(57)【要約】【課題】歩行補助装置の装着者の足のサイズの個人差に依存せず、足裏の着床と離床の状態を明確に感知することが可能な圧力センサ、情報処理装置、及び電極決定方法を提供する。【解決手段】本発明は、第１の電極と複数の第２の電極が設けられた電極シートと、圧力により面抵抗が変化する感圧シートと、を備え、前記感圧シートの一方の面と、前記電極シートの一方の面とが重なり合って構成され、人の足裏と地面との間に装着される圧力センサである。そして、この圧力センサにおいて、前記第１の電極と複数の第２の電極は、それぞれ前記電極シートの前記面上の互いに異なる位置に設けられ、且つ、前記感圧シートの前記面であって前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する前記面を含む領域の抵抗に応じた電圧を前記第２の電極ごとに測定する情報処理装置へ電気的に接続するための導線がそれぞれの前記電極から引き出されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と複数の第２の電極が設けられた電極シートと、圧力により面抵抗が変化する感圧シートと、を備え、前記感圧シートの一方の面と、前記電極シートの一方の面とが重なり合って構成され、人の足裏と地面との間に装着される圧力センサであって、
前記第１の電極と複数の第２の電極は、それぞれ前記電極シートの前記面上の互いに異なる位置に設けられ、且つ、前記感圧シートの前記面であって前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する前記面を含む領域の抵抗に応じた電圧を前記第２の電極ごとに測定する情報処理装置へ電気的に接続するための導線がそれぞれの前記電極から引き出されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記圧力センサは、靴の中敷きに設けられることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
それぞれの前記電極は、一方向に長く延びた楕円状又は長方形状の形状を有し、前記長く延びた前記方向と直交する方向に所定間隔で平行に並べられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
請求項１に記載の圧力センサから引き出された前記導線に電気的に接続される情報処理装置であって、
前記圧力センサが備える前記感圧シートの前記面であって前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する前記面を含む領域の抵抗に応じた電圧を前記第２の電極ごとに測定する測定手段を備えることを特徴とする情報処理装置。
【請求項５】
前記測定手段は、前記圧力センサを足裏と地面との間に装着した装着者の足裏が着床と離床を繰り返している状態で、前記第２の電極ごとに前記電圧を測定し、
前記情報処理装置は、前記測定手段により前記第２の電極ごとに測定された各前記電圧に基づいて、前記複数の第２の電極の中で、前記着床と前記離床を区別するのに最適な前記第２の電極を決定する決定手段を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の情報処理装置。
【請求項６】
第１の電極と複数の第２の電極が設けられた電極シートと、圧力により面抵抗が変化する感圧シートと、を備え、前記感圧シートの一方の面と、前記電極シートの一方の面とが重なり合って構成され、人の足裏と地面との間に装着される圧力センサであって、前記第１の電極と複数の第２の電極は、それぞれ前記電極シートの前記面上の互いに異なる位置に設けられ、且つ、前記感圧シートの前記面であって前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する前記面を含む領域の抵抗に応じた電圧を前記第２の電極ごとに測定する情報処理装置へ電気的に接続するための導線がそれぞれの前記電極から引き出されている圧力センサと、当該圧力センサから引き出された前記導線に電気的に接続される情報処理装置と、を用いて前記第２の電極ごとに前記電圧を測定する電極決定方法であって、
前記圧力センサを足裏と地面との間に装着した装着者の足裏が着床と離床を繰り返している状態で、前記感圧シートの前記面であって前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する前記面を含む領域の抵抗に応じた電圧を前記第２の電極ごとに測定するステップと、
前記第２の電極ごとに測定された各前記電圧に基づいて、前記複数の第２の電極の中で、前記着床と前記離床を区別するのに最適な前記第２の電極を決定する決定ステップと、
を含むことを特徴とする電極決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば靴の中敷きとして使用されるシート状の圧力センサの技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、駆動源を使用する歩行補助装置を例えば膝疾患患者に装着した状態でリハビリが行われている（例えば、特許文献１参照）。歩行補助装置は、患者としての装着者に対して連続的に予め決められた歩行パターンを与えることで装着者をアシストする。これにより、装着者は、その動きに追随するように自立歩行できるようになっている。しかし、装着者は、このリハビリ中に、追随できない場合や、ふらつきのため、自身の意向に反した不安定な歩行になる可能性がある。そのため、装着者の歩行状態に応じた歩行パターンを該装着者に与える歩行補助装置が望まれる。装着者の歩行状態、例えば使用者の足の荷重のかかり方、バランス、ふらつき等の状態を知るには、例えば、多数の感圧センサが格子状に配置された圧力検知領域を有する圧力分布センサを利用できる（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３０１１２４号公報
【特許文献２】特開２０１０−６９２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、歩行補助装置により装着者の歩行をアシストすることにおいて、膝関節部用モータ等を制御することが重要である。この制御を装着者に無理なく行うようにするためには、装着者の足裏の着床と離床の状態を明確に感知できる圧力センサが必要である。このような圧力センサは、例えば、歩行補助装置の装着者の例えばリハビリ用靴の中敷に設けることが望ましい。しかしながら、装着者の足のサイズには個人差があり、着床と離床の状態を明確に感知できるか否かの感度は、足のサイズの個人差に依存して変化するという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、歩行補助装置の装着者の足のサイズの個人差に依存せず、足裏の着床と離床の状態を明確に感知することが可能な圧力センサ、情報処理装置、及び電極決定方法を提供することを課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、第１の電極と複数の第２の電極が設けられた電極シートと、圧力により面抵抗が変化する感圧シートと、を備え、前記感圧シートの一方の面と、前記電極シートの一方の面とが重なり合って構成され、人の足裏と地面との間に装着される圧力センサであって、前記第１の電極と複数の第２の電極は、それぞれ前記電極シートの前記面上の互いに異なる位置に設けられ、且つ、前記感圧シートの前記面であって前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する前記面を含む領域の抵抗に応じた電圧を前記第２の電極ごとに測定する情報処理装置へ電気的に接続するための導線がそれぞれの前記電極から引き出されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の圧力センサにおいて、前記圧力センサは、靴の中敷きに設けられることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の圧力センサにおいて、それぞれの前記電極は、一方向に長く延びた楕円状又は長方形状の形状を有し、前記長く延びた前記方向と直交する方向に所定間隔で平行に並べられていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の圧力センサから引き出された前記導線に電気的に接続される情報処理装置であって、前記圧力センサが備える前記感圧シートの前記面であって前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する前記面を含む領域の抵抗に応じた電圧を前記第２の電極ごとに測定する測定手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の情報処理装置において、前記測定手段は、前記圧力センサを足裏と地面との間に装着した装着者の足裏が着床と離床を繰り返している状態で、前記第２の電極ごとに前記電圧を測定し、前記情報処理装置は、前記測定手段により前記第２の電極ごとに測定された各前記電圧に基づいて、前記複数の第２の電極の中で、前記着床と前記離床を区別するのに最適な前記第２の電極を決定する決定手段を更に備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、第１の電極と複数の第２の電極が設けられた電極シートと、圧力により面抵抗が変化する感圧シートと、を備え、前記感圧シートの一方の面と、前記電極シートの一方の面とが重なり合って構成され、人の足裏と地面との間に装着される圧力センサであって、前記第１の電極と複数の第２の電極は、それぞれ前記電極シートの前記面上の互いに異なる位置に設けられ、且つ、前記感圧シートの前記面であって前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する前記面を含む領域の抵抗に応じた電圧を前記第２の電極ごとに測定する情報処理装置へ電気的に接続するための導線がそれぞれの前記電極から引き出されている圧力センサと、当該圧力センサから引き出された前記導線に電気的に接続される情報処理装置と、を用いて前記第２の電極ごとに前記電圧を測定する電極決定方法であって、前記圧力センサを足裏と地面との間に装着した装着者の足裏が着床と離床を繰り返している状態で、前記感圧シートの前記面であって前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する前記面を含む領域の抵抗に応じた電圧を前記第２の電極ごとに測定するステップと、前記第２の電極ごとに測定された各前記電圧に基づいて、前記複数の第２の電極の中で、前記着床と前記離床を区別するのに最適な前記第２の電極を決定する決定ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、圧力センサにおいて、第１の電極と第２の電極との間に位置する面を含む領域の抵抗に応じた電圧を第２の電極ごとに測定する情報処理装置へ電気的に接続するための導線がそれぞれの電極から引き出すように構成したので、歩行補助装置の装着者の足のサイズの個人差に依存せず、足裏の着床と離床の状態を明確に感知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】足裏センサの構成を示す図である。
【図２】足裏センサの感圧シートの表面抵抗が測定される際の概念図である。
【図３】電極Ａと電極Ｂ１〜Ｂ４との間に位置する面を含む領域の表面抵抗に応じた電圧を電極Ｂ１〜Ｂ４ごとに示す図である。
【図４】電極Ａと電極Ｂ１〜Ｂ４から引き出された導線Ｌ１〜Ｌ５から、制御部Ｃに至るまでの回路構成例を示す図である。
【図５】（Ａ）は、右足用の足裏センサ１と左足用の足裏センサ１からの電圧（例えば、電極Ａと電極Ｂ１との間の電圧Ｖ１）波形例を示す図である。（Ｂ）は、装着者の足のサイズＳ１〜Ｓ４と、電極Ｂ１〜Ｂ４との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明に係る「人の足裏と地面との間に装着される圧力センサ」を足裏センサに適用した場合の実施形態である。本実施形態に係る足裏センサは、リハビリ用靴の中敷きに設けられる（言い換えれば、足裏センサ自体がリハビリ用靴の中敷きとして使用される）。そして、歩行補助装置（図示せず）の装着者がリハビリ用靴を履いてリハビリを行う。
【００１５】
先ず、図１及び図２を参照して、本実施形態に係る足裏センサの構成について説明する。図１は、足裏センサの構成を示す図である。図２は、足裏センサの感圧シートの表面抵抗が測定される際の概念図である。
【００１６】
本実施形態に係る足裏センサ１は、図１に示すように、圧力により面（表面）抵抗変化する感圧シート１１と、電極Ａ（第１の電極の一例）及び複数の電極Ｂ１〜Ｂ４（第２の電極の一例）が設けられた電極シート１２と、を備え、感圧シート１１の一方の面と、電極シート１２の一方の面とが重なり合って構成される。
【００１７】
具体的には、リハビリ用靴内に、電極シート１２が挿入された後、当該電極シート１２の上に感圧シート１１が挿入されることで足裏センサ１が装着される。なお、感圧シート１１及び電極シート１２は、図１に示すように、足型形状とすることが望ましい。踵部周辺のみの形状としてもよいが、足型形状とすることで、装着者に違和感を与えることを防止できるとともに、中敷部のずれにより動作不良になることを防止することができる。
【００１８】
感圧シート１１には、図２に示すように上方から加圧されることで表面抵抗が変化（加圧されると、表面抵抗が低下する）するクッション性のある材料を適用することが望ましい。これにより、リハビリ用靴を履く装着者に違和感を与えることなく歩行することが可能となり、また、電極シート１２の耐久性を伸ばすことが可能となる。
【００１９】
一方、電極シート１２は、例えばＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）からなり、絶縁体であるポリイミド上に電極である銅が積層されて構成（電極シート１２単体ではポリイミドにより電極間が絶縁されている）されている。ポリイミドは、リハビリ用靴の中敷きとして、形状を保ち、位置ズレをなくし、耐久性を上げるものである。なお、露出した電極には金メッキ等の処理がなされ、水分や高湿度での錆による劣化が防止されている。
【００２０】
そして、電極Ａ及び複数の電極Ｂ１〜Ｂ４は、それぞれ、電極シート１２の面上の互いに異なる位置に設けられ、且つ、感圧シート１１の面であって電極Ａと電極Ｂ１〜Ｂ４との間に位置する面を含む領域の表面抵抗に応じた電圧（２つの電極間の電位差）を電極Ｂ１〜Ｂ４ごとに測定する情報処理装置（例えば、歩行補助装置の制御部）へ電気的に接続するための導線（銅線）Ｌ１〜Ｌ５がそれぞれの電極Ａ，Ｂ１〜Ｂ４から引き出されている。なお、電極Ａ及び複数の電極Ｂ１〜Ｂ４は、リハビリ用靴を履く装着者の踵部の圧力を感知できるように、電極シート１２において、装着者の足裏の踵部及びその周辺に設けられている。装着者の足裏の踵部及びその周辺に電極を設けることが最も効果的であるが、踵以外の部位に電極を設けても構わない。
【００２１】
また、図１の例では、それぞれの電極Ａ，Ｂ１〜Ｂ４は、一方向（足の幅方向、言い換えれば、装着者の直進方向と直交する方向）に長く延びた長方形状（言い換えれば、短冊状）の形状を有し、長く延びた方向（幅方向）と直交する方向に所定間隔で平行に並べられている。また、図１の例では、電極Ａは、爪先側に配置されており、電極Ｂ１〜Ｂ４は、踵の後ろ側に所定の間隔をあけて、複数の平行線となるように配置されている。なお、電極Ａ，Ｂ１〜Ｂ４は、足の幅方向に長く延びた楕円状の形状であってもよい。また、図１の例では、第２の電極は、Ｂ１〜Ｂ４まで、４つ設けられているが、これに限定されるものではなく、３つ以下であってもよいし、５つ以上であってもよい。
【００２２】
図３は、電極Ａと電極Ｂ１〜Ｂ４との間に位置する面を含む領域の表面抵抗に応じた電圧を電極Ｂ１〜Ｂ４ごとに示す図である。図３（Ａ）の例は、電極Ａと電極Ｂ１との間に位置する面を含む領域の表面抵抗（Ｒ１）に応じた電圧Ｖ１を示している。また、図３（Ｂ）の例は、電極Ａと電極Ｂ２との間に位置する面を含む領域の表面抵抗（Ｒ１＋Ｒ２）に応じた電圧Ｖ２を示している。また、図３（Ｃ）の例は、電極Ａと電極Ｂ３との間に位置する面を含む領域の表面抵抗（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）に応じた電圧Ｖ３を示している。また、図３（Ｄ）の例は、電極Ａと電極Ｂ４との間に位置する面を含む領域の表面抵抗（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）に応じた電圧Ｖ４を示している。
【００２３】
このような各電圧Ｖ１〜Ｖ４（言い換えれば、表面抵抗）が、例えば、歩行補助装置の制御部により測定される。
【００２４】
図４は、電極Ａと電極Ｂ１〜Ｂ４から引き出された導線Ｌ１〜Ｌ５から、制御部Ｃに至るまでの回路構成例を示す図である。制御部Ｃは、例えば、ＣＰＵ，ＲＡＭ，及びＲＯＭ等により構成され、ＣＰＵが例えばＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、本発明における測定手段及び決定手段として機能する。
【００２５】
図４の例では、電極Ａから引き出された導線Ｌ１は端子Ｔ１を介してアンプＡｐの一端に電気的に接続されている。一方、電極Ｂ１〜Ｂ４から引き出された導線Ｌ２〜Ｌ５は端子Ｔ２〜Ｔ５を介してスイッチＳＷに接続され、このスイッチＳＷにより選択された電極Ｂ１〜Ｂ４の何れかの電極から引き出された導線（Ｌ２〜Ｌ５の何れか）は端子（Ｔ２〜Ｔ５の何れか）を介してアンプＡｐの他端に電気的に接続されている。
【００２６】
そして、アンプＡｐの出力端は、制御部Ｃの入力端に接続されている。これにより、電極Ａと、スイッチＳＷにより選択された例えば電極Ｂ１との間の電圧Ｖ１（振幅）がアンプＡｐにより増幅され、増幅された電圧Ｖ１（言い換えれば、表面抵抗）が制御部Ｃにより測定（スイッチＳＷの切り換えに応じて、電極Ｂ１〜Ｂ４まで順番に測定）される。なお、スイッチＳＷの切り換えは、例えば制御部Ｃにより制御（例えば、所定間隔で切り換えるように制御）される。このようにスイッチＳＷにより電極Ｂ１〜Ｂ４を切り換えるように構成すれば、アンプＡｐの数を低減することができ、アンプＡｐを設けるスペース及びコストを低減することができる。ただし、電極Ｂ１〜Ｂ４の夫々に対してアンプＡｐを設けてもよい。この場合、スイッチＳＷを設ける必要がなく、各アンプＡｐの出力端は、制御部Ｃの別々の入力端に接続される。これにより、電極Ａと各電極Ｂ１〜Ｂ４との間の電圧Ｖ１〜Ｖ４を制御部Ｃにより同時に測定することができる。
【００２７】
ところで、電極Ｂ１〜Ｂ４ごとの電圧Ｖ１〜Ｖ４は、両足にリハビリ用靴を履いた装着者（つまり、足裏センサ１を装着した装着者）の足裏が着床と離床を繰り返している状態（足踏みしている状態）で測定されることが望ましい。すなわち、右足と左足の着床と離床のタイミングを見るため、右足用の足裏センサ１と左足用の足裏センサ１のそれぞれからの上記電圧Ｖ１〜Ｖ４を測定することが望ましい。
【００２８】
そして、制御部Ｃは、このように電極Ｂ１〜Ｂ４ごとに測定された各電圧Ｖ１〜Ｖ４に基づいて、複数の電極Ｂ１〜Ｂ４の中で、装着者の足裏の着床と離床を区別するのに最適な電極（Ｂ１〜Ｂ４の何れか）を決定する。ここで、装着者の足裏の着床と離床を区別するのに最適な電極とは、複数の電極Ｂ１〜Ｂ４の中で、例えば着床から離床の際における電圧の変化率（単位時間当たりの変化の割合（傾き））が最も大きい電極を意味する。理想的には、電圧に急峻な変化（急峻な立上り）があることが望ましい（このパターンの波形選択により、患者の状態、足のサイズ、個人差に依存しない足裏センサを実現できる）。緩やかな電圧変化では、足裏の着床と離床の状態を明確に感知することが困難なためである。
【００２９】
上記最適な電極の決定は、例えば、制御部Ｃが、測定した電圧から電圧の変化率を電極Ｂ１〜Ｂ４ごとに算出してこれらを比較することにより行われる。或いは、最適な電極の決定は、測定された電圧波形をモニタに表示しオペレータや管理者等が最適な電圧波形を操作部から指定することにより行われるように構成してもよい。その後のリハビリにおいては、上記決定された電極からの信号（電圧）入力を使用するようにセット（例えば、決定された電極がスイッチＳＷにより選択）され、歩行補助装置により装着者の歩行がアシストされることになる。
【００３０】
図５（Ａ）は、右足用の足裏センサ１と左足用の足裏センサ１からの電圧（例えば、電極Ａと電極Ｂ１との間の電圧Ｖ１）波形例を示す図である。なお、足裏センサ１を着床と離床のスイッチとして使用する場合、着床では、確実にローレベルに近づき、離床でハイレベルとなることが必要である。また、図５（Ｂ）は、装着者の足のサイズＳ１〜Ｓ４と、電極Ｂ１〜Ｂ４との関係を示す図である。図５（Ａ）に示す例において、実線で示す波形αは理想的な電圧波形を示しており、この波形αでは、着床から離床の際に急峻な立上りがあるため、足裏の着床と離床の状態を明確に感知することができる。この波形αは、図５（Ｂ）の例では、例えば、装着者の足のサイズが“Ｓ３”である場合における電圧Ａと電極Ｂ３との間の電圧が該当し、この場合、電極Ｂ３が最適な電極として決定される。なお、装着者の足のサイズが“Ｓ３”である場合における電圧Ａと電極Ｂ１との間の電圧は、電圧Ａと電極Ｂ３との間の電圧よりも変化率が小さい（つまり、緩やかな電圧変化）となるため、最適な電極とはならない。
【００３１】
一方、図５（Ａ）において、破線で示す波形βでは、着床から離床の際に電圧の変化がないため、着床と離床とを区別することが困難である。この波形βは、図５（Ｂ）の例では、例えば、装着者の足のサイズが“Ｓ３”である場合における電圧Ａと電極Ｂ４との間の電圧が該当する。つまり、この場合、電極Ｂ３と電極Ｂ４との間には装着者の踵からの圧力がかからないため、電極Ｂ３と電極Ｂ４との間の着床時の表面抵抗は、他の電極間における着床時の表面抵抗に比べて限りなく大きく（例えば無限大に近い）なるためである。
【００３２】
以上説明したように、上記実施形態によれば、圧力に応じ、表面抵抗値が変化する圧力センサ１において、踵を中心に、爪先側に幅方向の電極Ａを設け、踵の後ろ側に所定の間隔をあけて、複数の平行線となるような幅方向の電極Ｂ１〜Ｂ４を配置し、電極Ａと電極Ｂ１〜Ｂ４により、足踏み状態における電圧（表面抵抗）の変化を測定することにより、その人に合ったトリガとして適正なＢ電極を決定することができる。これにより、足のサイズの個人差に依存せず、足裏の着床と離床の状態を明確に感知することができる足裏センサを実現することができる。
【００３３】
また、上記実施形態によれば、歩行補助装置用の足裏センサ１で、装着者に合わせたものになり、トリガとしての誤動作がなくなり、歩行アシストを安定化させることができる。さらに、足裏センサ１用の電極シート１２の準備を最小限にでき、設定時間の短縮が可能となる。また、予め、多くの足裏センサを準備する必要がなく、その選択にも時間がかかるということを回避することができる。
【００３４】
なお、上記実施形態においては、本発明の圧力センサを足裏センサに適用した場合を例にとって説明したが、その他のセンサに適用しても構わない。
【符号の説明】
【００３５】
１  足裏センサ
１１  感圧シート
１２  電極シート
Ａ  Ｂ１〜Ｂ４  電極
Ａｐ  アンプ
Ｃ  制御部
【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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