JP6107793B2 - 着座者状態検出装置 - Google Patents
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Description
図1および図2は、実施形態による着座者状態検出装置(10)の構成例を示している。着座者状態検出装置(10)は、椅子(50)における着座者(P)の状態(例えば、着座姿勢や肉体疲労や精神疲労など)を検出する装置であり、複数(この例では、5つ)の感圧チューブ(20)と、センサユニット(11)とを備えている。センサユニット(11)は、インターフェイスユニット(12)を経由して情報端末(60)と接続されている。
椅子(50)は、座部(51)と背もたれ部(52)とを有している。この例では、図3に示すように、座部(51)は、上下に扁平な立方体状に形成され、平面視において正方形状に形成されている。背もたれ部(52)は、前後に扁平な立方体状に形成されている。また、背もたれ部(52)は、可撓性を有する支持部材(この例では、L字状の支持部材)によって座部(51)に接続されている。
感圧チューブ(20)は、チューブ状に形成され、振動に伴う圧力が作用して内圧が変化するように構成されている。具体的には、感圧チューブ(20)は、内径が約4mmの樹脂製(例えば、塩化ビニル製)のチューブによって構成され、その一端が封止部(図示を省略)によって閉塞され、その他端がセンサユニット(11)に接続されている。このように構成することにより、振動に伴う圧力が感圧チューブ(20)に作用すると、感圧チューブ(20)の内圧が変化する。なお、複数の感圧チューブ(20)は、1つまたは複数(この例では、4つ)の座部感圧チューブ(21)と、1つまたは複数(この例では、1つ)の背部感圧部(22)とを含んでいる。
座部感圧チューブ(21)は、椅子(50)の座部(51)に配置される感圧チューブ(20)である。この例では、4つの座部感圧チューブ(21)として、第1座部感圧チューブ(21a)と第2座部感圧チューブ(21b)と第3座部感圧チューブ(21c)と第4座部感圧チューブ(21d)とが椅子(50)の座部(51)に配置されている。
背部感圧チューブ(22)は、椅子(50)の背もたれ部(52)に配置される感圧チューブ(20)である。図3に示すように、背部感圧チューブ(22)は、背もたれ部(52)の幅方向に沿うように配置されている。具体的には、背部感圧チューブ(22)は、背もたれ部(52)の下部に配置されている。なお、この例では、背部感圧チューブ(22)は、背もたれ部(52)の表面(背もたれ面)付近に埋設されている。
センサユニット(11)は、信号検知部(30)と信号処理部(40)とを備えている。
信号検知部(30)は、複数の感圧チューブ(20)の内圧変化にそれぞれ応じた複数のセンサ信号を出力する。この例では、信号検知部(30)は、複数の感圧チューブ(20)にそれぞれ対応する複数(この例では、5つ)の受圧部を有している。具体的には、信号検知部(30)は、第1,第2,第3,第4座部感圧チューブ(21a,21b,21c,21d)に対応する第1,第2,第3,第4座部受圧部(31a,31b,31c,31d)と、背部感圧チューブ(22)に対応する背部受圧部(32)とを有している。第1座部受圧部(31a)は、第1座部感圧チューブ(21a)の他端に接続され、第1座部感圧チューブ(21a)の内圧変化をセンサ信号(電気信号)に変換する。例えば、第1座部受圧部(31a)は、マイクロフォンによって構成されている。なお、第2,第3,第4座部受圧部(31b,31c,31d)および背部受圧部(32)は、第1座部受圧部(31a)と同様の構成を有している。
信号処理部(40)は、信号検知部(30)からの複数のセンサ信号を処理するように構成されている。また、信号処理部(40)は、情報端末(60)と通信可能に構成されている。例えば、信号処理部(52)は、CPUやメモリ(CPUを動作させるためのプログラムを格納するメモリ)などによって構成されている。なお、信号処理部(40)による動作については、後で詳しく説明する。
インターフェイスユニット(12)は、センサユニット(11)と情報端末(60)との間の通信(信号の送受)を中継する。なお、インターフェイスユニット(12)とセンサユニット(11)との間の通信は、USBケーブルなどの通信ケーブルを利用した有線通信であってもよいし、WiFiなどの無線通信規格に準拠した無線通信であってもよい。これと同様に、インターフェイスユニット(12)と情報端末(60)との間の通信は、有線通信であってもよいし無線通信であってもよい。
情報端末(60)は、センサユニット(11)と通信可能に構成されている。また、情報端末(60)は、センサユニット(11)からインターフェイスユニット(12)を経由して受信した情報を処理して画像や音声を出力するように構成されている。例えば、情報端末(60)は、入力部(キーボードやタッチパネルなど)や表示パネルやスピーカやCPUやメモリ(CPUを動作させるためのプログラムを格納するメモリ)などによって構成されている。この例では、情報端末(60)は、着座者(P)によって使用される。
次に、図4〜図8を参照して、椅子(50)における着座者(P)の着座姿勢について説明する。なお、図4〜図8では、複数の感圧チューブ(20)のうち着座者の着座姿勢に応じた荷重が加えられやすくなっている感圧チューブ(20)にハッチングを付している。
図4は、良好姿勢(安定姿勢)を示している。良好姿勢は、着座者(P)の肉体疲労度が比較的に低いとされている着座姿勢である。良好姿勢では、着座者(P)の背中が椅子(50)の背もたれ部(52)に接触した状態で着座者(P)が椅子(50)の座部(51)に深く座り込んでいる。そのため、着座者(P)の着座姿勢が「良好姿勢」となっている場合、椅子(50)に設けられた複数の感圧チューブ(20)のうち、椅子(50)の座部(51)の前部に配置された第1座部感圧チューブ(21a)と、椅子(50)の座部(51)の後部に配置された第2座部感圧チューブ(21b)と、椅子(50)の背もたれ部(52)の下部に配置された背部感圧チューブ(22)とに、着座姿勢に応じた荷重が加わりやすくなっているが、その他の感圧チューブ(20)には、着座姿勢に応じた荷重が加わりにくくなっている。
図5は、第1不良姿勢(前方偏り姿勢)を示している。第1不良姿勢では、着座者(P)が椅子(50)の座部(51)の前部に浅く座っており、着座者(P)の背中と椅子(50)の背もたれ部(52)との間に大きな隙間がある。そのため、着座者(P)の着座姿勢が「第1不良姿勢」となっている場合、椅子(50)に設けられた複数の感圧チューブ(20)のうち、椅子(50)の座部(51)の前部に配置された第1座部感圧チューブ(21a)に、着座姿勢に応じた荷重が加わりやすくなっているが、その他の感圧チューブ(20)には、着座姿勢に応じた荷重が加わりにくくなっている。
図6は、第2不良姿勢(腰曲がり姿勢)を示している。第2不良姿勢では、着座者(P)の腰から背中が丸く曲がった状態で着座者(P)が椅子(50)の座部(51)に座っており、着座者(P)の背中と椅子(50)の背もたれ部(52)との間に隙間がある。そのため、着座者(P)の着座姿勢が「第2不良姿勢」となっている場合、椅子(50)に設けられた複数の感圧チューブ(20)のうち、椅子(50)の座部(51)の前部に配置された第1座部感圧チューブ(21a)と、椅子(50)の座部(51)の後部に配置された第2座部感圧チューブ(21b)とに、着座姿勢に応じた荷重が加わりやすくなっているが、その他の感圧チューブ(20)には、着座姿勢に応じた荷重が加わりにくくなっている。
図7は、第3不良姿勢(後方偏り姿勢)を示している。第3不良姿勢では、着座者(P)が椅子(50)の背もたれ部(52)に深くもたれかかっている。そのため、着座者(P)の着座姿勢が「第3不良姿勢」となっている場合、椅子(50)に設けられた複数の感圧チューブ(20)のうち、椅子(50)の背もたれ部(52)に配置された背部感圧チューブ(22)に、着座姿勢に応じた荷重が加わりやすくなっているが、その他の感圧チューブ(20)には、着座姿勢に応じた荷重が加わりにくくなっている。
図8は、第4不良姿勢(左右偏り姿勢)を示している。この第4不良姿勢では、着座者(P)の身体が左右のどちらかに傾いた状態で着座者(P)が椅子(50)の座部(51)に座っている。そのため、着座者(P)の着座姿勢が「第4不良姿勢」となっている場合、椅子(50)に設けられた複数の感圧チューブ(20)のうち、椅子(50)の座部(51)の左部に配置された第3座部感圧チューブ(21c)および座部(51)の右部に配置された第4座部感圧チューブ(21d)のいずれか一方に、着座姿勢に応じた荷重が加わりやすくなっているが、その他の感圧チューブ(20)には、着座姿勢に応じた荷重が加わりにくくなっている。
一般的に、第1〜第4不良姿勢(図5〜図8)に起因する着座者(P)に肉体疲労度は、良好姿勢(図4)に起因する着座者(P)の肉体疲労度よりも高くなっている。さらに、第2不良姿勢(腰曲がり姿勢:図6)および第4不良姿勢(左右偏り姿勢:図8)に起因する着座者(P)の肉体疲労度は、第1不良姿勢(前方偏り姿勢:図5)および第3不良姿勢(後方偏り姿勢:図7)に起因する着座者(P)の肉体疲労度よりも高くなっている。
着座者(P)の着座姿勢に応じた荷重が加えられている感圧チューブ(すなわち、着座者(P)の体重がかけられている感圧チューブ(20))には、着座者(P)の生体活動(例えば、心拍や呼吸など)に伴う振動が伝達しやすくなっている。着座者(P)の生体活動に伴う振動が感圧チューブ(20)に伝達されると、その振動に伴う圧力が感圧チューブ(20)に作用して感圧チューブ(20)の内圧が変化し、その結果、信号検知部(30)からのセンサ信号が変化する。これにより、着座者(P)の生体活動に由来する生体信号成分がセンサ信号に重畳される。また、着座者(P)の生体活動に伴う振動が感圧チューブ(20)に伝達しやすくなるほど、その感圧チューブ(20)に対応するセンサ信号の振幅(特に、センサ信号に含まれる生体信号成分の振幅)が大きくなる傾向にある。したがって、椅子(50)に設けられた複数の感圧チューブ(20)にそれぞれ対応する複数のセンサ信号(特に、センサ信号に含まれる生体信号成分)に基づいて、椅子(50)における着座者(P)の着座姿勢を検出することが可能である。
図9は、着座姿勢対応テーブルの一例を示している。着座姿勢対応テーブルは、信号処理部(40)に格納されている。着座姿勢対応テーブルには、着座姿勢と感圧チューブ(20)の荷重パターンと評価点とが対応付けられている。この例では、着座姿勢対応テーブルには、良好姿勢(図4)と、第1不良姿勢(図5:前方偏り姿勢)と、第2不良姿勢(図6:腰曲がり姿勢)と、第3不良姿勢(図7:後方偏り姿勢)と、第4不良姿勢(図8:左右偏り姿勢)とが、着座姿勢として登録されている。
次に、図10を参照して、信号処理部(40)による動作について説明する。信号処理部(40)は、図10に示した動作を周期的に繰り返し行う。具体的には、信号処理部(40)は、予め設定された評価時間(例えば、30分間)が経過するまで着座姿勢検出処理(ステップ(ST11))を繰り返し行う。なお、信号処理部(40)は、予め設定された検出時間(評価時間よりも短い時間、例えば、30秒間)毎に着座姿勢検出処理を行う。そして、評価時間が経過すると(ステップ(ST12)のYES)、信号処理部(40)は、肉体疲労評価処理(ステップ(ST13))を行う。
次に、図11を参照して、信号処理部(40)による着座姿勢検出処理について説明する。着座姿勢検出処理では、信号処理部(40)は、複数のセンサ信号に含まれる生体信号成分(着座者(P)の生体活動に由来する信号成分)に基づいて複数の感圧チューブ(20)に対する荷重(着座姿勢に応じた荷重)の有無を判定し、複数の感圧チューブ(20)に対する荷重の有無に基づいて着座者(P)の着座姿勢を検出する。
次に、図12および図13を参照して、信号処理部(40)による肉体疲労評価処理について説明する。肉体疲労評価処理では、信号処理部(40)は、着座姿勢検出処理(図11)によって検出された着座者(P)の着座姿勢に基づいて着座者(P)の肉体疲労を評価する。この例では、信号処理部(40)は、2種類の肉体疲労評価処理(第1および第2肉体疲労評価処理)を行う。
図12に示すように、第1肉体疲労評価処理では、信号処理部(40)は、着座姿勢(詳しくは、着座姿勢の種別)毎に肉体疲労度に応じた評価点を設定し、評価時間内に検出された着座姿勢に対応する評価点の合計が予め設定された肉体疲労閾値を上回るか否かを判定し、評価時間内における評価点の合計が肉体疲労閾値を上回る場合には着座者(P)に肉体疲労があると判定し、そうでない場合には着座者(P)に肉体疲労がないと判定する。なお、肉体疲労閾値は、不良姿勢に起因する肉体疲労が着座者(P)に生じると推定される場合の評価点の合計に設定されていてもよい。
図13に示すように、第2肉体疲労評価処理では、信号処理部(40)は、着座姿勢(詳しくは、着座姿勢の種別)毎に評価時間内における発生頻度を計測し、発生頻度が予め設定された継続疲労閾値を上回る着座姿勢が存在するか否かを判定し、発生頻度が継続疲労閾値を上回る着座姿勢が存在している場合には着座者(P)に肉体疲労があると判定し、そうでない場合には着座者(P)に肉体疲労がないと判定する。なお、継続疲労閾値は、同一姿勢の継続に起因する肉体疲労が着座者(P)に生じると推定される場合の発生頻度に設定されていてもよい。
次に、図14を参照して、信号処理部(40)による精神疲労評価処理について説明する。精神疲労評価処理では、信号処理部(40)は、複数のセンサ信号のうち少なくとも1つのセンサ信号に含まれる心拍信号成分(着座者(P)の心拍に由来する信号成分)に基づいて着座者(P)の精神疲労を評価する。なお、信号処理部(40)は、図10に示した動作と並行して図14に示した精神疲労評価処理を行う。
以上のように、着座姿勢検出処理を行うことにより、椅子(50)における着座者(P)の着座姿勢を検出することができる。
以上の説明では、信号処理部(40)がセンサユニット(11)に設けられている場合を例に挙げたが、信号処理部(40)は、情報端末(60)に設けられていてもよい。例えば、信号処理部(40)は、情報端末(60)に設けられたCPUやメモリ(CPUを動作させるためのプログラムを格納するメモリ)などによって構成されていてもよい。すなわち、信号処理部(40)は、センサユニット(11)の機能の一部であってもよいし、情報端末(60)の機能の一部であってもよいし、その他の情報処理装置の機能の一部であってもよい。
20 感圧チューブ(感圧部)
21 座部感圧チューブ(座部感圧部)
21a 第1座部感圧チューブ(第1座部感圧部)
21b 第2座部感圧チューブ(第2座部感圧部)
21c 第3座部感圧チューブ(第3座部感圧部)
21d 第4座部感圧チューブ(第4座部感圧部)
22 背部感圧チューブ(背部感圧部)
11 センサユニット
30 信号検知部
31a 第1座部受圧部
31b 第2座部受圧部
31c 第3座部受圧部
31d 第4座部受圧部
32 背部受圧部
40 信号処理部
12 インターフェイスユニット
50 椅子
51 座部
52 背もたれ部
60 情報端末
Claims (7)
- 椅子(50)における着座者(P)の状態を検出する装置であって、
座部感圧部(21)と背部感圧部(22)とを含む複数の感圧部(20)と、
信号検知部(30)と、
予め定められた評価時間内において着座姿勢検出処理を繰り返し行い肉体疲労評価処理を行う信号処理部(40)とを備え、
上記複数の感圧部(20)の各々は、その一端が上記信号検知部(30)に接続された感圧チューブによって構成され、上記着座者(P)の生体活動に伴う振動が伝達されると該振動に伴う圧力が作用して該圧力に応じて内圧が変化し、
上記複数の感圧部(20)のうち上記座部感圧部(21)に該当する感圧部(20)は、上記椅子(50)の座部(51)の幅方向または前後方向に沿うように該座部(51)に配置され、
上記複数の感圧部(20)のうち上記背部感圧部(22)に該当する感圧部(20)は、上記椅子(50)の背もたれ部(52)の幅方向に沿うように該背もたれ部(52)に配置され、
上記信号検知部(30)は、上記複数の感圧部(20)の内圧変化にそれぞれ応じた複数のセンサ信号を出力するように構成され、
上記信号処理部(40)は、
上記着座姿勢検出処理において、上記信号検知部(30)からの複数のセンサ信号に基づいて上記着座者(P)の着座姿勢を検出し、
上記肉体疲労評価処理において、上記評価時間を分割して得られる複数の処理時間毎に、上記着座姿勢検出処理によって検出された着座姿勢から該処理時間における着座姿勢を選出し、該着座姿勢と該着座姿勢に起因する着座者(P)の肉体疲労度に応じた評価点とが対応付けられたテーブルから該処理時間における着座姿勢に対応する評価点を検出し、該複数の処理時間毎に検出した評価点の合計である該評価時間内における評価点の合計を算出し、該評価時間内における評価点の合計が予め設定された肉体疲労閾値を上回る場合に着座者(P)に肉体疲労があると判定するように構成されている
ことを特徴とする着座者状態検出装置。 - 椅子(50)における着座者(P)の状態を検出する装置であって、
座部感圧部(21)と背部感圧部(22)とを含む複数の感圧部(20)と、
信号検知部(30)と、
予め定められた評価時間内において着座姿勢検出処理を繰り返し行い肉体疲労評価処理を行う信号処理部(40)とを備え、
上記複数の感圧部(20)の各々は、その一端が上記信号検知部(30)に接続された感圧チューブによって構成され、上記着座者(P)の生体活動に伴う振動が伝達されると該振動に伴う圧力が作用して該圧力に応じて内圧が変化し、
上記複数の感圧部(20)のうち上記座部感圧部(21)に該当する感圧部(20)は、上記椅子(50)の座部(51)の幅方向または前後方向に沿うように該座部(51)に配置され、
上記複数の感圧部(20)のうち上記背部感圧部(22)に該当する感圧部(20)は、上記椅子(50)の背もたれ部(52)の幅方向に沿うように該背もたれ部(52)に配置され、
上記信号検知部(30)は、上記複数の感圧部(20)の内圧変化にそれぞれ応じた複数のセンサ信号を出力するように構成され、
上記信号処理部(40)は、
上記着座姿勢検出処理において、上記信号検知部(30)からの複数のセンサ信号に基づいて上記着座者(P)の着座姿勢を検出し、
上記肉体疲労評価処理において、上記評価時間を分割して得られる複数の処理時間毎に、上記着座姿勢検出処理によって検出された着座姿勢から該処理時間における着座姿勢を選出し、該複数の処理時間毎に選出された着座姿勢に基づいて着座姿勢毎に該評価時間内における発生頻度を計測し、発生頻度が予め設定された継続疲労閾値を上回る着座姿勢が存在している場合に着座者(P)に肉体疲労があると判定するように構成されている
ことを特徴とする着座者状態検出装置。 - 請求項1または2において、
上記座部感圧部(21)は、第1座部感圧部(21a)と第2座部感圧部(21b)とを含み、
上記複数の感圧部(20)のうち上記第1座部感圧部(21a)に該当する感圧部(20)と上記第2座部感圧部(21b)に該当する感圧部(20)は、上記椅子(50)の座部(51)の前後方向に間隔をおいて該座部(51)の幅方向に沿うように該座部(51)に配置されている
ことを特徴とする着座者状態検出装置。 - 請求項1または2において、
上記座部感圧部(21)は、第1座部感圧部(21a)と、第2座部感圧部(21b)と、第3座部感圧部(21c)と、第4座部感圧部(21d)とを含み、
上記複数の感圧部(20)のうち上記第1座部感圧部(21a)に該当する感圧部(20)と上記第2座部感圧部(21b)に該当する感圧部(20)は、上記椅子(50)の座部(51)の前後方向に間隔をおいて該座部(51)の幅方向に沿うように該座部(51)に配置され、
上記複数の感圧部(20)のうち上記第3座部感圧部(21c)に該当する感圧部(20)と上記第4座部感圧部(21d)に該当する感圧部(20)は、上記椅子(50)の座部(51)の幅方向に間隔をおいて該座部(51)の前後方向に沿うように該座部(51)に配置されている
ことを特徴とする着座者状態検出装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項において、
上記信号処理部(40)は、上記着座姿勢検出処理において、上記複数のセンサ信号の各々に対して、該センサ信号に含まれる上記着座者(P)の生体活動に由来する生体信号成分の振幅が予め設定された荷重閾値を上回る場合に該センサ信号に対応する感圧部(20)に対して荷重が加えられていると判定し、該センサ信号に含まれる生体信号成分の振幅が該荷重閾値を上回らない場合に該センサ信号に対応する感圧部(20)に対して荷重が加えられていないと判定する荷重判定を行い、上記着座者(P)の着座姿勢と上記複数の感圧部(20)の各々に対する荷重の有無を示した荷重パターンとが対応付けられたテーブルから該荷重判定の判定結果に対応する該着座者(P)の着座姿勢を検出するように構成されている
ことを特徴とする着座者状態検出装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項において、
上記信号処理部(40)は、上記複数のセンサ信号のうち少なくとも1つのセンサ信号に含まれる上記着座者(P)の心拍数に由来する心拍信号成分に基づいて心拍変動係数または心拍呼吸性変動成分を指標値として取得し、予め設定された評価時間内における該指標値の平均値が予め設定された安静閾値を下回る場合に該着座者(P)に精神疲労があると判定する精神疲労評価処理を行う
ことを特徴とする着座者状態検出装置。 - 請求項6において、
上記信号処理部(40)は、上記複数のセンサ信号にそれぞれ含まれる複数の心拍信号成分のうち振幅が最も大きい心拍信号成分に基づいて上記精神疲労評価処理を行うように構成されている
ことを特徴とする着座者状態検出装置。
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