JP7737693B2 - System for easily visualizing the position of the center of gravity of a person, and method for easily visualizing the position of the center of gravity of a person - Google Patents
System for easily visualizing the position of the center of gravity of a person, and method for easily visualizing the position of the center of gravity of a personInfo
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Description
本発明は、人体重心位置の簡易可視化システム、及び人体重心位置の簡易可視化方法に関する。 The present invention relates to a system for easily visualizing the position of a human center of gravity and a method for easily visualizing the position of a human center of gravity.
従来、天板と三分力ロードセルとを備えるフォースプレートと、三分力ロードセルから出力された荷重データに基づいて被験者の重心移動を測定するデータ処理装置と、を備える重心動揺システムが公知である。当該重心動揺システムとしては、天板には足踏み動作基準マーカが設けられ、データ処理装置は、天板上の足踏み位置に基づいて複数回の足踏み動作における足踏み位置関連パラメータを算出するCPUを有し、CPUは、天板上の所定位置を原点として、左右各々の足毎に、各足踏み動作の際に足裏が接地した位置の絶対座標を算出して、複数回の足踏み動作における足底接地位置の中心位置及び前後左右方向のバラツキを算出する足踏み位置バラツキ算出処理を行う(例えば、特許文献1参照)。 A known center of gravity stability system includes a force plate equipped with a tabletop and a three-component load cell, and a data processing device that measures the movement of the subject's center of gravity based on load data output from the three-component load cell. This center of gravity stability system has a stepping reference marker attached to the tabletop, and the data processing device has a CPU that calculates stepping position-related parameters for multiple stepping movements based on the stepping positions on the tabletop. The CPU calculates absolute coordinates of the sole of each foot's contact position during each stepping movement, using a predetermined position on the tabletop as the origin, and performs a stepping position variation calculation process to calculate the center position and the front-to-back and left-to-right variation in the sole of the foot's contact position during multiple stepping movements (see, for example, Patent Document 1).
また、測定面に作用する荷重を検出する荷重センサと、荷重センサの検出信号によって被検者の重心位置を検出する重心検出装置と、測定面に配された複数の圧力検出部を備える圧力分布センサと、圧力分布センサの検出信号によって被検者の足圧作用領域を検出する足圧領域検出装置と、重心変位方向における足圧作用領域の基準幅寸法を足圧作用領域の検出信号に基づいて設定する基準幅寸法設定装置と、足圧作用領域の基準幅寸法に対する幅方向寸法割合をもって被検者の重心位置の変位量を求める重心変位量演算装置と、重心変位量演算装置で求められた重心位置の変位量に基づいた測定結果を外部表示する表示装置と、を有するバランス能力測定装置も公知である(例えば、特許文献2参照)。 Also known is a balance ability measuring device that includes a load sensor that detects the load acting on the measurement surface, a center of gravity detection device that detects the subject's center of gravity based on the load sensor's detection signal, a pressure distribution sensor with multiple pressure detection units arranged on the measurement surface, a foot pressure area detection device that detects the subject's foot pressure area based on the pressure distribution sensor's detection signal, a reference width setting device that sets the reference width of the foot pressure area in the center of gravity displacement direction based on the foot pressure area detection signal, a center of gravity displacement calculation device that calculates the displacement of the subject's center of gravity based on the width dimension ratio of the foot pressure area to the reference width, and a display device that externally displays the measurement results based on the displacement of the center of gravity calculated by the center of gravity displacement calculation device (see, for example, Patent Document 2).
一般的に、人間の体幹における重心の位置は、姿勢や立位の安定性、あるいは転倒のリスク評価等の観点から重要である。また、当該観点からは、人間が安定した立位を保持した状態における重心の位置より、何等かの動作をしている状態における重心の位置が、より重要と言える。上記の特許文献に示す重心動揺システム及びバランス能力測定装置について、通常これらは人間が上に立って使用するものであり、足底が接する部分に取り付けられた複数のセンサによって人間の体幹における重心の位置を測定する。ここで、上記の特許文献に示す重心動揺システム及びバランス能力測定装置において、足底に対して水平方向にかかる荷重の情報は得られるが、垂直方向にかかる荷重の情報は得られず、不明確である。重心がより低い位置にある場合には、姿勢としてより安定であることから、垂直方向の重心の位置を取得することは重要である。 In general, the position of the center of gravity in the human trunk is important from the perspective of posture, standing stability, and risk assessment of falls. Furthermore, from this perspective, the position of the center of gravity when a person is performing some kind of movement is more important than the position of the center of gravity when the person is maintaining a stable standing position. The center of gravity stabilization systems and balance ability measuring devices shown in the above-mentioned patent documents are typically used by people standing on them, and measure the position of the center of gravity in the human trunk using multiple sensors attached to the parts of the body that come into contact with the soles of the feet. Here, the center of gravity stabilization systems and balance ability measuring devices shown in the above-mentioned patent documents can obtain information about the load acting horizontally on the soles of the feet, but cannot obtain information about the load acting vertically, making the information unclear. Since a lower center of gravity results in more stable posture, it is important to obtain the vertical position of the center of gravity.
垂直方向における重心の位置に関する情報、すなわち、重心が高い位置にあるか低い位置にあるかの情報を取得するにあたり、既知の技術としては、例えばモーションキャプチャ等の技術を使用することが考えられる。しかし、このような技術を使用する場合には、例えば装置の設置場所が限られる、高コストのシステムを要するといった課題が生じる。特に、足底が接する部分にロードセル(荷重検出器)を適用する場合には、このような課題が顕著となる。また、このような装置を使用するにあたっては、健常な人体のモデルが必要であるため、例えば人体に不自由があるといった場合には、重心の位置が正確に算出できない場合がある。 Known technologies for obtaining information about the position of the center of gravity in the vertical direction, i.e., information about whether the center of gravity is high or low, include motion capture. However, using such technology presents challenges, such as limited installation locations for the device and the need for high-cost systems. These challenges become particularly pronounced when load cells (load detectors) are used in contact with the soles of the feet. Furthermore, because using such devices requires a model of a healthy human body, it may not be possible to accurately calculate the position of the center of gravity in people with physical disabilities, for example.
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、被験者が所定の距離だけ離れた荷重検出器を把持するだけで、水平方向のみならず垂直方向にかかる荷重も検知し、被験者の重心の位置を正確に算出して表示でき、且つ、簡易的な構造を有する、人体重心位置の簡易可視化システムを提供することを最終的な目的とする。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned problems, and its ultimate objective is to provide a simple system for visualizing the position of the human center of gravity that has a simple structure and can detect loads applied not only horizontally but also vertically, and accurately calculate and display the position of the subject's center of gravity, simply by having the subject hold a load detector at a predetermined distance.
上記の課題を解決するための本発明は、
被験者の身体における重心の位置を算出し、該重心の位置を可視化する人体重心位置の簡易可視化システムであって、
前記被験者が、四肢のいずれかで把持する、あるいは四肢のいずれかを載置する先端部、及び該先端部に生じる荷重を検知するセンサ部を有する荷重検出器と、
前記荷重検出器における前記センサ部によって検知された前記荷重の情報に基づいて前記重心の位置を算出する演算部と、
前記演算部で算出された前記重心の位置を表示する表示部と、
を備え、
前記演算部は、前記荷重検出器における前記センサ部によって検知された前記荷重と、前記被験者が前記先端部以外で床面に体重をかけている体重作用点に生じる第2の荷重と、に基づいて、前記重心の位置を動的に算出することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化システムである。
To solve the above problems, the present invention provides:
A simple visualization system for human center of gravity position that calculates the position of the center of gravity in the body of a subject and visualizes the position of the center of gravity,
a load detector having a tip portion on which the subject holds one of the limbs or places one of the limbs, and a sensor portion for detecting a load acting on the tip portion;
a calculation unit that calculates the position of the center of gravity based on information about the load detected by the sensor unit of the load detector;
a display unit that displays the position of the center of gravity calculated by the calculation unit;
Equipped with
The calculation unit is a simple visualization system for the position of the center of gravity of a human being, characterized in that it dynamically calculates the position of the center of gravity based on the load detected by the sensor unit in the load detector and a second load generated at the point of application of the body weight where the subject is applying their weight to the floor surface other than the tip.
本発明によれば、簡易的に、且つ正確に、被験者の重心の位置を算出し、表示することができる。また、本発明における人体重心位置の簡易可視化システムは、一の荷重検出器を備えていればよいため、構造が簡易となる。そのため、容易に持ち運びが可能であり、本発明における人体重心位置の簡易可視化システムがあれば、例えば床の上等、場所を問わず被験者の重心の位置を算出できる。なお、表示部で表示する重心の位置は、座標上のポイントとして図示する態様の他、座標を数値で表示する態様も含む。 According to the present invention, the position of the center of gravity of a subject can be calculated and displayed simply and accurately. Furthermore, the simplified system for visualizing the position of the center of gravity of a human being according to the present invention only requires a single load detector, making its structure simple. This makes it easily portable, and the simplified system for visualizing the position of the center of gravity of a human being according to the present invention can calculate the position of the center of gravity of a subject regardless of location, such as on the floor. The position of the center of gravity displayed on the display unit can be displayed not only as a point on a coordinate system, but also as a numerical coordinate system.
また、本発明においては、前記演算部は、さらに、前記先端部において、前記被験者が四肢のいずれかで把持する、あるいは四肢のいずれかを載置する接触位置の前記床面からの高さと、前記接触位置と前記体重作用点の間の水平距離と、前記被験者の体重とに基づき、前記重心の位置を算出することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化システムとしてもよい。ここで、接触位置の前記床面からの高さ、前記接触位置と前記体重作用点の間の水平距離、前記被験者の体重は、既知の数値として予め入力するようにしてもよい。これによれば、演算部における演算の内容を簡略化することができ、より簡易的に、且つ正確に、荷重を検知し、被験者の重心の位置を算出できる。 The present invention may also be a simplified system for visualizing the position of a human center of gravity, characterized in that the calculation unit further calculates the position of the center of gravity at the distal end based on the height from the floor of the contact position where the subject grasps with one of their limbs or places one of their limbs, the horizontal distance between the contact position and the point of application of their body weight, and the subject's weight. Here, the height from the floor of the contact position, the horizontal distance between the contact position and the point of application of their body weight, and the subject's weight may be input in advance as known values. This simplifies the calculations in the calculation unit, making it possible to more easily and accurately detect loads and calculate the position of the subject's center of gravity.
また、本発明においては、前記荷重検出器における前記先端部は、前記被験者が四肢のいずれかで把持する、あるいは四肢のいずれかを載置する際に回転モーメントが生じ難い所定の低モーメント形状を有することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化システムとしてもよい。これによれば、重心の位置を算出する際に回転モーメントを無視することが可能であり、モデルをより簡略化することで、より簡易的に重心の位置を算出できる。 The present invention may also be a simplified visualization system for the position of the center of gravity of a human, characterized in that the tip of the load detector has a predetermined low-moment shape that is unlikely to generate a rotational moment when the subject grasps it with one of their limbs or places one of their limbs on it. This makes it possible to ignore the rotational moment when calculating the position of the center of gravity, and by further simplifying the model, the position of the center of gravity can be calculated more easily.
また、本発明においては、前記低モーメント形状は、垂直方向に延びる板状の形状であることを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化システムとしてもよい。これによれば、先端部に回転モーメントが生じ難い。 The present invention may also be a simple system for visualizing the position of the center of gravity of a person, characterized in that the low-moment shape is a plate-like shape extending vertically. This makes it difficult for a rotational moment to occur at the tip.
また、本発明においては、前記表示部は、さらに、前記演算部で前記重心の位置が算出された時点以前における、前記重心の位置の連続的な移動軌跡を表示することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化システムとしてもよい。これによれば、重心の位置の移動の度合いを把握することができ、例えば重心の位置の移動の度合いが大きい場合は、被験者の体勢が不安定な可能性があると分かる。 Furthermore, in the present invention, the display unit may be a simple system for visualizing the position of the center of gravity of a person, characterized in that it further displays the continuous movement trajectory of the position of the center of gravity prior to the point in time when the position of the center of gravity was calculated by the calculation unit. This makes it possible to grasp the degree of movement of the position of the center of gravity, and, for example, if the degree of movement of the position of the center of gravity is large, it can be determined that the subject's posture may be unstable.
また、本発明においては、前記被験者の画像を撮像する撮像機をさらに備え、前記表示部は、前記撮像機が撮像した前記被験者を動画像として表示し、該動画像に重ねて、前記演算部で算出された前記重心の位置および/または、前記演算部で算出された時点以前における、前記重心の位置の連続的な移動軌跡を表示することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化システムとしてもよい。これによれば、表示部において、重心の位置の算出結果のみならず撮像した被験者を表示できるため、被験者の重心の位置がより明確に把握しやすい。 The present invention may also be a simplified system for visualizing the position of the human center of gravity, further comprising an imaging device that captures an image of the subject, and wherein the display unit displays a moving image of the subject captured by the imaging device and, superimposed on the moving image, displays the position of the center of gravity calculated by the calculation unit and/or the continuous movement trajectory of the position of the center of gravity prior to the time of calculation by the calculation unit. In this way, the display unit can display not only the calculation results of the center of gravity position but also the image of the subject, making it easier to grasp the position of the subject's center of gravity more clearly.
また、本発明においては、
被験者の身体における重心の位置を算出し、該重心の位置を可視化する人体重心位置の簡易可視化方法であって、
荷重の情報の基となるパラメータを事前に入力する入力ステップと、
前記被験者が、垂直方向及び水平方向の荷重を検出可能な荷重検出器の先端部を、四肢のいずれかで把持する、あるいは四肢のいずれかを前記先端部に載置することで、前記荷重を検知する荷重検知ステップと、
前記荷重検知ステップにおいて検知された前記荷重の情報に基づいて前記重心の位置を算出する重心位置算出ステップと、
前記重心位置算出ステップにおいて算出された前記重心の位置を表示する重心位置可視化ステップと、
を有し、
前記重心位置算出ステップにおいて、前記荷重検知ステップにおいて検知された前記荷重と、前記被験者が前記先端部以外で床面に体重をかけている体重作用点に生じる第2の荷重と、に基づいて、前記重心の位置を動的に算出することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化方法としてもよい。
In addition, in the present invention,
A simple method for visualizing a human center of gravity position, which calculates the position of the center of gravity in a body of a subject and visualizes the position of the center of gravity,
An input step in which parameters that form the basis of load information are input in advance;
a load detection step in which the subject grasps a tip portion of a load detector capable of detecting loads in a vertical direction and a horizontal direction with any of the limbs or places any of the limbs on the tip portion to detect the load;
a center-of-gravity position calculation step of calculating the position of the center of gravity based on information about the load detected in the load detection step;
a center of gravity position visualization step of displaying the position of the center of gravity calculated in the center of gravity position calculation step;
and
The method may also be a simple method for visualizing the position of the center of gravity of a human, characterized in that in the center of gravity position calculation step, the position of the center of gravity is dynamically calculated based on the load detected in the load detection step and a second load generated at the point of application of the body weight where the subject is applying their weight to the floor surface other than the tip.
本発明によれば、簡易的なステップで、且つ正確に、被験者の重心の位置を算出し、表示することができる。 This invention makes it possible to calculate and display the position of the subject's center of gravity accurately in a few simple steps.
また、本発明においては、前記重心位置算出ステップにおいて、さらに、前記先端部において、前記被験者が四肢のいずれかで把持する、あるいは四肢のいずれかを載置する接触位置の前記床面からの高さと、前記接触位置と前記体重作用点の間の水平距離と、前記被験者の体重とに基づき、前記重心の位置を算出することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化方法としてもよい。これによれば、より簡易的に、且つ正確に、荷重を検知し、被験者の重心の位置を算出できる。 The present invention may also be a simple method for visualizing the position of a human center of gravity, characterized in that in the center of gravity position calculation step, the position of the center of gravity is calculated at the tip of the device based on the height from the floor of a contact position where the subject grips the device with one of their limbs or places one of their limbs, the horizontal distance between the contact position and the point of application of the body weight, and the subject's weight. This makes it possible to more simply and accurately detect load and calculate the position of the subject's center of gravity.
また、本発明においては、前記重心位置算出ステップにおいて、前記荷重検知ステップにおいて検知されうる、前記先端部に生じる回転モーメントを無視して前記重心の位置を算出することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化方法としてもよい。これによれば、重心位置算出ステップにおける演算がより容易となり、重心の位置の算出結果が分かりやすい。 The present invention may also provide a simple method for visualizing the position of the center of gravity of a human being, characterized in that in the center of gravity position calculation step, the position of the center of gravity is calculated while ignoring the rotational moment generated at the tip portion, which may be detected in the load detection step. This makes the calculation in the center of gravity position calculation step easier, and the calculation result of the center of gravity position easier to understand.
また、本発明においては、前記重心位置算出ステップにおいて、前記接触位置と前記体重作用点を前記被験者の身体を支える二点とし、前記接触位置における、垂直方向に生じ
る前記荷重と水平方向に生じる前記荷重との合力を第1荷重ベクトルとし、前記体重作用点における、垂直方向に生じる前記第2の荷重水平方向に生じる前記第2の荷重との合力を第2荷重ベクトルとし、前記第1荷重ベクトルと前記第2荷重ベクトルの交点を前記重心の位置とすることを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化方法としてもよい。これによれば、重心の位置を算出するために必要な情報は、二種類の荷重ベクトルのみでよいため、より少ないシステムの容量で重心の位置を算出することができ、より短時間で重心の位置を把握できる。
Furthermore, the present invention may be a simple method for visualizing a position of a human center of gravity, characterized in that, in the center-of-gravity position calculation step, the contact position and the point of application of body weight are defined as two points supporting the body of the subject, a resultant force of the load generated in the vertical direction and the load generated in the horizontal direction at the contact position is defined as a first load vector, a resultant force of the second load generated in the vertical direction and the second load generated in the horizontal direction at the point of application of body weight is defined as a second load vector, and an intersection of the first load vector and the second load vector is defined as the position of the center of gravity. According to this, since only two types of load vectors are required as information for calculating the position of the center of gravity, the position of the center of gravity can be calculated with a smaller system capacity and the position of the center of gravity can be determined in a shorter time.
また、本発明においては、前記重心位置可視化ステップにおいて、さらに、前記重心位置算出ステップにおいて前記重心の位置が算出された時点以前における、前記重心の位置の連続的な移動軌跡を表示することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化方法としてもよい。これによれば、重心の位置の変化が一目で把握しやすい。 The present invention may also be a simple method for visualizing the position of the center of gravity of a person, characterized in that the center of gravity position visualization step further displays a continuous movement trajectory of the position of the center of gravity prior to the point in time at which the position of the center of gravity was calculated in the center of gravity position calculation step. This makes it easy to grasp changes in the position of the center of gravity at a glance.
また、本発明においては、前記重心位置可視化ステップにおいて、前記荷重検知ステップにおいて撮像した前記被験者を動画像とし表示し、該動画像に重ねて、前記重心位置算出ステップにおいて算出された前記重心の位置および/または、前記重心位置算出ステップにおいて算出された時点以前における、前記重心の位置の連続的な移動軌跡を表示することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化方法としてもよい。これによれば、表示部において、重心の位置の算出結果のみならず撮像した被験者を表示できるため、被験者の重心の位置がより明確に把握しやすい。 The present invention may also be a simple method for visualizing the position of a human center of gravity, characterized in that in the center of gravity position visualization step, the subject imaged in the load detection step is displayed as a moving image, and the position of the center of gravity calculated in the center of gravity position calculation step and/or the continuous movement trajectory of the position of the center of gravity prior to the time of calculation in the center of gravity position calculation step are displayed superimposed on the moving image. In this way, the display unit can display not only the calculation results of the center of gravity position but also the image of the subject, making it easier to grasp the position of the subject's center of gravity more clearly.
なお、上記の課題を解決するための手段は、可能な限り互いに組み合わせて用いることができる。 Note that the means for solving the above problems can be used in combination with each other whenever possible.
本発明によれば、被験者が所定の距離だけ離れたロードセルを把持するだけで、水平方向のみならず垂直方向にかかる荷重も検知できる。その結果、体勢を変えた際やバランスを崩した際の被験者の重心の位置を正確に算出でき、例えば転倒の未然防止に活かすことができる。また、人体重心位置の簡易可視化方法について、プロトタイプは二次元であるが、同様の人体重心位置の簡易可視化システムを三次元に適応すれば、三次元動作における重心の位置を算出できるため、スポーツ医学等の面に応用することも可能である。 According to the present invention, by simply having the subject grasp a load cell at a predetermined distance, it is possible to detect loads applied not only horizontally but also vertically. As a result, the position of the subject's center of gravity can be accurately calculated when the subject changes position or loses balance, which can be used to prevent falls, for example. Furthermore, while the prototype of the simple method for visualizing the position of the human center of gravity is two-dimensional, if a similar simple system for visualizing the position of the human center of gravity is adapted to three dimensions, it would be possible to calculate the position of the center of gravity during three-dimensional movements, which could also be applied to areas such as sports medicine.
本発明では、さらに、他の限定要素等が加わることで、次のような副次的効果を奏する。すなわち、本発明における人体重心位置の簡易可視化システムが撮像機を備えることで、被験者を撮像して動画像として表示し、その動画像の中に被験者の重心の位置を表示することができる。その結果、被験者が重心の位置を把握することがより容易になる。 The present invention also achieves the following secondary effect by incorporating other limiting elements. That is, by incorporating an image capture device into the simple visualization system for the position of the human center of gravity of the present invention, it is possible to capture an image of the subject and display it as a moving image, and to display the position of the subject's center of gravity within the moving image. As a result, it becomes easier for the subject to grasp the position of their center of gravity.
〔実施例1〕
以下、本発明の実施例1に係る人体重心位置の簡易可視化システム、及び人体重心位置の簡易可視化方法について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施例はあくまで本発明に係る人体重心位置の簡易可視化システム、及び人体重心位置の簡易可視化方法の一例に過ぎず、その構成、形状、構造、方法等を限定する趣旨ではない。以下の実施形態においては、被験者が荷重検出器を把持するだけで、水平方向のみならず垂直方向にかかる荷重も検知でき、荷重の情報に基づいて被験者の重心の位置を算出して表示する人体重心位置の簡易可視化システムについて説明する。
Example 1
A system for easily visualizing the position of the center of gravity of a human being and a method for easily visualizing the position of the center of gravity of a human being according to a first embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Note that the following embodiment is merely an example of the system for easily visualizing the position of the center of gravity of a human being and the method for easily visualizing the position of the center of gravity of a human being according to the present invention, and is not intended to limit the configuration, shape, structure, method, etc. In the following embodiment, a system for easily visualizing the position of the center of gravity of a human being will be described, which can detect loads applied not only in the horizontal direction but also in the vertical direction by having a subject hold a load detector, and which calculates and displays the position of the center of gravity of the subject based on the load information.
<装置構成>
図1は、本発明の実施形態における人体重心位置の簡易可視化システム1の全体構成の一例を示す概略図である。本発明の実施形態における人体重心位置の簡易可視化システム1は、荷重検出器としてのロードセル部2と、PC3と、A/Dボード4とを備える。被験者が重心の位置を測定する際には、ロードセル部2に荷重をかけるようにロードセル部2の先端を指先で軽く把持する。ロードセル部2は、被験者がその先端部(後述)を把持することによって生じる荷重を検知する。ロードセル部2の構造については、以下の図2で説明する。PC3は、ロードセル部2において検知された荷重の情報を取得し、演算部としてのCPU31において、荷重の情報に基づいて被験者の重心の位置を算出する。また、PC3は、表示部としてのディスプレイ32に、算出結果を表示することで重心の位置を可視化する。A/Dボード4は、ロードセル部2とPC3に介在して接続される。A/Dボード4は、ロードセル部2が発信するアナログ信号をサンプリングしてデジタルデータに変換した後、PC3にデジタルデータを送信する。なお、ロードセル部2とA/Dボード4の間の接続、及びPC3とA/Dボード4の間の接続は、有線であっても無線であってもよい。また、ロードセル部2がデジタルデータを出力することが可能である場合は、人体重心位置の簡易可視化システム1の構成要素としてA/Dボード4は不要である。
<Device configuration>
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of the overall configuration of a simple visualization system 1 for human center of gravity according to an embodiment of the present invention. The simple visualization system 1 for human center of gravity according to an embodiment of the present invention includes a load cell unit 2 as a load detector, a PC 3, and an A/D board 4. When measuring the position of the center of gravity, a subject lightly grasps the tip of the load cell unit 2 with their fingertips so as to apply a load to the load cell unit 2. The load cell unit 2 detects the load generated by the subject grasping the tip (described below). The structure of the load cell unit 2 is described below in FIG. 2. The PC 3 acquires information about the load detected by the load cell unit 2, and a CPU 31 serving as a calculation unit calculates the position of the subject's center of gravity based on the load information. The PC 3 also visualizes the position of the center of gravity by displaying the calculation results on a display 32 serving as a display unit. The A/D board 4 is connected to the load cell unit 2 and the PC 3 via an intermediary. The A/D board 4 samples the analog signal transmitted by the load cell unit 2, converts it into digital data, and then transmits the digital data to the PC 3. The connection between the load cell unit 2 and the A/D board 4, and the connection between the PC 3 and the A/D board 4 may be wired or wireless. If the load cell unit 2 is capable of outputting digital data, the A/D board 4 is not required as a component of the simple visualization system 1 for the position of the center of gravity of a person.
図2は、本発明の実施形態における人体重心位置の簡易可視化システム1を用いて荷重を検知する態様を示す説明図である。図2においては、A/Dボード4の図示を省略する。ロードセル部2は、先端部21とセンサ部22を有する。被験者が重心の位置を測定する際には、例えば図2に示すように先端部21を把持し、センサ部22が先端部21に生じる荷重を検知し、この荷重の情報がPC3に送信され、PC3においてこの荷重の情報から重心の位置が算出される。PC3は、算出された時点の重心の位置をディスプレイ32に表示する。なお、ディスプレイ32には、算出された時点の重心の位置と共に当該時点の前の所定期間における重心の位置の連続的な移動軌跡を表示することもできる。詳細は以下の図4で説明する。 Figure 2 is an explanatory diagram showing how load is detected using a simplified human center of gravity position visualization system 1 according to an embodiment of the present invention. The A/D board 4 is not shown in Figure 2. The load cell unit 2 has a tip 21 and a sensor 22. When a subject measures the position of the center of gravity, for example, as shown in Figure 2, the subject grasps the tip 21, and the sensor 22 detects the load acting on the tip 21. This load information is sent to the PC 3, which then calculates the position of the center of gravity from this load information. The PC 3 displays the calculated position of the center of gravity on the display 32. Note that the display 32 can also display the position of the center of gravity at the calculated time, along with the continuous movement trajectory of the center of gravity position over a predetermined period of time prior to that time. Details are explained in Figure 4 below.
先端部21は垂直方向に延びる略板状の形状を有する。その厚みは例えば10mm以下であってもよい。また、先端に向かって細くなるように形成されていてもよい。さらに、弾性を有する部材で周囲を被覆していてもよい。被験者は、この先端部21の先端を複数の指の先端で軽く摘まむ形で把持する。このため、被験者が先端部21を把持する点においては回転モーメントが生じ難く、センサ部22が先端部21に生じる荷重を検知する際には回転モーメントの影響を無視することが可能となる。センサ部22は、垂直方向(Z方向ともいう)の荷重を検知する第1ロードセル22aと、水平方向(X方向ともいう)
の荷重を検知する第2ロードセル22bを含む。そして、被験者が先端部21を把持する点に対して垂直方向にかかる荷重(図2に示すF1)、及び被験者が先端部21を把持する点に対して水平方向にかかる荷重(図2に示すf1)を検知する。
The tip portion 21 has a generally plate-like shape extending in the vertical direction. Its thickness may be, for example, 10 mm or less. It may also be formed so as to taper toward the tip. Furthermore, the periphery may be covered with an elastic member. The subject holds the tip of the tip portion 21 by lightly pinching it with the tips of several fingers. Therefore, a rotational moment is unlikely to occur at the point where the subject holds the tip portion 21, and the influence of the rotational moment can be ignored when the sensor unit 22 detects the load generated at the tip portion 21. The sensor unit 22 comprises a first load cell 22a that detects a load in the vertical direction (also called the Z direction) and a second load cell 22b that detects a load in the horizontal direction (also called the X direction).
The load cell 22b detects a load acting in a direction perpendicular to the point where the subject grasps the tip portion 21 (F1 shown in FIG. 2) and a load acting in a direction horizontal to the point where the subject grasps the tip portion 21 (f1 shown in FIG. 2).
人体重心位置の簡易可視化システム1を用いて被験者が重心の位置を算出する際には、被験者が先端部21以外で、体重を支えている点(図2では左足を置いている点)にも荷重が生じる。具体的には、体重を支えている点に対して垂直方向にかかる荷重(図2に示すF2)、及び体重を支えている点に対して水平方向にかかる荷重(図2に示すf2)が生じる。PC3のCPU31は、F2については被験者の体重からF1を減算した値、f2についてはf1を反転した値として演算を実行する。ここで、F2及びf2は、本発明における第2の荷重に相当する。 When the position of the subject's center of gravity is calculated using the simple human center of gravity position visualization system 1, a load is also generated at the point where the subject is supporting their weight (the point where the left foot is placed in Figure 2) other than the tip 21. Specifically, a load (F2 shown in Figure 2) acts vertically relative to the point where the weight is supported, and a load (f2 shown in Figure 2) acts horizontally relative to the point where the weight is supported. The CPU 31 of PC 3 performs calculations by subtracting F1 from the subject's weight for F2 and by inverting f1 for f2. Here, F2 and f2 correspond to the second load in this invention.
人体重心位置の簡易可視化システム1においては、PC3のデータ入力部(図示略)に事前に入力された以下の3つの情報に基づき、重心の位置を算出する。1つ目の情報は、上述のとおり被験者の体重である。2つ目の情報は、図2に示すHである。Hは、被験者が先端部21を把持する点と床面の間の垂直距離である。3つ目の情報は、図2に示すDである。Dは、被験者が先端部21を把持する点と、先端部21以外(本実施例においては床面)で被験者の体重を支えている点の間の水平距離である。第2ロードセル22bは、水平方向の荷重として、被験者が先端部21を把持する点と、先端部21以外で被験者の体重を支えている点を結んだ方向の力を検知可能に設置される。 In the simple human center of gravity position visualization system 1, the position of the center of gravity is calculated based on the following three pieces of information that are input in advance into the data input unit (not shown) of the PC 3. The first piece of information is the subject's weight, as described above. The second piece of information is H shown in Figure 2. H is the vertical distance between the point where the subject grasps the tip portion 21 and the floor. The third piece of information is D shown in Figure 2. D is the horizontal distance between the point where the subject grasps the tip portion 21 and the point where the subject's weight is supported elsewhere than the tip portion 21 (the floor in this example). The second load cell 22b is installed so that it can detect a horizontal load in the direction connecting the point where the subject grasps the tip portion 21 and the point where the subject's weight is supported elsewhere than the tip portion 21.
なお、図2に示す、荷重を検知する際の態様はあくまで一例である。例えば、先端部21を把持する代わりに、先端部21に片足を置く等の態様にしてもよい。他に、床面においては片足に体重をかけて立つ代わりに、両足を揃えて立つ、あるいは椅子等に座る等の態様にしてもよい。また、先端部21の形状について、回転モーメントが生じ難い形状であれば図2に示す形状の限りではない。例えば径が10mm以下程度であり垂直方向に延びる円柱状の形状であってもよい。 Note that the load detection mode shown in Figure 2 is merely one example. For example, instead of gripping the tip 21, one foot may be placed on the tip 21. Alternatively, instead of standing on the floor with one foot, one may stand with both feet together, or sit on a chair, etc. Furthermore, the shape of the tip 21 is not limited to the shape shown in Figure 2, as long as it is a shape that does not easily generate a rotational moment. For example, it may be a cylindrical shape extending vertically with a diameter of approximately 10 mm or less.
<測定方法>
図3は、実施例1における人体重心位置の簡易可視化システム1を用いて被験者の重心の位置を算出する方法を示す模式図である。被験者が図2に示すような態様で重心の位置を算出する際には、被験者が先端部21を把持する点(図3に示す点A)、及び被験者が先端部21以外に床面に体重をかけている点(図3に示す点B)の二点を、被験者の身体を支える二点として非常に単純化してモデル化している。なお、図3に示す荷重F1、f1、F2、f2、及びH、及びDは、図2に示すものと同じである。また、図3に示す通り、F1、F2、HはZ方向にかかる荷重及び寸法、f1、f2、DはX方向にかかる荷重及び距離である。ここで、点Aは、本発明における接触位置に相当する。また、点Bは、本発明における体重作用点に相当する。
<Measurement method>
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a method for calculating the position of the center of gravity of a subject using the simplified human center of gravity visualization system 1 in Example 1. When calculating the position of the center of gravity of a subject in the manner shown in FIG. 2 , two points are modeled as two points supporting the subject's body: the point where the subject grasps the distal end 21 (point A shown in FIG. 3 ) and the point where the subject applies their weight to the floor surface other than the distal end 21 (point B shown in FIG. 3 ). Note that the loads F1, f1, F2, f2, H, and D shown in FIG. 3 are the same as those shown in FIG. 2 . Also, as shown in FIG. 3 , F1, F2, and H represent the load and dimension in the Z direction, and f1, f2, and D represent the load and distance in the X direction. Here, point A corresponds to the contact position in the present invention. Point B corresponds to the weight application point in the present invention.
上述の通り、被験者が先端部21を把持する際には、被験者の体重、及びH、及びDの3つの情報をPC3のデータ入力部に事前に入力する。その場合、点Aにおいて生じた垂直方向のF1と水平方向のf1に基づいて、点Bにおいて生じた垂直方向のF2と水平方向のf2が求まる。そして、F1とf1の合力が水平方向に対して成す角をθ1、F2とf2の合力が水平方向に対して成す角をθ2としたとき、以下の式(1)(2)が成立する。
tanθ1=F1/f1 θ1=arctan(F1/f1)・・・・・(1)
tanθ2=F2/f2 θ2=arctan(F2/f2)・・・・・(2)
As described above, when the subject grasps the distal end portion 21, three pieces of information, namely the subject's weight, H, and D, are input in advance to the data input unit of the PC 3. In this case, the vertical direction F2 and horizontal direction f2 generated at point B are determined based on the vertical direction F1 and horizontal direction f1 generated at point A. Then, when the angle formed by the resultant force of F1 and f1 with respect to the horizontal direction is θ1, and the angle formed by the resultant force of F2 and f2 with respect to the horizontal direction is θ2, the following equations (1) and (2) hold.
tanθ1=F1/f1 θ1=arctan(F1/f1) (1)
tanθ2=F2/f2 θ2=arctan(F2/f2) (2)
以上のように、荷重F1、f1、F2、f2の情報からθ1及びθ2の値が求まる。そうすると、座標平面上において、F1とf1の合力及びF2とf2の合力の交点Gが求ま
る。この交点Gが被験者の重心の位置である。このようにして、水平方向のみならず垂直方向における重心の位置を算出できる。ここで、F1とf1の合力は、本発明における第1荷重ベクトルに相当する。同様に、F2とf2の合力は、本発明における第2荷重ベクトルに相当する。
As described above, the values of θ1 and θ2 are determined from the information on the loads F1, f1, F2, and f2. Then, the intersection G of the resultant force of F1 and f1 and the resultant force of F2 and f2 is determined on the coordinate plane. This intersection G is the position of the subject's center of gravity. In this way, the position of the center of gravity can be calculated not only in the horizontal direction but also in the vertical direction. Here, the resultant force of F1 and f1 corresponds to the first load vector in the present invention. Similarly, the resultant force of F2 and f2 corresponds to the second load vector in the present invention.
<システム構成>
図4は、実施例1における人体重心位置の簡易可視化システム1におけるPC3のディスプレイ32に表示される画面の一例を示す説明図である。PC3のディスプレイ32には、被験者の重心の位置、及びPC3のCPU31が取得した荷重の情報が表示される。荷重の情報に基づいて算出された被験者の重心の位置は、図2に示すDの方向(水平方向)とHの方向(垂直方向)を二軸とした座標平面上に表示される。重心の位置は時間経過に沿って継続的に測定されているため、上述の通り、座標平面上には、CPU31による算出時点における重心の位置を表示することができる。また、CPU31による算出時点の前の所定期間における重心の位置の連続的な移動軌跡を表示することができる。CPU31による算出時点の重心の位置を示すマークは、例えば連続的な移動軌跡を示すマークと異なる色で表示する等、当該時点の重心の位置であることが分かるように表示されるようにしてもよい。なお、重心の位置を示す座標は、数値で表示するようにしてもよい。また、重心の位置に係るデータがロードセル部2に記録されるようにしてもよい。また、座標平面上には重心の位置の連続的な移動軌跡は表示せず、当該時点の重心の位置のみを表示するようにしてもよい。
<System Configuration>
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of a screen displayed on the display 32 of the PC 3 in the simplified human center of gravity position visualization system 1 according to the first embodiment. The display 32 of the PC 3 displays the position of the subject's center of gravity and load information acquired by the CPU 31 of the PC 3. The position of the subject's center of gravity calculated based on the load information is displayed on a coordinate plane with the D direction (horizontal direction) and the H direction (vertical direction) shown in FIG. 2 as two axes. Because the position of the center of gravity is continuously measured over time, as described above, the position of the center of gravity at the time of calculation by the CPU 31 can be displayed on the coordinate plane. Furthermore, a continuous movement trajectory of the center of gravity position over a predetermined period prior to the calculation by the CPU 31 can be displayed. A mark indicating the position of the center of gravity at the time of calculation by the CPU 31 may be displayed in a different color from the mark indicating the continuous movement trajectory, for example, so that it is clear that it is the position of the center of gravity at that time. The coordinates indicating the position of the center of gravity may be displayed numerically. Furthermore, data related to the position of the center of gravity may be recorded in the load cell unit 2. Furthermore, the continuous movement locus of the center of gravity position may not be displayed on the coordinate plane, and only the position of the center of gravity at that time may be displayed.
重心の位置としては、水平方向のみならず垂直方向の位置も表示されるため、被験者は重心の位置の高さを把握することが可能である。これによって、重心の位置が水平方向にのみ表示される場合と比較して、被験者は、体勢を変えた際やバランスを崩した際の重心の位置をより正確に把握し、例えば転倒の未然防止に活かすことができる。なお、一般的に、転倒の際には、何かに掴まろうとする動作が無意識に行われる。例えば、手を置く位置を身体から遠ざけていくと、重心の位置が足底の上部の範囲を超えて移行し、限界の範囲を超えると転倒するが、その際、腰を屈めるといった動作を保護的に行っている。本実施例に係る人体重心位置の簡易可視化システム1を用いて、例えばロードセル部2を水平方向及び垂直方向にスライドして被験者の身体から遠ざけていくテストを実施することで、上述のような動作の評価を行うことができる。ロードセル部2がある程度以上遠ざかると被験者は姿勢を維持できなくなるが、この過程の動作を評価することで、転倒等の偶発的なイベントの評価や管理に繋げることが可能である。なお、人体重心位置の簡易可視化システム1は、例えばモーター等のアクチュエータを有し、ロードセル部2が自動的にスライドするようにしてもよい。 The center of gravity position is displayed not only horizontally but also vertically, allowing the subject to grasp the height of the center of gravity. Compared to when the center of gravity position is displayed only horizontally, this allows the subject to more accurately grasp the position of the center of gravity when changing position or losing balance, which can be used to prevent falls, for example. Generally, when a subject falls, they unconsciously try to grab something. For example, as the hands are moved away from the body, the center of gravity shifts beyond the upper soles of the feet. If this limit is exceeded, the subject falls. At this time, the subject may bend over to protect themselves. Using the simplified human center of gravity visualization system 1 according to this embodiment, the above-mentioned movements can be evaluated by conducting a test in which the load cell unit 2 is slid horizontally and vertically away from the subject's body. If the load cell unit 2 is moved too far away, the subject will be unable to maintain posture. Evaluating the movements during this process can lead to the evaluation and management of accidental events such as falls. The simple visualization system 1 for human center of gravity position may also have an actuator such as a motor, so that the load cell unit 2 slides automatically.
なお、図3に示す「Start」には重心の位置の算出の開始後の経過時間、「Loadcell X」及び「Loadcell Z」には図2に示すf1及びF1の値、「BodyGC X」及び「BodyGC Z」には図2に示すf2及びF2の値が表示される。これらの表記はあくまで一例であり、類似の意味であれば他の表記であってもよい。 Note that "Start" in Figure 3 displays the elapsed time after calculation of the center of gravity position began, "Loadcell X" and "Loadcell Z" display the values of f1 and F1 shown in Figure 2, and "BodyGC X" and "BodyGC Z" display the values of f2 and F2 shown in Figure 2. These notations are merely examples, and other notations may be used as long as they have a similar meaning.
<フローチャート>
図5は、本発明の実施形態における人体重心位置の簡易可視化システム1を用いた人体重心位置の簡易可視化方法を示すフローチャートである。以下、図5を用いて人体重心位置の簡易可視化方法の流れについて説明する。本フローチャートでは、まず、被験者が荷重の情報の基となるパラメータをPC3のデータ入力部に入力する(S101)。荷重の情報の基となるパラメータとは、被験者の体重、及び図2に示すH、及び図2に示すDである。ここで、S101は、本発明における入力ステップに相当する。被験者がロードセル部2の先端部21を把持することで、3つのパラメータに基づき、ロードセル部2のセンサ部22が荷重F1、f1を検知する(S102)。ここで、S102は、本発明にお
ける荷重検知ステップに相当する。ロードセル部2は、検知した荷重の情報をPC3のCPU31に伝達する(S103)。PC3のCPU31は、荷重F1、f1の情報に基づいて荷重F2、f2を求める。具体的には、被験者の体重からF1を減算してF2を求め、f1を反転してf2を求める。そして、荷重F1、f1、F2、f2と、H及びDの情報に基づいて重心の位置を算出する(S104)。荷重の情報は時間経過に沿って継続的にCPU31に伝達されており、それに伴って重心の位置も継続的に算出されている。ここで、S104は、本発明における重心位置算出ステップに相当する。算出された重心の位置は二次元の座標平面上に表示され、PC3のディスプレイ32において、CPU31による算出時点の重心の位置と共に当該時点の前の所定期間における重心の位置の連続的な移動軌跡が表示される(S105)。
<Flowchart>
FIG. 5 is a flowchart showing a simple method for visualizing the position of the center of gravity of a human body using the simple visualization system 1 for visualizing the position of the center of gravity of a human body according to an embodiment of the present invention. The flow of the simple visualization method for visualizing the position of the center of gravity of a human body will be described below with reference to FIG. 5. In this flowchart, first, the subject inputs parameters on which load information is based into the data input unit of the PC 3 (S101). The parameters on which the load information is based are the subject's weight, H shown in FIG. 2, and D shown in FIG. 2. S101 corresponds to the input step in this invention. When the subject grasps the tip 21 of the load cell unit 2, the sensor unit 22 of the load cell unit 2 detects loads F1 and f1 based on the three parameters (S102). S102 corresponds to the load detection step in this invention. The load cell unit 2 transmits information on the detected load to the CPU 31 of the PC 3 (S103). The CPU 31 of the PC 3 calculates loads F2 and f2 based on the information on loads F1 and f1. Specifically, F2 is calculated by subtracting F1 from the subject's weight, and f2 is calculated by inverting f1. The center of gravity position is then calculated based on the loads F1, f1, F2, and f2, as well as information on H and D (S104). Load information is continuously transmitted to CPU 31 over time, and the center of gravity position is continuously calculated accordingly. S104 corresponds to the center of gravity position calculation step of the present invention. The calculated center of gravity position is displayed on a two-dimensional coordinate plane, and the display 32 of PC 3 displays the center of gravity position at the time of calculation by CPU 31, along with a continuous movement trajectory of the center of gravity position over a predetermined period of time prior to that time (S105).
また、実施例1における人体重心位置の簡易可視化システム1は容易に持ち運びが可能であり、人体重心位置の簡易可視化システム1があれば、例えば床の上等、場所を問わず被験者の重心の位置を測定できる。 Furthermore, the simple visualization system 1 for human center of gravity position in Example 1 is easily portable, and with the simple visualization system 1 for human center of gravity position, the position of the subject's center of gravity can be measured regardless of location, such as on the floor.
〔実施例2〕
次に、本発明の実施例2について説明する。本実施例においては、実施例1における人体重心位置の簡易可視化システム1に対して、被験者を撮像するためのカメラを構成要素として加えた例について説明する。
Example 2
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, an example will be described in which a camera for capturing an image of a subject is added as a component to the simple visualization system 1 for visualizing the position of the center of gravity of a human being in the first embodiment.
<装置構成>
図6は、実施例2における人体重心位置の簡易可視化システム10の一例を示す概略図である。実施例2における人体重心位置の簡易可視化システム10は、構成要素として、ロードセル部20、及びPC30、及びA/Dボード40の他に、カメラ5を備える。カメラ5は、A/Dボード40を介してPC30に接続されている。カメラ5は荷重を検知する際の被験者を撮像し、得られた撮像データはアナログ信号としてA/Dボード40に送信された後、デジタルデータに変換されてPC30に送信される。カメラ5は方向や角度を調整することができ、被験者を撮像する方向や角度は自由に変更することができる。なお、実施例1における人体重心位置の簡易可視化システム1の構成と同様に、カメラ5とA/Dボード40の間の接続は、有線であっても無線であってもよい。また、ロードセル部20やカメラ5がデジタルデータを出力することが可能である場合は、人体重心位置の簡易可視化システム10の構成要素としてA/Dボード40は不要である。また、PC30が例えばカメラを内蔵し、被験者の撮像が可能である場合には、可視化システム10は、構成要素としてカメラ5を備えていなくてもよい。ここで、カメラ5は、本発明における撮像機に相当する。
<Device configuration>
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a simple visualization system 10 for a human center of gravity position according to a second embodiment. The simple visualization system 10 for a human center of gravity position according to the second embodiment includes a load cell unit 20, a PC 30, an A/D board 40, and a camera 5 as components. The camera 5 is connected to the PC 30 via the A/D board 40. The camera 5 captures an image of the subject when detecting a load. The captured image data is transmitted to the A/D board 40 as an analog signal, and then converted into digital data and transmitted to the PC 30. The direction and angle of the camera 5 can be adjusted, and the direction and angle at which the image of the subject is captured can be freely changed. Similar to the configuration of the simple visualization system 1 for a human center of gravity position according to the first embodiment, the connection between the camera 5 and the A/D board 40 may be wired or wireless. Furthermore, if the load cell unit 20 and the camera 5 are capable of outputting digital data, the A/D board 40 is not required as a component of the simple visualization system 10 for a human center of gravity position. Furthermore, if the PC 30 has, for example, a built-in camera and is capable of capturing an image of the subject, the visualization system 10 does not need to include the camera 5 as a component. Here, the camera 5 corresponds to the imaging device in the present invention.
図7は、実施例2における人体重心位置の簡易可視化システム10を用いて荷重を検知する態様を示す説明図である。図7に示す荷重を検知する態様について、被験者がロードセル部20の先端部210を掴んでいる状態をカメラ5で撮像し、PC30のディスプレイ320にリアルタイムで動画像として表示する点以外は、実施例1の図2に示す荷重を検知する態様と同様である。なお、多様な方向や角度から被験者を撮像できるよう、カメラ5は複数あってもよい。 Figure 7 is an explanatory diagram showing how a load is detected using the simplified system 10 for visualizing the position of the center of gravity of a person in Example 2. The load detection mode shown in Figure 7 is the same as the load detection mode shown in Figure 2 in Example 1, except that the camera 5 captures an image of the subject grasping the tip 210 of the load cell unit 20 and displays the image as a moving image in real time on the display 320 of the PC 30. Note that multiple cameras 5 may be used so that the subject can be captured from various directions and angles.
<システム構成>
図8は、実施例2における人体重心位置の簡易可視化システム10におけるPC30のディスプレイ320に表示される重心の位置の算出結果の一例を示す説明図である。PC30のディスプレイ320には、実施例1の図4と同様に被験者の重心の位置、及びPC30のCPU310が取得した荷重の情報が表示され、さらに別画面において、カメラ5で撮像した動画像がリアルタイムで表示される。被験者の重心の位置を示す二次元の座標は、動画像における被験者に重ねて表示することができる。これによって、実施例1のよ
うに動画像が表示されない場合と比較して、被験者の重心の位置がより明確に可視化され、被験者はより容易に重心の位置を把握できる。また、カメラ5を例えばスマートフォンで代用した場合は、被験者を撮像することに加え、被験者の重心の位置の算出に必要な演算をスマートフォンにおいて実行することや、動画像を表示することや、重心の位置に係るデータを記録することが可能であり、人体重心位置の簡易可視化システム10の構成要素としてPC30が不要となり、より簡易化することができる。
<System Configuration>
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an example of a calculation result of the center of gravity position displayed on the display 320 of the PC 30 in the simplified human center of gravity position visualization system 10 according to Example 2. The display 320 of the PC 30 displays the position of the subject's center of gravity and load information acquired by the CPU 310 of the PC 30, as in FIG. 4 of Example 1. Furthermore, a moving image captured by the camera 5 is displayed in real time on a separate screen. Two-dimensional coordinates indicating the position of the subject's center of gravity can be superimposed on the subject in the moving image. This allows the position of the subject's center of gravity to be visualized more clearly, allowing the subject to more easily grasp the position of the center of gravity, compared to a case in which a moving image is not displayed, as in Example 1. Furthermore, if a smartphone is used instead of the camera 5, in addition to capturing an image of the subject, the smartphone can perform calculations required to calculate the position of the subject's center of gravity, display moving images, and record data related to the center of gravity position. This eliminates the need for the PC 30 as a component of the simplified human center of gravity position visualization system 10, further simplifying the system.
なお、実施例2における人体重心位置の簡易可視化システム10を用いた人体重心位置の簡易可視化方法について、被験者の重心の位置を算出する方法は、実施例1の図3と同様である。また、荷重の情報の基となるパラメータの入力から算出した重心の位置の表示までのフローは、実施例1の図5と同様である。実施例2においては、被験者がロードセル部20の先端部210を掴んでいる状態をカメラ5で撮像するステップは、S102に含まれ、また、カメラ5で撮像した動画像をPC30のディスプレイ320にリアルタイムで表示するステップは、S105に含まれる。 In the simple method for visualizing the position of the center of gravity of a human being using the simple visualization system for the position of the center of gravity of a human being 10 in Example 2, the method for calculating the position of the center of gravity of the subject is the same as in Figure 3 of Example 1. Also, the flow from inputting parameters that form the basis of load information to displaying the calculated position of the center of gravity is the same as in Figure 5 of Example 1. In Example 2, the step of capturing an image of the subject grasping the tip 210 of the load cell unit 20 with the camera 5 is included in S102, and the step of displaying the moving image captured by the camera 5 in real time on the display 320 of the PC 30 is included in S105.
1、10 :人体重心位置の簡易可視化システム
2、20 :ロードセル部
21、210 :先端部
22、220 :センサ部
22a、220a :第1ロードセル
22b、220b :第2ロードセル
3、30 :PC
31、310 :CPU
32、320 :ディスプレイ
4、40 :A/Dボード
5 :カメラ
1, 10: Simple visualization system for human center of gravity position 2, 20: Load cell unit 21, 210: Tip unit 22, 220: Sensor unit 22a, 220a: First load cell 22b, 220b: Second load cell 3, 30: PC
31, 310: CPU
32, 320: Display 4, 40: A/D board 5: Camera
Claims (10)
前記被験者が、四肢のいずれかで把持する、あるいは四肢のいずれかを載置する先端部、及び該先端部に生じる荷重を検知するセンサ部を有する荷重検出器と、
前記荷重検出器における前記センサ部によって検知された前記荷重の情報に基づいて前記重心の位置を算出する演算部と、
前記演算部で算出された前記重心の位置を表示する表示部と、
を備え、
前記演算部は、前記荷重検出器における前記センサ部によって検知された前記荷重と、前記被験者が前記先端部以外で床面に体重をかけている体重作用点に生じる第2の荷重と、に基づいて、前記重心の位置を動的に算出し、
前記演算部は、さらに、前記先端部において、前記被験者が四肢のいずれかで把持する、あるいは四肢のいずれかを載置する接触位置の前記床面からの高さと、前記接触位置と前記体重作用点の間の水平距離と、前記被験者の体重とに基づき、前記重心の位置を算出することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化システム。 A simple visualization system for human center of gravity position that calculates the position of the center of gravity in the body of a subject and visualizes the position of the center of gravity,
a load detector having a tip portion on which the subject holds one of the limbs or places one of the limbs, and a sensor portion for detecting a load acting on the tip portion;
a calculation unit that calculates the position of the center of gravity based on information about the load detected by the sensor unit of the load detector;
a display unit that displays the position of the center of gravity calculated by the calculation unit;
Equipped with
the calculation unit dynamically calculates the position of the center of gravity based on the load detected by the sensor unit of the load detector and a second load generated at a body weight application point where the subject applies their weight to a floor surface other than the tip end ,
The calculation unit further calculates the position of the center of gravity at the tip based on the height from the floor of a contact position where the subject grasps with one of their limbs or places one of their limbs, the horizontal distance between the contact position and the point of application of their body weight, and the body weight of the subject .
前記表示部は、前記撮像機が撮像した前記被験者を動画像として表示し、該動画像に重ねて、前記演算部で算出された前記重心の位置および/または、前記演算部で算出された時点以前における、前記重心の位置の連続的な移動軌跡を表示することを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の人体重心位置の簡易可視化システム。 further comprising an imager for capturing an image of the subject;
The simplified visualization system for the position of the center of gravity of a person according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the display unit displays a moving image of the subject captured by the imaging device, and superimposes on the moving image the position of the center of gravity calculated by the calculation unit and/or a continuous movement trajectory of the position of the center of gravity prior to the point in time calculated by the calculation unit.
荷重の情報の基となるパラメータを事前に入力する入力ステップと、
前記被験者が、垂直方向及び水平方向の荷重を検出可能な荷重検出器の先端部を、四肢のいずれかで把持する、あるいは四肢のいずれかを前記先端部に載置することで、前記荷重を検知する荷重検知ステップと、
前記荷重検知ステップにおいて検知された前記荷重の情報に基づいて前記重心の位置を算出する重心位置算出ステップと、
前記重心位置算出ステップにおいて算出された前記重心の位置を表示する重心位置可視化ステップと、
を有し、
前記重心位置算出ステップにおいて、前記荷重検知ステップにおいて検知された前記荷重と、前記被験者が前記先端部以外で床面に体重をかけている体重作用点に生じる第2の荷重と、に基づいて、前記重心の位置を動的に算出し、
前記重心位置算出ステップにおいて、さらに、前記先端部において、前記被験者が四肢のいずれかで把持する、あるいは四肢のいずれかを載置する接触位置の前記床面からの高さと、前記接触位置と前記体重作用点の間の水平距離と、前記被験者の体重とに基づき、前記重心の位置を算出することを特徴とする、人体重心位置の簡易可視化方法。 A method for visualizing a human center of gravity position, which calculates a position of a center of gravity in a body of a subject and visualizes the position of the center of gravity, comprising:
An input step in which parameters that form the basis of load information are input in advance;
a load detection step in which the subject grasps a tip portion of a load detector capable of detecting loads in a vertical direction and a horizontal direction with any of the limbs or places any of the limbs on the tip portion to detect the load;
a center-of-gravity position calculation step of calculating the position of the center of gravity based on information about the load detected in the load detection step;
a center of gravity position visualization step of displaying the position of the center of gravity calculated in the center of gravity position calculation step;
and
In the center-of-gravity position calculation step, a position of the center of gravity is dynamically calculated based on the load detected in the load detection step and a second load generated at a body weight application point where the subject applies their weight to a floor surface other than the tip end ,
a step of calculating the center of gravity position by calculating the position of the center of gravity based on the height of the contact position from the floor at the tip end where the subject grasps the object with one of their limbs or places one of their limbs, the horizontal distance between the contact position and the point of application of the body weight, and the body weight of the subject .
前記第1荷重ベクトルと前記第2荷重ベクトルの交点を前記重心の位置とすることを特徴とする、請求項6または7に記載の人体重心位置の簡易可視化方法。 In the center-of-gravity position calculation step, the contact position and the body weight application point are defined as two points supporting the body of the test subject, a resultant force of the load generated in the vertical direction and the load generated in the horizontal direction at the contact position is defined as a first load vector, and a resultant force of the second load generated in the vertical direction and the second load generated in the horizontal direction at the body weight application point is defined as a second load vector,
8. The method for simply visualizing the position of the center of gravity of a human being according to claim 6 , wherein the intersection of the first load vector and the second load vector is set as the position of the center of gravity.
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