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3次元接地圧力値計測機能を有する靴 UPDATE 新技術説明会

国内特許コード P04P001228
整理番号 RJ005P99
掲載日 2004年10月21日
出願番号 特願2003-025979
公開番号 特開2004-239622
登録番号 特許第4279000号
出願日 平成15年2月3日(2003.2.3)
公開日 平成16年8月26日(2004.8.26)
登録日 平成21年3月19日(2009.3.19)
発明者
  • 矢野 健
  • 佐々木 祥弘
  • 丹羽 英二
  • 三寺 正雄
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
  • 公益財団法人電磁材料研究所
発明の名称 3次元接地圧力値計測機能を有する靴 UPDATE 新技術説明会
発明の概要 【課題】各々3次元の力成分を検出するため、自然な歩行を妨げることなく姿勢の推定に必要な圧力情報を得ることができる3次元接地圧力値計測機能を有する靴を提供する。
【解決手段】棒状スタッド104を有し、この棒状スタッド104先端に加えられる3次元圧力値を検出する3次元圧力センサ103と、この3次元圧力センサ103の出力を信号処理し、信号を出力する信号処理回路105と、この信号処理回路105から信号を出力する信号出力手段107および靴本体101からなり、前記3次元圧力センサ103は、前記靴本体101の底部に、また、靴が接地する際には接地が前記棒状スタッド104先端で行なわれるように配置され、靴が接地する際には、前記棒状スタッド104先端に加わる接地圧力値を、前記棒状スタッド軸方向の圧力値、前後圧力値および左右圧力値として前記信号出力手段107に出力する。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


人の足裏に加わる圧力を測定することは、靴底に圧力センサを設けることにより達成できる。例えば以下に示す圧力センサは下記非特許文献1に開示されている。



図11はかかる従来の3次元接地圧力値計測機能を有する靴の分解斜視図である。



この図において、十字形のスプリングエレメント1の表面には、上下および側面に歪ゲージ2が接着されており、十字形のスプリングエレメント1の4端に配置されるエンドサポート3と中心の間で6自由度の力計測が可能である。つまり、このスプリングエレメント1をマウンティングプレート4と靴5のソールプレート(靴底)6との間に配置しているため、6自由度の力が計測可能である。



さらに、従来技術では圧力のみを計測する他の技術もあるが、この場合には、一つの方向の圧力値のみしか計測することができない。人の姿勢の状態を把握するには、1方向の圧力値のみでは不十分であり、前後および左右方向の圧力成分も必要である。



【非特許文献1】
G.A.Spolek,F.G.Lippert,“An Instrumented Shoe-A Portable Force Measuring Device”,J.Biomechanics,Vol.9,pp.779-783,1976

産業上の利用分野


本発明は、FES(機能的電気刺激)医学、リハビリテーション医学、スポーツ医学、あるいは人間型ロボット等において、人の姿勢状態を足裏に加わる圧力の計測値から判定し、倒れないように機能的電気刺激の電圧あるいはアクチュエータ等を制御し、あるいは、姿勢の善し悪しを判定して、その改善点を明確にする装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
(a)靴本体(101)の靴底(102)に棒状スタッド(104)を持った3次元圧力センサ(103)が結合されており、
(b)前記棒状スタッド(104)は靴本体(101)の靴底(102)から飛び出しており、前記靴本体(101)が接地した場合に前記棒状スタッド(104)の先端が接地するように構成され、
(c)前記3次元圧力センサ(103)は、前記棒状スタッド(104)の先端に加えられる接地圧力値を検出し、該接地圧力値を前記棒状スタッドの軸方向圧力値、前後圧力値および左右圧力値として信号処理回路(105)で信号処理し、信号出力手段(107)で信号を出力することを特徴とする3次元接地圧力値計測機能を有する靴。

【請求項2】
請求項1記載の3次元接地圧力値計測機能を有する靴において、前記3次元圧力センサの3個の組が、靴底のつま先部分と踵部分に各々1組ずつ配置されることを特徴とする3次元圧力値計測機能を有する靴。

【請求項3】
請求項記載の3次元接地圧力値計測機能を有する靴において、前記信号処理回路は、前記3次元圧力センサの3個の組に対して、前記棒状スタッドの軸方向圧力に関しては、各々3個の3次元圧力センサからの圧力値を独立に前記信号出力手段に出力し、前後圧力値および左右圧力値に関しては、前記3個の3次元圧力センサ圧力値の合計値を前記信号出力手段に出力するよう構成されることを特徴とする3次元接地圧力値計測機能を有する靴。

【請求項4】
請求項1記載の3次元接地圧力値計測機能を有する靴において、前記3次元圧力センサは、棒状スタッド、靴底に接地圧力センサを固定するためのベース部材、前記棒状スタッドの一端とベース部材との間に接地される板状の曲げ歪検出板、および該曲げ歪検出板の表面に配置される歪センサよりなり、前記棒状スタッドの他端部分接地に供せられる結果、接地圧力前記曲げ歪検出板上に配置された歪センサにより検出されることを特徴とする3次元接地圧力値計測機能を有する靴。

【請求項5】
請求項4記載の3次元接地圧力値計測機能を有する靴において、前記曲げ歪検出板は十字形状部を有し、該十字形状部の中心には前記棒状スタッドが結合されており、前記十字形状部の周辺部分にはベース部材が結合されており、前記十字形状部を形成する、上向きアーム、右向きアーム、下向きアーム、および左向きアームの表面上に各々、Sa、Sb、Sc、Sdからなる前記歪センサが配置されており、前記信号処理回路は、接地圧力が無い場合の歪センサ抵抗値を、各々、Ra0、Rb0、Rc0、Rd0とし、接地圧力が加えられた場合の歪センサ抵抗値を、各々、Ra、Rb、Rc、Rdとするとき、〔(Ra-Ra0)+(Rb-Rb0)+(Rc-Rc0)+(Rd-Rd0)〕の定数倍を、前記棒状スタッド軸方向接地圧力値とし、〔(Ra-Ra0)-(Rc-Rc0)〕の定数倍を前後の接地圧力値とし、〔(Rb-Rb0)-(Rd-Rd0)〕の定数倍を左右の接地圧力値として前記信号出力手段に出力するように構成されることを特徴とする3次元接地圧力値計測機能を有する靴。

【請求項6】
請求項5記載の3次元接地圧力値計測機能を有する靴において、前記曲げ歪検出板は十字形状部を有し、該十字形状部の周辺は各々結合されており、前記十字形状部の中心には前記棒状スタッドが結合されており、また、前記十字形状部を結合する周辺部分で、該十字形状部の方向とほぼ45度の方向上において前記ベース部材と結合されることを特徴とする3次元接地圧力値計測機能を有する靴。

【請求項7】
請求項4記載の3次元接地圧力値計測機能を有する靴において、3個の前記3次元圧力センサよりなり、各々の3次元圧力センサは、前記棒状スタッド、靴底に接地圧力センサを固定するためのベース部材、前記棒状スタッドの一端とベース部材との間に接地される板状の曲げ歪検出板、および該曲げ歪検出板の表面に配置される歪センサよりなり、前記ベース部材3個の3次元圧力センサに共通な部材よりなることを特徴とする3次元接地圧力値計測機能を有する靴。

【請求項8】
請求項4記載の3次元接地圧力値計測機能を有する靴において、前記曲げ歪検出板は十字形状部を有し、該十字形状部の中心には前記棒状スタッドが結合されており、前記十字形状部の周辺部分にはベース部材が結合されており、前記十字形状部を形成する各4個のアームの表面の、棒状スタッド寄りの部分には、各々、Sa1、Sa2、Sa3、Sb1、Sb2、Sb3、Sc1、Sc2、Sc3、Sd1、Sd2、Sd3からなる歪センサが配置されており、また、十字形状部を形成する各4個のアームの表面の、前記ベース部材寄りの部分には、Sa4、Sb4、Sc4、Sd4からなる歪センサが配置されており、前記信号処理回路は、Sa1とSc1との直列回路、Sa4とSc4との直列回路、Sb1とSd1との直列回路、およびSb4とSd4との直列回路の4つのアームにより形成されるブリッジの出力電圧を適宜増幅して棒状スタッド軸方向接地圧力値とし、また、Sa2、Sc2、Sa3、Sc3を各アームとするブリッジの出力を適宜増幅して前後方向の接地圧力値とし、更にSb2、Sd2、Sb3、Sd3を各アームとするブリッジの出力を適宜増幅して左右方向の接地圧力値として各々前記信号出力手段に出力することを特徴とする3次元接地圧力値計測機能を有する靴。

【請求項9】
請求項4から6のいずれか1項に記載の3次元接地圧力値計測機能を有する靴において、前記歪センサは絶縁材料上に形成されたCrN,CuNiまたはNiCr薄膜よりなることを特徴とする3次元接地圧力値計測機能を有する靴。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2003025979thum.jpg
出願権利状態 登録
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