JP6673582B2

JP6673582B2 - 動作測定装置、方法、およびプログラム

Info

Publication number: JP6673582B2
Application number: JP2016003533A
Authority: JP
Inventors: 康彦小玉; 耕右上田
Original assignee: Gunze Ltd; NEC Corp
Current assignee: Gunze Ltd; NEC Corp
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2020-03-25
Anticipated expiration: 2036-01-12
Also published as: JP2017123911A

Description

本発明は、人体に装着される衣服の変形に伴う導線性伸縮材の電気抵抗の変化によって装着者の動作や姿勢を認識する動作測定装置、方法、およびプログラムに関する。

衣服の装着者の動作を検出する技術として、特許文献１に示される歪みセンサ付き布帛が知られている。
この歪みセンサ付き布帛は、伸縮可能な布帛本体と、この布帛本体に付設され、布帛本体の伸縮に追従可能な歪みセンサとを有し、前記歪みセンサに、前記布帛本体に一体的に設けられ、かつ布帛本体の伸縮に追従して変形する配線部を備えた構成である。

ところが、特許文献１に示される歪みセンサ付き布帛の伸縮性能は、合成樹脂、ゴム、不織布、金属等で構成される基板に依存し、布帛本体の伸縮性能と一致するものではないため、着用者の姿勢により変化する被服の伸縮状態を精度よく検出するのが困難であるという問題があった。
また、特許文献１に示される歪みセンサ付き布帛では、被服に配置されるセンサ面積が大きくなると、基板により通気性が阻害されるという問題もあり、日常的に着用することができないという問題もあった。

そして、このような問題を解決するため、近年、伸縮生地で構成される衣服に導電性伸縮材を用いる技術が提案されている。
この衣服は、伸縮生地の伸縮状態の変化を電気特性の変化に変換する導電性伸縮材が編込まれた姿勢検出生地が使用されるものであって、該姿勢検出生地で検出される電気特性の変化に基づいて着用者の姿勢の変化を検出可能とする。

この導電性伸縮材は、衣服に縫い付けられ又は織り込まれており、着用者の姿勢の変化に伴う身体の表面伸縮にともなって、その電気抵抗が追従して変化する。
この電気抵抗の変化は電圧に変換され、ＡＤ変換の後マイクロコンピュータによりその値が読み取られる。例えば、図７（Ａ）に領域Ｍ１で示されるように、背筋が伸びて姿勢が良いときには、導電性伸縮材の伸びが小さく、そのときの抵抗値は３０Ωであるとする。
一方、この図７（Ａ）に領域Ｍ２で示されるように、背中が丸まって猫背になったときには、導電性伸縮材の伸びが大きく７０Ωであるとする。
ここで、呼吸による導電性伸縮材の伸び縮みが無いと仮定した場合は、抵抗値の差はそのまま４０Ωとなり、この変化を検出することで、猫背の姿勢を検出することができる。この導電性伸縮材で検出される抵抗値の差は、猫背の深さによって変化するため、該抵抗値の差に基づき、猫背の度合いを段階ごとに表すことも可能である。

特開２０１４−２５１８０号公報

しかしながら、上記導電性伸縮材を用いた衣服では、図７（Ｂ）に示される実際のデータ例を参照して分かるように、着用した人が呼吸している場合は、呼吸の大小（深さ）により、抵抗値も変動し、その周期は、呼吸の速さによって大きく変動する。
このため、上記衣服では、該導電性伸縮材の抵抗値の平均値をとるにしても、平均化するためのサンプリング時間を一定時間確保しなければならず、リアルタイム性に欠けていた。また、上記衣服では、呼吸の大小に周期変動が加わると、正しい抵抗値を検出することができず姿勢の度合いを段階毎に検出するのが難しかった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成により呼吸の大小（深さ）又は周期変動といった影響を排除して、猫背になる等の装着者の姿勢を正確に検出することが可能な動作測定装置、方法、およびプログラムを提供する。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、人体に装着されるシート材の一部に設けられて装着者の動作を測定する動作測定装置であって、前記シート材の変形方向に沿う複数の線状体からなる導電性伸縮材を有し、該線状体が互いに平行となるように前記シート材に組み込まれて、該シート材の面方向への変形によってそれぞれの電気抵抗が変化する該線状体からの電気抵抗値の差を演算する演算手段と、この演算手段での演算結果から前記装着者の動作を測定する測定手段と、を有する。

本発明は、導電性伸縮材を形成している複数の線状体を平行に配置するという簡易な構成により、呼吸の影響を排除した装着者の姿勢検出を可能とする。

本発明に係る動作測定装置を示す概略構成図である。本発明の実施形態に係る動作測定装置を示す概略構成図である。図１の導電性伸縮材が設置されるブリッジ回路、該ブリッジ回路に接続された演算手段及び測定手段を示す図である。導電性伸縮材を構成する線状体からの電気抵抗値を示すグラフである。本発明の実施形態に係る変形例１を示す図である。本発明の実施形態に係る変形例２を示す図である。導電性伸縮材を用いた衣服の電気抵抗値を示すグラフであって、（Ａ）は仮定に基づくグラフ、（Ｂ）は実際のグラフである。

本発明について図１を参照して説明する。
図１に符号１で示すものは人体に装着される衣服であって、該衣服１を構成するシート材２には、装着者の動作を測定する動作測定装置１０が設けられている。
この動作測定装置１０は、複数の線状体１１を有し該線状体１１の変形によってそれぞれの電気抵抗が変化する導電性伸縮材１２と、該導電性伸縮材１２の線状体１１からの電気抵抗値の差を演算する演算手段１３と、演算手段１３での演算結果から装着者の動作を測定する測定手段１４と、を有する。
なお、本例の導電性伸縮材１２では、複数の線状体１１として一対の線状体１１Ａ・１１Ｂが設置された例が示されている。
また、演算手段１３及び測定手段１４はマイクロコンピュータＣ内に配置されるが、このマイクロコンピュータＣは衣服１上に設置しても良いし、図示しない通信手段を介して衣服１の外部に設置しても良い。

導電性伸縮材１２の線状体１１Ａ・１１Ｂは、シート材２の変形方向に沿いかつ互いが平行となるように衣服１に組み込まれたものであって、該シート材２の面方向への変形によってそれぞれの電気抵抗が変化する。このとき、これら導電性伸縮材１２の線状体１１Ａ・１１Ｂの長さを異ならせて、それぞれの線状体１１Ａ・１１Ｂの初期状態（外力により変形していない状態）の電気抵抗を異ならせることによって、異なったレベルの電気抵抗を検出することができる。
演算手段１３は導電性伸縮材１２の線状体１１Ａ・１１Ｂからの電気抵抗値の差を演算し、かつ測定手段１４は演算手段１３での演算結果から装着者の動作を測定する。

そして、以上のように構成された動作測定装置１０では、衣服１のシート材２の変形方向に沿いかつ互いが平行となる一対の線状体１１Ａ・１１Ｂを有し、該シート材２の面方向への変形によってそれぞれの電気抵抗が変化する導電性伸縮材１２を衣服１に組み込むようにした。
その後、上記動作測定装置１０では、導電性伸縮材１２の線状体１１Ａ・１１Ｂからの電気抵抗値の差を演算するとともに、測定手段１４にて、該演算手段１３での演算結果から装着者の動作を測定する。
すなわち、上記動作測定装置１０では、導電性伸縮材１２の一対の線状体１１Ａ・１１Ｂからの電気抵抗値の差を演算することにより、呼吸の大小（深さ）又は周期変動いった影響を排除して、猫背になる等の装着者の姿勢を正確に検出することが可能となる。
また、上記動作測定装置１０は、導電性伸縮材１２に含まれる一対の線状体１１Ａ・１１Ｂを平行に配置した状態で、線状体１１Ａ・１１Ｂからの電気抵抗値の差を演算する処理を行うという簡易な構成により、呼吸の影響を排除した装着者の姿勢検出が可能となるものである。

（実施形態）
本発明の実施形態について図２〜図６を参照して具体的に説明する。
図２に示されるように、衣服１を構成するシート材２には、装着者の動作を測定する動作測定装置２０が設けられている。
この動作測定装置２０は、一対の線状体２１を有し該線状体２１の変形によってそれぞれの電気抵抗が変化する導電性伸縮材２２と、該導電性伸縮材２２の線状体２１からの電気抵抗値の差を演算する演算手段２３と、演算手段２３での演算結果から装着者の動作を測定する測定手段２４と、を有する。

なお、本例の導電性伸縮材２２では、複数の線状体２１として一対の線状体２１Ａ・２１Ｂが設置された例が示されている。
また、演算手段２３及び測定手段２４はマイクロコンピュータＣ１内に配置されるが、このマイクロコンピュータＣ１は衣服１上に設置しても良いし、図示しない通信手段を介して衣服１の外部に設置しても良い。

導電性伸縮材２２は、図２に示されるように、互いに長さが異なる一対の線状体２１Ａ・２１Ｂからなり、かつシート材２の変形方向に沿いかつ互いが平行となるように衣服１に組み込まれたものである、具体的には短尺の線状体２１Ａ及び長尺の線状体２１Ｂからなっており、装着者が衣服１を着用した場合に、該装着者の背中の中央部分にほぼ水平となるように配置される。
また、導電性伸縮材２２の線状体２１Ａ・２１Ｂは、衣服１のシート材２の面方向への変形によってそれぞれの電気抵抗が変化するものであって、それぞれの線状体２１Ａ・２１Ｂで得られた電気抵抗値は、演算手段２３に供給される。
このとき、これら導電性伸縮材２２の線状体２１Ａ・２１Ｂはそれぞれ長さが異なっているので、異なったレベルの電気抵抗が検出される。
演算手段２３は、異なる長さからなる導電性伸縮材２２の線状体２１Ａ・２１Ｂからの電気抵抗値の差を演算し、また、測定手段２４は演算手段２３での演算結果から装着者の姿勢あるいは動作を測定する。

演算手段２３の具体的構成としては、図３に示されるように、導電性伸縮材２２を構成する一対の線状体２１Ａ・２１Ｂを、２つのブリッジ回路３０の一辺にそれぞれ配置する。各ブリッジ回路３０内には、線状体２１Ａ・２１Ｂが配置されていない三辺に固定抵抗３１が設置されており、該線状体２１Ａ・２１Ｂが配置される一辺に、他の固定抵抗３１とのバランスをとるための調整用抵抗３２が接続されている。
また、演算手段２３の比較器２３Ａでは、各ブリッジ回路３０の線状体２１Ａ・２１Ｂの電気抵抗の変化にともなってブリッジ回路の端部に発生する電圧の差分を演算し、さらに測定手段２４にて、該演算手段２３での演算結果から装着者の動作を測定する。
すなわち、上記動作測定装置２０では、導電性伸縮材２２の一対の線状体２１Ａ・２１Ｂからの電気抵抗値の変化に伴う電位差を演算することにより、呼吸の大小（深さ）又は周期変動いった影響を排除して、猫背になる等の装着者の姿勢あるいは動作を測定することができる。
なお、演算手段２３の別の構成としては、比較器２３Ａについては、２つのブリッジ回路それぞれに配置されていても良い。それぞれに発生する電圧の差分をマイクロコンピュータＣ１に取り込み、マイクロコンピュータＣ１の内部でＡＤ変換が行われた後、デジタルデータをプログラムにて演算して電圧の差分を求める方法としても良い。

ここで、図４を参照して導電性伸縮材２２の一対の線状体２１Ａ・２１Ｂからの電気抵抗値に基づき、呼吸の影響を取り除いて装着者の姿勢を検出するための手法について説明する。
図４では、領域Ｍ１で示されるように、背筋が伸びて良い姿勢であることにより導電性伸縮材２２の伸びが小さいときの時間領域をＭ１で表し、背中が丸まって猫背になることにより導電性伸縮材２２の伸びが大きなっている時間領域をＭ２で表している。

そして、前述したように、本実施形態では、異なる長さの一対の線状体２１Ａ・２１Ｂが平行に配置されている。
これら２本の線状体２１Ａ・２１Ｂの電気抵抗値は同じではなく、配線する長さに差をつけることにより、電気抵抗値にわずかな差を持たせている。電気抵抗値は電圧に変換して読み取るが、ここで電気抵抗値が低い場合には電圧が低く、また、電気抵抗値が高い場合には電圧が高く変換される。これにより演算手段２３にて、電気抵抗値の高い方の電圧値から、電気抵抗値の低い方の電圧値を引き算すると、その電圧値の差分が得られることになる。

また、導電性伸縮材２２の一対の線状体２１Ａ・２１Ｂは互いに平行に配置されているので、呼吸による伸縮がこれら２本の線状体２１Ａ・２１Ｂにそれぞれ等しく反映される。このため、一方の導電性伸縮材２２の線状体２１Ｂ（例えば、電気抵抗値が高い方）の電圧値から、他方の電気抵抗値が低い線状体２１Ａの電圧値を引き算すると、元々の電圧値の差分Ｓだけが取り出されて、呼吸の影響部分を排除することができる。

上述した導電性伸縮材２２を備えた衣服１を着用した装着者が、背筋を伸ばしたときと、猫背になったときの電気抵抗値の変化について以下に説明する。
図２を参照して述べたように、導電性伸縮材２２の線状体２１Ａ・２１Ｂは互いに長さが異なっており、シート材２の変形方向に沿いかつ互いが平行となるように衣服１に組み込まれたものであって、装着者が衣服１を着用した場合に、該装着者の背中の中央部分にほぼ水平となるように配置される。
このため、背筋を伸ばした真っ直ぐな姿勢から猫背になって、時間領域Ｍ１から時間領域Ｍ２に移行した場合には、導電性伸縮材２２において短尺な線状体２１Ａよりも長尺な線状体２１Ｂの方が、伸びが大きくなる。これは、猫背になった場合に、線状体２１Ａ及び線状体２１Ｂの電気抵抗値の差が、背筋を伸ばしていた場合の電気抵抗値の差よりも広がるためである。その結果として、猫背になった場合には、電圧値に変換して引き算した差分Ｓが生じる、すなわち、背筋を伸ばしているときの電圧差と猫背のときの電圧差とでは一定の差分Ｓ（電気抵抗値の差分Ｓ）が生じることになる。

そして、測定手段２４において、上述した電圧の差分Ｓを予め設定しておいた基準値（猫背になったことを示す基準差分値）と比較することにより、呼吸の影響を排除しながら、姿勢（背筋を伸ばしているとき、又は猫背になったとき）の測定が可能になる。

なお、上述した導電性伸縮材２２の線状体２１Ａ・２１Ｂは、弾性糸に導電糸が編み込まれた一定幅の編地であり、例えば、導電糸のループに、弾性糸を一定幅でジグザグにインレイ編みして絡ませることにより構成される。
この導電性伸縮材２２に関する技術として、例えば、特開２０１０-２０９４８１号公報に示される芯部をヨウ素の含浸しにくい繊維としかつ鞘部をヨウ素の含浸し易い繊維とした伸縮性導電繊維、又は特開２０１０-３１４２３号公報に示される繊維の表面側内部近傍にヨウ化銅からなる導電層を有する導電繊維、又は特開２０１１-７４５３８号公報に示される伸縮可能な弾性糸に炭素繊維及び鞘糸が撚り合わされた導電線材等、が使用される。
そして、これら導電性伸縮材が編み込まれた編地を引っ張る又は曲げた場合に、その断面積が減少して電気抵抗が増加するという特性を利用して、上述した姿勢の測定を行うものである。
なお、上述した公報は一例であって、上記以外の構成の導電性伸縮材、例えば、編地に編み込まれた複数の導電性伸縮材相互間の接触抵抗が変化する電気的特性を有する性質を利用するものを用いることもできる。

また、導電性伸縮材２２の線状体２１Ａ・２１Ｂを構成する編地は、衣服１のシート材２に編み込んでも良いし、又は該衣服１のシート材２に貼り付けても良く、その設置形態は限定されるものではない。

そして、以上のように構成された動作測定装置２０では、衣服１のシート材２の変形方向に沿いかつ互いが平行であって長さの異なる一対の線状体２１Ａ・２１Ｂを有し、該シート材２の面方向への変形によってそれぞれの電気抵抗が変化する導電性伸縮材２２を衣服１に組み込むようにした。
その後、上記動作測定装置２０では、これら線状体２１Ａ・２１Ｂからの電気抵抗値の差を演算するとともに、測定手段２４にて、該演算手段２３での演算結果から装着者の動作を測定するようにした。
すなわち、上記動作測定装置２０では、導電性伸縮材２２の一対の線状体２１Ａ・２１Ｂからの電気抵抗値の差を演算することにより、呼吸の大小（深さ）又は周期変動といった影響を排除して、猫背になる等の装着者の姿勢を正確に検出することが可能となる。
また、上記動作測定装置２０は、導電性伸縮材２２を形成する、異なる長さの線状体２１Ａ・２１Ｂを平行に配置した状態で、線状体２１Ａ・２１Ｂからの電気抵抗値の差を演算する処理を行うという簡易な構成により、呼吸の影響を排除した装着者の姿勢検出を可能とする。

《変形例１》
上記実施形態では、導電性伸縮材２２の長さが異なる平行な線状体２１Ａ・２１Ｂを、衣服１に組み込むようにし、装着者が衣服１を着用した場合に、該装着者の背中の中央部分に水平となるように配置した。
しかし、これに限定されず、図５に示されるように、導電性伸縮材２２の長さが異なる線状体２１Ｃ・２１Ｄを、衣服１の腕の部分であり、かつ装着者が着用した場合に該装着者の腕の付け根部分に配置するようにしても良い。
これにより、演算手段２３及び測定手段２４において、装着者の腕の上げ下げといった姿勢変化を検出することができる。
また、このような図５に示される導電性伸縮材２２の線状体２１Ｃ・２１Ｄを衣服１の腕部分に設けるという構成を、図２に示される、導電性伸縮材２２の線状体２１Ａ・２１Ｂを衣服１の背面部分に平行に設けるという構成と併用しても良い。

《変形例２》
また、変形例１に限定されず、図６に示されるように、導電性伸縮材２２の長さが異なる線状体２１Ｅ・２１Ｆを互いが平行となるように衣服１の背面に縦方向に組み込むようにし、装着者が衣服１を着用した場合に、該装着者の衣服１の背面部分にほぼ垂直となるように配置しても良い。
これにより、演算手段２３及び測定手段２４において、装着者の身体のねじれといった姿勢変化を検出しても良い。
また、このような図６に示される導電性伸縮材２２の線状体２１Ｅ・２１Ｆの配置を、上述した図２及び／又は図５に示される構成と併用しても良い。
また、本発明の技術は、単に装着者の姿勢や動作を測定するのみならず、測定された動作や姿勢によってスマートフォンやコンピュータを操作する入力手段として利用することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明は、人体に装着される衣服の変形によって電気抵抗が変化する導電性伸縮材を用いて装着者の姿勢を認識する動作測定装置に関する。

１衣服
２シート材
１０動作測定装置
１１（１１Ａ・１１Ｂ）線状体
１２導電性伸縮材
１３演算手段
１４測定手段
２０動作測定装置
２１（２１Ａ〜２１Ｆ）線状体
２２導電性伸縮材
２３演算手段
２４測定手段
３０ブリッジ回路
３１固定抵抗
３２調整用抵抗

Claims

人体に装着されるシート材の一部に設けられて装着者の動作を測定する動作測定装置であって、
前記シート材の変形方向に沿う複数の線状体からなる導電性伸縮材を有し、該線状体が互いに平行となるように前記シート材に組み込まれて、該シート材の面方向への変形によってそれぞれの電気抵抗が変化する該線状体からの電気抵抗値の差を演算する演算手段と、
この演算手段での演算結果から前記装着者の動作を測定する測定手段と、を有し、
前記導電性伸縮材は、互いに長さが異なりかつ平行となるように配置された一対の線状体により構成されることを特徴とする動作測定装置。
前記導電性伸縮材を構成する一対の線状体は、それぞれブリッジ回路の一辺にそれぞれ配置されており、
前記演算手段は、前記各ブリッジ回路の端部からそれぞれ出力される電気抵抗値を取り込み、該電気抵抗値の差分を演算することを特徴とする請求項１に記載の動作測定装置。
前記ブリッジ回路の一辺には、他の固定抵抗とのバランスをとるために調整用抵抗が設置されていることを特徴とする請求項２に記載の動作測定装置。
人体に装着されるシート材の変形により装着者の動作を測定する動作測定方法であって、
互いに長さが異なり、前記シート材の変形方向に沿ってかつ互いに平行となるように該シート材に組み込まれて、該シート材の面方向への変形によってそれぞれの電気抵抗が変化する複数の線状体からなる導電性伸縮材の電気抵抗値の差を演算する工程と、
この演算結果から前記装着者の動作を測定する工程と、を有することを特徴とする動作測定方法。
人体に装着されるシート材の変形により装着者の動作を測定する動作測定プログラムであって、
互いに長さが異なり、前記シート材の変形方向に沿ってかつ互いに平行となるように該シート材に組み込まれて、該シート材の面方向への変形によってそれぞれの電気抵抗が変化する複数の線状体からなる導電性伸縮材の電気抵抗値の差を演算するステップと、
この演算結果から前記装着者の動作を測定するステップと、を有することを特徴とする動作測定プログラム。