JP2011108111A - 制御方法及び制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】使用者の操作に依存せず、人体や環境のセンシングに基づいて、適切な環境制御を行うことができる制御方法及び制御システムを提供する。
【解決手段】人体や環境に関する物理量を複数のセンサ２，３で検出し、それらの出力値に基づいて環境制御機器１０を制御する制御方法／制御システムであって、予め、人体に現れる異変の原因と各センサ２，３の出力値に現れる特徴との関連性を記憶しておき、人体に関する物理量を検出するいずれかのセンサ３の出力値が所定の許容範囲内に収まらない異変を示したとき、他のセンサ２，３の出力値も参照して原因を推定し、異変を解消するため、所定の環境制御機器１０に対して制御を実行し、前記異変が解消すれば当該制御を終了する、というものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として家庭において気温や湿度その他の環境要素を快適に維持する家電機器を、制御する方法及びシステムに関する。

今日、例えばエアコン等の家電機器の普及によって、暑い夏も快適な生活を送ることができる。エアコンは設定された温度を維持するように冷房能力を調整しながら動作し、その温度制御の精度も従前に比べて高くなっている。温度、風量その他の運転に関する子細は、使用者が自己の好みに合わせて、リモコン操作器により設定することができる。
一方、例えば、リモコン操作器を扱うことができない重度の障害者にも、自己の意思で設定を行うことができるような、生体信号を利用したリモートコントローラが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００３−２４４７８０号公報

しかしながら、エアコン等の環境制御機器をどのように使用するかは、結局は使用者に委ねられており、使用者が適切な操作をしなければ、状況に応じた最適な環境制御はできない。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、使用者の操作に依存せず、人体や環境のセンシングに基づいて、適切な環境制御を行うことができる制御方法及び制御システムを提供することを目的とする。

（１）本発明は、人体や環境に関する物理量を複数のセンサで検出し、それらの出力値に基づいて環境制御機器を制御する制御方法であって、
予め、人体に現れる異変の原因と各センサの出力値に現れる特徴との関連性を記憶し、人体に関する物理量を検出するいずれかのセンサの出力値が所定の許容範囲内に収まらない異変を示したとき、他のセンサの出力値も参照して原因を推定し、前記異変を解消するため、所定の環境制御機器に対して制御を実行し、前記異変が解消すれば当該制御を終了するものである。

上記の制御方法によれば、異変をセンサで捉えたことをトリガとして、他のセンサの出力値を参照して原因を推定し、異変解消のための制御を行う。従って、人の操作に依存せず、人体や環境のセンシングに基づいて、適切な環境制御を行うことができる。

（２）また、上記（１）の制御方法において、異変に関連して出力値に特徴が現れるべきセンサの出力値の重み付けを他のセンサの出力値の重み付けより相対的に大きくして、各センサの出力値に重みを乗じた統合値を算出し、その統合値に基づいて原因を推定するようにしてもよい。
この場合、特徴を重み付けによって数値的に表わすことができるので、演算処理によって原因を推定することができる。

（３）また、上記（２）の制御方法において、統合値が閾値に満たないときは制御の実行を回避することが好ましい。
この場合、過剰な制御を抑制することができ、また、抑制は、省エネルギーにも寄与する。

（４）また、上記（１）の制御方法において、異変を解消するための制御を、複数の環境制御機器を用いて行うことが好ましい。
この場合、より上質な環境制御を行うことができる。

（５）また、上記（１）の制御方法において、異変を解消するための制御は、異変が解消しない間は、段階的に弱レベルから強レベルへ変化させるようにしてもよい。
この場合、最初は抑えた制御となり過剰な制御を防止する。また、段階的に強くなることにより異変を早期に解消させることができる。

（６）また、上記（５）の制御方法において、人体への危険性が大きい異変である程、レベルを急速に変化させることが好ましい。
この場合、迅速さを優先して、人体へ危険が及ぶのを防止することができる。

（７）一方、本発明の制御システムは、人体や環境に関する物理量を検出する複数のセンサと、環境に関する物理量を制御可能な環境制御機器と、予め、人体に現れる異変の原因と各センサの出力値に現れる特徴との関連性を記憶する記憶手段と、人体に関する物理量を検出するいずれかのセンサの出力値が所定の許容範囲内に収まらない異変を示したとき、他のセンサの出力値も参照して原因を推定する推定手段と、前記異変を解消するため、所定の環境制御機器に対して制御を実行し、前記異変が解消すれば当該制御を終了する制御手段と、を備えたものである。

上記の制御システムによれば、異変をセンサで捉えたことをトリガとして、他のセンサの出力値を参照して原因を推定し、異変解消のための制御を行う。従って、人の操作に依存せず、人体や環境のセンシングに基づいて、適切な環境制御を行うことができる。

上記の制御方法・制御システムによれば、人の操作に依存せず、人体や環境のセンシングに基づいて、適切な環境制御を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る制御システムの構成例を示すブロック図である。 コントローラによる制御方法の一例を示すフローチャートである。 ３つの原因に対して、各センサの出力値に現れる特徴その他を一覧表形式で示す図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る制御システムの構成例を示すブロック図である。図において、コントローラ１は、環境センサ２及び生体センサ３と接続されている。コントローラ１としては、例えば、プログラマブルコントローラやパーソナルコンピュータ等の情報処理装置を使用することができる。環境センサ２とは総称であり、環境に関する物理量を検出して出力をコントローラ１に送る複数のセンサである。例えば、家屋の室内に設けられた温度センサや湿度センサである。温度センサ及び湿度センサはそれぞれ、室温及び湿度を検出する。

同様に、生体センサ３とは総称であり、人体に関する物理量（生体情報）を検出して出力をコントローラ１に送る複数のセンサである。例えば、室内に設けられたサーモグラフィ、脈拍センサ、蠕動（ぜんどう）センサである。サーモグラフィは、人体の体表面の温度を、離れた所から赤外線の量で検出する。脈拍センサとしては、例えばレーザ・ドップラー方式の血流計を用いることができ、指先から検出した血流の周期より脈拍を捉えることが可能である。また、蠕動センサとは、人体の震え、動悸等の情報を検出するもので、例えば圧電素子で人体の動き（体動）を検出し、その時系列のパターンから当該情報を抽出することが可能である。脈拍センサ及び蠕動センサについては、例えば、椅子やテーブル等に設置することができる。これにより、当人が無意識のうちに脈拍や蠕動を捉えることができる。

一方、コントローラ１は、家電ネットワーク４を介して、環境制御機器１０としての各種家電機器と通信可能となっている。図１の例では、窓の採光量を変化させるルーバ５、換気扇６、エアコン７、冷風機（扇風機その他、局所的に体感温度を下げるものを含む。）８、加湿器９が、家電ネットワーク４に接続されている。なお、このようなネットワークは、ＪＥＭＡ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｚｉｇｂｅｅ等のインタフェースを備えた機器により構成することができる。

図２は、コントローラ１による制御方法の一例を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１においてコントローラ１は、全ての環境センサ２及び生体センサ３から出力値を読み込む。そして、コントローラ１は、生体センサ３の各々について、その出力値を基準値と比較し、許容範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ２）。ここで、全ての生体センサ３の出力値が許容範囲内にあれば、環境制御を行う必要はないので、コントローラ１の処理は終了となる。

一方、いずれかの生体センサ３の出力値が許容範囲を逸脱している場合、そのセンサが検出する物理量に関して、人体に何らかの異変が生じている、ということになる。しかしながら、色々な原因によって、特定のセンサの出力値に異変が生じ得るので、１つのセンサの出力値だけで、異変の原因まで推定することは困難である。そこで、他のセンサ（環境センサ２、生体センサ３）の出力値を参照して、各センサの出力値に現れる特徴を見る。ここで、コントローラ１は、予め、人体に現れる異変の原因と各センサの出力値に現れる特徴との関連性を記憶している。また、コントローラ１は、この特徴を反映した出力値の数値例を記憶している。

各センサの出力値に現れる特徴を見て、記憶している特徴から原因を推定する、という処理をコントローラ１で実行するには、例えば、加重処理を適用することができる。この場合、ある原因に対して特徴的な出力値を呈するセンサについては重みを大きく設定して、そうではないセンサについては重みを小さく設定する。すなわち、各センサの出力値Ｘ₁〜Ｘ_mに対してそれぞれ重みＷ₁〜Ｗ_mを乗じ、その総和としての統合値Ｕを以下の式により求める（ステップＳ３）。

このような処理を、複数の原因について、それぞれの特有の重み付けで行えば、統合値Ｕが、最も大きくなるか又は、前述の数値例について同様に求めた統合値と最も近くなる場合の「原因」が、求めるべき原因である。こうして原因が推定できれば、コントローラ１から環境制御機器に対する制御の挙動が決まる（ステップＳ４）。このように、特徴を重み付けによって数値的に表わすことで、演算処理によって原因を推定することができる。

次に、コントローラ１は、統合値Ｕが、所定の閾値を超過するか否かを判定する（ステップＳ５）。超過しないときは、コントローラ１の処理は終了となる。この処理の意義は、センサ出力値の異変が認められても、その全ての場合に環境制御機器の制御を行うのではなく、統合値Ｕが閾値以下であれば制御を回避して、過剰な制御を抑制することにある。また、抑制は、省エネルギーにも寄与する。なお、閾値に関しては、人の健康に影響を及ぼさないよう、その人の体力、許容範囲、年齢等を考慮して弾力的に設定することが好ましい。

一方、統合値Ｕが閾値を超過しているときは、コントローラ１は、対象機器（対象となる環境制御機器）へ挙動を指示する（ステップＳ６）。対象機器は、推定された原因と対応して予め決まっている。挙動指示から一定の時間待ちを行い、時間経過後に、コントローラ１は、挙動のトリガとなったセンサの出力値を読み取り、その出力値が許容範囲に戻ったか否かの判定を行う（ステップＳ７）。出力値が許容範囲に戻っていれば、制御は目的を達し、コントローラ１の処理は終了となる。

一方、出力値が許容範囲に戻っていないときは、コントローラ１は、バックプロパゲーション処理を行い（ステップＳ８）、その後、ステップＳ１以降の処理を繰り返す。バックプロパゲーション処理としては、例えば、ステップＳ５における閾値を下げることにより、前述の抑制の程度を下げる。これは、図２のフローチャートに示す処理の次回以降に役立ち、いわば学習効果をもたらす。

なお、上記コントローラ１は、フローチャートの処理によって、（１）予め、人体に現れる異変の原因と各センサの出力値に現れる特徴との関連性を記憶する記憶手段１ａ、（２）人体に関する物理量を検出するいずれかのセンサの出力値が所定の許容範囲内に収まらない異変を示したとき、他のセンサの出力値も参照して原因を推定する推定手段１ｂ、及び、（３）異変を解消するため、所定の環境制御機器に対して制御を実行し、異変が解消すれば当該制御を終了する制御手段１ｃを備えている、といえる(図１)。

次に、具体的な例を挙げて制御方法を説明する。例えばサーモグラフィにより体温が許容範囲内に収まらない高い値を示したとき、その原因として、
（ａ）季節による暑さ
（ｂ）運動・入浴等による暑さ
（ｃ）風邪等疾患による暑さ
が考えられる。そこで、コントローラ１は、予め原因に対して各センサの出力値に現れる特徴との関連性を記憶しておく。

図３は、上記３つの原因に対して、各センサの出力値に現れる特徴その他を一覧表形式で示す図である。サーモグラフィに関しては、（ａ）〜（ｃ）のいずれも「高い」という特徴を示す。従って、サーモグラフィの出力値だけを見ても、原因を推定することは難しい。そこで、他のセンサの出力値を参照すると、（ａ）が原因であれば、室温や湿度が高い、という（ｂ）や（ｃ）に見られない特徴がある。（ｂ）が原因であれば、脈拍が著しく早いという（ａ）や（ｃ）に見られない特徴がある。また、（ｃ）が原因であれば、震えや動悸があるという（ａ）や（ｂ）に見られない特徴がある。

従って、他のセンサの出力値を参照することにより、体温上昇という異変の原因を推定することができる。なお、具体的な手法としては、前述のように、重み付けを適用することができる。例えば（ａ）の季節による暑さが原因かどうかを調べるには、サーモグラフィ、温度センサ及び湿度センサの出力値に対する重みを大きく設定し、他のセンサの出力値に対する重みを小さく設定して統合値Ｕを算出すればよい。同様に、（ｂ）、（ｃ）の原因についても重み付けを行って統合値Ｕを求め、その結果、統合値Ｕが最も大きくなるか又は、記憶している特徴から想定される統合値と最も近くなる場合の「原因」が、求めるべき原因である。

なお、統合値Ｕの算出とは別に、各センサの出力値が、記憶している特徴と一致又は近似する項目が最も多い、ということをもって、原因を推定することも可能である。
また、センサ出力値以外に、種々の事象を参照してもよい。例えば、図３に示すように、その原因が発生する可能性や、コントローラ１自身が持っているカレンダ機能から季節を考慮してその原因の蓋然性を判定したり、家電機器の稼働状況を確認する。例えば、コントローラ１が家電機器の稼働状況を一定時間記憶するようにすれば、入浴後であれば、その直前に給湯機や浴室照明等が稼働していた事象を参照して原因を推定することができる。

原因を推定したコントローラ１は、原因に応じた挙動を、対象となる家電機器に指示する。ここで、原因と、それに対応する家電機器との関係は予めコントローラ１に記憶されており、原因が決まれば、対象となる家電機器も決まる。

原因が（ａ）の場合には、例えば以下の挙動が、（１）から順に段階的に（５）まで上がるように指示される。
（１）ルーバの調整により室内へ太陽光が差し込む量を減らす（但し、昼の場合）。
（２）エアコンにより除湿を行う。
（３）エアコンで弱冷房を行う。
（４）エアコンの機能又はサーキュレータにより、室内下部に停滞した冷気を強制的に滞留させる。
（５）エアコンで強冷房を行う。
上記のように、コントローラ１が指示する挙動は、室温や湿度を下げるにあたって、いわば軽い措置から重い措置へ順にステップアップさせるものである。

一方、原因が（ｂ）の場合には、例えば以下の挙動が指示される。
（１）ルーバの調整により室内へ太陽光が差し込む量を減らす（但し、昼の場合）。
（２）冷風機等により、短期的に体感温度を低下させる。
（３）エアコンで弱冷房を短時間行う。

また、原因が（ｃ）の場合には、例えば以下の挙動が指示される。
（１）加湿器により加湿を行う。
（２）エアコンで室温を維持する（室温を下げない）。
（３）コントローラ１自身から音声、メッセージ、メール等により、本人に注意（薬の必要性や、医者の診断を受ける必要性）を喚起する。

上記のように、本実施形態に係る制御方法・制御システムによれば、異変をセンサで捉えたことをトリガとして、他のセンサの出力値を参照して原因を推定し、異変解消のための制御を行う。従って、人の操作に依存せず、人体や環境のセンシングに基づいて、適切な環境制御を行うことができる。

また、異変を解消するための制御を、複数の環境制御機器（家電機器）を用いて行うことにより、より上質な環境制御を行うことができる。
また、異変を解消するための制御を、異変が解消しない間は、段階的に弱レベルから強レベルへ変化させることで、最初は抑えた制御となり過剰な制御を防止する。また、段階的に強くなることにより異変を早期に解消させることができる。
一方、人体への危険性が大きい異変である程、レベルを急速に変化させるようにすれば、迅速さを優先して、人体へ危険が及ぶのを防止することができる。

１ コントローラ
１ａ 記憶手段
１ｂ 推定手段
１ｃ 制御手段
２ 環境センサ
３ 生体センサ
１０ 環境制御機器

Claims (7)

1. 人体や環境に関する物理量を複数のセンサで検出し、それらの出力値に基づいて環境制御機器を制御する制御方法であって、
   予め、人体に現れる異変の原因と各センサの出力値に現れる特徴との関連性を記憶し、
   人体に関する物理量を検出するいずれかのセンサの出力値が所定の許容範囲内に収まらない異変を示したとき、他のセンサの出力値も参照して原因を推定し、
   前記異変を解消するため、所定の環境制御機器に対して制御を実行し、
   前記異変が解消すれば当該制御を終了する
   ことを特徴とする制御方法。
2. 前記異変に関連して出力値に特徴が現れるべきセンサの出力値の重み付けを他のセンサの出力値の重み付けより相対的に大きくして、各センサの出力値に重みを乗じた統合値を算出し、その統合値に基づいて前記原因を推定する請求項１記載の制御方法。
3. 前記統合値が閾値に満たないときは制御の実行を回避する請求項２記載の制御方法。
4. 前記異変を解消するための制御を、複数の環境制御機器を用いて行う請求項１記載の制御方法。
5. 前記異変を解消するための制御は、前記異変が解消しない間は、段階的に弱レベルから強レベルへ変化させる請求項１記載の制御方法。
6. 人体への危険性が大きい異変である程、前記レベルを急速に変化させる請求項５記載の制御方法。
7. 人体や環境に関する物理量を検出する複数のセンサと、
   環境に関する物理量を制御可能な環境制御機器と、
   予め、人体に現れる異変の原因と各センサの出力値に現れる特徴との関連性を記憶する記憶手段と、
   人体に関する物理量を検出するいずれかのセンサの出力値が所定の許容範囲内に収まらない異変を示したとき、他のセンサの出力値も参照して原因を推定する推定手段と、
   前記異変を解消するため、所定の環境制御機器に対して制御を実行し、前記異変が解消すれば当該制御を終了する制御手段と
   を備えたことを特徴とする制御システム。

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