JP6673582B2 - 動作測定装置、方法、およびプログラム - Google Patents
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Description
この歪みセンサ付き布帛は、伸縮可能な布帛本体と、この布帛本体に付設され、布帛本体の伸縮に追従可能な歪みセンサとを有し、前記歪みセンサに、前記布帛本体に一体的に設けられ、かつ布帛本体の伸縮に追従して変形する配線部を備えた構成である。
また、特許文献1に示される歪みセンサ付き布帛では、被服に配置されるセンサ面積が大きくなると、基板により通気性が阻害されるという問題もあり、日常的に着用することができないという問題もあった。
この衣服は、伸縮生地の伸縮状態の変化を電気特性の変化に変換する導電性伸縮材が編込まれた姿勢検出生地が使用されるものであって、該姿勢検出生地で検出される電気特性の変化に基づいて着用者の姿勢の変化を検出可能とする。
この電気抵抗の変化は電圧に変換され、AD変換の後マイクロコンピュータによりその値が読み取られる。例えば、図7(A)に領域M1で示されるように、背筋が伸びて姿勢が良いときには、導電性伸縮材の伸びが小さく、そのときの抵抗値は30Ωであるとする。
一方、この図7(A)に領域M2で示されるように、背中が丸まって猫背になったときには、導電性伸縮材の伸びが大きく70Ωであるとする。
ここで、呼吸による導電性伸縮材の伸び縮みが無いと仮定した場合は、抵抗値の差はそのまま40Ωとなり、この変化を検出することで、猫背の姿勢を検出することができる。この導電性伸縮材で検出される抵抗値の差は、猫背の深さによって変化するため、該抵抗値の差に基づき、猫背の度合いを段階ごとに表すことも可能である。
このため、上記衣服では、該導電性伸縮材の抵抗値の平均値をとるにしても、平均化するためのサンプリング時間を一定時間確保しなければならず、リアルタイム性に欠けていた。また、上記衣服では、呼吸の大小に周期変動が加わると、正しい抵抗値を検出することができず姿勢の度合いを段階毎に検出するのが難しかった。
本発明は、人体に装着されるシート材の一部に設けられて装着者の動作を測定する動作測定装置であって、前記シート材の変形方向に沿う複数の線状体からなる導電性伸縮材を有し、該線状体が互いに平行となるように前記シート材に組み込まれて、該シート材の面方向への変形によってそれぞれの電気抵抗が変化する該線状体からの電気抵抗値の差を演算する演算手段と、この演算手段での演算結果から前記装着者の動作を測定する測定手段と、を有する。
図1に符号1で示すものは人体に装着される衣服であって、該衣服1を構成するシート材2には、装着者の動作を測定する動作測定装置10が設けられている。
この動作測定装置10は、複数の線状体11を有し該線状体11の変形によってそれぞれの電気抵抗が変化する導電性伸縮材12と、該導電性伸縮材12の線状体11からの電気抵抗値の差を演算する演算手段13と、演算手段13での演算結果から装着者の動作を測定する測定手段14と、を有する。
なお、本例の導電性伸縮材12では、複数の線状体11として一対の線状体11A・11Bが設置された例が示されている。
また、演算手段13及び測定手段14はマイクロコンピュータC内に配置されるが、このマイクロコンピュータCは衣服1上に設置しても良いし、図示しない通信手段を介して衣服1の外部に設置しても良い。
演算手段13は導電性伸縮材12の線状体11A・11Bからの電気抵抗値の差を演算し、かつ測定手段14は演算手段13での演算結果から装着者の動作を測定する。
その後、上記動作測定装置10では、導電性伸縮材12の線状体11A・11Bからの電気抵抗値の差を演算するとともに、測定手段14にて、該演算手段13での演算結果から装着者の動作を測定する。
すなわち、上記動作測定装置10では、導電性伸縮材12の一対の線状体11A・11Bからの電気抵抗値の差を演算することにより、呼吸の大小(深さ)又は周期変動いった影響を排除して、猫背になる等の装着者の姿勢を正確に検出することが可能となる。
また、上記動作測定装置10は、導電性伸縮材12に含まれる一対の線状体11A・11Bを平行に配置した状態で、線状体11A・11Bからの電気抵抗値の差を演算する処理を行うという簡易な構成により、呼吸の影響を排除した装着者の姿勢検出が可能となるものである。
本発明の実施形態について図2〜図6を参照して具体的に説明する。
図2に示されるように、衣服1を構成するシート材2には、装着者の動作を測定する動作測定装置20が設けられている。
この動作測定装置20は、一対の線状体21を有し該線状体21の変形によってそれぞれの電気抵抗が変化する導電性伸縮材22と、該導電性伸縮材22の線状体21からの電気抵抗値の差を演算する演算手段23と、演算手段23での演算結果から装着者の動作を測定する測定手段24と、を有する。
また、演算手段23及び測定手段24はマイクロコンピュータC1内に配置されるが、このマイクロコンピュータC1は衣服1上に設置しても良いし、図示しない通信手段を介して衣服1の外部に設置しても良い。
また、導電性伸縮材22の線状体21A・21Bは、衣服1のシート材2の面方向への変形によってそれぞれの電気抵抗が変化するものであって、それぞれの線状体21A・21Bで得られた電気抵抗値は、演算手段23に供給される。
このとき、これら導電性伸縮材22の線状体21A・21Bはそれぞれ長さが異なっているので、異なったレベルの電気抵抗が検出される。
演算手段23は、異なる長さからなる導電性伸縮材22の線状体21A・21Bからの電気抵抗値の差を演算し、また、測定手段24は演算手段23での演算結果から装着者の姿勢あるいは動作を測定する。
また、演算手段23の比較器23Aでは、各ブリッジ回路30の線状体21A・21Bの電気抵抗の変化にともなってブリッジ回路の端部に発生する電圧の差分を演算し、さらに測定手段24にて、該演算手段23での演算結果から装着者の動作を測定する。
すなわち、上記動作測定装置20では、導電性伸縮材22の一対の線状体21A・21Bからの電気抵抗値の変化に伴う電位差を演算することにより、呼吸の大小(深さ)又は周期変動いった影響を排除して、猫背になる等の装着者の姿勢あるいは動作を測定することができる。
なお、演算手段23の別の構成としては、比較器23Aについては、2つのブリッジ回路それぞれに配置されていても良い。それぞれに発生する電圧の差分をマイクロコンピュータC1に取り込み、マイクロコンピュータC1の内部でAD変換が行われた後、デジタルデータをプログラムにて演算して電圧の差分を求める方法としても良い。
図4では、領域M1で示されるように、背筋が伸びて良い姿勢であることにより導電性伸縮材22の伸びが小さいときの時間領域をM1で表し、背中が丸まって猫背になることにより導電性伸縮材22の伸びが大きなっている時間領域をM2で表している。
これら2本の線状体21A・21Bの電気抵抗値は同じではなく、配線する長さに差をつけることにより、電気抵抗値にわずかな差を持たせている。電気抵抗値は電圧に変換して読み取るが、ここで電気抵抗値が低い場合には電圧が低く、また、電気抵抗値が高い場合には電圧が高く変換される。これにより演算手段23にて、電気抵抗値の高い方の電圧値から、電気抵抗値の低い方の電圧値を引き算すると、その電圧値の差分が得られることになる。
図2を参照して述べたように、導電性伸縮材22の線状体21A・21Bは互いに長さが異なっており、シート材2の変形方向に沿いかつ互いが平行となるように衣服1に組み込まれたものであって、装着者が衣服1を着用した場合に、該装着者の背中の中央部分にほぼ水平となるように配置される。
このため、背筋を伸ばした真っ直ぐな姿勢から猫背になって、時間領域M1から時間領域M2に移行した場合には、導電性伸縮材22において短尺な線状体21Aよりも長尺な線状体21Bの方が、伸びが大きくなる。これは、猫背になった場合に、線状体21A及び線状体21Bの電気抵抗値の差が、背筋を伸ばしていた場合の電気抵抗値の差よりも広がるためである。その結果として、猫背になった場合には、電圧値に変換して引き算した差分Sが生じる、すなわち、背筋を伸ばしているときの電圧差と猫背のときの電圧差とでは一定の差分S(電気抵抗値の差分S)が生じることになる。
この導電性伸縮材22に関する技術として、例えば、特開2010-209481号公報に示される芯部をヨウ素の含浸しにくい繊維としかつ鞘部をヨウ素の含浸し易い繊維とした伸縮性導電繊維、又は特開2010-31423号公報に示される繊維の表面側内部近傍にヨウ化銅からなる導電層を有する導電繊維、又は特開2011-74538号公報に示される伸縮可能な弾性糸に炭素繊維及び鞘糸が撚り合わされた導電線材等、が使用される。
そして、これら導電性伸縮材が編み込まれた編地を引っ張る又は曲げた場合に、その断面積が減少して電気抵抗が増加するという特性を利用して、上述した姿勢の測定を行うものである。
なお、上述した公報は一例であって、上記以外の構成の導電性伸縮材、例えば、編地に編み込まれた複数の導電性伸縮材相互間の接触抵抗が変化する電気的特性を有する性質を利用するものを用いることもできる。
その後、上記動作測定装置20では、これら線状体21A・21Bからの電気抵抗値の差を演算するとともに、測定手段24にて、該演算手段23での演算結果から装着者の動作を測定するようにした。
すなわち、上記動作測定装置20では、導電性伸縮材22の一対の線状体21A・21Bからの電気抵抗値の差を演算することにより、呼吸の大小(深さ)又は周期変動といった影響を排除して、猫背になる等の装着者の姿勢を正確に検出することが可能となる。
また、上記動作測定装置20は、導電性伸縮材22を形成する、異なる長さの線状体21A・21Bを平行に配置した状態で、線状体21A・21Bからの電気抵抗値の差を演算する処理を行うという簡易な構成により、呼吸の影響を排除した装着者の姿勢検出を可能とする。
上記実施形態では、導電性伸縮材22の長さが異なる平行な線状体21A・21Bを、衣服1に組み込むようにし、装着者が衣服1を着用した場合に、該装着者の背中の中央部分に水平となるように配置した。
しかし、これに限定されず、図5に示されるように、導電性伸縮材22の長さが異なる線状体21C・21Dを、衣服1の腕の部分であり、かつ装着者が着用した場合に該装着者の腕の付け根部分に配置するようにしても良い。
これにより、演算手段23及び測定手段24において、装着者の腕の上げ下げといった姿勢変化を検出することができる。
また、このような図5に示される導電性伸縮材22の線状体21C・21Dを衣服1の腕部分に設けるという構成を、図2に示される、導電性伸縮材22の線状体21A・21Bを衣服1の背面部分に平行に設けるという構成と併用しても良い。
また、変形例1に限定されず、図6に示されるように、導電性伸縮材22の長さが異なる線状体21E・21Fを互いが平行となるように衣服1の背面に縦方向に組み込むようにし、装着者が衣服1を着用した場合に、該装着者の衣服1の背面部分にほぼ垂直となるように配置しても良い。
これにより、演算手段23及び測定手段24において、装着者の身体のねじれといった姿勢変化を検出しても良い。
また、このような図6に示される導電性伸縮材22の線状体21E・21Fの配置を、上述した図2及び/又は図5に示される構成と併用しても良い。
また、本発明の技術は、単に装着者の姿勢や動作を測定するのみならず、測定された動作や姿勢によってスマートフォンやコンピュータを操作する入力手段として利用することができる。
2 シート材
10 動作測定装置
11(11A・11B) 線状体
12 導電性伸縮材
13 演算手段
14 測定手段
20 動作測定装置
21(21A〜21F) 線状体
22 導電性伸縮材
23 演算手段
24 測定手段
30 ブリッジ回路
31 固定抵抗
32 調整用抵抗
Claims (5)
- 人体に装着されるシート材の一部に設けられて装着者の動作を測定する動作測定装置であって、
前記シート材の変形方向に沿う複数の線状体からなる導電性伸縮材を有し、該線状体が互いに平行となるように前記シート材に組み込まれて、該シート材の面方向への変形によってそれぞれの電気抵抗が変化する該線状体からの電気抵抗値の差を演算する演算手段と、
この演算手段での演算結果から前記装着者の動作を測定する測定手段と、を有し、
前記導電性伸縮材は、互いに長さが異なりかつ平行となるように配置された一対の線状体により構成されることを特徴とする動作測定装置。 - 前記導電性伸縮材を構成する一対の線状体は、それぞれブリッジ回路の一辺にそれぞれ配置されており、
前記演算手段は、前記各ブリッジ回路の端部からそれぞれ出力される電気抵抗値を取り込み、該電気抵抗値の差分を演算することを特徴とする請求項1に記載の動作測定装置。 - 前記ブリッジ回路の一辺には、他の固定抵抗とのバランスをとるために調整用抵抗が設置されていることを特徴とする請求項2に記載の動作測定装置。
- 人体に装着されるシート材の変形により装着者の動作を測定する動作測定方法であって、
互いに長さが異なり、前記シート材の変形方向に沿ってかつ互いに平行となるように該シート材に組み込まれて、該シート材の面方向への変形によってそれぞれの電気抵抗が変化する複数の線状体からなる導電性伸縮材の電気抵抗値の差を演算する工程と、
この演算結果から前記装着者の動作を測定する工程と、を有することを特徴とする動作測定方法。 - 人体に装着されるシート材の変形により装着者の動作を測定する動作測定プログラムであって、
互いに長さが異なり、前記シート材の変形方向に沿ってかつ互いに平行となるように該シート材に組み込まれて、該シート材の面方向への変形によってそれぞれの電気抵抗が変化する複数の線状体からなる導電性伸縮材の電気抵抗値の差を演算するステップと、
この演算結果から前記装着者の動作を測定するステップと、を有することを特徴とする動作測定プログラム。
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