人体分野への応用事例②
人体動作の計測の場合、画像での計測ですと 限られた空間での計測となり、また通常のセンサーの 場合ケーブルが動作を阻害して本来のデータを 計測することができませんでした。
弊社の「8チャンネル小型無線モーションレコーダー、 MVP-RF8シリーズ」は、ワイヤレスでの計測が可能ということで、 人体の動作を阻害せず計測が可能です。また通信が 可能な範囲内(約30m)であれば屋外でも計測が 可能で、場所を選ばずに計測が可能です。
理学療法分野では歩行解析や日常動作の分析、 リハビリテーションの効果の定量化といった分野の研究で ご利用いただいております。
またスポーツ分野では、フォームの解析や、用具の 動作解析などの研究分野でご利用を頂いており、 両分野とも国内、国際学会等でも研究成果の発表を 多数いただいております。
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応用事例
1.角速度センサーでゴルフの「スイング速度計測」
スポーツ分野では、フォームの解析や用具の最適化 等の分野でご使用をいただいております。
画像でフォームを計測する場合に比べ、動作の イメージがしにくいという欠点はありますが、早い動作の 中での微小な動き、例えば、スイング中の手首の ねじりや、震えなど、細かい動きの変化が捉えられることが 特徴となります。
右下のグラフは、ゴルフスイングのスイング速度 解析を行った一例です。
クラブヘッドに角速度センサーを取り付け、ヘッドの 回転角速度データと、クラブの回転半径から、 クラブヘッドのスイング時の速度算出を行って います
動きを計測するセンサーとしては加速度センサーが 一般的に用いられておりますが、加速度センサーは 重力の影響を受けますのでデータ演算で速度や 変位を求めるにはかなり難易度が高いですが、 角速度センサー(一般的にはジャイロセンサーとも 呼ばれています。和製英語)は重力の影響を 受けにくいため、回転動作であれば演算が比較的 容易にできますので、近年スポーツ動作の定量化に 徐々に採用いただいてきております。
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2.加速度センサー2点同時計測で「歩行バランス解析」
理学療法分野で最も広くご利用いただいているのが、 歩行解析の分野です。
従来の床反力計や画像での動作解析システムと比べ、 計測の場所を選ばない点、またシステムが低価格で 構成できることも大きな特徴です。
右下の図は、左右両方の膝に加速度センサーを取り付け、 歩行時に膝に加わる加速度を計測したデータです。
加速度は力に比例する物理量ですので、 「膝に外部から加わっている力(衝撃)」に比例した 値となります。
このデータから、例えば左右の足の設置時に加わる 加速度値から歩行のバランスを考察したり、 また歩行周期の算出も可能です。
右の図は膝に加わる上下方向の加速度のみ表示 しましたが、実際には1つのセンサーで3軸のデータが 計測できますので、膝の前後方向、あるいは側方 方向の加速度も同時に計測をしております。
膝の側方方向の加速度(力)と膝関節症との関係に ついて着目され、研究をされておられる例なども ございます。
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3.水中歩行で膝に加わる力をリサージュ図形で「見える化」
1軸ずつ3回の計測を行うと、3次元の加速度の計測は 可能ですが、どちらの方向に加速度(力)が加わっているか を考察する場合などは、同時に計測を行う必要があります。
こんな場合は、リサージュ図形を用いて解析を行うと 効果的です。上の図は、右膝を後正面から見た平面とお考えください。横軸が膝の左右方向、縦軸が上下方向の加速度となります。ここで、同時に計測した左右方向と上下方向の加速度値を プロットしていきます。そうしますと、この平面上のどちら方向に どれだけの大きさの加速度(力)が加わっていたかがわかります。リサージュ図形の中心は両軸の加速度が0となり、中心から 離れれば離れるほど加速度値が大きくなります。
上の図は、同じ被験者の同じ場所に加速度センサーを取り付け、 水中の歩行を行った場合と床面歩行を行った場合でリサージュ 図形を比較したものになります。水中歩行の場合、加速度値がほぼ中心に集中しており、加速度 (力)が小さいことがわかります。
これに対し、床面歩行の場合は加速度値が大きいことがわかり、 またその方向は主に上下方向が大きいことがわかります。
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