JPH0678908B2 - 人体を支持するようになつている物品の表面の輪郭を測定するための装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、人体の形に関連する表面の形状又は輪郭を測
定するための装置に関する。即ち、本発明は、表面上に
置かれた人間の形をもつ物体の身体部分の位置変化によ
り反映されたときの表面輪郭の指示を生じさせる。より
詳しく言えば、本発明は、人間の形をもつ物体から受け
た荷重下にあるマットレス表面の形状又は輪郭を測定す
るのに有用な装置に関する。

発明の背景 本発明は、マットレスの構造の分野にその起源を有す
る。一般に、マットレスは、縁ワイヤーの枠組の中にあ
るパターンをなして配列された複数のコイルばねからな
る内側ばね組立体を有し、コイルと枠組とが一体として
一緒に結合されている。典型的には、多数層の断熱材料
又は他のシート材料が、内側ばね組立体の上にあり、軟
かい織物の外側カバー層が頂部をなしている。

マットレスを設計する際の１つの目標は、“変形され
た”プロフイル、例えば、睡眠位置にある人体の全面に
わたる圧力分布を最適にし、他方において満足な堅固さ
を与えることである。この目標は、１つの場合に、“理
想化された支持体プロフイル”又はモデルとして定量化
された。

マットレスが、この理想化されたモデルに合致するかど
うか、又はそのことのために、人間により負荷をかけら
れたときのマットレスに対して終局的にいかなる輪郭又
は形状が望まれてもマットレスがその輪郭又は形状に合
致するかどうか、を測定することは、現在まで比較的に
不正確な科学であった。例えば、マットレスの形状又は
輪郭を測定する１つの公知の方法は、典型的にはマット
レスの縦軸線に平行に延びる線に沿って、種々の不連続
の点で荷重下にあるマットレスをテストすることであ
る。この線に沿ってマットレスの“堅固さ”の指示を与
えるために、これらの個々のデータ点をプロットするこ
とができる。マットレスの輪郭を測定するこの方法は、
得られた情報が、荷重下にある比較的に小さい不連続領
域の情報にすぎず、人体のような広域荷重の下にあるマ
ットレスの形状又は輪郭を反映しない、という欠点があ
る。この測定はまた、典型的には一時に１つの複数の点
測定をしなければならないという事実に照らして、情報
を得るために望ましくないほど長時間を有する。

マットレスの“感触（feel）”の指示をうるためのもう
１つの公知の方法は、一群の個人に１人ずつマットレス
の表面上に横たわって貰い、次に彼等がマットレスをい
かに“感じた”かという種々の口頭による印象を編集す
ることである。マットレスの形状と表面のこの“測定”
は、人体の広域荷重下にあるマットレスの外形に明らか
に関係するけれども、この“測定”は、明らかに客観的
な詳細と首尾一貫性と再現性とを欠いている。

発明の概要 本発明の主目的は、人間の形をもつ物体の位置の変化に
反映されたときの表面の形状又は輪郭を測定する際に用
いるための装置を提供することである。より詳細には、
本発明の特定の目的は、人間の形状と質量分布とをもつ
物体の変形積載荷重下にあるマットレスの形状又は輪郭
を急速に、客観的に且つ繰返し可能に指示しうる装置を
提供することである。

これらの目的は、人体の大きさと形状に類似の身体の手
足を有する人型ロボットからなる本発明により達成され
た。これらの四肢の１つ又は２つ以上が、少くとも１つ
の平面内で、比較しうる人間の四肢の運動と類似の方法
で動きうるように作られる。例えば、本発明の現在の実
施態様は、ひざ関節とヒップ関節の所で人型ロボットの
脚の運動を与え、この脚は、人型ロボットを２等分する
平面に平行の平面内で、即ちもしも人型ロボットを水平
にあお向けに横たえるならば垂直平面内で、これらの関
節の所で曲がり又は回転することができるようになって
いる。

人型ロボットは、若干の領域における人体の相対的な硬
さ又は柔かさ並びにより高い質量の領域又はより低い質
量の領域（即ち、その重量が男性の人体に比例して分布
されている）を含む人体の大きさと形状とを少くとも概
略的に模写する方法で構成されている。

人型ロボット上の所定の点に位置感知装置が配置され
る。感知装置は、相対的運動の量、又は測定されるべき
表面と接触状態に置かれたときに人型ロボットのその領
域が受ける撓みの量を検出する。例えば、本発明の現在
の実施態様は、表面の外形により引き起された、これら
の領域における撓みを指示するために、ヒップ関節とひ
ざ関節の所に回転電位差計の形の位置変換器を配置す
る。人間の脊椎の一部を模写する装置を設けるのが有利
であり、この装置は、下方の背中／腹部の領域の撓みを
指示するための関連する位置感知機構を有する。

本発明のこの現在の実施態様は、可動支持組立体を更に
含み、人型ロボットが可動支持組立体から水平に吊下げ
られ、それ故人型ロボットが、測定されるべき表面上へ
容易に下降され且つ該表面から容易に持上げられる。可
動支持組立体は、一組の支持脚を上下に動くモータ被駆
動フレームの形態をしており、人型ロボットがこのフレ
ームの下で吊下げられる。

使用中、人型ロボットは、支持機構により下降させら
れ、マットレスのような測定される形状又は輪郭を有す
る表面と接触する。

人型ロボットは、その全質量をマットレスの表面により
支持させて静止することが可能である。マットレスの表
面輪郭により引き起された脚とヒップと下方の背中／腹
部との運動は、変換器回路内の電圧変化の形で位置変換
器により検出される。これらの電圧変化は、次に、人型
ロボットの関節と“脊椎”との相対的位置変化により反
映されるとき表面の輪郭の測定に変換される。

マットレスに適用されるとき、本発明は、人型ロボット
の広域荷重の下にあるマットレスの輪郭の測定のための
装置を与える。この実際のマットレスの輪郭が、次に、
例えば“理想化された支持体プロフイル”と比較され、
マットレスがこの所望の輪郭配置といかに接近して合致
するかを決定することができる。

表面輪郭の測定が本発明の主目的であるけれども、人間
類似体に及ぼす表面輪郭の効果の測定もまた別の意義を
有することが理解されよう。

即ち、表面により引き起された人型ロボットのボディ部
分の位置の変化を、同様な人体の応答、例えば下方の背
中の痛みを生じさせる腹部の撓みに関連づけることがで
きる。従って、本発明は、表面の輪郭を測定する際、並
びに人体に及ぼすその心理的衝撃を推定する際にも利用
することができる。

本発明の特徴と利点は、以下の詳細な説明と図面を参照
することによりより詳細に理解されよう。

発明の好ましい実施態様の説明 図面に示され本明細書中で説明する本発明の実施態様
は、マットレスの表面と形状とをテストするように特に
適合されている。本発明の以下の説明は、マットレスの
テストのこの特定の環境に関連づけられているけれど
も、本発明は、必ずしもそれに限定されず、人体の形状
に関係する表面、特に変形可能な表面の輪郭又は形状を
測定することが望まれる場合の他の用途を見出すことが
できる。

第１図を参照して説明する。本発明のこの実施態様は、
可動支持組立体11の下方であお向け（水平）の位置で吊
下げられる人型ロボット10からほぼ構成されている。人
型ロボット10は、箱型ばね13上に支持されたマットレス
12に関して上昇下降される。

人型ロボット10は、カリフオルニア州90746、カーソン
市、モンタネロ街17022、にあるヒューマノイド・シス
テムズ（Humanoid Systems）から購入することができ
る。この人型ロボットは、衝突テストに普通に用いられ
るタイプの型式No.572であり、例えば、以下に詳述する
ように、本発明に関係する若干の点で修正された。

人型ロボット10は、約192ポンド（87kg）の人間の大き
さと形状と重さとを再現した人間の形に似た“実物そっ
くり（natural）”である。未修正の人型ロボット10
は、人体の主要関節、例えば足首の関節、ひざ、ヒッ
プ、胴、ひじ、肩、首の運動をほぼ模写する。この人型
ロボット10は、また、人体上の比較的に硬い領域と軟か
い領域、並びに質量のより高い又はより低い集中領域を
含む人体の質量分布を概ね模写している。

人型ロボット10は、このように、人体の形状、“感触
（feel）”及び相対的質量分布並びに主要関節の運動の
範囲を概ね模写する。

人型ロボット10は、あお向けの位置で（即ち、その腹部
の側を上に向けて）、透明のアクリルプラスチックの厚
板のような板15から吊下げられ、この板15は可動支持組
立体11の一部である。普通の航空機ケーブルのような複
数のケーブル16は、その一端を人型ロボット10の腹部の
側の便利な点に固定し、ケーブル16の他端を人型ロボッ
ト10上の夫々の取付点のほぼ真上で板15に固定する。

人型ロボット10上のケーブル16の配置点は、重要である
とは考えられないが、然し人型ロボットが表面上に載っ
ていないとき人型ロボットの形状を真直で比較的に水平
の位置に維持するのに十分な数がなければならない。調
節可能な継手機構のような、ケーブルの長さの僅かな調
節を可能とする適当な調節機構を用いてもよい。人型ロ
ボット10がその全重量をマットレス12上に載せていると
き緩くなる可撓性ケーブル16が用いられる。

板15は、複数のブラケット18により支持フレーム19の下
側に結合され、支持フレーム19は、４つの垂直に延びる
脚20に沿って移動するように装架されている。支持フレ
ーム19を脚20に沿って上下に動かすために、22で概略的
に示す適当な駆動機構が用いられる。

図示されている実施態様に用いられる全可動支持組立体
11は、ウイスコンシン州54481、ステフエンス ポイン
ト、ジョーンズ、5555ジョーンズ ドライズから入手し
うる修正された普通の病院ベッド型式No.671である。板
15がジョーンズ ベッドフレーム上に装着され、従って
人型ロボット10が、ベッドフレームの下方に吊下げられ
る。必要な高さをうるために、長い脚20がベッドフレー
ムと共に用いられた。上述のジョーンズ病院ベッド用フ
レームを備えた駆動機構22が、ここで利用される。

前述のように、本発明は、人間の様な物体の種々の部分
の位置の相対的変化、又は撓みに反映される表面の形状
又は輪郭を測定するのに有用である。ここで説明する人
型ロボット10は、人型ロボットのひざ（ひざ機構25）、
ヒップ（ヒップ機構26）及び下方の背中／腹部領域即ち
下方脊椎（脊椎機構27）の領域の撓みの測定をするよう
に特に修正される。この実施態様において、垂直平面内
での撓み、即ち人型ロボットの図形10を２分する仮想平
面に平行な平面内での撓みが測定される。ここでは、図
形の本体部分の水平運動は測定されない。この水平運動
と、ここで説明する以外の垂直面内での付加的運動とを
測定するように本発明を適合させることは、勿論、本発
明の広い概念の範囲内にある。

ひざの撓みを測定するための装置が、第２図〜第４図に
詳細に示されている。前述のストック人型ロボットのひ
ざ機構が、枢軸ピン31と同心でひざの内側寄りに板30に
固定された大きい平歯車29を追加し、枢軸ピン31の周り
に板30が枢軸旋回するようにして修正された。図示され
ているように、板30と大きい平歯車29とが、下方脚部と
共に動く。平歯車29は、ねじ33などの適当な手段により
適所で固定されうる。

大きい平歯車29は、標準回転電位差計36aのステム37aに
固定されたはるかに小さい平歯車とかみ合う。この電位
差計36aの一例として、イリノイス州シカゴ、4555西60
番街にあるモーレイ インスツルーメント（Muarey Ins
truments）から入手しうる型式50−M125の回転電位差計
がある。回転電位差計36aとそれと関連づけられた小さ
い平歯車35とが、ブラケット38に装架され、ブラケット
38は、人型ロボットの全体的ひざ機構の一部をなす板34
にねじ39などにより固定される。板34とブラケット38と
は上方脚部と共に動く。電位差計36aの一部が、ストッ
ク人型ロボット類似体の一般的ひざ機構を構成する一部
41の中に形成された孔40を通して延びていることに気付
かれよう。この孔40は、単に、電位差計の大きさに対し
適応するためのものにすぎない。

電位差計36a並びに、後述する他の電位差計は、各々、
適当な電力供給源と電圧測定装置と（共に第１図に45で
概略的に示されている）を有する回路内で接続されてい
る。この回路の構造は、当業者の能力の範囲内にあり、
回転電位差計の可変抵抗が変化されるとき、後述の方法
で回路内の電圧の変化を記録するように設計されている
にすぎない。

前述のように、大きい平歯車29は、小さい平歯車35とそ
れと関連づけられた電位差計36aとを取付けてあるひざ
機構の部分と独立に回転する人型ロボットのひざの部分
に固定されている。従って、人型ロボット10がマットレ
スの表面12a上に置かれるときのようにひざ機構25が撓
められると、ひざの前述の部分が互に相対的に動き、そ
れによって小さい平歯車35が回転させられ、小さい平歯
車35が電位差計36aを駆動する。電位差計内のこの抵抗
変化により引き起された電圧変化が、そのときメーター
45の所で検出される。この信号は、撓み即ちひざ機構25
の垂直移動の測定値に変換されることができる。ひざの
撓みは、ひざの下の表面の輪部により生ずるのは勿論で
あり、従ってひざ機構25内に生じた位置変化に直接に関
連する表面輪郭の測定値を生じさせる。電位差計36aの
正しいゼロ目盛合せをすることにより、ひざ機構25の上
方と下方への撓みを記録しうることに更に気付かれるで
あろう。

両方のひざ機構25は等しいので、ここでは１つだけを詳
細に説明すればよい。同様に、両方のヒップ機構26は等
しいので、１つだけを詳細に説明する。

人型ロボット10のヒップ機構26が第５図と第６図に画か
れている。このヒップ機構26は、人型ロボット10を２分
する前述の仮想垂直平面に実質的に垂直に延びる線に沿
って、ヒップステム52のボール部分51のほぼ中心を通っ
て細長い金属ピン50を挿入することによりストック人型
ロボットから修正されている。ピン50は、ボール部分51
を通り、人型ロボット10の金属骨盤部分54内に形成され
た孔53の中へ完全に延びている。ピン50は、ボール部分
51の中で固定されているが、孔53の中では自由に回転す
る。この方法でヒップステム52にピンを刺し通すことに
より、ヒップステム52を垂直平面内でのみ回転させるこ
とを可能とし、即ちこのボールとソケット継手との通常
の３次元運動がこのピン50の周りの回転に制限される。

Ｌ字形ブラケット55は、その一端で、人型ロボット10の
骨盤部分54の金属内に形成された溝56の中でねじ58など
により固定される。ブラケット55の他端は下方へ延び、
もう１つの回転電位差計36bを担持している取付板57が
ブラケット55の他端に固定される。電位差計36b電位差
計36aと同じタイプである。

電位差計36bは、取付板57の中に形成された孔59を通し
て延び、電位差計ステム37bが内側へ延びるように取付
けられる。取付板57は、垂直方向に僅かに細長い関連す
る孔61を通して延びるねじ60によりブラケット55に取付
けられる。これにより、取付板57が電位差計ステム37b
をピン50とほぼ整列させるための調節が可能となり、電
位差計36bが次の方法でピン50に結合される。

ピン50は、ヒップステム52のボール部分51から外側へ延
びる部分62を有する。電位差計ステム37bは、管状の可
撓性コネクタ68によりヒップピン50のこの部分62に結合
される。このコネクタ68の端部は、クランプ69などによ
り電位差計ステム37bとヒップピンの部分62とに夫々取
付けられる。ここで用いられるコネクタ68のタイプは特
に重要ではないが、電位差計ステムとヒップピンとの整
列に若干の余裕をもたせるためには可撓性コネクタが望
ましいことが理解されよう。

前述のように、ヒップピン50は、ヒップステム52のボー
ル部分51の中に固定されており、それ故ボール部分51と
共に回転する。従って、ボール部分51の回転は、コネク
タ68を介して電位差計ステム37bを回転させ、電位差計
の抵抗を変化させる。そのとき、電位差計36bが接続さ
れている回路内の電位の変化が測定される。

ヒップステムの回転運動は、骨盤に対する上方脚部の相
互運動から生ずる。それによって、この撓みに反映され
るとき、ヒップの各々の真下の表面の輪郭の測定が得ら
れる。電位差計36bの正しいゼロ目盛り合せをすること
により、ヒップの各の上方及び下方への撓みを測定する
ことができる。

人型ロボットの下方胴と骨盤との相対運動、即ち下方の
背中／腹部の領域の相対運動もまた検出され且つ測定さ
れる。この目的のために、この領域に脊椎機構27を配置
することにより、ストックの人型ロボットが修正され
る。

第７図〜第11図を参照して説明する。脊椎機構27は、中
間円板76aと端円板76bの形の複数の“脊椎骨（vertebr
a）”からなる脊椎の積み重ね又は柱75を有する。円板7
6a、76bは、デュポンコーポレーション（Dupont Cor
p.）から入手しうるデルリン（Delrin）のような剛性あ
るプラスチック材料から形成される。円板76aは、各円
板の軸線と実質的に同心の、各中間円板76aの対向側に
形成されたほぼ半球形の穴78を有する。各端円板76b
は、円板の内側に形成された１つだけの半球形の穴を有
する。２つの円板76bは、本質的に、脊柱に対する端キ
ャップとして役立つ。

鋼製ボールベアリングのような複数のボール79が、隣接
する円板76a、76bの対向する半球形の穴の中に受入れら
れる。シリコンゴムのような低デューロメータ材料から
作られた弾力性リングスペーサ82が、円板軸線と実質的
に同心に円板76a、76b内に形成された環状凹所83の中に
受入れられる。凹所83は、脊柱75の組立て時に互に対向
するように設計され、リング82の一部が凹所により受入
れられ、それによって一対の対向する凹所83の各々の中
で支持されるようになっている。リング82は、隣接する
円板76a、76bが脊柱の組立て時に少くとも僅かに離間さ
れるように十分な厚さを有する。リング82は、脊柱75に
対しある程の弾力性を与え、更に円板76a、76bを真直ぐ
な積重ね配置へ偏倚させるのに役立つ。

脊柱75は、円板とボールとを通して延びる縦溝86を通し
て積み重ね円板76a、76bの縦軸線に沿って延びるケーブ
ル85により完成される。ケーブル85の各端部は、各端円
板76bの外側寄りの側に形成されたフランジ部分87の中
の孔88の中で固定される。ケーブル端部の周りに雄ねじ
を形成し、フランジ部分87に少くとも１つのねじ孔88を
設け、それによって脊柱75の圧縮を調節するために端円
板76bを回転させうることが有利であることが判明し
た。

このようにして、構造と運動とが人間の脊椎の一部に類
似する脊柱75が与えられることがわかる。

脊柱75は、上方脊椎支持組立体95と下方脊椎支持組立体
96との間に装着される。上方脊椎支持組立体95は、端キ
ャップ98の内側（即ち、脊柱75に面する側）にねじ（図
示せず）などにより取付けられた脊椎支持台97を有す
る。端キャップ98は、人型ロボット10内に設けられた空
洞101の一端の内部で適当な方法で固定される。

脊柱75の一端にあるフランジ部分87は何れも、上方脊椎
支持台97の内側に形成された細長い水平の凹所又はスロ
ット105の中に受入れられる。フランジ部分87は、一対
のねじ孔107を通して延び且つ各フランジ部分87の中に
形成された適当な戻り止め89（第10図に最もよく示され
ている）の中へ受入れられる止めねじ106を用いて着脱
可能に適所に保持される。

脊柱75の他端のフランジ部分87は、同様に、下方脊椎支
持台109の内側に形成された細長い凹所又はスロット108
の中に受入れられる。同様な一対の止めねじ106が、下
方脊椎支持台109の中のねじ孔107を通して延び、フラン
ジ部分87の中に形成された戻り止め89の中に受入れられ
る。

下方脊椎支持台109は、ねじ111などにより下方端キャッ
プ110の内側で固定される。下方端キャップ110は、人型
ロボット10の中に設けられた空洞101の他端の内側で適
当な方法で固定される。脊柱75は、人型ロボット10の胴
部を骨盤領域と連結するのに役立つことに留意されなけ
ればならない。この連結がなければ、人型ロボット10は
この骨盤領域において自由に動くことができる。

上方脊椎組立体95と下方脊椎組立体96との相対的垂直運
動即ち剪断を測定するために感知器が設けられる。第７
図と第８図を特に参照して説明する。ブラケット99が、
その一端で下方端キャップ110に固定される。ブラケッ
ト99の他端は、自由端であり、上方端キャップ98に隣接
して配置される。電位差計36eが、ブラケット99の自由
端に装着され、電位差計のステム37eから半径方向に延
びるレバーアーム100を有する。レバーアーム100は、リ
ンク102に枢軸結合され、リンク102は、上方端キャップ
98の上方に面する側に結合されている。

従って、上方脊椎組立体と下方脊椎組立体との相対的垂
直運動、即ち一方の脊椎組立体を他方の脊椎組立体に関
して上方又は下方へ動かすと、レバーアーム100が回動
する。この回動が、電位差計のステム37eを回転させ、
電位差計36eが接続されている回路内に（電位差計の抵
抗の変化による）電圧変化を生じさせる。この電圧変化
は、脊椎支持組立体95と96との間の相対的垂直変位に互
に関連づけることができる。

一対の比較的に可撓性のワイヤ115aと115bとが、脊柱75
にほぼ平行に延び、（例えば、脊柱75を第１図で見たと
き）ワイヤー115aを脊柱から上方に配置し、ワイヤー11
5bを脊柱から下方に配置する。２本のワイヤー115a、11
5bは、同じほぼ垂直の平面内にあり、即ち人型ロボット
10を２等分する仮想の垂直平面内にある。

ワイヤ115aは、その一端において上方脊椎支持台97内で
固定されている。ここで、ワイヤ115aのこの端は、すえ
込みされ、このすえ込まれた端は、ワイヤ115aが通って
延びる孔118aを有する凹み117aの中に受入れられる。ワ
イヤ115aの他端は、下方脊椎支持台109を通過する孔116
aを通り、下方端キャップ110内の空洞120の中へ延びて
いる。同様に、下方ワイヤ115bは、上方脊椎支持台97に
固定され、孔118bを有する凹み117bの中に受入れられた
すえ込みされた端部を有し、下方脊椎支持台109を通る
孔116bを通して空洞120の中へ延びている。

第11図を特に参照して説明する。一対の回転電位差計36
cと36d（両方共、電位差計36aと同様である）が、端キ
ャップ110内で固定されたハウジング119に取付けられ
る。回転電位差計36cは、その電位差計のステム37cに固
定されて該ステム37cから半径方向に延びるレバーアー
ム121を有する。レバーアーム121は、その非固定端に耳
部122を有し、その耳部122に上方ケーブル115aが取付け
られている。同様に、電位差計36dは、電位差計ステム3
7dに固定されたレバーアーム123を有し、その非固定端
に配置された耳部125に下方ワイヤ115bが取付けられて
いる。ばね126が、レバーアーム121、123の各々と端キ
ャップ110内に固定された外側ばね取付台127との間で結
合されている。ばね126は、レバーアーム121、123を
“スタート”位置即ちゼロ位置へ偏倚させるのに役立
つ。胴と骨盤との間の相対的脊椎運動即ち腹部の撓みを
反映すべき脊椎機構27の作用を次に説明する。

人型ロボット10の腹部が上方又は下方へ撓められると
き、脊柱75が同様に曲がる。このことが、上方脊椎支持
組立体95と下方脊柱支持組立体96とが脊柱75の運動に関
連して上方又は下方へ枢軸旋回し又は傾斜することを可
能とする。この傾斜は、ばねの偏倚に抗してワイヤ115
a、115bの１つを引張る。他方のワイヤは、逆にそのば
ねの偏倚力に屈し、即ちばねが取付けられている端壁の
方へ引張られる。（ばねの偏倚力に抗して引張られた）
追加の張力下に置かれたワイヤ115a、115bは、ワイヤが
結合されたレバーアーム121、123を脊柱75の方へ引張
り、それによって関連する電位差計36c、36dのステム37
c、37dを回転させ、その結果として電位差計内の抵抗の
変化を生じさせる。同様にして、（ばね偏倚力に屈し
て）張力の減少したワイヤ115a、115bは、そのレバーア
ーム121、123を脊柱75から離れる方へ引張らせ、それに
よって関連する電位差計36c、36dの抵抗の変化を生じさ
せる。両方の電位差計36cと36dは、電位差計36aと類似
の方法で、電力供給源と測定装置45とをもつ適当な回路
内で接続され、電位差計36c又は36dの抵抗の変化が、人
型ロボット10の“脊椎（Spine）”の撓みの量を反映す
る電圧変化を生じさせるようにする。

実例としても、もしも人型ロボット10の腹部が下方へ撓
められるならば、脊椎組立体27の上方ワイヤ115aの張力
がより小さくなり、他方下方ワイヤ115bの張力がより大
きくなる。それによって、下方ワイヤ115bは、レバーア
ーム123を脊柱75の方へ引張る。レバーアーム123の運動
は、該レバーアーム123が固定されている電位差計36dの
ステム部分37dを回転させる。同様に、レバーアーム121
は、そのばね126により脊柱75から離れる方へ引張ら
れ、電位差計36cのステム部分37cを回転させる。回路内
に生じた電圧変化は、次に、脊椎組立体27の下方への撓
みの量を測定値に変換される。この下方への撓みは、人
型ロボット10のこの領域の真下の表面に関係するのは勿
論であり、従って変形された人型ロボットの配置とそれ
故この領域の表面形状の測定を生じさせる。

本発明の前述の実施態様を操作する際、種々の電位差計
の各々は、ゼロ目盛を合わされ、休止位置にある、即ち
可動支持組立体11から比較的に真直にされた脊椎位置で
吊下げられた人型ロボット10に対する基準線を確立す
る。次に、可動支持体11の駆動モータ22が駆動されて人
型ロボット10をマットレス12の表面12a上へ下降させ
る。下降は、吊下げケーブル16がゆるくなる点でほぼ停
止し、そのとき人型ロボット10の全重量がマットレス12
により支持される。人型ロボット10により加えられた広
域荷重の下にあるマットレスの表面12aの輪郭に依存し
て、人型ロボットの身体の種々の部分が互に相対的に動
く。この相対的運動又は垂直の撓みは、ひざ、ヒップ及
び下方背中／腹の領域において、これらの領域に配置さ
れた夫々の電位差計により記録される。これらの領域の
撓みは、マットレス12の表面輪郭に関連されているの
で、マットレスの輪郭の測定が得られる。

本発明の第２の実施態様を第12図と第13図に示す。この
実施態様と前述の実施態様とに共通の数字は、実質的に
同じ部分又は部位を指示している。

この第２実施態様において、人型ロボット10は、前述の
入手源から得られるストックの形状から実質的に修正さ
れていない。即ち、ひざ、ヒップ又は“脊椎”の修正は
なされておらず、前述の実施態様において説明した通り
である。その代りに、人型ロボットの身体の部分の相対
運動を記録するために、カリフォルニア州、カノガ パ
ークにあるセレスコ カンパニー トランスデューサプ
ロダクツ（Celesco company Transducer Products）か
ら入手しうる型式PT−101−15Aの線形変換器のような複
数の線形変換器機構140a〜140jが利用されている。

各線形変換器140a〜140jは、人型ロボット10の腹部の側
の点で適当なコネクタ142により結合された夫々のケー
ブル部分141a〜141jを有する。ここで、変換器コネクタ
ーの結合点は、足首の関節、ひざ、ヒップ、下方腹部と
上方腹部及び上方胴の両側に配置される。

線形変換器140a〜140jの各々は、一般に夫々の取付点の
すぐ上に配置され、板15の下方部分に装着される。望ま
れるデータ点の数に依存して、この実施態様において、
いかなる数の線形変換器をも使用しうるけれども、上述
の点に取付けられたここに図示する10個の変換器が現在
のところ最適であると考えられる。

線形変換器140a〜140jは、各々、適当な電力供給源と電
圧測定装置と（両方が第12図に145で略図で示してあ
る）を有する回路内に接続されている。線形変換器内の
抵抗変化により生じた電圧変化を記録するための回路の
構造は、当業者の能力の範囲内にある。

この実施態様の操作において、人型ロボット10は、マッ
トレス表面12aを横切って横たえられたボードのような
硬い表面上へ下降される。次に、種々の変換器140a〜14
0jが、その基準線位置にゼロ目盛合せされる。次に、人
型ロボットが持上げられ、ボードが除去され、マットレ
ス12の表面12a上に休止するに至るまで再び下降させら
れる。下降は、吊下げケーブル16がゆるむとき停止し、
それによって人型ロボット10の全重量がマットレスの表
面12a上で支持される。マットレスの表面12aへ下降して
その形状と輪郭に一致することにより生じた、人型ロボ
ット10の種々の身体部分のゼロ位置からの移動は、関連
する変換器140a〜140jにより記録される方法でこの身体
部分を撓める。この各撓みは、特定の身体部分の下方の
マットレスの輪郭により引き起されるので、人型ロボッ
トの広域荷重下にあるマットレスの形状又は輪郭の測定
が得られる。

マットレスの輪郭のこのような測定は、改良されたマッ
トレスを設計する際に特に有用である。例えば、本発明
を用いてなされる測定は、調節を必要とする与えられた
マットレスの設計の領域を指示することができ、ばねの
配列、ばねの圧縮、カバー材料及びその類似物などを変
えることにより、かかる領域の“堅固さ”を増大又は減
少させる。

従って、本発明は、２つの特定の実施態様に関して説明
したけれども、当業者は、特許請求の範囲内に入る本発
明の修正態様と均等物とを認識するであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施態様の側面立面図である。 第２図は、ひざ機構の外側寄りの側面図である。 第３図は、第２図の３−３線に沿って矢印の方向に見た
断面図である。 第４図は、第３図の４−４線に沿って矢印の方向に見た
断面図で、ひざ機構の内側寄りの側面を示している。 第５図は、ヒップの領域の一部破枠の詳細平面図であ
る。 第６図は、第５図の６−６線に沿って矢印の方向に見た
断面図で、ヒップの関節機構を示している。 第７図は、胴の立面図で、脊椎機構の配置を詳細に示す
ための一部を破枠してある。 第８図は、胴部からの除去された脊椎機構を示す。 第９図は、第８図の９−９線に沿って矢印の方向に見た
断面図で、脊椎の積重ね即ち柱を詳細に示してある。 第10図は、第８図の10−10線に沿って矢印の方向に見た
断面図である。 第11図は、第８図の11−11線に沿って矢印の方向に見た
断面図である。 第12図は、本発明の第２実施態様の部分概略側面立面図
である。 第13図は、本発明の第２実施態様の第12図の13−13線に
沿って矢印の方向に見た概略断面図で、変換器の配置を
示す。 10……人型ロボット、11……可動支持組立体、16……ケ
ーブル、19……支持フレーム、25……ひざ機構、26……
ヒップ機構、27……脊椎機構、35……平歯車、29……平
歯車、51……ヒップボール、36a、36b、36c、36d……回
転電位差計、68……コネクター、76a……中間円板、76b
……端円板、79……ボール、82……弾力性スペーサ、85
……ケーブル、115a、115b……ワイヤー、126……ば
ね、121、123……レバーアーム、140a〜140j……線形変
換器機構。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】身体セグメントを有する人型ロボットであ
   って、前記セグメントのうち少くとも２つが一緒に結合
   され、人間の身体の２つの匹敵しうるセグメントに類似
   の方法で動きうる、人型ロボットと； 前記人型ロボットが表面上に置かれるとき前記少くとも
   ２つの身体セグメントの相対的運動を検出し、それによ
   って人型ロボットから荷重を受けたときの表面の輪郭の
   測定を得るための装置と； を包含する、人体を支持するようになっている物品の表
   面の輪郭を測定するための装置。
2. 【請求項２】測定されるべき表面上に前記人型ロボット
   を置くための装置を更に含む、特許請求の範囲第(1)項
   に記載の装置。
3. 【請求項３】前記身体セグメントの若干が一対の脚と一
   対のヒップとを規定し、前記脚の各々が一緒に結合され
   てひざ関節とヒップ関節の所で可動であり、相対的運動
   を検出するための前記装置が、前記ひざ関節の各々と前
   記ヒップ関節の各々の所で前記脚セグメントの相対的運
   動を検出するための別々の装置を含む、特許請求の範囲
   第(1)項に記載の装置。
4. 【請求項４】前記身体セグメントの若干が上方背中と下
   方背中とを規定し、前記上方背中セグメントと下方背中
   セグメントとを結合するための脊椎装置を更に含み、相
   対運動を検出するための前記装置が、前記脊椎装置の所
   で前記上方背中セグメントと下方背中セグメントとの相
   対的運動を検出するための別々の装置を含む、特許請求
   の範囲第(3)項に記載の装置。
5. 【請求項５】前記ひざの各々における相対的運動を検出
   するための前記別々の装置が、前記ひざの所で枢軸回動
   する上方脚セグメントと下方脚セグメントの一方に固定
   された第１歯車と、前記上方脚セグメントと下方脚セグ
   メントの他方上で回転可能に支持されて前記第１歯車と
   かみ合う第２歯車と、前記第２歯車の回転運動により駆
   動される第１回転電位差計とを含む特許請求の範囲第
   (3)項に記載の装置。
6. 【請求項６】前記ヒップ関節の各々における相対運動を
   検出するための前記別々の装置が、第２回転電位差計
   と、前記上方脚セグメント上に形成されたヒップボール
   に隣接して前記第２回転電位差計を支持するための台
   と、前記第２回転電位差計が前記ヒップボールの回転運
   動により駆動されるように、前記ヒップボールの所で前
   記第２回転電位差計を前記脚に結合するためのコネクタ
   ー装置と、を含む特許請求の範囲第(5)項に記載の装
   置。
7. 【請求項７】前記脊椎装置が、積重ねをなして配列され
   た複数の円板であって、前記積重ね内の隣接する円板内
   に対向する半球形穴を形成して前記積重ね内に複数の空
   洞を規定してなる円板と、前記空洞の各々の中に受入れ
   られたボールであって、該ボールの周りに対向する円板
   が摺動しうる、ボールと、各々が前記積重ね内の隣接す
   る円板を分離している複数の弾力性スペーサと、前記円
   板とボールと弾力性スペーサとを前記積重ね状態へ互に
   結合し且つ前記積重ねの半径方向の撓みを可能とする半
   可撓性ケーブルであって、前記積重ねが離れるのを防ぐ
   ため各端部で固定されているケーブルと、前記上方背中
   セグメントと下方背中セグメントとの間で前記積重ねを
   装着するための装置と、を含む特許請求の範囲第(4)項
   に記載の装置。
8. 【請求項８】前記脊椎装置の所で前記上方背中セグメン
   トと下方背中セグメントとの相対的運動を検出するため
   の前記装置が： 前記上方背中セグメントと下方背中セグメントの一方に
   より一端において支持された第１可撓性ワイヤーであっ
   て、前記積重ねが非撓み状態にあるとき前記第１可撓性
   ワイヤーが前記脊椎の積重ねにほぼ平行に延び、前記第
   １可撓性ワイヤーの他端が第１回転電位差計に固定され
   た第１レバーアームに結合され、前記回転電位差計が前
   記上方背中セグメントと下方背中セグメントの他方によ
   り支持されている、第１可撓性ワイヤーと； 前記上方背中セグメントと下方背中セグメントの一方に
   より一端で支持された第２可撓性ワイヤーであって、前
   記脊椎の積重ねが非撓み状態にあるとき前記第２可撓性
   ワイヤーが前記積重ねにほぼ平行に延びており、前記第
   ２可撓性ワイヤーの他端が、前記上方背中セグメントと
   下方背中セグメントの他方により支持された第２回転電
   位差計に固定された第２レバーアームに結合されてい
   る、第２可撓性ワイヤーと； 前記レバーアームをゼロ位置へ偏倚させるための装置
   と；を含み、 前記第１可撓性ワイヤと第２可撓性ワイヤとが、前記積
   重ねの対向する横側で且つ前記人型ロボットをほぼ２等
   分する仮想平面内に配置され、それによって前記仮想平
   面内での前記積重ねの曲げ運動が、前記第１可撓性ワイ
   ヤと第２可撓性ワイヤの一方又は他方を緊張状態にもた
   らし、それによってその関連するレバーアームを引張
   り、その関連する電位差計を駆動すること； を包含する特許請求の範囲第(7)項に記載の装置。
9. 【請求項９】前記人型ロボットが、ひざ関節を有する脚
   と、前記脚とのヒップ関節を有するヒップと、前記ヒッ
   プに結合された胴とを規定する身体セグメントを有し、
   前記身体セグメントの相対運動を検出するための前記装
   置が、前記ひざ関節と前記ヒップ関節の前記身体セグメ
   ントの運動と、前記ヒップに対する前記胴の相対的運動
   とを検出するために前記人型ロボット上の複数の点に結
   合された複数の線形変換器を含む、特許請求の範囲第
   (1)項に記載の装置。
10. 【請求項１０】ひざ関節を有する脚と、前記脚とのヒッ
    プ関節を有するヒップと、中間区域とを有する身体部分
    を備えた人型ロボットであって、前記身体部分のすべて
    が、寸法、外形、運動及び重さの点で人間のそれとほぼ
    匹敵しうる、人型ロボットと； 前記ひざ関節と前記ヒップ関節と前記中間区域の領域に
    おいて前記身体部分の相対的運動を記録するための装置
    と； テストされるべき表面上に前記人型ロボットを置くため
    の装置と； を含む、人間の身体を支持するようになっている変形し
    うる表面の輪郭を測定するための装置。
11. 【請求項１１】表面上に前記人型ロボットを置くための
    前記装置が、垂直に動きうるフレームであり、前記人型
    ロボットが、あお向けの位置で前記フレームの真下で可
    撓性ケーブルにより吊下げられ、前記身体部分の相対的
    運動を記録するための前記装置が複数の線形変換器を含
    み、前記線形変換器の各々が、前記人型ロボット上の一
    点に取付けられたケーブルを有し且つ前記フレーム上に
    装架されている、特許請求の範囲第(10)項に記載の装
    置。
12. 【請求項１２】測定される変形可能の支持表面がマット
    レスである、特許請求の範囲第(10)項に記載の装置。
13. 【請求項１３】ひざ関節を有する脚と、前記脚とのヒッ
    プ関節を有するヒップと、中間区域とを含む身体部分を
    有する人型ロボットであって、前記身体部分のすべて
    が、大きさ、外形、運動及び重さの点で人間のそれにほ
    ぼ匹敵しうる、人型ロボットと； 前記ひざと前記ヒップ関節と前記中間区域との領域にお
    ける前記身体部分の相対的運動を記録するための装置
    と； テストされるべき表面上に前記人型ロボットを置くため
    の装置と； を含む、人間の身体を支持するようになっている表面に
    関して人間の形をした物体の変形された輪郭を測定する
    ための装置。