JP2008167979A

JP2008167979A - 疲労評価方法および疲労評価装置。

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Publication number: JP2008167979A
Application number: JP2007004629A
Authority: JP
Inventors: Akira Kuramori; 倉森　　章; Masayoshi Kamijo; 正義上條; Ahei Sadoyama; 亜兵佐渡山
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2007-01-12
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2027-01-12
Also published as: JP4946447B2

Abstract

【課題】作業者が行なう作業にともなう、この作業者の肉体疲労の程度を、高い精度で定量的に評価するする評価方法および評価装置を提供する。この作業は、特に、作業者の２つの筋肉のうち、一方の筋肉の活動によって生じる順方向の力と、他方の筋肉の活動によって生じる逆方向の力との合力によって行なわれる作業である。
【解決手段】作業者の２つの筋肉の活動の大きさをそれぞれ表す、２つの筋肉それぞれの活動筋電位情報を時系列に取得し、取得した２つの筋肉それぞれの活動電位情報を合成して合成筋電波形を生成するとともに、これら２つの筋肉の活動によって生じる合力の、向きと大きさを表す合成筋力情報を時系列に取得して合成筋力波形を生成し、合成筋電波形と合成筋力波形とを比較して、２つの筋肉の作業に寄与する活動成分の変化に対する、２つの筋肉それぞれの活動によって生じる合力の変化の時間遅れの程度を表す評価参照値を導出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、作業者が行なう作業にともなって生じる、作業者の肉体疲労の程度を評価する方法および装置に関する。

例えば、車両を運転中の運転者に生じる、運転作業にともなう疲労は、この運転者が運転中に感じる快適性を損ない、ひいては運転の安全性をも損なう。当然であるが、車両の運転者、特に長時間運転を行なう職業ドライバにとって、運転中の疲労はなるべく小さい方がよい。タイヤが有すべき特性として、運転中の運転者が感じる疲労を低減させる特性、すなわち、疲れ難い特性は重要である。このような疲れ難い特性を有するタイヤを開発するためにも、車両の運転者の疲労の程度を知ることは重要であり、車両を運転中の運転者に生じる疲労を定量的に評価するための手法が求められている。

車両を運転中の運転者に生じる疲労の程度は、自ら感じた疲労の程度を、運転者自身が自らの感覚に基いて表すことで得ることができる。しかし、このような運転者自身の感覚に基いた情報は客観性に欠け、定量的であるとはいえなかった。このため、従来から、計測した生体情報を用いて、運転者の疲労の程度を客観的に評価することを目的とした技術が、例えば下記非特許文献１および２に提案されている。また、下記非特許文献３には、筋電位の立ち上がりタイミングに対する筋力の立ち上がりタイミングの時間遅れの時間幅であるＥＭＤ（ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｅｌａｙ）値が、筋肉の疲労の程度を表していることが示されている。人物の疲労を定量的に評価する手法の一例として、このＥＭＤ値を用いる方法も考えられる。
永田晟ほか、長距離運転時における尿中糧コールアミンと心電図Ｒ−Ｒ間隔の変動、自動車技術、ｖｏｌ５０、Ｎｏ．７、１９９６野口義博ほか、実運転時に対応した心拍変動性指標解析手法の検討、自動車技術、ｖｏｌ．２９、Ｎｏ．１、１９９８Ｇｌｅｅｓｏｎ，Ｎ．Ｐ．，ｅｔ．ａｌ．，Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆａｆａｔｉｇｕｅｔａｓｋｏｎｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｅｌａｙｉｎｔｈｅｋｎｅｅｆｌｅｘｏｒｓｏｆｓｏｃｃｅｒｐｌａｙｅｒｓ．Ｍｅｄ．ｓｃｉ．ＳｐｏｒｔｓＥｘｅｒｃ．２９：Ｓ２８１，１９９７．

上記非特許文献１では、尿中の成分分析によって生化学的側面から疲労度を評価しているが、即時性に欠ける上、計測に掛かる手間や被験者への負担も大きい。また、上記非特許文献２に代表される心拍のゆらぎを用いた評価は、本質的に覚醒度の評価であり、疲労度の評価としては未知の外乱要因が多く、実際の運用が難しい面があった。また、上記非特許文献３に記載されているような、ＥＭＤを計測して筋疲労を評価することは、例えば運転作業など、拮抗した２つの筋肉の力の合力によって実施される作業における疲労評価には不向きであった。

例えば運転作業のうち、車両に備えられた操舵手段のステアリングシャフトを運転者が回転駆動させることで車両の舵角を制御する操舵作業において、運転者が発揮する筋力を各筋肉毎に計測することは難しく、例えば、ステアリングシャフト軸周りのトルクの大きさや向きなどを、各筋肉の活動によって生じる力の大きさや向きの情報として計測していた。一般的に、このような操舵作業は、運転者の左右の三角筋のうち、例えば左側の筋肉の活動によって生じる右回転方向の力と、他方（右側）の筋肉の活動によって生じる逆方向（左回転方向）の力との合力によって、ステアリングシャフトが回転駆動されることで行なわれる（なお、活動する筋肉と回転方向との対応は、運転者毎に異なる）。例えば、ステアリングシャフトを右方向に回転させた際のステアリングシャフト軸のトルクの大きさは、例えば左側の筋肉の活動によって生じる右回転方向の力と、他方（右側）の筋肉の活動によって生じる逆方向（左回転方向）の力との合力の大きさを表していることになる。ステアリングシャフトを右方向に回転させた際のステアリングシャフト軸のトルクの大きさを、左側の筋肉の活動によって生じる右回転方向の力そのものとして取り扱っても、筋電位の立ち上がりタイミングに対する、実際の筋力の立ち上がりタイミングの時間遅れの時間幅であるＥＭＤを、正確に求めることができない。このため、このような拮抗した２つの筋肉の力の合力によって実施される作業においては、作業者の疲労を高精度に評価することができないといった問題があった。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、作業者が行なう作業にともなう、この作業者の肉体疲労の程度を、高い精度で定量的に評価するする評価方法および評価装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は、作業者が行なう作業にともなって生じる、前記作業者の肉体疲労の程度を評価する方法であって、前記作業は、前記作業者の２つの筋肉のうち、一方の筋肉の活動によって生じる順方向の力と、他方の筋肉の活動によって生じる逆方向の力との合力によって行なわれる作業であり、前記作業者の前記２つの筋肉の前記活動の大きさをそれぞれ表す、前記２つの筋肉それぞれの活動筋電位情報を時系列に取得するステップと、取得した前記一方の筋肉の前記活動筋電位情報の符号を正、前記他方の筋肉の前記活動筋電位情報の符号を負として、前記２つの筋肉それぞれの前記活動電位情報を合成し、この合成活動筋電位情報の時系列の変化を表す合成筋電波形を出力するステップと、前記２つの筋肉の前記活動によって生じる前記合力の、向きと大きさを表す合成筋力情報を時系列に取得し、前記順方向を正、前記逆方向を負として表された合成筋力波形を出力するステップと、前記合成筋電波形と前記合成筋力波形とを比較して、前記２つの筋肉の前記作業に寄与する前記活動の成分の変化に対する、前記２つの筋肉それぞれの前記活動によって生じる前記合力の変化の時間遅れの程度を表す評価参照値を導出するステップと、前記評価参照値に基いて、前記作業者の前記作業にともなう肉体疲労の程度を評価するステップと、を有することを特徴とする疲労評価方法を提供する。なお、本発明において筋肉の活動とは、この筋肉が筋力を発揮するための当該筋肉の生体的活動全般を指し、狭義には、筋肉を構成する筋繊維の電気的興奮に伴う放電（筋電位として計測される）現象を指す。

なお、さらに、前記評価参照値に基いて、前記作業者の前記作業にともなう肉体疲労の程度を評価するステップを有することが好ましい。

また、前記作業者は車両を運転する運転者であり、前記作業は、前記運転者の２つの筋肉の活動によって生じる前記合力によって、前記車両が備える車両操作手段を、前記順方向および前記逆方向のいずれか一方向に駆動することで前記車両の動作を制御する運転作業であってもよい。

また、前記運転作業は前記車両の操舵作業であり、前記運転者が、前記車両に備えられた操舵手段のステアリングシャフトを前記合力によって回転駆動させることで、前記車両の舵角を制御する作業であってもよい。

前記作業者の前記２つの筋肉は、前記作業者の左半身の筋肉と、この左半身の筋肉に対応する前記作業者の右半身の筋肉であることが好ましく、前記作業者の左側三角筋と、前記作業者の右側三角筋であればよい。

また、前記評価参照値を導出するステップでは、前記合成筋電波形と前記合成筋力波形との位相ずれ時間を変数とする相互相関関数を求め、この相互相関関数の値が最大となる際の位相ずれ時間を、前記評価参照値として導出することが好ましい。

また、前記評価するステップでは、取得した前記合成筋電波形と前記合成筋力情報の時系列波形とを比較して、前記合成筋電波形が予め定められた所定値を超える筋電立ち上がりタイミングに対する、前記合成筋力の時系列波形が予め定められた所定値を超える筋力立ち上がりタイミングの時間遅れ幅を、前記評価参照値として導出することも好ましい。

本発明は、また、作業者が行なう作業にともなって生じる、前記作業者の肉体疲労の程度を評価する装置であって、前記作業は、前記作業者の２つの筋肉のうち、一方の筋肉の活動によって生じる順方向の力と、他方の筋肉の活動によって生じる逆方向の力との合力によって行なわれる作業であり、前記作業者の前記２つの筋肉の前記活動の大きさをそれぞれ表す、前記２つの筋肉それぞれの活動筋電位情報を時系列に取得する手段と、取得した前記一方の筋肉の前記活動筋電位情報の符号を正、前記他方の筋肉の前記活動筋電位情報の符号を負として、前記２つの筋肉それぞれの前記活動電位情報を合成し、この合成活動筋電位情報の時系列の変化を表す合成筋電波形を出力する手段と、前記２つの筋肉の前記活動によって生じる前記合力の、向きと大きさを表す合成筋力情報を時系列に取得し、前記順方向を正、前記逆方向を負として表された合成筋力波形を出力する手段と、前記合成筋電波形と前記合成筋力波形とを比較して、前記２つの筋肉の前記作業に寄与する前記活動の成分の変化に対する、前記２つの筋肉それぞれの前記活動によって生じる前記合力の変化の時間遅れの程度を表す評価参照値を導出する手段と、前記評価参照値に基いて、前記作業者の前記作業にともなう肉体疲労の程度を評価する手段と、を有することを特徴とする疲労評価装置を、併せて提供する。

本発明によれば、例えば、車両を運転中の運転者に生じる疲労など、作業中の作業者に生じる疲労を定量的に評価することができる。例えば、特定の車両にそれぞれ異なる複数のタイヤを装着した場合それぞれにおける、特定運転者が長時間の連続運転を行なった際の、この特定運転者の疲労を客観的・定量的に評価することができる。これにより、運転者にとって、どのタイヤがどの程度疲れ難いかを、客観的・定量的に知ることができる。このような情報を用いれば、運転者にとって疲れ難いタイヤを効率的に開発することができる。本発明を用いれば、タイヤに限らず、車両、車両制御系、環境（道路設計、路面、天候）など様々な条件について、運転者の疲労との関係を詳細に把握することが可能である。

以下、本発明の疲労評価方法および装置について、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、本発明の疲労評価装置の一例である、運転者疲労評価装置１０（以下、評価装置１０）について説明する概略構成図である。評価装置１０は、操作系１４を備えた車両を運転する運転者１２の運転操作、特にステアリングホイール１６を駆動させ、ステアリングシャフト１８を軸周りに回転させることで、図示しない車両を操舵する操舵作業に伴う肉体疲労の大きさを評価する装置である。評価装置１０は、測定手段２０と、データ処理手段４０と、表示手段である出力手段５８とを有して構成されている。

測定手段２０は、運転者１２の運転操作（ステアリングホイールの回転操作）によって発生する、ステアリングシャフト１８の軸回りのトルクを検出する公知のトルクセンサ２４と、運転者１２の左右の三角筋の活動筋電位（以下、単に筋電位とする）を検出する筋電検出センサユニット３０と、を有する。

筋電検出センサユニット３０は、運転者１２の左右の三角筋の筋電位を検出する検出センサ３２および３４と、電極３６と、検出センサ３２および３４からの筋電位を増幅するアンプ３８と、を有して構成される。運転者１２の左右の三角筋は、運転者１２がステアリングホイール１６を回転させる際に働く、車両１０の操舵作業に関係する操作関連筋肉である。

検出センサ３２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３４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３２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３２および３４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３６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３２および３４による測定を正確に行うために設けられる。なお、アンプ３８に接続された電極３６は、アンプ３８を介してアースされる。
アンプ３８は、検出センサ３２、３４とリード線により接続されており、検出センサ３２、３４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３２および３４にて検出されて増幅された、左右の筋電位の情報（活動筋電位情報）それぞれは、データ処理部４０の筋電情報取得部４２へ送られる。

トルクセンサ２４は、ステアリングシャフト１８の周りの回転トルクの、大きさの情報と回転方向の情報とを取得する、公知のトルクセンサである。このトルクセンサ２４としては、例えば車両のパワーステアリングシステムの一部を構成するセンサなどを用いることができる。本実施形態の評価装置１０では、パワーステアリングシステムを備える一般的な自動車車両を用いて（パワーステアリングシステムの一部を構成するセンサなどを用いて）、評価装置を安価に構成し、運転者１２の疲労を評価することができる。本実施形態の評価装置１０では、実際に使用する自動車車両を用いて、この実際の車両を運転する運転者に生じる疲労を評価することができる。運転者１２が行なう操舵作業は、運転者の左右の三角筋のうち、例えば左側の筋肉の活動によって生じる右回転方向の力と、他方（右側）の筋肉の活動によって生じる逆方向（左回転方向）の力との合力によって、ステアリングシャフト１８が回転駆動されることで行なわれる。トルクセンサ２４で計測される、回転トルクの大きさと回転方向（右方向または左方向）の情報は、運転者１２の左右の三角筋それぞれの活動によって生じる力（筋力）の合力の、向きと大きさを表しているといえる。トルクセンサ２４で計測される、回転トルクの大きさと回転方向の情報（合成筋力情報）は、データ処理ユニット４０の合成筋力情報取得部４４に送られる。

データ処理手段４０は、筋電情報取得部４２、合成筋力情報取得部４４、合成筋電波形導出部４６、合成筋力波形導出部４８、評価参照値導出部５０、評価部５２、メモリ５４、およびＣＰＵ５６を備えて構成されている。データ処理手段４０は、メモリ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５６が実行することで、各部が機能するコンピュータである。なお、データ処理手段４０は、各部が専用回路によって構成された専用装置であってもよい。

ここで、データ処理手段４０の各部の機能について説明するに先がけ、データ処理手段４０において実施される運転者１２の疲労評価の原理について説明しておく。図３は、静止状態にある人間が所定の動作を起こす際、この動作に関する筋肉で発生する筋電位の時系列の変動と、この筋肉が発揮する筋力の時系列の変動を表すグラフの一例である。図３に示すように、静止状態にある人間が所定の動作を起こす場合、この動作に関連する筋肉が活動する。この際、まず筋電位が急激に立ち上がり（立ち上がりタイミングＴ_Ｅ）、遅れて筋力が立ち上がる（立ち上がりタイミングＴ_Ｆ）。このような、人間が動作する際の、筋電位の立ち上がりタイミングＴ_Ｅから筋力の立ち上がりタイミングＴ_Ｆまでの時間遅れは、ＥＭＤ（ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｅｌａｙ）と呼ばれる。このようなＥＭＤの大きさは、当該筋肉の疲労の程度に応じて変化することが知られており、筋肉の疲労が大きいほどＥＭＤは大きくなる。運転者１２の操作関連筋肉（本実施形態では三角筋）の、筋電位の変化に対する筋力の変化の時間遅れの程度は、この操作関連筋肉の疲労の程度、ひいては運転者１２の疲労の程度を表しているといえる。

本実施形態では、上述のように、ステアリングシャフト１８にかかる回転トルクの大きさと回転方向（右方向または左方向）を、運転者１２の左右の三角筋それぞれの活動によって生じる力（筋力）の合力の、向きと大きさを表す情報として、トルクセンサ２４で計測している。本実施形態では、左右の三角筋の活動（を表す筋電位情報）全体のうち、運転作業に寄与する活動成分（を表す筋電位情報成分）の変化に対する、左右の三角筋それぞれの活動によって生じる合力の変化の時間遅れの程度を、左右の三角筋の総合的な疲労の程度、すなわち運転者１２の疲労の程度を表す指標として取り扱う。データ処理手段では、この、左右の三角筋の活動（を表す筋電位情報）のうちの運転作業に寄与する活動成分（を表す筋電位情報成分）の変化に対する、左右の三角筋それぞれの活動によって生じる合力の変化の時間遅れの程度を表す評価参照値を求め、この評価参照値に基いて運転者１２の疲労の程度を評価する。

データ処理手段４０の合成筋力情報取得部４４で取得された合成筋力情報は、合成筋力波形導出部４８に順次出力される。本実施形態では、合成筋力波形導出部４８が、右方向のトルクを正、左方向のトルクを負として表された合成筋力波形を出力する。出力された合成筋力波形は、評価値算出部４８へ送られる。

筋電情報取得部４２は、筋電検出センサユニット３０によって取得された、左右の三角筋それぞれの活動筋電位情報を時系列に取得し、合成筋電波形導出部４６に送る。この際、筋電情報取得部４２は、検出センサ３２、３４で検出された活動筋電位情報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（平滑化筋電波形）を、左右の三角筋それぞれについて生成する。そして、左右の三角筋それぞれの活動筋電位情報として、左右の三角筋それぞれの平滑化筋電波形を合成筋電波形導出部４６に送る。本実施形態では、合成筋電波形導出部４６は、左側の三角筋の活動筋電位情報の符号を正、右側の三角筋の活動筋電位情報の符号を負として、２つの筋肉それぞれの活動筋電位情報を合成し、この合成活動筋電位情報の時系列の変化を表す合成筋電波形を導出する。合成筋電波形導出部４６は、例えば、同一タイミングにおける左側三角筋の活動筋電位情報の符号を正とし、この同一タイミングにおける右側三角筋の活動筋電位情報の符号を負として、各タイミング毎の左右の活動筋電位情報の合計値を求めることで、合成筋電波形を導出する。

上述のように、運転者１２が行なう操舵作業では、運転者の左右の三角筋のうち、例えば左側三角筋の活動によって生じる右回転方向の力と、他方（右側）の三角筋の活動によって生じる逆方向（左回転方向）の力との合力によって、ステアリングシャフト１８が回転駆動される。上述の合成筋電波形は、左右の三角筋それぞれの活動の大きさの総計のうち、ステアリングシャフトを回転駆動させて行なう操舵作業に寄与する活動成分の、大きさと向きとを表しているといえる。左右の三角筋それぞれの活動を表す情報として各三角筋の筋電位の変動を計測しても、各三角筋それぞれの筋電位の大きさ（絶対値）の時系列変化しか計測することはできない。本実施形態では、このような左右の三角筋の筋電情報について、正負の符号をそれぞれ付与することで、各筋電情報が表す筋肉の活動によって生じる筋力の向きを表す（筋力の向きの情報を付与する）。そして、筋力の向きの情報がそれぞれ付与された、このような左右の三角筋の筋電情報を合成することで、左右の三角筋それぞれの活動の総計のうち、ステアリングシャフトを回転駆動させて行なう操舵作業に寄与する活動成分の大きさと向きの時系列変化を表す合成筋電波形を導出する。

なお、運転者によっては、例えば、ステアリングホールを右周りに回転させる場合は、右側三角筋の筋力が主に作業を行なう場合も考えられる。操舵の際にどの筋肉が作業するか、すなわち、左右いずれの回転方向のトルクそれぞれが、左右いずれの三角筋の筋力を表すかは、運転者に応じてそれぞれ設定すればよい。

評価参照値導出部５０は、取得した合成筋電波形と合成筋力波形とを比較して、左右の三角筋の活動のうちの運転作業に寄与する活動成分の変化に対する、左右の三角筋それぞれの活動によって生じる合力の変化の時間遅れの程度を表す評価参照値を導出する。例えば、評価参照値導出部５０は、合成筋電波形と合成筋力波形との位相ずれ時間τを変数とする相互相関関数を求め、この相互相関関数の値が最大となる際の位相ずれ時間τを、上記時間遅れの程度を表す評価参照値として導出する。なお、評価参照値導出部５０は、取得した合成筋電波形と合成筋力波形とを比較して、合成筋電波形が予め定められた基準値を超える筋電立ち上がりタイミングに対する、合成筋力波形が基準値を超える筋力立ち上がりタイミングの時間遅れ幅を、評価参照値として導出してもよい。評価参照値は、上記時間遅れの程度を表す情報であればよく、具体的な導出方法について特に限定されない。

評価部５２は、導出した評価参照値に基いて、運転者１２の運転作業にともなう肉体疲労の程度を評価する。この際、評価部５２は、導出した評価参照値を、予め定められた数値範囲と比較することで、運転者１２の疲労の程度をレベル分けする。例えば、評価参照値の疲労の程度に応じて、小疲労状態、中疲労状態、大疲労状態、といった風に運転者１２の疲労の程度をレベル分けする。そして、このレベル分けした結果を出力手段５２に出力する。

なお、評価部５２では、この際、運転者１２についての、最大疲労時遅れ幅情報および無疲労時遅れ幅情報を用いて、求めた評価参照値を正規化した正規化評価参照値を用いて、評価を行なってもよい。最大疲労時遅れ幅情報とは、運転者１２の左右の三角筋が十分に疲労した状態にある場合における、上記時間遅れの程度を表す情報である。また、無疲労時遅れ幅情報とは、運転者１２の操作関連筋肉（三角筋）が無疲労状態にある場合における、上記時間遅れの程度を表す情報である。例えば、最大疲労時遅れ幅情報および無疲労時遅れ幅情報として、それぞれ、三角筋が最大疲労状態にある場合における三角筋のEMD値E_ｍａｘ、および三角筋が無疲労状態にある場合における三角筋のEMD値E_０を用いて、評価参照値を正規化してもよい。

この最大疲労時遅れ幅情報E_ｍａｘおよび無疲労時遅れ幅情報E_０は、メモリ５４に予め記憶されている。例えば、ステアリングホイールに双方のトルクを順次加え続け、運転者１２にこのトルクに逆らうような方向に力を加えさせて、ステアリングホイールの回転を阻止させ続ける。運転者１２の疲労が限界にくると、双方向のいずれの方向にも、ステアリングホイールの回転を阻止し続けることができなくなる。このように、ステアリングホイールの回転を阻止できなくなった状態で、上記評価参照値と同様に最大疲労時遅れ幅情報E_ｍａｘを求め、メモリ５４に記憶しておけばよい。また、例えば、運転者１２の操作関連筋肉が、所定時間以上、何らの作業も行なっていない状態における三角筋のEMD値を測定し、この値を三角筋が無疲労状態にある場合における三角筋のEMD値E_０として記憶しておけばよい。評価部５０では、評価対象の時間領域における評価参照値Ｅ_ｉを、最大疲労時EMD値E_ｍａｘ、無疲労時EMD値E_０を用いて、例えば、下記式（１）に示す正規化評価参照値Ｅｓ_ｉを導出し、この正規化評価参照値Ｅｓ_ｉに基いて運転者１２の疲労を評価してもよい。
Ｅｓ_ｉ＝（Ｅ_ｉ−Ｅ_０）／（Ｅ_ｍａｘ−Ｅ_０）・・・（１）

図４は、評価装置１０を用いて行なわれる、本発明の疲労評価方法の一例のフローチャート図である。以降、車両を操舵する運転者１２の左右の三角筋それぞれの疲労を評価する場合について説明する。

運転者１２が車両を操作し、この車両が走行している状態で、疲労評価が開始される。図５は、本実施形態において運転者１２が行なう運転作業における、ステアリングシャフト１８の回転角（すなわち車両の操舵角）の時系列データである。図５では、右方向にステアリングシャフトが回転した場合を正としている。図５に示すように、本実施形態では、運転者１２は、車両がいわゆるレーンチェンジを行なうべく、ステアリングシャフト１８を右方向に一定量回転させた直後、左方向に一定量回転させる操舵作業を行なっている。

車両の操作が開始されると、筋電検出センサユニット３０は、運転者１２の左右の三角筋それぞれの筋電位を検出して、筋電情報取得部４２に時系列に送信し、筋電情報取得部４２が、左右の三角筋それぞれの活動筋電位情報を時系列に取得する（ステップＳ１０２）。

筋電情報取得部４２は、検出センサ３２、３４で検出された活動筋電位情報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（平滑化電位波形）を、左右の三角筋それぞれについて生成し、これら平滑化筋電波形を、左右の三角筋それぞれの活動筋電位情報として、合成筋電波形導出部４６に送る。そして、合成筋電波形導出部４６が、左側の三角筋の活動筋電位情報の符号を正、右側の三角筋の活動筋電位情報の符号を負として、２つの筋肉それぞれの活動筋電位情報を合成し、この合成活動筋電位情報の時系列の変化を表す上記合成筋電波形を導出する（ステップＳ１０４）。導出された合成筋電波形は、評価参照値導出部５０へ送られる。

また、車両の操作が開始されると、左右の三角筋それぞれの筋電位を検出すると同時に、トルクセンサ２４が、ステアリングシャフト１８の周りの回転トルクの、大きさの情報と回転方向の情報とを検出して合成筋力取得部４４に送信し、合成筋力情報取得部４４が合成筋力情報を取得する（ステップＳ１０８）。合成筋力情報取得部４４で取得された合成筋力情報は、合成筋力波形導出部４８に順次出力される。本実施形態では、合成筋力波形導出部４８が、右方向のトルクを正、左方向のトルクを負として表された、合成筋力波形を導出する（ステップＳ１１０）。導出された合成筋力波形は、評価参照値導出部５０へ送られる。

図６（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、本実施形態で取得または導出される情報の一例を示すグラフである。図６（ａ）は、検出センサ３２で検出されて筋電情報取得部４２に取得される、運転者１２の左側三角筋の活動筋電位情報のグラフであり、図６（ｂ）は、検出センサ３４で検出されて筋電情報取得部４２に取得される、運転者１２の右側三角筋の活動筋電位情報のグラフである。図５に示す操舵角の時系列変化と比較すれば明らかなように、運転者１２では、ステアリングシャフト１８を右方向に回転させる際は左側三角筋が主に活動し、ステアリングシャフト１８を左方向に回転させる際は右側三角筋が主に活動している。図６（ｃ）には、図６（ａ）および（ｂ）に示す、左右の三角筋の活動筋電位情報それぞれについて、筋電情報取得部４２において全波整流および平滑化処理を実施した後の、左右の三角筋それぞれの上記平滑化波形を併せて示している。全波整流および平滑化処理された後の平滑化波形は、左右それぞれの三角筋の活動の大きさこそ表しているものの、各三角筋が発揮する力の方向の情報については含んでいない。合成筋電波形導出部４６では、左側の三角筋の活動筋電位情報の符号を正、右側の三角筋の活動筋電位情報の符号を負として、２つの筋肉それぞれの活動筋電位情報を合成する。図６（ｄ）は、図６（ｃ）に示す左右の三角筋それぞれの平滑化波形を合成して得られた合成筋電波形と、上記合成筋力波形とを併せて示している。図６（ｄ）に示すように、合成筋電波形と合成筋力波形との変化の態様はよく一致しており、合成筋電波形の変化の後、合成筋力波形が同様の変化を示していることがわかる。

そして、評価参照値導出部５０が、取得した合成筋電波形と合成筋力波形とを比較して、左右の三角筋の活動のうちの運転作業に寄与する活動成分の変化に対する、左右の三角筋それぞれの活動によって生じる、合力の変化の時間遅れの程度を表す評価参照値を導出する（ステップＳ１１２）。本実施形態では、評価参照値導出部５０は、合成筋電波形と合成筋力波形との位相ずれ時間τを変数とする相互相関関数を求め、この相互相関関数の値が最大となる際の位相ずれ時間τを、上記時間遅れの程度を表す評価参照値として導出する。

そして、評価部５２が、導出した評価参照値に基いて、運転者１２の運転作業にともなう肉体疲労の程度を評価し（ステップＳ１１４）、このレベル分けした結果を出力手段５２に出力する（ステップＳ１１６）。

以上、作業者が行なう運転作業における疲労評価を例に、本発明の疲労評価方法およびシステムについて説明した。本発明では、作業者が行なう作業については特に限定されない。本発明では、例えば運転作業など、拮抗した２つの筋肉の力の合力によって実施される作業における、作業者の疲労を高い精度で定量的に評価することができる。以上の実施形態では、運転者１２がステアリングホイール１６を回転させる際に働く、運転者１２の左右の三角筋を被験筋として、この被験筋の筋疲労を評価した。本発明において、筋疲労を評価する被験筋は、三角筋に限定されない。本発明における、運転者の疲労を評価するための被験筋としては、拮抗した２つの筋肉の力の合力によって運転作業を行なう、この２つの筋肉であればよい。また、特に、車両運転時に運転者の疲労が現れ易い部位の筋肉を採用することが好ましい。被験筋としては、例えば、上腕三頭筋、上腕二頭筋、上腕筋、肩周りの三角筋や僧帽筋、前腕の屈筋群や伸筋群、などが好適である。また、上記実施形態では、筋力の変動を表す時系列データとして、ステアリングシャフト周りのトルクの時系列データを用いた。本発明では、筋力の変動を表す時系列データとして、被験筋に応じた測定手段に係る力の時系列データを測定すればよい。肩や腕周りの筋肉が被験筋の場合は、ステアリングの操作力や、レバー類の操作力の時系列データを、筋力の変動を表す時系列データとして取得すればよい。また、腰や足周りの筋肉を被験筋とした場合は、アクセルペダルやブレーキペダル、フットレストの踏力の時系列データなどを、筋力の変動を表す時系列データとして取得すればよい。

以上、本発明の疲労評価方法および疲労評価装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。

本発明の疲労評価装置の一例について説明する概略構成図である。図１に示す疲労評価装置の筋電検出センサユニットの、運転者への貼り付け位置について説明する図である。図１に示す疲労評価装置で求める評価参照値について説明する図であり、静止状態にある人間が所定の動作を起こす際、この動作に関する筋肉で発生する筋電位の時系列の変動と、この筋肉が発揮する筋力の時系列の変動を表すグラフである。図１に示す疲労評価装置を用いて行なわれる、本発明の疲労評価方法の一例のフローチャート図である。図４に示す疲労評価方法において運転者が行なう運転作業における、ステアリングシャフトの回転角の時系列データである。（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、図１に示す疲労評価装置で取得または導出される情報の一例を示すグラフである。

符号の説明

１０運転者疲労評価装置
１２運転者
１４操作系
１６ステアリングホイール
１８ステアリングシャフト
２０測定手段
２４トルクセンサ
３０筋電検出センサユニット
３２、３４検出センサ
３６電極
３８アンプ
４２筋電情報取得部
４４合成筋力情報取得部
４６合成筋電波形導出部
４８合成筋力波形導出部
５０評価参照値導出部
５２評価部
５４メモリ
５６ＣＰＵ

Claims

作業者が行なう作業にともなって生じる、前記作業者の肉体疲労の程度を評価する方法であって、
前記作業は、前記作業者の２つの筋肉のうち、一方の筋肉の活動によって生じる順方向の力と、他方の筋肉の活動によって生じる逆方向の力との合力によって行なわれる作業であり、
前記作業者の前記２つの筋肉の前記活動の大きさをそれぞれ表す、前記２つの筋肉それぞれの活動筋電位情報を時系列に取得するステップと、
取得した前記一方の筋肉の前記活動筋電位情報の符号を正、前記他方の筋肉の前記活動筋電位情報の符号を負として、前記２つの筋肉それぞれの前記活動電位情報を合成し、この合成活動筋電位情報の時系列の変化を表す合成筋電波形を出力するステップと、
前記２つの筋肉の前記活動によって生じる前記合力の、向きと大きさを表す合成筋力情報を時系列に取得し、前記順方向を正、前記逆方向を負として表された合成筋力波形を出力するステップと、
前記合成筋電波形と前記合成筋力波形とを比較して、前記２つの筋肉の前記作業に寄与する前記活動の成分の変化に対する、前記２つの筋肉それぞれの前記活動によって生じる前記合力の変化の時間遅れの程度を表す評価参照値を導出するステップと、を有することを特徴とする疲労評価方法。
さらに、前記評価参照値に基いて、前記作業者の前記作業にともなう肉体疲労の程度を評価するステップを有することを特徴とする請求項１記載の疲労評価方法。
前記作業者は車両を運転する運転者であり、
前記作業は、前記運転者の２つの筋肉の活動によって生じる前記合力によって、前記車両が備える車両操作手段を、前記順方向および前記逆方向のいずれか一方向に駆動することで前記車両の動作を制御する運転作業であることを特徴とする請求項１または２記載の疲労評価方法。
前記運転作業は前記車両の操舵作業であり、前記運転者が、前記車両に備えられた操舵手段のステアリングシャフトを前記合力によって回転駆動させることで、前記車両の舵角を制御する作業であることを特徴とする請求項３記載の疲労評価方法。
前記作業者の前記２つの筋肉は、前記作業者の左半身の筋肉と、この左半身の筋肉に対応する前記作業者の右半身の筋肉であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の疲労評価方法。
前記作業者の前記２つの筋肉は、前記作業者の左側三角筋と、前記作業者の右側三角筋であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の疲労評価方法。
前記評価参照値を導出するステップでは、前記合成筋電波形と前記合成筋力波形との位相ずれ時間を変数とする相互相関関数を求め、この相互相関関数の値が最大となる際の位相ずれ時間を、前記評価参照値として導出することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の疲労評価方法。
前記評価するステップでは、取得した前記合成筋電波形と前記合成筋力情報の時系列波形とを比較して、前記合成筋電波形が予め定められた所定値を超える筋電立ち上がりタイミングに対する、前記合成筋力の時系列波形が予め定められた所定値を超える筋力立ち上がりタイミングの時間遅れ幅を、前記評価参照値として導出することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の疲労評価方法。
作業者が行なう作業にともなって生じる、前記作業者の肉体疲労の程度を評価する装置であって、
前記作業は、前記作業者の２つの筋肉のうち、一方の筋肉の活動によって生じる順方向の力と、他方の筋肉の活動によって生じる逆方向の力との合力によって行なわれる作業であり、
前記作業者の前記２つの筋肉の前記活動の大きさをそれぞれ表す、前記２つの筋肉それぞれの活動筋電位情報を時系列に取得する手段と、
取得した前記一方の筋肉の前記活動筋電位情報の符号を正、前記他方の筋肉の前記活動筋電位情報の符号を負として、前記２つの筋肉それぞれの前記活動電位情報を合成し、この合成活動筋電位情報の時系列の変化を表す合成筋電波形を出力する手段と、
前記２つの筋肉の前記活動によって生じる前記合力の、向きと大きさを表す合成筋力情報を時系列に取得し、前記順方向を正、前記逆方向を負として表された合成筋力波形を出力する手段と、
前記合成筋電波形と前記合成筋力波形とを比較して、前記２つの筋肉の前記作業に寄与する前記活動の成分の変化に対する、前記２つの筋肉それぞれの前記活動によって生じる前記合力の変化の時間遅れの程度を表す評価参照値を導出する手段と、
前記評価参照値に基いて、前記作業者の前記作業にともなう肉体疲労の程度を評価する手段と、を有することを特徴とする疲労評価装置。