(57)【要約】【課題】計測対象面の形状を精度良く計測することができるようにする。【解決手段】形状計測装置１０は、第１基体Ｘと第２基体Ｙとを含む計測部１２を備える。また、形状計測装置１０は、第１基体Ｘと第２基体Ｙとの間の重ね合わせ量を計測する重ね合わせ量計測部Ｚを備える。形状計測装置１０の計算装置１４は、重ね合わせ量計測部Ｚにより計測される重ね合わせ量に基づいて、第１基体Ｘ及び第２基体Ｙの各々に設置された複数の加速度センサの各々の間の相対位置を算出する。そして、形状計測装置１０の計算装置１４は、複数の加速度センサの各々から出力される信号に応じて得られる加速度センサの姿勢角と、複数の加速度センサの各々の間の相対位置とに基づいて、計測対象面であるシートバック１１ａ及びシートクッション１１ｂの形状を計算する。【選択図】図１
2020134413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象面に沿って設置され、かつ複数の慣性センサが設置され、かつ一方の端部が所定箇所に固定される第１基体と、
計測対象面に沿って設置され、かつ複数の慣性センサが設置され、かつ前記所定箇所とは異なる箇所に一方の端部が固定される第２基体と、
を含む計測手段と、
第１基体と第２基体との間の重ね合わせ量に応じた信号を計測する重ね合わせ量計測手段と、
前記重ね合わせ量計測手段により計測される前記信号に対応する前記重ね合わせ量に基づいて、複数の慣性センサの各々の間の相対位置を算出する位置算出手段と、
複数の慣性センサの各々から出力される信号に応じて得られる前記慣性センサの姿勢角と、前記位置算出手段によって算出される複数の慣性センサの各々の間の相対位置とに基づいて、前記計測対象面の形状を計算する計算手段と、
を含む形状計測装置。
【請求項２】
前記重ね合わせ量計測手段は、前記重ね合わせ量に応じて発生する、電気抵抗信号、光信号、磁気信号、静電容量信号、流体圧信号、及び圧力信号の少なくとも１つを計測する、
請求項１に記載の形状計測装置。
【請求項３】
前記位置算出手段は、前記重ね合わせ量計測手段により計測される前記重ね合わせ量に基づいて、第１基体と第２基体とを含む前記計測手段の長さを算出し、
前記計測手段の長さと、第１基体及び第２基体に設置された複数の慣性センサの各々の間の距離とに基づいて、前記慣性センサの各々の間の相対位置を算出する、
請求項１又は請求項２に記載の形状計測装置。
【請求項４】
前記計算手段は、複数の慣性センサの各々から出力される信号に応じて得られる前記慣性センサの姿勢角に基づいて、内挿補間により、複数の慣性センサの各々の間の前記計測対象面の姿勢角度を算出することにより、前記計測対象面の形状を計算する、
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の形状計測装置。
【請求項５】
計測対象面に沿って設置される複数の慣性センサと、
複数の慣性センサのうちの少なくとも一部の慣性センサ間を伸長可能に接続し、かつ伸長量に応じた信号を出力する接続手段と、
前記接続手段から出力される前記信号から求められる前記伸長量に基づいて、複数の慣性センサの各々の間の相対位置を算出する位置算出手段と、
複数の慣性センサの各々から出力される信号に応じて得られる前記慣性センサの姿勢角と、前記位置算出手段によって算出される複数の慣性センサの各々の間の相対位置とに基づいて、計測対象面の形状を計算する計算手段と、
を含む形状計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マットの形状測定装置が知られている（例えば、特許文献１）。上記特許文献１においては、シートの座面に帯状のマットシートが取り付けられる。このマットシートには、一定間隔毎に加速度センサを取り付けたフレキシブル基板の表裏に平滑シートが設けられている。また、このマットシートは、一端側がシートに移動不能に固定されるとともに、他端側が長手方向にスライド可能に固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2018-136194号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１のシート座面に着座者が着座した際には、シート座面が変形する。シート座面が変形した場合、上記特許文献１に開示されているマットシートは、一端側がスライド可能に固定されているため、その一端側はスライドする。この場合、変形前のシート座面と各加速度センサとの間の位置関係と、変形後のシート座面と各加速度センサとの間の位置関係とは異なるものとなる。
【０００５】
このとき、マットシートの一端側がスライドし、シート座面のうち加速度センサが所定間隔で配置されなくなる箇所が出現することにより、シート座面の形状を計測することができなくなる。このため、上記特許文献１に記載の技術では、計測対象面の一例であるシート座面の形状を精度良く計測することができない、という課題がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、計測対象面の形状を精度良く計測することができる形状計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の形状計測装置は、計測対象面に沿って設置され、かつ複数の慣性センサが設置され、かつ一方の端部が所定箇所に固定される第１基体と、計測対象面に沿って設置され、かつ複数の慣性センサが設置され、かつ前記所定箇所とは異なる箇所に一方の端部が固定される第２基体と、を含む計測手段と、第１基体と第２基体との間の重ね合わせ量に応じた信号を計測する重ね合わせ量計測手段と、前記重ね合わせ量計測手段により計測される前記信号に対応する前記重ね合わせ量に基づいて、複数の慣性センサの各々の間の相対位置を算出する位置算出手段と、複数の慣性センサの各々から出力される信号に応じて得られる前記慣性センサの姿勢角と、前記位置算出手段によって算出される複数の慣性センサの各々の間の相対位置とに基づいて、前記計測対象面の形状を計算する計算手段と、を含んで構成されている。
【０００８】
本発明の形状計測装置によれば、重ね合わせ量計測手段が、第１基体と第２基体との間の重ね合わせ量に応じた信号を計測する。そして、位置算出手段が、重ね合わせ量計測手段により計測される信号に対応する重ね合わせ量に基づいて、複数の慣性センサの各々の間の相対位置を算出する。そして、計算手段が、複数の慣性センサの各々から出力される信号に応じて得られる慣性センサの姿勢角と、位置算出手段によって算出される複数の慣性センサの各々の間の相対位置とに基づいて、計測対象面の形状を計算する。これにより、複数の慣性センサを備える第１基体と第２基体との間の重ね合わせ量を用いて、計測対象面の形状を精度良く計測することができる。
【０００９】
本発明の前記重ね合わせ量計測手段は、前記重ね合わせ量に応じて発生する、電気抵抗信号、光信号、磁気信号、静電容量信号、流体圧信号、及び圧力信号の少なくとも１つを計測するようにすることができる。
【００１０】
本発明の前記位置算出手段は、前記重ね合わせ量計測手段により計測される前記重ね合わせ量に基づいて、第１基体と第２基体とを含む前記計測手段の長さを算出し、前記計測手段の長さと、第１基体及び第２基体に設置された複数の慣性センサの各々の間の距離とに基づいて、前記慣性センサの各々の間の相対位置を算出するようにすることができる。
【００１１】
本発明の前記計算手段は、複数の慣性センサの各々から出力される信号に応じて得られる前記慣性センサの姿勢角に基づいて、内挿補間により、複数の慣性センサの各々の間の前記計測対象面の姿勢角度を算出することにより、前記計測対象面の形状を計算するようにすることができる。
【００１２】
本発明の形状計測装置は、複数の慣性センサと、複数の慣性センサのうちの少なくとも一部の慣性センサ間を伸長可能に接続し、かつ伸長量に応じた信号を出力する接続手段と、前記接続手段から出力される前記信号から求められる前記伸長量に基づいて、複数の慣性センサの各々の間の相対位置を算出する位置算出手段と、複数の慣性センサの各々から出力される信号に応じて得られる前記慣性センサの姿勢角と、前記位置算出手段によって算出される複数の慣性センサの各々の間の相対位置とに基づいて、前記計測対象面の形状を計算する計算手段と、を含んで構成されている。
【００１３】
本発明の形状計測装置の位置算出手段は、接続手段から出力される信号から求められる伸長量に基づいて、複数の慣性センサの各々の間の相対位置を算出する。そして、本発明の形状計測装置の計算手段は、複数の慣性センサの各々から出力される信号に応じて得られる慣性センサの姿勢角と、位置算出手段によって算出される複数の慣性センサの各々の間の相対位置とに基づいて、計測対象面の形状を計算する。これにより、複数の慣性センサの間を接続する接続部の伸長量を用いて、計測対象面の形状を精度良く計測することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、計測対象面の形状を精度良く計測することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の形状計測装置１０の構成の一例を示す概略図である。
【図２】本実施形態の計測対象面を説明するための説明図である。
【図３】ユーザの姿勢を計測する従来手法の一例を示す図である。
【図４】本実施形態の形状計測装置１０の計測部１２の構成の模式図である。
【図５】本実施形態の形状計測装置１０の計測部１２の構成の模式図である。
【図６】重ね合わせ量計測部の構成例を示す図である。
【図７】重ね合わせ量計測部の構成例を示す図である。
【図８】ユーザの姿勢を計測する従来手法の一例を示す図である。
【図９】本実施形態の形状計測装置１０の計測部１２の構成の模式図である。
【図１０】加速度センサの姿勢角の検出を説明するための説明図である。
【図１１】本実施形態の計算装置１４の構成の一例を示すブロック図である。
【図１２】本実施形態の形状計測処理ルーチンを示す図である。
【図１３】第２実施形態の形状計測装置を説明するための説明図である。
【図１４】第２実施形態の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
【００１７】
＜第１実施形態に係る形状計測装置の構成＞
【００１８】
図１は、第１実施形態の形状計測装置１０の構成の一例を示す概略図である。図１に示されるように、第１実施形態の形状計測装置１０は、計測部１２と、計算装置１４と、を備えている。形状計測装置１０は、計測対象面の形状を計測する。
【００１９】
形状計測装置１０の計測部１２は、図１に示されるように、例えば、ユーザの座り心地を評価するためのシート１１に設置される。図１に示される例では、シート１１のシートバック１１ａに計測部１２ａが設置され、シート１１のシートクッション１１ｂに計測部１２ｂが設置されている。
【００２０】
形状計測装置１０の計算装置１４は、計測部１２ａ，１２ｂによって計測された情報に基づいて、シートバック１１ａの面及びシートクッション１１ｂの面の形状を計算する。
【００２１】
（計測部）
【００２２】
計測部１２は、図１に示されるように、第１基体Ｘと第２基体Ｙとを含んで構成される。図１に示されるように、第１基体Ｘ及び第２基体Ｙの各々は、計測対象面の一例であるシートバック１１ａ及びシートクッション１１ｂに沿って設置される。なお、計測部１２のシート１１に対する取り付け位置は任意でよく、図１は一例を示すものである。第１基体Ｘ及び第２基体Ｙの各々には、複数の加速度センサ（図示省略）が設置されている。なお、複数の加速度センサの各々は、予め定められた間隔で第１基体Ｘ及び第２基体Ｙの各々に配置される。加速度センサの配置については後述する。加速度センサは、本発明の慣性センサの一例である。
【００２３】
以下、本実施形態の概要を説明する。
【００２４】
図２に示されるように、本実施形態の形状計測装置１０は、ユーザＵが着座した際のシートバック１１ａの領域Ｓ１及びシートクッション１１ｂの領域Ｓ２の形状を計測する。なお、本実施形態の形状計測装置１０は、シートバック１１ａ及びシートクッション１１ｂの形状に応じて、ユーザの姿勢を計測することも可能である。
【００２５】
図３は、ユーザＵの姿勢を計測する従来手法の一例を示す図である。図３においては、ユーザＵの脊柱の椎体ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４，ｖ５及び従来の形状計測装置１００が模式的に示されている。図３に示される例では、ユーザＵの姿勢の一例としてユーザの脊柱の状態が計測される場合が示されている。なお、図３に示される例は、上記図２のＳ１の領域において従来手法を適用した場合の図である。
【００２６】
図３に示されるように、計測対象面であるシートバック１１ａに設置されている従来の形状計測装置１００は、複数の加速度センサＰ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４とフレキシブル基板ＦＫとを含んで構成される。複数の加速度センサＰ０〜Ｐ４はフレキシブル基板ＦＫに固定されている。
【００２７】
図３に示されるように、加速度センサＰ０〜Ｐ４は、ユーザＵの椎体ｖ１〜ｖ５と対向するシートバック１１ａ面の位置に、相対移動可能に設置されている。具体的には、加速度センサＰ０〜Ｐ４は、シートバック１１ａ面には固定されておらず、椎体ｖ１〜ｖ５の分布に応じて相対移動可能となっている。一方、加速度センサＰ０は、対向する椎体ｖ１のシートバック１１ａ付近に固定されており、ユーザＵの姿勢変化などによって相対位置は変化しない。
【００２８】
シートバック１１ａと椎体ｖ１〜ｖ５との間には、人体組織が存在しているが、その厚みを考慮しても、シートバック１１ａの形状と椎体ｖ１〜ｖ５の姿勢とがほぼ同じと見なせることが知られている。このため、シートバック１１ａの姿勢角を計測することにより、ユーザの椎体ｖ１〜ｖ５の姿勢角を推定することができる。
【００２９】
図３において、椎体ｖ１から椎体ｖ５までの間の距離はＬであり、加速度センサＰ０からＰ４の間の距離も同様にＬである。また、椎体ｖ１〜ｖ５が表す状態は、ユーザの姿勢がほぼ直立しているときの姿勢である。このため、このとき計測される椎体ｖ１〜ｖ５の並びは、ほぼ直線状である。
【００３０】
図３に示されるように、ユーザＵの姿勢が前傾姿勢に変化した場合には、ユーザＵの体表面が伸長する。このとき、ユーザＵの各椎体の姿勢は、ｖ１’，ｖ２’，ｖ３’，ｖ４’，ｖ５’となり、各加速度センサの相対位置は、Ｐ０，Ｐ１’，Ｐ２’，Ｐ３’，Ｐ４’となる。このとき、フレキシブル基板ＦＫの長さは一定である一方、シートバック１１ａは伸長する。具体的には、図３に示されるように、シートバック１１ａはΔＬだけ伸長する。
【００３１】
座り心地に関する快適性が高められているシートは、シート表面が所定量だけ伸長するような弾性部材で作られていることが多い。この場合の弾性部材は、ばね又はスポンジ等によって構成されており、弾性部材の材質は様々である。例えば、シートの弾性部材は、弾性特性が異なる複数の弾性部材を組み合わされて構成される。
【００３２】
ユーザがシート１１に着座した場合、シートバック１１ａの表面はΔＬ伸長し、各加速度センサＰ０〜Ｐ４は計測対象面において移動し、Ｐ０〜Ｐ４’となる。このとき、加速度センサＰ０とは異なる加速度センサＰ１’，Ｐ２’，Ｐ３’，Ｐ４’と椎体ｖ１’，ｖ２’，ｖ３’，ｖ４’，ｖ５’との間の相対位置は変化する。この場合、ユーザＵの前傾の度合いが小さいときには伸長量ΔＬは小さく、前傾の度合いが大きいときには伸長量ΔＬは大きい。
【００３３】
椎体ｖ１’〜ｖ５’の姿勢を推定する際には、まず、各加速度センサＰ０〜Ｐ４’のＸ，Ｙ及びＺ軸方向の姿勢角度θ，Ψ，及びΦが計測される。そして、各加速度センサＰ０〜Ｐ４’の姿勢角度θ，Ψ，及びΦに基づいて、既存の所定のアルゴリズムによって、変形した脊柱の形状が推定されることにより、椎体ｖ１’〜ｖ５’の姿勢角度が推定される。
【００３４】
しかし、伸長量ΔＬが大きい場合、加速度センサＰ４’によっては初期位置における椎体ｖ５’の姿勢角度を計測することができない。そのため、上記図３に示されるように、加速度センサＰ０が固定端として設定され、かつ加速度センサＰ４が自由端として設定された場合には、計測対象面（又は計測対象面に設置された対象物の姿勢）を精度良く推定することができない、という課題がある。
【００３５】
そこで、本実施形態の形状計測装置１０は、複数の加速度センサが設置される基体を２つ設ける。そして、２つの基体の各々について、一方を固定端とし他端を自由端とする。更に、本実施形態の形状計測装置１０は、第１基体Ｘと第２基体Ｙとによって形成される重ね合わせ部を設ける。この重ね合わせ部の重ね合わせ量に応じて、複数の加速度センサの各々の間の相対位置を算出する。これにより、計測対象面の形状又は計測対象面に設置された対象物の姿勢を精度良く推定することができる。
【００３６】
図４に、本実施形態の形状計測装置１０の模式図を示す。図４に示される状態は、ユーザＵの姿勢が直立である場合の状態である。図４に示されるように、加速度センサＡＳ１，ＡＳ２，ＡＳ３，ＡＳ４，ＡＳ５は、第１基体Ｘに設置される。また、加速度センサＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３，ＢＳ４，ＢＳ５は、第２基体Ｙに設置される。なお、加速度センサＡＳ１，ＢＳ１の近傍の領域は固定端として設定される。一方、加速度センサＡＳ５，ＢＳ５の近傍の領域は自由端として設定される。
【００３７】
図５に示されるように、ユーザＵの姿勢が直立から前傾姿勢に変化した場合には、シートバック１１ａが伸長する。このとき、ユーザＵの体表面の変化に応じて、椎体ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４，ｖ５の姿勢も変化し、ｖ１’，ｖ２’，ｖ３’，ｖ４’，ｖ５’となる。また、第１基体Ｘに設置された加速度センサＡＳ１〜ＡＳ５、及び第２基体Ｙに設置された加速度センサＢＳ１〜ＢＳ５の相対位置も変化する。
【００３８】
本実施形態の形状計測装置１０は、図５に示されるように、第１基体Ｘの一端が固定され、かつ第２基体Ｙの一端が固定されている。また、第１基体Ｘ及び第２基体Ｙの他端側は自由端とされ、第１基体Ｘの他端側の加速度センサと第２基体Ｙの他端側の加速度センサとは、重ね合わされるように配置されている。
【００３９】
このため、第１基体Ｘと第２基体Ｙとの間には、重ね合わせ部Ｏが形成される。本実施形態においては、この重ね合わせ部Ｏの長さに応じて、第１基体Ｘ、第２基体Ｙ、及び重ね合わせ部Ｏによって形成される、第１基体Ｘの固定端から第２基体Ｙの固定端までの長さを計測する。
【００４０】
（重ね合わせ量計測部）
【００４１】
重ね合わせ量計測部Ｚは、計測対象面が変形した際の、第１基体Ｘと第２基体Ｙとの間の重ね合わせ量を計測する。図６〜図７に、重ね合わせ量計測部Ｚの構成例を示す。図６に示されるように、重ね合わせ量計測部Ｚのうちの第１基体Ｘは、複数の加速度センサＡＳ１〜ＡＳ５が設置され、かつ一方の端部Ｆ１が所定箇所に固定される。また、重ね合わせ量計測部Ｚのうちの第２基体Ｙは、複数の加速度センサＢＳ１〜ＢＳ５が設置され、かつ所定箇所とは異なる箇所に一方の端部Ｆ２が固定される。そして、第２基体Ｙの他方の端部Ｆ３が第１基体Ｘと重ね合わさるように設置される。
【００４２】
図６に示されるように、重ね合わせ量計測部Ｚは、中空構造の第１基体Ｘと、中空部に入り込む構造となっている第２基体Ｙとを含んで構成される。また、第１基体Ｘと第２基体Ｙとは摺動可能に構成されている。
【００４３】
また、重ね合わせ量計測部Ｚは、第１基体Ｘと第２基体Ｙとの間の重ね合わせ量（又は重ね合わせ位置）に応じて、電気抵抗が変化する。このため、検知された電気抵抗信号に応じて、第１基体Ｘと第２基体Ｙとの間の重ね合わせ量が算出される。
【００４４】
図７（Ａ）（Ｂ）に、電気抵抗信号を用いた重ね合わせ量計測部Ｚの構成例を示す。
【００４５】
図７（Ａ）に示される重ね合わせ量計測部Ｚは、２つの電気抵抗体ＲＸと、当該電気抵抗体ＲＸと接触して摺動する接触球体ＲＹとを含んで構成される。また、図７（Ａ）に示されるように、重ね合わせ量計測部Ｚのうちの第１基体Ｘの中空部に第２基体Ｙが入り込んでいる。また、第２基体Ｙの先端部に設置された接触球体ＲＹと電気抵抗体ＲＸとによって回路が形成され、接触球体ＲＹの位置によって電気抵抗が変化する。このため、この電気抵抗変化を電圧などの電気信号として計測することにより、第１基体Ｘと第２基体Ｙとの間の重ね合わせ量が算出される。
【００４６】
一方、図７（Ｂ）に示される例は、伸長可能な電気抵抗体ＲＺを用いる例である。電気抵抗体ＲＺの一端を第１基体Ｘに固定し、他の一端を第２基体Ｙに固定する。電気抵抗体ＲＺは、伸長量に応じて電気抵抗が変化する。このため、伸長量に応じた電気抵抗信号の大きさに応じて、第１基体Ｘと第２基体Ｙとの間の重ね合わせ量が算出される。
【００４７】
なお、図７（Ａ）（Ｂ）は、第１基体Ｘと第２基体Ｙとの間の重ね合わせ量を回路の電気抵抗変化から求めるものであるが、流体の圧力変化や磁気の変化などから推定することも可能である。例えば、パルス状の光を照射し、反射光を得るまでの時間差などから、第１基体Ｘと第２基体Ｙとの間の重ね合わせ量を推定することも可能である。
【００４８】
上記図５において、ユーザの姿勢が立位姿勢から前傾姿勢に姿勢が変化した場合、２つの加速度センサＡＳ５，ＢＳ５の自由端側の重ね合わせ量計測部Ｚのうちの第１基体Ｘと第２基体Ｙとは摺動移動する。そして、第１基体Ｘと第２基体Ｙとの間の重ね合わせ量は、図５に示されるように変化する。
【００４９】
図６に示されるように、ユーザが立位状態である場合の、第１基体Ｘの固定端Ｆ１から第２基体Ｙの固定端Ｆ２までの距離はＬ０である。一方、ユーザが前傾姿勢となった場合の、第１基体Ｘの固定端Ｆ１から第２基体Ｙの固定端Ｆ２までの距離はＬ１となる。このため、Ｌ０とＬ１との間の差が、ユーザが前傾姿勢となったことによる、第１基体Ｘ及び第２基体Ｙの伸長量ΔＬである。
【００５０】
ユーザの姿勢が直立姿勢であるときの重ね合わせ量がΔＬ０であり、ユーザの姿勢が前傾姿勢のときの重ね合わせ量がΔＬ１の場合、伸長量ΔＬ＝ΔＬ０−ΔＬ１として求まる。このため、ユーザの姿勢が直立姿勢であるときの重ね合わせ量ΔＬ０と、ユーザの姿勢が前傾姿勢のときの重ね合わせ量ΔＬ１とを計測することにより、伸長量ΔＬの推定が可能となる。
【００５１】
伸長量ΔＬが算出されると、シートバック１１ａの変形形状に応じた、第１基体Ｘの固定端Ｆ１から第２基体Ｙの固定端Ｆ２までの長さＬ１が算出される。この場合、第１基体Ｘ及び第２基体Ｙの各々に設置された加速度センサの各々の間の間隔δは既知である。このため、固定点Ｆ１，Ｆ２の位置と、加速度センサの各々の間の間隔δと、伸長量ΔＬとに応じて、シートバック１１ａが変形した際の加速度センサの各々の間の相対位置が算出される。
【００５２】
次に、第１基体Ｘ及び第２基体Ｙに設置された複数の加速度センサＡＳ１’〜ＡＳ５’，ＢＳ１’〜ＢＳ５’の各々から出力される信号に応じて、加速度センサＡＳ１’〜ＡＳ５’，ＢＳ１’〜ＢＳ５’の姿勢角θ，Ψ，及びΦが算出される。加速度センサの姿勢角の算出の詳細については後述する。
【００５３】
なお、２つの加速度センサの間の姿勢角については、その２つの加速度センサの姿勢角に基づいて、内挿補間により求めることができる。このため、第１基体Ｘの固定点から自由端までの任意位置の姿勢角と、第２基体Ｙの固定端から自由端までの任意位置の姿勢角とを求めることができる。更に、第１基体Ｘの固定端及び第２基体Ｙの固定端からの椎体ｖ１〜ｖ５の分布位置は予め推定されていることから、推定した椎体ｖ１〜ｖ５の分布位置における姿勢角も求めることができる。
【００５４】
例えば、ユーザＵの姿勢によらず、椎体ｖ１〜ｖ５の分布が所定割合の間隔であるとすると、椎体ｖ１〜ｖ５は、ユーザが前傾姿勢となった場合の第１基体Ｘの固定端Ｆ１から第２基体Ｙの固定端Ｆ２までの距離Ｌ１の間に所定割合の間隔で分布している。このため、ユーザＵの姿勢に応じた椎体ｖ１’〜ｖ５ ’の分布位置が推定され、その分布位置における椎体ｖ１’〜ｖ５ ’の姿勢角が推定される。
【００５５】
このように、重ね合わせ量計測部Ｚによって、ユーザの姿勢に応じた伸長量ΔＬが計測され、その伸長量ΔＬに基づいて椎体ｖ１’〜ｖ５ ’の分布位置が推定可能となる。また、シートバック１１ａの表面の任意位置における姿勢角が求まり、シートバック１１ａに接するユーザの椎体ｖ１’〜ｖ５ ’の姿勢角が得られる。これにより、ユーザの姿勢に応じた脊柱の形状を高精度に計測することが可能となる。
【００５６】
次に、シートクッション１１ｂに設置される形状計測装置１０について説明する。図８及び図９に示される例は、上記図２のＳ２の領域の拡大図である。
【００５７】
図８に示されるように、計測対象面であるシートクッション１１ｂには、従来の形状計測装置２００が設置されている。従来の形状計測装置２００は、複数の加速度センサＰ０，Ｐ１，・・・Ｐｎとフレキシブル基板ＦＫとを含んで構成される。複数の加速度センサＰ０，Ｐ１，・・・Ｐｎはフレキシブル基板ＦＫに固定されている。
【００５８】
図８に示されるように、形状計測装置２００の加速度センサＰ１，・・・Ｐｎは、相対移動可能に設置されている。具体的には、加速度センサＰ１，・・・Ｐｎは、シートクッション１１ｂ面には固定されておらず、シートクッション１１ｂの表面の形状に応じて相対移動可能となっている。一方、加速度センサＰ０は固定されており、ユーザＵの着座などによって相対位置は変化しない。
【００５９】
図８に示されるように、例えば、ユーザＵがシートクッション１１ｂの表面に着座すると、シートクッション１１ｂの表面が伸長しながら変形する。一方、形状計測装置２００のフレキシブル基板ＦＫは伸長しないため、シートクッション１１ｂの表面に密接しながら摺動する。このため、図８に示されるように、形状計測装置２００の自由端側の所定領域Ｃには、加速度センサが配設されていない状態となる。
【００６０】
これに対し、図９に、シートクッション１１ｂに設置された本実施形態の計測部１２ｂの構成例を示す。シートクッション１１ｂに設置された計測部１２ｂは、シートバック１１ａに設置された計測部１２ａと同様の構成である。
【００６１】
シートクッション１１ｂに設置された計測部１２ｂは、一端がシートクッション１１ｂのシートフレームに固定された第１基体Ｘと、一端がシートクッション１１ｂのシートフレームに固定された第２基体Ｙとを含んで構成されている。また、図９に示されるように、第１基体Ｘと第２基体Ｙとの間の重ね合わせ量を計測する重ね合わせ量計測部Ｚが設置されている。
【００６２】
ユーザＵがシートクッション１１ｂの表面に着座すると、シートクッション１１ｂの表面が伸長しながら変形する。このとき、第１基体Ｘと第２基体Ｙとは、シートクッション１１ｂの伸長に応じて摺動する。なお、第１基体Ｘと第２基体Ｙとが摺動する際には、シートクッション１１ｂの変形に応じて、第１基体Ｘに挿入されていた第２基体Ｙが引き出される。本実施形態の計測部１２ｂにおいては、第２基体Ｙの引き出された部分も加速度センサが設置されているため、上記図８に示される従来例のような加速度センサの欠落部分が無い。
【００６３】
また、シートクッション１１ｂの表面が変形した場合の、固定端Ｆ１から固定端Ｆ２までの距離と、加速度センサの間の距離δと、予め設置された加速度センサの数とに基づいて、複数の加速度センサの各々の相対位置を算出することができる。これにより、シートクッション１１ｂの表面の高精度な形状計測が可能となる。
【００６４】
なお、第１基体Ｘ及び第２基体Ｙのうちの加速度センサが設置されていない箇所においては、両隣の加速度センサの姿勢角度を内挿することにより、加速度センサの間の姿勢角度を推定することができる。
【００６５】
なお、上記図８において、ユーザＵの着座に応じて伸長する分を見込んで、自由端側を長くすることも考えられる。しかし、この場合には、シートクッション１１ｂが変形した際の加速度センサの各々の相対位置が不明となる。このため、このような措置を上記図８において取ったとしても、本実施形態のような高精度な形状計測を行うことは困難である。
【００６６】
（加速度センサ）
【００６７】
第１基体Ｘ及び第２基体Ｙの各々に設置される加速度センサは、直交する３軸方向の加速度が計測可能な加速度センサである。この場合、まず、加速度センサによって重力加速度が計測される。
【００６８】
具体的には、図１０に示されるように、重力加速度方向をＺ軸とした場合の各計測軸での計測値ＡＸ，ＯＵＴ，ＡＹ，ＯＵＴ，ＡＺ，ＯＵＴと、加速度センサＡＳ，ＢＳの姿勢角度θ，Ψ，及びΦの関係は、以下の式（１）〜式（３）によって表される。
【００６９】
【数１】
2020134413.tif 000003
【００７０】
加速度センサＡＳ，ＢＳから出力される計測値ＡＸ，ＯＵＴ，ＡＹ，ＯＵＴ，ＡＺ，ＯＵＴに基づいて、上記式（１）〜（３）に従って、加速度センサの姿勢角度θ，Ψ，及びΦが算出される。
【００７１】
各加速度センサの姿勢角度が算出されると、隣接するセンサ間の姿勢角度の計測値が連続して変化するということを仮定することにより、隣接するセンサ間の計測値を内挿することで加速度センサ間の任意位置の姿勢角の補間値を得ることができる。
【００７２】
例えば、内挿方法としては、以下の式（４）の多項式による方法や、以下の式（５）のスプライン補間式を用いる方法などがある。
【００７３】
【数２】
2020134413.tif 000004
【００７４】
上記式（４）においては、各加速度センサの姿勢角度に基づいて、各ｘ座標に対する姿勢角度ｐ（ｘ）が算出される。この場合のｐ０，ｐ１，ｐ２は、各加速度センサの姿勢角度に基づいて算出される。
【００７５】
上記式（５）においては、各加速度センサの姿勢角度に基づいて、各区間［ｘｊ，ｘｊ＋１］において補間に用いられる関数Ｓｊ（ｘ）が算出される。この場合のａｊ，ｂｊ,ｃｊ，ｄｊは、各加速度センサの姿勢角度に基づいて算出される。
【００７６】
次に、各加速度センサの相対位置が算出される。例えば、任意位置αの座標をｘα，ｙαとする。また、任意位置αから微小距離ｄｓだけ隔てられた位置α＋１の座標をｘα＋１，ｙα＋１とする。この場合の（ｘα，ｙα）と（ｘα＋１，ｙα＋１）との間の関係は、以下の式（６）及び式（７）によって表される。
【００７７】
【数３】
2020134413.tif 000005
【００７８】
なお、上記式（６）及び式（７）におけるθαは、任意位置αに設置された加速度センサの姿勢角度を表す。また、ｄθαは、隣り合う加速度センサの姿勢角の差を表す。
【００７９】
加速度センサから出力された信号から加速度センサの姿勢を表す姿勢角度を求めることによって、加速度センサ間のシート面を表す座標値が得られる。
【００８０】
（計算装置）
【００８１】
図１１に示される計算装置１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、各処理ルーチンを実現するためのプログラム等を記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、記憶手段としてのメモリ、ネットワークインタフェース等を含んで構成されている。計算装置１４は、機能的には、図１１に示すように、情報取得部１５０と、姿勢角算出部１５２と、位置算出部１５４と、計算部１５６とを備えている。
【００８２】
計算装置１４は、第１基体Ｘ及び第２基体Ｙの各々に設置されている複数の加速度センサと接続されており、複数の加速度センサの各々から出力される信号を取得する。また、計算装置１４は、重ね合わせ量計測部Ｚと接続されており、重ね合わせ量計測部Ｚから出力される信号を取得する。重ね合わせ量計測部Ｚから出力される信号は、第１基体Ｘと第２基体Ｙとの間の重ね合わせ量である。
【００８３】
情報取得部１５０は、複数の加速度センサの各々から出力される信号を取得する。また、情報取得部１５０は、重ね合わせ量計測部Ｚから出力される、第１基体Ｘと第２基体Ｙとの間の重ね合わせ量を取得する。
【００８４】
姿勢角算出部１５２は、情報取得部１５０によって取得された、複数の加速度センサの各々から出力される信号に基づいて、複数の加速度センサの各々の姿勢角を算出する。具体的には、姿勢角算出部１５２は、複数の加速度センサの各々から出力された、重力加速度方向をＺ軸とした場合の各計測軸での計測値ＡＸ，ＯＵＴ，ＡＹ，ＯＵＴ，ＡＺ，ＯＵＴに基づいて、上記式（１）〜（３）に従って、加速度センサの姿勢角θ，Ψ，及びΦを算出する。
【００８５】
位置算出部１５４は、情報取得部１５０によって取得された重ね合わせ量に基づいて、複数の加速度センサの各々の間の相対位置を算出する。
【００８６】
具体的には、位置算出部１５４は、重ね合わせ量に基づいて、第１基体Ｘと第２基体Ｙとを含む計測部１２の全体の長さＬ１を算出する。そして、位置算出部１５４は、計測部１２の全体の長さＬ１と、第１基体Ｘ及び第２基体Ｙに設置された複数の加速度センサの各々の間の距離δと、各加速度センサの姿勢角に基づいて、加速度センサの各々の間の相対位置を算出する。
【００８７】
より詳細には、位置算出部１５４は、複数の加速度センサの各々の間の距離δをｄｓとし、各加速度センサの姿勢角をθαとして、上記式（６）及び式（７）に従って、複数の加速度センサの各々の相対位置を算出する。
【００８８】
計算部１５６は、姿勢角算出部１５２によって算出された複数の加速度センサの各々の姿勢角と、位置算出部１５４によって算出される複数の加速度センサの各々の間の相対位置とに基づいて、計測対象面の形状を計算する。なお、計算部１５６は、複数の加速度センサの各々の姿勢角に基づいて、内挿補間により、複数の加速度センサの各々の間の計測対象面の姿勢角度を算出することにより、計測対象面の形状を計算する。
【００８９】
そして、計算部１５６は、計測対象面の形状を結果として出力する。計算部１５６から出力された結果は、例えば、ディスプレイ（図示省略）等に表示される。
【００９０】
＜第１実施形態に係る形状計測装置１０の作用＞
【００９１】
次に、第１実施形態に係る形状計測装置１０の作用について説明する。形状計測装置１０の計測部１２ａ及び計測部１２ｂが計測対象面に設置され、計測対象のシート１１にユーザＵが着座すると、形状計測装置１０は図１２に示す形状計測処理ルーチンを実行する。
【００９２】
まず、ステップＳ１００において、情報取得部１５０は、複数の加速度センサの各々から出力される計測値ＡＸ，ＯＵＴ，ＡＹ，ＯＵＴ，ＡＺ，ＯＵＴを取得する。また、情報取得部１５０は、重ね合わせ量計測部Ｚから出力される、第１基体Ｘと第２基体Ｙとの間の重ね合わせ量ΔＬ１を取得する。
【００９３】
次に、ステップＳ１０２において、姿勢角算出部１５２は、上記ステップＳ１００で取得された計測値ＡＸ，ＯＵＴ，ＡＹ，ＯＵＴ，ＡＺ，ＯＵＴに基づいて、上記式（１）〜（３）に従って、ふく加速度センサの姿勢角θ，Ψ，及びΦを算出する。
【００９４】
次に、ステップＳ１０４において、位置算出部１５４は、重ね合わせ量ΔＬ１に基づいて、第１基体Ｘと第２基体Ｙとを含む計測部１２の全長Ｌ１を算出する。
【００９５】
次に、ステップＳ１０６において、位置算出部１５４は、上記ステップＳ１０４で算出ｓあれた計測部１２の全体の長さＬ１と、第１基体Ｘ及び第２基体Ｙに設置された複数の加速度センサの各々の間の距離δとに基づいて、複数の加速度センサの各々の間の相対位置を算出する。
【００９６】
次に、ステップＳ１０８において、計算部１５６は、上記ステップＳ１０２で算出された複数の加速度センサの各々の姿勢角と、上記ステップＳ１０６で算出された複数の加速度センサの各々の間の相対位置とに基づいて、計測対象面の形状を計算する。なお、計算部１５６は、複数の加速度センサの各々の姿勢角に基づいて、内挿補間により、複数の加速度センサの各々の間の計測対象面の姿勢角度を算出することにより、計測対象面の形状を計算する。
【００９７】
そして、ステップＳ１１０において、計算部１５６は、計測対象面の形状を結果として出力して、形状計測処理ルーチンを終了する。
【００９８】
以上詳細に説明したように、本実施形態の形状計測装置の計測部は、計測対象面に沿って設置され、かつ一方の端部が所定箇所に固定される第１基体と、計測対象面に沿って設置され、かつ所定箇所とは異なる箇所に一方の端部が固定される第２基体とを含む。また、本実施形態の形状計測装置は、第１基体と第２基体との間の重ね合わせ量に基づいて、複数の加速度センサの各々の間の相対位置を算出し、複数の加速度センサの各々から出力される信号に応じて得られる加速度センサの姿勢角と、複数の加速度センサの各々の間の相対位置とに基づいて、計測対象面の形状を計算する。これにより、計測対象面の形状を精度良く計測することができる。
【００９９】
ユーザの着座の状態に応じて表面が伸長するシート又はマットでの形状計測や、ユーザの姿勢の変化に応じて体表面が伸長する人体計測などにおいては、計測対象面の伸長によって加速度センサの位置と計測対象面との間の相対位置が変化する。これにより、計測対象面の形状計測に誤差が生じる。
【０１００】
または、例えば、ウェアラブル変形センサのように、ユーザの体表面に装着して変形を計測する場合を考える。この場合、ユーザの姿勢の変化に応じて体表面が伸長するため、変形センサと体表面との間の相対位置がユーザの姿勢に応じて随時変化する。変形センサは、ユーザの体表面の姿勢角を計測し、計測した姿勢角を基に変形形状を算出することから、測定位置が姿勢によって異なると、変形形状の算出精度低下となる。
【０１０１】
これに対し、本実施形態の形状計測装置は、計測対象面が弾性変形した際に生じる、計測対象面と各加速度センサの位置との間のずれを考慮し、計測対象面の形状を精度良く計測することができる。具体的には、本実施形態の形状計測装置は、計測対象面の伸長を、第１基体と第２基体との間の重ね合わせ量を用いて計測する。このため、本実施形態の形状計測装置によれば、重ね合わせ量に応じて各加速度センサの間の相対位置が補正され、計測対象面の伸長に応じて生じる位置ずれが考慮される。これにより、計測対象面の形状を精度良く計測することができる。
【０１０２】
＜第２実施形態＞
【０１０３】
第２実施形態では、複数の加速度センサの各々の間を、伸長可能な接続手段によって接続する点が第１実施形態と異なる。
【０１０４】
図１３に、第２実施形態の形状計測装置を説明するための説明図を示す。第１実施形態の形状計測装置１０の計測部１２は、第１基体Ｘと第２基体Ｙとを含んで構成され、第１基体Ｘと第２基体Ｙとの間の重ね合わせ量を計測する重ね合わせ計測部１２を含んで構成されていた。これに対し、第２実施形態の形状計測装置のうちの計測部１２は、図１３に示されるように、複数の加速度センサＡＳ１，ＡＳ２，・・・，ＡＳｎと、複数の加速度センサ間を伸長可能に接続する接続部Ｊ１，Ｊ２，・・・，Ｊｎと、を含んで構成される。
【０１０５】
１つの接続部は、２つの加速度センサを接続する。このため、図１３に示される例では、複数の接続部Ｊ１，Ｊ２，・・・，Ｊｎが示されている。接続部Ｊ１，Ｊ２，・・・，Ｊｎは、自身の伸長量に応じた電気信号を出力する。接続部Ｊ１，Ｊ２，・・・，Ｊｎは、例えば、既存の技術（インターネット＜https://www.bandogrp.com/development/pdf/article_01.pdf＞を参照）によって実現される。
【０１０６】
第２実施形態の計算装置１４の情報取得部１５０は、複数の加速度センサの各々から出力される信号を取得する。また、第２実施形態の計算装置１４の情報取得部１５０は、複数の接続部Ｊ１，Ｊ２，・・・，Ｊｎから出力された電気信号を取得する。
【０１０７】
第２実施形態の計算装置１４の姿勢角算出部１５２は、第１実施形態と同様に、情報取得部１５０によって取得された、複数の加速度センサの各々から出力される信号に基づいて、複数の加速度センサの各々の姿勢角を算出する。
【０１０８】
第２実施形態の計算装置１４の位置算出部１５４は、情報取得部１５０により取得された接続部Ｊ１，Ｊ２，・・・，Ｊｎの各々から出力された電気信号から、接続部Ｊ１，Ｊ２，・・・，Ｊｎの各々の伸長量を算出する。具体的には、位置算出部１５４は、接続部Ｊ１，Ｊ２，・・・，Ｊｎの各々から出力された電気信号に基づいて、複数の加速度センサ間の各々の接続部Ｊ１，Ｊ２，・・・，Ｊｎの伸長量を算出する。そして、位置算出部１５４は、接続部Ｊ１，Ｊ２，・・・，Ｊｎの各々の伸長量に基づいて、複数の加速度センサの各々の間の相対位置を算出する。
【０１０９】
第２実施形態においては、複数の加速度センサ間に接続部Ｊ１，Ｊ２，・・・，Ｊｎが設置される。これらの接続部Ｊ１，Ｊ２，・・・，Ｊｎは伸長量に応じた電気信号を出力する。このため、第２実施形態の計算装置１４の位置算出部１５４は、これらの接続部Ｊ１，Ｊ２，・・・，Ｊｎは伸長量に基づいて、複数の加速度センサ間の各々の間の相対位置を算出することができる。
【０１１０】
第２実施形態の計算装置１４の計算部１５６は、第１実施形態と同様に、姿勢角算出部１５２によって算出された複数の加速度センサの各々の姿勢角と、位置算出部１５４によって算出される複数の加速度センサの各々の間の相対位置とに基づいて、計測対象面の形状を計算する。
【０１１１】
なお、第２実施形態に係る形状計測装置の他の構成及び作用については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【０１１２】
以上詳細に説明したように、第２実施形態の形状計測装置は、複数の加速度センサのうちの少なくとも一部の加速度センサ間を伸長可能に接続し、かつ伸長量に応じた信号を出力する接続部を有する。そして、第２実施形態の形状計測装置は、接続部から出力される信号から求められる伸長量に基づいて、複数の加速度センサの各々の間の相対位置を算出する。また、第２実施形態の形状計測装置は、複数の加速度センサの各々から出力される信号に応じて得られる加速度センサの姿勢角と、複数の加速度センサの各々の間の相対位置とに基づいて、計測対象面の形状を計算する。これにより、計測対象面の形状を精度良く計測することができる。また、計測対象面の形状を簡易に計測することができる。
【０１１３】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【０１１４】
例えば、上記第１実施形態においては、重ね合わせ量計測部Ｚは、第１基体Ｘと第２基体Ｙとの間の重ね合わせ量に応じて発生する電気抵抗信号を計測する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、重ね合わせ量計測部Ｚは、第１基体Ｘと第２基体Ｙとの間の重ね合わせ量に応じて発生する、光信号、磁気信号、静電容量信号、流体圧信号、及び圧力信号の少なくとも１つを計測するようにしてもよい。
【０１１５】
例えば、光信号を用いる場合には、重ね合わせ量計測部Ｚは、第１基体Ｘに光源を設置し、その光源からパルス状の光を第２基体Ｙへ向けて照射する。第２基体Ｙには所定の反射板が設置されており、重ね合わせ量計測部Ｚは、当該反射板によって反射された反射光を検知する。そして、計算装置１４は、重ね合わせ量計測部Ｚが反射光の光信号を検知するまでの時間に応じて、第１基体Ｘと第２基体Ｙとの間の重ね合わせ量を計算する。また、この他にも、第１基体Ｘと第２基体Ｙとの間の重ね合わせ量に応じて、磁気信号、静電容量信号、流体圧信号、及び圧力信号の少なくとも１つが変化するように構成し、重ね合わせ量計測部Ｚは、それらの信号を検知するようにしてもよい。
【０１１６】
また、上記第２実施形態の計測部のうちの各加速度センサは、上記図１３に示されるように接続される場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、複数の加速度センサの各々は、図１４に示されるように配置されてもよい。図１４に示される例では、第１基体Ｘに複数の加速度センサＡＳ１，ＡＳ２，・・・，ＡＳｎが設置され、第２基体Ｙに複数の加速度センサＢＳ１，ＢＳ２，・・・，ＢＳｎが設置される。そして、第１基体Ｘと第２基体Ｙとの間に接続部Ｊが設置される。この接続部Ｊは、伸長量に応じた電気信号を出力する。このような構成であっても、接続部Ｋの伸長量に応じて、複数の加速度センサの相対位置を算出することが可能であるため、計測対象面の形状を精度良く計測することができる。
【０１１７】
また、上記各実施形態においては、計測対象面がシートである場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、計測対象面はどのようなものであってもよい。
【０１１８】
なお、本発明のプログラムは、記録媒体に格納して提供することができる。
【符号の説明】
【０１１９】
１０   形状計測装置
１１   シート
１１ａ シートバック
１１ｂ シートクッション
１２，１２ａ，１２ｂ 計測部
１４   計算装置
１５０ 情報取得部
１５２ 姿勢角算出部
１５４ 位置算出部
１５６ 計算部
ＡＳ１，ＡＳ２，ＡＳ３，ＡＳ４，ＡＳ５，ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３，ＢＳ４，ＢＳ５      加速度センサ
【図１】
2020134413.tif 000006
【図２】
2020134413.tif 000007
【図３】
2020134413.tif 000008
【図４】
2020134413.tif 000009
【図５】
2020134413.tif 000010
【図６】
2020134413.tif 000011
【図７】
2020134413.tif 000012
【図８】
2020134413.tif 000013
【図９】
2020134413.tif 000014
【図１０】
2020134413.tif 000015
【図１１】
2020134413.tif 000016
【図１２】
2020134413.tif 000017
【図１３】
2020134413.tif 000018
【図１４】
2020134413.tif 000019