JP4003300B2 - Biological state control support device - Google Patents

Description

【００２９】
このような制御例によれば、現在躍動状態にある生体１００は、ゆったりと遅く移動するロボット２００を見ることで、それと同調して安静状態に引き込まれると期待される。一方。現在安静状態にある生体１００は、細かくかつ素早く移動するロボット２００を見ることで、それと同調して躍動状態に引き込まれると期待される。
【００３０】
（検出される生体情報について）
検出される生体情報は、生体状態を示す指標となるものであれば良く、ここでは下記の３つについて説明するが、これらに限定されるものではない。
【００３１】
▲１▼脈拍数
脈拍数は生体状態を示す代表的な指標である。脈拍数が標準値（例えば６０程度）であれば、生体１００は安静状態と言える。脈拍数が標準値より高ければ、生体１００は興奮または躍動状態と言える。
【００３２】
▲２▼脈波の周波数成分の比率（ＬＦ／ＨＦ）
心電図において、ある心拍のＲ波と次のＲ波との時間間隔が一般にＲＲ間隔と呼ばれている。このＲＲ間隔も、人体の自律神経機能、すなわち生体状態を示す指標となる数値である。図３は、心電図における心拍と、これら心拍の波形から得られるＲＲ間隔とを図示したものである。同図に示すように、心電図の測定結果の解析からＲＲ間隔が時間の推移とともに変動することがわかる。
【００３３】
一方、橈骨動脈部などの末梢部で測定される血圧の変動は、収縮期血圧および拡張期血圧における一拍毎の変動として定義され、心電図におけるＲＲ間隔の変動と対応している。
【００３４】
図４は、心電図と血圧の関係を示したものである。この図からわかるように、一拍毎の収縮期および拡張期の血圧は、各ＲＲ間隔における動脈圧の最大値および該最大値の直前に見られる極小値として測定される。
【００３５】
これら心拍変動あるいは血圧変動のスペクトル分析を行うと、これらの変動が複数の周波数の波から構成されることが分かっている。これらの波は以下に示す３種類の変動成分に区分される。
【００３６】
・呼吸に一致した変動であるＨＦ（High Frequency）成分
・１０秒前後の周期で変動するＬＦ（Low Frequency）成分
・測定結果よりも低い周波数で変動するトレンド（Trend）
これらの成分を得るには、先ず、測定した脈波のそれぞれについて、隣合うＲ波間の間隔であるＲＲ間隔を求めて、得られたＲＲ間隔の離散値を適当な方法により補間するとともに、補間後の曲線にＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を施してスペクトル解析を行うと、上述の変動成分を周波数軸上のピークとして取り出すことができる。
【００３７】
図５（Ａ）は、測定した脈波の間隔を変動波形、および該変動波形を上記３つの周波数成分に分解した場合の各変動成分の波形を示している。また、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示した脈波間隔の変動波形に対するスペクトル分析の結果である。
【００３８】
この図から分かるように、０．０７Ｈｚ付近、０．２５Ｈｚ付近の２つの周波数においてピークが見られ、前者がＬＦ成分であり、後者がＨＬ成分である。なお、トレンドの成分は測定限界以下であるため図からは読みとれない。
【００３９】
ここで、ＬＦ成分は交感神経の活動に関係しており、本成分の振幅が大きいほど緊張の傾向にある。一方、ＨＦ成分は副交感神経の活動に関係しており、本成分の振幅が大きいほどリラツクス（安静）の状態にある。
【００４０】
また、ＬＦ成分およびＨＦ成分の振幅値には個人差があるのでこれを考慮すると、ＬＦ成分とＨＦ成分の振幅比である「ＬＦ／ＨＦ」が生体状態の指標として有用である。
【００４１】
ここで、ＬＦ／ＨＦの値が大きいほど緊張の傾向にあり、ＬＦ／ＨＦの値が小さいほどリラックスの傾向にある。
【００４２】
▲３▼指尖容積脈波の振幅
指先の血管中のヘモグロビンの色素の量から血液の量が分かることが知られている。このヘモグロビンの色素の量は光学的に検出でき、ヘモグロビンを通過する光は吸光されて光量が減衰される。従って、ヘモグロビンを通過した光量に応じて検出される信号の振幅が変化する。
【００４３】
ここで、興奮状態にある場合にヘモグロビンの量が増えるため、検出信号の振幅は小さくなる。逆に安静状態では興奮時よりもヘモグロビンの量は少ないため、検出信号の振幅は大きくなる。
【００４４】
（ロボット制御装置のブロック図の説明）
図２において、ＣＰＵ（中央演算処理装置）１は、各部の制御を司るものである。このＣＰＵ１は、図１（Ａ）（Ｂ）における生体情報検出部１０２の一部の機能を果たすとともに、比較部１０８及び制御部１１０の機能を果たすものである。
【００４５】
ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）２には、ＣＰＵ１が実行する各種制御プログラムや制御データなどが格納されている。
【００４６】
ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３には、図１（Ａ）の生体情報検出モード時に検出された生体情報が比較情報として記憶され、この意味で図１（Ａ）（Ｂ）の記憶部１０６と対応している。また、ＲＡＭ３はＣＰＵ１が各種演算を行うときの作業メモリ領域としても使用される。
【００４７】
操作部４は、ユーザーによりマニュアル操作されるもので、例えば図１（Ａ）の生体情報検出モードの設定と、図１（Ｂ）に示す生体の状態制御支援モードの設定などが行われる。
【００４８】
脈波センサ５は、上述した各種の生体情報を検出するためのものである。脈波センサ５は、後述する図６〜図９に示すように検出位置に応じた構成を有する。例えば図７の場合には、脈波センサ５はフォトトランジスタなどを用いた光センサと発光ダイオードとから構成される。この構成によれば、発光ダイオードから放射された光が指尖部などの血管を介して反射され、光センサにて受光されて、これが光電変換されて脈波検出信号とされる。なお、ＳＮ比を考慮した場合、発光ダイオードには青色光の発光ダイオードが用いられることが好ましい。
【００４９】
Ａ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換器６は、脈波センサ５が検出した脈波検出信号をサンプリングしてディジタル信号に変換し、これをＣＰＵ１のバスに出力する。
【００５０】
音源７及び音源制御部８は、ＣＰＵ１からの信号に基づいて、ユーザーの聴覚に訴えて告知を行うものであり、図１（Ｂ）の告知部１１２の一例である。この告知の内容については後述する。
【００５１】
表示装置１０及び表示制御装置１１も同様に図１（Ｂ）の告知部１１２の一例である。
【００５２】
タイマー１２は通常の時計機能を有し、ＣＰＵ１に対して計時情報を付与するものである。
【００５３】
Ｉ／Ｏインターフェース部１５は、図１（Ｂ）に示すロボット２００との間で各種の情報を授受する通信手段を構成する。
【００５４】
（ロボット制御装置の外観構成）
ロボット制御装置１０１は、図１の生体１００の生体情報を検出する必要があることから、ユーザーが日常的に装着しても支障のない構成が望ましい。このような構成として種々のものが考えられるが、ここでは図６〜図９に示すように時計の機能の一部として組み込んだ例について説明する。なお、図６〜図９において、図２と同一機能を有する部材については同一符号が付してある。
【００５５】
図６は、ロボット制御装置１０１を腕時計２０に組み込んだ第１の形態を示す図である。図６において、ボタン２１，２２は、図２の操作部４に対応するものである。ボタン２１は図１（Ａ）のモードと図１（Ｂ）のモードとを切り換えるためのものである。ボタン２２は、各モードの開始／終了をそれぞれ指示入力するためのものである。
【００５６】
ケーブル２５は、指に装着された脈波センサ５と時計２０内部に設けられたＡ／Ｄ変換器６とを電気的に接続するものである。なお、図６に示す脈波センサ５は、上述した光学センサでも圧脈波センサでも構成できる。
【００５７】
図７は、指尖部に取り付けられて指尖容積脈波を測定する脈波センサ５を、ケーブル２５を介して腕時計２０内部のＡ／Ｄ変換器６と接続した例を示している。この脈波センサ５は、上述した通り発光ダイオードとフォトトランジスタとで構成され、指尖部の血管中のヘモグロビンの色素の量から指尖容積脈波を光学的に測定する。
【００５８】
図８では、図６及び図７とは異なり、腕時計２０の本体に、発光面が露出した発光ダイオード２８と、受光面が露出したフォトトランジスタ２９とを配置している。また、発光ダイオード２８からの放射光がフォトトランジスタ２９に直接入射しないように、両者間には間仕切り３０が設けられている。
【００５９】
図８に示す腕時計２０を用いて脈波を測定するためには、腕時計を装着していない側の手の指尖部で、発光ダイオード２８とフォトトランジスタ２９とを覆うようにすればよい。
【００６０】
図９では、腕時計２０のバンド２７に、取付部２６を介して脈波センサ５が取り付けられている。この脈波センサ５は歪みゲージを用いた圧力式のものにより構成される。この腕時計２０が腕に装着されると、脈波センサ５が適度が圧力で橈骨動脈部に押し当てられる。これにより、脈波センサ５からは、橈骨動脈波形を示す脈波信号が得られる。この脈波信号は、バンド２７に埋め込まれた信号線（図示せず）を介して、腕時計２０に内蔵されたＡ／Ｄ変換器６に送られる。
【００６１】
なお、図６〜図９にて得られる脈波信号を２種以上検出するように、ロボット制御装置１０１を構成することもできる。
【００６２】
（被制御対象であるロボットの説明）
被制御対象であるロボット２００は、例えば特開平６−１９０７５９または特開平７−１６８６２２に開示されたマイクロロボットを一部改良することで使用できる。
【００６３】
図１０はロボット２００の側面図、図１１はその上面図、図１２はその底面図である。
【００６４】
このロボット２００は、その正面部に一対の眼球２１２，２１４を有する。この眼球２１４，２１６はセンサとして使用できるが、本実施の形態では例えば赤、緑、黄色で色変化できる発光ダイオードを用いている。この一対の眼球２１２，２１４は図１（Ｂ）の告知部１１２として使用できる他、後述する通り生体１００をあるべき状態に引き込むために点灯または点滅される。また、ロボット２００の正面には、図２のロボット制御装置１０１のＩ／Ｏインターフェイス部１５と送受信するための送受信部２１３を有している。送受信部２１３は、例えば光信号を送信するための発光ダイオードと、光信号を受信するためのフォトダイオードとを備え、図２のＩ／Ｏインターフェイス部１５と光学的な送受信が可能である。この光通信には近赤外線（例えば中心波長が９４０ｎｍ）が使用され、可視光は図示しないフィルタにより遮断される。
【００６５】
図１２に示すように、充電可能な電源部２１６がロボット２００の中央に配置されている。ロボット２００の触覚部２１８及び尾２２０は、電源部２１６の充電に使用されると共にバランサーとしても機能する。
【００６６】
この電源部２１６に近接して回路部２２２が設けられている。この回路部２２２は、回路基板２２３に実装したＣＰＵ−ＩＣ２２４、プルダウン用のチップ抵抗２２６を含んでいる。
【００６７】
駆動部２２８，２３０は、それぞれステッピングモータ及び減速機構を内蔵している。この駆動部２２８，２３０は回路部２２２により制御されて、出力軸２３２，２３４に固定された車輪２３６，２３８を駆動する。
【００６８】
また、スペーサ２３９は、筺体２３９ａに対して、電源部２１６、回路部２２０及び駆動部２２８，２３０を固定している。
【００６９】
図１３は、ＣＰＵ−ＩＣ２２４の詳細を示すブロック図である。ＡＬＵ、各種のレジスタなどで構成されたＣＰＵコア２４０には、プログラムが格納されているＲＯＭ２４２、そのＲＯＭ２４２のアドレスデコーダ２４４、各種データが格納されるＲＡＭ２４６、及びそのＲＡＭ２４６のアドレスデコーダ２４８が接続されている。
【００７０】
水晶振動子２５０は発振器２５２に接続され、発振器２５２の発振信号はＣＰＵコア２４０にクロック信号として供給される。入出力制御回路２５４には、一対のセンサ２１２，２１４と送受信部２１３が接続されている。電圧調整器２５６は電源部２１６の電圧を低電圧にて安定化して回路部２２２に供給するもためのものである。モータ駆動制御回路２５８はＣＰＵコア２４０との間で制御信号の授受を行い、モータ駆動回路２６０，２６２を介してステッピングモータ２６４，２６６を制御する。
【００７１】
このモータ駆動制御回路２５８は、図２のＣＰＵ１、Ｉ／Ｏインターフェイス部１５を介して伝送された制御信号を、図１２、図１３の送受信部２１３、入出力部２５４を介して入力し、その制御信号に基づいてモータ駆動回路２６０，２６２を駆動制御する。これにより、図１（Ｂ）に示す基本動作としての円運動と蛇行運動とを、その速度Ｖ、円軌道の半径Ｒ、蛇行の周期Ｔ及び蛇行の振幅Ａを所望の値に設定しながら実施することができる。
【００７２】
（生体の状態制御支援モードの説明）
図１（Ｂ）に示す生体１００の状態制御支援モードについて、図１４を参照して説明する。なお、このモードの実施に先駆けて、図１（Ａ）に示す生体情報検出モードが実施されているものとする。
【００７３】
まず、ステップ１にて、図２の操作部４（図６〜図８のボタン２１）の操作に基づき、生体１００の状態制御支援モードに設定されていることを確認する。この後、図２の操作部４（図６〜図８のボタン２２）からのモードスタート指令を待って（ステップ２）、図２の脈波センサ５により生体１００の情報例えば脈波の検出を行う（ステップ３）。この生体情報は、図２のＡ／Ｄ変換器６にてディジタル信号に変換され、ＣＰＵ１の制御によりバスを経由して例えばＲＡＭ３に記憶される。なお、ＣＰＵ１はＲＯＭ２内のプログラムに従ってＲＡＭ３内の生体情報を演算処理することも可能である。
【００７４】
次に、図２のＣＰＵ１は、図１（Ａ）の生体情報検出モードの際に収集してＲＡＭ３に記憶されている比較情報と、今回新たに検出してＲＡＭ３内に記憶された検出情報とを比較する（ステップ４）。
【００７５】
ここで、比較情報として安静時の脈拍数（例えば６０回／分）が登録されている時、今回検出された脈拍数が安静時の脈拍数より高いか否かを比較する。もし検出情報が比較情報よりも高ければ、生体１００は現在、興奮状態または躍動状態にあると言える。
【００７６】
脈拍数の他に、比較情報として安静時のＬＦ／ＨＦ値が登録されている時、今回検出されたＬＦ／ＨＦが安静時のＬＦ／ＨＦ値より大きいか否かを比較する。もし検出情報が比較情報よりも高ければ、生体１００は現在、興奮状態または躍動状態にあると言える。
【００７７】
脈拍数及びＬＦ／ＨＦ値の他に、比較情報として安静時の指尖容積脈波の振幅が登録されている時、今回検出された指尖容積脈波の振幅が安静時の指尖容積脈波の振幅よりも大きいか小さいかを比較する。もし検出情報が比較情報よりも低ければ、生体１００は現在、興奮状態または躍動状態にあると言える。
【００７８】
この比較結果は、図１（Ｂ）の告知部１１２により生体１００に告知される（ステップ５）。この告知方法については後述する。この告知によって、上述の背景技術の欄にて説明した通り、生体１００は現在の状態を認識することができる。この結果、例えばリラックスするために必要な動作、例えば深呼吸、運動などが必要なことを促すことができ、それにより生体１００はあるべき姿に向かうことが期待できる。
【００７９】
しかし本実施の形態ではさらに進んで、生体１００に積極的に引き込み現象ないしは同調現象を働きかけて、あるべき姿に向かわせようとするものである。
【００８０】
まず、上記のようにしてＣＰＵ１が比較情報と検出情報とを比較することにより、生体１００のあるべき姿（例えば安静状態）に対して、現在の生体１００がそれよりもずれた姿（例えば興奮または躍動状態）にあるか否かが判定される（ステップ６）。
【００８１】
ＣＰＵ１は、検出情報と比較情報との間に差が生じていないと判断したときには、この状態制御支援モードを停止させ、そうでないときは、生体１００をあるべき姿に引き込むように、ロボット２００を駆動制御する（ステップ７）。
【００８２】
ここで、生体１００のあるべき姿が安静状態であり、今回検出された状態が興奮または躍動状態と判定された時には、上述した表１の上段のようにロボット２００を駆動制御する。
【００８３】
すなわち、図１（Ｂ）に示す円運動の速度Ｖを遅くし、円軌跡の半径Ｒを大きくし、蛇行運動の周期Ｔを大きくし、さらに蛇行運動の振幅Ａを大きくして、ロボット２００の基本動作がゆったりと実施されるように駆動制御する。
【００８４】
ここで、生体情報として、上述した▲１▼脈拍数、▲２▼ＬＦ／ＨＦ値、▲３▼指尖容積脈波の振幅が得られた時には、脈拍数の比較によって速度Ｖ及び半径Ｒを制御し、ＬＦ／ＨＦ値の比較によって周期Ｔを制御し、指尖容積脈波の振幅によって振幅Ａを制御することが好ましい。
【００８５】
これらの制御内容としては、比較情報と検出情報との差の大きさに応じて段階的にまたは連続的に制御値を変更することもできる。
【００８６】
以降、検出情報と比較情報との間に差が生じている限りにおいてステップ３〜ステップ７が繰り返し実行される。生体１００は、このロボット２００の動きを見ることで、興奮または躍動状態から安静状態に引き込まれ、あるべき姿に向けて同調するものと期待される。
【００８７】
上記とは逆に、生体１００のあるべき姿が躍動状態であり、今回検出された状態が安静状態と判定された時には、上述した表１の下段のようにロボット２００を駆動制御する。
【００８８】
すなわち、図１（Ｂ）に示す円運動の速度Ｖを速くし、円軌跡の半径Ｒを小さくし、蛇行運動の周期Ｔを小さくし、さらに蛇行運動の振幅Ａを小さくして、ロボット２００の基本動作が俊敏に実施されるように駆動制御する。
【００８９】
あるいは、生体１００のあるべき姿として、安静状態と躍動状態との間の準躍動状態に設定することも可能である。この場合には、検出情報が目標値（準躍動状態）と安静状態との間であれば、その差の絶対値と共に負の符号であるとＣＰＵ１が判定する。逆に、検出情報が目標値（準躍動状態）と躍動状態との間であれば、その差の絶対値と共に正の符号であるとＣＰＵ１が判定する。そしてＣＰＵ１は、検出情報と比較情報との差の絶対値にだけでなく、その符号に応じてロボット２００の駆動制御内容を異ならせている。
【００９０】
すなわち、負の符号の制御内容は、正の符号の制御内容と比較して、図１（Ｂ）に示す円運動の速度Ｖを速くし、円軌跡の半径Ｒを小さくし、蛇行運動の周期Ｔを小さくし、さらに蛇行運動の振幅Ａを小さくするように設定する。
【００９１】
（生体への比較結果の告知方法）
図１５は、図２の表示装置１０に表示される告知内容の一例を示している。図１５は円グラフにより比較情報に対する検出情報の比率を示している。図中の数値は、比較情報に対する検出情報の倍率であり、図１５の例では（検出情報／比較情報）＝１．２５となっている。例えば、脈拍数を例に挙げれば、比較情報が６０であったのに対して、検出情報では脈拍数が７５であったことを意味する。
【００９２】
図１６は、上記の倍率をグレード付けてフェイスシートにより表示した例を示している。すなわち、倍率Ｇの大きさによって例えばグレード「０」〜「４」に５分割し、各グレード毎に異なるフェイスシートを用意しておく。そして、ＣＰＵ１は上述した比較結果に基づいて、対応するグレードのフェイスシートを図２の表示装置１０に表示することができる。
【００９３】
他の告知方法として、ロボット２００に設けられた一対の眼球２１２，２１４にて、検出された生体情報に基づいて異なる色を、点灯または点滅して出力しても良い。
【００９４】
ロボット２００の一対の眼鏡２１２，２１４は、生体１００の現在の状態を色で告知するものに限らない。例えば、図１４のステップ５での比較結果に基づいて、生体１００に引き込み現象を生じさせる表示形態とすることもできる。例えば生体１００を安静状態に引き込みたいのであれば、緑色にてゆっくりと点滅させることが考えられる。逆に、生体１００を躍動状態に引き込みたいのであれば、赤色にて素早く点滅させると効果的である。
【００９５】
告知方法として、生体１００の聴覚に訴える方法を採用することもできる。すなち、図２の音源７を用いて、上述の告知内容例えばグレードや生体情報の数値を音声に変換して出力するものである。このとき、グレード毎に予め対応付けられた音楽の曲目を聴取させても良い。
【００９６】
この他の告知方法としては、生体１００の感覚例えば臭覚、触覚に訴える方法を用いることもできる。
【００９７】
これらの告知にあたって、本実施の形態で特有なことは下記のことである。すなわち本実施の形態では、図１４の１回目のステップ７を実施してロボット２００を駆動した後、例えば図２のタイマー１２にて所定時間経過したことが計測された後に、図１４の２回目のステップ３が実施されて再度生体情報が検出される。この後、図１４の２回目のステップ４，５が実施され、比較結果が再度生体１００に告知される。この２回目の告知では、１回目のステップ７の実施後の引き込み現象の成果を生体１００が知ることができる。以降、ステップ３〜ステップ７を繰り返す毎に、引き込み現象の成果を生体１００は五感を利用して知ることができる。
【００９８】
（ロボット制御装置の変形例）
ロボット制御装置１０１は、図６〜図９に示す腕時計型に限らず、下記のように構成することもできる。
【００９９】
（１）ネックレス型
図１７は、ネックレス型のロボット制御装置１０１を示している。図１７において、センサパッド３１の中には、脈波センサ５が皮膚に接触するように取り付けられている。このネックレスを首にかけると、脈波センサ５が首の後ろの皮膚に接触して脈波を測定することができる。また、図１７においてブローチに似た中空部を有するケース３２には、ロボット制御装置１０１の脈波センサ５以外の構成が組み込まれている。また、脈波センサ５とケース３２内のＡ／Ｄ変換器６とは、鎖３３に埋め込まれた信号線（図示せず）を介して接続されている。
【０１００】
（２）眼鏡型
図１８は、ロボット制御装置１０１を眼鏡に取り付けた例を示している。図１８において、装置本体はフレームの蔓４１に取り付けられ、この本体はケース４２ａ，４２ｂに分けられ、蔓４１に沿って這わせるかあるいは蔓４１内部に埋め込まれた信号線（図示せず）を介して接続されている。ケース４２ａの内側面には液晶パネル４４が配置され、この液晶画面はミラー４５によって反射されて、眼鏡のレンズ４３に投影されるようになっている。従って、ケース４２ａには主として液晶駆動回路及び光源など、液晶駆動に必要な構成が搭載される。これらは、図２に示す表示装置１０及び表示制御部１１と対応する。
【０１０１】
一方、ケース４２ｂには、脈波センサ５、表示装置１０及び表示制御部１１を除いて、図２に示す主要部の構成が搭載される。脈波センサ５は、耳たぶを挟み込む２つのパッド４６，４６に内蔵されて、ケース４２ｂ内のＡ／Ｄ変換器６とは信号線４６Ａを介して接続されている。
【０１０２】
（３）カード型
図１９に示すカード型装置４７は、例えばユーザーの胸ポケットに収容されるものである。このカード型装置４７とケーブル５Ａで接続された脈波センサ５は、例えば図６に示す腕時計型と同様に、ユーザーの左手人差し指の根元から第２関節までの間に装着される。
【０１０３】
（４）万歩計型
図２０に示す万歩計型装置４８は、ベルト４９に取り付けられる。万歩計本体４８内のＡ／Ｄ変換６は、ケーブル５Ａを介して脈波センサ５と接続される。
【０１０４】
（被制御対象の変形例）
上述した実施の形態では、被制御対象としてマイクロロボットを例に挙げて説明したが、この種の被制御対象は日常生体１００と接する機会のあるものが、引き込み現象の効果の点から好ましい。
【０１０５】
この種の被制御対象として例えばペット型ロボットが好適である。上述したマイクロロボット２００は、その基本動作として円運動と蛇行運動を繰り返すものであったが、ペット型ロボットについてもその基本動作を制御すればよい。ペット型ロボットは、そのペットの種類に応じて独自の基本動作を有し、例えば犬型ロボット、猫型ロボットの基本動作の速度、動作周期、動作の振幅などを、上述の実施の形態と同様に制御すればよい。さらには、ペット型ロボットの鳴き声を制御することもできる。例えば、安静状態に引き込みたいのであれば、穏やかに優しく鳴き、逆に躍動状態に引き込みたいのであれば猛々しく鳴くように制御すればよい。
【０１０６】
この種の被制御対象としてさらに好ましくは、生体１００の身の回りの世話をする各種のロボット、例えば看護ロボットを挙げることができる。この看護ロボットもプログラムに応じた各種の基本動作を実施するが、この各基本動作の速度、動作周期、動作の振幅などを、上述の実施の形態と同様に制御すればよい。また、看護ロボットが応答する音声も制御対象とすることができ、安静状態に引き込みたいときとには穏やかに優しく話しかける他、敬語を用いたり、声色を変えたりしても良い。
【０１０７】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は生体情報の検出モードを示し、図１（Ｂ）はその後の生体の状態制御支援モードを示す概略説明図である。
【図２】図１（Ｂ）に示すロボット制御装置のブロック図である。
【図３】心電図とＲＲ間隔との関係を示す特性図である。
【図４】心電図と脈波波形との関係を示す特性図である。
【図５】図５（Ａ）はＲＲ間隔と該変動を構成する周波数成分との関係を示す特性図であり、図５（Ｂ）はＲＲ間隔の変動をスペクトル分析した結果を示す特性図である。
【図６】ロボット制御装置を腕時計型とし、脈波センサを指の付け根に取り付けた実施態様を示す概略斜視図である。
【図７】ロボット制御装置を腕時計型とし、脈波センサを指尖部に取り付けた実施態様を示す概略斜視図である。
【図８】ロボット制御装置を腕時計型とし、脈波センサを橈骨動脈部と接触させる実施態様を示す概略斜視図である。
【図９】ロボット制御装置を腕時計型とし、脈波センサを橈骨動脈部と接触させる他の実施態様を示す概略斜視図である。
【図１０】図１（Ｂ）に示す被制御対象ロボットの側面図である。
【図１１】図１（Ｂ）に示す被制御対象ロボットの上面図である。
【図１２】図１（Ｂ）に示す被制御対象ロボットの底面図である。
【図１３】図１０〜図１２に示すロボットに内蔵される制御系のブロック図である。
【図１４】図１（Ｂ）に示す生体の状態制御支援モードの動作フローチャートである。
【図１５】図２に示す表示装置での告知方法の一例を示す図である。
【図１６】図２に示す表示装置での他の告知方法を説明するための図である。
【図１７】本発明装置をネックレス型とした実施の形態を示す概略説明図である。
【図１８】本発明装置を眼鏡型とした実施の形態を示す概略説明図である。
【図１９】本発明装置をカード型とした実施の形態を示す概略説明図である。
【図２０】本発明装置を万歩計型とした実施の形態を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１ ＣＰＵ
２ ＲＯＭ
３ ＲＡＭ
４ 操作部
５ 脈波センサ
７ 音源
１０ 表示装置
１５ Ｉ／Ｏインターフェイス部
２０ 腕時計型ロボット制御装置
２１，２２ ボタン
２５ ケーブル
２６ 取付部
２７ バンド
２８ 発光ダイオード
２９ フォトトランジスタ
１００ 生体
１０１ ロボット制御装置
１０２ 生体情報検出部
１０４ 記憶制御部
１０６ 記憶部
１０８ 比較部
１１０ 制御部
１１２ 告知部
２００ ロボット
２１２，２１４ 一対の眼球
２１３ 送受信部
２１６ 電源部
２１８ 触覚部
２２０ 尾
２２２ 回路部
２２４ ＣＰＵ−ＩＣ
２２６ チップ抵抗
２２８，２３０ 駆動部
２３２，２３４ 出力軸
２３６，２３８ 車輪
２３９ スペーサ
２３９ａ 筺体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a living body state control support apparatus that performs support for bringing a living body in a tension or dynamism state into a resting state, and a robot control apparatus using the same.
[0002]
[Background]
Traditionally, tranquilizers, autonomic regulators, or vitamins have been prescribed to patients as pharmacological treatments for autonomic dysfunction. It is used for the treatment of various diseases including infectious diseases (Literature “Actual Practice of Autonomous Training” written by Yuji Sasaki, published by Somotosha).
[0003]
Apart from this, a treatment method using a physiological phenomenon called biofeedback has been used conventionally (see, for example, “Biofeedback Method for Clinicians, Translated by Hisashi Hirai, Medical School”). This treatment method tries to control the body reaction by notifying the subject (user) of various biological information such as muscle tension, skin temperature, and pulse that are not usually conscious. For example, in the treatment using muscle tension, the muscle activity detected by an electromyogram or the like is converted into an acoustic signal, and the user listens to this to perform the treatment. As techniques to which this biofeedback is applied, for example, there are those described in JP-A-4-200440 and JP-A-59-232380.
[0004]
On the other hand, the applicant of the present application has proposed in WO 98/01177 that the techniques described in the above publications are further improved.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in each of these conventional techniques, a target value for biometric information is set, compared with biometric information measured by the user, and if there is a difference, the user is notified of it.
[0006]
Therefore, in these prior arts, it is assumed that the user himself / herself releases tension, for example, using the notified information as an index.
[0007]
An object of the present invention is to provide a device capable of supporting the state control of a living body by further improving the solution of the prior art and drawing the living body into a desired state according to the behavior of the controlled object.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A biological state control support device according to the invention of claim 1 is provided.
Controlled objects,
Detecting means for detecting biological information from the living body;
Storage means for storing comparison information corresponding to a desired state of the living body;
Comparison means for comparing the biological information detected by the detection means with the comparison information stored in the storage means;
Control means for controlling the controlled object based on a comparison result in the comparing means, and causing the controlled object to perform an action appealing to the sense of the living body so as to go to a state where the living body should be;
It is characterized by having.
[0009]
According to the first aspect of the present invention, the biological information reflecting the current state of the living body (for example, excitement or dynamic state) and the comparison information corresponding to the previously stored state of the living body (for example, the resting state) are compared. is doing. Thereby, it can be seen how much the living body deviates from a desired state. In the present invention, the current state is not simply notified, but the controlled object is driven and controlled based on the comparison result, and the action to appeal to the sense of the living body is directed to the state where the living body should be. Let me do it. As a result, the mental state of the living body that recognizes the operation of the controlled object is brought to a desired state by the pull-in phenomenon or the synchronization phenomenon.
[0010]
As shown in claim 2, the controlled object can be configured to perform at least a basic operation. In this case, the control means changes and controls the operation mode of the basic operation based on the comparison result while maintaining the function of the basic operation to be controlled.
[0011]
In this way, the control of the controlled object to cause the pull-in phenomenon only needs to be changed in the basic operation mode, so that the control is performed without requiring a complicated program as compared with the basic operation itself. Becomes easy.
[0012]
Here, the change in the operation mode of the basic operation may be one in which one or a plurality of the operation speed, the operation cycle, or the operation amplitude is changed as shown in claims 3 to 5.
[0013]
Further, as described in claim 6, when the basic operation of the controlled object includes an audio output, the control means changes the output form of the audio emitted toward the living body based on the comparison result. You may control. For example, the control is such as distinguishing according to the use of honorifics or changing the voice color.
[0014]
As the comparison information, general biometric information may be stored in advance in the storage means by the manufacturer, but it is preferable that the user actually collects the comparison information by himself / herself. In this case, as shown in claim 7, storage control means for storing and controlling the storage means is further provided. The storage control means stores and controls the biological information detected by the detection means in the storage means as comparison information.
[0015]
If it carries out like this, as shown to Claim 8, 9, the biological information at the time of a biological body's rest or dynamism can be memorize | stored in a memory | storage means as comparison information as the state which a biological body should be.
[0016]
Various types of biological information can be cited as this type of biological information. As shown in claim 10, the biological pulse rate and the amplitude of the fingertip volume pulse wave are used as information that reflects the state of the biological body and is easy to detect. And frequency components included in the pulse wave.
[0017]
According to another aspect of the present invention, the biological information detected by the detecting means after the operation of the controlled object and the comparison information of the storage means are compared again by the comparing means, and the state of the living body is determined based on the comparison result. It is preferable to further provide a means for notification.
[0018]
In this way, the living body can recognize the effect of the pull-in phenomenon or the synchronization phenomenon caused by the operation of the controlled object via the notification means.
[0019]
The detection means may detect the biological information in one of a positive state and a negative state with a state where the biological body is supposed to be a boundary. In this case, as shown in claim 12, the comparison means outputs the absolute value of the difference between the comparison information and the detection information and its positive / negative sign. The control means can control the controlled object based on the detected absolute value and sign.
[0020]
If it carries out like this, even if an absolute value is the same, if a code | symbol differs, the operation form of a to-be-controlled object can be varied. Therefore, the controlled object can be controlled so as to have an operation mode for drawing the living body toward a desired state.
[0021]
Further, the present invention is suitable for a robot control apparatus that controls a robot that is frequently in contact with a living body, such as a pet-type robot or a nursing robot. In this case as well, the living body can be drawn toward a desired state by changing the operation speed, the operation cycle, the operation amplitude, the voice quality, the wording, etc. while maintaining the basic operation function.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Principle of the present invention)
First, the principle of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1B, the device of the present invention includes a robot control device 101 and a robot 200 controlled thereby. Note that some functions of the robot control apparatus 101 may be incorporated in the robot 200.
[0023]
FIG. 1A shows a detection mode of biological information when the living body 100 should be (for example, in a resting state). FIG. 1B shows a living body state control support mode in which a pulling phenomenon is caused in the living body 100 by the movement of the robot 200 to be controlled, and the living body 100 is pulled back to a desired shape.
[0024]
In FIG. 1B, when the living body 100 is not in a desired state (for example, a resting state) (for example, a tensioned state or an excited state), the robot controller is configured to control the movement of the robot 200 based on the biological information detected at that time. The drive is controlled by 101. The robot 200 repeats, for example, a circular motion and a meandering motion as its basic motion. As the control of the operation mode of the basic operation of the robot 200, for example, the moving speed V of the circular motion, the radius R of the circular motion, the meandering period T, and the meandering amplitude A are changed and controlled.
[0025]
First, as shown in FIG. 1A, a biometric information detection mode is implemented, and this is viewed using the biometric information detection unit 102, the storage control unit 104, and the storage unit 106 of the robot control apparatus 101. That is, biological information such as a pulse wave from the human body 100 is detected by the biological information detection unit 102 and stored in the storage unit 106 according to the control of the storage control unit 104. The stored biological information becomes comparison information in the comparison unit 108 shown in FIG.
[0026]
Also in the living body state control support mode of FIG. 1B, the living body information of the living body 100 is detected by the living body information detection unit 102. The biometric information detected this time is compared with the comparison information previously stored in the storage unit 106 by the comparison unit 108. For example, if the comparison information is biometric information at rest and the biometric information detected this time is that at tension, the comparison unit 108 can know the difference between the biometric information.
[0027]
Based on the comparison result in the comparison unit 108, the control unit 110 changes and controls the operation mode while maintaining the basic operation function of the robot 200. For example, the operation mode of the basic operation of the robot 200 is changed and controlled so that the living body 100 in a tensioned state or a lively state is drawn into a resting state. On the contrary, the living body 100 in a resting state can be drawn into a dynamic state. The operation mode of the basic operation of the robot 200 is, for example, as shown in Table 1 below.
[0028]

[0029]
According to such a control example, the living body 100 that is currently in a dynamic state is expected to be drawn into a resting state in synchronization with the robot 200 that moves slowly and slowly. on the other hand. The living body 100 currently in a resting state is expected to be drawn into a dynamic state in synchronism with the robot 200 that moves finely and quickly.
[0030]
(About detected biological information)
The detected biological information may be any index that indicates the biological state, and the following three are described here, but are not limited thereto.
[0031]
(1) Pulse rate
The pulse rate is a typical index indicating a biological state. If the pulse rate is a standard value (for example, about 60), the living body 100 can be said to be in a resting state. If the pulse rate is higher than the standard value, the living body 100 can be said to be in an excited state or a dynamic state.
[0032]
(2) Ratio of frequency component of pulse wave (LF / HF)
In the electrocardiogram, a time interval between an R wave of a certain heartbeat and the next R wave is generally called an RR interval. This RR interval is also a numerical value serving as an index indicating the autonomic nervous function of the human body, that is, the biological state. FIG. 3 illustrates the heartbeats in the electrocardiogram and the RR intervals obtained from these heartbeat waveforms. As shown in the figure, the analysis of the electrocardiogram measurement results shows that the RR interval varies with time.
[0033]
On the other hand, the blood pressure fluctuation measured in the peripheral part such as the radial artery is defined as a beat-by-beat fluctuation in the systolic blood pressure and the diastolic blood pressure, and corresponds to the fluctuation of the RR interval in the electrocardiogram.
[0034]
FIG. 4 shows the relationship between the electrocardiogram and blood pressure. As can be seen from this figure, the systolic and diastolic blood pressures for each beat are measured as the maximum value of the arterial pressure in each RR interval and the minimum value seen just before the maximum value.
[0035]
When spectral analysis of these heart rate fluctuations or blood pressure fluctuations is performed, it is known that these fluctuations are composed of waves of a plurality of frequencies. These waves are classified into the following three types of fluctuation components.
[0036]
・ HF (High Frequency) component, which is a variation that matches the breathing
・ LF (Low Frequency) component that fluctuates with a period of around 10 seconds
・ Trends that fluctuate at a frequency lower than the measurement result (Trend)
In order to obtain these components, first, for each measured pulse wave, an RR interval, which is an interval between adjacent R waves, is obtained, and the obtained discrete values of the RR interval are interpolated by an appropriate method. When spectrum analysis is performed by applying FFT (Fast Fourier Transform) processing to the later curve, the above-described fluctuation component can be extracted as a peak on the frequency axis.
[0037]
FIG. 5A shows the waveform of each fluctuation component when the measured pulse wave interval is a fluctuation waveform and the fluctuation waveform is decomposed into the above three frequency components. FIG. 5B shows the result of spectrum analysis for the fluctuation waveform of the pulse wave interval shown in FIG.
[0038]
As can be seen from this figure, peaks are observed at two frequencies around 0.07 Hz and 0.25 Hz, the former being the LF component and the latter being the HL component. The trend component is below the measurement limit, so it cannot be read from the figure.
[0039]
Here, the LF component is related to the activity of the sympathetic nerve, and the greater the amplitude of this component, the more the tension tends to be. On the other hand, the HF component is related to parasympathetic activity, and the larger the amplitude of this component, the more relaxed (resting) it is.
[0040]
Also, since there are individual differences in the amplitude values of the LF component and the HF component, considering this, “LF / HF”, which is the amplitude ratio between the LF component and the HF component, is useful as an indicator of the biological state.
[0041]
Here, the greater the LF / HF value, the more tending the tension, and the smaller the LF / HF value, the more tending to relax.
[0042]
(3) Amplitude of finger plethysmogram
It is known that the amount of blood can be determined from the amount of hemoglobin pigment in the blood vessel of the fingertip. The amount of the hemoglobin pigment can be detected optically, and the light passing through the hemoglobin is absorbed and the amount of light is attenuated. Therefore, the amplitude of the detected signal changes according to the amount of light that has passed through the hemoglobin.
[0043]
Here, since the amount of hemoglobin increases in the excited state, the amplitude of the detection signal decreases. Conversely, in the resting state, the amount of hemoglobin is smaller than that during excitement, so the amplitude of the detection signal becomes large.
[0044]
(Explanation of block diagram of robot controller)
In FIG. 2, a CPU (Central Processing Unit) 1 controls each part. The CPU 1 functions as a part of the biological information detection unit 102 in FIGS. 1A and 1B and functions as the comparison unit 108 and the control unit 110.
[0045]
A ROM (Read Only Memory) 2 stores various control programs executed by the CPU 1 and control data.
[0046]
A RAM (Random Access Memory) 3 stores biometric information detected in the biometric information detection mode of FIG. 1A as comparison information, and corresponds to the storage unit 106 of FIGS. 1A and 1B in this sense. is doing. The RAM 3 is also used as a working memory area when the CPU 1 performs various calculations.
[0047]
The operation unit 4 is manually operated by the user. For example, the setting of the biological information detection mode in FIG. 1A and the setting of the biological state control support mode shown in FIG. 1B are performed.
[0048]
The pulse wave sensor 5 is for detecting the various biological information described above. The pulse wave sensor 5 has a configuration corresponding to the detection position as shown in FIGS. For example, in the case of FIG. 7, the pulse wave sensor 5 includes an optical sensor using a phototransistor or the like and a light emitting diode. According to this configuration, the light emitted from the light emitting diode is reflected through a blood vessel such as a fingertip, received by the optical sensor, and photoelectrically converted into a pulse wave detection signal. In consideration of the SN ratio, a blue light emitting diode is preferably used as the light emitting diode.
[0049]
The A / D (analog-digital) converter 6 samples the pulse wave detection signal detected by the pulse wave sensor 5 and converts it into a digital signal, which is output to the bus of the CPU 1.
[0050]
The sound source 7 and the sound source control unit 8 notify the user's hearing based on the signal from the CPU 1, and are an example of the notification unit 112 in FIG. The contents of this notification will be described later.
[0051]
Similarly, the display device 10 and the display control device 11 are examples of the notification unit 112 in FIG.
[0052]
The timer 12 has a normal clock function and gives time information to the CPU 1.
[0053]
The I / O interface unit 15 constitutes a communication unit that exchanges various types of information with the robot 200 shown in FIG.
[0054]
(External configuration of robot controller)
Since it is necessary for the robot control apparatus 101 to detect the biological information of the living body 100 in FIG. 1, it is desirable that the robot control apparatus 101 has no problem even if the user wears it daily. Various configurations are conceivable as such a configuration. Here, an example in which a part of the function of the watch is incorporated as shown in FIGS. 6 to 9 will be described. 6 to 9, members having the same functions as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.
[0055]
FIG. 6 is a diagram showing a first mode in which the robot control apparatus 101 is incorporated in the wristwatch 20. In FIG. 6, buttons 21 and 22 correspond to the operation unit 4 of FIG. The button 21 is for switching between the mode of FIG. 1A and the mode of FIG. The button 22 is used to input an instruction to start / end each mode.
[0056]
The cable 25 electrically connects the pulse wave sensor 5 attached to the finger and the A / D converter 6 provided in the timepiece 20. The pulse wave sensor 5 shown in FIG. 6 can be configured by the above-described optical sensor or pressure pulse wave sensor.
[0057]
FIG. 7 shows an example in which the pulse wave sensor 5 attached to the fingertip portion and measuring the fingertip volume pulse wave is connected to the A / D converter 6 inside the wristwatch 20 via the cable 25. The pulse wave sensor 5 includes a light emitting diode and a phototransistor as described above, and optically measures the fingertip volume pulse wave from the amount of hemoglobin pigment in the blood vessel of the fingertip portion.
[0058]
In FIG. 8, unlike FIGS. 6 and 7, a light emitting diode 28 with a light emitting surface exposed and a phototransistor 29 with a light receiving surface exposed are arranged in the main body of the wristwatch 20. Further, a partition 30 is provided between the two so that the light emitted from the light emitting diode 28 does not directly enter the phototransistor 29.
[0059]
In order to measure a pulse wave using the wristwatch 20 shown in FIG. 8, the light emitting diode 28 and the phototransistor 29 may be covered with the fingertip portion of the hand on the side not wearing the wristwatch.
[0060]
In FIG. 9, the pulse wave sensor 5 is attached to the band 27 of the wristwatch 20 via the attachment portion 26. The pulse wave sensor 5 is constituted by a pressure type using a strain gauge. When the wristwatch 20 is worn on the arm, the pulse wave sensor 5 is pressed against the radial artery portion with moderate pressure. As a result, a pulse wave signal indicating the radial artery waveform is obtained from the pulse wave sensor 5. This pulse wave signal is sent to the A / D converter 6 built in the wristwatch 20 via a signal line (not shown) embedded in the band 27.
[0061]
Note that the robot control apparatus 101 can also be configured to detect two or more types of pulse wave signals obtained in FIGS.
[0062]
(Description of the robot to be controlled)
The robot 200 to be controlled can be used by partially improving the micro robot disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-190759 or Japanese Patent Laid-Open No. 7-168622.
[0063]
10 is a side view of the robot 200, FIG. 11 is a top view thereof, and FIG. 12 is a bottom view thereof.
[0064]
This robot 200 has a pair of eyeballs 212 and 214 on the front part thereof. The eyeballs 214 and 216 can be used as sensors. In this embodiment, for example, light emitting diodes that can change color in red, green, and yellow are used. The pair of eyeballs 212 and 214 can be used as the notification unit 112 in FIG. 1B, and is lit or blinked to draw the living body 100 into a desired state as will be described later. In addition, on the front side of the robot 200, a transmission / reception unit 213 for transmitting / receiving to / from the I / O interface unit 15 of the robot control apparatus 101 of FIG. 2 is provided. The transmission / reception unit 213 includes, for example, a light emitting diode for transmitting an optical signal and a photodiode for receiving the optical signal, and is capable of optical transmission / reception with the I / O interface unit 15 of FIG. Near-infrared light (for example, the center wavelength is 940 nm) is used for this optical communication, and visible light is blocked by a filter (not shown).
[0065]
As shown in FIG. 12, a rechargeable power supply unit 216 is disposed at the center of the robot 200. The haptic unit 218 and the tail 220 of the robot 200 are used for charging the power supply unit 216 and also function as a balancer.
[0066]
A circuit unit 222 is provided in the vicinity of the power supply unit 216. The circuit unit 222 includes a CPU-IC 224 mounted on a circuit board 223 and a pull-down chip resistor 226.
[0067]
The drive units 228 and 230 each include a stepping motor and a speed reduction mechanism. The driving units 228 and 230 are controlled by the circuit unit 222 to drive the wheels 236 and 238 fixed to the output shafts 232 and 234.
[0068]
The spacer 239 fixes the power supply unit 216, the circuit unit 220, and the drive units 228 and 230 to the housing 239a.
[0069]
FIG. 13 is a block diagram showing details of the CPU-IC 224. The CPU core 240 composed of an ALU and various registers is connected to a ROM 242 that stores programs, an address decoder 244 of the ROM 242, a RAM 246 that stores various data, and an address decoder 248 of the RAM 246. Yes.
[0070]
The crystal unit 250 is connected to the oscillator 252, and the oscillation signal of the oscillator 252 is supplied to the CPU core 240 as a clock signal. A pair of sensors 212 and 214 and a transmission / reception unit 213 are connected to the input / output control circuit 254. The voltage regulator 256 is for stabilizing the voltage of the power supply unit 216 at a low voltage and supplying it to the circuit unit 222. The motor drive control circuit 258 exchanges control signals with the CPU core 240 and controls the stepping motors 264 and 266 via the motor drive circuits 260 and 262.
[0071]
The motor drive control circuit 258 inputs the control signal transmitted via the CPU 1 and the I / O interface unit 15 of FIG. 2 via the transmission / reception unit 213 and the input / output unit 254 of FIGS. Based on the control signal, the motor drive circuits 260 and 262 are driven and controlled. Thereby, the circular motion and the meandering motion as the basic motion shown in FIG. 1B are performed while setting the velocity V, the radius R of the circular orbit, the meandering period T and the meandering amplitude A to desired values. can do.
[0072]
(Description of biological state control support mode)
The state control support mode of the living body 100 illustrated in FIG. 1B will be described with reference to FIG. Prior to the implementation of this mode, it is assumed that the biological information detection mode shown in FIG.
[0073]
First, in step 1, it is confirmed that the state control support mode of the living body 100 is set based on the operation of the operation unit 4 in FIG. 2 (button 21 in FIGS. 6 to 8). Thereafter, after waiting for a mode start command from the operation unit 4 in FIG. 2 (button 22 in FIGS. 6 to 8) (step 2), information on the living body 100 such as a pulse wave is detected by the pulse wave sensor 5 in FIG. Perform (Step 3). This biological information is converted into a digital signal by the A / D converter 6 in FIG. 2 and stored in, for example, the RAM 3 via the bus under the control of the CPU 1. Note that the CPU 1 can also calculate the biological information in the RAM 3 according to the program in the ROM 2.
[0074]
Next, the CPU 1 in FIG. 2 compares the comparison information collected and stored in the RAM 3 in the biological information detection mode in FIG. 1A and the detection information newly detected and stored in the RAM 3 this time. Are compared (step 4).
[0075]
Here, when a resting pulse rate (for example, 60 times / minute) is registered as comparison information, it is compared whether or not the pulse rate detected this time is higher than the resting pulse rate. If the detection information is higher than the comparison information, it can be said that the living body 100 is currently in an excited state or a dynamic state.
[0076]
In addition to the pulse rate, when the LF / HF value at rest is registered as comparison information, it is compared whether or not the LF / HF detected this time is larger than the LF / HF value at rest. If the detection information is higher than the comparison information, it can be said that the living body 100 is currently in an excited state or a dynamic state.
[0077]
In addition to the pulse rate and the LF / HF value, when the amplitude of the fingertip volume pulse wave at rest is registered as comparison information, the amplitude of the fingertip volume pulse wave detected this time is the fingertip volume pulse at rest Compare whether the amplitude is larger or smaller than the amplitude of the wave. If the detection information is lower than the comparison information, it can be said that the living body 100 is currently in an excited state or a dynamic state.
[0078]
The comparison result is notified to the living body 100 by the notification unit 112 in FIG. 1B (step 5). This notification method will be described later. By this notification, the living body 100 can recognize the current state as described in the background art section above. As a result, for example, it is possible to prompt the user to perform necessary actions for relaxing, for example, deep breathing, exercise, and the like, so that the living body 100 can be expected to be in a desired state.
[0079]
However, in the present embodiment, the process is further advanced, and the biological body 100 is actively attracted or tuned to be brought to an ideal form.
[0080]
First, as described above, the CPU 1 compares the comparison information and the detection information, so that the current living body 100 is shifted from the desired shape (for example, a resting state) (for example, excitement). Alternatively, it is determined whether or not it is in a lively state (step 6).
[0081]
When the CPU 1 determines that there is no difference between the detection information and the comparison information, the CPU 1 stops the state control support mode. Otherwise, the CPU 1 moves the robot 200 so as to draw the living body 100 into a desired form. Drive control is performed (step 7).
[0082]
Here, when the appearance of the living body 100 is in a resting state, and it is determined that the state detected this time is an excitement or a dynamic state, the robot 200 is driven and controlled as shown in the upper part of Table 1 above.
[0083]
That is, the speed V of the circular motion shown in FIG. 1B is slowed down, the radius R of the circular locus is increased, the period T of the meandering motion is increased, and the amplitude A of the meandering motion is further increased. Drive control is performed so that the basic operation is performed slowly.
[0084]
Here, as biological information, when the above-mentioned (1) pulse rate, (2) LF / HF value, and (3) amplitude of fingertip volume pulse wave are obtained, the velocity V and radius R are compared by comparing the pulse rate. Preferably, the period T is controlled by comparing the LF / HF values, and the amplitude A is controlled by the amplitude of the fingertip volume pulse wave.
[0085]
As these control contents, the control value can be changed stepwise or continuously in accordance with the magnitude of the difference between the comparison information and the detection information.
[0086]
Thereafter, as long as a difference is generated between the detection information and the comparison information, Steps 3 to 7 are repeatedly executed. By looking at the movement of the robot 200, the living body 100 is expected to be drawn from the excited or dynamic state to the resting state and tuned toward the desired form.
[0087]
Contrary to the above, when the appearance of the living body 100 is in a lively state and the state detected this time is determined to be a resting state, the robot 200 is driven and controlled as shown in the lower part of Table 1 above.
[0088]
That is, the speed V of the circular motion shown in FIG. 1B is increased, the radius R of the circular locus is decreased, the period T of the meandering motion is reduced, and the amplitude A of the meandering motion is further reduced. Drive control is performed so that the basic operation is performed quickly.
[0089]
Alternatively, it is possible to set the living body 100 to be a semi-live state between the rest state and the live state as the ideal form of the living body 100. In this case, if the detected information is between the target value (semi-live state) and the resting state, the CPU 1 determines that the sign is a negative sign together with the absolute value of the difference. Conversely, if the detected information is between the target value (semi-live state) and the live state, the CPU 1 determines that it is a positive sign together with the absolute value of the difference. The CPU 1 changes the drive control content of the robot 200 according to the sign as well as the absolute value of the difference between the detection information and the comparison information.
[0090]
That is, the control content of the negative sign is faster than the control content of the positive sign, the speed V of the circular motion shown in FIG. 1B is increased, the radius R of the circular locus is reduced, and the period of the meandering motion T is set to be small and the amplitude A of the meandering motion is set to be small.
[0091]
(Notification method of comparison results to living body)
FIG. 15 shows an example of notification contents displayed on the display device 10 of FIG. FIG. 15 shows the ratio of detection information to comparison information by a pie chart. The numerical value in the figure is the magnification of the detection information with respect to the comparison information, and (detection information / comparison information) = 1.25 in the example of FIG. For example, taking the pulse rate as an example, the comparison information is 60, whereas the detection information indicates that the pulse rate was 75.
[0092]
FIG. 16 shows an example in which the above magnification is graded and displayed on a face sheet. That is, for example, grades “0” to “4” are divided into five according to the size of the magnification G, and different face sheets are prepared for each grade. Then, the CPU 1 can display a face sheet of a corresponding grade on the display device 10 in FIG. 2 based on the comparison result described above.
[0093]
As another notification method, a pair of eyeballs 212 and 214 provided in the robot 200 may output different colors that are lit or blinking based on the detected biological information.
[0094]
The pair of glasses 212 and 214 of the robot 200 is not limited to the one that notifies the current state of the living body 100 by color. For example, based on the comparison result in step 5 of FIG. For example, if it is desired to bring the living body 100 into a resting state, it can be considered to blink slowly in green. On the other hand, if it is desired to pull the living body 100 into a dynamic state, it is effective to quickly blink in red.
[0095]
As a notification method, a method for appealing to the hearing of the living body 100 may be employed. That is, using the sound source 7 of FIG. 2, the above-mentioned notification contents, for example, the numerical values of grade and biological information are converted into sound and output. At this time, the music piece previously associated with each grade may be listened to.
[0096]
As another notification method, a method of appealing to a sense of the living body 100 such as a sense of smell or touch can also be used.
[0097]
In these notifications, what is unique in the present embodiment is as follows. That is, in the present embodiment, after step 7 in FIG. 14 is performed and the robot 200 is driven, for example, after a predetermined time has been measured by the timer 12 in FIG. 2, the second time in FIG. Step 3 is performed, and the biological information is detected again. Thereafter, the second steps 4 and 5 in FIG. 14 are performed, and the comparison result is notified to the living body 100 again. In this second notification, the living body 100 can know the result of the pull-in phenomenon after the first execution of Step 7. Thereafter, every time Step 3 to Step 7 are repeated, the living body 100 can know the result of the pull-in phenomenon using the five senses.
[0098]
(Modification of robot controller)
The robot control device 101 is not limited to the wristwatch type shown in FIGS. 6 to 9 and can also be configured as follows.
[0099]
(1) Necklace type
FIG. 17 shows a necklace type robot control apparatus 101. In FIG. 17, the pulse wave sensor 5 is attached in the sensor pad 31 so as to contact the skin. When this necklace is put on the neck, the pulse wave sensor 5 can contact the skin behind the neck and measure the pulse wave. In FIG. 17, the case 32 having a hollow portion similar to a broach incorporates a configuration other than the pulse wave sensor 5 of the robot control device 101. The pulse wave sensor 5 and the A / D converter 6 in the case 32 are connected via a signal line (not shown) embedded in the chain 33.
[0100]
(2) Glasses type
FIG. 18 shows an example in which the robot control apparatus 101 is attached to glasses. In FIG. 18, the main body of the apparatus is attached to a vine 41 of a frame. This main body is divided into cases 42a and 42b, and a signal line (not shown) embedded in the vine 41 is provided along the vine 41. Connected through. A liquid crystal panel 44 is disposed on the inner side surface of the case 42a, and the liquid crystal screen is reflected by a mirror 45 and projected onto the lens 43 of the glasses. Therefore, the case 42a is mainly equipped with components necessary for liquid crystal driving, such as a liquid crystal driving circuit and a light source. These correspond to the display device 10 and the display control unit 11 shown in FIG.
[0101]
On the other hand, except for the pulse wave sensor 5, the display device 10, and the display control unit 11, the configuration of the main part shown in FIG. The pulse wave sensor 5 is built in two pads 46 and 46 that sandwich the earlobe, and is connected to the A / D converter 6 in the case 42b via a signal line 46A.
[0102]
(3) Card type
A card-type device 47 shown in FIG. 19 is accommodated in a user's breast pocket, for example. The pulse wave sensor 5 connected to the card type device 47 with the cable 5A is mounted between the base of the left index finger of the user and the second joint, for example, similarly to the wristwatch type shown in FIG.
[0103]
(4) Pedometer type
A pedometer type device 48 shown in FIG. 20 is attached to a belt 49. The A / D converter 6 in the pedometer main body 48 is connected to the pulse wave sensor 5 via the cable 5A.
[0104]
(Modification of controlled object)
In the above-described embodiment, the micro robot is described as an example of the controlled object. However, it is preferable that this type of controlled object has an opportunity to come into contact with the living body 100 from the viewpoint of the effect of the pull-in phenomenon.
[0105]
For example, a pet-type robot is suitable as this type of controlled object. The above-described microrobot 200 repeats a circular motion and a meandering motion as its basic motion, but the basic motion may be controlled for a pet-type robot. The pet-type robot has its own basic motion according to the type of the pet. For example, the basic motion speed, motion cycle, motion amplitude, etc. of the dog-type robot and cat-type robot are the same as in the above-described embodiment. It may be controlled to. Furthermore, it is possible to control the cry of the pet type robot. For example, if it is desired to draw into a resting state, it may be controlled so that it sounds gently and gently, and conversely, if it is desired to draw into a lively state, it sounds furiously.
[0106]
More preferably, this type of controlled object includes various robots that take care of the living body 100, such as a nursing robot. The nursing robot also performs various basic operations according to the program. The speed, operation cycle, operation amplitude, and the like of each basic operation may be controlled in the same manner as in the above-described embodiment. In addition, the voice that the nursing robot responds can be controlled, and when you want to be in a resting state, you can speak gently and gently, use honorifics, or change the voice.
[0107]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic explanatory diagram showing a biometric information detection mode, and FIG. 1B is a schematic explanatory diagram showing a subsequent biological state control support mode.
FIG. 2 is a block diagram of the robot control device shown in FIG.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between an electrocardiogram and an RR interval.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between an electrocardiogram and a pulse wave waveform.
FIG. 5A is a characteristic diagram showing the relationship between the RR interval and the frequency components constituting the fluctuation, and FIG. 5B is a characteristic diagram showing the result of spectral analysis of the fluctuation of the RR interval. is there.
FIG. 6 is a schematic perspective view showing an embodiment in which the robot control device is a wristwatch type and a pulse wave sensor is attached to the base of a finger.
FIG. 7 is a schematic perspective view showing an embodiment in which a robot control device is a wristwatch type and a pulse wave sensor is attached to a fingertip portion.
FIG. 8 is a schematic perspective view showing an embodiment in which the robot control device is a wristwatch type and the pulse wave sensor is brought into contact with the radial artery.
FIG. 9 is a schematic perspective view showing another embodiment in which the robot control device is a wristwatch type and the pulse wave sensor is brought into contact with the radial artery.
FIG. 10 is a side view of the controlled robot shown in FIG.
FIG. 11 is a top view of the robot to be controlled shown in FIG.
FIG. 12 is a bottom view of the controlled robot shown in FIG.
13 is a block diagram of a control system built in the robot shown in FIGS. 10 to 12. FIG.
14 is an operation flowchart of the living body state control support mode shown in FIG.
15 is a diagram showing an example of a notification method in the display device shown in FIG.
FIG. 16 is a diagram for explaining another notification method in the display device shown in FIG. 2;
FIG. 17 is a schematic explanatory view showing an embodiment in which the device of the present invention is a necklace type.
FIG. 18 is a schematic explanatory view showing an embodiment in which the device of the present invention is a glasses type.
FIG. 19 is a schematic explanatory view showing an embodiment in which the device of the present invention is a card type.
FIG. 20 is a schematic explanatory view showing an embodiment in which the device of the present invention is a pedometer type.
[Explanation of symbols]
1 CPU
2 ROM
3 RAM
4 Operation part
5 Pulse wave sensor
7 Sound source
10 Display device
15 I / O interface section
20 Watch-type robot controller
21 and 22 buttons
25 cable
26 Mounting part
27 bands
28 Light Emitting Diode
29 Phototransistor
100 living body
101 Robot controller
102 Biological information detection unit
104 Storage controller
106 Storage unit
108 comparator
110 Control unit
112 Notification Department
200 robots
212, 214 A pair of eyeballs
213 transceiver
216 power supply
218 Tactile sense
220 tail
222 Circuit part
224 CPU-IC
226 Chip resistance
228, 230 drive unit
232, 234 Output shaft
236, 238 wheels
239 Spacer
239a enclosure

Claims (5)

A robot that travels,
Detecting means for detecting biological information from the living body;
Storage means for storing comparison information detected via the detection means when the living body is in one of a resting state and a dynamic state, which should be,
Comparison means for comparing the biological information detected by the detection means with the comparison information stored in the storage means;
When it is determined that the living body is not supposed to be based on the comparison result in the comparing means, the robot is controlled to perform an action to appeal to the sense of the living body so as to go to the state where the living body should be. Control means to be executed by the robot;
Have
The robot performs at least a basic motion, and the basic motion is a circular motion and a meandering motion of the robot,
The control means controls, as a basic operation of the robot, a first basic operation mode when the living body is brought into a resting state and a second basic operation state when the living body is put into a lively state, 1. A living body state control support apparatus characterized in that one basic operation mode is slower than the second basic operation mode, and the second operation mode is finer and quicker than the first operation mode. In claim 1,
The basic operation of the robot includes voice output,
The living body state control support apparatus, wherein the control means changes and controls an output form of a sound emitted toward the living body based on the comparison result. In claim 1 or 2,
The living body state control support apparatus, wherein the detection means detects at least one of a pulse rate of a living body, an amplitude of a fingertip volume pulse wave, and a frequency component included in the pulse wave. In any one of Claims 1 thru | or 3,
The apparatus further comprises means for notifying the state of the living body based on a comparison result of the comparing means for comparing the biological information detected by the detecting means after the operation of the robot with the comparison information of the storage means. A biological state control support device. In any one of Claims 1 thru | or 4,
The detection means is configured to display the biological information at one of a positive excitement state and a negative tension state with the resting state as a boundary when the state of the living body is a resting state. Detect
The comparison means outputs the absolute value of the difference between the comparison information and the detection information and its positive / negative sign,
The living body state control support device, wherein the control means controls the robot based on the detected absolute value and the sign.

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