(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人の身体活動の負荷を監視する方法であって、前記身体活動は、歩行、走行および直立であり、前記方法は、
かかと領域に配置される第１の負荷センサ及び足指領域に配置される第２の負荷センサの２つの負荷センサを備える靴のインソール内に配置されている、前記第１の負荷センサおよび前記第２の負荷センサからの信号を記録する工程を、左右両足の両方のインソールについて行う工程と、
左右両方のインソール内の前記第１の負荷センサおよび前記第２の負荷センサからの信号を用いて、一方のインソールの前記第１の負荷センサおよび前記第２の負荷センサからの信号と、他方のインソールの前記第１の負荷センサおよび前記第２の負荷センサからの信号との間の時間的関係を決定し、決定した前記時間的関係に基づいて、前記身体活動のタイプを決定する工程と、
左右両足の集約された足圧力値として定義される、左右両方のインソールの前記第１の負荷センサおよび前記第２の負荷センサからの前記信号の信号値の合計値に基づいて、前記タイプに応じて異なる、重量が既知である人に関して決定されている較正係数に応じて、前記人の所持品の重量を含む前記人の重量を測定する工程と、
前記人の前記身体活動の負荷を、前記タイプ、および前記人の前記所持品の重量を含む前記人の前記重量に基づいて決定する工程と、を含む方法。
【請求項２】
前記身体活動の前記タイプは、左右両方のインソールにおける前記第１の負荷センサおよび前記第２の負荷センサからの前記信号が前記信号値の周期的変動を示しかつ異なるインソールの前記第１の負荷センサおよび前記第２の負荷センサからの前記信号の一部が時間的に重なれば、「歩行」と決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記身体活動の前記タイプは、左右両方のインソールにおける前記第１の負荷センサおよび前記第２の負荷センサからの前記信号が前記信号値の周期的変動を示しかつ異なるインソールの前記第１の負荷センサおよび前記第２の負荷センサからの前記信号が時間的に重ならなければ、「走行」と決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記身体活動の前記タイプは、左右両方のインソールにおける前記第１の負荷センサおよび前記第２の負荷センサからの前記信号が既定値を超過しかつ異なるインソールからの前記信号が時間的に重なれば、「直立」と決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記人が毎分６０歩までのペースで歩いている場合の、前記人の前記所持品の重量を含む前記人の前記重量Ｐは、次式のように決定され、
0006448559.tif 000032
ここで、ＫＷは、歩行時において、重量が既知である人に関して決定されている較正係数であり、
Ｆは、１歩行サイクルに渡る足圧力の平均値であり、次式のように決定され、
0006448559.tif 000033
ここで、Ｆ１ｍａｘは、一方のインソール内の前記第１の負荷センサおよび前記第２の負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値であり、かつ、Ｆ２ｍａｘは、他方のインソールの前記第１の負荷センサおよび前記第２の負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値であり、
１歩行サイクルは、一方の足および他方の足によって行われる２つの連続する歩みより成る、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記人が毎分６０歩以上のペースで歩いている場合の、前記人の前記所持品の重量を含む前記人の前記重量Ｐは、次式のように決定され、
0006448559.tif 000034
ここで、ＫＷは、毎分６０歩までのペースで歩いている、重量が既知である所定の人に関して決定されている較正係数であり、
Ｆは、１歩行サイクルに渡る足圧力の平均値であり、次式のように決定され、
0006448559.tif 000035
ここで、Ｆ１ｍａｘは、一方のインソールの前記第１の負荷センサおよび前記第２の負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値であり、Ｆ２ｍａｘは、他方のインソールの前記第１の負荷センサおよび前記第２の負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値であり、かつ、Ｖは、１分当たりの歩数であり、
１歩行サイクルは、一方の足および他方の足によって行われる２つの連続する歩みより成る、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記人が走行中の場合の、前記人の前記所持品の重量を含む前記人の前記重量Ｐは、次式のように決定され、
0006448559.tif 000036
ここで、ＫＲは、走行時において、重量が既知である所定の人に関して決定されている較正係数であり、
Ｆは、１走行サイクルに渡る足圧力の平均値であり、次式のように決定され、
0006448559.tif 000037
ここで、Ｆ１ｍａｘは、一方のインソールの前記第１の負荷センサおよび前記第２の負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値であり、Ｆ２ｍａｘは、他方のインソールの前記第１の負荷センサおよび前記第２の負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値であり、かつ、Ｖは、１分当たりの歩数であり、
１走行サイクルは、一方の足および他方の足によって行われる２つの連続する歩みより成る、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記人が直立中の場合の、前記人の前記所持品の重量を含む前記人の前記重量Ｐは、次式のように決定され、
0006448559.tif 000038
ここで、ＫＳは、直立時において、重量が既知である所定の人に関して決定される較正係数であり、
Ｆは、直立時の足圧力の平均値であり、次式のように決定され、
0006448559.tif 000039
ここで、Ｆ１ｍａｘは、一方のインソールの前記第１の負荷センサおよび前記第２の負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値であり、かつ、Ｆ２ｍａｘは、他方のインソールの前記第１の負荷センサおよび前記第２の負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
歩行時の前記身体活動の負荷ＥＷは、次式のように決定され、
0006448559.tif 000040
ここで、ｉは、歩行時間間隔の番号であり、
ｗは、歩行時間間隔の総数であり、
Ｐｉは、ｉ番目の時間間隔内に記録される、単位キログラムの、前記人の前記所持品の重量を含む前記人の前記重量であり、
Ｔｉは、ｉ番目の時間間隔の単位分の持続時間であり、
ｅＷは、歩行活動へ投入される、重量１ｋｇ当たりのｋｃａｌ／分単位の比エネルギーであって、次式のように決定され、
0006448559.tif 000041
ここで、ｋｐｅｒは、前記人の予め決定される個体係数であり、かつ、Ｖは、１分当たりの歩数である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
走行時の前記身体活動の負荷ＥＲは、次式のように決定され、
0006448559.tif 000042
ここで、ｉは、走行時間間隔の番号であり、
ｒは、走行時間間隔の総数であり、
Ｐｉは、ｉ番目の時間間隔内に記録される、単位キログラムの、前記人の前記所持品の重量を含む前記人の前記重量であり、
Ｔｉは、ｉ番目の時間間隔の単位分の持続時間であり、
ｅＲは、走行活動へ投入される、重量１ｋｇ当たりのｋｃａｌ／分単位の比エネルギーであって、次式のように決定され、
0006448559.tif 000043
ここで、ｋｐｅｒは、前記人の予め決定される個体係数であり、かつ、Ｖは、１分当たりの歩数である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
直立時の前記身体活動の負荷ＥＳは、次式のように決定され、
0006448559.tif 000044
ここで、ｉは、直立時間間隔の番号であり、
ｓは、直立時間間隔の総数であり、
Ｐｉは、ｉ番目の時間間隔内に記録される、単位キログラムの、前記人の前記所持品の重量を含む前記人の前記重量であり、
Ｔｉは、ｉ番目の時間間隔の単位分の持続時間であり、
ｅＳは、直立活動へ投入される、重量１ｋｇ当たりのｋｃａｌ／分単位の比エネルギーであって、次式のように決定され、
0006448559.tif 000045
ここで、ｋｐｅｒは、前記人の予め決定される個体係数である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の負荷センサと前記第２の負荷センサとの間に歩行時の支持反力の軌跡に沿って配置される追加的な負荷センサを各インソール内に備える工程と、
前記追加的な負荷センサからの信号を検出し、かつ、この信号を前記第１の負荷センサおよび前記第２の負荷センサからの前記信号の使用に加えて用いて前記人の前記身体活動の負荷を監視する工程と、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載の方法において用いる、人の身体活動の負荷を監視するためのインソールであって、
かかと領域において当該インソール内に配置される第１の負荷センサと、足指領域において当該インソール内に配置される第２の負荷センサと、を備え、
前記第１の負荷センサおよび前記第２の負荷センサは、前記人の足によって加えられる圧力を検出する信号を発生することができる、インソール。
【請求項１４】
前記第１の負荷センサおよび前記第２の負荷センサからの前記信号をデジタル形式へ変換しかつこれを外部の処理ユニットへ送信するためのアナログ−デジタル変換器およびトランシーバをさらに備える、請求項１３に記載のインソール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人の運動活動のパラメータ測定を監視する分野に関し、具体的には、靴インソール内に配置される負荷センサを用いる運動応力の測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
人の運動パラメータを、靴インソール内に位置決めされる負荷センサによって測定する方法は、様々なものが知られている。
【０００３】
例えば、韓国特許第１００７９２３２７号明細書（２００７年１２月３１日公開、ＩＰＣ  Ａ４３Ｂ３／００、Ａ４３Ｂ５／００）は、ゴルフにおけるプレーヤの重量および体の重心の変位を靴インソールの下に置かれる圧電センサによって測定するための方法について記述している。ゴルフ時にセンサ上に作用する力の測定は、プレーヤの運動パターンおよび運動性能精度のリアルタイム評価を得ることを可能にする。しかしながら、この方法は、ゲーム中の人の運動応力を測定するための手段を提供するものではない。
【０００４】
国際特許出願第２００１／０３５８１８号明細書（２００１年５月２５日公開、ＩＰＣ  Ａ６１Ｂ５／１０３）は、走り幅跳びおよび走り高跳びで、試合で、またはレジャーでアスリートの脚により発生される力を測定するための方法について記述している。力は、靴インソール内に位置決めされる少なくとも１つの負荷センサによって測定される。測定データを外部の処理ユニットへ送信するための、アンテナおよび電源付きトランシーバは、靴の中に設置される。しかしながら、この方法は、負荷センサからの信号を基礎とするスポーツ活動中の人の運動応力の評価を見込むものではない。
【０００５】
仏国特許第２８７３２８１号明細書（２００４年７月２６日公開、ＩＰＣ Ａ４３Ｂ３／００、Ａ４３Ｂ５／００、Ａ６１Ｂ５／１０３）の概念は、本出願においてクレームしているものに最も近いものであり、運動の物理パラメータを決定しかつこれによって人の運動応力を計算するための測定デバイスを有するスポーツシューズについて記述している。シューズは、人の足の下に配置される負荷センサと、人の運動応力に関連する情報を示すためのディスプレイを有する演算器とを装備している。このようなデバイスによる物理パラメータの測定は、人の歩行パターンの識別を可能にし、前記パラメータには、歩調、速度、加速、歩行距離、移動時間、身体代謝率、および人により燃焼される総エネルギー量等のエネルギー消費に関連する他のパラメータが含まれる。これは、人の運動応力の一般的な監視を可能にする。しかしながら、運動応力のこのような評価は、追加的な運動重量、即ち、概して監視期間を通じて可変値である、歩行時、走行時、または他のタイプの運動活動に際して担われる重量、を無視している。上述の全ては、運動応力の査定を誤らせ、または、この方法の適用性を制限する。さらに、この方法は、歩行応力の測定のみを可能にし、例えば走行である他のタイプの運動活動には適用され得ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】韓国特許第１００７９２３２７号明細書
【特許文献２】国際特許出願第２００１／０３５８１８号明細書
【特許文献３】仏国特許第２８７３２８１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決すべき技術的課題は、人の運動応力を、追加的に担われる重量を含む人の身体重量を考慮しながらリアルタイムで査定する方法を開発することにあり、前記方法は、様々なペースでの走行、歩行ならびに直立等の様々なタイプの運動活動に適用可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的の１つは、人の運動応力を監視する方法にあり、靴インソール内に設置される負荷センサによって発生される信号が記録され、各インソールは、２つの負荷センサ、即ち、足のかかと領域に配置されている第１の負荷センサと、足指領域に配置されている第２の負荷センサとを有する。特有のタイプの運動活動は、両方のインソールからの負荷センサ信号の時間の一致および信号の値を基礎として識別される。人の重量ならびに追加的に担われる重量は、負荷センサ信号を合計すること、および決定される運動活動のタイプによって決定される。この後、運動応力が、運動活動のタイプと、追加的に担われる重量を含む身体重量とを基礎として決定される。
【０００９】
走るまたは歩くとき、人は、足を交互に、まず一方を次いで他方を動かす。かかと領域および足指領域に位置決めされる負荷センサは、１つの歩行または走行サイクル内の足とベースとが接触する持続時間（支持段階）および一跨ぎの持続時間（ストライド段階）を決定することを可能にする。異なるタイプの運動活動は、支持時間およびストライド時間の異なる時間一致によって特徴づけられることから、異なるインソールからの負荷センサ信号のこの時間一致（時間相関）は、識別する必要のある運動活動のパターンまたはタイプの決定を可能にする。
【００１０】
本発明による方法は、人の運動応力を、運動活動のタイプ（歩行、走行、他）および追加的に担われる重量を含む人の重量の双方を基礎として決定する。重量に追加的に担われる重量を加算したものは、運動活動のプロセスにおいて直に測定される。したがって、ある特定の状況における人の運動応力は、遙かに精確に測定されることが可能であり、かつこの応力の監視は、特定の時間期間に渡ってより効果的に実行されることが可能である。
【００１１】
本方法の特定の実施形態では、様々なタイプの運動活動の識別が、後述する手順に従って実現可能となる。
【００１２】
歩行のようなタイプの運動活動は、両方のインソールにおける負荷センサからの信号値が周期的に変動する信号値を示し、かつ、異なるインソールの負荷センサからの信号の一部が時間的に重なる場合に決定される。
【００１３】
走行のようなタイプの運動活動は、両方のインソールにおける負荷センサからの信号値が周期的に変動する信号値を示し、かつ、異なるインソールの負荷センサからの信号が時間的に重ならない場合に決定される。
【００１４】
直立のようなタイプの運動活動は、両方のインソールにおける負荷センサからの信号値が周期的に変動する信号値を示し、かつ、異なるインソールの負荷センサからの信号が時間的に重なる場合に決定される。
【００１５】
発明者らは、追加的に担われる重量を含む人の重量を、特有のタイプの運動活動を考慮して決定することを可能にする一連の経験的関係性を取得している。
【００１６】
例えば、毎分６０歩の遅いペースで歩いている人の、追加的に担われる重量を含む重量Ｐは、次式のように決定することができる。
【００１７】
0006448559.tif 000002
【００１８】
ここで、ＫＷは、歩行時の、重量が既知である特有の人に関して決定される較正係数であり、Ｆは、１歩行サイクルに渡る足圧力の平均値である。
【００１９】
0006448559.tif 000003
【００２０】
ここで、Ｆ１ｍａｘは、一方のインソールの全負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値であり、Ｆ２ｍａｘは、他方のインソールの全負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値である。
【００２１】
１歩行サイクルは、一方の足、次に他方の足によって行われる２つの連続する歩みより成る。
【００２２】
毎分６０歩以上のペースで歩いている人の、追加的に担われる重量を含む重量は、次式のように決定することができる。
【００２３】
0006448559.tif 000004
【００２４】
ここで、ＫＷは、毎分６０歩までのペースで歩いている、既知の重量を有する所定の人の較正係数であり、Ｆは、１歩行サイクルに渡る足圧力の平均値である。
【００２５】
0006448559.tif 000005
【００２６】
ここで、Ｆ１ｍａｘは、一方のインソールの全負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値であり、Ｆ２ｍａｘは、他方のインソールの全負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値であり、Ｖは、１分当たりの歩数である。
【００２７】
ここで、１歩行サイクルは、一方の足、次に他方の足によって行われる２つの連続する歩みより成る。
【００２８】
走っている人の、追加的に担われる重量を含む重量は、次の公式によって決定することができる。
【００２９】
0006448559.tif 000006
【００３０】
ここで、ＫＲは、走行時の、既知の重量を有する所定の人に関する較正係数であり、Ｆは、１走行サイクルに渡る足圧力の平均値である。
【００３１】
0006448559.tif 000007
【００３２】
ここで、Ｆ１ｍａｘは、一方のインソールの全負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値であり、Ｆ２ｍａｘは、他方のインソールの全負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値であり、Ｖは、１分当たりの歩数である。
【００３３】
ここで、１走行サイクルは、一方の足、次に他方の足によって行われる２つの連続する歩みより成る。
【００３４】
立っている人の、追加的に担われる重量を含む重量は、次の公式によって決定することができる。
【００３５】
0006448559.tif 000008
【００３６】
ここで、ＫＳは、直立時の、重量が既知である所定の人に関して決定されるべき較正係数であり、Ｆは、直立期間に渡る足圧力の平均値である。
【００３７】
0006448559.tif 000009
【００３８】
ここで、Ｆ１ｍａｘは、一方のインソールの全負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値であり、Ｆ２ｍａｘは、他方のインソールの全負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値である。
【００３９】
具体的には、歩行時の運動応力ＥＷは、次の公式によって決定することができる。
【００４０】
0006448559.tif 000010
【００４１】
ここで、ｉは、歩行活動に委ねられた時間間隔の番号であり、ｗは、歩行活動に委ねられた時間間隔の数である。
【００４２】
Ｐｉは、ｉ番目の時間間隔内で記録された追加的に担われる重量を含む人の重量（単位ｋｇ）である。
【００４３】
Ｔｉは、ｉ番目の時間間隔の持続時間（単位、分）である。
【００４４】
ｅＷは、歩行活動へ投入される、重量１ｋｇ当たりのｋｃａｌ／分単位の比エネルギーであって、次式のように表される。
【００４５】
0006448559.tif 000011
【００４６】
ここで、ｋｐｅｒは、所定の人／人間の予め決定されるべき個体係数であり、Ｖは、１分当たりの歩数である。
【００４７】
具体的には、走行時の運動応力ＥＲは、次の公式によって計算することができる。
【００４８】
0006448559.tif 000012
【００４９】
ここで、ｉは、走行活動に委ねられた時間間隔の番号であり、ｒは、走行活動に委ねられた時間間隔の数である。
【００５０】
Ｐｉは、ｉ番目の時間間隔内で記録された追加的に担われる重量を含む人の重量（単位ｋｇ）である。
【００５１】
Ｔｉは、ｉ番目の時間間隔の持続時間（単位、分）である。
【００５２】
ｅＲは、走行活動へ投入される、重量１ｋｇ当たりのｋｃａｌ／分単位の比エネルギーであって、次式のように決定される。
【００５３】
0006448559.tif 000013
【００５４】
ここで、ｋｐｅｒは、所定の人の予め決定されるべき個体係数であり、Ｖは、１分当たりの歩数である。
【００５５】
具体的には、直立時の運動応力ＥＳは、次の公式によって決定することができる。
【００５６】
0006448559.tif 000014
【００５７】
ここで、ｉは、直立活動に委ねられた時間間隔の番号であり、ｓは、直立活動に委ねられた時間間隔の数である。
【００５８】
Ｐｉは、ｉ番目の時間間隔内で記録された追加的に担われる重量を含む人の重量（単位ｋｇ）である。
【００５９】
Ｔｉは、ｉ番目の時間間隔の持続時間（単位、分）である。
【００６０】
ｅＳは、直立活動へ投入される、重量１ｋｇ当たりのｋｃａｌ／分単位の比エネルギーであって、次式のように決定される。
【００６１】
0006448559.tif 000015
【００６２】
ｋｐｅｒは、所定の人に関する予め決定されるべき個体係数である。
【００６３】
本方法の具体的な一実施形態では、第１の負荷センサおよび第２の負荷センサの信号に加えて、各インソール内の第１の負荷センサと第２の負荷センサとの間で歩行時の支持反力の軌跡に沿って配置される追加的な負荷センサからの信号が検出される。追加的な負荷センサからの信号は、第１の負荷センサおよび第２の負荷センサからの信号と共に計算に使用される。これにより、人の重量ならびに追加的に担われる重量をより精確に測定することができるようになる。
【００６４】
本発明の別の目的は、上述の方法を実装するように設計されるインソールにある。本インソールは、足のかかとの近くに取り付けられる少なくとも１つの第１の負荷センサと、足の指の近くに取り付けられる第２の負荷センサとを備え、これらは共に、人の足によって加えられる圧力を記録する信号を発生することができる。
【００６５】
さらに、本インソールは、負荷センサからの信号をデジタル形式へ変換しかつこれを外部の処理ユニットへ送信するために、少なくとも、アナログ−デジタル変換器およびトランシーバを装備してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
本発明を、次の図面によって例示する。
【００６７】
【図１】図１は、負荷センサが取り付けられているインソールの設計を略示したものであり、左右両方のインソール、および歩行時の支持反力の軌跡に対する負荷センサのロケーションが示されている。
【図２】図２は、インソール内へ図１に示されているように取り付けられた負荷センサ上へ足によって加えられる力を記録するための例示的な測定デバイスを示す配線図であり、各負荷センサは、ブリッジ接続された４つの歪ゲージを有する歪トランスデューサを構成する。
【図３】図３は、直立活動時において、図２に示されている回路により記録される両インソールからの負荷センサ信号の時間的関係を示す例示的なタイミング図である。
【図４】図４は、歩行活動時において、図２に示されている回路により記録される両インソールからの負荷センサ信号の時間的関係を示す例示的なタイミング図である。
【図５】図５は、走行活動時において、図２に示されている回路により記録される両インソールからの負荷センサ信号の時間的関係を示す例示的なタイミング図である。
【図６】図６は、インソール内へ図１に示されているように置かれた負荷センサ上へ足によって加えられる力を記録するための別の例示的な測定デバイスの回路図を示す。この実施形態において、各負荷センサは、圧電トランスデューサを構成する。
【図７】図７は、歩行活動時において、図６に示されている回路により記録される両インソールからの負荷センサ信号の時間的関係を示す例示的なタイミング図である。
【図８】図８は、走行活動時において、図６に示されている回路により記録される両インソールからの負荷センサ信号の時間的関係を示す例示的なタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００６８】
本発明を、歪ゲージおよび圧電トランスデューサの形式の負荷センサを有するインソールの以下の実施形態によって例示する。
【００６９】
第１の実施形態において、各インソール１（図１参照）は、足のかかと領域に位置決めされる第１の負荷センサ２と、足の足指領域に位置決めされる第２の負荷センサ３と、事実上、歩行時の支持反力の軌跡５上に位置決めされる追加的な２つの負荷センサ４と、を含む。図２は、足によって負荷センサ上へ加えられる力を記録するためのデバイス６の略図の一実施形態を示す。この実施形態において、負荷センサ２−４は、各々が４つのブリッジ接続された歪ゲージ８より成る歪トランスデューサ（歪ゲージ）７で表されている。一方のブリッジ対角は、電源１０へ接続され、他方は、マイクロコントローラ９の入力／出力ポートへ、４つ全ての歪トランスデューサ７（第１の負荷センサ２、第２の負荷センサ３および追加的な２つの負荷センサ４）が最終的に、歪トランスデューサ７からのアナログ信号を記録しかつ前記信号をデジタル形式へ変換するマイクロコントローラ９の８つの入力／出力ポートＬ１−Ｌ８へ接続されるようにして接続される。内蔵トランシーバを有するマイクロコントローラ９のアンテナ出力Ｇは、アンテナ１１へ接続される。デバイス６は、電源１０によって電圧を加えられる。マイクロコントローラ９は、外部コンピュータ（不図示）からのコマンドによってオンにされる。外部コンピュータは、携帯デバイス内に取り付けられ、運動応力を決定することができる。
【００７０】
本発明による運動応力の監視方法は、下記のように実装される。
【００７１】
運動活動のタイプが、信号処理ユニット６により記録される、両方のインソール１の歪ゲージ７（負荷センサ２−４）からの信号と、左右のインソール１上の歪ゲージ７からの信号の時間的関係とを基礎として決定される。
【００７２】
例えば、直立等の活動は、グラフ（ａ）がインソール１の歪ゲージ７からの信号Ｆ１に対応し、グラフ（ｂ）がもう一方のインソール１の歪ゲージ７からの信号Ｆ２に対応する図３に示されている信号によって区別される。このタイプの運動活動では、両方のインソール１の歪ゲージ７からの信号Ｆ１およびＦ２は、値が略等しく、かつ時間的にほぼ完全に重なり合う特色を有する。図３は、インソール１の歪ゲージ７からの信号Ｆ１（グラフ（ａ））の値が、もう一方のインソール１の歪ゲージ７からの信号Ｆ２（グラフ（ｂ））より大きいことを示している。これは、人が、一方の足へもたれて立っていることを意味する。
【００７３】
歩行等のタイプの運動活動は、グラフ（ａ）がインソール１の歪ゲージ７からの信号Ｆ１に対応し、グラフ（ｂ）がもう一方のインソール１の歪ゲージ７からの信号Ｆ２に対応する図４に示されている信号によって区別される。このタイプの運動活動は、両方のインソール１の歪ゲージ７からの信号値Ｆ１およびＦ２による交互的な変化、および部分的な時間的重なり（重なり合う時間間隔ＴＬ）の可能性、によって特徴づけられる。
【００７４】
走行等のタイプの運動活動は、グラフ（ａ）がインソール１の歪ゲージ７からの信号Ｆ１に対応し、グラフ（ｂ）がもう一方のインソール１の歪ゲージ７からの信号Ｆ２に対応する図５に示されている信号によって区別される。このタイプの運動活動は、両方のインソール１の歪ゲージ７からの信号値Ｆ１およびＦ２による交互的な変化、および前記信号の時間的重なりの欠如、によって特徴づけられる。逆に、前記信号間には、時間間隔ＴＤとして示される時間の空白が観察される。
【００７５】
各インソールにおける少なくとも２つの負荷センサ、即ち、かかとに近い第１の負荷センサ２および足指に近い第２の負荷センサ３の可用性は、上述のタイプの運動活動（歩行、走行、直立）だけでなく、着座、サイクリング、スキーのような他のタイプの活動をも規定することを可能にする。しかしながら、本方法がカバーするのは、追加的に担われる重量を含む人の重量が、その両足へ伝達されるタイプの運動活動に限られる。
【００７６】
下表１は、（各インソール内の少なくとも２つのセンサによる）負荷センサ信号値およびその時間的関係を、所定のタイプの運動活動と突き合わせたものである。
【００７７】
【表１】
0006448559.tif 000016
【００７８】
人の運動活動のタイプの決定（識別）に使用される負荷センサ２、３、４からの類似信号は、追加的に担われる重量を含む人の重量の測定にも使用されることが可能である。「追加的に担われる重量」という言い回しは、人によって支持される、例えば運搬品または特殊なトレーニング用の錘といった余分な重量を意味する。この点に関しては、本発明による方法が、運動活動のタイプおよびこの活動中に追加的に担われる重量を含む人の重量の双方を考慮する必要がある人の運動応力の監視に関わるものであるという理由で、人の重量は、予め決定されていなければならない。
【００７９】
発明者らにより経験的に得られた運動活動のタイプに関連する数学的関係は、追加的に担われる重量を含む人の重量を測定するために使用されることが可能である。
【００８０】
したがって、直立活動において、重量測定値は、基本的に、両インソールの全ての負荷センサ２−４からの信号値の合計にまで減らされる。
【００８１】
直立時における、追加的に担われる重量を含む人の重量は、次式のように表すことができる。
【００８２】
0006448559.tif 000017
【００８３】
ここで、ＫＳは、直立時における、重量が既知である所定の人に関して決定されるべき較正係数である。
【００８４】
Ｆは、直立時における、両足の圧力の平均値である。これは、所定の時間期間、例えば、５秒から１０秒の間に渡って決定することができる。
【００８５】
0006448559.tif 000018
【００８６】
ここで、Ｆ１ｍａｘは、一方のインソールの全負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値であり、Ｆ２ｍａｘは、他方のインソールの全負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値である。
【００８７】
較正係数ＫＳ、ならびに歩行時または走行時の人の重量の計算に使用される他の較正係数は、システム較正のプロセスにおいて決定されることが可能である。同時に、この時点で人が追加重量を担っていないことが分かっていて、負荷センサが人の既知の重量のみを拾い上げる場合、これらは、監視中に直接決定されることも可能である。
【００８８】
毎分６０歩までの遅い歩行ペースにおいて、追加的に担われる重量を含む人の重量Ｐは、次式を用いて計算することができる。
【００８９】
0006448559.tif 000019
【００９０】
ここで、ＫＷは、重量が既知である歩行する人に関して決定されるべき較正係数であり、Ｆは、１歩行サイクルに渡る足圧力の平均値である。
【００９１】
0006448559.tif 000020
【００９２】
ここで、Ｆ１ｍａｘは、一方のインソールの全負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値であり、Ｆ２ｍａｘは、他方のインソールの全負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値である。
【００９３】
ここで、１歩行サイクルは、一方の足およびもう一方の足によって行われる２つの連続する歩みより成るものとされる。
【００９４】
毎分６０歩以上の歩行ペースにおいて、追加的に担われる重量を含む人の重量は、次式によって求めることができる。
【００９５】
0006448559.tif 000021
【００９６】
ここで、ＫＷは、毎分６０歩までのペースで歩いている、既知の重量を有する所定の人に関して決定されるべき較正係数であり、Ｆは、１歩行サイクルに渡る足圧力の平均値である。
【００９７】
0006448559.tif 000022
【００９８】
ここで、Ｆ１ｍａｘは、一方のインソールの全負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値であり、Ｆ２ｍａｘは、他方のインソールの全負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値であり、Ｖは、１分当たりの歩数である。
【００９９】
ここで、１歩行サイクルは、一方の足およびもう一方の足による２つの連続する歩みより成るものとされる。
【０１００】
走行時における人の、追加的に担われる重量を含む重量は、次式によって決定することができる。
【０１０１】
0006448559.tif 000023
【０１０２】
ここで、ＫＲは、走行時における、重量が既知である所定の人に関して決定される較正係数であり、Ｆは、１走行サイクルに渡る足圧力の平均値である。
【０１０３】
0006448559.tif 000024
【０１０４】
ここで、Ｆ１ｍａｘは、一方のインソールの全負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値であり、Ｆ２ｍａｘは、他方のインソールの全負荷センサによって記録される集約された足圧力の最大値であり、Ｖは、所定の走行ペースにおける１分当たりの歩数である。
【０１０５】
ここで、１走行サイクルは、一方の足およびもう一方の足によって行われる２つの連続する歩みより成るものとされる。
【０１０６】
運動応力は、運動活動のタイプおよび追加的に担われる重量を含む人の重量を考慮して、次のように決定される。
【０１０７】
歩行時の運動応力ＥＷを、次式によって求める。
【０１０８】
0006448559.tif 000025
【０１０９】
ここで、ｉは、歩行活動に委ねられた時間間隔の通し番号であり、ｗは、歩行活動に委ねられた時間間隔の数である。
【０１１０】
Ｐｉは、ｉ番目の時間間隔内で記録された追加的に担われる重量を含む人の重量（単位ｋｇ）である。
【０１１１】
Ｔｉは、ｉ番目の時間間隔の持続時間（単位、分）である。
【０１１２】
ｅｗは、歩行活動へ投入される、重量１ｋｇ当たりのｋｃａｌ／分単位の比エネルギーであって、次式のように決定される。
【０１１３】
0006448559.tif 000026
【０１１４】
ここで、ｋｐｅｒは、所定の人の予め決定されるべき個体係数であり、Ｖは、所定の歩行ペースにおける１分当たりの歩数である。
【０１１５】
係数ｋｐｅｒは、例えば、Ｋｏｔｚ，Ｙ．Ｍ．Ｓｐｏｒｔｓ  Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ．Ｍｏｓｃｏｗ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｃｕｌｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｓｐｏｒｔ，１９９８，ｐ．６９、に記述されているように決定されることが可能であって、０．６から１．１までの範囲であることが可能である。年齢が異なる人々に関して用いることのできるｋｐｅｒの値を、下表２に示す。
【０１１６】
【表２】
0006448559.tif 000027
【０１１７】
走行時の人の運動応力ＥＲは、次式の通りである。
【０１１８】
0006448559.tif 000028
【０１１９】
ここで、ｉは、走行活動に委ねられた時間間隔の通し番号であり、ｒは、走行活動に委ねられた時間間隔の数である。
【０１２０】
Ｐｉは、ｉ番目の時間間隔内で記録された追加的に担われる重量を含む人の重量（単位ｋｇ）である。
【０１２１】
Ｔｉは、ｉ番目の時間間隔の持続時間（単位、分）である。
【０１２２】
ｅＲは、走行活動へ投入される、重量１ｋｇ当たりのｋｃａｌ／分単位の比エネルギーであって、次式のように決定される。
【０１２３】
0006448559.tif 000029
【０１２４】
ここで、ｋｐｅｒは、所定の人の予め決定されるべき個体係数であり、Ｖは、所定の走行ペースにおける１分当たりの歩数である。
【０１２５】
直立時の人の運動応力ＥＳは、次式のように表すことができる。
【０１２６】
0006448559.tif 000030
【０１２７】
ここで、ｉは、直立活動に委ねられた時間間隔の通し番号であり、ｓは、直立活動に委ねられた時間間隔の数である。
【０１２８】
Ｐｉは、ｉ番目の時間間隔内で記録された追加的に担われる重量を含む人の重量（単位ｋｇ）である。
【０１２９】
Ｔｉは、ｉ番目の時間間隔の持続時間（単位、分）である。
【０１３０】
ｅＳは、直立活動へ投入される、重量１ｋｇ当たりのｋｃａｌ／分単位の比エネルギーであって、次式のように決定される。
【０１３１】
0006448559.tif 000031
【０１３２】
ここで、ｋｐｅｒは、所定の人の予め決定されるべき個体係数である。
【０１３３】
圧電トランスデューサを負荷センサとして用いるこの方法を実装するためのデバイス１２の別の実施形態を、図６に示す。先行する実施形態と同様に、左右のインソール１（図１参照）は、かかとの近くに位置決めされる第１の負荷センサ２と、足指の近くに位置決めされる第２の負荷センサ３と、歩行時の支持反力の軌跡５に略沿って位置決めされる追加的な２つの負荷センサ４と、を含む。本実施形態における負荷センサ２、３、４は、各々、圧電トランスデューサ１３、１４、１５から成り、これらは、マッチング抵抗器Ｒ１−Ｒ８を介してマイクロコントローラ９の入力／出力ポートＬ１−Ｌ４へ接続される。図２に示されている実施形態と同様に、マイクロコントローラ９のアンテナ出力Ｇは、アンテナ１１へ接続される。
【０１３４】
負荷センサとしての圧電トランスデューサの使用を基礎とする運動応力の監視方法は、次のように実装される。
【０１３５】
本発明による方法の第１の実施形態と同様に、この場合は各々圧電トランスデューサ１３、１４、１５によって表される各インソール１の負荷センサ２、３、４からの信号が記録される。図７は、歩行時における両インソールからの負荷センサ（例えば、圧電トランスデューサ１３）信号の時間的関係を示す例示的なタイミング図であるのに対して、図８は、走行時のそれを示している。歪トランスデューサ７（図４および図５参照）を用いる実施形態とは逆に、圧電トランスデューサからの信号は、その固有の振幅−周波数応答を所与として、足圧が圧電トランスデューサへ加わりかつ前記トランスデューサから解放される瞬間に対応する明確なスパイク（逆極性の信号）として成形されている。反対の極性を有するスパイクの利用可能性は、支持段階の持続時間に対応する信号を復元すること、および先行例と同様に、両インソールの圧電トランスデューサからの信号の時間的関係を決定することを可能にする。
【０１３６】
したがって、歩行等のタイプの運動活動は、グラフ（ａ）がインソール１の圧電トランスデューサ１３（センサ２としても知られる）からの信号Ｆ１に対応し、かつグラフ（ｂ）がもう一方のインソール１の圧電トランスデューサ１３（センサ２としても知られる）からの信号Ｆ２に対応する図７に示されている信号によって特徴づけられる。図７におけるグラフ（ｃ）および（ｄ）は、各々、一方のインソールおよびもう一方のインソール１の圧電トランスデューサ１３上への足圧の持続時間に対応する信号Ｐ１およびＰ２を示す。図７のグラフ（ｃ）および（ｄ）における信号Ｐ１およびＰ２の立ち上りは、各々、図７のグラフ（ａ）および（ｂ）における正の極性の信号Ｆ１およびＦ２と相関し、一方で、図７のグラフ（ｃ）および（ｄ）における信号Ｐ１およびＰ２の立ち下りは、各々、図７のグラフ（ａ）および（ｂ）における負の極性の信号Ｆ１およびＦ２と相関する。歩行等のタイプの運動活動は、グラフ（ｃ）および（ｄ）に示されている信号値の交互的変動によって、かつその部分的な重なり（重なり時間間隔ＴＬ）の可能性によって特徴づけられる。
【０１３７】
同様に、走行等のタイプの運動活動は、グラフ（ａ）がインソール１の圧電トランスデューサ１３（センサ２としても知られる）からの信号Ｆ１に対応し、かつグラフ（ｂ）がもう一方のインソール１の圧電トランスデューサ１３（センサ２としても知られる）からの信号Ｆ２に対応する図８に示されている信号によって特徴づけられる。図８におけるグラフ（ｃ）および（ｄ）は、各々、一方のインソールおよびもう一方のインソール１の圧電トランスデューサ１３上への足圧の持続時間に対応する信号Ｐ１およびＰ２を示す。図８のグラフ（ｃ）および（ｄ）における信号Ｐ１およびＰ２の立ち上りは、各々、図８のグラフ（ａ）および（ｂ）における正の極性の信号Ｆ１およびＦ２と相関し、一方で、図８のグラフ（ｃ）および（ｄ）における信号Ｐ１およびＰ２の立ち下りは、各々、図８のグラフ（ａ）および（ｂ）における負の極性の信号Ｆ１およびＦ２と相関する。走行等のタイプの運動活動は、グラフ（ｃ）および（ｄ）に示されている、時間的な重なりのない信号値の交互的変動によって特徴づけられる。逆に、これらの信号間の時間間隔ＴＤとして示される時間の空白が観察される。
【０１３８】
追加的に担われる重量を含む人の重量の測定には、本発明の第１の実施形態からの数学的関係を適用することができる。この場合、足によって両インソール内に位置決めされた負荷センサ上に加えられる圧力は、圧電トランスデューサからの信号Ｆ１およびＦ２の最大値を用いて表される。直立の場合、人の重量は、直立活動の始まりおよびその終了後に圧電トランスデューサによって発生される信号Ｆ１およびＦ２の値を基礎として決定される。この点を除けば、本方法のこの実装は、先行例で記述された実装に類似する。
【０１３９】
デバイス６（図２）およびデバイス１２（図６）、ならびにこれらの部分は、インソール１内で、対応する負荷センサの側に収容されることが可能である。デバイスは、再充電可能なバッテリに代表され得るバッテリ１０によって電圧を加えられる。さらに、デバイスは、デバイス１２（図６参照）の例に示されているように、歩行または走行中にバッテリを再充電するための回路を備えることができる。このような再充電回路は、各圧電トランスデューサ１３−１５毎に１つのダイオード１６と、記憶キャパシタ１７と、制御入力がマイクロコントローラ９の入力／出力ポートＬ９へ連結されるサイリスタ１８と、を含む。各ダイオード１６の一端は、対応する圧電トランスデューサ１３−１５へ接続され、一方で他の端は、接合されてキャパシタ１７へ接続される。再充電プロセスにおいて、マイクロコントローラ９は、圧電トランスデューサ上への足圧によって発生される信号の記録モードをオフに切換し、この信号を、ダイオード１６を介して記憶キャパシタ１７へ送る。このモードにおいて、マイクロコントローラ９は、サイリスタ１８を開放し、これにより、充電されたキャパシタ１７がバッテリ１０へ接続される。したがって、人が、デバイス１２および靴インソールに取り付けられた圧電トランスデューサ１３−１５を備える靴を履いて歩いている、または走っているとき、バッテリ１０は、再充電される。
【０１４０】
本発明による方法は、運動活動のタイプおよび追加的に担われる重量を含む人の重量を考慮することにより、人の運動活動のタイプおよび持続時間のより精確な査定、および、一日を通じた人の運動応力のより精確な計算を可能にする。
【０１４１】
さらに、インソール内に取り付けられる負荷センサによって記録されるデータは、先に述べたように、人の筋骨格系の欠陥、扁平足、を検出するため、ならびに、移動面の勾配およびその硬さ、装着する履物の快適度、人固有の足取りの識別、他、を決定するためにも使用される場合がある。また、本方法は、移動ペース、動作の速度および加速、カバー距離および移動持続時間の連続監視も可能にする。
【図１】
0006448559.tif 000046
【図２】
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【図３（ａ）】
0006448559.tif 000048
【図３（ｂ）】
0006448559.tif 000049
【図４】
0006448559.tif 000050
【図５】
0006448559.tif 000051
【図６】
0006448559.tif 000052
【図７】
0006448559.tif 000053
【図８】
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