JP4433739B2 - 作業中ストレス評価装置および作業中ストレス評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、作業中ストレス評価装置及び作業中ストレス評価方法に関し、特に、被験者の顎の開閉を行う左右の咬筋の活動と独立した筋肉の活動によって行う対象作業中のストレスを判定する作業中ストレス評価装置及び作業中ストレス評価方法に関する。

一般に、心的な負担（ストレス）の測定方法としては、心電図、脳波などの生体情報を用いる方法がある。この種の生体情報を用いる方法は、被験者の統制を必要とする場合が多く、解析の都合上ある程度の時間を必要とするため、安静時のストレスの判定に用いられている（例えば、特許文献１など）。

ところで、人は、自動車などの運転時（作業時）には大きなストレスを受けることが多い。そのストレスは、人によって受ける場面も大きさも異なる。例えば、自動車の乗り心地や操縦性（操舵性）などが悪いと、力みを生じやすい。このような力みは、円滑な運転を妨げ事故の原因にもなる。

そのため、自動車などの開発・設計では、腕や足といった運転中に負荷が大きい箇所の筋肉の活動を示す筋電信号によって、生体情報の中でも計測が簡便で即応性の優れた筋電図を得て、運転中の被験者の人体にかかる負担を直接的に判定している。
特開平１１−１９０７５号公報

一般に、人がストレスを受けた精神的負担の状態では、不随意な過剰な筋肉の活動である「力み」が現れる。そのため、ストレスは、その筋肉の活動状態を測定することによって判定することが可能である。

しかし、従来の場合では、運転等の作業自体に大きくかかわる腕や足などの筋肉の活動を筋電図で得て、作業中の筋肉の運動を測定して人体の負担を判定していたけれども、筋電図を基に作業中の心的な負担（ストレス）を客観的に表す方法は知られていなかった。

また、腕や足などの作業中の筋肉の活動の筋電図では、自動車の運転などの作業による筋肉の活動の筋電信号とストレスによる筋肉の「力み」の筋電信号とが重畳されて得られるため、自動車の運転などの作業による筋肉の活動かストレスによる筋肉の活動かを判別することが困難であった。

また、筋電図以外の生体情報を用いる方法では、被験者に統制が必要な場合が多く、解析の都合上ある程度の記録時間が必要であるため、作業中のストレスを正しく再現・評価することが困難であった。

また、従来の自動車などの開発・設計では、乗り心地や操縦性（操舵性）といった心的な負担（ストレス）に関わる項目は被験者が感じた状態を主観的に言葉で表していたに過ぎず、客観的にストレスを判定することができなかった。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被験者の顎の開閉を行う咬筋にストレスによって生じる「力み」を定量的に測定して、自動車の運転などの作業中のストレスを客観的に判定することができる作業中ストレス判定装置及び作業中ストレス判定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、被験者の顎の開閉を行う左右の咬筋の活動と独立した筋肉の活動によって行う対象作業中の咬筋の筋電位を測定することによって作業中のストレスを評価する、作業中ストレス評価装置であって、作業時の咬筋の活動によって生じる、左右の咬筋のうちの少なくとも一方の咬筋の筋電位を検出する検出センサと、検出センサによって検出された筋電位を増幅するアンプと、増幅された咬筋の筋電位の時系列データから、咬筋の筋電位の強度情報を算出する筋電データ処理部と、前記対象作業中の被験者の頭部に作用する外力のレベルを判定する外力レベル判定手段と、前記咬筋の筋電位の強度情報を、前記外力レベル判定手段によって判定された外力レベルによって規格化した筋電位の強度情報を用いて作業中のストレスの強度を評価する評価部と、を備えたことを特徴とする作業中ストレス評価装置を提供するものである。

本発明における前記外力レベル判定手段は、頭部の姿勢保持のために活動する筋肉の筋電位の強度情報を用いて頭部に作用する外力のレベルを判定することが好ましい。

また、前記対象作業は、所定の対象物を処理することで前記対象物に挙動を与え、この挙動に起因して被験者の頭部に外力が作用するものであり、前記外力レベル判定手段は、前記対象作業によって処理された対象物の挙動を表す測定された物理量を用いて、頭部に作用する外力のレベルを判定することが好ましい。

本発明による作業中ストレス評価装置の前記対象作業としては、被験者の行う車両の操舵が挙げられる。

また、本発明は、被験者の顎の開閉を行う左右の咬筋の活動と独立した筋肉の活動によって行う対象作業中の咬筋の筋電位を測定することによって、作業中のストレスを評価する作業中ストレス評価方法であって、作業時の咬筋の活動によって生じる、左右の咬筋のうちの少なくとも一方の咬筋の筋電位を検出し、増幅する筋電位測定ステップと、測定された咬筋の筋電位の時系列データを処理して、咬筋の筋電位の強度情報を算出する処理ステップと、前記対象作業中の被験者の頭部に作用する外力のレベルを判定する判定ステップと、前記咬筋の筋電位の強度情報を、判定ステップにおいて判定された外力レベルによって規格化した筋電位の強度情報を用いて作業中のストレスの強度を評価する評価ステップと、を有することを特徴とする作業中ストレス評価方法を提供するものである。

本発明によれば、被験者の顎の開閉を行う左右の咬筋の活動と独立した筋肉の活動によって行う対象作業中のストレスを、作業中の咬筋の筋電位から評価することができる。
そのため、本発明によれば、例えば、被験者がドライバとして車両を操舵作業中、車両の乗り心地や操縦性（操舵性）といった精神的負担となって現れる項目を定量的に表し、客観的に操舵中作業中のストレスを判定することができる。

以下、本発明の作業中ストレス評価装置および作業中ストレス評価方法について、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、本発明の作業中ストレス評価装置を、被験者であるドライバの行う車両の操舵作業に適用した、操舵ストレス評価装置（以降、評価装置とする）１０の概略の構成図である。
評価装置１０は、車両を運転するドライバの車両操舵時のストレスを評価する装置で、ドライバの左右のうち一方の咬筋、または左右それぞれの咬筋の時系列の筋電位を検出する検出センサユニット１２、検出センサユニット１２で検出された筋電位を増幅するアンプ１６、増幅された咬筋の筋電位の時系列データと、頭部に作用する外力のレベルを用い、操舵時のストレスを評価する処理ユニット２０とを有して構成されている。

一般に、対象作業中の作業者（被験者）は、対象作業によって頭部に外力が作用すると、姿勢保持のために頭部を支持する筋を収縮して力を発生させる。上記外力のレベルとは、この時、作業者が姿勢を保持するための力のレベルに相当し、この時発生する頭部を支持する筋の筋電位を用いてレベルを判定することができる。
また、例えば、対象作業が車両の操舵など、所定の対象物を処理することでこの対象物に挙動を与えるものであり、この挙動が起因となって対象作業中の作業者の頭部に外力が作用する場合、この対象物（例えば車両）の挙動を特徴付ける物理量を用いてレベルを判定することができる（外力のレベルの判定については、後に詳述する）。

検出センサユニット１２は、ドライバの左右のうち一方の咬筋、または左右それぞれの咬筋の筋電位を検出するセンサである。図２は検出センサユニット１２のドライバへの取り付けを説明する図である。検出センサユニット１２は、５ｍｍ程度離して配置する電極１２ａ、１２ｂと、基準電位をとるアース電極１２ｃとで構成される。図２に示すように、顔面Ｆの咬筋Ｘ（破線で囲まれた部分）の上部の皮膚に電極１２ａ、１２ｂを貼付するとともに、耳たぶにアース電源１２ｃを貼付する。これらの電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃとしては、例えば、Ａｇ／ＡｇＣｌ皿型電極、Ａｇ電極、ステンレス電極などが挙げられる。
ここで、ドライバの皮膚表面への貼り付けは、電極の表面をスクラブで削り、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、望ましくは５ｋΩ以下になるまで汚れを落とすことが好ましい。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。

電極１２ｃ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１２ａ、１２ｂによる測定を正確に行うために設けられる。図２では、左右の咬筋のうち、右側の咬筋の筋電位の測定における検出センサユニットの貼り付けを示している。左側の咬筋の筋電位を測定する場合も、右側と同様に検出センサユニットを貼り付ければよい。
なお、アンプ１６に接続された電極１２ｃは、アンプ１６を介してアースされる。アンプ１６は、検出センサ１２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。

ここで、咬筋は、顔の側面にある大きな筋で、側頭筋と共に咀嚼筋と呼ばれ顎の閉じ動作、例えば、咀嚼や発話を行う動作に作用する。そのため、咬筋は通常、腕や足などの筋肉を使用して行う自動車の運転などの作業に伴って活動しない。ところが、被験者にストレスが生じた場合、被験者は無意識に、ストレスによる「噛み締め」を行い、咬筋は強い活動を行う。本実施形態の評価装置１０は、咬筋の筋電位を計測してドライバの「噛み締め」の強度を評価することで、ドライバにかかるストレスの強度を評価するものである。

処理ユニット２０は、アンプ１６から出力された咬筋の筋電位の時系列データに所望の処理を行い、咬筋の筋電位の滑らかな時系列波形（以降、筋電位波形とする）を生成し、この筋電位波形から、所定の時間領域における咬筋の筋電位の強度情報である筋電強度（筋電強度については後に詳述する）を算出する筋電データ処理部２２と、別途測定された作業者の頭部に作用する外力のレベルに対応するデータである外力対応物理量のデータから、対象作業中の被験者の頭部に作用する外力のレベルを判定する外力レベル判定部２４と、筋電データ処理部２２で算出された筋電強度を、外力レベル判定部２４で判定された外力のレベルで規格化する規格化部２６と、規格化した筋電強度を用いて、作業時のストレスの程度を評価する評価部２８とを有し、この他、上記各部分の動作の制御、管理を行うＣＰＵ３０と、上記各部分で得られたデータや演算結果を記憶するメモリ３２、および各部での処理結果や評価結果を出力するモニタ３４とを有して構成されている。外力対応物理量については後に詳述する。

処理ユニット２０は、上記各部分が専用回路等で構成された専用装置の形態であってもよいし、上記各部分がそれぞれプログラムを実行することで機能する、コンピューター上に構成された形態であってもよい。

筋電データ処理部２２は、後述の、ドライバの車両操舵時のストレス評価方法の第１の実施形態の場合、対象作業時の左右のうち一方の咬筋の筋電位の時系列データをサンプリングし、全波整流を行った後、平滑化処理を行い、筋電位波形を生成し、この筋電位波形から所定の時間領域における筋電強度を算出し出力する。
ここで、所定の時間領域における筋電強度とは、例えば、所定時間領域において算出する、筋電位波形のＲＭＳ（root means square）値（実効値）、積分値（ＩＥＭＧ（Integrated Electromyogram））等をいう。

また、後述の、ドライバの車両操舵時ストレス評価方法の第２の実施形態の場合、左右それぞれの咬筋の筋電位の時系列データをサンプリングし、左右それぞれの咬筋の時系列データに全波整流を行った後、平滑化処理を行い、左右それぞれの咬筋の滑らかな筋電位波形を生成し、この左右の咬筋の筋電位波形から、所定の時間領域における同時収縮波形を生成し、この同時収縮波形から同時収縮強度を算出する。
ここで述べられる同時収縮波形とは、同時刻における左右それぞれの咬筋の筋電位の値の幾何平均の値をとって得られた波形、または同時刻における左右それぞれの咬筋の筋電位の値のうち、小さい方の値を選択して生成される波形のことをいう。

外力レベル判定部２４は、運転中のドライバの頭部にかかる外力のレベルを判定する部分である。
ここで、外力のレベルの判定とは、具体的には、入力された外力対応物理量（外力対応物理量については後に詳述する）である車両に対して横方向の加速度（以降、横加速度とする）の時系列データに全波整流を行った後、平滑化処理を行い、外力対応物理量（横加速度）の滑らかな時系列波形（以降、外力対応物理量波形とする。）を生成する。この後、この外力対応物理量波形の所定の時間領域におけるＲＭＳ値（または積分値等）である、外力対応物理量強度を算出し、この外力対応物理量強度を外力のレベルとして設定することをいう。
この外力対応物理量である横加速度の計測は、車両のコンソール部に固定された、図示しないセンサとアンプ等によって行われ、この測定データが外力レベル判定部２４に入力される。

運転中、すなわちドライバが車両の座席に着座している状態で車両が運動すると、ドライバの身体は座席を介して車両から力を受け、車両と一体となって運動する。
ところで頭部は、運転中は複数の筋肉（側頭筋、胸鎖乳突筋、僧帽筋および咬筋等が挙げられる。）によって身体に対して略一定の位置および角度に保持され姿勢が保たれている。ドライバがハンドルを操舵して車両の挙動を変化させた場合、ドライバは頭部に加速度を受ける。このとき、これらの筋肉それぞれが頭部と身体（ボディ）の位置関係を保とうとする方向に収縮・弛緩すること、すなわち姿勢保持の為の筋活動を行うことによって、頭部は外力に抗して姿勢保持される。
外力対応物理量とは、間接的に、頭部にかかる外力のレベルを推察できる物理量のことであり、本実施形態の場合は、外力対応物理量としては、車両の運動を特徴づける物理量、ドライバの身体の運動を特徴づける物理量、ドライバの頭部の運動を特徴づける物理量、頭部の姿勢保持のために活動するドライバの筋肉の活動強度、などが挙げられる。上述の、車両に対して横方向の加速度は外力対応物理量といえる。

図３（ａ）および（ｂ）は、被験者がヘルメットを被り、所定の時間このヘルメットに被験者の横方向に外力を加えた際の胸鎖乳突安筋の筋電強度（ＲＭＳ値）を示すグラフである。図３（ａ）は、被験者の右側、すなわち被験者の首を右側に傾ける方向に力を加えた場合の、左右それぞれの胸鎖乳突筋の活動を示すグラフで、図３（ｂ）は、被験者の左側、すなわち被験者の首を左側に傾ける方向に力を加えた場合の、胸鎖乳突筋の活動を示すグラフである。

図３（ａ）および（ｂ）に示すグラフから、外力が大きくなるほど、首を傾けようとする側と反対側の筋肉の筋電位強度が大きくなっている。これは、首を傾けようとする側と反対側の胸鎖乳突筋が、頭部を傾けまいとする様に収縮し、外力と対応して姿勢保持のために活動していることを示している。このことから、胸鎖乳突筋の筋電強度、特に頭部にかかる力の方向とは反対側の胸鎖乳突筋の筋電強度は、ヘルメットに作用する外力の大きさに対応しており，外力対応物理量であることが確認できる。本発明では、胸鎖乳突筋のように頭部の姿勢保持に作用する筋肉の筋電強度を用い、頭部に作用する外力の大きさを表すことが出来る。

本発明において外力対応物理量は、頭部にかかる外力のレベルを推察できる物理量であればよく、外力対応物理量としては、他にも車両の運動を特徴づける物理量である、車両のヨー角度、スリップ角度の値などが挙げられる。また、車両のハンドルを操舵するときの操舵トルク、さらにこの操舵トルクに操舵角速度を乗算した操舵仕事量などが挙げられる。また、運転中のドライバの頭部の姿勢保持のために活動する筋肉である、咬筋、側頭筋、胸鎖乳突筋、僧帽筋、などの筋電位の時系列データ等も挙げられる。
また、モーションキャプチャーなどの手法により、ドライバの頭部の運動を直接測定し、ドライバの頭部の運動を表す物理量を外力対応物理量としてもよく、外力対応物理量、外力レベルの判定手段は特に限定されない。

規格化部２６は、筋電データ処理部２２から出力された所定の時間領域における筋電強度を、外力レベル判定部２４から出力された、筋電強度の算出において設定された時間領域と同じ時間領域における外力対応物理量強度で除算等により規格化して、規格化した筋電強度の情報を評価部２８に出力する部分である。

評価部２８は、例えば、規格化した筋電強度の値を、作業者の作業時のストレス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作業者にかかる作業時のストレスの高低を評価する。
このような評価結果は、筋電位波形、筋電強度などとともにモニタ３４に送られ表示に供される。

このような評価装置１０で行われる作業中ストレスの評価方法について、この作業中ストレス評価方法の一実施形態である、車両操舵時のストレス評価方法を一例として具体的に説明する。
図４は、評価装置１０を用いて行われる、車両操舵時のストレス評価方法の第１の実施形態を説明するフローチャートである。
この車両操舵時のストレス評価方法の第１の実施形態では、車両操舵時のドライバの左右の咬筋の時系列の筋電位のデータを測定し、所定の車両走行時間領域における筋電強度を求める。また、外力対応物理量である車両の時系列の横加速度を測定し、所定の車両走行時間領域における外力対応物理量強度を求める。車両操舵時のストレス評価方法の第１の実施形態では、この所定の車両走行時間領域における筋電強度を、所定の車両走行時間領域における外力対応物理量強度によって除すことで規格化して、この規格化した筋電情報を用いて、車両操舵時のドライバのストレス評価を行う。

このような、車両操舵時のストレス評価方法の第１の実施形態では、図４に示すように、まず、被験者であるドライバに、図１および図２に示すように検出センサユニット１２が貼り付けられ、ドライバによる車両の運転が開始されてドライバの操舵が行われ、ドライバの左右いずれかの咬筋の筋電位が常時測定される（ステップＳ１００）。
この筋電位の測定では、検出センサユニット１２によってドライバの操舵時の咬筋の筋電位が取得され、アンプ１６で増幅されて、咬筋の筋電位の時系列データが処理装置２０の筋電データ処理部２２に出力される。

筋電データ処理部２２では、取得された咬筋の筋電位の時系列データが、整流化および平滑化されて筋電位波形が生成され、この筋電位波形から所定の車両走行区間に対応する所定の時間領域における筋電強度が算出される（ステップＳ１０２）。

具体的には、検出センサユニット１２で測定され、アンプ１６で増幅された咬筋の筋電位の時系列データが整流化され、値が全て０以上となった信号波形が生成された後、ローパスフィルタリング処理によって平滑化されて雑音成分の少ない滑らかな筋電位波形が得られる。筋電データ処理部２２ではこの後、この筋電位波形から、筋電強度である所定の走行区間に対応する所定の時間領域における筋電位波形のＲＭＳ（root means square）値（実効値）が算出される。

一方、車両運転時には、外力対応物理量である車両の横加速度の時系列データが測定される（ステップＳ１０４）。
この際、車両の横加速度は、車両のコンソール部に取り付けられた加速度ピックアップによって測定され、車両に搭載されたデータロガー等の記録装置に記録される。
また、外力対応物理量として、運転者の姿勢保持に用いられる筋肉の筋電位を測定する場合、咬筋の筋電位を測定する際に用いる、上述の図２に示す検出センサユニット１２およびアンプ１６を用い、検出センサユニット１２の電極１２ａおよび１２ｂを、測定したい筋肉を覆う皮膚の表面に貼り付けて筋電位を測定し、車両に搭載したデータロガー等の記録装置に記録すればよい。

次に、測定された外力対応物理量の時系列データが、評価装置１０の外力レベル判定部２４に供給されて、外力レベル判定部２４において、外力のレベルが判定される。
具体的には、測定された外力対応物理量である横加速度の時系列データに、上述の筋電位の時系列データと同様に整流化、平滑化処理が行われて外力対応物理量波形が生成された後、外力対応物理量強度である、この外力対応物理量波形の所定の時間領域におけるＲＭＳ（root means square）値（実効値）が算出され、この値が外力レベルとして設定される（ステップＳ１０６）。

次に、規格化部２６において、ステップＳ１０２で求められた、所定の時間領域における筋電強度を、ステップＳ１０６で求められた所定の時間領域における外力対応物理量強度（外力レベル）を用いて規格化し、規格化した筋電強度が評価部２８に出力される（ステップＳ１０８）。評価部２８では、ドライバの操舵のストレスを段階的に評価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ストレス度の程度が評価され、評価結果がモニタ３４に出力される（ステップＳ１１０）。

本発明による、ドライバの操舵作業におけるストレスの評価方法の第１の実施形態は以上のようなものである。
車の運転において、ドライバの咬筋は頭部に作用する外力に対し姿勢を保持するためにも活動するため、咬筋の筋電位はこの姿勢保持における活動による筋電位を含んで測定される。本発明による第１の実施形態では、外力のレベル（外力対応物理量強度）により規格化した筋電強度を用いることで、姿勢保持における咬筋の活動の影響の少ない状態で、ストレスに起因する噛み締めによる咬筋の筋電強度を評価することができる。

ところで、ストレスによる噛み締めでは左右両側の咬筋が同時に活動する。このため、ドライバにストレスがかかった場合、左右どちらの咬筋の筋電位も高くなる。
一方、姿勢保持のための咬筋の活動では、左右の咬筋はそれぞれ独立して活動するため、図３において胸鎖乳突筋で例示されるように、左右のうち一方の咬筋の筋電位のみが高くなる。
このことから、上述の同時収縮強度を用いることで、姿勢保持における咬筋の活動の影響の少ない状態で、ストレスに起因する噛み締めによる咬筋の筋電強度を評価することができる。

このような、運転中のドライバのストレス評価方法の第２の実施形態について以下に説明する。
図５は、評価装置１０を用いて行われる、車両操舵時のストレス評価方法の第２の実施形態を説明するフローチャートである。
この車両操舵時のストレス評価方法の第２の実施形態では、車両操舵時のドライバの左右の咬筋の時系列の筋電位のデータを測定し、車両操舵時の所定の時間領域における同時収縮強度を求め、この同時収縮強度を用いて、車両操舵時のドライバのストレス評価を行う。

このような、車両操舵時のストレス評価方法の第２の実施形態では、図５に示すように、まず、第１の実施形態と同様に、被験者であるドライバにセンサユニット１２が取り付けられた状態で、このドライバにより車両の運転が開始され、車両の操舵が行われ、ドライバの左右いずれかの咬筋の筋電位が常時測定されて、検出センサユニット１２によってドライバの操舵時の咬筋の筋電位の時系列データが取得される（ステップＳ２００）。
この筋電位の測定では、検出センサユニット１２によってドライバの操舵時の左右それぞれの咬筋の筋電位が取得され、アンプ１６で増幅されて、左右それぞれの咬筋の筋電位の時系列データが処理装置２０の筋電データ処理部２２に出力される。

筋電データ処理部２２では、取得された左右それぞれの咬筋の筋電位の時系列データが、整流化および平滑化されて左右それぞれの筋電位波形が生成される。この後、この筋電位波形の、同時刻における左右それぞれの咬筋の筋電位の値の幾何平均の値をとることで同時収縮波形が生成され、この同時収縮波形の一定時間毎のＲＭＳ値である同時収縮強度が算出される（ステップＳ２０２）。

本発明では、同時収縮波形として、上述のように、同時刻における左右それぞれの咬筋の筋電位の値のうち、小さい方の値を選択して生成される波形を用い、この同時収縮波形のＲＭＳ値を求めることで、所定の時間領域における同時収縮強度を算出してもよい。このような同時収縮波形の生成、および同時収縮強度の算出の具体的方法の一例が、本願出願人による出願である特願２００２−２１２６８３号に記載されている。この特願２００２−２１２６８３号では、被験者の左右の三角筋の場合について同期的収縮波形（同時収縮波形）を生成し、この同期的収縮波形から算出された同期的収縮波形の強度情報（同時収縮強度）から、作業者の作業快適性を評価している。本発明による咬筋の筋電位の処理も、この発明の三角筋の筋電位の処理と同様に行えばよい。

第２の実施形態においては、算出された同時収縮強度は、規格化部２６において何の処理も施されず評価部２８に出力され、評価部２８において、ドライバの操舵のストレスを段階的に評価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ストレスの程度が評価される（ステップＳ２０４）。

本発明の第２の実施形態では、同時収縮強度を用いることにより、噛み締めによって左右双方の咬筋が同時に活動する際の筋電強度を評価することができる。これにより、第１の実施形態のように、頭部に作用する外力のレベルによる規格化を行わなくても、姿勢保持のための活動の影響が少ない状態で作業時のストレスを評価することができる。
しかし、同時収縮強度は、左右それぞれが独立して活動する際の筋電位の強度情報が完全に除去されているわけではない。そのため、ストレスによる噛み締めに起因する筋電位強度をより高精度に求めるならば、同時収縮強度を頭部に作用する外力のレベルで規格化することが好ましい。

本発明によると、車両操舵時のストレス評価方法の第３の実施形態として、同時収縮強度を頭部に作用する外力のレベルで規格化することで、被験者のストレスをより高精度に評価することが可能である。このようなストレスの評価方法の第３の実施形態は以下のように実施される。

図６は、評価装置１０を用いて行われる、車両操舵時のストレス評価方法の第３の実施形態を説明するフローチャートである。
まず、第２の実施形態のステップＳ２００と同様に、ドライバによって車両が運転され、運転中のドライバの左右の咬筋の時系列の筋電データが測定され（ステップＳ３００）、第２の実施形態のステップＳ２０２と同様に左右の時系列の筋電データから、左右の咬筋の同時収縮強度が算出される（ステップＳ３０２）。
一方、車両運転時には、第１の実施形態のステップＳ１０４と同様に外力対応物理量の時系列データが測定され（ステップＳ３０４）、この外力対応物理量の時系列データから、第１の実施形態のステップＳ１０６と同様に外力のレベルが設定される（ステップＳ３０６）。次に、規格化部２６において、ステップＳ３０２で算出された同時収縮強度がステップＳ３０６で設定された外力のレベルで除されて規格化され（ステップＳ３０８）、この規格化された同時収縮強度を用いて、第２の実施形態のステップＳ２０４と同様にドライバの作業中のストレスが評価される（ステップＳ３１０）。このようにすることで、被験者の作業中の外力の影響が更に除かれた条件で、被験者の咬筋のストレスによる筋電位を評価でき、被験者のストレスをより高精度に評価することが出来る。

本発明の第１の実施形態、第２の実施形態、および第３の実施形態における咬筋の筋電データの処理方法では、測定された筋電位の時系データを整流化して得られた時系列波形を、予め測定されて記録保持されている最大筋電位を用いてそれぞれ規格化して指数（Ｉｎｄｅｘ）を算出する第１の規格化を行い、この第１の規格化によって得られた規格化筋電位波形を生成し、この規格化筋電位波形を筋電位波形として用いて、ストレス評価を行ってもよい。
最大筋電位を用いて筋電位の時系列データの規格化（第１の規格化）を行うことで、検出センサユニット１２を貼り付けるたびに変動する電極１２ａ、１２ｂの電気抵抗の影響を少なくすることが出来る。
電極１２ａ、１２ｂを複数回貼り付ける場合において、より高精度にストレスを評価する場合、規格化筋電位波形を筋電位波形として用いることが好ましい。

また、本発明の第１の実施形態、第２の実施形態、および第３の実施形態では、左右のうち一方、または左右それぞれの咬筋の時系列の筋電位のデータから、所定の時間領域における筋電強度または同時収縮強度を算出している。
本発明では、例えば、対象作業中の対象作業と独立して咬筋を用いた所望の作業を撮影した動画像データや、作業中の発話を録音した音声データから、対象作業と独立して咬筋を用いた所望の作業動作を認識することにより、所定の時間領域から、被験者が咀嚼や会話などの対象作業と独立して咬筋を用いた所望の作業を行った時間領域を除いた時間領域で、筋電強度または同時収縮強度を算出しても構わない。
筋電位の測定において、被験者が咀嚼や会話などの対象作業と独立して咬筋を用いた所望の作業を行う可能性がある場合、被験者が咀嚼や会話などの対象作業と独立して咬筋を用いた所望の作業を行った時間領域を除いた時間領域で、筋電強度または同時収縮強度を算出することにより、対象作業におけるストレスを高精度に評価することが可能である。

以下に、本発明による評価装置１０を用いて行われた、上記車両運転中のストレス評価方法の第１の実施形態によるストレス評価例である、異なる車両特性の車両操舵における、車両特性毎のドライバの操舵時のストレスの比較実験の結果を示す。

図７は、本実施例において車両の走行するコースの概略図である。本実施例では評価方法として、レーンチェンジ区間を進入前（Ｉ１）・切り始め（Ｉ２）・切り返し（Ｉ３）・修正操舵（Ｉ４）の四つに分割し、このコースを一定速度で走行するよう、被験者であるドライバに課題を定めた。

車両は、それぞれ異なる５つの車両特性の車両（Ｓ１〜Ｓ５）を設定した。この車両特性の相違は、装着するタイヤの種類および前後輪のタイヤ種類の組み合わせの相違によるものである。
本実施例では、ドライバＤ１およびＤ２の2人が、この５つの仕様の車両それぞれを運転し、前出の図７に示すコースを５回ずつ走行し、各走行毎の咬筋の時系列の筋電データおよび時系列の外力対応物理量データである、時系列の車両の横加速度のデータを測定した。そして、この測定によって得られた時系列の筋電データおよび時系列の車両の横加速度のデータから、筋電強度および外力対応物理量強度を算出し、筋電強度を外力対応物理強度で除することで筋電強度を規格化した値を求めた。

図８（ａ）および（ｂ）は、ドライバＤ１が区間Ｉ２およびＩ３を走行した際の規格化した筋電強度の値を、仕様Ｓ１〜Ｓ５のそれぞれの車両特性の車両を操舵した場合それぞれについて示すグラフである。図８（ａ）は区間Ｉ２について、図８（ｂ）は区間Ｉ３についての規格化した筋電強度の値を示す。
また、図９（ａ）および（ｂ）は、ドライバＤ２が区間Ｉ２およびＩ３を走行した際の規格化した筋電強度の値を、仕様Ｓ１〜Ｓ５のそれぞれの車両特性の車両を操舵した場合それぞれについて示すグラフである。図９（ａ）は区間Ｉ２について、図９（ｂ）は区間Ｉ３についての規格化した筋電強度の値を示す。
区間Ｉ２およびＩ３は、ドライバがハンドルを操舵して車両の進行方向を積極的に変更する区間であり、Ｉ1およびＩ４などの直進区間と比較して、操舵も難しく、ドライバのストレスも大きくなるであろうと推定される区間である。

図８および図９に示すグラフから分かるように、ハンドルを右に切る場合（区間Ｉ２）も左に切る場合（区間Ｉ３）も、規格化した筋電強度は、仕様Ｓ４およびＳ５を操舵した際に、他の仕様と比べて比較的大きくなっている。このことから、仕様Ｓ４およびＳ５の車両を運転した際にドライバの感じるストレスは大きくなっていると判定する。

次に、比較例として被験者であるドライバの官能値判断のサンプルを示す。
図１０（ａ）および（ｂ）は、各仕様ごとの区間Ｉ１〜Ｉ４を走行した際の、車両の操縦安定性（操舵安定性）の官能値を示すグラフである。このグラフからドライバＤ１およびＤ２ともに、車両の操縦安定性（操舵安定性）は仕様Ｓ４が最も低いと回答している。このことは、図８および図９で示す、仕様Ｓ４における走行時にはドライバに大きなストレスが掛かるという結果と一致する。

また図１１（ａ）および（ｂ）は、各仕様ごとの、走行時の車両の応答のシャープさの官能値を示すグラフである。このグラフから、ドライバＤ１およびＤ２ともに、車両の応答のシャープさはＥが最も低いと回答している。図８および図９で示す、仕様Ｓ５における走行時にはドライバに大きなストレスが掛かるという結果と一致する。

このことから、車両操舵中の咬筋の筋電強度を外力対応物理量強度で規格化した筋電強度を用いることで、車両の操舵におけるストレスの度合いが適切に評価されることがわかる。

上記例では、車両を運転し、ドライバが車両を運転する際のストレスを評価する例を説明したが、本発明では、ストレスの度合いを評価する対象作業は車両の運転に限定されるわけではなく、主に、咬筋以外の筋肉の活動によって行われる作業であればいずれの作業であってもよい。

以上、本発明の作業中ストレス評価装置および作業中ストレス評価方法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。

本発明の一実施形態である操舵ストレス評価装置の概略の構成図である。 図１に示す操舵ストレス評価装置の検出センサユニットのドライバへの取り付けを説明する図である。 （ａ）および（ｂ）は、被験者の頭部にかかる横方向の外力と胸鎖乳突筋の筋電強度との関係を示すグラフである。 図１に示す操舵ストレス評価装置を用いて行われる、車両操舵時のドライバのストレス評価方法の第１の実施形態を説明するフローチャートである。 図１に示す操舵ストレス評価装置を用いて行われる、車両操舵時のドライバのストレス評価方法の第２の実施形態を説明するフローチャートである。 図１に示す操舵ストレス評価装置を用いて行われる、車両操舵時のドライバのストレス評価方法の第３の実施形態を説明するフローチャートである。 本発明の実施例の１つである、車両特性毎のドライバの操舵時のストレス比較実験において車両の走行するコースの概略図である。 （ａ）および（ｂ）は、所定の走行区間を走行した際のドライバＤ１の規格化した筋電強度の値を、各車両特性毎に示すグラフである。 （ａ）および（ｂ）は、所定の走行区間を走行した際のドライバＤ２の規格化した筋電強度の値を、各車両特性毎に示すグラフである。 （ａ）および（ｂ）は、所定の走行区間を走行した際のドライバＤ１の車両操舵時の車両の操縦安定性の官能値を、各車両特性毎に示すグラフである。 （ａ）および（ｂ）は、所定の走行区間を走行した際のドライバＤ２の車両操舵時の車両の応答性シャープさの官能値を、各車両特性毎に示すグラフである。

符号の説明

１０ 操舵ストレス評価装置
１２ 検出センサユニット
１６ アンプ
２０ 処理ユニット
２２ 筋電データ処理部
２４ 外力レベル判定部
２６ 規格化部
２８ 評価部
３０ ＣＰＵ
３２ メモリ
３４ モニタ

Claims (5)

1. 被験者の顎の開閉を行う左右の咬筋の活動と独立した筋肉の活動によって行う対象作業中の咬筋の筋電位を測定することによって作業中のストレスを評価する、作業中ストレス評価装置であって、
   作業時の咬筋の活動によって生じる、左右の咬筋のうちの少なくとも一方の咬筋の筋電位を検出する検出センサと、検出センサによって検出された筋電位を増幅するアンプと、
   増幅された咬筋の筋電位の時系列データから、咬筋の筋電位の強度情報を算出する筋電データ処理部と、
   前記対象作業中の被験者の頭部に作用する外力のレベルを判定する外力レベル判定手段と、
   前記咬筋の筋電位の強度情報を、前記外力レベル判定手段によって判定された外力レベルによって規格化した筋電位の強度情報を用いて作業中のストレスの強度を評価する評価部と、を備えたことを特徴とする作業中ストレス評価装置。
2. 前記外力レベル判定手段は、頭部の姿勢保持のために活動する筋肉の筋電位の強度情報を用いて頭部に作用する外力のレベルを判定することを特徴とする請求項１記載の作業中ストレス評価装置。
3. 前記対象作業は、所定の対象物を処理することで前記対象物に挙動を与え、この挙動に起因して被験者の頭部に外力が作用するものであり、前記外力レベル判定手段は、前記対象作業によって処理された対象物の挙動を表す測定された物理量を用いて、頭部に作用する外力のレベルを判定することを特徴とする請求項１または２に記載の作業中ストレス評価装置。
4. 前記対象作業は、被験者の行う車両の操舵であることを特徴とする請求項３に記載の作業中ストレス評価装置。
5. 被験者の顎の開閉を行う左右の咬筋の活動と独立した筋肉の活動によって行う対象作業中の咬筋の筋電位を測定することによって、作業中のストレスを評価する、作業中ストレス評価方法であって、
   作業時の咬筋の活動によって生じる、左右の咬筋のうちの少なくとも一方の咬筋の筋電位を検出し、増幅する筋電位測定ステップと、
   測定された咬筋の筋電位の時系列データを処理して、咬筋の筋電位の強度情報を算出する処理ステップと、
   前記対象作業中の被験者の頭部に作用する外力のレベルを判定する判定ステップと、
   前記咬筋の筋電位の強度情報を、判定ステップにおいて判定された外力レベルによって規格化した筋電位の強度情報を用いて作業中のストレスの強度を評価する評価ステップと、を有することを特徴とする作業中ストレス評価方法。

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