JP6917036B2

JP6917036B2 - マットの形状計測装置

Info

Publication number: JP6917036B2
Application number: JP2017030581A
Authority: JP
Inventors: 和美纐纈
Original assignee: Tec Gihan Corp
Current assignee: Tec Gihan Corp
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2021-08-11
Anticipated expiration: 2037-02-22
Also published as: JP2018136194A

Description

本発明は、シートの座面や寝具マットなどの形状などを測定できるようにしたマットの形状測定装置に関するものである。

従来より、着座時におけるシートの座面の形状を測定するものとして、特許文献１に示すようなものがある。

この座面形状測定装置は、縦方向および横方向に等間隔ごとに感圧センサを配置したセンサマットを備えてなるものであって、これをシートの座面に設置することにより、感圧センサの圧力値を測定し、その圧力値とたわみ特性による変位量との関係から変位量を算出し、これによって、着座時におけるシートの座面の形状を算出できるようにしたものである。

特開平１１−２４８４０９号公報

しかしながら、このようなシートの座面形状測定装置を用いる場合、次のような問題を生ずる。

すなわち、このような座面形状測定装置に感圧センサを用いて変位量を測定する場合、あらかじめ感圧センサの圧力値と変位量との間の相関値を正確に設定しておかなければならず、また、その相関値の精度によってはシート形状の計測精度が悪くなってしまう。

また、このようなセンサマットを二次元的なシートで構成して座面に設置した場合、着座した際に、座面のクッション性と二次元シートの硬さの相違から、二次元シートに皺などが発生してしまい、その皺に基づいて局所的に大きな圧力値が出力されてしまう可能性もある。

さらには、感圧センサの圧力値から変位量を変換する場合、鉛直方向の変位量を算出することはできるが、その沈み込んだ位置におけるシートの傾斜角度を測定することができないといった不具合もあった。

そこで、本発明は上記課題を解決するために、シートなどのマット形状をより正確に測定できるようにするとともに、計測された位置における傾斜角度なども測定できるようにしたマットの形状測定装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明のマットの形状測定装置は、上記課題を解決するために、マットの表面に取り付けられ、傾斜角を測定できるようにしたセンサを一定間隔毎に取り付けた帯状のマットシートと、前記一定間隔の距離、および、特定のセンサで検出された傾斜角と当該特定のセンサに隣接するセンサで検出された傾斜角との差分から、当該特定のセンサに隣接するセンサの変位量を順次演算していくようにした演算部と、を備えたマットの形状測定装置であって、前記帯状のマットシートを互いに平行に配列し、当該平行に配列された各帯状のマットシートの一端側を第一固定部で固定し、他端側を帯状の長手方向に沿ってスライド可能に第二固定部で固定し、前記センサの表裏を平滑シートで覆うようにしたものである。

また、このような発明において、マットシートの一端側のセンサから順に、隣接するセンサの位置を演算していくとともに、他端側のセンサからも順に、隣接するセンサの位置を演算していき、それぞれ演算されたセンサの位置の平均値から各センサの位置を特定するようにしてもよい。

あるいは、中央のセンサを基準として、両側に隣接するセンサの位置を順に演算して、各センサの位置を特定するようにしてもよい。

本発明によれば、マットの表面に取り付けられ、傾斜角を測定できるようにしたセンサを一定間隔毎に取り付けた帯状のマットシートと、前記一定間隔の距離、および、特定のセンサで検出された傾斜角と当該特定のセンサに隣接するセンサで検出された傾斜角との差分から、当該特定のセンサに隣接するセンサの変位量を順次演算していくようにした演算部とを備えたマットの形状測定装置であって、前記帯状のマットシートを互いに平行に配列し、当該平行に配列された各帯状のマットシートの一端側を第一固定部で固定し、他端側を帯状の長手方向に沿ってスライド可能に第二固定部で固定し、前記センサの表裏を平滑シートで覆うようにしたので、マットシートに皺を発生させることなく、滑るようにマットシートをマットに沿わせることができ、正確に座面の形状を把握することができるようになる。

本発明の一実施の形態におけるマットの形状測定装置の平面概略図同形態におけるマットシートの断面概略図同形態におけるマットシートの取り付け状態を示す図他の形態におけるマットシートの取り付け状態を示す図同形態におけるマットシートの加速度センサのＸ軸方向の変位量を算出する図同形態におけるマットシートの加速度センサのＹ軸方向の変位量を算出する図同形態における形状測定のためのフローチャート

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。

この実施の形態におけるマットの形状測定装置１は、図１や図２に示すように、帯状のマットシート２に加速度センサ２４を一定間隔おきに取り付けてなるものであって、このマットシート２を複数列並べてシート６の座面６１に取り付け、これによって各加速度センサ２４からの出力値によってシート６の変位量やその座面６１の傾斜角などを計測できるようにしたものである。以下、本実施の形態におけるシート６の形状測定装置１について詳細に説明する。なお、この実施の形態においては、マットの一例としてシート６を例に挙げて説明する。

まず、マットシート２は、図１や図２に示されるように、帯状に構成されるものであって、短手方向の幅が約５ｃｍ〜１５ｃｍ程度、長手方向の長さが６０ｃｍ〜１００ｃｍ程度のフレキシブル基板２１を用いて構成される。このようにマットシート２を帯状に構成すれば、着座時に長手方向と短手方向の両方に沿った押圧力が加わった場合であっても、長手方向のみの撓みが許容され、短手方向に沿った押圧力に基づく皺を防止できるようになり、これにより、皺の発生に基づく誤検出を防止することができるようになる。

このフレキシブル基板２１の一端側には、ＵＳＢケーブルなどを接続できる出力端子２３が設けられており、そこから一定間隔おきに加速度センサ２４を一列に配列させるようにしている。この加速度センサ２４の間隔としては、例えば１ｃｍ〜２ｃｍ程度の範囲に設定され、一端側に設けられた出力端子２３から計測値を出力できるようになっている。なお、ここでは、出力端子２３を用いて加速度センサ２４の値を出力しているが、各マットシート２に出力端子２３を設けるのではなく、隣接するマットシート２に出力し、最後のマットシート２に設けられた出力端子２３からすべての加速度センサ２４の値を出力してもよい。あるいは、このようなケーブルで出力するのではなく、無線を用いて出力するようにしてもよい。

このマットシート２に取り付けられる加速度センサ２４は、直交するＸＹＺ方向の加速度から傾斜角などを検出できるようにしたものであって、静電容量検出方式やピエゾ抵抗方式、熱検知方式などの原理を用いて傾きや動きなどを検出できるようにしたもので構成される。これらの加速度センサ２４をフレキシブル基板２１に取り付ける際には、図２に示すように、あらかじめＸＹＺ方向が統一された状態で取り付けられ、また、あらかじめ水平面に取り付けられた状態で各ＸＹＺ方向の位置が初期設定される。

このようなマットシート２の表面側および裏面側には、図２に示すように、同じ帯状の平滑シート２２Ｕ、２２Ｄが取り付けられる。このような平滑シート２２Ｕ、２２Ｄとしては、例えば、可撓性を有する薄いフッ素コーティングシートや、高分子ポリエチレンシートなどが用いられ、これによってシート６の座面６１との滑りを良くするとともに、身体との間の滑りも良くできるようにしている。なお、平滑シート２２Ｕ、２２Ｄを設けない場合は、着座時の押圧力によるシート６の変化にマットシート２を追従させることができず、マットシート２に皺を発生させてしまう可能性がある。そのため、ここでは、表面側および裏面側に平滑シート２２Ｕ、２２Ｄを取り付けてフレキシブル基板２１を挟み込むようにしている。

このようなマットシート２は、図４に示すような固定部３によってシート６の座面６１に固定される。この固定部３は、帯状のマットシート２をずれないように固定できるようにしたものであって、これによって、ある程度マットシート２の取り付け位置を固定できるようにしたものである。なお、このマットシート２の両端を完全に固定してしまうと、前述のように座面６１の形状変化によって皺を生じさせてしまうため、第一の方法として、一端側を第一固定部３１ａで座面６１に移動不能に固定するとともに、他端側に設けられた第二固定部３２ａを介してマットシート２を長手方向にスライド可能に固定できるようにする。このような第二固定部３２ａを設ける場合、例えば、図４に示すように、マットシート２の短手方向の溝３３を設けておき、その溝にマットシート２をスライド可能に嵌め込むようにしてもよいし、あるいは、マットシート２を挿入できる細長い穴を有する開口部を設けておき、その開口部内でマットシート２をスライドさせるようにしてもよい。

また、マットシート２を固定する第二の方法としては、図５に示すように、シート６の中央部分に第一固定部３１ｂを設けて移動不能に固定しておき、両端側に第二固定部３２ｂを設けて長手方向にスライドさせるようにしてもよい。このようにすれば、最も押圧力や摩擦力が加わる中央部分を移動不能に固定しているので、帯状のマットシート２が摩擦方向に沿ってずれてしまうことがなくなる。ただし、このような押圧力の加わる部分に第一固定部３１ｂを設けるようにすると、着座時における接触感が損なわれるため、例えば、その中央部分の座面６１側（裏面側）にのみ平滑シート２２Ｕ、２２Ｄよりも摩擦抵抗の大きな部位を設けるようにして滑らないようにしておくか、あるいは、その中央部分にのみナイロンなどのような非常に柔らかな可撓性樹脂や、シート６と同じ素材で構成された第一固定部３１ｂを設けて固着させるようにしてもよい。

そして、このような固定部３をシート６の座面６１両端に取り付けることによって、一定間隔ごとにマットシート２を平行に取り付けるようにする。このとき、そのマットシート２との間隔は、あらかじめ定められた間隔としておく。

このマットシート２の出力端子２３から出力された信号は、演算部４（図１参照）に出力され、そこで、各加速度センサ２４の出力値から変位量や傾斜角度が計算される。

まず、演算部４で加速度センサ２４の変位量を演算する場合、隣接する加速度センサ２４のＸ軸方向（長手方向）の傾きの差分を抽出する。このとき、図３に示すように、その差分の傾きをθ、隣接する加速度センサ２４までの距離をＬ、隣接する加速度センサ２４との仮想曲率半径をＲとした場合、
Ｌ＝Ｒsinθ 式１
と近似することができる。この式１からＲを算出することができる。そして、そのＲの値に基づいて、隣接する加速度センサ２４との間の変位量ｄxは、
ｄx＝Ｒ−Ｒcosθ 式２
として得ることができる。そして、このように一端側の加速度センサ２４から順に隣接する加速度センサ２４の変位量を計算し、マットシート２のすべての加速度センサ２４の変位量を計算していく。

なお、このように端部側から順に変位量を算出していくと、徐々に誤差が大きくなるため、一端側から順に変位量を算出するとともに、他端側からも順に変位量を算出し、それぞれの値の平均値から変位量を算出することもできる。あるいは、中央の加速度センサ２４を基準として、両側に隣接する加速度センサ２４の変位量を算出していくようにしてもよい。

そして、このように算出された各加速度センサ２４の変位量と、各加速度センサ２４のＸＹＺ方向の傾斜角から座面６１の形状を算出する。このとき、各加速度センサ２４と隣接する加速度センサ２４までの形状については、傾斜角度を接線とするスプライン曲線を算出し、これをＸ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれについてスプライン曲線を算出して座面６１の形状を出力部５から出力する。これにより三次元的な座面６１の形状を可視化することができるようになる。また、これらの計算をリアルタイムで行うことにより、例えば、自動車の運転動作中におけるシート６の形状をリアルタイムで計測して座面６１の形状を把握することができるようになる。

次に、このように構成されたマットの形状測定装置１を用いた座面６１の計測方法について、図７のフローチャートを用いて説明する。

まず、あらかじめ、シート６上に水平な板を置いて複数本のマットシート２を一定間隔おきに置き、その状態で各加速度センサ２４の出力値をプリセットする（ステップＳ１）。そして、その後、それらのマットシート２を同じ間隔でシート６に取り付ける。この際、第一固定部３１ａを介してマットシート２の一部を移動不能に固定しておくとともに、第二固定部３２ａを介して端部側を長手方向にスライド可能に固定する。そして、このようにマットシート２を取り付けるとともに、隣接するマットシート２についても同様にしてシート６に取り付けていく。この際、Ｙ軸方向に隣接するマットシート２については、可能な限り隣接するマットシート２の加速度センサ２４とＹ軸方向の位置を一致させるように取り付けるとともに、各マットシート２との距離が一定となるように取り付けておく。

そして、このようにマットシート２を取り付けた後、電源を入れて、各加速度センサ２４の変位量や傾斜角を算出する（ステップＳ２、Ｓ３）。

この変位量の算出に際しては、Ｘ軸方向については、隣接する加速度センサ２４との距離Ｌと式１に基づいて変位量ｄxを算出し、また、傾斜角については、それぞれの加速度センサ２４のＸＹＺ軸方向の傾斜角をそれぞれ出力する。

また、Ｙ軸方向については、図６に示すように、Ｙ軸方向に隣接するマットシート２の加速度センサ２４との距離をＷとした場合、Ｙ軸方向の変位量は仮想の曲率をＲ'とした場合、
Ｗ＝Ｒ'sinθ 式３
で近似することができるため、この式３からＲ'を算出する。そして、そのＲ'の値に基づいて、Ｙ軸方向に隣接する加速度センサ２４との間の変位量ｄyを、
ｄy＝Ｒ'−Ｒ'cosθ 式４
から得る。そして、Ｙ軸方向の一端側の加速度センサ２４から順に隣接する加速度センサ２４の変位量を計算し、マットシート２のすべての加速度センサ２４の変位量を計算していく（ステップＳ４）。そして、この変位量や各加速度センサ２４からの傾斜角に基づいてＹ軸方向のスプライン曲線を算出する（ステップＳ５）。

そして、このようにＸ軸方向のスプライン曲線やＹ軸方向のスプライン曲線を組み合わせて、三次元的な座面６１形状をディスプレイなどに出力する（ステップＳ６）。

このように上記実施の形態によれば、シート６の表面に取り付けられ、傾斜角を測定できるようにした加速度センサ２４を一定間隔毎に取り付けた帯状のマットシート２と、前記一定間隔の距離、および、特定の加速度センサ２４に隣接する加速度センサ２４で検出された傾斜角との差分から、当該特定の加速度センサ２４に隣接する加速度センサ２４の変位量を順次演算していくようにした演算部４と、を備えた形状測定装置１であって、前記帯状のマットシート２を互いに平行に配列し、当該平行に配列された各帯状のマットシート２の一端側を第一固定部３１ａで固定し、他端側を帯状の長手方向に沿ってスライド可能に第二固定部３１ｂで固定し、前記センサ２４の表裏を平滑シート２２Ｕ、２２Ｄで覆うようにしたので、マットシート２に皺を発生させることなく、滑るようにマットシート２をシート６に沿わせて、正確に座面の形状を把握することができるようになる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく種々の態様で実施することができる。

例えば、上記実施の形態では、加速度センサ２４で座面６１の形状をリアルタイムに計測するようにしたが、例えば、自動車の運転中における加速や旋回に基づく加速度が加わる場合があるため、シート６の座面６１から離れた位置に別途新たな加速度センサを取り付けておき、その加速度センサによって自動車の加速や旋回などに基づく加速度を抽出して、各加速度センサの値を補正するようにしてもよい。

また、このように別途新たな加速度センサを設ける場合、その加速度センサの値をトリガーとしてシート６の形状測定を行うようにすることもできる。このような場合として、例えば、一定の閾値を越える加速度が加わった場合に、各加速度センサ２４からの値に基づいてシート６の形状を計測するようにしてもよい。

さらに、上記実施の形態では、シート６の座面６１の形状を測定する場合について説明したが、これ以外に、シート６の背もたれ面、寝具のマット、枕、座布団などの形状を測定する場合についても適用することができる。

また、マットシート２を座面６１に沿わせるために、錘をシート６に取り付けるようにしてもよい。この場合、錘を分割した状態で設けるとともに、その錘を表裏の平滑シート２２Ｕ、２２Ｄの間に設けるようにするとよい。

１・・・形状測定装置
２・・・マットシート
２１・・・フレキシブル基板
２２Ｕ、２２Ｄ・・・平滑シート
２３・・・出力端子
２４・・・加速度センサ
３・・・固定部
３１ａ、３１ｂ・・・第一固定部
３２ａ、３２ｂ・・・第二固定部
４・・・演算部
５・・・出力部
６・・・シート
６１・・・座面

Claims

マットの表面に取り付けられ、傾斜角を測定できるようにしたセンサを一定間隔毎に取り付けた帯状のマットシートと、
前記一定間隔の距離、および、特定のセンサで検出された傾斜角と当該特定のセンサに隣接するセンサで検出された傾斜角との差分から、当該特定のセンサに隣接するセンサの変位量を順次演算していくようにした演算部と、
を備えたマットの形状測定装置であって、
前記帯状のマットシートを互いに平行に配列し、当該平行に配列された各帯状のマットシートの一端側を第一固定部で固定し、他端側を帯状の長手方向に沿ってスライド可能に第二固定部で固定し、前記センサの表裏を平滑シートで覆うようにしたマットの形状測定装置。
マットシートの一端側のセンサから順に、隣接するセンサの位置を演算していくとともに、他端側のセンサからも順に、隣接するセンサの位置を演算していき、それぞれ演算されたセンサの位置の平均値から各センサの位置を特定するようにした請求項１に記載のマットの形状測定装置。
中央のセンサを基準として、両側に隣接するセンサの位置を順に演算して、各センサの位置を特定するようにした請求項１に記載のマットの形状測定装置。