JP2006026209A - Robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体情報をセンシングできる機能を有するロボットに関する。 The present invention relates to a robot having a function capable of sensing biological information.
従来、ロボットは産業用ロボットとして工場等で使われてきたが、最近では、ペット型ロボットやヒューマノイド型ロボット等、ロボットは広い分野に進出しつつある。 Conventionally, robots have been used as industrial robots in factories and the like, but recently, robots such as pet-type robots and humanoid-type robots are entering a wide field.
しかし、現在のロボットのセンシング機能は、CCD等の撮像素子より得た情報を解析することにより人と物を判別したり、感圧センサ等による接触した圧力状態の検出により判別するものがほとんどである。 However, most current robot sensing functions discriminate between people and objects by analyzing information obtained from an image sensor such as a CCD, or by detecting the contact pressure state with a pressure sensor or the like. is there.
一方、来るべき高齢化社会において、労働やサービスの一部をロボットにより肩代わりしてもらう必要が生じている。そのためには、人もしくは生物とロボットの共存が必要であり、人の生体情報をセンシングできるセンサが必要である。しかし、現状のロボットにおいては、人や生物のセンシング機能は、視覚機能によるものや熱、音、圧力、接触等の各センサによるセンシングから推定するものであり、人の生体情報を直接センシングするものではなかった。 On the other hand, in an aging society to come, it is necessary to have a part of labor and services be replaced by robots. For this purpose, humans or organisms and robots need to coexist, and sensors capable of sensing human biological information are required. However, in the current robots, the sensing function of humans and organisms is estimated based on visual functions and sensing by sensors such as heat, sound, pressure, contact, etc., and directly senses human biological information It wasn't.
一方、人体に装着して、人の生体情報を直接センシングする装置とペット型ロボットとを連係させた装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, a device that is attached to a human body and directly links a device that senses human biological information and a pet-type robot has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
この装置は、生体情報を人体から検出する検出部を備え、予め検出された生体情報を比較情報として記憶部に記憶する。そして、状態制御支援モードにおいて、検出部により再度検出された生体情報と前記記憶部に記憶しておいた比較情報とを比較し、その比較結果に基づいてペット型ロボットが独自の基本動作をするように制御する構成となっている。この装置は、具体的には、腕時計型、眼鏡型、カード型、万歩計型など、人が装着し易い形状となっている。
このように、生体情報を検出する従来の装置は、腕時計型、眼鏡型、カード型、万歩計型など、人が装着し易い形状となっており、この装置からペット型ロボットを制御するようになっている。すなわち、ペット型ロボットは、生体情報を検出する装置の単なる制御対象として扱われており、人の生体情報を直接的に感知するセンサをロボットの構成部分のいずれかに備えたロボットは現在のところ提案されていない。 As described above, the conventional apparatus for detecting biological information has a shape that is easy for a person to wear, such as a wristwatch type, a spectacle type, a card type, and a pedometer type, and controls a pet-type robot from this apparatus. It has become. That is, a pet-type robot is handled as a simple control target of a device that detects biological information, and a robot having a sensor that directly senses human biological information in any of the components of the robot is currently available. Not proposed.
本発明はかかる実情に鑑みて創案されたもので、その目的は、人の生体情報を検出できる機能を備えた医療関係ロボット、ペット型ロボット、アミューズメント用ロボット、産業用ロボット等として好適なロボット、特に人と同じような手を有するロボットを提供することにある。 The present invention was devised in view of such circumstances, and the purpose thereof is a robot suitable as a medical-related robot, a pet-type robot, an amusement robot, an industrial robot, etc. having a function of detecting human biological information, In particular, it is to provide a robot having a hand similar to that of a person.
本発明のロボットは、基本機能として、数値入力機能、表示機能、送受信機能、記憶機能、アラーム機能、アプリケーションソフトウェア実行機能、演算機能、制御機能等を有している。そして、このようなロボットの構成部分のいずれかに生体情報をセンシングできる機能を有するセンサが設けられている。具体的には、このセンサのセンシング部分がロボットの指に設けられている。また、このセンサによりセンシングされる生体情報としては、心電、血圧、脈拍、脈波、体温、体脂肪、骨密度、血中酸素濃度、血糖値の少なくとも1つ以上である。 The robot of the present invention has a numerical input function, a display function, a transmission / reception function, a storage function, an alarm function, an application software execution function, a calculation function, a control function, and the like as basic functions. A sensor having a function capable of sensing biological information is provided in any of the components of such a robot. Specifically, the sensing part of this sensor is provided on the finger of the robot. The biological information sensed by this sensor is at least one of electrocardiogram, blood pressure, pulse, pulse wave, body temperature, body fat, bone density, blood oxygen concentration, and blood glucose level.
具体的には、前記センサが発光装置と受光装置の組み合わせからなる光学的な手法の場合、前記脈拍は、血中ヘモグロビンのうち酸素の多い酸化ヘモグロビンの吸光特性を利用して前記センサによりセンシングすることにより求めることができる。光学的な手法では赤外光を用いた容積脈波による測定が一般的である。これは血中ヘモグロビンのうち酸素の多い酸化ヘモグロビンの吸光が赤外領域において多いことを利用している。血管の脈拍をセンシングするためには、血管中の血液の動きを検知する必要があり、本発明では、血液中に含まれている赤血球中の酸化ヘモグロビンの吸収光スペクトル特性(図4参照)を利用し、ある特定の波長の光を照射すると酸化ヘモグロビンの吸収によって反射光量が減少する、という特性を利用してセンシングを行うようにしている。図4に示す吸収光スペクトル特性からも分かるように、吸光度のみで波長を選択する場合には、400nm付近の光が良いが、皮膚の散乱特性や水分による吸収による擾乱等を考慮し、用途や目的に応じて適当な波長を選べばよい。 Specifically, when the sensor is an optical method comprising a combination of a light-emitting device and a light-receiving device, the pulse is sensed by the sensor using the light absorption characteristics of oxygenated oxygenated hemoglobin among blood hemoglobin. Can be obtained. In the optical method, measurement by volume pulse wave using infrared light is common. This utilizes the fact that oxygen in the blood hemoglobin, which is rich in oxygen, has a large absorbance in the infrared region. In order to sense the pulse of a blood vessel, it is necessary to detect the movement of blood in the blood vessel. In the present invention, the absorption light spectrum characteristic of oxyhemoglobin in red blood cells contained in blood (see FIG. 4) is obtained. Utilizing this, sensing is performed using the characteristic that the amount of reflected light decreases due to absorption of oxyhemoglobin when irradiated with light of a specific wavelength. As can be seen from the absorption light spectrum characteristics shown in FIG. 4, when selecting a wavelength based only on the absorbance, light near 400 nm is good, but considering the scattering characteristics of the skin, disturbances due to absorption by moisture, etc. An appropriate wavelength may be selected according to the purpose.
また、前記センサが感圧素子からなる場合、前記脈拍は、前記感圧素子により血管の圧力変動をセンシングすることにより求めることができる。 Further, when the sensor is composed of a pressure sensitive element, the pulse can be obtained by sensing a blood pressure fluctuation with the pressure sensitive element.
また、前記血圧は、心電と脈波の時間差より演算により求めることができる。この心電と脈波の時間差より演算によって血圧値を求める技術は、例えば特許登録第3028601号公報に記載されている。 The blood pressure can be obtained by calculation from the time difference between the electrocardiogram and the pulse wave. A technique for obtaining the blood pressure value by calculation from the time difference between the electrocardiogram and the pulse wave is described in, for example, Japanese Patent No. 3028601.
この他にも、前記血圧は、体の2つの測定部位の間の脈波伝播速度の違い(脈波伝播時間の差)により求めることもできる。体の2つの測定部位の間の脈拍の時間差によって求められる脈波伝播時間と血圧値には相関関係があることは知られている(例えば、特開2000−107141号公報参照)。この脈波伝播時間と血圧値との相関関係については個人差があるため、あらかじめ最高血圧と最低血圧を測定する必要がある。そのため、別の血圧計にて最高血圧値と最低血圧値をあらかじめ測定しておくことで血圧の個人差を解消する。具体的には、別の血圧計にて測定した既測定済みの最高血圧値及び最低血圧値と、脈波伝播時間に基づく実際の最高血圧値及び最低血圧値との関係式(補正式)を求めて、その関係式により実際の測定血圧値を補正することにより、高い測定精度が得られるようにする。 In addition, the blood pressure can also be obtained from a difference in pulse wave propagation speed between two measurement sites of the body (difference in pulse wave propagation time). It is known that there is a correlation between the pulse wave propagation time and the blood pressure value determined by the time difference of the pulse between the two measurement parts of the body (see, for example, JP 2000-107141 A). Since there is an individual difference in the correlation between the pulse wave propagation time and the blood pressure value, it is necessary to measure the maximum blood pressure and the minimum blood pressure in advance. Therefore, individual differences in blood pressure are eliminated by measuring the maximum blood pressure value and the minimum blood pressure value in advance with another sphygmomanometer. Specifically, a relational expression (correction formula) between the already measured maximum blood pressure value and minimum blood pressure value measured with another sphygmomanometer and the actual maximum blood pressure value and minimum blood pressure value based on the pulse wave transit time By obtaining and correcting the actual measured blood pressure value by the relational expression, high measurement accuracy is obtained.
また、上記の脈波は、測定を光学的手法で行う場合には、発光装置と受光装置の組み合わせからなるセンサを用い、上記したように、血中ヘモグロビンのうち酸素の多い酸化ヘモグロビンの吸光特性を利用して測定することができる。また、脈波は、測定を圧力的手法で行う場合には、上記したように、感圧素子により血管の圧力変動を捉え、この圧力変動状態の推移より測定することができる。 In addition, when the above-mentioned pulse wave is measured by an optical technique, a sensor comprising a combination of a light emitting device and a light receiving device is used, and as described above, the light absorption characteristics of oxygenated hemoglobin rich in oxygen among blood hemoglobins. Can be measured. Further, when the pulse wave is measured by a pressure technique, as described above, the pressure fluctuation of the blood vessel can be captured by the pressure sensitive element, and the pulse wave can be measured from the transition of the pressure fluctuation state.
また、前記血中酸素濃度(SpO2)は、上記の脈波の測定を光学的手法で行った場合には、発光装置と受光装置の組み合わせからなるセンサを用い、複数の光の波長を用いることにより血液内の酸化ヘモグロビンの吸光度を測定することで求めることができる。 The blood oxygen concentration (SpO2) is obtained by using a sensor composed of a combination of a light emitting device and a light receiving device and using a plurality of wavelengths of light when the pulse wave is measured by an optical technique. Can be obtained by measuring the absorbance of oxyhemoglobin in the blood.
また、前記体脂肪または骨密度は、測定部位の2点間に電流を流し、その2点間の電圧より生体のインピーダンスを測定することで演算により求めることができる。さらに、前記心電は、体の2点間の部位を誘導法により測定することにより求めることができる。この誘導法による測定については、[題名:「初めて心電図を学ぶ方々へ」、著者:森谷藤樹、出版社:鳳鳴堂書店]に記載されている。 The body fat or bone density can be obtained by calculation by passing a current between two points of the measurement site and measuring the impedance of the living body from the voltage between the two points. Further, the electrocardiogram can be obtained by measuring a site between two points of the body by an induction method. Measurements by this guidance method are described in [Title: "For those who are learning ECG for the first time", Author: Fujiki Moritani, Publisher: Naruido Shoten].
また、前記体温は、センサとして焦電センサを用い、この焦電センサにより耳の中を測定することで求めることができる。さらに、血糖値は、測定を光学的手法で行った場合には、複数の近赤外光源及び受光素子からなるセンサを用い、このセンサにより非接触で測定することができる。 The body temperature can be obtained by using a pyroelectric sensor as a sensor and measuring the inside of the ear with this pyroelectric sensor. Furthermore, when the blood glucose level is measured by an optical method, a sensor comprising a plurality of near-infrared light sources and light receiving elements can be used, and the blood glucose level can be measured in a non-contact manner using this sensor.
また、本発明のロボットは、ネットワーク接続機能を備えていてもよい。そして、このネットワーク接続機能を利用して他の機器と通信を行うことにより、他の機器に情報を送信したり、他の機器から必要な情報を取得することが可能となる。 The robot of the present invention may have a network connection function. By using this network connection function to communicate with other devices, it is possible to transmit information to other devices and obtain necessary information from other devices.
本発明のロボットは、ロボットの構成部分のいずれかに生体情報をセンシングできる機能を有するセンサを設けた構成としたので、従来の工業用ロボットに限らず、介護用ロボットや医療用ロボットとしても利用することができる。さらには、ペット型ロボットやアミューズメント用ロボットとしても利用することができる。 Since the robot of the present invention has a configuration in which a sensor having a function capable of sensing biological information is provided in one of the constituent parts of the robot, the robot is not limited to a conventional industrial robot but can be used as a nursing robot or a medical robot. can do. Furthermore, it can be used as a pet-type robot or an amusement robot.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、生体情報をセンシングするセンサ部1の一構成例を示している。
FIG. 1 shows a configuration example of a
本実施形態のセンサ部1は、例えば図2に示すように、ロボットアームの手の部分の指先に取り付けることにより、生体情報のセンシングを可能としている。この例では、左右それぞれの手の親指の手のひら側に取り付けているが、取り付け場所は親指のみに限定されるものではなく、人指し指や中指、薬指や小指等にも取り付けてもよい。また、指先に限らず、場合によっては手の甲や手のひらに取り付けても良い。いずれにしても、人の生体情報を最もセンシングし易い場所に取り付ければよい。
For example, as shown in FIG. 2, the
図1に示すセンサ部1は、人の脈拍や血圧等を測るための脈波センサである発光装置11及び受光装置12をフレキシブル基板13上に搭載して中央部に配置し、この発光装置11と受光装置12の周りを取り囲むようにして、絶縁部14により2分割された電極15,16が設けられている。この電極15,16は、人体のインピーダンスを測定するための電流印加用電極及び電圧検知用電極であり、心電を測定するための電極部も兼ねた構成となっている。
A
図3は、上記構成のセンサ部1を搭載したロボットのシステム構成を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a system configuration of a robot equipped with the
まず、血圧を測定するためには複数箇所の脈波をセンシングする必要があるので、この例では、図1に示すセンサ部1を2つ用い、そのセンサ部1を左右のアームの手の指先(この例では親指)に設置している。このように設置された各受光装置12の出力はアンプ6及びフィルタ回路7を通過した後、後述する演算部303に入力される。
First, since it is necessary to sense a plurality of pulse waves in order to measure blood pressure, in this example, two
また、この例では、測定系として、各電流印加用電極15,15に電流を印加する電流源301、2つの電圧検知用電極16,16との間の電圧を測定する電圧計302、制御演算部(CPU)303、入力装置304、記憶装置(RAM/ROM)305、表示装置306、及び、通信モジュール307などを備えている。また、制御演算部303には、ロボットのアームや手、指先等の各種機構部を制御する機構制御部308が双方向に接続されている。
In this example, as a measurement system, a
<実施形態1>
次に、上記構成のロボットを医療・介護用ロボットとして用いる場合の実施形態について説明する。来るべき高齢社会に向け、今後、医療や介護向けロボットが発達するものと思われる。特に、人の脈拍や血圧等の情報は人体の生体情報のうち重要な情報である。
<
Next, an embodiment in which the robot with the above configuration is used as a medical / care robot will be described. It is expected that robots for medical care and nursing care will develop in the future for an aging society to come. In particular, information such as a person's pulse and blood pressure is important information among the biological information of the human body.
以下、本実施形態1の測定処理について説明する。 Hereinafter, the measurement process of the first embodiment will be described.
まず、この例では、別の血圧計にて測定された最高血圧と最低血圧値、及び、年齢、身長、体重、性別等の情報を入力装置304から入力して記憶装置305に記憶しておく。次に、図3に示すように、2つのセンサ部1,1をそれぞれ人体の左右の指に接触させた状態で、各センサ部1,1を駆動するとともに、電流源301から各電流印加用電極15,15に電流を印加して測定を実行する。この測定実行により、2つの受光装置12,12からの脈波信号、電圧計302にて測定された電圧信号、及び、電流源301の印加電流値が制御演算部303に入力される。
First, in this example, the maximum blood pressure and the minimum blood pressure value measured by another blood pressure monitor, and information such as age, height, weight, and sex are input from the
制御演算部303では、入力された2つの脈波信号から脈拍と脈波伝播時間(脈波伝播速度の違いによる時間差)とを求めるとともに、電圧計302及び電流源301からの信号に基づいて人体のインピーダンス値を求める。そして、脈波伝播時間から血圧値(最高血圧値、最低血圧値)を求める。または、心電と脈波の遅延時間より血圧値(最高血圧値、最低血圧値)を求める。心電と脈波より血圧値を求める技術は、上記したように特許登録第3028601号公報に記載されている。また、心電を測定する方法としては、従来より誘導法が用いられている。誘導法には双極誘導と単極誘導とがあるが、本実施形態では単極誘導を用いる。すなわち、一方のセンサ部1を心臓の近くに置き、他方のセンサ部1を心臓から距離的に遠い部位(手、足等)に置いて体内の微弱電流を測定することで、心電(心起電力)を測定することができる。
The
また、制御演算部303では、求めたインピーダンス値と、既入力済みの年齢、身長、体重、性別等の情報とに基づいて、体脂肪または骨密度を求める。
Further, the
なお、2つの発光装置11,11より複数の適当な波長の光(複数の近赤外光)を照射して、近赤外光の受光が可能な受光装置12,12からの信号解析に基づいて、血中酸素濃度や血糖値も同時に測定することができる。
Note that, based on signal analysis from the
また、図示は省略しているが、センサ部1が焦電センサである場合には、親指を耳のそばに近づけて、焦電センサにより耳の中を測定することで、体温も測定することが可能である。
Although not shown, when the
制御演算部303では、これらの演算結果を表示装置306に表示するとともに、記憶装置305に記憶される。
また、心電、血圧(最高血圧、最低血圧)、脈拍、脈波、体温、体脂肪、骨密度、血中酸素濃度及び血糖値等の演算結果は、通信モジュール307を用いて他の外部装置に対して送受信するようにしてもよい。
The
In addition, calculation results such as electrocardiogram, blood pressure (maximum blood pressure, minimum blood pressure), pulse, pulse wave, body temperature, body fat, bone density, blood oxygen concentration, blood glucose level, and the like are output to other external devices using the
以上説明したように、人の手の形を模したロボットでは、例えば親指や人差し指等の先端付近にセンサ部1を取り付け、手をつなぐことで、生体情報をセンシングできる。このような形にすることで、介護者の歩行を手伝うような場面でもセンシング可能であるという利点がある。
As described above, in a robot simulating the shape of a human hand, for example, biological information can be sensed by attaching the
なお、上記実施形態1では、脈波のセンシングを発光装置11と受光装置12からなる光学的手法によって行っているが、脈波のセンシングのみであれば感圧素子により血管の圧力変動をセンシングする圧力的手法を用いることも可能である。
In the first embodiment, the pulse wave is sensed by the optical method including the
<実施形態2>
本実施形態2は、本発明のロボットを産業用ロボットとして用いる場合の実施形態である。
<Embodiment 2>
The second embodiment is an embodiment in which the robot of the present invention is used as an industrial robot.
人とロボットが混在するような製造現場に設置されたロボットは、多種のセンサにより人の動きを監視しつつ作業を行うことになる。しかし、生体の情報を視覚または触覚でしか捕らえることのできない従来のロボットでは、ロボット同士は通信機能等を介して双方向通信を行うことにより、接触するようなことは基本的にない。しかし、その中に人が入った場合、人の動きが無い場合や、感熱によるセンシングでは、例えば周囲温度の関係やセンサの不調により人か物か区別できなくなる可能性が高い。従って、産業用ロボットを本発明のような生体情報をセンシングできる機能を有するロボットとすることで、触覚センサと脈波センサにより生体か否かを判別することができるので、ロボットが人に接触するといった事故を予防することができる。 A robot installed at a manufacturing site where humans and robots coexist will perform work while monitoring human movements using various sensors. However, with conventional robots that can only capture biological information only visually or tactilely, the robots do not contact each other by performing bidirectional communication via a communication function or the like. However, when a person enters the case, there is a high possibility that the person or the object cannot be discriminated due to, for example, the relationship between the ambient temperature or the malfunction of the sensor in the case where there is no movement of the person or the heat sensing. Therefore, since the industrial robot is a robot having a function capable of sensing biological information as in the present invention, it can be determined whether or not it is a living body by a tactile sensor and a pulse wave sensor. Can be prevented.
<実施形態3>
本実施形態3は、本発明のロボットをペット型ロボットまたはアミューズメント用ロボットとして用いる場合の実施形態である。
<Embodiment 3>
The third embodiment is an embodiment when the robot of the present invention is used as a pet-type robot or an amusement robot.
ペット型ロボットが普及するにつれ、ロボット側でも人の体調や精神状態により対応できる方がより高機能化できる。そのため、本発明に係わるセンサ部1を取り付けることで、例えばペット型ロボットでは、主人に抱かれているときに主人の身体状態をチェックすることが可能となる。そして、その情報を元に、適当なプログラムを選択し、主人の気に入る振る舞いをするようにすればよい。また、センシングした値が異常値を検出した場合には主人に警告し、主人の反応がなければ、ネットワーク機能を用いて緊急である旨通報するように構成することができる。
As pet-type robots become more widespread, robots can be more functional if they can respond to the physical condition and mental state of the person. Therefore, by attaching the
また、アミューズメント用ロボットでも同様に、人の身体状態を把握することによりプログラムを選択することにより、最適なサービスの提供が可能となる。 Similarly, an amusement robot can provide an optimum service by selecting a program by grasping a person's physical condition.
1 センサ部
6 アンプ
7 フィルタ回路
11 発光装置
12 受光装置
13 フレキシブル基板
14 絶縁部
15 電流印加用電極
16 電圧検知用電極
301 電流源
302 電圧計
303 制御演算部(CPU)
304 記憶装置(RAM/ROM)
305 入力装置
306 表示装置
307 通信モジュール
308 機構制御部
DESCRIPTION OF
304 Storage device (RAM / ROM)
305
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