JP2015107281A - 人体検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御対象の誤動作を低減すると共に使用者が簡単に入力操作できる人体検知装置を提供する。【解決手段】人体検知装置１０に、人体における主要な関節間としての前腕部２ａに装着される装着部材１１と、装着部材１１に取付けられており、装着部材１１が装着されている前腕部２ａにおいて互いに異なる動きを夫々検知する第一検知センサ１２Ａ及び第二検知センサ１２Ｂと、第一検知センサ１２Ａ及び第二検知センサ１２Ｂによる検知信号を、制御対象としての電動義手２０を制御するための制御信号に変換して出力する出力部と、を具備させる。【選択図】図１

Description

本発明は、人体に装着することにより装着した部位の動きを検知して、義肢やアシスト装置等の制御対象を制御するための制御信号を出力する人体検知装置に関する。

電動義手のハンドを開閉させるためのモータ（制御対象）を制御するための制御信号として、電動義手が装着される人体の前腕部に取付けられ、筋肉を動かすために脳から送られる微弱な電気的な信号（表面筋電位）を検知して制御信号として出力する筋電センサが提案されている（特許文献１）。

しかしながら、特許文献１のような技術では、人体の表面筋電位を検知するようにしているため、使用者の意思どおりにハンドを動作させることが困難であった。詳述すると、一般の使用者では、表面筋電位を安定して発生させることが難しく、使用者が同じように操作した（表面筋電位を発生させた）つもりでも、筋電センサにより検知される値が異なるため、電動義手のハンドによって物を掴むことができたり、掴むことができなかったりして、動作が不安定となる問題があった。そのため、表面筋電位を安定して発生させることができるように、長期に亘って訓練を行う必要があり、電動義手の操作の習熟に時間がかかってしまう問題があった。

また、訓練によって表面筋電位を安定して発生させることができるようになったとしても、例えば、ハンドによって物を掴ませた状態で、その物を移動させるために腕を動かす場合、腕を動かすことによって筋電センサで検知している部位で意図しない表面筋電位が発生してしまうことがあり、その意図しない表面筋電位が筋電センサによって検知されると、ハンドに掴ませた物を放してしまうような誤動作をする問題があった。

ところで、筋電センサとは別に、タッチ式のスイッチを設け、スイッチを操作することで使用状況に応じた動作モードで動作させることができるようにした電動義手が提案されている（特許文献２）。

しかしながら、特許文献２の技術では、電動義手を装着している腕とは反対側の腕でスイッチを操作する必要があるため、両腕を用いた作業を行う場合、反対側の腕でスイッチを操作することができない問題がある。そこで、スイッチを、例えば、人体の肩に取付けて顎や首筋等で操作できるようにしたり、足で操作できるようにしたりすることが考えられるが、使用者に無理な姿勢を強いることとなり、使用し辛くなる虞がある。

特開平１１−１１３８６６号公報 特開２０００−３２５３７５号公報

そこで、本発明は上記の実情に鑑み、制御対象の誤動作を低減すると共に使用者が簡単に入力操作できる人体検知装置の提供を課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る人体検知装置は、「人体における関節間に装着される装着部材と、該装着部材に取付けられており、人体における該装着部材が装着されている部位において互いに異なる動きを夫々検知する複数の検知センサと、該複数の検知センサによる検知信号を、制御対象を制御するための制御信号に変換して出力する出力部とを具備している」ことを特徴とする。

ここで、「関節間」としては、「肩関節とひじ関節の間」、「ひじ関節と手関節の間」、「手関節よりも手先側」、「股関節とひざ関節との間」、「ひざ関節と足関節との間」、「足関節よりも足先側」、「肩関節と股関節の間」、「首（頸椎）よりも頭側」、「首関節と股関節の間（胴体）」、を例示することができる。

また、「装着部材」としては、「可撓性を有したシート状のベース部と、ベース部の一方の面に接着されており人体表面に貼付けられる粘着部と、を有している装着部材」、「人体に巻き掛けられる帯状のベース部と、ベース部の一方の面と反対側の面とに取付けられており互いに係合可能な面ファスナーと、を有している装着部材」、「人体に巻き掛けられる帯状のベース部と、ベース部の一端に取付けらておりベース部の他端側を取付けるためのバックルと、を有している装着部材」、「人体の一部を挿入可能とされており伸縮性を有した筒状の装着部材」、を例示することができる。また、装着部材は、検知センサ毎に分離していても良い。

更に、「人体における装着部材が装着されている部位の動き」としては、「人体表面の形状（凹凸）変化」、「関節間を結んだ軸線に対して直角方向に加速度が作用する動き」、「関節間を結んだ軸線の延びている方向に加速度が作用する動き」、「関節間を結んだ軸線の周りを回動（回旋）する動き」、「人体表面の伸縮」、を例示することができる。

また、「検知センサ」としては、「歪センサ」、「加速度センサ」、「感圧センサ」、「ジャイロセンサ（ジャイロスコープ）」、「ポテンショメータ」、「人体表面に発光部から照射た光を受光部で受光して動きを検知する光学センサ」、「振動センサ」、を例示することができる。また、複数の検知センサは、異なる種類のセンサであっても良いし、同じ種類のセンサであっても良い。

また、「出力部」としては、「検知センサによる検知信号を増幅する増幅回路を有しているもの」、「検知センサによる検知信号からノイズを除去したり特定の周波数（動き）や閾値以上の検知信号等を取り出したりするフィルタ回路を有しているもの」、「検知センサによる検知信号が予め設定された閾値を超えたか否かを判定する判定回路を有しているもの」、「検知センサによる検知信号に対して演算処理を行う演算回路を有しているもの」、「検知センサを駆動させるためのセンサ駆動回路を有しているもの」、「検知センサによる検知信号をそのまま制御信号として出力するもの」、を例示することができる。また、「出力部」からは、複数の検知センサからの検知信号を夫々別々の制御信号として出力させるようしても良いし、複数の検知センサからの検知信号をまとめて一つの制御信号として出力させるようにしても良い。

更に、「制御対象」としては、「駆動源により駆動される義肢（電動義手、電動義足、等）」、「パワーアシストスーツ」、「車椅子」、「工具」、「介護装置」、「パーソナルコンピュータ」、を例示することができる。

本構成では、人体の関節間に装着部材を装着することで、互いに異なる動きを検知する複数の検知センサを、当該関節間に取付けている。そして、当該関節間において使用者が或る動きを行うと、複数の検知センサのうち、或る動きに対応している検知センサのみが動きを検知し、その検知信号を、制御対象を制御するための制御信号に変換して出力する。一方、複数の検知センサのうち、或る動きに対応していない検知センサでは、或る動きを検知しないため、それら検知センサに係る制御信号は出力されない。従って、装着部材を装着している人体の関節間において、特定の動きに対応している検知センサのみがその動き検知して制御信号を出力するため、他の検知センサが誤検知することはなく、誤検知による制御対象の誤動作を低減させることができる。

また、上記のように、互いに異なる動きを検知する複数の検知センサが、誤検知することがないため、使用者が、装着部材を装着している関節間において異なる動き（入力操作）を行うことにより、互いに干渉することのない異なる複数の制御信号を制御対象へ出力することができる。従って、異なる複数の制御信号を出力することができるため、制御対象に対してより複雑な入力操作を行うことができる。換言すると、複雑な入力操作を必要する制御対象にも、本構成の人体検知装置を用いることができる。

更に、人体における関節間に、複数の検知センサが取付けられている装着部材を装着することで、上記のように、異なる複数の制御信号を出力することができるため、特許文献２のような従来の技術と異なり、装着部材を装着していない反対側の腕等の部位を用いて別の制御信号を出力するスイッチを操作する必要がない。従って、装着部材を装着した当該関節間のみで制御対象に対して入力操作を行うことが可能となるため、人体における他の部位を自由に使用することができる。

また、本発明に係る人体検知装置は、上記の構成に加えて、「前記複数の検知センサは、前記装着部材が装着されている部位の人体表面の形状変化を検知する第一検知センサと、人体における前記装着部材が装着されている部位に作用する加速度又は角速度を検知する第二検知センサと、で構成されている」ことを特徴としても良い。

ここで、「人体表面の形状変化」としては、「骨の移動による表面の形状変化（具体的には、ひじ関節と手関節の間の前腕部や、ひざ関節と足関節の間の下腿部のように二本の骨が延びている関節間において、互いの骨が捩れるように移動させることによる表面の形状変化）」、「筋肉の伸長・収縮による表面の形状変化」、を例示することができる。

また、人体表面の形状変化を検知する「第一検知センサ」としては、「歪センサ」、「感圧センサ」、「人体表面に光を照射して動きを検知する光学センサ」、を例示することができる。

更に、「装着部材が装着されている部位に作用する加速度」としては、「互いに直交した三方向に作用する加速度」、「関節間を結んだ軸線に対して直交した方向に作用する加速度」、「関節間を結んだ軸線の延びた方向に作用する加速度」、「関節間を結んだ軸線の周りを回る方向へ作用する加速度」、を例示することができる。

また、加速度又は角速度を検知する「第二検知センサ」としては、「互いに直交した三方向に作用する加速度を検知する加速度センサ」、「一方向に作用する加速度のみを検知する加速度センサ」、「ジャイロセンサ」、「振動センサ」、を例示することができる。

装着部材を装着する関節間では、当該関節間にある筋肉を伸長・収縮させたり、当該関節間に亘って二本の骨が延びている場合はそれら二本の骨が捩れるように骨を移動させたりすることで、人体表面の形状を変化させることができる。また、当該関節間では、当該関節間において胴体に近い側の関節よりも胴体側の筋肉（例えば、上腕二頭筋、上腕三頭筋、三角筋、大腿二頭筋、大腿四頭筋、等）を伸長・収縮させることで、胴体に近い側の関節を中心に当該関節間を回動させたり、当該関節間における胴体に近い側の関節を含む胴体に近い側の複数の関節を夫々中心に適宜回動させたりすることで、当該関節間に加速度を作用させることができる。

そして、当該関節間において、人体表面の形状を変化させた場合、表面の形状変化だけでは十分な加速度を当該関節間に作用させることは難しい。一方、当該関節間において加速度を作用させた場合、当該関節間における人体表面の形状を変化させることなく加速度を作用させることが可能である。

本構成によれば、装着部材を装着している関節間の表面形状を変化させると、第一検知センサのみがその動きを検知し、当該関節間に加速度を作用させると、第二検知センサのみがその動きを検知することとなり、第一検知センサと第二検知センサとによって、当該関節間における互いに異なる動きを確実に検知することができる。従って、上述した作用効果を確実に奏することが可能な人体検知装置を具現化することができる。

更に、本発明に係る人体検知装置は、上記の構成に加えて、「前記装着部材は、複数の前記検知センサが取付けられている可撓性を有したシート状のベース部と、該ベース部の一方の面に取付けられている人体表面に着脱可能に貼付けられるシート状の粘着部とを有している」ことを特徴としても良い。

ここで、可撓性を有したシート状の「ベース部」としては、「発泡樹脂シート」、「ゴムシート」、「シリコーン樹脂シート」、「織布」、「不織布」、を例示することができる。

また、「粘着部」としては、「親水性ゲルシート」、「疎水性ゲルシート」、「導電性ゲルシート」、等を例示することができる。また、「粘着部」の材質としては、「シリコーン樹脂」、「アクリル樹脂」、「ゴム」、「ウレタン樹脂」、等を例示することができる。

本構成によれば、複数の検知センサが取付けられている装着部材を、粘着部によって人体表面に貼付けて装着しているため、例えば、帯状の装着部材を人体に巻き付けて装着する場合と比較して、人体に対して装着部材が移動することはない。従って、人体に対する検知センサの位置ズレを防止することができ、人体の動きを確実に検知させることができる。また、検知センサの位置ズレを防止することができるため、位置ズレによる誤検知を抑制することができ、制御対象の誤動作を低減させることができる。

また、粘着部を人体表面に貼付けることで装着部材を装着することができるため、例えば、装着部材を帯状の部材として、面ファスナーやバックルを用いて装着するようにした場合と比較して、片手でも装着部材を人体表面に貼付けて簡単に装着することができ、使い易くすることができる。

このように、本発明によれば、制御対象の誤動作を低減すると共に使用者が簡単に入力操作できる人体検知装置を提供することができる。

本発明の一実施形態である人体検知装置を適用した電動義手の全体構成を概略で示す説明図である。 図１の人体検知装置において、装着部材を分解した状態で検知センサの取付けを示す説明図である。 （ａ）は図１の人体検知装置において前腕部表面の形状変化の検知を断面で示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）に対して前腕部が回旋して表面の形状が変化した状態を断面で示す説明図である。 図１の電動義手の回路構成を概略で示す説明図である。 図１の人体検知装置において出力部における第一検知センサからの検知信号の処理を示す説明図である。 図１の人体検知装置において出力部における第二検知センサからの検知信号の処理を示す説明図である。 図１の電動義手の制御部における補正・ホールドモードの処理を示すフローチャートである。 図１の電動義手の制御部における第二検知センサに係る制御信号に対する処理を示すフローチャートである。

本発明の一実施形態である人体検知装置１０について、図１乃至図８を参照して詳細に説明する。本実施形態では、人体検知装置１０を、制御対象としての電動義手２０に適用した例について説明する。本実施形態の人体検知装置１０は、人体１における関節間２に装着される装着部材１１と、装着部材１１に取付けられており、人体における装着部材１１が装着されている部位において互いに異なる動きを夫々検知する複数の検知センサ１２と、複数の検知センサ１２による検知信号を、電動義手２０を制御するための制御信号に変換して出力する出力部１３と、を備えている。

装着部材１１は、図１に示すように、人体１の関節間２として、ひじ関節３と手関節の間（前腕部２ａ）に装着されるものである。装着部材１１は、長方形のシート状（パッド状）に形成されている。この装着部材１１は、図２等に示すように、可撓性を有したシート状のベース部１１ａと、ベース部１１ａの一方の面に取付けられており人体表面に着脱可能に貼付けられるシート状の粘着部１１ｂと、を有している。ベース部１１ａと粘着部１１ｂは、同じ大きさに形成されており、粘着部１１ｂの粘着力によって互いに取付けられている。ベース部１１ａは、発泡樹脂シートによって形成されている。また、粘着部１１ｂは、親水性高分子からなる親水性ゲルシートによって形成されている。

また、装着部材１１は、図２に示すように、ベース部１１ａと粘着部１１ｂとの間に取付けられ湾曲状に曲がる平板状のサポート部１１ｃと、サポート部１１ｃのベース部１１ａ側の面に取付けられる第一シート１１ｄと、第一シート１１ｄのベース部１１ａ側の面に取付けられる第二シート１１ｅと、第二シート１１ｅのベース部１１ａ側の面に取付けられる一対の第三シート１１ｆと、を有している。サポート部１１ｃは、ベース部１１ａ及び粘着部１１ｂよりも大きさが小さい。このサポート部１１ｃは、ステンレス合金やアルミ合金等の金属板、合成樹脂板、厚紙、等により、曲げた時に皺が生じない厚さに形成されている。

第一シート１１ｄ、及び、第二シート１１ｅは、サポート部１１ｃと同じ大きさで、合成樹脂により形成されている。これら、サポート部１１ｃ、第一シート１１ｄ、及び、第二シート１１ｅは、両面のうちの少なくともベース部１１ａを向いた面に、粘着層を有している。また、一対の第三シート１１ｆは、サポート部１１ｃ等よりも大きさが小さい。これら第三シート１１ｆは、紙、又は、合成樹脂によって形成されており、互いに対向している面に粘着層を有していると共に、それとは反対の面に接着力を弱める離型層を有している。

複数の検知センサ１２は、人体表面の形状変化を検知する第一検知センサ１２Ａと、人体における装着部材１１が装着されている部位に作用する加速度を検知する第二検知センサ１２Ｂと、で構成されている。

第一検知センサ１２Ａは、撓み量によって電気抵抗値が変化する歪センサである。この第一検知センサ１２Ａは、図２に示すように、長方形で平板状のセンサ本体１２ａと、センサ本体１２ａから外部へ延び出しているリード線１２ｂと、リード線１２ｂを被覆している被覆管１２ｃと、センサ本体１２ａと被覆管１２ｃとの間で露出しているリード線１２ｂを覆う被覆部１２ｄと、を有している。被覆部１２ｄは、熱可塑性樹脂により構成されており、リード線１２ｂが断線しないように保護している。

この第一検知センサ１２Ａは、図２に示すように、装着部材１１において、ベース部１１ａと粘着部１１ｂとの間に取付けられている。詳しくは、第一検知センサ１２Ａは、センサ本体１２ａの長手方向を、装着部材１１の長手方向と同じ方向へ向けて、センサ本体１２ａと被覆部１２ｄとが一対の第三シート１１ｆの間に取付けられている。また、第一検知センサ１２Ａは、被覆管１２ｃに被覆されたリード線１２ｂが、装着部材１１の長辺から外部に延び出すように取付けられている（図１を参照）。

また、第二検知センサ１２Ｂは、互いに直交した三方向に作用する加速度を検知する。この第二検知センサ１２Ｂは、図１等に示すように、装着部材１１のベース部１１ａにおいて、粘着部１１ｂとは反対側の面に取付けられている。第二検知センサ１２Ｂは、被覆管に被覆されたリード線１２ｅを有しており、このリード線１２ｅが、第一検知センサ１２Ａの被覆管１２ｃと一緒に装着部材１１から外部の出力部１３まで延び出している。

出力部１３は、図４に示すように、検知センサ１２を駆動させるための電力を供給するセンサ駆動回路１３ａと、検知センサ１２からの検知信号を制御信号に変換する変換回路１３ｂと、を備えている。変換回路１３ｂは、検知センサ１２からの検知信号を増幅する増幅回路１３ｃと、検知信号に含まれているノイズを除去したり特定の周波数のみを通したりするフィルタ回路１３ｄと、検知信号に対して演算処理を行う演算回路１３ｅと、を備えている。この出力部１３は、図示は省略するが、電動義手２０に取付けられている。

出力部１３の変換回路１３ｂにおいて、第一検知センサ１２Ａからの検知信号に対しては、図５に示すように、増幅回路１３ｃにて増幅処理（ステップＳ１１）を行った後に、フィルタ回路１３ｄにてローパスフィルタ処理（ステップＳ１２）を行うことで、制御信号に変換し、演算回路１３ｅを通さずに出力する。

一方、第二検知センサ１２Ｂからの検知信号に対しては、図６に示すように、まず、増幅回路１３ｃにて増幅処理（ステップＳ２１）を行った後に、フィルタ回路１３ｄにてバンドパスフィルタ処理（ステップＳ２２）を行う。続いて、演算回路１３ｅにおいて、三方向の各方向に対して夫々２乗平均処理（ステップＳ２３）を行い、それらの値に対して時間微分処理（ステップＳ２４）を行って躍度（加速度の時間微分）を求める。その後、各方向の躍度に対して絶対値処理（ステップＳ２５）を行った後に、それらを合算することで、制御信号に変換して出力する。このように、本実施形態の変換回路１３ｂは、第一検知センサ１２Ａと第二検知センサ１２Ｂとでは異なる回路を通って制御信号に変換する。

次に、本実施形態の人体検知装置１０を適用した電動義手２０について説明する。電動義手２０は、図１に示すように、使用者の人体１の前腕部２ａを覆う義手取付部材２１と、義手取付部材２１の前端に取付けられている把持装置２５と、人体検知装置１０からの制御信号に基づいて把持装置２５を制御する制御装置３０（図４を参照）と、を備えている。

義手取付部材２１は、前腕部２ａの外周の半分以上を覆うように筒状又は断面がＣ字状に形成されている。義手取付部材２１は、前腕部２ａに取付けた状態で、前腕部２ａよりも前端（失われた部位）側へ突出する長さに形成されている。

この義手取付部材２１内に前腕部２ａを挿入することにより、前腕部２ａに義手取付部材２１を取付けることができる。また、義手取付部材２１を前腕部２ａに取付けた状態では、前腕部２ａの前端側を自由に回旋させることができる。

把持装置２５は、義手取付部材２１の前端に取付けられる本体部２６と、本体部２６によって開閉可能に取付けられている一対の把持部２７と、一対の把持部２７を開閉駆動し本体部２６内に取付けられているモータ２８（図４を参照）と、を備えている。モータ２８は、回転位置を出力することができるサーボモータである。

制御装置３０は、制御プログラムを実行させて演算を行うＣＰＵを備えている制御部３１と、制御部３１で実行される制御プログラムや設定値、演算の際の一時的な数値、等を記憶するための記憶部３２と、制御部３１からの駆動信号に基いてモータ２８を駆動させるモータ駆動部３３と、を備えている。また、図示は省略するが、制御装置３０は、制御部３１や、モータ駆動部３３等に電力を供給するための電源部を備えている。

本実施形態の制御装置３０は、マイクロコンピュータ（マイコン）である。制御装置３０の制御部３１には、人体検知装置１０からの制御信号と、モータ２８からの回転位置信号が入力される。人体検知装置１０からの制御信号は、第一検知センサ１２Ａに係る制御信号と、第二検知センサ１２Ｂに係る制御信号とが、夫々別々に制御部３１に入力される。また、制御部３１からは、モータ駆動部３３へモータ２８の駆動信号が出力される。この制御装置３０は、本体部２６または、使用者の身体や着衣に取付けられる。

続いて、本実施形態の人体検知装置１０の使用方法について説明する。人体１の関節間２としての前腕部２ａの前端付近に、人体検知装置１０の装着部材１１を装着する。具体的には、装着部材１１の粘着部１１ｂを、前腕部２ａに対向するように向けると共に、その長手方向を前腕部２ａの軸線周りの方向へ向ける。そして、装着部材１１を、前腕部２ａに巻き付けるように、前腕部２ａに粘着部１１ｂを接触させる。これにより、粘着部１１ｂの粘着力によって、検知センサ１２と一緒に装着部材１１が前腕部２ａに取付けられる。

前腕部２ａに装着部材１１を取付けた状態では、図３に示すように、橈骨２ｂと尺骨２ｃとが互いに捩れるように前腕部２ａを回旋させると、橈骨２ｂと尺骨２ｃが並んでいる向きに応じて、前腕部２ａの表面形状（曲率）が変化する。これにより、前腕部２ａの表面に貼付けられ（装着され）ている第一検知センサ１２Ａの曲率も変化するため、第一検知センサ１２Ａによって前腕部２ａの回旋位置に応じた制御信号を出力することができる。なお、図３では、人体検知装置１０において、便宜上、ベース部１１ａ、粘着部１１ｂ、及び第一検知センサ１２Ａのみを記載している。また、図３は、前腕部２ａに対する装着部材１１の装着の一例であり、橈骨２ｂ及び尺骨２ｃと装着部材１１（第一検知センサ１２Ａ）との位置関係を限定するものではない。

ところで、第一検知センサ１２Ａのセンサ本体１２ａの両面に取付けられている第三シート１１ｆにおいて、センサ本体１２ａとは反対側の面に離型層を有しているため、この離型層を境にして、センサ本体１２ａをベース部１１ａや粘着部１１ｂに対して滑らせることができる。従って、第一検知センサ１２Ａと一緒に装着部材１１を曲げた時に、第三シート１１ｆの離型層を境に滑ることで、ベース部１１ａや粘着部１１ｂ等との曲率の違いを吸収することができ、装着部材１１（第一検知センサ１２Ａ）をスムーズに曲げることができ、前腕部２ａの回旋を検知することができる。

また、装着部材１１では、第一検知センサ１２Ａと粘着部１１ｂの間に、皺が生じないサポート部１１ｃを有しているため、サポート部１１ｃによって前腕部２ａの表面の部分的な凹凸を平滑化させることができ、第一検知センサ１２Ａにより前腕部２ａの表面形状の変化を安定して検知させることができる。詳述すると、センサ本体１２ａを粘着部１１ｂに直接取付けた場合、センサ本体１２ａが前腕部２ａの表面の部分的な凹凸に沿って変形してしまうため、その凹凸の部分が検知信号の全体に影響を与えてしまい、センサ本体１２ａの撓み量に対する本来の検知信号とは異なった検知信号を出力することがある。これに対して、センサ本体１２ａと粘着部１１ｂの間にサポート部１１ｃを取付けることで、サポート部１１ｃによって部分的な凹凸を生じさせることなくセンサ本体１２ａを撓ませることができ、撓み量に対する本来の検知信号を確実に出力させることができる。

このように、前腕部２ａに装着部材１１を装着したら、続いて、前腕部２ａに電動義手２０の義手取付部材２１を取付ける。そして、人体検知装置１０の出力部１３と、電動義手２０の制御装置３０とを電気的に接続する。なお、出力部１３と制御部３１との接続は、人体検知装置１０や電動義手２０を前腕部２ａに装着する前に行っても良い。

人体検知装置１０と電動義手２０の装着が完了したら、電動義手２０における図示しない電源スイッチをＯＮにする。この際に、前腕部２ａの回旋位置を、回旋範囲の中央の位置（図３の（ａ）と（ｂ）との間の位置）としておく。本実施形態では、電動義手２０の電源を入れると、人体検知装置１０にも電源が供給される。そして、電動義手２０の制御部３１では、記憶部３２から制御プログラムを読み出して実行する。この制御プログラムは、実行当初は「補正・ホールドモード」が実行される。

「補正・ホールドモード」は、図７に示すように、まず初めに、モータ２８の駆動をホールド、つまり、動かないようにロックする（ステップＳ３１）。続いて、第一検知センサ１２Ａからの制御信号が適正範囲内か否かが判定される（ステップＳ３２）。そして、第一検知センサ１２Ａからの制御信号が適正範囲であれば（ステップＳ３２においてＹＥＳ）、現状のままの状態で、「補正・ホールドモード」を終了させる。一方、第一検知センサ１２Ａからの制御信号が適正範囲でなければ（ステップＳ３２においてＮＯ）、第一検知センサ１２Ａからの制御信号が適正範囲よりも低いか否かが判定される（ステップＳ３３）。

そして、第一検知センサ１２Ａからの制御信号が適正範囲よりも低いと判定される（ステップＳ３３においてＹＥＳ）と、制御信号が適正範囲内となるように、制御信号に対して増加補正（ステップＳ３４）を行って、「補正・ホールドモード」を終了させる。一方、第一検知センサ１２Ａからの制御信号が適正範囲よりも低くないと判定された（ステップＳ３３においてＮＯ）場合、先のステップＳ３２において第一検知センサ１２Ａからの制御信号が適正範囲内ではない（ＮＯ）と判定されていることから、第一検知センサ１２Ａからの制御信号が適正範囲よりも高いと判断し、制御信号が適正範囲内となるように、制御信号に対して減少補正（ステップＳ３５）を行って、「補正・ホールドモード」を終了させる。

このように、「補正・ホールドモード」では、開始（ステップＳ３１においてモータ２８の駆動をホールド）した時点での、第一検知センサ１２Ａからの制御信号（前腕部２ａの回旋位置）を、後述する「動作モード」における原点信号（前腕部２ａの回旋原点）として、自動的に補正することができる。また、「補正・ホールドモード」では、ステップＳ３１の処理によって、モータ２８の駆動をホールドすることができる。

「補正・ホールドモード」によって、第一検知センサ１２Ａからの制御信号に対する補正が完了したら、「モード変更」を行う。「モード変更」は、装着部材１１が装着されている部位で後述する閾値以上の加速度が作用するように、前腕部２ａを回旋させずに、前腕部２ａを振ったり振動させたりするように動かすことにより行う。本実施形態の加速度を検知する第二検知センサ１２Ｂは、三方向の加速度を検知することができるため、前腕部２ａを何れの方向へ動かしても良い。また、「モード変更」は、割込みルーチンである。この「モード変更」は、図８に示すように、第二検知センサ１２Ｂからの制御信号が、予め設定されている閾値を超えるまで待機している（ステップＳ４１においてＮＯ）。

そして、第二検知センサ１２Ｂからの制御信号が閾値を超える（ステップＳ４１においてＹＥＳ）と、現在のモードが「動作モード」であるか否かが判定される（ステップＳ４２）。電動義手２０の電源スイッチをＯＮにした当初は、「補正・ホールドモード」となっているため、現在のモードが「動作モード」ではないと判定され（ステップＳ４２においてＮＯ）、「補正・ホールドモード」から「動作モード」に切替える（ステップＳ４３）。その後、モータ２８の駆動のホールドを解除して（ステップＳ４４）、「モード変更」を終了させる。

一方、現在のモードが「動作モード」であると判定された（ステップＳ４２においてＹＥＳ）場合は、「動作モード」から「補正・ホールドモード」に切替えて（ステップＳ４５）、「モード変更」を終了させる。

このように、「モード変更」では、前腕部２ａに装着されている装着部材１１の部位に閾値以上の加速度を作用させることにより、「補正・ホールドモード」から「動作モード」、或は、「動作モード」から「補正・ホールドモード」、に変更させることができる。

「動作モード」では、前腕部２ａの表面形状（回旋位置）の変化を検知する第一検知センサ１２Ａからの制御信号に基づいて、把持装置２５のモータ２８を駆動させて一対の把持部２７を開閉動作させる。この「動作モード」としては、例えば、前腕部２ａの回旋範囲内において、中央の位置から外回旋（手の甲が体の前方へ向かう回旋）させると一対の把持部２７が開く方向にモータ２８を回転させ、中央の位置から内回旋（手の甲が体の後方へ向かう回旋）させると一対の把持部２７が閉じる方向にモータ２８を回転させる。

この「動作モード」において、前腕部２ａを内回旋させて、一対の把持部２７により「物」を把持させた状態で、前腕部２ａに閾値以上の加速度を作用させると、「モード変更」により「動作モード」から「補正・ホールドモード」に変更される。「補正・ホールドモード」に変更されると、モータ２８の駆動がホールドされ、前腕部２ａを回旋させても、一対の把持部２７は動くことはなく、「物」を把持した状態で維持される。これにより、前腕部２ａやその他の身体等を使って、一対の把持部２７に把持させた「物」を自由に移動させることができる。把持させた「物」を放す場合は、もう一度、前腕部２ａに閾値以上の加速度を作用させると、「補正・ホールドモード」から「動作モード」に変更されると共に、モータ２８の駆動のホールドが解除される。その後、前腕部２ａを外回旋させることにより、一対の把持部２７を開かせて「物」を放すことができる。

このように、本実施形態の人体検知装置１０では、人体の関節間としてのひじ肘関節３と手関節の間（前腕部２ａ）に装着部材１１を装着することで、互いに異なる動きを検知する第一検知センサ１２Ａと第二検知センサ１２Ｂを、当該関節間に取付けている。そして、装着部材１１を装着している前腕部２ａの表面形状を変化させると、第一検知センサ１２Ａのみがその動きを検知し、前腕部２ａに加速度を作用させると、第二検知センサ１２Ｂのみがその動きを検知することとなり、第一検知センサ１２Ａと第二検知センサ１２Ｂとによって、前腕部２ａにおける互いに異なる動きを確実に検知することができる。従って、装着部材１１を装着している前腕部２ａにおいて、特定の動きに対応している検知センサ１２のみがその動き検知して出力部１３から制御対象としての電動義手２０へ制御信号を出力するため、他の検知センサ１２が誤検知することはなく、誤検知による電動義手２０の誤動作を低減させることができる。

また、前腕部２ａに、第一検知センサ１２Ａと第二検知センサ１２Ｂとが取付けられている装着部材１１を装着することで、異なる二つの制御信号を出力することができるため、従来の技術とは異なり、装着部材１１を装着していない反対側の腕等の部位を用いて別の制御信号を出力するスイッチを操作する必要がない。従って、装着部材１１を装着した前腕部２ａのみで電動義手２０に対して入力操作を行うことができるため、人体における他の部位を自由に使用することができる。

また、第一検知センサ１２Ａ及び第二検知センサ１２Ｂによって、装着部材１１を装着している前腕部２ａにおける人体の動きを検知しているため、表面筋電位を検知する従来の技術とは異なり、筋肉があれば容易に動かすことができ、使用者の操作に対する意思（動き）を確実に検知することができる。従って、電動義手２０に対して簡単に入力操作を行うことができ、入力操作の習熟に必要な訓練期間を短縮することができる。

更に、装着部材１１を、粘着部１１ｂによって前腕部２ａの表面に貼付けて装着しているため、例えば、帯状の装着部材を人体に巻き付けて装着する場合と比較して、前腕部２ａの表面に対して装着部材１１が移動することはない。従って、前腕部２ａの表面に対する検知センサ１２の位置ズレを防止することができ、人体の動きを確実に検知させることができる。また、検知センサ１２の位置ズレを防止することができるため、位置ズレによる誤検知を抑制することができ、電動義手２０の誤動作を低減させることができる。

また、粘着部１１ｂを前腕部２ａの表面に貼付けることで装着部材１１を装着するようにしているため、例えば、装着部材を帯状の部材として、面ファスナーやバックルを用いて装着するようにした場合と比較して、片手でも装着部材１１を前腕部２ａの表面に貼付けることができる。

更に、装着部材１１では、第一検知センサ１２Ａと粘着部１１ｂとの間に、第一シート１１ｄ、第二シート１１ｅ、及び第三シート１１ｆ等の複数のシートを有しているため、粘着部１１ｂに対して第一検知センサ１２Ａやベース部１１ａが強力に貼付くのを抑制することができる。従って、第一検知センサ１２Ａが故障した時や、装着部材１１を洗浄する時に、粘着部１１ｂを容易に剥がすことができる。なお、粘着部１１ｂは人体に貼付けられることから汚れ易いため、粘着部１１ｂを二層（二重）としても良い。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。

例えば、上記の実施形態では、前腕部２ａの回旋による形状変化を第一検知センサ１２Ａにより検知させる例を示したが、これに限定するものではなく、装着部材１１が装着された部位の筋肉の伸長・収縮による形状変化を検知させるようにしても良い。

また、上記の実施形態では、検知センサ１２からの検知信号を、出力部１３の変換回路１３ｂによって制御信号に変換して出力する例を示したが、これに限定するものではなく、検知センサ１２からの検知信号を変換せずにそのままの状態で制御信号として出力させる出力部としても良い。

また、上記の実施形態では、複数の検知センサ１２として、歪センサからなる第一検知センサ１２Ａと、加速度センサからなる第二検知センサ１２Ｂとを示したが、これに限定するものではなく、検知センサ１２として、感圧センサ、ジャイロセンサ（ジャイロスコープ）、ポテンショメータ、光学センサ、振動センサ、等を用いても良い。

更に、上記の実施形態では、補正・ホールドモードにおいて、第一検知センサ１２Ａからの制御信号を補正する例を示したが、これに限定するものではなく、モータ２８を駆動する電圧を判定して、その電圧を補正するようにしても良い。

また、上記の実施形態では、人体検知装置１０を電動義手２０に適用した例を示したが、これに限定するものではなく、電動義足、パワーアシストスーツ、車椅子、工具、介護装置、パーソナルコンピュータ、等に適用しても良い。また、上記の実施形態では、人体検知装置１０の装着部材１１を、前腕部２ａに装着する例を示したが、これに限定するものではなく、人体の関節間として、肩関節とひじ関節の間、手関節よりも手先側、股関節とひざ関節との間、ひざ関節と足関節との間、足関節よりも足先側、肩関節と股関節の間、首（頸椎）よりも頭側、胴体、等に装着しても良い。

１ 人体
２ 関節間
２ａ 前腕部
３ ひじ関節
１０ 人体検知装置
１１ 装着部材
１１ａ ベース部
１１ｂ 粘着部
１１ｃ サポート部
１１ｄ 第一シート
１１ｅ 第二シート
１１ｆ 第三シート
１２ 検知センサ
１２Ａ 第一検知センサ
１２Ｂ 第二検知センサ
１２ａ センサ本体
１２ｂ リード線
１２ｃ 被覆管
１２ｄ 被覆部
１２ｅ リード線
１３ 出力部
１３ａ センサ駆動回路
１３ｂ 変換回路
１３ｃ 増幅回路
１３ｄ フィルタ回路
１３ｅ 演算回路
２０ 電動義手
２１ 義手取付部材
２５ 把持装置
２６ 本体部
２７ 把持部
２８ モータ
３０ 制御装置
３１ 制御部
３２ 記憶部
３３ モータ駆動部

Claims (3)

1. 人体における関節間に装着される装着部材と、
   該装着部材に取付けられており、人体における該装着部材が装着されている部位において互いに異なる動きを夫々検知する複数の検知センサと、
   該複数の検知センサによる検知信号を、制御対象を制御するための制御信号に変換して出力する出力部と
   を具備していることを特徴とする人体検知装置。
2. 前記複数の検知センサは、
   前記装着部材が装着されている部位の人体表面の形状変化を検知する第一検知センサと、
   人体における前記装着部材が装着されている部位に作用する加速度又は角速度を検知する第二検知センサと、
   で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の人体検知装置。
3. 前記装着部材は、
   複数の前記検知センサが取付けられている可撓性を有したシート状のベース部と、
   該ベース部の一方の面に取付けられている人体表面に着脱可能に貼付けられるシート状の粘着部と
   を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の人体検知装置。
   

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