特許 6989103 フォースプレート、移動体の計測方法

(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】6989103

(24)【登録日】2021年12月6日

(45)【発行日】2022年1月5日

(54)【発明の名称】フォースプレート、移動体の計測方法

(51)【国際特許分類】

   A01K 29/00 20060101AFI20211220BHJP

   G01G 17/08 20060101ALI20211220BHJP

【ＦＩ】

   A01K29/00 C

   G01G17/08

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-92828(P2017-92828)

(22)【出願日】2017年5月9日

(65)【公開番号】特開2018-186767(P2018-186767A)

(43)【公開日】2018年11月29日

【審査請求日】2020年4月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】304021277

【氏名又は名称】国立大学法人 名古屋工業大学

(72)【発明者】

【氏名】坂口 正道

【審査官】 赤坂 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−００２７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０８２９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１８８０９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３３０４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１０６８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１６８８３６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ０１Ｋ ２９／００

Ｇ０１Ｇ １７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体を乗せ重量を計測するフォースプレートにおいて、
３個又は４個のロードセルの上部にプレートを配し、
前記プレート上で、３個又は４個の前記ロードセルを頂点とする直角三角形又は長方形の面内を移動する１つの前記移動体による前記ロードセルの信号を測定する測定部と、
前記信号をサンプリング周期毎に計測し、
前記移動体の前記プレート上の位置座標（ｘ、ｙ）、
前記位置座標に応じた単位移動距離及びその累積値を計測する演算部と、
を有し、前記ロードセルが４個のときは、前記移動体の質量Ｗは式（１）、前記位置座標（ｘ、ｙ）は式（２）、（３）で示され、前記ロードセルが３個のときは、前記移動体の質量Ｗは式（４）、前記位置座標（ｘ、ｙ）は式（５）、（６）で示されることを特徴とするフォースプレート。

【数1】

【数2】

（式（１）においてＷｉ（ｉ＝１〜４）はロードセルの出力、式（２）においてｌは長方形のプレートの幅、式（３）においてｈは長方形のプレートの高さ、式（４）においてＷｉ（ｉ＝１〜３）はロードセルの出力、式（５）においてｌは直角三角形のプレートの幅、式（６）においてｈは直角三角形のプレートの高さをそれぞれ表す）

【請求項2】

前記演算部において、
前記測定部の出力信号に対して、周波数０．５〜１Ｈｚ以上の信号をカットするデジタルＬＰＦを有することを特徴とする請求項１に記載するフォースプレート。

【請求項3】

前記デジタルＬＰＦを介した出力信号から、
前記サンプリング周期を１〜５秒として、前記位置座標、
前記位置座標に応じた移動速度を計測し、
前記移動速度に５〜１０ｍｍ/ｓを範囲とする閾値を設定し、
前記閾値以下をカットし、前記単位移動距離を計測する閾値処理と、
を有することを特徴とする請求項１又は２に記載するフォースプレート。

【請求項4】

前記移動体は飼育ケージに入れられた一匹の小動物であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載するフォースプレート。

【請求項5】

移動体を乗せ重量を計測するフォースプレートにおいて、
３個又は４個のロードセルの上部にプレートを配し、
前記プレート上で、３個又は４個の前記ロードセルを頂点とする直角三角形又は長方形の面内を移動する１つの前記移動体による前記ロードセルの信号をサンプリング周期毎に計測し、
前記移動体の前記プレート上の位置座標（ｘ、ｙ）、前記位置座標に応じた単位移動距離及びその累積値を計測する移動体の計測方法であって、
前記ロードセルが４個のときは、前記移動体の質量Ｗは式（１）、前記位置座標（ｘ、ｙ）は式（２）、（３）で示され、前記ロードセルが３個のときは、前記移動体の質量Ｗは式（４）、前記位置座標（ｘ、ｙ）は式（５）、（６）で示されることを特徴とする移動体の計測方法。

【数1】

【数2】

（式（１）においてＷｉ（ｉ＝１〜４）はロードセルの出力、式（２）においてｌは長方形のプレートの幅、式（３）においてｈは長方形のプレートの高さ、式（４）においてＷｉ（ｉ＝１〜３）はロードセルの出力、式（５）においてｌは直角三角形のプレートの幅、式（６）においてｈは直角三角形のプレートの高さをそれぞれ表す）

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、移動体を乗せ重量を計測したり移動距離を計測したりするフォースプレートに関する。

【背景技術】

【0002】

精神疾患を含む病気の解明や薬の開発に、ラットやマウス等の小動物を用いた動物実験が行われている。動物実験の研究成果は、遺伝子解析、脳機能解析、又は行動解析により検証されている。本発明は、小動物等の移動体の行動を計測する行動解析に関する。

【0003】

従来技術として、移動体にセンサーを取り付けその信号を受信して計測する方法がある。小動物にセンサーを取り付けることは、小動物にセンサー取り付けに伴う負荷を与えることになり、また小動物がセンサーを外してしまう危険性があるなど行動解析に用いるには課題がある。

【0004】

小動物にセンサーを取り付けない行動解析として非特許文献１には、人間による直接目視、あるいはビデオ撮影、赤外線による記録する方法が記載されている。人間による直接目視による観察は、実験者の負担が大きいため観察時間が限られるので行動解析には課題がある。また、ビデオ撮影、赤外線による記録する方法は、長時間の観察を可能にするが、飼育ケージに入れられた小動物に適用した場合、飼育ケージに付随する餌や水を与える機器等が障害となり、小動物の全行動をビデオ撮影や赤外線により記録することが困難である。また、昼夜の明るさの変化も障害になる。

【0005】

一方、特許文献１には、振動センサーを取り付けた台の上に小動物を入れた飼育ケージを乗せ、小動物に音波等の刺激を与え、刺激を与えた時間のみ振動記録し行動解析する判定装置が記載されている。しかし、小動物への投薬等の「刺激」の効果は持続的で長時間に渡るので、この判定装置を用いることには課題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特願２００４−１１３０１１号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】生体の科学, ４５（５），４２６−４２７，１９９４．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の課題は上記のような従来の評価方法の問題を解決し、投薬等の「刺激」を与えた小動物等の行動を長時間に渡って計測し行動解析に寄与できるフォースプレート、移動体の計測方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明により上記の課題を解決できる。
発明１は、移動体を乗せ重量を計測するフォースプレートにおいて、３個又は４個のロードセルの上部にプレートを配し、プレート上で、３個又は４個のロードセルを頂点とする三角形又は四角形の面内を移動する１つの移動体によるロードセルの信号を測定する測定部と、信号をサンプリング周期毎に計測し、移動体のプレート上の位置座標、位置座標に応じた単位移動距離及びその累積値を計測する演算部と、を有することを特徴とするフォースプレートである。
発明２は、演算部において、測定部の出力信号に対して、周波数０．５〜１Ｈｚ以上の信号をカットするデジタルＬＰＦを有することを特徴とする発明１に記載するフォースプレートである。
発明３は、デジタルＬＰＦを介した出力信号から、サンプリング周期を１〜５秒として、位置座標、位置座標に応じた移動速度を計測し、移動速度に５〜１０ｍｍ/ｓを範囲とする閾値を設定し、閾値以下をカットし、単位移動距離を計測する閾値処理と、を有することを特徴とする発明１又は２に記載するフォースプレートである。
発明４は、一匹の小動物を飼育する飼育ケージを上に乗せ、小動物の単位移動距離及びその累積値を計測することを特徴とする発明１至３のいずれか１項に記載するフォースプレートである。
発明５は、移動体を乗せ重量を計測するフォースプレートにおいて、３個又は４個のロードセルの上部にプレートを配し、プレート上で、３個又は４個のロードセルを頂点とする三角形又は四角形の面内を移動する１つの移動体によるロードセルの信号をサンプリング周期毎に計測し、移動体のプレート上の位置座標、位置座標に応じた単位移動距離及びその累積値を計測することを特徴とする移動体の計測方法である。

【発明の効果】

【0010】

本発明のフォースプレート又は移動体の計測方法を用いることで、動物実験に用いるラット等の小動物の行動を長時間計測し記録することができる。よって、昼夜を問わず、餌や水及びその補給機器、更に底に敷かれたおが屑等の障害物を有する飼育ケージの中で、これらの障害物の影響を受けないで小動物の行動を記録できる。また、フォースプレートの計測データにはノイズが含まれているので、そのまま積算したのでは正確な移動距離が計測できないが、計測データにローパスフィルタと閾値処理を用いることで、小動物の移動距離を高い精度で計測できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】原理を示す図（ロードセル：４個）

【図2】原理を示す図（ロードセル：３個）

【図3】フォースプレートの測定部の構成を示す図

【図4】測定部の処理フローを示す図

【図5】測定部のステップＳ１０２、ステップＳ１０３の例を示す図

【図6】演算部の処理フローを示す図

【図7】ロードセルの出力信号を示す図

【図8】位置座標の出力を示す図

【図9】サンプリング周期２秒の位置データから計測された移動速度を示す図

【図10】閾値カットより計測した単位移動距離の累積値

【図11】フォースプレート上に、レール及び鉄道模型を載置した状態を示す図

【図12】鉄道模型による移動・停止を繰り返した場合の移動距離の計測結果を示す図

【図13】鉄道模型による長時間の移動距離の計測結果を示す図

【図14】フォースプレート上に、１匹の小動物を入れた飼育ケージを載置した状態を示す図

【図15】小動物の１日２４時間の移動距離の計測結果を示す図

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。

【0013】

（原理：ロードセル４個）
移動体の質量Ｗは、ロードセル１１の出力をＷi(i=1〜4）とすると、式（１）で示される。よって、長方形のプレート１３の幅をｌ、高さをｈとすると、プレート１３の左下を原点とした場合の移動体の位置座標（ｘ、ｙ）は、式（２）、（３）で示される。Ｗi(i=1〜4）、幅ｌ、高さｈは、測定値である。

【数1】

【0014】

よって、４個のロードセルの上部にプレート１３を配し、プレート上で４個のロードセルを頂点とする四角形の面内を移動する１つの移動体によるロードセルの信号を計測すれば、移動体の位置座標（ｘ、ｙ）は計算できる。尚、４個のロードセルを頂点とする四角形は、長方形に限らず正方形、平行四辺形、台形、その他四辺形であれば、移動体の位置座標（ｘ、ｙ）は計算できる。プレート１３は、４個のロードセルを頂点とする四角形より大きく、４個のロードセルに接するように配される。

【0015】

（原理：ロードセル３個）
移動体の質量をＷ、ロードセル１１の出力をＷi(i=1〜3）とすると、、式（１）で示される。よって、直角三角形のプレート１３の幅をｌ、高さをｈとすると、プレート１３の左下を原点とした場合の移動体の位置座標（ｘ、ｙ）は、式（２）、（３）で示される。Ｗi(i=1〜4）、幅ｌ、高さｈは、測定値である。

【数2】

【0016】

よって、３個のロードセルの上部にプレート１３を配し、プレート上で３個のロードセルを頂点とする三角形の面内を移動する１つの移動体によるロードセルの信号を計測すれば、移動体の位置座標（ｘ、ｙ）は計算できる。尚、３個のロードセルを頂点とする三角形は、直角三角形に限らず正三角形、二等辺三角形、その三角形であれば、移動体の位置座標（ｘ、ｙ）は計算できる。プレート１３は、３個のロードセルを頂点とする三角形より大きく、３個のロードセルに接するように配される。

【0017】

（実施形態）
フォースプレート１は、測定部１０と演算部２０を有する。

【0018】

図３に、プレート１３を外した測定部１０の平面図を示す。ロードセル１１は４個使用している。各ロードセルの信号検出部をＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４で示す。Ｓ１を原点とし、Ｓ１からＳ２の線をＸ軸、Ｓ１からＳの線をＹ軸とする。測定部１０には、電源１２、増幅回路１５、ローパスフィルタ回路（以下、ＬＰＦ回路と記す。）１７、Ａ/Ｄ変換回路１８、計測用コンピュータ１９を有する。尚、プレート１３は、４個のロードセル１１上に接して取り付けられる。

【0019】

図４に、測定部１０の処理フローを示す。ステップＳ１０１にて、移動体３の移動にともなうロードセル１１の出力信号を検出するが、出力信号の変化は小さい。よって、ステップＳ１０２にて、出力信号はオペアンプを用いた増幅回路１５により増幅される。増幅倍率は、ロードセル１１の出力信号の大きさとＡ/Ｄ変換回路１８の入力レンジに依存し、通常数百倍から1万倍程度である。本実施形態では、入力信号は５１７倍に増幅される。ステップＳ１０３にて、オペアンプを用いた遮断周波数１９．４Ｈｚの２次ＬＰＦ回路１７を用いて高周波ノイズを低減させる。ここで、回路の電源１２に用いる交流電源（ＡＣ１００Ｖ、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）のノイズ低減が主目的なので、遮断周波数は１０〜２０Ｈｚ程度とした。ステップＳ１０４にて、ＬＰＦ回路１７の出力信号を１２ｂｉｔのＡ/Ｄ変換回路１８でデジタル信号に変換される。ステップＳ１０５にて、デジタル信号に変換された出力信号は、フォースプレート１に搭載された計測用コンピュータ１９へ、５〜１０Ｈｚの測定周波数（測定周期０．２〜０．１秒）で、計測データとして記録される。ステップＳ１０１〜Ｓ１０５は、各ロードセル1１にて行われる。

【0020】

電源１２については、フォースプレート１の外に設置した交流電源を直流電源に変換する電源から直流を供給しても良い。この場合、２次ＬＰＦ回路１７の機能は不要である。

【0021】

図５に、ステップＳ１０２、ステップＳ１０３の例を示す。

【0022】

図６に、演算部２０の処理フローを示す。
ステップＳ２０１にて、計測用コンピュータ１９に記録した計測データがホストＰＣ２５に転送される。ホストＰＣ２５は、演算部２０を有する。ステップＳ２０２にて、移動体３特に小動物４１が静止している状態でも出力信号に現れる振動を低減させるために、遮断周波数０.８ＨｚのデジタルＬＰＦ２１を用いる。ここで、遮断周波数は、高すぎると振動が低減できず、低すぎると移動距離の誤差が大きくなるため、０．５〜１．０Ｈｚ程度とする。ステップＳ２０３にて、測定周期毎の移動体の位置座標及び移動速度を計測する。ステップＳ２０４にて、このまま位置座標の差分を積算すると正しい移動距離が計測できないため、サンプリング周期２秒前の位置座標と現在の位置座標の差から単位時間当たりの移動速度を計測し、閾値処理２３を用いて、閾値７．５ｍｍ/ｓ以下の場合は移動距離を積算しない処理を行う。ここで、この閾値は、移動体３特に小動物４１が停止している時と移動している時の実験データに基づき、５〜１０ｍｍ/ｓの範囲から選択する。ステップＳ２０４にて、移動距離を計測する。

【0023】

図７は、フォースプレート１の４つのロードセルの内１つの出力信号を示す。図７（ア）は、フォースプレート１上に重り（静止物）を置いている場合の生データである。静止荷重であるにも関わらず、出力信号は６４．５ｇを中心に±２．５ｇ程度振動している。静止物なので、本来なら出力は一定となって欲しいのだが、計測システムの特性で、どうしても一定の幅でノイズが出てしまう。図７（イ）は、この振動の影響を抑えるため、出力信号に遮断周波数０．８ＨｚのデジタルＬＰＦ２１を使用したデータを示す。ステップＳ２０２で行っている。これにより、出力信号に現れる振動を±１．５ｇ程度に低減させることができる。

【0024】

ここで、デジタルＬＰＦ２１の遮断周波数の範囲は、０．５〜１．０Ｈｚが良い。即ち、対象物が静止物で動かないなら、遮断周波数を小さくすればノイズの幅は小さくでる。しかし、遮断周波数を小さくしすぎると、対象物が移動した時に、動いたことが正確に計測できなくなる。発明者らは、図１１、１２に示す鉄道模型を用いた実験により、対象物が移動しても、ある程度正確に計測できる値として、遮断周波数の範囲０．５〜１Ｈｚを特定した。

【0025】

ここで、本実施形態の特徴は、移動体３を乗せたフォースプレート１により、移動体３のフォースプレート１上の重心位置を計測し、重心の移動距離より移動体３の移動距離を計測し、更に移動距離の累積値を計測し長時間に渡る移動距離を正確に計測することである。このためノイズの影響を更に小さくして、移動体３の重心動揺（重心は変化するが移動していない状態）と移動状態を識別する必要がある。
本実施形態では、移動速度を計測するサンプリング周期と計測した移動速度に閾値を用いて、ノイズの影響を更に小さくし重心動揺をカットして移動距離を計測した。

【0026】

（サンプリング周期）
移動距離を計測するために一定のサンプリング周期（数秒前）と現在との位置の差分から移動速度を計測した。即ち、移動速度の計測は、距離を時間で割るが、サンプリング周期が５Ｈｚなら０.２秒に１回、サンプリング周期が１０Ｈｚなら０．１秒に１回位置を計測する。
よって、測定部１０の測定周期に対して演算部２０のサンプリング周期は異なる値とし大きくさせた。即ち、測定周期毎の差分により移動速度も測定できるが、ノイズの影響の影響により、位置の計測値が大きくバラツキ、その結果として測定周期で測定した移動速度のバラつきが大きくなる。
よって、演算部２０のサンプリング周期について、図１１、１２に示す鉄道模型を用いた実験により検証し、単位移動距離を計測するサンプリング周期として１〜５秒が適切であることを見出した。即ち、１〜５秒前の位置と現在位置から算出すると鉄道模型を用いた実測値に対して誤差を小さくすることができる。１秒以上であれば、サンプリング周期における移動距離、速のバラつきは小さい。また、５秒以内であれば、計測した移動速度から計測される距離と実際の移動距離との差が小さい。図９は、サンプリング周期を２秒とし、２秒前と現在の位置データから求めた移動速度を示す。これはノイズの影響を小さくしている。

【0027】

（閾値によるカット：重心動揺を抑制）
図９の計測した移動速度に対して閾値処理２３による処理を導入する。こ処理により、移動速度に閾値を設けることで移動と停止の状況を判断し、移動していると判断された場合のみ単位移動距離を積算する。図１１、１２に示す鉄道模型を用いた実験により、閾値は、５〜１０ｍｍ/ｓの範囲として、閾値以下をカットすることとした。即ち、５ｍｍ/ｓ以下でカットを行うと、重心移動などの実際には動いていない移動速度を距離にカウントしてしまう。よって、計測値は実測値より大きくなった。一方、１０ｍｍ/ｓ以上では、動いた移動速度もカットしてしまう。よって、計測値は実測地より小さくなった。

【0028】

（実施例１）
図８において、飼育ケージ４０に小動物４１としてラットを一匹いれて、フォースプレート１（図３に示す測定部１０使用）上に置いた場合の、４個のロードセル１１の出力信号にデジタルＬＰＦ２１の遮断周波数０．８Ｈｚを適用し、式（２）、（３）より計測した小動物３の位置座標を示す。同時に小動物３の活動のビデオ撮影を行い小動物３の移動の有無を観察した。観察によると、時刻０秒〜７０秒、１５０秒〜６００秒は静止（移動していない）、７０秒〜１５０秒は飼育ケージ４０内をゆっくり移動していた。

【0029】

よって、図９において、０秒〜７０秒及び１５０秒〜６００秒の間は静止していると判断され、７０秒〜１５０秒の間は移動していると判断される閾値として、７．５ｍｍ/ｓを選定した。
図１０に、閾値処理２３により、デジタルＬＰＦ２１の遮断周波数０．８Ｈｚ、サンプリング周期を２秒、閾値７．５ｍｍ/ｓ以下をカットして単位移動距離を計測し、その累積した移動距離（累積値）を示す。小動物３が移動した時刻７０秒〜１５０秒間の移動距離０．３ｍに対して、静止していた０秒〜７０秒は０．０１ｍ、１５０秒〜６００秒は０．０３ｍとなった。この計測値は、ビデオ撮影による超動物３の移動状態と近似している。よって、閾値によるカットにより、重心動揺を抑制ができた。

【0030】

（実施例２）
図１１は、フォースプレート１上に、レール３１及び鉄道模型３０を載置した状態を示す。 レール幅９ｍｍのＮゲージのレール３１と鉄道模型３０を用いた。フォースプレート１のプレート１３の上にＮゲージのレールを敷設した。半径１０３ｍｍの曲線レールと長さ１４０ｍｍの直線レールを組み合わせ、一周９２７ｍｍの楕円軌道を作製した。また、鉄道模型３０にはおもりを追加して重量を１２４ｇとした。移動距離の実測値（単位移動距離の累積値に相当）は、鉄道模型のレールの周回回数から計算した。また、計測値はフォースプレート１から計測した。

【0031】

ここで、鉄道模型は、長い時間の静止状態（停止）では重心動揺は起こらないが、移動時、停止時の前後は、加減速による加速度の影響や曲線部での遠心力の影響、あるいはレールの歪みによる車両の振動の影響により、レールに掛かる荷重が変動するため重心動揺が起こっている。
よって、図１２に鉄道模型による移動・停止を繰り返した場合の移動距離の計測結果を示す。移動と停止は手動で制御し、繰り返し周期は約８秒で、約４秒間移動し、約4秒間停止を約２０回（約１６０秒間）繰り返した。移動速度を計測するサンプリング周期は、範囲１〜５秒に対して２秒とした。閾値は、５〜１０ｍｍ/ｓの範囲に対して、閾値７.５ｍ/ｓ以下をカットした。この場合、計測値は８.２８ｍ、実測値は８.３４ｍであり、計測値は実測値によく一致した。
サンプリング周期は、ローパスフィルタと同じような効果があり、サンプリング周期を短くするとより短時間での周波数の高い変化を検知し、サンプリング周期を長くすると高周波は含まない平均的な移動速度が検知される。よって、２秒の計測結果（最も誤差が少ない状態と推定）に対する移動速度の計測誤差は、１秒にすると高めに数％、５秒にすると低めに数％誤差が出る。
閾値の範囲についての単位移動距離の累積値の計測値誤差を検討する。閾値７．５ｍ/sの単位移動距離の累積値の計測値（最も誤差が少ない状態と推定）に対して、５ｍ/ｓにすると計測値が長めに数％、１０ｍ/ｓにすると短めに数％誤差がでる。
単位移動速度及びその累積値を計測するサンプリング周期と閾値の値は関連する。よって、サンプリング周期の範囲を１〜５秒、及び閾値の範囲を５〜１０ｍｍ/ｓとすることにより単位移動距離の累積値である計測値の実測値に他する誤差が１０％以内にすることができる。

【0032】

図１３及び表１は、鉄道模型３０による長時間の移動距離の測定結果を示す。レール３１は、一周９２７ｍｍであるので、鉄道模型３０の周回回数をカウントして移動距離を計算した。これを実際の移動距離（実測値）として、フォースプレート１の出力信号から計算した測定値（計測値）と比較した。
実験時間は１５０分とし、静止３０分・移動４５分・静止２５分・移動４０分、静止１０分の５区間を連続して計測した。鉄道模型が停止していた時刻０分〜３０分、７５分〜１００分、及び１４０分〜１５０分の区分では移動距離は計測されていない。鉄道模型が移動していた時刻３０分〜７５分の間は３８３周走行して実移動距離は３５５ｍ（実測値）、計測移動距離（計測値）は３６５ｍで１０２．８％、時刻１００分〜１４０分の間は３０９周走行して実移動距離（実測値）は２８６ｍ、計測移動距離（計測値）は２８９ｍで１０１．０％、実験時間全体では１５０分の間に６９２周走行して実移動距離（実測値）が６４２ｍ、計測移動距離（計測値）が６５４ｍ、１０１．９％であった．１５０分の実験において計測移動距離（計測値）の誤差は２％程度であり、長時間の実験でも高い精度で移動距離が計測できることが確認できた。

【表1】

【0033】

デジタルＬＰＦ２１と閾値処理２３を用いたフォースプレート１は、移動体３の精度の高い移動距離の計測が可能であることを、鉄道模型を用いることで、精度を定量的に検証した。

【0034】

（実施例３）
フォースプレート１を用いることで、小動物４１の移動距離を、明るさの変化や障害物の影響を受けず計測可能である。実施例３は、発明者らがラットやマウス等の小動物を用いて生理学的な研究を実施している研究者に依頼して行った。
図１４は、フォースプレート１上に、１匹の小動物４１を入れた飼育ケージ４０を載置した状態を示す。

【0035】

図１５は、小動物４１としてラットを選定し、ラットの１日２４時間の移動距離の計測結果を示す。実験開始時間は１８時４５分、実験終了時間は翌日の１８時４５分である。計測条件は、測定周波数1０Ｈｚでデータを記録、デジタルＬＰＦ２１の遮断周波数は０．８Ｈｚ、サンプリング周期２秒で移動速度を測定し，閾値処理の閾値は７．５ｍｍ/ｓとした。
図１５の横軸は時刻を示し、縦軸は1時間ごとの単位移動距離の累積値を棒グラフで示した。ラットの２４時間の総移動距離である単位移動距離の累積値は1６５ｍであった。実験開始後１時間、夜の２１時から２２時ころ、朝の４時から８時ころの活動が活発であること、それ以外の夜間も1時間当たり数ｍ程度は活動しているのに対し、昼間の９時から１８時の間は活動量が少ないようすが確認された。ラットが夜行性である特徴も示している。
従来、特定のフィールドや実験装置内での短時間の行動計測の結果は報告されているが、飼育ケージ４０内での１日２４時間の活動を記録した例は少なく、貴重な精度の高いデータである。

【0036】

実施例３では、長時間ラットの行動計測を自動的に行うために、本実施形態のフォースプレート１を用い、デジタルＬＰＦ２１（ノイズを低減）及び閾値処理２３（重心動揺の影響を抑制）を導入した。即ち、デジタルＬＰＦ２１にて遮断周波数０．８Ｈｚの1次のローパスフィルタ、閾値処理２３にて７．５ｍｍ/ｓをカットする処理を導入することで、ラットが移動しているのか静止しているのかを判断し、正確な単位移動距離及びその累積値（累積移動距離）を計測した。ラットの２４時間の長時間行動計測実験を実施した結果、飼育ケージ内の木屑などの障害物、飼育ケージ上の餌や水などの遮蔽物、昼夜の明るさの違いなどの悪条件の中、総移動距離・時間ごと移動距離により、ラットの活動の様子を高精度で自動的に記録することに成功し、１日２４時間で移動距離１６５ｍという結果を得た。新しいケージに入った１〜２時間の活動が活発なことや、夜行性と言われるとおり、夜間から朝にかけての移動量が多く、昼間の移動量は少ない傾向が確認された。

【0037】

以上、実施形態及び実施例により、フォースプレート１は、４個のロードセルの上部にプレート１３を配し、プレート１３上でロードセル１１を頂点とする四角形の面内を移動する１つの移動体３によるロードセル１１の信号を測定する測定部１０と、信号をサンプリング周期毎に計測し、移動体３のプレート１３上の位置座標、位置座標に応じた単位移動距離及びその累積値を計測する演算部２０とを有する。
ここで、演算部２０において、測定部１０の出力信号に対して、周波数０．５〜１Ｈｚ以上の信号をカットするデジタルＬＰＦ２１を有する。更にデジタルＬＰＦ２１を介した出力信号から、サンプリング周期を１〜５秒として、位置座標、位置座標に応じた移動速度を計測し、移動速度に５〜１０ｍｍ/ｓを範囲とする閾値を設定し、閾値以下をカットし、単位移動距離を計測する閾値処理２３とを有する。これにより、計測した単位移動距離及びその累積値は、鉄道模型を用いた実測値と誤差が±１０％以内とすることができる。

【産業上の利用可能性】

【0038】

ラットやマウス等の小動物を用いて生理学的な研究を実施している研究者から見ても、飼育ケージの中での２４時間といった長時間かつ連続的な行動記録のデータは見たことがなく貴重なものである。ラットの飼育ケージ内での１日２４時間の行動が高精度で計測できるフォースプレート１が開発できたため、今後はさまざまな条件でのラットのサーカディアンリズムを計測し、個体差の影響やストレスの影響などについて検討することができる。このようなデータをシンプルで安価なフォースプレート１で計測できることは生理学、医学、薬学研究に対する効果が非常に大きいと言える。

【符号の説明】

【0039】

１ フォースプレート ３ 移動体
１０ 測定部 １１ ロードセル
１２ 電源 １３ プレート
１５ 増幅回路 １７ ＬＰＦ回路（ローパスフィルタ回路）
１８ Ａ/Ｄ変換回路 １９ 計測用コンピュータ
２０ 演算部 ２１ デジタルＬＰＦ
２３ 閾値処理 ２５ ホストＰＣ
３０ 鉄道模型 ３１ レール
４０ 飼育ケージ ４１ 小動物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】