JP2001252264A

JP2001252264A - 歩行足跡の可視化装置

Info

Publication number: JP2001252264A
Application number: JP2000068409A
Authority: JP
Inventors: Harumasa Yamamoto; 治正山本
Original assignee: Hitachi Kiden Kogyo Ltd
Current assignee: Hitachi Kiden Kogyo Ltd
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2001-09-18

Abstract

(57)【要約】【課題】歩行の軌跡を可視化することにより、客観的
に歩行状態を把握し、医師、訓練師、及び訓練をする本
人が歩行の状況や問題点を正確に把握し、訓練期間の短
縮や歩行の安定性の向上等に寄与する歩行足跡の可視化
装置を提供すること。【解決手段】導電体の接触により通電する多数の電極
４を配線板１上に所定間隔で配設し、電極４の通電によ
り足が接地した位置を歩行軌跡として検出する歩行軌跡
検出部３１と、歩行軌跡検出部が検出した歩行軌跡デー
タを経時的に記憶するとともに、記憶した歩行軌跡デー
タを同時に表示するように出力する演算部と、演算部の
出力を表示する表示部１９とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、歩行訓練時の歩行
の軌跡を可視化することにより、客観的に歩行状態を把
握し、医師、訓練師及び訓練をする本人が、歩行の状況
や問題点を正確に把握できるようにした歩行足跡の可視
化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】事故や傷病により歩行できなくなった場
合、あるいは長期間の寝たきり等からのリハビリテーシ
ョンで歩行訓練を行う場合には、筋力回復と平行して、
平衡感覚や筋力の反射的な不随意反応を治療する訓練を
する必要がある。このとき、訓練状況を客観的に観測す
ることによって、訓練する本人が、意図するように歩行
することができない状況や原因を正確に把握する必要が
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、歩行中
の姿勢はビデオ撮影等の簡便な方法により把握すること
ができても、歩行の軌跡については、ビデオ撮影では数
値化し把握することは困難である。ビデオ撮影による観
測として、天井にビデオカメラを設置し、頭部、肩等の
軌跡を画像処理により軌跡として検出する方法がある
が、軌跡観測する部分に発光体をつける必要があり、ま
た、天井部分にカメラを設置する必要から、観測装置を
簡単に移設することが困難であるという問題を有してい
る。

【０００４】本発明は、上記従来の観測装置が有する問
題点に鑑み、歩行の軌跡を可視化することにより、客観
的に歩行状態を把握し、医師、訓練師及び訓練をする本
人が歩行の状況や問題点を正確に把握し、訓練期間の短
縮や歩行の安定性の向上等に寄与する歩行足跡の可視化
装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の歩行足跡の可視化装置は、導電体の接触に
より通電する多数の電極を配線板上に所定間隔で配設
し、該電極の通電により足が接地した位置を歩行軌跡と
して検出する歩行軌跡検出部と、該歩行軌跡検出部が検
出した歩行軌跡データを経時的に記憶するとともに、記
憶した歩行軌跡データを同時に表示するように出力する
演算部と、該演算部の出力を表示する表示部とを備えた
ことを特徴とする。

【０００６】この歩行足跡の可視化装置では、床面に設
置した歩行軌跡検出部の上を歩くことにより、足が接地
した位置を歩行軌跡として経過時間とともに検出し、足
跡による歩行の軌跡を可視化して観測することができ
る。これにより、歩行状態を客観的に把握することがで
きるようになり、医師、訓練師及び訓練をする本人が歩
行の状況や問題点を正確に把握し、歩行の安定性を向上
させるとともに訓練期間を短縮させることが可能とな
る。

【０００７】この場合、電極をプリント配線板上に形成
するとともに、該プリント配線板を複数連結して、前記
歩行軌跡検出部を形成することができる。

【０００８】これにより、大きさが制約されるプリント
配線板に電極を形成した場合でも、歩行軌跡検出部を所
要大きさに形成し、広範囲で足跡を可視化することがで
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１０】図１〜図９に本発明の歩行足跡の可視化装
置の一実施例を示す。この歩行足跡の可視化装置は、図
７に示すように、歩行者の足が接地した位置を歩行軌跡
として検出する歩行軌跡検出部３１と、この歩行軌跡検
出部３１が検出した歩行軌跡データを経時的に記憶する
とともに、記憶した歩行軌跡データを同時に表示する演
算・表示部１９とを備えている。

【００１１】歩行軌跡検出部３１は、図１に示すよう
に、導電体の接触により通電する多数の電極４をプリン
ト配線板１上に格子状に配設し、この電極４の通電によ
って、足が接地した位置を歩行軌跡として検出するよう
にしている。電極４同士の間隔は、歩行訓練者の対象を
成人に限定する場合には、その足の大きさから数ｍｍ程
度とし、足の小さな子供までを対象にする場合には、足
の大きさや体重の軽さを考慮し、さらに小さくする。格
子点上に設ける電極４の形状は、図１（ｂ）に示すよう
に、２極間が対向する形状、あるいは同図（ｃ）に示す
ように、同心円形状等の構造とする。また、プリント配
線板１には、外部に信号を接続するコネクタ２、３を１
辺に設けるようにする。コネクタを２辺以上に設けた場
合には、後述するプリント配線板の連結に支障を来す
が、単一プリント配線板で十分な足跡検出面積が確保で
きる場合には任意の場所にコネクタを設けるようにす
る。

【００１２】また、本実施例では、図７に示すように、
偶数枚のプリント配線板１を、コネクタ２、３同士が背
向するように２列で任意数連結している。プリント配線
板１の中で、コネクタ２、３の部分を除く有効な歩行領
域は７０ｃｍ程度であるが、これをコネクタ部分を両側
端に配置し、歩行領域を中央に設けるようにする。これ
により、幅１．４ｍ程度の歩行領域を、連結したプリン
ト配線板１の枚数分の長さだけ設けることができる。そ
して、各プリント配線板１の信号が、接続ケーブル１８
を介してパソコン等からなる演算・表示部１９に入力さ
れるようにする。

【００１３】プリント配線板１の配線を、図２に基づい
て説明する。内部配線は格子の縦方向の配線と横方向の
配線から構成し、仮に縦方向の配線を列配線、横方向の
配線を行配線とする。図２は６列×６行の格子を示して
いる。プリント配線板１のサイズは、プリントは配線板
の製造装置の制約から各辺の長さがおおむね６０〜８０
ｃｍに制約され、その場合の格子数は２００列×２００
行程度になる。列配線５Ａ〜５Ｆ、行配線６Ａ〜６Ｆの
それぞれの交差する点に電極４を設けるようにする。

【００１４】プリント配線板１の断面形状を図３に基づ
いて説明する。プリント配線板１は、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ
３、Ｌ４の４層で配線層で構成する４層配線板とする。
表面のＬ１配線層には電極４の２極の電極７、８のみを
設けるようにする。Ｌ１配線層に電極以外のものを配置
した場合、配線はソルダレジストの樹脂層により保護さ
れるが、歩行による樹脂層の摩滅により配線と電極間で
予期しない電極の生成、あるいは配線の断線も懸念され
るため、配線は内層で形成する。列配線９はＬ２配線
層、行配線１０はＬ３配線層に、それぞれで格子を形成
するように配設し、格子の交点で電極７とＬ３配線層、
電極８とＬ２配線層を接続する。裏面のＬ４配線層は接
地電極１１を形成し、誘導ノイズが配線層の信号に重畳
するのを防止する。

【００１５】一方、歩行者は、図４に示すように、裏面
を導電性に加工した靴１２を履いて、歩行軌跡検出部３
１の電極４の上を直接歩行する。靴１２の靴底には導電
加工した靴底１３を設けるようにする。具体的には、靴
底１３には、靴の製造時点でゴムに炭素、金属粉を添加
した導電性ゴムを添付する。あるいは、シート状の導電
性ゴムを歩行者の靴に合わせた形状に切断し、両面粘着
テープなどで一時的に歩行者の靴底に貼り歩行訓練を行
い、軌跡の測定終了後に取り外すようにする。または、
導電性塗料を歩行者の靴底に塗布する等の方法により導
電部分を形成するようにする。

【００１６】また、図５は、上記のような導電性の専用
の計測用靴を用いず、日常的に使用している靴で軌跡を
測定する方法を示す。プリント配線板１の上に、裏面に
突起部１４ａを設けた導電性ゴム１４を重ねるように置
く。電極４と導電性ゴム１４の間には空隙１４ｂが存在
し、歩行者の歩行による加圧によってこの空隙１４ｂが
押しつぶされ、導電性ゴム１４が電極に密着する。この
場合、導電性ゴム１４の上にさらに保護層１５を設ける
ことができる。保護層１５は、歩行者の歩き易さ、歩行
者が転倒した場合の衝撃吸収等の要件を満たす材料で、
市販のカーペット、床材などを訓練内容にあわせ適宜選
択する。

【００１７】図６は、電極７、８の部分と導電性ゴム１
４の部分の導電状態を示す。電極７、８の間は絶縁され
ており、この上に導電性ゴム１６が密着すると、電極間
には抵抗１７が形成される。なお、抵抗値は固定値では
なく、電極に密着する圧力により変化する。

【００１８】次に、図８に基づいて、プリント配線板１
の格子状の電極で、靴の加圧による電気抵抗変化を検出
する方法を説明する。なお、ここでは、４列×４行の格
子構造で動作を説明する。列配線２１Ａ〜２１Ｄと行配
線２２Ａ〜２２Ｄがあり、格子の交点に図示しない電極
が存在する。この電極部分に導電性ゴムが密着すると交
点の列配線と行配線に導通が生じる。

【００１９】列配線２１Ａ〜２１Ｄは、直列抵抗２４Ａ
〜２４Ｄと、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）２５Ａ〜
２５Ｄとを介して、電源２０の陽極に接続されている。
また、行配線２２Ａ〜２２Ｄは、各行を選択する信号選
択器２３と負荷抵抗２９を介して電源２０の陰極に接続
されている。なお、信号選択器２３は、アナログゲー
ト、電界効果トランジスタなどの半導体素子で容易に実
現することができる。また、電界効果トランジスタはゲ
ートに印加する電圧でドレインとソースの間の抵抗を制
御できる半導体素子である。

【００２０】ここで、列配線２１Ａと行配線２２Ｃの交
点、列配線２１Ｂと行配線２２Ｂ、２２Ｃの各交点に導
電性ゴムが密着し、抵抗２６、２７、２８が生じたとす
る。電界効果トランジスタ２５Ａのゲートに電圧を印加
し、他の電界効果トランジスタ２５Ｂ〜２５Ｄのゲート
は電圧を印加せずカットオフ状態におき、回路選択器２
３で負荷抵抗を、行配線２２Ａから２２Ｄに順次切り替
えるようにする。行配線２２Ａに接続されている間は、
負荷抵抗の電圧（Ｅ_RL）は列配線と行配線が電気的に開
いているため、Ｅ_RL＝０となる。行配線２２Ｂ及び２２
Ｄに回路選択器２３が接続されている間も同様である。

【００２１】一方、行配線２２Ｃに回路選択器２３が接
続されているときは、Ｅ_RL＝Ｅ（Ｒｃ＋Ｒ_L0AD）／（Ｒｓ＋Ｒｃ＋Ｒ_L0AD）となる。ここで、数式の変数は、Ｅ：電源２０の電源電圧Ｒｓ：直列抵抗２４ＡＲｃ：電極部分の導電性ゴムの抵抗２６Ｒ_L0AD：負荷抵抗２９とする。なお、回路には電界効果トランジスタのドレイ
ン抵抗が存在するが、直列抵抗２４Ａ〜２４Ｄを数ｋΩ
以上で使用する場合、ドレインは数Ωから数１０Ωの値
となり、直列抵抗に比して十分に小さくなり無視するこ
とができる。

【００２２】次に、電界効果トランジスタ２５Ｂのみゲ
ート電圧を印加し動作させ、他の電界効果トランジスタ
２５Ａ、２５Ｃ、２５Ｄを遮断した場合、回路選択器２
３を行配線２２Ｂ、２２Ｃに接続した場合のみ、電極間
の抵抗２７、２８を介して負荷抵抗２９に電流が流れ、
負荷抵抗２９に電圧を生じる。

【００２３】このように、列配線を１列毎に順次選択
し、その選択された列に対し、行配線を順次選択するこ
とで、電極の交点に抵抗が存在する場所では負荷抵抗２
９に電圧を生じる。これにより、格子数が増えても列配
線に対し、行配線を順次選択する走査を行うことで、２
次元平面上に設けられた電極の上に導電性ゴムで電極間
が導通した格子点を電圧の変化として検出することがで
きる。検出した電圧はアナログの連続量では保存する必
要はなく、電圧が発生した格子点と、電圧が発生しなか
った格子点の２値情報に変換し、電圧を生じた点を
「１」、電圧を生じない点を「０」としてデータを保持
することができる。

【００２４】１回の走査である瞬間における加圧点を検
出し、これを一定時間間隔で繰り返すことで、時間の経
過とともに加圧点が変化するデータを得ることができ
る。そして、複数回走査のすべてのデータを同一格子点
毎に加算すれば、電圧の生じた格子点の軌跡を図９に示
すように足跡の画像として可視化することができる。

【００２５】また、一定時間間隔で走査することによっ
て、加圧点の遷移から歩行速度を演算することもでき
る。さらに、１つの足跡を踵側とつま先側に分割し、踵
側からつま先側への体重の移動状況を演算し、歩行状況
の解析データとして供することも可能である。

【００２６】以上、本実施例では回路の電源２０は直流
電源で説明したが、直流に限定するものではなく、交流
電源でも使用が可能である。また、靴底に導電性ゴムを
貼って電極上を歩行する場合でも、電極に人が直接接触
することが想定されるため、回路電圧、回路電流は歩行
者が感電しないように、数Ｖ以下、回路電流数１０μＡ
以下とすることが望ましい。一般に感電の耐量は交流よ
りも直流の方が高く、直流の方が安全性が高いため、直
流を使用することが望ましい。ただし、図５のように、
プリント配線板１の上に導電性ゴムを置いて、その上に
保護材料を置く構成では、保護材料１５を絶縁体にすれ
ば、感電の危険は生じない。

【００２７】また、列配線の選択は電界効果トランジス
タを用いて説明したが、アナログゲート、リードリレー
等の他の素子でも実現できるのは行配線の選択と同じで
ある。

【００２８】

【発明の効果】本発明の歩行足跡の可視化装置によれ
ば、床面に設置した歩行軌跡検出部の上を歩くことによ
り、足が接地した位置を歩行軌跡として経過時間ととも
に検出し、足跡による歩行の軌跡を可視化して観測する
ことができる。これにより、歩行状態を客観的に把握す
ることができるようになり、医師、訓練師及び訓練をす
る本人が歩行の状況や問題点を正確に把握し、歩行の安
定性を向上させるとともに訓練期間を短縮させることが
できる。

【００２９】また、電極をプリント配線板上に形成する
とともに、プリント配線板を複数連結して、前記歩行軌
跡検出部を形成することにより、大きさが制約されるプ
リント配線板に電極を形成した場合でも、歩行軌跡検出
部を所要大きさに形成し、広範囲で足跡を可視化するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の歩行足跡の可視化装置の一実施例を示
し、（ａ）は歩行軌跡検出部のプリント配線板を示す平
面図、（ｂ）はプリント配線板の電極を示す拡大図、
（ｃ）は電極の他の例を示す拡大図である。

【図２】同実施例のプリント配線板の配線を示す説明図
である。

【図３】同プリント配線板の拡大断面図である。

【図４】導電加工した靴を履いて電極上を歩行する状態
を示す断面図である。

【図５】通常の靴を履いて電極上を歩行する状態を示す
断面図である。

【図６】電極と導電性ゴムの導電状態を示す説明図であ
る。

【図７】本発明の歩行足跡の可視化装置の一実施例を示
す全体図である。

【図８】プリント配線板の電極で電気抵抗変化を検出す
る方法を示す説明図である。

【図９】通電した電極の軌跡を足跡の画像として可視化
した例を示す図である。

【符号の説明】

１プリント配線板２、３コネクタ４電極７、８電極１９演算・表示部３１歩行軌跡検出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電体の接触により通電する多数の電極
を配線板上に所定間隔で配設し、該電極の通電により足
が接地した位置を歩行軌跡として検出する歩行軌跡検出
部と、該歩行軌跡検出部が検出した歩行軌跡データを経
時的に記憶するとともに、記憶した歩行軌跡データを同
時に表示するように出力する演算部と、該演算部の出力
を表示する表示部とを備えたことを特徴とする歩行足跡
の可視化装置。
【請求項２】電極をプリント配線板上に形成するとと
もに、該プリント配線板を複数連結して、前記歩行軌跡
検出部を形成したことを特徴とする請求項１記載の歩行
足跡の可視化装置。