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足底圧計測装置及び行動姿勢判別方法 コモンズ 新技術説明会 実績あり

国内特許コード P110005501
整理番号 34
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2007-282302
公開番号 特開2009-106545
登録番号 特許第5301807号
出願日 平成19年10月30日(2007.10.30)
公開日 平成21年5月21日(2009.5.21)
登録日 平成25年6月28日(2013.6.28)
発明者
  • 筒井 隆夫
  • 筒井 保博
出願人
  • 学校法人産業医科大学
発明の名称 足底圧計測装置及び行動姿勢判別方法 コモンズ 新技術説明会 実績あり
発明の概要

【課題】長期間に亘って被験者の作業中の動作や姿勢を検査する場合でも、小型のデータ記録装置により計測データを記録・収集することができる足底圧計測装置を提供する。
【解決手段】足裏形状の厚みのあるインソールと、インソールの各位置に配設され、当該位置に加わる荷重値を検出する荷重センサ3,4,5と、インソールに一体的に具設されたデータロガー8と、インソールに一体的に具設された電池15とを備え、荷重センサ3,4,5が出力する荷重値の微小時間内における荷重値の最大値Lmax及び平均値Lmeanを算出する代表値演算部12と、最大値Lmax及び平均値Lmeanをそのまま又は所定のアルゴリズムで変換した後、データロガー8に保存するデータ蓄積部とを備えた。
【選択図】図2

従来技術、競合技術の概要


職業性の腰痛などの筋骨格系障害の原因を調査する場合、一般には、被験者の作業中の動作や姿勢をビデオに撮影する方法、OWAS(Ovako Working Posture Analysing System)法(非特許文献1,2参照)のように一定時間ごとに動作姿勢を記録する方法、又は筋電図を測定する方法などが採られる。これらの方法は、被験者が短時間の繰り返し作業を行う場合には容易に行うことが可能である。しかし、被験者が長時間に渡って多種の作業を行うような場合には、これらの方法で調査を行うのは困難である。そこで、作業者の靴の中敷に圧力センサを組み込み、足底荷重を連続測定する足底圧計測装置が使用される。



足底圧計測装置は、その計測方法により、圧力検出センサを床に設置して計測する空間式設置計測法と、靴などの履物自体がセンサで構成され被測定者の足に直接装着する身体装着計測法とに大別される。このうち空間式設置計測法は、装置が大がかりであり、被験者が行動できる範囲も極めて限定されるため、上述のような調査目的には適さない。



身体装着計測法で足底圧分布を計測する機器は、インソール(insole)型、すなわちインソール(中底)に足底圧力を検出するセンサを組み込んだものが一般的である。足底圧力を検出するセンサとしては、インクで着色し発色の度合いで足底圧を計測するプレスケール、電極を行と列の格子状に配置しその交点の抵抗値から足底圧を計測する走査型、及び小型の圧力センサをインソール内に分布させた分布型の3種類に大別される(非特許文献3)。



プレスケールは、圧力特性が測定可能な極薄発色層が均一に塗布されたフィルムである。フィルム内には無色染料が封入された多数のマイクロカプセルが均一に分布している。圧力が加わるとこのマイクロカプセルが破壊されて無色染料が放出され、外部の顕色剤と反応して発色する。従って、発色濃度から足底圧を検出することができる。しかしながら、プレスケールは、1回限りの測定でインソールを交換する必要があるため、長期間に亘る連続的な足底圧の計測に使用することはできない。



一方、走査型と分布型の足底圧計測装置は、足底圧が電気信号として出力されるため、連続的な足底圧の計測に適用することが可能である。



走査型又は分布型の従来の足底圧計測装置としては、特許文献1~3に記載のものが公知である。



特許文献1には、対象者の足裏の所定部位に作用する圧力の時間変化を検出して足圧検出信号を出力する足圧センサ部と、前記対象者の現在位置を検出して現在位置情報を出力する位置検出部と、前記足圧検出信号及び前記現在位置情報を記憶する記憶手段と、を収納した履物で構成された生体情報収集装置が記載されている。



特許文献2には、足底部に複数の3分力荷重センサが配設された荷重センサ付き靴が記載されている。



特許文献3には、被検体の足底に分散して取り付けられ、前記足底の部分荷重に対応してそれぞれ静電容量が変化する複数の可変容量式圧力センサと、これら複数の可変容量式圧力センサの極板間に得られる前記部分荷重に対応する電気信号を、時分割光信号に変換して伝送する光信号伝送器と、この光信号伝送器からの時分割光信号を受光し、前記部分荷重及びその荷重位置に対応した電気信号を出力する受光装置と、この受光装置から出力される電気信号に基づいて、歩行状態の解析を行う演算装置とを有する歩行因子解析装置が記載されている。



また、計測された足底圧データの記録は、無線により被験者の腰等に装着された外部記録装置に転送して記録する無線式や、データロガーに記録するデータロガー式のものが広く用いられている(非特許文献3参照)。

【特許文献1】特開2004-305469号公報

【特許文献2】特開2005-214850号公報

【特許文献3】特開平2-55045号公報

【非特許文献1】Karhu O, et al. Correcting working postures in industry : A practical method or analysis. Applied Ergonomics 1977,8;199-201.

【非特許文献2】Stoffert G. Analyse und Einstufung von Korperhaltungen bei der Arbeit nach der OWAS-Methode. Zeitschrift fur Arbeitwissenschaft 1985,1;31-38.

【非特許文献3】松田拓也,「足底圧計測装置による床反力,及び下肢関節モーメントの推定」,高知工科大学大学院 平成14年度修士論文,[online]、2003年,高知工科大学附属情報図書館、[平成19年10月1日検索],インターネット<http://www.kochi-tech.ac.jp/library/ron/2002/g5/M/1055063.pdf>

産業上の利用分野


本発明は、靴に中敷として装着して足底に加わる足底荷重を計測する足底圧計測装置、及び足底荷重に基づいて、各時点における被験者の状態が座位状態、立位状態、又は歩行状態の何れであるかを判別する行動姿勢判別方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
足裏形状の厚みのあるインソールと、
前記インソールの所定位置に配設され、前記インソールの当該位置に加わる荷重値を検出する一乃至複数の荷重センサと、
前記インソールに一体的に具設されたデータロガーと、
前記インソールに一体的に具設された電池と、
を備えた足底圧計測装置であって、
前記第1の荷重センサが出力する荷重値の、所定の微小時間ΔT内における荷重値の最大値Lmax及び平均値Lmeanを算出する代表値演算手段と、
前記最大値Lmax及び前記平均値Lmeanを所定のアルゴリズムで変換した後、前記データロガーに保存するデータ蓄積手段と、を備え、
前記データ蓄積手段は、
前記各微小時間ΔTにおいて、所定の歩行判別閾値α及び座位判別閾値αに対して、
(a)前記最大値Lmaxと前記平均値Lmeanとの差が前記歩行判別閾値α以上の場合には歩行状態w、
(b)前記最大値Lmaxと前記平均値Lmeanとの差が前記歩行判別閾値αより小さく、且つ前記平均値Lmeanが前記座位判別閾値α以上の場合には立位状態e、
(c)前記最大値Lmaxと前記平均値Lmeanとの差が前記歩行判別閾値αより小さく、且つ前記平均値Lmeanが前記座位判別閾値αよりも小さい場合には座位状態s、
であると判別する状態判別手段と、
所定の更新時間ごとに、前記状態判別手段により判別される前記歩行状態w、前記座位状態s、前記立位状態eの各状態の積算時間Tw,i,Ts,i,Te,iを算出し、これらを前記データロガーに保存された各状態の積算時間T,T,Tに加えて、前記データロガーに保存された当該積算時間T,T,Tの更新を行う積算時間更新手段と、を備え、
座位状態s、立位状態e、歩行状態wのそれぞれの状態について、予め測定した最大値Lmax、平均値Lmean及びそれらの差[Lmax-Lmean]の所定時間の時間平均値を、
【数式1】


標準偏差を、
【数式2】


としたとき、前記歩行判別閾値α及び前記座位判別閾値α
【数式3】


により設定されていることを特徴とする足底圧計測装置。

【請求項2】
前記荷重センサとして、
前記インソールの踵骨下部位置に配設され、前記インソールの当該位置に加わる荷重値を検出する第1の荷重センサと、
前記インソールの第1中足骨遠位下部に配設され、前記インソールの当該位置に加わる荷重値を検出する第2の荷重センサと、
前記インソールの第5中足骨遠位下部に配設され、前記インソールの当該位置に加わる荷重値を検出する第3の荷重センサと、
を備え、
前記代表値演算手段は、前記各荷重センサが出力する荷重値に基づき、前記所定の微小時間ΔT内における荷重値の最大値Lmax及び平均値Lmeanを算出するものであり、
前記データ蓄積手段は、前記各最大値Lmax及び前記各平均値Lmeanを所定のアルゴリズムで変換した後、前記データロガーに保存するものであることを特徴とする請求項1記載の足底圧計測装置。

【請求項3】
足裏形状の厚みのあるインソールと、前記インソールの所定位置に配設され、前記インソールの当該位置に加わる荷重値を検出する一乃至複数の荷重センサと、を備えた足底圧計測装置を被験者の靴内に装着し、被験者が行動する際に前記荷重センサによって検出される荷重値に基づいて、各時点における被験者の状態が座位状態、立位状態、又は歩行状態の何れであるかを判別する行動姿勢判別方法であって、
前記第1の荷重センサが出力する荷重値の所定の微小時間ΔT内における荷重値の最大値Lmax及び平均値Lmeanを演算する代表値算出ステップと、
前記各微小時間ΔTにおいて算出される最大値Lmax及び平均値Lmeanについて、所定の歩行判別閾値α及び座位判別閾値αに対して、
(a)前記最大値Lmaxと前記平均値Lmeanとの差が前記歩行判別閾値α以上の場合には歩行状態、
(b)前記最大値Lmaxと前記平均値Lmeanとの差が前記歩行判別閾値αより小さく、且つ前記平均値Lmeanが前記座位判別閾値α以上の場合には立位状態、
(c)前記最大値Lmaxと前記平均値Lmeanとの差が前記歩行判別閾値αより小さく、且つ前記平均値Lmeanが前記座位判別閾値αよりも小さい場合には座位状態、
であると判別する状態判別ステップと、を有し、
座位状態s、立位状態e、歩行状態wのそれぞれの状態について、予め測定した最大値Lmax、平均値Lmean及びそれらの差[Lmax-Lmean]の所定時間の時間平均値を、
【数式4】


標準偏差を、
【数式5】


としたとき、前記歩行判別閾値α及び前記座位判別閾値α
【数式6】


により設定されていることを特徴とする行動姿勢判別方法。
産業区分
  • 治療衛生
  • 測定
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007282302thum.jpg
出願権利状態 権利存続中


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