JP5005331B2 - Muscle force sensor - Google Patents

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本発明は、筋力センサ、特に人体の筋肉から発生する微弱な筋電信号を検出するための筋力センサに関する。   The present invention relates to a muscle force sensor, and more particularly to a muscle force sensor for detecting a weak myoelectric signal generated from a muscle of a human body.

筋力センサとは、人が体を動かすときに筋肉から発生する微弱な筋電信号を、筋肉の上の皮膚表面から目に見える形にするためのセンサである。その筋電信号は、筋肉の力の大きさに比例して変化する。   The muscle force sensor is a sensor for making a weak myoelectric signal generated from the muscle when a person moves the body visible from the skin surface above the muscle. The myoelectric signal changes in proportion to the magnitude of the muscle force.

上述の筋力センサは、例えばウェアラブルロボットに応用することができる。人間がウェアラブルロボットを装着することにより、一人では大変な作業を容易に行うことが可能になり、高齢化する看護者の負担軽減や介護の人数を削減することができることとなる。このウェアラブルロボットにより、高齢者や身体障害者の日常生活支援、社会参加支援等を行う上で、必要不可欠な基礎デバイスが筋力センサである。即ち、筋力センサにより人体の筋肉の状態を把握し、得られた筋電信号に基づいてウェアラブルロボットに必要な情報を生成するわけである。   The above-described muscle force sensor can be applied to, for example, a wearable robot. When a human wears the wearable robot, one person can easily perform a tough work, and the burden on an aging nurse can be reduced and the number of caregivers can be reduced. A muscle sensor is an indispensable basic device for performing daily life support and social participation support for the elderly and the physically disabled by this wearable robot. That is, the muscle force state is grasped by the muscle force sensor, and information necessary for the wearable robot is generated based on the obtained myoelectric signal.

図7は、従来から多用されている筋力センサの針電極を示す。これらは、いわゆる筋電図記録用の電極である。図に示したように、一芯同心電極(a)、二芯同心電極(b)、単極針電極(c)がある。一芯同心電極82には1本の封入針84が、二芯同心針電極86には2本の封入針88、90が封入されている。単極針電極92は、ステンレス針94にテフロン(登録商標)をコーティングしたものである。これらの針電極82、86、92を皮膚に刺し、筋肉の微弱な筋電信号を得ていた。なお、筋電信号は微弱なため、必要な程度にまで増幅し、ノイズを除去することが普通に行われる。   FIG. 7 shows a needle electrode of a muscle force sensor that has been widely used in the past. These are so-called electromyogram recording electrodes. As shown in the figure, there are a single-core concentric electrode (a), a two-core concentric electrode (b), and a monopolar needle electrode (c). The single-core concentric electrode 82 is sealed with one sealing needle 84, and the two-core concentric needle electrode 86 is sealed with two sealing needles 88 and 90. The monopolar needle electrode 92 is obtained by coating a stainless needle 94 with Teflon (registered trademark). These needle electrodes 82, 86, and 92 were pierced into the skin to obtain weak myoelectric signals of the muscles. In addition, since the myoelectric signal is weak, it is usually performed to amplify to a necessary level and remove noise.

ここで、筋電信号を用いて制御対象を制御している例として、特許文献1を挙げることができる。この特許文献1によれば、筋電信号は、信号検出部と信号増幅部とから成る筋電信号検出装置により検出・増幅される。この増幅された筋電信号に基づいて、動作検出部は指の動作を検出する一方、力検出部は手を握る力を検出する。制御部は、検出された指の動作と手を握る力とに基づいて認識した命令に従って、制御対象を制御する。このようにして、筋電信号に基づいて体のある部位の動作と他の部位における筋肉の張力を検出することによって、指の動作と手を握る力との組合せに複雑な命令を割り当てて、キーボード操作を熟知していないユーザであってもキーボードに因らずに手のジェスチャのみによって制御対象を簡単に制御できることとなる。   Here, patent document 1 can be mentioned as an example which controls a control object using a myoelectric signal. According to this patent document 1, the myoelectric signal is detected and amplified by the myoelectric signal detecting device including the signal detecting unit and the signal amplifying unit. Based on the amplified myoelectric signal, the motion detection unit detects a finger motion, while the force detection unit detects a hand gripping force. The control unit controls the controlled object in accordance with a command recognized based on the detected finger movement and hand gripping force. In this way, by detecting the movement of a part of the body based on the myoelectric signal and the tension of the muscle in the other part, a complex command is assigned to the combination of finger movement and hand gripping force, Even a user who is not familiar with the keyboard operation can easily control the controlled object only by hand gestures regardless of the keyboard.

また、特許文献2には、人体に装着可能な情報伝送装置から情報処理装置へデータを伝送する情報伝送システムにおいて、情報伝送装置を装着したセンサにより、人体周辺の静電容量変化や筋肉の運動又は振動の変化が検出された場合に、情報伝送装置から情報処理装置に対して通信開始信号を出力する構成が開示されている。   Further, in Patent Document 2, in an information transmission system that transmits data from an information transmission device that can be worn on a human body to an information processing device, a change in capacitance around the human body or exercise of muscles by a sensor equipped with the information transmission device Alternatively, a configuration is disclosed in which a communication start signal is output from the information transmission apparatus to the information processing apparatus when a change in vibration is detected.

即ち、特許文献2のセンサは、情報伝送装置が装着された人体周辺の静電容量の変化を検出し、所定の間隔をおいて人体に電気的に接触する一対の電極と、この一対の電極によって得られる静電容量の変化に対応して検出信号を生じる検出回路とを含んでいる。   That is, the sensor of Patent Document 2 detects a change in capacitance around the human body on which the information transmission device is mounted, and a pair of electrodes that are in electrical contact with the human body at a predetermined interval, and the pair of electrodes And a detection circuit for generating a detection signal in response to the change in the capacitance obtained by the above.

特開平7−248873号公報JP-A-7-248873 特開2005−192699号公報JP 2005-192699 A

従来の針電極を用いた筋力センサにおいては、針電極を皮膚に刺さねばならないため、介護を支援する人に少なからず負担と不快感を与えることになり、使用するのに抵抗感が生じる。また、針電極により微弱な電圧を検出する方法では、原理的に雑音の影響を受け易く、安定した出力電圧を得ることは到底難しい。   In a conventional muscular force sensor using a needle electrode, the needle electrode must be pierced into the skin, which causes a burden and discomfort to a person who supports care, and causes a sense of resistance to use. In addition, in the method of detecting a weak voltage with a needle electrode, in principle, it is easily affected by noise, and it is extremely difficult to obtain a stable output voltage.

特許文献1の筋電信号検出装置の信号検出部は、皮膚表面電極によって微弱な筋電信号を検出するものである。従って、上述と同様に、雑音の影響を受け易く、安定した出力電圧を得ることは到底難しい。   The signal detection part of the myoelectric signal detection apparatus of patent document 1 detects a weak myoelectric signal with a skin surface electrode. Accordingly, as described above, it is easily affected by noise and it is difficult to obtain a stable output voltage.

特許文献2の人体周辺の静電容量変化や筋肉の運動又は振動の変化を検出するセンサは、一対の金属電極が所定の間隔をおいて人体に接触する面に設けられており、人体を利用して静電容量のコンデンサが構成され、人体が別の物体に触れたときの静電容量の変化を検出している。即ち、特許文献2は、電極を用い静電容量の変化を検出しているが、この場合は筋力の変化に対応したものではなく、オン・オフのデジタル制御のみを可能とする回路を構成している。   The sensor for detecting a change in capacitance around the human body and a change in muscle movement or vibration in Patent Document 2 is provided on a surface where a pair of metal electrodes are in contact with the human body at a predetermined interval. Thus, a capacitance capacitor is configured, and a change in capacitance when a human body touches another object is detected. That is, Patent Document 2 detects changes in capacitance using electrodes, but in this case, it does not correspond to changes in muscular strength, and constitutes a circuit that enables only on / off digital control. ing.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、雑音の影響を受けず、安定した出力電圧が得られ、且つ筋力の変化に線形に対応した信号が得られる筋力センサを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a muscle force sensor that is not affected by noise, can obtain a stable output voltage, and can obtain a signal linearly corresponding to a change in muscle strength. It is to provide.

上記目定を達成するため、発明者らは鋭意研究を重ね、筋力が変化することで、皮膚内のイオン組成が変化し、このイオン組成の変化に伴う誘電率の変化を検出することで、筋力との関係が明らかになると考えた。   In order to achieve the above-mentioned determination, the inventors have intensively studied, and by changing the muscle strength, the ionic composition in the skin changes, and by detecting the change in the dielectric constant accompanying the change in the ionic composition, We thought that the relationship with muscle strength would become clear.

即ち、上記目的を達成するため請求項1に記載に筋力センサは、体表面に貼り付けられる一対の電極と、該一対の電極間の誘電率の変化を検出する検出回路と、を有し、前記体表面下の筋力の変化を、前記検出回路で検出される誘電率の変化として測定す筋力センサにおいて、前記誘電率の変化は、静電容量の変化として検出され、前記一対の電極の間に補助電極を挿入し、前記一対の電極間の静電容量を小さくしたことを特徴とする。 That is, in order to achieve the above object, the muscle force sensor according to claim 1 includes a pair of electrodes attached to the body surface, and a detection circuit that detects a change in dielectric constant between the pair of electrodes, the change in muscle strength under the surface, in the muscle force sensor you measured as a change in dielectric constant detected by said detection circuit, a change in the dielectric constant is detected as a change in capacitance, of the pair of electrodes An auxiliary electrode is inserted between the pair of electrodes to reduce the capacitance between the pair of electrodes.

このように、筋力の変化が誘電率の変化として測定できるので、筋力の変化に対応した信号が、雑音の影響を受けず、且つ安定して得ることが可能になった。なお、検出回路は、誘電率の変化を測定できるものであれば、内部の回路構成は問わない。   As described above, since a change in muscle strength can be measured as a change in dielectric constant, a signal corresponding to the change in muscle strength can be obtained stably without being affected by noise. The detection circuit may have any internal circuit configuration as long as it can measure a change in dielectric constant.

また、前記誘電率の変化は、静電容量の変化として検出されるので、検出するための回路を容易に構成することが可能であり、且つ雑音の影響を低く抑えることができる。
更に、前記一対の電極の間に補助電極を挿入したので、一対の電極間の静電容量の値を下げることが可能となった。この場合、筋力の変化による静電容量の変化量は極端に減じられることはないので、検出感度を向上することができる。即ち、一対の電極間の静電容量はC±ΔCで表されるが、静電容量の変化ΔCを犠牲にすることなく、静電容量Cが減じられるので、静電容量の変化量ΔCが相対的に大きくなり、検出感度が向上する。なお、補助電極の大きさや数は、センサ電極を貼り付ける部位、センサ電極の大きさ等によって、適宜決定することができる。
In addition, since the change in the dielectric constant is detected as a change in capacitance, a circuit for detection can be easily configured, and the influence of noise can be suppressed to a low level.
Furthermore, since the auxiliary electrode is inserted between the pair of electrodes, the capacitance value between the pair of electrodes can be lowered. In this case, since the amount of change in capacitance due to a change in muscle strength is not drastically reduced, detection sensitivity can be improved. That is, the capacitance between the pair of electrodes is represented by C ± ΔC, but the capacitance C is reduced without sacrificing the capacitance change ΔC, so that the capacitance change amount ΔC is It becomes relatively large and the detection sensitivity is improved. Note that the size and number of auxiliary electrodes can be appropriately determined depending on the part where the sensor electrode is attached, the size of the sensor electrode, and the like.

請求項に記載のように、前記検出回路は静電容量−電圧変換回路であり、前記静電容量の変化を電圧の変化に変換して筋力を測定するので、筋電信号がより扱い易い形で得られることとなる。 According to a second aspect of the present invention, the detection circuit is a capacitance-voltage conversion circuit, and the muscle strength is measured by converting the change in capacitance into a change in voltage, so that the myoelectric signal is easier to handle. It will be obtained in the form.

請求項に記載のように、前記静電容量−電圧変換回路は、リング検波回路により構成されているので、簡単な差動増幅回路で、且つ高精度に筋電信号を得ることが可能である。 As described in claim 3 , since the capacitance- voltage conversion circuit is configured by a ring detection circuit, a myoelectric signal can be obtained with high accuracy with a simple differential amplifier circuit. is there.

本発明の筋力センサは、体表面に貼り付けられる一対の電極と、該一対の電極間の誘電率の変化を検出する検出回路と、を有し、前記体表面下の筋力の変化を、前記検出回路で検出される誘電率の変化として測定することを特徴とするので、筋力の変化を誘電率の変化として測定できることとなり、筋力の変化に対応した信号を、雑音の影響を受けず、且つ安定して得ることが可能になった。   The muscle force sensor of the present invention includes a pair of electrodes attached to the body surface, and a detection circuit that detects a change in dielectric constant between the pair of electrodes, and the change in muscle strength under the body surface is Since it is characterized by measuring the change in dielectric constant detected by the detection circuit, the change in muscle strength can be measured as a change in dielectric constant, and the signal corresponding to the change in muscle strength is not affected by noise, and It became possible to obtain stably.

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の筋力センサの概略構成図である。筋力センサ10は、センサ部12、静電容量−電圧変換回路14、低域ろ波回路及び増幅回路16とから構成される。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a muscle force sensor of the present invention. The muscle force sensor 10 includes a sensor unit 12, a capacitance-voltage conversion circuit 14, a low-pass filtering circuit, and an amplification circuit 16.

センサ部12は、一対の電極12a、12bの間に補助電極12cを挿入して構成されている。一対の電極12a、12bの大きさは直径10mmの円形であり、電極間間隔は略20mmとした。本実施の形態では、一対の電極12a、12bを上腕二頭筋の部位に貼り付けた。一対の電極12a、12bの略中央に、一つの補助電極12cが挿入されている。補助電極12cの形状は、ここでは長さ5mm、幅5mmの矩形状とした。しかし、補助電極12cの大きさは、一対の電極12a、12bを貼る部位によって、またその一対の電極12a、12bの大きさによって、適宜決めることができる。また、補助電極12cの数についても、以下に述べる検出感度との関係で、適宜選択することができる。   The sensor unit 12 is configured by inserting an auxiliary electrode 12c between a pair of electrodes 12a and 12b. The size of the pair of electrodes 12a and 12b was a circle having a diameter of 10 mm, and the distance between the electrodes was about 20 mm. In the present embodiment, the pair of electrodes 12a and 12b is attached to the biceps region. One auxiliary electrode 12c is inserted approximately at the center of the pair of electrodes 12a and 12b. The shape of the auxiliary electrode 12c is a rectangular shape having a length of 5 mm and a width of 5 mm. However, the size of the auxiliary electrode 12c can be determined as appropriate depending on the portion where the pair of electrodes 12a and 12b are attached and the size of the pair of electrodes 12a and 12b. Also, the number of auxiliary electrodes 12c can be appropriately selected in relation to the detection sensitivity described below.

この補助電極12cにより、一対の電極間12a、12bで決まる静電容量Cを小さくすることが可能である。なお、静電容量の変化ΔCは、同じ割合では減じないことを実験で確認しているので、結果として検出感度を向上することが可能となる。即ち、物理的には、この補助電極12cを挿入することで、コンデンサの直列接続と同じ効果を生み出している。なお、各電極の皮膚への貼付に際しては、伝導性を良くするために電極上にゲルを塗布している。   The auxiliary electrode 12c can reduce the capacitance C determined by the pair of electrodes 12a and 12b. Since it has been confirmed through experiments that the capacitance change ΔC does not decrease at the same rate, it is possible to improve detection sensitivity as a result. That is, physically, by inserting the auxiliary electrode 12c, the same effect as the series connection of the capacitors is produced. When applying each electrode to the skin, a gel is applied on the electrode in order to improve conductivity.

一対の電極を人体の特定の部位に貼ると、電極間で筋肉の状態、即ち皮膚内のイオン組成の変化に応じて静電容量が決まる。ここで、筋肉を動かすと、上述の皮膚内のイオン組成が変化して誘電率が変化するので、検出される静電容量が変化することとなる。即ち、本発明の筋力センサは、皮膚内のイオン組成の変化を電極間の誘電率の変化、特に静電容量の変化として読み取ることに特徴がある。   When a pair of electrodes is attached to a specific part of the human body, the capacitance is determined between the electrodes according to the state of the muscle, that is, the change in the ionic composition in the skin. Here, when the muscle is moved, the ionic composition in the skin changes to change the dielectric constant, so that the detected capacitance changes. That is, the muscle force sensor of the present invention is characterized in that changes in the ionic composition in the skin are read as changes in the dielectric constant between the electrodes, in particular, changes in capacitance.

図2は、静電容量の変化を電圧に変換するための検出回路である。一種のリング検波回路を構成している。図2内の水晶発振器22からの信号は、可変抵抗23により出力電圧が調整され、検波回路に数MHzの正弦波電圧が供給される。コンデンサ24、26は、ブリッジ接続のコンデンサで、温度係数の小さい等しい値のフィルムコンデンサを用いている。   FIG. 2 shows a detection circuit for converting a change in capacitance into a voltage. A kind of ring detection circuit is configured. The output voltage of the signal from the crystal oscillator 22 in FIG. 2 is adjusted by the variable resistor 23, and a sine wave voltage of several MHz is supplied to the detection circuit. Capacitors 24 and 26 are bridge-connected capacitors and are equal film capacitors having a small temperature coefficient.

ダイオード28、30、32、34は、容量及び順方向抵抗、温度係数が等しいシリコンダイオードである。コンデンサ36は、被測定コンデンサで、これがセンサ部12に対応する。コンデンサ38は、ブリッジ回路の平衡用コンデンサで、被測定コンデンサ36の容量が変化しても、回路が平衡するように可変できる範囲の容量を有している。   The diodes 28, 30, 32, and 34 are silicon diodes having the same capacitance, forward resistance, and temperature coefficient. The capacitor 36 is a capacitor to be measured, and this corresponds to the sensor unit 12. The capacitor 38 is a balancing capacitor for the bridge circuit, and has a capacitance that can be varied so that the circuit is balanced even if the capacitance of the capacitor to be measured 36 changes.

変換回路に高周波電圧が供給されることにより、コンデンサのインピーダンスZは、Z=1/(ωC)の関係から、角周波数ω(=2πf、f:周波数)の変化及び容量Cの変化により変化する。ここで、周波数fは一定であるので、容量Cの変化によりインピーダンスZが変化することとなる。容量Cの変化は、前述のように筋力の変化に対応している。   When the high-frequency voltage is supplied to the conversion circuit, the impedance Z of the capacitor changes due to the change of the angular frequency ω (= 2πf, f: frequency) and the change of the capacitance C from the relationship of Z = 1 / (ωC). . Here, since the frequency f is constant, the impedance Z changes due to the change in the capacitance C. The change in the capacity C corresponds to the change in muscular strength as described above.

図3は、低域ろ波回路と増幅回路を示す。図2の静電容量−電圧変換回路14からの出力電圧は、発振周波数の高周波を含んでいるので、これをコンデンサと抵抗で構成した定K形低域ろ波回路で除去している。このとき、低域ろ波回路の特性により、センサ部12の応答周波数が決定される。   FIG. 3 shows a low-pass filter circuit and an amplifier circuit. Since the output voltage from the capacitance-voltage conversion circuit 14 in FIG. 2 includes a high frequency of the oscillation frequency, it is removed by a constant K type low-pass filtering circuit composed of a capacitor and a resistor. At this time, the response frequency of the sensor unit 12 is determined by the characteristics of the low-pass filter circuit.

低域ろ波回路からの出力電圧は、数mVと微弱である。静電容量の変化をメータ指示或いは記録するためには、電圧増幅しなければならない。増幅器としては、一般的なOPアンプ70を用いることができる。OPアンプ70は、2つの入力電圧の差を増幅するので、図2に示す静電容量−電圧変換回路からの出力E1、E2を、図3の入力端子72、76に入力すると、増幅回路からの出力電圧E0は、静電容量の変化ΔCに比例した電圧が得られることとなる。   The output voltage from the low-pass filtering circuit is as weak as several mV. In order to indicate or record the change in capacitance, the voltage must be amplified. A general OP amplifier 70 can be used as the amplifier. Since the OP amplifier 70 amplifies the difference between the two input voltages, when the outputs E1 and E2 from the capacitance-voltage conversion circuit shown in FIG. 2 are input to the input terminals 72 and 76 in FIG. The output voltage E0 is a voltage proportional to the capacitance change ΔC.

図4は、本発明の筋力センサの測定例であり、筋力と出力電圧の関係を示す。横軸は時間(ms)であり、縦軸は電圧(mV)である。手を握り、力を入れて腕を曲げたときの検出波形を示す。なお、この波形はオシロスコープ18で得られた波形である。力を入れずに手を伸ばしているときの出力電圧は約150mVで、安定した状態であった。力を入れて、腕を曲げていくと徐々に電圧が上がっていき、腕を90°曲げたときには出力電圧は約190mVになった。その後に、腕を真っ直ぐな状態に戻すと、再び初期のときと同じ電圧に戻った。   FIG. 4 is a measurement example of the muscle force sensor of the present invention, and shows the relationship between muscle strength and output voltage. The horizontal axis is time (ms), and the vertical axis is voltage (mV). The detection waveform when holding the hand and bending the arm with force is shown. This waveform is a waveform obtained by the oscilloscope 18. The output voltage when reaching out without putting force was about 150 mV, which was a stable state. When force was applied and the arm was bent, the voltage gradually increased. When the arm was bent 90 °, the output voltage was about 190 mV. After that, when the arm was returned to a straight state, it returned to the same voltage as in the initial stage.

図5は、本発明の筋力センサの測定例であり、腕の角度と出力電圧の関係を示す。実線は力を入れていないとき、破線は力を入れているときについて示す。力の有無に関わらず、腕を曲げると、どちらも曲げる角度に比例して出力電圧が上昇していく傾向を示した。但し、力を入れて曲げた時の方が変化は大きく、約15〜20mV高い結果となった。   FIG. 5 is a measurement example of the muscle force sensor of the present invention, and shows the relationship between the arm angle and the output voltage. A solid line indicates when no force is applied, and a broken line indicates when a force is applied. Regardless of the presence or absence of force, when both arms were bent, the output voltage increased in proportion to the angle of bending. However, when bending with force, the change was larger and the result was higher by about 15 to 20 mV.

図6は、本発明の筋力センサの測定例であり、重り負荷と出力電圧の関係を示す。腕は曲げずに伸ばしたまま、手のひらに重りを乗せていったときの電圧の変化を示したものである。負荷である重りを少しずつ増やすことに比例して、電圧は高くなっている。8kgまで載せたとき、出力電圧は約35mVの変化を示した。この結果は、図5とは違い腕は曲げていないので、重りを持ったときの筋力により変化したものと考えられる。また、重りが2倍になると電圧も約2倍になり、線形に変化することが解った。   FIG. 6 is a measurement example of the muscle force sensor of the present invention, and shows the relationship between the weight load and the output voltage. The figure shows the change in voltage when a weight is placed on the palm while the arm is stretched without bending. The voltage is higher in proportion to increasing the weight as a load little by little. When loaded up to 8 kg, the output voltage showed a change of about 35 mV. This result is considered to have changed due to the muscular strength when holding the weight because the arm is not bent unlike FIG. It was also found that when the weight was doubled, the voltage was also doubled and changed linearly.

本発明の筋力センサにより、筋力の変化を電圧に変換して測定することが可能になり、ウェアラブルロボットの基礎的なデータを得ることができた。また、電極を貼り付けるタイプなので、人への負担を減らすことが可能となった。   With the muscle force sensor of the present invention, changes in muscle strength can be converted into voltage and measured, and basic data of a wearable robot can be obtained. In addition, since the electrode is attached, the burden on the person can be reduced.

なお、本発明の筋力センサは、実施の形態に限定されるものではなく、請求項に記載した範囲内で種々変形することが可能である。例えば、一対の電極形状を円形から略楕円形や多角形と変えること、その大きさを変えること等が可能である。また、低域ろ波回路や増幅回路は、必要に応じてその特性を変えても良い。   The muscle force sensor of the present invention is not limited to the embodiments, and can be variously modified within the scope described in the claims. For example, it is possible to change the shape of the pair of electrodes from a circular shape to a substantially elliptical shape or polygonal shape, or to change the size thereof. The characteristics of the low-pass filter circuit and the amplifier circuit may be changed as necessary.

本発明の筋力センサは、筋力の変化を静電容量の変化に変え、更に静電容量の変化を電圧の変化に変えている。本発明の筋力の変化を静電容量の変化に変えて測定しているものは、これまで見あたらず、今後この事象を利用した数多くの応用が考えられる。   The muscle force sensor of the present invention changes a change in muscle strength into a change in capacitance, and further changes a change in capacitance into a change in voltage. What has been measured by changing the muscle strength change of the present invention into a capacitance change has not been found so far, and many applications using this phenomenon are conceivable in the future.

ウェアラブルロボットへの応用は、前述の通りであり、高齢化する看護者の負担軽減や介護の人数を削減できれは、社会福祉に対する貢献度は大である。その他にも、例えばスポーツ選手の筋肉トレーニング中における筋肉疲労の調査、病院患者の手術中の筋肉の状態の監視、各種パイロットの筋肉疲労状況の調査等、非常に多くの応用が考えられる。   The application to wearable robots is as described above, and the contribution to social welfare is great if the burden on aging nurses can be reduced and the number of caregivers can be reduced. In addition, for example, a great number of applications are conceivable, such as a survey of muscle fatigue during muscle training of athletes, a monitoring of muscle status during surgery of hospital patients, and a survey of muscle fatigue status of various pilots.

本発明の筋力センサの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the muscle force sensor of this invention. 図1の筋力センサの静電容量−電圧変換回路である。2 is a capacitance-voltage conversion circuit of the muscle force sensor of FIG. 1. 図1の低域ろ波回路及び増幅回路である。It is the low-pass filter circuit and amplifier circuit of FIG. 本発明の筋力センサの測定例であり、力を加えたときの出力電圧の変化を示す。It is a measurement example of the muscular force sensor of the present invention, and shows a change in output voltage when a force is applied. 本発明の筋力センサの測定例であり、腕の角度と出力電圧の関係を示す。It is a measurement example of the muscle force sensor of the present invention, and shows the relationship between the arm angle and the output voltage. 本発明の筋力センサの測定例であり、重り負荷と出力電圧の関係を示す。It is a measurement example of the muscle force sensor of the present invention, and shows the relationship between the weight load and the output voltage. 従来の筋力センサに用いられる針電極を示す。The needle electrode used for the conventional muscular force sensor is shown.

符号の説明Explanation of symbols

10 筋力センサ
12 センサ部
12a センサ電極
12b センサ電極
12c 補助電極
14 静電容量−電圧変換回路
16 低域ろ波回路及び増幅回路
18 オシロスコープ
20 体表面
22 水晶発振器
23 可変抵抗
24、26 コンデンサ
28、30、32、34 ダイオード
36 被測定コンデンサ
38 ブリッジ回路平衡用コンデンサ
40 接地端子
42、44 出力端子
46、48、54、56 コンデンサ
50、52、58、60、62、64 抵抗
66、68 帰還抵抗
70 OPアンプ
72、76 入力端子
78 出力端子
74、80 接地端子
82 一芯同心針電極
84、88、90 封入針
86 二芯同心針電極
92 単極針電極
94 ステンレス針
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Muscular force sensor 12 Sensor part 12a Sensor electrode 12b Sensor electrode 12c Auxiliary electrode 14 Capacitance-voltage conversion circuit 16 Low-pass filter circuit and amplification circuit 18 Oscilloscope 20 Body surface 22 Crystal oscillator 23 Variable resistance 24, 26 Capacitors 28, 30 , 32, 34 Diode 36 Capacitor to be measured 38 Capacitor for bridge circuit balancing 40 Ground terminal 42, 44 Output terminal 46, 48, 54, 56 Capacitor 50, 52, 58, 60, 62, 64 Resistor 66, 68 Feedback resistor 70 OP Amplifier 72, 76 Input terminal 78 Output terminal 74, 80 Ground terminal 82 Single-core concentric needle electrode 84, 88, 90 Encapsulated needle 86 Two-core concentric needle electrode 92 Monopolar needle electrode
94 Stainless needle

Claims (3)

体表面に貼り付けられる一対の電極と、
該一対の電極間の誘電率の変化を検出する検出回路と、を有し、
前記体表面下の筋力の変化を、前記検出回路で検出される誘電率の変化として測定す筋力センサにおいて、
前記誘電率の変化は、静電容量の変化として検出され、
前記一対の電極の間に補助電極を挿入し、前記一対の電極間の静電容量を小さくしたことを特徴とする筋力センサ。
A pair of electrodes attached to the body surface;
A detection circuit for detecting a change in dielectric constant between the pair of electrodes,
The change in muscle strength under the surface, in the muscle force sensor measured as a change in dielectric constant detected by said detection circuit,
The change in dielectric constant is detected as a change in capacitance,
A muscle force sensor characterized in that an auxiliary electrode is inserted between the pair of electrodes to reduce a capacitance between the pair of electrodes.
前記検出回路は静電容量―電圧変換回路であり、前記静電容量の変化を電圧の変化に変換して筋力を測定することを特徴とする請求項に記載の筋力センサ。 2. The muscle strength sensor according to claim 1 , wherein the detection circuit is a capacitance-voltage conversion circuit, and measures muscle strength by converting the change in capacitance into a change in voltage. 前記静電容量―電圧変換回路は、リング検波回路により構成されていることを特徴とする請求項に記載の筋力センサ。 The muscle force sensor according to claim 2 , wherein the capacitance- voltage conversion circuit is configured by a ring detection circuit.
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