刺激出力器、および姿勢改善支援装置
【課題】 姿勢を容易に改善させることができる刺激出力器、および姿勢改善支援装置を提供する。
【解決手段】 使用者の姿勢が良くなる方向に変化する振動刺激を使用者に与える姿勢改善支援システムに用いられる刺激出力器Ａであって、振動設定部３２は、振動子２１Ｌ〜２４Ｌ，２１Ｒ〜２４Ｒが使用者に与える振動刺激の振幅を５μｍ以上、１０００μｍ以下、且つ周波数が３０Ｈｚ以上、４００Ｈｚ以下に制御する。
【解決手段】 使用者の姿勢が良くなる方向に変化する振動刺激を使用者に与える姿勢改善支援システムに用いられる刺激出力器Ａであって、振動設定部３２は、振動子２１Ｌ〜２４Ｌ，２１Ｒ〜２４Ｒが使用者に与える振動刺激の振幅を５μｍ以上、１０００μｍ以下、且つ周波数が３０Ｈｚ以上、４００Ｈｚ以下に制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者の姿勢を改善する刺激出力器、および姿勢改善支援装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、使用者の腰部に加速度計を装着し、使用者の腰部における前後加速度、左右加速度、上下加速度を検出して、加速度計により検出された各加速度の時間変化に基づいて使用者の静止時、歩行時の姿勢を推定する姿勢解析装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−１２５３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の技術では、使用者の姿勢を解析して、解析内容を使用者へ提示することはできるが、姿勢を判断して、この判断結果に基づいて姿勢を改善させる構成はなく、使用者は自分で改善方法を考える必要があり、姿勢の改善が容易ではなかった。
【０００４】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、姿勢を容易に改善させることができる刺激出力器、および姿勢改善支援装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、使用者の姿勢が良くなる方向に変化する振動刺激を使用者に与える姿勢改善支援装置に用いられる刺激出力器であって、振幅が５μｍ以上、１０００μｍ以下、且つ周波数が３０Ｈｚ以上、４００Ｈｚ以下の振動刺激を使用者に与える刺激出力手段を備えることを特徴とする。
【０００６】
この発明によれば、振動刺激の振幅を５μｍ以上、１０００μｍ以下の範囲内に設定し、振動刺激の周波数を３０Ｈｚ以上、４００Ｈｚ以下の範囲内に設定することで、人間が皮膚に与えられた振動刺激を感知しやすくなり、姿勢改善支援装置による姿勢改善効果も向上する。すなわち、使用者が感知し易い振幅、周波数の振動刺激を与えることで、姿勢を容易に改善することができる。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１において、前記刺激出力手段は、振幅が１００μｍ以上、１０００μｍ以下、且つ周波数が１００Ｈｚ以上、２８０Ｈｚ以下の振動刺激を使用者に与えることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、人間が振動刺激に対して最も敏感な振幅および周波数の範囲は、振幅が１００μｍ以上、１０００μｍ以下の範囲内であり、周波数が１００Ｈｚ以上、２８０Ｈｚ以下の範囲内であることから、振動刺激の振幅および周波数の範囲を当該範囲内に設定することで、人間は与えられた振動刺激を最も感知しやすくなり、姿勢改善支援装置による姿勢改善効果も一層向上する。
【０００９】
請求項３の発明は、使用者の姿勢が良くなる方向に変化する振動刺激を使用者に与える刺激出力手段と、使用者の足裏の接地圧力を検出する圧力検出手段と、検出した接地圧力に基づいて使用者の重心位置を導出する重心導出手段と、刺激出力手段が出力する振動刺激の振幅を５μｍ以上、１０００μｍ以下の範囲から設定するともに、振動刺激の周波数を３０Ｈｚ以上、４００Ｈｚ以下の範囲から設定し、振動刺激の振幅と周波数との少なくともいずれか一方を、前記導出した重心位置と使用者の所定の姿勢に対応する重心位置との差に基づいて設定する振動設定手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、振動刺激の振幅を５μｍ以上、１０００μｍ以下の範囲内に設定し、振動刺激の周波数を３０Ｈｚ以上、４００Ｈｚ以下の範囲内に設定することで、人間が皮膚に与えられた振動刺激を感知しやすくなり、姿勢改善支援装置による姿勢改善効果も向上する。すなわち、使用者が感知し易い振幅、周波数の振動刺激を与えることで、姿勢を容易に改善することができる。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３において、前記振動設定手段は、前記刺激出力手段が出力する振動刺激の振幅を１００μｍ以上、１０００μｍ以下の範囲から設定するともに、振動刺激の周波数を１００Ｈｚ以上、２８０Ｈｚ以下の範囲から設定することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、人間が振動刺激に対して最も敏感な振幅および周波数の範囲は、振幅が１００μｍ以上、１０００μｍ以下の範囲内であり、周波数が１００Ｈｚ以上、２８０Ｈｚ以下の範囲内であることから、振動刺激の振幅および周波数の範囲を当該範囲内に設定することで、人間は与えられた振動刺激を最も感知しやすくなり、姿勢改善支援装置による姿勢改善効果も一層向上する。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項３または４において、前記刺激出力手段は、使用者の足裏に振動刺激を与えることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、振動刺激を与えられた足裏の部位では足裏への接地圧力を感じる感覚が鈍くなるため、振動刺激を与えられていない足裏の部位でバランスをとって接地圧力を感じようとして体重移動が生じる。これを利用して、使用者の足裏の重心位置（荷重中心点）と使用者の所定の姿勢に対応する重心位置（基準重心位置）との間を埋めるように振動刺激を与えることで、姿勢を容易に改善させることができる。また、振動刺激に対する人間の反応は早いため、姿勢の改善効果も高い。さらに接地圧力がかかっている足裏の部位は、刺激出力手段との接触圧が大きくなるため、振動刺激をより効果的に伝達することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明では、使用者が感知し易い振幅、周波数の振動刺激を与えるので、姿勢を容易に改善させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
（実施形態１）
本実施形態の姿勢改善支援装置は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、圧力検出部１０（左足側の圧力検出部１０Ｌ、右足側の圧力検出部１０Ｒ）と、振動部２０（左足側の振動部２０Ｌ、右足側の振動部２０Ｒ）と、制御部３０とをプラスチック板１００に設けて構成される。
【００１８】
プラスチック板１００は、左右方向が４００ｍｍ、前後方向が２５０ｍｍの略矩形に形成され、プラスチック板１００の上面側は、使用者が両足を載せる載置面であり、振動部２０Ｌが使用者の左足裏に対向して埋め込み配設され、振動部２０Ｒが使用者の右足裏に対向して埋め込み配設されている。
【００１９】
振動部２０Ｌは、４つの振動子２１Ｌ〜２４Ｌで構成され、振動部２０Ｒは、４つの振動子２１Ｒ〜２４Ｒで構成されており、図２（ａ）に示すように、振動子２１Ｌ，２１Ｒは、使用者の足裏の拇指に対向して配置され、振動子２２Ｌ，２２Ｒは、使用者の足裏の拇指球に対向して配置され、振動子２３Ｌ，２３Ｒは、使用者の足裏の第５趾（小指）の付け根に対向して配置され、振動子２４Ｌ，２４Ｒは、使用者の足裏のかかと中央に対向して配置され、各振動子は図示しないモータ、振動板を備えて、電池または商用電源を駆動電源として、拇指、拇指球、第５趾の付け根、かかとを個別に振動させる。なお、振動子２１Ｌ〜２４Ｌ、振動子２１Ｒ〜２４Ｒは、後方から前方に向かってθ＝８０度の角度で外側に開いた両足裏に沿って配置されている。
【００２０】
さらに、プラスチック板１００の下面には圧力検出部１０Ｌ，１０Ｒが貼り付けられており、圧力センサがマトリクス状に配置されている。この圧力検出部１０Ｌ，１０Ｒは、圧電式、または圧力による抵抗変化を利用する方式であり、プラスチック板１００に両足を載せて立った使用者の接地圧力の分布を検出する。すなわち、圧力検出部１０Ｌ，１０Ｒは立位姿勢の使用者の左右の足毎に足裏の接地圧力の分布を検出するのである。
【００２１】
そして、上述の圧力検出部１０、振動部２０は、ＣＰＵ等で構成された制御部３０に接続している。
【００２２】
制御部３０は、重心導出部３１と、振動設定部３２とを備えており、重心導出部３１は、圧力検出部１０の検出データに基づいて使用者の重心位置を導出する。振動設定部３２は、この導出された重心位置に基づいて使用者の立位姿勢が改善される方向に変化するように、振動部２０Ｌ、振動部２０Ｒを制御して、使用者の足裏に振動刺激を与える。なお、振動部２０Ｌ，２０Ｒが刺激出力手段を構成し、振動部２０Ｌ，２０Ｒと振動設定部３２とで刺激出力器Ａを構成している。
【００２３】
以下、重心導出部３１、振動設定部３２の動作について詳述する。
【００２４】
まず、重心導出部３１は、使用者の立位姿勢がよい場合の重心位置Ｇ０（ｘ０，ｙ０）（以降、基準重心位置Ｇ０（ｘ０，ｙ０）と称す）を予め記憶しておく。この基準重心位置Ｇ０は、振動子２１Ｌ，２３Ｌ，２４Ｌ、振動子２１Ｒ，２３Ｒ，２４Ｒの各位置から算出されるもので、図２（ａ）のように両足の略中心を原点Ｏとして、左右方向をＸ軸、前後方向をＹ軸とした場合に、振動子２１Ｌ，２３Ｌ，２４Ｌ、振動子２１Ｒ，２３Ｒ，２４Ｒを頂点とする多角形Ｃ（図２（ａ）中の破線部）の重心位置を基準重心位置Ｇ０に設定する。
【００２５】
そして、使用者がプラスチック板１００の載置面に両足を載せて立った状態で、図示しないスイッチを操作することで（リモコンを用いた無線通信による操作、または有線通信による操作）、制御部３０が姿勢改善支援処理を開始すると、重心導出部３１は、圧力検出部１０が検出した使用者の接地圧力分布を取得し、取得した接地圧力分布に基づいて立位姿勢の使用者の現在の重心位置Ｇ１（ｘ１，ｙ１）（以降、荷重中心点Ｇ１（ｘ１，ｙ１）と称す）を導出する。なお、圧力検出部１０Ｌ、圧力検出部１０Ｒを用いて接地圧力分布を検出する代わりに、重心動揺を計測可能な装置の上にプラスチック板１００を載せて、接地圧力分布を検出してもよい。
【００２６】
次に振動設定部３２は、重心導出部３１が導出した荷重中心点Ｇ１（ｘ１，ｙ１）と、予め記憶している基準重心位置Ｇ０（ｘ０，ｙ０）との差（重心差）である
ΔＧ（Δｘ，Δｙ）＝（ｘ１−ｘ０，ｙ１−ｙ０）………式（１）
を導出する。そして、駆動する振動子や、使用者の足裏に与える振動刺激のパラメータ［振幅、周波数］を重心差ΔＧに基づいて設定することによって、使用者へ姿勢改善に対する意識を効果的に喚起させる。
【００２７】
まず、振動刺激のパラメータとして振幅を用いる場合、振動設定部３２は、振動刺激の振幅を最小振幅５μｍ〜最大振幅１０００μｍの範囲内（５μｍ以上、１０００μｍ以下）で調整可能に設定しており、最小振幅５μｍ〜最大振幅１０００μｍの変動幅を、正規化して「１」であると仮定しておく。なお、このときの振動刺激の周波数は、最低周波数３０Ｈｚ〜最高周波数４００Ｈｚの範囲内の一定周波数に予め設定されている。
【００２８】
次に、振動設定部３２は、振動子２２Ｌと２４Ｌとの各Ｘ座標（または振動子２２Ｒと２４Ｒとの各Ｘ座標）の差の絶対値に１／２を掛けた値をＭＸ，振動子２１Ｌと２４Ｌとの各Ｙ座標（または振動子２１Ｒと２４Ｒとの各Ｙ座標）の差の絶対値に１／２を掛けた値をＭＹとして、係数ＰＸ，ＰＹを、
ＰＸ＝（（ｘ１−ｘ０）／ＭＸ）………式（２）
ＰＹ＝（（ｙ１−ｙ０）／ＭＹ）………式（３）
で求める。この係数ＰＸ，ＰＹの各絶対値が、ΔＧ（Δｘ，Δｙ）によって正規化された振動刺激の振幅目標値となる。
【００２９】
さらに図３に示すように、係数ＰＸ，ＰＹの正負によって、駆動する振動子が決まる。係数Ｐｘ，Ｐｙともに正の場合は、振動子２３Ｒを係数ＰＸに応じた振幅で駆動し、振動子［２１Ｌ，２２Ｌ］，［２１Ｒ，２２Ｒ］を係数ＰＹに応じた振幅で駆動する。係数Ｐｘが負，Ｐｙが正の場合は、振動子２３Ｌを係数ＰＸに応じた振幅で駆動し、振動子［２１Ｌ，２２Ｌ］，［２１Ｒ，２２Ｒ］を係数ＰＹに応じた振幅で駆動する。係数Ｐｘが正，Ｐｙが負の場合は、振動子２３Ｒを係数ＰＸに応じた振幅で駆動し、振動子２４Ｌ，２４Ｒを係数ＰＹに応じた振幅で駆動する。係数Ｐｘ，Ｐｙともに負の場合は、振動子２３Ｌを係数ＰＸに応じた振幅で駆動し、振動子２４Ｌ，２４Ｒを係数ＰＹに応じた振幅で駆動する。なお、［２１Ｌ，２２Ｌ］は、振動子２１Ｌ，２２Ｌのいずれか一方または両方を駆動すればよく、［２１Ｒ，２２Ｒ］は、振動子２１Ｒ，２２Ｒのいずれか一方または両方を駆動すればよい。
【００３０】
例えば、ＰＸ＝０．５、ＰＹ＝−０．３の場合、振動子２３Ｒを［１００＋９９５×０．５］μｍの振幅で駆動するとともに、振動子２４Ｌ，２４Ｒを［１００＋９９５×０．３］μｍの振幅で駆動する。
【００３１】
また、振動刺激のパラメータとして周波数を用いる場合、振動設定部３２は、振動刺激の周波数を最低周波数３０Ｈｚ〜最高周波数４００Ｈｚの範囲内（３０Ｈｚ以上、４００Ｈｚ以下）で調整可能に設定しており、最低周波数３０Ｈｚ〜最高周波数４００Ｈｚの変動幅を、正規化して「１」であると仮定しておく。なお、このときの振動刺激の振幅は、最小振幅５μｍ〜最大振幅１０００μｍの範囲内の一定振幅に予め設定されている。
【００３２】
そして、上記振動刺激のパラメータとして振幅を用いる場合と同様に、重心差ΔＧ（Δｘ，Δｙ）から係数ＰＸ，ＰＹを求め、この係数ＰＸ，ＰＹの各絶対値に基づいて振動刺激の周波数目標値を算出し、係数ＰＸ，ＰＹの正負に基づいて駆動する振動子を決定する。
【００３３】
そして、使用者は、振動刺激を与えられた足裏の部位では足裏への接地圧力を感じる感覚が鈍くなるため、振動刺激を与えられていない足裏の部位でバランスをとって接地圧力を感じようとして体重移動が生じる。これを利用して、足裏の荷重中心点Ｇ１（ｘ１，ｙ１）と基準重心位置Ｇ０（ｘ０，ｙ０）との間を埋めるように振動刺激を与えることで、姿勢を改善させることができる。また、振動刺激に対する人間の反応は早いため、姿勢の改善効果も高い。さらに接地圧力がかかっている足裏の部位は、振動子との接触圧が大きくなるため、振動刺激をより効果的に伝達することが可能となる。
【００３４】
ここで、人間の皮下には、主に４つの機械受容器（マイスナー小体、メルケル盤、パチニ小体、ルフィニ終末）があり、これらの機械受容器が触覚における触感等のセンシング機能を有している。そして、機械受容器毎に感度のよい解像度および周波数領域があり、振動刺激の振幅および周波数を、機械受容器の解像度および周波数領域に合致させれば、触覚の感度が高くなる。
【００３５】
人間が皮膚に振動を与えられた場合に感知可能な振動の振幅および周波数の閾値については、例えばGescheiderらの文献（G.A.Gescheider etal. The frequency selectivity ifinformation-processing channels in the tactile sensor system, Somatosensory& Motor Research,18,p191(2001)）に記載されており、本実施形態では、振動刺激の振幅を最小振幅５μｍ〜最大振幅１０００μｍの範囲内に設定し、振動刺激の周波数を最低周波数３０Ｈｚ〜最高周波数４００Ｈｚの範囲内に設定することで、人間が皮膚（本実施形態では足裏）に与えられた振動刺激を感知しやすくなり、本実施形態の姿勢改善支援装置による姿勢改善効果も向上する。すなわち、使用者が感知し易い振幅、周波数の振動刺激を与えることで、立位姿勢を容易に改善することができるのである。なお、振動刺激の最小振幅および最大振幅は、５μｍ〜１０００μｍの範囲内で適宜設定すればよく、振動刺激の最低周波数および最高周波数は、３０Ｈｚ〜４００Ｈｚの範囲内で適宜設定すればよい。
【００３６】
さらに、人間が振動刺激に対して最も敏感な振幅および周波数の範囲は、振幅が最小振幅１００μｍ〜最大振幅１０００μｍの範囲内（１００μｍ以上、１０００μｍ以下）であり、周波数が最低周波数１００Ｈｚ〜最高周波数２８０Ｈｚの範囲内（１００Ｈｚ以上、２８０Ｈｚ以下）であることから、振動刺激の振幅および周波数の範囲を当該範囲内に設定することで、人間は足裏に与えられた振動刺激を最も感知しやすくなり、本実施形態の姿勢改善支援装置による姿勢改善効果も一層向上する。
【００３７】
また、振動刺激のパラメータとして振幅と周波数の両方を用いる場合は、係数ＰＸ，ＰＹの各絶対値に基づいて振動刺激の振幅目標値および周波数目標値を算出すればよい。
【００３８】
（実施形態２）
本実施形態の姿勢改善支援装置は、図４に示すように、左足側の圧力検出部１０Ｌが、４つの圧力センサ１１Ｌ〜１４Ｌで構成され、右足側の圧力検出部１０Ｒが、４つの圧力センサ１１Ｒ〜１４Ｒで構成されており、圧力センサ１１Ｌ，１１Ｒは、使用者の足裏の拇指に対向して配置され、圧力センサ１２Ｌ，１２Ｒは、使用者の足裏の拇指球に対向して配置され、圧力センサ１３Ｌ，１３Ｒは、使用者の足裏の第５趾（小指）の付け根に対向して配置され、圧力センサ１４Ｌ，１４Ｒは、使用者の足裏のかかと中央に対向して配置され、拇指、拇指球、第５趾の付け根、かかとの各接地圧力を測定しており、左右の足毎に足裏の圧力分布を測定している。これらの圧力センサ１１Ｌ〜１４Ｌ，圧力センサ１１Ｒ〜１４Ｒは、圧電式、または圧力による抵抗変化を利用する方式のものである。
【００３９】
そして、圧力センサ１１Ｌ〜１４Ｌが検出した接地圧力に基づく各荷重をＭＬ１〜ＭＬ４、圧力センサ１１Ｒ〜１４Ｒが検出した接地圧力に基づく各荷重をＭＲ１〜ＭＲ４、圧力センサ１１Ｌ〜１４Ｌの各座標を（ｘＬ１，ｙＬ１）〜（ｘＬ４，ｙＬ４）、圧力センサ１１Ｒ〜１４Ｒの各座標を（ｘＲ１，ｙＲ１）〜（ｘＲ４，ｙＲ４）、使用者の体重をＭ、使用者の現在の荷重中心点Ｇ１（ｘ１，ｙ１）とすると、
ＭＬ１・（ｘＬ１，ｙＬ１）＋ＭＬ２・（ｘＬ２，ｙＬ２）＋ＭＬ３・（ｘＬ３，ｙＬ３）＋ＭＬ４・（ｘＬ４，ｙＬ４）＋ＭＲ１・（ｘＲ１，ｙＲ１）＋ＭＲ２・（ｘＲ２，ｙＲ２）＋ＭＲ３・（ｘＲ３，ｙＲ３）＋ＭＲ４・（ｘＲ４，ｙＲ４） ＝ Ｍ・Ｇ１（ｘ１，ｙ１）………式（４）
が成立するので、重心導出部３１は、当該式（４）より、立位姿勢の使用者の荷重中心点Ｇ１（ｘ１，ｙ１）を導出する。なお、圧力センサ１１Ｌ〜１４Ｌの各座標（ｘＬ１，ｙＬ１）〜（ｘＬ４，ｙＬ４）、圧力センサ１１Ｒ〜１４Ｒの各座標（ｘＲ１，ｙＲ１）〜（ｘＲ４，ｙＲ４）、使用者の体重Ｍは、重心導出部３１に予め記憶させておく。
【００４０】
次に振動設定部３２は、重心導出部３１が導出した荷重中心点Ｇ１（ｘ１，ｙ１）と、予め記憶している基準重心位置Ｇ０（ｘ０，ｙ０）との差（重心差）である
ΔＧ（Δｘ，Δｙ）＝Ｍ・Ｇ０（ｘ０，ｙ０）−Ｍ・Ｇ１（ｘ１，ｙ１）………式（５）
を導出する。そして、駆動する振動子や、使用者の足裏に与える振動刺激のパラメータ［振幅、周波数］を重心差ΔＧに基づいて、実施形態１と同様に設定することによって、使用者へ姿勢改善に対する意識を効果的に喚起させる。
【００４１】
なお、他の構成は実施形態１と同様であり、説明は省略する。
【００４２】
（実施形態３）
本実施形態の姿勢改善支援装置は、図５，図６に示すように、使用者が履いている左靴ＳＬのインナーソールＳ１Ｌに設けた圧力検出部５０Ｌ，振動部６０Ｌおよび無線通信部７０Ｌと、使用者が履いている右靴ＳＲのインナーソールＳ１Ｒに設けた圧力検出部５０Ｒ，振動部６０Ｒおよび無線通信部７０Ｒと、使用者の腰に装着されたコントローラ８０とで構成され、使用者の歩容を解析して改善するものである。
【００４３】
圧力検出部５０Ｌは、４つの圧力センサ５１Ｌ〜５４Ｌで構成され、圧力検出部５０Ｒは、４つの圧力センサ５１Ｒ〜５４Ｒで構成されており、図７に示すように、圧力センサ５１Ｌ，５１Ｒは、使用者の足裏の拇指に対向して配置され、圧力センサ５２Ｌ，５２Ｒは、使用者の足裏の拇指球に対向して配置され、圧力センサ５３Ｌ，５３Ｒは、使用者の足裏の第５趾（小指）の付け根に対向して配置され、圧力センサ５４Ｌ，５４Ｒは、使用者の足裏のかかと中央に対向して配置され、拇指、拇指球、第５趾の付け根、かかとの各接地圧力を測定しており、左右の足毎に足裏の圧力分布を検出している。これらの圧力センサ５１Ｌ〜５４Ｌ，圧力センサ５１Ｒ〜５４Ｒは、圧電式、または圧力による抵抗変化を利用する方式のものである。
【００４４】
振動部６０Ｌは、４つの振動子６１Ｌ〜６４Ｌで構成され、振動部６０Ｒは、４つの振動子６１Ｒ〜６４Ｒで構成されており、図７に示すように、振動子６１Ｌ，６１Ｒは、使用者の足裏の拇指に対向して配置され、振動子６２Ｌ，６２Ｒは、使用者の足裏の拇指球に対向して配置され、振動子６３Ｌ，６３Ｒは、使用者の足裏の第５趾（小指）の付け根に対向して配置され、振動子６４Ｌ，６４Ｒは、使用者の足裏のかかとに対向して配置され、各振動子は図示しないモータ、振動板を備えて、電池または商用電源を駆動電源として、拇指、拇指球、第５趾の付け根、かかとを個別に振動させる。
【００４５】
また、圧力センサ５１Ｌ〜５４Ｌと振動子６１Ｌ〜６４Ｌとの各間には緩衝材９１Ｌ〜９４Ｌが配置され、圧力センサ５１Ｒ〜５４Ｒと振動子６１Ｒ〜６４Ｒとの各間には緩衝材９１Ｒ〜９４Ｒが配置されている。緩衝材９１Ｌ〜９４Ｌ、緩衝材９１Ｒ〜９４Ｒは、例えばポリウレタンフォームのような振動を伝え難い材質で形成されており、圧力センサと振動子との間に緩衝材を設けることによって、振動子の振動が圧力センサの測定データに及ぼす影響を低減している。
【００４６】
さらには、左靴ＳＬのインナーソールＳ１Ｌ内で振動部６０Ｌを上部に配置し、圧力検出部５０Ｌを下部に配置して、圧力検出部５０Ｌと振動部６０Ｌとの間に緩衝材を設け、左靴ＳＲのインナーソールＳ１Ｒ内で振動部６０Ｒを上部に配置し、圧力検出部５０Ｒを下部に配置して、圧力検出部５０Ｒと振動部６０Ｒとの間に緩衝材を設ける構成が好ましい。
【００４７】
無線通信部７０Ｌは、圧力センサ５１Ｌ〜５４Ｌからの検出データ（圧力分布データ）をコントローラ８０へ無線信号で送信し、無線通信部７０Ｒは、圧力センサ５１Ｒ〜５４Ｒからの検出データ（圧力分布データ）をコントローラ８０へ無線信号で送信する。
【００４８】
コントローラ８０は、マイクロコンピュータ等を具備しており、圧力センサ５１Ｌ〜５４Ｌ，圧力センサ５１Ｒ〜５４Ｒから無線信号で送信された各検出データを受信する無線受信部８０１と、圧力センサ５１Ｌ〜５４Ｌ，圧力センサ５１Ｒ〜５４Ｒの各検出データに基づいて使用者の歩容を解析する歩容解析部８０２と、歩容解析部８０２の解析結果に基づいて使用者の歩容を改善するために振動子６１Ｌ〜６４Ｌ、振動子６１Ｒ〜６４Ｒを振動させる制御信号を生成する改善情報生成部８０３と、制御信号を無線通信部７０Ｌ，７０Ｒへ無線信号で送信する制御信号送信部８０４とで構成される。
【００４９】
振動子６１Ｌ〜６４Ｌ、振動子６１Ｒ〜６４Ｒは、無線通信部７０Ｌ，７０Ｒが受信した制御信号によって各々駆動され、使用者の足裏へ振動刺激を与える。
【００５０】
次に、本姿勢改善支援装置による、使用者の歩容の改善について説明する。
【００５１】
歩行中の使用者は、通常、かかと（圧力センサ５４Ｌ，５４Ｒ）→第５趾の付け根（圧力センサ５３Ｌ，５３Ｒ）→拇指球（圧力センサ５２Ｌ，５２Ｒ）→拇指（圧力センサ５１Ｌ，５１Ｒ）の順に接地する。そして、コントローラ８０の歩容解析部８０２は、圧力センサ５１Ｌ〜５４Ｌ，圧力センサ５１Ｒ〜５４Ｒの検出データの各波形から、足裏にかかる荷重中心を求め（使用者の足の長さから正規化される）、図７に示す左右の足裏の荷重中心の軌跡ＺＬ，ＺＲを導出する（なお、ＺＬ，ＺＲは歩行時の理想的な荷重中心の軌跡である）。そして改善情報生成部８０３は、図７に示すように、足裏をかかとからつま先方向に向かって、かかと領域Ｋ１，中間領域Ｋ２，中間領域Ｋ３，つま先領域Ｋ４に予め分割しており、かかとが接地してからつま先で蹴り出すまでの時間経過に伴って移動する足裏の荷重中心が存在している領域に応じて、いずれの振動子を駆動するかを決定し、当該決定内容に応じた制御信号を生成する。この生成された制御信号は、制御情報送信部８０４から送信される。
【００５２】
具体的には図８に示すように、足裏が接地していない遊脚時Ｋ０では、振動子６１，６２，６３を駆動し、足裏が接地してその荷重中心がかかと領域Ｋ１にある場合は、振動子６４を駆動する。次に、足裏の荷重中心が中間領域Ｋ２〜Ｋ３に移ると、振動子６４を駆動するとともに、理想的な荷重中心が足裏の外側にある場合は内側の振動子６２も同時に駆動し、理想的な荷重中心が足裏の内側にある場合は外側の振動子６３も同時に駆動する。次に、足裏の荷重中心がつま先領域Ｋ４に移ると、振動子６２，６３，６４を駆動する。その後、つま先を蹴り出した後に、上記遊脚時Ｋ０の動作に戻る。なお、振動子６１，６２，６３，６４は、左右の振動子６１Ｌ，６１Ｒ，６２Ｌ，６２Ｒ，６３Ｌ，６３Ｒ，６４Ｌ，６４Ｒを表す。
【００５３】
そして、振動子６１Ｌ〜６４Ｌ、振動子６１Ｒ〜６４Ｒは、無線通信部２０Ｌ，２０Ｒが受信した制御信号によって各々駆動され、使用者の足裏へ振動刺激を与える。そして、使用者は、振動刺激を与えられた足裏の部位では歩行動作による足裏への接地圧力を感じる感覚が鈍くなるため、振動刺激を与えられていない足裏の部位でバランスをとって接地圧力を感じようとして体重移動が生じる。これを利用して、歩容を改善する方向に体重移動が生じる振動刺激を足裏の接地させたい部分以外に与えることで、容易に歩容を改善させることができる。また、振動刺激に対する人間の反応は早いため、歩容の改善効果も高い。さらに接地圧力がかかっている足裏の部位は、振動子との接触圧が大きくなるため、振動刺激をより効果的に伝達することが可能となる。例えば、使用者は、かかとに振動刺激を与えられることで、かかとの接地圧を小さくして歩行するようになり、歩行時の姿勢が後ろに傾きすぎることを防止できるのである。
【００５４】
ここで、本実施形態では、振動刺激の振幅を５μｍ〜１０００μｍの範囲内に設定し、振動刺激の周波数を３０Ｈｚ〜４００Ｈｚの範囲内に設定しており、人間が皮膚（本実施形態では足裏）に与えられた振動刺激を感知しやすくなり、本実施形態の姿勢改善支援装置による姿勢改善効果も向上する。すなわち、使用者が感知し易い振幅、周波数の振動刺激を与えることで、歩容を容易に改善することができるのである。
【００５５】
さらに、人間が振動刺激に対して最も敏感な振幅および周波数の範囲は、振幅が最小振幅１００μｍ〜最大振幅１０００μｍの範囲内（１００μｍ以上、１０００μｍ以下）であり、周波数が最低周波数１００Ｈｚ〜最高周波数２８０Ｈｚの範囲内（１００Ｈｚ以上、２８０Ｈｚ以下）であることから、振動刺激の振幅および周波数の範囲を当該範囲内に設定することで、人間は足裏に与えられた振動刺激を最も感知しやすくなり、本実施形態の姿勢改善支援装置による姿勢改善効果も一層向上する。
【００５６】
また、振動刺激の振幅および周波数は、上記範囲内の一定値に予め設定しておく構成や、図示しない操作部によって上記範囲内で調整可能な構成のいずれでもよい。
【００５７】
また上記とは逆に、足裏の接地させたい部分に対して振動刺激を与えることで、歩容の改善を行う方法もある。
【００５８】
また、圧力検出部５０，振動部６０、無線通信部７０を設けたインナーソールＳ１を靴Ｓに装着する構成であり、複数の靴、複数の使用者に対して本装置を構成できるので、装置としての汎用性が高くなる。
【００５９】
なお、本実施形態における「歩行」とは、散歩やウォーキング等に加えて、ジョギングやランニング等の走行も含むものとする。
【００６０】
また本発明では、振動刺激の周波数を最低周波数３０Ｈｚ〜最高周波数４００Ｈｚの範囲内に設定し、振動刺激の振幅を最小振幅５μｍ〜最大振幅１０００μｍの範囲内に設定しているが、振動刺激の周波数を最低周波数１Ｈｚ〜最高周波数３０Ｈｚの範囲内に設定し、振動刺激の振幅を最小振幅１００μｍ〜最大振幅３ｍｍの範囲内に設定すれば、振動刺激の周波数が人間の可聴帯域外なので、使用者は、振動音を聞くことなく、足裏に与えられる振動刺激を感知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施形態１の姿勢改善支援装置のブロック構成を示す図である。
【図２】同上の外観構成を示す図である。
【図３】同上の振動子の駆動設定を示す図である。
【図４】実施形態２の姿勢改善支援装置の圧力検出部の構成を示す図である。
【図５】実施形態３の姿勢改善支援装置のブロック構成を示す図である。
【図６】同上の使用者への装着状態を示す図である。
【図７】同上の使用者の足裏を示す図である。
【図８】同上の振動子の駆動設定を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
Ａ 刺激出力器
１０Ｌ，１０Ｒ 圧力検出部
２０Ｌ，２０Ｒ 振動部
２１Ｌ〜２４Ｌ，２１Ｒ〜２４Ｒ 振動子
３０ 制御部
３１ 重心導出部
３２ 振動設定部
１００ プラスチック板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者の姿勢を改善する刺激出力器、および姿勢改善支援装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、使用者の腰部に加速度計を装着し、使用者の腰部における前後加速度、左右加速度、上下加速度を検出して、加速度計により検出された各加速度の時間変化に基づいて使用者の静止時、歩行時の姿勢を推定する姿勢解析装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−１２５３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の技術では、使用者の姿勢を解析して、解析内容を使用者へ提示することはできるが、姿勢を判断して、この判断結果に基づいて姿勢を改善させる構成はなく、使用者は自分で改善方法を考える必要があり、姿勢の改善が容易ではなかった。
【０００４】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、姿勢を容易に改善させることができる刺激出力器、および姿勢改善支援装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、使用者の姿勢が良くなる方向に変化する振動刺激を使用者に与える姿勢改善支援装置に用いられる刺激出力器であって、振幅が５μｍ以上、１０００μｍ以下、且つ周波数が３０Ｈｚ以上、４００Ｈｚ以下の振動刺激を使用者に与える刺激出力手段を備えることを特徴とする。
【０００６】
この発明によれば、振動刺激の振幅を５μｍ以上、１０００μｍ以下の範囲内に設定し、振動刺激の周波数を３０Ｈｚ以上、４００Ｈｚ以下の範囲内に設定することで、人間が皮膚に与えられた振動刺激を感知しやすくなり、姿勢改善支援装置による姿勢改善効果も向上する。すなわち、使用者が感知し易い振幅、周波数の振動刺激を与えることで、姿勢を容易に改善することができる。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１において、前記刺激出力手段は、振幅が１００μｍ以上、１０００μｍ以下、且つ周波数が１００Ｈｚ以上、２８０Ｈｚ以下の振動刺激を使用者に与えることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、人間が振動刺激に対して最も敏感な振幅および周波数の範囲は、振幅が１００μｍ以上、１０００μｍ以下の範囲内であり、周波数が１００Ｈｚ以上、２８０Ｈｚ以下の範囲内であることから、振動刺激の振幅および周波数の範囲を当該範囲内に設定することで、人間は与えられた振動刺激を最も感知しやすくなり、姿勢改善支援装置による姿勢改善効果も一層向上する。
【０００９】
請求項３の発明は、使用者の姿勢が良くなる方向に変化する振動刺激を使用者に与える刺激出力手段と、使用者の足裏の接地圧力を検出する圧力検出手段と、検出した接地圧力に基づいて使用者の重心位置を導出する重心導出手段と、刺激出力手段が出力する振動刺激の振幅を５μｍ以上、１０００μｍ以下の範囲から設定するともに、振動刺激の周波数を３０Ｈｚ以上、４００Ｈｚ以下の範囲から設定し、振動刺激の振幅と周波数との少なくともいずれか一方を、前記導出した重心位置と使用者の所定の姿勢に対応する重心位置との差に基づいて設定する振動設定手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、振動刺激の振幅を５μｍ以上、１０００μｍ以下の範囲内に設定し、振動刺激の周波数を３０Ｈｚ以上、４００Ｈｚ以下の範囲内に設定することで、人間が皮膚に与えられた振動刺激を感知しやすくなり、姿勢改善支援装置による姿勢改善効果も向上する。すなわち、使用者が感知し易い振幅、周波数の振動刺激を与えることで、姿勢を容易に改善することができる。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３において、前記振動設定手段は、前記刺激出力手段が出力する振動刺激の振幅を１００μｍ以上、１０００μｍ以下の範囲から設定するともに、振動刺激の周波数を１００Ｈｚ以上、２８０Ｈｚ以下の範囲から設定することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、人間が振動刺激に対して最も敏感な振幅および周波数の範囲は、振幅が１００μｍ以上、１０００μｍ以下の範囲内であり、周波数が１００Ｈｚ以上、２８０Ｈｚ以下の範囲内であることから、振動刺激の振幅および周波数の範囲を当該範囲内に設定することで、人間は与えられた振動刺激を最も感知しやすくなり、姿勢改善支援装置による姿勢改善効果も一層向上する。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項３または４において、前記刺激出力手段は、使用者の足裏に振動刺激を与えることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、振動刺激を与えられた足裏の部位では足裏への接地圧力を感じる感覚が鈍くなるため、振動刺激を与えられていない足裏の部位でバランスをとって接地圧力を感じようとして体重移動が生じる。これを利用して、使用者の足裏の重心位置（荷重中心点）と使用者の所定の姿勢に対応する重心位置（基準重心位置）との間を埋めるように振動刺激を与えることで、姿勢を容易に改善させることができる。また、振動刺激に対する人間の反応は早いため、姿勢の改善効果も高い。さらに接地圧力がかかっている足裏の部位は、刺激出力手段との接触圧が大きくなるため、振動刺激をより効果的に伝達することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明では、使用者が感知し易い振幅、周波数の振動刺激を与えるので、姿勢を容易に改善させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
（実施形態１）
本実施形態の姿勢改善支援装置は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、圧力検出部１０（左足側の圧力検出部１０Ｌ、右足側の圧力検出部１０Ｒ）と、振動部２０（左足側の振動部２０Ｌ、右足側の振動部２０Ｒ）と、制御部３０とをプラスチック板１００に設けて構成される。
【００１８】
プラスチック板１００は、左右方向が４００ｍｍ、前後方向が２５０ｍｍの略矩形に形成され、プラスチック板１００の上面側は、使用者が両足を載せる載置面であり、振動部２０Ｌが使用者の左足裏に対向して埋め込み配設され、振動部２０Ｒが使用者の右足裏に対向して埋め込み配設されている。
【００１９】
振動部２０Ｌは、４つの振動子２１Ｌ〜２４Ｌで構成され、振動部２０Ｒは、４つの振動子２１Ｒ〜２４Ｒで構成されており、図２（ａ）に示すように、振動子２１Ｌ，２１Ｒは、使用者の足裏の拇指に対向して配置され、振動子２２Ｌ，２２Ｒは、使用者の足裏の拇指球に対向して配置され、振動子２３Ｌ，２３Ｒは、使用者の足裏の第５趾（小指）の付け根に対向して配置され、振動子２４Ｌ，２４Ｒは、使用者の足裏のかかと中央に対向して配置され、各振動子は図示しないモータ、振動板を備えて、電池または商用電源を駆動電源として、拇指、拇指球、第５趾の付け根、かかとを個別に振動させる。なお、振動子２１Ｌ〜２４Ｌ、振動子２１Ｒ〜２４Ｒは、後方から前方に向かってθ＝８０度の角度で外側に開いた両足裏に沿って配置されている。
【００２０】
さらに、プラスチック板１００の下面には圧力検出部１０Ｌ，１０Ｒが貼り付けられており、圧力センサがマトリクス状に配置されている。この圧力検出部１０Ｌ，１０Ｒは、圧電式、または圧力による抵抗変化を利用する方式であり、プラスチック板１００に両足を載せて立った使用者の接地圧力の分布を検出する。すなわち、圧力検出部１０Ｌ，１０Ｒは立位姿勢の使用者の左右の足毎に足裏の接地圧力の分布を検出するのである。
【００２１】
そして、上述の圧力検出部１０、振動部２０は、ＣＰＵ等で構成された制御部３０に接続している。
【００２２】
制御部３０は、重心導出部３１と、振動設定部３２とを備えており、重心導出部３１は、圧力検出部１０の検出データに基づいて使用者の重心位置を導出する。振動設定部３２は、この導出された重心位置に基づいて使用者の立位姿勢が改善される方向に変化するように、振動部２０Ｌ、振動部２０Ｒを制御して、使用者の足裏に振動刺激を与える。なお、振動部２０Ｌ，２０Ｒが刺激出力手段を構成し、振動部２０Ｌ，２０Ｒと振動設定部３２とで刺激出力器Ａを構成している。
【００２３】
以下、重心導出部３１、振動設定部３２の動作について詳述する。
【００２４】
まず、重心導出部３１は、使用者の立位姿勢がよい場合の重心位置Ｇ０（ｘ０，ｙ０）（以降、基準重心位置Ｇ０（ｘ０，ｙ０）と称す）を予め記憶しておく。この基準重心位置Ｇ０は、振動子２１Ｌ，２３Ｌ，２４Ｌ、振動子２１Ｒ，２３Ｒ，２４Ｒの各位置から算出されるもので、図２（ａ）のように両足の略中心を原点Ｏとして、左右方向をＸ軸、前後方向をＹ軸とした場合に、振動子２１Ｌ，２３Ｌ，２４Ｌ、振動子２１Ｒ，２３Ｒ，２４Ｒを頂点とする多角形Ｃ（図２（ａ）中の破線部）の重心位置を基準重心位置Ｇ０に設定する。
【００２５】
そして、使用者がプラスチック板１００の載置面に両足を載せて立った状態で、図示しないスイッチを操作することで（リモコンを用いた無線通信による操作、または有線通信による操作）、制御部３０が姿勢改善支援処理を開始すると、重心導出部３１は、圧力検出部１０が検出した使用者の接地圧力分布を取得し、取得した接地圧力分布に基づいて立位姿勢の使用者の現在の重心位置Ｇ１（ｘ１，ｙ１）（以降、荷重中心点Ｇ１（ｘ１，ｙ１）と称す）を導出する。なお、圧力検出部１０Ｌ、圧力検出部１０Ｒを用いて接地圧力分布を検出する代わりに、重心動揺を計測可能な装置の上にプラスチック板１００を載せて、接地圧力分布を検出してもよい。
【００２６】
次に振動設定部３２は、重心導出部３１が導出した荷重中心点Ｇ１（ｘ１，ｙ１）と、予め記憶している基準重心位置Ｇ０（ｘ０，ｙ０）との差（重心差）である
ΔＧ（Δｘ，Δｙ）＝（ｘ１−ｘ０，ｙ１−ｙ０）………式（１）
を導出する。そして、駆動する振動子や、使用者の足裏に与える振動刺激のパラメータ［振幅、周波数］を重心差ΔＧに基づいて設定することによって、使用者へ姿勢改善に対する意識を効果的に喚起させる。
【００２７】
まず、振動刺激のパラメータとして振幅を用いる場合、振動設定部３２は、振動刺激の振幅を最小振幅５μｍ〜最大振幅１０００μｍの範囲内（５μｍ以上、１０００μｍ以下）で調整可能に設定しており、最小振幅５μｍ〜最大振幅１０００μｍの変動幅を、正規化して「１」であると仮定しておく。なお、このときの振動刺激の周波数は、最低周波数３０Ｈｚ〜最高周波数４００Ｈｚの範囲内の一定周波数に予め設定されている。
【００２８】
次に、振動設定部３２は、振動子２２Ｌと２４Ｌとの各Ｘ座標（または振動子２２Ｒと２４Ｒとの各Ｘ座標）の差の絶対値に１／２を掛けた値をＭＸ，振動子２１Ｌと２４Ｌとの各Ｙ座標（または振動子２１Ｒと２４Ｒとの各Ｙ座標）の差の絶対値に１／２を掛けた値をＭＹとして、係数ＰＸ，ＰＹを、
ＰＸ＝（（ｘ１−ｘ０）／ＭＸ）………式（２）
ＰＹ＝（（ｙ１−ｙ０）／ＭＹ）………式（３）
で求める。この係数ＰＸ，ＰＹの各絶対値が、ΔＧ（Δｘ，Δｙ）によって正規化された振動刺激の振幅目標値となる。
【００２９】
さらに図３に示すように、係数ＰＸ，ＰＹの正負によって、駆動する振動子が決まる。係数Ｐｘ，Ｐｙともに正の場合は、振動子２３Ｒを係数ＰＸに応じた振幅で駆動し、振動子［２１Ｌ，２２Ｌ］，［２１Ｒ，２２Ｒ］を係数ＰＹに応じた振幅で駆動する。係数Ｐｘが負，Ｐｙが正の場合は、振動子２３Ｌを係数ＰＸに応じた振幅で駆動し、振動子［２１Ｌ，２２Ｌ］，［２１Ｒ，２２Ｒ］を係数ＰＹに応じた振幅で駆動する。係数Ｐｘが正，Ｐｙが負の場合は、振動子２３Ｒを係数ＰＸに応じた振幅で駆動し、振動子２４Ｌ，２４Ｒを係数ＰＹに応じた振幅で駆動する。係数Ｐｘ，Ｐｙともに負の場合は、振動子２３Ｌを係数ＰＸに応じた振幅で駆動し、振動子２４Ｌ，２４Ｒを係数ＰＹに応じた振幅で駆動する。なお、［２１Ｌ，２２Ｌ］は、振動子２１Ｌ，２２Ｌのいずれか一方または両方を駆動すればよく、［２１Ｒ，２２Ｒ］は、振動子２１Ｒ，２２Ｒのいずれか一方または両方を駆動すればよい。
【００３０】
例えば、ＰＸ＝０．５、ＰＹ＝−０．３の場合、振動子２３Ｒを［１００＋９９５×０．５］μｍの振幅で駆動するとともに、振動子２４Ｌ，２４Ｒを［１００＋９９５×０．３］μｍの振幅で駆動する。
【００３１】
また、振動刺激のパラメータとして周波数を用いる場合、振動設定部３２は、振動刺激の周波数を最低周波数３０Ｈｚ〜最高周波数４００Ｈｚの範囲内（３０Ｈｚ以上、４００Ｈｚ以下）で調整可能に設定しており、最低周波数３０Ｈｚ〜最高周波数４００Ｈｚの変動幅を、正規化して「１」であると仮定しておく。なお、このときの振動刺激の振幅は、最小振幅５μｍ〜最大振幅１０００μｍの範囲内の一定振幅に予め設定されている。
【００３２】
そして、上記振動刺激のパラメータとして振幅を用いる場合と同様に、重心差ΔＧ（Δｘ，Δｙ）から係数ＰＸ，ＰＹを求め、この係数ＰＸ，ＰＹの各絶対値に基づいて振動刺激の周波数目標値を算出し、係数ＰＸ，ＰＹの正負に基づいて駆動する振動子を決定する。
【００３３】
そして、使用者は、振動刺激を与えられた足裏の部位では足裏への接地圧力を感じる感覚が鈍くなるため、振動刺激を与えられていない足裏の部位でバランスをとって接地圧力を感じようとして体重移動が生じる。これを利用して、足裏の荷重中心点Ｇ１（ｘ１，ｙ１）と基準重心位置Ｇ０（ｘ０，ｙ０）との間を埋めるように振動刺激を与えることで、姿勢を改善させることができる。また、振動刺激に対する人間の反応は早いため、姿勢の改善効果も高い。さらに接地圧力がかかっている足裏の部位は、振動子との接触圧が大きくなるため、振動刺激をより効果的に伝達することが可能となる。
【００３４】
ここで、人間の皮下には、主に４つの機械受容器（マイスナー小体、メルケル盤、パチニ小体、ルフィニ終末）があり、これらの機械受容器が触覚における触感等のセンシング機能を有している。そして、機械受容器毎に感度のよい解像度および周波数領域があり、振動刺激の振幅および周波数を、機械受容器の解像度および周波数領域に合致させれば、触覚の感度が高くなる。
【００３５】
人間が皮膚に振動を与えられた場合に感知可能な振動の振幅および周波数の閾値については、例えばGescheiderらの文献（G.A.Gescheider etal. The frequency selectivity ifinformation-processing channels in the tactile sensor system, Somatosensory& Motor Research,18,p191(2001)）に記載されており、本実施形態では、振動刺激の振幅を最小振幅５μｍ〜最大振幅１０００μｍの範囲内に設定し、振動刺激の周波数を最低周波数３０Ｈｚ〜最高周波数４００Ｈｚの範囲内に設定することで、人間が皮膚（本実施形態では足裏）に与えられた振動刺激を感知しやすくなり、本実施形態の姿勢改善支援装置による姿勢改善効果も向上する。すなわち、使用者が感知し易い振幅、周波数の振動刺激を与えることで、立位姿勢を容易に改善することができるのである。なお、振動刺激の最小振幅および最大振幅は、５μｍ〜１０００μｍの範囲内で適宜設定すればよく、振動刺激の最低周波数および最高周波数は、３０Ｈｚ〜４００Ｈｚの範囲内で適宜設定すればよい。
【００３６】
さらに、人間が振動刺激に対して最も敏感な振幅および周波数の範囲は、振幅が最小振幅１００μｍ〜最大振幅１０００μｍの範囲内（１００μｍ以上、１０００μｍ以下）であり、周波数が最低周波数１００Ｈｚ〜最高周波数２８０Ｈｚの範囲内（１００Ｈｚ以上、２８０Ｈｚ以下）であることから、振動刺激の振幅および周波数の範囲を当該範囲内に設定することで、人間は足裏に与えられた振動刺激を最も感知しやすくなり、本実施形態の姿勢改善支援装置による姿勢改善効果も一層向上する。
【００３７】
また、振動刺激のパラメータとして振幅と周波数の両方を用いる場合は、係数ＰＸ，ＰＹの各絶対値に基づいて振動刺激の振幅目標値および周波数目標値を算出すればよい。
【００３８】
（実施形態２）
本実施形態の姿勢改善支援装置は、図４に示すように、左足側の圧力検出部１０Ｌが、４つの圧力センサ１１Ｌ〜１４Ｌで構成され、右足側の圧力検出部１０Ｒが、４つの圧力センサ１１Ｒ〜１４Ｒで構成されており、圧力センサ１１Ｌ，１１Ｒは、使用者の足裏の拇指に対向して配置され、圧力センサ１２Ｌ，１２Ｒは、使用者の足裏の拇指球に対向して配置され、圧力センサ１３Ｌ，１３Ｒは、使用者の足裏の第５趾（小指）の付け根に対向して配置され、圧力センサ１４Ｌ，１４Ｒは、使用者の足裏のかかと中央に対向して配置され、拇指、拇指球、第５趾の付け根、かかとの各接地圧力を測定しており、左右の足毎に足裏の圧力分布を測定している。これらの圧力センサ１１Ｌ〜１４Ｌ，圧力センサ１１Ｒ〜１４Ｒは、圧電式、または圧力による抵抗変化を利用する方式のものである。
【００３９】
そして、圧力センサ１１Ｌ〜１４Ｌが検出した接地圧力に基づく各荷重をＭＬ１〜ＭＬ４、圧力センサ１１Ｒ〜１４Ｒが検出した接地圧力に基づく各荷重をＭＲ１〜ＭＲ４、圧力センサ１１Ｌ〜１４Ｌの各座標を（ｘＬ１，ｙＬ１）〜（ｘＬ４，ｙＬ４）、圧力センサ１１Ｒ〜１４Ｒの各座標を（ｘＲ１，ｙＲ１）〜（ｘＲ４，ｙＲ４）、使用者の体重をＭ、使用者の現在の荷重中心点Ｇ１（ｘ１，ｙ１）とすると、
ＭＬ１・（ｘＬ１，ｙＬ１）＋ＭＬ２・（ｘＬ２，ｙＬ２）＋ＭＬ３・（ｘＬ３，ｙＬ３）＋ＭＬ４・（ｘＬ４，ｙＬ４）＋ＭＲ１・（ｘＲ１，ｙＲ１）＋ＭＲ２・（ｘＲ２，ｙＲ２）＋ＭＲ３・（ｘＲ３，ｙＲ３）＋ＭＲ４・（ｘＲ４，ｙＲ４） ＝ Ｍ・Ｇ１（ｘ１，ｙ１）………式（４）
が成立するので、重心導出部３１は、当該式（４）より、立位姿勢の使用者の荷重中心点Ｇ１（ｘ１，ｙ１）を導出する。なお、圧力センサ１１Ｌ〜１４Ｌの各座標（ｘＬ１，ｙＬ１）〜（ｘＬ４，ｙＬ４）、圧力センサ１１Ｒ〜１４Ｒの各座標（ｘＲ１，ｙＲ１）〜（ｘＲ４，ｙＲ４）、使用者の体重Ｍは、重心導出部３１に予め記憶させておく。
【００４０】
次に振動設定部３２は、重心導出部３１が導出した荷重中心点Ｇ１（ｘ１，ｙ１）と、予め記憶している基準重心位置Ｇ０（ｘ０，ｙ０）との差（重心差）である
ΔＧ（Δｘ，Δｙ）＝Ｍ・Ｇ０（ｘ０，ｙ０）−Ｍ・Ｇ１（ｘ１，ｙ１）………式（５）
を導出する。そして、駆動する振動子や、使用者の足裏に与える振動刺激のパラメータ［振幅、周波数］を重心差ΔＧに基づいて、実施形態１と同様に設定することによって、使用者へ姿勢改善に対する意識を効果的に喚起させる。
【００４１】
なお、他の構成は実施形態１と同様であり、説明は省略する。
【００４２】
（実施形態３）
本実施形態の姿勢改善支援装置は、図５，図６に示すように、使用者が履いている左靴ＳＬのインナーソールＳ１Ｌに設けた圧力検出部５０Ｌ，振動部６０Ｌおよび無線通信部７０Ｌと、使用者が履いている右靴ＳＲのインナーソールＳ１Ｒに設けた圧力検出部５０Ｒ，振動部６０Ｒおよび無線通信部７０Ｒと、使用者の腰に装着されたコントローラ８０とで構成され、使用者の歩容を解析して改善するものである。
【００４３】
圧力検出部５０Ｌは、４つの圧力センサ５１Ｌ〜５４Ｌで構成され、圧力検出部５０Ｒは、４つの圧力センサ５１Ｒ〜５４Ｒで構成されており、図７に示すように、圧力センサ５１Ｌ，５１Ｒは、使用者の足裏の拇指に対向して配置され、圧力センサ５２Ｌ，５２Ｒは、使用者の足裏の拇指球に対向して配置され、圧力センサ５３Ｌ，５３Ｒは、使用者の足裏の第５趾（小指）の付け根に対向して配置され、圧力センサ５４Ｌ，５４Ｒは、使用者の足裏のかかと中央に対向して配置され、拇指、拇指球、第５趾の付け根、かかとの各接地圧力を測定しており、左右の足毎に足裏の圧力分布を検出している。これらの圧力センサ５１Ｌ〜５４Ｌ，圧力センサ５１Ｒ〜５４Ｒは、圧電式、または圧力による抵抗変化を利用する方式のものである。
【００４４】
振動部６０Ｌは、４つの振動子６１Ｌ〜６４Ｌで構成され、振動部６０Ｒは、４つの振動子６１Ｒ〜６４Ｒで構成されており、図７に示すように、振動子６１Ｌ，６１Ｒは、使用者の足裏の拇指に対向して配置され、振動子６２Ｌ，６２Ｒは、使用者の足裏の拇指球に対向して配置され、振動子６３Ｌ，６３Ｒは、使用者の足裏の第５趾（小指）の付け根に対向して配置され、振動子６４Ｌ，６４Ｒは、使用者の足裏のかかとに対向して配置され、各振動子は図示しないモータ、振動板を備えて、電池または商用電源を駆動電源として、拇指、拇指球、第５趾の付け根、かかとを個別に振動させる。
【００４５】
また、圧力センサ５１Ｌ〜５４Ｌと振動子６１Ｌ〜６４Ｌとの各間には緩衝材９１Ｌ〜９４Ｌが配置され、圧力センサ５１Ｒ〜５４Ｒと振動子６１Ｒ〜６４Ｒとの各間には緩衝材９１Ｒ〜９４Ｒが配置されている。緩衝材９１Ｌ〜９４Ｌ、緩衝材９１Ｒ〜９４Ｒは、例えばポリウレタンフォームのような振動を伝え難い材質で形成されており、圧力センサと振動子との間に緩衝材を設けることによって、振動子の振動が圧力センサの測定データに及ぼす影響を低減している。
【００４６】
さらには、左靴ＳＬのインナーソールＳ１Ｌ内で振動部６０Ｌを上部に配置し、圧力検出部５０Ｌを下部に配置して、圧力検出部５０Ｌと振動部６０Ｌとの間に緩衝材を設け、左靴ＳＲのインナーソールＳ１Ｒ内で振動部６０Ｒを上部に配置し、圧力検出部５０Ｒを下部に配置して、圧力検出部５０Ｒと振動部６０Ｒとの間に緩衝材を設ける構成が好ましい。
【００４７】
無線通信部７０Ｌは、圧力センサ５１Ｌ〜５４Ｌからの検出データ（圧力分布データ）をコントローラ８０へ無線信号で送信し、無線通信部７０Ｒは、圧力センサ５１Ｒ〜５４Ｒからの検出データ（圧力分布データ）をコントローラ８０へ無線信号で送信する。
【００４８】
コントローラ８０は、マイクロコンピュータ等を具備しており、圧力センサ５１Ｌ〜５４Ｌ，圧力センサ５１Ｒ〜５４Ｒから無線信号で送信された各検出データを受信する無線受信部８０１と、圧力センサ５１Ｌ〜５４Ｌ，圧力センサ５１Ｒ〜５４Ｒの各検出データに基づいて使用者の歩容を解析する歩容解析部８０２と、歩容解析部８０２の解析結果に基づいて使用者の歩容を改善するために振動子６１Ｌ〜６４Ｌ、振動子６１Ｒ〜６４Ｒを振動させる制御信号を生成する改善情報生成部８０３と、制御信号を無線通信部７０Ｌ，７０Ｒへ無線信号で送信する制御信号送信部８０４とで構成される。
【００４９】
振動子６１Ｌ〜６４Ｌ、振動子６１Ｒ〜６４Ｒは、無線通信部７０Ｌ，７０Ｒが受信した制御信号によって各々駆動され、使用者の足裏へ振動刺激を与える。
【００５０】
次に、本姿勢改善支援装置による、使用者の歩容の改善について説明する。
【００５１】
歩行中の使用者は、通常、かかと（圧力センサ５４Ｌ，５４Ｒ）→第５趾の付け根（圧力センサ５３Ｌ，５３Ｒ）→拇指球（圧力センサ５２Ｌ，５２Ｒ）→拇指（圧力センサ５１Ｌ，５１Ｒ）の順に接地する。そして、コントローラ８０の歩容解析部８０２は、圧力センサ５１Ｌ〜５４Ｌ，圧力センサ５１Ｒ〜５４Ｒの検出データの各波形から、足裏にかかる荷重中心を求め（使用者の足の長さから正規化される）、図７に示す左右の足裏の荷重中心の軌跡ＺＬ，ＺＲを導出する（なお、ＺＬ，ＺＲは歩行時の理想的な荷重中心の軌跡である）。そして改善情報生成部８０３は、図７に示すように、足裏をかかとからつま先方向に向かって、かかと領域Ｋ１，中間領域Ｋ２，中間領域Ｋ３，つま先領域Ｋ４に予め分割しており、かかとが接地してからつま先で蹴り出すまでの時間経過に伴って移動する足裏の荷重中心が存在している領域に応じて、いずれの振動子を駆動するかを決定し、当該決定内容に応じた制御信号を生成する。この生成された制御信号は、制御情報送信部８０４から送信される。
【００５２】
具体的には図８に示すように、足裏が接地していない遊脚時Ｋ０では、振動子６１，６２，６３を駆動し、足裏が接地してその荷重中心がかかと領域Ｋ１にある場合は、振動子６４を駆動する。次に、足裏の荷重中心が中間領域Ｋ２〜Ｋ３に移ると、振動子６４を駆動するとともに、理想的な荷重中心が足裏の外側にある場合は内側の振動子６２も同時に駆動し、理想的な荷重中心が足裏の内側にある場合は外側の振動子６３も同時に駆動する。次に、足裏の荷重中心がつま先領域Ｋ４に移ると、振動子６２，６３，６４を駆動する。その後、つま先を蹴り出した後に、上記遊脚時Ｋ０の動作に戻る。なお、振動子６１，６２，６３，６４は、左右の振動子６１Ｌ，６１Ｒ，６２Ｌ，６２Ｒ，６３Ｌ，６３Ｒ，６４Ｌ，６４Ｒを表す。
【００５３】
そして、振動子６１Ｌ〜６４Ｌ、振動子６１Ｒ〜６４Ｒは、無線通信部２０Ｌ，２０Ｒが受信した制御信号によって各々駆動され、使用者の足裏へ振動刺激を与える。そして、使用者は、振動刺激を与えられた足裏の部位では歩行動作による足裏への接地圧力を感じる感覚が鈍くなるため、振動刺激を与えられていない足裏の部位でバランスをとって接地圧力を感じようとして体重移動が生じる。これを利用して、歩容を改善する方向に体重移動が生じる振動刺激を足裏の接地させたい部分以外に与えることで、容易に歩容を改善させることができる。また、振動刺激に対する人間の反応は早いため、歩容の改善効果も高い。さらに接地圧力がかかっている足裏の部位は、振動子との接触圧が大きくなるため、振動刺激をより効果的に伝達することが可能となる。例えば、使用者は、かかとに振動刺激を与えられることで、かかとの接地圧を小さくして歩行するようになり、歩行時の姿勢が後ろに傾きすぎることを防止できるのである。
【００５４】
ここで、本実施形態では、振動刺激の振幅を５μｍ〜１０００μｍの範囲内に設定し、振動刺激の周波数を３０Ｈｚ〜４００Ｈｚの範囲内に設定しており、人間が皮膚（本実施形態では足裏）に与えられた振動刺激を感知しやすくなり、本実施形態の姿勢改善支援装置による姿勢改善効果も向上する。すなわち、使用者が感知し易い振幅、周波数の振動刺激を与えることで、歩容を容易に改善することができるのである。
【００５５】
さらに、人間が振動刺激に対して最も敏感な振幅および周波数の範囲は、振幅が最小振幅１００μｍ〜最大振幅１０００μｍの範囲内（１００μｍ以上、１０００μｍ以下）であり、周波数が最低周波数１００Ｈｚ〜最高周波数２８０Ｈｚの範囲内（１００Ｈｚ以上、２８０Ｈｚ以下）であることから、振動刺激の振幅および周波数の範囲を当該範囲内に設定することで、人間は足裏に与えられた振動刺激を最も感知しやすくなり、本実施形態の姿勢改善支援装置による姿勢改善効果も一層向上する。
【００５６】
また、振動刺激の振幅および周波数は、上記範囲内の一定値に予め設定しておく構成や、図示しない操作部によって上記範囲内で調整可能な構成のいずれでもよい。
【００５７】
また上記とは逆に、足裏の接地させたい部分に対して振動刺激を与えることで、歩容の改善を行う方法もある。
【００５８】
また、圧力検出部５０，振動部６０、無線通信部７０を設けたインナーソールＳ１を靴Ｓに装着する構成であり、複数の靴、複数の使用者に対して本装置を構成できるので、装置としての汎用性が高くなる。
【００５９】
なお、本実施形態における「歩行」とは、散歩やウォーキング等に加えて、ジョギングやランニング等の走行も含むものとする。
【００６０】
また本発明では、振動刺激の周波数を最低周波数３０Ｈｚ〜最高周波数４００Ｈｚの範囲内に設定し、振動刺激の振幅を最小振幅５μｍ〜最大振幅１０００μｍの範囲内に設定しているが、振動刺激の周波数を最低周波数１Ｈｚ〜最高周波数３０Ｈｚの範囲内に設定し、振動刺激の振幅を最小振幅１００μｍ〜最大振幅３ｍｍの範囲内に設定すれば、振動刺激の周波数が人間の可聴帯域外なので、使用者は、振動音を聞くことなく、足裏に与えられる振動刺激を感知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施形態１の姿勢改善支援装置のブロック構成を示す図である。
【図２】同上の外観構成を示す図である。
【図３】同上の振動子の駆動設定を示す図である。
【図４】実施形態２の姿勢改善支援装置の圧力検出部の構成を示す図である。
【図５】実施形態３の姿勢改善支援装置のブロック構成を示す図である。
【図６】同上の使用者への装着状態を示す図である。
【図７】同上の使用者の足裏を示す図である。
【図８】同上の振動子の駆動設定を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
Ａ 刺激出力器
１０Ｌ，１０Ｒ 圧力検出部
２０Ｌ，２０Ｒ 振動部
２１Ｌ〜２４Ｌ，２１Ｒ〜２４Ｒ 振動子
３０ 制御部
３１ 重心導出部
３２ 振動設定部
１００ プラスチック板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者の姿勢が良くなる方向に変化する振動刺激を使用者に与える姿勢改善支援装置に用いられる刺激出力器であって、
振幅が５μｍ以上、１０００μｍ以下、且つ周波数が３０Ｈｚ以上、４００Ｈｚ以下の振動刺激を使用者に与える刺激出力手段を備えることを特徴とする刺激出力器。
【請求項２】
前記刺激出力手段は、振幅が１００μｍ以上、１０００μｍ以下、且つ周波数が１００Ｈｚ以上、２８０Ｈｚ以下の振動刺激を使用者に与えることを特徴とする請求項１記載の刺激出力器。
【請求項３】
使用者の姿勢が良くなる方向に変化する振動刺激を使用者に与える刺激出力手段と、
使用者の足裏の接地圧力を検出する圧力検出手段と、
検出した接地圧力に基づいて使用者の重心位置を導出する重心導出手段と、
刺激出力手段が出力する振動刺激の振幅を５μｍ以上、１０００μｍ以下の範囲から設定するともに、振動刺激の周波数を３０Ｈｚ以上、４００Ｈｚ以下の範囲から設定し、振動刺激の振幅と周波数との少なくともいずれか一方を、前記導出した重心位置と使用者の所定の姿勢に対応する重心位置との差に基づいて設定する振動設定手段と
を備えることを特徴とする姿勢改善支援装置。
【請求項４】
前記振動設定手段は、前記刺激出力手段が出力する振動刺激の振幅を１００μｍ以上、１０００μｍ以下の範囲から設定するともに、振動刺激の周波数を１００Ｈｚ以上、２８０Ｈｚ以下の範囲から設定することを特徴とする請求項３記載の姿勢改善支援装置。
【請求項５】
前記刺激出力手段は、使用者の足裏に振動刺激を与えることを特徴とする請求項３または４記載の姿勢改善支援装置。
【請求項１】
使用者の姿勢が良くなる方向に変化する振動刺激を使用者に与える姿勢改善支援装置に用いられる刺激出力器であって、
振幅が５μｍ以上、１０００μｍ以下、且つ周波数が３０Ｈｚ以上、４００Ｈｚ以下の振動刺激を使用者に与える刺激出力手段を備えることを特徴とする刺激出力器。
【請求項２】
前記刺激出力手段は、振幅が１００μｍ以上、１０００μｍ以下、且つ周波数が１００Ｈｚ以上、２８０Ｈｚ以下の振動刺激を使用者に与えることを特徴とする請求項１記載の刺激出力器。
【請求項３】
使用者の姿勢が良くなる方向に変化する振動刺激を使用者に与える刺激出力手段と、
使用者の足裏の接地圧力を検出する圧力検出手段と、
検出した接地圧力に基づいて使用者の重心位置を導出する重心導出手段と、
刺激出力手段が出力する振動刺激の振幅を５μｍ以上、１０００μｍ以下の範囲から設定するともに、振動刺激の周波数を３０Ｈｚ以上、４００Ｈｚ以下の範囲から設定し、振動刺激の振幅と周波数との少なくともいずれか一方を、前記導出した重心位置と使用者の所定の姿勢に対応する重心位置との差に基づいて設定する振動設定手段と
を備えることを特徴とする姿勢改善支援装置。
【請求項４】
前記振動設定手段は、前記刺激出力手段が出力する振動刺激の振幅を１００μｍ以上、１０００μｍ以下の範囲から設定するともに、振動刺激の周波数を１００Ｈｚ以上、２８０Ｈｚ以下の範囲から設定することを特徴とする請求項３記載の姿勢改善支援装置。
【請求項５】
前記刺激出力手段は、使用者の足裏に振動刺激を与えることを特徴とする請求項３または４記載の姿勢改善支援装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−８８８１０（Ｐ２０１０−８８８１０Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６４３９９（Ｐ２００８−２６４３９９）
【出願日】平成２０年１０月１０日（２００８．１０．１０）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１０日（２００８．１０．１０）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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