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JP6547293B2 - Sensor for measuring walking and footwear - Google Patents
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JP6547293B2 - Sensor for measuring walking and footwear - Google Patents

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Description

本発明は、靴等の履物に装着され、歩行の状態を測定する歩行測定用センサ、および当該歩行測定用センサを備えた履物に関する。   The present invention relates to a sensor for measuring walking which is mounted on footwear such as shoes and measures the state of walking, and to footwear provided with the sensor for measuring walking.

従来、圧電性シートを靴に装着し、運動時に発生する靴の底部の変形を検出するものが提案されている。   Conventionally, it has been proposed to attach a piezoelectric sheet to a shoe and to detect the deformation of the bottom of the shoe that occurs during exercise.

例えば、特許文献1の変位センサは、かかと部分、親指の付け根部分、小指の付け根部分、および土踏まずの部分に設けられ、着用者が運動した時の靴底の変形を検出する。   For example, the displacement sensor of Patent Document 1 is provided at the heel portion, at the base portion of the thumb, at the base portion of the little finger, and at the arch portion, and detects deformation of the sole when the wearer exercises.

特開2013−233269号公報JP, 2013-233269, A

特許文献1の変位センサは、靴の底部の面方向の変位量(伸び)を検出するものである。すなわち、特許文献1の変位センサは、図4に示されているように、例えば足が地面に接触したこと、および足が地面をけり出したこと、等のように靴の底部が面方向に伸縮するタイミングを検出するものである。   The displacement sensor of Patent Document 1 detects an amount of displacement (elongation) in a surface direction of a bottom portion of a shoe. That is, in the displacement sensor of Patent Document 1, as shown in FIG. 4, the bottom of the shoe is in the surface direction, for example, that the foot is in contact with the ground and that the foot has come off the ground. It detects the timing of expansion and contraction.

このような面方向の変位量を検出するだけでは、特許文献1に示された以上の緻密な動作(例えばつま先のけり出し、つま先の着地、かかとの着地、またはかかとの浮上等)を検出することが困難である。   Only by detecting such an amount of displacement in the surface direction, it is possible to detect a more precise movement (for example, toe lifting, toe landing, heel landing, heel floating, etc.) as disclosed in Patent Document 1 It is difficult.

そこで、この発明は、従来よりも緻密な動作を検出することができる歩行測定用センサを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a sensor for gait measurement capable of detecting a motion finer than in the past.

本発明は、歩行測定用センサであって、足裏により押圧されることで変形する箇所に装着される変位検出フィルムを備え、前記変位検出フィルムは、前記押圧による荷重の時間変化に応じた出力を有することを特徴とする。   The present invention is a sensor for measuring walking, which comprises a displacement detection film attached to a portion that is deformed by being pressed by a foot sole, and the displacement detection film has an output according to a time change of load due to the pressure. It is characterized by having.

靴等の履物に係る荷重は、着地時には時間経過とともに増大し、浮上時には時間経過とともに減少する。したがって、荷重の時間変化は、着地時と浮上時とで極性が異なる。そのため、本発明の歩行測定用センサは、荷重の時間変化を取得することで、従来よりも緻密な動作を検出することができる。例えばつま先のけり出し、つま先の着地、かかとの着地、またはかかとの浮上等の緻密な動作を検出することができる。   The load applied to footwear such as shoes increases with time when landing, and decreases with time when floating. Therefore, the time change of load differs in polarity at the time of landing and at the time of ascent. Therefore, the sensor for measuring walking according to the present invention can detect an operation more precise than in the past by acquiring the time change of the load. For example, precise motions such as toe lifting, toe landing, heel landing, or heel floating can be detected.

なお、荷重の時間変化を検出するために、変位検出フィルムは、一対の圧電フィルムを備え、該一対の圧電フィルムは、伸縮時に発生する電荷の方向が逆になっていることが好ましい。伸縮時に発生する電荷の方向が逆になることで、靴底の伸縮には反応せず、靴底の曲げ(靴底の法線方向の変位)だけを検出することができる。靴底の曲げは、着地時には時間経過とともに大きくなり、浮上時には時間経過とともに小さくなる。したがって、歩行測定用センサは、荷重の時間変化を適切に検出することができる。   In addition, in order to detect the time change of load, it is preferable that a displacement detection film is provided with a pair of piezoelectric film, and the direction of the electric charge which generate | occur | produces at the time of expansion and contraction is reverse. By reversing the direction of the charge generated during expansion and contraction, it is possible to detect only bending of the sole (displacement in the normal direction of the sole) without reacting to expansion and contraction of the sole. The bending of the sole increases with time at the time of landing, and decreases with time at the time of ascent. Therefore, the sensor for gait measurement can appropriately detect the time change of the load.

また、圧電フィルムは、ポリ乳酸を含むことが好ましい。ポリ乳酸は、焦電性がなく、人体に接触する靴等に設置するには好適である。また、ポリ乳酸は、歪みの変化に応じた電荷が発生する。したがって、着地時と浮上時とで、電荷方向が逆となり、荷重の時間変化を検出するのに好適である。   The piezoelectric film preferably contains polylactic acid. Polylactic acid, which is not pyroelectric, is suitable for installation on shoes or the like that come in contact with the human body. In addition, polylactic acid generates a charge according to a change in strain. Therefore, the charge direction is reversed between the time of landing and the time of floating, which is suitable for detecting the time change of the load.

なお、変位検出フィルムの出力信号を処理する信号処理部は、歩行測定用センサに内蔵されていてもよいし、別の部品として信号線を介して接続するようにしてもよい。   Note that the signal processing unit that processes the output signal of the displacement detection film may be built in the sensor for measuring walking, or may be connected as a separate component via a signal line.

信号処理部は、変位検出フィルムの出力信号に時刻情報を付加することが好ましい。例えば右足用変位検出フィルムと、左足用変位検出フィルムと、を備える場合、時刻情報を用いることで、右足の検出結果と左足の検出結果との同期を取ることができる。   Preferably, the signal processing unit adds time information to the output signal of the displacement detection film. For example, when the right foot displacement detection film and the left foot displacement detection film are provided, by using the time information, it is possible to synchronize the detection result of the right foot and the detection result of the left foot.

以上の様な歩行測定用センサは、靴と一体化されていてもよいし、例えば中敷きと靴底の下に挟むようにしてもよい。あるいは、歩行測定用センサを内蔵した中敷きとしてもよい。   The above-described sensor for measuring walking may be integrated with the shoe, or may be sandwiched, for example, under the insole and the sole of the shoe. Alternatively, an insole may be incorporated with a sensor for measuring walking.

この発明によれば、従来よりも緻密な動作を検出することができる。   According to the present invention, it is possible to detect an operation that is more precise than conventional.

図1(A)は、本発明の歩行測定用センサを備えた靴100の側面図であり、図1(B)は靴100を裏面から見た図である。FIG. 1 (A) is a side view of a shoe 100 provided with the sensor for measuring walking according to the present invention, and FIG. 1 (B) is a view of the shoe 100 as viewed from the back. センサ部11Aの側面図である。It is a side view of sensor part 11A. フィルム1の上面図である。FIG. 2 is a top view of a film 1; 中敷きが幅方向に伸張した時のセンサ部11Aの側面図であるIt is a side view of sensor part 11A when insole spreads in the cross direction 中敷きに荷重が係った時のセンサ素子の側面図である。It is a side view of a sensor element when load is applied to an insole. フィルム1およびフィルム4を省略した例を示す側面図である。It is a side view which shows the example which abbreviate | omitted the film 1 and the film 4. FIG. 図7(A)は、各センサ部の出力信号を処理するための構成を示すブロック図であり、図7(B)は、回路図である。FIG. 7A is a block diagram showing a configuration for processing an output signal of each sensor unit, and FIG. 7B is a circuit diagram. オペアンプを用いた回路例を示す図である。It is a figure which shows the example of a circuit which used the operational amplifier. 各センサ部の出力信号の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the output signal of each sensor part. 図10(A)は、両足の靴に歩行測定用センサを設ける場合において、靴100を裏面から見た図であり、図10(B)はブロック図である。FIG. 10A is a view of the shoe 100 viewed from the back side when the sensors for measuring walking are provided on the shoes of both feet, and FIG. 10B is a block diagram. 両足の靴に歩行測定用センサを設ける場合の各センサ部の出力信号の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the output signal of each sensor part in the case of providing the sensor of a walk measurement in shoes of both feet.

図1(A)は、本発明の歩行測定用センサを備えた靴100の側面図であり、図1(B)は靴100を裏面から見た図である。   FIG. 1 (A) is a side view of a shoe 100 provided with the sensor for measuring walking according to the present invention, and FIG. 1 (B) is a view of the shoe 100 as viewed from the back.

歩行測定用センサは、センサ部11A、センサ部11B、センサ部11C、およびセンサ部11Dを備えている。センサ部11A、センサ部11B、センサ部11C、およびセンサ部11Dは、それぞれ靴底31と中敷き51との間に配置されている。なお、各センサ部は、足裏により押圧されることで変形する箇所に装着されていればよく、例えば靴底31に内蔵されていてもよい。ただし、センサ部は、靴底31と中敷き51との間に配置されることで、交換が容易になる。   The walking measurement sensor includes a sensor unit 11A, a sensor unit 11B, a sensor unit 11C, and a sensor unit 11D. The sensor unit 11A, the sensor unit 11B, the sensor unit 11C, and the sensor unit 11D are disposed between the shoe sole 31 and the insole 51, respectively. In addition, each sensor part should just be mounted | worn with the location which deform | transforms by being pressed by a foot sole, and may be incorporated in the shoe sole 31, for example. However, the sensor unit is arranged between the sole 31 and the insole 51 to facilitate replacement.

センサ部11A、センサ部11B、センサ部11C、およびセンサ部11Dは、靴底31に内蔵されている信号処理部25に接続されている。ただし、信号処理部25は、靴底31に内蔵されている必要はなく、例えば靴底31と中敷き51との間に設置されていてもよい。   The sensor unit 11A, the sensor unit 11B, the sensor unit 11C, and the sensor unit 11D are connected to a signal processing unit 25 built in the shoe sole 31. However, the signal processing unit 25 need not be built in the shoe sole 31, and may be installed, for example, between the shoe sole 31 and the insole 51.

センサ部11Aは、つま先部分に配置され、センサ部11Bは、親指の付け根部分に配置され、センサ部11Cは、小指の付け根部分に配置され、センサ部11Dは、かかと部分に配置されている。   The sensor unit 11A is disposed at the toe, the sensor unit 11B is disposed at the base of the thumb, the sensor unit 11C is disposed at the base of the little finger, and the sensor unit 11D is disposed at the heel.

図2は、センサ部11Aの断面図である。センサ部11A、センサ部11B、センサ部11C、およびセンサ部11Dは、全て同じ構成からなる。そのため、図2においては、代表してセンサ部11Aについて示す。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the sensor unit 11A. The sensor unit 11A, the sensor unit 11B, the sensor unit 11C, and the sensor unit 11D all have the same configuration. Therefore, in FIG. 2, the sensor unit 11A is representatively shown.

センサ部11Aは、フィルム1、フィルム2、フィルム3、フィルム4、基準電位電極5、シグナル電極6、基準電位電極7、および連結部8を備えている。シグナル電極6の上面(Z方向の面)には、フィルム2が配置され、下面(−Z方向の面)にはフィルム3が配置されている。フィルム2の上面にはフィルム1が配置され、フィルム3の下面にはフィルム4が配置されている。フィルム1の上面には基準電位電極5が配置され、フィルム4の下面には基準電位電極7が配置されている。   The sensor unit 11A includes a film 1, a film 2, a film 3, a film 4, a reference potential electrode 5, a signal electrode 6, a reference potential electrode 7, and a connecting portion 8. The film 2 is disposed on the upper surface (the surface in the Z direction) of the signal electrode 6, and the film 3 is disposed on the lower surface (the surface in the -Z direction). The film 1 is disposed on the upper surface of the film 2, and the film 4 is disposed on the lower surface of the film 3. A reference potential electrode 5 is disposed on the upper surface of the film 1, and a reference potential electrode 7 is disposed on the lower surface of the film 4.

センサ部11Aは、基準電位電極5側が中敷き51に接触し、基準電位電極7側が靴底31に接触する。ただし、逆に基準電位電極7側が中敷き51に接触し、基準電位電極5側が靴底31に接触する態様としてもよい。なお、センサ部11Aは、実際には樹脂等の保護材料に覆われているが、本実施形態では省略する。   In the sensor unit 11A, the reference potential electrode 5 side contacts the insole 51, and the reference potential electrode 7 side contacts the sole 31. However, the reference potential electrode 7 may be in contact with the insole 51 and the reference potential electrode 5 may be in contact with the sole 31. In addition, although sensor part 11A is actually covered by protective materials, such as resin, it omits in this embodiment.

基準電位電極5および基準電位電極7は、連結部8を介して連結され、電気的に接続されている。基準電位電極5、基準電位電極7、および連結部8は、例えば銀ペーストが塗布されたウレタンフィルムを折り曲げられることに一体として形成される。基準電位電極7の−Y方向端部には、信号線21が接続され、信号処理部25に接続される。   The reference potential electrode 5 and the reference potential electrode 7 are connected via the connection portion 8 and electrically connected. The reference potential electrode 5, the reference potential electrode 7, and the connecting portion 8 are integrally formed, for example, by bending a urethane film coated with silver paste. The signal line 21 is connected to the end of the reference potential electrode 7 in the −Y direction, and is connected to the signal processing unit 25.

シグナル電極6は、例えば銅(Cu)からなる。シグナル電極6の−Y方向端部には、信号線22が接続され、信号処理部25に接続される。   The signal electrode 6 is made of, for example, copper (Cu). A signal line 22 is connected to an end of the signal electrode 6 in the −Y direction, and is connected to the signal processing unit 25.

基準電位電極5および基準電位電極7に用いられる銀ペーストは、シグナル電極6に用いられる銅箔よりもヤング率が小さいため、同じ応力で銅箔よりも大きな歪が生じる。このような歪みやすい基準電位電極5および基準電位電極7を最外層に配置し、歪みにくい銅箔からなるシグナル電極6を中央に配置することで、センサ部11Aは、厚み方向(Z方向および−Z方向)に対する荷重には変形しやくなり、面方向には伸縮しにくくなる。また、銅は、銀に比べてイオン化しにくく、マイグレーションが発生しにくい。   The silver paste used for the reference potential electrode 5 and the reference potential electrode 7 has a Young's modulus smaller than that of the copper foil used for the signal electrode 6, so that the same stress causes distortion larger than that of the copper foil. By arranging the reference potential electrode 5 and the reference potential electrode 7 which are easily distorted as described above in the outermost layer and the signal electrode 6 made of a copper foil which is hard to distort at the center, the sensor portion 11A can The load in the Z direction is more likely to be deformed and is less likely to expand and contract in the surface direction. In addition, copper is less likely to be ionized than silver and migration is less likely to occur.

フィルム1、フィルム2、フィルム3、およびフィルム4は、それぞれ圧電性樹脂であるポリ乳酸を含んでいる。フィルム1、フィルム2、フィルム3およびフィルム4は、それぞれ同じ厚さからなる。   Each of the film 1, the film 2, the film 3 and the film 4 contains polylactic acid which is a piezoelectric resin. The film 1, the film 2, the film 3 and the film 4 each have the same thickness.

フィルム1、フィルム2、フィルム3、およびフィルム4は、それぞれ主面における所定方向への歪が生じたときに電荷を発生する。各フィルムの電荷方向は、歪の向き(伸張または収縮)、ポリ乳酸の分子の配向方向、およびポリ乳酸の組成に依存する。例えば、歪の向きが同じであり、ポリ乳酸の分子の配向方向が同じであり、かつポリ乳酸の組成がD型ポリ乳酸(PDLA(;Poly−D−Latic Acid))とL型ポリ乳酸(PLLA(;Poly−L−Latic Acid))とで異なる2枚のフィルムの場合、各フィルムの電荷方向は互いに逆となる。なお、本実施形態において、電荷方向とは、負の電荷が発生した一方の主面から正の電荷が発生した他方の主面への方向を示す。   The film 1, the film 2, the film 3 and the film 4 generate an electric charge when distortion in a predetermined direction on the main surface respectively occurs. The charge direction of each film depends on the direction of strain (extension or contraction), the orientation direction of the polylactic acid molecules, and the composition of the polylactic acid. For example, the strain direction is the same, the orientation direction of the polylactic acid molecules is the same, and the composition of the polylactic acid is D-type polylactic acid (PDLA (; Poly-D-Latic Acid)) and L-type polylactic acid (PDA). In the case of two films different from PLLA (; Poly-L-Latic Acid)), the charge directions of the respective films are opposite to each other. In the present embodiment, the charge direction indicates a direction from one main surface where negative charge is generated to the other main surface where positive charge is generated.

フィルム1、フィルム2、フィルム3、およびフィルム4は、それぞれ図3の矢印911に示すように、センサ部11Aを平面視して、−Y方向から反時計回りに45°の方向に延伸されている(図3では代表してフィルム1を示す)。したがって、フィルム1、フィルム2、フィルム3、およびフィルム4は、センサ部11Aを平面視して、−Y方向から反時計回りに45°の方向にポリ乳酸の分子が配向している。   The film 1, the film 2, the film 3 and the film 4 are each stretched in the direction of 45 ° in the counterclockwise direction from the -Y direction, as shown by the arrow 911 in FIG. (The film 1 is shown representatively in FIG. 3). Therefore, the film 1, the film 2, the film 3 and the film 4 have the polylactic acid molecules oriented in the direction of 45 ° counterclockwise from the -Y direction when the sensor unit 11A is viewed in plan.

そして、フィルム1、フィルム2、フィルム3、およびフィルム4は、それぞれポリ乳酸の分子の配向方向が同じであるが、ポリ乳酸の組成が異なる。フィルム1およびフィルム4は、それぞれPDLAからなり、フィルム2およびフィルム3は、それぞれPLLAからなる。PLLAおよびPDLAは、鏡像異性体の関係にある。したがって、分子の配向方向が同じである場合、PLLAからなるフィルムとPDLAからなるフィルムとは、同じ向きの歪(伸張または収縮)が生じると、発生する電荷の方向が互いに逆となる。   And although the orientation direction of the molecule | numerator of polylactic acid is the same as the film 1, the film 2, the film 3, and the film 4, respectively, the composition of polylactic acid differs. The film 1 and the film 4 are respectively made of PDLA, and the film 2 and the film 3 are respectively made of PLLA. PLLA and PDLA are in an enantiomeric relationship. Therefore, in the case where the molecular orientation directions are the same, when distortion (stretching or contraction) in the same direction occurs in the film made of PLLA and the film made of PDLA, the directions of generated charges are opposite to each other.

図4に示すように、例えばフィルム1側の中敷き51が幅方向(Y方向および−Y方向)に伸張したとき、フィルム1、フィルム2、フィルム3、及びフィルム4は、それぞれ幅方向に伸張する歪が生じる。   As shown in FIG. 4, for example, when the insole 51 on the side of the film 1 is stretched in the width direction (Y direction and -Y direction), the film 1, the film 2, the film 3 and the film 4 are stretched in the width direction. Distortion occurs.

フィルム1およびフィルム2は、一体となっているため、それぞれほぼ同じ伸張量となる。また、フィルム3およびフィルム4は、一体となっているため、それぞれほぼ同じ伸張量となる。ただし、フィルム3およびフィルム4は、シグナル電極6を介してフィルム2に接続されているため、フィルム1およびフィルム2に比べて、伸張量が少なくなる。   Since the film 1 and the film 2 are integrated, they have substantially the same amount of extension. Further, since the film 3 and the film 4 are integrated, they have substantially the same amount of extension. However, since the film 3 and the film 4 are connected to the film 2 through the signal electrode 6, the amount of extension is smaller than that of the film 1 and the film 2.

フィルム1は、PDLAからなるため、幅方向に伸張する歪が生じると、電荷方向が上方向となる。フィルム2は、PLLAからなるため、幅方向に伸張する歪が生じると、電荷方向が下方向となる。フィルム1およびフィルム2は、厚みが等しく、かつ伸張量が略同じであるため、略同じ電荷量が発生する。したがって、フィルム1で発生した電荷量と、フィルム2で発生した電荷量は相殺される。   Since the film 1 is made of PDLA, the charge direction is upward when strain that expands in the width direction occurs. Since the film 2 is made of PLLA, the charge direction is in the downward direction when a strain extending in the width direction occurs. Since the film 1 and the film 2 have the same thickness and substantially the same amount of stretching, substantially the same amount of charge is generated. Therefore, the charge amount generated in the film 1 and the charge amount generated in the film 2 are offset.

同様に、フィルム3は、PLLAからなるため、幅方向に伸張する歪が生じると、電荷方向が下方向となる。フィルム4は、PDLAからなるため、幅方向に伸張する歪が生じると、電荷方向が上方向となる。したがって、フィルム3で発生した電荷量と、フィルム4で発生した電荷量も相殺される。   Similarly, since the film 3 is made of PLLA, the charge direction is in the downward direction when the strain extending in the width direction occurs. Since the film 4 is made of PDLA, the charge direction is upward when strain that expands in the width direction occurs. Therefore, the charge amount generated in the film 3 and the charge amount generated in the film 4 are also offset.

一方、中敷き51に荷重が係り、センサ部11Aの主面に対して法線方向の荷重が係ると、図5に示すように、フィルム1およびフィルム2は、−Z方向に突状に湾曲する。したがって、フィルム1は、フィルム1およびフィルム2の接合面を基準とすると、フィルム2に対して収縮する歪が生じる。逆に、フィルム2は、フィルム1およびフィルム2の接合面を基準とすると、フィルム1に対して伸張する歪が生じる。したがって、フィルム1は、電荷方向が下方向となり、フィルム2も、電荷方向が下方向となる。このため、フィルム1で発生した電荷とフィルム2で発生した電荷は、相加されることになる。   On the other hand, when a load is applied to the insole 51 and a load in the normal direction is applied to the main surface of the sensor unit 11A, the film 1 and the film 2 curve in the -Z direction as shown in FIG. . Therefore, when the film 1 is based on the bonding surface of the film 1 and the film 2, a distortion occurs that shrinks with respect to the film 2. On the contrary, when the film 2 is based on the bonding surface of the film 1 and the film 2, an extension distortion occurs with respect to the film 1. Accordingly, the charge direction of the film 1 is downward, and the charge direction of the film 2 is downward. For this reason, the charge generated in the film 1 and the charge generated in the film 2 are added.

同様に、フィルム3は、フィルム3およびフィルム4の接合面を基準とすると、フィルム4に対して収縮する歪が生じる。また、フィルム4は、フィルム3およびフィルム4の接合面を基準とすると、フィルム3に対して伸張する歪が生じる。したがって、フィルム3は、電荷方向が上方向となり、フィルム4も、電荷方向が上方向となる。このため、フィルム3で発生した電荷とフィルム4で発生した電荷は、相加される。   Similarly, when the film 3 is based on the bonding surface of the film 3 and the film 4, distortion occurs that shrinks with respect to the film 4. In addition, when the film 4 is based on the bonding surface of the film 3 and the film 4, an extension distortion occurs with respect to the film 3. Therefore, the film 3 has the charge direction upward, and the film 4 also has the charge direction upward. For this reason, the charge generated in the film 3 and the charge generated in the film 4 are added.

フィルム1およびフィルム2で相加された電荷は、基準電位電極5に対するシグナル電極6の電位を上昇させる。フィルム3およびフィルム4で相加された電荷は、基準電位電極7に対するシグナル電極6の電位を上昇させる。よって、シグナル電極6において大きな電位が得られる。   The charges added in the film 1 and the film 2 raise the potential of the signal electrode 6 with respect to the reference potential electrode 5. The charges added in the film 3 and the film 4 raise the potential of the signal electrode 6 with respect to the reference potential electrode 7. Thus, a large potential can be obtained at the signal electrode 6.

このようにして、センサ部11としては、中敷き51の面方向の伸縮時には出力がなされず、靴底の曲げ(Z方向または−Z方向の荷重による変形)だけを検出することができ、中敷き51に対する荷重の変化を適切に検出することができる。   In this manner, the sensor unit 11 does not output when the insole 51 expands or contracts in the surface direction, and can detect only bending of the sole (deformation due to a load in the Z direction or -Z direction). It is possible to properly detect the change in load with respect to

また、上述の例では、フィルム1およびフィルム4にPDLAを用いて、フィルム2およびフィルム3にPLLAを用いる例を示したが、例えば、全てのフィルムにPLLA(またはPDLA)を用いて、フィルム1とフィルム2の延伸方向を直交させて配置し、フィルム3とフィルム4の延伸方向を直交させることでも同じ機能を実現することができる。   In the above example, PDLA is used for film 1 and film 4 and PLLA is used for film 2 and film 3. However, for example, PLLA (or PDLA) is used for all the films. The same function can be realized by arranging the stretching directions of the film 2 and the film 2 at right angles, and making the stretching directions of the film 3 and the film 4 orthogonal.

なお、より簡易的には、フィルム1およびフィルム4を省略しても同じ機能を実現することができる。この場合、図6(A)に示すように、中敷き51が面方向に伸縮する時には、フィルム2で発生した電荷量と、フィルム3で発生した電荷量を相殺することができ、面方向の伸縮はキャンセルすることができる。また、図6(B)に示すように、中敷き51に−Z方向の荷重が係った場合には、フィルム2で発生した電荷量と、フィルム3で発生した電荷量を相加することができる。   In addition, the film 1 and the film 4 can be simplified to realize the same function more simply. In this case, as shown in FIG. 6A, when the insole 51 expands and contracts in the surface direction, the amount of charge generated in the film 2 and the amount of charge generated in the film 3 can be offset, and the expansion and contraction in the surface direction Can be canceled. Further, as shown in FIG. 6B, when a load in the -Z direction is applied to the insole 51, the charge amount generated in the film 2 and the charge amount generated in the film 3 may be added. it can.

すなわち、センサ部としては、一対の圧電フィルムを備え、該一対の圧電フィルムがそれぞれ、伸縮時に発生する電荷の方向が逆になっていれば、どの様な構成であってもよい。   That is, the sensor unit may have any configuration as long as it includes a pair of piezoelectric films, and the pair of piezoelectric films have opposite directions of charges generated during extension and contraction.

また、フィルムの材料は、ポリ乳酸に限るものではなく、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の他の圧電フィルムを用いることも可能である。PVDFの場合は、ポーリング(分極処理)において印加される電界の方向によって、電荷方向を設定することができる。   Further, the material of the film is not limited to polylactic acid, and other piezoelectric films such as polyvinylidene fluoride (PVDF) can also be used. In the case of PVDF, the charge direction can be set by the direction of the electric field applied in poling (polarization treatment).

ただし、ポリ乳酸は、焦電性がなく、靴等の体温が伝わる箇所に設置するには好適である。また、ポリ乳酸は、歪みの変化に応じた電荷が発生する。したがって、足が着地して中敷き51が押し込まれる時と、足を上げて中敷き51が押し込みから開放される時とでは、電荷方向が逆となる。歩行測定用センサとしては、この荷重の変化(時間軸上の変化)を取得することで、着地のタイミングと浮上のタイミングを個別に検出することができる。これにより、例えばつま先のけり出し、つま先の着地、かかとの着地、またはかかとの浮上等の緻密な動作を検出することができる。   However, polylactic acid is not pyroelectric and is suitable for installation at a place where body temperature is transmitted, such as shoes. In addition, polylactic acid generates a charge according to a change in strain. Therefore, the direction of charge is reversed between when the foot lands and the insole 51 is pushed in and when the insole 51 is released from the push-up by raising the foot. As the walking measurement sensor, the timing of landing and the timing of floating can be separately detected by acquiring this change in load (change on the time axis). This makes it possible to detect, for example, precise motion such as toe lifting, toe landing, heel landing, or heel floating.

図7(A)は、各センサ部の出力信号を処理するための構成を示すブロック図であり、図7(B)は、回路図である。この例では、センサ部11AにJ−FET103を内蔵させている。この例では、各フィルムにより構成される圧電素子101で電圧が発生すると、抵抗102によりこの電圧を打ち消す電荷が流入する。この時に発生する電流値に応じた電圧がJ−FET103のゲートに印加され、信号処理部25におけるA/D部(図中のA/D)で検出される。これにより、信号処理部25は、センサ部11Aに係る荷重の変化を検出する。   FIG. 7A is a block diagram showing a configuration for processing an output signal of each sensor unit, and FIG. 7B is a circuit diagram. In this example, the J-FET 103 is built in the sensor unit 11A. In this example, when a voltage is generated in the piezoelectric element 101 formed of each film, a charge for canceling the voltage flows in by the resistor 102. A voltage corresponding to the current value generated at this time is applied to the gate of the J-FET 103, and is detected by the A / D unit (A / D in the figure) in the signal processing unit 25. Thereby, the signal processing unit 25 detects a change in load related to the sensor unit 11A.

このように、圧電素子101に近接してJ−FET103を配置することで、ノイズによる影響を少なくし、信号を安定化させることができる。なお、センサ部11Aと信号処理部25との間に増幅回路を設けてもよい。また、信号処理部25は、各センサ部に内蔵されている態様としてもよい。   By thus disposing the J-FET 103 in proximity to the piezoelectric element 101, the influence of noise can be reduced and the signal can be stabilized. An amplification circuit may be provided between the sensor unit 11A and the signal processing unit 25. Further, the signal processing unit 25 may be incorporated in each sensor unit.

また、図8に示すように、オペアンプを用いて、センサ部11の曲げに応じてオペアンプの出力を変化させるようにしてもよい。オペアンプのばらつきはFETのばらつきよりも小さいため、感度のばらつきを抑えることができる。   Further, as shown in FIG. 8, the output of the operational amplifier may be changed according to the bending of the sensor unit 11 using the operational amplifier. Since the variation of the operational amplifier is smaller than the variation of the FET, the variation of the sensitivity can be suppressed.

次に、図9は、各センサ部の出力信号の時間変化を示す図である。図9に示すグラフの横軸は時間であり、縦軸はセンサの検出値(A/D変換後の値)である。   Next, FIG. 9 is a figure which shows the time change of the output signal of each sensor part. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 9 is time, and the vertical axis is the detected value of the sensor (the value after A / D conversion).

かかとが着地した時、中敷き51のうち、かかと部分が押し込まれて荷重が係る。すなわち、かかと部分の中敷き51は、無荷重の状態から、最大荷重の状態(体重が乗る状態)に移行する。このとき、かかと部分に配置されたセンサ部11Dは、平坦な状態から−Z方向に突状に湾曲する。したがって、図9に示すグラフのように、センサ部11Dの出力は、負のピークの値を示す。   When the heel lands, the heel portion of the insole 51 is pushed in and the load is applied. That is, the insole 51 of the heel portion shifts from the no-load state to the maximum load state (a state in which the weight is on). At this time, the sensor unit 11D disposed in the heel portion curves in a protruding manner in the -Z direction from the flat state. Therefore, as shown in the graph of FIG. 9, the output of the sensor unit 11D indicates the value of the negative peak.

そして、つま先が着地した時には、中敷き51のうちつま先部分が押し込まれて荷重が係る。すなわち、つま先部分の中敷き51は、無荷重の状態から、最大荷重の状態(体重が乗る状態)に移行する。このとき、つま先部分に配置されたセンサ部11Aは、平坦な状態から−Z方向に突状に湾曲する。したがって、図9に示すグラフのように、センサ部11Aの出力は、負のピークの値を示す。   When the toe lands, the toe portion of the insole 51 is pushed in and the load is applied. That is, the insole 51 of the toe portion shifts from the no-load state to the maximum load state (a state in which the weight is on). At this time, the sensor unit 11A disposed in the toe portion is curved in a protruding manner in the -Z direction from the flat state. Therefore, as shown in the graph of FIG. 9, the output of the sensor unit 11A indicates the value of the negative peak.

一方で、かかとが浮上した時、中敷き51のうちかかと部分が押し込まれた状態から開放され、荷重が減少する。すなわち、かかと部分の中敷き51は、最大荷重の状態(体重が乗る状態)から無荷重に移行する。このとき、かかと部分に配置されたセンサ部11Dは、−Z方向に突状に湾曲した状態から平坦な状態に変化する。したがって、図9に示すグラフのように、センサ部11Dの出力は、正のピークの値を示す。   On the other hand, when the heel rises, the heel portion of the insole 51 is released from being pushed in and the load decreases. That is, the insole 51 of the heel portion shifts from the maximum load state (the state in which the weight is on) to no load. At this time, the sensor unit 11D disposed in the heel portion changes from a state of being curved in a protruding manner in the -Z direction to a flat state. Therefore, as in the graph shown in FIG. 9, the output of the sensor unit 11D indicates the value of the positive peak.

そして、つま先を蹴り出した時(つま先が浮上する時)、中敷き51のうちつま先部分が押し込まれた状態から開放され、荷重が減少する。すなわち、つま先部分の中敷き51は、最大荷重の状態(体重が乗る状態)から無荷重に移行する。このとき、つま先部分に配置されたセンサ部11Aは、−Z方向に突状に湾曲した状態から平坦な状態に変化する。したがって、図9に示すグラフのように、センサ部11Aの出力は、正のピークの値を示す。   Then, when the toe is kicked out (when the toe rises), the insole 51 is released from the state where the toe portion is pushed in, and the load decreases. That is, the insole 51 of the toe portion shifts from the state of maximum load (the state in which the weight is on) to no load. At this time, the sensor unit 11A disposed in the toe portion changes from being bent in the -Z direction to a flat state. Therefore, as in the graph shown in FIG. 9, the output of the sensor unit 11A shows the value of the positive peak.

信号処理部25は、図7(A)に示したように、各センサ部の以上のような出力値をユーザ端末30に出力してもよい。ユーザ端末30は、ユーザが所有する情報処理端末(例えばスマートフォン、パーソナルコンピュータ等)である。ユーザ端末30は、例えば図9に示したようなグラフを表示器(不図示)に表示する処理を行う。これにより、ユーザは、自身のつま先のけり出し、つま先の着地、かかとの着地、またはかかとの浮上等のタイミングを知ることができる。   The signal processing unit 25 may output the above output value of each sensor unit to the user terminal 30, as shown in FIG. 7A. The user terminal 30 is an information processing terminal (for example, a smartphone, a personal computer, etc.) owned by the user. The user terminal 30 performs, for example, a process of displaying a graph as shown in FIG. 9 on a display (not shown). In this way, the user can know the timing of lifting his toe, landing on the toe, landing on the heel, lifting of the heel, or the like.

なお、図9に示すように、かかとが着地する時は、足が完全に浮いた状態から最初に足を地面等に接触させるタイミングであるため、荷重の変化が大きく、センサ部11Dの出力値は大きい。一方で、つま先が着地するときは、既にかかとが着地した状態であるため、荷重の変化は少ない(出力値が相対的に小さい)。   As shown in FIG. 9, when the heel lands, it is the timing at which the foot comes into contact with the ground first after the foot is completely floating, so the load changes greatly, and the output value of the sensor unit 11D Is big. On the other hand, when the toe lands, the change in load is small (the output value is relatively small) because the heel has already landed.

同様に、つま先を蹴り出す時は、足が完全に浮いた状態に移行するタイミングであるため、荷重の変化が大きく、センサ部11Aの出力値は大きい。一方で、かかとが非常する時は、まだつま先が着地している状態であるため、荷重の変化は少ない(出力値が相対的に小さい)。ただし、例えばつま先から先に着地する場合には、センサ部11Aの負のピーク値が大きくなり、逆にセンサ部11Dの負のピーク値が小さくなる。   Similarly, when kicking the toe, since it is the timing when the foot shifts to a completely floating state, the change in load is large, and the output value of the sensor unit 11A is large. On the other hand, when the heel is very large, the change in load is small (the output value is relatively small) because the toes are still in the state of landing. However, for example, when landing from the toe first, the negative peak value of the sensor unit 11A increases, and conversely, the negative peak value of the sensor unit 11D decreases.

また、例えばつま先が着地したタイミングに近いタイミングで、親指側に配置されたセンサ部11Bに負のピークが発生している場合、つま先の着地時に親指側に荷重が係っていると判断することができる。一方で、つま先が着地したタイミングに近いタイミングで、小指側に配置されたセンサ部11Cに負のピークが発生している場合、つま先の着地時に小指側に荷重が係っていると判断することができる。   Also, for example, when a negative peak occurs in the sensor unit 11B disposed on the thumb side at a timing close to the timing when the toe lands, it is determined that a load is applied to the thumb side at the time of landing on the toe. Can. On the other hand, when a negative peak is generated in the sensor unit 11C disposed on the little finger side at a timing close to the timing when the toe lands, it is determined that a load is applied to the little finger side at the time of landing on the toe. Can.

このようにして、歩行測定用センサは、従来よりも緻密な動作を検出することができる。   In this way, the gait measurement sensor can detect more precise motion than before.

また、図10に示すように、歩行測定用センサは、両足にそれぞれ設けることも可能である。図10(A)は、両足の靴に歩行測定用センサを設ける場合において、靴100を裏面から見た図である。図10(B)はセンサ部および信号処理部のブロック図である。   Moreover, as shown in FIG. 10, it is also possible to provide the sensors for measuring walking on both feet. FIG. 10A is a view of the shoe 100 viewed from the back side in the case of providing the sensors for measuring walking on the shoes of both feet. FIG. 10B is a block diagram of a sensor unit and a signal processing unit.

右足用の靴100Aには、つま先部分にセンサ部101Aが設置され、かかと部分にセンサ部101Bが設置されている。左足用の靴100Bには、つま先部分にセンサ部101Cが設置され、かかと部分にセンサ部101Dが設置されている。   In the shoe 100A for the right foot, the sensor unit 101A is installed at the toe portion, and the sensor unit 101B is installed at the heel portion. In the shoe 100B for the left foot, the sensor unit 101C is installed at the toe portion, and the sensor unit 101D is installed at the heel portion.

センサ部101A、センサ部101B、センサ部101C、およびセンサ部101Dは、全て同じ構成であり、図2に示したセンサ部11Aと同じ構成を有する。   The sensor unit 101A, the sensor unit 101B, the sensor unit 101C, and the sensor unit 101D all have the same configuration, and have the same configuration as the sensor unit 11A shown in FIG.

センサ部101Aおよびセンサ部101Bは、左足用の靴に内蔵された第1信号処理部25Aに接続されている。センサ部101Cおよびセンサ部101Dは、右足用の靴に内蔵された第2信号処理部25Bに接続されている。第1信号処理部25Aおよび第2信号処理部25Bは、信号処理部25と同じ構成である。   The sensor unit 101A and the sensor unit 101B are connected to a first signal processing unit 25A built in a shoe for the left foot. The sensor unit 101C and the sensor unit 101D are connected to a second signal processing unit 25B built in a shoe for the right foot. The first signal processing unit 25A and the second signal processing unit 25B have the same configuration as the signal processing unit 25.

ただし、この場合、第1信号処理部25Aおよび第2信号処理部25Bは、内部時計を備えている。第1信号処理部25Aおよび第2信号処理部25Bは、各センサ部の出力信号に時刻情報を付加して、ユーザ端末30に出力する。第1信号処理部25Aおよび第2信号処理部25Bの内部時計は、所定のタイミング(例えば測定開始時に、それぞれの信号処理部に設けられた端子で接続されることにより)で同期される。これにより、各センサ部の出力信号の同期を取ることができる。   However, in this case, the first signal processing unit 25A and the second signal processing unit 25B include an internal clock. The first signal processing unit 25A and the second signal processing unit 25B add time information to the output signals of the respective sensor units, and output the result to the user terminal 30. The internal clocks of the first signal processing unit 25A and the second signal processing unit 25B are synchronized at a predetermined timing (for example, by being connected by terminals provided in the respective signal processing units at the start of measurement). Thus, the output signals of the sensor units can be synchronized.

図11は、両足の靴に歩行測定用センサを設ける場合の各センサ部の出力信号の時間変化を示す図である。図11に示すように、両足の靴に歩行測定用センサを設けることで、より緻密な動作を検出することができる。例えば図11の例では、左足の着地よりも右足の着地が強くなっていることがわかる。したがって、例えばユーザ端末30において左右のバランスを表示させることもできる。また、着地や蹴り出しのタイミングを測定することで、歩行速度や各足の歩幅等を測定し、ユーザ端末30に表示させることもできる。   FIG. 11 is a diagram showing a time change of output signals of each sensor unit in the case of providing a sensor for measuring walking on shoes of both feet. As shown in FIG. 11, by providing the sensors for measuring walking on the shoes of both feet, more precise movement can be detected. For example, in the example of FIG. 11, it can be seen that the landing of the right foot is stronger than the landing of the left foot. Therefore, for example, the balance on the left and right can be displayed on the user terminal 30. In addition, by measuring the timing of landing and kicking, the walking speed, the stride length of each foot, and the like can be measured and displayed on the user terminal 30.

なお、本実施形態では、歩行測定用センサが靴に設置される例を示したが、本発明の歩行測定用センサは、他にもサンダル、スリッパ、または下駄等の履物に設置することが可能である。また、歩行測定用センサと一体化した履物も本発明の技術的範囲に属するものである。   In the present embodiment, an example in which the sensor for measuring walking is installed on shoes is shown, but the sensor for measuring walking according to the present invention can be installed on footwear such as sandals, slippers or clogs. It is. Further, footwear integrated with a sensor for measuring walking is also within the technical scope of the present invention.

1,2,3,4…フィルム
5,7…基準電位電極
6…シグナル電極
8…連結部
11A,11B,11C,11D…センサ部
21,22…信号線
25,25A,25B…信号処理部
30…ユーザ端末
31…靴底
51…中敷き
100,100A,100B…靴
1, 2, 3, 4 ... film 5, 7 ... reference potential electrode 6 ... signal electrode 8 ... connection portion 11A, 11B, 11C, 11D ... sensor portion 21, 22 ... signal line 25, 25A, 25B ... signal processing portion 30 ... User terminal 31 ... Shoe sole 51 ... Insole 100, 100A, 100B ... Shoes

Claims (5)

足裏により押圧されることで変形する箇所に装着される変位検出フィルムと、
前記変位検出フィルムの出力信号を処理する信号処理部と、
シグナル電極と、を備え、
前記変位検出フィルムは、前記押圧による荷重の時間変化に応じた出力をし、互いに隣接して配置される一対の第1圧電フィルムおよび第2圧電フィルム、並びに互いに隣接して配置される一対の第3圧電フィルムおよび第4圧電フィルムを備え、
前記第1圧電フィルムと前記第2圧電フィルムとは、伸縮時に発生する電荷の方向が逆であり、
前記第3圧電フィルムと前記第4圧電フィルムとは、伸縮時に発生する電荷の方向が逆であり、
前記シグナル電極は、前記第1圧電フィルムおよび前記第2圧電フィルムと、前記第3圧電フィルムおよび前記第4圧電フィルムとの間に設けられ、かつ前記出力信号を検出し、
前記第1圧電フィルムおよび前記第2圧電フィルム、並びに前記第3圧電フィルムおよび前記第4圧電フィルムは、押圧印加時と押圧開放時とで発生する電荷の方向がそれぞれ異なり、
前記信号処理部は、前記シグナル電極で検出した前記出力信号に基づいて、前記第1圧電フィルム、前記第2圧電フィルム、前記第3圧電フィルム、および前記第4圧電フィルムそれぞれが発生する電荷の方向および電荷の時間変化を基に前記足裏の歩行状態を判別することを特徴とする歩行測定用センサ。
A displacement detection film attached to a place deformed by being pressed by a sole ;
A signal processing unit that processes an output signal of the displacement detection film;
And a signal electrode ,
The displacement detection film performs an output according to a time change of load due to the pressing, and a pair of first piezoelectric film and a second piezoelectric film disposed adjacent to each other , and a pair of first piezoelectric films disposed adjacent to each other 3 with a piezoelectric film and a fourth piezoelectric film,
In the first piezoelectric film and the second piezoelectric film, the directions of charges generated at the time of expansion and contraction are opposite,
It said third piezoelectric film and said fourth piezoelectric film up direction reverse der charges generated during stretching,
The signal electrode is provided between the first piezoelectric film and the second piezoelectric film, and the third piezoelectric film and the fourth piezoelectric film, and detects the output signal.
In the first piezoelectric film and the second piezoelectric film, and the third piezoelectric film and the fourth piezoelectric film, the directions of charges generated at the time of pressing application and at the time of pressing release are different,
The signal processing unit is configured to calculate a direction of charge generated by each of the first piezoelectric film, the second piezoelectric film, the third piezoelectric film, and the fourth piezoelectric film based on the output signal detected by the signal electrode. and gait measurement sensor characterized that you determine the gait of the foot based on a temporal change in the charge.
前記第1圧電フィルム、前記第2圧電フィルム、前記第3圧電フィルム、および前記第4圧電フィルムは、ポリ乳酸を含む請求項1に記載の歩行測定用センサ。   The sensor according to claim 1, wherein the first piezoelectric film, the second piezoelectric film, the third piezoelectric film, and the fourth piezoelectric film include polylactic acid. 前記信号処理部は、前記変位検出フィルムの出力信号に時刻情報を付加する請求項1または2に記載の歩行測定用センサ。 Wherein the signal processing unit, the walking measuring sensor according to claim 1 or 2 for adding the time information to the output signal of the displacement detection film. 前記信号処理部は、左足用の第1信号処理部と、右足用の第2信号処理部からなり、
該第1信号処理部および第2信号処理部は、それぞれ、内部時計と、前記内部時計を同期させるための端子と、を備えた請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の歩行測定用センサ。
The signal processing unit includes a first signal processing unit for the left foot and a second signal processing unit for the right foot.
The walk measuring system according to any one of claims 1 to 3, wherein the first signal processing unit and the second signal processing unit each include an internal clock and a terminal for synchronizing the internal clock. Sensor.
請求項1乃至請求項のいずれかに記載の歩行測定用センサを有する履物。 Footwear comprising the sensor for measuring walking according to any one of claims 1 to 4 .
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