(57)【要約】【課題】歩行時において脚にかかる荷重を正確に検出できるようにした荷重検出機能付き履き物を提供する。【解決手段】足裏のつま先側に設けられ、上板３ｕおよび下板３ｄとの間に床面から作用する力を検出する力覚センサ４を備えた第一のセンサユニット２ｆと、足裏のかかと側に設けられ、上板３ｕおよび下板３ｄとの間に床面から作用する力を検出する力覚センサ４を備えた第二のセンサユニット２ｂと、前記第一のセンサユニット２ｆと第二のセンサユニット２ｂからの荷重が所定の閾値を超えた場合に報知を行うようにしたコントローラー５とを備えるようにする。もしくは、各センサユニット２ｆ、２ｂからの荷重に応じて音量を変えるようにして荷重の掛かり方を知らせるようにする。【選択図】図１
2015055510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
足裏のつま先側に設けられ、上板および下板との間に床面から作用する力を検出する力覚センサを備えた第一のセンサユニットと、
足裏のかかと側に設けられ、上板および下板との間に床面から作用する力を検出する力覚センサを備えた第二のセンサユニットと、
前記第一のセンサユニットと第二のセンサユニットからの荷重の出力値に応じて報知を行うようにしたコントローラーと、
を備えたことを特徴とする荷重検出機能付き履き物。
【請求項２】
前記コントローラーが、
前記第一のセンサユニットと第二のセンサユニットからの荷重の合計値が、所定の閾値以上である場合に報知を行うようにした請求項１に記載の荷重検出機能付き履き物。
【請求項３】
前記コントローラーが、
前記第一のセンサユニットと第二のセンサユニットからの荷重の合計値の大きさに応じて報知を行うようにした請求項１に記載の荷重検出機能付き履き物。
【請求項４】
前記コントローラーが、
力覚センサからの出力値を周波数解析する周波数解析部と、当該周波数解析部で解析された周波数のうち、所定の周波数以上の出力値をカットするフィルタリング部とを備えて構成される請求項１に記載の荷重検出機能付き履き物。
【請求項５】
請求項１に記載の荷重検出機能付き履き物において、さらに、
左右の足のつま先側およびかかと側に設けられたセンサユニットの出力値から、荷重重心を求める重心検出部を備えるようにした荷重検出機能付き履き物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脚の不自由な患者がリハビリに使用することのできる履き物に関するものであり、より詳しくは、所定の荷重がかかった場合に、警報を鳴らせるようにした履き物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、脚の不自由な患者がリハビリ用として使用することのできる荷重検出機能付きの履き物として、下記の特許文献１に記載されるようなものが提案されている。
【０００３】
この履き物は、図６に示すように、底面に取り付けられた上板９１と下板９２との間にエアバック９３を備え、歩行時にかかる荷重をエアバック９３の空気圧として測定して、あらかじめ設定した荷重を超えた場合に警報を鳴らして、過度に脚に負担を掛けさせないようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−９０２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような荷重検出機能付きの履き物で荷重を検出する場合、次のような問題がある。
【０００６】
すなわち、上記荷重検出機能付きの履き物では、エアバックの空気圧で荷重を検出するようにしているが、このような方法では、エアバックの弾力やエアーの圧縮によって圧力変化に時差を生じてしまい、荷重の検出にタイムラグを生じてしまう。また、このようなエアバックを用いると、長年の使用によって空気圧が減ってきた場合には、計測値が小さく出力されてしまうことになる。
【０００７】
さらには、例えば、階段やスロープなどを歩行するときのように、昇りではつま先側、下りではかかと側のみを接地させて歩行するような場合、つま先やかかと側のみに大きな圧力がかかることになるが、このような状況で圧力を計測しようとすると、荷重がかかった部分のみエアバックが大きく変位してしまう。このような場合において、その変位量を大きく確保できるようにすると、エアバックの厚みが厚くなってしまい、使用時に歩行しにくくなるといった問題がある。また、つま先やかかと側のみに荷重がかかった場合、エアバックのエアーがかかと側やつま先側に逃げてしまい、計測値が極めて不正確になってしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題に着目してなされたもので、歩行時において脚にかかる荷重を正確に検出できるようにした荷重検出機能付き履き物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】
すなわち、本発明における荷重検出機能付き履き物は、上記課題を解決するために、足裏のつま先側に設けられ、上板および下板との間に床面から作用する力を検出する力覚センサを備えた第一のセンサユニットと、足裏のかかと側に設けられ、上板および下板との間に床面から作用する力を検出する力覚センサを備えた第二のセンサユニットと、前記第一のセンサユニットと第二のセンサユニットからの荷重の出力値に応じて報知を行うようにしたコントローラーとを備えるようにしたものである。
【００１０】
このようにすれば、つま先側とかかと側のセンサユニットにより、階段歩行時やスロープ歩行時にかかる荷重を正確に検出することができるとともに、力覚センサによって荷重を検出するため、上板と下板の厚みを小さくした状態で正確に荷重を検出することができるようになる。
【００１１】
また、前記コントローラーとして、前記第一のセンサユニットと第二のセンサユニットからの荷重の合計値が、所定の閾値以上である場合に報知を行うようにしたものを用いる。
【００１２】
このようにすれば、リハビリ中に過度の荷重を掛けないように歩行訓練を行わせることができるようになる。
【００１３】
さらには、前記コントローラーとして、前記第一のセンサユニットと第二のセンサユニットからの荷重の合計値の大きさに応じて報知を行うようにする。
【００１４】
このようにすれば、荷重のかかり具合に応じて音量などを変えて報知することができるため、音の大きさを聞きながら歩行訓練を行うことができるようになる。
【００１５】
加えて、このような発明において、前記コントローラーに、力覚センサからの出力値を周波数解析する周波数解析部と、当該周波数解析部で解析された周波数のうち、所定の周波数以上の出力値をカットするフィルタリング部とを備えて構成する。
【００１６】
このようにすれば、歩行時に瞬間的にかかる激力をフィルタリング部で除去して荷重を検出することができるため、歩行の都度警報などが鳴ってしまうといった不具合を防止することができる。
【００１７】
また、左右の足のつま先側およびかかと側に設けられたセンサユニットの出力値から、荷重重心を求める重心検出部を備えるようにする。
【００１８】
このようにすれば、例えば、かかとからつま先側への荷重の移動状況や、両脚の間における体重重心の移動状況などを調べることができ、脚にかかる荷重の大きさだけでなく、歩行方法などを検証することができるようになる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、上記課題を解決するために、足裏のつま先側に設けられ、上板および下板との間に床面から作用する力を検出する力覚センサを備えた第一のセンサユニットと、足裏のかかと側に設けられ、上板および下板との間に床面から作用する力を検出する力覚センサを備えた第二のセンサユニットと、前記第一のセンサユニットと第二のセンサユニットからの荷重の出力値に応じて報知を行うようにしたコントローラーとを備えるようにしたので、階段歩行時やスロープ歩行時にかかる荷重などを正確に検出することができるとともに、力覚センサによって荷重を検出するため、上板と下板の厚みを小さくした状態で正確に荷重を検出することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態における荷重検出機能付き履き物の外観図
【図２】同形態におけるセンサユニットを示す図
【図３】同形態における機能ブロック図
【図４】同形態における歩行状態を示す図
【図５】歩行時における重心位置の軌跡を示す図
【図６】従来例における荷重検出機能付き履き物を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
この実施の形態における荷重検出機能付き履き物１は、脚の不自由な者が歩行のリハビリに使用できるようにしたものであって、図１に示すように、靴底の裏側のつま先側に設けられる第一のセンサユニット２ｆと、かかと側に設けられる第二のセンサユニット２ｂと、これらのセンサユニット２ｆ、２ｂからの荷重の出力値が所定の閾値を超えた場合、もしくは、荷重値に応じて警報などの報知を行うコントローラー５とを備えて構成されている。そして、このように構成することによって、床面からの反力によって瞬時に荷重値を計測できるようにするとともに、階段やスロープなどを歩行する際にも、正確に荷重を検出できるようにしたものである。以下、本実施の形態における履き物１について詳細に説明する。
【００２３】
まず、第一のセンサユニット２ｆや第二のセンサユニット２ｂは、図１に示すように、履き物１本体の靴底の裏側に取り付けられるものであって、足裏のつま先側およびかかと側にそれぞれ独立して設けられている。それぞれのセンサユニット２ｆ、２ｂは、比較的固い樹脂や金属板などによって構成された上板３ｕおよび下板３ｄと（図１および図２参照）、これらの上板３ｕおよび下板３ｄとの間に設けられる力覚センサ４によって構成され、歩行時における床面からの反力を荷重として検出できるようにしている。このうち、上板３ｕは靴底の裏側にビスや接着剤などを介して固定的に取り付けるようにするほか、面ファスナーなどによって着脱可能に取り付けるようにする。一方、この上板３ｕと対向して設けられる下板３ｄは、上板３ｕとほぼ同じ大きさおよび形状をなす比較的固い樹脂や金属板などの板材で構成されるもので、さらに、その床面側にゴムやフェルトなどを取り付けて歩行しやすくしている。これらの上板３ｕや下板３ｄの間に設けられる複数の力覚センサ４は、図２に示すように、上板３ｕや底板の四隅四カ所に取り付けられており、上板３ｕおよび下板３ｄの法線方向にかかる荷重を検出できるようにしている。なお、ここでは、四カ所に力覚センサ４を取り付けるようにしているが、数や取り付け箇所については、これに限定されるものではなく、例えば、土踏まず側に一カ所設け、かかと側やつま先側に二カ所ずつそれぞれ三角形状をなすように配置してもよい。そして、このように配置された力覚センサ４の検出軸４２に上板３ｕを取り付けるとともに、力覚センサ４を構成するハウジング４１を下板３ｄに取り付けることによって、上板３ｕと下板３ｄで力覚センサ４を挟み込むようにしている。このような力覚センサ４としては、ハウジング４１から突出する検出軸４２を軸方向に押圧することによって、その軸方向の荷重を検出できるようにしたものを用い、例えば、その検出軸４２の押圧に基づく伸縮（ひずみ）によって荷重を検出する「ひずみゲージ方式」を用いたものや、検出軸の変化量を実測して荷重を検出する方式、あるいは、圧電効果を利用して荷重を検出する方式などを採用する。
【００２４】
一方、コントローラー５は、履き物１の甲側に取り付けられるものであって、各センサユニット２ｆ、２ｂからの荷重をアンプを用いて増幅するとともに、それぞれの値を加算する機能を有している。具体的には、このコントローラー５には、各センサユニット２ｆ、２ｂの力覚センサ４から図示しない出力ケーブルで接続されており、それぞれの値をアンプを用いて増幅して加算できるようにしている。なお、この履き物１を用いて歩行する際には、図４（ａ）に示すように、床面への着地時に、かかと側に一瞬だけ大きな激力が加わることになり、その荷重が出力されて警報を出力してしまう可能性がある。そのため、図３の機能ブロック図に示すように、コントローラー５に設けられた周波数解析部５２によって、各センサユニット２ｆ、２ｂからの出力信号を周波数解析し、所定の周波数以上の高周波信号をフィルタリング部５３で除去して、激力に伴って出力される高周波信号を除去する。
【００２５】
また、このような荷重を検出する際には、高周波信号を除去する他に、センサユニット２ｆ、２ｂから出力されてきた信号を時系列で計測し、所定時間幅毎に移動平均をとることによって信号を平滑化するようにしてもよい。このように平滑化した場合であっても、瞬間的な激力に基づく警報などの発生を防止することができ、歩行の都度警報が鳴ってしまうといった不具合を防止することができる。
【００２６】
そして、このコントローラー５では、記憶部５４に所定の荷重の閾値を記憶させておき、アンプから出力された荷重値がその閾値を超えた場合に報知部５５から警報をならすようにする。なお、ここで報知部５５から警報を鳴らすようにしているが、光で報知するようにしてもよく、あるいは、振動によって報知するようにしてもよい。
【００２７】
次に、このように構成された荷重検出機能付き履き物１の使用例について説明する。
【００２８】
＜アラームモードでの使用＞
【００２９】
まず、履き物１のみで使用される場合には、アラームモードに設定される。この設定は、コントローラー５に設けられたスイッチ５１を切り換えることなどによって行われる。
【００３０】
アラームモードでは、患者に履き物１を履いてもらい、その状態でセンサユニット２ｆ、２ｂの荷重のゼロ設定を行う。このゼロ設定では、履き物１を履いて静止している際に、右足側にＡｋｇ、左足にＢｋｇの荷重がかかっているとした場合に、そのＡｋｇ、Ｂｋｇを「０ｋｇ」に設定する。健常者であれば、一般的にＡ＝Ｂとなるが、脚を患っている場合には、それぞれの値に違いを生じる。そのため、コントローラー５の一部を構成するパーソナルコンピューターを用いて右足と左足の荷重に対する閾値を設定し、その値をパーソナルコンピューターから無線で送信して記憶部５４に記憶させるようにする。
【００３１】
このように初期設定をした後、患者が歩行する際の荷重を検出する。通常、人間が歩行する際には、かかと側から床面に接地し（図４（ａ））、足裏全体を床面に接地させた後に（図４（ｂ））、かかと側を床面から離すようにするが（図４（ｃ））、リアルタイムで各センサユニット２ｆ、２ｂからの荷重を検出すると、接地時の激力を計測してしまう。そこで、コントローラー５のフィルタリング部５３で高周波成分を除去する。そして、このように激力に伴う高周波成分を除去して荷重を検出し、その荷重が閾値を超えている場合には、報知部５５から警報を出力する。このとき、例えば、階段を昇るときのようにつま先側のみが床面に接地するような場合であっても、つま先側のセンサユニット２ｆ、２ｂのみによって荷重を正確に検出するため、従来のようにエアー全体の平均圧力値として荷重が検出されることがなくなる。また、階段を下りる場合においても、かかと側の第二のセンサユニット２ｂのみによって荷重を正確に検出することができるため、正確に荷重を検出することができる。
【００３２】
＜計測モードでの使用＞
【００３３】
計測モードは、患者の歩行時などにおける荷重の移動状態や重心バランスなどを計測する場合に使用される。この計測モードに切り換える場合も、コントローラー５に設けられたスイッチ５１を切り換えることなどによって計測モードにする。
【００３４】
計測モードで荷重を検出する場合は、右足のつま先側における第一のセンサユニット２ｆ、右足のかかと側における第二のセンサユニット２ｂ、左足のつま先側における第一のセンサユニット２ｆ、左足のかかと側における第二のセンサユニット２ｂの荷重をそれぞれ独立して取得し、その値をコントローラー５の一部を構成するパーソナルコンピューター６に無線で出力する。そして、患者に歩行してもらう際には、同様に各センサユニット２ｆ、２ｂ毎に荷重の閾値を設けて、計測した荷重がその閾値を超えた場合に、パーソナルコンピューターの画面上もしくは音によって報知を行うようにする。そして、オペレーターに荷重の掛かり具合を把握させ、患者に対して、どれくらい荷重をかけて歩行すべきかなどを患者に指示する。
【００３５】
また、各脚におけるかかと側からつま先側への体重移動をどのように行っているのかを計測する場合は、図４（ａ）から図４（ｃ）の各状態において、第一のセンサユニット２ｆと第二のセンサユニット２ｂにおける荷重の移動を計測する。このような計測においては、例えば、つま先側のみを接地させて歩行する場合（図４（ｃ））、かかと側の第二のセンサユニット２ｂに第二の閾値を設定しておき、つま先側のみで歩行してかかと側の荷重が第二の閾値以下である状態が所定時間以上続いた場合に報知を行うようにすることもできる。また、逆に、かかと側のみを接地させて歩行する場合（図４（ａ））、つま先側の第一のセンサユニット２ｆに第二の閾値を設定しておき、かかと側のみで歩行してつま先側の荷重が第二の閾値以下である状態が所定時間以上続いた場合に報知を行うようにする。
【００３６】
さらに、実際の歩行時において、４つのセンサユニットの荷重から重心検出部５６にて重心位置を求め、図５に示すように、その重心位置の軌跡を検出する。そして、例えば、歩行時における重心の揺れや移動状態などをオペレーターが観て、歩行時における体重のかけ方などを患者に指示する。
【００３７】
このように上記実施の形態によれば、足裏のつま先側に設けられ、上板３ｕおよび下板３ｄとの間に床面から作用する力を検出する力覚センサ４を備えた第一のセンサユニット２ｆと、足裏のかかと側に設けられ、上板３ｕおよび下板３ｄとの間に床面から作用する力を検出する力覚センサ４を備えた第二のセンサユニット２ｂと、前記第一のセンサユニット２ｆと第二のセンサユニット２ｂからの荷重の出力値に応じて報知を行うようにしたコントローラー５とを備えるようにしたので、つま先側とかかと側の第一のセンサユニット２ｆによって、階段歩行時やスロープ歩行時にかかる荷重を正確に検出することができるとともに、力覚センサ４によって荷重を検出するため、上板３ｕと下板３ｄの厚みを小さくした状態で正確に荷重を検出することができるようになる。
【００３８】
また、前記コントローラー５として、前記第一のセンサユニット２ｆと第二のセンサユニット２ｂからの荷重の合計値が、所定の閾値以上である場合に報知を行うようにしたものを用いるようにしたので、リハビリ中に過度の荷重を掛けないように歩行訓練を行わせることができるようになる。
【００３９】
さらには、第一のセンサユニット２ｆと第二のセンサユニット２ｂからの荷重の合計値の大きさに応じて報知を行うようにしたので、荷重のかかり具合に応じて音量などを変えて報知することができるため、音の大きさを聞きながら歩行訓練を行うことができるようになる。
【００４０】
また、前記コントローラー５に、力覚センサ４からの出力値を周波数解析する周波数解析部５２と、当該周波数解析部５２で解析された周波数のうち、所定の周波数以上の出力値をカットするフィルタリング部５３とを備えるようにしたので、歩行時に瞬間的にかかる激力をフィルタリング部５３で除去して荷重を検出することができるため、歩行の都度警報などが鳴ってしまうといった不具合を防止することができる。
【００４１】
また、左右の足のつま先側およびかかと側に設けられたセンサユニット２ｆ、２ｂの出力値から、荷重重心を求める重心検出部を５６備えるようにしたので、例えば、かかとからつま先側への荷重の移動状況や、両脚の間における体重重心の移動状況などを調べることができ、脚にかかる荷重の大きさだけでなく、歩行方法などを検証することができるようになる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。
【００４３】
例えば、上記実施の形態では、所定の閾値以上の荷重が検出された場合に報知を行うようにしたが、これとは全く逆の考え方として、荷重を掛けさせるような場合、もしくは、荷重の掛かり方を知る場合にも使用することができる。このような場合としては、例えば、脳溢血などで倒れて半身不随などになったとき、脚に力を掛けさせるように歩行訓練をする必要があるが、このような場合に、例えば、センサユニットから出力される荷重の合計値の大きさに応じて音量を大きくするなどの報知形態を変えていき、これによって、音を聞きながら歩行訓練を行わせるようにすることもできる。
【００４４】
また、上記実施の形態では、第一のセンサユニット２ｆと第二のセンサユニット２ｂの合計値によって報知を行うか否かを判断しているが、それぞれのセンサユニット毎に報知を行うか否かを判断するようにしてもよい。すなわち、第一のセンサユニット２ｆ用に第一の閾値を設定し、第二のセンサユニット２ｂ用に第二の閾値を設定し、それぞれの閾値を超えた場合に報知を行うようにしてもよい。
【００４５】
さらには、第一のセンサユニット２ｆと第二のセンサユニット２ｂのそれぞれ毎に、掛かった荷重に応じて音量や音質などを変えるようにしてもよい。
【００４６】
また、上記実施の形態では、つま先側とかかと側にセンサユニットを設けるようにしたが、これらのセンサユニットについては二カ所だけでなく、複数箇所に分割して設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・履き物
２ｆ・・・第一のセンサユニット
２ｄ・・・第二のセンサユニット
３ｕ・・・上板
３ｄ・・・下板
４・・・力覚センサ
４１・・・ハウジング
４２・・・検出軸
５・・・コントローラー
５１・・・スイッチ
５２・・・周波数解析部
５３・・・フィルタリング部
５４・・・記憶部
５５・・・報知部
５６・・・重心検出部
【図１】
2015055510.tif 000003
【図２】
2015055510.tif 000004
【図３】
2015055510.tif 000005
【図４】
2015055510.tif 000006
【図５】
2015055510.tif 000007
【図６】
2015055510.tif 000008