JP2005087485A - 作業快適度評価装置および作業快適度評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】人体の複数の筋が拮抗して行う作業時の筋活動を測定することによって作業の快適度を評価する作業快適度評価装置および作業快適度評価方法であって、短時間の計測結果から作業の快適度を定量的に評価する。
【解決手段】複数の筋の、作業時の人体の筋活動によって生じる筋電位を検出センサ１２，１４で検出し、検出された前記筋電位を増幅し、この筋電位から得られる筋電位波形を用いて、前記複数の筋の同時収縮強度を生成する。一方において、前記作業における作業負担強度のレベルを、同時収縮強度の生成に合わせて算出し、前記同時収縮強度を算出した作業負担強度レベルで規格化することによって、作業の快適度の高低を評価する。
【選択図】図４

Description

本発明は、人体の複数の筋が拮抗して行う作業時の筋電位を測定することによって作業の快適度を評価する作業快適度評価装置および作業快適度評価方法、特に車両の操舵の快適度を評価する評価装置および評価方法に関する。

今日、快適に操舵できる自動車等の車両やタイヤを提供するために、自動車製造業者やタイヤ製造業者は、車両の操舵のし易さを追求し、種々の方法を用いて車両やタイヤの開発を行っている。
この車両の開発やタイヤの開発において、操舵が快適であるか否かを評価する場合、一般に、ドライバの主観的な官能評価を用いたり、車両に加速度等の計測センサを設けて車両の挙動を表す物理計測データを収集して、車両の挙動を定量的に計測して評価する場合が多い。

ところで、今日、一定の作業を行う際の作業の負担の程度を評価するために、作業者の筋電位の信号波形を表した筋電図を収集することで、作業者の筋の負担を定量的に把握することが行われている。筋電位は、測定自体が簡便で即応性を備えるため一定の作業を行う際の作業の負担の程度を適切に評価できるもの考えられている。この筋電図を用いた作業の負担の程度を評価する方法をドライバの車両の操舵に適用することも考えられる。

これに対し、下記特許文献１は、腕を伸ばそうとする筋の筋電位と腕を縮めようとする筋の筋電位の双方を測定し、この２つの筋電位の競合に関する値（競合値）を算出し、この競合値に基づいてドライバの運転負担の大きさを判定することを開示している。より具体的には、ドライバの、競合する筋の筋電位を筋電位センサを用いて測定することによって得られた筋電位の競合値から競合特徴量を算出し、この算出された競合特徴量が予め定められた閾値を超えた場合、ドライバの運転負担が増大したものと判定する（特許文献１の段落番号００３１〜００３８）。

ここで、判定に用いる閾値は、特許文献１の図１０に示されるように、１０分、８分あるいは５分といった長い期間、筋電位を計測して競合値を算出し、この長時間の計測された競合値から最大値や平均値等のキャリブレーション用競合特徴量を算出するとともに、算出したこの特徴量に予め設定された係数を乗算して上記閾値を定める。このため、閾値を定めるには１０分等の長い期間の筋電位の計測が必要となり、この間ドライバの運転負担を判定できないといった問題がある。特許文献１では、このような場合を想定して、前回のドライバの運転時のデータを参照することを開示している（特許文献１の段落番号００４０）。

しかし、筋電位の計測は、筋電位センサ（検出センサ）を筋の部位に貼り付けて行なうので、貼り付けの度に筋電位のレベルが異なる場合が多いことが良く知られている。このため、筋電位のレベルが異なっている可能性の高い前回の運転時のデータを用いると、ドライバの運転負担にきわめて大きな判定誤差が生じ易くなるといった問題がある。すなわち、上記閾値を定めるキャリブレーション用競合特徴量は、検出センサの貼り付けの度に変わり易い筋電位から算出されるため、このキャリブレーション用競合特徴量も検出センサの貼り付けの度に変化し易い。このため、貼り付けの度に変化し易いキャリブレーション用競合特徴量に一定の係数を乗算して閾値を定めると、ドライバの運転負担に判定誤差が生じ易くなるといった問題がある。

一方において、特許文献１が開示するドライバの運転負担は、ドライバが運転し易いといった精神的負担に、ドライバが実際に運転動作を行なう物理的負担が重畳されたものである。このため、装着するタイヤの種類によってハンドルの操舵に大きな操舵力が必要となる場合、操舵にかかる物理的負担が大きくなって運転負担が増大することになる。この場合、操舵力が大きくなってどっしりした操舵が可能となった等、ドライバに安心感を与えて精神的負担が小さくなったにも係わらず、操舵力の増大により運転負担が大きくなったと判定される場合もある。

また、特許文献１では、ドライバの運転負担を、高速巡行、高速渋滞、市街地走行等の走行モード毎に設定された閾値を用いて運転負担の判定を行なうので、高速巡行と高速渋滞等の走行モード間でドライバの精神的負担による運転負担がどのように変化するのか判定することができないといった問題があった。

このような問題は、車両の操舵作業に限らず、人体の複数の筋、例えば一対の筋を拮抗させて対象物を処理する一定の作業についての快適度を評価する場合にも同様に発生する。

特開２００２−２２５５８５号公報

そこで、本発明は、人体の複数の筋が拮抗して行う作業時の筋活動を測定することによって作業の快適度を評価する作業快適度評価装置および作業快適度評価方法であって、短時間の計測結果から作業の快適度を定量的に評価することのできる作業快適度評価装置および作業快適度評価方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、人体の複数の筋が拮抗して行う作業時の筋電位を測定することによって作業の快適度を評価する作業快適度評価装置であって、前記複数の筋の、作業時の人体の筋活動によって生じる筋電位を検出する一対の検出センサと、この検出センサによって検出された前記筋電位を増幅するアンプと、増幅された前記筋電位から得られる筋電位波形を用いて、前記複数の筋の同時収縮強度を生成する信号処理部と、前記複数の筋によって負担される前記作業における作業負担強度のレベルを、前記同時収縮強度の生成に合わせて算出する作業負担強度算出部と、前記同時収縮強度を算出した前記作業負担強度のレベルで規格化することによって、前記作業の快適度の高低を評価する評価部と、を有することを特徴とする作業快適度評価装置を提供する。

ここで、前記複数の筋は、例えば、人体の左右に備わる一対の筋である。より具体的には、例えば、前記一対の筋は、人体の肩部の三角筋である。
なお、筋が拮抗するとは、協働して１つの作業を行なう筋が２つの場合、通常、一方の筋が収縮するとき、他方の筋は弛緩することをいう。

また、前記作業負担強度算出部は、前記複数の筋の筋電位波形から１つの作業負担強度のレベルを算出するのが好ましい。その際、前記作業負担強度算出部は、前記複数の筋の筋電位波形から、前記複数の筋のそれぞれが前記作業に対して負担する筋負担強度を算出し、この筋負担強度を平均化処理して前記作業負担強度のレベルを算出するのが好ましい。また、この時の前記平均化処理は、幾何平均処理であるのが好ましい。

また、前記作業が、前記複数の筋が協働して対象物に力学挙動を与える処理作業である場合、前記作業負担強度算出部は、処理作業の施された対象物の力学挙動を表す物理量を計測することにより、前記作業負担強度のレベルを算出することも同様に好ましい。

また、前記信号処理部は、前記複数の筋の筋電位波形に対して、幾何平均処理を施した後、所定期間内のＲＭＳ値を算出することで、前記同時収縮強度を生成するのが好ましい。
このような作業は、例えば、ドライバがハンドルを操舵する車両の運転が例示される。

また、本発明は、人体の複数の筋が拮抗して行う作業時の筋電位を測定することによって作業の快適度を評価する作業快適度評価方法であって、前記複数の筋の、作業時の人体の筋活動によって生じる筋電位を検出し増幅するステップと、この増幅された前記筋電位から得られる筋電位波形を用いて、前記複数の筋の同時収縮強度を生成するステップと、前記複数の筋によって負担される前記作業における作業負担強度のレベルを、前記同時収縮強度の生成に合わせて算出するステップと、前記同時収縮強度を算出した前記作業負担強度のレベルで規格化することによって、前記作業の快適度の高低を評価するステップと、を有することを特徴とする作業快適度評価方法を提供する。

本発明は、拮抗する複数の筋の筋電位を計測して、同時収縮波形から筋の同時収縮強度を算出するとともに、このときの作業負担強度を算出するので、短時間の計測結果から作業の快適度を定量的に評価することができる。したがって、従来のように、評価が行なわれるまで１０分等の時間を必要とせず、短時間に計測結果から精神的負担の高低によって作業の快適度を評価することができる。また、同時収縮強度を作業負担強度で規格化することで、精神的負担によって強くなる同時収縮強度の、作業負担強度における占める割合を求めることができるので、高速巡行、高速渋滞、市街地走行等の走行モード毎に区別することなく、ハンドルの操舵作業の快適度を評価することができる。

以下、本発明の作業快適度評価装置および作業快適度評価方法について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。

図１は、本発明の作業快適度評価装置をドライバの操舵作業に適用した操縦快適度評価装置１０の概略の構成図である。
操縦快適度評価装置１０は、車両を運転するドライバの操舵の快適度を評価する装置で、ドライバの左右の三角筋の筋電位を検出する検出センサ１２および１４と、電極１６と、検出センサ１２および１４からの筋電位を増幅するアンプ１８と、増幅された左右の三角筋の筋電位の時系列波形から操舵の快適度を評価する処理ユニット２０と、評価結果をモニタ表示するモニタ２２とを有して構成される。

検出センサ１２は、ドライバの左肩の三角筋の筋電位を検出するセンサであって、Ａｇ／ＡｇＣＬ皿型電極が対になって構成され、この一対の皿型電極が所定の間隔、数ｍｍ、例えば５ｍｍ離間して三角筋の位置する左肩の表面に貼り付けられる。
検出センサ１４は、ドライバの右肩の三角筋の筋電位を検出するセンサであって、検出センサ１２と同様に、Ａｇ／ＡｇＣＬ皿型電極が対になって構成され、この一対の皿型電極が所定の間隔、数ｍｍ、例えば５ｍｍ離間して三角筋の位置する左肩の表面に貼り付けられる。
なお、検出センサ１２および１４の電極は、Ａｇ／ＡｇＣＬに限定されず、Ａｇやステンレス等の他の材料によって構成されたものであってもよい。
ここで、ドライバの皮膚表面への貼り付けは、スクラブで擦り、アルコールで汚れをおとして電極糊を用いて行う。その際、電気抵抗は３０ｋΩ（５ｋΩが望ましい）以下にするまで汚れを落とす。二つの電極は測定する筋の筋腹に、筋繊維に対し平行に装着する。貼り付け位置は、図２に示すように、鎖骨の外側の端部Ｘから指三本分、腕長手方向に離れた位置Ｙに、所定の間隔を開けて貼り付ける。

一方、電極１６は、ドライバの電位を一定に保つために電気的に不活性な位置であるドライバの耳たぶに貼り付けられるアース電極であり、検出センサ１２および１４による測定を正確に行うために設けられる。なお、アンプ１８に接続された電極１６は、アンプ１８を介してアースされる。
アンプ１８は、検出センサ１２、１４とリード線により接続されており、検出センサ１２、１４で検出された筋電位を増幅する公知の作動増幅器である。
検出センサ１２および１４にて検出され、増幅された筋電位は処理ユニット２０に送られる。

処理ユニット２０は、信号処理部２４と作業負担強度算出部２５と快適度評価部２６とを有して構成される。
処理ユニット２０は、コンピュータにて構成されたユニットであり、信号処理部２４、作業負担強度算出部２５および快適度評価部２６は、プログラムを実行することによって各機能を発揮するように構成されている。
なお、信号処理部２４、作業負担強度算出部２５および快適度評価部２６は、専用回路によって構成されたものであってもよい。

信号処理部２４は、２つの三角筋の筋電位の時系列波形をサンプリングすることによって、筋電位波形を生成し、この筋電位波形を用いて同時収縮強度を算出する部位である。
具体的には、筋電位をサンプリングして全波整流を行った後、平滑化フィルタ（ローパスフィルタ）を用いて平滑化した筋電位の信号波形（筋電位波形）を生成し、この２つの筋電位波形における同時刻の値の幾何平均値（積の平方根の値）を算出し、この平均値を、筋が左右同時に収縮するときの同時収縮波形として生成する。さらに、この同時収縮波形のＲＭＳ（Root Means Square）値を同時収縮強度として算出する。ＲＭＳ値は、所定の期間中の平均値(単純加算平均値)からの波形の偏差の二乗和の平方根である。所定の期間とは、例えば、０．５秒〜１０秒である。なお、本発明における同時収縮波形は、２つの筋電位波形の幾何平均をとることによって生成されるものに限られず、2つの筋電位波形のうち値の小さい方の筋電位波形を同時収縮波形としてもよい。しかし、検出センサ１２，１４の貼り付けの度に発生する筋電位のレベルの変動による同時収縮波形の劣化を小さくする点から、２つの筋電位波形の幾何平均処理を行なって同時収縮波形を生成することが好ましい。
また、信号処理部２４は、平滑化して生成された筋電位の信号波形を作業負担強度算出部２５に供給する。

図３（ａ）には、一例として、ドライバがハンドルを操舵した時の操舵角の時系列データが示されており、図３（ｂ）には、このときの全波整流を行ない、平滑フィルタを用いて平滑化処理して得られた、左右の三角筋の筋電位波形を示している。この筋電位の信号は、本来筋が収縮したときに発生する高周波成分を持った信号である。しかし、筋の収縮により発生する力は高周波成分を持たない。このため、筋電位波形が、筋の収縮により発生する力に対応するように、全波整流後平滑化を行なっている。図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す左右の三角筋の筋電位波形から幾何平均処理を行なって求められる同時収縮波形である。この同時収縮波形の所定の期間におけるＲＭＳ値が算出されて同時収縮強度が求められる。

作業負担強度算出部２５は、ドライバの操舵作業における作業負担強度のレベルを、信号処理部２４から供給された筋電位波形を用いて算出する部位である。具体的には、筋電位波形から、左右の三角筋のそれぞれが操舵作業に対して負担する筋負担強度を算出し、この筋負担強度に平均処理を施して、上記同時収縮強度の算出に合わせて作業負担強度のレベルを算出する。この作業負担強度の算出は、同時収縮強度の生成に合わせて行なわれる。筋負担強度は、図３（ｂ）に示すような左右双方の三角筋の筋電位波形のそれぞれに対してＲＭＳ値を算出したものである。この左右の三角筋のそれぞれの筋負担強度の平均処理を行なうことで、左右双方の三角筋が負担する操舵作業の作業負担強度が算出される。
すなわち、作業負担強度は、左右双方の三角筋がそれぞれ行なう筋負担強度を別々に求め平均化したものである。なお、平均処理は、幾何平均処理に限られず、通常の平均（単純加算平均）処理を行なってもよいが、好ましくは、精度の点で幾何平均処理が好適に用いられる。
算出された作業負担強度は、快適度評価部２６に供給される。

快適度評価部２６は、信号処理部２４および作業負担強度算出部２５から供給された同時収縮強度および作業負担強度を用いてドライバの精神的負担の高低を表す同時収縮率を算出し、この同時収縮率を用いてドライバの操舵作業の快適度の評価を行なう部分である。
すなわち、算出される同時収縮率は、精神的負担の高低を表す同時収縮強度を作業負担強度で除算等により規格化することで、作業負担強度における精神的負担を表す同時収縮強度の割合を表すことができる。

作業の快適度の評価は、例えば、算出された同時収縮率を、ドライバの操舵の快適度を段階的に区分けするために予め設定された各段階の設定値と比較することによってドライバの操舵の快適度の高低を評価する。また、同時収縮率が所定の時間内に所定の区間に入る頻度情報を、ドライバの操舵の快適度を段階的に区分けするために予め設定された各段階の設定頻度と比較することによってドライバの操舵の快適度の高低を評価する。
このような評価結果は、筋電位波形や、同時収縮波形、筋負担強度あるいは作業負担強度等の算出結果とともにモニタ２２に送られ表示に供される。

このように操縦快適度評価装置１０は、左右の三角筋の筋電位波形から、同時収縮波形を求めて同時収縮強度を求め、さらに、筋電位波形から作業負担強度を求め、求められた同時収縮強度および作業負担強度を用いて、ドライバが操舵において受ける精神的負担の高低を表した同時収縮率を求め、この同時収縮率を用いてドライバの操舵の快適度を評価することを特徴とする。
一般に、ドライバによる操舵は、車両のハンドル（ステア）を操舵する動作によって行われるが、ハンドルの操舵は、例えば車両の右旋回の場合ハンドルを握る左手を上方向にまわすために、ドライバの左肩の三角筋が収縮する。一方、右手はハンドルに添える程度であるため、ドライバの右肩の三角筋は弛緩する。一方、車両の左旋回の場合、ドライバの左肩の三角筋は弛緩し、ドライバの右肩の三角筋が収縮する。このように、左右対称に人体が備える一対の三角筋のうち一方の筋を収縮させ、他方の筋を弛緩させて行うドライバの操舵は、人体に左右対称に備わる一対の筋が拮抗して行う作業である。

しかし、操舵が自在に行なえず、常に緊張状態でハンドルを保持しなければならない等、何らかのドライバの精神的負担等に起因してハンドルを握る手に余分な力が入る場合やハンドルの操舵が難しく力む場合、左右一対の三角筋が拮抗して行うハンドルの操舵においても左右一対の三角筋が同時に収縮する。このように一対の拮抗する筋において本来弛緩すべき時に、緊張すべき筋と同時に収縮する筋電位の波形を同時収縮波形という。
このような三角筋の収縮によりドライバがハンドルを保持する力が得られるが、この場合のハンドルを保持する力は、加速度やロードセル等の計測センサを設けて車両の挙動を表す物理量の計測データでは得ることのできない情報である。
本願発明者らは、この同時収縮の強度や頻度を、作業負担強度によって規格化することで、ハンドルの操舵のし易さや操舵による制御のし易さを評価できることを見出して本願発明に至っている。

なお、ドライバが行なう操舵作業の作業負担強度の算出は、左右の三角筋の筋電位を用いる場合に制限されない。操縦快適度評価装置１０は、操舵作業で拮抗して用いる筋を筋電位の測定対象とすればいずれでもよい。例えば、上腕二頭筋および上腕三頭筋を拮抗する筋の対として筋電位の測定対象としてもよい。拮抗する筋の対が複数設定され、この複数の筋の対の筋電位を測定する場合、測定する複数の筋を、所定の作業において同時に収縮する、あるいは同時に弛緩する２つのグループに分け、この２つのグループ内における筋の筋電位を乗算又は、平均してそれぞれ１つの筋電位波形としてまとめ、このまとめて得られた２つのグループの筋電位波形を、上述した左右の三角筋の筋電位波形と同様に扱って、同時収縮率を算出するように構成してもよい。
また、作業負担強度は、筋の筋電位を計測して算出するものに限られない。例えば、
複数の筋が協働してハンドルを操舵する操舵作業において、ハンドルの操舵トルクを計測し、あるいは、これに加えて操舵角速度を計測して、操舵仕事量を算出し、この操舵トルクあるいは操舵仕事量を作業負担強度としてもよい。また、ハンドルの操舵作業によって発生する車両の横加速度やヨー角速度等を計測し、この計測結果を、操舵作業における作業負担強度としてもよい。このように、本発明では、複数の筋が協働してハンドルや車両等の対象物に力学挙動を与える処理作業において、作業負担強度算出部２５は、処理作業の施されたハンドルや車両等の対象物の力学挙動を表す物理量を計測することにより、作業負担強度を算出するように構成してもよい。

図４は、本発明の作業快適度評価方法の一例であるドライバの操舵の快適度を評価する方法の流れを示すフローチャートである。
まず、検出センサ１２、１４がドライバの右肩、左肩の三角筋の位置する肩表面に貼り付けられる（ステップＳ１００）。同時に電極１６が耳たぶに貼り付けられる。
検出センサ１２、１４が貼り付けられた後、車両運転中のドライバにおける、左右両側の三角筋の筋電位の測定が行なわれる（ステップＳ１０２）。

次に、筋電位の測定によって得られた筋電位の信号をサンプリングしてＡＤ変換した後、全波整流を行い、この後、平滑化フィルタ（ローパスフィルタ）を用いて平滑化して、図３（ｂ）に示すような左右の三角筋の筋電位波形を生成する（ステップＳ１０４）。サンプリングした後、全波整流し平滑化処理するのは、筋電位の信号波形は高周波成分を有しており、筋が収縮して発生する力に対応させるようにするためである。

次に、生成された左右の三角筋の筋電位波形の平均処理を行なって、図３（ｃ）に示すような同時収縮波形を生成する（ステップＳ１０４）。平均処理は、例えば、幾何平均処理が好適に挙げられる。幾何平均処理は、左右の三角筋の筋電位波形の積の平方根を演算することによって行なうので、値が大きな筋電位波形と値が小さな筋電位波形の幾何平均は、値が小さな筋電位波形の影響を受けて値が小さくなる。この小さな値は、精神的負担によって本来収縮しない筋の収縮の程度を表すことができる。本発明では、この幾何平均処理を利用することで、効率よく同時収縮波形を算出することができる。なお、本発明における同時収縮波形の生成は、平均処理によって生成される場合に限られず、２つの筋電位波形を比較し、値の小さい方の筋電位波形を同時収縮波形として用いるものであってもよい。この後、同時収縮波形のＲＭＳ値を同時収縮強度として算出する（ステップＳ１０６）。ＲＭＳ値は、例えば０．１〜０．５秒間隔毎に算出される。

一方において、生成された左右の三角筋の作業負担強度を算出する（ステップＳ１０７）。作業負担強度は、例えば、左右の三角筋の筋電位波形を用いてそれぞれの筋負担強度を求め、これを平均処理することで求められる。筋負担強度は、例えば筋電位波形のＲＭＳ値であり、平均処理は幾何平均処理である。このように左右の三角筋の筋負担強度を求めて平均処理することで作業負担強度を求めることができるが、本発明においては、これに限定されない。例えば、ドライバ等の作業者がハンドル等の特定の対象物に対して作業を行なった時の、対象物の力学挙動を表す物理量を計測し、この計測結果を作業負担強度としてもよい。
なお、上述したように、同時収縮強度を求める際にＲＭＳ値を求め、かつ、筋負担強度を求める際にＲＭＳ値を求めるが、このときの２つのＲＭＳ値は、同じ期間におけるＲＭＳ値であるのが好ましい。

こうして求められた同時収縮強度および作業負担強度を用いて同時収縮率を算出する（ステップＳ１０８）。同時収縮率は、同時収縮強度を作業負担強で除算して規格化した比率である。この比率は、筋が作業を負担する作業負担強度中に、通常伸縮しない筋が精神的負担によって同時収縮する強度を表す同時収縮強度の率を示すものである。したがって、この同時収縮率が高いほど精神的負担が大きい作業を行なっていると評価することができる。
次に、このような同時収縮率を用いて作業の精神的負担の大小を表す快適度を評価する（ステップＳ１１０）。同時収縮率を用いて評価する方法は、本発明において特に限定されない。例えば、算出された同時収縮率の値で直接評価してもよいし、あるいは、予め作業の快適度のレベルを数段階に分け、レベル毎に同時収縮率の閾値を設定して範囲を定め、この閾値で定まる範囲に、算出した同時収縮率が一定期間以上含まれる場合、作業は、この範囲に対応する快適度のレベルであると評価する。

このように、本発明では、左右一対の三角筋のような拮抗する筋の複数の筋電位を測定することによって、時々刻々変化する操舵時のドライバの快適度を、短時間の計測結果から評価することができる。

図５は、種々のタイヤを２リッタークラスのセダンタイプの乗用車に装着してレーンチェンジ（車線変更）走行を行なったときの同時収縮率の、繰り返し５回の計測における平均値と標準偏差を示している。
図５中のグラフの横軸は、タイヤ種を様々に変えてレーンチェンジの操舵を行なった時のタイヤ種による試験スペックＡ〜Ｅである。この試験スペックＡ〜Ｅについては後述する。

レーンチェンジは、走行速度１００（ｋｍ／時）で４ｍ横移動して車線変更するものとした。図５中の同時収集率は、レーンチェンジのうち、４秒間のＲＭＳ値である。装着タイヤとして、下記表１に示す３種類（ＮＶＨ、ＳＴＬ、ＨＰＴ）を用い、車両の前後輪に同じタイヤ種を装着して、あるいは異なるタイヤ種を組み合わせて装着して下記表２に示すように計５種類の試験スペックとした。なお、タイヤ種のうちＮＶＨは、ノイズ特性、振動特性およびハーシュネス特性の優れた乗り心地性能に特化したタイヤを、ＳＴＬはスタッドレスタイヤを、ＨＰＴは操縦性の優れたタイヤを意味する。表１には、さらに、各タイヤ種のタイヤサイズおよび車両に装着した時の前輪荷重におけるコーナリングパワーをＣＰ_ｆとし、後輪荷重におけるコーナリングパワーをＣＰ_ｒとして、それぞれのコーナリングパワーを示す。

表２には、ＮＶＨ，ＳＴＬおよびＨＰＴの３種のタイヤの組み合わせによる５種類の試験スペック（試験スペックＡ〜Ｅ）を示している。試験スペックＡ〜Ｃは、前輪および後輪ともに同一のタイヤ種を装着している。一方、試験スペックＤでは、前輪にＨＰＴを、後輪にＮＶＨを装着し、試験スペックＥでは、前輪にＮＶＨを、後輪にＨＰＴを装着する。すなわち、試験スペックＤ，Ｅは車両の前後輪で装着するタイヤ種を変えて、ステア特性を変化させたものであり、試験スペックＤのステア特性は試験スペックＡ〜Ｃに比べてオーバステア方向の特性、試験スペックＥのステア特性は試験スペックＡ〜Ｃに比べてアンダーステア方向の特性となっている。
図５によれば、試験スペックＣの同時収縮率が最も小さく、試験スペックＤの同時収縮率が最も高くなっている。

また、図６は、上記５種類の試験スペックＡ〜Ｅについて、車両特性であるヨーイング共振周波数を求め、この共振周波数と、上述の方法で求めた同時収縮率との関係を示した散布図である。なお、ヨーイング共振周波数は、車両の操縦性能に影響を与える要素の１つであり、ヨーイング周波数が高いほど、操舵による車両の応答が速くしかも安定性が増すので、概略、精神負担が小さい状態で操舵できることを意味するものである。
したがって、ヨーイング共振周波数が高いほど操舵作業の快適度は高いといえる。
図６より、試験スペックＢを除きヨーイング周波数が高くなるほど同時収縮率が小さくなることがわかる。これより、同時収縮率は、ほぼ、ドライバによる操舵のし易さ、すなわち操舵時の精神的負担の高低を表す指標となることがわかる。

また、図７（ａ）は、レーンチェンジにおける左右の三角筋の筋電位波形を示している。左三角筋の筋電位波形と右三角筋の筋電位波形は拮抗する（一方の筋が収縮する時は他方は弛緩する）ことがわかる。図７（ｂ）は、左右の三角筋の筋電位波形の電位差をとり、一方、このときドライバが実際に操舵したときに計測されたハンドルの操舵トルクを示している。明らかに、操舵トルクと左右の三角筋の筋電位波形の電位差は対応しており、左右の三角筋の拮抗した活動によって操舵が行なわれていることと、および、筋電位波形が、操舵によるハンドルの挙動を表す操舵トルク等の物理量を反映していることがわかる。したがって、計測される操舵トルクは、三角筋が負担する作業負担強度の指標として用いることができる。また、操舵トルクに操舵角速度を乗算して求められた操舵におけるドライバの仕事量を作業負担強度の指標として用いることもできる。さらに、操舵によって現れる車両の力学挙動を表すヨーレートや横加速度等の計測される物理量を作業負担強度の指標として用いることもできる。

以上のように、本発明では、拮抗した複数の筋の協働により１つの作業を行なう際の筋の同時収縮強度を、同時に算出される作業負担強度で除算することで、作業における精神的負担の高低を評価することができ、作業の快適度を適切に評価することができる。

以上、本発明の作業快適度評価装置および作業快適度評価方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

本発明の作業快適度評価装置をドライバの操舵作業に適用した操縦快適度評価装置の概略の構成図である。 図１に示す操縦快適度評価装置において筋電位が測定される三角筋を説明する図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図１に示す操縦快適度評価装置で得られる波形データを示すグラフ図である。 本発明の作業快適度評価方法の一例のフローを示すフローチャートである。 図１に示す操縦快適度評価装置で得られる同時収縮率の結果の一例を示す図である。 図１に示す操縦快適度評価装置で得られる同時収縮率の結果とヨーイング共振周波数との関係の一例を示す散布図である。 （ａ）は、図１に示す操縦快適度評価装置で得られる左右の三角筋の筋電位波形の一例を示すグラフ図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す２つの筋電位波形の差分と操舵トルクの波形との関係の一例を示すグラフ図である。

符号の説明

１０ 操縦快適度評価装置
１２，１４ 検出センサ
１６ 電極
１８ アンプ
２０ 処理ユニット
２２ モニタ
２４ 信号処理部
２５ 作業負担強度算出部
２６ 快適度評価部

Claims (10)

1. 人体の複数の筋が拮抗して行う作業時の筋電位を測定することによって作業の快適度を評価する作業快適度評価装置であって、
   前記複数の筋の、作業時の人体の筋活動によって生じる筋電位を検出する一対の検出センサと、
   この検出センサによって検出された前記筋電位を増幅するアンプと、
   増幅された前記筋電位から得られる筋電位波形を用いて、前記複数の筋の同時収縮強度を生成する信号処理部と、
   前記複数の筋によって負担される前記作業における作業負担強度のレベルを、前記同時収縮強度の生成に合わせて算出する作業負担強度算出部と、
   前記同時収縮強度を算出した前記作業負担強度のレベルで規格化することによって、前記作業の快適度の高低を評価する評価部と、を有することを特徴とする作業快適度評価装置。
2. 前記複数の筋は、人体の左右に備わる一対の筋である請求項１に記載の作業快適度評価装置。
3. 前記一対の筋は、人体の肩部の三角筋である請求項２に記載の作業快適度評価装置。
4. 前記作業負担強度算出部は、前記複数の筋の筋電位波形から１つの作業負担強度のレベルを算出する請求項１〜３のいずれか１項に記載の作業快適度評価装置。
5. 前記作業負担強度算出部は、前記複数の筋の筋電位波形から、前記複数の筋のそれぞれが前記作業に対して負担する筋負担強度を算出し、この筋負担強度を平均化処理して前記作業負担強度のレベルを算出する請求項４に記載の作業快適度評価装置。
6. 前記平均化処理は、幾何平均処理である請求項５に記載の作業快適度評価装置。
7. 前記作業は、前記複数の筋が協働して対象物に力学挙動を与える処理作業であり、
   前記作業負担強度算出部は、処理作業の施された対象物の力学挙動を表す物理量を計測することにより、前記作業負担強度のレベルを算出する請求項１〜３のいずれか１項に記載の作業快適度評価装置。
8. 前記信号処理部は、前記複数の筋の筋電位波形に対して、幾何平均処理を施した後、所定期間内のＲＭＳ値を算出することで、前記同時収縮強度を生成する請求項１〜７のいずれか１項に記載の作業快適度評価装置。
9. 前記作業は、ドライバがハンドルを操舵する車両の運転である請求項１〜８のいずれか１項に記載の作業快適度評価装置。
10. 人体の複数の筋が拮抗して行う作業時の筋電位を測定することによって作業の快適度を評価する作業快適度評価方法であって、
    前記複数の筋の、作業時の人体の筋活動によって生じる筋電位を検出し増幅するステップと、
    この増幅された前記筋電位から得られる筋電位波形を用いて、前記複数の筋の同時収縮強度を生成するステップと、
    前記複数の筋によって負担される前記作業における作業負担強度のレベルを、前記同時収縮強度の生成に合わせて算出するステップと、
    前記同時収縮強度を算出した前記作業負担強度のレベルで規格化することによって、前記作業の快適度の高低を評価するステップと、を有することを特徴とする作業快適度評価方法。

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