(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に設置され、設置位置に作用する物理量を検出する複数のセンサであって、前記測定対象物の変形により、隣接して設置されている前記センサの設置位置との相対距離が変化するように設置された複数のセンサと、
前記測定対象物に変形が生じた際に、所定時間毎に、前記複数のセンサの各々で検出された物理量に基づいて、前記複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方を測定する測定手段と、
前記測定手段により前記所定時間毎に測定された前記複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方に基づいて、隣接して設置されている前記センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の前記所定時間毎の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方を補間する補間手段と、
前記隣接して設置されている前記センサ間の前記所定時間毎の前記相対距離を、一時刻前の前記相対距離を用いて推定する距離推定手段と、
前記測定手段により前記所定時間毎に測定された前記複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方と、前記補間手段によって補間された前記センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の前記所定時間毎の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方と、前記距離推定手段によって推定された前記センサ間の前記所定時間毎の前記相対距離とに基づいて、前記所定時間毎の前記測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標を演算する座標演算手段と、
を含み、
前記距離推定手段は、前記測定手段により前記所定時間毎に測定された前記複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方と、前記補間手段によって補間された前記センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の前記所定時間毎の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方と、に基づいて、前記隣接して設置されている前記センサ間の前記相対距離の候補値を用いたときの、前記センサの設置位置の３次元座標値を算出して、前記測定手段により測定された前記センサの設置位置の３次元座標値と比較することを、前記センサ間の前記相対距離の候補値を変更しながら繰り返して、前記センサ間の前記相対距離を推定する
変形解析装置。
【請求項２】
前記複数のセンサを、前記隣接して設置されている前記センサ間の前記相対距離を固定するための結合体で前記センサ間を結合するように構成した請求項１記載の変形解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変形解析装置に係り、特に、測定対象物の変形解析を行う変形解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、構造物の変形状態を把握する変形解析装置として、測定対象物の２次元測定を対象とした、歪みゲージを用いたテープセンサにより測定を行う装置が知られている（特許文献１）。また、圧電フィルムシートを用いた測定システムも知られている（特許文献２）。
【０００３】
また、測定対象物の３次元測定を対象とした、レーザ３次元変形解析装置、マイクロＣＣＤスコープ、超音波測定装置やＸ線測定装置などが知られている（特許文献３）。また、歪みゲージや、ＣＣＤカメラが用いられる装置についても知られている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３３５０６号公報
【特許文献２】特開２００６−３８７１０号公報
【特許文献３】特開２０１０−６６１６９号公報
【特許文献４】特開２００５−１８２５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
測定対象物の２次元測定を対象としたテープセンサや圧電フィルムシートは、測定範囲が２次元変形であることから、測定対象物が２次元のみに変形する場合は測定が可能である。しかし、測定対象物の多くは、実際には少なからず３次元変形となっており、テープセンサや圧電フィルムシートによる測定においては誤差が生じるという問題がある。これは、テープセンサや圧電フィルムシートで変形を算出する際に用いる曲率の測定誤差によるものである。すなわち、テープセンサや圧電フィルムシートなど長尺センサによる測定では、センサに、曲げ変形と同時にねじり変形が加わると、歪みゲージの測定値や圧電フィルムの起電力にねじれ変形による成分が重畳するためである。このため、これらのセンサを用いて測定可能な測定対象物は限定されたものとなるという問題がある。なお、これらのセンサでは、歪みや起電力と曲率を対応付けるため、ねじれ変形が生じないようにした、曲率が既知の円盤が用いられている。
【０００６】
また、特許文献１の方法においては、テープセンサを用いて測定対象物表面の測定を行う際に、表面の形状変化を高精度に測定する目的から、テープセンサを表面に密接させるためのボデーサポータが用いられている。しかしながら、表面の伸びの変化が考慮されていないため、得られた結果は表面の形状変化が十分に測定できていないといった問題がある。図３９において説明する。柔軟体Ｍが自然長の状態では、図３９（ａ）のような変形状態にある。一方、外力が作用した際には、図３９（ｂ）のような変形状態となる。図３９（ａ）の状態においては、センサＮの長さは、固定端Ｇから測定点Ｂまでの長さＬＢである。一方、図３９（ｂ）においては、センサＮの長さは一定であることから、柔軟体Ｍの形状測定範囲は、測定点Ａ近傍までの長さとなる。このため、柔軟体Ｍの変形に対して、センサＮが測定する範囲は変形状態に応じて変化することになる。一方、図３９（ｂ）の状態での軟体Ｍの長さＬＭよりセンサＮの長さＬＮが長い場合は、柔軟体Ｍの図３９（ａ）および（ｂ）の状態における全体変形を測定することができるが、柔軟体Ｍの変形による伸長がセンサＮの測定結果に及ぼす影響は残る。
【０００７】
また、３次元測定を目的とした装置においては、レーザ、超音波、Ｘ線などやＣＣＤカメラを用いた測定が行われているが、これらの装置では、測定対象物の測定面が目視できている。すなわち、視覚情報が得られる必要がある。このため、測定面が他の物体面と接触している場合や、測定対象物が他の物体内部にある場合などは視覚情報が得られないことから、測定が困難であるといった問題がある。測定面が他の物体面と接触している場合の具体例としては、人やダミーが座席に着座した状態でのシートバックやシートクッション面の変形や背中面や臀部面の変形などがある。また、測定対象物が他の物体内部にある場合の具体例としては、衝突実験用に用いられるダミー脊柱の変形や肋骨の変形などがある。更に、これらの装置においては、センサの外形状や容積が大きく、測定対象が微小な場合や測定を行うための空間が狭い場合においては測定が困難であるため、測定条件が限定されるといった問題もある。
【０００８】
本発明では、上記問題点を解決するために成されたものであり、測定対象物の変形解析を高精度に行うことができる変形解析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、第１の発明に係る変形解析装置は、測定対象物に設置され、設置位置に作用する物理量を検出する複数のセンサであって、前記測定対象物の変形により、隣接して設置されている前記センサの設置位置との相対距離が変化するように設置された複数のセンサと、前記測定対象物に変形が生じた際に、所定時間毎に、前記複数のセンサの各々で検出された物理量に基づいて、前記複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方を測定する測定手段と、前記測定手段により前記所定時間毎に測定された前記複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方に基づいて、隣接して設置されている前記センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の前記所定時間毎の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方を補間する補間手段と、前記隣接して設置されている前記センサ間の前記所定時間毎の前記相対距離を、一時刻前の前記相対距離を用いて推定する距離推定手段と、前記測定手段により前記所定時間毎に測定された前記複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方と、前記補間手段によって補間された前記センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の前記所定時間毎の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方と、前記距離推定手段によって推定された前記センサ間の前記所定時間毎の前記相対距離とに基づいて、前記所定時間毎の前記測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標を演算する座標演算手段と、を含み、前記距離推定手段は、前記測定手段により前記所定時間毎に測定された前記複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方と、前記補間手段によって補間された前記センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の前記所定時間毎の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方と、に基づいて、前記隣接して設置されている前記センサ間の前記相対距離の候補値を用いたときの、前記センサの設置位置の３次元座標値を算出して、前記測定手段により測定された前記センサの設置位置の３次元座標値と比較することを、前記センサ間の前記相対距離の候補値を変更しながら繰り返して、前記センサ間の前記相対距離を推定する。
【００１０】
第１の発明によれば、複数のセンサにより、設置位置に作用する物理量を検出し、測定手段により、測定対象物に変形が生じた際に、所定時間毎に、センサにより検出された物理量に基づいて、複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方とを測定し、補間手段により、所定時間毎に測定された複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方とに基づいて、隣接して設置されているセンサ間を結ぶ線分上の各補間位置の所定時間毎の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方とを補間し、座標演算手段により、所定時間毎に測定された複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方と、補間されたセンサ間を結ぶ線分上の各補間位置の所定時間毎の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方と、隣接して設置されているセンサ間の、測定対象物の変形形状に沿った相対距離とに基づいて、所定時間毎の測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標を演算する。
【００１１】
このように、所定時間毎に測定された複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方に基づいて、センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の所定時間毎の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方とを補間し、所定時間毎の測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標を演算することによって、測定対象物の変形解析を高精度に行うことができる。
【００１２】
また、第１の発明に係る変形解析装置において、前記隣接して設置されている前記センサ間の前記所定時間毎の前記相対距離を推定する距離推定手段を更に含み、前記複数のセンサは、前記測定対象物の変形により、隣接して設置されている前記センサの設置位置との前記相対距離が変化するように設置され、前記座標演算手段は、前記測定手段により前記所定時間毎に測定された前記複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方と、前記補間手段によって補間された前記センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の前記所定時間毎の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方と、前記距離推定手段によって推定された前記センサ間の前記所定時間毎の前記相対距離とに基づいて、前記所定時間毎の前記測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標を演算してもよい。
【００１５】
また、第１の発明に係る変形解析装置において、前記距離推定手段は、前記測定手段により前記所定時間毎に測定された前記複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方と、前記補間手段によって補間された前記センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の前記所定時間毎の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方と、に基づいて、前記隣接して設置されている前記センサ間の前記相対距離の候補値を用いたときの、前記センサの設置位置の３次元座標値を算出して、前記測定手段により測定された前記センサの設置位置の３次元座標値と比較することを、前記センサ間の前記相対距離の候補値を変更しながら繰り返して、前記センサ間の前記相対距離を推定してもよい。
【００１６】
また、第１の発明に係る変形解析装置において、前記複数のセンサを、前記隣接して設置されている前記センサ間の前記相対距離を固定するための結合体で前記センサ間を結合するように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明の変形解析装置によれば、所定時間毎に測定された複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方とに基づいて、センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の所定時間毎の３次元座標値と回転角度との少なくとも一方とを補間し、所定時間毎の測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標を演算することによって、測定対象物の変形解析を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る変形解析装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る変形解析装置のセンサ設置の例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るハードウェア構成を示す図である。
【図４】薄板柔軟体にセンサｎとセンサｍが設置された構成の例を示す図である。
【図５】３次元座標情報の補間の例を示す図である。
【図６】軸回転が一つの軸のみで行われた場合における例を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る変形解析装置における変形解析処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図８】形状構築の例を示す図である。
【図９】ラップベルト経路のダミー腹部面形状への影響の例を示す図である。
【図１０】センサの外形寸法と測定対象物の測定面の関係の例を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る変形解析装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る変形解析装置における変形解析処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１３】変形形状を計算モデルを用いて算出する例を示す図である。
【図１４】測定面の状態に応じた補正の例を示す図である。
【図１５】センサ間の相対距離の変化が微小な形状変化の例を示す図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る変形解析装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】平板変形におけるセンサ間の相対距離の例を示す図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る変形解析装置における変形解析処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１９】センサの変形形態の例を示す図である。
【図２０】薄板によるセンサの取り付けの例を示す図である。
【図２１】薄板の固定方法の例を示す図である。
【図２２】取り付け部材の例を示す図である。
【図２３】立方体の補正の例を示す図である。
【図２４】立方体の計算モデルの例を示す図である。
【図２５】重力を用いた初期形状の算出の例を示す図である。
【図２６】薄板の立方体への取り付けの例を示す図である。
【図２７】乗員ダミーと脊柱構造の例を示す図である。
【図２８】３次元変形可能な脊柱構造の例を示す図である。
【図２９】ダミー脊柱にセンサを組み込む例を示す図である。
【図３０】３次元立方体の弾性体にセンサを取り付ける例を示す図である。
【図３１】立方体へのセンサの組み込みの例を示す図である。
【図３２】ヒューマンインターフェイスの設置の例を示す図である。
【図３３】アームレストに設置したヒューマンインターフェイスの例を示す図である。
【図３４】バンパーセンサとしての活用の例を示す図である。
【図３５】車体センサとしての活用の例を示す図である。
【図３６】乗員保護装置における活用の例を示す図である。
【図３７】介護機器における活用の例を示す図である。
【図３８】医療分野における活用の例を示す図である。
【図３９】測定対象物の伸長特性の測定結果への影響の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
＜第１の実施の形態に係る変形解析装置の構成＞
まず、本発明の第１の実施の形態に係る変形解析装置の構成について説明する。図１に示すように、本発明の実施の形態に係る変形解析装置１００は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、後述する変形解析処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したＲＯＭと、を含むコンピュータで構成することが出来る。この変形解析装置１００は、機能的には図１に示すようにセンサ１０Ａ〜１０Ｉと、入力部１８と、演算部２０と、出力部９０とを備えている。
【００２１】
センサ１０Ａ〜１０Ｉは、図２に示すように、測定対象物である衝突実験ダミーにおける腹部表面に格子状に設置されている。センサ１０Ａ〜１０Ｉの各々は、変形可能な信号線と電源線によって入力部１８と接続されている。また、センサ１０Ａ〜１０Ｉは、隣接して設置されているセンサ間の相対距離Ｌを固定するための結合体で結合されており、隣接して設置されているセンサ間の、測定対象物の変形形状に沿った相対距離Ｌは、測定対象物の変形に関わらず固定とする。
【００２２】
センサ１０Ｂ〜１０Ｉは、センサ１０Ａと同様の構成であるため、以下、センサ１０Ａの構成について説明する。センサ１０Ａは、センサ座標軸における３軸の加速度を検出する加速度センサ１２Ａと、センサ座標軸における３軸周りの角速度を検出する角速度センサ１３Ａと、Ａ／Ｄ変換部１４Ａと、処理部１５Ａと、通信部１６Ａとを含んで構成されている。
【００２３】
加速度センサ１２Ａは、所定時間毎に、センサ座標軸における３軸の加速度をアナログ値の物理量として検出し、Ａ／Ｄ変換部１４Ａに出力する。
【００２４】
角速度センサ１３Ａは、所定時間毎に、センサ座標軸における３軸周りの角速度をアナログ値の物理量として検出し、Ａ／Ｄ変換部１４Ａに出力する。
【００２５】
Ａ／Ｄ変換部１４Ａは、加速度センサ１２Ａから入力されるアナログ値の加速度、及び角速度センサ１３Ａから入力されるアナログ値の角速度について、アナログ−ディジタル変換し、処理部１５Ａに出力する。
【００２６】
処理部１５は、Ａ／Ｄ変換部１４から入力されたディジタル値の加速度、及びディジタル値の角速度について、時間積分し、所定時間毎に、センサ１０Ａのセンサ座標軸における３次元座標値の変位量、及び回転角度の変化量を測定し、測定した３次元座標値の変位量及び回転角度の変化量と、ワールド座標系軸におけるセンサ１０Ａの３次元座標値の前回測定値又は初期値、及び回転角度の前回測定値又は初期値とに基づいて、ワールド座標系軸におけるセンサ１０Ａの３次元座標値及び回転角度を測定し、通信部１６Ａを介して入力部１８に出力する。なお、加速度及び角速度の積分処理の際に、ノイズやドリフトの影響を考慮し、フィルタリング処理を行ってもよい。このフィルタリング処理は、信号波形の状況に応じてその特性を変更することも可能である。また、ワールド座標系軸における３次元座標値及び回転角度を、以後３次元位置情報とする。また、センサ１０Ａ〜１０Ｉの各々の初期状態のセンサの３次元位置情報は、予めメモリ（図示省略）に記憶されているものとする。また、加速度については２階の時間積分し、角速度については、１階の時間積分をするものとする。
【００２７】
なお、加速度センサはその計測加速度から上述のとおり変位を求めるものであり、また、加速度センサはその計測角速度から回転角度を求めるものであることから、加速度センサを変位センサに、角速度センサを回転角センサに置き換えることは可能であり、本実施例のセンサが限定されるものではない。さらに、各センサを混在させることも可能であり、例えば、計測条件によっては、加速度センサ、角速度センサ、歪みゲージや圧電フィルムなどを混在配設して、構成することも可能である。
【００２８】
入力部１８は、所定時間毎に、センサ１０Ａ〜１０Ｉの各々から入力される、センサ１０Ａ〜１０Ｉの各々の３次元位置情報を受け付け、メモリ（図示省略）に記憶する。
【００２９】
演算部２０は、位置情報補間部２２と、座標変換部２４と、状態演算部２６と、を備えている。図３に、演算部２０のハードウェア構成の例を示す。位置情報補間部２２の処理は、位置情報補間ＰＣ３によって実現され、座標変換部２４の処理は、座標変換ＰＣ４によって実現され、状態演算部２６の処理は、状態演算ＰＣ５によって実現される。
【００３０】
位置情報補間部２２は、入力部１８において受け付けた所定時間毎のセンサ１０Ａ〜１０Ｉの各々の３次元位置情報と、予め定められている隣接して設置されているセンサ間の相対距離Ｌとに基づいて、所定時間毎に、隣接して設置されているセンサ間の各々について、当該センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の３次元位置情報を補間し、座標変換部２４に出力する。
【００３１】
＜補間処理の原理＞
センサ間の各補間位置の３次元座標情報を補間する処理の原理について説明する。一般的に、センサ毎の設置間隔が狭いほど形状測定精度は高い。しかし、センサ間の設置間隔を狭めることは、信号処理量の増加や測定時間が長くなり、また、測定対象の剛性を高めるなどの弊害を招く。このため、センサ間の設置間隔は出来るだけ広いほうが良い。位置情報補間部２２によって、広く設置されたセンサ間を結ぶ線分上の各補間位置の３次元位置情報を補間することにより、測定対象の剛性を高めることなく測定精度、すなわち測定対象物の変形形状の再現精度向上を図ることができる。補間としては、スプライン関数など幾つかの関数を用いることができる。以下、図４に示す２つのセンサｎ−ｍ間の補間をする場合について説明する。
【００３２】
図４に示すように、測定対象物である薄板柔軟体にセンサｎとセンサｍが設置された構成を例に説明する。初期状態のセンサｎ−ｍ間の相対距離をＬとし、各センサのワールド座標系軸における各軸周りの回転角をα、β及びθとする。α、β及びθはセンサの姿勢を表す。また、センサｎとセンサｍの姿勢は、図５に示すように連続して変化すると仮定する。このような仮定は、例えば、図４に示すような板状の変形体を曲げたり、捩じった際に見られる形状変化からも妥当である。
【００３３】
ここで、簡単のため、図６に示すように軸回転がβのみの場合を考える。この場合の柔軟体の変形は図４のｘ−ｚ平面上となる。センサｎとセンサｍの座標系の原点をそれぞれＯｎとＯｍとし、センサ間の相対距離Ｌを任意のＫ等分した際の単位長さをｄＬとする。
【００３４】
また、βがｄＬに対して連続して変化すると仮定する。このため、ｄＬごとの値は、補間関数を用いて求めている。補間関数としては、例えばスプライン関数などを用いる。以下にその概要を示す。なお、補間関数をスプライン関数に限定するものではなく、測定条件に応じては、ラグランジュ多項式など他の補間関数や曲面関数を用いてもよい。なお、第１の実施の形態においては（２Ｍ−１）次のスプライン補間関数を用いる。
【００３５】
補間関数として（２Ｍ−１）次のスプライン補間関数を用いた例について説明する。このときのデータは、（ｘ０，ｙ０），（ｘ１，ｙ１），…，（ｘｎ−１，ｙｎ−１）で与えるが、ｘがセンサ間の相対距離Ｌ、ｙがα、β、θやセンサの３次元座標値となる。ここでは、β値である関数の端点条件を、
【００３６】
【数１】
0006020500.tif 000002
【００３７】
とすると、スプライン関数ｓ（ｘ）は、Ｂスプラインを用いて、下記（１）式で得られる。
【００３８】
【数２】
0006020500.tif 000003
【００３９】
なお、スプライン関数の演算は、各センサの並びごとに行う。
【００４０】
具体的には、上記（１）式に従って、センサＯｎ及びセンサＯｍの各々のβに基づいて、センサＯｎとセンサＯｍとを結ぶ線分上の各補間位置のワールド座標系軸におけるβを算出する。なお、α、θ、センサの３次元座標値の各々についても同様に算出する。このように、センサ間を結ぶ線分上の各補間位置のワールド座標系軸におけるα、β、θ、及び３次元座標値を取得することができる。
【００４１】
座標変換部２４は、所定時間毎に、入力部１８において受け付けたセンサ１０Ａ〜１０Ｉの各々の、３次元位置情報と、位置情報補間部２２により入力される、隣接して設置されているセンサ間の各々についての当該センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の３次元位置情報と、予め定められている各センサ間の相対距離Ｌとに基づいて、測定対象物の全体形状を表す各位置の３次元座標値を演算して、測定対象物の全体形状を構築しメモリ（図示省略）に記憶する。そして、所定時間毎に構築した測定対象物の全体形状を状態演算部２６に出力する。
【００４２】
状態演算部は、座標変換部２４から入力される所定時間毎の測定対象物の全体形状に基づいて、所定時間毎の変化量や変化速度を算出し、出力部９０に出力する。
【００４３】
＜第１の実施の形態に係る変形解析装置の作用＞
次に、第１の実施の形態に係る変形解析装置１００の作用について説明する。まず、初期状態から所定時間毎に、センサ１０Ａ〜１０Ｉの各々が、当該センサの３次元位置情報を測定して入力部１８に出力しているときに、オペレータが測定開始スイッチをオンにすると、変形解析装置１００は、所定時間毎のセンサ１０Ａ〜１０Ｉの各々の３次元位置情報を、入力部１８により受け付けて、メモリに格納する。そして、測定期間が終了すると、変形解析装置１００によって、図７に示す変形解析処理ルーチンが実行される。なお、処理対象となる時刻は、時系列順に選択される。
【００４４】
まず、ステップＳ１０２では、処理対象となる時刻における、入力部１８において受け付けたセンサ１０Ａ〜１０Ｉの各々の３次元位置情報と、予め定められた隣接するセンサ間の相対距離Ｌとに基づいて、隣接するセンサ間の各々について、上記（１）式に従って、当該センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の３次元位置情報を算出する。
【００４５】
次に、ステップＳ１０４では、処理対象となる時刻における、入力部１８において受け付けたセンサ１０Ａ〜１０Ｉの各々の３次元位置情報と、ステップＳ１０２において取得した、処理対象となる時刻における、隣接するセンサ間の各々の、当該センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の３次元位置情報と、予め定められた隣接するセンサ間の相対距離Ｌとに基づいて、当該時刻における測定対象物の全体形状を表す各位置の３次元座標値を演算し、測定対象物の全体形状を構築する。
【００４６】
次に、ステップＳ１０６では、処理対象となる全ての時刻について処理を終了したか否かを判定する。処理対象となる全ての時刻について処理を終了した場合には、ステップＳ１０８へ移行し、処理対象となる全ての時刻において処理を終了していない場合には、処理対象となる時刻を変更して、ステップＳ１０２へ移行し、ステップＳ１０２〜ステップＳ１０６の処理を繰り返す。
【００４７】
次に、ステップＳ１０８では、ステップＳ１０４において取得した、所定時間毎の測定対象の全体構造の各々に基づいて、所定時間毎における測定対象物の変化や歪みなどの状態変化量を算出し、出力部９０に出力して、変形解析処理ルーチンを終了する。
【００４８】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る変形解析装置によれば、所定時間毎に測定された複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値及び回転角度に基づいて、センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の所定時間毎の３次元座標値及び回転角度を補間し、所定時間毎の測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標を演算することによって、測定対象物の変形解析を高精度に行うことができる。
【００４９】
また、立体表面或いは立体内部に３次元位置情報を取得するセンサ１０Ａ〜１０Ｉを設置することにより３次元位置情報を取得していることから、測定対象物にねじれが生じた場合においても高精度な測定が可能となる。
【００５０】
また、センサ１０Ａ〜１０Ｉの各々は、例えばＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）による３軸加速度センサ、３軸角加速度センサ、及び３軸地磁気センサなどの任意の組み合わせから成るものであり、これらのセンサを測定対象物の所定位置に離散設置し、測定対象物の変形と歪みなどの状態を算出することができる。
【００５１】
また、センサ間の補間位置の各々における３次元座標値及び回転角度が補間されることから、センサの設置数に対してより高精度な測定を行うことができる。
【００５２】
また、測定に際して、センサが視覚情報を必要としないことから、測定対象物の測定面が他の物体面と接触している場合や測定対象物が他の物体内部にある場合においても測定が可能である。
【００５３】
また、図８に示す、形状が既知の半円柱の全体形状を構築した例と、図９に示す、第１の実施の形態に係る変形解析装置を用いて、ラップベルト経路のダミー腹部面形状への影響を測定した結果についてみると、図８及び図９に示すように、ベルト経路の違いによる、腹部面の形状変化が測定できており、この結果から、従来、測定・評価が困難であったサブマリン現象の受傷メカニズム解析に取り組むことができる。
【００５４】
また、人体の腹部に外力が作用した際には、変形量や変形速度によっては傷害が発生する可能性があるが、これらの算出量を用いることにより、保護装置の性能評価での活用が期待できる。また、所定点の３次元座標情報を用いて歪みや応力を算出することもでき、当該値を用いた評価も行うことができる。
【００５５】
また、従来は、人体有限要素モデルを用いた計算機による評価に限定されていた腹部の３次元変形や歪み及び応力の時間変化を、実験測定で得ることが可能となりこれまでは、加速度や角速度などの評価指標が用いられていた実機での実験評価を高精度にできる。
【００５６】
ここで、センサの外形上Ｌの取り付けへの影響について、図１０を用いて説明する。測定対象物の測定面は、例えば、図１０（ａ）に示すような対象物の変形状況によってＲ１、Ｒ２及びＲ３のように変化する。一方、Ｌは一定であるため、図１０（ｂ）に示すようにＬに対してＲが大きい場合は、センサが測定面で振動した際の傾斜角はθ１となる。これに対して、図１０（ｃ）に示すようにＬに対してＲが小さい場合は、傾斜角はθ２となる。実際の測定の際には、センサの測定面に対する接触角が振動変化するが、（ｃ）の場合は、（ｂ）に対して、θ１＜θ２であることから、センサ位置情報における角度の変動量が大きくなり、全体形状が大きく変化することに繋がる。一方、ＬがＲに対して極端に大きな場合は、Ｒの変化を適切に測定出来ない場合がある。よって、全体形状変化を所定値以下にし、Ｒ変化を感度よく測定するためには、ＬをＲの大きさによって適切に設定する必要がある。第１の実施の形態では、試行検討によりＬの大きさの比をＲの０．３〜０．１とした。
【００５７】
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。
【００５８】
例えば、第１の実施の形態において、センサの３次元座標値及び回転角度を、センサの加速度及び角速度から求める場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、センサとして、重力ベクトルを検出することができるセンサ、又は地磁気を検出することができるセンサを用いて、センサの３次元座標値及び回転角度を求めてもよい。
【００５９】
また、第１の実施の形態において、センサの各々を結合体によって結合し格子状に設置する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、センサの各々を個々に設置してもよいし、格子状以外の別の形状を形成するように連結して設置してもよい。
【００６０】
次に、第２の実施の形態に係る変形解析装置について説明する。
【００６１】
第２の実施の形態においては、測定対象物の形状変化により変化したセンサ間の相対距離Ｌを推定する点が第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態に係る変形解析装置と同様の構成及び作用については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６２】
＜第２の実施の形態に係る変形解析装置の構成＞
まず、本発明の第２の実施の形態に係る変形解析装置の構成について説明する。図１１に示すように、本発明の実施の形態に係る変形解析装置２００は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、後述する変形解析処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したＲＯＭと、を含むコンピュータで構成することが出来る。この変形解析装置１００は、機能的には図１１に示すようにセンサ１０Ａ〜１０Ｉと、入力部１８と、演算部２２０と、出力部９０とを備えている。
【００６３】
センサ１０Ａ〜１０Ｉの各々は、測定対象物である衝突実験ダミーにおける腹部表面に格子状に設置されている。センサ１０Ａ〜１０Ｉの各々は、変形可能であり、かつ、伸縮可能な結合体によって結合されている。また、隣接して設置されているセンサ間の、変形形状に沿った相対距離Ｌは、測定対象物の変形により伸縮するものとする。なお、第２の実施の形態に係る測定対象物は、柔軟体である。
【００６４】
演算部２２０は、位置情報補間部２２２と、距離推定部２２３と、座標変換部２２４と、状態演算部２６と、を含んで構成されている。図３に、演算部２２０のハードウェア構成の例を示す。位置情報補間部２２２及び距離推定部２２３の処理は、位置情報補間ＰＣ３によって実現され、座標変換部２２４の処理は、座標変換ＰＣ４によって実現され、状態演算部２６の処理は、状態演算ＰＣ５によって実現される。
【００６５】
入力部１８は、所定時間毎に受け付けたセンサ１０Ａ〜１０Ｉの各々の３次元位置情報を受け付け、メモリ（図示省略）に記憶する。
【００６６】
位置情報補間部２２２は、所定時間毎に、メモリ（図示省略）に記憶されている、センサ１０Ａ〜１０Ｉの各々の３次元位置情報と、センサ間の各々の相対距離Ｌとに基づいて、第１の実施の形態における位置情報補間部２２と同様に、センサ間の各々について、センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の３次元位置情報を算出し、距離推定部２２３及び座標変換部２２４に出力する。また、後述する距離推定部２２３において推定された、所定時間毎の、センサ間の各々について推定されたセンサ間の相対距離Ｌを座標変換部２２４に出力する。
【００６７】
距離推定部２２３は、所定時間毎に、メモリ（図示省略）に記憶されているセンサ間の各々の相対距離Ｌと、位置情報補間部２２２により入力されるセンサ間の各々についての、当該センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の３次元位置情報と、に基づいて、測定対象物の変形により変化するセンサ間の各々の相対距離Ｌを推定する。
【００６８】
＜センサ間の相対距離Ｌの推定の原理＞
センサ間の相対距離Ｌの推定の原理について説明する。以下、具体的に、上記図４に示すように、薄板柔軟体にセンサｎとセンサｍが設置された構成を例に説明する。
【００６９】
上記図４に示すように、薄板柔軟体にセンサｎとセンサｍが設置された構成を例に説明する。初期状態のセンサｎ−ｍ間の相対距離をＬとし、各センサのワールド座標系軸における各軸周りの回転角度をα、β及びθとする。α、β及びθはセンサの姿勢を表す。また、センサｎとセンサｍの姿勢は、上記図５に示すようにセンサ間の相対距離Ｌに対して、連続して変化すると仮定する。このような仮定は、例えば、上記図４に示すような板状の変形体を曲げたり、捩じった際に見られる形状変化からも妥当である。
【００７０】
ここで、簡単のため、上記図６に示すように軸回転がβのみの場合を考える。この場合の柔軟体の変形は上記図４のｘ−ｚ平面上となる。センサｎとセンサｍの座標系の原点をそれぞれＯｎとＯｍとし、Ｌを任意のＫ等分した際の単位長さをｄＬとする。ｙ軸の回転角がβであるから、区間[ｋｉ，ｋｉ＋１]におけるｘ座標とｚ座標はそれぞれ、下記（２）式及び（３）式となる。
【００７１】
【数３】
0006020500.tif 000004
【００７２】
但し、
【００７３】
【数４】
0006020500.tif 000005
【００７４】
である。
【００７５】
よって、センサ間の相対距離Ｌを用いて、センサｎで測定したβ及び補間されたβを基に、上記（２）式及び（３）式を用いてＯｎに対するＯｍの位置を求めることができる。なお、β以外の軸が回転変化する３次元変形の場合も同様の考え方に基づき、α、及びθの各々を基に上記（２）式及び（３）式を用いてＯｎに対するＯｍの位置を求める。すなわち、上記図５に示すようなセンサｎとセンサｍの姿勢がセンサ間の相対距離Ｌに対して、連続して変化する場合は、上記のｄＬごとに設定する座標系に対して、同次変換行列を用いた３次元座標変換を繰り返し行うことにより求めることができる。
【００７６】
ここで、測定対象物の形状変化によりセンサ間の相対距離Ｌが変化する場合について考える。センサ間の相対距離Ｌの初期の長さＬ０が得られる測定対象物の形状を図６のｂ状態とし、センサ間の相対距離ＬがδＬだけ長くなった状態をｃ、δＬだけ短くなった状態をａとする。ｃの状態においては、センサ間の相対距離Ｌが初期の長さＬ０からＬ０＋δＬとなったことにより、ワールド座標系軸におけるＯｍの３次元座標値が変化する。このため、センサ間の相対距離の初期の長さＬ０を用いて上記（２）式及び（３）式から形状（Ｏｍのワールド座標系軸における３次元座標値）を算出すると、＋δＬに応じた誤差が生じる。同様に、センサ間の相対距離が初期の長さＬ０からＬ０−δＬになった場合もＯｍの３次元座標値が変化し、−δＬに応じた誤差が生じる。これらの誤差を生じさせないためには、δＬを求めてＬを補正する必要がある。
【００７７】
具体的には、変化量δＬは、ワールド座標系軸における変位量である変位δｘ、δｙ及びδｚとして取得される。δｘ、δｙ及びδｚを求める方法としては、センサｍで計測された変位と回転角との変化量から算出できる。例えば、変位量、加速度センサの並進加速度を回転角で補正した各輪成分を積分して求めることができる。なお、これらは一般の物理変換による。すなわち、センサｍによって測定されたＯｍ座標のワールド座標系軸における座標値Ｈ（ｘ，ｙ，ｚ）を、Ｈ´（ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ，ｚ＋δｚ）として取得する。なお、Ｏｎはワールド座標系の原点とし、その位置は移動しないものとして説明する。また、第２の実施の形態において、Ｈ´は入力部１８において受け付けたセンサ各々の３次元位置情報のうちの３次元座標値を用いる。
【００７８】
次に、センサｎのＯｎ座標を起点として、上記（２）式、及び（３）式に従って、センサＯｍのワールド座標系軸における３次元座標値Ｒ（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）を算出する。この時点では、一時刻前の処理に用いたセンサｎ−ｍ間の相対距離Ｌ又は初期長を用いて算出を行う。そして、算出の結果得られたセンサＯｍのワールド座標系軸における３次元座標値Ｒ（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）を、上記で取得したワールド座標系軸における３次元座標値Ｈ´（ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ，ｚ＋δｚ）と比較する。比較の結果、両者の差が所定誤差内（例えば図６中破線内）であれば、一時刻前の処理に用いたセンサｎ−ｍ間の相対距離Ｌ又は初期長を、センサ間の相対距離Ｌとして推定し、メモリ（図示省略）に記憶する。なお、上記（２）式、及び（３）式で用いるセンサ間の相対距離Ｌ又は初期長が候補値の一例である。
【００７９】
一方、両者の差が所定誤差より大きければ、距離推定部２２３において、センサ間の相対距離Ｌを補正する。例えば、ｘｃ＜ｘ＋δｘの場合は、図６のｃの状態であることからセンサ間の相対距離Ｌを大きくする。また、ｘｃ＞ｘ＋δｘの場合は、図６のａの状態であることからセンサ間の相対距離Ｌを小さくする。このように、センサ間の相対距離Ｌを変更しながら、両者の差が所定誤差になるまで上記のセンサ間の相対距離Ｌの補正処理と、３次元座標値Ｒの算出と、３次元座標値Ｈ´と３次元座標値Ｒとの比較の処理とを繰り返し、収束計算を行う。収束計算では、相対距離Ｌへの補正量によって収束状況が変化するが、この補正量は、一定値であっても、両者の差に応じて変更してもよい。
【００８０】
座標変換部２２４は、位置情報補間部２２２により入力される、所定時間毎の、センサ１０Ａ〜１０Ｉの各々の３次元位置情報と、隣接して設置されているセンサ間の各々についての当該センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の所定時間毎の３次元位置情報と、距離推定部２２３において推定された所定時間毎の各センサ間の相対距離Ｌとに基づいて、所定時間毎の測定対象物の全体形状を表す各位置の３次元座標値を演算して、所定時間毎の全体形状を構築しメモリ（図示省略）に記憶する。そして、所定時間毎に構築した測定対象物の全体形状を状態演算部２６に出力する。
【００８１】
＜第２の実施の形態に係る変形解析装置の作用＞
次に、第２の実施の形態に係る変形解析装置２００の作用について説明する。まず、初期状態から所定時間毎に、センサ１０Ａ〜１０Ｉの各々が、当該センサの３次元位置情報を測定して入力部１８に出力しているときに、オペレータが測定開始スイッチをオンにすると、変形解析装置２００は、所定時間毎のセンサ１０Ａ〜１０Ｉの各々の３次元位置情報を、入力部１８により受け付けて、メモリに格納する。そして、測定期間が終了すると、変形解析装置２００によって、図１２に示す変形解析処理ルーチンが実行される。なお、処理対象となる時刻は、時系列順に選択される。
【００８２】
ステップＳ２００では、メモリ（図示省略）に記憶されている前回の処理において決定された又は予め定められた、センサ間の各々の相対距離Ｌ又は初期長を読み込む。
【００８３】
ステップＳ２０１では、入力部１８において受け付けた、処理対象となる時刻における、センサ１０Ａ〜１０Ｉの各々の３次元位置情報と、ステップＳ２００において取得した隣接するセンサ間の各々の相対距離Ｌとに基づいて、隣接するセンサ間の各々について、上記（１）式に従って、当該センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の３次元位置情報を算出する。
【００８４】
ステップＳ２０２では、処理対象となる所定時刻の、処理対象となるセンサ間について、入力部１８において受け付けたセンサ間の一方のセンサのワールド座標系軸の３次元座標値を３次元座標値Ｈ´とする。
【００８５】
次に、ステップＳ２０４では、処理対象となる所定時刻の、処理対象となるセンサ間について、入力部１８において受け付けたセンサ間に含まれるセンサの各々の３次元位置情報と、ステップＳ２００において取得した当該センサ間の相対距離Ｌ又は、ステップＳ２０８において補正された当該センサ間の相対距離Ｌとに基づいて、上記（２）式及び（３）式に従って、センサ間の他方のセンサのワールド座標系軸の３次元座標値を基点として、一方のセンサのワールド座標系軸の３次元座標値Ｒを算出する。
【００８６】
次に、ステップＳ２０６では、処理対象となるセンサ間について、ステップＳ２０２において取得したワールド座標系軸における３次元座標値Ｈ´と、ステップＳ２０４において取得したワールド座標系軸における３次元座標値Ｒとの差分が、予め定められた所定の誤差であるか否かを判定する。予め定められた所定の誤差である場合には、センサ間の相対距離Ｌを確定し、メモリ（図示省略）に記憶して、ステップＳ２１０へ移行する。予め定められた所定の誤差で無い場合には、ステップＳ２０８へ移行する。
【００８７】
ステップＳ２０８では、上記ステップＳ２０６で得られた差分に基づいて、処理対象となるセンサ間について、当該センサ間の相対距離Ｌを補正して、ステップＳ２０４へ移行する。
【００８８】
ステップＳ２１０では、全てのセンサ間についてステップＳ２０２〜ステップＳ２０６の処理を終了したか否かを判定する。全てのセンサ間についてステップＳ２０２〜ステップＳ２０６の処理を終了している場合には、ステップＳ１０４へ移行し、全てのセンサ間についてステップＳ２０２〜ステップＳ２０６の処理を終了していない場合には、処理対象となるセンサ間を変更してステップＳ２０２へ移行する。
【００８９】
ステップＳ２１２では、処理対象となる所定時刻の、全てのセンサ間について処理を終了したか否かを判定する。全てのセンサ間について処理を終了している場合には、ステップＳ１０８へ移行し、全てのセンサ間について処理を終了していない場合には、処理対象となるセンサ間を変更してステップＳ２００へ移行する。
【００９０】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る変形解析装置によれば、所定時間毎に測定された複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値及び回転角度に基づいて、センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の所定時間毎の３次元座標値及び回転角度を補間し、センサ間の各々の相対距離Ｌを推定し、所定時間毎の測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標を演算することによって、測定対象物の変化により、測定対象物の表面に伸びがあった場合においても測定対象物の変形解析を高精度に行うことができる。
【００９１】
また、センサ間の相対距離Ｌを推定することから、測定対象物が微小な場合や測定を行うための空間が狭い場合においても高精度な測定が可能となる。
【００９２】
また、センサ間の相対距離Ｌを推定することから、測定対象物が柔軟体であり、測定面に伸びや縮みが生じる場合においても、相対距離Ｌの変化量を推定し、変化量に応じて変形形状を補正算出することができ、変形形状の算出誤差を大幅に低減することができる。
【００９３】
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。
【００９４】
例えば、第２の実施の形態においては、上記（１）〜（３）式に基づいて、変形形状を算出したが、これに限定されるものではなく、図１３に示すように計算モデルを用いた処理により変形形状を算出してもよい。具体的には、加速度と角速度を用いて予め定義されている計算モデルを用いて、センサの各々の加速度及び角速度に基づいて、センサ間の相対距離Ｌを推定する。計算モデルでは、所定の長さｄＬの弾性部と屈曲部が対になっており、所定の弾性特性と屈曲特性を与えている。センサ間の両端に位置するセンサの各々の３次元座標値が与えられると、各部で弾性変形と屈曲変形が生じ安定形状に収束する。収束時の弾性部の変形量ｄＬ´と初期値ｄＬの差が所定値以内で無い場合は、Ｌの長さが初期長から変化したことになる。よって、弾性部の長さｄＬを変化量に応じて変更する。計算モデルを用いた方法では、一度安定形状に収束すれば、Ｌの長さの変更量Σ（ｄＬ´−ｄＬ）が得られることから、比較的見通しが良い補正を行うことができる。なお、計算モデルを用いる場合には、センサ１０Ａ〜１０Ｉの各々から、ディジタル変換された加速度も入力部１８において受け付けるものとする。
【００９５】
また、第２の実施の形態においては、δＬを求める方法としては、センサで測定した加速度を積分する方法を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、センサｎとセンサｍの間に光や歪みなどを利用した変位形を設置する方法や、カメラなどを設置し、得られた映像からδＬを求めてもよい。また、この他にも、磁気や超音波などを用いてδＬ測定してもよい。
【００９６】
次に、第３の実施の形態に係る変形解析装置について説明する。
【００９７】
第３の実施の形態に係る変形解析装置においては、測定対象物が平板体で、測定面に伸びが生じ、センサの取り付け形態が測定対象物に直接取り付ける形態である点が第１及び第２の実施の形態と異なる。なお、第１及び第２の実施の形態に係る変形解析装置と同様の構成及び作用については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００９８】
測定対象物が柔軟で伸長が生じるとセンサ間の相対距離Ｌが変化する。図１４は、測定対象物の形状、伸長特性およびセンサの測定対象物への取り付け方法の組み合わせを示すものであり、８種類の組み合わせがある。
【００９９】
これらの組み合わせにより、センサ間の相対距離Ｌを補正するか否かが異なる。このうち、測定面に伸びが無い、或いは測定対象物の変形に対して測定面の伸びが極小の場合にはセンサ間の相対距離Ｌの補正は行わない。このため、センサ間の相対距離Ｌの補正を行う場合の組み合わせは、図１４においては、４種類となる。なお、測定対象物の変形に対して測定面の伸びが微小な例を図１５に示す。外力が測定対象物に作用し、図１５（ａ）の変形前の形状から、図１５（ｂ）の変形後の形状に変化する。このような変形において、例えば、測定対象物が紙やラミネートフィルムなどである場合は、センサ間の相対距離Ｌの変化は微小であり、測定対象物の変化量に対し無視することができる。
【０１００】
第３の実施の形態においては、測定対象物が平板体で、測定面に伸びが生じ、取り付け形態が直接の場合について説明する。
【０１０１】
＜第３の実施の形態に係る変形解析装置の構成＞
まず、本発明の第３の実施の形態に係る変形解析装置の構成について説明する。図１６に示すように、本発明の実施の形態に係る変形解析装置３００は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、後述する変形解析処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したＲＯＭと、を含むコンピュータで構成することが出来る。この変形解析装置３００は、機能的には図１６に示すようにセンサ１０Ａ〜１０Ｉと、入力部１８と、演算部３２０と、出力部９０とを備えている。
【０１０２】
センサ１０Ａ〜１０Ｉの各々は、測定対象物である平板体に格子状に設置されている。また、隣接して設置されているセンサ間の、変形形状に沿った相対距離Ｌは、測定対象物の変形により伸縮するものとする。なお、第３の実施の形態に係る測定対象物は、柔軟体である。
【０１０３】
演算部３２０は、位置情報補間部３２２と、距離推定部３２３と、座標変換部２２４と、状態演算部２６と、を含んで構成されている。
【０１０４】
位置情報補間部３２２は、所定時間毎に、メモリ（図示省略）に記憶されている、センサ１０Ａ〜１０Ｉの各々の３次元位置情報と、センサ間の各々の相対距離Ｌとに基づいて、第１の実施の形態における位置情報補間部２２と同様に、センサ間の各々について、センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の３次元位置情報を算出し、座標変換部２２４に出力する。また、後述する距離推定部３２３において推定された、所定時間毎の、センサ間の各々について推定されたセンサ間の相対距離Ｌを座標変換部２２４に出力する。
【０１０５】
距離推定部３２３は、所定時間毎に、メモリ（図示省略）に記憶されているセンサ間の各々の相対距離Ｌと、入力部１８において受け付けた所定時間毎のセンサ１０Ａ〜１０Ｉの各々の３次元位置情報のうちの回転角度θとに基づいて、測定対象物の変形により変化するセンサ間の各々の相対距離Ｌを推定し、位置情報補間部３２２に出力する。なお、測定対象物の延長線上の線分と直交する軸のうち表面上の軸との回転角度をθとする。
【０１０６】
＜センサ間の距離Ｌの推定の原理＞
平板体において変形に伴い表面に伸びが生じる場合は、センサの間隔が平板体の変形に応じて変化する。例えば、図１７に示すようにセンサＢの中心軸に対して平板を凸変形させた際にセンサ外表上面に取り付けたセンサＡ、Ｃは、Ａ´、Ｃ´へと位置が変化する。このため、センサ間の相対距離ＬＡＢとＬＢＣは、ΔＬＡＢ＝２πＲＡ´・（θＡ／３６０）−ＬＡＢ及びΔＬＢＣ＝２πＲＢ´・（θＣ／３６０）−ＬＢＣだけ長さが長くなる。一方、センサ外表下面においては、ΔＬＡＢ＝２πＲＡ´´・（θＡ／３６０）−ＬＡＢ及びΔＬＢＣ＝２πＲＢ´´・（θＣ／３６０）−ＬＢＣだけ短くなる。
【０１０７】
上述のように平板変形に伴うセンサ間の相対距離Ｌの変化について、回転角度θを基に算出して補正を行う。
【０１０８】
＜第３の実施の形態に係る変形解析装置の作用＞
次に、第３の実施の形態に係る変形解析装置３００の作用について説明する。まず、初期状態から所定時間毎に、センサ１０Ａ〜１０Ｉの各々が、当該センサの３次元位置情報を測定して入力部１８に出力しているときに、オペレータが測定開始スイッチをオンにすると、変形解析装置３００は、所定時間毎のセンサ１０Ａ〜１０Ｉの各々の３次元位置情報を、入力部１８により受け付けて、メモリに格納する。そして、測定期間が終了すると、変形解析装置３００によって、図１８に示す変形解析処理ルーチンが実行される。なお、処理対象となる時刻は、時系列順に選択される。
【０１０９】
ステップＳ３００では、ステップＳ２００において取得した、センサ間の各々の相対距離Ｌ又は初期長と、入力部１８において受け付けた処理対象の所定時刻におけるセンサ１０Ａ〜１０Ｉの各々の３次元位置情報のうちの回転角度θとに基づいて、処理対象となるセンサ間の相対距離Ｌを推定する。
【０１１０】
以上説明したように、本発明の第３の実施の形態に係る変形解析装置によれば、所定時間毎に測定された複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値及び回転角度に基づいて、センサ間を結ぶ線分上の各補間位置の所定時間毎の３次元座標値及び回転角度を補間し、センサ間の各々の相対距離Ｌを推定し、所定時間毎の測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標を演算することによって、測定対象物の変化により、測定対象物の表面に伸びがあった場合においても測定対象物の変形解析を高精度に行うことができる。
【０１１１】
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。
【０１１２】
例えば、第３の実施の形態においては、センサの回転角度θに基づいて、センサ間の相対距離Ｌを推定したが、これに限定されるものではない。センサ外表上面と下面との間には、平板変形において長さが変化しない中立面が厚みｔ間にある。中立面の位置は、例えば、曲げ半径ＲＡ、ＲＢが５ｔ以上では、ｔのほぼ１／２の位置にあり、５ｔより小さくなるとｔが小さくなることによって中立面は下面側へ移動する。中立面の半径をＲとすれば、一般に次の式から中立面の位置を算出することが出来る。Ｐ−Ｒ＝０．５ｔ（Ｒ≧５ｔ）、Ｐ−Ｒ＝（０．２５〜０．４）ｔ（Ｒ＜５ｔ）。このため、平板における変形では、センサで算出する形状変化を中立面の変形と考え、センサ間の相対距離Ｌの推定を行わなくてもよい。
【０１１３】
また、測定対象の回転角度θによって測定対象物の変形量を推定してセンサ間の相対距離Ｌの推定を行う方法の他に、測定対象面に対する垂直方向の回転角を用いて、測定体の変形状態を推定することもできる。例えば、図１９に示すようなセンサ配置においては、各センサで測定された３次元座標値と回転角度とを用いて、センサの３次元座標値における移動距離を求め、求めた３次元座標値における各センサを結合することにより、全体形状を構築してもよい。
【０１１４】
次に、第４の実施の形態に係る変形解析装置について説明する。
【０１１５】
第４の実施の形態においては、測定対象物が平板体で、測定面に伸びが生じ、センサの取り付け形態が測定対象物に間接的に取り付ける点が第１〜３の実施の形態と異なる。なお、第１〜３の実施の形態に係る変形解析装置と同様の構成及び作用については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１１６】
＜第４の実施の形態に係る変形解析装置の構成＞
センサ１０Ａ〜１０Ｉは、図２０に示すようにセンサの各々を薄板に取り付けた後、薄板の各々を測定対象物である平板体に取り付けることにより、測定対象物にセンサの各々を設置する。薄板の取り付け方法として、接着剤や固定ピンなどを用いて薄板の一部を測定対象物に固定する方法を用いる。
【０１１７】
以上説明したように、本発明の第４の実施の形態に係る変形解析装置２００によれば、センサ１０Ａ〜１０Ｉの各々を薄板を用いて測定対象物に取り付けることにより、測定対象物の取り付け面が変形した場合においても、薄板が取り付け面を相対移動することから、取り付け面の伸びの影響を取り除くことができる。
【０１１８】
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。
【０１１９】
例えば、第４の実施の形態において、センサ１０Ａ〜１０Ｉの各々を薄板を用いて測定対象物に取り付ける場合について説明したが、これに限定されるものではない。測定対象物の変形形態が一様でない場合は、薄板が測定対象物の取り付け面に十分密接しない場合があるため、当該場合においては、薄板全体を測定対象物に可動可能に取り付けてもよい。例えば、図２１に示すように薄板をまたぐような部材を取り付け面に設置して密接させてもよい。また、薄板を密接させるための部材としては、図２２に示すようなアーム形の部材や薄板に長穴を開けてピンを設置してもよい。また、薄板全体を低摩擦の柔軟部材で覆って、柔軟部材を測定面に固定してもよい。低摩擦の柔軟部材としては、例えば、テフロン（登録商標）膜のようなものがあり、測定対象物の変形に伴う形状変化に対して、滑らかに薄板を相対移動させることが可能となる。
【０１２０】
次に、第５の実施の形態に係る変形解析装置について説明する。
【０１２１】
第５の実施の形態に係る変形解析装置においては、測定対象物が立法体で、測定面に伸びが生じ、センサの取り付け形態が測定対象物に直接に取り付ける形態である点が第１〜４の実施の形態と異なる。なお、第１〜４の実施の形態に係る変形解析装置と同様の構成及び作用については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１２２】
＜第５の実施の形態に係る変形解析装置の構成＞
センサ１０Ａ〜１０Ｉの各々は、測定対象物である立方体の一面に格子状に設置されている。また、隣接して設置されているセンサ間の、変形形状に沿った相対距離Ｌは、測定対象物の変形により伸縮するものとする。
【０１２３】
距離推定部３２３は、局部的に測定対象物の変形が起きる場合には、図２３に示すように既知の形状体を立方体に圧接させ、その際に得られるセンサ信号からの形状構築結果を基にセンサ間の相対距離Ｌを推定する。既知の形状体として、複数の形状のものを用いて形状構築を行うことにより、推定精度を向上させることが可能となる。
【０１２４】
以上説明したように、本発明の第５の実施の形態に係る変形解析装置２００によれば、測定対象物が局部的に変形した場合においても、精度良くセンサ間の相対距離Ｌを推定することができる。
【０１２５】
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。
【０１２６】
例えば、第５の実施の形態において、センサ間の相対距離Ｌを、既知の形状体を立方体に圧接させ、その際に得られるセンサ信号からの形状構築結果を基にセンサ間の相対距離Ｌを推定する場合について説明したがこれに限定されるものではなく、測定対象物が立方体においても、測定対象物が平板体の場合と同様に、測定対象物の全体形状が変形する場合は、曲げ半径Ｒを基に表面の収縮を回転角度から求めてセンサ間の相対距離Ｌを推定してもよい。また、センサの各々で測定した加速度、速度、変位、角速度及び回転角などの情報を図２４に示すような計算モデルに入力することにより、立方体の変形収縮に対応した変形形状を求めることができる。計算モデルで形状構築を行う際には初期形状が必要となる。初期形状の構築には、図２５に示すように重力加速度を用いることができ、立方体の変形後の形状に関しても同様に重力加速度を用いて構築することができる。従って、立方体の変形後の形状について、計算モデルでの計算構築結果と、重力加速度により構築結果を比較することにより、計算モデルによる予測結果の精度を評価することができる。両者の間に差がある場合は、計算モデルを修正することに予測精度を改善することができる。また、立方体の種々の変形形態に対して、同様の比較修正を行うことにより、より一層、形状予測精度の向上が可能となる。
【０１２７】
次に、第６の実施の形態に係る変形解析装置について説明する。
【０１２８】
第６の実施の形態においては、測定対象物が立法体で、測定面に伸びが生じ、センサの取り付け形態が測定対象物に間接的に取り付ける形態である点が第１〜５の実施の形態と異なる。なお、第１〜５の実施の形態に係る変形解析装置と同様の構成及び作用については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１２９】
＜第６の実施の形態に係る変形解析装置の構成＞
センサ１０Ａ〜１０Ｉの各々は、センサの各々を薄板に取り付け、当該薄板を測定対象である立方体の一面に取り付ける。
【０１３０】
距離推定部３２３は、図２６の例に示すように、立方体の中心など変形が生じない部分に設けた座標に対しての相対位置から、各面のセンサ１０Ａ〜１０Ｉの各々の相対距離Ｌを推定する。また、各面の隣接するセンサ間の変形による位置変化は微小であることから、各面の端部にあるセンサの相対位置を一定とする。
【０１３１】
以上説明したように、本発明の第６の実施の形態に係る変形解析装置２００によれば、各面の端部にあるセンサの相対位置を一定とすることにより、測定対象物の全体形状構築の精度を高めることができる。
【０１３２】
次に、第７の実施の形態に係る変形解析装置について説明する。
【０１３３】
第７の実施の形態においては、測定対象物が衝突実験ダミーの脊柱である点が第１〜６の実施の形態と異なる。なお、第１〜６の実施の形態に係る変形解析装置と同様の構成及び作用については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１３４】
測定対象物であるダミー脊柱は、従来は図２７（ａ）に示すように鋼柱やゴムで構成されていたが、第７の実施の形態では、生体類似度を向上させるため、図２７（ｂ）に示すように人体の脊柱と同様に椎骨に対応するブロックを積み上げ、前後の変形を可能としたダミー脊柱を、測定対象物とする。更に、図２８に示すように前後左右を含めた３次元変形が可能な脊柱を、測定対象物としてもよい。
【０１３５】
ダミーの脊柱は外皮に覆われているため、通常は外部から観察することが困難である。また、乗員ダミーにおいては、シートバックに背中部が接触するため、脊柱近傍の外皮を観察することも困難である。このため、衝突時の脊柱の変形状況を把握することが困難であった。これにより、シートベルトやエアバッグなどの保護装置の保護性能評価やシート特性の評価が十分に行えないといった課題があった。
【０１３６】
＜第７の実施の形態に係る変形解析装置の構成＞
センサ１０は、図２９に示すようにダミー脊柱のブロックに設置される。なお、センサ１０の数はダミー脊柱のブロックの数だけ存在するものとする。また、各ブロック間は、ジョイントで接合されており、ブロック間の相対距離が一定である。
【０１３７】
以上説明したように、本発明の第７の実施の形態に係る変形解析装置２００によれば、センサの各々をダミー脊柱のブロック毎に設置することにより、各ブロックの３次元座標値を得ることができ、ブロック座標系の３軸周りの回転角度を測定することにより、脊柱の変形時間履歴を得ることができる。
【０１３８】
また、変形形状の算出方法は第１及び第２の実施の形態と同様であり、図２９中に示すような３次元座標値の時系列情報が得られる。このような情報は、従来得ることが困難であったが、第７の実施の形態に係る変形解析装置を用いることにより得ることが可能となる。これにより、脊柱変形情報を用いて、これまで評価が困難であったシートベルトやエアバッグなどの保護装置の保護性能評価やシート特性評価を高い精度で行うことができる。
【０１３９】
次に、第８の実施の形態に係る変形解析装置について説明する。
【０１４０】
第８の実施の形態においては、測定対象物が弾性立方体である点が第１〜７の実施の形態と異なる。なお、第１〜７の実施の形態に係る変形解析装置と同様の構成及び作用については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１４１】
＜第８の実施の形態に係る変形解析装置の構成＞
センサ１０Ａ〜１０Ｈは、測定対象物である弾性立方体の８つの頂点に設置されている。なお、弾性立方体には、衝突実験用ダミーの腹部等も含まれる。
【０１４２】
以上説明したように、本発明の第８の実施の形態に係る変形解析装置２００によれば、センサの各々を測定対象物である弾性立方体の８つの頂点の各々に設置することにより、図３０に示すような測定対象物である弾性立法体の変形状況を、頂点の３次元座標値から求めることができることから、弾性立方体の変形履歴を得ることができる。また、立方体の体積変化や立方体内部の歪みを求めることもできる。当該計算処理は、有限要素法のソリッド要素での処理と類似した処理方法で行う。
【０１４３】
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。
【０１４４】
例えば、第８の実施の形態において、測定対象物を単一立方体である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、測定対象物を、単一立方体を組み合わせることにより、図３１(ａ)に示すような衝突実験ダミー腹部の複雑形状としてもよい。このような構成は、図３１(ｂ)に示す人体有限要素モデルのメッシュ構成に類似したものであり、得られる変形解析情報に関しても変形や歪みなど類似した情報が得ることができる。
【０１４５】
次に、第９の実施の形態に係る変形解析装置について説明する。
【０１４６】
第９の実施の形態においては、図３２に示すように、変形解析装置をヒューマンインターフェイスとして用い、変形解析装置をアームレストに設置した点が第１〜８の実施の形態と異なる。なお、第１〜８の実施の形態に係る変形解析装置と同様の構成及び作用については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１４７】
変形解析装置２００は、図３３に示すようにアームレストに設置されており、測定対象物であるアームレストの変形の状態変化量を、出力部９０から、車両の制御を行う制御装置（図示省略）に出力する。
【０１４８】
制御装置は、変形解析装置２００から入力される、状態変化量に基づいて、車両の制御を行う。具体的に図３３の例で示すと、状態変化量に応じて制御装置は（ａ）エアコン制御（ｂ）パワーウインド制御（ｃ）オーディオ制御（ｄ）照明制御の４つの制御を行う。例えば、右手前を変形させるとエアコン制御モードになり、変形量に応じた温度設定を行う。また、左手前を変形させると（ｂ）パワーウインド制御モードになり、制御モードの切り替えにより、前後左右４枚の窓の開閉と開閉量を制御する。また、右後ろを変形させると（ｃ）オーディオ制御モードとなり、制御モード切替により、ラジオやＤＶＤなど再生機器や音量、選曲などの制御を行う。また、左後ろを変形させると（ｄ）照明制御モードとなり、車室内照明の照度などを制御する。
【０１４９】
以上説明したように、本発明の第９の実施の形態に係る変形解析装置２００によれば、一つのヒューマンインターフェイスとして用いることにより、多くの機能を持たせることができ、更に配置の自由度やインターフェイス形状の自由度等を高くすることができる。
【０１５０】
また、変形解析装置２００において、薄板にセンサを取り付けた状態での使用が可能であることから、特別な取り付け支持部材を必要とせず、取り付け位置の自由度が高いことや車両の軽量化が図れるなど他のインターフェイスと比較して優れた特徴を実現することができる。
【０１５１】
また、変形量や変形モードに応じた処理を割り振ることが出来るので、変形解析装置２００で多くのスイッチの機能を代用できる。
【０１５２】
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。
【０１５３】
例えば、第９の実施の形態において、変形解析装置２００をアームレストに設置する場合について説明したがこれに限定されるものではなく、車両のインパネやシート或いはドア側面などの変形部位に、変形解析装置２００をとりつけることにより、乗員の意図に応じた処理を行うヒューマンインターフェイスとして活用してもよい。
【０１５４】
次に、第１０の実施の形態に係る変形解析装置について説明する。
【０１５５】
第１０の実施の形態では、変形解析装置をシートクッションやシートバックに組み入れている点が第１〜９の実施の形態と異なる。なお、第１〜９の実施の形態に係る変形解析装置と同様の構成及び作用については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１５６】
変形解析装置２００は、車両のシートクッション（図示省略）及びシートバック（図示省略）に組み込まれて設置されており、測定対象物であるシートクッション及びシートバックの状態変化量を出力部９０から、車両の制御を行う制御装置（図示省略）に出力する。
【０１５７】
制御装置は、変形解析装置２００から入力される測定対象物の状態変化量に基づいて、空調の調整を行う。
【０１５８】
以上説明したように、本発明の第１０の実施の形態に係る変形解析装置２００は、シートクッション及びシートバックの状態変化量に基づいて、走行時の乗員の乗り心地などを評価し、評価結果に基づいて、空調の調整を行うことにより、快適性の向上を図ることができる。
【０１５９】
次に、第１１の実施の形態に係る変形解析装置について説明する。
【０１６０】
第１１の実施の形態においては、図３４に示すように、変形解析装置をバンパー等に設置した点が第１〜１０の実施の形態と異なる。なお、第１〜１０の実施の形態に係る変形解析装置と同様の構成及び作用については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１６１】
変形解析装置２００は、図３４に示すように車両のバンパー部分に組み入れて設置されており、測定対象物であるバンパーの状態変化量を出力部９０から、車両の制御を行う制御装置（図示省略）に出力する。
【０１６２】
制御装置は、変形解析装置２００から入力される測定対象物の状態変化量に基づいて、保護具の制御を行う。
【０１６３】
以上説明したように、本発明の第１１の実施の形態に係る変形解析装置２００は、バンパーの状態変化量に基づいて、衝突した物体の形状を取得し、衝突体の判別を行うことにより、保護具の制御性能を向上させることができる。
【０１６４】
次に、第１２の実施の形態に係る変形解析装置について説明する。
【０１６５】
第１２の実施の形態においては、変形解析装置を車体に設置している点が第１〜１１の実施の形態と異なる。なお、第１〜１１の実施の形態に係る変形解析装置と同様の構成及び作用については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１６６】
変形解析装置２００は、図３５に示すように、衝突判別センサとして車体に設置されており、測定対象物である車体の状態変化量を、車両の制御を行う制御装置（図示省略）に出力する。
【０１６７】
制御装置は、変形解析装置２００から入力される状態変化量に基づいて、車両の制御を行う。具体的には、ドア側面に設置された変形解析装置２００に基づく状態変化量に基づいて、ドアの変形状況に応じて衝突エアバックの展開状況を制御する。また、フード或いはピラーに設置された変形解析装置２００に基づく状態変化量に基づいて、歩行者、自転車乗員用エアバッグの展開制御を行う。
【０１６８】
以上説明したように、本発明の第１２の実施の形態においては、変形解析装置２００によって出力された車体の状態変化量に基づいて、エアバッグの展開制御を行うことができる。
【０１６９】
次に、第１３の実施の形態に係る変形解析装置について説明する。
【０１７０】
第１３の実施の形態においては、変形解析装置をタイヤに設置している点が第１〜１２の実施の形態と異なる。なお、第１〜１２の実施の形態に係る変形解析装置と同様の構成及び作用については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１７１】
変形解析装置２００は、タイヤに組み込まれて設置されており、測定対象物であるタイヤの状態変化量を、車両の制御を行う制御装置（図示省略）に出力する。
【０１７２】
以上説明したように、本発明の第１３の実施の形態においては、変形解析装置２００によって出力されたタイヤの状態変化量に基づいて、車両の走行制御や、タイヤ状態モニタを行うことができる。
【０１７３】
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。
【０１７４】
例えば、第１３の実施の形態において、変形解析装置２００をタイヤに組み込んで設置する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、タイヤ以外の他の車体の部分に変形解析装置２００を設置してもよい。
【０１７５】
次に、第１４の実施の形態に係る変形解析装置について説明する。
【０１７６】
第１４の実施の形態においては、変形解析装置をエアバックに組み入れている点が第１〜１３の実施の形態と異なる。なお、第１〜１３の実施の形態に係る変形解析装置と同様の構成及び作用については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１７７】
変形解析装置２００は、図３６（ａ）に示すように、乗員保護を行うためのエアバッグに組み込まれて設置されており、測定対象物であるエアバックの状態変化量を、車両の制御を行う制御装置（図示省略）に出力する。
【０１７８】
制御装置は、変形解析装置２００から入力される測定対象物の状態変化量に基づいて、エアバッグの展開状況の制御及び、エアバッグ圧力の制御を行う。
【０１７９】
以上説明したように、本発明の第１４の実施の形態では、変形解析装置２００によって出力されたエアバッグの状態変化量に基づいて、エアバッグの展開状況の制御及びエアバッグ圧力の制御を行うことにより、より高い安全性を実現することができる。
【０１８０】
また、エアバッグ保護においては、乗員のエアバッグへの接触状況を判断しながらエアバッグの展開状況を制御することが可能となる。すなわち、従来、圧力で行っていたエアバッグの展開制御を乗員接触時のエアバッグ形状を基に制御することができる。これにより、乗員とエアバッグの接触面積と変形量から最適減衰量が得られるようにエアバッグ圧力を制御することができる。
【０１８１】
次に、第１５の実施の形態に係る変形解析装置について説明する。
【０１８２】
第１５の実施の形態においては、変形解析装置をシートベルトに組み入れている点が第１〜１４の実施の形態と異なる。なお、第１〜１４の実施の形態に係る変形解析装置と同様の構成及び作用については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１８３】
変形解析装置２００は、図３６（ｂ）に示すように、乗員保護を行うためのシートベルトに組み込まれて設置されており、測定対象物であるシートベルトの状態変化量を、車両の制御を行う制御装置（図示省略）に出力する。
【０１８４】
制御装置は、変形解析装置から入力される測定対象物の状態変化量に基づいて、シートベルトの制御を行う。
【０１８５】
以上説明したように、本発明の第１５の実施の形態において、変形解析装置２００によって出力されたシートベルトの状態変化量に基づいて、シートベルトの制御を行うことにより、シートベルトが接している人体胸部や腹部の変形状況を推定し、シートベルトによる保護性能を適切に調整することができる。
【０１８６】
次に、第１６の実施の形態に係る変形解析装置について説明する。
【０１８７】
第１６の実施の形態においては、図３７（ａ）に示すように変形解析装置を車椅子の着座状況用センサとして用いる点が第１〜１５の実施の形態と異なる。なお、第１〜１５の実施の形態に係る変形解析装置と同様の構成及び作用については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１８８】
車椅子の着座状況は、移動時の安全性確保や利用者の快適性向上を図る上で重要である。車椅子には、移動の容易性が求められることから、シートは容易に変形が可能なように作られている。このため、利用時に着座状況を把握するためのセンサとしては、３次元変形が測定可能であり、変形の容易さと小型であることを合わせ持つ必要があり、好適なセンサが無かった。
【０１８９】
変形解析装置２００は、図３７（ａ）に示すように、車椅子に組み込まれて設置されており、測定対象物である車椅子の状態変化量を取得する。
【０１９０】
以上説明したように、本発明の第１６の実施の形態においては、変形解析装置２００によって出力された車椅子の状態変化量に基づいて、車椅子利用時の着座状況を把握することができる。
【０１９１】
また、ヒューマンインターフェイスとして利用者の意図に応じた制御を行うことも可能である。
【０１９２】
次に、第１７の実施の形態に係る変形解析装置について説明する。
【０１９３】
第１７の実施の形態においては、図３７（ｂ）に示すように変形解析装置をベッド変形状況用センサとして用いる点が第１〜１６の実施の形態と異なる。なお、第１〜１６の実施の形態に係る変形解析装置と同様の構成及び作用については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１９４】
医療用ベッドなどにおいては、長時間ベッドで過ごすことによる人体圧迫による弊害が問題となっていた、このため、人体圧迫状況を把握するために圧力センサなどが用いられている。しかし、圧力センサでは、人体圧迫時のベッド変形を把握することが困難である。これは、圧力センサの測定結果がベッド変形と十分に対応していないことによる。
【０１９５】
変形解析装置２００は、図３７（ｂ）に示すように、ベッドに組み込まれて設置されており、測定対象物であるベッドの状態変化量を取得する。
【０１９６】
以上説明したように、本発明の第１７の実施の形態においては、変形解析装置２００によって、ベッド変形の測定が可能であり、人体圧迫による弊害と言った課題に対応することが可能となる。また、利用者の意図に応じた制御を行うヒューマンインターフェイスとして活用することもできる。
【０１９７】
次に、第１８の実施の形態に係る変形解析装置について説明する。
【０１９８】
第１８の実施の形態においては、変形解析装置を医療分野に適用する点が第１〜１７の実施の形態と異なる。なお、第１〜１７の実施の形態に係る変形解析装置と同様の構成及び作用については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１９９】
人体においても図３８に示すように脊柱側弯症や脊柱後弯症など脊柱変形による障害がある。従来これらの診断は、Ｘ線やＭＲＩなどの映像によって行われていたが、動作時の測定が困難であるため、十分な状態把握が困難であり、症状の回復状況を定量的に把握することが困難といった課題があった。
【０２００】
センサ１０の各々は、人体の脊柱の皮膚面に取り付けられている。
【０２０１】
以上説明したように、本発明の第１８の実施の形態に係る変形解析装置２００は、脊柱の皮膚面にセンサを取り付けることにより、種々の動作時の変形状況を把握することができことから、治療を行う上で有益な情報を提供することができるといった優れた効果が得られる。さらに、３次元変形量を数値データとして保存できることから、機能回復の状況を定量的に評価できるといった優れた効果もある。
【０２０２】
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。
【０２０３】
例えば、上記第４の実施の形態〜上記第１８の実施の形態においては、上記第２の実施の形態に係る変形解析装置２００を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、センサ間の相対距離Ｌが固定の場合においては、上記第１の実施の形態に係る変形解析装置１００を用いてもよい。
【符号の説明】
【０２０４】
１０   センサ
１２   加速度センサ
１３   角速度センサ
１４   変換部
１５   処理部
１６   通信部
１８   入力部
２０   演算部
２２   位置情報補間部
２４   座標変換部
２６   状態演算部
９０   出力部
１００ 変形解析装置
２００ 変形解析装置
２２０ 演算部
２２２ 位置情報補間部
２２３ 距離推定部
２２４ 座標変換部
３００ 変形解析装置
３２０ 演算部
３２２ 位置情報補間部
３２３ 距離推定部
【図１】
0006020500.tif 000006
【図７】
0006020500.tif 000007
【図１２】
0006020500.tif 000008
【図１３】
0006020500.tif 000009
【図１４】
0006020500.tif 000010
【図１６】
0006020500.tif 000011
【図１８】
0006020500.tif 000012
【図２７】
0006020500.tif 000013
【図２】
0006020500.tif 000014
【図３】
0006020500.tif 000015
【図４】
0006020500.tif 000016
【図５】
0006020500.tif 000017
【図６】
0006020500.tif 000018
【図８】
0006020500.tif 000019
【図９】
0006020500.tif 000020
【図１０】
0006020500.tif 000021
【図１１】
0006020500.tif 000022
【図１５】
0006020500.tif 000023
【図１７】
0006020500.tif 000024
【図１９】
0006020500.tif 000025
【図２０】
0006020500.tif 000026
【図２１】
0006020500.tif 000027
【図２２】
0006020500.tif 000028
【図２３】
0006020500.tif 000029
【図２４】
0006020500.tif 000030
【図２５】
0006020500.tif 000031
【図２６】
0006020500.tif 000032
【図２８】
0006020500.tif 000033
【図２９】
0006020500.tif 000034
【図３０】
0006020500.tif 000035
【図３１】
0006020500.tif 000036
【図３２】
0006020500.tif 000037
【図３３】
0006020500.tif 000038
【図３４】
0006020500.tif 000039
【図３５】
0006020500.tif 000040
【図３６】
0006020500.tif 000041
【図３７】
0006020500.tif 000042
【図３８】
0006020500.tif 000043
【図３９】
0006020500.tif 000044