set so that the difference between the actually measured value obtained by directly measuring the floor reaction force and the estimated value calculated from the output value of the floor reaction force sensor is minimized. Since it is identified, the error between the estimated value and the true value can be minimized.
請求項1及び22記載の発明によれば、被験者の歩行動作時の足部の傾斜動作にかかわらず、ソール上面に対して直角方向の力成分と、ソール上面に対して平行な方向の力成分を推定することが可能となる。
請求項3記載の発明によれば、歩行動作時における足部の屈曲にかかわらず、ソール上面に対して直角方向の力成分と、ソール上面に対して平行な方向の力成分を推定することが可能となる。
請求項4、5、23及び24記載の発明によれば、好適に足部の傾斜角度を算出することが可能となる。
請求項6及び7並びに請求項25及び28記載の発明によれば、被験者の歩行動作時の足部の傾斜動作にかかわらず、地面に対して直角方向の力成分と、地面に対して平行な方向の力成分を推定することが可能となる。
請求項8及び26記載の発明によれば、歩行動作中の足裏全面が地面に接地している状態を確実に判定でき、歩行動作中の足部の状態と、踏圧変動の関係性を好適に割り出すことが可能となる。
請求項9及び27記載の発明によれば、積分誤差を除去し、算出される傾斜角度の精度を向上させることが可能となる。
According to the first and second aspects of the invention, the force component in the direction perpendicular to the upper surface of the sole and the force component in the direction parallel to the upper surface of the sole regardless of the tilting motion of the foot during the walking motion of the subject. Can be estimated.
According to the third aspect of the present invention, it is possible to estimate the force component in the direction perpendicular to the sole upper surface and the force component in the direction parallel to the sole upper surface regardless of the bending of the foot during the walking motion. It becomes possible.
According to the inventions described in
According to the inventions of claims 6 and 7 and claims 25 and 28 , the force component perpendicular to the ground is parallel to the ground regardless of the tilting motion of the foot during the walking motion of the subject. It becomes possible to estimate the force component in the direction.
According to the inventions of
According to the ninth and twenty-seventh aspects, it is possible to remove the integration error and improve the accuracy of the calculated tilt angle.
請求項10記載の発明によれば、1つのセンサで、ソール上面に直交する方向の力成分と、ソール上面に平行であるとともに互いに直交する2方向の力成分を表す出力を解析装置に提供することができる。
請求項11乃至14、16乃至18、29乃至31記載の発明によれば、推定される踏圧データの精度を維持しつつ、床反力測定装置の履き心地を最大限担保可能となる。
請求項15記載の発明によれば、ソール上面に平行であるとともに互いに直交する2方向の力成分の分布を割り出すことが可能となる。
請求項19記載の発明によれば、足裏全体にわたって、ソール上面に平行であるとともに互いに直交する2方向の力成分の分布を割り出すことが可能となる。
請求項20記載の発明によれば、足のサイズの異なる複数の被験者に対する踏圧データサンプリングを、1つの床反力測定装置を用いて行うことが可能となる。
請求項21及び34記載の発明によれば、荷重位置を算出可能となる。
According to the tenth aspect of the present invention, the output of the force sensor in the direction perpendicular to the upper surface of the sole and the force component in the two directions parallel to the upper surface of the sole and perpendicular to each other is provided to the analysis device by one sensor. be able to.
According to the inventions of claims 11 to 14, 16 to 18, 29 to 31 , it is possible to secure the comfort of the floor reaction force measuring device to the maximum while maintaining the accuracy of the estimated treading pressure data.
According to the fifteenth aspect of the invention, it is possible to determine the distribution of force components in two directions that are parallel to the upper surface of the sole and orthogonal to each other.
According to the nineteenth aspect of the present invention, it is possible to determine the distribution of force components in two directions that are parallel to the sole upper surface and orthogonal to each other over the entire sole.
According to the twentieth aspect of the present invention, it is possible to perform stepping pressure data sampling for a plurality of subjects having different foot sizes using one floor reaction force measuring device.
According to the invention described in
請求項22乃至24記載の発明によれば、推定係数同定工程にて推定係数を同定し、床反力を算出するので、履物型床反力測定装置に実装する必要のある床反力センサの数を低減することが可能となる。したがって、被験者に装着される履物型床反力測定装置のソールの可撓性を確保し、床反力センサの配設に起因する履き心地への悪影響を最小限化することができる。また、ソールの一部に加わる力を以って、踏圧を推定することが可能であるため、ソール全体に床反力センサを配設する必要がなく、例えば、サンダルのような形状を床反力測定装置に適用できる。この結果、足のサイズが異なる複数の被験者に対して同一の床反力測定装置を装着させることができ、数多くの被験者を対象に1つの装置で好適なデータサンプリングを行なうことが可能となる。
請求項32記載の発明によれば、被験者ごとに推定係数が定められるため、推定精度を向上させることが可能となる。
請求項33記載の発明によれば、床反力測定装置ごとに推定係数が定められるため、推定精度を向上させることが可能となる。
According to the invention described in
According to the invention of claim 32, since the estimation coefficient is determined for each subject, the estimation accuracy can be improved.
According to the invention of claim 33, since the estimation coefficient is determined for each floor reaction force measuring device, it is possible to improve the estimation accuracy.
以下、本発明に係る床反力推定システム並びに床反力推定方法の実施形態について、図を参照しつつ説明する。
図1は、本発明に係る床反力推定システム(1)の概略図である。
床反力推定システム(1)は、主に、履物型床反力測定装置(2)と、解析装置(3)から構成される。
履物型床反力測定装置(2)は、概して、靴、サンダル、スリッパ等の履物の形状をしており、図1に示す例においては、スリッパの形状をなす履物型床反力測定装置(2)が表されている。本発明を特に限定するものではないが、サンダルやスリッパ等の足の踵周囲を拘束するアッパ部を備えない種類の履物形状を本発明の床反力測定装置(2)に採用することが好ましい。これにより、足のサイズの異なる複数の被験者に対して同一の床反力測定装置(2)を装着させることが可能となる。
解析装置(3)には、市販されるパーソナルコンピュータ等の演算処理機能を備える任意の装置を採用することができる。
Hereinafter, embodiments of a floor reaction force estimation system and a floor reaction force estimation method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram of a floor reaction force estimation system (1) according to the present invention.
The floor reaction force estimation system (1) mainly includes a footwear type floor reaction force measurement device (2) and an analysis device (3).
The footwear type floor reaction force measuring device (2) generally has the shape of footwear such as shoes, sandals, slippers, etc. In the example shown in FIG. 1, the footwear type floor reaction force measuring device (slipper shape) ( 2) is shown. Although this invention is not specifically limited, It is preferable to employ | adopt as the floor reaction force measuring apparatus (2) of the kind which does not have the upper part which restrains the circumference | surroundings of foot | legs, such as a sandal and a slipper. . This makes it possible to attach the same floor reaction force measuring device (2) to a plurality of subjects having different foot sizes.
As the analysis device (3), any device having an arithmetic processing function such as a commercially available personal computer can be employed.
床反力測定装置(2)は、被験者の足を支持するとともに地面に接地するソール部(21)、ソール部(21)前部周縁から上方に延出するとともにドーム形状をなし、被験者の足部上部を取り囲むアッパ部(22)、ソール部(21)上面と略同形同大に形成されるとともにソール部(21)上面に固定される中敷部(23)を備える。
ソール部(21)及び中敷部(23)はともに、可撓性を有する薄板状の部材であり、中敷部(23)がソール部(21)上面に積層され一体となった状態においても、自然な歩行を実現させるために必要とされる可撓性は確保される。
The floor reaction force measuring device (2) has a sole part (21) that supports the subject's foot and contacts the ground, and extends upward from the front periphery of the sole part (21) and has a dome shape. An upper part (22) surrounding the upper part of the part, and an insole part (23) which is formed in substantially the same shape and size as the upper surface of the sole part (21) and is fixed to the upper surface of the sole part (21).
Both the sole portion (21) and the insole portion (23) are flexible thin plate-like members, and the insole portion (23) is laminated and integrated on the upper surface of the sole portion (21). The flexibility required to realize natural walking is ensured.
図2は、ソール部(21)の平面図である。
ソール部(21)上面には、複数の力センサ(24)が固定され、力センサ(24)は、ソール部(21)上面と中敷部(23)下面との間で挟持される。第1の力センサ(24A)は、被験者の踵を支持する位置に配される。第2の力センサ(24B)は、被験者のショパール関節部を支持する位置に配される。第3の力センサ(24C)は、被験者の第1MP関節部を支持する位置に配される。第4の力センサ(24D)は、被験者の第4MP関節部を支持する位置に配される。第5の力センサ(24E)は、被験者の母趾部を支持する位置に配される。第6の力センサ(24F)は、被験者の第3趾部付近を支持する位置に配される。
これら力センサ(24)からの出力は、ケーブルや無線技術などの周知のデータ転送技術を用いて、解析装置(3)へ送られる(図1参照)。
尚、図2に示す例において、6箇所に力センサ(24)が配されているが、力センサ(24)は、踵部、ショパール関節部、第4MP関節部及び母趾部に配されてもよく、或いは、これら4箇所に加えて、第1MP関節部或いは第3趾部に力センサ(24)が配されてもよい。更には、必要とされるソール部(21)の可撓性を損なわない限り、他のソール部(21)上の部位に多数配されてもよい。
FIG. 2 is a plan view of the sole portion (21).
A plurality of force sensors (24) are fixed to the upper surface of the sole portion (21), and the force sensors (24) are sandwiched between the upper surface of the sole portion (21) and the lower surface of the insole portion (23). A 1st force sensor (24A) is distribute | arranged to the position which supports a test subject's eyelid. A 2nd force sensor (24B) is distribute | arranged to the position which supports a test subject's Chopard joint part. A 3rd force sensor (24C) is distribute | arranged to the position which supports a test subject's 1st MP joint part. A 4th force sensor (24D) is distribute | arranged to the position which supports a test subject's 4th MP joint part. A 5th force sensor (24E) is distribute | arranged to the position which supports a test subject's buttock part. The sixth force sensor (24F) is arranged at a position that supports the vicinity of the third buttocks of the subject.
Outputs from these force sensors (24) are sent to the analysis device (3) using a well-known data transfer technology such as a cable or wireless technology (see FIG. 1).
In the example shown in FIG. 2, force sensors (24) are arranged at six locations. However, the force sensors (24) are arranged at the hip, Chopard joint, fourth MP joint, and the hip. Alternatively, in addition to these four locations, a force sensor (24) may be arranged at the first MP joint or the third collar. Furthermore, as long as the flexibility of the required sole part (21) is not impaired, many may be arranged at the site | part on another sole part (21).
図3は、図2に示す力センサ(24)の一例を示す。図3(a)は、力センサ(24)の概略斜視図であり、図3(b)は、力センサ(24)の平面図であり、図3(c)は、図3(b)のA−A線断面図であり、図3(d)は、図3(b)のB−B線断面図である。
図3に示す力センサ(24)は、3分力荷重センサである。図3に示す座標において、Z軸は、ソール部(21)の上面に対して直交する方向を意味し、X軸及びY軸は、ソール部(21)の上面に対して平行な方向を意味する。尚、X軸とY軸は互いに直交する関係にある。
FIG. 3 shows an example of the force sensor (24) shown in FIG. 3 (a) is a schematic perspective view of the force sensor (24), FIG. 3 (b) is a plan view of the force sensor (24), and FIG. 3 (c) is a plan view of FIG. 3 (b). FIG. 3D is a cross-sectional view taken along the line AA, and FIG. 3D is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
The force sensor (24) shown in FIG. 3 is a three-component load sensor. In the coordinates shown in FIG. 3, the Z axis means a direction orthogonal to the upper surface of the sole portion (21), and the X axis and the Y axis mean directions parallel to the upper surface of the sole portion (21). To do. The X axis and the Y axis are orthogonal to each other.
力センサ(24)は、円板部(241)と、円板部(241)周縁から下方に屈曲して、X軸方向に延出する一対の第1脚部(242)と、円板部(241)周縁から下方に屈曲して、Y軸方向に延出する一対の第2脚部(243)と、力センサ(24)中心をZ軸方向に貫く力伝達棒(244)を備える。
円板部(241)、第1脚部(242)及び第2脚部(243)は、ゴム材などの柔軟性を有する材料を用いて一体的に形成される。円板部(241)、第1脚部(242)及び第2脚部(243)は、板厚1mm程度の薄い真鍮板、燐青銅板、洋白板又はアルミニウム合金板からなる。
The force sensor (24) includes a disk part (241), a pair of first legs (242) bent downward from the periphery of the disk part (241) and extending in the X-axis direction, and a disk part (241) A pair of second legs (243) bent downward from the periphery and extending in the Y-axis direction, and a force transmission rod (244) penetrating the center of the force sensor (24) in the Z-axis direction are provided.
The disc part (241), the first leg part (242) and the second leg part (243) are integrally formed using a flexible material such as a rubber material. The disc part (241), the first leg part (242) and the second leg part (243) are made of a thin brass plate, phosphor bronze plate, white plate or aluminum alloy plate having a thickness of about 1 mm.
円板部(241)下面には、複数のダイアフラム歪みゲージ(Rt1,Rc1,Rt2,Rc2)が接着され、これらはZ軸方向の荷重を測定するために用いられる。
第1脚部(242)及び第2脚部(243)の力センサ(24)内部を構成する面には、2素子の単軸歪みゲージ(Rt3,Rc3,Rt4,Rc4,Rt5,Rc5,Rt6,Rc6)がそれぞれ接着される。単軸歪みゲージ(Rc3,Rc4,Rc5,Rc6)は、脚部(242,243)の上部に位置し、単軸歪みゲージ(Rt3,Rt4,Rt5,Rt6)は、脚部(242,243)の下部に位置する。
単軸歪みゲージ(Rt3,Rc3,Rt4,Rc4)は、X軸方向の荷重を測定するために用いられる。単軸歪みゲージ(Rt5,Rc5,Rt6,Rc6)は、Y軸方向の加重を測定するために用いられる。
A plurality of diaphragm strain gauges (Rt1, Rc1, Rt2, Rc2) are bonded to the lower surface of the disc portion (241), and these are used for measuring a load in the Z-axis direction.
Two elements of single-axis strain gauges (Rt3, Rc3, Rt4, Rc4, Rt5, Rc5, Rt6) are formed on the surfaces of the first leg (242) and the second leg (243) that form the force sensor (24). , Rc6) are bonded together. The uniaxial strain gauges (Rc3, Rc4, Rc5, Rc6) are located at the upper part of the legs (242, 243), and the uniaxial strain gauges (Rt3, Rt4, Rt5, Rt6) are the legs (242, 243). Located at the bottom of.
Uniaxial strain gauges (Rt3, Rc3, Rt4, Rc4) are used to measure the load in the X-axis direction. Uniaxial strain gauges (Rt5, Rc5, Rt6, Rc6) are used to measure the weight in the Y-axis direction.
円板部(241)下面に配されたダイアフラム歪みゲージ(Rt1,Rc1、Rt2,Rc2)のうち、歪みゲージ(Rc1,Rc2)は、半径方向の応力に起因して生じた圧縮歪みを受ける。歪みゲージ(Rt1,Rt2)は、円周方向の応力に起因して生じた引張歪みを受ける。
また、力伝達棒(244)を介して、Z軸正方向(下方向)の力を力センサ(24)が受けると、円板部(241)下面に配されたダイアフラム歪みゲージ(Rt1,Rc1、Rt2,Rc2)のうち、歪みゲージ(Rt1,Rt2)は引張歪みを受け、歪みゲージ(Rc1,Rc2)は圧縮歪みを受けるように、歪みゲージ(Rt1,Rc1、Rt2,Rc2)の配置は定められる。
Of the diaphragm strain gauges (Rt1, Rc1, Rt2, Rc2) arranged on the lower surface of the disk portion (241), the strain gauges (Rc1, Rc2) are subjected to compressive strain caused by the stress in the radial direction. The strain gauges (Rt1, Rt2) receive a tensile strain generated due to the stress in the circumferential direction.
Further, when the force sensor (24) receives a force in the positive Z-axis direction (downward) via the force transmission rod (244), the diaphragm strain gauges (Rt1, Rc1) disposed on the lower surface of the disk portion (241). , Rt2, Rc2), the strain gauges (Rt1, Rc1, Rt2, Rc2) are arranged so that the strain gauges (Rt1, Rt2) are subjected to tensile strain and the strain gauges (Rc1, Rc2) are subjected to compressive strain. Determined.
力センサ(24)が、X軸正方向に力を受けると、歪みゲージ(Rt3,Rt4)が引張歪みを受け、歪みゲージ(Rc4,Rc3)が圧縮歪みを受けるように歪みゲージ(Rt3,Rt4,Rc4,Rc3)の配置は定められる。
力センサ(24)が、Y軸正方向に力を受けると、歪みゲージ(Rt5,Rt6)が引張歪みを受け、歪みゲージ(Rc5,Rc6)が圧縮歪みを受けるように歪みゲージ(Rt5,Rt6,Rc5,Rc6)の配置は定められる。
When the force sensor (24) receives a force in the positive direction of the X axis, the strain gauges (Rt3, Rt4) are subjected to tensile strain and the strain gauges (Rc4, Rc3) are subjected to compressive strain. , Rc4, Rc3) are defined.
When the force sensor (24) receives a force in the positive direction of the Y axis, the strain gauges (Rt5, Rt6) are subjected to tensile strain and the strain gauges (Rc5, Rc6) are subjected to compressive strain. , Rc5, Rc6) are determined.
図4は、上記歪みゲージにより構成された回路図を示し、図4(a)は、Z軸方向の力を検出するホイーストンブリッジであり、図4(b)は、X軸方向の力を検出するホイーストンブリッジであり、図4(c)は、Y軸方向の力を検出するホイーストンブリッジである。
図4中、符号Eは、所定の印加電圧を示し、符号eは、荷重に応じた歪みゲージの抵抗変化の結果によって出力される出力電圧を示す。
図4に示す如く、X,Y,Z軸ごとにホイーストンブリッジ回路を構成することにより、検出される力の方向以外からの力の影響を最小限化することができる。
FIG. 4 shows a circuit diagram constituted by the strain gauge, FIG. 4A is a Wheatstone bridge that detects a force in the Z-axis direction, and FIG. 4B shows a force in the X-axis direction. FIG. 4C illustrates a Wheatstone bridge that detects a force in the Y-axis direction.
In FIG. 4, a symbol E indicates a predetermined applied voltage, and a symbol e indicates an output voltage that is output as a result of the resistance change of the strain gauge according to the load.
As shown in FIG. 4, by configuring a Wheatstone bridge circuit for each of the X, Y, and Z axes, it is possible to minimize the influence of a force other than the direction of the detected force.
本実施例において、図3に示す力センサ(24)のX軸方向が、図2に示す座標系においてX軸方向となり、図3に示す力センサ(24)のY軸方向が、図2に示す座標系においてY軸方向となり、図3に示す力センサ(24)のZ軸方向が、図2に示す座標系においてZ軸方向となるように、力センサ(24A−24F)それぞれがソール部(21)上に固定される。 In this embodiment, the X-axis direction of the force sensor (24) shown in FIG. 3 is the X-axis direction in the coordinate system shown in FIG. 2, and the Y-axis direction of the force sensor (24) shown in FIG. Each of the force sensors (24A-24F) is a sole portion so that the Y-axis direction is in the coordinate system shown, and the Z-axis direction of the force sensor (24) shown in FIG. 3 is the Z-axis direction in the coordinate system shown in FIG. (21) Fixed on top.
図5は、本発明の床反力推定方法の概略的フローチャートである。
本発明の床反力推定方法は、推定係数同定工程と、床反力測定工程と、床反力算出工程からなる。
推定係数同定工程において、まず、被験者の足に床反力測定装置(2)を装着し、被験者が、一般的な床反力計の上に足の乗せ荷重の大きさや荷重位置が変化するように姿勢を変化させる。ここで、被験者が床反力計上を歩行している間のある特定の複数の時点における床反力計による実測値と、力センサ(24A−24F)の出力値を比較する。
床反力計による実測値をFx, Fy, Fzとし、力センサの出力値をfxi, fyi, fzi (i = 1 6)とし、推定係数をAxi, Ayi, Azi(i = 1 6)とすると、床反力の推定値Fx,Fy,Fzと力センサの出力値は以下の式で表される関係となる。
尚、以下の式は、床面の座標と床反力測定装置の座標が一致している場合(底面全体が接地している場合)をモデル化したものであり、足先或いは踵が浮いている場合には、撓みを考慮し、傾きが同一とみなすことのできるセンサ群の中で演算を行なう。この演算において、各センサの傾斜角を用いて、座標変換を実行する。
FIG. 5 is a schematic flowchart of the floor reaction force estimation method of the present invention.
The floor reaction force estimation method of the present invention includes an estimation coefficient identification step, a floor reaction force measurement step, and a floor reaction force calculation step.
In the estimation coefficient identification step, first, the floor reaction force measuring device (2) is attached to the subject's foot so that the subject can change the magnitude and load position of the foot on the general floor reaction force meter. Change your posture. Here, the actual measurement value by the floor reaction force meter at a certain specific time point while the subject is walking on the floor reaction force counting is compared with the output value of the force sensor (24A-24F).
Assume that the measured values by the floor reaction force meter are Fx, Fy, Fz, the output value of the force sensor is fxi, fyi, fzi (i = 16), and the estimation coefficients are Axi, Ayi, Azi (i = 16). The estimated values Fx, Fy, Fz of the floor reaction force and the output value of the force sensor have a relationship represented by the following expression.
The following formula models the case where the coordinates of the floor surface and the coordinates of the floor reaction force measuring device match (when the entire bottom surface is in contact with the ground), and the toes or heels float. If so, the calculation is performed in a group of sensors that can be considered to have the same inclination in consideration of bending. In this calculation, coordinate conversion is executed using the inclination angle of each sensor.
ここで、Fxは、X軸方向の床反力の推定値を意味し、fxiは、力センサのX軸方向の力の作用により生じた出力値を意味し、Axiは、X軸方向の力に対する推定係数を意味する。また、i = 1のときは、力センサ(24A)に関連することを意味し、i = 2のときは、力センサ(24B)に関連することを意味し、i = 3のときは、力センサ(24C)に関連することを意味し、i = 4のときは、力センサ(24D)に関連することを意味し、i = 5のときは、力センサ(24E)に関連することを意味し、i = 6のときは、力センサ(24F)に関連することを意味する。
同様に、Fyは、Y軸方向の床反力の推定値を意味し、fyiは、力センサのY軸方向の力の作用により生じた出力値を意味し、Ayiは、Y軸方向の力に対する推定係数を意味する。また、Fzは、Z軸方向の床反力の推定値を意味し、fziは、力センサのZ軸方向の力の作用により生じた出力値を意味し、Aziは、Z軸方向の力に対する推定係数を意味する。
Here, Fx means an estimated value of the floor reaction force in the X-axis direction, fxi means an output value generated by the action of the force in the X-axis direction of the force sensor, and Axi means a force in the X-axis direction. Means the estimation coefficient for. Further, when i = 1, it means that it is related to the force sensor (24A), when i = 2, it means that it is related to the force sensor (24B), and when i = 3, it is related to the force sensor (24B). Means related to sensor (24C), i = 4 means related to force sensor (24D), i = 5 means related to force sensor (24E) When i = 6, it means that the force sensor (24F) is related.
Similarly, Fy means an estimated value of the floor reaction force in the Y-axis direction, fyi means an output value generated by the action of the force in the Y-axis direction of the force sensor, and Ayi means a force in the Y-axis direction. Means the estimation coefficient for. Fz means the estimated value of the floor reaction force in the Z-axis direction, fzi means the output value generated by the action of the force in the Z-axis direction of the force sensor, and Azi means the force in the Z-axis direction. Means an estimation coefficient.
推定係数同定工程において、重回帰分析等の手法により、上記推定値と床反力計により計測した値の差異が最小となるように、推定係数(偏回帰係数)(Axi, Ayi, Azi)をそれぞれ同定する。
このような同定作業は、床反力計からの出力と、床反力測定装置(2)からの出力を解析装置(3)に送信し、解析装置(3)の演算処理機能を利用して行なわれる。
In the estimation coefficient identification process, the estimation coefficient (partial regression coefficient) (Axi, Ayi, Azi) is set so that the difference between the estimated value and the value measured by the floor reaction force meter is minimized by techniques such as multiple regression analysis. Identify each one.
Such identification work is performed by transmitting the output from the floor reaction force meter and the output from the floor reaction force measuring device (2) to the analysis device (3) and using the arithmetic processing function of the analysis device (3). Done.
推定係数同定工程の結果、解析装置(3)には、以下の式で表される推定係数行列Cが格納されることとなる。 As a result of the estimation coefficient identification step, the analysis apparatus (3) stores an estimation coefficient matrix C represented by the following expression.
推定係数同定工程の後に、床反力測定工程が行われる。
床反力測定工程において、被験者の足に床反力測定装置(2)を装着する。そして、被験者は、例えば、歩行動作、ゴルフのスウィング、階段の昇降などの分析対象たる所定の動作を実行する。
床反力測定装置(2)に取付けられた力センサ(24A−24F)は、この所定の動作により、これら力センサ(24A−24F)に負荷された力に応じた出力を解析装置(3)に送信する。
この結果、解析装置(3)には、以下の式で表されるセンサ出力値行列Vが格納されることとなる。
After the estimation coefficient identification step, a floor reaction force measurement step is performed.
In the floor reaction force measurement step, the floor reaction force measurement device (2) is attached to the subject's foot. Then, for example, the subject performs a predetermined operation as an analysis target, such as a walking operation, golf swing, and ascending / descending of stairs.
The force sensor (24A-24F) attached to the floor reaction force measuring device (2) outputs an output corresponding to the force applied to the force sensor (24A-24F) by the predetermined operation by the analyzing device (3). Send to.
As a result, the sensor output value matrix V expressed by the following equation is stored in the analysis device (3).
床反力測定工程の後に、床反力算出工程が行われる。
床反力算出工程において、解析装置(3)は、その演算機能を用いて、推定係数行列Cとセンサ出力値行列Vの積算を行ない、床反力の推定値を算出する。したがって、床反力の推定値(F'x, F'y, F'z)は、以下の式により表される。
After the floor reaction force measurement step, a floor reaction force calculation step is performed.
In the floor reaction force calculation step, the analysis device (3) uses the calculation function to integrate the estimation coefficient matrix C and the sensor output value matrix V to calculate an estimated value of the floor reaction force. Therefore, the estimated value (F′x, F′y, F′z) of the floor reaction force is expressed by the following equation.
更に、i番目のセンサの基準点からの座標(xi,yi)を用いて、下式により床全体としての荷重位置を推定することが可能となる。
尚、以下の式は、床面の座標と床反力測定装置の座標が一致している場合(底面全体が接地している場合)をモデル化したものであり、足先或いは踵が浮いている場合には、撓みを考慮し、傾きが同一とみなすことのできるセンサ群の中で演算を行なう。この演算において、各センサの傾斜角を用いて、座標変換を実行する。
Furthermore, using the coordinates (x i , y i ) from the reference point of the i-th sensor, the load position as the entire floor can be estimated by the following equation.
The following formula models the case where the coordinates of the floor surface and the coordinates of the floor reaction force measuring device match (when the entire bottom surface is in contact with the ground), and the toes or heels float. If so, the calculation is performed in a group of sensors that can be considered to have the same inclination in consideration of bending. In this calculation, coordinate conversion is executed using the inclination angle of each sensor.
このように、予め推定係数を同定することで、少ない力センサを用いて、床反力を精度よく算出することが可能となる。したがって、ソール部上面全面にわたって力センサを配設する必要性がなく、結果として、ソール部(21)及び中敷部(23)が本来的に有する可撓性を維持することが可能となる。このことは、床反力測定装置(2)を装着する被験者の自然な歩行動作或いはその他の分析対象動作を可能とし、より現実的な床反力データのサンプリングが可能となる。 Thus, by identifying the estimation coefficient in advance, it is possible to accurately calculate the floor reaction force using a small number of force sensors. Therefore, it is not necessary to dispose a force sensor over the entire upper surface of the sole portion, and as a result, the flexibility inherent to the sole portion (21) and the insole portion (23) can be maintained. This enables a natural walking motion or other analysis target motion of the subject wearing the floor reaction force measuring device (2), and enables more realistic floor reaction force data sampling.
尚、推定係数行列Cを被験者別に定めてもよい。例えば、被験者(甲)に対して、上述の如くして、推定係数を同定し、被験者(甲)に対する推定係数行列C1を解析装置(3)に格納する。そして、被験者(乙)に対して、同様に推定係数を同定し、被験者(乙)に対する推定係数行列C2を解析装置(3)に格納する。
その後、被験者(甲)に対して、床反力測定工程を実行した場合には、床反力算出工程においては、被験者(甲)に対して定められた推定係数行列C1を用いて、床反力を算出する。
或いは、被験者(乙)に対して、床反力測定工程を実行した場合には、床反力算出工程においては、被験者(乙)に対して定められた推定係数行列C2を用いて、床反力を算出する。
これにより、本発明により得られる床反力の推定値の精度を高めることが可能となる。
Note that the estimation coefficient matrix C may be determined for each subject. For example, as described above, the estimation coefficient is identified for the subject (class A), and the estimation coefficient matrix C1 for the subject (class A) is stored in the analysis device (3). And an estimation coefficient is similarly identified with respect to a test subject (B), and the estimation coefficient matrix C2 with respect to a test subject (B) is stored in an analyzer (3).
Thereafter, when the floor reaction force measurement step is executed for the subject (the former), the floor reaction force calculation step uses the estimated coefficient matrix C1 determined for the subject (the former), Calculate the force.
Alternatively, when the floor reaction force measurement process is executed on the subject (second person), the floor reaction force calculation process uses the estimated coefficient matrix C2 determined for the subject (second person) to determine the floor reaction force. Calculate the force.
Thereby, it becomes possible to improve the accuracy of the estimated value of the floor reaction force obtained by the present invention.
他の実施形態においては、推定係数行列Cを床反力測定装置(2)別に定めてもよい。例えば、重量の異なる床反力測定装置(2)を2つ用意する。そして、被験者(甲)の足に軽量型の床反力測定装置(2)を装着し、推定係数同定工程を実行し、軽量型の床反力測定装置(2)に対する推定係数を同定し、軽量型の床反力測定装置(2)に対する推定行列係数C3を解析装置(3)に格納する。
その後、被験者(甲)の足に重量が大きい床反力測定装置(2)を装着し、推定係数同定工程を実行し、重量の大きい床反力測定装置(2)に対する推定係数を同定し、重量の大きい床反力測定装置(2)に対する推定行列係数C4を解析装置(3)に格納する。
これにより、履物の重量に起因する床反力の変化を精度よく分析可能となる。
In another embodiment, the estimation coefficient matrix C may be determined for each floor reaction force measuring device (2). For example, two floor reaction force measuring devices (2) having different weights are prepared. Then, the lightweight floor reaction force measuring device (2) is attached to the subject's (top) foot, the estimation coefficient identifying step is executed, and the estimation coefficient for the lightweight floor reaction force measuring device (2) is identified, The estimated matrix coefficient C3 for the lightweight floor reaction force measuring device (2) is stored in the analyzing device (3).
Thereafter, the floor reaction force measuring device (2) having a large weight is attached to the subject's (top) foot, the estimation coefficient identifying step is executed, and the estimation coefficient for the floor reaction force measuring device (2) having a large weight is identified, The estimated matrix coefficient C4 for the heavy floor reaction force measuring device (2) is stored in the analyzing device (3).
This makes it possible to accurately analyze the change in floor reaction force due to the weight of the footwear.
図6は、図1に示す床反力測定システム(1)の応用形態である。図6に示す床反力測定システム(10)は、撮像装置(4)を備える点において、図1に示す床反力測定システム(1)と異なるが、他の構成は同様である。撮像装置(4)としては、一般的に入手可能なデジタルビデオカメラを採用可能である。
床反力測定工程において、床反力測定装置(2)を被験者の足に装着し、被験者に所定の動作を実行させる。床反力測定装置(2)に据付けられた力センサ(24)からの出力が解析装置(3)に送信されると、解析装置(3)はトリガ信号を撮像装置(4)に送り、撮像装置(4)は被験者の足を撮像する。撮像装置(4)は、撮像により得られた動画データを解析装置(3)に送信し、解析装置(3)は動画データを格納する。
これにより、力センサ(24)の時系列データと撮像装置(4)に得られた動画データが略同期することとなる。
FIG. 6 shows an application form of the floor reaction force measurement system (1) shown in FIG. The floor reaction force measurement system (10) shown in FIG. 6 is different from the floor reaction force measurement system (1) shown in FIG. 1 in that an imaging device (4) is provided, but the other configurations are the same. As the imaging device (4), a generally available digital video camera can be employed.
In the floor reaction force measurement step, the floor reaction force measurement device (2) is attached to the subject's foot, and the subject is caused to perform a predetermined operation. When the output from the force sensor (24) installed in the floor reaction force measurement device (2) is transmitted to the analysis device (3), the analysis device (3) sends a trigger signal to the image pickup device (4) to take an image. The device (4) images the subject's foot. The imaging device (4) transmits moving image data obtained by imaging to the analyzing device (3), and the analyzing device (3) stores the moving image data.
Thereby, the time series data of the force sensor (24) and the moving image data obtained by the imaging device (4) are substantially synchronized.
図7は、撮像装置(4)から得られた動画データを構成する静止画データを示す。
床反力算出工程において、算出される床反力の時系列データに基づき、分析したい時点における被験者の足の状態を映し出した静止画データを動画データから抽出する。
上述の如く、本発明に用いられる床反力測定装置(2)のソール部(21)及び中敷部(23)の積層体は、可撓性を有している。したがって、通常の歩行動作或いはその他の運動状態において観察される靴底(足裏)の屈曲状態を生ずることとなる。
図7に示す如く、静止画データから、水平面(H)に対する床反力測定装置(2)の底面の傾斜角度(θ1,θ2)を求めることができる。
FIG. 7 shows still image data constituting the moving image data obtained from the imaging device (4).
In the floor reaction force calculation step, based on the time series data of the calculated floor reaction force, still image data that reflects the state of the subject's foot at the time of analysis is extracted from the moving image data.
As described above, the laminate of the sole portion (21) and the insole portion (23) of the floor reaction force measuring device (2) used in the present invention has flexibility. Accordingly, a bent state of the sole (sole) observed in a normal walking motion or other motion state is generated.
As shown in FIG. 7, the inclination angle (θ 1 , θ 2 ) of the bottom surface of the floor reaction force measuring device (2) with respect to the horizontal plane (H) can be obtained from the still image data.
図8は、座標変換補正の簡略化した模式図である。
床反力測定装置(2)が出力する力成分のデータは、ソール部(21)上面に対して直交する方向とソール部(21)上面に対して平行な方向の力成分である。図7に示す如く、被験者が所定の動作(例えば、歩行動作)を行った場合には、ソール部(21)は水平面(地面)に対して傾斜した状態となる瞬間も生ずる。このようにソール部(21)を基準とする座標系は、時間とともに変化をし、動的なものであるので、得られたデータの取扱いが困難な場面を生ずる。
したがって、地面を基準とした座標系(即ち、地面に対して平行に2つの軸をとり、地面に対して直交する方向に1つの軸をとる座標系)に、得られたデータを変換することが好ましい。
FIG. 8 is a simplified schematic diagram of coordinate transformation correction.
The force component data output from the floor reaction force measuring device (2) is a force component in a direction orthogonal to the upper surface of the sole portion (21) and in a direction parallel to the upper surface of the sole portion (21). As shown in FIG. 7, when the subject performs a predetermined motion (for example, walking motion), there also occurs a moment when the sole portion (21) is inclined with respect to the horizontal plane (ground). As described above, the coordinate system based on the sole portion (21) changes with time and is dynamic, so that it is difficult to handle the obtained data.
Therefore, transform the obtained data into a coordinate system based on the ground (that is, a coordinate system with two axes parallel to the ground and one axis perpendicular to the ground). Is preferred.
ここで、図7を再度参照する。
地面に対して、角度θ1で傾斜しているソール部(21)の領域を領域Aとし、角度θ2で傾斜しているソール部(21)の領域を領域Bとする。領域Aにおいて、爪先から踵へ向かう方向の力成分fady及びソール部(21)上面に対して直交する方向の力fadzが算出されたとする。
このとき、これらの力成分を地面を基準とした座標系(Ys,Zs)に置き換えたときの、地面に対して平行な方向の力成分Fasy及び地面に対して直交する方向の力成分Faszは以下の式により表される。
Here, FIG. 7 will be referred to again.
With respect to the ground, the sole portion which is inclined at an angle theta 1 to the region of (21) as a region A, a sole portion which is inclined at an angle theta 2 to the region of (21) to a region B. In the region A, it is assumed that the force component fady in the direction from the toe to the heel and the force fadz in the direction orthogonal to the upper surface of the sole portion (21) are calculated.
At this time, when these force components are replaced with the coordinate system (Ys, Zs) based on the ground, the force component Fasy in the direction parallel to the ground and the force component Faz in the direction orthogonal to the ground are It is represented by the following formula.
同様に、領域Bにおいて、爪先から踵へ向かう方向の力成分fbdy及びソール部(21)上面に対して直交する方向の力fbdzが算出されたとする。
このとき、これらの力成分を、地面を基準とした座標系(Ys,Zs)に置き換えたときの、地面に対して平行な方向の力成分Fbsy及び地面に対して直交する方向の力成分Fbszは以下の式により表される。
Similarly, in the region B, it is assumed that the force component fbdy in the direction from the toe to the heel and the force fbdz in the direction orthogonal to the upper surface of the sole portion (21) are calculated.
At this time, when these force components are replaced with the coordinate system (Ys, Zs) based on the ground, the force component Fbsy in the direction parallel to the ground and the force component Fbsz in the direction orthogonal to the ground Is represented by the following equation.
上記手法により得られた(Fasy,Fbsy)及び(Fasz,Fbsz)をそれぞれ荷重位置を考慮してベクトル的に和算することにより、ソール部(21)上に生じた力成分を、地面を基準とした座標系(Ys,Zs)に置換することが可能となる。 The (Fasy, Fbsy) and (Fasz, Fbsz) obtained by the above method are summed in a vector manner in consideration of the load position, so that the force component generated on the sole portion (21) is referenced to the ground. It is possible to replace with the coordinate system (Ys, Zs).
上記説明を不必要に複雑化することを避けるために、二次元座標を用いて説明したが、三次元座標に適用することは、基礎的な数学的論理に基づき適宜行なうことができる。また、上記説明において、本発明の要旨を明確化するために撮像装置(4)及び撮像装置(4)から得られた画像データを用いて、傾斜角度を割り出したが、他の手法を用いて行なうこともできる。 In order to avoid unnecessarily complicating the above description, the description has been made using two-dimensional coordinates. However, application to three-dimensional coordinates can be appropriately performed based on basic mathematical logic. In the above description, in order to clarify the gist of the present invention, the tilt angle is determined using the image pickup device (4) and the image data obtained from the image pickup device (4), but other methods are used. It can also be done.
例えば、ジャイロセンサを床反力測定装置(2)のソール部(21)上面と中敷部(23)下面との間に固定し、ジャイロセンサにより、ソール部(21)上面の傾斜角度の変化率(角速度)を測定する。この場合、ジャイロセンサは、ソール部(21)の上面領域のうち、MP関節に当接する部分から爪先に当接する部分の領域と、MP関節に当接する部分から踵に当接する部分の領域に配されることが好ましい。人の足の骨格によれば、MP関節を境に、床反力測定装置(2)のソール部(21)が屈曲することが多いと考えられるためである。 For example, a gyro sensor is fixed between the upper surface of the sole portion (21) and the lower surface of the insole portion (23) of the floor reaction force measuring device (2), and the inclination angle of the upper surface of the sole portion (21) is changed by the gyro sensor. Measure the rate (angular velocity). In this case, the gyro sensor is arranged in a region of the upper surface region of the sole portion (21) from a portion contacting the MP joint to a portion contacting the toe and a region contacting the MP joint from the portion contacting the MP joint. It is preferred that This is because it is considered that the sole part (21) of the floor reaction force measuring device (2) is often bent with the MP joint as a boundary according to the human foot skeleton.
ジャイロセンサは、更に、測定されたソール部(21)上面の傾斜角度の変化率を解析装置(3)へ送信する。解析装置(3)は、ジャイロセンサから送られたデータを積分演算する。これにより、ソール部(21)上面の傾斜角度を算出することができる。
この実施形態によれば、ソール部(21)上面の傾斜角度を数値データとして時系列的に解析装置(3)に格納することが可能となる。したがって、この格納されたソール部(21)上面の傾斜角度のデータを用いて、上記した座標変換補正を時系列的に実行することが容易となる。
The gyro sensor further transmits the measured change rate of the inclination angle of the upper surface of the sole portion (21) to the analysis device (3). The analysis device (3) performs an integral operation on the data sent from the gyro sensor. Thereby, the inclination angle of the upper surface of the sole portion (21) can be calculated.
According to this embodiment, the inclination angle of the upper surface of the sole portion (21) can be stored in the analysis device (3) in time series as numerical data. Therefore, it becomes easy to execute the above-described coordinate conversion correction in time series using the stored data of the inclination angle of the upper surface of the sole portion (21).
図9は、ソール部(21)上面に2軸の加速度センサを取り付け、ソール部の傾斜角度を測定或いは算出する例を示す。
加速度センサ(9)はソール部(21)上面に固定される。加速度センサ(9)は、ソール部(21)上面に対して平行な方向(本実施例においては、X軸方向)とソール部(21)上面に対して直角な方向(本実施例においては、Y軸方向)の加速度を測定可能である。
ソール部(21)の地面に対する傾斜角度をθとするとき、重力加速度ベクトルgと加速度センサ(9)が測定するY軸方向の加速度ベクトルayのなす角度は、θとなる。この関係は、ソール部(21)の運動による加速度が重力加速度と比較して十分に小さい場合には、以下に示す数式により近似できる。
FIG. 9 shows an example in which a biaxial acceleration sensor is attached to the upper surface of the sole portion (21), and the inclination angle of the sole portion is measured or calculated.
The acceleration sensor (9) is fixed to the upper surface of the sole portion (21). The acceleration sensor (9) has a direction parallel to the upper surface of the sole portion (21) (in this embodiment, the X-axis direction) and a direction perpendicular to the upper surface of the sole portion (21) (in this embodiment, The acceleration in the Y-axis direction) can be measured.
When the inclination angle of the sole part (21) with respect to the ground is θ, the angle formed by the gravitational acceleration vector g and the acceleration vector a y in the Y-axis direction measured by the acceleration sensor (9) is θ. This relationship can be approximated by the following mathematical expression when the acceleration due to the movement of the sole portion (21) is sufficiently smaller than the gravitational acceleration.
この関係式に基づき、加速度センサ(9)による測定値を解析装置(3)に送り、解析装置(3)がソール部(21)の傾斜角度を求めることが可能となり、図7及び図8に関連して説明した座標変換演算を実行可能となる。 Based on this relational expression, the measurement value by the acceleration sensor (9) is sent to the analysis device (3), and the analysis device (3) can determine the inclination angle of the sole portion (21). The coordinate transformation calculation described in relation to this can be executed.
上述の如く、力センサ(24)は、ソール部(21)上面に対して直交する方向の力成分を測定可能である。この測定されたソール部(21)上面に対して直交する方向の力成分を上記の解析装置(3)の積分演算に利用することも可能である。
すなわち、図2に示す力センサ(24A−24F)全て(被験者によっては一部のセンサの出力が非常に小さい場合もある)が、ゼロでない値を示しているとき、或いは、所定の閾値以上の値を示しているとき、ソール部(21)下面全体が地面に接地している状態と考えることができる。ソール部(21)下面全体が地面に接地している状態において、ソール部(21)上面は地面に対して傾斜していない状態であるので、このとき、解析装置(3)の積分演算により得られた積分値を「0」に等しい値にセットし、強制的にこの状態におけるソール部(21)上面の算出傾斜角度を「0」とする。これにより、積分演算により生じた積分誤差を除去することが可能となり、その後の傾斜角度算出の精度を高めることができる。
他の実施形態において、力センサ(24A−24F)全てが、ゼロでない値を示しているとき、或いは、所定の閾値以上の値を示しているときを、解析装置(3)が、ソール部(21)下面全体が地面に接地している状態と判定することで、被験者の足の接地状態と得られた踏圧データとの対比を容易に行なうことや、これを利用した様々な踏圧データの解析を行なうことが可能となる。
As described above, the force sensor (24) can measure a force component in a direction orthogonal to the upper surface of the sole portion (21). It is also possible to use the measured force component in the direction orthogonal to the upper surface of the sole portion (21) for the integral calculation of the analysis device (3).
That is, when all of the force sensors (24A-24F) shown in FIG. 2 (the output of some sensors may be very small depending on the subject) shows a non-zero value, or more than a predetermined threshold value. When the value is shown, it can be considered that the entire bottom surface of the sole portion (21) is in contact with the ground. When the entire bottom surface of the sole portion (21) is in contact with the ground, the top surface of the sole portion (21) is not inclined with respect to the ground. The integrated value obtained is set to a value equal to “0”, and the calculated inclination angle of the upper surface of the sole portion (21) in this state is forcibly set to “0”. As a result, it is possible to remove the integration error caused by the integration calculation, and to improve the accuracy of the subsequent calculation of the tilt angle.
In another embodiment, when all the force sensors (24A-24F) indicate a non-zero value, or when the force sensor (24A-24F) indicates a value equal to or greater than a predetermined threshold, the analysis device (3) 21) By determining that the entire lower surface is in contact with the ground, it is possible to easily compare the contact state of the subject's foot with the obtained treading pressure data, and to analyze various treading pressure data using this Can be performed.
図10は、ソール部(21)の平面図であり、上記図1乃至図8に関連して説明した実施形態の応用例を示す。
図10に示す実施形態において、図2に示す形態において用いられた3分力荷重センサ(24A−24F)の代わりに、単純な圧力センサ(25A−25F)が用いられている。圧力センサ(25A−25F)は、上下方向(図10中、Z軸方向)の荷重を測定可能である。
尚、圧力センサ(25A−25F)の配置は、上述の3分力荷重センサ(24A−24F)と同様である。
FIG. 10 is a plan view of the sole portion (21), and shows an application example of the embodiment described in relation to FIGS.
In the embodiment shown in FIG. 10, a simple pressure sensor (25A-25F) is used instead of the three-component force sensor (24A-24F) used in the embodiment shown in FIG. The pressure sensors (25A-25F) can measure the load in the vertical direction (in FIG. 10, the Z-axis direction).
In addition, arrangement | positioning of a pressure sensor (25A-25F) is the same as that of the above-mentioned 3 component force load sensor (24A-24F).
図11は、図10に示すソール部(21)のA−A線断面図である。
ソール部(21)上には、ソール部(21)と略同形同大のセンサ層(26,27)が積層される。圧力センサ(25A−25F)に対応する位置において、センサ層(26,27)に開口部が形成され、圧力センサ(25A−25F)が開口部を通じて、センサ層(27)上面から突出する。
11 is a cross-sectional view taken along line AA of the sole portion (21) shown in FIG.
On the sole part (21), sensor layers (26, 27) having substantially the same shape and size as the sole part (21) are laminated. Openings are formed in the sensor layers (26, 27) at positions corresponding to the pressure sensors (25A-25F), and the pressure sensors (25A-25F) protrude from the upper surface of the sensor layer (27) through the openings.
図12は、センサ層(26,27)中に配される圧電高分子材料の形態を示す。
センサ層(26,27)中に配される圧電高分子材料(28)は、例えば、P(VDF/TrFE)からなり、薄板波形形状とされる。圧電高分子材料(28)の上面及び下面は導電性インクでコーティングされている。更に、圧電高分子材料(28)表面はシリコンゴムでコーティングされ、圧電高分子材料(28)と導電性インクの剥離が防止される。圧電高分子材料(28)上下はポリウレタンゴムで被覆され、これにより、センサ層(26,27)が形成される。
センサ層(26)の圧電高分子材料(28)の山頂部は、ソール部(21)の幅方向に延設し、センサ層(27)の圧電高分子材料(28)の山頂部は、ソール部(21)の長手方向に延設する。この結果、センサ層(26)の山頂部とセンサ層(27)の山頂部は互いに直交する関係となる。
FIG. 12 shows the form of the piezoelectric polymer material disposed in the sensor layers (26, 27).
The piezoelectric polymer material (28) arranged in the sensor layers (26, 27) is made of, for example, P (VDF / TrFE) and has a thin plate corrugated shape. The upper and lower surfaces of the piezoelectric polymer material (28) are coated with conductive ink. Further, the surface of the piezoelectric polymer material (28) is coated with silicon rubber to prevent the piezoelectric polymer material (28) and the conductive ink from peeling off. The upper and lower sides of the piezoelectric polymer material (28) are covered with polyurethane rubber, whereby the sensor layers (26, 27) are formed.
The peak of the piezoelectric polymer material (28) of the sensor layer (26) extends in the width direction of the sole part (21), and the peak of the piezoelectric polymer material (28) of the sensor layer (27) is the sole. It extends in the longitudinal direction of the part (21). As a result, the peak of the sensor layer (26) and the peak of the sensor layer (27) are orthogonal to each other.
図10乃至図12に示す形態において、ソール部(21)に上下方向の力が負荷されると、圧力センサ(25A−25F)が変形し、負荷された上下方向の力に相当する出力を解析装置(3)に送る。
ソール部(21)に、ソール部(21)長手方向の力が負荷されると、センサ層(26)中に配された圧電高分子材料(28)が変形し、負荷されたソール部(21)長手方向の力に相当する出力を解析装置(3)に送る。
ソール部(21)に、ソール部(21)幅方向の力が負荷されると、センサ層(27)中に配された圧電高分子材料(28)が変形し、負荷されたソール部(21)幅方向の力に相当する出力を解析装置(3)に送る。
10 to 12, when a vertical force is applied to the sole portion (21), the pressure sensor (25A-25F) is deformed, and an output corresponding to the applied vertical force is analyzed. Send to device (3).
When a force in the longitudinal direction of the sole portion (21) is applied to the sole portion (21), the piezoelectric polymer material (28) disposed in the sensor layer (26) is deformed, and the loaded sole portion (21 ) Send the output corresponding to the force in the longitudinal direction to the analysis device (3).
When a force in the width direction of the sole portion (21) is applied to the sole portion (21), the piezoelectric polymer material (28) disposed in the sensor layer (27) is deformed, and the loaded sole portion (21 ) Send an output corresponding to the force in the width direction to the analysis device (3).
図1乃至図8に示す実施形態と同様に、圧力センサ(25A−25F)が固定されるとともにセンサ層(26,27)が積層されたソール部(21)上に中敷部(23)が載置され、床反力測定装置(2)が被験者に装着される。
センサ層(26,27)は、ソール部(21)長手方向及び幅方向に負荷された力全体に応じた出力を解析装置(3)に送信するので、上述の推定演算は、圧力センサ(25A−25F)の出力に対してのみ行なわれる。
図10乃至図12に示す形態において、ソール部(21)並びにソール部(21)上に積層されるセンサ層(26,27)はいずれも可撓性を有する。したがって、床反力測定装置(2)を装着する被験者の快適な履き心地を担保することが可能となる。
尚、図10乃至図12に示す実施形態において、圧力センサ(25A−25F)を圧電高分子材料で形成し、圧縮変形量に応じた出力を解析装置(3)へ送る形態も採用可能である。
Similar to the embodiment shown in FIGS. 1 to 8, the insole part (23) is formed on the sole part (21) on which the pressure sensor (25A-25F) is fixed and the sensor layers (26, 27) are laminated. The floor reaction force measuring device (2) is placed on the subject.
Since the sensor layer (26, 27) transmits an output corresponding to the entire force loaded in the longitudinal direction and the width direction of the sole portion (21) to the analysis device (3), the above estimation calculation is performed by the pressure sensor (25A). Only for the output of -25F).
10 to 12, the sole part (21) and the sensor layers (26, 27) laminated on the sole part (21) are both flexible. Therefore, it is possible to ensure the comfortable wearing comfort of the subject wearing the floor reaction force measuring device (2).
In the embodiment shown in FIGS. 10 to 12, it is also possible to adopt a form in which the pressure sensor (25A-25F) is made of a piezoelectric polymer material and an output corresponding to the amount of compressive deformation is sent to the analysis device (3). .
図13は、更なるソール部(21)の変更形態を示す。
図13に示すソール部(21)上面には、圧電高分子材料で形成される圧力センサ(25A−25F)と、長手方向に長く延びるとともに圧電高分子材料で形成される複数のX軸方向センサ(250)及び幅方向に長く延びるとともに圧電高分子材料で形成される複数のY軸方向センサ(251)が固着される。
圧力センサ(25A−25F)は、上述と同様に、図13に示すZ軸方向の圧縮変形量に応じた出力を解析装置(3)へ送信する。
FIG. 13 shows a further modification of the sole part (21).
On the upper surface of the sole portion (21) shown in FIG. 13, a pressure sensor (25A-25F) formed of a piezoelectric polymer material and a plurality of X-axis direction sensors extending in the longitudinal direction and formed of the piezoelectric polymer material (250) and a plurality of Y-axis direction sensors (251), which extend in the width direction and are formed of a piezoelectric polymer material, are fixed.
The pressure sensors (25A-25F) transmit an output corresponding to the amount of compressive deformation in the Z-axis direction shown in FIG. 13 to the analyzer (3), as described above.
図14は、X軸方向センサ(250)又はY軸方向センサ(251)の横断面図である。
X軸方向センサ(250)及びY軸方向センサ(251)は、それぞれ断面略正方形である。X軸方向センサ(250)は、ソール部(21)長手方向(Y軸方向)に延設するので、ソール部(21)幅方向(X軸方向)の力を受けて大きく変形する。一方、Y軸方向センサ(251)は、ソール部(21)幅方向(X軸方向)に延設するので、ソール部(21)長手方向(Y軸方向)の力を受けて大きく変形する。
したがって、X軸方向センサ(250)はソール部(21)幅方向の力に応じた出力を解析装置(3)に送信し、Y軸方向センサ(251)は、ソール部(21)長手方向の力に応じた出力を解析装置(3)に送信する。
図1乃至図8に示す実施形態と同様に、圧力センサ(25A−25F)、X軸方向センサ(250)及びY軸方向センサ(251)が固着されたソール部(21)上に中敷部(23)が載置され、床反力測定装置(2)が被験者に装着される。
解析装置(3)は、圧力センサ(25A−25F)、X軸方向センサ(250)及びY軸方向センサ(251)からの出力に基づき、上述の推定演算を実行する。
FIG. 14 is a cross-sectional view of the X-axis direction sensor (250) or the Y-axis direction sensor (251).
The X-axis direction sensor (250) and the Y-axis direction sensor (251) each have a substantially square cross section. Since the X-axis direction sensor (250) extends in the longitudinal direction (Y-axis direction) of the sole part (21), the X-axis direction sensor (250) is greatly deformed by receiving a force in the width direction (X-axis direction) of the sole part (21). On the other hand, since the Y-axis direction sensor (251) extends in the width direction (X-axis direction) of the sole portion (21), the Y-axis direction sensor (251) is greatly deformed by receiving a force in the longitudinal direction (Y-axis direction) of the sole portion (21).
Accordingly, the X-axis direction sensor (250) transmits an output corresponding to the force in the width direction of the sole portion (21) to the analysis device (3), and the Y-axis direction sensor (251) is transmitted in the longitudinal direction of the sole portion (21). An output corresponding to the force is transmitted to the analysis device (3).
Similar to the embodiment shown in FIGS. 1 to 8, the insole portion is formed on the sole portion (21) to which the pressure sensor (25A-25F), the X-axis direction sensor (250), and the Y-axis direction sensor (251) are fixed. (23) is placed, and the floor reaction force measuring device (2) is attached to the subject.
The analysis device (3) performs the above-described estimation calculation based on outputs from the pressure sensor (25A-25F), the X-axis direction sensor (250), and the Y-axis direction sensor (251).
図15及び図16は、図13及び図14に関連して説明した実施形態の変更形態である。図15は、ソール部(21)の断面図であり、図16は、ソール部(21)上面に積層される変形層の内部の構成を示す。
図15に示す如く、ソール部(21)上面には、変形層(29)が積層される。変形層(29)は、ソール部(21)に積層された状態で、床反力測定装置(2)を装着する被験者に対して快適な履き心地を提供するのに十分な可撓性を備える。
変形層(29)内部には、X軸方向に延設する歪みゲージ(29X)、Y軸方向に延設する歪みゲージ(29Y)及びZ軸方向に延設する歪みゲージ(29Z)が埋設される。
X軸方向に延設する歪みゲージ(29X)は、変形層(29)がソール部(29)幅方向の力を受けて変形したときの変形量に応じた出力を解析装置(3)に送信する。
Y軸方向に延設する歪みゲージ(29Y)は、変形層(29)がソール部(29)長手方向の力を受けて変形したときの変形量に応じた出力を解析装置(3)に送信する。
Z軸方向に延設する歪みゲージ(29Z)は、変形層(29)がソール部(29)厚さ方向の力を受けて変形したときの変形量に応じた出力を解析装置(3)に送信する。
解析装置は、歪みゲージ(29X,29Y,29Z)からの出力を受けて、上述の推定演算を実行する。
15 and 16 are modifications of the embodiment described with reference to FIGS. 13 and 14. FIG. 15 is a cross-sectional view of the sole portion (21), and FIG. 16 shows the internal structure of the deformation layer laminated on the upper surface of the sole portion (21).
As shown in FIG. 15, a deformation layer (29) is laminated on the upper surface of the sole portion (21). The deformable layer (29) is sufficiently flexible to provide a comfortable comfort for a subject wearing the floor reaction force measuring device (2) in a state where the deformable layer (29) is laminated on the sole portion (21). .
A strain gauge (29X) extending in the X-axis direction, a strain gauge (29Y) extending in the Y-axis direction, and a strain gauge (29Z) extending in the Z-axis direction are embedded in the deformation layer (29). The
The strain gauge (29X) extending in the X-axis direction transmits an output corresponding to the deformation amount when the deformation layer (29) is deformed by receiving the force in the width direction of the sole portion (29) to the analysis device (3). To do.
The strain gauge (29Y) extending in the Y-axis direction transmits an output corresponding to the deformation amount when the deformation layer (29) is deformed by receiving the force in the longitudinal direction of the sole portion (29) to the analysis device (3). To do.
The strain gauge (29Z) extending in the Z-axis direction outputs an output corresponding to the deformation amount when the deformation layer (29) is deformed by receiving a force in the thickness direction of the sole portion (29) to the analysis device (3). Send.
The analysis device receives the output from the strain gauges (29X, 29Y, 29Z) and executes the above-described estimation calculation.
本発明は、人間の歩行動作解析研究、バランス機能の評価、バーチャルリアリティ用のセンサ、ゴルフなどのスポーツのトレーニングや医療福祉機器用のセンサに好適に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used for human walking motion analysis research, balance function evaluation, virtual reality sensors, sports training such as golf, and medical welfare equipment sensors.
1・・・・・床反力測定システム
2・・・・・床反力測定装置
24・・・・力センサ
3・・・・・解析装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Floor reaction
Claims (34)
前記床反力測定装置は、前記ソールの複数箇所に力センサを備え、
該力センサは、少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分に関連する情報を前記解析装置に出力し、
該解析装置は、出力された情報に基づき少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分を算出する第1工程と、
予め前記解析装置に設定された推定係数と、前記算出された前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と前記ソール上面に対して直角の方向の力成分のうち少なくとも一方の算出値を積算する第2工程と、
該積算された値を総和し、床反力を算出する第3工程を実行し、
前記履物型床反力測定装置が、地面に対する前記ソールの傾斜角度を検知する傾斜角度検知器を備えることを特徴とする床反力推定システム。 A floor reaction force estimation system comprising a footwear type floor reaction force measuring device having a flexible sole and an analysis device for analyzing the output of the floor reaction force measuring device,
The floor reaction force measuring device includes force sensors at a plurality of locations of the sole,
The force sensor outputs information related to at least a force component in two directions substantially parallel to the upper surface of the sole and a force component in a direction perpendicular to the upper surface of the sole to the analysis device,
The analysis apparatus calculates a force component in at least two directions substantially parallel to the upper surface of the sole based on the output information, and a first step of calculating a force component in a direction perpendicular to the upper surface of the sole;
Accumulated at least one of the estimated coefficient set in advance in the analysis device, the calculated force component in two directions substantially parallel to the sole upper surface, and the force component in a direction perpendicular to the sole upper surface A second step of
Performing the third step of summing the accumulated values and calculating the floor reaction force ,
The footwear-type floor reaction force measuring apparatus includes an inclination angle detector that detects an inclination angle of the sole with respect to the ground .
該解析装置が、出力された傾斜角度の変化率を積分することによりソールの傾斜角度を算出することを特徴とする請求項1記載の床反力推定システム。 The inclination angle detector measures the change rate of the inclination angle of the sole upper surface and outputs it to the analysis device,
The floor reaction force estimation system according to claim 1 , wherein the analysis device calculates the inclination angle of the sole by integrating the output change rate of the inclination angle.
該解析装置が、出力された角加速度を積分することによりソールの傾斜角度を算出することを特徴とする請求項1記載の床反力推定システム。 The tilt angle detector measures the angular acceleration of the tilt motion of the sole upper surface and outputs it to the analysis device,
The floor reaction force estimation system according to claim 1 , wherein the analysis device calculates the inclination angle of the sole by integrating the outputted angular acceleration.
該加速度センサは、前記ソール上面に対して平行方向の加速度成分と、前記ソール上面に対して直角方向の加速度成分を測定し、
前記ソールに働く重力加速度と前記平行方向の加速度成分の比、前記ソールに働く重力加速度と前記直角方向の加速度成分の比又は前記平行方向の加速度成分と前記直角方向の加速度成分の比に基づき前記ソールの傾斜角度を算出することを特徴とする請求項1記載の床反力推定システム。 The inclination angle detector is an acceleration sensor;
The acceleration sensor measures an acceleration component in a direction parallel to the upper surface of the sole and an acceleration component in a direction perpendicular to the upper surface of the sole,
Based on the ratio between the gravitational acceleration acting on the sole and the acceleration component in the parallel direction, the ratio between the gravitational acceleration acting on the sole and the acceleration component in the perpendicular direction, or the ratio between the acceleration component in the parallel direction and the acceleration component in the perpendicular direction The floor reaction force estimation system according to claim 1, wherein an inclination angle of the sole is calculated.
円板部と、
該円板部から延出するとともに下方に屈曲する複数の脚部と、
該脚部に取付けられる歪みゲージからなり、
前記脚部のうち、一対の脚部は、前記ソール上面に取付けられるとともに該ソール上面に対して平行な一の方向に延出し、
前記脚部のうち他の一対の脚部は、前記ソール上面に取付けられるとともに前記ソール上面に対して平行な一の方向に対して直交する方向に延出し、
前記円板部及び前記脚部がゴム材から形成されることを特徴とする請求項10記載の床反力推定システム。 The three-component load sensor is
A disc part,
A plurality of legs extending from the disk and bending downward;
Consisting of a strain gauge attached to the leg,
Of the legs, a pair of legs are attached to the upper surface of the sole and extend in one direction parallel to the upper surface of the sole,
The other pair of legs are attached to the upper surface of the sole and extend in a direction orthogonal to one direction parallel to the upper surface of the sole,
The floor reaction force estimation system according to claim 10, wherein the disc portion and the leg portion are formed of a rubber material.
前記床反力測定装置は、前記ソールの複数箇所に力センサを備え、
該力センサは、少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分に関連する情報を前記解析装置に出力し、
該解析装置は、出力された情報に基づき少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分を算出する第1工程と、
予め前記解析装置に設定された推定係数と、前記算出された前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と前記ソール上面に対して直角の方向の力成分のうち少なくとも一方の算出値を積算する第2工程と、
該積算された値を総和し、床反力を算出する第3工程を実行し、
前記力センサが、可撓性を有する圧電高分子シートセンサと、圧力センサからなり、
前記圧電高分子シートセンサは、前記ソールの面に対して平行な2方向の力成分を測定し、
前記圧力センサは、前記ソール上面に対して直角な方向の力成分を測定することを特徴とする床反力推定システム。 A floor reaction force estimation system comprising a footwear type floor reaction force measuring device having a flexible sole and an analysis device for analyzing the output of the floor reaction force measuring device,
The floor reaction force measuring device includes force sensors at a plurality of locations of the sole,
The force sensor outputs information related to at least a force component in two directions substantially parallel to the upper surface of the sole and a force component in a direction perpendicular to the upper surface of the sole to the analysis device,
The analysis apparatus calculates a force component in at least two directions substantially parallel to the upper surface of the sole based on the output information, and a first step of calculating a force component in a direction perpendicular to the upper surface of the sole;
Accumulated at least one of the estimated coefficient set in advance in the analysis device, the calculated force component in two directions substantially parallel to the sole upper surface, and the force component in a direction perpendicular to the sole upper surface A second step of
Performing the third step of summing the accumulated values and calculating the floor reaction force,
The force sensor comprises a flexible piezoelectric polymer sheet sensor and a pressure sensor,
The piezoelectric polymer sheet sensor measures a force component in two directions parallel to the surface of the sole,
The pressure sensor, the floor reaction force estimation system that is characterized by measuring the perpendicular force component with respect to said sole upper surface.
履物型床反力測定装置の可撓性を有するソールに配された複数の力センサを用いて、少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分に関連する情報を測定する床反力測定工程と、
前記少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分に関連する情報に基づき、前記少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分を算出する第1工程と、前記推定係数と、前記第1工程で算出された力成分とを積算する第2工程と、前記積算された値を総和し、床反力を算出する第3工程を実行する床反力算出工程からなり、
前記床反力測定工程が、地面に対する前記ソールの傾斜角度を測定する段階を含むことを特徴とする床反力推定方法。 From the relationship between the actual value obtained by directly measuring the floor reaction force and the output value of the force sensor obtained when measuring the actual value, the product of the estimation coefficient and the output value of the force sensor and An estimation coefficient identification step for identifying the estimation coefficient so that the difference from the actual measurement value is minimized;
Using a plurality of force sensors disposed on a flexible sole of a footwear type floor reaction force measuring device, at least two force components substantially parallel to the upper surface of the sole and a direction perpendicular to the upper surface of the sole Floor reaction force measurement process for measuring information related to the force component of
Based on the information related to the force component in at least two directions substantially parallel to the upper surface of the sole and the force component in the direction perpendicular to the upper surface of the sole, the force component in two directions substantially parallel to the at least upper surface of the sole A first step of calculating a force component in a direction perpendicular to the upper surface of the sole, a second step of integrating the estimation coefficient and the force component calculated in the first step, and the integrated value. And a floor reaction force calculation step that executes the third step of calculating the floor reaction force ,
The floor reaction force estimation method, wherein the floor reaction force measurement step includes a step of measuring an inclination angle of the sole with respect to the ground .
履物型床反力測定装置の可撓性を有するソールに配された複数の力センサを用いて、少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分に関連する情報を測定する床反力測定工程と、
前記少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分に関連する情報に基づき、前記少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分を算出する第1工程と、前記推定係数と、前記第1工程で算出された力成分とを積算する第2工程と、前記積算された値を総和し、床反力を算出する第3工程を実行する床反力算出工程からなり、
前記床反力測定工程が、ソール上面の傾斜角度の変化率を測定する段階を含み、
前記床反力算出工程が、前記測定された角速度を積分し、前記ソールの傾斜角度を算出する段階を含むことを特徴とする床反力推定方法。 From the relationship between the actual value obtained by directly measuring the floor reaction force and the output value of the force sensor obtained when measuring the actual value, the product of the estimation coefficient and the output value of the force sensor and An estimation coefficient identification step for identifying the estimation coefficient so that the difference from the actual measurement value is minimized;
Using a plurality of force sensors disposed on a flexible sole of a footwear type floor reaction force measuring device, at least two force components substantially parallel to the upper surface of the sole and a direction perpendicular to the upper surface of the sole Floor reaction force measurement process for measuring information related to the force component of
Based on the information related to the force component in at least two directions substantially parallel to the upper surface of the sole and the force component in the direction perpendicular to the upper surface of the sole, the force component in two directions substantially parallel to the at least upper surface of the sole A first step of calculating a force component in a direction perpendicular to the upper surface of the sole, a second step of integrating the estimation coefficient and the force component calculated in the first step, and the integrated value. And a floor reaction force calculation step that executes the third step of calculating the floor reaction force ,
The floor reaction force measuring step includes a step of measuring a rate of change of an inclination angle of the sole upper surface;
The floor reaction force calculating step includes a step of calculating the inclination angle of the sole by integrating the measured angular velocity .
履物型床反力測定装置の可撓性を有するソールに配された複数の力センサを用いて、少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分に関連する情報を測定する床反力測定工程と、
前記少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分に関連する情報に基づき、前記少なくとも前記ソール上面に略平行な2方向の力成分と、前記ソール上面に対して直角の方向の力成分を算出する第1工程と、前記推定係数と、前記第1工程で算出された力成分とを積算する第2工程と、前記積算された値を総和し、床反力を算出する第3工程を実行する床反力算出工程からなり、
前記床反力測定工程が、前記ソール上面の傾斜動作の角加速度を測定する段階を含み、
前記床反力算出工程が、前記測定された角加速度を積分し、前記ソールの傾斜角度を算出する段階を含むことを特徴とする床反力推定方法。 From the relationship between the actual value obtained by directly measuring the floor reaction force and the output value of the force sensor obtained when measuring the actual value, the product of the estimation coefficient and the output value of the force sensor and An estimation coefficient identification step for identifying the estimation coefficient so that the difference from the actual measurement value is minimized;
Using a plurality of force sensors disposed on a flexible sole of a footwear type floor reaction force measuring device, at least two force components substantially parallel to the upper surface of the sole and a direction perpendicular to the upper surface of the sole Floor reaction force measurement process for measuring information related to the force component of
Based on the information related to the force component in at least two directions substantially parallel to the upper surface of the sole and the force component in the direction perpendicular to the upper surface of the sole, the force component in two directions substantially parallel to the at least upper surface of the sole A first step of calculating a force component in a direction perpendicular to the upper surface of the sole, a second step of integrating the estimation coefficient and the force component calculated in the first step, and the integrated value. And a floor reaction force calculation step that executes the third step of calculating the floor reaction force ,
The floor reaction force measuring step includes a step of measuring an angular acceleration of a tilting motion of the upper surface of the sole;
The floor reaction force calculating method includes the step of integrating the measured angular acceleration to calculate the inclination angle of the sole .
重力加速度と前記平行方向の加速度成分の比、重力加速度と前記直角方向の加速度成分の比又は前記平行方向の加速度成分と前記直角方向の加速度成分の比に基づき、前記傾斜角度を算出する段階を備えることを特徴とする請求項22記載の床反力推定方法。 Measuring the inclination angle of the sole with respect to the ground includes measuring an acceleration component in a direction parallel to the upper surface of the sole and an acceleration component in a direction perpendicular to the upper surface of the sole, among gravitational acceleration components;
Calculating the tilt angle based on a ratio between a gravitational acceleration and the acceleration component in the parallel direction, a ratio between the gravitational acceleration and the acceleration component in the right direction, or a ratio between the acceleration component in the parallel direction and the acceleration component in the right direction. The floor reaction force estimation method according to claim 22, further comprising :
前記推定係数同定工程が、該用意された複数の履物型床反力測定装置別に実行され、該履物型床反力測定装置ごとに前記推定係数が定められることを特徴とする請求項22乃至24いずれかに記載の床反力推定方法。 A step of preparing a plurality of the footwear type floor reaction force measuring devices;
The estimating coefficient identification step is performed in a plurality of footwear type floor reaction force measuring device by which the said prepared claims 22 to 24, characterized in that the estimated coefficient is determined for each fulfillment product type floor reaction force measuring device The floor reaction force estimation method according to any one of the above.
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