JP6968351B2 - Load measuring device, caregiving device, load measuring method, and load measuring program - Google Patents
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Description
本発明は、負荷測定装置、介助装置、負荷測定方法、および負荷測定プログラムに関する。 The present invention relates to a load measuring device, an assisting device, a load measuring method, and a load measuring program.
被測定者の腰部にかかる負担を算出して、大きな負担が生じた場合に警告音を発生する装置がある(例えば、特許文献1参照)。
[特許文献]特開2012−183291号公報There is a device that calculates the load on the waist of the person to be measured and generates a warning sound when a large load occurs (see, for example, Patent Document 1).
[Patent Document] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-183291
負担の算出精度を向上するには、数多くのセンサと、高速な処理を実行する処理装置を用いなければならず、介護作業等の現場で使用するには適していなかった。 In order to improve the load calculation accuracy, a large number of sensors and a processing device that executes high-speed processing had to be used, which was not suitable for use in the field such as nursing care work.
本発明の第1の態様においては、被測定者の上体の姿勢を反映した第1の物理量を測定する第1の測定部と、姿勢を維持する筋肉の緊張の程度を反映した第2の物理量を測定する第2の測定部と、第1の物理量および第2の物理量に基づいて、被測定者の腰に掛かる負荷の値を算出する算出部とを備える負荷測定装置が提供される。 In the first aspect of the present invention, a first measuring unit that measures a first physical quantity that reflects the posture of the upper body of the person to be measured, and a second measuring unit that reflects the degree of muscle tension that maintains the posture. A load measuring device including a second measuring unit for measuring a physical quantity and a calculating unit for calculating a value of a load applied to the waist of a person to be measured based on the first physical quantity and the second physical quantity is provided.
本発明の第2の態様においては、上記の測定装置と、算出部が算出した負荷の値に応じて負荷を軽減する駆動力をアクチュエータに発生させる駆動部とを備える介助装置が提供される。 In the second aspect of the present invention, there is provided a caregiving device including the above-mentioned measuring device and a driving unit that generates a driving force to reduce the load according to the value of the load calculated by the calculation unit.
本発明の第3の態様においては、被測定者の上体の姿勢を反映した第1の物理量を測定する第1の測定段階と、姿勢を維持する筋肉の緊張の程度を反映した第2の物理量を測定する第2の測定段階と、第1の物理量および第2の物理量に基づいて、被測定者の腰に掛かる負荷の値を算出する算出段階とを備える負荷測定方法が提供される。 In the third aspect of the present invention, a first measurement step of measuring a first physical quantity reflecting the posture of the upper body of the person to be measured and a second measuring step reflecting the degree of muscle tension to maintain the posture are reflected. A load measuring method including a second measuring step of measuring a physical quantity and a calculation step of calculating a value of a load applied to the waist of a person to be measured based on the first physical quantity and the second physical quantity is provided.
本発明の第4の態様においては、被測定者の上体の姿勢を反映した第1の物理量を取得する第1の取得ステップと、姿勢を維持する筋肉の緊張の程度を反映した第2の物理量を取得する第2の取得ステップと、取得した第1の物理量および第2の物理量に基づいて、被測定者の腰椎に掛かる負荷の値を算出する算出ステップとを電子計算機に実行させる負荷測定プログラムが提供される。 In the fourth aspect of the present invention, the first acquisition step of acquiring the first physical quantity reflecting the posture of the upper body of the subject and the second acquisition of the tension of the muscles maintaining the posture are reflected. Load measurement that causes the computer to execute a second acquisition step for acquiring a physical quantity and a calculation step for calculating the value of the load applied to the lumbar spine of the subject based on the acquired first physical quantity and the second physical quantity. The program is provided.
上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。これら特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。 The outline of the above invention is not a list of all the features of the present invention. Sub-combinations of these features can also be inventions.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。下記の実施形態は、請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、実施形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention. The following embodiments do not limit the invention according to the claims, and not all combinations of features described in the embodiments are essential for the means of solving the invention.
本実施例に係る測定装置111は、被測定者130の上体の姿勢を反映した物理量と、姿勢を維持する筋肉の緊張の程度を反映した物理量を測定し、被測定者に掛かる負荷の値を算出する。上体の姿勢を反映した物理量とは、上体の傾きおよび旋回等の姿勢を反映した値をいう。上体の傾きの姿勢を反映した物理量は、腰の屈曲等に伴う地面に対する脊椎の角度等をいう。
The measuring device 111 according to this embodiment measures a physical quantity that reflects the posture of the upper body of the
地面に対する脊椎の角度は、冠状面と矢状面の交わる中心線を指標として測定することができ、簡易的には被測定者の背中に装着した加速度センサ等によって測定することができる。上体の旋回の姿勢を反映した物理量とは、冠状面または矢状面の回転角等をいい、同様に被測定者の背中に装着した加速度センサ等によって測定することができる。 The angle of the spine with respect to the ground can be measured using the center line where the coronal plane and the sagittal plane intersect as an index, and can be simply measured by an acceleration sensor or the like mounted on the back of the subject. The physical quantity reflecting the turning posture of the upper body means the rotation angle of the coronal plane or the sagittal plane, and can be similarly measured by an acceleration sensor or the like mounted on the back of the person to be measured.
姿勢を維持する筋肉とは、体幹筋をいう。体幹筋のうち、後体幹筋または前体幹筋の一部について緊張の程度を反映した値を測定することができれば、被測定者に掛かる負担の値を算出することができる。体幹筋のうち、前体幹筋は測定器の装着による影響を受けやすいため、後体幹筋の緊張の程度を反映した値を測定するのが好ましい。 The muscles that maintain posture are the trunk muscles. If it is possible to measure a value that reflects the degree of tension in a part of the posterior trunk muscle or the anterior trunk muscle among the trunk muscles, it is possible to calculate the value of the burden on the subject. Of the trunk muscles, the anterior trunk muscle is easily affected by wearing a measuring device, so it is preferable to measure a value that reflects the degree of tension of the posterior trunk muscle.
後体幹筋を測定する場合は、いわゆる「背筋」と呼ばれている広背筋、脊柱起立筋および僧帽筋のうちいずれかの筋肉の緊張の程度を反映した値を測定するのが好ましい。また、前体幹筋を測定する場合は、いわゆる「腹筋」と呼ばれている腹直筋、腹横筋、腹斜筋のうちいずれかの筋肉の緊張の程度を反映した値を測定するのが好ましい。なお、広背筋、脊柱起立筋および僧帽筋をまとめて背筋群と呼ぶ。また、腹直筋、腹横筋、腹斜筋をまとめて腹筋群とよぶ。 When measuring the posterior trunk muscle, it is preferable to measure a value that reflects the degree of tension of any of the so-called "latissimus dorsi muscle", the erector spinae muscle, and the trapezius muscle. When measuring the anterior trunk muscles, it is best to measure the so-called "abdominal muscles" that reflect the degree of tension in any of the rectus abdominis, transverse abdominis, and oblique abdominal muscles. preferable. The latissimus dorsi muscle, the erector spinae muscle, and the trapezius muscle are collectively referred to as the back muscle group. The rectus abdominis muscle, transverse abdominal muscle, and oblique abdominal muscle are collectively called the abdominal muscle group.
ただし、活動している被測定者の筋肉が発生する筋力Fを直接に測定することは難しい。そこで、被測定者が発揮する筋力の指標として、筋肉の緊張の程度を反映した物理量を取得し、取得した物理量に基づいて筋力Fを算出することができる。これにより、比較的容易に、活動中の被測定者の筋肉が発生する筋力を測定できる。ここで、筋肉の緊張の程度を反映した物理量とは、例えば、筋肉の硬さとして測定できる。 However, it is difficult to directly measure the muscle strength F generated by the active muscle of the subject to be measured. Therefore, as an index of the muscle strength exerted by the person to be measured, a physical quantity reflecting the degree of muscle tension can be acquired, and the muscle strength F can be calculated based on the acquired physical quantity. This makes it possible to relatively easily measure the muscle strength generated by the muscle of the person to be measured during activity. Here, the physical quantity that reflects the degree of muscle tension can be measured, for example, as the hardness of the muscle.
本実施形態において筋肉の硬さ(以下、「筋肉硬さ」ともいう)とは、筋肉の硬さの指標となる数値をいい、具体的には、測定の対象となる筋肉部位の体表部分に接するようロードセル等を設置し、当該ロードセル等により力の値(N)として測定される値をいう。ロードセルは、静止状態においても着用に基づいて生じる負荷の値(装着に必要な圧力等)を出力するので、筋肉の硬さは、安静時等における筋肉に負荷がかかっていない状態で測定した値を基準値とし、測定値と基準値との差分を算出した値を用いてもよい。 In the present embodiment, the muscle hardness (hereinafter, also referred to as “muscle hardness”) refers to a numerical value that is an index of muscle hardness, and specifically, the body surface portion of the muscle portion to be measured. A load cell or the like is installed so as to be in contact with the load cell or the like, and the value is measured as a force value (N) by the load cell or the like. Since the load cell outputs the value of the load generated based on wearing (pressure required for wearing, etc.) even in a stationary state, the muscle hardness is a value measured when the muscle is not loaded at rest, etc. May be used as a reference value, and a value obtained by calculating the difference between the measured value and the reference value may be used.
図1は、一実施例に係る測定装置111を含む介助装置110の模式図であり、介助装置110を装着して、測定装置111の測定対象となる被測定者130を背面側から見た様子を示す。なお、図中右下に矢印で示すように、以降の説明においては、被測定者130の右手側を右、被測定者130の左手側を左、被測定者130の頭部側を上、被測定者130の足側を下と記載する。また、被測定者130の身体の前面が向かう方向を前方、被測定者130の背面が向かう方向と後方と記載する場合がある。
FIG. 1 is a schematic view of an assisting
被測定者130の背面側から見た場合、被測定者130に装着された測定装置111は、着用部112、支持部122、ベルト部124、および測定部118を備える。測定部118は、右側圧力センサ125、左側圧力センサ128、下部加速度センサ127、上部加速度センサ129、および算出部146を備える。右側圧力センサ125、および左側圧力センサ128は、後述する筋肉硬さ測定部162に該当する。下部加速度センサ127、および上部加速度センサ129は後述する上体傾斜測定部161に該当する。
When viewed from the back side of the person to be measured 130, the measuring device 111 mounted on the person to be measured 130 includes a wearing
着用部112は、図1に示す通り、被測定者130の少なくとも上体に装着される、例えば、伸縮性を有する生地により形成されたボディスーツ状の衣服である。測定装置111の多くの要素は、着用部112に取り付けられており、被測定者130が着用部112を着用することにより、被測定者130は測定装置111の測定対象となる。
As shown in FIG. 1, the wearing
支持部122は、弾性を有しつつも、着用部112より剛性の高い材料、例えば、樹脂、金属等により形成され、例えば、着用部112に一体的に取り付けられている。支持部122は、被測定者130が測定装置111を装着した場合に被測定者130の腰部から腹部までの周囲に位置する。
The
ベルト部124は、着用部112と一体的に形成されて、測定装置111を装着した被測定者130の腰部の周囲に配される。ベルト部124は、着用部112が被測定者130の身体に対してずり下がることを防止する。
The
右側圧力センサ125および左側圧力センサ128のそれぞれは、例えば、加圧された場合に、かかった圧力の大きさに応じて出力電圧を変化させるロードセルを有する。また、右側圧力センサ125および左側圧力センサ128は、被測定者130の体表と支持部122との間に挟まれる。
Each of the right
更に、右側圧力センサ125、左側圧力センサ128は、被測定者130の背筋群のいずれかひとつの背筋に重なる位置に配される。図1では脊柱起立筋に重なる位置に配されている。これにより、腰の屈曲に伴って被測定者130の背筋群の硬さが変化した場合に、右側圧力センサ125および左側圧力センサ128は、筋肉の硬さの変化に応じて出力電圧を変化させる。
Further, the right
下部加速度センサ127および上部加速度センサ129は、着用部112に対して固定された状態で、被測定者130に装着される。よって、下部加速度センサ127および上部加速度センサ129が配された位置で被測定者130の体表が変位した場合、変位に伴う加速度が下部加速度センサ127または上部加速度センサ129に検出される。
The
また、下部加速度センサ127および上部加速度センサ129は、例えば3軸センサであり、水平方向の変位による加速度の他、重力方向の加速度も検出する。これにより、被測定者130の水平方向の変位に伴う加速度の他、被測定者130が腰を屈伸した場合に生じる腰の高さ方向の変位に起因する加速度も検出できる。
Further, the
下部加速度センサ127は、被測定者130の仙骨付近に配される。仙骨付近とは、被測定者130の表皮から伸ばした法線が仙骨に到達する、表皮上の位置を意味する。また、上部加速度センサ129は、被測定者130の背中において、着用部112の上端付近に配される。
The
仙骨は、被測定者130全体が移動しない限り、水平方向の変位が生じにくい位置にある。一方、被測定者130の背中の上部は、被測定者130の上体の傾きが変化した場合に、大きく変位する位置である。よって、下部加速度センサ127の検出値と上部加速度センサ129の検出値との差分を算出することにより、被測定者130の上体の傾きを検出できる。
The sacrum is in a position where horizontal displacement is unlikely to occur unless the
算出部146は、右側圧力センサ125、左側圧力センサ128、下部加速度センサ127、および上部加速度センサ129の各々による圧力または加速度の物理量を取得し、被測定者130の腰部にかかる負荷を算出する。算出された負荷の値は、例えば、被測定者130に掛かる負荷を管理する管理者に対して物理量として表示される。この場合、算出部146は、有線または無線の回線を通じて、管理者が視認できる表示装置、例えば、パーソナルコンピュータ等の汎用情報処理装置を用いた端末装置に算出した負荷値を送信してもよい。
The
また、物理量の表示形式は、物理量自体を数値で表示してもよいし、予め定めた閾値を超える物理量が算出されたことを示す警報であってもよい。警報は、情報処理装置の表示装置に文字、図形等により表示する方法の他、ランプ、ブザー、音声等によるものであってもよい。更に、被測定者130が身に着ける表示部または警報部を設けて、被測定者130自身に対して、物理量を知らせてもよい。 Further, the physical quantity display format may display the physical quantity itself as a numerical value, or may be an alarm indicating that the physical quantity exceeding a predetermined threshold value has been calculated. The alarm may be a lamp, a buzzer, a voice, or the like, as well as a method of displaying the alarm on the display device of the information processing device by characters, figures, or the like. Further, a display unit or an alarm unit worn by the person to be measured 130 may be provided to notify the person to be measured 130 of the physical quantity.
更に、算出部146は、被測定者130の腰部の負荷を軽減する目的で被測定者130に装着した介助装置110が、被測定者130に作用する補助力を発生するアクチュエータ114を制御する場合に、算出した腰部負荷の物理量を介助装置110に参照させてもよい。これにより、被測定者130の腰部に掛かる負荷に応じた強さで、負荷を打ち消す力をアクチュエータ114に発生させることができ、介助装置110を効率よく動作させることができる。
Further, in the
介助装置110は、着用部112、支持部122、およびベルト部124を測定装置111と共用し、更に、アクチュエータ114および駆動部116を備える。アクチュエータ114および駆動部116は、測定装置111が出力する物理量を参照して動作する。
The
アクチュエータ114は、被測定者130の背面側に、布製の着用部112において被測定者130と接しない側の面に左右方向に配される。また、アクチュエータ114は、全長に渡って着用部112に貼り付けられて、着用部112と共に被測定者130の身体に密着する。
The
アクチュエータ114は、入力されたエネルギーを物理的運動に変換する。アクチュエータ114には、油圧や電動モーター、電磁石等によってエネルギーを並進または回転運動に変換する駆動装置等が含まれる。また、アクチュエータ114には、誘電エラストマー等の印加される電圧が変化した場合に伸縮する高分子材料も含まれる。誘電エラストマーは、印加電圧が上昇すると長手方向に伸長し、印加電圧を低下させると長手方向に収縮する。これにより、被測定者130の腰部に対する締めつけ力を変化させて、被測定者130の腰部に対する介助の程度を変化させる。
駆動部116は、測定装置111の物理量を参照して、被測定者130にかかっている負荷の大きさに応じてアクチュエータ114に供給する電力を制御する。アクチュエータ114は、駆動部116から供給された電力により発生する補助力の有無および大きさを変化させる。
The
これにより、アクチュエータ114は、被測定者130の腰部にかかる負荷の大きさに応じた補助力で、腰部の負荷を軽減する。また、腰部に負荷が生じていない場合は、アクチュエータ114による締めつけが解除されるので、被測定者130への負担が軽減されると共に、介助装置110の電力の節約にもなる。
As a result, the
図2は、介助装置110を含むシステム全体のブロック図である。このシステムには介助装置110が含まれ、介助装置110は、駆動部116、アクチュエータ114、および測定装置111を有する。更に、測定装置111は、測定部118および算出部146を含む。また、このシステムは、介助装置110の外部に、サーバ133および端末装置126を備え、介助装置110、サーバ133および端末装置126は、通信回線132を通じて接続されている。
FIG. 2 is a block diagram of the entire system including the
測定装置111の測定部118は、第1の測定部としての上体傾斜測定部161と、第2の測定部としての筋肉硬さ測定部162とを有する。上体傾斜測定部161は、例えば、上部加速度センサ129の測定値と下部加速度センサ127の測定値との差分に基づき、介助装置110を装着した被測定者130の上体の傾きを反映した測定値を、算出部146に取得させる。
The measuring
筋肉硬さ測定部162は、例えば、右側圧力センサ125の測定値と、左側圧力センサ128の測定値との平均値に基づき、介助装置110を装着した被測定者130の背筋群220の硬さを反映した測定値を、算出部146に取得させる。
The muscle hardness measuring unit 162, for example, is based on the average value of the measured value of the right
算出部146は、格納部148、測定値取得部150、および腰部負荷算出部152を有する。格納部148は、腰部に掛かる負荷を算出する計算に用いるパラメータの値を格納する。また、格納部148は、アクチュエータ114を制御する場合に用いる、腰部負荷値とアクチュエータに対して印加する駆動電圧との関係を示すルックアップテーブル等を格納してもよい。なお、格納部148は、被測定者130が身につける算出部146に内蔵されてもよいし、被測定者130から離れた位置に配されてもよい。
The
測定値取得部150は、測定部118から、被測定者130の腰部に掛かる負荷を算出する場合に用いる測定値を取得する。本実施例では、第1の測定値として、被測定者130の上体の傾きを反映した測定値を取得する。また、第2の測定値として、被測定者130の背筋群の硬さを反映した物理量を取得する。
The measured
腰部負荷算出部152は、測定値取得部150が取得した測定値に基づいて、被測定者130の腰部にかかる負荷の値を算出する。被測定者130の腰部にかかる負荷を算出するにあたって、腰部負荷算出部152は、格納部148に格納されたパラメータを参照してもよい。
The lumbar
パラメータには、後述する数式に関する情報や、被測定者の身長や体重などの身体に関する情報の他、被測定者の身体の個人差により生じる基準値や、被測定者の安静時における基準値の情報等が含まれる。また、腰部負荷算出部152は、算出した被測定者130の腰部負荷の値に対して、当該腰部負荷の値の大きさに応じて、アクチュエータ114に供給する駆動力、例えば、電力量を算出して、駆動部116に通知してもよい。
The parameters include information on mathematical formulas described later, information on the body such as the height and weight of the person to be measured, reference values caused by individual differences in the body of the person to be measured, and reference values at rest of the person to be measured. Information etc. are included. Further, the lumbar
また、腰部負荷算出部152は、算出したそれぞれの腰部負荷の値が予め定めた閾値を超えた場合に、警報を報知すべき旨を報知部140に警告してもよい。また、腰部負荷算出部152は、算出したそれぞれの腰部にかかる負荷が、予め定められた閾値を越えた場合に、表示部142に腰部にかかる負荷が低減するような姿勢を表示させてもよい。
Further, the lumbar
駆動部116は、腰部負荷算出部152によって算出された腰部負荷の値に基づいてアクチュエータ114を制御する。例えば、駆動部116は、腰部にかかる負荷に対応した印加電圧値を腰部負荷算出部152から取得し、取得した印加電圧値に対応した電圧をアクチュエータ114に印加する。これにより、アクチュエータ114は回転または伸縮して、腰部負荷算出部152により算出された腰部負荷に応じた締めつけ力で、被測定者130の腰部を締め付ける。
The
端末装置126は、LAN、インターネット、ブルートゥース(登録商標)等の通信回線132を通じて、上記の介助装置110に接続される。図示の例では、端末装置126は、少なくとも駆動部116および算出部146等と通信する。
The terminal device 126 is connected to the above-mentioned
端末装置126は、報知部140、表示部142、および入力部144を有する。入力部144は、介助装置110に対する管理者131の指示を受け付ける。また、入力部144は、被測定者130からの入力、例えば当該被測定者130の体重等の入力を受け付ける。
The terminal device 126 has a
報知部140は、介助装置110から管理者131に対して、通知、警報、動作状態、充電状態等を伝える。表示部142は、測定装置111の測定した被測定者130の腰部負荷に関する情報を表示して、管理者131に伝える。報知部140は、音、光、または電気的な刺激等により、例えば、測定装置111による物理量が、予め定めた閾値を超えたことを、管理者131に伝える。これにより、管理者131は、被測定者130にかかっている腰部負荷を、被測定者130から離れた場所で監視できる。
The
なお、端末装置126は、汎用の情報処理装置、例えばパーソナルコンピュータを用いて形成できる。また、端末装置126として、スマートフォン、タブレット等の携帯情報端末を用いてもよい。 The terminal device 126 can be formed by using a general-purpose information processing device, for example, a personal computer. Further, as the terminal device 126, a mobile information terminal such as a smartphone or a tablet may be used.
また、報知部140、表示部142、および入力部144を被測定者130が身につけて、被測定者130がスタンドアローンで介助装置110を使用してもよい。また、報知部140、表示部142、および入力部144の少なくとも一部を被測定者130に装着して、端末装置126と並列に動作させてもよい。
Further, the person to be measured 130 may wear the
更に、上記の例では,算出部146を測定部118と一体的に被測定者130に携帯させている。しかしながら、通信回線132を介して、少なくとも算出部146の一部をサーバ133に配してもよい。これにより、より処理容量の大きな処理装置で、腰部負荷値を算出する処理を実行できる。
Further, in the above example, the
図3は、介助装置110測定装置111において実行される処理の手順を示す流れ図である。測定装置111は、外部から指示を受けた場合、あるいは、予め定められた時刻または予め設定された時間間隔で、測定装置111による、被測定者130の腰部に掛かる負荷の測定を開始する。
FIG. 3 is a flow chart showing a procedure of processing executed by the
腰部負荷の測定を開始すると、測定装置111は、まず、上部加速度センサ129が測定した加速度と、下部加速度センサ127が測定した加速度との差分に基づいて、被測定者130の上体の傾きを測定する(ステップS101)。また、測定装置111は、右側圧力センサ125の物理量と左側圧力センサ128の物理量との平均を計算して、被測定者130の背筋群の筋肉の硬さを測定する(ステップS102)。
When the measurement of the waist load is started, the measuring device 111 first determines the inclination of the upper body of the subject 130 based on the difference between the acceleration measured by the
なお、上記の傾きの測定(ステップS101)と筋肉の硬さの測定(ステップS102)とは、同時であってもよいし、時間的間隔が短ければ順次実行してもよい。また、ステップS101とステップS102との順序が逆であってもよい。 The inclination measurement (step S101) and the muscle hardness measurement (step S102) may be performed simultaneously or sequentially if the time interval is short. Further, the order of step S101 and step S102 may be reversed.
次に、測定装置111は、測定部118で測定された測定値を、算出部146に取得させる(ステップS103)。すなわち、上部加速度センサ129および下部加速度センサ127を含む上体傾斜測定部161の測定値を、算出部146の測定値取得部に取得させる。また、右側圧力センサ125および左側圧力センサ128を含む筋肉硬さ測定部162の測定値を、算出部146の測定値取得部150に取得させる。
Next, the measuring device 111 causes the
次いで、測定装置111は、算出部146の腰部負荷算出部152に、取得した測定値を用いて、被測定者130の腰部にかかる負荷を算出させる(ステップS104)。腰部負荷算出部152は、格納部から取得したパラメータを参照して、被測定者130の腰部に掛かる負荷の大きさを算出する。なお、ここで実行する算出処理の内容については後述する。
Next, the measuring device 111 causes the waist
次に、測定装置111は、算出部146が算出した腰部負荷の値を、駆動部116、端末装置126等に送信させて(ステップS105)、処理を終了する。ここで、上記ステップS104において実行する腰部負荷の算出について説明する。
Next, the measuring device 111 causes the
図4は、腰部に掛かる負荷が生じる被測定者130の動作を模式的に示す図である。図中に示す1から3の番号順に被測定者130が直立した状態(1)から、腰を屈曲する動作(2)により手先を床に近づけ(3)、次に、腰を伸ばしつつ(4)上体を起こし、最終的に直立した状態に戻るまで(5)の間に、被測定者130自身の上体の質量が腰部に作用して生じる腰部負荷の値が変化する。
FIG. 4 is a diagram schematically showing the operation of the person to be measured 130 in which a load applied to the lumbar region is generated. From the state (1) in which the subject 130 is upright in the order of the
図5は、上記のように、被測定者130の腰部負荷が変化する動作をする場合の腰椎回りの物理モデル200を示す図である。腰椎240は、互いに回転可能に順次連結された椎骨241、242、243、244、245を有する。この物理モデル200では、腰椎240全体を剛体と見做してもよい。
FIG. 5 is a diagram showing a
腰椎240の下端は、仙骨250に対して回転可能に支持される。また、腰椎240の上端は、胸椎210の下端を、回転角度φ7で回転可能に支持する。この物理モデル200では、腰椎240の前後で、腹筋群230が生じる筋力FAと、背筋群220が生じる筋力FBとが、図4に示した運動の各段階において静的に釣り合うと見做す。The lower end of the
なお、介助装置110の測定部118には、右側圧力センサ125と左側圧力センサ128とが設けられており、腰椎240に対して右側の背筋群の筋肉の硬さPRと、左側の背筋群の筋肉の硬さPLとを個別に測定している。しかしながら、以下の計算では、下記の式1に従って算出した平均値PSを、背筋群220全体の緊張の程度を反映した値として取り扱う。なお、被測定者130の上体が脊椎回りに回転した場合の腰部への負荷を考慮する場合は、左右の圧力PR、PLを個別に扱う。
腰椎240に支持された胸椎210は、腰椎240の背面側で収縮した背筋群220が筋力FBを発生した場合に、回転モーメントlm6・FBが作用して、被測定者130の背中側に傾く。また、胸椎210は、腰椎240の前面側で収縮した腹筋群230が筋力FAを発生した場合に、回転モーメントln6・FAが作用して被測定者130の前面側に傾く。このような胸椎210の傾きにより、被測定者130の上体が傾き、腰椎240には、負荷f7が作用する。ここで,背筋群220または腹筋群230の作用による胸椎210の回転角をφ7とする。Been thoracic 210 supported on lumbar 240, if the
上記の物理モデル200に沿って、被測定者130の腰椎に掛かる負荷を解析すると、腰椎240の回りには、下記の式2に示す釣り合いが成り立つ。
また、仙骨250側において、腹筋群230が発揮する筋力FAの回転モーメントFAln0と、背筋群220が発揮する筋力FBの回転モーメントFBlm0とが釣り合うので、下記の式3が成立する。
更に、腰椎240に掛かる負荷Fは、筋力FA、FBを用いて下記の式4のように表すことができる。
ここで、被測定者130に、荷重を付加することなく、すなわち、荷物を持たせることなく実行させた前屈動作(図4参照)を基準データとして、筋肉硬さ測定部162のゲインをα、筋力FBのオフセットをβ、右側圧力センサ125および左側圧力センサ128のセンサ値オフセットをCとして、下記の式5、6を推定式として採用した。
図6は、被測定者130に付加的な荷重が無い状態で、図4に示した動作を実行した場合に腰部に掛かる負荷を測定した値を示すグラフである。図6に示す値に基づいて、上記の推定式(式5)におけるパラメータα、β、Cの値を決定した。決定したパラメータの値は格納部148に格納して、推定式(式5、6)を用いて、被測定者の動作中の負荷を推定する場合に参照する。
FIG. 6 is a graph showing the measured values of the load applied to the lumbar region when the operation shown in FIG. 4 is executed without the additional load on the person to be measured 130. Based on the values shown in FIG. 6, the values of the parameters α, β, and C in the above estimation formula (Equation 5) were determined. The values of the determined parameters are stored in the
このように、介助装置110の測定装置111においては、被測定者130の上体の傾きと、被測定者130の背筋群の筋肉の硬さとの2つの測定値を測定して、被測定者130の腰部にかかる負荷の一例としての腰椎240にかかる負荷を算出できる。2つの測定値は、いずれも、簡単なセンサで被測定者130の体外から測定できるので、測定装置111を備えた介助装置110は生産性が高く、運用も容易である。
In this way, in the measuring device 111 of the
図7は、荷重134を手に持って腰部を屈伸することにより、腰部に掛かる負荷が変化する被測定者130の動作を模式的に示す図である。すなわち、当初は略直立した状態で荷重134を保持する被測定者130が(1)、腰を屈曲して荷重134を降ろし(2)、更に腰を大きく曲げて床近くまで荷重134を下げた後(3)、腰を伸ばして荷重134を持ち上げて(4)、最終的に直立する状態に戻る(5)までの動作を示す。このような一連の動作においては、被測定者130自身の上体の質量と、被測定者130が手に持つ荷重との両方に起因する負荷が、被測定者130の腰部に作用する。
FIG. 7 is a diagram schematically showing the operation of the subject 130 in which the load applied to the lumbar region changes by holding the
図8は、測定装置111による算出結果を評価するグラフである。図示のグラフは、15kgの荷重に対して、被測定者130が図7に示した一連の動作を実行した場合に生じる腰部への負荷の変化を、時間の経過に沿って示す。図中には、ここまでに説明した測定装置111により測定した腰部負荷の値に加えて、上腕の質量と位置を考慮して算出した負荷の値(以下、「対照値」という)と、被測定者130の上体の傾きのみに基づいて算出した腰部負荷の値と、筋肉の硬さの測定結果を導入して算出した値とを併せて示す。
FIG. 8 is a graph for evaluating the calculation result by the measuring device 111. The illustrated graph shows, over time, the change in load on the lumbar region that occurs when the subject 130 performs the series of movements shown in FIG. 7 for a load of 15 kg. In the figure, in addition to the value of the lumbar load measured by the measuring device 111 described so far, the value of the load calculated in consideration of the mass and position of the upper arm (hereinafter referred to as “control value”) and the subject. The value of the lumbar load calculated based only on the inclination of the upper body of the
図示のように、筋肉の硬さを測定するセンサ無しに、被測定者130の上体の傾きのみに基づいて腰部負荷を算出した場合は、全体として対照値と似通った変化を示すが、算出される負荷の値が低めに推移する。これに対して、筋肉の硬さの測定値を導入して算出した腰部負荷の値は、対照値により近い値を示している。 As shown in the figure, when the lumbar load is calculated based only on the inclination of the upper body of the subject 130 without a sensor for measuring the hardness of the muscle, the change is similar to the control value as a whole, but the calculation is performed. The value of the load to be applied changes to a low value. On the other hand, the lumbar load value calculated by introducing the measured value of muscle hardness shows a value closer to the control value.
なお、筋肉硬さを測定するセンサを用いずに、被測定者130の上体の傾きのみに基づいて腰部負荷を算出する場合は、上記の式2、式3、および式4を用いて腰部負荷の値を算出する。
When calculating the lumbar load based only on the inclination of the upper body of the subject 130 without using the sensor for measuring the muscle hardness, the lumbar region is calculated using the
このように、筋肉硬さに基づいて算出した被測定者の腰部負荷の値は、重心の移動を考慮して算出した、より精度が高い負荷の値に近い。ただし、重心の移動を負荷値の算出に導入するには、荷重の質量と、被測定者の重心と荷重の重心との間の距離に関する情報がその都度必要になり、活動中の被測定者130からそのような情報を取得することは現実的ではない。また、そのような情報を取得できる測定装置は、装置構成が大掛かりとなり、荷重を手に持つ被測定者130の負担も増加する。 As described above, the value of the waist load of the subject calculated based on the muscle hardness is close to the value of the load with higher accuracy calculated in consideration of the movement of the center of gravity. However, in order to introduce the movement of the center of gravity into the calculation of the load value, information on the mass of the load and the distance between the center of gravity of the person to be measured and the center of gravity of the load is required each time, and the person to be measured is active. Obtaining such information from 130 is not practical. Further, the measuring device capable of acquiring such information has a large device configuration, and the burden on the person to be measured 130 who holds the load increases.
換言すれば、被測定者130の筋肉硬さに基づいて算出することにより、付加的な荷重による重心の移動を考慮することなく、腰部負荷の値を精度よく測定できるので、測定装置111の構成を単純化できる。特に背筋群の硬さを指標として算出する場合は、被測定者の背部に装置を集中的に配置できるため、測定装置111の小型化が可能となる。 In other words, by calculating based on the muscle hardness of the person to be measured 130, the value of the lumbar load can be accurately measured without considering the movement of the center of gravity due to the additional load. Can be simplified. In particular, when the hardness of the back muscle group is used as an index, the device can be centrally arranged on the back of the person to be measured, so that the measuring device 111 can be miniaturized.
更に、上記測定装置111と共に、アクチュエータ114、駆動部116を備える介助装置110が、被測定者130の背面に形成される。なお、図1では、算出部146と駆動部116とを個別に設けているが、これらを一体的に形成することにより、測定装置111を含む介助装置110を一層小型化できる。
Further, together with the measuring device 111, an assisting
図10は、被測定者130に持たせる荷重の大きさを、5kg、10kg、15kgと変え、3人の被験者に対して同様の評価をした場合の評価結果を示すグラフである。平均誤差値は、本実施形態における筋肉硬さセンサの測定値を用いて算出した負荷の値および比較例として筋肉硬さセンサを用いず算出した負荷の値と、対照値との差分の絶対値の平均値を表している。また、図11は、図10に示した評価結果を、筋肉の硬さの測定値を導入したことによる改善率に換算して、被験者個別に示す表である。更に、図12は、被験者全員の平均値により、物理量の誤差と、筋肉の硬さの測定値を導入したことによる改善率とを併せて示すグラフである。 FIG. 10 is a graph showing the evaluation results when the magnitude of the load applied to the subject 130 is changed to 5 kg, 10 kg, and 15 kg, and the same evaluation is performed for three subjects. The average error value is the absolute value of the difference between the load value calculated using the measured value of the muscle hardness sensor in the present embodiment and the load value calculated without using the muscle hardness sensor as a comparative example and the control value. Represents the average value of. Further, FIG. 11 is a table showing the evaluation results shown in FIG. 10 individually for each subject by converting them into the improvement rate due to the introduction of the measured value of the muscle hardness. Further, FIG. 12 is a graph showing the error of the physical quantity and the improvement rate by introducing the measured value of the muscle hardness by the average value of all the subjects.
各図に示すように、腰部負荷の算出に筋肉の硬さの測定値を導入することにより、誤差が減少することはあっても、増加することはない。なお、図10に示す被験者のうちの被験者3は、図8に示したデータを測定した場合の被験者でもある。 As shown in each figure, by introducing the measured value of muscle hardness into the calculation of the lumbar load, the error may be reduced but not increased. Of the subjects shown in FIG. 10, subject 3 is also a subject when the data shown in FIG. 8 is measured.
上記のように、測定装置111の算出した値に応じて駆動部116にアクチュエータ114を駆動する介助装置110は、被測定者130の腰部にかかる負荷を効率よく軽減できる。また、被測定者130の腰部にかかる負荷が小さい場合は、介助装置110による補助力も低くなるので、被測定者130に無用の負担をかけることも防止される。
As described above, the
なお、上記の例では、腰椎240全体を剛体として推定式を構築した。しかしながら、腰椎240全体にかかる負荷を算出した後、更に、腰椎240を形成する5つの椎骨241、242、243、244、245に個別にかかる負荷を計算することもできる。例えば、測定装置111に、被測定者130が腰を曲げた場合に腰椎が描く曲線を検出するセンサを設け、腰椎240全体にかかる負荷を椎骨241、242、243、244、245の各々に配分する方法がある。
In the above example, the estimation formula was constructed with the entire
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。また、変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることは、請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiments. It is also clear from the claims that modified or modified forms may also be included in the technical scope of the invention.
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いない限り、任意の順序で実現し得ることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず」、「次に」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するとは限らない。 The order of execution of each process such as operation, procedure, step, and stage in the device, system, program, and method shown in the claims, description, and drawings is particularly "before" and "prior". It should be noted that it can be realized in any order as long as the output of the previous process is not used in the subsequent process. Even if the claims, the description, and the operation flow in the drawings are explained using "first", "next", etc. for convenience, it does not necessarily mean that it is essential to carry out in this order. ..
110 介助装置、111 測定装置、112 着用部、114 アクチュエータ、116 駆動部、118 測定部、122 支持部、124 ベルト部、125 右側圧力センサ、126 端末装置、127 下部加速度センサ、128 左側圧力センサ、129 上部加速度センサ、130 被測定者、131 管理者、132 通信回線、133 サーバ、134 荷重、140 報知部、142 表示部、144 入力部、146 算出部、148 格納部、150 測定値取得部、152 腰部負荷算出部、161 上体傾斜測定部、162 筋肉硬さ測定部、200 物理モデル、210 胸椎、220 背筋群、230 腹筋群、240 腰椎、241、242、243、244、245 椎骨、250 仙骨 110 Assistance device, 111 measuring device, 112 wearing part, 114 actuator, 116 drive part, 118 measuring part, 122 support part, 124 belt part, 125 right side pressure sensor, 126 terminal device, 127 lower acceleration sensor, 128 left side pressure sensor, 129 Upper acceleration sensor, 130 Measured person, 131 administrator, 132 communication line, 133 server, 134 load, 140 notification unit, 142 display unit, 144 input unit, 146 calculation unit, 148 storage unit, 150 measurement value acquisition unit, 152 Lumbar load calculation unit, 161 Upper body inclination measurement unit, 162 Muscle stiffness measurement unit, 200 Physical model, 210 Chest spine, 220 Back muscle group, 230 Abdominal muscle group, 240 Lumbar spine, 241 242, 243, 244, 245 vertebral bone, 250 sacrum
Claims (12)
前記姿勢を維持する筋肉である後体幹筋または前体幹筋の少なくとも一方の緊張の程度を反映した第2の物理量である筋肉の硬さを測定する第2の測定部と、
前記第1の物理量および前記第2の物理量に基づいて、前記被測定者の腰に掛かる負荷の値を算出する算出部と
を備える負荷測定装置。 A first measuring unit that measures at least one of the inclination or the angle of rotation of the upper body, which is a first physical quantity that reflects the posture of the upper body of the person to be measured.
A second measuring unit for measuring the hardness of the muscle, which is a second physical quantity that reflects the degree of tension of at least one of the posterior trunk muscle and the anterior trunk muscle, which are the muscles that maintain the posture.
A load measuring device including a calculation unit that calculates a value of a load applied to the waist of the person to be measured based on the first physical quantity and the second physical quantity.
前記算出部は、前記差分の変化を用いて、前記椎骨の各々に対する前記負荷の値を算出する請求項7に記載の負荷測定装置。 The third measuring unit measures the change in the difference between the horizontal position of the upper end of the lumbar spine and the horizontal position of the lower end of the lumbar spine of the subject.
The load measuring device according to claim 7 , wherein the calculation unit calculates the value of the load for each of the vertebrae by using the change of the difference.
前記算出部が算出した前記負荷の値に基づいて前記負荷を軽減する駆動力をアクチュエータに発生させる駆動部と
を備える介助装置。 The load measuring device according to any one of claims 1 to 9.
A caregiving device including a drive unit that generates a drive force for reducing the load on the actuator based on the load value calculated by the calculation unit.
前記姿勢を維持する筋肉である後体幹筋または前体幹筋の少なくとも一方の緊張の程度を反映した第2の物理量である筋肉の硬さを測定する第2の測定段階と、
前記第1の物理量および前記第2の物理量に基づいて、前記被測定者の腰に掛かる負荷の値を算出する算出段階と
を備える負荷測定方法。 A first measurement step of measuring at least one of the inclination or the angle of rotation of the upper body, which is a first physical quantity reflecting the posture of the upper body of the person to be measured, and
A second measurement step of measuring the hardness of the muscle, which is a second physical quantity that reflects the degree of tension of at least one of the posterior trunk muscle and the anterior trunk muscle, which are the muscles that maintain the posture, and the second measurement step.
A load measuring method including a calculation step of calculating a value of a load applied to the waist of a person to be measured based on the first physical quantity and the second physical quantity.
前記姿勢を維持する筋肉である後体幹筋または前体幹筋の少なくとも一方の緊張の程度を反映した第2の物理量である筋肉の硬さを取得する第2の取得ステップと、
取得した前記第1の物理量および前記第2の物理量に基づいて、前記被測定者の腰に掛かる負荷の値を算出する算出ステップと
を電子計算機に実行させる負荷測定プログラム。 The first acquisition step of acquiring at least one of the inclination or the angle of rotation of the upper body, which is the first physical quantity reflecting the posture of the upper body of the person to be measured, and
A second acquisition step of acquiring the hardness of the muscle, which is a second physical quantity that reflects the degree of tension of at least one of the posterior trunk muscle and the anterior trunk muscle, which are the muscles that maintain the posture.
A load measurement program for causing a computer to perform a calculation step of calculating a value of a load applied to the waist of a person to be measured based on the acquired first physical quantity and the second physical quantity.
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