図面 (/)

技術 運動測定装置

出願人 国立大学法人東北大学
発明者 永富良一佐藤啓壮
出願日 2015年2月19日 (4年5ヶ月経過) 出願番号 2015-030282
公開日 2016年8月22日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2016-150179
状態 特許登録済
技術分野 生体の呼吸・聴力・形態・血液特性等の測定
主要キーワード 周回形状 着地状態 内側支 凹曲面形状 振動覚 板ばね材料 運動動作 運動測定装置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年8月22日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (11)

課題

足首に確実に装着でき、足首の運動を精度良く検知できる運動測定装置を提供する。

解決手段

帯状本体11に検知部20や振動発生部30が内蔵されている。帯状本体11は、内部に弾性部材14を有している。凹部15にアキレス腱3が入り込んだ状態で、内側支持部16aが内側の骨4に当接し、外側支持部16bが外側の骨5に当接し、帯状本体11で、足首を挟むようにして装着される。足首2の運動は検知部20により検知され、振動発生部30から足首に振動が与えられる。

概要

背景

足の動作をセンサで検知して運動データを測定する運動測定装置として、センサを足首に取り付けるものが用いられる。特許文献1には、人の運動・動作を計測する計測ユニットと、計測結果を表示する表示ユニットとが分離して設けられて、計測ユニットが人の足首のアキレス腱近傍に装着される測定装置が記載されている。計測ユニットには、圧力センサが設けられ、計測ユニットは、バンドテープを足首に巻くことで、足首に装着される。前記圧力センサによってアキレス腱の伸縮が検知され、その圧力データが記録される。この圧力データに基づいて、人が寝ている状態や立っている状態などが識別される、というものである。

概要

足首に確実に装着でき、足首の運動を精度良く検知できる運動測定装置を提供する。帯状本体11に検知部20や振動発生部30が内蔵されている。帯状本体11は、内部に弾性部材14を有している。凹部15にアキレス腱3が入り込んだ状態で、内側支持部16aが内側の骨4に当接し、外側支持部16bが外側の骨5に当接し、帯状本体11で、足首を挟むようにして装着される。足首2の運動は検知部20により検知され、振動発生部30から足首に振動が与えられる。

目的

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、足首を締め付けることなく回転やずれを防止でき、装着感を高めながらも精度のよい運動データを測定できる運動測定装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

足の動作を検知する運動測定装置において、足首に取り付けられる帯状本体部が設けられて、前記帯状本体の内部に足の動作を検知する検知部が収納されており、前記帯状本体部には、前記足首の内側と外側の少なくとも一方のに支持される支持部と、アキレス腱を挟んで設けられた回り止め部と、が形成されていることを特徴とする運動測定装置。

請求項2

前記回り止め部は、アキレス腱の外側形状に倣って連続して形成されている請求項1記載の運動測定装置。

請求項3

前記帯状本体の内部に弾性部材が設けられており、前記弾性部材の弾性力によって、前記帯状本体が足首の内側と外側を挟持する請求項1または2記載の運動測定装置。

請求項4

前記帯状本体の前記内面の断面形状は、足の上方または下方に向けて徐々に広がる形状である請求項1ないし3のいずれかに記載の運動測定装置。

請求項5

前記帯状本体は、足首を360度以上で囲む長さを有している請求項1ないし4のいずれかに記載の運動測定装置。

請求項6

前記帯状本体の内面の前記凹部と対向する部分と、足首の前部との間に隙間または開放部が形成される請求項5記載の運動測定装置。

技術分野

0001

本発明は、足の動作を検知する検知部を足首に装着して運動データを測定する運動測定装置に関する。

背景技術

0002

足の動作をセンサで検知して運動データを測定する運動測定装置として、センサを足首に取り付けるものが用いられる。特許文献1には、人の運動・動作を計測する計測ユニットと、計測結果を表示する表示ユニットとが分離して設けられて、計測ユニットが人の足首のアキレス腱近傍に装着される測定装置が記載されている。計測ユニットには、圧力センサが設けられ、計測ユニットは、バンドテープを足首に巻くことで、足首に装着される。前記圧力センサによってアキレス腱の伸縮が検知され、その圧力データが記録される。この圧力データに基づいて、人が寝ている状態や立っている状態などが識別される、というものである。

先行技術

0003

特開2006−305311号公報

発明が解決しようとする課題

0004

特許文献1に記載されたものは、バンドやテープを用いてセンサを装着するために、歩行動作振動によってバンドやテープそれ自体に回転やずれが生じ易く、正常なデータを測定できない問題点がある。

0005

回転やずれを防止するためには、バンドやテープで足首を強く締め付けることが必要になるが、強く締め付けると、筋肉前脛骨筋など)、アキレス腱、動脈などが過度締め付けられることになり、装着感が悪くなるだけでなく、正常歩行にも支障が生じてしまう。

0006

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、足首を締め付けることなく回転やずれを防止でき、装着感を高めながらも精度のよい運動データを測定できる運動測定装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0007

本発明は、足の動作を検知する運動測定装置において、
足首に取り付けられる帯状本体部が設けられて、前記帯状本体の内部に足の動作を検知する検知部が収納されており、
前記帯状本体部には、前記足首の内側と外側の少なくとも一方のに支持される支持部と、アキレス腱を挟んで設けられた回り止め部と、が形成されていることを特徴とするものである。

0008

本発明の運動測定装置では、前記回り止め部は、アキレス腱の外側形状に倣って連続して形成されていることが好ましい。

0009

本発明の運動測定装置は、前記帯状本体の内部に弾性部材が設けられており、前記弾性部材の弾性力によって、前記帯状本体が足首の内側と外側を挟持するものとして構成できる。

0010

本発明の運動測定装置は、前記帯状本体の前記内面の断面形状を、足の上方または下方に向けて徐々に広がる形状とすることができる。

0011

本発明の運動測定装置は、前記帯状本体が、足首を360度以上で囲む長さを有しているものが好ましい。

0012

この場合には、前記帯状本体の内面の前記凹部と対向する部分と、足首の前部との間に隙間または開放部が形成されることが好ましい。

発明の効果

0013

本発明の運動測定装置は、帯状本体が、アキレス腱ならびに踝の少なくとも2点で支持され、さらに、帯状本体の内面に形成された回り止め部がアキレス腱を左右から挟むため、帯状本体が足首からずれにくくなり、帯状本体に設けられた検知部が足首と一体に動作できるようになる。そのため、歩行中走行中など各種運動動作において、足首の動きを高精度に検知できるようになる。

0014

また、足首部に締め付けて保持させなくとも位置ずれすることがないため、筋肉への圧迫を抑えることができ、歩行動作に支障をきたすことなく、非装着状態と同じ状態での足首の動作を正確に検出することができる。

0015

また、バンドやテープなどのように足首全体を締め付けることがないため、装着時の違和感をなくすことができるようになる。

図面の簡単な説明

0016

本発明の第1の実施の形態に係る右足用の運動測定装置が右足に装着された状態を、その右足の内側から見た側面図である。
図1に示す運動測定装置が右足に装着された状態を、その右足の前方から見た縦断面図である。
図1に示す右足用の運動測定装置の全体構成を示す平面図である。
図1に示す右足用の運動測定装置が右足に装着された状態をその右足の上方から見た平断面図である。
本発明の実施の形態に係る運動測定装置を制御する制御装置概略構成を示すブロック図である。
本発明の実施の形態に係る右足用と左足用の運動測定装置を示す平面図である。
図6に示す右足用と左足用の運動測定装置がそれぞれ右足と左足に装着された状態を示す縦断面図である。
本発明の第2の実施の形態に係る右足用の運動測定装置を示す平面図である。
本発明の第3の実施の形態に係る右足用の運動測定装置を示す平面図である。
図8に示す運動測定装置を右足に装着した状態を示す横断面図である。

実施例

0017

以下では、図面を参照しながら,本発明の実施の形態に係る運動測定装置について詳細に説明する。この運動測定装置は、足の動作を検知するセンサを足首に装着して運動データを測定するものである。

0018

図1ないし図4には、本発明の第1の実施の形態の運動測定装置10が示されている。図1ないし図4に示す運動測定装置10は、右足1の足首2に着脱自在に装着されて使用される。運動測定装置10は、足首2に装着される帯状本体11を備えている。帯状本体11は、足首2の内踝(内果)4aと外踝(外果)5aの上寄りの部位に装着される。図3図4に示すように、帯状本体11の断面の内部に、足の動作を検知するセンサを備えた検知部20と、足に刺激を与える刺激付与部である振動発生部30と、各部を駆動させるためのバッテリ50および各部を制御する制御装置60が収納されている。帯状本体11の斜め前方の外部に、発光部40が設けられている。

0019

図3に示すように、帯状本体11は、自由状態において、一方の端部13aと他方の端部13bとが重なるように、360度以上の角度で周回する形状である。図4に示すように、帯状本体11は、足首2を360度以上で囲むようにして装着される。

0020

帯状本体11は、ポリウレタンシリコンなど合成樹脂若しくはフッ素ゴムなどのエラストマからなる可撓性材料で構成されており、内部に金属の板ばね材料で形成された弾性部材14が埋設されて、自由状態で図3に示す周回形状を維持できるようなっている。

0021

図3に示すように、帯状本体11の内面12の後方に、アキレス腱3を挟む凹部15が形成されている。凹部15が形成されている部分の両側には、中心方向へ突出する隆起部15a,15bが形成されており、この部分は帯状本体11の他の部分よりも内外方向に向けて肉厚に形成されている。その結果、凹部15を深く形成でき、凹部15の内面15cを凹曲面に形成できるようになる。この実施の形態では、隆起部15a,15bで、回り止め部が構成されている。

0022

帯状本体11の内面12の左右両側部に、内側支持部16aと外側支持部16bとが形成されている。前記弾性部材14は、主に内側支持部16aと外側支持部16bとを接近させる方向へ弾性力を発揮する。

0023

帯状本体11は、端部13aと端部13bを互いに離すように拡開させて、図2図4に示すように、足首2の上寄りの部分に装着する。帯状本体11は、アキレス腱3を凹部15内に入り込ませて、足首2を囲むように装着すると、弾性部材14の弾性力によって、内側支持部16aが内踝4aの部分、詳しくは足首2の内側の骨(内踝4aを含む頸骨)4にやや強めに当たり、外側支持部16bが外踝5aの部分、詳しくは外側の骨(外踝5aを含む腓骨)5にやや強めに当たるようになる。

0024

帯状本体11は、アキレス腱3が深めで凹曲面形状の凹部15に入り込み、内側支持部16aと外側支持部16bとで、内踝4a(内側の骨4)と外踝5a(外側の骨5)とを挟むようにして装着されるため、帯状本体11が足首2にフィットしやすくなり、回転方向に位置ずれしにくく、足首2の運動に追従しやすくなる。踝で支持し、骨上で支持することができるため、運動時の筋肉肥大や血管の脈動の影響を受けることがなく、体の動きを正確に検知でき、動作の誤検知のおそれがない。

0025

図2に示すように、帯状本体11の内面12の下部12aは、下方に向けて径が広がるようなテーパ状に形成されている。これにより、帯状本体11の内面12が足首2の内踝4aと外踝5aの出っ張りにフィットするため、帯状本体11は足首2に位置ずれしにくい状態で装着されるようになる。

0026

なお、帯状本体11は、足首2の内踝4aと外踝5aの下寄りの部位に装着されてもよい。この場合には、帯状本体11の内面12の上部12bを、上端に向けて径が広がるようなテーパ状に形成することで、内踝4aと外踝5aの出っ張りにフィットできるようになる。

0027

帯状本体11は、内側支持部16aと外側支持部16bが弾性力を受けて足首2にやや強めに当接するが、この支持部には、表面が比較的硬い内側の骨4と外側の骨5が存在しているため、帯状本体11が位置ずれしにくくなり、さらに装着時に圧迫感感じにくくなっている。

0028

図4に示すように、足首2の前方には筋肉(前脛骨筋6)が存在しているが、この部分では、帯状本体11の内面12と足首2との間に隙間17が形成される。帯状本体11は、足首2の周囲を360度以上の範囲で囲むようにして、足首2と一体となるように装着されるが、内面12と筋肉(前脛骨筋6)との間に隙間17が形成されているため、足首2を動かして歩行や走行あるいは各種運動を行うときに、筋肉(前脛骨筋6)が圧迫されることがなく、装着感触が良好になる。

0029

なお、前記隙間17の代わりに帯状本体が途切れる開放部が形成されていてもよい。前脛骨筋6の対向個所に隙間17あるいは開放部を設けることで、動作時に帯状本体による前脛骨筋が圧迫されなくなり、非装着時と同様な動作が出来るため、歩行動作の検知の精度が向上する。

0030

この構造では、従来のようにバンドやテープなどを用いて足首2全体を締め付けなくても、足首2と帯状本体11とを一体化でき、足首2の運動に帯状本体11が追従するようになり、また、装着時の違和感もなくすことができるようになる。

0031

次に、このような運動測定装置10で運動データを測定する構成について説明する。
図4に示すように、帯状本体11の内部に埋め込まれている検知部20には、方位センサ21と加速度センサ22およびこれらセンサを支持する回路基板が設けられている。検知部20に設けられるセンサの数は、1つであってもよいし、3つ以上であってもよく、例えば方位センサ21と加速度センサ22の他に振動型ジャイロなどの角速度センサを使用することもできる。

0032

方位センサ21は、地磁気を検知する磁気式ジャイロセンサで構成される。磁気式ジャイロセンサは、3軸直交座標上に配置された磁気検知素子を備えることで、足首2を動作させたときに、3軸のうちのどの軸を中心として回転しているのかを特定することができ、そのときの角速度も検知できる。さらに足首2の絶対方位を検知することもできる。

0033

加速度センサ22は、所定の質量と支持部材を有し、質量に作用する力による支持部材の変形量が検知される。加速度センサ22を設けることで、重力方向に対する足首2の姿勢を検知でき、さらに歩行時や走行時または他の運動時に、足1が受ける衝撃を検知できる。例えば、歩いているか走っているかの運動状態や足1自体の着地状態を検知できる。

0034

帯状本体11に埋設されている振動発生部30は、例えば磁石磁界コイルに流れる電流とで発揮される電磁力を利用したバイブレータ、あるいは圧電素子などの歪み変形を利用したバイブレータで構成される。このような振動発生部30を足首2に装着することで、例えば足1の動きや姿勢が悪いときに、足首2に直接振動を与えて教示することができる。なお、刺激付与部は振動発生部30に限られるものではなく、例えば電磁駆動機構や圧電素子を使用して、足首2に対して衝撃波間欠的な圧力などを与えるものであってもよい。

0035

帯状本体11の斜め前方の外側に装備されている発光部40は、LED(Light Emitting Diode、発光ダイオード)で構成される複数の発光素子41を備えている。発光部40を足首2に装着することで、例えば足1の動きや姿勢が悪いときに、発光素子41を使って光で教示することができる。この場合、複数の発光素子41で色を変えたり、点滅の仕方を変えたりすることで、異なる教示を識別させることができる。また、発光素子41を調光制御することで、グラデーションで教示することもできる。また、図示しない音声教示素子を帯状本体11に備えることで、足1の動きや姿勢が悪い時に、音声教示素子を使って教示することができる。

0036

この実施の形態では、振動発生部30と発光部40の双方によって挟持部材が構成されている。この挟持部材によって、装着者に運動状態の異常を伝えたり、歩行や走行姿勢矯正するための情報が与えられる。

0037

帯状本体11の内部に設けられているバッテリ50は、充電することによって繰返して使用できる二次電池で構成される。バッテリ50は、検知部20、振動発生部30、発光部40などの各部に電力を供給する。

0038

図5に示すように、検知部20の方位センサ21および加速度センサ22、振動発生部30、発光部40の発光素子41は、運動測定装置10の制御装置60に接続されている。

0039

帯状本体11に埋設されている制御装置60は、CPU(中央演算処理装置)、ROMやRAMのメモリなどを主体として構成されている。方位センサ21で検知された検知出力検知回路61で検知されて制御装置60に与えられ、加速度センサ22で検知された検知出力は検知回路62で検知されて制御装置60に与えられる。また、制御装置60からドライバ63に制御信号が与えられて、振動発生部30が制御され、制御装置60からドライバ64に制御信号が与えられて、発光素子41が制御される。制御装置60では、足1の動きに応じて得られた方位センサ21や加速度センサ22の検知出力に基づいて得られた運動データがメモリに記憶される。制御装置60では、この運動データに基づいて振動発生部30や発光素子41を動作すべきタイミングを演算し、足1の動きに応じて、振動や光、音によって教示する。

0040

なお、制御装置60には、携帯電話スマートフォン無線通信を行うことができるブルートゥース(Bluetooth)(登録商標)やRF送信器などの無線通信部が設けられていてもよい。この場合、制御装置60は、上記運動データを無線通信部を介してスマートフォンまたはパーソナルコンピュータへ送信する。振動発生部30や発光素子41を動作すべきタイミングは、スマートフォンまたはパーソナルコンピュータで演算され、その結果が制御装置60にフィードバックされて、振動発生部30や発光素子41が制御される。

0041

検知部20は、帯状本体11が足首2に装着されたときに、足首2の踝に対向して配置される。図4に示す装着例では、検知部20が内踝4a(足首2の内側の骨4の部分)に対向している。検知部20が足首2の骨の部分に配置されると、足首2の筋肉(前脛骨筋6)や動脈の振動の影響を受けにくくなり、歩行時や走行時または他の運動時に、検知部20と足首2との相対位置を常に適正に保ちやすくなり、常に正確な運動データを取得できるようになる。

0042

図4に示す運動測定装置10では、振動発生部30やバッテリ50も内踝4a(足首2の内側の骨4)に対向する部分に配置されている。振動発生部30を骨4に対向させることにより、筋肉や動脈の振動の影響を受けることなく、振動を足首2に伝達しやすくなる。また、検知部20と振動発生部30とバッテリ50ならびに制御装置60を足首2の内踝4aと対向するように1カ所に集中して配置することで、これらの質量を足首2の内踝4aで受けることができ、運動測定装置10を装着していても、違和感なく歩行や運動を行うことができる。

0043

前記運動測定装置10は、例えば右足などの一方の足に装着して使用することができるが、図6に示すように、右足1Aに運動測定装置10Aを、左足1Bに運動測定装置10Bを装着することもできる。

0044

右足用の運動測定装置10Aは、前記実施の形態の運動測定装置10と同じものであり、左足用の運動測定装置10Bは、右足用の運動測定装置10Aと左右対称形状に構成される。図7は、運動測定装置10A、10Bが、右足1Aと左足1Bに装着された状態を示している。運動測定装置10A、10Bを右足1Aと左足1Bにそれぞれ装着することで、右足1Aと左足1Bの運動状態について別々に運動データを取得することができ、右足1Aと左足1Bに対して別々に振動や光で教示することができる。

0045

なお、運動測定装置は必ずしも右足用と左足用とで別々の構造とする必要はなく、例えば帯状本体11の内面12の形状を上下対称とすることで、1種類の運動測定装置10を右足1Aと左足1Bのいずれにも装着できる。この場合に、運動測定装置10を左足1Bに装着するときは、右足1Aのときに対して上下逆の姿勢で装着する。

0046

図8以下には他の実施の形態の運動測定装置が示されている。
図8に示す本発明の第2の実施の形態の運動測定装置110は、帯状本体11の開放端13cと開放端13dとが離れており、図10に示すように、足首2に装着したときに、足首2の後方部分と内外の側方部分に装着されるが、前方部分は覆われない形状である。

0047

帯状本体11は、アキレス腱3が凹部15に入り込んだ状態で、内側支持部16aと外側支持部16bが内踝4aと外踝5aを挟む状態で、足首2に装着される。帯状本体11が足首2に強固に固定されるため、開放端13cと開放端13dとが離れていても、足首2から外れにくい。また、開放端13cと開放端13dとの間の間隙部を足首2の前方には筋肉(前脛骨筋6)に対向させることにより、足首2を動かして歩行や走行あるいは各種運動を行うときに、筋肉(前脛骨筋6)が圧迫されることがなく、装着感触が良好になる。

0048

図9は本発明の第3の実施の形態の運動測定装置210を示している。
この運動測定装置210は、帯状本体11を右足1Aに装着したときに、検知部20が右足の外踝5aに対向し、振動発生部30とバッテリ50と制御装置60が、内踝4aに対向するように配置されている。このように、各装置が帯状本体11内で分散して配置されてもよいが、足の骨には振動覚(振動を検知する受容器)が多く分布しているため、いずれも内踝4aまたは外踝5aに対向する部分に配置されることが好ましい。

0049

検知部20を踝に対向させることにより、足首の動作を直接的に検知でき、振動発生部30を踝に対向させることで、足の骨に振動を与えやすくなる。

0050

本発明の運動測定装置は、運動学の分野において、運動中の足の向きや姿勢を検知し、理想的な運動状態となるように運動者に振動や光で教示するためのものとして使用される。

0051

また、医療分野では、下肢不自由者のリハビリ時の運動測定などに使用することができる。

0052

1 足(右足)
1A 右足
1B左足
2足首
3アキレス腱
4 内側の骨
4a 内踝
5 外側の骨
5a 外踝
6前脛骨筋
10運動測定装置
10A 右足用の運動測定装置
10B 左足用の運動測定装置
11帯状本体
14弾性部材
15 凹部
15a,15b隆起部(回り止め部)
15c 凹部
16a内側支持部
16b 外側支持部
17 隙間
20 検知部
21方位センサ
22加速度センサ
30振動発生部
40発光部
41発光素子
50バッテリ
60制御装置
61、62検知回路
63、64 ドライバ

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 近藤暹の「 疲労度測定方法および装置」が 公開されました。( 2019/05/23)

    【課題】 簡単な装置と操作により、聴覚に基づいて身体ないし脳神経系統の疲労度を1回の測定により、客観的数値として容易かつ正確に測定し、表示することができる疲労度測定方法および装置を提供する。【解決手... 詳細

  • 麗寶大數據股フン有限公司の「 生体情報解析装置及びその顔型のシミュレーション方法」が 公開されました。( 2019/05/23)

    【課題】利用者の本来顔型に応じて異なる顔型変形処理を行うことで、目標顔型を適用した利用者のシミュレーション画像を効果的に生成するほか、生成したシミュレーション画像がより自然に仕上がる生体情報解析装置及... 詳細

  • 日本光電工業株式会社の「 容体変化判別装置」が 公開されました。( 2019/05/23)

    【課題】被検者の容体変化の判別の正確性を向上させることができる容体変化判別装置を提供することを目的とする。【解決手段】被検者の第一生体情報を取得する第一取得部3と、第一取得部3により取得された第一生体... 詳細

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ