重心平衡判定装置的制作方法

专利名称：重心平衡判定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于利用重心摇摆指标来判定重心平衡的装置。
背景技术：
以往，利用重心摇摆指标来进行头晕以及平衡机能障碍等的检查。一般，作为进 行这种检查的装置，有重心摇摆计，关于以往的重心摇摆计，例如记载于在日本专利公报特 许第2760471号(以下称为“专利文献1”)和日本专利公报特许第2760472号(以下称为 “专利文献2”)。在专利文献1中，公开了如下内容在踏板的下面设置有三个负载传感器，根据在 被测者搭载于所述踏板上的状态下的所述各负载传感器的输出求出重心位置，并求出作为 重心摇摆参数的该重心位置在指定期间内的总轨迹长度与基于所述轨迹的最外周线划出 的图形的面积(外周面积)之比，由此有助于评价所述平衡机能障碍的病情。此外，在专利文献2中，虽为重心摇摆计，但却求出作为重心位置参数的平均重心 位置，来作为矫正的原始数据。重心平衡能力不仅受半规管等感觉器官的能力的影响，而且也受肌肉力量和关节 柔软性等运动能力的影响。另外，所述专利文献2的重心位置参数可视为反映身体偏倚的 指标。另一方面，一般认为人类在直立姿势下也不断地摇摆的同时保持平衡，所述专利文献 1的总轨迹长度、矩形面积(应为外周面积)等重心摇摆参数可视为不但反映所述身体的偏 倚、而且也反映运动能力的指标。但是存在以下问题即使个别地使用这两个参数，仍未考 虑由所述运动能力产生的影响，无法准确地判定所述重心平衡能力。

发明内容
本发明的目的在于提供能够比背景技术更加高精度地判定重心平衡能力的重心 平衡判定装置。本发明所涉及的重心平衡判定装置包括三个以上的负载传感器，设置在踏板的 反面；以及平衡能力判定部，按照预定的周期对被测者被搭载于所述踏板上的状态下的各 负载传感器的输出进行取样，并基于该取样结果对作为所述被测者的重心位置的运算位置 反复进行运算，根据在指定期间内运算出的作为所述重心位置的各运算位置，来判定所述 被测者的保持重心平衡的能力、即重心平衡能力，其中，所述平衡能力判定部，基于将所述 指定期间内的运算位置的总轨迹长度除以由所述运算位置的前后方向和左右方向的最大 位移所围绕的矩形的矩形面积而得到的值，来判定所述重心平衡能力。所述重心平衡能力不仅受半规管等感觉器官的能力的影响，而且也受肌肉力量和 关节柔软性等运动能力的影响。这基于本申请发明者们对各种运动和重心平衡之间的关系 进行了专心研究而得到的见解，即通过在指定期间进行适当的运动而实现的肌肉力量、关 节柔软性以及姿势的改善会反映于重心平衡指标。在此，一般认为人类即便在直立姿势下 也是在不断摇摆的同时保持平衡，所述总轨迹长度和矩形面积的重心摇摆参数不仅可视为反映所述身体的偏倚的指标，而且也可视为反映运动能力的指标。其中，所述指定期间内的运算位置的总轨迹长度是能使重心在该指定期间内移动 的能力。另一方面，所述指定期间内的最大位移以及作为其前后方向和左右方向的乘积值 的矩形面积是使重心停留在该范围(矩形面积)内的能力，与以往所利用的外周面积相比， 高灵敏度地体现了前后方向和左右方向的身体的歪曲和肌肉力量的不平衡等的影响。另外，所述总轨迹长度除以矩形面积而得到的值是表示每单位面积的重心移动量 的指标，在不断地进行细微的重心摇摆，且该摇摆在狭窄的范围内进行的情况下，该值变 高，特别是芭蕾、体操、柔道等所述平衡能力较为重要的运动员的情况下，上述值呈现高的 倾向。此外，关于所述外周面积，为了对其进行测量，需要进行图像解析，并计数点数，要消 耗大量的存储空间，与此相对，关于矩形面积，只需将前后方向和左右方向的最大位移相乘 即可，因而能够容易地求出。因此，通过根据所述总轨迹长度除以矩形面积而得到的值来判定重心平衡能力， 能够比背景技术更高精度地判定重心平衡能力，能够(在家庭内)简单地检查身体的歪曲 和运动能力。此外，在生活习惯病的自我管理中，所述重心平衡能力被用于评价每天的运动 锻炼是否有效，并用作根据需要修正训练内容的基准，因而是极为有用的。


图1是本发明的实施例1所涉及的重心平衡判定装置的俯视图。图2是所述重心平衡判定装置的仰视图。图3是所述重心平衡判定装置的纵向剖视图。图4是所述重心平衡判定装置中的脚部的放大剖视图。图5是用于说明所述重心平衡判定装置的使用方法的图。图6是表示重心摇摆轨迹的一个示例的图。图7是表示所述重心平衡判定装置的电结构的方框图。图8是用于说明所述重心平衡判定装置中的平衡能力判定动作的流程图。图9是用于说明所述重心平衡判定装置中的判定方法的重心摇摆轨迹图。图10是表示本发明的实施例2所涉及的重心平衡判定装置的电结构的方框图。图11是表示用于说明所述图10所示的重心平衡判定装置中的判定重心平衡的稳 定的方法的第一方式的、轨迹长度变动的图。图12是表示用于说明所述图10所示的重心平衡判定装置中的判定重心平衡的稳 定的方法的第二方式的、前后方向的重心位置变动的图。图13是表示用于说明所述图10所示的重心平衡判定装置中的判定重心平衡的稳 定的方法的第三方式的、体重变动的图。图14是表示本发明的实施例3所涉及的重心平衡判定装置中的运动能力的判定 方法的、敏捷性与持久力的图。图15是本发明的实施例4所涉及的重心平衡判定装置的俯视图。图16是表示图15所示的重心平衡判定装置的电结构的方框图。图17是用于说明重心位置(运算位置)的计算方法的一个示例的说明图。
具体实施例方式(实施例1)图1本发明的实施例1所涉及的重心平衡判定装置1的俯视图，图2是其仰视图， 图3是其纵向剖视图。本实施例所涉及的重心平衡判定装置1作为测量体重的体重计的一 个功能而设置。因此，外观与以往的体重计类似。在重心平衡判定装置1的踏板2的下面 (即，反面)设置有三个以上的脚部(在图1至图3中为参考符号8a至8d所示的四个，在 总称时，以下用参考符号8表示)，在踏板2的上面(S卩，正面)设置有用于对准脚的左右脚 模型3a、3b。在脚模型3a、3b中设置有用于使脚容易对准的凹部^、4b和fe、5b。在所述踏板 2的上面还以可装卸地嵌入有经由缆线连接的操作面板13，该操作面板13在所述缆线卷绕 于卷盘(reel)的状态下被固定。在所述踏板2中内置有电路板10。另外，在所述踏板2的 前面设置有电源开关11，在底面设置有电池盒9。图4是所述脚部8的放大剖视图。所述各脚部8a至8d呈圆柱状，在其内部分别嵌 入有负载承受件6a至6d (在总称时，以下用参考符号6表示)以及负载传感器7a至7d (在 总称时，以下用参考符号7表示)。所述负载承受件6例如是将硬金属加工成半球状，该半 球的底边部分固定于负载传感器7的上面，而顶点部分与踏板2的底面点接触，来自上方 (踏板2、的垂直负载不会向水平方向分散，而传递至负载传感器7。在如上所述地构成的重心平衡判定装置1中，被测者将电源开关11打开，拉出操 作面板13，根据输入指示从输入部15输入例如显示于液晶面板等显示部14的年龄、性别、 身高、脚长等身体基本信息，由此可测量重心平衡。接着，被测者将双脚对准踏板2的凹部 4a,4b和5ajb站立，如图5所示地将双手伸直，并把持操作面板13，此时在所述电路板10 中，在被测者保持该姿势的预先设定的指定期间内对重心位置(运算位置)进行运算，从而 获得如图6所示的重心摇摆轨迹16。图17是用于说明重心位置(运算位置)的计算方法的一例的说明图。在图17中， 设从原点0到负载传感器为止的X轴方向的距离为m，从原点0到负载传感器为止的Y轴 方向的距离为L。若被测者的负载W的重心为(x，y)，由负载传感器7a、7b、7c、7d分别检测 出Ma (kg)、Mb (kg)、Mc (kg)、Md (kg)的负载，则以原点0为中心的X轴方向的力矩平衡的位 置、即重心位置(运算位置)的X坐标由下述式(A)表示χ = {m · (Mb+Md-Ma-Mc) }/ff ......(A)并且，以原点0为中心的Y轴方向的力矩平衡的位置、即重心位置(运算位置)的 Y坐标由下述式⑶表示y = {L · (Ma+Mb-Mc-Md) }/ff ......(B)其中，W = Ma+Mb+Mc+Md。因此，利用式㈧、(B)，可根据由负载传感器7a、7b、7c、7d检测出的重量值和各传 感器间的距离来计算出重心的坐标位置(x，y)。当如上所述地在指定期间内反复计算出重心位置(运算位置)的坐标，并将所得 的坐标用线依次连接起来时，得到图6所示的重心摇摆轨迹16。根据该重心摇摆轨迹16，如下所示地计算出表示重心位置(运算位置)的移动量 (重心摇摆轨迹16的长度)的总轨迹长度17、左右方向的最大位移(X坐标的最大值和最小值之差)、前后方向的最大位移(Y坐标的最大值和最小值之差)、以及作为被这两个方向 的最大位移所围绕的矩形的面积的矩形面积18，然后计算出(总轨迹长度17)/(矩形面积 18)，根据该(总轨迹长度17)/(矩形面积18)来判定重心平衡的优劣(能力)。然后，在所 述显示部14中与体重一起显示例如平衡能力低、标准、高等评价及分数。图7是表示如上所述结构的重心平衡判定装置1的电结构的方框图。所述各负载 传感器7适当进行零点调整。由各负载传感器7检测出的重量的信号，经未图示的放大器 等进行适当放大之后，通过在AD转换部21按每个指定的取样周期对该放大后的信号进行 AD转换，由此，表示由各负载传感器7检测出的重量的数据被存储到由存储部22的RAM等 构成的区域中。另一方面，从所述输入部15输入的被测者的身体基本信息存储(记录)在 所述存储部22的非易失性的区域中。运算部幻例如由执行指定的运算处理的CPU (Central Processing Unit)、存储有 指定的控制程序的ROM (Read Only Memory)、临时存储数据的RAM (Random AccessMemory) 及其周边电路等构成。并且，运算部23通过执行例如存储在ROM中的控制程序，作为体重 测量部24 (体重运算部)以及平衡能力判定部25而发挥功能。体重测量部M从存储部22读出每个取样周期的各负载传感器7a至7d的检测结 果，求出每次取样的检测值的合计值的变动，将变动处在预先设定的指定值以内时的该合 计值判定为体重。另一方面，平衡能力判定部25基于各负载传感器7之间的距离，对每次取样求出 重心位置坐标。另外，此处所求的坐标严格来说不是重心位置，而是足压中心COP (Centerof Position)，但是在静止状态下可视为重心位置和足压中心大体上一致，因此在此处表述为 重心位置。平衡能力判定部25根据该重心位置进一步进行运算，求出(总轨迹长度17)/ (矩形面积18)，来判定平衡能力，并显示于显示部14。具体来说，也可以是例如预先设定具有α > β的关系的第一阈值α和第二阈 值β，当(总轨迹长度17)/(矩形面积18)的值超过第一阈值α时，平衡能力判定部25 判定为平衡能力高，当(总轨迹长度17)/(矩形面积18)的值在第一阈值α以下且在第二 阈值β以上时，平衡能力判定部25判定为平衡能力标准，当(总轨迹长度17)/(矩形面积 18)的值低于第二阈值β时，平衡能力判定部25判定为平衡能力低。由此，平衡能力判定部25当(总轨迹长度17)/(矩形面积18)的值越大时，判定 为被测者的重心平衡能力越高。例如，可以针对重心平衡能力高的人(例如舞蹈演员)和重心平衡能力标准的人 (例如20岁至40岁的公司职员)通过实验计算出(总轨迹长度17)/(矩形面积18)的值， 将重心平衡能力高的人的(总轨迹长度17)/(矩形面积18)的值和重心平衡能力标准的人 的(总轨迹长度17)/(矩形面积18)的值之间的中央值用作第一阈值α。此外，例如，可以针对重心平衡能力标准的人和重心平衡能力低的人(例如65岁 以上的高龄者)通过实验计算出(总轨迹长度17)/(矩形面积18)的值，将重心平衡能力 标准的人的(总轨迹长度17)/(矩形面积18)的值和重心平衡能力低的人的(总轨迹长度 17)/(矩形面积18)的值之间的中央值用作第二阈值β。图8是用于说明上述平衡能力的判定动作的流程图。被测者在步骤Sl首先打开 电源，在步骤S2输入年龄、性别、身高、脚长。在步骤S3，从被测者登上踏板2之后起(从进行了所述零点调整的负载传感器7的输出产生了变动的时刻起)，按照预先设定的指定周 期对各负载传感器7的输出进行取样，在步骤S4，利用所述体重测量部M，根据所得到的各 负载传感器7的检测结果的合计值来确定体重，并将结果显示于显示部14。在步骤S5，根据在步骤S3的各负载传感器7的检测结果依次计算出重心位置坐 标，并抽取测量开始后的预先设定的指定期间内的重心位置坐标。在步骤S6，利用重心位置 坐标对(总轨迹长度17)/(矩形面积18)进行运算，来判定平衡能力水平，在步骤S7显示 结果。在此，为了判定平衡能力水平而利用(总轨迹长度17)/(矩形面积18)的理由如 下。首先，总轨迹长度17是使重心在单位时间内移动的能力。此外，前后方向和左右方向 的最大位移、以及作为它们的乘积值的矩形面积18是使重心停留在该范围内的能力，与以 往所利用的外周面积相比，高灵敏度地体现了前后方向和左右方向的身体歪曲和肌肉力量 的不平衡等的影响。一般认为人类在直立姿势下也在不断摇摆的同时保持平衡，因此所述 总轨迹长度和矩形面积不会为零。另外，这种指定期间内的运算位置的总轨迹长度17除以被所述运算位置的前后 方向和左右方向的最大位移所围绕的矩形面积18而得到的值是表示每单位面积的重心移 动量的指标，在不断地进行细微的重心摇摆，且该摇摆在狭窄的范围内进行的情况下，该值 变高。因此，对于需要顺畅地进行迅速且准确的动作和静止的、所述平衡能力较为重要的运 动员(特别是芭蕾、体操、柔道等)来说，上述值有较高的倾向。详细地说，关于背景技术所涉及的外周面积和本发明所涉及的矩形面积，它们的 基本概念不同，例如在图9所示的重心摇摆轨迹中，图9(A)、(B)这两个状态下的外周面积 27J8完全相同，但是图9(A)中的矩形面积四比图9(B)中的矩形面积30要小。这是因为 前后、左右方向的身体歪曲和肌肉力量的不平衡等给重心摇摆带来影响。为了简便起见，假 设总轨迹长度31、32完全相同，此时，根据总轨迹长度31、32除以外周面积27J8而得到的 以往被广泛使用的指标，在两个状态下的平衡能力是完全相同的值。与此相对，根据总轨迹 长度31,32除以矩形面积29,30而得到的本实施例的指标，则被判断为图9 (A)比图9(B) 的平衡能力要高。这是因为由于图9(A)中的矩形面积四比图9(B)中的矩形面积30小， 所以图9(A)更能够在狭窄的范围内控制重心移动，从而能够判断为平衡能力总体上较高。实际上，表示如果总轨迹长度17和矩形面积18分别处于多少到多少的范围内则 获得多少分的表格，被预先存储于所述存储部22的ROM区域等中，或者存储有(总轨迹长 度17)/(矩形面积18)处于多少到多少的范围内则获得多少分的表格，所述平衡能力判定 部25根据所得到的总轨迹长度17和矩形面积18参照所述存储部22的表格、或者在求出 总轨迹长度17和矩形面积18之比后参照表格，将所得的分数作为总体平衡能力水平的分 数并显示于所述显示部14。这种表格，例如通过针对平衡能力高的人、平衡能力标准的人、以及平衡能力低的 人等，通过实验求出总轨迹长度17和矩形面积18，并基于统计数据分布将其分数化而获得。如上所述，在本实施例的重心平衡判定装置1中，在踏板2的下面设置有三个以上 的负载传感器7，运算部23按照预定的周期对被测者搭载于所述踏板2上的状态下的各负 载传感器7的输出进行取样，基于该取样的结果对重心平衡位置进行运算，并根据指定期间内的运算位置对所述被测者的重心平衡能力(重心平衡的优劣)进行判定，此时，平衡能 力判定部25基于所述指定期间内的运算位置的总轨迹长度17除以由所述运算位置的前后 方向和左右方向的最大位移所围绕的矩形面积18而得到的值，来判定所述重心平衡能力。在此，所述重心平衡能力不仅受半规管等感觉器官的能力的影响，而且也受肌肉 力量和关节柔软性等运动能力的影响。这基于以下见解，即本申请发明人对各种运动和重 心平衡之间的关系进行了详细研究，结果发现通过在指定期间内进行适当的运动而实现的 肌肉力量、关节柔软性以及姿势的改善会反映在重心平衡指标。并且，可视为(总轨迹长度 17)/(矩形面积18)是不仅反映所述身体的偏倚，而且也反映所述运动能力的指标。因此，通过根据(总轨迹长度17)/(矩形面积18)来判定重心平衡能力，能够准确 地判定重心平衡能力，能够简单地检查身体的歪曲和运动能力。另外，在健康者中，近年来 因生活习惯病和缺乏运动而引起的腰腿脆弱也对重心平衡的稳定性造成影响。重心平衡的 稳定性与腹肌、背肌、位于下肢的腓肠肌、比目鱼肌等肌肉的力量、股关节、膝关节、足关节 的柔软性等有关。此外，姿势(姿势调整，alignment)也会影响到重心平衡。当身体产生 歪曲时，重心平衡的稳定性降低。但是在此之前，使用专用的设备和图像诊断等来测量肌肉力量、柔软性、姿势等。 因此，难以在家庭内简单地进行测量。但是，通过使用本实施例的重心平衡判定装置1，能够 在家庭内简单地检查身体的歪曲和运动能力。此外，也可有效利用于所述生活习惯病的自 我管理中，利用所述重心平衡能力来评价每天的运动锻炼是否有效，并作为根据需要修正 训练内容的基准，因而是极为有用的。此外，为了对以往利用的外周面积进行测量，需要利用图像描绘重心的移动轨迹 的外周线，对图像进行解析，并计数由外周线围成的区域的图像点数，消耗大量的存储空 间，与此相对，对于矩形面积，只需将前后方向和左右方向的最大位移相乘就能够算出，因 此能够容易地求出该矩形面积。(实施例2)图10是表示本发明的实施例2所涉及的重心平衡判定装置41的电结构的方框 图。该重心平衡判定装置41与所述重心平衡判定装置1类似，对于对应的部分标注同一参 照符号，并省略其说明。需要关注的是在该重心平衡判定装置41中，在运算部43设置有 重心平衡稳定状态判定部46，该重心平衡稳定状态判定部46当判定重心平衡处于稳定时， 触发所述体重测量部M使其开始进行测量，并触发平衡能力判定部45使其开始进行所述 重心平衡位置的运算。关于这一点，在以往的重心摇摆计中，并未明确定义在被测者处于站立姿势后的 哪一时刻开始进行测量。因此，测量期间由测量者的主观来模糊确定，甚至需要30至60秒。 与此相对，在本实施例中，自动地设定重心平衡的判定期间，能够在短时间内进行评价，并 且再现性良好，能够进行准确的判定。具体地说，首先在第一方式中，所述重心平衡稳定状态判定部46从所述被测者将 脚踩在所述踏板2的时刻起开始进行计数动作，当进行了预先设定的指定时间的计数时， 判定为重心平衡处于稳定状态。图11是从所述被测者将脚踩在踏板2起每隔50msec求出 轨迹长度，并示出10秒钟范围内的每50msec的轨迹长度的变动的图。在该图11中，可理 解为轨迹长度从被测者将脚踩在踏板2起经过大约5秒便大致稳定下来。
因此，所述重心平衡稳定状态判定部46当从脚踩在踏板2起经过了预先设定的指 定时间时，例如在经过所述5秒左右的时刻判定为重心达到稳定状态，并以该时刻作为运 算开始时刻t0给予触发，由平衡能力判定部45求出从该时刻起到预先设定的指定时间，例 如10秒为止的范围内的(总轨迹长度17)/(矩形面积18)，来判定所述重心平衡能力。由 此，即使在反复测量中，再现性也良好，能够更准确地判定重心平衡能力。接下来，在第二方式中，所述重心平衡稳定状态判定部46从所述被测者将脚踩在 所述踏板2的时刻起，在每单位时间的重心移动距离处于预先设定的指定范围内的状态持 续了预先设定的指定次数的时刻，判定为重心平衡处于稳定状态。图12是表示从所述被测 者将脚踩在踏板2起的10秒钟内的前后方向的重心位置变动的图。如图12所示，在从被 测者将脚踩在踏板2起的短暂的期间内，重心位置不稳定，但随着时间的推移而处于一定 范围内。所述重心平衡稳定状态判定部46，在每隔所述单位时间，例如当每隔预先设定的 指定的取样周期获得的重心位置与前一取样重心位置的差值连续地处于预先设定的指定 范围内的次数达到预先设定的指定次数时，判定为重心位置处于稳定状态，并以该时刻作 为运算开始时刻t0给予触发。然后，利用平衡能力判定部45求出从该时刻起到预先设定 的指定时间(例如10秒)为止的范围内的(总轨迹长度17)/(矩形面积18)，来判定所述 重心平衡能力。这样，即使在反复测量中，再现性也良好，能够更准确地判定重心平衡能力。同样，在第三方式中，所述重心平衡稳定状态判定部46从所述被测者将脚踩在所 述踏板2的时刻起，当每单位时间的体重变化处于预先设定的指定范围内的状态持续了预 先设定的指定次数时，判定为重心平衡处于稳定状态。图13是表示从所述被测者将脚踩在 踏板2起的10秒钟内的体重变动的图。如图13所示，求出从被测者将脚踩在踏板2起的 负载值的合计值、即所述体重，在其变动连续地包含在预先设定的一定水平以内的次数达 到预先设定的指定次数时，判定为重心平衡稳定，并以该时刻作为运算开始时刻to。通过此 方式，在反复测量中，再现性也良好，能够更准确地判定重心平衡能力。(实施例3)图14是用于说明本发明的实施例3所涉及的重心平衡判定装置的判定方法的图。 在本实施例的重心平衡判定装置中，也可采用所述重心平衡判定装置1的结构，应关注的 是，所述运算部23的平衡能力判定部25根据所述重心平衡能力来判定运动能力水平。在 此，运动能力例如为敏捷性和持久力。敏捷性被认为是与调整肌肉的收缩、松弛的速度有关的能力。即，敏捷性高，则意 味着调整肌肉的收缩、松弛的速度快，调整速度快，则意味着调整身体重心平衡的速度快。 因此，敏捷性越高，则意味着能够在越小的面积内通过细微的摇摆动作来调整重心，总轨迹 长度/矩形面积越大。因此，(总轨迹长度17)/(矩形面积18)越大，则平衡能力判定部25判定被测者 的敏捷性越优秀，敏捷性水平越高。此外，持久力被认为是维持肌肉的收缩、松弛的状态的能力，在重心平衡能力中， 可利用重心摇摆稳定后的持续性、即(总轨迹长度17)/(矩形面积18)的变动来表示持久 力水平。即，在重心摇摆稳定后，如果(总轨迹长度17)/(矩形面积18)的伴随时间推移而 产生的变动很小并且维持大致一定的值，则被认为持久力高，如果(总轨迹长度17) / (矩形面积18)的值伴随时间推移而大幅度变动，则被认为持久力低。因此，重心摇摆稳定后的(总轨迹长度17)/(矩形面积18)伴随时间推移的变动 越小，则平衡能力判定部25判定为持久力越高，且持久力水平越高。图14是本申请的发明人对观名被实验者进行平衡评价的结果，横轴表示敏捷性 水平，纵轴表示持久力水平。在此，敏捷性水平是将重心稳定后5秒钟内的(总轨迹长度 17)/(矩形面积18)的值划分为10个阶段，并以(总轨迹长度17)/(矩形面积18)的值越 大则分数越高(敏捷性越高)的方式来分配分数0至10的水平。此外，持久力水平是在稳定后连续5次计算出1秒钟内的(总轨迹长度17)/(矩 形面积18)，将它们的标准偏差除以平均值而得到的变动系数划分为10个阶段，并以该变 动系数越小则分数越高(持久力越高)的方式来分配分数0至10的水平。根据本实施例，可如图14所示地根据敏捷性和持久力将被测者的运动能力特性 分为四种类型。这样，不但能够判定重心平衡水平，而且还能够判定敏捷性和持久力等运动能力 水平。(实施例4)图15是本发明的实施例4所涉及的重心平衡判定装置51的俯视图，图16是表示 其电结构的方框图。该重心平衡判定装置51与所述重心平衡判定装置1类似，对于相对 应的部分标注同一参照符号，并省略其说明。应关注的是，在本实施例中，在踏板2上的脚 模型53a、53b中，凹部Ma、54b是作为输入电极的电流施加电极，此外操作面板63的左右 两侧的把持部分64a、64b是作为输出电极的电压测量电极，并且，在使电流从所述电流施 加电极Ma、54b流向所述被测者的身体的电流源55中，设置有用于测量所述电压测量电极 64a、64b之间的电压的电压检测部65，另外，在运算部73中不但设置有所述体重测量部M 和平衡能力判定部25，而且还设置有身体组成成分计算部66。身体组成成分计算部66根据所述电压测量电极64a、64b之间的电压以及从电流 源55流出的电流来测量身体阻抗，针对该身体阻抗，利用从所述操作面板63预先输入的年 龄、性别、身高等身体基本信息，计算出身体脂肪率、非脂肪量、肌肉量等身体组成成分，并 显示于所述显示部14。该重心平衡判定装置51的使用方法与所述图5相同，被测者打开电源开关11，将 操作面板63从踏板2上卸下，并拉出缆线60。接着，根据显示于显示部14的年龄、性别、身 高、脚长等身体基本信息的输入指示，从输入部15输入这些信息，由此能够测量重心平衡 和身体组成。接着，将双脚对准踏板2的凹部Ma、54b和5ajb站立，如所述图5所示地将 双手伸直，并把持操作面板63，此时在所述电路板10中，在被测者保持该姿势的预先设定 的指定期间内求出重心位置(运算位置)，同时，从所述电路板10的电流源55以预先设定 的指定频率供给交流电流，经电流施加电极Ma、54b从被测者的脚底向身体施加微弱的电 流。电压检测部65从设置于操作面板63的电压测量电极64a、64b检测出由该微弱的电流 产生的电压，并将该电压输入至身体组成成分计算部66。通过这样的结构，不仅能测量体重、重心平衡能力，而且同时还测量身体组成，能 够更详细地了解健康状态。以上，以重心摇摆处于稳定状态的时刻作为求出重心平衡能力的运算开始时刻，但是也可以在从被测者将脚踩在踏板2起至达到稳定状态为止的过渡状态下开始进行所 述求出重心平衡能力的运算。此外，在根据(总轨迹长度17)/(矩形面积18)来判定重心 平衡能力时，也可以利用基于年龄、性别、身高等身体基本信息的补正表来进行判定。另外， 虽然用(总轨迹长度17)/(矩形面积18)作为表示运动能力水平的指标，但也可以对所述 总轨迹长度17以及矩形面积18自身进行组合，此外，除所述敏捷性和持久力以外，还可以 对运动能力特性进行更细致的分类。S卩，本发明所涉及的重心平衡判定装置具有三个以上的负载传感器，设置在踏板 的反面；以及平衡能力判定部，按照预定的周期对被测者被搭载于所述踏板上的状态下的 各负载传感器的输出进行取样，并基于该取样的结果对作为所述被测者的重心位置的运算 位置反复进行运算，根据在指定期间内运算出的作为所述重心位置的各运算位置判定所述 被测者的保持重心平衡的能力、即重心平衡能力，其中，所述平衡能力判定部基于所述指定 期间内的运算位置的总轨迹长度除以由所述运算位置的前后方向和左右方向的最大位移 所围绕的矩形的矩形面积而得到的值，来判定所述重心平衡能力。根据上述结构，在踏板的反面设置有三个以上的负载传感器，平衡能力判定部按 照预定的周期对来自被测者搭载于所述踏板上的状态下的各负载传感器的输出进行取样， 基于该取样的结果对重心位置进行运算，并根据指定期间内的运算位置对所述被测者的重 心平衡能力(重心平衡的优劣)进行判定。此时，平衡能力判定部基于所述指定期间内的 运算位置的总轨迹长度除以由所述运算位置的前后方向和左右方向的最大位移所包围的 矩形面积而得到的值，来判定所述重心平衡能力。所述重心平衡能力不仅受半规管等感觉器官的能力的影响，而且也受肌肉力量和 关节柔软性等运动能力的影响。这基于以下见解，即本申请发明者们对各种运动和重心平 衡之间的关系进行了详细研究，结果发现通过在指定期间内进行适当的运动而实现的肌肉 力量、关节柔软性以及姿势的改善会反映于重心平衡指标。在此，一般认为人类即便在直立 姿势下也在不断摇摆的同时保持平衡，可视为所述总轨迹长度和矩形面积的重心摇摆参数 是不但反映所述身体的偏倚、而且也反映运动能力的指标。其中，所述指定期间内的运算位置的总轨迹长度是使重心在该指定期间内移动的 能力。另一方面，所述指定期间内的最大位移以及作为其前后方向和左右方向的乘积值的 矩形面积是使重心停留在该范围(矩形面积)内的能力，与以往所利用的外周面积相比，高 灵敏度地体现了前后方向和左右方向的身体的歪曲和肌肉力量的不平衡等的影响。另外，所述总轨迹长度除以矩形面积而得到的值是表示每单位面积的重心移动量 的指标，在不断地进行细微的重心摇摆，且该摇摆在狭窄的范围内进行的情况下，该值变 高，特别是芭蕾、体操、柔道等所述平衡能力较为重要的运动员上述值有较高的倾向。此外， 关于所述外周面积，想要对其进行测量，需要进行图像解析，并计数点数，从而消耗大量的 存储空间，与此相对，对于矩形面积，只需将前后方向和左右方向的最大位移相乘即可，因 而能够容易地求出该矩形面积。因此，根据所述总轨迹长度除以矩形面积而得到的值来判定重心平衡能力，能够 比背景技术更高精度地判定重心平衡能力，能够(在家庭内)简单地检查身体的歪曲和运 动能力。此外，也可有效利用于生活习惯病的自我管理，利用所述重心平衡能力来评价每天 的运动锻炼是否有效，并作为根据需要修正训练内容的基准，因而是极为有用的。
此外，较为理想的是，所述平衡能力判定部当所述总轨迹长度除以所述矩形面积 而得到的值越大时，则判定为所述被测者的重心平衡能力越强。如上所述，总轨迹长度除以矩形面积而得到的值在不断地进行细微的重心摇摆， 且该摇摆在狭窄的范围内进行的情况下变高，因此，总轨迹长度除以矩形面积而得到的值 越大，则可判定为被测者的重心平衡能力越高。此外，较为理想的是，所述重心平衡判定装置还包括重心平衡稳定状态判定部，根 据所述各负载传感器的输出来判定重心平衡是否稳定，当重心平衡稳定时，让所述平衡能 力判定部运算所述重心位置。根据上述结构，还设置有重心平衡稳定状态判定部，该重心平衡稳定状态判定部 当重心平衡稳定时，触发平衡能力判定部使其进行所述重心位置的运算。因此，能够自动地设定重心平衡的判定期间，并且，由于被测者将脚踩在所述踏板 后的短暂的平衡不稳定的期间被排除在重心平衡的判定期间之外，所以能够提高重心平衡 能力的判定精度。另外，较为理想的是，所述重心平衡稳定状态判定部当从所述被测者将脚踩在所 述踏板的时刻起经过了指定时间时，判定为重心平衡处于稳定状态。根据上述结构，从所述被测者将脚踩在所述踏板的时刻起开始进行经过时间的计 数动作，当计数了指定时间时，判定为重心平衡处于稳定状态，因此能够容易地判定所述稳 定状态。此外，较为理想的是，所述重心平衡稳定状态判定部从所述被测者将脚踩在所述 踏板的时刻起，当每单位时间的重心移动距离或体重的变化处于指定范围内的状态持续了 指定次数时，判定为重心平衡处于稳定状态。根据上述结构，由于被测者将脚踩在所述踏板后的短暂的平衡不稳定的期间被排 除在重心平衡的判定期间之外，所以能够提高重心平衡能力的判定精度。另外，较为理想的是，所述平衡能力判定部利用所述总轨迹长度和所述矩形面积 来判定运动能力水平。根据上述结构，不但能够判定重心平衡能力的水平，而且还能够判定运动能力的 水平。此外，较为理想的是，所述运动能力水平是表示敏捷性的指标，而且，所述总轨迹 长度除以所述矩形面积而得到的值越大，所述平衡能力判定部判定为所述被测者的敏捷性 越好。根据该结构，敏捷性越高，则意味着能够在越小的面积内通过细微的摇摆动作来 调整重心，且总轨迹长度除以矩形面积而得到的值越大，因此，总轨迹长度除以矩形面积而 得到的值越大，平衡能力判定部可判定为被测者的敏捷性越好。此外，较为理想的是，所述运动能力水平是表示持久力的指标，而且，当所述总轨 迹长度除以所述矩形面积而得到的值伴随时间推移而产生的变动越小时，所述平衡能力判 定部判定为持久力越高。根据该结构，如果总轨迹长度除以矩形面积而得到的值伴随时间推移而产生的变 动很小并且维持大致一定的值，则被认为持久力高，因此，总轨迹长度除以矩形面积而得到 的值伴随时间推移而产生的变动越小，则平衡能力判定部可判定为持久力越高。
此外，较为理想的是，所述重心平衡判定装置还包括体重运算部，根据所述各负 载传感器的输出之和求出所述被测者的体重；输入电极和输出电极；电流源，使电流从所 述输入电极流向所述被测者的身体；以及身体组成成分计算部，基于通过所述电流的流动 而在所述输出电极之间产生的电压来测量身体阻抗，并根据该身体阻抗来计算身体组成成 分。根据上述结构，能够通过一个装置来在进行所述重心平衡的优劣判定的同时进行 体重和身体组成的测量。此外，较为理想的是，所述负载传感器为四个，当设X、Y坐标系中的从原点到各负 载传感器为止的X轴方向的距离为m，X、Y坐标系中的从原点到各负载传感器的Y轴方向的 距离为L，各负载传感器分别检测出Ma、Mb、Mc、Md的负载时，通过下述式(A)、(B)来运算出 所述运算位置的坐标(X，y)X = {m · (Mb+Md-Ma-Mc)} /W ......(A)y = {L · (Ma+Mb-Mc-Md) }/ff ......(B)其中，W = Ma+Mb+Mc+Md。根据该结构，平衡能力判定部可利用X、Y坐标系中的从原点到各负载传感器为止 的X轴方向的距离、Χ、γ坐标系中的从原点到各负载传感器的Y轴方向的距离、以及由各负 载传感器检测出的重量值，来计算出运算位置的坐标。
权利要求
1.一种重心平衡判定装置，其特征在于包括 三个以上的负载传感器，被设置在踏板的反面；以及平衡能力判定部，按照预定的周期对被测者被搭载于所述踏板上的状态下的各负载传 感器的输出进行取样，并基于该取样结果对作为所述被测者的重心位置的运算位置反复进 行运算，根据在指定期间内运算出的作为所述重心位置的各运算位置，来判定所述被测者 的保持重心平衡的能力、即重心平衡能力，其中，所述平衡能力判定部，基于将所述指定期间内的运算位置的总轨迹长度除以由所述运 算位置的前后方向和左右方向的最大位移所围绕的矩形的矩形面积而得到的值，来判定所 述重心平衡能力。
2.根据权利要求1所述的重心平衡判定装置，其特征在于所述平衡能力判定部，当所述总轨迹长度除以所述矩形面积而得到的值越大时，则判 定为所述被测者的重心平衡能力越强。
3.根据权利要求1或2所述的重心平衡判定装置，其特征在于还包括重心平衡稳定状 态判定部，该重心平衡稳定状态判定部根据所述各负载传感器的输出来判定重心平衡是否 稳定，当重心平衡稳定时，让所述平衡能力判定部运算所述重心位置。
4.根据权利要求3所述的重心平衡判定装置，其特征在于所述重心平衡稳定状态判定部，基于从所述被测者将脚踩在所述踏板的时刻起经过了 指定时间，来判定为重心平衡处于稳定状态。
5.根据权利要求3所述的重心平衡判定装置，其特征在于所述重心平衡稳定状态判定部，当从所述被测者将脚踩在所述踏板时起，在每单位时 间的重心移动距离或体重的变化处于指定范围内的状态持续了指定次数时，判定为重心平 衡处于稳定状态。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的重心平衡判定装置，其特征在于 所述平衡能力判定部，利用所述总轨迹长度和所述矩形面积来判定运动能力水平。
7.根据权利要求6所述的重心平衡判定装置，其特征在于 所述运动能力水平是表示敏捷性的指标，所述平衡能力判定部，当所述总轨迹长度除以所述矩形面积而得到的值越大，则判定 为所述被测者的敏捷性越好。
8.根据权利要求6所述的重心平衡判定装置，其特征在于 所述运动能力水平是表示持久力的指标，所述平衡能力判定部，当所述总轨迹长度除以所述矩形面积而得到的值的伴随时间推 移而产生的变动越小时，则判定为持久力越高。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的重心平衡判定装置，其特征在于还包括 体重运算部，根据所述各负载传感器的输出之和求出所述被测者的体重； 输入电极和输出电极；电流源，使电流从所述输入电极流向所述被测者的身体；以及 身体组成成分计算部，根据因所述电流的流动而在所述输出电极之间产生的电压测量 身体阻抗，并根据该身体阻抗来计算身体组成成分。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的重心平衡判定装置，其特征在于所述负载传感器为四个，当设X、Y坐标系中的从原点到各负载传感器为止的X轴方向的距离为m，X、Y坐标系 中的从原点到各负载传感器的Y轴方向的距离为L，各负载传感器分别检测出Ma、Mb、Mc、Md 的负载时，所述平衡能力判定部通过下述公式A、B来运算出所述运算位置的坐标(x，y)χ = {m · (Mb+Md-Ma-Mc) }/ff ......(A)y = {L · (Ma+Mb-Mc-Md) }/ff ......(B)其中，W = Ma+Mb+Mc+Md。
全文摘要
本发明提供一种重心平衡判定装置，在踏板的反面设置有三个以上的负载传感器(7)，运算部(23)按照指定周期对被测者被搭载于踏板上的状态下的各负载传感器(7)的输出进行取样，并基于其结果对重心平衡位置进行运算，根据指定期间内的运算位置对所述被测者的重心平衡能力(优劣)进行判定，其中，平衡能力判定部(25)基于指定期间内的由运算位置的摇摆求出的总轨迹长度除以矩形面积而得到的值，来判定重心平衡能力。总轨迹长度除以矩形面积而得到的值是表示每单位面积的重心移动量的指标，在不断地进行细微的重心摇摆、且该摇摆在狭窄的范围内进行的情况下，该值变高，特别是芭蕾、体操、柔道等平衡能力较为重要的运动员的情况下，上述值有较高的倾向。因此，能够考虑运动能力而准确地判定重心平衡能力。
文档编号A61B5/05GK102088902SQ20098010306
公开日2011年6月8日 申请日期2009年1月22日 优先权日2008年1月23日
发明者井出和宏 申请人:松下电工株式会社