特開 2022-81330 検出装置及び歩行支援システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022081330

(43)【公開日】2022-05-31

(54)【発明の名称】検出装置及び歩行支援システム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/11 20060101AFI20220524BHJP

   A61H 3/00 20060101ALI20220524BHJP

   A61B 8/14 20060101ALI20220524BHJP

【ＦＩ】

A61B5/11 210

A61H3/00 B

A61B8/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020192800

(22)【出願日】2020-11-19

(71)【出願人】

【識別番号】502356528

【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木原 剛

【テーマコード（参考）】

4C038

4C046

4C601

【Ｆターム（参考）】

4C038VA12

4C038VB15

4C038VC04

4C038VC14

4C038VC20

4C046AA25

4C046AA42

4C046BB07

4C046CC01

4C046DD02

4C046EE05

4C046FF02

4C046FF25

4C601EE09

4C601JC06

4C601JC15

(57)【要約】

【課題】動作主体が他の物に与える荷重方向の判定に適した検出装置等を提供する。
【解決手段】検出装置１は、第１の凹部と第２の凹部が刻まれた面部を有し、第１の荷重に応じて当該面部で当該第１の凹部と当該第２の凹部が生じさせる模様と、第２の荷重に応じて当該面部で当該第１の凹部と当該第２の凹部が生じさせる模様と、が異なる弾性体１１と、当該面部の凹凸を検出するセンサ部３０と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の凹部と第２の凹部が刻まれた面部を有し、第１の荷重に応じて前記面部で前記第１の凹部と前記第２の凹部が生じさせる模様と、第２の荷重に応じて前記面部で前記第１の凹部と前記第２の凹部が生じさせる模様と、が異なる弾性体と、
前記面部の凹凸を検出するセンサと、を備える
検出装置。

【請求項2】

前記第１の凹部と前記第２の凹部はそれぞれ独立した環状の凹部であり、
前記第２の凹部は前記第１の凹部の内側に収まる
請求項１に記載の検出装置。

【請求項3】

前記第１の凹部と前記第２の凹部との間隔がより狭い側に向かう荷重を前記弾性体が受けていると判定する判定部を備える
請求項１又は２に記載の検出装置。

【請求項4】

前記弾性体と前記センサとの間に設けられる絶縁体を備える
請求項１から３のいずれか一項に記載の検出装置。

【請求項5】

前記弾性体は、当該弾性体を取り巻くように設けられた外枠によって規定された変形可能範囲内で変形するよう設けられ、
前記センサは所定位置に固定されている
請求項１から４のいずれか一項に記載の検出装置。

【請求項6】

前記弾性体は、前記面部の反対側が靴を履いたユーザの足裏に当接し、
前記センサは、前記靴内で前記弾性体よりも靴底側に設けられる
請求項１から５のいずれか一項に記載の検出装置。

【請求項7】

前記センサは、超音波を前記面部に送信して当該超音波の反射波を検出する超音波センサである
請求項１から６のいずれか一項に記載の検出装置。

【請求項8】

前記センサは、静電容量センサである
請求項１から６のいずれか一項に記載の検出装置。

【請求項9】

前記センサは、光センサである
請求項１から６のいずれか一項に記載の検出装置。

【請求項10】

前記第１の凹部と前記第２の凹部との間隔がより狭いほど、より大きい荷重を前記弾性体が受けていると判定する判定部を備える
請求項１又は２に記載の検出装置。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一項に記載の検出装置と、
ユーザの歩行をアシストするアシスト装置と、を備える歩行支援システムであって、
前記検出装置は、荷重方向を示す情報を出力し、
前記荷重方向は、前記センサが検出した前記面部の凹凸に基づいて判定される、
歩行支援システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、検出装置及び歩行支援システムに関する。

【背景技術】

【0002】

圧力を検出するセンサ及び圧力に応じて生じる歪みを検出するセンサが知られている（例えば特許文献１、特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特公平６－６６４７８号公報

【特許文献2】特開２００１－２１３０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

平面視点においてある方向に移動するよう動作する主体（例えば、歩行するヒト）によって当該主体に当接する他の物（例えば、靴底）に与えられる荷重が向かう方向を単純な一次元情報として扱えるようにしたいという需要があるが、上述のセンサはそのような用途を想定したものではなかった。

【0005】

本開示は、上記の課題に鑑みてなされたもので、動作主体が他の物に与える荷重方向の判定に適した検出装置及び歩行支援システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様による検出装置は、第１の凹部と第２の凹部が刻まれた面部を有し、第１の荷重に応じて前記面部で前記第１の凹部と前記第２の凹部が生じさせる模様と、第２の荷重に応じて前記面部で前記第１の凹部と前記第２の凹部が生じさせる模様と、が異なる弾性体と、前記面部の凹凸を検出するセンサと、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、検出装置を備える靴の模式図である。

【図2】図２は、検出装置の主要構成例を示す模式図である。

【図3】図３は、インソールの具体的形状と模様生成部の大きさの差の一例を示す平面図である。

【図4】図４は、模様生成部とインソールとの関係の一例を示す断面図である。

【図5】図５は、荷重を受けていない状態の弾性体を示す平面視点の模式図である。

【図6】図６は、特定方向の荷重Ｐｏを受けている状態の弾性体を示す平面視点の模式図である。

【図7】図７は、弾性体の組成を示す模式図である。

【図8】図８は、センサ部による第１の凹部と第２の凹部の検出の仕組みを示す模式図である。

【図9】図９は、荷重方向の判定に関わる構成例を示すブロック図である。

【図10】図１０は、パターン画像データとして記憶された弾性体の背面における複数の溝の状態のパターンと、荷重方向との関係の一例を示す図である。

【図11】図１１は、検出装置による荷重方向の判定の流れを示すフローチャートである。

【図12】図１２は、アシスト装置と靴との関係の一例を示す模式図である。

【図13】図１３は、弾性体の背面に設けられた模様に含まれる複数の溝の状態を検出可能な他の構成例を示す模式図である。

【図14】図１４は、弾性体の背面に設けられた模様に含まれる複数の溝の状態を検出可能な他の構成例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に、本開示の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本開示の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

【0009】

図１は、検出装置１を備える靴１００の模式図である。靴１００は、内側にインソールＩＳを備える。検出装置１は、靴１００の内側に設けられ、靴底ＳＳの上側に位置する。検出装置１は、一部（後述する模様生成部１０）が靴底ＳＳに対してインソールＩＳの設けられる位置と重なるよう設けられる。

【0010】

図２は、検出装置１の主要構成例を示す模式図である。検出装置１は、模様生成部１０、絶縁体２０、センサ部３０、支持部材４０等を備える。

【0011】

模様生成部１０は、弾性体１１と、外枠１２と、を含む。図２及び後述する図３に示す例では、インソールＩＳ設けられる位置が異なる２つの模様生成部１０として、模様生成部１０Ａと、模様生成部１０Ｂと、を図示している。模様生成部１０Ａと、模様生成部１０Ｂと、は構成が同一である。以下、模様生成部１０と記載した場合、模様生成部１０Ａと、模様生成部１０Ｂと、で共通する構成を説明することを意図している。

【0012】

なお、図２は、あくまで検出装置１の主要構成及び模様生成部１０と他の構成との基本的な位置関係を示すことを目的とした模式図である。図２では、模様生成部１０Ａ、模様生成部１０Ｂの大きさやインソールＩＳの形状を具体的に図示していない。

【0013】

図３は、インソールＩＳの具体的形状と模様生成部１０Ａ、模様生成部１０Ｂの大きさの差の一例を示す平面図である。図３に示すインソールＩＳ及び靴１００の形状は、靴１００（図１参照）の靴底ＳＳ側から見たインソールＩＳ及び模様生成部１０の形状である。図３に示す例の場合、模様生成部１０Ａが模様生成部１０Ｂに比して大きいが、これは模様生成部１０Ａと模様生成部１０Ｂとの大きさの差の一例であってこれに限られるものでない。模様生成部１０Ａと模様生成部１０Ｂは、同じ大きさであってもよく、模様生成部１０Ａが模様生成部１０Ｂに比して小さくてもよく、形状が異なっていてもよい。

【0014】

弾性体１１の靴底ＳＳ側の面には、模様１１０が形成されている。模様１１０は、例えば、図３に示す溝１１１，１１２，１１３，１１４のように、複数の溝を含む。溝１１１と、溝１１２と、溝１１３と、溝１１４と、はそれぞれ独立した環状の凹部である。溝１１４は、溝１１１、溝１１２及び溝１１３の内側に収まる。溝１１３は、溝１１１及び溝１１２の内側に収まる。溝１１２は、溝１１１の内側に収まる。模様１１０が含む複数の溝の各々の底部は、弾性体１１の靴底ＳＳ側の面に比して、絶縁体２０の反対側に凹んでいる。言い換えれば、溝１１１と溝１１２との間、溝１１２と溝１１３との間、溝１１３と溝１１４との間、溝１１４の内側及び溝１１１の外側は、溝１１１，１１２，１１３，１１４の底部に比して絶縁体２０側に凸上であるとともに、当該底部に対する突出の度合いが一様であり、面的な範囲を形成する。すなわち、弾性体１１の靴底ＳＳ側の「面」は、弾性体１１の靴底ＳＳ側のうち模様１１０が含む複数の溝以外の部分によって形成されている。

【0015】

なお、図２では、弾性体１１のうち絶縁体２０と対向する面（裏面）の反対側の面（表面）にも模様１１０と同様の多重円が模式的に示されているが、これはあくまで模式的なものであり、表面に模様１１０を設けることは必須でない。弾性体１１は、少なくとも裏面に模様１１０を有していればよい。弾性体１１の表面は、靴１００を履いたユーザの足の裏と接し、当該足からの荷重を受けて変形、移動する。

【0016】

外枠１２は、図３に示す平面視点で、環状の枠体として設けられる。外枠１２は、靴１００を履いたユーザの足から荷重を受けることによって生じる弾性体１１の変形、移動において弾性体１１の形状、位置変化可能範囲を外枠１２の環状の枠体内に制限する。

【0017】

図４は、模様生成部１０とインソールＩＳとの関係の一例を示す断面図である。図３及び図４に示すように、外枠１２は、弾性体１１とインソールＩＳとの間に介在する。具体的には、図４に示すように、外枠１２は、断面視点でインソールＩＳから弾性体１１を遮る壁状の部材として設けられる。弾性体１１は、外枠１２の内側に設けられた立体状、例えば円柱状の弾性体である。

【0018】

なお、図４ならびに後述する図５及び図６では、弾性体１１の外周側面１１ａと外枠１２との間に空間Ｇａがはっきりと図示されているが、これはあくまで弾性体１１と外枠１２とが接合されていないことを図示するための模式的なものである。実際には、加重が加えられていない状態の弾性体１１と、外枠１２との間には空間Ｇａのようなはっきりとした隙間は生じず、外周側面１１ａと外枠１２の内周面とが当接している（図３参照）。

【0019】

なお、図４ではインソールＩＳの両面側に突出する壁面となるよう外枠１２が設けられているが、外枠１２は、弾性体１１の変形範囲を規定する剛体であればよく、当該壁面を形成することは必須でない。具体的には、外枠１２は、例えば弾性体１１を内包するリング状の金属、合金又はその他の化合物による剛体である。

【0020】

図５は、荷重を受けていない状態の弾性体１１を示す平面視点の模式図である。図５に示すように、模様１１０に含まれる複数の溝（溝１１１、溝１１２、溝１１３、溝１１４）は、弾性体１１が靴１００を履いたユーザの足からの荷重を受けていない場合にそれぞれ径の異なる同心円状となるよう弾性体１１に刻まれている。

【0021】

図６は、特定方向の荷重Ｐｏを受けている状態の弾性体１１を示す平面視点の模式図である。模様１１０は、特定方向の荷重Ｐｏが向いている方向に対応する部分で模様１１０に含まれる複数の溝同士の間隔が狭くなるように弾性体１１が変形する。具体的には、特定方向の荷重Ｐｏが向かう方向を図６に示すように矢印の始点と終点（先端）との位置関係で示した場合、終点（先端）側に位置する溝１１１と溝１１２との間隔が、荷重を受けていない状態（図５参照）に比して狭まる。また、終点（先端）側に位置する溝１１２と溝１１３との間隔が、荷重を受けていない状態（図５参照）に比して狭まる。同様に、終点（先端）側に位置する溝１１３と溝１１４との間隔が、荷重を受けていない状態（図５参照）に比して狭まる。

【0022】

言い換えれば、模様１１０に含まれる複数の溝同士の間隔がより狭まっている側に向かう荷重が弾性体１１に働いていることを、模様１１０に含まれる複数の溝同士の間隔に基づいて判定できる。

【0023】

図７は、弾性体１１の組成を示す模式図である。第１ゲルＲと、第２ゲルＦと、を含む。第１ゲルＲは、第２ゲルＦに比して硬質である。第２ゲルＦは、第１ゲルＲに比して軟質で柔軟性に富む。第１ゲルＲと第２ゲルＦとが混在するゲルであることで、弾性体１１は、図６を参照して説明したような変形を許容する。上記弾性体１１として例えばダブルネットワークゲルを用いてもよい。

【0024】

絶縁体２０（図２参照）は、弾性体１１の背面と当接する絶縁体である。また、実施形態の絶縁体２０は、センサ部３０による超音波を利用した弾性体１１の背面の状態の検出が十分可能な程度に超音波の透過性が高い薄板状の部材である。具体的例を挙げると、絶縁体２０は、超音波を全くまたはほとんど遮蔽しない薄板状の合成樹脂である。

【0025】

センサ部３０（図２参照）は、絶縁体２０を間に挟んで模様生成部１０と対向する位置に設けられる。センサ部３０は、弾性体１１の背面側に出力波ＯＷ（図８参照）を照射し、その反射波ＲＷ（図８参照）に基づいて弾性体１１の背面に刻まれた模様１１０に含まれる複数の溝同士の間隔を検出可能な画像を生成する。ここで、出力波ＯＷ及び反射波ＲＷは超音波Ｗａである。すなわち、センサ部３０は、弾性体１１の背面の状態を示す超音波画像を生成する。

【0026】

図８は、センサ部３０による第１の凹部１１Ａと第２の凹部１１Ｂの検出の仕組みを示す模式図である。センサ部３０は、絶縁体２０を挟んで弾性体１１と対向する側の面から弾性体１１に向けて出力波ＯＷを出力する。出力波ＯＷは、少なくとも一部が弾性体１１の背面によって反射されて反射波ＲＷとなり、センサ部３０側に進む。反射波ＲＷは、センサ部３０によって検出される。

【0027】

ここで、弾性体１１の背面側には、図８に示す第１の凹部１１Ａ、第２の凹部１１Ｂのような複数の溝が刻まれている。第１の凹部１１Ａ、第２の凹部１１Ｂはそれぞれ、模様１１０に含まれる複数の溝のうちいずれかである。図３から図６を参照して説明した模様１１０の場合、第１の凹部１１Ａは、溝１１１、溝１１２又は溝１１３である。第２の凹部１１Ｂは、溝１１２、溝１１３又は溝１１４であって、かつ、第１の凹部１１Ａの内側に位置する溝である。

【0028】

超音波Ｗａは、空中を進んだ距離が長いほど減衰する。従って、弾性体１１の背面のうち第１の凹部１１Ａ、第２の凹部１１Ｂが刻まれている部分で反射されて反射波ＲＷとなった超音波Ｗａは、弾性体１１の背面のうち第１の凹部１１Ａ、第２の凹部１１Ｂが刻まれていない部分で反射されて反射波ＲＷとなった超音波Ｗａに比してより大きく減衰する。センサ部３０は、このような減衰の度合いの差に基づいて、弾性体１１の背面において第１の凹部１１Ａ、第２の凹部１１Ｂの位置が現れた超音波画像を生成する。

【0029】

支持部材４０（図２参照）は、例えば箱体状の部材である。支持部材４０の内側には、センサ部３０が固定される。これによって外枠１２に対するセンサ部３０の位置が固定される。センサ部３０は、少なくとも外枠１２の枠体内をカバーするように出力波ＯＷを照射することで、弾性体１１からの反射波ＲＷを検出して上述の超音波画像を生成できる。支持部材４０に対するセンサ部３０の固定方法は任意であるが、例えば接着やねじ留め、嵌め込み等が挙げられる。

【0030】

絶縁体２０及び支持部材４０は、靴１００内で靴底ＳＳ上に固定される。具体的には、靴１００内に設けられたスペースに対して支持部材４０、絶縁体２０の順で嵌め込まれるように固定される。これによって、絶縁体２０と支持部材４０との位置関係が定められる。また、外枠１２は、インソールＩＳに対して固定されている。これによって、靴１００内にインソールＩＳが設けられることで外枠１２の位置が定められる。また、当該外枠１２内で弾性体１１が変形可能となるように規定される。

【0031】

なお、絶縁体２０及び支持部材４０は、靴１００を履くユーザの体重等による上側からの圧力を受ける。従って、絶縁体２０及び支持部材４０は、当該圧力に耐える強度を有することが望ましい。具体的には、絶縁体２０及び支持部材４０は、当該強度を有する材質、厚み等を具備する構造体として設けられる。なお、支持部材４０の絶縁体２０側は、開放されていてもよいし、出力波ＯＷ及び反射波ＲＷの伝播を妨げない程度の厚みの蓋状の構造体で閉塞されていてもよい。

【0032】

判定部５０（図２参照）は、センサ部３０が生成した超音波画像に基づいて、弾性体１１に加わった荷重方向を判定する。

【0033】

図９は、荷重方向の判定に関わる構成例を示すブロック図である。センサ部３０は、例えば、センサ３１と、通信部３２と、を備える。センサ３１は、センサ部３０の機能のうち、上述の超音波Ｗａの入出力、検出及び超音波画像の生成に関する機能を担う。すなわち、センサ３１は、上述の出力波ＯＷを出力し、反射波ＲＷを検出し、超音波画像を生成する。通信部３２は、センサ３１が生成した超音波画像を判定部５０に送信する。具体的には、通信部３２は、ＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）として機能する回路等を備え、外部の情報処理装置と通信を行う。通信部３２は、超音波画像のデータを所定のプロトコルで送信する。図２及び図９では、通信部３２が行うデータの送信によって生じる信号Ｓｉｇを図示することで超音波画像のデータの送信を図示している。

【0034】

判定部５０は、例えば、通信部５１と、演算部５２と、データベース（ＤＢ：ＤａｔａＢａｓｅ）５３と、を備える。通信部５１は、通信部３２が送信した超音波画像のデータを受信する。具体的には、通信部５１は、通信部３２と同じ所定のプロトコルでの通信を行うＮＩＣとして機能する回路等を備える。

【0035】

演算部５２は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、当該ＣＰＵが行う演算で取り扱われるソフトウェア・プログラム、データ、パラメータ等が一時的に格納される半導体メモリ、当該ソフトウェア・プログラムが記憶される不揮発性メモリ等を含む情報処理装置である。演算部５２は、当該情報処理装置と同様に機能する単一の集積回路であってもよい。当該集積回路の例として、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）が挙げられるが、これに限られるものでなく、他の形態をとってもよい。

【0036】

演算部５２は、通信部５１が受信した超音波画像のデータを取得し、当該超音波画像に基づいて、当該超音波画像に対応する弾性体１１の状態がセンサ部３０によって検出された瞬間に弾性体１１に加えられていた荷重方向を判定する判定処理を行う。演算部５２は、当該判定処理に際して、ＤＢ５３を参照する。

【0037】

ＤＢ５３は、パターン画像データ５３ａを記憶する。パターン画像データ５３ａは、予め定められた荷重方向に対応した荷重が加えられた場合の弾性体１１の背面の状態を示す画像データである。より具体的には、パターン画像データ５３ａは、荷重方向に応じて変化する、模様１１０に含まれる複数の溝の間隔の状態を示す画像データである。

【0038】

ＤＢ５３は、荷重方向を示す情報と、当該荷重方向に対応するパターン画像データ５３ａと、が対応付けられたＤＢである。

【0039】

図１０は、パターン画像データ５３ａとして記憶された弾性体１１の背面における複数の溝の状態のパターンと、荷重方向との関係の一例を示す図である。以下、図１０を参照した説明で「パターン」と記載した場合、パターン画像データ５３ａとして記憶された弾性体１１の背面における複数の溝の状態のパターンをさす。また、図１０に示す複数の「パターン」の各々では、破線ＣＬ１と、破線ＣＬ２と、を図示している。破線ＣＬ１と破線ＣＬ２は直交する。破線ＣＬ１と破線ＣＬ２との交差点は、弾性体１１が荷重を受けていない状態である場合に模様１１０に含まれる複数の溝が描く円の中心と重なる。

【0040】

なお、図１０に示す複数の「パターン」の各々の最外周の円は、外周側面１１ａに対応する。当該最外周の内側の円が、模様１１０に含まれる複数の溝に対応する。

【0041】

図１０に示すの「例１」の「パターン」では、複数の溝が、破線ＣＬ１と破線ＣＬ２との交差点を中心とする同心円状になっている。これは、図５を参照して説明したように、荷重を受けていない状態の弾性体１１の状態に対応する。従って、当該「例１」の「パターン」と対応付けられる「荷重方向」は、「無し」である。

【0042】

図１０に示すの「例２」、「例３」、「例４」の「パターン」では、それぞれ異なる位置で複数の溝同士の間隔が狭まり、破線ＣＬ１と破線ＣＬ２との交差点を挟んでその位置の反対側で複数の溝同士の間隔がその位置に比して相対的に広がっている状態になっている。これらは、図６を参照して説明したように、荷重を受けている状態の弾性体１１の状態に対応する。従って、「例２」、「例３」、「例４」の「パターン」とそれぞれ対応付けられる「荷重方向」は、複数の溝同士の間隔が狭まっている方向に、破線ＣＬ１と破線ＣＬ２との交差点を挟んでその反対側から向かう方向である。

【0043】

ＤＢ５３のパターン画像データ５３ａは、例えば図１０の「パターン」のいずれかに該当するようなパターンと一致又は類似するパターン画像のデータである。ここでいう類似とは、例えば、検出パターン、すなわち、センサ部３０によって検出された弾性体１１の背面において複数の溝が形成しているパターンと、パターン画像データにおける複数の円環の位置が形成するパターンとの差が所定範囲以内に入っていることをさす。当該所定範囲は、弾性体１１の設計時点で当該弾性体１１の溝の大きさや形状に応じて設定される。ＤＢ５３は、図１０の「パターン」として例示したようなパターン画像データ５３ａに限らず、弾性体１１に働きうるより多方向の荷重方向の各々に対応したパターン画像データ５３ａを記憶する。また、ＤＢ５３は、記憶されている複数のパターン画像データ５３ａの各々と対応付けられた荷重方向を示す情報を記憶する。

【0044】

演算部５２は、通信部５１から超音波画像のデータを取得すると、ＤＢ５３に記憶されているパターン画像データ５３ａのうち１つを参照し、当該超音波画像とパターン画像データ５３ａの画像とを比較するパターンマッチング処理を行う。パターンマッチング処理では、当該超音波画像を前者とし、パターン画像データ５３ａの画像を後者とする。演算部５２は、前者と後者とが一致する又は前者と後者とが類似した画像である場合に、当該パターン画像データ５３ａの画像とＤＢ５３で対応付けられている荷重方向が、当該超音波画像に対応する弾性体１１の状態がセンサ部３０によって検出された瞬間に弾性体１１に加えられていた荷重方向であると判定する。一方、演算部５２は、前者と後者とが一致も類似もしていない場合、ＤＢ５３に記憶されている他のパターン画像データ５３ａのうち１つを新たに参照して再度パターンマッチング処理を行う。演算部５２は、前者と一致又は類似するパターン画像データ５３ａが発見され、荷重方向が特定されるまでパターンマッチング処理を繰り返す。

【0045】

なお、パターンマッチング処理における前者と後者との一致又は類似の判定の詳細は、一般的な画像のパターンマッチングアルゴリズムに基づくものであってもよいし、専用に構築されたアルゴリズムに基づくものであってもよい。一般的な画像のパターンマッチングアルゴリズムの例として、ＮＣＣ（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｃｒｏｓｓ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）、ＺＮＣＣ（Ｚｅｒｏ―ｍｅａｎ ＮＣＣ）、ＳＳＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）、ＳＡＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）等が挙げられる。

【0046】

パターンマッチング処理の精度をより高める目的で、実施形態のパターン画像データ５３ａは、超音波画像データであることが望ましい。すなわち、パターン画像データ５３ａは、ＤＢ５３で対応付けられる荷重方向に対応する荷重を受けた弾性体１１を実際に検出したセンサ部３０によって生成された超音波画像データをＤＢ５３に登録したものであることが望ましい。

【0047】

図１０で模式的に示すように、弾性体１１は、第１の凹部１１Ａと第２の凹部１１Ｂを含む模様１１０が刻まれた面部を有し、第１の荷重に応じて面部で第１の凹部１１Ａと第２の凹部１１Ｂが生じさせる模様と、第２の荷重に応じて面部で第１の凹部１１Ａと第２の凹部１１Ｂが生じさせる模様と、が異なる弾性体である。ここで、「模様」を図１０では「パターン」で模式的に示している。また、この「模様」を生じさせるのが第１の凹部１１Ａと第２の凹部１１Ｂ、すなわち、模様１１０であり、それをセンサ部３０によって検出可能であることは、図８を参照した説明で示している。また、「第１の荷重」、「第２の荷重」を図１０では「荷重方向」で模式的に示している。なお、荷重方向における溝同士の密度が高いほど、弾性体１１が受ける荷重として加わる力が強くなっていることを示す。「溝同士の密度」とは、模様１１０に含まれる複数の溝同士の間隔の狭さをさす。従って、「溝同士の密度がより高い」とは、模様１１０に含まれる複数の溝同士の間隔がより狭いことをさす。そこで、荷重の強さに応じて溝同士の密度がそれぞれ異なる複数のパターン画像を用意してパターン画像データ５３ａに含ませ、当該複数のパターン画像と荷重の強さを示す情報とを対応付けるようにしてもよい。これによって、検出装置１は、さらに、荷重の強さを判定できる。後述する出力情報ＯＰに、このようにして判定された荷重の強さを示す情報をさらに加えるようにし、アシスト装置Ａｓが荷重の強さに応じた動作を行えるようにしてもよい。

【0048】

なお、センサ部３０の機能と判定部５０の機能は一体化された装置内に設けられていてもよい。その場合、通信部３２と通信部５１は省略され、センサ３１から出力された超音波画像のデータが演算部５２に入力される。また、ＤＢ５３が判定部５０とは別の装置に設けられていてもよい。その場合、当該別の装置に通信部５１と同様の通信部が設けられ、当該別の装置と判定部５０とが通信することで、演算部５２がＤＢ５３を参照する。

【0049】

図１１は、検出装置１による荷重方向の判定の流れを示すフローチャートである。まず、センサ部３０によるゲルの溝パターンの取得が行われる（ステップＳ１）。ここでいうゲルの溝パターンとは、弾性体１１の背面に設けられた模様１１０に含まれる複数の溝が形成するパターンをさす。具体的には、ステップＳ１の処理において、例えばセンサ３１が出力波ＯＷを弾性体１１の背面に照射して反射波ＲＷを検出することで弾性体１１の背面に刻まれた模様１１０に含まれる複数の溝の状態を示す超音波画像を生成する。通信部３２は、センサ３１が生成した超音波画像のデータを判定部５０に送信する。演算部５２は、通信部５１を介して、センサ３１が生成した超音波画像のデータを取得する。

【0050】

演算部５２は、パターンマッチング処理の進行を管理するためのカウンタを設定する。具体的には、演算部５２は、当該カウンタで用いられる変数Ｎの初期値を０（Ｎ＝０）で設定する（ステップＳ２）。

【0051】

演算部５２は、Ｎの値がＤＢ５３に記憶されているパターン画像データ５３ａの数未満であるか判定する。具体的には、ＤＢ５３に記憶されているパターン画像データ５３ａの数をｎとすると、演算部５２は、Ｎ＜ｎが成立するか判定する（ステップＳ３）。ここで、Ｎ＜ｎが成立すると判定された場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、演算部５２は、ＤＢ５３に記憶されているＮ番目のパターン画像データ５３ａを読み出す（ステップＳ４）。なお、ステップＳ４の処理では、０番目のパターン画像データ５３ａを最初のパターン画像データ５３ａとして扱う。

【0052】

演算部５２は、ステップＳ１の処理で取得された溝パターンと、直前に行われたステップＳ４の処理で取得されたパターン画像データ５３ａが示す溝パターンとが一致又は類似するか判定する（ステップＳ５）。ここで、ステップＳ１の処理で取得された溝パターンと、直前に行われたステップＳ４の処理で取得されたパターン画像データ５３ａが示す溝パターンとが一致又は類似すると判定された場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、演算部５２は、Ｎ番目のパターン画像データ５３ａが示す方向を荷重方向として判定する（ステップＳ６）。すなわち、演算部５２は、ＤＢ５３においてＮ番目のパターン画像データ５３ａと対応付けられた荷重方向を示す情報を取得し、当該荷重方向をＮ番目のパターン画像データ５３ａが示す方向であり、ステップＳ１の処理が行われた時点で弾性体１１が受けている荷重情報であるとする。なお、ステップＳ５の一致又は類似の判定に基づき、ステップＳ６で、上述した荷重の強さをさらに判定するようにしてもよい。

【0053】

一方、ステップＳ５の処理でステップＳ１の処理で取得された溝パターンと、直前に行われたステップＳ４の処理で取得されたパターン画像データ５３ａが示す溝パターンとが一致も類似もしないと判定された場合（ステップＳ５；Ｎｏ）、演算部５２は、Ｎの値に１を加算する（ステップＳ７）。演算部５２は、ステップＳ７の処理後、ステップＳ３の処理に移行する。

【0054】

また、ステップＳ３の処理で、Ｎ＜ｎが成立しない、すなわち、Ｎ＝ｎになった場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、演算部５２は、予め定められた判定不可対応処理を行う（ステップＳ８）。判定不可対応処理の詳細は任意であるが、例えば荷重方向を判定できなかったとするエラー出力処理であってもよいし、その後に行われる再度のステップＳ１の処理後に行われるステップＳ６の処理まで荷重方向の判定を保留する処理であってもよいし、その他の処理であってもよい。

【0055】

なお、実施形態では、センサ部３０による弾性体１１の背面の状態の検出、当該検出に基づいた超音波画像の生成、当該超音波画像の出力及び当該超音波画像に基づいた演算部５２による判定処理は、所定時間が経過する度に繰り返される。これによって、靴１００を履いたユーザが弾性体１１、すなわち、インソールＩＳが設けられた靴底側に与えている荷重方向を当該所定時間毎に周期的に判定し続けられる。

【0056】

以上説明したように、実施形態によれば、検出装置１は、第１の凹部１１Ａと第２の凹部１１Ｂが刻まれた面部を有し、第１の荷重に応じて面部で第１の凹部１１Ａと第２の凹部１１Ｂが生じさせる模様と、第２の荷重に応じて面部で第１の凹部１１Ａと第２の凹部１１Ｂが生じさせる模様と、が異なる弾性体１１と、当該面部の凹凸を検出するセンサ（センサ部３０）と、を備える。これによって、検出された面部の凹凸が生じさせる模様に基づいて弾性体１１が受けている荷重方向を判定できる。従って、検出装置１は、動作主体（例えば、ヒトであるユーザ）が他の物（例えば、靴底）に与える荷重方向の判定に適している。

【0057】

また、第１の凹部１１Ａと第２の凹部１１Ｂはそれぞれ独立した環状の凹部であり、第２の凹部１１Ｂは第１の凹部１１Ａの内側に収まる。これによって、第１の凹部１１Ａが描く環と第２の凹部１１Ｂが描く環との間隔の変化に基づいて荷重方向を判定できる。

【0058】

また、第１の凹部１１Ａと第２の凹部１１Ｂとの間隔がより狭い側に向かう荷重を弾性体１１が受けていると判定する判定部５０を備える。これによって、検出装置１で荷重方向の判定を完結できる。

【0059】

また、弾性体１１は、当該弾性体１１を取り巻くように設けられた外枠１２によって規定された変形可能範囲内で変形するよう設けられ、センサ部３０は所定位置に固定されている。実施形態では、弾性体１１は、外枠１２内を変形可能範囲内とする。センサ部３０は、支持部材４０に固定される。これによって、センサ部３０による検出をより高精度に行うことができる。

【0060】

また、弾性体１１は、第１の凹部１１Ａと第２の凹部１１Ｂが刻まれた面部（背面）の反対側の面（表面）が靴１００を履いたユーザの足裏に当接する。センサ部３０は、靴１００内で弾性体１１よりも靴底ＳＳ側に設けられる。これによって、靴１００を履いたユーザが歩行等の移動に伴い靴１００に与える荷重の方向を判定できる。

【0061】

また、センサ３１は、超音波Ｗａの出力波ＯＷを弾性体１１に送信して反射波ＲＷを検出する超音波センサである。これによって、第１の凹部１１Ａと第２の凹部１１Ｂが生じさせる模様を良好に取得できる。

【0062】

なお、演算部５２が行った判定処理によって導出された荷重方向を示す出力情報ＯＰ（図９参照）を、靴１００を履いたユーザの歩行をアシストするアシスト装置Ａｓに与えるようにしてもよい。

【0063】

図１２は、アシスト装置Ａｓと靴１００との関係の一例を示す模式図である。アシスト装置Ａｓは、例えば、腰部ユニットＭｕ、脚部ユニットＰｕ、連結部ＳＬ等を備える。アシスト装置Ａｓは、ユーザの脚Ｌｅに固定された脚部ユニットＰｕの移動を腰部ユニットＭｕに設けられた電動機等の駆動部によってアシストする。当該電動機と脚部ユニットＰｕとは連結部ＳＬで連結される。図１２に示す靴１００からは、配線Ｗｉが延出している。図１２に示す靴１００では、支持部材４０内にセンサ部３０及び判定部５０が設けられるか、または判定部５０がセンサ部３０に統合されて一体的になっている。配線Ｗｉは、当該判定部５０の演算部５２からの出力情報ＯＰ（図９参照）を伝送する。配線Ｗｉによる信号伝送経路は、連結部ＳＬを介して腰部ユニットＭｕまで連続する。腰部ユニットＭｕに設けられた図示しない制御回路は、出力情報ＯＰが示す荷重方向に基づいてユーザの移動方向、すなわち、歩行の状態を把握する。当該制御回路は、このようにして把握された歩行の状態に応じて駆動部を動作させてユーザの歩行をアシストする。

【0064】

図１２を参照して説明した歩行支援システムは、検出装置１と、ユーザの歩行をアシストするアシスト装置Ａｓと、を備える。検出装置１は、荷重方向を示す情報（出力情報ＯＰ）を出力する。当該荷重方向は、センサ部３０が検出した第１の凹部１１Ａ、第２の凹部１１Ｂに基づいて判定される。これによって、検出装置１は、ユーザの歩行に伴って第１の凹部１１Ａ、第２の凹部１１Ｂが生じさせた模様に基づいて判定された荷重方向を示す情報をアシスト装置Ａｓに提供できる。従って、アシスト装置Ａｓは、荷重方向を示す情報に基づいたより高精度な歩行のアシストが可能になる。

【0065】

なお、上述のセンサ部３０は超音波Ｗａを利用して超音波画像を生成することで弾性体１１の背面に設けられた模様１１０に含まれる複数の溝の状態を検出していたが、当該複数の溝の状態の検出が可能な構成はこれに限られるものでない。以下、当該複数の溝の状態の検出が他の構成例について、図１３と図１４を参照して説明する。

【0066】

図１３は、弾性体１１の背面に設けられた模様１１０に含まれる複数の溝の状態を検出可能な他の構成例を示す模式図である。図１３に示すセンサ３０Ａは、静電容量に基づいて検出面２０Ａに対する弾性体１１の当接の有無を検知するタッチセンサ（静電容量センサ）である。具体的には、センサ３０Ａは、内部に複数の検出電極Ｔを有する。各検出電極Ｔと検出面２０Ａとの間の電荷Ｅは、検出面２０Ａを挟んで検出電極Ｔと対向する位置にある弾性体１１が検出面２０Ａと接触しているか否かに応じて大きく変化する。ここで、第１の凹部１１Ａ、第２の凹部１１Ｂのような複数の溝は、検出面２０Ａと当接しない。一方、第１の凹部１１Ａ、第２の凹部１１Ｂが刻まれていない部分の弾性体１１の背面は、検出面２０Ａと当接する。このため、上述の絶縁体２０の位置に検出面２０Ａを配置し、検出面２０Ａと弾性体１１との当接範囲をカバーするように複数の検出電極Ｔを配置することで、センサ３０Ａは、弾性体１１の背面に設けられた模様１１０に含まれる複数の溝の位置を二次元的に検出できる。従って、センサ部３０が超音波画像を生成したように、センサ３０Ａは、当該複数の溝の位置を示す二次元画像を生成できる。

【0067】

図１４は、弾性体１１の背面に設けられた模様１１０に含まれる複数の溝の状態を検出可能な他の構成例を示す模式図である。センサ３０Ｂは、光源Ｌｓから照射されて検出面２０Ｂで生じた屈折を経てレンズＬで導かれた光（例えば、光Ｌ１，Ｌ２）を検出する光センサである。検出面２０Ｂは、透光性を有する樹脂又はガラスである。光の屈折は、屈折率がそれぞれ異なる物と物との境界でよりはっきり起こる。ここで、弾性体１１が有する屈折率と、第１の凹部１１Ａ、第２の凹部１１Ｂのような溝に入り込んでいる空気の屈折率とは異なる。このため、第１の凹部１１Ａ、第２の凹部１１Ｂが位置するために検出面２０Ｂに対して弾性体１１の背面が当接していない位置と、検出面２０Ｂに対して弾性体１１の背面が当接している位置と、では屈折率が異なる。従って、光源Ｌｓから第１の凹部１１Ａ、第２の凹部１１Ｂの位置に照射された光Ｌ１と、光源Ｌｓから検出面２０Ｂと弾性体１１の背面とが当接する位置に照射された光Ｌ２と、では屈折率に差が生じる。この屈折率の差は、結果としてセンサ３０Ｂに検出される範囲内における光Ｌ１の強度と光Ｌ２の強度との差として現れる。センサ３０Ｂは、このような光の強度に基づいて、弾性体１１の背面に設けられた模様１１０に含まれる複数の溝の位置を二次元的に検出できる。

【0068】

なお、上述の例では弾性体１１がゲルであるが、ゴムのような他の弾性部材であってもよい。また、図４に示す外枠１２が形成する壁は、インソールＩＳの両面側に突出しているが、一方に突出するようにしてもよい。例えば、靴１００を履くユーザの足が当接する側のインソールＩＳの一面において外枠１２の壁が突出しないようにすることで、靴１００の履き心地がよりよくなる。また、絶縁体２０と対向する側のインソールＩＳの一面で外枠１２の壁が突出しないようにすることで、インソールＩＳと絶縁体２０とを当接させることができ、インソールＩＳと絶縁体２０との間を埋める構成を省略できる。なお、インソールＩＳと絶縁体２０との間を埋める構成として、例えばクッション材等、靴１００の履き心地と、絶縁体２０に対する荷重の低減とを考慮して選定された部材であることが望ましい。

【0069】

また、上述の例では検出装置１が靴１００内に設けられているが、これに限られるものでない。例えば、原動機を備える機械等のように振動する構成と、床又は地面と、の間に設けられてもよい。この場合、弾性体１１の背面に設けられた模様１１０に含まれる複数の溝の位置の変化に基づいて振動の有無及び振動による荷重方向を検知できる。

【0070】

また、模様１１０に含まれる複数の溝は、それぞれが完全な円環である必要はない。当該複数の溝は、その位置関係の変位によって荷重方向を判定可能な形状及び配置であればよい。例えば第１の凹部１１Ａ、第２の凹部１１Ｂの各々が１つ以上の円弧を有し、当該円弧が円環状の模様を形成するものであってもよいし、第１の凹部１１Ａ、第２の凹部１１Ｂの各々が円環状でなく多角形状の溝であってもよい。

【0071】

また、本実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本開示によりもたらされるものと解される。

【符号の説明】

【0072】

１ 検出装置
１０ 模様生成部
１１ 弾性体
１１Ａ 第１の凹部
１１Ｂ 第２の凹部
１２ 外枠
３０ センサ部
３１ センサ
５０ 判定部
１００ 靴
１１０ 模様
１１１，１１２，１１３，１１４ 溝
Ａｓ アシスト装置
ＳＳ 靴底

【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】