WO2018116424A1 - ウェアラブルデバイス - Google Patents

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WO2018116424A1
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WO
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sensor
wearable device
forearm
muscle
base material
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PCT/JP2016/088192
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English (en)
French (fr)
Inventor
昌征 田島
中島　正雄
一郎 網盛
Original Assignee
株式会社Ｘｅｎｏｍａ
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb

Definitions

  • the present invention relates to a wearable device.
  • stretchable electronics consisting of stretchable wiring and sensors
  • stretchable electronics can be used as a wearable device with so-called motion capture function that can obtain biological information such as wearer's movement and pulse, attracting attention. ing.
  • An object of the present invention is to provide a wearable device that can detect the twisting of the forearm and the movement of the shoulder and detect them with high accuracy in view of the above problems.
  • the present inventor measured the deformation of the body caused by the deformation of the body surface caused by the forearm twist with the sensor, thereby allowing the forearm twist to be independent of the large movement of other parts. It was found that it could be detected.
  • the twist of the forearm can be detected with high sensitivity by arranging a sensor on the straight line connecting the vicinity of the base of the humerus and the radius from the vicinity of the contact point between the ulna and the bean bone.
  • the forward movement of the arm is the position connecting the back scapula and the upper arm
  • the lowering movement of the arm is the position connecting the trapezius and the humerus
  • a wearable device includes a sensor capable of detecting expansion / contraction of the stretchable base material on a stretchable base material that can be worn on at least a forearm portion.
  • the sensor disposed in the region corresponding to the forearm has a contact point between the humerus and the radius from the vicinity of the contact point between the ulna and the bean bone. You may arrange
  • the wearable device further includes a sensor arranged at a position connecting the scapula and the humerus along the rear part of the deltoid muscle in (1) or (2). You may do it.
  • the wearable device which concerns on other embodiment is arrange
  • a wearable device is a pair of V-shape arranged on the front or back of the body, with the spine as the axis of symmetry.
  • the sensor may be further included.
  • the senor is connected to the connector part by a conductive circuit, and is connected to the controller via the connector part. It may be.
  • the circuit may include a stretchable wiring.
  • the stretchable wiring has a conductive thread sewn on the stretchable base material, and the conductive thread includes a copper wire. May be.
  • FIG. 1A and 1B are schematic plan views showing a configuration of a wearable device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A shows a front surface 1f and FIG. 1B shows a back surface 1b.
  • the wearable device 100 includes a stretchable base material 1 having wiring 3 provided on the surface thereof, a plurality of sensors 2 installed on the stretchable base material 1, and a controller 4 that controls the plurality of sensors 2 at once. .
  • the wiring 3 electrically connects the sensor 2 and the controller 4.
  • the upper surfaces of the wiring 3 and the sensor 2 are covered with a protective layer 35, but the protective layer 35 is not shown in FIG.
  • the stretchable base material 1 is a cloth body constituting clothing or the like will be described.
  • a stretchable film or the like can be used other than the cloth body.
  • clothing refers to wearable clothing. In particular, in the present embodiment, it refers to clothing having an area that can be worn at least on the forearm portion. Below, the area
  • These garments can be composed of various materials normally used for garments.
  • natural fibers such as cotton, hemp, and hair
  • chemical fibers such as polyester, nylon, and acrylic, or fibers obtained by mixing these materials can be used.
  • the stretchable base material 1 constituting the clothes is in close contact with the wearer as much as possible. Therefore, the stretchable base material 1 is preferably made of a stretch material having a large stretchability using elastic fibers such as polyurethane.
  • a plurality of sensors 2 are arranged on the stretchable substrate 1.
  • the sensor 2 is disposed at a position on the stretchable base material 1 corresponding to the shoulder, elbow, back, torso, etc., and senses the wearer's movement.
  • an appropriate number and position are selected according to the purpose of use of the wearable device 100.
  • 1A and 1B show the shape and position of the sensor 2 by way of example only, and more specific shapes and positions of the sensor 2 will be described later.
  • a photodiode for example, a temperature sensor, a strain sensor, a pressure sensor, an acceleration sensor, or the like can be used. Moreover, you may use the arbitrary sensors 2 which differ for every place.
  • the sensor 2 is not particularly limited as long as the current flowing through the sensor 2, the voltage applied to the sensor 2, the resistance of the sensor 2, and / or the capacitance of the sensor 2 change according to the change in physical quantity.
  • a variable resistance type sensor in which the resistance changes depending on the physical quantity and the voltage applied to both ends of the sensor 2 changes is desirable for simplicity and the like.
  • the physical quantity at least one of the group consisting of sound, light, temperature, pressure, and strain can be suitably used.
  • the resistance value of the sensor 2 is preferably 50 times or more the resistance value of the wiring 3.
  • the sensor using ink is a sensor manufactured using ink in which conductive particles are mixed in an elastomer solution or dispersion. By printing and drying this ink, a sensor in which conductive particles are randomly dispersed in an elastomer film can be obtained. In this sensor, the resistance between both ends of the sensor changes as the distance between the conductive particles changes due to thermal expansion / contraction due to tension, compression, and temperature change.
  • the sensor using ink is very thin and has high followability to the measurement object. Therefore, accurate and stable measurement can be performed.
  • the plurality of sensors 2 are connected by wiring 3.
  • the wiring 3 includes, for example, a wiring layer obtained by sewing a conductive thread containing a copper wire into a stretchable base material, and a short-circuit prevention layer provided between the stretchable base material 1 and the wiring layer.
  • the wiring 3 connected to the sensor 2 is connected to the controller 4.
  • the controller 4 includes a connector portion connected to the wiring 3 and a circuit board on which various circuits are mounted. With the function of these circuits, the controller 4 collects information sensed by the sensor 2 and transmits it to the outside or records it on a recording medium.
  • one wiring 3 connects two sensors 2 and one controller 4, but one wiring 3 connects one sensor 2 to the controller 4.
  • three or more sensors 2 may be connected to the controller 4 by one wiring 3.
  • the number of the controllers 4 is one because of the troubles such as charging and the weight.
  • the controller 4 has a connector portion (not shown) that is electrically connected to the wiring 3, but even if the controller 4 is formed integrally with the connector portion, the controller 4 is also provided with a cover so that it can be separated from the connector portion. It does not matter.
  • FIGS. 2A to 5 a specific position and shape of the sensor 2 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2A to 5.
  • muscles / bones directly related to the movement of each part to be measured by the wearable device according to the present embodiment, the arrangement of the sensor 2, and the like. Only a symbol will be attached and explained.
  • the stretchable base material 1 and the wiring 3 are not shown in order to explain mainly the relationship between the sensor 2 and muscles and bones.
  • FIGS. 2A and 2B are views showing the position and shape of the sensor 2a provided in the area corresponding to the forearm FA among the sensors 2 used in the present embodiment.
  • 2A is a diagram viewed from the front surface of the right arm (including the palm)
  • FIG. 2B is a diagram viewed from the rear surface of the right arm (including the back of the hand).
  • the sensor 2a for the forearm FA is provided near the wrist inside the right arm forearm FA. Further, in the present embodiment, the sensor 2 a is arranged along a straight line A connecting the vicinity of the contact point between the ulna 6 and the bean bone 5 to the contact point between the humerus 8 and the rib 7.
  • FIG. 2B is a view of the right forearm as viewed from the outside. As shown in FIG. 2B, the biceps brachii 10, brachial muscle 11 and supination muscle 12 are mainly formed on the forearm.
  • the biceps 10 functions as a main muscle during flexion of the elbow joint and prolapse of the forearm.
  • the brachial muscle 11 is a muscle located on the outer side (thumb side) of the front surface of the forearm and originates from the outer superior condyle of the humerus 8 and arrives at the styloid process at the lower end of the radius.
  • the brachial muscle 11 is involved in the bending of the elbow joint as an assistant to the biceps 10 and humerus muscles.
  • the supination muscle 12 is located outside the rear surface of the forearm and has a function of rotating the forearm together with the biceps brachii 10 with a muscle covering the head of the radial head.
  • the sensors 2a is arranged noting only the movement of a specific muscle but focusing on the rotational movement of the radius 7 and the ulna 6.
  • the sensor 2a in the present embodiment is disposed along a straight line A connecting the vicinity of the contact point between the ulna 6 and the bean bone 5 to the vicinity of the contact point between the humerus 8 and the rib 7.
  • the sensor 2a can detect the expansion and contraction of the stretchable base material 1 accompanying the forearm twist, and the elbow joint center and the second rotation axis when the forearm twist motion is generated. It is only necessary to have a certain angle or more with respect to the direction connecting the root of the 3 metacarpal bones 9.
  • the stretching direction of the stretchable base material 1 detected by the sensor 2a may be tilted by 10 ° or more with respect to the direction (straight line B) connecting the elbow joint center and the base of the third metacarpal bone 9. That's fine.
  • FIG. 3 is a diagram showing the position and shape of the sensor 2b arranged in the vicinity of the right scapula 13 among the sensors 2 used in the present embodiment. As shown in FIG. 3, in the rear part of the scapula 13, the sensor 2 b is disposed along the rear part of the deltoid muscle 14 so as to straddle the scapula 13 and the humerus 8.
  • the deltoid muscle 14 is a muscle that reaches the surface layer covering the shoulder, and originates from the outer part of the clavicle, the shoulder crest, and the scapula spine, and the muscle bundle concentrates outward and downward while wrapping the shoulder joint from the front, outside, and back side Attaches to the rough surface of the deltoid muscle on the lateral surface of the humerus.
  • the deltoid muscle 14 serves not only to protect the shoulder joint, but also to give a strong rotational moment in various movements of the shoulder joint. In other words, it is greatly involved in operations such as flexion / extension of shoulder joints, internal rotation / external rotation, adduction / extraction.
  • FIG. 4 is a diagram showing the position and shape of the sensor 2c arranged near the right shoulder among the sensors 2 used in the present embodiment. As shown in FIG. 4, in the vicinity of the shoulder, the sensor 2 c is disposed along the middle part of the deltoid muscle 14 so as to straddle the upper trapezius muscle 15 and the base of the humerus 8.
  • the trapezius is the most superficial muscle of the back, and is classified into upper trapezoid, middle trapezius, and lower trapezius.
  • the upper trapezius muscle 15 shown in FIG. 4 mainly contributes during the lifting (raising) operation of the collarbone and scapula. In addition, it stabilizes the scapula and affects the exercise of raising the arm together with the deltoid muscle 14.
  • FIG. 5 is a diagram showing the position and shape of a sensor 2d arranged in the vicinity of the right latissimus dorsi muscle in the sensor 2 used in the present embodiment. As shown in FIG. 5, in the vicinity of the latissimus dorsi muscle 16, the sensor 2 d is disposed so as to straddle the middle of the latissimus dorsi 16 and the root of the humerus 8.
  • the latissimus dorsi muscle 16 is the largest muscle in the human body, and the upper part is covered by the trapezius muscle 15.
  • the latissimus dorsi muscle 16 turns forward so as to wrap around the great circular muscle 17, and is attached to the internodal groove bottom of the humerus 8 with a flat tendon.
  • the latissimus dorsi muscle 16 is mainly involved in operations such as adduction, internal rotation, and extension of the shoulder joint together with the great circular muscle 17, and plays the most important role particularly in the extension operation (arm pulling-down operation).
  • the great circular muscle 17 is located below the small circular muscle 18 and originates from the lower corner of the rear surface of the scapula and reaches the nodule ridge on the front surface of the humerus toward the front and outside.
  • the great circular muscle 17 often works in cooperation with the latissimus dorsi muscle 16 and is involved in the adduction, internal rotation, and extension movements of the shoulder joint together with the latissimus dorsi muscle 16 in the movement.
  • the up and down movement of the arm centered on the shoulder joint is greatly related to the deltoid muscle 8, the upper trapezius muscle 15, and the latissimus dorsi muscle 16. Then, by arranging the sensor 2c and the sensor 2d at the position of the stretchable base material 1 corresponding to the region shown in FIGS. 4 and 5, the vertical movement of the arm around the shoulder joint of the arm is detected. I was able to do it.
  • the sensors 2a to 2d are independent, and movements other than the parts detected by each other do not hinder the detection of the movements of the parts corresponding to the respective sensors.
  • FIG. 6A and 6B are schematic plan views showing a configuration of a wearable device 100 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A shows a front surface 1f
  • FIG. 6B shows a back surface 1b.
  • the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • a part of the sensor 2 is arranged in a V shape on the left and right with the central axis CA of the body as a target axis (sensor 2e1 on the front surface 1f). And 2e2, sensors 2f1 and 2f2 on the back 1b).
  • the central axis CA substantially coincides with the direction of the spine.
  • a configuration is shown in which a pair of sensors are arranged in a V shape on both the front surface 1f and the back surface 1b.
  • only one of the front surface 1f and the back surface 1b may be disposed in a V shape. .

Abstract

本発明は、前腕のひねり及び肩の運動を分離して高精度に検出可能なウェアラブルデバイスに関する。実施形態のウェアラブルデバイス１００は、少なくとも前腕部ＦＡに着用可能な伸縮性基材１上に、伸縮性基材１の伸縮を検出可能なセンサー２が１つ又は２以上設けられたウェアラブルデバイスでる。そして、センサー２のうち少なくとも１つは、前腕に対応する領域に配置されており、センサー２が検出する伸縮性基材１の伸縮する方向が、肘関節中心と第３中手骨付け根とを結ぶ方向に対して１０°以上傾いている。

Description

ウェアラブルデバイス
　本発明は、ウェアラブルデバイスに関する。
　近年、伸縮性の配線とセンサーからなる伸縮性エレクトロニクスの研究・開発が進められている。例えば、伸縮性エレクトロニクスを衣服等に形成することで、着用者の動きや、脈拍等の生体情報を得られる、いわゆるモーションキャプチャ機能を備えたウェアラブルデバイスとして活用することが可能になり、注目を集めている。
　このようなモーションキャプチャに関する技術としては、例えば特許文献１や特許文献２に記載されたようなものが知られている。
　上記の特許文献１及び２に記載されたような、体の動作をとらえるモーションキャプチャ技術においては、現在カメラを用いた光学式が主流である。光学式モーションキャプチャでは、体に再帰反射素材などからなるボール型マーカーを用いることが多いが、スポーツのモーションキャプチャ解析ではマーカーが解析の妨げになるため用いることができない。そのため、スポーツで特に重要となる前腕のひねりを光学式モーションキャプチャで検出することは困難であった。
　光学式以外には、近年加速度センサーやジャイロセンサーを用いた方式も広まってきている。しかし、野球の投球やラケット競技のスマッシュ、ゴルフのスイングのように、各部位における大きな運動を同時に行うモーションにおいて、前腕のひねりのような小さな変化だけを独立して検出するのは困難であった。さらに、前腕のひねりと、ほぼ全方位に運動可能な肩関節における腕の回転の双方を分離して独立に検出することもまた非常に困難であった。
特開２０１６－１３０９４０号公報 特表２００８－５０４８５６号公報
　本発明の目的は、上記のような問題点に鑑み、従来は困難であった、前腕のひねり及び肩の運動を分離して高精度に検出可能なウェアラブルデバイスを提供することである。
　本発明者は、上記課題について鋭意検討の結果、前腕のひねりに伴う体表面の変形が引き起こす衣服の変形をセンサーで計測することで、前腕のひねりを、他の部位の大きな運動と独立して検出できることを見出した。特に、尺骨と豆状骨との接点近傍から、上腕骨と橈骨との付け根近傍を結ぶ直線上にセンサーを配置することで、前腕のひねりを高感度に検出できることを見出した。
　また、肩関節における腕の回転のうち、腕の前方運動は背面の肩甲骨と上腕部とを結ぶ位置、腕の下げ運動は、僧帽筋と上腕骨とを結ぶ位置、腕の上げ運動は広背筋中部からから上腕骨へ沿うような位置にセンサーを配置することで、これらの運動を検出することが可能になった。
　（１）上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係るウェアラブルデバイスは、少なくとも前腕部分に着用可能な伸縮性基材上に、当該伸縮性基材の伸縮を検出可能なセンサーが１つ又は２以上設けられたウェアラブルデバイスであって、センサーのうち少なくとも１つは、前腕に対応する領域に配置されており、当該センサーが検出する伸縮性基材の伸縮する方向が、肘関節中心と第３中手骨付け根とを結ぶ方向に対して１０°以上傾いている。
　（２）また、他の実施の形態に係るウェアラブルデバイスは、（１）において、前腕に対応する領域に配置されたセンサーが、尺骨と豆状骨との接点近傍から、上腕骨及び橈骨の接点近傍を結ぶ直線上に対応する領域に配置されていてもよい。
　（３）また、他の実施の形態に係るウェアラブルデバイスは、（１）または（２）において、三角筋の後部に沿うように肩甲骨と上腕骨とを結ぶ位置に配置されたセンサーをさらに有していてもよい。
　（４）また、他の実施の形態に係るウェアラブルデバイスは、（１）乃至（３）のいずれかにおいて、三角筋の中部に沿うように僧帽筋と上腕骨とを結ぶ位置に配置されたセンサーと、広背筋中部から上腕骨へ沿うような位置に配置されたセンサーとをさらに有していてもよい。
　（５）また、他の実施の形態に係るウェアラブルデバイスは、（１）乃至（４）のいずれかにおいて、体の前面又は背面に、脊椎を対称軸として左右にＶ字状に配置された一対のセンサーを更に有していてもよい。
　（６）また、他の実施の形態に係るウェアラブルデバイスは、（１）乃至（５）のいずれかにおいて、センサーが導電性の回路によってコネクタ部に接続され、コネクタ部を介してコントローラに接続されていてもよい。
　（７）また、他の実施の形態に係るウェアラブルデバイスは、（６）において、回路が、伸縮性配線を備えていてもよい。
　（８）また、他の実施の形態に係るウェアラブルデバイスは、（７）において、伸縮性配線は、伸縮性基材に縫い付けられた導電糸を有し、導電糸は、銅線を含んでいてもよい。
　本発明の上記構成によれば、前腕のひねり及び肩の運動を分離して高精度に検出可能なウェアラブルデバイスを提供することが可能になる。
本発明の一実施形態に係るウェアラブルデバイスの概略平面図であり、前面を表す。 本発明の一実施形態に係るウェアラブルデバイスの概略平面図であり、背面を表す。 右前腕に取り付けるセンサーの位置・形状を説明する模式図である。 右前腕に取り付けるセンサーの位置・形状を説明する模式図である。 右肩甲骨付近に取り付けるセンサーの位置・形状を説明する模式図である。 右肩部付近に取り付けるセンサーの位置・形状を説明する模式図である。 右広背筋付近に取り付けるセンサーの位置・形状を説明する模式図である。 本発明の他の実施の形態に係るウェアラブルデバイスの概略平面図であり、前面を表す。 本発明の他の実施の形態に係るウェアラブルデバイスの概略平面図であり、背面を表す。
　以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態に係るウェアラブルデバイスについて詳細に説明する。
　図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の一実施形態に係るウェアラブルデバイス１００の構成を示す平面模式図であり、図１Ａは前面１ｆを、図１Ｂは背面１ｂを示す。ウェアラブルデバイス１００は、その表面に配線３が設けられた伸縮性基材１と、伸縮性基材１上に複数設置されたセンサー２と、複数のセンサー２を一括で制御するコントローラー４とを有する。配線３は、センサー２とコントローラー４とを電気的に接続している。なお、配線３及びセンサー２の上面は保護層３５によって覆われているが、図１においては保護層３５の図示は省略している。なお、本実施の形態においては伸縮性基材１として、衣服等を構成する布体の場合を説明する。伸縮性基材としては、布体以外としては伸縮性フィルム等を使用可能である。
　本明細書において「布体」は、着用可能な衣服類のことを指す。特に、本実施の形態においては、少なくとも前腕部分に着用可能な領域を有する衣服類のことを指す。以下では、この前腕部分に着用可能な領域のことを、前腕部ＦＡと呼称する場合がある。
　これらの衣服類は、衣服類に通常使用される種々の材料から構成され得る。例えば、綿、麻、毛等の天然繊維、ポリエステル、ナイロン、アクリル等の化学繊維、又はこれらの材料を混合した繊維等を用いることができる。ただし、衣服の着用者の動作を感度良く検出するために、衣服を構成する伸縮性基材１は、できるだけ着用者と密着させることが好ましい。従って、伸縮性基材１は、例えばポリウレタン等の弾性繊維を使用した、大きな伸縮性を有するストレッチ素材からなることが好ましい。
　伸縮性基材１上には、複数のセンサー２が配置されている。センサー２は、肩、肘、背中、胴などに対応する伸縮性基材１上の位置に配置され、着用者の動作を感知する。センサー２の個数としては、ウェアラブルデバイス１００の使用目的に応じて適切な個数や位置が選択される。なお、図１Ａ及び図１Ｂにおいては、あくまでも例示的にセンサー２の形状及び位置を示しており、センサー２のより具体的な形状や位置については後述する。
　センサー２には、例えばフォトダイオード、温度センサー、歪みセンサー、圧力センサーや加速度センサー等を用いることができる。また場所毎に異なる任意のセンサー２を用いてもよい。
　センサー２は、物理量の変化に応じてセンサー２を流れる電流、センサー２に印加される電圧、センサー２の抵抗及び／またはセンサー２の容量が変化するものであれば特に制限はされないが、回路の簡便さなどから物理量によって抵抗が変化し、センサー２の両端に印加される電圧が変化する可変抵抗型センサーが望ましい。また、高速度通信に対する要請から、デジタルセンサーを用いることが好ましい。物理量としては、音、光、温度、圧力、歪みからなる群の少なくとも１つを好適に用いることができる。この際、センサー２の抵抗値は配線３の抵抗値の５０倍以上であることが好ましい。
　また、センサー２には、インクを用いたセンサーを用いることが好ましい。インクを用いたセンサーとは、導電性粒子をエラストマーの溶液もしくは分散物に混合したインクを用いて作製されたセンサーである。このインクを印刷、乾燥することにより、導電性粒子がエラストマーのフィルムにランダムに分散したセンサーが得られる。このセンサーは、引っ張りや圧縮、温度変化による熱膨張・収縮によって導電性粒子間距離が変化することにより、センサー両端の抵抗が変化する。インクを用いたセンサーは非常に薄く、測定対象に対する追従性が高い。そのため、正確かつ安定的な測定を行うことができる。
　複数のセンサー２間は、配線３によって接続されている。配線３は、例えば銅線を含む導電糸が伸縮性基材に縫込まれてなる配線層、及び伸縮性基材１と配線層との間に設けられる短絡防止層を含む。
　センサー２と接続された配線３は、コントローラー４と接続される。コントローラー４は、後述するように、配線３と接続されるコネクタ部、及び種々の回路が実装された回路基板を有する。これらの回路の機能により、コントローラー４は、センサー２で感知した情報を集約し、外部に送信したり、記録媒体に記録させたりする。なお、図１においては、１本の配線３は、２つのセンサー２と１つのコントローラー４との間を接続しているが、１本の配線３で１つのセンサー２をコントローラー４と接続させることも可能であり、また、１本の配線３で３つ以上のセンサー２をコントローラー４と接続させてもよい。ただし、後述するように、充電等の手間や重量等の関係から、コントローラー４の個数は１つであることが好ましい。また、コントローラー４は、配線３と電気的に接続されるコネクタ部（不図示）を有するが、コントローラー４がコネクタ部と一体として形成されていても、またカバーを備えてコネクタ部と分離可能になっていても構わない。
　続いて、図２Ａ乃至図５を参照して、本実施の形態に係るセンサー２の具体的な位置や形状について説明する。なお、説明が煩雑になるのを避けるために、図２Ａ乃至図５においては、本実施の形態に係るウェアラブルデバイスが測定対象とする各部位の運動やセンサー２の配置等に直接関わる筋肉・骨にのみ符号を付し、説明することとする。また、以下においては、センサー２と、筋肉及び骨との関係性を中心に説明するため、伸縮性基材１や配線３の図示は省略する。
　図２Ａ及び図２Ｂは、本実施の形態に用いるセンサー２のうち、前腕部ＦＡに対応する領域に設けられるセンサー２ａの位置及び形状を示す図である。なお、図２Ａは、右腕の前腕前面（手の平を含む側）から見た図であり、図２Ｂは、右腕の前腕後面（手の甲を含む側）から見た図である。
　図２Ａに示すように、前腕部ＦＡ用のセンサー２ａは、右腕前腕部ＦＡの内側の、手首寄りに設けられる。また、本実施の形態においては、センサー２ａは、尺骨６と豆状骨５との接点近傍から、上腕骨８及び橈骨７の接点近傍を結ぶ直線Ａに沿って配置されている。
　この理由について、図２Ｂを参照しながら説明する。図２Ｂは，右前腕を外側から見た図である。図２Ｂに示すように、前腕には、主に上腕二頭筋１０、腕橈骨筋１１、及び回外筋１２が形成されている。
　上腕二頭筋１０は、肘関節の屈曲及び前腕の回外の際に主な筋肉として機能する。腕橈骨筋１１は前腕前面の外側(親指側)に位置する筋肉で、上腕骨８の外側上顆から起こり、橈骨下端の茎状突起に着く。腕橈骨筋１１は、上腕二頭筋１０、上腕筋の補佐役として肘関節の屈曲に関与する。回外筋１２は前腕後面の外側に位置し、橈骨頭を回り込むように覆っている筋で上腕二頭筋１０とともに前腕を回外させる作用を有する。
　このように、前腕では、運動を生み出す筋肉は肘付近にのみ存在し、また、前腕のひねり運動には、肘関節付近に着く複数の筋肉が関わり、肘関節の運動の影響を大きく受けることとなる。そのため、特定の筋肉の動きにのみ着目するのではなく、橈骨７及び尺骨６の回転運動に着目してセンサー２ａを配置している。
　上記の理由から、本実施の形態におけるセンサー２ａは、尺骨６と豆状骨５との接点近傍から、上腕骨８及び橈骨７の接点近傍を結ぶ直線Ａに沿って配置されている。しかし上記の説明から理解される通り、センサー２ａは、前腕のひねりに伴う伸縮性基材１の伸縮を検出できるように、前腕のひねり運動が生じる際の回転軸となる、肘関節中心と第３中手骨９の付け根とを結ぶ方向に対して一定以上の角度を有していればよい。具体的には、センサー２ａが検出する伸縮性基材１の伸縮する方向が、肘関節中心と第３中手骨９の付け根とを結ぶ方向（直線Ｂ）に対して１０°以上傾いていればよい。
　図３は、本実施の形態に用いるセンサー２のうち、右肩甲骨１３付近に配置されるセンサー２ｂの位置及び形状等を示す図である。図３に示すように、肩甲骨１３の後部においては、センサー２ｂは、肩甲骨１３と上腕骨８とに跨るように、三角筋１４の後部に沿って配置されている。
　三角筋１４は肩を覆う表層部に着く筋肉であり、鎖骨の外側部・肩峰・肩甲棘から起こり、筋束は前・外・後側から肩関節を包みながら外下方へ集中し、上腕骨体の外側面の三角筋粗面に着く。三角筋１４は、肩関節を保護する役目も果たすとともに、肩関節の各種運動において強力な回転モーメントを与える筋肉でもある。すなわち、肩関節の屈曲・伸展、内旋・外旋、内転・外転といった動作に大きく関与する。
　そして、センサー２ｂを図３で示す領域に対応する伸縮性基材の位置に配置することによって、肩関節が屈曲して腕が前方に持ち上げられる動作によって生じる衣服の伸縮（しわ）を検出することが可能となった。
　図４は、本実施の形態に用いるセンサー２のうち、右肩部付近に配置するセンサー２ｃの位置及び形状を示す図である。図４に示すように、肩部付近においては、センサー２ｃは、上部僧帽筋１５と、上腕骨８の付け根とに跨るように、三角筋１４の中部に沿って配置されている。
　僧帽筋は背部の一番表層部にある筋肉で、上部僧帽筋、中部僧帽筋、下部僧帽筋に分類される。このうち、図４に示す上部僧帽筋１５は、主に鎖骨や肩甲骨の引き上げ(挙上)動作時に貢献する。また、肩甲骨を安定させ、三角筋１４とともに腕を引き上げる運動に影響する。
　図５は、本実施の形態に用いるセンサー２のうち、右広背筋付近に配置するセンサー２ｄの位置及び形状を示す図である。図５に示すように、広背筋１６付近においては、センサー２ｄは、広背筋１６の中部から上腕骨８の付け根に跨るように配置されている。
　広背筋１６は人体で最も面積の大きい筋肉であり、上部は僧帽筋１５によって被われている。広背筋１６は大円筋１７を包み込むように前方へ回り込み、扁平な腱で上腕骨８の結節間溝底に付着している。広背筋１６は、大円筋１７とともに主に肩関節の内転、内旋、伸展といった動作に関与し、特に伸展動作（腕の引き下げ動作）では最も重要な役割を果たしている。
　大円筋１７は小円筋１８の下に位置し、肩甲骨後面の下角部から起こり、前外方に向かって上腕骨前面の小結節稜に着く。大円筋１７は広背筋１６と協働して働くことが多く、運動動作においては広背筋１６と伴に肩関節の内転、内旋、伸展動作に関与する。
　図４及び図５を用いて説明した通り、肩関節を中心とした腕の上下運動は、三角筋８、上部僧帽筋１５、及び広背筋１６が大きく関わっている。そして、センサー２ｃ及びセンサー２ｄを、図４及び図５で示す領域に対応する伸縮性基材１の位置に配置することによって、腕の肩関節を中心とする腕の上下方向の運動を検出することができるようになった。
　上記のように、肩、肘及び前腕付近の筋肉や骨の運動に着目し、それらの運動に伴って生じる伸縮性基材１の伸縮を検出することで、肩を中心とする腕の運動と、前腕のひねりとを独立して検出することが可能になる。すなわち、それぞれのセンサー２ａ～２ｄは独立しており、互いが検出する部位以外の運動によって、それぞれのセンサーが対応する部位の運動の検出が妨げられることはない。
　従って、従来は困難であった、前腕のひねりを、独立して検出することが可能になったばかりでなく、従来と同様に、肩関節を中心とした腕の運動の検出も可能となっており、非常に高性能なウェアラブルデバイスを実現可能である。
　次に、本発明の他の実施の形態に係るウェアラブルデバイスについて説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の他の実施形態に係るウェアラブルデバイス１００の構成を示す平面模式図であり、図６Ａは前面１ｆを、図６Ｂは背面１ｂを示す。また、以下においては、上記の第１の実施の形態と同一の部分については同一の符号を付し、説明を省略する。
　図６Ａ及び図６Ｂに示すように、本実施の形態においては、センサー２のうち一部が、体の中心軸ＣＡを対象軸として左右にＶ字状に配置されている（前面１ｆにおけるセンサー２ｅ１及び２ｅ２、背面１ｂにおけるセンサー２ｆ１及び２ｆ２）。なお、中心軸ＣＡは、脊椎の向きと略一致する。
　このように、前面１ｆ又は背面１ｂに、一対のセンサー２ｅ１及び２ｅ２、又は２ｆ１及び２ｆ２を中心軸ＣＡを対称軸として左右にＶ字状に配置することで、呼吸に伴う横隔膜の運動や、体の左右ひねりに伴う衣服の撚れを検出することができるようになる。
　なお、本実施の形態では、前面１ｆと背面１ｂの双方に一対のセンサーをＶ字状に配置する構成を示したが、前面１ｆ又は背面１ｂどちらか一方のみＶ字状に配置する構成でもよい。
　以上、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、配置するセンサー２の個数や、配線３の配置（左右対称／非対称等）、１本の配線３に接続するセンサー２の個数、コントローラ４の形状又は構成等、その発明の趣旨を逸脱しない範囲で設計変更が可能である。
　１…伸縮性基材　２…センサー　３…配線　４…コントローラー　５…豆状骨　６…尺骨　７…橈骨　８…上腕骨　９…第３中手骨　１０…上腕二頭筋　１１…腕橈骨筋　１２…回外筋　１３…肩甲骨　１４…三角筋　１５…上部僧帽筋　１６…広背筋　１７…大円筋　１８…小円筋　１００…ウェアラブルデバイス　ＣＡ…中心軸　ＦＡ…前腕部

Claims (8)

  1. 　少なくとも前腕部分に着用可能な伸縮性基材上に、当該伸縮性基材の伸縮を検出可能なセンサーが１つ又は２以上設けられたウェアラブルデバイスであって、
    　前記センサーのうち少なくとも１つは、前腕に対応する領域に配置されており、当該センサーが検出する前記伸縮性基材の伸縮する方向が、肘関節中心と第３中手骨付け根とを結ぶ方向に対して１０°以上傾いている
    　ウェアラブルデバイス。
  2. 　前記前腕に対応する領域に配置されたセンサーが、尺骨と豆状骨との接点近傍から、上腕骨及び橈骨の接点近傍を結ぶ直線上に対応する領域に配置されている
    　請求項１に記載のウェアラブルデバイス
  3. 　三角筋の後部に沿うように肩甲骨と上腕骨とを結ぶ領域に対応する位置に配置されたセンサーをさらに有する
    　請求項１又は２に記載のウェアラブルデバイス。
  4. 　三角筋の中部に沿うように僧帽筋と上腕骨とを結ぶ領域に対応する位置に配置されたセンサーと、広背筋中部から上腕骨へ沿うような位置に配置されたセンサーとをさらに有する
    　請求項１乃至３のいずれかに記載のウェアラブルデバイス。
  5. 　体の前面又は背面に、脊椎に対応する領域を対称軸として左右にＶ字状に配置された一対のセンサーを更に有する
    　請求項１乃至４のいずれかに記載のウェアラブルデバイス。
  6. 　前記センサーが、導電性の回路によってコネクタ部に接続され、コネクタ部を介してコントローラに接続されている
    　請求項１乃至５のいずれかに記載のウェアラブルデバイス。
  7. 　前記回路が、伸縮性配線を備える
    　請求項６かに記載のウェアラブルデバイス。
  8. 　前記伸縮性配線は、伸縮性基材に縫い付けられた導電糸を有し、
    　前記導電糸は、銅線を含む
    　請求項７に記載のウェアラブルデバイス。
     
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