JP6235888B2 - 靴中敷圧力センサ及びパワーアシストスーツ - Google Patents

Description

本発明は、靴中敷圧力センサ及びパワーアシストスーツに関する。

パワーアシストスーツと呼ばれる装着型の運動補助装置がある。パワーアシストスーツは、使用者の動作に応じて筋力を補助するものである。パワーアシストスーツは、要介護者の補助、リハビリテーション、さらに重機が入り込めない狭い場所での重作業をするための力増幅装置としての適用可能性がある。このようなパワーアシストスーツにおいて、使用者の足に作用する荷重を検出することは、アクチュエータの動作を制御する上で重要である。使用者の足に作用する荷重を検出するためには、例えば、圧力センサを用いることができる。

例えば、特許文献１には、使用者（装着者）の足裏にかかる荷重を検出するために、複数の領域を有する圧力センサが開示されている。

特開２０１２−１６７９３９号公報

特許文献１に記載の圧力センサを用いる場合、複数の領域のうちの１つの領域のセンサが故障すると、圧力センサ全体を交換する必要がある。圧力センサ全体を交換した場合、各領域について較正（キャリブレーション）を行う必要がある。１つの領域のセンサが故障しただけで、すべての領域についてキャリブレーションを行うことは、圧力センサを構成する領域の数が多い場合には、キャリブレーションの作業の手間が多くなるという問題がある。

本発明は、複数の感圧センサを個別に交換することができ、かつ、感圧センサを交換した場合でも、交換した感圧センサについてキャリブレーションを行うだけで済み、すべての感圧センサについてキャリブレーションを行う必要がない、靴中敷圧力センサ及びパワーアシストスーツの提供を目的とする。

本発明に係る靴中敷圧力センサは、複数の感圧センサと、前記複数の感圧センサそれぞれに対応して設けられ、前記複数の感圧センサをそれぞれ脱着可能な複数の装着部と、前記複数の装着部にそれぞれ装着された感圧センサと電気的に接続される導体を有するフレキシブルプリント基板と、を備え、前記複数の感圧センサの出力を、前記フレキシブルプリント基板を介して取り出し、前記感圧センサは、使用者の足の裏面に配置され、前記フレキシブルプリント基板は、前記足のつま先に対応するつま先部と前記足のかかとに対応するかかと部との間に、谷折り部と山折り部とからなる折り畳み部を有し、前記折り畳み部を展開又は折り畳むことによって、前記足のつま先と前記つま先部との位置を一致させ、かつ、前記足のかかとと前記かかと部との位置を一致させるようにした。

本発明によれば、ケーブルを用いずにフレキシブルプリント基板を用いて配線を行うので、使用者の歩行中に足の圧力が加わっても、ケーブルの捩れや断線が生じることはない。また、靴中敷圧力センサに設けられている複数の感圧センサを個別に交換することができる。さらに、感圧センサを交換した場合、交換した感圧センサについてキャリブレーションを行うだけで済み、すべての感圧センサについてキャリブレーションを行う必要がない。また、重要な、足のつま先近傍のデータ及び足のかかと近傍のデータを正しく取得でき、かつ、複数種類のサイズの足に対応することができる。

本発明に係る靴中敷圧力センサにおいて、前記複数の感圧センサの出力をシリアル信号に変換する変換部をさらに備え、前記変換部によってシリアル信号に変換した出力を、取り出すようにしてもよい。これにより、靴中敷圧力センサの出力信号を伝達する信号線の本数を削減できる。

本発明に係る靴中敷圧力センサにおいて、前記感圧センサは、使用者の足の裏面に配置され、前記変換部は、前記足の土踏まずに対応する位置に設けられていてもよい。足の圧力のかかりにくい土踏まずに対応する位置に変換部を設けることにより、変換部の破損を防止し、センサの信頼性を向上させることができる。

本発明に係る靴中敷圧力センサにおいて、前記複数の感圧センサに対応する位置に、これらが露出する大きさの孔部を有し、前記感圧センサ以外の部分を覆うシートをさらに備えてもよい。これにより、使用者の足裏に対するクッション性を良好に保つことができる。

本発明に係るパワーアシストスーツは、上記のいずれか１つの靴中敷圧力センサと、前記靴中敷圧力センサに足で圧力を与える使用者に対するアシスト力を発生するアクチュエータと、前記靴中敷圧力センサに備えられた前記感圧センサの出力に基づいて前記アクチュエータの動作を制御する制御部と、を備える。これにより、靴中敷圧力センサの感圧センサによって得られた圧力に応じて、適切なアシスト力を使用者に与えることができる。

本発明によれば、フレキシブルプリント基板を用いて配線を行うので、使用者の歩行中に足の圧力が加わっても、ケーブルの捩れ及び断線が生じる可能性を低減できる。また、複数の感圧センサを個別に交換することができる。さらに、交換した感圧センサについてキャリブレーションを行うだけで済み、すべての感圧センサについてキャリブレーションを行う必要がない、という効果を奏する。

図１は、実施形態１に係る靴中敷圧力センサの構成を示す平面図である。 図２−１は、図１の孔部の部分を拡大して示す図である。 図２−２は、図１の孔部の部分を拡大して示す図である。 図３は、靴中敷圧力センサの使用状態の例を示す図である。 図４は、本発明に係る靴中敷圧力センサの実施形態１に用いるフレキシブルプリント基板の構成を示す平面図である。 図５−１は、図４の孔部の部分を拡大して示す図である。 図５−２は、図４の孔部の部分を拡大して示す図である。 図６は、図４のフレキシブルプリント基板に感圧センサを装着した状態を示す平面図である。 図７−１は、図６の孔部の部分を拡大して示す平面図である。 図７−２は、図６の孔部の部分を拡大して示す側面図である。 図８−１は、比較例に用いる感圧センサを示す平面図である。 図８−２は、比較例に用いる感圧センサを示す側面図である。 図９は、比較例の靴中敷圧力センサの構成を示す平面図である。 図１０は、比較例による靴中敷圧力センサの使用状態の例を示す図である。 図１１は、本発明に係る靴中敷圧力センサの実施形態２の構成を示す図である。 図１２は、図１１中の制御部の機能構成例を示すブロック図である。 図１３は、実施形態２に係る靴中敷圧力センサの使用状態の例を示す図である。 図１４は、本発明に係る靴中敷圧力センサの実施形態３の構成を示す図である。 図１５は、図１４の靴中敷圧力センサの側面図である。 図１６は、実施形態３に係る靴中敷圧力センサの使用状態の例を示す図である。 図１７−１は、本発明に係る靴中敷圧力センサの実施形態４の構成を示す平面図である。 図１７−２は、本発明に係る靴中敷圧力センサの実施形態４の構成を示す側面図である。 図１８−１は、谷折り部及び山折り部で折り畳んだ状態のフレキシブルプリント基板を示す平面図である。 図１８−２は、谷折り部及び山折り部で折り畳んだ状態のフレキシブルプリント基板を示す側面図である。 図１９−１は、谷折り部及び山折り部を折り畳まずに展開した状態のフレキシブルプリント基板を示す平面図である。 図１９−２は、谷折り部及び山折り部を折り畳まずに展開した状態のフレキシブルプリント基板を示す側面図である。 図２０は、靴中敷圧力センサをパワーアシストスーツの荷重検出装置として用いる場合に、関連する部分を示す機能ブロック図である。 図２１は、本実施形態に係るパワーアシストスーツを表す概略図である。 図２２は、本実施形態に係るパワーアシストスーツの装着状態を表す正面図である。 図２３は、本実施形態に係るパワーアシストスーツの装着状態を表す側面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る靴中敷圧力センサの構成を示す平面図である。靴中敷圧力センサ１００は、例えば、パワーアシストスーツの使用者が装着する靴の内部に、靴の中敷として設置される。図１を参照すると、靴中敷圧力センサは、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Flexible printed circuits）１０と、感圧センサ１ａ〜１ｇと、クッションシート１２と、金属板１３とを備える。

図１に示すように、フレキシブルプリント基板１０は、孔部１０ａ〜１０ｇを有している。孔部１０ａは、使用者の足のつま先に対応するつま先部Ｆ１の近傍部分であるつま先近傍Ｆ１０に設けられている。孔部１０ｇは、足のかかとに対応するかかと部Ｆ２の近傍部分であるかかと近傍Ｆ２０に設けられている。孔部１０ｂ及び孔部１０ｃは、孔部１０ａの位置からかかと部Ｆ２寄りの位置の左右に設けられている。孔部１０ｄは、孔部１０ｂ及び孔部１０ｃの位置からさらにかかと部Ｆ２寄りの位置に設けられている。孔部１０ｅ及び孔部１０ｆは、孔部１０ｇの位置からつま先部Ｆ１寄りの位置の左右に設けられている。

図１に示すように、フレキシブルプリント基板１０の、感圧センサ１ａ〜１ｇが装着されている面には、クッションシート１２が設けられている。クッションシート１２は、感圧センサ１ａ〜１ｇに対応する部分に、孔部１２０ａ〜１２０ｇを有している。各孔部１２０ａ〜１２０ｇは、本例では、感圧センサ１ａ〜１ｇが露出する大きさである。

クッションシート１２を設けることにより、使用者の足裏に対するクッション性を良好に保つことができる。クッションシート１２は、例えば、フェルト布製である。ただし、クッションシート１２はフェルト布製に限定されない。

フレキシブルプリント基板１０の感圧センサ１ａ〜１ｇが設けられている側の面とは反対側の面、つまり靴底側の面に、各感圧センサに与えられた圧力に対する反力を確保するための金属板１３を設けることが好ましい。この金属板１３により、感圧センサ１ａ〜１ｇの検出精度の低下を抑制することができる。金属板は、例えば、鉄板である。

図２は、図１の孔部１０ａの部分を拡大して示す図である。図２−１は図１の孔部１０ａ部分の平面図、図２−２は図２−１のＡ−Ａ’部の断面図である。

図２−１において、感圧センサ１ａには、電極２３ａ、２３ｂが設けられている。これらの電極２３ａ、２３ｂに対応して、電極２１ａ、２１ｂがフレキシブルプリント基板１０に設けられている。図２−２を参照すると、感圧センサ１ａの電極２３ｂと、フレキシブルプリント基板１０の電極２１ｂとは、例えば、半田Ｈによって電気的に接続されている。同様に、図２−１に示す、感圧センサ１ａの電極２３ａと、フレキシブルプリント基板１０の電極２１ａとが、例えば、半田によって電気的に接続されている。なお、半田に限らず、圧接、圧着、レーザ、スポット溶接等、種々の電気的接続方法を用いることができる。

フレキシブルプリント基板１０は、電極２１ａ、２１ｂ以外の部分には、保護層１０Ｊを有している。保護層１０Ｊは、例えば、透明な樹脂によって形成されている。保護層１０Ｊによって、配線２２ａ、２２ｂと他の部分との絶縁状態が保たれる。

図２−２を参照すると、フレキシブルプリント基板１０の、感圧センサ１ａが半田Ｈによって装着されている面に、孔部１２０ａを有するクッションシート１２が設けられている。このため、感圧センサ１ａは、孔部１２０ａにより、露出された状態になっている。

以上のように構成された靴中敷圧力センサは、靴の内部の底側に敷いた状態で使用される。図３は、靴中敷圧力センサの使用状態の例を示す図である。図３は、靴の内部が分かるように部分断面を示している。図３に示すように、使用者の足３２が靴３１を履いた状態において、足３２の各部が感圧センサ１ａ、１ｇ等に接触している。この状態において、使用者が例えば荷物を持つことにより、足３２の裏側に圧力がかかる。この足３２の裏側にかかる圧力は、感圧センサ１ａ〜１ｇによって検出され、電気信号として感圧センサ１ａ〜１ｇから出力される。感圧センサ１ａ〜１ｇの出力は、前述したように、１つにまとめられて外部に引き出される。

図４は、実施形態１に係る靴中敷圧力センサの実施形態１に用いるフレキシブルプリント基板１０の構成を示す平面図である。図４に示すように、本実施形態では、フレキシブルプリント基板１０は、７個の孔部１０ａ〜１０ｇを有している。孔部の個数及び位置の少なくとも一方は、本実施形態の態様に限定されるものではなく、必要に応じて個数を増減したり、位置を変更したりすることができる。

図５は、図４の孔部１０ａの部分を拡大して示す図である。図５−１は図１の孔部１０ａ部分の平面図、図５−２は図５−１のＡ−Ａ’部の断面図である。図５−１に示すように、フレキシブルプリント基板１０には、平面視で見た場合に、孔部１０ａの周囲から中心部に向けて突出した接続部２０ａが設けられている。

図５−２を参照すると、接続部２０ａの表面に、電極２１ｂ及び配線２２ｂが設けられている。図５−１を参照すると、接続部２０ａには、感圧センサ１ａが有する電極（図示せず）に対応する位置に、電極２１ａ、２１ｂが設けられている。電極２１ａには配線２２ａが接続されている。電極２１ｂには配線２２ｂが接続されている。これら２本の配線２２ａ、２２ｂについては、説明の便宜上、配線３０ａと呼ぶことがある。

前述したように、フレキシブルプリント基板１０は、配線３０ａ〜３０ｇを保護するため、電極２１ａ〜２１ｇ及び配線３０ａ〜３０ｇの部分以外の部分が保護層１０Ｊによって覆われていることが好ましい。

本実施形態では、接続部２０ａに、２つの電極２１ａ、２１ｂが平面視において平行に設けられているが、これに限定されるものではない。すなわち、感圧センサに設けられている電極の個数又は配置等によって、接続部２０ａに設けられる電極の個数及び配置が決定される。また、電極の個数によって配線３０ａに含まれる配線の本数が決定される。図４に示す他の接続部２０ｂ〜２０ｇは、接続部２０ａと同様の構造になっている。

図４に戻り、フレキシブルプリント基板１０は、各孔部１０ａ〜１０ｇの接続部２０ａ〜２０ｇに対応して、導体である配線３０ａ〜３０ｇを有している。配線３０ａ〜３０ｇは、各感圧センサ１ａ〜１ｇの出力を靴中敷圧力センサの外部に取り出すものである。本実施形態において、配線３０ａ〜３０ｇは、接続部２０ａ〜２０ｇから延びて、図４に示すように、屈曲しながら一箇所にまとめられている。一箇所にまとめられた部分は、配線３０ａ〜３０ｇが平行に並んだ部分である。これら配線３０ａ〜３０ｇにより、複数の感圧センサ１ａ〜１ｇの出力がまとめて靴中敷圧力センサの外部に取り出される。

図６は、図４のフレキシブルプリント基板１０に感圧センサを装着した状態を示す平面図である。図３に示すように、接続部２０ａ〜２０ｇに、それぞれ、平面視において円形の感圧センサ１ａ〜１ｇが装着され、電極２１ａ及び２１ｂと電気的に接続されている。つまり、図５を参照して説明した、孔部１０ａの接続部２０ａが、感圧センサ１ａの装着部となる。他の孔部１０ｂ〜１０ｇの接続部２０ｂ〜２０ｇも同様に、対応する感圧センサ１ｂ〜１ｇの装着部となる。

本実施形態において、感圧センサ１ａ〜１ｇは、平面視で円形であり、検出した圧力に応じた電圧を、図示しない電極から出力する。例えば、ロードセル（load cell）と呼ばれているセンサを、感圧センサ１ａ〜１ｇとして用いることができる。

図７は、図６の孔部１０ａの部分を拡大して示す図である。図７−１は図６の孔部１０ａ部分の平面図、図７−２は図７−１のＡ−Ａ’部の断面図である。

図７−２において、電極２１ｂと感圧センサ１ａに設けられている電極２３ｂとは、例えば、半田Ｈによって、電気的に接続されている。なお、半田に限らず、圧接、圧着、レーザ、スポット溶接等、種々の電気的接続方法を用いることができる。電極２１ａについても同様である。他の感圧センサ１ｂ〜１ｇに設けられている電極（図示せず）についても同様である。したがって、感圧センサ１ａ〜１ｇは、半田Ｈ等の接続部を除去することにより、装着部である接続部２０ａ〜２０ｇから取り外すことができる。また、新たな感圧センサを装着部である接続部２０ａ〜２０ｇに取り付けることができる。つまり、感圧センサ１ａ〜１ｇは、装着部である接続部２０ａ〜２０ｇに対して、個別に脱着可能である。

以上説明した靴中敷圧力センサに対する比較例について説明する。図８は、比較例に用いる感圧センサを示す図である。図８−１は感圧センサ１の平面図、図８−２は図８−１の矢印ＹＡの方向から感圧センサ１を見た側面図である。図８−１、図８−２を参照すると、感圧センサ１は、平面視で円形であり、検出した圧力に応じた電圧を出力するためのケーブルＣ１が取り付けられている。

図９は、比較例の靴中敷圧力センサの構成を示す平面図である。図９に示すように、比較例の靴中敷圧力センサは、金属板１３の表面に、複数の感圧センサ１を設けた構成である。各感圧センサ１の出力は、ケーブルＣ１に接続されたコネクタＣ２を介して１つにまとめられ、ケーブルＣ３によって引き出される。

以上のように構成された靴中敷圧力センサは、靴の内部の底側に敷いた状態で使用される。図１０は、比較例による靴中敷圧力センサの使用状態の例を示す図である。図１０は、靴の内部が分かるように部分断面を示している。図１０に示すように、使用者の足３２が靴３１を履いた状態において、足３２の各部が感圧センサ１に接触している。この状態において、使用者が例えば荷物を持つことにより、足３２の裏側から感圧センサ１に圧力が作用する。この圧力は、各感圧センサ１によって検出され、感圧センサ１の出力が取り出される。

図８〜図１０を参照して説明した、比較例の靴中敷圧力センサによると、靴３１の内部で、各感圧センサ１の出力を取り出すためのケーブルＣ１、コネクタＣ２、ケーブルＣ３が足３２の裏側等と接触し、足からの圧力が加わった状態になる。すると、使用者の歩行状態によっては、ケーブルＣ１やケーブルＣ３が捩れたり、コネクタＣ２に負荷がかかったりして断線することがある。このような場合、ケーブルＣ１やコネクタＣ２等の交換作業に多くの時間が必要となる。

前述した比較例に対し、実施形態１の靴中敷圧力センサによると、フレキシブルプリント基板１０を用いているので、足の圧力が加わっても、ケーブルに発生する捩れ及び断線を抑制できる。しかも、実施形態１の靴中敷圧力センサは、複数の感圧センサをそれぞれ個別に交換することができる。感圧センサを交換した場合、交換した感圧センサについてキャリブレーションを行うだけで済み、すべての感圧センサについてキャリブレーションを行う必要はない。このため、キャリブレーションに要する手間を低減できる。

（実施形態２）
図１１は、実施形態２に係る靴中敷圧力センサの構成を示す図である。実施形態２では、複数の感圧センサの出力を、より少ない本数の信号線のケーブルＣ３を介して靴中敷圧力センサの外部に取り出す。

図１１を参照すると、フレキシブルプリント基板１０の、感圧センサ１ａ〜１ｇが設けられていない側には、図中の破線で示すように、制御部４０及び通信部４５が設けられている。

制御部４０は、各感圧センサ１ａ〜１ｇの出力を入力とし、シリアル信号に変換して出力する機能を有している。通信部４５は、制御部４０から出力されるシリアル信号を所定のプロトコルに従ってケーブルＣ３へ出力する機能を有している。

図１２は、制御部４０の機能構成例を示すブロック図である。図１２において、制御部４０は、マルチプレクサ４１と、Ａ／Ｄ変換部４２と、パラレル／シリアル変換部４３とを備えている。マルチプレクサ４１は、各感圧センサ１ａ〜１ｇの出力を、時分割により順次選択して入力する。Ａ／Ｄ変換部４２は、入力された感圧センサ１ａ〜１ｇの出力について、アナログ信号からディジタル信号に変換する。パラレル／シリアル変換部４３は、Ａ／Ｄ変換部４２によって変換された、各感圧センサ１ａ〜１ｇの出力のディジタル信号について、パラレルからシリアルに変換する。パラレル／シリアル変換部４３は、例えば、マイクロプロセッサ等によって構成される。

このような構成において、制御部４０は次のように動作する。制御部４０のマルチプレクサ４１は、予め定められたサンプリング周期で、各感圧センサ１ａ〜１ｇの出力を、順次選択して入力する。Ａ／Ｄ変換部４２は、マルチプレクサ４１が選択して入力した、感圧センサ１ａ〜１ｇの出力であるアナログ信号をディジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部４２の出力であるディジタル信号は、パラレル／シリアル変換部４３に入力される。パラレル／シリアル変換部４３は、Ａ／Ｄ変換部４２によってディジタル信号に変換された、感圧センサ１ａ〜１ｇの出力を、シリアル信号に変換する。

通信部４５は、パラレル／シリアル変換部４３によってシリアル信号に変換された感圧センサ１ａ〜１ｇの出力を入力する。通信部４５は、感圧センサ１ａ〜１ｇの出力を、所定のプロトコルに従ってシリアル信号によりケーブルＣ３へ出力する。なお、制御部４０と通信部４５とをまとめて１つに集積したＩＣにしてもよい。制御部４０及び通信部４５は、例えば、マイクロコンピュータによって実現してもよい。

ところで、制御部４０及び通信部４５は、使用者の足の土踏まずに対応する位置に設けることが好ましい。足の圧力のかかりにくい土踏まずに対応する位置に制御部４０及び通信部４５を設けることにより、これらの破損を防止し、センサの信頼性を向上させることができる。

図１３は、実施形態２に係る靴中敷圧力センサの使用状態の例を示す図である。図１３は、靴の内部が分かるように部分断面を示している。図１３に示すように、使用者の足３２が靴３１を履いた状態において、足３２の各部が感圧センサ１ａ、１ｇ等に接触している。図１３に示すように、フレキシブルプリント基板１０の下側の面、つまり靴底側の面には、金属板１３が設けられている。本実施形態の金属板１３は、制御部４０及び通信部４５に対応する位置に孔部１３０を有している。なお、図１３において、保護層１０Ｊの図示は省略してある。

図１３の状態において、使用者が例えば荷物を持つことにより、靴中敷圧力センサは、足３２の裏側から圧力を受ける。制御部４０及び通信部４５は、足３２からの圧力を受けにくい、土踏まずに対応する位置に設けられているので、シリアル信号に変換する変換部である制御部４０及び通信部４５に過度の力が加わることを抑制できる。

なお、実施形態２において、靴３１は、制御部４０及び通信部４５に対応する位置に凹部３３を有する。このため、凹部３３が無い場合に比べて、制御部４０及び通信部４５に過度の力が加わる可能性を低くできる。

（実施形態３）
図１４は、本発明に係る靴中敷圧力センサの実施形態３の構成を示す図である。実施形態３では、フレキシブルプリント基板１０の代わりに、金属基板１４を用いる。

図１４を参照すると、金属基板１４の、感圧センサ１ａ〜１ｇが設けられていない側には、図中の破線で示すように、制御部４０及び通信部４５が設けられている。制御部４０及び通信部４５は、例えば、マイクロコンピュータによって実現してもよい。

図１５は、図１４の矢印ＹＢの方向から金属基板１４等を見た側面図である。図１４及び図１５を参照すると、金属基板１４は、金属板の表面に、前述した感圧センサ１ａ〜１ｇを装着して電気的に接続するための接続部２０ａ〜２０ｇ及び配線３０ａ〜３０ｇを設けた構成になっている。なお、金属基板１４の表面には、必要に応じて絶縁層が設けられている。

金属基板１４において、感圧センサ１ａに設けられている電極（例えば、図２−１を参照）と、接続部２０ａ〜２０ｇに設けられている電極とは、例えば、半田によって、電気的に接続されている。なお、半田に限らず、圧接、圧着、レーザ、スポット溶接等、種々の電気的接続方法を用いることができる。したがって、感圧センサ１ａ〜１ｇは、半田等の接続部を除去することにより、装着部である接続部２０ａ〜２０ｇから取り外すことができる。また、新たな感圧センサを装着部である接続部２０ａ〜２０ｇに取り付けることができる。つまり、感圧センサ１ａ〜１ｇは、装着部である接続部２０ａ〜２０ｇに対して、個別に脱着可能である。

実施形態３の靴中敷圧力センサは、実施形態２の場合と同様に、複数の感圧センサの出力をシリアル信号に変換する変換部として機能する制御部４０及び通信部４５を備えている。通信部４５の出力は、コネクタＣ４によって接続されるケーブルＣ３を介して取り出される。

図１６は、実施形態３に係る靴中敷圧力センサの使用状態の例を示す図である。図１６は、靴の内部が分かるように部分断面を示している。図１６に示すように、使用者の足３２が靴３１を履いた状態において、足３２の各部が感圧センサ１ａ、１ｇ等に接触している。本実施形態では、実施形態１及び実施形態２の場合と同様に、感圧センサ１ａ〜１ｇに対応する位置に孔部を有するクッションシート１２が設けられている。

本実施形態では、実施形態１及び実施形態２の場合とは異なり、金属基板１４を用いているため、フレキシブルプリント基板１４の下側の面、つまり靴底側の面に金属板を設ける必要はない。金属基板１４を用いることにより、各感圧センサ１ａ〜１ｇに与えられた圧力に対する反力を確保するための金属板を省くことができ、部品点数を削減できる。

（実施形態４）
図１７は、本発明に係る靴中敷圧力センサの実施形態４の構成を示す図である。実施形態４では、折り畳み部を展開又は折り畳むことによって足のサイズの大小に対応できるようにした、フレキシブルプリント基板１５を用いる。図１７−１は、フレキシブルプリント基板１５の構成を示す平面図である。図１７−２は、図１７−１の矢印ＹＢの方向から見た側面図である。図１７−１及び図１７−２において、フレキシブルプリント基板１５は、谷折り部１５ａと、その両側に位置する山折り部１５ｂ及び１５ｃを有している。なお、図１７−２において、保護層１０Ｊの図示は省略してある。

靴中敷圧力センサをパワーアシストスーツの荷重検出装置として用いる場合、特に、足のつま先近傍に作用する圧力のデータ及び足のかかと近傍に作用する圧力のデータが重要である。したがって、フレキシブルプリント基板１５の、足のつま先に対応するつま先部Ｆ１からつま先近傍Ｆ１０に位置する感圧センサ１ａまでの距離を所望の値に維持することが重要である。同様に、フレキシブルプリント基板１５の、足のかかとに対応するかかと部Ｆ２からかかと近傍Ｆ２０に位置する感圧センサ１ｇまでの距離を所望の値に維持することが重要である。

そこで、本実施形態に係るフレキシブルプリント基板１５は、足のつま先に対応するつま先部Ｆ１と足のかかとに対応するかかと部Ｆ２とを除く部分に、谷折り部１５ａ並びに山折り部１５ｂ及び１５ｃを有する折り畳み部Ｆ３が設けられている。例えば、足のつま先に対応するつま先部Ｆ１と足のかかとに対応するかかと部Ｆ２との間に、谷折り部１５ａ並びに山折り部１５ｂ及び１５ｃを有する折り畳み部Ｆ３が設けられている。谷折り部１５ａ及び山折り部１５ｂ及び１５ｃを有する折り畳み部を展開又は折り畳むことによって、足のつま先とつま先部Ｆ１との位置を一致させ、かつ、足のかかととかかと部Ｆ２との位置を一致させるようにした。この構造により、靴中敷圧力センサから、足のつま先近傍Ｆ１０の圧力のデータと、足のかかと近傍Ｆ２０の圧力のデータとを正しく取得でき、かつ、複数種類のサイズの足に対応することができる。

図１８は、谷折り部１５ａ並びに山折り部１５ｂ及び１５ｃで折り畳んだ状態のフレキシブルプリント基板１５を示す図である。図１８−１は、フレキシブルプリント基板１５の構成を示す平面図である。図１８−２は、図１８−１の矢印ＹＢの方向から見た側面図である。図１８−１及び図１８−２を参照すると、折り畳んだ状態であるため、フレキシブルプリント基板１５の、感圧センサ１ａ〜１ｇが設けられていない面側に、谷折り部１５ａが位置している。このように折り畳んだ状態のフレキシブルプリント基板１５は、足のサイズが小さい場合に対応できる。

折り畳んだ状態のフレキシブルプリント基板１５の、感圧センサ１ａ〜１ｇが設けられている側は、感圧センサ１ａ〜１ｇに対応する位置に孔部を有するクッションシート１２（例えば、図１参照）で覆われる。さらに、折り畳んだ状態のフレキシブルプリント基板１５の、感圧センサ１ａ〜１ｇが設けられていない側には、金属板１３（例えば、図１参照）が設けられることが好ましい。このように、本実施形態では、靴中敷圧力センサに、フレキシブルプリント基板１５が用いられる。なお、図１８−２において、保護層１０Ｊの図示は省略してある。

図１９は、谷折り部１５ａ並びに山折り部１５ｂ及び１５ｃを折り畳まずに展開した状態のフレキシブルプリント基板１５を示す図である。図１９−１は、フレキシブルプリント基板１５の構成を示す平面図である。図１９−２は、図１９−１の矢印ＹＢの方向から見た側面図である。図１９−１及び図１９−２を参照すると、展開した状態であるため、フレキシブルプリント基板１５の、感圧センサ１ａ〜１ｇが設けられている面側に、谷折り部１５ａが位置している。このように展開した状態のフレキシブルプリント基板１５は、足のサイズが大きい場合に対応できる。

展開した状態のフレキシブルプリント基板１５の、感圧センサ１ａ〜１ｇが設けられている側は、感圧センサ１ａ〜１ｇに対応する位置に孔部を有するクッションシート１２（例えば、図１参照）で覆われる。さらに、展開した状態のフレキシブルプリント基板１５の、感圧センサ１ａ〜１ｇが設けられていない側には金属板１３（例えば、図１参照）が設けられ、靴中敷圧力センサとして用いられる。なお、図１９−２において、保護層１０Ｊの図示は省略してある。

前述のように、フレキシブルプリント基板１５が１つの谷折り部１５ａを有する場合について説明したが、複数の谷折り部を設けてもよい。より多くの谷折り部を設けることにより、様々な足のサイズに対応することができる。

（パワーアシストスーツ）
前述した靴中敷圧力センサは、パワーアシストスーツの使用者の足からの圧力を検出する荷重検出装置として用いることができる。次に、靴中敷圧力センサをパワーアシストスーツの荷重検出装置に適用した例を説明する。

図２０は、前述した靴中敷圧力センサをパワーアシストスーツの荷重検出装置として用いる場合に、関連する部分を示す機能ブロック図である。図２０に示すように、パワーアシストスーツは、前述した靴中敷圧力センサ１００を用いた荷重検出装置１４４と、制御部１０１と、アクチュエータＡＡとを備えている。

アクチュエータＡＡは、パワーアシストスーツの可動部分に設けられている。制御部１０１は、荷重検出装置１４４によって検出した圧力のデータを入力とし、圧力に基づいて、アクチュエータＡＡの動作を制御する。

このような構成において、前述した靴中敷圧力センサを用いた荷重検出装置１４４によって検出する。制御部１０１は、検出した圧力に基づいて、パワーアシストスーツを構成するアクチュエータＡＡの動作を制御する。これにより、適切なアシスト力を使用者に与えることができる。

次に、前述した靴中敷圧力センサを荷重検出装置１４４として用いた、パワーアシストスーツの構成例について説明する。

パワーアシストスーツ１１０は、複数のリンクが関節を介して連結され、使用者に装着されて使用者の筋力を補助する装置である。図２１から図２３に示すように、パワーアシストスーツ１１０は、使用者の腰に装着される腰パーツ１１１と、肩に装着される肩パーツ１１２と、脚に装着される脚パーツ１１３Ａ、１１３Ｂとを有している。

腰パーツ１１１は、腰装着部１２１と、給電装置１２２と、大腿駆動機構１２３Ａ、１２３Ｂとを有する。腰装着部１２１は、パワーアシストスーツ１１０の使用者、すなわちパワーアシストスーツを装着する者（装着者）の腰の周囲に位置するように形成された、Ｃ形リング形状の部材である。給電装置１２２は、腰装着部１２１に取り付けられており、使用者の背中側に配置される。

給電装置１２２は、パワーアシストスーツ１１０が備える制御部１０１及びアクチュエータ等の機器類に電力を供給する装置である。本実施形態において、給電装置１２２は、パワーアシストスーツ１１０の外部の電源１２２Ｂから、電線１２２Ｃを介して電力の供給を受ける。給電装置１２２は、外部の電源１２２Ｂからの電力を、パワーアシストスーツ１１０が備える機器類に適した電圧等に変換してこれらに供給する。外部の電源１２２Ｂは、例えば、ＡＣ（Alternating Current）電源である。給電装置１２２は外部の電源１２２Ｂから電力の供給を受ける装置に限定されるものではなく、例えば、パワーアシストスーツ１１０に搭載される蓄電器から電力の供給を受ける装置であってもよい。

大腿駆動機構１２３Ａ、１２３Ｂは、腰装着部１２１の下方に連結されており、それぞれ使用者の左右の側部に配置されている。大腿駆動機構１２３Ａ、１２３Ｂは、パワーアシストスーツ１１０の関節に相当する。大腿駆動機構１２３Ａは、脚パーツ１１３Ａの大腿装着部１４１Ａを腰装着部１２１に対して所定の軸線Ｙｗｌの周りを回動させることで、左脚の大腿の動作に応じて筋力を補助するものである。大腿駆動機構１２３Ｂは、脚パーツ１１３Ｂの大腿装着部１４１Ｂを腰装着部１２１に対して所定の軸線Ｙｗｒの周りを回動させることで、右脚の大腿の動作に応じて筋力を補助するものである。

肩パーツ１１２は、背装着部１３１と、使用者の左右の肩に掛止するように配置される左肩装着部１３２Ａ及び右肩装着部１３２Ｂとを有する。左肩装着部１３２Ａ及び右肩装着部１３２Ｂは、使用者の背中側に配置される背装着部１３１によって腰パーツ１１１の腰装着部１２１に連結されている。

脚パーツ１１３Ａ、１１３Ｂは、左脚及び右脚に対応して配置されている。左脚に対応する脚パーツ１１３Ａは、大腿装着部１４１Ａと、下腿装着部１４２Ａと、足装着部１４３Ａと、下腿駆動機構１４５Ａと、脚駆動制御部１４６Ａとを有する。

大腿装着部１４１Ａは、使用者の左脚の大腿に沿って配置され、下腿装着部１４２Ａは、使用者の左脚の下腿に沿って配置される。大腿装着部１４１Ａ及び下腿装着部１４２Ａは、パワーアシストスーツ１１０のリンクに相当する。大腿装着部１４１Ａの一端部は、腰パーツ１１１の腰装着部１２１に回動可能に連結されている。下腿装着部１４２Ａの一端部は、大腿装着部１４１Ａの他端部に回動可能に連結されており、下腿装着部１４２Ａの他端部は、回動軸１４７Ａにより足装着部１４３Ａに回動可能に連結されている。足装着部１４３Ａは、使用者の左足部（左足首から下の部分）に装着される靴部である。回動軸１４７Ａはパワーアシストスーツ１１０の関節に相当し、足装着部１４３Ａはパワーアシストスーツ１１０のリンクに相当する。

下腿駆動機構１４５Ａは、大腿装着部１４１Ａの他端部に取り付けられている。下腿駆動機構１４５Ａは、下腿駆動機構１４５Ａを大腿装着部１４１Ａに対して所定の軸線Ｙｎｌの周りを回動させることで、筋力を補助する。下腿駆動機構１４５Ａは、パワーアシストスーツ１１０の関節に相当する。脚駆動制御部１４６Ａは、大腿装着部１４１Ａに取り付けられており、大腿駆動機構１２３Ａ及び下腿駆動機構１４５Ａの動作を制御する。脚駆動制御部１４６Ａ、大腿駆動機構１２３Ａ及び下腿駆動機構１４５Ａは、給電装置１２２から電力が供給される。

右脚に対応する脚パーツ１１３Ｂは、脚パーツ１１３Ａと同様に、大腿装着部１４１Ｂと、下腿装着部１４２Ｂと、足装着部１４３Ｂと、下腿駆動機構１４５Ｂと、脚駆動制御部１４６Ｂとを有する。

大腿装着部１４１Ｂは、使用者の右脚の大腿に沿って配置され、下腿装着部１４２Ｂは、使用者の右脚の下腿に沿って配置される。大腿装着部１４１Ｂ及び下腿装着部１４２Ｂは、パワーアシストスーツ１１０のリンクに相当する。大腿装着部１４１Ｂの一端部は、腰パーツ１１１の腰装着部１２１に回動可能に連結されている。下腿装着部１４２Ｂの一端部は、大腿装着部１４１Ｂの他端部に回動可能に連結されており、下腿装着部１４２Ｂの他端部は、回動軸１４７Ｂにより足装着部１４３Ｂに回動可能に連結されている。足装着部１４３Ｂは、使用者の右足部（右足首から下の部分）に装着される靴部として形成されている。回動軸１４７Ｂはパワーアシストスーツ１１０の関節に相当し、足装着部１４３Ｂはパワーアシストスーツ１１０のリンクに相当する。

下腿駆動機構１４５Ｂは、大腿装着部１４１Ｂの他端部に取り付けられている。下腿駆動機構１４５Ｂは、下腿駆動機構１４５Ｂを大腿装着部１４１Ｂに対して所定の軸線Ｙｎｒの周りを回動させることで、筋力を補助するものである。下腿駆動機構１４５Ｂは、パワーアシストスーツ１１０の関節に相当する。脚駆動制御部１４６Ｂは、大腿装着部１４１Ｂに取り付けられており、大腿駆動機構１２３Ｂ及び下腿駆動機構１４５Ｂの動作を制御する。脚駆動制御部１４６Ｂ、大腿駆動機構１２３Ｂ及び下腿駆動機構１４５Ｂは、給電装置１２２から電力が供給される。

大腿駆動機構１２３Ａ、１２３Ｂ及び下腿駆動機構１４５Ａ、１４５Ｂは、それぞれアクチュエータを備えている。本実施形態において、これらが備えるアクチュエータは電動機であるが、これに限定されない。本実施形態において、それぞれの脚パーツ１１３Ａ、１１３Ｂは、大腿駆動機構１２３Ａ、１２３Ｂ及び下腿駆動機構１４５Ａ、１４５Ｂを備えているので、制御軸は２軸である。本実施形態において、パワーアシストスーツ１１０が備える制御軸は、１つの脚パーツ１１３Ａ又は脚パーツ１１３Ｂあたりにおいて２軸に限定されるものではない。

図２２に示すように、足装着部１４３Ａの底部には、荷重検出装置１４４Ａが設けられている。また、足装着部１４３Ｂの底部には、荷重検出装置１４４Ｂが設けられている。荷重検出装置１４４Ａ、１４４Ｂは、足装着部１４３Ａ、１４３Ｂに作用する荷重を検出する。本実施形態において、荷重検出装置１４４Ａ、１４４Ｂには、例えば、前述した各靴中敷圧力センサを用いることができる。

本実施形態において、背装着部１３１の背面には、制御部１０１が設けられている。制御部１０１は、例えば、マイクロコンピュータである。制御部１０１は、荷重検出装置１４４Ａ、１４４Ｂの検出値に基づいて、大腿駆動機構１２３Ａ、１２３Ｂ及び下腿駆動機構１４５Ａ、１４５Ｂの動作を制御する。脚駆動制御部１４６Ａ、１４６Ｂは、制御部１０１からの指令に基づいて、大腿駆動機構１２３Ａ、１２３Ｂのアクチュエータ及び下腿駆動機構１４５Ａ、１４５Ｂのアクチュエータを駆動する。本実施形態において、脚駆動制御部１４６Ａ、１４６Ｂは、電動機を制御するモータードライバである。

以上は、前述した靴中敷圧力センサを、パワーアシストスーツの荷重検出装置として用いる場合について説明したが、他の用途に用いることもできる。例えば、医療分野や福祉分野において、患者や被験者の足裏にかかる荷重をモニターする場合に、前述した靴中敷圧力センサを用いることができる。

以上、実施形態１から実施形態４について説明したが、前述した内容により実施形態１から実施形態４が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、実施形態１から実施形態４の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。

１ａ−１ｇ 感圧センサ
１０、１５ フレキシブルプリント基板
１０ａ−１０ｇ 孔部
１２ クッションシート
１３ 金属板
１４ 金属基板
２０ａ−２０ｇ 接続部
２１ａ−２１ｇ 電極
３０ａ−３０ｇ 配線
３１ 靴
３２ 足
３３ 凹部
４０ 制御部
４１ マルチプレクサ
４２ Ａ／Ｄ変換部
４３ パラレル／シリアル変換部
４５ 通信部
１００ 靴中敷圧力センサ
１０１ 制御部
１１０ パワーアシストスーツ
１２０ａ−１２０ｇ 孔部
１３０ 孔部
１４４ 荷重検出装置
ＡＡ アクチュエータ
Ｈ 半田

Claims (5)

1. 複数の感圧センサと、
   前記複数の感圧センサそれぞれに対応して設けられ、前記複数の感圧センサをそれぞれ脱着可能な複数の装着部と、
   前記複数の装着部にそれぞれ装着された感圧センサと電気的に接続される導体を有するフレキシブルプリント基板と、
   を備え、
   前記複数の感圧センサの出力を、前記フレキシブルプリント基板を介して取り出し、
   前記感圧センサは、使用者の足の裏面に配置され、
   前記フレキシブルプリント基板は、前記足のつま先に対応するつま先部と前記足のかかとに対応するかかと部との間に、谷折り部と山折り部とからなる折り畳み部を有し、
   前記折り畳み部を展開又は折り畳むことによって、前記足のつま先と前記つま先部との位置を一致させ、かつ、前記足のかかとと前記かかと部との位置を一致させるようにした靴中敷圧力センサ。
2. 前記複数の感圧センサの出力をシリアル信号に変換する変換部をさらに備え、前記変換部によってシリアル信号に変換した出力を取り出すようにした、
   請求項１に記載の靴中敷圧力センサ。
3. 前記感圧センサは、使用者の足の裏面に配置され、
   前記変換部は、前記足の土踏まずに対応する位置に設けられる、
   請求項２に記載の靴中敷圧力センサ。
4. 前記複数の感圧センサに対応する位置に、これらが露出する大きさの孔部を有し、前記感圧センサ以外の部分を覆うシートをさらに備えた、
   請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の靴中敷圧力センサ。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の靴中敷圧力センサと、
   前記靴中敷圧力センサに足で圧力を与える使用者に対するアシスト力を発生するアクチュエータと、
   前記靴中敷圧力センサに備えられた前記感圧センサの出力に基づいて前記アクチュエータの動作を制御する制御部と、
   を備えた、
   パワーアシストスーツ。

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