KR20080090262A

KR20080090262A - 압력 분포 센서 시스템

Info

Publication number: KR20080090262A
Application number: KR1020080004764A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 하츠다
Original assignee: 니타 가부시키가이샤
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2008-10-08
Also published as: TW200900670A; JP2008256470A; CN101281066A

Abstract

(1)회로부가 경량 소형이고, (2)압력 분포 센서가 저렴하며, (3)시스템 전체가 저가인, 압력 분포 센서 시스템을 제공하는 것으로, 본 발명의 압력 분포 센서 시스템은 필름 기재(1) 내에 상호 독립하는 2~8개의 감압 도전성 소자(4) 및 이로부터 각별하게 연장되는 배선(2) 및 단자(3)를 갖는(일체의 행전극과 2~8개의 열전극의 교차점에 감압 도전성 소자를 구비하고 있는) 압력 분포 센서(S)와, 상기 감압 도전성 소자(4)의 전기 저항 변화를 각별하게 계측하기 위한 각 단자(3)에 접속되는 증폭기를 갖는 처리 회로와, 상기 처리 회로로부터 수득된 신호의 연산과 계측 결과의 표시, 기록, 해석을 실시하기 위한 소프트웨어를 구비하고 있고, 상기 필름 기재(1)의 평면 형상 및 필름 기재(1) 내의 감압 도전성 소자(4)의 위치를, 용도에 적합하게 하도록 하고 있다.

Description

압력 분포 센서 시스템{SYSTEM FOR SENSING PRESSURE DISTRIBUTION}

도 1은 본 발명의 실시예 1의 압력 분포 센서의 평면도,

도 2는 본 발명의 실시예 1과 대응하는 종래의 압력 분포 센서의 평면도,

도 3은 본 발명의 실시예 2의 압력 분포 센서의 평면도,

도 4는 본 발명의 실시예 2와 대응하는 종래의 압력 분포 센서의 평면도,

도 5는 본 발명의 실시예 3의 압력 분포 센서의 평면도,

도 6은 본 발명의 실시예 3과 대응하는 종래의 압력 분포 센서의 평면도,

도 7은 본 발명의 실시예 4의 압력 분포 센서의 평면도,

도 8은 보행시의 발 안쪽의 접촉면을 도시한 평면도,

도 9는 실시예 4와 대응하는, 압력 분포 센서의 채널 위치와 보행시에서 발 안쪽이 착지하는 형태를 도시한 표,

도 10은 본 발명의 실시예 4와 대응하는 종래의 압력 분포 센서의 평면도,

도 11은 본 발명의 실시예 5의 압력 분포 센서의 평면도,

도 12는 실시예 5와 대응하는, 압력 분포 센서의 채널 위치와 정지 입위(立位)시에서 발 안쪽과 바닥면 사이에 발생하는 압력의 형태를 도시한 표,

도 13은 본 발명의 실시예 5와 대응하는 종래의 압력 분포 센서의 평면도,

도 14는 본원 발명의 시스템에 사용되는 압력 분포 센서로부터의 출력을 해 석 처리 장치에 의해 판독하기 위한 시스템의 도면,

도 15는 종래의 압력 분포 센서 시스템의 사시도,

도 16은 종래의 압력 분포 센서 시스템의 사시도, 및

도 17은 종래의 시스템에 사용되는 압력 분포 센서로부터의 출력을 해석 처리 장치에 의해 판독하기 위한 시스템의 회로도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

S: 압력 분포 센서 1: 필름 기재

2: 배선 3: 단자

4: 감압 도전성 소자

본 발명은 압력 분포 센서 시스템에 관한 것으로, 상기 압력 분포 센서 시스템에 의하면, 예를 들어 스키지나 롤러의 압력 분포 계측 평가, 맞물림시의 압력 밸런스의 평가, 물체를 잡았을 때의 압력 분포 계측 평가, 보행 기능 계측 평가 및 중심 동요 계측 평가가 가능하다.

상기와 같이 계측 평가를 할 수 있는 압력 분포 센서 시스템에는 소위 매트릭스 센서 시트(9)가 사용되고 있다.

상기 매트릭스 센서(9)는 도 16에 도시한 바와 같이, 필름 기재(90a)에 은 페이스트(90b), 감압 도전 잉크(90c)의 순서로 도포하여 다수의 행전극(및 열전극) 을 형성하고, 상기 행전극을 갖는 필름 기재(90a)와 열전극을 갖는 필름 기재(90a)를 교차하는 형태로 접합시켜 형성되어 있다. 그리고, 상기 압력 분포 센서 시스템에서는 도 15나 도 17에 도시한 바와 같이 상기 다수의 행·열 전극에 차례로 통전하기 위한 멀티플렉서 및 각 감압 전극의 교차점(감압 도전성 소자)의 전기 저항을 계측하기 위한 복수의 증폭기를 내장한 회로부(K)와, 채취된 신호를 연산 처리하여 표시 기록 해석하기 위한 소프트웨어를 갖는 컴퓨터(C)를 구비하고 있다.

그러나, 상기 압력 분포 센서 시스템은 (1) 회로부의 부품수가 많으므로 대형·중량화되고 (2) 압력 분포 센서가 필요 이상으로 대형이 되고 (3) 전체 시스템 이 고액이 되는 문제가 있었다.

[특허문헌 1] 일본 공개특허공보 평8-327474호

그래서, 본 발명에서는 (1) 회로부가 경량 소형이고, (2) 압력 분포 센서가 저렴하고, (3) 시스템 전체가 저가인 압력 분포 센서 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 압력 분포 센서 시스템은 필름 기재 내에 1개의 행전극과 2~8개의 열전극의 교차점에 감압 도전성 소자를 구비하고 있는 압력 분포 센서와, 상기 감압 도전성 소자의 전기 저항 변화를 각별하게 계측하기 위한 각 단자에 접속되는 증폭기를 갖는 처리 회로와, 상기 처리 회로로부터 수득된 신호의 연산과 계측 결과의 표시, 기록, 해석을 실시하기 위한 소프트웨어를 구비하고 있고, 상기 필름 기재의 평면시 형상 및 필름 기재 내의 감압 도전성 소자의 위치를 용도에 적합하게 하도록 하고 있다.

또한, 본 발명의 압력 분포 센서 시스템은 필름 기재 내에 상호로 독립된 2~8개의 감압 도전성 소자 및 이들로부터 각별하게 연장되는 배선 및 단자를 갖는 압력 분포 센서와, 상기 감압 도전성 소자의 전기 저항 변화를 각별하게 계측하기 위한 각 단자에 접속되는 증폭기를 갖는 처리 회로와, 상기 처리 회로로부터 수득된 신호의 연산과 계측 결과의 표시, 기록, 해석을 실시하기 위한 소프트웨어를 구비하고 있고 상기 필름 기재의 평면 형상 및 필름 기재 내의 감압 도전성 소자의 위치를 용도에 적합하게 하고 있다.

또한, 상기 어떤 압력 분포 센서 시스템에 관해, 압력 분포 센서의 감압 도전성 소자가 평면시 가로 일렬로 배열되어 있고, 스키지나 롤러의 압력 분포 계측 평가가 가능한 것으로 해도 좋다.

또한, 상기 어떤 압력 분포 센서 시스템에 관해, 압력 분포 센서가 평면시로 U자 또는 V자 형상의 형상이고, 사람의 이의 맞물림시의 압력 밸런스의 계측에 적합한 위치에 감압 도전성 소자가 배치되고, 맞물림시의 압력 밸런스의 평가가 가능한 것으로 해도 좋다.

또한, 상기 어떤 압력 분포 센서 시스템에 관해, 사람이나 휴머노이드 로봇의 손으로 물체를 잡았을 때의, 손바닥의 압력 분포를 계측하는 데에 적합한 위치에 복수의 감압 도전성 소자를 배치하고, 물체를 잡았을 때의 압력 분포 계측 평가가 가능한 것으로 해도 좋다.

또한, 상기 어떤 압력 분포 센서 시스템에 관해, 사람이나 휴머노이드 로봇이 두 다리로 보행을 할 때의, 발 안쪽의 압력 분포나 체중의 중심 이동을 계측하는 데에 적합한 위치에 복수의 감압 소자를 배치하고, 보행 기능 계측 평가가 가능한 것으로 해도 좋다.

또한, 상기 어떤 압력 분포 센서 시스템에 관해, 사람의 정지 입위시의 휘청거림 레벨을 측정하는 데에 적합한 위치에 복수의 감압 소자를 배치하고, 중심 동요 계측 평가가 가능한 것으로 해도 좋다.

이하에, 본 발명의 압력 분포 센서 시스템을 실시하기 위한 가장 좋은 형태로서의 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.

(본 발명의 압력 분포 센서 시스템의 기본적 형태에 대해서)

본 압력 분포 센서 시스템은 필름 기재 내에 1개의 행전극과 2~8개의 열전극의 교차점에 감압 도전성 소자를 구비하고 있는 압력 분포 센서와, 상기 감압 도전성 소자의 전기 저항 변화를 각별하게 계측하기 위한 각 단자에 접촉되는 증폭기를 갖는 처리 회로와, 상기 처리 회로로부터 수득된 신호의 연산과 계측 결과의 표시, 기록, 해석을 실시하기 위한 소프트웨어를 구비하고 있고, 상기 필름 기재의 평면시 형상 및 필름 기재 내의 감압 도전성 소자의 크기 및 위치를, 용도에 적합하도록 하고 있다.

상기 압력 분포 센서 시스템은 필름 기재 내에 상호 독립하는 2~8개의 감압 도전성 소자 및 이들로부터 각별하게 연장되는 배선 및 단자를 갖는 압력 분포 센서와, 상기 감압 도전성 소자의 전기 저항 변화를 각별하게 계측하기 위한 각 단자 에 접속되는 증폭기를 갖는 처리 회로와, 상기 처리 회로로부터 수득된 신호의 연산과 계측 결과의 표시, 기록, 해석을 실시하기 위한 소프트웨어를 구비하고 있고, 상기 필름 기재의 평면시 형상 및 필름 기재 내의 감압 도전성 소자의 크기 및 위치를 용도에 적합하도록 해도 좋다.

여기에서, 상기 압력 분포 센서의 기본적 형태는 이하와 같다.

「필름 기재」

가요성을 갖는 각종 수지 등이면 사용할 수 있지만, 예를 들어 폴리에스테르 수지, 폴리이미드 수지 등을 채용할 수 있다. 또한, 두께는 10~100㎛이다.

「감압 도전성 소자」

감압 도전성 소자는 인가 전극과 레시브 전극을 대향시킴과 동시에, 상기 인가 전극과 레시브 전극의 대향측면에 각각 감압 잉크층을 설치하여 이루어진다.

인가 전극 및 레시브 전극은 도전성 잉크에 의해 구성되어 있다. 도전성 잉크로서는 각종 레진(예를 들어, 폴리에스테르 레진)에 은의 분말을 혼합하여 이루어진 은잉크가 있다. 또한, 인쇄 형성된 도전성 잉크의 두께는 10~20㎛이다.

또한, 감압 잉크층은 인가 전극 및 레시브 전극에 인쇄 형성되는 것이고 레진에 반도체 입자와 도체 입자를 포함하는 잉크에 의해 구성된다. 또한, 두께는 10~50㎛이다.

「배선, 단자」

인가측 및 레시브측 배선 및 단자는 각각 도전성 잉크에 의해 구성되어 있다. 도전성 잉크로서는 각종 레진(예를 들어 폴리에스테르레진)에 은의 분말을 혼 합하여 이루어진 은잉크가 있다. 또한 인쇄 형성된 도전성 잉크의 두께는 10~20㎛이다.

다음에, 상기한 감압 도전성 소자의 전기 저항 변화를 각별하게 계측하기 위한 각 단자에 접속되는 처리 회로는 도 14에 도시한 바와 같이, 기본적으로는 8개(2개~8개의 범위이면 좋다)의 연산 증폭기 및 A/D 변환기로 이루어지고, 상기 처리 회로로부터 수득된 신호의 연산과 계측 결과의 표시, 기록, 해석을 실시하기 위한 소프트웨어 연산, 표시, 기록 등의 작업이 이루어지도록 하고 있다.

[실시예 1]

상기 실시예 1의 압력 분포 센서 시스템은 스키지 압력, 롤러 압력의 밸런스 계측 시스템에 관한 것이다.

상기 압력 분포 센서(S)의 구조는 도 1에 도시한 바와 같이, 전체가 L자 또는 T자 형상으로 형성되어 있고, 가로대 부분에 8개의 선 형상의 감압 도전성 소자(4)가 21 ㎜ 간격으로 배치되어 있고 또한 유효한 감압부폭을 일반적인 소형의 스크린 인쇄기에 적합한 168 ㎜으로 하고 있다. 즉, 상기 압력 분포 센서(S)는 1개의 행전극과 8개의 열전극의 교차점에 감압 도전성 소자(4)를 구비하고 있다.

다음에, 상기 압력 분포 센서(S)는 2매의 필름 기재(1)의 대향면측에, 배선(2)(한쪽에 인가측 배선(2a), 다른 쪽에 레시브측 배선(2b)) 및 단자(3)(한쪽에 인가측 단자(3a), 다른쪽으로 레시브측 단자(3b))를 설치하고 또한 상기 배선(2a, 2b) 측단부에 감압 잉크층(4a, 4b)을 설치하고 이들 필름 기재(1) 상호간에서 대향하는 배선(2a, 2b) 및 단자(3a, 3b) 상호가 전기적 절연 상태가 되는 형태로 접합 하여 형성되어 있다. 이에 의해, 대향하는 감압 잉크층(4a, 4b) 상호의 중첩부가 감압 도전성 소자(4)가 되고, 상기 감압 도전성 소자(4)로의 가압력에 따라서 저항값이 변화되도록 하고 있다.

또한, 압력 분포 센서의 가로폭, 즉 계측하고 싶은 스키지나 롤의 가로길이에는 170 ㎜ 이외에, 600 ㎜ 내지 1000 ㎜인 것이 있으므로, 감압 도전성 소자수 8개를 유지한 상태로 열전극의 배치 간격을 넓혀 장척에 대응시킨다.

또한, 압력 분포 센서~처리 회로~컴퓨터의 관련에 대해서는(본 발명의 압력 분포 센서 시스템의 기본적 형태에 대한) 경우와 동일하다.

따라서, 본 발명의 압력 분포 센서 시스템을 사용한 경우, 회로부(5)가 경량 소형이고, 압력 분포 센서도 상당히 저렴해지고, 시스템 전체가 저비용이 된다.

「종래의 스키지 압력, 롤러 압력 밸런스 계측 시스템」

종래의 것은 표시 조작 장치에 LED 레벨 미터 방식과 PDA 액정 표시의 2종류이지만, 모두 회로부(5)는 매트릭스 어레이 형상의 압력 분포 시스템용(전극수 최대수 52×44)를 사용하고 있었다.

압력 분포 센서에는 2행×33열=66의 감압 도전성 소자를 갖지만, 출력 표시는 가로로 인접한 3개의 감압 도전성 소자의 출력을 합산하고 있으므로 실질 11열분의 출력을 표시하고 있었다. 즉, 상시 계측에 사용하는 1행×11열=11개의 감압 도전성 소자의 하중 계측에 대해서 최대 2288점용 하드웨어를 사용하고 있었다(도 2 참조).

또한, 상기 종래의 센서는 매트릭스 어레이 형상의 압력 분포 시스템에 사용 되는 것이므로, 회로부(5)에는 수많은 멀티플렉서는 필수이다.

따라서, 종래의 압력 분포 센서 시스템에서는 압력 분포 센서 자체가 크고, 회로부(5)의 부품수가 많고 비용면에서 매우 낭비가 많았다.

[실시예 2]

상기 실시예 2의 압력 분포 센서 시스템은 교합력(咬合力) 밸런스 시스템에 관한 것이다.

상기 압력 분포 센서의 구조는 도 3에 도시한 바와 같이, 평면시 U자 또는 V자의 형상이고, 사람의 이의 맞물림시의 압력 밸런스 계측에 적합한 위치(좌우에 각각 4개)에 감압 도전성 소자(4)가 배치되고, 맞물림시의 압력 밸런스의 평가를 하는 것이다. 여기에서, 배선(2)(한쪽에 인가측 배선(2a) 다른쪽에 레시브측 배선(2b)) 및 단자(3)(한쪽에 인가측 단자(3a), 다른쪽에 레시브측 단자(3b))에 대해서는 실시예 1과 동일하다.

또한, 압력 분포 센서~처리회로~컴퓨터의 관련에 대해서는 (본 발명의 압력 분포 센서 시스템의 기본적 형태에 대해서)의 경우와 동일하다.

따라서, 본 발명의 압력 분포 센서 시스템을 사용한 경우, 회로부(5)가 경량 소형이고 압력 분포 센서도 상당히 저렴해지고, 시스템 전체가 저비용이 되는 것이 분명하다.

「종래의 교합력 밸런스 계측 시스템」

종래의 것은 공간 분해능 1.27 ㎜로 감압 도전성 소자수 약 1000점을 갖고, 매트릭스 어레이 형상 압력 분포 센서 시스템용 하드(전극수 최대 52×44)를 사용 하고 있다. 이와 같이 높은 공간 분해능에 의해 이의 어느 부분에 높은 하중이 가해지고 있는지 맞물림의 불량을 실시간으로 계측할 수 있는 이점을 갖지만, 좌우의 하중 밸런스나 최대 교합력의 계측 등, 기본적인 교합 능력의 평가 장치로서는 오버 스펙이고 고액이므로 이용하기 어려웠다. 회로부의 부품수가 많고 비용면에서 매우 낭비가 많았기 때문이다.

[실시예 3]

본 실시예 3의 압력 분포 센서 시스템은 글러브 압력 계측 시스템에 관한 것이다.

본 실시예 3의 압력 분포 센서의 구조는 도 5에 도시한 바와 같이, 사람이나 휴머노이드 로봇의 손으로 물체를 잡을 때의, 손바닥의 압력 분포를 계측하는 데에 적합한 위치에 복수의 감압 도전성 소자(4)를 배치하고, 물체를 잡을 때의 압력 분포의 계측 평가에 관한 것이다. 상기 실시예에서는 압력 분포 센서에서는 도 5에 도시한 바와 같이, 감압 도전성 소자(4)를 8개 구비하고 있고, 그 위치는 다섯 손가락끝에 5점, 손가락(중지, 약지, 소지)이 붙어 있는 부분에 3점으로 하고 있다. 또한, 상기 감압 도전성 소자(4)의 위치는 적절하게 바꿀 수 있다.

상기 시스템에서는 상기 압력 분포 센서(S)를 피험자나 로봇의 손바닥에 직접 또는 간접적(천으로 만든 글러브 등에 점착)으로 장착한다. 다음에, 압력 분포 센서(S)의 단자를 연산 증폭기와 A/D 변환 기능을 구비한 기판에 접속하고 컴퓨터에 접속한다. 그렇게 하면, 물체를 잡을 때의 하중 배분의 계측이 가능해진다.

또한, 압력 분포 센서~처리 회로~컴퓨터의 관련에 대해서는(본 발명의 압력 분포 센서 시스템의 기본적 형태에 대한)의 경우와 동일하다.

여기에서 상기 센서에서는 감압 도전성 소자(4)의 크기는 직경 3~6㎜으로 하고, 그 외형을 11㎜로 억제함으로써 종래의 압력 분포 센서에서 발생하고 있던 손가락 둘레에 점착했을 때의 곡률에 의한 주름이나 접힘에 의한 출력을 방지하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 압력 분포 센서 시스템을 사용한 경우, 회로부(5)가 경량 소형이고, 압력 분포 센서도 상당히 저렴해져, 시스템 전체가 저비용이 되는 것이 명확하다.

「종래의 글러브 압력 계측 시스템」

종래의 압력 분포 센서(S)의 구조는 4행×4열의 매트릭스 센서 20개가 일체가 된 구조이고, 총수 320점의 감압 도전성 소자를 갖는다. 상기 압력 분포 센서와 매트릭스 어레이 형상 압력 분포 센서 시스템용 하드(전극수 최대 52×44)의 조합으로 사람이나 로봇의 손이 물체를 잡을 때의 압력 분포를 계측하고 있다.

그러나, 종래의 압력 분포 센서(S)의 구조에서는 수많은 감압 도전점을 손바닥면에 배치함으로써 고도의 해석이 가능해지는 반면, 곡률을 갖는 손가락이나 손바닥에 센서를 따르게 하기 위해, 센서에 굴곡, 접힘, 주름이 발생하고 파지압(把持壓) 이외의 출력이 노이즈로서 출현하고, 계측 해석의 방해가 되고 있었다.

또한, 종래의 압력 분포 센서 시스템에서는 압력 분포 센서 자체가 크고, 회로부(5)의 부품수가 많고 비용면에서 매우 낭비가 많았다.

[실시예 4]

본 실시예 4의 압력 분포 센서 시스템은 보행 기능 계측 밸런스 계측 시스템에 관한 것이다.

상기 실시예 4의 압력 분포 센서(S)의 구조는 도 7에 도시한 바와 같고, 건강한 자의 보행시의 발 안쪽의 접촉면 압력 분포는 족압 분포로부터 연산된 하중 중심 궤적은 발뒤꿈치부터 서서히 발끝쪽으로 이동하고, 마지막에는 엄지발가락 위치를 지나는 것을 알 수 있다(도 9 참조). 또한, 도 8에서 도시한 것은 사람의 보행시의 발 안쪽에서의 접촉면도의 도면이다.

파킨슨병, 뇌신경 질환, 슬관절증, 나이를 먹음에 따라 보행 기능의 장해가 발생하면, 상기 발 안쪽의 압력 분포에 의해 연산된 중심의 궤적이 크게 벗어난다. 또한, 중심 궤적의 이동 속도에도 편차가 보이게 된다.

그래서 상기 압력 분포 센서(S)에서는 건강한 사람의 발 안쪽의 중심 궤적하에, 복수의 감압 도전성 소자(4)를 배치한 필름 형상 압력 센서를 고안했다. 상기 압력 분포 센서를, 감압 도전성 소자(4)의 수와 동일한 수의 연산 증폭기를 갖는 기반(基盤)과 접속하고 A/D 변환 처리 후 퍼스널 컴퓨터에 접속하여, 미리 퍼스널 컴퓨터에 인스톨해 둔 소프트웨어에서 중심의 궤적을 계측, 연산, 기록, 표시를 가능하게 한다.

상기 압력 분포 센서(S)의 감압 도전성 소자(4) 크기는 직경 2㎜~20㎜ 정도로 하고, 그 점은 8점이 바람직하다. 감압 도전성 소자(4)의 배치 간격은 중심의 이동 속도를 산출하는 상에서 등간격인 편이 바람직하지만, 미리 배치한 거리가 판명되어 있으므로 현저하지 않으면 동일하게 하지 않아도 좋다. 또한, 감압 도전성 소자(4)의 배치는 이상적인 중심 궤적 상에 1개의 나열형이어도 좋고, 이상한 부분에 체중이 가해진 것을 인식하기 위해 이상적인 중심 궤적으로부터 벗어난 위치에 분기하여 배치해도 좋다. 사용시에는 압력 분포 센서(S)를 직접 발 안쪽에 점착해도 좋고 신발 바닥에 고정해도 좋다.

각 감압 도전성 소자(4)에 부하된 체중은 중심 이동에 따라 그 출력이 순차 이동한다. 이 때의 복수의 감압 도전성 소자(4)의 출력의 최대값의 발현 시간과 소실 시간을 배치한 감압 도전성 소자(4)의 거리를 기초로 중심의 이동 속도를 산출한다. 각 감압 도전성 소자(4)간의 중심 이동 속도의 편차 경향을 건강한 사람과 비교 연산함으로써 각 질환의 진행도, 가령도(加齡度)와 보행 기능의 평가가 가능해진다.

또한, 상기 시스템을 좌우 발에 각 1대 장착하고 양자의 발 안쪽 하중, 중심 이동을 계측함으로써 보다 고도의 해석이 가능해진다. 예를 들어, 좌우의 발의 동일한 부분(발뒤꿈치)의 출력 최대값 및 출력 발생, 소실 시간의 평균을 좌우의 발에서 차분을 취함으로써, 피험자의 1보에 가해진 시간을 산출할 수 있다.

앞서 보충한 족압 분포에 의해 산출한 중심 이동 속도, 상기 1보의 시간으로부터 대략 보행 속도의 산출이 가능해지고 이들 보행 속도, 중심 이동 속도, 1보 시간의 평균값을 건강한 사람과 비교 연산함으로써 질환의 진행도, 가령도 등, 보행 기능의 평가가 가능해진다.

또한, 본 발명의 압력 분포 센서 시스템을 사용한 경우, 회로부(5)가 경량 소형이고, 압력 분포 센서(S)도 상당히 저렴해지고, 시스템 전체가 저비용이 되는 것이 명백하다.

「종래의 발 안쪽 압력 밸런스 계측 시스템」

종래의 발 안쪽 압력 분포 센서(S)의 구조는 최대 약 1000 점의 감압 도전성 소자(4)를 갖는 매트릭스 구조이고, 신발 바닥에 장착하여 보행시의 동적인 체중 하중 분포를 계측하고 있다.

이것은 수 많은 감압점을 발 안쪽에 배치함으로써 고도의 해석이 가능해지는 반면, 부품수가 많고 대형이 되므로 발 안쪽에 장착했을 때 동작에 방해가 되고 있었다. 또한, 고액이므로 사용하기 어렵다는 결점이 있었다.

[실시예 5]

본 실시예 5의 압력 분포 센서 시스템은 중심 동요 계측 평가 시스템에 관한 것이다.

본 실시예 5의 압력 분포 센서의 구조는 도 11에 도시한 바와 같이, 감압 도전성 소자(4)의 크기를 발 안쪽의 크기에 맞추어 전후 방향으로 각 소자 4분할, 좌우 방향으로 각 소자 2분할하여 한쪽발 8분할하여 이루어진 것으로, 각각 통전하여 감압 도전성 소자(4)의 전기 저항을 계측하기 위한 연산 증폭기 및 A/D 변환 장치로 구성하고 퍼스널 컴퓨터에 접속함으로써 미리 퍼스널 컴퓨터 내에 인스톨한 전용의 소프트웨어에서 피검자의 중심 요동을 평가하도록 하고 있다.

각 감압 도전성 소자(4)의 출력값은 발바닥으로의 하중 배분이 다르므로 일정하지는 않다. 예를 들어, 발바닥의 장심의 부분의 출력은 발뒤꿈치나 발가락이 붙은 부분에 대해서 극단적으로 낮다. 또한, 피검자에 따라서는 발뒤꿈치에 체중 이 치우쳐 있는 경우도 있다.

그러나, 그 각 감압 도전성 소자가 검지하는 하중 출력값은 정지 입위 상태이면 일정해진다. 즉, 각 감압 도전성 소자(4)의 출력의 비율의 변화를 읽음으로써 피검자의 중심의 휘청거림을 측정하는 것이 가능해진다.

상기 시스템에서는 중심의 휘청거림은 각 감압 도전성 소자(4)의 출력의 변화를 하기 식으로 수치화하고 미리 동일한 조건에서 계측한 건강한 사람의 결과와 비교 연산함으로써 피검자의 이상의 정도를 평가하는 것이 가능해진다.

여기에서, 휘청거림의 수치화 사례는

(1) 변동폭 실측값=(일정 시간 내의 최대값-동최소값),

(2) 변동폭 비율=(일정 시간 내의 출력의 최대값-동최소값)/동평균값×100%,

(3) 변동 계수=(일정 시간 내의 출력의 표준 편차)/평균 출력,

(4) 변동 속도=일정 시간(프레임간)의 출력차 최대값/시간(프레임),

(5) 상기 (1) 내지 (4)의 각 감압 도전성 소자별 산출 결과를 평균한 값이다.

1000점 가까운 다수의 감압 도전성 소자(4)를 갖는 종래의 매트릭스 어레이 형상 센서 시트나, 3개 내지 4개의 로드셀을 강성이 있는 판의 아래에 설치한 중심 동요계에 비해 부품수의 삭감이 가능해지고, 경량 콤팩트, 저비용의 중심 동요 계측이 가능해진다. 도 12는 감압 도전성 소자(4)(ch1~ch8)에 의해 검지된 각 ch1~ch8에서의 「휘청거림」에 대한 데이터이다.

또한, 인솔 등 신발 내에 장착하여 계측이 가능해지므로, 로드셀식 중심 동 요계와 같이 피험자에 선 위치를 세밀하게 지정할 필요가 없다. 계측시에 맨발이 될 필요가 없으므로 신발을 신은 상태에서의 중심 동요 계측이 가능해진다.

본 발명의 압력 분포 센서 시스템을 사용한 경우, 회로부(5)가 경량 소형이고 압력 분포 센서(S)도 상당히 저렴해지고, 시스템 전체가 저비용이 되는 것이 명백하다.

「종래의 중심 동요 계측 시스템」

종래의 중심 동요 계측 시스템에서는 압력 분포 센서(S)는 44행×52열의 매트릭스 어레이 구조로 되어 있다. 이에 매트릭스 어레이형상 압력 분포 센서 시스템용 하드(전극수 최대 52×44)를 조합시키고, 사람의 정지 입위시의 중심 요동 계측을 가능하게 하고 있다.

상기 시스템은 수많은 감압점을 다리 안쪽면에 배치함으로써 고도의 해석, 예를 들어 중심 궤적의 길이나, 중심 궤적이 그리는 면적 등 중심 요동의 평가에 유효한 결과를 얻을 수 있다.

그러나, 그 반면, 단지 단순히 좌우의 하지(下肢) 하중 분포나 전후의 중심의 휘청거림 등을 간이적으로 보는 경우, 압력 분포 센서 자체가 크고, 5의 부품수가 많고 비용면에서 매우 낭비가 많았다.

본 발명의 압력 분포 센서 시스템은 (1) 회로부가 경량 소형이고, (2) 압력 분포 센서가 저렴하고, (3) 시스템 전체가 저액인 것이 된다.

Claims

필름 기재 내에, 1개의 행전극과 2~8개의 열전극의 교차점에 감압 도전성 소자를 구비하고 있는 압력 분포 센서와, 상기 감압 도전성 소자의 전기 저항 변화를 각별하게 계측하기 위한 각 단자에 접속되는 증폭기를 갖는 처리 회로와, 상기 처리 회로로부터 수득된 신호의 연산과 계측 결과의 표시, 기록, 해석을 위한 소프트웨어를 구비하고 있고, 상기 필름 기재의 평면 형상 및 필름 기재 내의 감압 도전성 소자의 위치를, 용도에 적합하게 하는 것을 특징으로 하는 압력 분포 센서 시스템.
필름 기재 내에 상호 독립하는 2~8개의 감압 도전성 소자 및 이로부터 각별하게 연장되는 배선 및 단자를 갖는 압력 분포 센서와, 상기 감압 도전성 소자의 전기 저항 변화를 각별하게 계측하기 위한 각 단자에 접속되는 증폭기를 구비하는 처리 회로와, 상기 처리 회로로부터 수득된 신호의 연산과 계측 결과의 표시, 기록, 해석을 위한 소프트웨어를 구비하고 있고, 상기 필름 기재의 평면 형상 및 필름 기재 내의 감압 도전성 소자의 위치를 용도에 적합하게 하고 있는 것을 특징으로 하는 압력 분포 센서 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

압력 분포 센서의 감압 도전성 소자가 평면상 가로 일렬로 배열되어 있고, 스키지나 롤러의 압력 분포 계측 평가가 가능한 것을 특징으로 하는 압력 분포 센서 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

압력 분포 센서가 평면상 U자 또는 V자 형상이고, 사람의 이의 맞물림시의 압력 밸런스의 계측에 적합한 위치에 감압 도전성 소자가 배치되고, 맞물림시의 압력 밸런스의 평가가 가능한 것을 특징으로 하는 압력 분포 센서 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

사람이나 휴머노이드 로봇의 손으로 물체를 잡을 때의, 손바닥의 압력 분포를 계측하는 데에 적합한 위치에 복수의 감압 도전성 소자를 배치하고 물체를 잡을 때의 압력 분포 계측 평가가 가능한 것을 특징으로 하는 압력 분포 센서 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

사람이나 휴머노이드 로봇이 두 다리로 보행할 때의, 발 안쪽의 압력 분포나 체중의 중심 이동을 계측하는 데에 적합한 위치에 복수의 감압 소자를 배치하고, 보행 기능 계측 평가가 가능한 것을 특징으로 하는 압력 분포 센서 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

사람의 정지 직립시의 휘청거림 레벨을 측정하는 데에 적합한 위치에 복수의 감압 소자를 배치하고, 중심 동요 계측 평가가 가능한 것을 특징으로 하는 압력 분포 센서 시스템.