(57)【要約】【課題】動作センサの検出精度が低くなる場合があった。【解決手段】使用者の姿勢を検出する検出装置であって、使用者の上体に固定される本体部と、本体部から離れた、予め定められた位置に配置され、予め定められた位置において使用者の姿勢を検出する姿勢検出部と、本体部と姿勢検出部とを結合し、使用者に向かう方向に弾性を有する結合部とを備える。【選択図】図８
2019017673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者の姿勢を検出する検出装置であって、
前記使用者の上体に固定される本体部と、
前記本体部から離れた、予め定められた位置に配置され、前記予め定められた位置において前記使用者の姿勢を検出する姿勢検出部と、
前記本体部と前記姿勢検出部とを結合し、前記使用者に向かう方向に弾性を有する結合部と
を備える検出装置。
【請求項２】
前記結合部は、２つの端部を有し、
前記２つの端部のうち一方の前記端部側に前記姿勢検出部が固定される、
請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記結合部は、長手方向に前記２つの端部を有し、
前記２つの端部の少なくとも一方は、前記本体部から前記長手方向に延在する位置に配置される、
請求項２に記載の検出装置。
【請求項４】
前記結合部は、長手方向と短手方向とを有する形状であり、前記長手方向が前記本体部から延在する方向となるように前記本体部に固定されている、
請求項１から３の何れか一項に記載の検出装置。
【請求項５】
前記結合部は、前記本体部を基準位置として、前記基準位置から前記使用者の脊椎の延在方向に延在している部材である、
請求項１から４の何れか一項に記載の検出装置。
【請求項６】
前記姿勢検出部は、前記本体部に接続された前記結合部に固定されている、
請求項１から５の何れか一項に記載の検出装置。
【請求項７】
前記結合部は、少なくとも前記使用者が前屈したときに、前記姿勢検出部を前記使用者に向かう方向に付勢する、
請求項１から６の何れか一項に記載の検出装置。
【請求項８】
前記本体部は、前記使用者の上体に対向する表面と前記表面に直交する側面とを有し、
前記結合部は、前記側面の方向視において少なくとも一部が曲がった形状である、
請求項１から７の何れか一項に記載の検出装置。
【請求項９】
前記結合部は、前記上体に対して曲率及び角度の少なくとも一方を有する、
請求項１から８の何れか一項に記載の検出装置。
【請求項１０】
前記結合部は、前記上体に向かって全体的に湾曲する形状および屈曲する形状の何れか一方の形状である、
請求項９に記載の検出装置。
【請求項１１】
前記結合部と、前記本体部および前記姿勢検出部とは、互いに分離可能である、
請求項１から１０の何れか一項に記載の検出装置。
【請求項１２】
前記姿勢検出部の前記上体への接触を検出する接触検出部を備える、
請求項１から９の何れか一項に記載の検出装置。
【請求項１３】
前記接触検出部は、前記姿勢検出部が前記上体から受ける反力を直接的に検出するセンサである、
請求項１２に記載の検出装置。
【請求項１４】
前記接触検出部は、前記本体部の位置で前記結合部に加わる力を検出することによって、前記姿勢検出部が前記上体における腰から受ける反力を間接的に検出するセンサである、
請求項１２に記載の検出装置。
【請求項１５】
前記接触検出部において、前記姿勢検出部が前記上体に接触していないと検出された場合に、前記接触検出部から報知信号を入力されて前記使用者に報知する報知部を更に備える、
請求項１２から１４の何れか一項に記載の検出装置。
【請求項１６】
前記姿勢検出部の前記予め定められた位置は、前記使用者の脊椎の延在方向において、前記本体部から上側に離れた位置であり、
前記脊椎の延在方向において、前記本体部から下側に離れた第２の予め定められた位置で前記上体に固定され、前記第２の予め定められた位置において前記使用者の姿勢を検出する第２の姿勢検出部と、
前記本体部と前記第２の姿勢検出部とを結合する第２の結合部と
を更に備える、請求項１から１５の何れか一項に記載の検出装置。
【請求項１７】
前記本体部は、前記上体における腰の状態を検出する状態検出部を有する、
請求項１から１６の何れか一項に記載の検出装置。
【請求項１８】
前記状態検出部は、前記上体における腰にかかる負荷を検出する負荷検出部を含む、
請求項１７に記載の検出装置。
【請求項１９】
請求項１から１５の何れか一項に記載の検出装置と、
前記使用者に取り付けられるベルト装置と
を備えるウェアラブル装置。
【請求項２０】
前記検出装置は、前記ベルト装置に対して着脱自在である、
請求項１９に記載のウェアラブル装置。
【請求項２１】
前記検出装置の前記本体部は、前記ベルト装置に固定され、
前記姿勢検出部は、前記結合部に固定されて前記ベルト装置に対して非接触である、
請求項１９または２０に記載のウェアラブル装置。
【請求項２２】
前記ベルト装置は、前記姿勢検出部を覆わずに前記本体部を覆うことによって、前記姿勢検出部を前記ベルト装置に固定せずに前記本体部を前記ベルト装置に固定する、
請求項１９から２１の何れか一項に記載のウェアラブル装置。
【請求項２３】
前記姿勢検出部の前記予め定められた位置は、前記使用者の脊椎の延在方向において、前記本体部から上側に離れた位置であり、
前記検出装置は、前記脊椎の延在方向において、前記本体部から下側に離れた第２の予め定められた位置で前記上体に固定され、前記第２の予め定められた位置において前記使用者の姿勢を検出する第２の姿勢検出部を更に備える、
請求項１９から２２の何れか一項に記載のウェアラブル装置。
【請求項２４】
前記本体部は、前記上体における腰の状態を検出する状態検出部を有する、
請求項１９から２３の何れか一項に記載のウェアラブル装置。
【請求項２５】
前記状態検出部は、前記上体における腰にかかる負荷を検出する負荷検出部を含む、
請求項２４に記載のウェアラブル装置。
【請求項２６】
前記本体部は、前記上体における腰にかかる負荷を検出する負荷検出部を有し、
前記ベルト装置は、
前記姿勢検出部と前記第２の姿勢検出部との相対位置を予め記憶しておく記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記相対位置を参照し、前記負荷検出部、前記姿勢検出部および前記第２の姿勢検出部から出力される各データと前記相対位置とに基づいて、前記使用者の姿勢を推定する姿勢推定部と
を備える、請求項２３に記載のウェアラブル装置。
【請求項２７】
前記ベルト装置は、
前記姿勢推定部によって推定される前記使用者の姿勢に関するデータ、および、前記負荷検出部から出力されるデータから、前記上体における腰の負荷を算出する負荷算出部
を更に備える、請求項２６に記載のウェアラブル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、姿勢を検出する検出装置、およびウェアラブル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体に装着され、人体の動作に基づく物理量（例、位置又は姿勢（角度））を検出する動作センサを備え、該物理量が基準量を超えたときに人体に障害が発生することを予測して報知する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。上記の装置では、例えば該物理量を検出する動作センサを使用者に常に密着させることが難しく、動作センサの検出精度が低くなる場合があった。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２００６−８５２６２号公報
【発明の概要】
【０００３】
本発明の一態様においては、使用者の姿勢を検出する検出装置であって、使用者の上体に固定される本体部と、本体部から離れた、予め定められた位置に配置され、予め定められた位置において使用者の姿勢を検出する姿勢検出部と、本体部と姿勢検出部とを結合し、使用者に向かう方向に弾性を有する結合部とを備える検出装置を提供する。
【０００４】
本発明の一態様においては、上記態様の検出装置と、使用者に取り付けられるベルト装置とを備えるウェアラブル装置を提供する。
【０００５】
上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態による、ウェアラブル装置３０を装着した状態の使用者１０の模式的な正面図である。
【図２】第１の実施形態による、ウェアラブル装置３０を装着した状態の使用者１０の模式的な背面図である。
【図３】第１の実施形態による、検出装置１００の模式的な正面図である。
【図４】第１の実施形態による、互いに着脱可能な検出装置１００およびベルト装置２００の模式的な側面図である。
【図５】第１の実施形態による、検出装置１００の組み立て方を説明するための模式的な斜視図である。
【図６】第１の実施形態による、ウェアラブル装置３０のブロック図である。
【図７】第１の実施形態による、ウェアラブル装置３０を装着した状態で直立している使用者１０の模式的な側面図である。
【図８】第１の実施形態による、ウェアラブル装置３０を装着した状態で前屈している使用者１０の模式的な側面図である。
【図９】第２の実施形態による、検出装置３００の模式的な斜視図である。
【図１０】第３の実施形態による、検出装置４００の模式的な斜視図である。
【図１１】第３の実施形態による、検出装置４００の模式的な側面図である。
【図１２】第４の実施形態による、検出装置５００の模式的な正面図である。
【図１３】第５の実施形態による、検出装置６００およびベルト装置２００を備えるウェアラブル装置３０の模式的な正面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。下記の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、第１の実施形態による、ウェアラブル装置３０を装着した状態の使用者１０の模式的な正面図である。図中に矢印で示すように、以降の説明においては、使用者１０の右手側を右（座標上、−Ｘ方向）、使用者１０の左手側を左（座標上、＋Ｘ方向）、使用者１０の頭部側を上（座標上、＋Ｙ方向）、使用者１０の足側を下（座標上、−Ｙ方向）と記載する。また、使用者１０の身体の前面（腹部側）が向かう方向を前方（座標上、−Ｚ方向）、使用者１０の背面（背中側）が向かう方向と後方（座標上、＋Ｚ方向）と記載する場合がある。
【０００９】
概略的には、ウェアラブル装置３０は、使用者１０の上体（例、腰、腕、背中、腹、胸、頭などの腰から上の部分）の動作（例、姿勢）を反映した物理量と、使用者１０の動作（例、姿勢）を維持する筋肉の緊張の程度を反映した物理量とを測定し、使用者１０に掛かる負荷の値を算出する。
【００１０】
例えば、上体の姿勢を反映した物理量には、上体の傾きおよび旋回等の姿勢を反映した物理量が含まれる。上体の傾きの姿勢を反映した物理量には、腰の屈曲等に伴う地面に対する脊椎の角度等が含まれる。地面に対する脊椎の角度は、冠状面と矢状面の交わる中心線を指標として測定することができ、簡易的には使用者１０の背中に装着した加速度センサ等によって測定することができる。また、上体の旋回の姿勢を反映した物理量には、冠状面または矢状面の回転角等が含まれ、使用者１０の背中に装着した加速度センサ等によって測定することができる。
【００１１】
例えば、姿勢を維持する筋肉には、体幹筋が含まれる。体幹筋のうち、後体幹筋または前体幹筋の一部について緊張の程度を反映した値を測定することができれば、使用者１０に掛かる負担の値を算出することができる。体幹筋のうち、前体幹筋は測定器の装着による影響を受けやすいため、後体幹筋の緊張の程度を反映した値を測定するのが好ましい。
【００１２】
後体幹筋を測定する場合は、いわゆる「背筋」と呼ばれている広背筋、脊柱起立筋および僧帽筋のうちいずれかの筋肉の緊張の程度を反映した値を測定するのが好ましい。また、前体幹筋を測定する場合は、いわゆる「腹筋」と呼ばれている腹直筋、腹横筋、腹斜筋のうちいずれかの筋肉の緊張の程度を反映した値を測定するのが好ましい。なお、広背筋、脊柱起立筋および僧帽筋をまとめて背筋群と呼ぶ。また、腹直筋、腹横筋、腹斜筋をまとめて腹筋群と呼ぶ。
【００１３】
ただし、活動している使用者１０の筋肉が発生する筋力Ｆを直接に測定することは難しい。そこで、使用者１０の筋肉が発生する筋力Ｆの指標として、筋肉の緊張の程度を反映した物理量を取得し、取得した物理量に基づいて筋力Ｆを算出することができる。これにより、比較的容易に、活動中の使用者１０の筋肉が発生する筋力を測定できる。ここで、筋肉の緊張の程度を反映した物理量は、例えば、筋肉の硬さとして測定できる。
【００１４】
図１を参照すると、任意の衣服２０を着用した使用者１０が、自身の腰周りに衣服２０の上からウェアラブル装置３０を装着している様子が示されている。ウェアラブル装置３０は、使用者１０の上体（この場合、腰）に取り付けられるベルト装置（人体用ベルト装置、腰ベルト装置）２００を備える。ベルト装置２００は、使用者１０の背部（例、背中）から前部（例、腹部）へと使用者１０の腰に巻き付けられて、使用者１０の腹部上で部分的に重ねられて固定される。固定手段としては、例えば面ファスナ、フック、ボタンなどの任意のものを用いてよい。なお、図１では、単に説明の為に、ベルト装置２００を、境界を破線で示すと共に、透けた状態で描いた。図１と同様、後述の図２、図７および図８においても、単に説明の為に、ベルト装置２００を、境界を破線で示すと共に、透けた状態で描いた。
【００１５】
図２は、第１の実施形態による、ウェアラブル装置（筋力補助装置）３０を装着した状態の使用者１０の模式的な背面図である。ウェアラブル装置３０は、ベルト装置２００に加えて、使用者１０の動作（この場合、姿勢）を検出する検出装置１００も備える。
【００１６】
検出装置１００は、使用者１０の腰に巻き付けられたベルト装置２００によって部分的に使用者１０に押し付けられるように固定される。検出装置１００は、ベルト装置２００からの押し付けによって使用者１０の上体（例、腰）に固定される本体部１１０と、予め定められた位置に配置される上側部１２０と、本体部１１０と上側部１２０とを結合し、使用者１０に向かう方向（例、使用者１０に対向する方向）に弾性を有する上側結合部１４１とを備える。上側部１２０が配置される予め定められた位置の例は、使用者１０の脊椎の延在方向において、本体部１１０から上側に離れた位置である。上側結合部１４１は、本体部１１０を基準位置として、当該基準位置から、使用者１０の脊椎の延在方向における上側に延在している部材である。よって、上側部１２０は、上側結合部１４１の端部のうち上端側に結合されることによって、上記の予め定められた位置に配置される。なお、上側結合部１４１は、結合部の一例である。
【００１７】
なお、上側部１２０が配置される予め定められた位置は、使用者１０（使用者１０の衣服２０を含む）に接触して使用者１０の姿勢を検出する位置、すなわち姿勢検出位置とも呼ばれ得る。姿勢検出位置には、使用者１０の腰から脊椎の延在方向に離れた位置が含まれてもよく、本体部１１０から予め定められた方向に離れ、本体部１１０が使用者１０の腰に固定されたときに使用者１０の背中に相当する位置が含まれてもよい。
【００１８】
検出装置１００は更に、第２の予め定められた位置に配置される下側部１３０と、本体部１１０と下側部１３０とを結合し、使用者１０に向かう方向に弾性を有する下側結合部１４３とを備える。下側部１３０が配置される第２の予め定められた位置には、使用者１０の脊椎の延在方向において本体部１１０から下側に離れた位置が含まれる。下側結合部１４３は、本体部１１０を基準位置として、当該基準位置から、使用者１０の脊椎の延在方向における下側に延在している部材である。よって、下側部１３０は、下側結合部１４３の端部のうち下端側に結合されることによって、上記の第２の予め定められた位置に配置される。なお、下側結合部１４３は、第２の結合部の一例である。
【００１９】
上側結合部１４１および下側結合部１４３は、例えば形状記憶合金やＳＵＳ等の金属からなる線材である。上側結合部１４１および下側結合部１４３は、代替的に、プラスチック等の樹脂やばねを有する金属からなる線材であってもよい。
【００２０】
検出装置１００は更に、上側部１２０を本体部１１０に電気的に接続する上側配線１５１と、下側部１３０を本体部１１０に電気的に接続する下側配線１５３と、本体部１１０をベルト装置２００に電気的に接続する本体配線１５５とを備える。
【００２１】
また、ベルト装置２００は、使用者１０の上体（例、腰）に巻き付けられて固定される布製ベルト（ベルト部）２０１を備える。ベルト装置２００は更に、ベルト２０１の両平面のうち、後方側の、使用者１０に接触しない面（使用者１０に対向しない面、使用者１０に面しない方）に固定されている制御ユニット２２０と、使用者１０の腰の右側および左側で上下方向に沿って当該面に固定されている２つのアクチュエータ２０９と、少なくとも制御ユニット２２０とアクチュエータ２０９とを電気的に接続するベルト配線２５５とを備える。また、ベルト２０１の長手方向（例、巻き付き方向）の中心付近には開口部２０３が設けられている。なお、制御ユニット２２０は、ベルト２０１の内部に設けた空間に配置されてベルト２０１に固定されていてもよい。また、制御ユニット２２０は、アクチュエータ（例、ピエゾ、電磁モータなど）２０９の動作を制御する。
【００２２】
アクチュエータ２０９は、電圧が印加されると長手方向、すなわち上下方向に伸縮する高分子材料を含む。アクチュエータ２０９の上下方向の両端は、ベルト２０１に固定される。アクチュエータ２０９は、収縮することでベルト２０１を介して使用者１０の腰をベルト２０１の巻き付き方向（腰周り）に締め付ける。また、アクチュエータ２０９は、伸長することでベルト２０１を介して使用者１０の腰の締め付けを解放できる。なお、アクチュエータ２０９が電圧を印加すると伸長する場合においては、電圧の印加を解除した場合に、アクチュエータ２０９が使用者１０の腰部を締め付ける構成としてもよい。また、アクチュエータ２０９は、例えば電磁モータであって、アクチュエータ２０９は電圧を印加されると回転方向に回転され、ベルト２０１を介して使用者１０の腰をベルト２０１の巻き付き方向（腰周り）に締め付ける。
【００２３】
高分子材料の一例は、ポリロタキサン架橋体である。アクチュエータ２０９は、平面状のポリロタキサン架橋体の両面を伸縮性の電極で挟んだシート部材を巻くことによって作製される。アクチュエータ２０９は、柔軟性を有するので、着用した状態で歩行したときのユーザの違和感を低減できる。
【００２４】
高分子材料の他の例は、非イオン性ゲルである。この場合、アクチュエータ２０９は、一対の外側電極と、一対の外側電極の間に配置されたメッシュ状のメッシュ電極と、メッシュ電極と各外側電極との間に設けられた非イオン性ゲルとを有する。非イオン性ゲルの一例は、ジメチルスルホキシドを溶媒とするポリビニルアルコールのゲルである。このアクチュエータ２０９では、メッシュ電極に外側電極よりも高い電圧を印加すると、外側電極から非イオン性ゲルに負電荷が注入されて、メッシュ電極に引き寄せられる。この結果、一対の外側電極間の距離が収縮する。逆に電圧の印加を停止すると、非イオン性ゲルの弾性力によって、元の状態に戻って伸長する。この外側電極、メッシュ電極及び非イオン性ゲルの組み合わせを複数積層することによって、伸縮量を増加させることができる。
【００２５】
高分子材料の他の例は、ポリピロール膜である。電解液中に浸漬されたポリピロール膜は、電圧が印加されることにより、膨張または収縮する。例えば、正の電圧が印加されると、ポリピロール膜は膨張する。負の電圧が印加されると、ポリピロール膜は収縮する。アクチュエータ２０９は、ポリピロール膜を含む場合、電解液が必要となるので、アクチュエータ２０９を封止する必要がある。
【００２６】
次に、図３および図４を用いて、検出装置１００およびベルト装置２００の各構造の詳細と、検出装置１００をベルト装置２００に取り付ける方法とを説明する。図３は、第１の実施形態による、検出装置１００の模式的な正面図である。図４は、第１の実施形態による、互いに着脱可能な検出装置１００およびベルト装置２００の模式的な側面図である。
【００２７】
検出装置１００の本体部１１０は、筐体１１１と、筐体１１１の前方側に取り付けられる状態検出部１１２と、筐体１１１の内部に配される報知部１１７と、筐体１１１の後方側に取り付けられる本体カバー１１９と、検出装置１００をベルト装置２００に固定するための取り付け部１１５および取り付け部１１６とを備える。本体部１１０の筐体１１１は、使用者１０の腰に対向する表面１１１ａと、表面１１１ａに交差又は直交する側面１１１ｂと、表面１１１ａと反対側の裏面１１１ｃとを有する。
【００２８】
状態検出部１１２は、使用者１０の腰の状態を検出する。腰の状態とは、例えば腰に負荷が掛かっている状態や、腰が向いている方向を含む。状態検出部１１２は、使用者１０の腰に掛かる負荷を検出する負荷検出部を含む。当該負荷検出部は、使用者１０の腰の筋肉の硬さ（以下、「筋硬さ」とも言う。）を検出する左側ロードセル１１３および右側ロードセル１１４を含む。筋硬さとは、筋肉の硬さの指標となる数値をいう。例えば、各ロードセルを、測定の対象となる筋肉部位の体表部分に接するように設置した場合に、各ロードセルによって力の値（Ｎ）として測定される値をいう。左側ロードセル１１３および右側ロードセル１１４は、使用者１０の背筋群のいずれかひとつの背筋に重なる位置に配される。例えば、図２では、左側ロードセル１１３は使用者１０の左側の脊柱起立筋に重なる位置に配され、右側ロードセル１１４は右側の脊柱起立筋に重なる位置に配されている。これにより、腰の屈曲に伴って使用者１０の背筋群の硬さが変化した場合に、左側ロードセル１１３および右側ロードセル１１４はそれぞれ、筋硬さの変化に応じて出力電圧を変化させる。なお、各ロードセルは、静止状態においても着用に基づいて生じる負荷の値（装着に必要な圧力等）を出力するので、筋硬さは、安静時等における筋肉に負荷がかかっていない状態で測定した値を基準値とし、測定値と基準値との差分を算出した値を用いてもよい。
【００２９】
報知部１１７は、例えばスピーカやＬＥＤや圧電素子である。報知部１１７は、報知信号が入力されると、使用者１０に報知すべく音声や光や振動を発する。
【００３０】
図３に示すように、検出装置１００の上側部１２０は、背面側が開口している筐体１２１と、筐体１２１の前方側に取り付けられる細長な板状の拡張部１２２と、拡張部１２２の長手方向の両端側且つ前方側に取り付けられる接触検出部１２３と、筐体１２１の内部に配される姿勢検出部１２６と、上側結合部１４１を上側部１２０に固定すべく筐体１２１の後方側に取り付けられる上側カバー１２９とを備える。拡張部１２２は、筐体１２１への取り付け位置を中心として、概ね対称的に長手方向に延在する。そのため、拡張部１２２は、少なくとも拡張部１２２の両端において、使用者１０の腰に安定して接触することができる。このような拡張部１２２を筐体１２１の前方側に取り付けることによって、検出装置１００は、使用者１０が側屈したり上体をひねったりした場合であっても、上側部１２０全体が使用者１０の腰の動きに安定して追従するので、姿勢検出部１２６による姿勢の検出精度を向上できる。
【００３１】
姿勢検出部１２６は、上側結合部１４１によって本体部１１０と結合された上側部１２０に配されることで本体部１１０と結合され、上側結合部１４１に支持された状態において上記の予め定められた位置に配置される。姿勢検出部１２６は、当該予め定められた位置において使用者１０の姿勢を検出する。当該予め定められた位置の例は、使用者１０の背中の上部にある胸椎付近の位置である。胸椎付近の例は、使用者１０の表皮から伸ばした法線が胸椎に到達する、表皮上の位置である。
【００３２】
また、姿勢検出部１２６は、上側部１２０の加速度を検出する加速度センサを含む。加速度センサは、例えば３軸センサであり、水平方向の変位による加速度の他、重力方向の加速度も検出して、検出した加速度を姿勢データとして外部へ出力できる。これにより、使用者１０が水平移動したり上体をひねったりした場合に生じる腰の水平方向の変位に起因する加速度の他、使用者１０が前後屈したり側屈したり場合に生じる腰の高さ方向の変位に起因する加速度も検出できる。姿勢検出部１２６は、上側配線１５１を介して本体部１１０に電気的に接続されており、検出した姿勢データを本体部１１０に出力する。
【００３３】
接触検出部１２３は、姿勢検出部１２６の、使用者１０の上体（例、腰）に対する接触の状態を検出する。接触検出部１２３には、姿勢検出部１２６が使用者１０の腰から受ける反力を直接的に検出する左側圧力センサ１２４および右側圧力センサ１２５が含まれる。左側圧力センサ１２４は、使用者１０の腰の左側に配され、右側圧力センサ１２５は、腰の右側に配される。
【００３４】
接触検出部１２３は、上側配線１５１を介して本体部１１０に電気的に接続されており、姿勢検出部１２６が使用者１０の腰に接触していないことを検出した場合に、使用者１０に報知するための報知信号を本体部１１０の報知部１１７に出力する。上記で説明した報知部１１７は、このように、接触検出部１２３において、姿勢検出部１２６が使用者１０の腰に接触していないと検出された場合に、接触検出部１２３から報知信号を入力されて、音声や光や振動を発することで使用者１０に報知する。
【００３５】
次に、検出装置１００の下側部１３０は、上側部１２０と同様の構成として、後方側が開口している筐体１３１と、筐体１３１の前方側に取り付けられる細長な板状の拡張部１３２と、筐体１３１の内部に配される第２の姿勢検出部１３６と、下側結合部１４３を下側部１３０に固定すべく筐体１３１の後方側に取り付けられる下側カバー１３９とを備える。ここでは、第２の姿勢検出部１３６を除き、上側部１２０と同様の構成の説明を省略する。
【００３６】
第２の姿勢検出部１３６は、本体部１１０から上側結合部１４１と反対側へ延出する下側結合部１４３によって本体部１１０と結合された下側部１３０に配されることで、本体部１１０と結合され、下側結合部１４３に支持された状態において上記の第２の予め定められた位置に配置される。第２の姿勢検出部１３６は、当該第２の予め定められた位置において使用者１０の姿勢を検出する。第２の姿勢検出部１３６は、下側部１３０の加速度を検出する下側加速度センサを含む。第２の姿勢検出部１３６は、下側配線１５３を介して本体部１１０に電気的に接続されており、検出した加速度を姿勢データとして本体部１１０に出力する。
【００３７】
第２の姿勢検出部１３６が配置される第２の予め定められた位置には、使用者１０の仙骨付近の位置が含まれる。仙骨付近の位置とは、使用者１０の表皮から伸ばした法線が仙骨に到達する、表皮上の位置を意味する。仙骨は、使用者１０が水平移動しない限り、水平方向の変位が生じにくい。一方で、使用者１０の胸椎は、使用者１０の上体の傾きが変化した場合に、大きく変位する。よって、使用者１０が水平移動していないと仮定して、使用者１０の胸椎付近の予め定められた位置に配置された姿勢検出部１２６から出力される姿勢データのみに基づいて、使用者１０の姿勢を検出してもよい。一方で、使用者１０が水平移動するならば、第２の姿勢検出部１３６から出力される姿勢データと姿勢検出部１２６から出力される姿勢データとの差分を用いて使用者１０の姿勢を算出することにより、姿勢検出部１２６から出力される姿勢データのみに基づく場合に比べて使用者１０の姿勢をより正確に検出できる。
【００３８】
下側部１３０は、上側部１２０と異なる構成として、拡張部１２２の長手方向の両端側且つ前方側に取り付けられる突起部１３７および突起部１３８を備える。突起部１３７および突起部１３８は、拡張部１３２が使用者１０の腰の動きに安定して追従することを確実にすべく、すなわち、第２の姿勢検出部１３６による姿勢の検出精度を高めるべく、使用者１０が着用している衣服２０の表面で第２の姿勢検出部１３６が滑ることを防止する。
【００３９】
また、ベルト装置２００は、上述した構成に加えて、図４に示す通り、検出装置１００をベルト装置（ベルト装置）２００に取り付けるときに、検出装置１００の本体部１１０から延出している本体配線１５５と結合することで、制御ユニット２２０を検出装置１００の本体部１１０に電気的に接続するベルト配線２５５と、ベルト装置２００を本体部１１０に固定するための取り付け部２１５および取り付け部２１６と、を備える。なお、ベルト２０１の開口部２０３には、ベルト２０１の両平面のうち使用者１０に接触しない面（使用者１０に対向しない面、使用者１０に面しない方）の後方側から使用者１０に接触する面（使用者１０に対向する面、使用者１０に面する方）の前方側へとベルト配線２５５を予め挿通しておく。これにより、使用者１０は、本体配線１５５とベルト配線２５５とを、ベルト２０１の両平面のうち使用者１０に対向する面の前方側にて結合できる。また、ベルト２０１は、例えば、腰に密着させるために、伸縮性を有する布部（例、布製生地）を有する。
【００４０】
図４に示される通り、検出装置１００の本体部１１０は、自身の取り付け部１１５および取り付け部１１６をそれぞれ、ベルト装置２００の取り付け部２１５および取り付け部２１６に取り付けたり取り外したりすることができる。すなわち、本体部１１０は、ベルト装置２００に着脱自在となっている。よって、検出装置１００は、ベルト装置２００に対して着脱自在となっている。このように、検出装置１００の本体部１１０はベルト装置２００（この場合、ベルト装置２００のベルト２０１）に固定され、検出装置１００の姿勢検出部１２６及び第２の姿勢検出部１３６は結合部（上側結合部１４１、下側結合部１４３）に固定されてベルト装置２００（ベルト２０１）に対して非接触である。例えば、姿勢検出部１２６及び第２の姿勢検出部１３６は、ベルト装置２００（ベルト２０１）に固定されていなく、結合部を介して本体部１１０に固定されている。例えば、結合部は、ベルト装置２００（ベルト２０１）に直接的に接続されていない。また、結合部は、本体部１１０と姿勢検出部（１２６、１３６）とを結ぶ仮想的な線（例、曲線、直線）上において、本体部１１０と姿勢検出部（１２６、１３６）との間に配置されている。
【００４１】
図４には、実験によって導出された、上側結合部１４１および下側結合部１４３の形状と、検出装置１００の寸法とが例示されている。例えば、上側結合部１４１および下側結合部１４３はそれぞれ、一方向に長い長手方向と該長手方向に直交する方向に短い短手方向とを有する形状である。上側結合部１４１および下側結合部１４３を仮想的に別体と見なした場合に、上側結合部１４１および下側結合部１４３のそれぞれの２つの端部の一方は、長手方向が本体部１１０から延在する方向となるように、本体部１１０に固定され、２つの端部の他方は、本体部１１０から長手方向に延在する位置に配置される。また、例えば、結合部（上側結合部１４１及び／又は下側結合部１４３）は２つの端部を有し、少なくとも一方の端部側に姿勢検出部（姿勢検出部１２６又は第２の姿勢検出部１３６）が配置され固定されており、他方の端部側に本体部１１０又は別の姿勢検出部（姿勢検出部１２６又は第２の姿勢検出部１３６）が配置され固定されている。
【００４２】
また、上側結合部１４１は、図４に示す通り、本体部１１０の側面１１１ｂ（例、使用者１０の上体（腰）に対向する表面１１１ａに交差する面）の方向視において少なくとも一部が曲がった形状（例、結合部のうち端部側（姿勢検出部１２６が配置される側）の部分が本体部１１０から延びる部分に対し角度を有する形状）であり、本実施形態では本体部１１０と上側部１２０との間の一点で屈曲している。下側結合部１４３も同様に、本体部１１０の側面１１１ｂの方向視において少なくとも一部が曲がった形状（例、結合部のうち端部側（第２の姿勢検出部１３６が配置される側）の部分が本体部１１０から延びる部分に対し角度を有する形状）であり、本実施形態では本体部１１０と下側部１３０との間の一点で屈曲している。上側結合部１４１および下側結合部１４３のそれぞれの当該形状により、使用者１０がウェアラブル装置３０を装着した場合に、使用者１０の腰に各姿勢検出部が押し付けられた状態となる。なお、上側結合部１４１は、本体部１１０の側面１１１ｂの方向視において本体部１１０と上側部１２０との間の複数個所で屈曲していてもよく、下側結合部１４３も、本体部１１０の側面１１１ｂの方向視において本体部１１０と下側部１３０との間の複数個所で屈曲していてもよい。
【００４３】
そして、検出装置１００の長手方向の全長は１００ｍｍ以上、又は１００ｍｍから３００ｍｍであって、例えば２００ｍｍである。上側結合部１４１の屈曲点から下側結合部１４３の屈曲点までの本体部１１０を含む長さは５０ｍｍから１５０ｍｍであって、例えば１００ｍｍである。また、上側部１２０および下側部１３０が使用者１０の腰に押し付けられていない状態（腰に装着されていない状態）において、上側結合部１４１は、例えば、検出装置１００の主方向である鉛直方向から前方に２５°だけ屈曲し、下側結合部１４３は当該鉛直方向から前方に２８°だけ屈曲している。両角度は、８３名の試験者を直立した状態でレントゲン撮影し、直立状態の試験者の脊椎の角度の中で最大のものを選択して設定した。例えば、本実施形態の上側結合部１４１及び下側結合部１４３における屈曲させる上記角度は、１０°以上４５°以内であってもよい。
【００４４】
図５は、第１の実施形態による、検出装置１００の組み立て方法を説明するための模式的な斜視図である。図５を参照して、図１から図４に示されていなかった検出装置１００の各構成の詳細も併せて説明する。
【００４５】
本実施形態における上側結合部１４１および下側結合部１４３は、図５に示される通り、一体的に単一の部材で形成されている。上側結合部１４１と下側結合部１４３との接続箇所は、コの字を形成するように４か所で屈曲し、当該コの字の位置に本体部１１０が配される。また、上側結合部１４１および下側結合部１４３のそれぞれの先端側は、アルファベットＪの字を形成するように４か所で屈曲し、上側結合部１４１のＪの字の位置に上側部１２０が配され、下側結合部１４３のＪの字の位置に下側部１３０が配される。なお、上側結合部１４１および下側結合部１４３は、別個に二部材で形成されていてもよい。
【００４６】
本体部１１０の筐体１１１の後方の面（裏面１１１ｃ）には、上記のコの字に対応する溝が形成されており、当該溝に上側結合部１４１と下側結合部１４３との接続箇所（接続部）が収容される。同様に、上側部１２０の筐体１２１の後方の面には、上記のＪの字に対応する溝が形成されており、当該溝に上側結合部１４１の先端側が収容される。また同様に、下側部１３０の筐体１３１の後方の面には、上記のＪの字に対応する溝が形成されており、当該溝に下側結合部１４３の先端側が収容される。
【００４７】
検出装置１００を組み立てる場合には、本体部１１０の筐体１１１の後方の面に形成された溝に上側結合部１４１と下側結合部１４３との接続箇所を収容し、その上から本体カバー１１９を押し当てて、本体カバー１１９を筐体１１１、取り付け部１１５および取り付け部１１６によって共締めする。なお、取り付け部１１５および取り付け部１１６の前方には挿入ピンが設けられており、本体カバー１１９および筐体１１１のそれぞれに形成されている孔に挿入ピンを挿入することで上記の共締めを行う。
【００４８】
また、上側部１２０の筐体１２１の後方の面に形成された溝に上側結合部１４１の先端側を収容し、その上から上側カバー１２９を当て、上側カバー１２９の周囲に形成されている複数の爪の内側で上側結合部１４１の先端側の外側を固定する。同様に、下側部１３０の筐体１３１の後方の面に形成された溝に下側結合部１４３の先端側を収容し、その上から下側カバー１３９を当て、下側カバー１３９の周囲に形成されている複数の爪の内側で下側結合部１４３の先端側の外側を固定する。
【００４９】
以上の検出装置１００の構成および組み立て方法によれば、上側結合部１４１および下側結合部１４３と、本体部１１０、上側部１２０および下側部１３０とは、互いに容易に分離可能であることが理解される。これにより、例えば長期的な使用によって生じるものと予想される、上側結合部１４１および下側結合部１４３の弾性力の低下に起因した形状変化があった場合に、上側結合部１４１および下側結合部１４３のみを新しいものに交換することができ、ウェアラブル装置３０全体を交換する場合に比べてコストを削減できる。
【００５０】
次に、本実施形態におけるウェアラブル装置３０の機能について説明する。図６は、第１の実施形態による、ウェアラブル装置３０のブロック図である。図６に示される通り、ベルト装置（腰ベルト装置）２００の制御ユニット２２０は、使用者１０の姿勢を推定する姿勢推定部２２１と、使用者１０の姿勢を推定する計算に用いるパラメータの値を予め記憶しておく記憶部２２３と、使用者１０の腰に掛かる負荷を算出する負荷算出部２２５と、負荷算出部２２５によって算出された負荷の値に基づいて２つのアクチュエータ２０９の動作を制御する制御部２２７とを備える。上記のパラメータには、姿勢検出部１２６と第２の姿勢検出部１３６との相対位置のほか、姿勢を推定するための数式や負荷を算出するための数式に関する情報などが含まれる。
【００５１】
検出装置１００の状態検出部１１２は、負荷検出部、すなわち左側ロードセル１１３および右側ロードセル１１４の各検出値を、ベルト装置２００の姿勢推定部２２１および負荷算出部２２５に出力する。また、姿勢検出部１２６は、検出した姿勢データを姿勢推定部２２１に出力する。また、第２の姿勢検出部１３６は、検出した姿勢データを姿勢推定部２２１に出力する。また、接触検出部１２３は、左側圧力センサ１２４および右側圧力センサ１２５の両方の検出値が予め設定された閾値以下（例、０）になった場合に報知信号を報知部１１７に出力する。
【００５２】
姿勢推定部２２１は、記憶部２２３に記憶された上記の相対位置や姿勢を推定するための数式に関する情報を参照し、左側ロードセル１１３、右側ロードセル１１４、姿勢検出部１２６および第２の姿勢検出部１３６の各々による圧力（圧力データ）、加速度（加速度データ）といった各検出値と、上記の相対位置とに基づいて、使用者１０の姿勢を推定する。このとき、姿勢推定部２２１は、第２の姿勢検出部１３６から出力される姿勢データと姿勢検出部１２６から出力される姿勢データとの差分を算出してもよい。姿勢推定部２２１は、使用者１０が自重以外の負荷を受けていない状態（例、物を所持していない状態）においてのみ、左側ロードセル１１３および右側ロードセル１１４による圧力データを用いて使用者１０の姿勢を推定する構成としてもよい。姿勢推定部２２１は、推定した使用者１０の姿勢に関するデータを、負荷算出部２２５に出力する。
【００５３】
負荷算出部２２５は、記憶部２２３に記憶された負荷を算出するための数式に関する情報を参照し、姿勢推定部２２１によって推定される使用者１０の姿勢に関するデータ、および、左側ロードセル１１３および右側ロードセル１１４の各検出値から、所定の演算を実行して使用者１０の腰の負荷を算出する。
【００５４】
使用者１０の腰に対する負荷の算出方法として、例えば、使用者１０の腰の負荷が変化する動作をする場合の腰椎周りの物理モデルを用いる。物理モデルでは、腰椎全体を剛体と見做す。物理モデルにおいて、腰椎の下端は、仙骨に対して回転可能に支持され、腰椎の上端は、胸椎の下端を回転可能に支持する。物理モデルでは、腰椎の前後で腹筋群が生じる筋力と、背筋群が生じる筋力とが、使用者１０の腰の負荷が変化する動作の各段階において静的に釣り合うと見做す。このとき、負荷算出部２２５は、左側ロードセル１１３および右側ロードセル１１４の検出値の平均値を用いてもよい。
【００５５】
腰椎に支持された胸椎には、腰椎の背面側で収縮した背筋群が筋力を発生した場合に、当該筋力による胸椎周りの回転モーメントが作用し、これによって胸椎は使用者１０の背中側に傾く。また、胸椎には、腰椎の前面側で収縮した腹筋群が筋力を発生した場合に、当該筋力による胸椎周りの回転モーメントが作用し、これによって胸椎は使用者１０の前面側に傾く。このような胸椎の傾きにより、使用者１０の上体が傾き、腰椎には負荷が作用する。前述の物理モデルに沿って、使用者１０の腰椎の負荷を解析すると、腰椎周りでは、背筋群が生じる筋力による回転モーメントと、腹筋群が生じる筋力による回転モーメントと、使用者１０の上体の重量による回転モーメントとが釣り合う。なお、使用者１０の上体の重量は、使用者１０の全重量の６０％程度であることから、予め使用者１０の体重を測定して記憶部２２３に記憶させておき、負荷算出部２２５が参照してもよい。
【００５６】
また、仙骨周りでは、背筋群が生じる筋力による回転モーメントと、腹筋群が生じる筋力による回転モーメントとが釣り合う。また、腰椎に掛かる負荷は、背筋群が生じる筋力と、腹筋群が生じる筋力と、使用者１０の上体の重量との合力で表される。
【００５７】
姿勢推定部２２１によって推定される使用者１０の姿勢に関するデータを、使用者１０の上体の重量による腰椎周りの回転モーメントの算出に使用し、左側ロードセル１１３および右側ロードセル１１４の各検出値を背筋群が生じる筋力の算出に使用する。負荷算出部２２５は、これらの各算出値を用いて、胸椎周りの回転モーメントの釣り合いの式と、仙骨周りの回転モーメントの釣り合いの式とを連立することで、腹筋群が生じる筋力と使用者１０の上体の重量とを算出する。これにより、負荷算出部２２５は、背筋群が生じる筋力と、腹筋群が生じる筋力と、使用者１０の上体の重量との合力で表される、腰椎に掛かる負荷を算出する。
【００５８】
負荷算出部２２５は、算出した負荷の値を、記憶部２２３に記憶させる。これにより、記憶部２２３には、使用者１０の腰に掛かる負荷の値が時間情報と共に蓄積されていく。使用者１０は、例えばウェアラブル装置３０を取り外した後に、記憶部２２３に蓄積された負荷の情報を、無線又は有線により、外部装置、例えばスマートフォンやパソコンに出力し、確認することができる。
【００５９】
制御部２２７は、負荷算出部２２５が算出した負荷の値を使用して、２つのアクチュエータ２０９に印加する電圧の大きさを制御して、２つのアクチュエータ２０９の伸縮量を制御する。これにより、ウェアラブル装置３０は、使用者１０の腰に掛かる負荷に応じて、使用者１０の腰に補助力を付与できる。なお、制御部２２７は、例えば、使用者１０の腰に掛かる負荷に対応したアクチュエータ２０９の締め付け力と、当該締め付け力を発生させる電圧の大きさとの関係式が予め測定されて記憶部２２３に記憶されている場合には、記憶部２２３を参照することにより、２つのアクチュエータ２０９に印加する電圧の大きさを特定してもよい。
【００６０】
次に、図７および図８を用いて、使用者１０の動きに伴うウェアラブル装置３０の動作を説明する。図７は、第１の実施形態による、ウェアラブル装置３０を装着した状態で直立している使用者１０の模式的な側面図であり、図８は、第１の実施形態による、ウェアラブル装置３０を装着した状態で前屈している使用者１０の模式的な側面図である。
【００６１】
図７に示される通り、使用者１０がウェアラブル装置３０を装着した状態で直立している場合、ウェアラブル装置３０の検出装置１００は、ベルト装置２００によって部分的に使用者１０に押し付けられている。より具体的には、ベルト装置２００は、姿勢検出部１２６を覆わずに本体部１１０を覆うことによって、姿勢検出部１２６をベルト装置２００に固定せずに本体部１１０をベルト装置２００に固定し、また、姿勢検出部１２６を使用者１０の腰に固定せずに本体部１１０を腰に固定する。
【００６２】
姿勢検出部１２６は、ベルト装置２００によって使用者１０の腰に固定されないが、上側結合部１４１の屈曲状の形状と使用者１０の上体（例、腰）に向かう方向の弾性とに起因して、上体（例、腰）の動作を追随して上体（例、腰）に押し付けられた状態（付勢状態）が維持される。第２の姿勢検出部１３６もまた、ベルト装置２００によって使用者１０の上体（例、腰）に固定され、且つ、下側結合部１４３の屈曲状の形状と使用者１０の上体（例、腰）に向かう方向の弾性とに起因して、上体（例、腰）の動作を追随して上体（例、腰）に押し付けられた状態（付勢状態）が維持される。上側結合部１４１および下側結合部１４３の屈曲状の形状について、より具体的には、図７に示される通り、使用者１０の上体（例、腰）に対して角度を有し、すなわち、使用者１０の上体（例、腰）に向かって全体的に屈曲する形状である。なお、上側結合部１４１および下側結合部１４３が有する弾性は、本体部１１０が使用者１０の上体（例、腰）に固定されたときに使用者１０と対向する方向の弾性とも言える。例えば、上側結合部１４１および下側結合部１４３が有する弾性は、使用者１０がウェアラブル装置３０を装着した状態において、使用者１０又はウェアラブル装置３０の重力方向に直交する方向の弾性を含む。また、結合部（上側結合部１４１、下側結合部１４３）は、上体に対向する側（上体に接触する側）の本体部１１０の面（例、図４に示す筐体１１１の表面１１１ａ）における法線方向の側に弾性を有することを含む。さらに、結合部は、上記の法線方向の側に曲がった形状を有することを含む。また、例えば、結合部は、本体部１１０（筐体１１１）の厚さ方向（この場合、本体部１１０の表面１１１ａから裏面１１１ｃまでの幅方向）に弾性を有することを含む。このように、使用者１０の上体（例、腰）に向かう方向の弾性は、上記した弾性を含む。
【００６３】
図８には、使用者１０がウェアラブル装置３０を装着した状態で前屈している場合を示しているが、直立している場合と同様に、姿勢検出部１２６は、上体（例、腰）に押し付けられた状態が維持されている。使用者１０が前屈しても姿勢検出部１２６が使用者１０の上体における腰から離れないで腰（衣服２０を含む）に接触して密着している理由は、使用者１０が前屈している場合に、結合部の弾性によって、上側結合部１４１が姿勢検出部１２６を使用者１０に向かう方向に付勢しているためである。
【００６４】
以上、図１から図８を用いて、第１の実施形態によるウェアラブル装置３０を説明した。例えば、ウェアラブル装置３０によれば、上側結合部１４１および下側結合部１４３の屈曲状の形状と使用者１０の腰に向かう方向の弾性とによって、上下の姿勢検出部１２６および第２の姿勢検出部１３６が腰に接触し続けるようにテンションを掛けているので、上体が前屈する場合にも上下の姿勢検出部１２６および第２の姿勢検出部１３６が使用者１０の動作（例、前屈など）に追随して腰に接触した状態を維持できるため、腰から離れることを防止できる。したがって、本実施形態の検出装置１００は、使用者１０の動作（この場合、姿勢）に基づいて、使用者１０の姿勢を高精度に正しく検出することができる。
【００６５】
以上の説明では、使用者１０の上体が前屈する場合を例に挙げたが、上体が後屈したときはもちろん、側屈やひねりをした場合にも、上下の姿勢検出部１２６および第２の姿勢検出部１３６が腰から離れないことが、実験によって立証されている。また、ウェアラブル装置３０は、使用者１０の固有の情報を利用しないので、異なる身長の複数の使用者１０に対しても正しく姿勢を検出できる。例えば、ウェアラブル装置３０は、腰に掛かる負荷を正しく算出できる。
【００６６】
次に、図９から図１３を用いて、第１の実施形態における検出装置１００の上側結合部１４１および下側結合部１４３の代替的形態を説明する。以降の説明においては、上側結合部１４１および下側結合部１４３の代替的形態を除いた他の構成は、第１の実施形態と同じであるため、簡略化を目的として重複する説明を省略する。
【００６７】
図９は、第２の実施形態による、検出装置３００の模式的な斜視図である。検出装置３００の上側結合部３４１および下側結合部３４３は、例えば形状記憶合金、ＳＵＳ、又はプラスチックからなる板材である。
【００６８】
図９に示される通り、上側結合部３４１および下側結合部３４３はそれぞれ、使用者１０の上体における腰に対して角度を有し、すなわち、使用者１０の上体における腰に向かって全体的に屈曲する形状を有する。上側結合部３４１は、第１の実施形態の上側結合部１４１と同様に、本体部１１０の側面１１１ｂの方向視において本体部１１０と上側部１２０との間の一点で屈曲している。下側結合部３４３も、第１の実施形態の下側結合部１４３と同様に、本体部１１０の側面１１１ｂの方向視において本体部１１０と下側部１３０との間の一点で屈曲している。上側結合部３４１および下側結合部３４３のそれぞれの当該形状により、使用者１０がウェアラブル装置３０を装着した場合に、使用者１０の腰に各姿勢検出部が押し付けられる。
【００６９】
なお、板材からなる上側結合部３４１および下側結合部３４３は、第１の実施形態の線材からなる上側結合部１４１および下側結合部１４３と異なり、線材よりも大きい一定の幅を有するので、上側部１２０、本体部１１０および下側部１３０に取り付けるための留め具１７０を通す穴がそれぞれの対応箇所に形成されている。
【００７０】
次に、図１０は、第３の実施形態による、検出装置４００の模式的な斜視図であり、図１１は、その側面図である。検出装置４００の上側結合部４４１および下側結合部４４３は、図９を用いて説明した上側結合部３４１および下側結合部３４３と同様に、例えば形状記憶合金、ＳＵＳ、又はプラスチックからなる板材である。
【００７１】
図１０に示される通り、上側結合部４４１および下側結合部４４３はそれぞれ、使用者１０の上体における腰に対して所定の曲率を有し、すなわち、使用者１０の上体における腰に向かって全体的に湾曲する形状を有する。上側結合部４４１および下側結合部４４３の曲率半径は、好ましくはＲ＝２００である。上側結合部４４１は、本体部１１０の側面１１１ｂの方向視において全体的に曲がった形状である。下側結合部４４３も同様に、本体部１１０の側面１１１ｂの方向視において全体的に曲がった形状である。上側結合部３４１および下側結合部３４３のそれぞれの当該形状により、使用者１０がウェアラブル装置３０を装着した場合に、使用者１０の腰に各姿勢検出部が押し付けられる。
【００７２】
更に、図１１に示される通り、上側結合部４４１および下側結合部４４３のそれぞれには、長期的な使用によって生じるものと予想される、弾性力の低下に起因した形状変化を抑止する目的で、弾性補強部４６０が併設されている。より具体的には、弾性補強部４６０は、上側結合部４４１および下側結合部４４３の長手方向に弾性を有する、例えばゴムからなる弾性体であり、自然長の状態、または、長手方向に引き伸ばされた状態で、図示の通り上側結合部４４１および下側結合部４４３のそれぞれの内側曲面４４１ａ、４４３ａに貼り付けて設けられている。これにより、使用者１０がウェアラブル装置３０を長期的に使用する場合に、上側結合部４４１および下側結合部４４３がヘタって（消耗による）形状変化することを抑止できる。従って、姿勢検出部１２６および第２の姿勢検出部１３６が使用者１０の上体（例、腰）から離れることを抑止できる。従って、本実施形態の検出装置４００は、使用者１０の動作（この場合、姿勢）に基づいて、使用者１０の姿勢を高精度に正しく検出することができるだけでなく、検出装置４００の長期的な使用に対する耐久性を向上できる。
【００７３】
なお、板材からなる上側結合部４４１および下側結合部４４３は、図９を用いて説明した上側結合部３４１および下側結合部３４３と同様に、上側部１２０、本体部１１０および下側部１３０に取り付けるための留め具１７０を通す穴がそれぞれの対応箇所に形成されている。
【００７４】
図１２は、第４の実施形態による、検出装置５００の模式的な正面図である。検出装置５００の上側結合部５４１および下側結合部５４３は、第１の実施形態の上側結合部１４１および下側結合部１４３と同様に、例えば形状記憶合金、ＳＵＳ、又はプラスチックからなる線材である。
【００７５】
図１２に示される通り、上側結合部５４１は、本体部１１０の正面の方向視において並べて配置された２本の（一対の）上側屈曲線材５４４、５４５を有し、下側結合部５４３も、本体部１１０の正面（表面１１１ａ）の方向視において並べて配置された２本の（一対の）下側屈曲線材５４７、５４８を有する。上側屈曲線材５４４および下側屈曲線材５４７は、第１の実施形態の上側結合部１４１および下側結合部１４３と同様に、一体的に単一の部材で形成されている。上側屈曲線材５４５および下側屈曲線材５４８も同様に、一体的に単一の部材で形成されている。
【００７６】
上側屈曲線材５４４および下側屈曲線材５４７はそれぞれ、第１の実施形態の上側結合部１４１および下側結合部１４３と異なり、本体部１１０の側面１１１ｂの方向視だけでなく表面１１１ａの方向視においても少なくとも一部が曲がった形状である。例えば、上側屈曲線材５４４は、本体部１１０と上側部１２０との間において、本体部１１０の側面１１１ｂの方向視では一点で屈曲しており、本体部１１０の表面１１１ａの方向視では複数個所で屈曲している。同様に、下側屈曲線材５４７も、本体部１１０と下側部１３０との間において、本体部１１０の側面１１１ｂの方向視では一点で屈曲しており、本体部１１０の表面１１１ａの方向視では複数個所で屈曲している。上側屈曲線材５４５および下側屈曲線材５４８は、上側屈曲線材５４４および下側屈曲線材５４７と同じ構成なので、説明を省略する。
【００７７】
上側結合部５４１および下側結合部５４３のそれぞれの各屈曲線材が、本体部１１０の側面１１１ｂの方向視において一点で屈曲する形状を有することで、第１から第３の実施形態における各結合部と同様、使用者１０がウェアラブル装置３０を装着した場合に、使用者１０の腰に各姿勢検出部が押し付けられる。更に、上側結合部５４１および下側結合部５４３はそれぞれ２本の屈曲線材を有することで結合部の強度および耐久性が向上し、使用者１０がウェアラブル装置３０を長期的に使用する場合に、上側結合部５４１および下側結合部５４３がヘタって形状変化することを抑止できる。従って、姿勢検出部１２６および第２の姿勢検出部１３６が使用者１０の腰から離れることを抑止できる。これにより、本実施形態の検出装置５００は、姿勢検出部１２６および第２の姿勢検出部１３６による姿勢の検出精度を向上できる。更に、２本の屈曲線材を本体部１１０の正面の方向視において並べて配置することで予想される、使用者１０の左右方向の動きに対する追従性の低下を抑止すべく、上側結合部５４１および下側結合部５４３のそれぞれの各屈曲線材は、本体部１１０の表面１１１ａの方向視において複数個所で屈曲する形状を有する。これにより、使用者１０が側屈したり上体をひねったりしても、上側結合部５４１および下側結合部５４３のそれぞれの各屈曲線材が複数の屈曲点で変形することで、姿勢検出部１２６および第２の姿勢検出部１３６が使用者１０の腰から離れずに追従することができる。従って、検出装置５００は、使用者１０の姿勢を高精度に正しく検出することができる。
【００７８】
図１３は、第５の実施形態による、検出装置６００およびベルト装置２００を備えるウェアラブル装置３０の模式的な正面図である。検出装置６００の各構成は、第１の実施形態の検出装置１００の各構成と比べて、下側結合部１４３を備えない点を除いて同一である。ベルト装置２００には、追加的に、下側部１３０をベルト装置２００に固定することによって下側部１３０とベルト装置２００との相対位置を固定するための固定部材２０５、２０７を備える。このように、本体部１１０と下側部１３０とは、上記した線材や板材などで互いに結合されることなく、ベルト２０１によって相対的に位置決め固定することができる。
【００７９】
なお、固定部材２０５および固定部材２０７はそれぞれ、下側部１３０をベルト装置２００に固定する目的を達成できる限りにおいて任意の構成であってもよい。本実施形態では、固定部材２０５および固定部材２０７はそれぞれ、図１３に破線で示される通り、ベルト２０１の使用者１０に接触しない（面しない、対向しない）側の表面に形成された固定用バンドであって、両端を固定されて中心側でベルト２０１と共に下側部１３０の拡張部１３２を挟持するものであってもよい。
【００８０】
以上の複数の実施形態において、使用者１０の姿勢を推定するために、状態検出部（負荷検出部）からの出力データと、上下の姿勢検出部からの出力データと、鉛直方向における上下の姿勢検出部間の距離とを用いた。例えば、これに代えて、姿勢検出部として上側部に加速度センサおよびジャイロセンサを設け、両センサからの出力データのみを用いて姿勢検出してもよい。この場合、上体における腰に掛かる負荷の値を算出するために、下側部にも加速度センサおよびジャイロセンサを設け、上下の各センサからの出力データと、状態検出部からの出力データとを用いてもよい。例えば、本実施形態の検出装置は、加速度センサから前傾斜の角度や側屈角度などを取得し、ジャイロセンサからひねり角を取得する。
【００８１】
以上の複数の実施形態において、姿勢検出部（１２６、１３６）の腰への接触を検出する接触検出部は、姿勢検出部が使用者１０の上体（例、腰）から受ける反力を直接的に検出するセンサ、具体的には、腰から受ける圧力を検出する左右一対の圧力センサを含むものとして説明した。例えば、これに代えて、接触検出部は、本体部の位置で結合部に加わる力を検出することによって、姿勢検出部が腰から受ける反力を間接的に検出するセンサを含んでもよい。また、上記の検出装置において、接触検出部そのものを設けなくてもよい。この場合に、接触検出部に代えて、下側部の突起部と同じ構成を上側部の拡張部に設けてもよく、上側部の拡張部そのものを不要としてもよい。
【００８２】
以上の複数の実施形態において、負荷算出部によって算出された負荷値のデータは、記憶部に蓄積的に記憶させて、無線又は有線により外部装置、例えばスマートフォンやパソコンに後から出力し、蓄積した負荷値のデータをディスプレイなどに表示させる構成とした。代替的に又は追加的に、ウェアラブル装置は、算出された負荷値のデータを、随時、無線又は有線により外部装置（例、サーバ）に出力し、リアルタイムで負荷値のデータをディスプレイに表示させてもよい。例えば、各実施形態におけるウェアラブル装置と、ディスプレイと、検出装置又はウェアラブル装置から情報（データ）を受信する外部装置と、を備える情報システムを構成してもよい。
【００８３】
以上の複数の実施形態において、追加的に、上側部及び下側部の各筐体に各結合部を収容する溝を複数設け、各結合部の弾性力の低下具合に応じて、各結合部を異なる溝に収容させてもよい。このように調整すれば、長期的な使用によって各結合部の開き具合が大きくなってきても、上下の姿勢検出部の相対位置を維持することができる。
【００８４】
以上の複数の実施形態において、上側部および下側部に２つの姿勢検出部を設けた構成を説明した。追加的に、上記の本体部が３つ目の姿勢検出部を備えてもよい。また、姿勢検出部は、追加的に又は代替的に、上側部の角速度を検出するジャイロセンサを含んでもよい。第２の姿勢検出部も同様に、追加的に又は代替的に、下側部の角速度を検出するジャイロセンサを含んでもよい。このように姿勢検出センサの数を増やすことで、検出装置は、姿勢検出精度をより向上することができる。
【００８５】
以上の複数の実施形態において、負荷検出部は、追加的に又は代替的に、使用者１０の腰の筋肉の動きに係る皮膚表面の電位の変化を検出する筋電位センサであってもよい。また、状態検出部は、追加的に又は代替的に、使用者の腰の方向を検出する地磁気センサを含んでもよい。
【００８６】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００８７】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００８８】
１０  使用者、２０  衣服、３０  ウェアラブル装置、１００、３００、４００、５００、６００  検出装置、１１０  本体部、１１１  筐体、１１１ａ  表面、１１１ｂ  側面、１１１ｃ  裏面、１１２  状態検出部、１１３  左側ロードセル、１１４  右側ロードセル、１１５、１１６  取り付け部、１１７  報知部、１１９  本体カバー、１２０  上側部、１２１  筐体、１２２  拡張部、１２３  接触検出部、１２４  左側圧力センサ、１２５  右側圧力センサ、１２６  姿勢検出部、１２９  上側カバー、１３０  下側部、１３１  筐体、１３２  拡張部、１３６  第２の姿勢検出部、１３７、１３８  突起部、１３９  下側カバー、１４１、３４１、４４１、５４１  上側結合部、１４３、３４３、４４３、５４３  下側結合部、５４４、５４５  上側屈曲線材、５４７、５４８  下側屈曲線材、１５１  上側配線、１５３  下側配線、１５５  本体配線、１７０  留め具、  ２００  ベルト装置、２０１  ベルト、２０３  開口部、２０５、２０７  固定部材、２０９  アクチュエータ、２１５、２１６  取り付け部、２２０  制御ユニット、２２１  姿勢推定部、２２３  記憶部、２２５  負荷算出部、２２７  制御部、２５５  ベルト配線、４４１ａ、４４３ａ  内側曲面、４６０  弾性補強部
【図１】
2019017673.tif 000003
【図２】
2019017673.tif 000004
【図３】
2019017673.tif 000005
【図４】
2019017673.tif 000006
【図５】
2019017673.tif 000007
【図６】
2019017673.tif 000008
【図７】
2019017673.tif 000009
【図８】
2019017673.tif 000010
【図９】
2019017673.tif 000011
【図１０】
2019017673.tif 000012
【図１１】
2019017673.tif 000013
【図１２】
2019017673.tif 000014
【図１３】
2019017673.tif 000015