特許 6844780 せん断力検知部材、解析装置及びせん断力を求める方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6844780

(24)【登録日】2021年3月1日

(45)【発行日】2021年3月17日

(54)【発明の名称】せん断力検知部材、解析装置及びせん断力を求める方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/166 20200101AFI20210308BHJP

   G01L 1/24 20060101ALI20210308BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20210308BHJP

   G01L 1/00 20060101ALI20210308BHJP

【ＦＩ】

   G01L5/166

   G01L1/24 Z

   G01L5/00 101A

   G01L1/00 E

   G01L1/00 B

【請求項の数】9

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-170275(P2017-170275)

(22)【出願日】2017年9月5日

(65)【公開番号】特開2019-45376(P2019-45376A)

(43)【公開日】2019年3月22日

【審査請求日】2020年5月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】304028726

【氏名又は名称】国立大学法人 大分大学

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100180806

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100135976

【弁理士】

【氏名又は名称】宮本 哲夫

(72)【発明者】

【氏名】菊池 武士

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特許第３３７２３９２（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの突起部を含む突起面を有する押圧シートと、
第１面及び第２面を有し、前記第２面を前記突起面と対向させて前記押圧シート上に積層される感圧シートと、
前記第１面と対向し、且つ前記第１面に対して面方向に相対的に運動可能に前記感圧シート上に積層される記録シートと、
を備え、
前記感圧シートは、前記第２面側から前記第１面が押圧されることにより、前記第１面の押圧された位置と対向する前記記録シートの部分を着色可能であるせん断力検知部材。

【請求項2】

前記記録シート上には、せん断力の検知領域を示す３つのマーカが配置されており、
前記感圧シートは、前記検知領域と対向するように配置される請求項１に記載のせん断力検知部材。

【請求項3】

前記押圧シートにおける前記突起面とは反対側の面上には第１接着層が配置され、
前記記録シートにおける前記感圧シートと対向している面とは反対側の面上には第２接着層が配置され、
前記押圧シート及び前記感圧シートは、前記第１接着層が剥離可能に接着される外部の第１接着面の形状に対応して変形可能であり、
前記記録シートは、前記第２接着層が剥離可能に接着される外部の第２接着面の形状に対応して変形可能である請求項１又は２に記載のせん断力検知部材。

【請求項4】

少なくとも１つの凸部を含む第１面と、第２面とを有する感圧シートと、
前記第１面と対向し、且つ前記第１面に対して面方向に相対的に運動可能に前記感圧シート上に積層される記録シートと、
を備え、
前記感圧シートは、前記第２面側から前記第１面が押圧されることにより、前記凸部と対向する前記記録シートの部分を着色可能であるせん断力検知部材。

【請求項5】

前記感圧シートは、
少なくとも１つの突起部を含む突起面と、前記第２面を有する基材シートを有し、
前記凸部は、前記突起部上に着色層が配置されて形成されており、前記第２面側から前記突起部が押圧されることにより、前記着色層と対向する前記記録シートの部分を着色可能である請求項４に記載のせん断力検知部材。

【請求項6】

請求項１に記載のせん断力検知部材の前記押圧シートが外部から押圧されると共に、前記記録シートが、前記感圧シートの前記第１面に対して面方向に相対的に運動することにより、前記記録シートに形成された着色跡の画像を生成する画像化部と、
前記画像に含まれる所定の寸法以上の長さを有する着色跡に基づいて、せん断力を求める処理部と、
を備える解析装置。

【請求項7】

請求項４に記載のせん断力検知部材の前記感圧シートが外部から押圧されると共に、前記記録シートが、前記感圧シートの前記第１面に対して面方向に相対的に運動することにより、前記記録シートに形成された着色跡の画像を生成する画像化部と、
前記画像に含まれる所定の寸法以上の長さを有する着色跡に基づいて、せん断力を求める処理部と、
を備える解析装置。

【請求項8】

請求項１に記載のせん断力検知部材の前記押圧シートが外部から押圧されると共に、前記記録シートが、前記感圧シートの前記第１面に対して面方向に相対的に運動することにより、前記記録シートに形成された着色跡であって、所定の寸法以上の長さを有する着色跡に基づいて、せん断力を求めること、
を含むせん断力を求める方法。

【請求項9】

請求項４に記載のせん断力検知部材の前記感圧シートが外部から押圧されると共に、前記記録シートが、前記感圧シートの前記第１面に対して面方向に相対的に運動することにより、前記記録シートに形成された着色跡であって、所定の寸法以上の長さを有する着色跡に基づいて、せん断力を求めること、
を含むせん断力を求める方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、せん断力検知部材、解析装置及びせん断力を求める方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、パワーアシストスーツ等の人間の動作を補助する補助装置が開発されている。補助装置は、例えば、装着者の歩行、荷物の持ち運び等の動作を補助するために使用される。

【0003】

パワーアシストスーツ等の補助装置は、装着者の装着部位と装置との接触面を介して、装着者の動作を補助する力を提供する。

【0004】

補助装置は、装着者の動作を補助する力を、装着者の動作方向と一致するように提供することが好ましい。通常、補助装置は、補助する力を、装着者に対して、装置との接触面に対してほぼ垂直な向きに提供する。

【0005】

そして、装着者が受ける負担を定量化するために、接触面を介して装着者が受ける圧力を測定することが提案されている（例えば、特許文献１等）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平８−３１３２３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、装着者の動作の自由度と、補助装置の運動の自由度との間には差があるので、装着者と装置との接触面には、面方向のせん断力が生じる場合がある。

【0008】

接触面にずれを生じさせるせん断力は、装着者の動作を妨げるおそれがあるので、接触面に生じるせん断力は小さいことが好ましい。

【0009】

上述したように、接触面を介して装着者が受ける圧力を測定することは提案されているが、接触面に生じるせん断力を簡易に測定することは提案されていない。

【0010】

そこで、補助装置を装着する装着者と装置との接触面に生じるせん断力を簡易に調べるための検知部材が望まれている。

【0011】

本明細書では、装着者と装置との接触面に生じるせん断力を検知するせん断力検知部材を提供することを課題とする。

【0012】

また、本明細書では、上述したせん断力検知部材を用いて、せん断力を求める解析装置を提供することを課題とする。

【0013】

更に、本明細書では、上述したせん断力検知部材を用いて、せん断力を求める方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本明細書に開示する第１のせん断力検知部材によれば、少なくとも１つの突起部を含む突起面を有する押圧シートと、第１面及び第２面を有し、第２面を突起面と対向させて押圧シート上に積層される感圧シートと、第１面と対向し、且つ第１面に対して面方向に相対的に運動可能に感圧シート上に積層される記録シートと、を備え、感圧シートは、第２面側から第１面が押圧されることにより、第１面の押圧された位置と対向する記録シートの部分を着色可能である。

【0015】

また、本明細書に開示する第２のせん断力検知部材によれば、少なくとも１つの凸部を含む第１面と、第２面とを有する感圧シートと、第１面と対向し、且つ第１面に対して面方向に相対的に運動可能に感圧シート上に積層される記録シートと、を備え、感圧シートは、第２面側から第１面が押圧されることにより、凸部と対向する記録シートの部分を着色可能である。

【0016】

また、本明細書に開示する第１の解析装置によれば、第１のせん断力検知部材の押圧シートが外部から押圧されると共に、記録シートが、感圧シートの第１面に対して面方向に相対的に運動することにより、記録シートに形成された着色跡の画像を生成する画像化部と、画像に含まれる所定の寸法以上の長さを有する着色跡に基づいて、せん断力を求める処理部と、を備える。

【0017】

また、本明細書に開示する第２の解析装置によれば、第２のせん断力検知部材の感圧シートが外部から押圧されると共に、記録シートが、感圧シートの第１面に対して面方向に相対的に運動することにより、記録シートに形成された着色跡の画像を生成する画像化部と、画像に含まれる所定の寸法以上の長さを有する着色跡に基づいて、せん断力を求める処理部と、を備える。

【0018】

また、本明細書に開示する第１のせん断力を求める方法によれば、第１のせん断力検知部材の押圧シートが外部から押圧されると共に、記録シートが、感圧シートの第１面に対して面方向に相対的に運動することにより、記録シートに形成された着色跡であって、所定の寸法以上の長さを有する着色跡に基づいて、せん断力を求めること、を含む。

【0019】

更に、本明細書に開示する第２のせん断力を求める方法によれば、第２のせん断力検知部材の感圧シートが外部から押圧されると共に、記録シートが、感圧シートの第１面に対して面方向に相対的に運動することにより、記録シートに形成された着色跡であって、所定の寸法以上の長さを有する着色跡に基づいて、せん断力を求めること、を含む。

【発明の効果】

【0020】

上述した本明細書に開示するせん断力検知部材によれば、補助装置を装着する装着者と装置との接触面に生じるせん断力を検知できる。

【0021】

また、本明細書に開示する解析装置によれば、補助装置を装着する装着者と装置との接触面に生じるせん断力を求めることができる。

【0022】

更に、本明細書に開示するせん断力を求める方法によれば、補助装置を装着する装着者と装置との接触面に生じるせん断力を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】（Ａ）は、本明細書に開示するせん断力検知部材の一実施形態を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。

【図2】図１（Ｂ）の要部を拡大して示す断面図である。

【図3】せん断力が検知された記録シートを示す図である。

【図4】記録シートに形成された着色跡を解析してせん断力を求める解析装置を示す図である。

【図5】解析装置の動作を説明するフローチャートである。

【図6】検知領域を検出する処理を説明する図である。

【図7】検出された線分及び平均ベクトルを示す図である。

【図8】せん断力検知部材を用いて、せん断力を測定することを説明する図である。

【図9】（Ａ）は、正規化された面積率の測定結果を示す図であり、（Ｂ）は、平均ベクトルの大きさを示す図である。

【図10】せん断力検知部材の他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本明細書で開示するせん断力検知部材の好ましい一実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。

【0025】

図１（Ａ）は、本明細書に開示するせん断力検知部材の一実施形態を示す平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。図２は、図１（Ｂ）の要部を拡大して示す断面図である。

【0026】

本実施形態のせん断力検知部材１０（以下、単に検知部材１０ともいう）は、押圧シート１１と、感圧シート１２と、記録シート１３を備える。押圧シート１１は、複数の突起部１１ａを含む突起面１１ｂを有する。押圧シート１１は、突起面１１ｂとは反対側の面である非突起面１１ｃを有し、非突起面１１ｃ上には、接着層１６が配置される。

【0027】

感圧シート１２は、第１面１２ａ及び第２面１２ｂを有し、第２面１２ｂを突起面１１ｂと対向させて押圧シート１１上に積層される。感圧シート１２は、第２面１２ｂ側から第１面１２ａが押圧されることにより、第１面１２ａの押圧された位置と対向する記録シート１３の部分を着色可能である。

【0028】

記録シート１３は、感圧シート１２の第１面１２ａと対向し、且つ第１面１２ａに対して面方向に相対的に運動可能に感圧シート１２上に積層される。記録シート１３は、感圧シート１２の第１面１２ａと対向する記録面１３ａと、反対側の非記録面１３ｂを有する。記録面１３ａは、感圧シート１２が押圧シート１１の突起部１１ａにより押圧されることにより、感圧シート１２と接触した部分が、感圧シート１２により着色される。記録シート１３の非記録面１３ｂ上には、接着層１７が配置される。なお、図１（Ｂ）では、感圧シート１２は、記録シート１３に対して離間するように示されているが、せん断力を検知する時には、感圧シート１２は、記録シート１３と接するように配置される。

【0029】

検知部材１０は、例えば、押圧シート１１が接着層１６を介して、人間の動作を補助する補助装置を装着する装着者に剥離可能に接着され、記録シート１３が接着層１７を介して、補助装置に剥離可能に接着される。記録シート１３が、感圧シート１２の第１面１２ａに対して面方向に相対的に運動することは、感圧シート１２が、停止している記録シート１３に対して相対的に移動する場合、及び、記録シート１３が、停止している感圧シート１２対して相対的に移動する場合を含む。

【0030】

検知部材１０は、補助装置が装着者の動作を補助する時に、装着者と装置との接触面に働くせん断力を、感圧シート１２と記録シート１３との間の相対的な運動として検知する。具体的には、感圧シート１２が、押圧シート１１の突起部１１ａにより第２面１２ｂ側から第１面１２ａが押圧されることにより、第１面１２ａの押圧された位置と対向する記録シート１３の記録面１３ａが線分状に着色される。記録面１３ａの線分状に着色された着色跡の面積に基づいて、せん断力の大きさを求めることができる。また、記録面１３ａの線分状に着色された着色跡の方向に基づいて、せん断力の向きを求めることができる。

【0031】

更に、検知部材１０について、以下に詳述する。

【0032】

押圧シート１１は、平面視して、円形状を有する。なお、押圧シート１１の形状は、円形状に限定されるものではなく、矩形等の他の形状であってもよい。

【0033】

押圧シート１１の突起面１１ｂは、少なくとも１つの突起部１１ａを含む。せん断力の大きさは、突起部１１ａが感圧シート１２を押圧して、記録シート１３の記録面に形成される線分状の着色跡の面積に基づいて求められ、せん断力の向きは、複数の線分の平均的な方向に基づいて求められ得る。従って、押圧シート１１の突起面１１ｂは、複数の突起部１１ａを有することが、せん断力の大きさ及び向きを正確に検知する観点から好ましい。

【0034】

複数の突起部１１ａは、突起面１１ｂ上に均一に分散するように配置されることが、感圧シート１２と記録シート１３との間の相対的な運動を妨げない観点から好ましい。

【0035】

突起部１１ａの自由端の形状は、湾曲していることが、突起部１１ａより押圧される感圧シート１２の部分と、記録シート１３との間の摩擦力を低減する観点から好ましい。例えば、突起部１１ａの自由端が尖った形状であると、突起部１１ａより押圧される感圧シート１２の部分が、記録シート１３に引っかかって、感圧シート１２と記録シート１３との間の相対的な運動を妨げるおそれがある。

【0036】

突起部１１ａより押圧される感圧シート１２と、記録シート１３との間の摩擦力は、補助装置の装着者の動作を妨げない程度の大きさであることが好ましい。

【0037】

突起部１１ａの径は、１００μｍ以上であることが好ましい。突起部１１ａの径が１００μｍよりも小さいと、突起部１１ａにより感圧シート１２が押圧される面積が小さくなり、記録面１３ａに十分な濃さの着色跡が形成されないおそれがある。突起部１１ａの径は、突起部１１ａの自由端の断面を円形に換算した場合の直径を意味する。

【0038】

また、突起部１１ａの径は、３ｍｍ以下であることが好ましい。突起部１１ａの径が３ｍｍよりも大きいと、突起部１１ａにより感圧シート１２が押圧される力が小さくなり、記録面１３ａに十分な濃さの着色跡が形成されないおそれがある。

【0039】

押圧シート１１の突起面１１ｂは、同じ寸法の複数の突起部１１ａを有していてもよい。また、押圧シート１１の突起面１１ｂは、複数の寸法の突起部１１ａを有していてもよい。

【0040】

押圧シート１１は、接着層１６を介して、装着者の体の表面又は補助装置の装着面に密着して接着されるように、柔軟性を有することが好ましい。

【0041】

押圧シート１１として、例えば、サンドペーパのような研磨布紙を用いることができる。１００μｍ以上の径の突起部１１ａを有する研磨布紙として、１５０番以上の番定のものが挙げられる。また、押圧シート１１として、複数の凸部を形成した樹脂シートを用いてもよい。

【0042】

感圧シート１２は、平面視して、押圧シート１１と同じ寸法の円形状を有する。なお、感圧シート１２の形状は、円形状に限定されるものではなく、矩形等の他の形状であってもよい。

【0043】

感圧シート１２は、第２面１２ｂが押圧シート１１の突起面１１ｂに対して運動しないように、押圧シート１１に対してテープ等の接着材を用いて固定されることが好ましい。

【0044】

感圧シート１２として、例えば、カーボン感圧複写紙又はノーカーボン感圧複写紙を用いることができる。

【0045】

感圧シート１２の第１面１２ａは、記録シート１３の記録面１３との間の相対的な運動を阻害しないように、潤滑性を有することが好ましい。このような観点から、感圧シート１２として、第１面１２ａとしてカーボン層を有するカーボン感圧複写紙を用いることが好ましい。

【0046】

感圧シート１２は、押圧シート１１及び接着層１６を介して、装着者の体の表面又は補助装置の装着面に密着して接着されるように、柔軟性を有することが好ましい。

【0047】

押圧シート１１及び感圧シート１２は、接着層１６が剥離可能に接着される外部の接着面の形状に対応して変形可能であることが好ましい。

【0048】

記録シート１３は、感圧シート１２と対向して配置される検知領域１５を含む記録面１３ａを有する。感圧シート１２は、検知領域１５と対向するように配置される。感圧シート１２は、検知領域１５の中央と対向するように配置されることがより好ましい。検知領域１５には、押圧シート１１の突起部１１ａにより押圧された感圧シート１２が、記録シート１３に対して相対的に運動することにより線分状の着色跡が形成される。

【0049】

記録シート１３の記録面１３ａは、押圧シート１１の突起部１１ａにより押圧された感圧シート１２が、記録シート１３に対して相対的に運動することを妨げるような凹凸を有さないことが好ましい。

【0050】

記録シート１３上には、せん断力の検知領域１５を示す３つのマーカ１４ａ〜１４ｃが配置される。３つのマーカ１４ａ〜１４ｃは、同じ形状を有する。

【0051】

検知領域１５は、３つのマーカ１４ａ〜１４ｃに囲まれた領域である。

【0052】

３つのマーカ１４ａ〜１４ｃは、大きな正方形の枠と、この枠の内部に配置される小さい正方形を有する。３つのマーカ１４ａ〜１４ｃは、例えば、コピー用紙である記録シート１３に印刷されて形成される。

【0053】

検知領域１５は、マーカ１４ａの右下の頂点と、マーカ１４ｂの左下の頂点と、マーカ１４ｃの右上の頂点とを、３つの頂点とする正方形の領域として規定され得る。また、詳しくは後述するが、３つのマーカ１４ａ〜１４ｃは、検知領域１５の着色跡を解析する時に、検知領域１５の２次元座標系を決定するためにも使用される。

【0054】

記録シート１３は、接着層１７を介して、装着者の体の表面又は補助装置の装着面に密着して接着されるように、柔軟性を有することが好ましい。記録シート１３は、接着層１７が剥離可能に接着される外部の接着面の形状に対応して変形可能であることが好ましい。

【0055】

記録シート１３の形成材料として、しわが形成され難く、感圧シートにより着色可能であり、表面が滑らかなシート材を用いることが好ましい。記録シート１３として、例えば、コピー用紙、布、プラスチックフィルム、ゴムシート等を用いることができる。

【0056】

接着層１６は、装着者又は補助装置に対して、押圧シート１１を剥離可能に接着する。接着層１６は、装着者の体の表面又は補助装置の装着面に密着して接着されるように、柔軟性を有することが好ましい。

【0057】

接着層１７は、装着者又は補助装置に対して、記録シート１３を剥離可能に接着する。接着層１７は、装着者の体の表面又は補助装置の装着面に密着して接着されるように、柔軟性を有することが好ましい。

【0058】

検知部材１０は、押圧シート１１が、接着層１６を介して装着者に剥離可能に接着されることが、押圧シート１１の突起部１１ａが装着者の体に当接しないようにする観点から好ましい。この場合、記録シート１３は、接着層１７を介して補助装置に剥離可能に接着される。

【0059】

図３は、せん断力が検知された記録シートを示す図である。

【0060】

押圧シート１１と記録シート１３とが外部から押圧された状態で、押圧シート１１と一体となった感圧シート１２が、記録シート１３に対して相対的に運動することにより、記録シート１３の検知領域１５に点状又は線分状の着色跡が形成される。

【0061】

線分状の着色跡は、突起部１１ａにより押圧された感圧シート１２の第１面１２ａの部分が、記録シート１３の記録面１３ａに押しつけられた状態で、相対的に運動することにより形成される。検知部材１０は、線分状の着色跡を形成することより、せん断力を検知する。

【0062】

点状の着色跡は、突起部１１ａにより押圧された感圧シート１２の第１面１２ａの部分が、記録シート１３の記録面１３ａに押しつけられることにより形成される。検知部材１０は、記録シート１３に点状の着色跡を形成することにより、圧力を検知する。

【0063】

次に、せん断力を検知たし検知部材１０の記録シート１３に形成された線分状の着色跡に基づいて、せん断力の大きさ及びせん断力の向きを求める解析装置を以下に説明する。

【0064】

図４は、記録シートに形成された着色跡を解析してせん断力を求める解析装置を示す図である。

【0065】

解析装置２０は、処理部２１と、メモリ２２と、表示部２３と、入力インターフェース２４と、スキャナ（画像化部）２５を有する。

【0066】

処理部２１は、一つ又は複数の中央演算回路と、レジスタと、キャッシュメモリと、インタフェース等の周辺回路とを有する。処理部２１は、メモリ２２に予め記憶されている所定のコンピュータプログラムに従って、解析装置２０の各ハードウェア構成要素の制御及び各種処理を行い、処理中に生じるデータを一時的に保存するためにメモリ２２を利用する。

【0067】

メモリ２２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）若しくはリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）等の半導体メモリ、又は磁気ディスク若しくはフラッシュメモリ等の不揮発性メモリを有していてもよい。また、メモリ２２は、非一時的な記憶媒体２２ａに記憶されたコンピュータプログラムを、読み出し可能なドライブ（図示せず）を有していてもよい。

【0068】

表示部２３は、処理部２１に制御されて、解析装置２０の動作に伴う各種の情報を画面上に表示可能である。表示部２３として、例えば、液晶ディスプレイを用いることができる。

【0069】

入力インターフェース２４は、解析装置２０のユーザにより操作されて、操作を入力可能である。入力インターフェース２４として、例えばキーボード又はマウスを用いることができる。

【0070】

スキャナ２５は、記録シート１３の記録面１３ａの画像を形成する。スキャナ２５により形成された記録面１３ａの画像は、メモリ２２に記憶される。

【0071】

次に、解析装置２０の動作を、図５に示すフローチャートを参照しながら、以下に説明する。

【0072】

まず、ステップＳ５０１において、処理部２１は、スキャナ２５を用いて、せん断力を検知した検知部材１０における記録シート１３の記録面１３ａのグレースケールの画像を生成する。

【0073】

次に、ステップＳ５０３において、処理部２１は、記録面１３ａの画像を二値化する。二値化の閾値は、記録面のマーカを明確に識別できるように決定することが好ましい。

【0074】

次に、ステップＳ５０５において、処理部２１は、記録面１３ａの二値化された画像から３つのマーカを検出する。処理部２１は、例えば、テンプレートマッチングを用いて、３つのマーカを検出する。

【0075】

次に、ステップＳ５０７において、処理部２１は、検出された３つのマーカに基づいて、記録面１３ａの二値化された画像から検知領域を検出する。

【0076】

図６は、検知領域を検出する処理を説明する図である。

【0077】

図６は、記録シート１３の記録面１３ａの画像６１３を示す。画像６１３は、３つのマーカの画像６１４ａ〜６１４ｃと、検知領域内に形成された記録面の着色跡の画像を有する。

【0078】

処理部２１は、検出された３つのマーカの画像６１４ａ〜６１４ｃの内、他の２つのマーカの画像からの距離が最も短いマーカの画像６１４ａを求める。そして、処理部２１は、マーカの画像６１４ａの右下の隅の位置を原点Ｏとして決定する。

【0079】

そして、処理部２１は、左手系の座標を形成するように２次元直交座標を決定する。具体的には、処理部２１は、原点Ｏと、マーカの画像６１４ｂの左下の隅の位置とを結ぶ線分をＸ軸とし、原点Ｏと、マーカの画像６１４ｃの右上の隅の位置とを結ぶ線分をＹ軸として決定する。

【0080】

そして、処理部２１は、原点ＯとＸ軸とＹ軸とに囲まれた正方形の領域を検知領域の画像６１５として検出する。

【0081】

次に、ステップＳ５０９において、処理部２１は、検知領域の画像６１５を二値化した後、画像６１５を形成する各画素の明暗を反転する。二値化の閾値は、線分状の着色跡の濃さに基づいて、適宜決定され得る。ここで、処理部２１は、画素の明暗を反転する前の二値化された検知領域の画像６１５を、メモリ２２に記憶しておく、この記憶された画像は、後のステップＳ５１３において使用される。

【0082】

次に、ステップＳ５１１において、処理部２１は、検知領域の画像６１５における明画素の面積率を求める。具体的には、処理部２１は、明画素の総数を求めて、求めた明画素の総数を検知領域の画像６１５を形成する画素数で割ることにより、明画素の面積率を求める。明画素の面積率は、装着者と装置との接触面に働くせん断力の大きさに対応すると考えられる。即ち、明画素の面積率は、装着者と装置との接触面に働くせん断力の大きさの指標となり得る。

【0083】

次に、ステップＳ５１３において、処理部２１は、メモリ２２に記憶されている二値化された検知領域の画像６１５を読み出して、エッジ抽出を行う。処理部２１は、例えば、Ｃａｎｎｙ法を用いて、検知領域の画像６１５内のエッジを抽出する。

【0084】

次に、ステップＳ５１５において、処理部２１は、エッジ抽出された画像に基づいて、所定の寸法以上の長さを有する直線部分（線分）を検出する。処理部２１は、例えば、ハフ変換（確率的ハフ変換）を用いて、エッジ抽出された画像内の直線部分を求め、所定の画素数以上の長さを有する直線部分を検出する。所定の画素数として、例えば、検知領域の画像６１５の縦方向（又は横方向）の画素数に対する所定の割合（例えば、１０％）とすることができる。この所定の画素数を小さくすることにより、せん断力に対する感度を上げることができる。

【0085】

所定の寸法以上の長さを有する直線部分（線分）を検出することにより、装着者と装置との接触面に働くせん断力による記録シート１３への着色跡を、圧力により形成される点状の着色跡に対して、識別することができる。

【0086】

次に、ステップＳ５１７において、処理部２１は、検出された線分に基づいて、平均ベクトルの向き及び長さを求める。具体的には、処理部２１は、２次元座標上に検出された各線分の向き及び長さの平均値を算出して、平均ベクトルの向き及び長さとする。

【0087】

図７は、検出された線分及び平均ベクトルを示す図である。

【0088】

記録紙シート１３の記録面１３ａには、複数の線分状の着色跡が形成されており、これらの着色跡は、線分として検出される。図７では、複数の線分の向き及び長さの平均値に基づいて求められた平均ベクトルが、複数の線分と共に示されている。

【0089】

平均ベクトルの長さは、装着者と装置との接触面に働くせん断力により生じた、装着者と装置との間の相対的な移動量と考えることができる。即ち、平均ベクトルの長さは、相対的な移動量の指標となり得る。また、上述したように、明画素の面積率は、装着者と装置との接触面に働くせん断力の大きさに対応すると考えられる。

【0090】

従って、あらかじめ、せん断力の大きさ及び移動量と、明画素の面積率及び平均ベクトルの長さとの関係を求めておくことにより、検知部材１０により得られた線分状の着色跡に基づいて、装着者と装置との接触面に働くせん断力を推定することができる。

【0091】

そこで、せん断力の大きさ及び移動量と、明画素の面積率及び平均ベクトルの長さとの関係を求める測定を以下のように行った。

【0092】

図８は、せん断力検知部材を用いて、せん断力を測定することを説明する図である。

【0093】

押圧シート１１として、１５０番のサンドペーパを用いた。感圧シート１２として、カーボン感圧複写紙を用いた。押圧シート１１及び感圧シート１２の形状は、平面視して、直径２０ｍｍの円形である。押圧シート１１及び感圧シート１２は、両シートの周縁を接着テープで接着して、一体に固定した。

【0094】

記録シート１３として、コピー用紙を用いた。検知領域１５は、６０ｍｍ×６０ｍｍの正方形となるように、３つのマーカ１４ａ〜１４ｃを記録面１３ａに印刷した。

【0095】

記録シート１３を、接着層１７を用いて、測定台３０上に剥離可能に接着した。接着層１７として、両面テープを用いた。

【0096】

押圧シート１１と一体に固定された感圧シート１２は、記録シート１３の検知領域１５と対向するように記録面１３ａ上に配置された。

【0097】

押圧シート１１は、接着層１６を用いて、押し板３２に剥離可能に接着した。押し板３２の形状は、平面視して直径２０ｍｍの円形である。

【0098】

押し板３２上には、重り３１が配置された。重り３１の質量は、０．４ｋｇ重、０．８ｋｇ重、１．６ｋｇ重の３水準を用意した。

【0099】

感圧シート１２の端部を、プッシュプルゲージ３３と結合した。

【0100】

重り３１の０．４ｋｇ重、０．８ｋｇ重、１．６ｋｇ重の各水準の重さにおいて、押圧シート１１と一体に固定された感圧シート１２を、プッシュプルゲージ３３を用いて一定の力で引っ張って、記録シート１３の記録面１３ａを移動させた。押圧シート１１と一体に固定された感圧シート１２の移動量は、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍの６水準とした。

【0101】

プッシュプルゲージ３３を用いて、押圧シート１１と一体に固定された感圧シート１２を引っ張る力は、重り３１の０．４ｋｇ重、０．８ｋｇ重、１．６ｋｇ重のそれぞれに対して、３Ｎ、５Ｎ、１０Ｎであった。これらの引っ張る力は、感圧シート１２と、記録シート１３との接触面に平行なせん断力となる。

【0102】

測定結果を、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示す。

【0103】

図９（Ａ）は、正規化された面積率の測定結果を示す図である。正規化された面積率は、明画素の面積率を、押し板３２の面積で割った値である。正規化された面積率は、各条件で１０回の測定を行った平均値である。

【0104】

図９（Ｂ）は、平均ベクトルの大きさを示す図である。平均ベクトルの大きさの単位はｍｍである。平均ベクトルの大きさは、各条件で１０回の測定を行った平均値である。

【0105】

そして、正規化された面積率Ａ’及び平均ベクトルの大きさＬと、せん断力τ及び移動量δとの関係を、回帰分析により求めた。求められた関係を、下記式（１）に示す。

【0106】

【数1】

【0107】

正規化された面積率Ａ’は、せん断力τ及び移動量δのそれぞれの影響を同程度受けている。一方、平均ベクトルの大きさＬは、主に、移動量δの影響を受けている。正規化された面積率Ａ’の推定誤差は平均１０％であり、平均ベクトルの大きさＬの推定誤差は、平均６％であった。

【0108】

式（１）の逆関係を求めることにより、せん断力τ及び移動量δと、正規化された面積率Ａ’及び平均ベクトルの大きさＬとの関係が得られる。

【0109】

そして、検知部材１０により得られた線分状の着色跡に基づいて求められた明画素の面積率及び平均ベクトルの長さと、式（１）の逆関係を用いることにより、せん断力τ及び移動量δを求めることができる。例えば、解析装置２０を用いて、検知部材１０により得られた線分状の着色跡に基づいて求められた明画素の面積率及び平均ベクトルの長さと、式（１）の逆関係とに基づいて、せん断力τ及び移動量δを求めるようにしてもよい。

【0110】

上述した本実施形態のせん断力検知部材によれば、補助装置を装着する装着者と装置との接触面に生じるせん断力を容易に検知できる。

【0111】

また、本実施形態のせん断力検知部材は、押圧シートと、感圧シートと、記録シートとにより形成される簡易な構成であるので、検知部材を製造することも容易である。

【0112】

更に、上述した本実施形態の解析装置によれば、補助装置を装着する装着者と装置との接触面に生じるせん断力の大きさ及び向きを求めることができる。

【0113】

本発明では、上述した実施形態のせん断力検知部材及びせん断力を求める方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。

【0114】

例えば、せん断力検知部材は、図１０に示すようなものであってもよい。

【0115】

図１０は、せん断力検知部材の他の例を示す図である。

【0116】

せん断力検知部材４０は、感圧シート４１及び記録シート４４を備える。感圧シート４１は、複数の凸部４１ａを含む第１面４１ｂと、第２面４１ｃとを有する。感圧シート４１は、第２面４１ｃ側から第１面４１ｂが押圧されることにより、凸部４１ａと対向する記録シート４４の部分を着色可能である。

【0117】

記録シート４４は、第１面４１ｂと対向し、且つ第１面４１ｂに対して面方向に相対的に運動可能に感圧シート４１上に積層される。記録シート４４が、感圧シート４１の第１面４１ｂに対して面方向に相対的に運動することは、感圧シート４１が、停止している記録シート４４に対して移動する場合、及び、記録シート４４が、停止している感圧シート４１対して移動する場合を含む。

【0118】

感圧シート４１は、複数の突起部４２ａを含む突起面４２ｂと、第２面４１ｃを有する基材シート４２を有する。凸部４１ａは、突起部４２ａ上に着色層４３が配置されて形成されている。また、凸部４１ａは、第２面４１ｃ側から突起部４２ａが押圧されることにより、着色層４３と対向する部分（記録シート４４）を着色可能である。感圧シート４１の第１面４１ｂは、基材シート４２の突起面４２ｂを覆う着色層４３により形成される。図１０に示す例では、着色層４３は、突起面４２ｂ上の突起部４２ａ以外の部分にも配置されているが、着色層４３は、突起面４２ｂ上の突起部４２ａ以外の部分には配置されていてくもてよい。

【0119】

なお、図１０では、感圧シート４１は、記録シート４４に対して離間するように示されているが、せん断力を検知する時には、感圧シート４１は、記録シート４４と接するように配置される。

【0120】

せん断力検知部材４０は、例えば、感圧シート４１が接着層４５を介して、人間の動作を補助する補助装置を装着する装着者に剥離可能に接着され、記録シート４４が接着層４６を介して、補助装置に剥離可能に接着される。

【0121】

せん断力検知部材４０の他の構成については、上述したせん断力検知部材１０の説明が適宜適用される。

【0122】

また、解析装置２０は、せん断力検知部材４０の感圧シート４１が、外部から押圧されながら、記録シート４４が、感圧シート４１の第１面４１ｂに対して面方向に相対的に運動することにより、記録シート４４に形成された線分状の着色跡の画像に基づいて、せん断力の大きさ及び向きを求めてもよい。

【符号の説明】

【0123】

１０ せん断力検知部材
１１ 押圧シート
１１ａ 突起部
１１ｂ 突起面
１１ｃ 非突起面
１２ 感圧シート
１２ａ 第１面
１２ｂ 第２面
１３ 記録シート
１３ａ 記録面
１３ｂ 非記録面
１４ａ〜１４ｃ マーカ
１５ 検知領域
１６ 接着層
１７ 接着層
２０ 解析装置
２１ 処理部
２２ メモリ
２２ａ 記憶媒体
２３ 表示部
２４ 入力インターフェース
２５ スキャナ
３０ 測定台
３１ 重り
３２ 押し板
３３ プッシュプルゲージ
４０ せん断力検知部材
４１ 感圧シート
４１ａ 凸部
４１ｂ 第１面
４１ｃ 第２面
４２ 基材シート
４２ａ 突起部
４３ 着色層
４４ 記録シート
４５ 接着層
４６ 接着層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】