JP5268161B2 - Motor learning support apparatus and method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable learning motions in more accurate timing. <P>SOLUTION: When a signal processing part 10 outputs a motion image 32V and a feedback signal 22S regarding the motions of an instructor 51 in parallel, the feedback signal 22S regarding the motions is output by the time of adjustment earlier or slower than the timing when the motion image 32V regarding the motion is output. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、生体インターフェース技術に関し、特に表面筋電信号により運動の学習を支援する運動学習支援技術に関する。   The present invention relates to a biological interface technology, and more particularly to a motor learning support technology that supports motor learning using surface electromyogram signals.

筋肉(骨格筋)の力の入れ具合、いわゆる筋張力は、神経パルスにより刺激された筋細胞膜が興奮して筋肉が収縮しようとすることで起こる。この興奮を皮膚上に貼着した電極により電気的に計測したものが表面筋電信号である。なお、以下では特に断りのない限り、表面筋電信号のことを筋電信号という。   The so-called muscle tension, which is the force of muscle (skeletal muscle), occurs when the muscle cell membrane stimulated by a nerve pulse is excited and the muscle tries to contract. A surface myoelectric signal is obtained by electrically measuring the excitement with an electrode attached on the skin. In the following description, the surface myoelectric signal is referred to as myoelectric signal unless otherwise specified.

筋電信号を運動学習に用いる技術は、例えば、特許文献1に示されているように、筋電信号から動作部分のインピーダンスを計算し、この計算結果を表示することで筋肉の使い方を定量的に利用者に示すものである。すなわち、表示装置が、運動学習目標値と今の動作における動作部分のインピーダンスの程度を表示するので、両者の差が視覚化される。このため、学習者は、この差を認識することで基準動作と現動作との相違の原因を知ることができ、動作部分が運動学習目標値に達するようにそのインピーダンスを調整することができるというものである。   For example, as disclosed in Patent Document 1, the technique of using myoelectric signals for motor learning is to calculate the impedance of the motion part from the myoelectric signals and display the calculation results to quantitatively determine how to use the muscles. Is shown to the user. That is, since the display device displays the motor learning target value and the degree of impedance of the motion part in the current motion, the difference between the two is visualized. Therefore, the learner can recognize the difference between the reference motion and the current motion by recognizing this difference, and can adjust the impedance so that the motion portion reaches the motor learning target value. Is.

また、電気刺激によりフィードバックを行う例として、非特許文献1に示された事例がある。これは、書道の熟練者の筋電信号をもとに電気刺激の信号を生成し、生成した電気刺激を初心者に与えることで、筆遣いの習得を感覚的に行うことを目的とした研究である。   Moreover, there is an example shown in Non-Patent Document 1 as an example of performing feedback by electrical stimulation. This is a study aimed at sensuously mastering writing by generating electrical stimulation signals based on myoelectric signals of calligraphy experts and giving the generated electrical stimulation to beginners. .

特許第4005864号公報Japanese Patent No. 4005864

内藤裕ほか、「感覚情報を用いた書道における教示効果」、電気情報通信学会、信学技報、Vol.103, No.734, pp.139-144, 2004Naito, et al., "Teaching effect in calligraphy using sensory information", IEICE, IEICE Technical Report, Vol.103, No.734, pp.139-144, 2004

筋電信号を運動学習に用いる場合、電気刺激の波形は、例えば特許文献1による演算によって求められた筋の活性レベルに合わせて作成される。波形自体は筋張力を実時間で再現し、その波形が被指導者に電気刺激として他動的に与えられるため、同じ運動を誘導することができる。
しかしながら、被指導者(学習者)が自分勝手に動く場合と異なり、外部からのトリガーとタイミングを合わせて運動する場合には、与える刺激の伝達と運動が発現するまでの時間差が問題となる。特に、画像の動作を目視によって真似て運動する場合には、画像信号と電気刺激信号にはある程度の時間差を考慮することが必要となる。また、被指導者によっては、指導者より早めに動作を行ってしまうケースも考えられ、このような場合にも画像信号と電気刺激信号との出力タイミングを調整する必要がある。
When the myoelectric signal is used for motor learning, the waveform of the electrical stimulation is created in accordance with, for example, the muscle activity level obtained by calculation according to Patent Document 1. Since the waveform itself reproduces muscle tension in real time and the waveform is given to the instructor as an electrical stimulus, the same movement can be induced.
However, unlike the case where the instructor (learner) moves by himself / herself, when exercising in synchronization with the trigger from the outside, the transmission of the stimulus to be applied and the time difference until the exercise is manifested become a problem. In particular, when the movement of an image is imitated by visual observation, it is necessary to consider a certain time difference between the image signal and the electrical stimulation signal. In addition, depending on the instructor, there may be a case where the operation is performed earlier than the instructor. In such a case, it is necessary to adjust the output timing of the image signal and the electrical stimulation signal.

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、より正確なタイミングで運動を学習できる運動学習支援技術を提供することを目的としている。   The present invention is for solving such problems, and an object of the present invention is to provide a motor learning support technology capable of learning motor with more accurate timing.

このような目的を達成するために、本発明にかかる運動学習支援装置は、指導者の動作を示す動作画像を撮影する画像入力部と、指導者の所定部位に貼着されて、当該指導者の動作により当該部位で発生する筋電信号を検出する検出電極と、指導者の動作を示す動作画像を画面表示する画面表示部と、被指導者の部位に貼着されて、当該被指導者の当該部位に対して指導者の動作を示す電気刺激からなるフィードバック信号を出力する出力電極と、画像入力部で得られた動作画像を画面表示部へ出力するとともに、検出電極で検出された筋電信号に応じたフィードバック信号を生成して出力電極へ出力する信号処理部とを備え、信号処理部で、動作画像とフィードバック信号とを並行して出力する際、動作に関する当該動作画像を出力するタイミングより調整時間だけ早めまたは遅めに当該動作に関するフィードバック信号を出力する。   In order to achieve such an object, the motor learning support device according to the present invention is attached to an image input unit that captures an operation image indicating the operation of the instructor and a predetermined part of the instructor, and the instructor A detection electrode for detecting a myoelectric signal generated in the part by the operation of the display, a screen display unit for displaying an operation image indicating the action of the instructor on the screen, and a part of the instructor attached to the instructor An output electrode for outputting a feedback signal comprising an electrical stimulus indicating the operation of the instructor to the relevant part of the image, and an operation image obtained by the image input unit to the screen display unit, and a muscle detected by the detection electrode A signal processing unit that generates a feedback signal corresponding to the electric signal and outputs the feedback signal to the output electrode. When the operation image and the feedback signal are output in parallel by the signal processing unit, the operation image related to the operation is output. T Only adjustment time than timing and outputs a feedback signal regarding the operation to the earlier or late.

これに加えて、信号処理部に、検出電極からの筋電信号をデジタル信号へ変換する筋電位測定部と、筋電位測定部で得られたデジタル信号を全波整流した後に平均化処理することにより加工信号を生成する信号加工部と、加工信号と画像入力部で得られた動作画像とを時系列で順に記憶する記憶部と、記憶部から動作画像を読み出して画面表示部へ出力するのと並行して、記憶部のうち当該動作画像の読み出し時間位置より調整時間だけシフトした早いまたは遅い時間位置から加工信号を読み出して、当該加工信号から生成したフィードバック信号を出力電極へ出力するフィードバック信号生成部とを設けたものである In addition to this, the myoelectric potential measuring unit that converts the myoelectric signal from the detection electrode into a digital signal in the signal processing unit, and the digital signal obtained by the myoelectric potential measuring unit is subjected to averaging processing after full-wave rectification A processing unit that generates a processing signal, a storage unit that sequentially stores the processing signal and an operation image obtained by the image input unit, and reads out the operation image from the storage unit and outputs the operation image to the screen display unit. In parallel, the processing signal is read out from the early or late time position shifted by the adjustment time from the reading time position of the operation image in the storage unit, and the feedback signal generated from the processing signal is output to the output electrode. it is provided with a generation unit.

また、本発明にかかる運動学習支援方法は、指導者の動作を示す動作画像を撮影するステップと、指導者の動作により所定の部位で発生する筋電信号を検出するステップと、指導者の動作を示す動作画像を画面表示するステップと、被指導者の部位に対して指導者の動作を示す電気刺激からなるフィードバック信号を出力するステップと、画像入力部で得られた動作画像を出力するとともに、検出された筋電信号に応じたフィードバック信号を生成して出力する信号処理ステップとを備え、信号処理ステップで、動作画像とフィードバック信号とを並行して出力する際、動作に関する当該動作画像を出力するタイミングより調整時間だけ早めまたは遅めに当該動作に関するフィードバック信号を出力する。   In addition, the motor learning support method according to the present invention includes a step of capturing an operation image showing an operation of the instructor, a step of detecting a myoelectric signal generated at a predetermined site by the operation of the instructor, and an operation of the instructor A step of displaying an operation image showing the screen, a step of outputting a feedback signal comprising an electrical stimulus indicating the operation of the instructor to the instructed part, and an output of the operation image obtained by the image input unit A signal processing step for generating and outputting a feedback signal corresponding to the detected myoelectric signal, and when the motion image and the feedback signal are output in parallel in the signal processing step, A feedback signal related to the operation is output earlier or later by the adjustment time than the output timing.

これに加えて、信号処理ステップに、検出電極からの筋電信号をデジタル信号へ変換するステップと、デジタル信号を全波整流した後に平均化処理することにより加工信号を生成するステップと、加工信号と動作画像とを時系列で順に記憶部で記憶するステップと、記憶部から動作画像を読み出して画面表示するのと並行して、記憶部のうち当該動作画像の読み出し時間位置より調整時間だけシフトした早いまたは遅い時間位置から加工信号を読み出して、当該加工信号から生成したフィードバック信号を被指導者の部位に対して出力するステップとを設けたものである In addition to this, in the signal processing step, a step of converting the myoelectric signal from the detection electrode into a digital signal, a step of generating a processing signal by performing an averaging process after full-wave rectification of the digital signal, and a processing signal And the operation image are sequentially stored in the storage unit in chronological order, and the operation image is read from the storage unit and displayed on the screen. from the early or late position reading processing signals, in which a feedback signal generated from the processed signal is provided and outputting with respect to site of the leader.

本発明によれば、教示動作を模倣する際に、指導者の動作に関する動作画像が出力されるタイミングより調整時間だけ早めまたは遅めに当該動作に関するフィードバック信号を被指導者に与えることができる。したがって、動作画像において指導者が運動を始めるタイミングより、フィードバック信号を早めに与えた場合、例えば、電気刺激を与えてから筋収縮を起こして運動が発現するまでの遅れ時間を補償することができ、より正確なタイミングで運動を学習することが可能となる。また、動作画像において指導者が運動を始めるタイミングより、フィードバック信号を遅めに与えた場合、例えば、指導者より早めに動作を行ってしまう傾向にある被指導者に対して、その動作を指導者に合わせるよう誘導することができ、結果として、より正確なタイミングで運動を学習することが可能となる。   According to the present invention, when imitating a teaching action, a feedback signal related to the action can be given to the instructor earlier or later than the timing at which the action image related to the action of the instructor is output. Therefore, when the feedback signal is given earlier than the timing at which the instructor starts exercise in the motion image, for example, it is possible to compensate for the delay time from when electrical stimulation is applied to when muscle contraction occurs and exercise starts. It becomes possible to learn exercise at a more accurate timing. In addition, when the feedback signal is given later than the timing when the instructor starts exercising in the operation image, for example, the instructor is instructed to perform the operation for the instructor who tends to operate earlier than the instructor. As a result, it is possible to learn exercise at a more accurate timing.

本実施の形態にかかる運動学習支援装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the motor learning assistance apparatus concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる運動学習支援装置の動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows operation | movement of the motor learning assistance apparatus concerning this Embodiment.

次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
[運動学習支援装置]
まず、図1を参照して、本実施の形態にかかる運動学習支援装置について説明する。図1は、本実施の形態にかかる運動学習支援装置の構成を示すブロック図である。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Exercise learning support device]
First, the motor learning support device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the motor learning support apparatus according to the present embodiment.

この運動学習支援装置1は、指導者51から検出した筋電信号をもとにしてフィードバック信号を生成し、このフィードバック信号を被指導者52へ電気刺激として初心者に与えることで、指導者51の運動を学習する被指導者52の支援を行う装置である。
運動学習支援装置1には、主な構成として、画像入力部31、検出電極21、画面表示部32、出力電極22、および信号処理部10が設けられている。
The motor learning support device 1 generates a feedback signal based on the myoelectric signal detected from the instructor 51, and provides the beginner 52 with the feedback signal as an electrical stimulus to the beginner. It is a device that supports the trainee 52 who learns exercise.
The motor learning support apparatus 1 includes an image input unit 31, a detection electrode 21, a screen display unit 32, an output electrode 22, and a signal processing unit 10 as main components.

画像入力部31は、一般的なビデオカメラからなり、指導者51の動作を示す動作画像31Vを撮影する機能を有している。
検出電極21は、複数の生体電極からなり、指導者51の所定部位に貼着されて、指導者51の動作により当該部位で発生する筋電信号21Sを検出する機能を有している。
画面表示部32は、一般的な画面モニタ装置からなり、指導者51の動作を示す動作画像32Vを画面表示する機能を有している。
The image input unit 31 includes a general video camera and has a function of capturing an operation image 31V indicating the operation of the instructor 51.
The detection electrode 21 includes a plurality of biological electrodes, and is attached to a predetermined part of the leader 51, and has a function of detecting the myoelectric signal 21S generated at the part by the action of the leader 51.
The screen display unit 32 includes a general screen monitor device, and has a function of displaying an operation image 32V indicating the operation of the instructor 51 on the screen.

出力電極22は、複数の生体電極からなり、被指導者52のうち検出電極21が貼着されている部位に貼着されて、被指導者52の当該部位に対して指導者51の動作を示す電気刺激からなるフィードバック信号22Sを出力する機能を有している。
信号処理部10は、全体としてコンピュータなどの情報処理装置、あるいは入力信号を処理して出力する信号処理装置からなり、画像入力部31で得られた動作画像31Vからなる動作画像32Vを画面表示部32へ出力する機能と、検出電極21で検出された筋電信号21Sに応じたフィードバック信号22Sを生成して出力電極22へ出力する機能とを有している。
The output electrode 22 is composed of a plurality of biological electrodes, and is attached to a part of the instructor 52 to which the detection electrode 21 is attached. It has a function of outputting a feedback signal 22S consisting of the electrical stimulation shown.
The signal processing unit 10 includes an information processing device such as a computer as a whole, or a signal processing device that processes and outputs an input signal, and displays an operation image 32V including an operation image 31V obtained by the image input unit 31 on a screen display unit. And a function of generating a feedback signal 22S corresponding to the myoelectric signal 21S detected by the detection electrode 21 and outputting the feedback signal 22S to the output electrode 22.

本実施の形態は、信号処理部10で、指導者51の動作に関する動作画像32Vとフィードバック信号22Sとを並行して出力する際、当該動作に関する動作画像32Vが出力されるタイミングより調整時間だけ早めまたは遅めに当該動作に関するフィードバック信号22Sを出力するようにしたものである。   In the present embodiment, when the signal processing unit 10 outputs the operation image 32V related to the operation of the instructor 51 and the feedback signal 22S in parallel, the adjustment time is earlier than the timing at which the operation image 32V related to the operation is output. Alternatively, the feedback signal 22S related to the operation is output later.

次に、図1を参照して、本実施の形態にかかる信号処理部10の構成について詳細に説明する。
信号処理部10には、主な機能部として、筋電位測定部11、信号加工部12、記憶部13、およびフィードバック信号生成部14が設けられている。
Next, the configuration of the signal processing unit 10 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.
The signal processing unit 10 includes a myoelectric potential measurement unit 11, a signal processing unit 12, a storage unit 13, and a feedback signal generation unit 14 as main functional units.

筋電位測定部11は、専用の信号処理回路からなり、検出電極21で検出された微弱な皮膚表面の電位を示すアナログ電位からなる筋電信号21Sを差動増幅し、これを1kHz〜2kHz程度のサンプリング周波数でA/D変換処理することにより、デジタルデータ列からなるデジタル信号11Sを変換する機能を有している。   The myoelectric potential measuring unit 11 is composed of a dedicated signal processing circuit, and differentially amplifies the myoelectric signal 21S composed of an analog potential indicating the weak skin surface potential detected by the detection electrode 21, and this is amplified by about 1 kHz to 2 kHz. A function of converting a digital signal 11S formed of a digital data string by performing an A / D conversion process at a sampling frequency of.

信号加工部12は、筋電位測定部11より出力されるデジタル信号11Sを、全波整流してから適宜に係数を設定したデジタルフィルタにより平均化処理して加工信号12Sを生成する機能を有している。   The signal processing unit 12 has a function of generating a processed signal 12S by averaging the digital signal 11S output from the myoelectric potential measuring unit 11 with a digital filter having a coefficient set appropriately after full-wave rectification. ing.

記憶部13は、画像入力部31で得られた動作画像31Vと信号加工部12で生成された加工信号12Sとを時系列で順に記憶する機能を有している。これにより、記憶部13には、指導者51の動作に関する動作画像31Vと、この動作に関する指導者51の筋肉の動きに応じて皮膚の表面に発生した筋電信号21Sの変化に対応した加工信号12Sが、時系列で順に記憶される。   The storage unit 13 has a function of sequentially storing the motion image 31V obtained by the image input unit 31 and the processed signal 12S generated by the signal processing unit 12 in time series. Accordingly, the storage unit 13 stores an operation image 31V related to the motion of the instructor 51 and a processing signal corresponding to a change in the myoelectric signal 21S generated on the surface of the skin in accordance with the motion of the muscle of the instructor 51 regarding this operation. 12S is sequentially stored in time series.

フィードバック信号生成部14は、動作画像31Vからなる動作画像13Vを記憶部13から読み出して画面表示部32へ出力する機能と、加工信号12Sからなる加工信号13Sを、記憶部13のうち動作画像13Vの読み出し時間位置より調整時間だけシフトした早いまたは遅い時間位置から読み出す機能と、読み出した加工信号13Sからフィードバック信号22Sを生成して出力電極22へ出力する機能とを有している。これにより、指導者51の動作に関する動作画像13Vが出力されるタイミングより調整時間だけ早めまたは遅めに当該動作に関するフィードバック信号22Sが出力される。   The feedback signal generation unit 14 reads the operation image 13V composed of the operation image 31V from the storage unit 13 and outputs the operation image 13V to the screen display unit 32, and the processing signal 13S composed of the processing signal 12S. A function of reading from an earlier or later time position shifted by an adjustment time than the read time position of the current signal, and a function of generating a feedback signal 22S from the read processing signal 13S and outputting it to the output electrode 22. Accordingly, the feedback signal 22S related to the operation is output earlier or later than the timing when the operation image 13V related to the operation of the instructor 51 is output.

[本実施の形態の動作]
次に、図2を参照して、本実施の形態にかかる運動学習支援装置の動作について説明する。図2は、本実施の形態にかかる運動学習支援装置の動作を示す説明図である。ここでは、電気刺激を与えてから筋収縮を起こして運動が発現するまでの時間遅れを解消するため、画像表示部32に表示再生される指導者51の動作より、調整時間だけ早いタイミングで、フィードバック信号22Sを出力する場合を例として説明する。
[Operation of this embodiment]
Next, the operation of the motor learning support device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the operation of the motor learning support device according to the present embodiment. Here, in order to eliminate the time delay from applying electrical stimulation to causing muscle contraction and the onset of exercise, the timing of the adjustment 51 is earlier than the operation of the instructor 51 displayed and reproduced on the image display unit 32. A case where the feedback signal 22S is output will be described as an example.

筋電位測定部11は、検出電極21で検出された指導者51の動作を示す筋電信号21Sを取得し、デジタル信号11Sへ変換する。信号加工部12は、筋電位測定部11からのデジタル信号11Sを加工して加工信号12Sを生成する。   The myoelectric potential measurement unit 11 acquires the myoelectric signal 21S indicating the operation of the instructor 51 detected by the detection electrode 21, and converts it into a digital signal 11S. The signal processing unit 12 processes the digital signal 11S from the myoelectric potential measurement unit 11 to generate a processing signal 12S.

記憶部13は、画像入力部31で得られた指導者51の動作に関する動作画像31Vを時系列で順に、記憶区領域へ書き込むとともに、これと並行して、デジタル信号11Sからの加工信号12Sを時系列で順に、記憶領域へ書き込む。
図2の例では、時刻T0に得られた指導者51の動作Xに関する動作画像31Vが、アドレスA1から順に書き込まれ、時刻T0に得られた指導者51の動作Xに関する加工信号12Sが、アドレスA2から順に書き込まれている。
The storage unit 13 writes the operation image 31V regarding the operation of the instructor 51 obtained by the image input unit 31 to the storage area in order in time series, and in parallel with this, the processing signal 12S from the digital signal 11S is written. Write to the storage area in chronological order.
In the example of FIG. 2, the operation image 31V related to the operation X of the instructor 51 obtained at time T0 is sequentially written from the address A1, and the processing signal 12S related to the operation X of the instructor 51 obtained at time T0 is The data are written in order from A2.

フィードバック信号生成部14は、動作画像32Vとフィードバック信号22Sとを並行して出力する際、記憶部13から動作画像13Vと加工信号13Sとを並行して読み出す。このとき、フィードバック信号生成部14は、記憶部13に記憶されている加工信号13Sのデータ列を、調整時間だけ早い時間位置から読み出して、50Hz以下の周波数でサンプリングして、このサンプリング点に刺激用のパルス信号を当てはめたフィードバック信号22Sを生成する。   When the feedback signal generator 14 outputs the motion image 32V and the feedback signal 22S in parallel, the feedback signal generator 14 reads the motion image 13V and the processed signal 13S from the storage unit 13 in parallel. At this time, the feedback signal generation unit 14 reads out the data string of the processed signal 13S stored in the storage unit 13 from the time position earlier by the adjustment time, samples at a frequency of 50 Hz or less, and stimulates this sampling point. A feedback signal 22S fitted with a pulse signal for use is generated.

図2の例では、時刻T1において、指導者51の動作Xに関する動作画像13Vが記憶部13のアドレスA1から順に読み出されている。この際、動作Xに関する加工信号13Sは、時刻T1より調整時間Δtだけ早い時刻T1−Δtに、アドレスA2から順に読み出される。実際には、動作画像13Vと加工信号13Sとは、時間的に連続するデータ列であるため、常時、動作画像13Vの読み出し時間位置より調整時間Δtだけシフトした早い時間位置から加工信号13Sを読み出すことになる。   In the example of FIG. 2, the operation image 13V related to the operation X of the instructor 51 is sequentially read from the address A1 of the storage unit 13 at time T1. At this time, the processing signal 13S related to the operation X is sequentially read from the address A2 at time T1-Δt that is earlier than the time T1 by the adjustment time Δt. Actually, since the operation image 13V and the processing signal 13S are temporally continuous data strings, the processing signal 13S is always read from an earlier time position shifted by the adjustment time Δt from the reading time position of the operation image 13V. It will be.

このことは、換言すれば、指導者51の動作Xに関する動作画像13Vは、動作Xに関する加工信号13Sより、調整時間Δtだけ遅れて記憶部13から順に読み出されることになる。したがって、動作画像13Vと加工信号13Sとは、時間的に連続するデータ列であるため、常時、加工信号13Sの読み出し時間位置より調整時間Δtだけシフトした遅い時間位置から動作画像13Vを読み出すことになる。   In other words, the motion image 13V related to the motion X of the instructor 51 is sequentially read from the storage unit 13 with an adjustment time Δt behind the processing signal 13S related to the motion X. Therefore, since the motion image 13V and the processed signal 13S are temporally continuous data strings, the motion image 13V is always read from a later time position shifted by the adjustment time Δt from the read time position of the processed signal 13S. Become.

フィードバック信号生成部14において、加工信号13Sからフィードバック信号22Sを生成する際の処理時間は、ほとんど無視できる程度である。これにより、図2に示すように、指導者51の動作Xに関する動作画像32Vが出力されるタイミングより調整時間Δtだけ早めに当該動作Xに関するフィードバック信号22Sが出力される。   In the feedback signal generator 14, the processing time when generating the feedback signal 22S from the processed signal 13S is almost negligible. As a result, as shown in FIG. 2, the feedback signal 22S related to the motion X is output earlier than the timing at which the motion image 32V related to the motion X of the instructor 51 is output by the adjustment time Δt.

なお、フィードバック信号生成部14が生成するフィードバック信号22Sは、例えば、医療用として用いられている低周波治療器と同等のパルス信号を用いればよい。また、生成するフィードバック信号22Sにおけるパルス幅、パルス高、および繰り返し周波数については、被指導者52が受ける刺激に応じて事前に調整しておけばよい。   In addition, what is necessary is just to use the pulse signal equivalent to the low frequency therapeutic device currently used for the feedback signal 22S which the feedback signal production | generation part 14 produces | generates, for example. The pulse width, pulse height, and repetition frequency in the generated feedback signal 22S may be adjusted in advance according to the stimulus received by the instructed person 52.

このようにして設定したパルス幅、パルス高、および繰り返し周波数に応じて生成されたフィードバック信号22Sによる電気刺激は、画像表示部32に表示再生される指導者51の動作より、調整時間だけ早いタイミングで、出力電極22により、被指導者52の対応する筋肉に与えて筋収縮を起こすことになる。これにより、電気刺激を与えてから筋収縮を起こして運動が発現するまでの時間遅れが解消されるため、表示再生される指導者51の動作を模倣する運動を、正確なタイミングで学習することができる。   The electrical stimulation by the feedback signal 22S generated according to the pulse width, the pulse height, and the repetition frequency set in this manner is earlier than the operation of the instructor 51 displayed and reproduced on the image display unit 32 by an adjustment time. Thus, the output electrode 22 gives the corresponding muscle of the instructor 52 to cause muscle contraction. This eliminates the time delay from applying electrical stimulation to causing muscle contraction and the onset of exercise, so that the exercise imitating the operation of the instructor 51 displayed and reproduced can be learned at an accurate timing. Can do.

調整時間を決めるために、簡単なタスクを模倣する実験を行って効果的な時間シフト量を調べた。タスクは、10秒間に単関節の屈伸を模倣するもので、画像とともに電気刺激を与えて運動を学習させた後、運動の再現性を調べることで行った。シフト量は0.1秒から0.3秒の範囲内で良好な結果が得られた。特に、画像と電気刺激のシフト量を−0.2、0、+0.2、+0.4(秒)早めた場合の再現性を調べてみると、この中で+0.2秒の場合がもっとも再現性がよく、それより早くても遅くても結果は+0.2秒の場合よりも良くなかった。したがって、+0.2秒付近が最適なシフト量であることが分かった。   In order to determine the adjustment time, we conducted an experiment that mimics a simple task and examined the effective amount of time shift. The task imitates the flexion and extension of a single joint in 10 seconds. The task was performed by applying an electrical stimulus along with an image to learn the exercise, and then examining the reproducibility of the exercise. Good results were obtained when the shift amount was in the range of 0.1 to 0.3 seconds. In particular, when examining the reproducibility when the shift amount of the image and electrical stimulation is advanced by -0.2, 0, +0.2, +0.4 (seconds), the case of +0.2 seconds is the most. The reproducibility was good and the results were not as good as +0.2 seconds, either earlier or later. Accordingly, it was found that the optimum shift amount is around +0.2 seconds.

[本実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、信号処理部10で、指導者51の動作に関する動作画像32Vとフィードバック信号22Sとを並行して出力する際、当該動作に関する動作画像32Vが出力されるタイミングより調整時間だけ早めまたは遅めに当該動作に関するフィードバック信号22Sを出力している。
したがって、動作画像において指導者が運動を始めるタイミングより、フィードバック信号を早めに与えることにより、例えば、電気刺激を与えてから筋収縮を起こして運動が発現するまでの遅れ時間を補償することができ、より正確なタイミングで運動を学習することが可能となる。また、動作画像において指導者が運動を始めるタイミングより、フィードバック信号を遅めに与えることにより、例えば、指導者より早めに動作を行ってしまう傾向にある被指導者に対して、その動作を指導者に合わせるよう誘導することができ、結果として、より正確なタイミングで運動を学習することが可能となる。
[Effects of the present embodiment]
As described above, in the present embodiment, when the signal processing unit 10 outputs the operation image 32V related to the operation of the instructor 51 and the feedback signal 22S in parallel, the operation image 32V related to the operation is output from the timing. The feedback signal 22S related to the operation is output earlier or later by the adjustment time.
Therefore, by giving a feedback signal earlier than the timing at which the instructor starts exercising in the motion image, for example, it is possible to compensate for the delay time from when electrical stimulation is applied to when muscle contraction occurs and exercise starts. It becomes possible to learn exercise at a more accurate timing. In addition, by giving a feedback signal later than the timing when the instructor starts exercising in the motion image, for example, the instructor is instructed to perform the operation for the instructor who tends to operate earlier than the instructor. As a result, it is possible to learn exercise at a more accurate timing.

また、本実施の形態では、信号処理部10において、筋電位測定部11により、検出電極21からの筋電信号21Sをデジタル信号11Sへ変換し、信号加工部12により、筋電位測定部21Sで得られたデジタル信号11Sを全波整流した後に平均化処理することにより加工信号12Sを生成し、記憶部13で、加工信号12Sと画像入力部31で得られた動作画像31Vとを時系列で順に記憶し、フィードバック信号生成部14により、記憶部13から動作画像13Vを読み出して画面表示部32で動作画像32Vを画面表示するのと並行して、記憶部13のうち当該動作画像13Vの読み出し時間位置より調整時間だけシフトした早いあるいは遅い時間位置から加工信号13Sを読み出して、当該加工信号13Sから生成したフィードバック信号22Sを出力電極22により被指導者52の部位に対して出力するようにしたので、簡素な構成で動作画像32Vの画面表示とフィードバック信号22Sの出力とを調整時間だけずらすことができる。   In the present embodiment, in the signal processing unit 10, the myoelectric potential measurement unit 11 converts the myoelectric signal 21S from the detection electrode 21 into the digital signal 11S, and the signal processing unit 12 uses the myoelectric potential measurement unit 21S. The obtained digital signal 11S is full-wave rectified and then averaged to generate a processed signal 12S. The storage unit 13 generates the processed signal 12S and the operation image 31V obtained from the image input unit 31 in time series. In parallel with reading out the operation image 13V from the storage unit 13 by the feedback signal generation unit 14 and displaying the operation image 32V on the screen display unit 32 by the feedback signal generation unit 14, the operation image 13V is read out from the storage unit 13. A processing signal 13S is read from an early or late time position shifted by an adjustment time from the time position, and a feed generated from the processing signal 13S Since the output signal 22S is output to the part of the instructor 52 by the output electrode 22, the screen display of the operation image 32V and the output of the feedback signal 22S can be shifted by the adjustment time with a simple configuration. .

また、本実施の形態では、検出電極21および出力電極22として複数の電極を用い、検出電極21の各電極で得られた各筋電信号について、これら筋電信号から生成したフィードバック信号22Sをそれぞれ早めまたは遅めに出力するようにしたので、各部位の連動のタイミングや力の強弱を、被指導者52に体感させることが可能となる。   Further, in the present embodiment, a plurality of electrodes are used as the detection electrode 21 and the output electrode 22, and for each myoelectric signal obtained from each electrode of the detection electrode 21, a feedback signal 22S generated from these myoelectric signals is respectively provided. Since the output is made earlier or later, it becomes possible for the instructor 52 to experience the timing of interlocking of each part and the strength of the force.

[実施の形態の拡張]
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
[Extended embodiment]
The present invention has been described above with reference to the embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.

1…運動学習支援装置、10…信号処理部、11…筋電位測定部、11S…デジタル信号、12…信号加工部、12S…加工信号、13…記憶部、13S…加工信号、13V…動作画像、14…フィードバック信号生成部、21…検出電極、21S…筋電信号、22…出力電極、22S…フィードバック信号、31…画像入力部、31V…動作画像、32…画面表示部、32V…動作画像、51…指導者、52…被指導者。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Motor learning support apparatus, 10 ... Signal processing part, 11 ... Myoelectric potential measurement part, 11S ... Digital signal, 12 ... Signal processing part, 12S ... Processing signal, 13 ... Memory | storage part, 13S ... Processing signal, 13V ... Motion image , 14 ... feedback signal generation unit, 21 ... detection electrode, 21S ... myoelectric signal, 22 ... output electrode, 22S ... feedback signal, 31 ... image input unit, 31V ... operation image, 32 ... screen display unit, 32V ... operation image 51 ... Leader, 52 ... Leader.

Claims (2)

指導者の動作を示す動作画像を撮影する画像入力部と、
前記指導者の所定部位に貼着されて、当該指導者の前記動作により当該部位で発生する筋電信号を検出する検出電極と、
前記指導者の動作を示す動作画像を画面表示する画面表示部と、
被指導者の前記部位に貼着されて、当該被指導者の当該部位に対して前記指導者の動作を示す電気刺激からなるフィードバック信号を出力する出力電極と、
前記画像入力部で得られた前記動作画像を前記画面表示部へ出力するとともに、前記検出電極で検出された前記筋電信号に応じた前記フィードバック信号を生成して前記出力電極へ出力する信号処理部と
を備え、
前記信号処理部は、前記動作画像と前記フィードバック信号とを並行して出力する際、前記動作に関する当該動作画像を出力するタイミングより調整時間だけ早めまたは遅めに当該動作に関する前記フィードバック信号を出力し、
前記信号処理部は、
前記検出電極からの筋電信号をデジタル信号へ変換する筋電位測定部と、
前記筋電位測定部で得られたデジタル信号を全波整流した後に平均化処理することにより加工信号を生成する信号加工部と、
前記加工信号と前記画像入力部で得られた前記動作画像とを時系列で順に記憶する記憶部と、
前記記憶部から前記動作画像を読み出して前記画面表示部へ出力するのと並行して、前記記憶部のうち当該動作画像の読み出し時間位置より調整時間だけシフトした早いまたは遅い時間位置から前記加工信号を読み出して、当該加工信号から生成した前記フィードバック信号を前記出力電極へ出力するフィードバック信号生成部と
を含むことを特徴とする運動学習支援装置。
An image input unit that captures an action image indicating the action of the instructor;
A detection electrode that is affixed to a predetermined part of the instructor and detects a myoelectric signal generated in the part by the operation of the instructor;
A screen display unit for displaying an operation image indicating the operation of the instructor;
An output electrode that is attached to the part of the instructor and outputs a feedback signal comprising an electrical stimulus indicating the operation of the instructor with respect to the part of the instructor;
Signal processing for outputting the operation image obtained by the image input unit to the screen display unit, generating the feedback signal according to the myoelectric signal detected by the detection electrode, and outputting the feedback signal to the output electrode The department and
Wherein the signal processing unit, when outputting in parallel with the feedback signal and the operation image, and outputs the feedback signal related to the operation just ahead or late than the adjustment time timing of outputting the operation image relating to the operation ,
The signal processing unit
A myoelectric potential measuring unit for converting a myoelectric signal from the detection electrode into a digital signal;
A signal processing unit that generates a processing signal by performing an averaging process after full-wave rectification of the digital signal obtained by the myoelectric potential measuring unit;
A storage unit that sequentially stores the processing signal and the motion image obtained by the image input unit in time series;
In parallel with reading out the operation image from the storage unit and outputting it to the screen display unit, the processing signal from an earlier or later time position shifted by an adjustment time from the read time position of the operation image in the storage unit. A feedback signal generation unit that outputs the feedback signal generated from the machining signal to the output electrode;
Motor learning support apparatus which comprises a.
指導者の動作を示す動作画像を撮影するステップと、
指導者の前記動作により所定の部位で発生する筋電信号を検出するステップと、
前記指導者の動作を示す動作画像を画面表示するステップと、
被指導者の前記部位に対して前記指導者の動作を示す電気刺激からなるフィードバック信号を出力するステップと、
前記画像入力部で得られた前記動作画像を出力するとともに、検出された前記筋電信号に応じた前記フィードバック信号を生成して出力する信号処理ステップと
を備え、
前記信号処理ステップは、前記動作画像と前記フィードバック信号とを並行して出力する際、前記動作に関する当該動作画像を出力するタイミングより調整時間だけ早めまたは遅めに当該動作に関する前記フィードバック信号を出力し、
前記信号処理ステップは、
前記検出電極からの筋電信号をデジタル信号へ変換するステップと、
前記デジタル信号を全波整流した後に平均化処理することにより加工信号を生成するステップと、
前記加工信号と前記動作画像とを時系列で順に記憶部で記憶するステップと、
前記記憶部から前記動作画像を読み出して画面表示するのと並行して、前記記憶部のうち当該動作画像の読み出し時間位置より調整時間だけシフトした早いまたは遅い時間位置から前記加工信号を読み出して、当該加工信号から生成した前記フィードバック信号を前記被指導者の前記部位に対して出力するステップと
を含むことを特徴とする運動学習支援方法。
Taking an action image showing the action of the instructor;
Detecting a myoelectric signal generated at a predetermined site by the operation of the instructor;
Displaying an operation image showing the operation of the instructor on the screen;
Outputting a feedback signal comprising an electrical stimulus indicating the operation of the instructor with respect to the part of the instructor;
A signal processing step of outputting the motion image obtained by the image input unit and generating and outputting the feedback signal corresponding to the detected myoelectric signal,
Said signal processing step, when outputting in parallel with the feedback signal and the operation image, and outputs the feedback signal related to the operation earlier or late by adjusting time from the timing of outputting the operation image relating to the operation ,
The signal processing step includes
Converting a myoelectric signal from the detection electrode into a digital signal;
Generating a processed signal by performing an averaging process after full-wave rectification of the digital signal;
Storing the processed signal and the motion image in time series in a storage unit;
In parallel with reading the operation image from the storage unit and displaying it on the screen, the processing signal is read from an earlier or later time position shifted by an adjustment time from the read time position of the operation image in the storage unit, Outputting the feedback signal generated from the processing signal to the part of the instructor;
A motor learning support method characterized by comprising :
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