(57)【要約】      （修正有）【課題】構造がより簡易であって且つ閾値の調整が容易となるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを備えたスイッチインソールを提供する。【解決手段】硬質板インソールの足裏接地面に複数個のロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを設け、踏み込んだ感覚通りの荷重変化を検出してロボット歩行がより人間の２足歩行に近づけるために、そのフィードバック感覚の間合いを俊敏に検出するために、皮膚表層部の体液（流体）に着目して、その流体を圧縮増幅させて、前記ロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチのＯＮ／ＯＦＦ信号を瞬時に出力する流体圧縮ガイドテーパーとその流体を荷重の増減に応じて圧縮押し出しを繰り返す外側リング圧縮台座と内側円形圧縮台座を設け、底部平板部材の電気接続部と接続遮断を繰り返すことで、ロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを提供する。【選択図】図９
2018011916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
足裏と手からの荷重を検知する薄厚状のロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチであって、足と手から接触する表面及びそれに対向する底面との間に通気可能部材のスペーサーが設けられ、前記、円形状のスペーサーは中心溝空間の導通接続点の溝中心を起点として、同心円状にリング状溝空間と円形状溝空間の複数の組み合わせで構成され、各溝空間は、圧力により前記表面が前記溝空間内にたわむことによって導通する圧力スイッチであり、前記、各溝空間は異なる圧力の閾値で構成され、圧力の小さい及び大きい順番の一定間隔の時間的間合いのＯＮ／ＯＦＦ信号で２足歩行、あるいは指で握る動作を制御することを特徴とするロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチ
【請求項２】
膝関節と足首関節捻じれを検出するためのポイントは短小趾屈筋と小趾外転筋とを結ぶ靭帯領域に２段階以上の圧力の異なる閾値のＳＷ１を設けることで、内また方向に膝足首関節がねじれるとＯＦＦになり、最適な屈曲伸展方向で１段ＳＷがＯＮになり外側方向にねじれの力が加わると２段階のＳＷがＯＮになることで、前記、膝関節と足首関節捻じれを検出できることを特徴とする筋肉と靭帯の動きの身体メカニズムを利用したアルゴリズム
【請求項３】
左右の足圧動揺を検出するための前記、ＳＷを複数個所に配置し、重心動揺長さと重心動揺面積と重心動揺半径と動揺速度の数値算出し、前記、重心動揺面積と重心動揺半径と動揺速度を反映した左右の動揺円中心はＰ３ラインで結ばれ、左右中心線ｐ１ラインと底部計測起点ラインＰ２の交点Ｐ１を起点として動作状態角度Ｐラインの算出は、ｐ３ラインとＰラインの交点を９０度で結ぶことで算出され、その導いた角度の認知で動的動作状態を制御することを特徴としたアルゴリズム
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、足と指からの荷重圧力を検出する多段スイッチに関し、スイッチを構成する上面領域において足と指で押し込む圧力の高低差の順番通りにＯＮ／ＯＦＦできるスイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】  例えば、足圧をＯＮ／ＯＦＦでセンシングする場合において、特許文献１は、履物及び肌着または靴下などに取り付け、足圧の増減を段階的に多段値のＯＮ／ＯＦＦ信号で検出する足圧センシングスイッチに開示している。
【先行技術文献】
【特許文献１】特開２０１４−１０４３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  ２足歩行のロボット制御において、歩きの圧力検出と指で物をつかむ動的状態において、圧力センサでは電気抵抗が安定せず俊敏な動作を制御することが難しくジャイロセンサなど複数のセンサの組み合わせで簡単に制御できるデバイスがなかった。【０００４】  その課題を克服するために、本考案がなされたものであり、ロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチは高速での動きをＯＮ／ＯＦＦ信号で制御して、足で踏み込むあるいは指で押し込む感覚通りのスイッチタイミング信号を出力できるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチの提供を目的にしている。一方、多段ＯＮ／ＯＦＦ信号出力はボタン電池１個で圧力の山を微分的に分解し、ロボットの制御に係わらず、例えば、水泳選手の手足に取り付ければ、泳ぐ動作状態がＬＥＤの光で可視化して、競技のおもしろさを倍増、あるいは、風圧でさえも同様にボタン電池で簡単に可視化できる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  上述した課題を解決するために、本発明のロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチは、ロボットを制御するための人間工学を基礎とするためのデータ取得技術として、例えば硬質板インソールの足裏接地面に複数個の足圧タイミング多段スイッチを設け、踏み込んだ感覚通りの荷重変化を検出するために、即ち、地震の揺れの感覚を６段階の閾値で認知させる方法と同様に、そのフィードバック感覚の間合いを俊敏に検出するために、足裏の荷重移動に伴って移動する皮膚表層部の体液（流体）に着目して、その流体を圧縮増幅させて、前記足圧タイミング多段スイッチのＯＮ／ＯＦＦ信号を瞬時に出力するために、荷重移動の足裏表層部の流体の流入抵抗を低減させるための流体圧縮ガイドテーパーとその流体を荷重の増減に応じて圧縮押し出しを繰り返す外側リング圧縮台座と内側円形圧縮台座を設け、前記、外側リング圧縮台座と内側円形圧縮台座は、足裏と接地する前記インソール水平台座より微弱な高さを有し、前記インソールに天秤で荷重を計るように配置され、前記、圧縮台座上部には荷重移動の初期圧力で流入した流体層の厚みを、荷重の増加で足裏皮膚細胞筋肉部が前記流入流体を前記圧縮台座外縁部で締めつけることで、前記、流入した流体層の厚みが圧縮して圧力が増幅され荷重の低下で急激に圧力が減衰することを繰り返し、前記流体圧縮台座に設けたＯＮ／ＯＦＦ信号を出力させるための電気接続部の低圧検出リング状溝空間と中間圧検出穴空間と高圧検出中心穴空間上部に設けた上部平板部材も圧力の急激な増減に応じて瞬時に前記、電気接続部空間にたわみ復元を繰り返し、前記、上部平板部材に設けた電気接続部が前記足圧タイミング３段スイッチを構成する底部平板部材の電気接続部と接続遮断を繰り返すことで、高速動的動作状態におけるフィードバック感覚の間合いを俊敏にＯＮ／ＯＦＦ信号で出力するロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを特徴とする。【０００６】  ロボットを制御するための人間工学を基礎とするためのデータ取得技術は履き心地を重視したコンフォートインソールで快適な状態で行うのが基本であり、その対策として、底部に足圧タイミング３段スイッチを設け、荷重移動に応じた圧力の変化を圧力の低い順番でＯＮ／ＯＦＦさせるために、前記底部に設けた足圧タイミング３段スイッチ上部の上部平板部材を押し込み電気接続部を接続遮断するためのシリコーンリング段は、電気接続部の低圧検出リング状溝空間と中間圧検出穴空間と高圧検出中心穴空間と相似形形状で、前記足圧タイミング３段スイッチの上部に設けられ、前記、シリコーンリング段は高さを低圧検出領域で一番高い形状を有し、中間圧検出領域では中間の高さを有し、高圧検出領域では一番低い高さとることで、前記、インソール部材の硬度と前記シリコーン部材の硬度の相対的な圧縮作用で、足裏に違和感を与えることなく、スイッチタイミング信号を圧力の低い順番でＯＮ／ＯＦＦできるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを特徴とする。【０００７】  ロボットを制御するための人間工学を基礎とするためのデータ取得技術の例えば３段スイッチにおいては荷重移動の全体的圧力分布傾向を検出するために、インソールに荷重を天秤で量るように配置して足圧タイミング３段スイッチのセンシング領域を平面上のリング状に中心に狭くなる３パターンで構成し、外縁部から低圧検出層と中間圧検出層と中心に高圧検出層の順番にして荷重移動の圧力成分を前記足圧タイミング３段スイッチ領域で仕分けることで、任意に決めた絶対値の計測起点を定義して各スイッチ間の圧力成分との相関で動的動作状態の解析を精度高く実現できるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを特徴とする。【０００８】  ロボットを制御するための人間工学を基礎とするためのデータ取得技術は、ロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを組み込むインソールにおいて、好ましくは天秤で量るように踵部に２個とつま先部に２〜３個と母指球に一個配置して、足裏からの荷重を圧縮するための構造高さを０，７ｍｍ以下とし、荷重移動の全体の圧力成分を検出するための円径スイッチの直径として足裏の面で均等に押圧できる範囲である２０ｍｍ以下（子供はそれ以下）として、荷重移動の全体的圧力分布傾向と圧力最大値の起点の鉛直圧力状況を同時に検出するために足圧タイミング３段スイッチの圧力タイミングの閾値は、通常の歩行解析において、リング状に中心に同心円状に小さくなる３パターンの荷重検出領域の層の一番外側の低圧検出層は静止状態で僅かの揺らぎでＯＮになる強さで、中間圧検出層の閾値は直立状態の僅か手前でＯＮになり、高圧検出リング中心円の閾値は、中心立位で踏み出す時ＯＮになる閾値の設定が望ましい。
しかし、足圧タイミング３段スイッチの閾値の考え方は様々であり、例えば、太極拳など武道は、均等圧で移動するのが理想とされており、その値を可視化して、技の極意を生徒と共有する為のデバイスであることも重要であり、その目的のニーズに応じて、閾値をカスタマイズ可能、且つ、小ロット製造可能なスイッチ構造とするために、リング状に中心に狭くなる３パターンの荷重検出領域の層において、外側リング圧縮台座と内側円形圧縮台座に同心円状の円形穴を設けた組み合わせ、あるいは、円形穴の直系の違いの組み合わせなど、荷重移動の目的に応じて、リングと円形穴の径の差による組み合わせで、さまざまなニーズの閾値を多段階スイッチに設定して、動作のタイミングを検出できるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】  本発明のロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチ足圧タイミングは、ロボットを制御するための人間工学を基礎とするための大量のデータ取得を可能として、今後、急速に需要が高まるロボット社会の動作状態制御デバイスとして、又、その技術獲得過程において、関節の負荷及び踏切タイミングなど実験室の床反力計では難しい動的動作状態での解析がだれでも場所を選ばず簡単に実現できることで、例えば高齢化社会における関節症対策あるいはスポーツ教育などフォームでは決して見えない足元感覚の可視化など、計りしれないビジネスの波及効果が期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  以下、図面を参照して本発明の最良の形態について説明するが、ロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチは、限りなく人間の動きに近づく為に人間の動きを動作状態で検出して応用するための説明である。しかしながら、かかる実施例が本発明の技術的範囲を限定するものではない。【００１１】  図１−３は、本発明の第一の実施の形態例におけるロボットを制御するための人間工学を基礎とするためのデータ取得技術であるＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを説明する図であり、図１はその上面図、図２は、図１の上面図において、内蔵される複数の空間を透視的に示す図であり、流体圧縮ガイドテーパー５５と外側リング台座１１と内側円形台座１０と小さい圧力を検出する低圧検出リング状溝空間１５と中間の圧力を検出するための中間圧検出穴空間１６と圧縮復元抵抗を制御するための各空間を結ぶ空間連通溝２０と鉛直荷重の高い圧力を検出するための高圧検出中心圧穴空間１７で荷重の移動の圧力成分を平面的に足圧タイミング３段スイッチの直系の範囲で低圧検出領域と中間圧検出領域と高圧検出領域の３段階の領域で検出できる構成とした。【００１２】  図２は、ロボットを制御するための人間工学を基礎とするためのデータ取得技術であり、低圧リング状空間１５と円形状の穴空間の閾値の関係を説明するためのａ，ｂであるが、上部平板部材２が荷重作用でたわむ時、横幅ａは狭くても縦ｂは長さが大きいため弱い圧力で容易に底部平板部材２に設けた上部導体３０と底部平板部材３に設けた下部導体３１と確実に接触導通できる。
もし、リング状空間の替わりに円形の空間で弱い圧力を検出する時、円形穴空間では直径が大きくなり、例えば、硬質板インソールに取り付ける場合、流体圧縮領域での足裏体液の締め切りができず、スイッチ動作に誤作動を生じ極端に解析精度が悪くなる。【００１３】  外側リング台座１１と内側円形台座１０の部材はのりスペーサー、絶縁のレジスト支柱及び不織布などで構成するが、のりスペーサー部材の場合、空間連通溝２０で各空間を結び、上部平板部材２の圧縮復元抵抗を制御できる。【００１４】  ロボットを制御するための人間工学を基礎とするためのデータ取得技術である３段スイッチが最適に荷重移動に伴って移動する足裏の体液を移動させ、荷重の増加で皮膚表層部より中の筋肉層で圧縮させ、俊敏にスイッチをＯＮ／ＯＦＦさせるための高さは０，２〜０，７ｍｍであり、インソールの足裏と接する面との僅かな高さの差で、足裏の体液が圧縮され、圧力が急激に増幅と減衰を繰り返すことで高速の荷重移動の検出においても、その荷重移動の位置タイミングでの任意に決めた閾値通りのＯＮ／ＯＦＦ信号を出力することが出来る。【００１５】  ロボットを制御するための人間工学を基礎とするためのデータ取得技術である低圧検出リング状溝空間１５と中間圧検出穴空間１６と高圧検出中心穴空間１７の開口部に任意に決めた閾値の圧力に応じて、瞬時に上部平板部材２がたわみ導通して荷重変化の圧力成分をスイッチ直径の３層の同心円領域でＯＮ／ＯＦＦ信号を出力して参考図１８のａ〜ｆで示す各スイッチ間の重心移動時間と各スイッチの圧力タイミングのシストグラム等、実験室レベルの重心動揺床反力装置並み且つ、動的動作状態での足圧情報をいつでもどこでも場所を選ばず簡単にリアルタイムに解析できる【００１６】  ロボットを制御するための人間工学を基礎とするためのデータ取得技術である流体圧縮ガイドテーパー５５は、荷重作用が弱い場合、足裏の流体層は（真皮細胞などの流体）外側リング圧縮台座１１と内側円形圧縮台座１０を自由に移動するが、荷重が高まると足裏流体層は足裏筋肉層で押しつぶされ、外側リング圧縮台座１１の外縁部で締め切られることで、圧力が増幅され、足圧の減少で、外側リング圧縮台座１１の外縁部の締め切りが解放されているメカニズムによって、俊敏なＯＮ／ＯＦＦ信号を出力できるが、もし、足圧タイミング３段スイッチのインソールの足裏と接する面との高さの差が限りなく０か１ｍｍ以上高く設定した場合、足裏の体液が圧縮不足あるいは圧縮過多で、実験検証での結果、踏み込んだ感覚あるいは傾いた感覚通りスイッチがＯＮ／ＯＦＦできず精度の高いスイッチタイミングでの解析はできない。【００１７】  ロボットを制御するための人間工学を基礎とするためのデータ取得技術である３段スイッチを備えたインソールにおける３段の閾値で構成する目的は、例えば、色の３原色があらゆる色を構成できると同様に、３段が基本である。
その手段においてのスイッチは、足裏からの荷重を検知する薄厚状のスイッチであり、流体圧縮ガイドテーパー５５を設けインソール水平高さより僅かに突出した外側リング圧縮台座１１を外縁部に配置し、外側リング圧縮台座１１と同じ高さを有する内側円形圧縮台座１０を設け、１段式の圧力スイッチが中心方向に同心円上の３層の領域で荷重変化を任意に決めた３通りの閾値で検出できる構造とする。【００１８】  そして、３段スイッチを備えたインソールは、足裏と接触する表面及びそれに対向する底面との外縁部に低圧検出リング状空間１５を設け、中間部に中間圧検出穴空間１６を設け、中心には高圧検出中心圧穴空間１７を設け、各空間は、低圧検出リング状空間１５と空間連通溝２０で結ばれ、上部平板部材２の開口部にたわみ復元する圧縮復元抵抗を制御して、足裏からの荷重により表面が空間内にたわむことによって導通する圧力スイッチを備える。【００１９】  図３において、ロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを備えたスイッチインソールは、足裏に接触する側の表面を形成する上部平板部材２と、それに対向する底面を形成する底部平板部材３と、上部平板部材２と底部平板部材３との間の間隔領域に配置され且つ外側リング圧縮台座１１と中間部に内側円形圧縮台座１０の間には低圧検出リング状溝空間１５を設け、内側円形圧縮台座１０に低圧検出リング状溝空間１５の同心円状に配置した貫通孔を有する中間圧検出穴空間１６を中間に設け、中心には高圧検出中心圧穴空間１７を設け、両側の開口部分を覆う上部平板部材２及び底部平板部材３によりリング状溝空間と複数の穴空間が形成される。【００２０】  上部平板部材２と底部平板部材３は、外側リング圧縮台座１１と内側円形圧縮台座１０の接着部材で圧着され、各空間が空間連通溝２０と結ぶことで上部平板部材２が圧縮復元に伴う急激な気圧の変化を緩和する。【００２１】  上部平板部材２及び底部平板部材３は、例えば、フレキシブルプリント基板（フレキシブルプリントサーキット：ＦＰＣ）などの可撓性を有する板部材で形成される。板部材はたわみ板であるフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）で構成するが必ずしも限定するものではなく、可撓性を有する他の材料、例えば金属あるいは高分子化合物の超薄型のフィルムでもよく、接続導通部分の部材は導電性ウレタンなどが望ましい。【００２２】  これら平板部材の直径は例えば２ｃｍ程度、厚さは例えば０．１〜０．２ｍｍ程度であり、材質、たわみ具合などは、足圧に対する圧力スイッチの感度等に応じて適宜調整可能である。表面及び底面のフレキシブルプリント基板に印刷された導体により、圧力スイッチが構成される。すなわち、圧力スイッチは、外側リング圧縮台座１１及び内側円形圧縮台座１０の各貫通孔の開口部分の一方に面する上部平板部材２の部分領域に設けられる上部導通部材３０と、各開口部分の他方に面する底部平板部材３の部分領域に設けられる下部導体３１とを有し、足裏からの荷重により上部平板部材２が低圧検出リング状空間１５と中間圧検出穴空間１６と高圧検出中心穴空間１７内にたわむことによって、上部導体３０と下部導体３１とが互いに接触することによって導通し、また、たわみが解放されることで非導通��なる。上部導体３０と下部導体３１は、それぞれ上部平板部材２及び底部平板部材３の空間内側に面する面に印刷されるフレキシブルプリント基板の導体である。【００２３】    図４は、本発明の第一の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを備えたスイッチインソールの低圧検出リング状溝空間１５に配置した電気接点パターンを示しており、上部平板部材１が荷重作用で３次元的に歪むとき、必ずしも溝中心の導電パターンで接続出来るとは限らないため、接続領域を大きくするために、ジクザクにプリントして接触面を大きくした下部導体３２のパターン回路図を示している」【００２４】  しかし、必ずしもリング円形状とは限らず、四角形をリング状に配置して、上部平板部材の３次元的な歪みを制御してもよい。【００２５】  図５、６は、本発明の第一の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを備えたスイッチインソールの荷重移動を検出する領域の役割を示しており、Ａ，低圧検出傾き荷重領域とＢ中間圧検出傾き荷重領域とＣ高圧鉛直荷重計測起点領域と荷重作用領域Ｗを示しているが、荷重の最大負荷が必ずしもスイッチ中心を通るとは限らず、もし、Ｙライン上に負荷の最大値が高圧検出中心穴空間のＯＮになる閾値より高い値で且つＺ１に高圧検出中心穴空間のスイッチを配置したと仮定するならば、必ず、Ａの低圧傾き荷重領域で高圧スイッチはＯＮになり解析起点の圧力の定義できなくなる。
本発明の第一の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを備えたスイッチインソールの目的はこの点であり、もし、Ｙ１の荷重ラインを最大値が通るならば、高圧検出中心穴空間のスイッチは必ずＯＮになり、各々のスイッチタイミングの信号出力連鎖で正確に運動動作を解析できる【００２６】  図７も、図５，６の説明と同様であるが荷重作用領域Ｗにおいて、重心移動がＸ１でその最大荷重がＸにあるならば、その作用範囲はＣ，Ｂとスイッチの作動状態になり、上述同様、もしＢのＯＮになる閾値をＣと置き換えたら、Ｘの荷重作用でＯＮになるかもしれない。
このように、荷重移動の強弱の成分を魚の網目の大きさで異なる魚を取るように必ずしもスイッチの中心で検出できなくても、その軌跡を容易に算出できる。【００２７】  図８は、本発明の第一の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを備えたスイッチインソールの荷重移動の鉛直荷重の最大値で３段スイッチが全てＯＮになった状態を示す。【００２８】  図９は、本発明の第一の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを備えたスイッチインソールを天秤で荷重を計るように硬質部材の板状インソールに配置した図を示し、例えば、ｐラインに荷重が移動したと仮定すれば、まずは、Ｓ１のＡ領域がＯＮになり次にＳ３のＢがＯＮになり次にＳ５のＡがＯＮになる。このように、インソール上の各スイッチの出力信号をＬＥＤで可視化しただけで、荷重移動の状態が一目瞭然に分かるが、動的状態でもセンシングポイントの絶対値が一定のため一般的な重心動揺の計算法で数値を代入するだけで、データ解析が、例えば、５００人位の動的重心動揺の状態と左右のバランスと姿勢の左右前後の傾きと、関節負荷傾向など、実験室レベルでは考えられない程の効率で計測解析できる。この圧力センサでは実現できない動的高速動作状態での解析実現は、足裏の皮膚細胞層の流体層を増幅して閉じ込め急激に減衰させて、瞬間的な重心通過点の荷重成分を検出、出力できる点にあるが少なくても、定性分析用として研究課題の数値的絞り込みには絶大な役割を果たす。もちろん、いまだ世界で簡単に生データの検出として絶対値を出力できるデバイスが存在しないがその圧力センサで導いた一般的な重心動揺計算式で本発明したロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを備えたインソールの解析データは、下記の参考重心動揺計算式である。重心動揺計算式は、実効値面積とは、実効値を半径とした円の面積である。即ち、計算根拠の計測起点の絞り込みが重要で実効値とは、二乗平均の平方根である。
まず、重心動揺計の中心座標（ｘ０，ｙ０）を原点として、
各時間における重心座標（ｘｉ，ｙｉ）［ｉ＝１．．．ｎ］のズレを計算する。
Ｄｘｉ＝（ｘｉ−ｘ０）［ｉ＝１．．．ｎ］
Ｄｙｉ＝（ｙｉ−ｙ０）［ｉ＝１．．．ｎ］つぎに、二乗平均（Ａｘ，Ａｙ）を求める
Ａｘ＝ΣＤｘｉ＾２／ｎ［ｉ＝１．．．ｎ］
Ａｙ＝ΣＤｙｉ＾２／ｎ［ｉ＝１．．．ｎ］
最後に実効値ｒを計算する。
ｒ＝√（Ａｘ＋Ａｙ）
よって、重心動揺面積（実効値面積）Ｓｃは以下の計算式で得られる。
Ｓｃ＝пｒ＾２【００２９】  図１０は、本発明の第二の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを備えたスイッチインソールを作動させるための用途に応じた自由な組み合わせを可能にする部品で、Ｅはリング硬質板段１０１で３段スイッチ１の図Ｆで硬質リング段１０１ａと硬質リング段１０１ｂと硬質リング段１０１ｃの階段状であり、シリコーンリング押し子１００は押圧して足圧タイミング３段スイッチを弱い圧力の順序でＯＮ／ＯＦＦさせるための部品で、リング段Ｈ１とリング段Ｈ２とリング段Ｈ３で、リング状の段が中心に向かって階段状に薄くなった形状で構成している。足圧タイミング３段スイッチ１の上下いずれかの底部平板部材３と上部平板部材２にこれらの部品を組み合わせは、いずれの部品組み合わせにおいて上下さかさまでもよく、取り付ける履物の構造によってきまる。
その組み合わせた作用の例であるが、図１１に示すインソールに内蔵して商品開発する場合、インソール部材１１０が矢印のようにフラット前面に荷重を加えたと仮定するとａ１とｂ１とｃ１の圧縮密度に差が生まれ、ａ１とｂ１とｃ１の順でシリコーンリング押し子１００の高い段から圧力が高くなり、Ａ，Ｂ，Ｃの順番でスイッチがＯＮになる。
図１２は、本発明の第二の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを備えたスイッチインソールのスイッチが荷重作用Ｗ領域においてＸ３ポイントに最大荷重があるとすれば、インソール部材１１０の図面右ａ１の密度が圧縮によって高まりシリコーン押し子１００のリング段Ｈ１の図面右を圧縮して、上部平板部材２の上部導体３０が下部導体３１と接続してＯＮになる。【００３０】  図１３、１４は、本発明の三の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチ足圧タイミングを備えたスイッチインソールの内側円形台座５１と圧縮復元抵抗制御空間５０と空間連通溝２０と流体圧縮ガイドテーパー５５で構成され、図１〜２同様重心動揺を解析できる機能を有している。
内側円形台座５１に配置した２個の上部平板部材と底部平板部材の間に高圧検出中心穴空間６０と低圧検出穴空間６１を設け、内側円形台座５１の直径を２０ミリ以内に小さくするために、検出する閾値の差の大きい２段値検出として、高圧検出中心穴空間６０を計測起点と定義できる。
図１４で示す流体圧縮ガイドテーパー５５のつばによって、足裏の体液層が圧縮され、図に示すＸ５の荷重作用範囲Ｗなら直立状態での揺らぎを確実に検出し、けり出そうとするときのタイミングは高圧検出中心穴空間６０で検出できるのは繰り返し実験から明らかで、使用法としては閾値の差を大きく且つ２段値検に限定すべきであるが、この精度高く検出できる理由は、体圧圧縮ガイドテーパー５５の低圧でのスムーズな荷重移動により内側円形圧縮台座５１に足裏流体層が移動し、荷重の増加で内側円形台座外縁部が流入した体液層を足裏の筋肉層で締め切り、圧力の急激な増幅と減衰によって、高圧検出中心圧穴空間１７の上部に設けた上部平板部材２の圧力を高い閾値で設定した小さな穴開口部においても容易にたわみ導通遮断を実現できるからこそ高速、且つ、瞬間的な動的動作状態において、そのスイッチを配置した計測ポイントで確実に荷重の状態を検出できる。【００３１】  図１５は、本発明の第４の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを備えたインソールの構成例を示す上面図であり、図１６は、その断面図である。足圧センシングスイッチは、中心部に円形貫通孔を有するリング状の外側スペーサ部材１４１を上部平板部材２と、底部平板部材３により同心にて挟んだ構成であり、外側スペーサ部材１４１の円形貫通孔内にそれと同心状に配置されるリング状の内側スペーサ部材１４２が設けられる。【００３２】  外側スペーサ部材１４１の内径と内側スペーサ部材１４２の外径間に形成されるリング空間１７２の半径方向長さＷ２と、内側スペーサ部材１４２の内径側に形成される中心円空間１７１の直径Ｗ１とが異なるように、内側スペーサ部材１４２が設計され配置される。【００３３】  上部平板部材１２上に圧力が加えられ上部平板部材１２が押し込み方向にたわむと、中心円空間１７２に面する上部平板部材１２の裏面に設けられる上部導体１５１と、それに対向する中心円空間１７１に面する底部平板部材１３の表面に設けられる下部導体１６１とが接触すると導通する。さらに、リング空間１７２に面する上部平板部材１２の裏面に設けられる上部導体１５２と、それに対向する底部平板部材１３の表面に設けられる下部導体１６２とが接触すると導通する。【００３４】  外側スペーサ部材１４１の円形貫通孔内に形成される二つの空間である中心円空間１７１とリング空間１７２の半径方向長さを異ならせることで、上部平板部材１２のたわみ量を異ならせる。これにより、中心円空間１７１内の上部導体１５１と下部導体１６１の導通する圧力と、リング空間１７２内の上部導体１５２と下部導体１６２とが導通する圧力とを異ならせることが可能となり、複数の導通領域が圧力の変化に伴い異なるタイミングで導通する多段スイッチが実現される。すなわち、長さＷ１とＷ２を異ならせることで、スイッチのＯＮ／ＯＦＦ閾値を決める。【００３５】  図１７は、第５の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを備えたスイッチインソールの作動状態を示す図である。図１６の例においては、半径長さＷ２は直径Ｗ１より大きいので、圧力が徐々に大きくなるに従って、まずリング空間１７２の上部導体１５２と下部導体１��２とが接触して導通し、さらに圧力が増加すると、中心円空間１７１の上部導体１５１と下部導体１６１とが接触して導通する。その後、圧力が徐々に弱まる場合は、中心円空間１７１の上部導体１５１と下部導体１６１の接触が離れて非導通となり、次いで、リング空間１７２の上部導体１５２と下部導体１６２との接触が離れて非導通となる。【００３６】  ２枚の平板部材に挟まれた円形貫通孔内に、径の異なるリング状スペーサ部材を複数配置することで、円形貫通孔内に複数のリング空間が形成され、複数段のスイッチを構成することができる。すなわち、第３の実施の形態における足圧センシングスイッチは、表面を形成する第１の平板部材（上部平板部材１２）と、底面を形成する第２の平板部材（下部平板部材１３）と、第１の平板部材と第２の平板部材との間の間隔領域に配置され且つ中心部に円形貫通孔を有する外側スペーサ部材と、第１の平板部材と第２の平板部材との間の間隔領域に配置され且つ外側スペーサ部材の円形貫通孔内に外側スペーサ部材と同心状に配置される内側スペーサ部材とを備え、外側スペーサ部材の内径と内側スペーサ部材の外径間に形成されるリング空間の半径方向長さと、内側スペーサ部材の内径側に形成される中心円空間の直径とが異なるように、内側スペーサ部材は配置され、第１の平板部材の押し込み方向のたわみにより、中心円空間に面する第１の平板部材の裏面に設けられる導電領域（上部導体１５１）と、それに対向する中心円空間に面する第２の平板部材の表面に設けられる導電領域（下部導体１６１）が接触すると導通し、該導通と異なるタイミングで、リング空間に面する第１の平板部材の裏面に設けられる導電領域（上部導体１５２）と、それに対向するリング空間に面する第２の平板部材の表面に設けられる導電領域（下部導体１６２）が接触すると導通することを特徴とする。【００３７】  図１８は、第６の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチで主に手で押し込む場合、スイッチ中心における同心円状の円形溝空間とリング状溝空間の組み合わせによる多段スイッチ上部導通部表面に山形の圧縮復元可能部材可能な例えば、シリコーン部材がリング状ＳＷと円形ＳＷの異なる閾値の複数の溝空間に押し込み圧に応じて前記、多層を構成する溝空間のいずれかの導通遮断領域に食い込み、圧力の高いあるいは圧力の低い順番に規則正しくＯＮ／ＯＦＦ信号を検出できるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチであることを特徴とする【００３８】  図１８は上述の実施の形態例では、ロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチに関する構成例を説明したが、本発明は、上述の各スイッチの構成例において、スイッチの周縁部に流体圧縮テーパー５５を形成することで、体液を圧縮して俊敏なＯＮ／ＯＦＦの電気的導通を高い感度で検出することを１つの特徴としており、当該特徴は多段（２段以上）スイッチに限らず、１段のスイッチにおいても同様の効果を奏するものであり、容易にロボットのセンシング領域にシリコーンなど圧縮復元可能な流体領域を設けることで、より人間の動作に近づいた動きを可能とする足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチであることを特徴としている。【００３９】  図１９は第７の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチもスペーサー溝空間の平面図で中心部から同心円状に高いあるいは低い順番の圧力で接続遮断する閾値で構成され、点線状の接続回路２００（ａ，ｂ，ｃ）のスイッチ接続部の接点の距離を異にすることで、一個のスイッチ溝空間（ＳＷ２〜ＳＷ４）で異なるタイミングのＯＮ，ＯＦＦ信号を２値出力できる図を示しており、同様の方法で同心円状に配置された例えば３つの溝空間のＯＮ／ＯＦＦ信号の多段値は６段階として出力できる。
しかし、ＳＷ１の円の径が小さい場合は、１値出出力することが望ましい。【００４０】  図２０は、第８Ｂの実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチで硬質ゆらぎ板５５０でクッション部材５００とシリコーン押し子２００を圧縮復元させ、重心動揺をロボット制御足指多段スイッチ６００のリング状に配置された異なる閾値のスイッチで歩行を制御する例を示しており、底部ロボット足部モールドは通常の履物部材で構成される【００４１】  本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の分野におけるロボットを制御するための人間工学を基礎とするためのデータ取得技術で獲得した応用製品として、手袋あるいは床、水車などに取り付け、３段スイッチＯＮ／ＯＦＦ信号を基本とすることで、例えばＬＥＤなどにマイコンを取り付けあらゆる色の演出が可能になる。【００４２】  図２１は第１〜第７の実施の形態例におけるハードを組み合わせ模範の動作をコピーさせるための足圧動揺解析アルゴリズムを導く方式であるが、一般的な重心動揺の概念は静止状態における重心動揺を基礎とした計算方式であり、動的な状態で可視化すると図２３ａ，ｂで示すように重心動揺長さと重心動揺面積と重心動揺半径と動揺速度の数値が動的な状態での動作をどのように反映した数値なのか、繰り返しの実験の過程で特定できなかったことに基ずいて考案したものである。【００４３】  その方式によれば、７１０と７２０の重心動揺長さと重心動揺面積と重心動揺半径と動揺速度の数値を反映した円中心をＰ３ラインで結び、左右中心線ｐ１ラインと底部計測起点ラインＰ”２の交点Ｐ１を起点とした動作状態角度Ｐラインを割り出すために、ｐ３ラインとＰラインの交点を９０度で結ぶことで、容易に動作状態角度が算出されて、例えば、ゴルフのスイングなど、その導いた角度をどのように修正したら最適になるかがダイレクトに理解できるようになる。
また、身体軸動揺円７００は左右の足圧動揺を統合した重心動揺面積と重心動揺半径と動揺速度の数値を反映した動揺円を示す。【００４４】  この成果は、今話題になっている介護スーツなどジャイロセンサを組み合わせた制御機構、即ち、身体工学線上と計測点のズレの課題をいっきょに解決できる方式であり、図２４に示すように足圧を独立して可視化すると動的なフォームの状態が一目了然に体得できる。【００４５】  図２２は第１〜第７の実施の形態例におけるハードを組み合わせ模範の動作をコピーさせるための足圧動揺解析アルゴリズムを導く実験過程で発見した成果を反映させたＳＷ配列である。【００４６】  その配列の特徴は、膝関節、足首関節捻じれを検出するためのポイントを短小趾屈筋と小趾外転筋とを結ぶ靭帯領域に２段階以上の圧力の異なる閾値のＳＷ１を設け、内また方向に膝足首関節がねじれるとＯＦＦになり、最適な屈曲伸展方向で１段ＳＷがＯＮになり外側方向にねじれの力が加わると２段階のＳＷがＯＮになる身体メカニズムを反映させたものである。
また、この必ずしもＳＷがＯＮ／ＯＦＦ信号とは限らず圧力センサのアナログ量で検出してもよい。【００４７】  人間最大の関節と言われている膝関節及び足首関節の制御は、今後のロボット社会におけるアンドロイド制御の真髄をなすものであり、言い換えれば、高齢化社会における医療負担の負荷を低減する決定的要素ともいえる。【００４８】  その足底スイッチの配列によれば各スイッチをＳＷ［ｎ］とする。ＳＷ［ｎ］がオンになった時間をＴ［ｎ］（秒）とする。ＳＷ［ｎ］とＳＷ［ｍ］の距離をＤ［ｎ］［ｍ］（メートル）とする。ＳＷ［ｎ］からＳＷ［ｍ］への移動速度をＶ［ｎ］［ｍ］（メートル／秒）とするとＶ［ｎ］［ｍ］＝Ｄ［ｎ］［ｍ］÷（Ｔ［ｍ］−Ｔ［ｎ］）
と表せる。
※上記式において、ｎ＝１，２，３，４，５およびｍ＝１，２，３，４，５
かつｎ≠ｍである。
たとえば、スイッチが１，２，３，４，５の順でオンになった場合、
Ｖ［１］［２］＝Ｄ［１］［２］÷（Ｔ［２］−Ｔ［１］）
Ｖ［２］［３］＝Ｄ［２］［３］÷（Ｔ［３］−Ｔ［２］）
Ｖ［３］［４］＝Ｄ［３］［４］÷（Ｔ［４］−Ｔ［３］）
Ｖ［４］［５］＝Ｄ［４］［５］÷（Ｔ［５］−Ｔ［４］）１、
のように、各スイッチ間の移動速度を計算できる。
また、スイッチが１，４，５の順でオンになった場合、
Ｖ［１］［４］＝Ｄ［１］［４］÷（Ｔ［４］−Ｔ［１］）
Ｖ［４］［５］＝Ｄ［４］［５］÷（Ｔ［５］−Ｔ［４］）
と、各スイッチ間の移動速度を割り出せる。
上記、人間工学に基づいた制御機構は、ロボットを２足歩行で走らせた場合、より人間に近い動作を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】  本発明の第１の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを説明する図である。
【図２】  図１の上面図において、内蔵される複数の空間を透視的に示す図である。
【図３】  図１のＡ−Ａ線の断面図である。
【図４】  本発明の第一の実施の形態図である。
【図５】  本発明の第一の実施の形態図である。
【図６】  本発明の第一の実施の形態図である。
【図７】  本発明の第一の実施の形態図である。
【図８】  本発明の第一の実施の形態図である。
【図９】  本発明の第一の実施の形態図である。
【図１０】  第２の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチの３段スイッチ及び４０の構成を示す図である。
【図１１】  第二のロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチ３０及び４０を裏返しにして、履物に搭載した状態を示す部分断面図である。
【図１２】  本発明の第二の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを備えたスイッチインソールの構成例の上面図である。
【図１３】  本発明の第三の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを備えたスイッチインソールの構成例の断面図である。
【図１４】  本発明の第三の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを備えたスイッチインソールの動作を示す図である。
【図１５】  本発明の第四の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを備えたスイッチインソールを説明する図である。
【図１６】  本発明の第四の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを備えたスイッチを説明する断面図である。
【図１７】  本発明の第五の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを備えたスイッチを説明する作動図である。
【図１８】  本発明の第六の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを備えたスイッチを説明する断面図である。
【図１９】  本発明の第七の実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを備えたスイッチを説明する平面透視図である。
【図２０】  本発明の第８Ａ，Ｂの実施の形態例におけるロボット足指制御ＯＮ／ＯＦＦ多段スイッチを備えた２足歩行ロボット足部を説明する図である。
【図２１】  本発明の第１〜第７の実施の形態例におけるハードを組み合わせ身体工学およびロボット制御アルゴリズムを導く為の図である
【図２２】  本発明の第１〜第７の実施の形態例におけるハードを組み合わせ身体工学およびロボット制御アルゴリズムを導く為のＳＷ配列を示す図である。
【図２３】  本発明の本発明の第１〜第７の実施の形態例におけるハードを組み合わせた従来の重心動揺形式で可視化した参考図である。
【図２４】  本発明の第１〜第７の実施の形態例におけるハードを組み合わせ身体工学およびロボット制御アルゴリズムを導く為に可視化したデータの参考図である。
【図２５】  本発明の重心速度、重心時間比率、関節負荷情報を融合する可視化した参考図である。
【符号の説明】
【００５０】  ２：上部平板部材、１０：内側円形圧縮台座、１１：外側リング圧縮台座、１５：低圧検出リング状溝空間、１６：中間圧検出穴空間、１７：高圧検出中心穴空間、１９：低圧検出穴空間、２０：空間電通溝、３０：上部導体、３１：下部導体、３２：ジグザグリング下部導体、５０：圧縮復元抵抗制御空間、５１：内側円形圧縮台座、５５：流体圧縮テーパー、１００：シリコーンリング押子、１０１ａ〜ｃ：硬質リング段、１１０：インソール部材、１２０：コンフォートインソール、導体、１６１：下部導体、１７１：中心円空間、１７２：リング空間、１８０：山形シリコーン押し子、２００：接続底部接点部（ａ，ｂ，ｃ）、５００：クッション部材、５５０：硬質ゆらぎ板、６００：ロボット制御足指多段スイッチ、６１０：底部ロボット足部モールド、７００：身体軸動揺円、７１０：左足圧動揺円、７２０：右足圧動揺円
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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