(57)【要約】  本発明は、人体のパラメータを診断目的で測定する分野に関し、より具体的には、担われているあらゆる追加的負荷の重量を含む、動いている個人の重量を測定することに関する。本方法は、靴のインソール内に取り付けられる負荷センサからの信号を記録することを含み、各インソールには、少なくとも２つの負荷センサが取り付けられ、第１の負荷センサは足のかかと領域に、第２の負荷センサは足の前側領域に取り付けられる。実行される運動活動のタイプは、２つのインソールの負荷センサからの信号間の時間的関係を基礎とし、前記信号の値を考慮して決定される。担われているあらゆる追加的負荷の重量を含む個人の重量は、上述の負荷センサからの信号値を合計することにより、運動活動のタイプを考慮して決定される。本発明は、異なる速度での走行および歩行および直立等の様々なタイプの運動活動中に、担われているあらゆる追加的負荷の重量を含む個人の重量のリアルタイム決定を可能にする。
2016508818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人の重量を決定するための方法であって、
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それぞれ配置された前記負荷センサからの信号を記録する工程と、
運動活動のタイプを、前記負荷センサからの前記信号を用いることによってかつ前記信号間の時間的な対応性を決定することによって決定する工程と、
前記人の重量を、前記負荷センサからの前記信号の値を合計することによってかつ前記運動活動の前記タイプを基礎として決定する工程と、を含み、
前記重量を決定する工程は、追加的に担われる重量を決定することを含む、方法。
【請求項２】
前記運動活動の前記タイプは、両方のインソールにおける前記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】
前記運動活動の前記タイプは、両方のインソールにおける前記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】
前記運動活動の前記タイプは、両方のインソールにおける前記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】
毎分６０歩までのペースで歩いている前記人の前記重量および前記追加的に担われる重量は、次式のように決定され、
2016508818.tif 000020
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、
2016508818.tif 000021
ここで、Ｆ１ｍａｘは、一方のインソール内の全ての前記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全ての前記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】
毎分６０歩以上のペースで歩いている前記人の前記重量および前記追加的に担われる重量は、次式のように決定され、
2016508818.tif 000022
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する較正係数であり、
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、
2016508818.tif 000023
ここで、Ｆ１ｍａｘは、一方のインソールの全ての前記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ての前記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】
走行中の前記人の前記重量および前記追加的に担われる重量は、次式のように決定され、
2016508818.tif 000024
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、
2016508818.tif 000025
ここで、Ｆ１ｍａｘは、一方のインソールの全ての前記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ての前記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】
直立中の前記人の前記重量および前記追加的に担われる重量は、次式のように決定され、
2016508818.tif 000026
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、
2016508818.tif 000027
ここで、Ｆ１ｍａｘは、一方のインソールの全ての前記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全ての前記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】
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る工程と、をさらに含む、請求項１に記載の方法
【請求項１０】
請求項１に記載の人の重量を決定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１１】
前記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１０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、動作中の身体パラメータを診断目的で測定する分野に関し、具体的には、追加的に担われる重量を含む人の重量を、靴インソール内に位置決めされる負荷センサを用いて測定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
靴内に配置される圧力センサを用いて実装される、動いている人の重量を決定するための方法は、様々なものが知られている。
【０００３】
日本国特許出願第２００２０９０２１６号明細書（公開日：２０００年９月１１日、Ｇ０１Ｇ１９／５２、Ａ６１Ｂ５／１１）は、人の悪い方の脚に加わる重量を決定することを見込むデバイスについて記述している。このデバイスは、底プレートおよび上プレートが下プレートに対して動くことができる靴ソールとして製造される、特殊な靴として設計される。両プレート間にはエアバッグが置かれ、足に加わる重量に依存して空気圧力が変わる。靴上部における測定デバイスは、エアバッグ内の圧力を測定し、その値は、重量の推定に使用される。
【０００４】
国際公開特許出願第２００１３６０５１号明細書（公開日：２００１年５月５日、Ａ６３Ｂ０５／１０３）は、少なくとも１つの肢へ装着される、人の重量を測定するための方法を実装するデバイスについて記述している。このデバイスは、患者がその重量を健康な脚と悪い脚とに分散させる訓練をするために設計され、よって、神経疾患または整形外科的外傷のある患者に機能回復訓練を施すために使用されることが可能である。このデバイスは、足のかかとおよび足指の近くに位置決めされる圧力センサを有する柔軟なインソールを含む。センサからの信号は、ＣＰＵによって処理され、ＣＰＵは、患者重量の健康でない脚への適切な、または不適切な分散を示す信号を発生する。
【０００５】
米国特許第６２７３８６３号明細書（公開日：２００１年８月１４日、Ａ６１Ｂ０５／１０３、Ａ６１Ｂ０５／１１７）は、下肢に骨折のある整形外科患者に機能回復訓練を施すための監視システムについて記述している。このシステムは、靴に入れて着用する柔軟なインソールを含む。インソールは、傷ついた脚に加わる重量を測定するための、ＣＰＵへ接続される圧力および／または力センサを含む。このシステムは、患者が肢にリハビリテーション期間用に推奨される最適な目標重量をかけるように奨励するバイオフィードバックの原理を組み込んでいる。
【０００６】
クレームする発明に最も近いものは、国際公開特許出願第２００９０５９１３４号明細書（公開日：２００９年５月５日、Ａ６１Ｂ０５／１０３、Ｇ０１Ｌ０１／００）に記述されているような、人の重量を測定するための方法およびデバイスである。この概念は、所定の患者用に予め設定された肢負荷のしきい値が超過されることを防止するために、患者によって健康でない脚へ加えられる重量を監視することを可能にする。この目的に沿って、支持面上に電気的または機械的な圧力センサが取り付けられる。センサは、足のかかとおよび足指の近く、ならびに足底面全体に渡って位置決めされる。靴内には、支持面を置くことができる。センサ信号は、健康でない脚に加わる重量が予め設定されたしきい値を超えているかどうかを決定するマイクロコントローラによって処理される。
【０００７】
人の重量を測定するための既知のソリューションは、主として、医療目的用、具体的には、患者によってその健康でない脚へ加えられる重量を測定しようとするものである。これにより、必然的に、そのために使用されるデバイスの設計は複雑になり、その用途も、主として医療目的に限定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】日本国特許出願第２００２０９０２１６号明細書
【特許文献２】国際公開特許出願第２００１３６０５１号明細書
【特許文献３】米国特許第６２７３８６３号明細書
【特許文献４】国際公開特許出願第２００９０５９１３４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決する技術的課題は、人の重量、特に健康な人の重量を決定するための方法を開発することにある。様々なタイプの運動活動に関して、人の固有重量だけでなく、人により追加的に担われる重量をもリアルタイムで決定することが可能にされる。本発明による方法は、運動活動に関連するものを含み、人の状態の様々な生理学的パラメータを査定することを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的の１つは、人の重量を、靴インソール内に配置される負荷センサによって発生される信号を用いて決定するための方法にあり、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る第１の負荷センサと、足指領域に配置される第２の負荷センサとを有する。運動活動の具体的なタイプは、両方のインソールの負荷センサからの信号およびその値を基礎として決定される。追加的に担われる重量を含む人の重量は、負荷センサ信号を合計することにより、かつ人の運動活動のタイプを基礎として決定される。
【００１１】
運動活動の間、人は、脚を交互して、まず一方の脚、次に他方の脚で歩を進める。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）および脚移動の持続時間（移動段階）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、支持時間と移動時間との間の異なる時間的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の信号間の相関性によって、運動活動のパターンまたはタイプを決定することができる。
【００１２】
具体的には、本方法は、追加的に担われる重量を含む人の重量を、運動活動（歩行、走行、他）中に直接、かつ運動活動のタイプに従って決定することを見込んでいる。この手法は、運動活動に関連するものを含む、人の状態の様々な生理学的パラメータの査定を見込んでいる。
【００１３】
本方法の具体的な実装において、様々なタイプの運動活動は、次のように決定することができる。
【００１４】
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。
【００１５】
運動活動のタイプは、両方のインソールにおける負荷センサからの信号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ければ、「走行」と決定される。
【００１６】
運動活動のタイプは、両方のインソールにおける負荷センサからの信号が既定値を超過し、かつ、異なるインソールからの信号が時間的に重なれば、「直立」と決定される。
【００１７】
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見込む一連の実験的依存関係を取得している。
【００１８】
例えば、毎分６０歩までの遅いペースで歩いている人／人間の、追加的に担われる重量を含む重量Ｐは、次式のように表すことができる。
【００１９】
2016508818.tif 000003
【００２０】
ここで、ＫＷは、歩行時の、重量が既知である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。
【００２１】
2016508818.tif 000004
【００２２】
ここで、Ｆ１ｍａｘは、一方のインソールにおける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、他方のインソールにおける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。
【００２３】
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。
【００２４】
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Ｐは、次式のように表すことができる。
【００２５】
2016508818.tif 000005
【００２６】
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。
【００２７】
2016508818.tif 000006
【００２８】
ここで、Ｆ１ｍａｘは、一方のインソールにおける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、他方のインソールにおける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。
【００２９】
ここで、１歩行サイクルは、一方の足、次に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。
【００３０】
走行中の人の、追加的に担われる重量を含む重量は、次式によって表すことができる。
【００３１】
2016508818.tif 000007
【００３２】
ここで、ＫＲは、走行時の、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。
【００３３】
2016508818.tif 000008
【００３４】
ここで、Ｆ１ｍａｘは、一方のインソールにおける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、他方のインソールにおける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。
【００３５】
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。
【００３６】
直立中の人の、追加的に担われる重量を含む重量は、次式のように表すことができる。
【００３７】
2016508818.tif 000009
【００３８】
ここで、ＫＳは、直立中の、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、直立期間に渡る足圧力の平均値である。
【００３９】
2016508818.tif 000010
【００４０】
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、他方のインソールにおける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。
【００４１】
具体的には、本方法は、各インソール内に追加的な負荷センサを備えることと、追加的な負荷センサが、第１の負荷センサと第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ことと、追加的な負荷センサからの信号を検出することと、このような信号を第１の負荷センサおよび第２の負荷センサからの信号の使用に加えて用いること、も企図している。
【００４２】
本発明の別の目的は、本発明による方法に従って人の重量を決定するためのインソールを提供することにあり、本インソールは、かかと領域においてインソール内に配置される第１の負荷センサと、足指領域においてインソール内に配置される第２の負荷センサとを備え、第１の負荷センサおよび第２の負荷センサは、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。
【００４３】
加えて、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。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
本発明を、次の図画資料によって例示する。
【００４５】
【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測定するための例示的な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として実現されている。
【図３】図３は、直立活動の場合の、図２の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、歩行活動の場合の、図２の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、走行活動の場合の、図２の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測定するための別の例示的なデバイスの回路図を示し、各負荷センサは、圧電トランスデューサとして実現されている。
【図７】図７は、歩行活動の場合の、図６の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、走行活動の場合の、図６の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】
【００４６】
本発明を、歪ゲージおよび圧電トランスデューサとして実現される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。
【００４７】
第１の実施形態において、各インソール１（図１参照）は、足のかかとの近くに位置決めされる第１の負荷センサ２と、足の足指の近く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に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。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の例示的な略図を示す。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（歪センサ）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、もう一方は、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これら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へ接続されるような方法で接続される。内蔵トランシーバを装備した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動作モードに切換される。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もできる。
【００４８】
本発明による人の運動応力の監視方法は、下記のように実行される。
【００４９】
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からの前記信号の時間的関係とを用いて決定される。
【００５０】
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））より大きい例を示している。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。
【００５１】
歩行のような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特徴づけられる。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による交互的な変動、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。
【００５２】
走行のような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特徴づけられる。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による交互的な変動、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、時間間隔ＴＤとして示されるこれらの信号間の時間の空白が観察される。
【００５３】
各インソールにおける、かかとの近くに置かれる第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による少なくとも２つの負荷センサの可用性は、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両足へ伝達されるタイプの運動活動に限られる。
【００５４】
下表１は、（各インソール内に置かれた少なくとも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。
【００５５】
【表１】
2016508818.tif 000011
【００５６】
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。
【００５７】
発明者らにより運動活動のタイプに十分な注意を払って実験的に得られた数学的関係は、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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
2016508818.tif 000012
【００６１】
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。
【００６２】
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秒間に渡って決定することができる。
【００６３】
2016508818.tif 000013
【００６４】
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。
【００６５】
較正係数ＫＳは、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と同様に、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。さらに、ある特定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、監視プロセスにおいて直接決定されることも可能である。
【００６６】
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。
【００６７】
2016508818.tif 000014
【００６８】
ここで、ＫＷは、歩行時の、重量が既知であ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。
【００６９】
2016508818.tif 000015
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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、次式によって計算することができる。
【００７３】
2016508818.tif 000016
【００７４】
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。
【００７５】
2016508818.tif 000017
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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、次式によって計算することができる。
【００７９】
2016508818.tif 000018
【００８０】
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。
【００８１】
2016508818.tif 000019
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
圧電トランスデューサを負荷センサとして用いる本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、を備える。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によって表され、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。
【００８５】
負荷センサとして圧電トランスデューサを用いる、本発明による人の重量を測定するための方法は、次のように実装される。
【００８６】
本方法の第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除かれる瞬間に対応する明確なスパイク（逆極性の信号）の形を有する。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。
【００８７】
したがって、歩行のようなタイプの運動活動は、グラフ（ａ）が一方のインソール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、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）における正の極性を有する信号Ｆ１およびＦ２に対応し、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）における負の極性を有する信号Ｆ１およびＦ２に対応する。歩行のような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）の存在によって特徴づけられる。
【００８８】
同様に、走行のようなタイプの運動活動は、グラフ（ａ）が一方のインソール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、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）における正の極性を有する信号Ｆ１およびＦ２に対応し、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）における負の極性を有する信号Ｆ１およびＦ２に対応する。歩行のような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。
【００８９】
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用いることができる。この場合は、圧電トランスデューサからの信号Ｆ１およびＦ２の最大値が、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として使用される。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時点で圧電トランスデューサにより発生される信号Ｆ１およびＦ２の値によって決定される。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。
【００９０】
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取り付けることができる。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、歩行または走行プロセスにおいて実行されるバッテリ再充電の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、一方で他の端は全て、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加わる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、かつこの信号を、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。よって、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。
【００９１】
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考慮した、人の重量のリアルタイム測定を可能にする。
【００９２】
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】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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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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【国際調査報告】
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