JP4804784B2

JP4804784B2 - 電気刺激誘導装置

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Publication number: JP4804784B2
Application number: JP2005112517A
Authority: JP
Inventors: 太郎前田; 英由樹安藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2005-04-08
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2025-04-08
Also published as: JP2006288622A

Description

本発明は、前庭感覚への電気刺激を利用して身体の誘導を行う電気刺激誘導装置に関する。

従来、特許文献１に記載されているように、平衡感覚の受容器である前庭感覚への電気刺激を利用して身体の誘導を行う電気刺激誘導装置が知られている。この電気刺激誘導装置１０００の電気刺激による歩行の誘導は次のようなものである。
図９に示すように、装着者１の左耳の後ろに皮膚表面電極１００１ａを、右耳の後ろに皮膚表面電極１０００ｂを設置し、電気刺激誘導装置１０００の本体１００２からこれらの電極間に数ｍＡ程度の微弱な電流を流すと、陽極側に向かって装着者１の前庭感覚に加速度感を生じさせることができる。すなわち、装着者１の主観的な重力の方向が傾き、電流の向きと強さに応じて装着者１の重心が揺らいで左又は右へ体が泳ぐ。皮膚への刺激が無いので装着者１は自分の体が動いた後で気が付く。

このように左右方向への加速度感を生じさせることによって、立体動作の原点である鉛直方向感覚に傾きを生じさせることができ、これによって装着者１の立位姿勢は当人の意図的な応答によらず陽極側に傾く。この傾きを歩行中に生じさせると、図１０に示すように装着者１の歩行方向は陽極側に向かって曲がって行くことになる。すなわち、図１０に示すように、装着者１の左耳の後ろに設置した皮膚表面電極１００１ａを陽極、右耳の後ろに設置した皮膚表面電極１００１ｂを陰極として電流を流すと、装着者１は陽極側である左方向に向かって曲がって歩いていく。装着者１の左耳の後ろに設置した皮膚表面電極１００１ａを陰極、右耳の後ろに設置した皮膚表面電極１００１ｂを陽極として電流を流すと、装着者１は陽極側である右方向に向かって歩いて行く。

上記のようにして電気刺激誘導装置１０００の装着者１の歩行を誘導した事例を図１１に示す。図１１のグラフは、図１０のｚ軸の方向に向けて直進しているつもりで歩いている人間の腰の位置を歩行軌跡として上方からプロットしたものである。グラフの横軸は図１０のｚ軸方向すなわち前方への移動量、縦軸は図１０のｘ軸方向すなわち左右方向への移動量を表す。電流量は装着者１の左耳の後ろに設置する皮膚表面電極１００１ａを陽極、右耳の後ろに設置する皮膚表面電極１００１ｂを陰極とした場合をプラスの値、その逆の場合をマイナスの値で表し、電流量ごとに装着者１の歩行軌跡がプロットされている。各マークは０．５秒毎の位置を表し、電気刺激は横軸０の位置から開始した。

図１１によると、電流量がプラス側に大きくなるほど左方向への曲がり方が大きく、電流量がマイナス側に大きくなるほど右方向への曲がり方が大きくなっており、電流量に応じて装着者１の左右の加速度感の強さを制御できることを表している。この現象を利用して、装着者１の歩行を強制的な外力無しに再現性高く誘導することができる。

上記のような電気刺激において、装着者１の皮膚痛覚が刺激され痛みを感じる場合がある。このような皮膚痛覚刺激を抑制するには高周波の交流成分を抑制すればよいとされ、一般的にはローパスフィルタによって高周波数成分を抑制した刺激信号が用いられていた。以下、図１２を参照して、このような電気刺激を行う従来の電気刺激誘導装置２０００の構成を説明する。

従来の電気刺激誘導装置２０００は、電流指令値（アナログ電圧）を出力する電流指令値入力装置１０、この電圧に前処理を行って出力する前処理フィルタ部３０、前処理フィルタ部３０の出力電圧に従って１対の皮膚表面電極４４へ電流を出力する定電流発生・制御装置４０から構成される。なお、図９の本体１００２は、これらから定電流発生・制御装置４０に含まれる皮膚表面電極４４を除いた部分により構成されている。

電流指令値入力装置１０は、刺激目標の電流値を指示する電流指令値を前処理フィルタ部３０へ出力する。前処理フィルタ部３０のローパスフィルタ（ＬＰＦ）３１は、入力された電圧を徐々に増加させる。ゲイン調整器３２は、増幅率を調整する可変抵抗器が設けられ、入力された電圧を増幅率に従って増減して出力する。

定電流発生・制御装置４０の電源４１は、一定電流を出力する。電流検出器４２は、電源４１から電流調整器４３へ流れる電流量を検出し、検出した電流量に比例した電圧を比較器４５へ出力する。比較器４５は、電流検出器４２が出力する電圧と前処理フィルタ部３０が出力する電圧とを比較し、ハイレベル又はローレベルの電圧を出力する。例えば、電流検出器４２の出力する電圧が前処理フィルタ部３０の出力する電圧より小さい場合は、ハイレベルの電圧を出力し、そうでない場合はローレベルの電圧を出力する。電流調整器４３は、比較器４５からハイレベルの電圧が入力されたときは電流量を増加させ、ローレベルの電圧が入力されたときは電流量を減少させる。皮膚表面電極４４は、左耳の後ろに設置される皮膚表面電極１００１ａ及び右耳の後ろに設置される皮膚表面電極１００１ｂから構成され、電流調整器４３から出力された電流を装着者１に入力する。定電流発生・制御装置４０は上記のような構成により、実際に流れる電流量を測定して、前処理フィルタ部３０から入力される電圧に対応する電流量を達成するように電流供給を制御する。

電気刺激誘導装置が図１２に示すように構成される以前は、電流指令値入力装置１０が出力する電流指令値に合わせた定電流を定電流発生・制御装置４０において発生・制御し、皮膚表面電極４４を通じて装着者１に刺激を与える構成であった。これに対し、上記のように構成することにより、装着者１に入力される電流量は徐々に増加して電流指令値が示す電流量に到達するので、皮膚痛覚刺激が抑制される。
特開２００４−２５４７９０号公報

しかし、上記の技術によれば、周波数制限フィルタの一般的な特性上、刺激提示の要請が生じてから実際に刺激が効果を奏する値まで電流量が増大するには、大きな時間の遅れが生じていた。図１３の実線は、上述した従来の電気刺激誘導装置２０００により装着者１に入力される電流値を示す。また、一点鎖線は、電流指令値入力装置１０（図１２）が出力する電流指令値を直接、定電流発生・制御装置４０に入力した場合の電流波形である。電流指令値入力装置１０（図１２）が刺激入力開始時刻ｔ_０に刺激目標の電流値をＩ_０とする電流指令値を出力すると、前処理フィルタ部３０のローパスフィルタ３１（図１２）により電流刺激達成時刻ｔ_２までの間に徐々に電圧が上昇して一定値に到達する。この電圧はゲイン調整器３２の増幅率に従って増減して出力され、この電圧に対応する電流量が定電流発生・制御装置４０の皮膚表面電極４４（図１２）から装着者１に入力される。上記のような電流により装着者１の皮膚痛覚は刺激されないが、刺激が効果を奏するまでにｔ_０からｔ_２までの時間を要し、刺激提示のタイミングが大きく遅れることになる。このため、動いている最中の人の動作の誘導をリアルタイムに行うことは難しく、また、上記公開特許公報には複数の人を同時に誘導する技術が開示されていない。

そこで、本発明は、前庭感覚への電気刺激を利用して動いている最中の複数の人物の誘導をリアルタイムに行うことを可能にする電気刺激誘導装置を提供することを目的とする。

本発明の電気刺激誘導装置は、電流指令値入力装置と、皮膚表面電極を介した電気刺激によって前庭感覚を刺激する複数の前庭感覚刺激装置とを備えた電気刺激誘導装置において、前記電流指令値入力装置は、刺激目標の電流値を指示する電流指令値を前記前庭感覚刺激装置の夫々に対して供給し、各前記前庭感覚刺激装置は、当該前庭感覚刺激装置が装着される行動者の動作に基づく運動を検出し、検出した運動を示す信号と、予め定められている誘導内容に基づく運動を示す信号とを比較し、前記検出した運動が大きい場合には当該前庭感覚刺激装置に入力される前記電流指令値の絶対値が小さくなる信号を出力し、前記検出した運動が小さい場合には当該前庭感覚刺激装置に入力される前記電流指令値の絶対値が大きくなる信号を出力する運動センサと、前記運動センサから出力される信号に基づいて、前記電流指令値入力装置が供給する電流指令値を変更し、変更された電流指令値を新たな電流指令値にする減算器と、を有し、前記皮膚表面電極に供給する電流値を前記新たな電流指令値までローパスフィルタを用いて所定の時間内に変化させた場合における単位時間あたりの前記電流値の変化量の最大値と同じ変化量で、前記皮膚表面電極に供給する電流値を前記新たな電流指令値まで変化させることを特徴とする。

上記電気刺激誘導装置において、前記電流指令値入力装置は、前記電流指令値を一の人物の動作をセンサで検出し、検出した加速度の方向及び値に応じて作ることを特徴とする。
上記電気刺激誘導装置において、入力される音を示す信号の波形からリズム及び強度を検出し、検出したリズム及び強度に応じて前記電流指令値を作ることを特徴とする。

本発明によれば、電流指令値入力装置から同じ電流指令値を各前庭感覚刺激装置に対して入力し、各前記前庭感覚刺激装置は、電流の単位時間当たりの電流変化量を皮膚痛覚を刺激しない最大値またはそれを超えない近傍の値にしているため、誘導対象者に対して刺激を与えることなく、前庭感覚への電気刺激を利用して動いている最中の複数の人物の誘導をリアルタイムに行うことが可能になる。

本発明の各実施の形態において使用する前庭電気刺激装置について図１を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施の形態において用いる前庭電気刺激装置の構成を示すブロック図であり、前庭電気刺激装置１００は電流変化量制御装置２０と定電流発生・制御装置４０とから構成されている。図１に示す前庭電気刺激装置１００は、図１２に示した従来の前庭電気刺激装置とは前処理フィルタ部３０に代えて電流変化量制御装置２０を設けた点において異なっている。この電流変化量制御装置２０は、従来の図１２のローパスフィルタ３１による処理では刺激提示のタイミングが大きく遅れる問題を、周波数を基準とした処理ではなく、単位時間当たりの電流変化量を皮膚痛覚を刺激しない最大値またはそれを越えない近傍の値に抑える処理によって、皮膚痛覚刺激を生じさせることなく刺激が効果を奏するまでの時間の遅れを小さくするものである。なお、図１に示す電流変化量制御装置２０および定電流発生・制御装置４０の構成は一例であり、この構成に限定されるものではない。

電流変化量制御装置２０の定数値出力部２１は、一定電圧を出力する。ゲイン調整器２２は、増幅率を調整する可変抵抗器が設けられ、入力された電圧を増幅率に従って増減して出力する。この電圧は積分器２４において積分され電流量を指示する値として用いられるので、ゲイン調整器２２から出力され積分器２４に入力される電圧は単位時間当たりの電流変化量を指示する値となる。すなわち、ゲイン調整器２２の増幅率を調整することにより電流変化量を制御することができる。図１３のグラフにおいて刺激入力開始時刻ｔ_０における立ち上がり波形の電流変化量が皮膚痛覚を刺激しない最も単位時間あたりの電流量の変化の大きい部分であるので、ゲイン調整器２２が出力する電圧がこの電流変化量に対応する値となるように、ゲイン調整器２２の増幅率を設定する。

比較器２６は、電流指令値入力装置１０が出力する電圧と積分器２４が出力する電圧とを比較し、ハイレベル又はローレベルの電圧を出力する。例えば、積分器２４の出力する電圧が電流指令値入力装置１０の出力する電圧より小さい場合は、比較器２６はハイレベルの電圧を出力し、そうでない場合はローレベルの電圧を出力する。スイッチ２３は、比較器２６からハイレベルの電圧が入力されたときはスイッチ２３をオンにしてゲイン調整器２２の出力電圧を積分器２４へ入力させ、ローレベルの電圧が入力されたときはスイッチ２３をオフしてゲイン調整器２２の出力電圧を積分器２４へ入力させない。積分器２４は、ゲイン調整器２２が出力する電圧を積分して出力する。すなわち、積分器２４の出力電圧は時間に比例して上昇し、電流指令値に等しい値まで上昇すると、以後、その値を維持する。

ゲイン調整器２５は、増幅率を調整する可変抵抗器が設けられ、入力された電圧を増幅率に従って増減して出力する。電流指令値に等しい値に維持された積分器２４の出力電圧がゲイン調整器２５の増幅率に従って増減された電圧は定常目標電流量を指示する値として定電流発生・制御装置４０に入力される。すなわち、ゲイン調整器２５の増幅率を調整することにより定常目標電流量を制御することができる。

電流変化量制御装置２０は上記のような構成により、定常目標電流量と単位時間あたりの電流変化量を制御する。また、定電流発生・制御装置４０は従来と同様に構成され、実際に流れる電流量を測定して、電流変化量制御装置２０から入力される定常目標電流量と電流変化量を達成するように電流供給を制御する。

上述した前庭電気刺激装置１００による電流波形を図２のグラフにおいて破線で示す。図２のグラフは、図１３のグラフに破線が追加されたものであり、この破線は前庭電気刺激装置１００により装着者１に入力される電流値を示す。電流変化量制御装置２０は電流指令値入力装置１０が電流指令値として出力する電圧をランプ型時間応答追従特性の電圧に変換し、電流指令値に等しい電圧まで上昇させて、以後、その値を維持する。この電圧はゲイン調整器２５の増幅率に従って増減して出力され、この電圧に対応する電流が定電流発生・制御装置４０の皮膚表面電極４４から装着者１に入力される。

なお、電流指令値入力装置１０からＩ_０より小さい刺激目標の電流値を指示する電流指令値が出力された場合は装着者１には上記より弱い刺激が与えられ、Ｉ_０により奏する効果より小さい効果を奏する。すなわち、前庭電気刺激装置１００によって前述のような歩行の誘導を行った場合は、小さく歩行を誘導することができる。

従来の電気刺激装置２０００のローパスフィルタ３１による処理において、皮膚痛覚を刺激しない最も単位時間あたりの電流量の変化の大きい部分は、刺激入力開始時刻ｔ_０における立ち上がり波形である。これよりも急激な電流量の変化、すなわち刺激電流の時間波形をグラフに表したときに図２の斜線部分に含まれる場合には、皮膚痛覚を刺激することとなる。したがって、電流値の時間変化量を一定以下にする必要がある。図１の前庭電気刺激装置１００において、ゲイン調整器２２を適切に設定することにより、常にこの皮膚痛覚を刺激しない限界値となる最大の変化量で電流を制御することが可能となり、皮膚痛覚を刺激せずに最短時間であるｔ_０からｔ_１までの時間で刺激目標の電流値Ｉ_０に到達することができる。

上述した図１の前庭電気刺激装置１００を利用すれば、刺激提示してから刺激提示された人物の行動の誘導が開始されるまでの時間が短く、動作している人の誘導を行うことが可能になり、また、音楽などにあった誘導を行うことが可能になる。

以下において、複数の人物の動作を揃えるべき瞬間に揃えるべき方向の強い加速度刺激が加わることで揃えるべき方向に自然に動く現象（人間の体に備わった姿勢反射の一種）を利用して複数の人物の行動を揃える、ということが刺激方法の基本であり、その瞬間、方向、強度の３パラメータを指揮、プログラム、振り付け、音楽などから取り出して刺激を揃える、ということが電流指令値の基本設計である。

以下、本発明の第１の実施の形態における電気刺激誘導装置について図３を参照しつつ説明する。図３は第１の実施の形態における電気刺激誘導装置の構成を示すブロック図である。図３に示す電気刺激誘導装置２００は、電流指令値入力装置２１０と３台の前庭電気刺激装置２２１〜２２３とから構成される。前庭電気刺激装置２２１〜２２３は図１の電流変化量制御装置２０と定電流発生・制御装置４０とから構成され、前庭電気刺激装置２２１〜２２３が備える１対の皮膚表面電極は、夫々、誘導対象の行動者２５１〜２５３の左耳の後ろ、右耳の後ろに設置されている。

センサ２３１は行動者２５１〜２５３を指揮する指揮者２３２の動作を検出し、検出結果を電流指令値入力装置２１０の合成部２１２へ出力する。例えば、指揮者２３２の指揮棒先端に加速度センサであるセンサ２３１を取り付け、加速度センサにより検出される加速度の正の値となる方向と行動者２５１〜２５３に設置した皮膚表面電極の陽極側を一致するようにしておく。センサ２４１は行動者２５１〜２５３を監督し管理する管理者２４２の動作を検出し、検出結果を電流指令値入力装置２１０の合成部２１２へ出力する。例えば、管理者２４２の頭部に加速度センサであるセンサ２４２を取り付け、加速度センサの加速度の正の値となる方向と行動者２５１〜２５３に設置した皮膚表面電極の陽極側を一致するようにしておく。電流指令値入力装置２１０のプログラム出力部２１１は、不図示の記憶部に記憶されたプログラムに記述された誘導内容を合成部２１２へ出力する。

合成部２１２は、センサ２３１から入力される、例えば加速度の方向と値とを利用してそれらに応じた刺激目標の電流値を指示する電流指令値を作る。また、合成部２１２は、センサ２４１から入力される、例えば加速度の方向と値とを利用してそれらに応じた電流指令値を作る。さらに、合成部２１２は、プログラム出力部２１１から入力される誘導内容を利用してそれらに応じた刺激目標の電流値を指示する電流指令値を作る。なお、加速度の方向と値とに電流指令値の値を対応付けたテーブルを予め用意し、このテーブルを利用して入力された加速度の方向と値とに対応した電流指令値に決定する。また、誘導内容に電流指令値の値を対応付けたテーブルを予め用意し、このテーブルを利用して入力された誘導内容に対応した電流指令値に決定する。

合成部２１２によって作られた電流指令値が通信部２１３によって伝達され、分配部２１４によって前庭電気刺激装置２２１〜２２３へ分配されて、前庭電気刺激装置２２１〜２２３に入力される。なお、合成部２１２によって作られた電流指令値の前庭電気刺激装置２２１〜２２３までの伝達は、有線、電波、音波、光などにより実現することが可能である。

前庭電気刺激装置２２１〜２２３は、夫々、電流指令値入力装置２１０から入力される電流指令値に基づいて、図１および図１２を用いて説明した動作を行い、行動者２５１〜２５３に取り付けられた一対の皮膚表面電極４４に電流を流す。これによって、行動者２５１〜２５３の行動を誘導する。

上述したように、電流指令値入力装置２１０から前庭電気刺激装置２２１〜２２３に同じ電流指令値を分配して供給しているので、複数の行動者２５１〜２５３に対して整合の取れた誘導を行うことが可能になる。また、前庭電気刺激装置２２１〜２２３は、上述したように単位時間当たりの電流変化量を皮膚痛覚を刺激しない最大値またはそれを越えない近傍の値に設定しているので、皮膚痛覚刺激を生じさせることなく刺激が効果を奏するまでの時間の遅れを小さくすることができ、動いている最中の人の動作をリアルタイムに誘導することができる。

以下、本発明の第２の実施の形態における電気刺激誘導装置について図４を参照しつつ説明する。図４に示す電気刺激誘導装置３００は、図３に示した電気刺激誘導装置２００に、誘導対象者の頭部運動を検出し、該検出結果に基づいて電流指令値入力装置３１０から前庭電気刺激装置３２０に入力される電流指令値を補正する、フィードバックループを付加したものである。なお、図４においては、１台の前庭電気刺激装置３２０のみ図示しているが、図３の場合と同様に、電流指令値入力装置３１０は、作った電流指令値を複数台の前庭電気刺激装置に分配して供給する。

加速度センサ、ジャイロセンサ、ＧＰＳなどにより実現される運動センサ３３０が行動者３５０の頭部に設置され、運動センサ３３０は行動者３５０の頭部運動を検出する。そして、運動センサ３５０は、例えばプログラム出力部によって出力される誘導内容の頭部運動と検出した頭部運動を比較し、検出した頭部運動が誘導内容の頭部運動より大きい場合には前庭電気刺激装置３２０に入力される電流指令値の絶対値が小さくなるような電圧値を減算器３４０へ出力し、検出した頭部運動が誘導内容の頭部運動より小さい場合には前庭電気刺激装置３２０に入力される電流指令値の絶対値が大きくなるような電圧値を減算器３４０へ出力する。減算器３４０は、電流指令値入力装置３１０が出力する電流指令値から加速度センサ３３０が出力する電圧値を減算し、減算結果を新たな電流指令値として前庭電気刺激装置３２０へ出力する。前庭電気刺激装置３２０は、電流指令値に基づいて、図１および図１２を用いて説明した動作を行い、行動者３５０の行動を誘導する。これによって、安定した誘導を行うことが可能になる。

以下、本発明の第３の実施の形態における電気刺激誘導装置について図５を参照しつつ説明する。図５は第３の実施の形態における電気刺激誘導装置の構成を示すブロック図であり、指揮者の動作に合わせて誘導対象者の行動を誘導することを可能にするものである。図５に示す電気刺激誘導装置４００は、電流指令値入力装置４１０と３台の前庭電気刺激装置４２１〜４２３とから構成される。前庭電気刺激装置４２１〜４２３は図１の電流変化量制御装置２０と定電流発生・制御装置４０とから構成され、前庭電気刺激装置４２１〜４２３が備える１対の皮膚表面電極は、夫々、誘導対象の人物である行動者４６１〜４６３の左耳の後ろ、右耳の後ろに設置されている。

加速度センサ４３１は指揮者の頭部（指揮者頭部）４３２に設置されて指揮者頭部４３２の動作の加速度を検出し、検出結果である指揮者頭部４３２の加速度を電流指令値入力装置４１０の合成部４１１へ出力する。姿勢センサ４４１は、ジャイロセンサなどにより実現され、指揮者の四肢（指揮者四肢）４４２に設置されて指揮者四肢４４２の姿勢を検出し、検出結果である指揮者四肢４４２の姿勢を電流指令値入力装置４１０の合成部４１１へ出力する。位置センサ４５１は、ＧＰＳなどにより実現され、指揮者の体幹（指揮者体幹）４５２に設置されて指揮者体幹４５２の位置を検出し、検出結果である指揮者体幹４５２の位置を電流指令値入力装置４１０の合成部４１１へ出力する。

合成部４１１は、加速度センサ４５１から入力される指揮者頭部４３２の加速度、姿勢センサ４４１から入力される指揮者四肢４４２の姿勢、位置センサ４５１から入力される指揮者体幹４５２の位置を利用して指揮者がどのように動いたかを検出し、その動きに応じた刺激目標の電流値を指示する電流指令値を作る。合成部４１１によって作られた電流指令値が通信部４１２によって伝達され、分配部４１３によって前庭電気刺激装置４２１〜４２３へ分配されて、前庭電気刺激装置４２１〜４２３に入力される。なお、動きと電流指令値の値を対応付けたテーブルを予め用意し、このテーブルを利用して検出した動きに対応した電流指令値に決定する。

前庭電気刺激装置４２１〜４２３は、夫々、電流指令値入力装置４１０から入力される電流指令値に基づいて、図１および図１２を用いて説明した動作を行い、行動者４６１〜４６３に取り付けられた一対の皮膚表面電極４４に電流を流す。これによって、行動者４６１〜４６３の行動を誘導する。

上述したように、電流指令値入力装置４１０から前庭電気刺激装置４２１〜４２３に同じ電流指令値を分配して供給しているので、複数の行動者４６１〜４６３に対して整合の取れた誘導を行うことが可能になる。また、前庭電気刺激装置４２１〜４２３は、上述したように単位時間当たりの電流変化量を皮膚痛覚を刺激しない最大値またはそれを越えない近傍の値に設定しているので、皮膚痛覚刺激を生じさせることなく刺激が効果を奏するまでの時間の遅れを小さくすることができ、指揮者の動きにほとんど遅れることなく行動者４６１〜４６３の行動を誘導することができる。例えば、指揮者によって統制された群舞、マスゲーム、合奏など、多数の人間が協調して同期的な動作する際に用いることで直観的かつ容易にその動作を実現することが可能になる。

以下、本発明の第４の実施の形態における電気刺激誘導装置について図６を参照しつつ説明する。図６は第４の実施の形態における電気刺激誘導装置の構成を示すブロック図であり、行動者相互が自分の行動を相手側に伝達して誘導することを可能にするものである。このため、行動者５６０の動作を行動者６６０に伝達する系統と、行動者６６０の動作を行動者５６０に伝達する系統との２系統からなる。

行動者５６０の行動を行動者６６０に伝達する系統は、図５の第３の実施の形態の場合と同様に、行動者５６０の行動者頭部５３２の加速度を検出する加速度センサ５３１、行動者５６０の行動者四肢５４２の姿勢を検出する姿勢センサ５４１、行動者５６０の行動者体幹５５２の位置を検出する位置センサ５５１があり、これらの検出結果が電流指令値入力装置５１０の合成部５１１に入力される。合成部５１１は各センサ５３１、５４１、５５１から入力される検出結果を利用して電流指令値を作り、この電流指令値が通信部５１２により伝達され、分配部５１３により分配されて前庭電気刺激装置５２０に入力される。前庭電気刺激装置５２０は、電流指令値入力装置５１０から入力される電流指令値に基づいて、図１および図１２を用いて説明した動作を行い、行動者６６０に取り付けられた一対の皮膚表面電極４４に電流を流し、行動者６６０の行動を誘導する。

また、行動者６６０の行動を行動者５６０に伝達する系統は、図５の第３の実施の形態の場合と同様に、行動者６６０の行動者頭部６３２の加速度を検出する加速度センサ６３１、行動者６６０の行動者四肢６４２の姿勢を検出する姿勢センサ６４１、行動者６６０の行動者体幹６５２の位置を検出する位置センサ６５１があり、これらの検出結果が電流指令値入力装置６１０の合成部６１１に入力される。合成部６１１は各センサ６３１、６４１、６５１から入力される検出結果を利用して電流指令値を作り、この電流指令値が通信部６１２により伝達され、分配部６１３により分配されて前庭電気刺激装置６２０に入力される。前庭電気刺激装置６２０は、電流指令値入力装置６１０から入力される電流指令値に基づいて、図１および図１２を用いて説明した動作を行い、行動者５６０に取り付けられた一対の皮膚表面電極４４に電流を流し、行動者５６０の行動を誘導する。

上述のように、行動者相互に自分の行動を相手側に連絡する系統を設けることによって、行動者はともに自分の行動により相手側を誘導することができる。

以下、本発明の第５の実施の形態における電気刺激誘導装置について図７を参照しつつ説明する。図７は第５の実施の形態における電気刺激誘導装置の構成を示すブロック図である。図７に示す電気刺激誘導装置７００は、電流指令値入力装置７１０と３台の前庭電気刺激装置７２１〜７２３とから構成される。前庭電気刺激装置７２１〜７２３は図１の電流変化量制御装置２０と定電流発生・制御装置４０とから構成され、前庭電気刺激装置７２１〜７２３が備える１対の皮膚表面電極は、夫々、誘導対象の人物である行動者７４１〜７４３の左耳の後ろ、右耳の後ろに設置されている。

音を発生する音源、楽器、音楽などを記録したプログラムなどからなる音出力部７３０は電流指令値入力装置７１０の合成部７１１へ出力する。合成部７１１は音出力部７３０から入力される音を利用し、音楽などの波形からリズムや強度を抽出して、それに基づいて電流指令値を作る。例えば、音量の振幅が打楽器などのリズム楽器の音によって単位時間あたり一定量を越える大きさで増えた瞬間に加速度感を生じさせ、それを右方向・左方向と交互に誘導するような電流指令値を作る。合成部７１１によって作られた電流指令値が通信部７１２によって伝達され、分配部７１３によって前庭電気刺激装置７２１〜７２３へ分配されて、前庭電気刺激装置７２１〜７２３に入力される。前庭電気刺激装置７２１〜７２３は、夫々、電流指令値入力装置７１０から入力される電流指令値に基づいて、図１および図１２を用いて説明した動作を行い、行動者７４１〜７４３に取り付けられた一対の皮膚表面電極４４に電流を流す。これによって、行動者７４１〜７４３の行動を誘導する。

上述したように、電流指令値入力装置７１０から前庭電気刺激装置７２１〜７２３に同じ電流指令値を分配して供給しているので、複数の行動者７４１〜７４３に対して整合の取れた誘導を行うことが可能になる。また、前庭電気刺激装置７４１〜７４３は、上述したように単位時間当たりの電流変化量を皮膚痛覚を刺激しない最大値またはそれを越えない近傍の値に設定しているので、皮膚痛覚刺激を生じさせることなく刺激が効果を奏するまでの時間の遅れを小さくすることができ、音源出力部７３０が出力する音に適合した動作に誘導することができる。さらに、「体が音楽にあわせて揺れる」という現象が「ノリの良さを生じさせ、高い運動の再現性だけではなく、新鮮で高い娯楽性と快適性を提供することができる。

以下、本発明の第６の実施の形態における電気刺激誘導装置について図８を参照しつつ説明する。図８は第６の実施の形態における電気刺激誘導装置の構成を示すブロック図である。図８に示す電気刺激誘導装置８００は、電流指令値入力装置８１０と３台の前庭電気刺激装置８２１〜８２３とから構成される。前庭電気刺激装置８２１〜８２３は図１の電流変化量制御装置２０と定電流発生・制御装置４０とから構成され、前庭電気刺激装置８２１〜８２３が備える１対の皮膚表面電極は、夫々、誘導対象の人物である行動者８６１〜８６３の左耳の後ろ、右耳の後ろに設置されている。

行動者８６１〜８６３が同一の行動をとる人であり、行動者８６１が加速度や姿勢や位置を検出する装置を有している人であるとする。行動者８６１の頭部（行動者頭部）８３２に設置された加速度センサ８３１は行動者頭部８３２の動作の加速度を検出する。行動者の四肢（行動者四肢）８４２に設置され、ジャイロセンサなどにより実現される姿勢センサ８４１は行動者四肢８４２の姿勢を検出する。行動者８６１の体幹（行動者体幹）８５２に設置され、ＧＰＳなどにより実現される位置センサ８５１は、行動者体幹８５２の位置を検出する。各センサ８３１、８４１、８５１は検出結果を電流指令値入力装置８１０の合成部８１１へ出力する。

合成部８１１は、各センサ８３１、８４１、８５１から入力される検出結果を利用して、例えば、行動者の位置や歩行方向を検出する。そして、行動者８６１を導く目的の位置と検出した行動者８６１の位置とを利用して、行動者８６１の歩行方向を決定し、決定した歩行方向と検出した歩行方向とのずれから、行動者８６１が決定した歩行方向に向くような電流指令値を作成する。合成部８１１によって作られた電流指令値が通信部８１２によって伝達され、分配部８１３によって前庭電気刺激装置８２１〜８２３へ分配されて、前庭電気刺激装置８２１〜８２３に入力される。前庭電気刺激装置８６１〜８６３は、電流指令値入力装置８１０から入力される電流指令値に基づいて、図１および図１２を用いて説明した動作を行い、行動者８６１〜８６３に取り付けられた一対の皮膚表面電極４４に電流を流し、行動者８６１〜８６３の行動を誘導する。本実施の形態は非難誘導や道案内などに応用することができる。

なお、行動者の歩行を誘導するものとして、歩行している行動者の最適流速、流量を流体力学からのアナロジーで求める技術があり、この最適流速、流量にあわせるように、行動者の進む歩行に微調整を加えるように電流指令値を作ることも考えられる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

尚、上述した各処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより上記各種処理を行ってもよい。尚、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。更に、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

本発明の実施の形態に用いる前庭電気刺激装置の構成を示すブロック図。図１の前庭電気刺激装置による電流波形を示すグラフである。第１の実施の形態における電気刺激誘導装置の構成を示すブロック図。第２の実施の形態における電気刺激誘導装置の構成を示すブロック図。第１の実施の形態における電気刺激誘導装置の構成を示すブロック図。第２の実施の形態における電気刺激誘導装置の構成を示すブロック図。第１の実施の形態における電気刺激誘導装置の構成を示すブロック図。第２の実施の形態における電気刺激誘導装置の構成を示すブロック図。従来の電気刺激誘導装置の装着例を示す図。図９の電気刺激誘導装置による電流の極性と歩行方向の関係を示す図。図９の電気刺激誘導装置を用いた歩行誘導における歩行軌跡を示すグラフ。従来の電気刺激誘導装置の構成を示すブロック図。図１２の電気刺激誘導装置による電流波形を示すグラフ。

符号の説明

２００電気刺激誘導装置
２１０電流指令値入力装置
２１２合成部
２１３通信部
２１４分配部
２２１〜２２３前庭電気刺激装置

Claims

電流指令値入力装置と、皮膚表面電極を介した電気刺激によって前庭感覚を刺激する複数の前庭感覚刺激装置とを備えた電気刺激誘導装置において、
前記電流指令値入力装置は、刺激目標の電流値を指示する電流指令値を前記前庭感覚刺激装置の夫々に対して供給し、
各前記前庭感覚刺激装置は、
当該前庭感覚刺激装置が装着される行動者の動作に基づく運動を検出し、検出した運動を示す信号と、予め定められている誘導内容に基づく運動を示す信号とを比較し、前記検出した運動が大きい場合には当該前庭感覚刺激装置に入力される前記電流指令値の絶対値が小さくなる信号を出力し、前記検出した運動が小さい場合には当該前庭感覚刺激装置に入力される前記電流指令値の絶対値が大きくなる信号を出力する運動センサと、
前記運動センサから出力される信号に基づいて、前記電流指令値入力装置が供給する電流指令値を変更し、変更された電流指令値を新たな電流指令値にする減算器と、
を有し、
前記皮膚表面電極に供給する電流値を前記新たな電流指令値までローパスフィルタを用いて所定の時間内に変化させた場合における単位時間あたりの前記電流値の変化量の最大値と同じ変化量で、前記皮膚表面電極に供給する電流値を前記新たな電流指令値まで変化させる
ことを特徴とする電気刺激誘導装置。
前記電流指令値入力装置は、前記電流指令値を一の人物の動作をセンサで検出し、検出した加速度の方向及び値に応じて作る
ことを特徴とする請求項１記載の電気刺激誘導装置。
前記電流指令値入力装置は、入力される音を示す信号の波形からリズム及び強度を検出し、検出したリズム及び強度に応じて前記電流指令値を作る
ことを特徴とする請求項１記載の電気刺激誘導装置。