JP5964622B2 - ストレス評価装置 - Google Patents
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Description
特許文献2においては、作業時の咬筋の活動によって生じる、左右それぞれの咬筋の筋電位を検出し、測定された左右それぞれの咬筋の筋電位の時系列データを処理して、咬筋の筋電位の同時収縮強度を算出し、左右の咬筋の同時収縮強度を用い、作業中のストレスの強度を評価している。
特許文献3の作業特性評価方法においては、作業者が行う作業と独立して活動する作業者の筋肉における筋活動の情報を取得するとともに、作業者が行う作業の作業強度を計測し、筋活動の情報の時系列データと作業強度の時系列データとの間の相関を求める。作業の特性を評価するために、相関の度合いに基づいて作業者に与えるストレスが作業の肉体的作業負荷によるものか、作業の精神的負荷によるものかを判定する。
特許文献3では、具体的には、作業者が行う作業と独立して活動する作業者の筋肉における筋活動の情報として、ドライバの咬筋の筋活動による筋電位(筋電信号)を計測し、作業者が行う作業の作業強度として、ドライバが操舵するときの操舵トルクを計測する。そして、咬筋の筋電信号及び作業強度(操舵トルク)に基づいて、ドライバの行う自動車の運転作業における運転負担が、肉体的運転作業の負荷によるものか、精神的負荷によるものかを判定している。
特許文献1の作業快適度評価装置では、評価対象となる複数の筋が作業に関与する複数の筋に限定されており、高い感度および高いダイナミックレンジが得られにくいという問題点がある。
また、特許文献2では、左右の咬筋の同時収縮強度を用いており、測定対象が左右の咬筋に限定されている。このため、ストレスの判定における高い感度および高いダイナミックレンジが得られにくいという問題点がある。
さらには、特許文献3のように、作業者が行う作業と独立して活動する作業者の筋肉における筋活動の情報を用いるものについても、作業と独立して活動する作業者の筋肉の筋活動は、低ストレス下では誘発されにくく、ストレスの検出感度が不足するという問題点がある。
また、前記測定された骨格筋の筋活動のピークの重複を検出する工程は、前記作業者の作業に関与する骨格筋のグループと、前記作業者の作業に関与しない骨格筋のグループのそれぞれに対して、ピークを検出する工程を有することが好ましい。
さらに、前記測定された骨格筋の筋活動のピークの重複を検出する工程は、更に、前記作業者の作業に関与する骨格筋のグループと、前記作業者の作業に関与しない骨格筋のグループの両方のグループが同時に収縮するピークを検出する工程を有することが好ましい。
さらに、前記信号処理部は、前記各筋電位データを用いて前記作業者の作業に関与する骨格筋のグループと、前記作業者の作業に関与しない骨格筋のグループのそれぞれに対してピークを検出することが好ましい。
また、前記信号処理部は、前記各筋電位データを用いて更に、前記作業者の作業に関与する骨格筋のグループと、前記作業者の作業に関与しない骨格筋のグループの両方のグループが同時に収縮するピークを検出することが好ましい。
また、前記測定部は、前記少なくとも4つの骨格筋に取り付けられ、前記少なくとも4つの骨格筋の筋活動を時系列に検出するセンサと、前記各センサで検出された前記少なくとも4つの骨格筋の筋活動を、それぞれ同じタイミングで取得し、前記少なくとも4つの骨格筋の筋活動を同時、かつ時系列に一致された各筋電位データを得る取得部とを有することが好ましい。
図1は、本発明の実施形態に係るストレス評価装置を示す模式図であり、図2は、本発明の実施形態に係るストレス評価方法を示すフローチャートである。
図1に示すストレス評価装置10(以下、評価装置10ともいう)は、作業者として、乗員100が車両を運転する作業時のストレスを評価するものであるが、本発明は、これに限定されるものではない。
なお、乗員100には、車両を操縦する運転手である。また、車両には、乗用車、バス、鉄道の車両、新交通システムの車両も含まれる。
ここで、入力部16は、キーボード、マウスなど、コンピュータなどの入力に用いられるものである。
表示部18は、入力部16からの入力情報および評価ユニット14で得られた情報を表示するものである。この表示部18としては、LCD、PDP、有機ELなどの各種のモニタを用いることができる。
例えば、作業が車両の運転であれば、運転に関与する骨格筋としては、ステアリング操作では、上肢の筋および肩の筋、ペダル操作であれば、下肢の筋、知覚動作であれば頚部、頭部であり、姿勢保持であれば、体幹の筋、下肢の筋、頚部の筋、上肢の筋である。
また、ドライビングシミュレータの場合、姿勢保持のための骨格筋は、運転に関与する骨格筋ではない。
作業に関与する骨格筋と、作業に関与しない骨格筋とは、左右一対の骨格筋以外の組合せを含むことが好ましい。すなわち、左右一対の骨格筋を測定対象にしないことが好ましく、例えば、左右一対の三角筋を測定対象にしないことである。
選択された運転に関与する三角筋と上腕三頭筋とをまとめて、運転に関与する骨格筋のグループともいう。また、選択された運転に関与しない咬筋と胸鎖乳突筋とをまとめて、運転に関与しない骨格筋のグループともいう。
CPU38は、筋電情報取得部30と、データ解析処理部32と、評価部34と、記憶部36とを制御するものである。
評価ユニット14は、記憶部36に記憶されたストレス評価方法のプログラムをCPU38が実行することで、各部が機能するコンピュータである。なお、評価ユニット14は、各部が専用回路によって構成された専用装置であってもよい。また、筋電位センサ20と筋電情報取得部30とで本発明の測定部が構成される。
具体的には、筋電位センサ20によって時系列に取得された右側の三角筋102、右側の上腕三頭筋104、右側の咬筋106、右側の胸鎖乳突筋108の筋電位がデジタル信号として、筋電情報取得部30に同じタイミングで入力される。
筋電情報取得部30は、右側の三角筋102、右側の上腕三頭筋104、右側の咬筋106、右側の胸鎖乳突筋108の筋電位(デジタル信号)に対して、整流平滑化を行い、平滑化された各種の筋の筋電位の平滑化筋電波形のデータを生成し、平滑化筋電波形のデータ(筋電位データ)をデータ解析処理部32および記憶部36に出力するものである。
例えば、筋活動のピークの重複を検出するための、筋活動のピークの検出方法としては、波形間の相乗平均、相加平均、相乗平均と相加平均の組合せ、PCA(主成分分析)、ICA(独立成分分析)等を用いることができる。
また、ピークは、例えば、筋電位の平滑化筋電波形に対して、閾値を設定しておき、この閾値以上のものをピークとする。閾値としては、例えば、各グループの筋電位、または全てのグループの筋電位の最大値の50%とする。
ピーク特徴量は、例えば、ピークの高さ、ピークの出現頻度、ピークの形状、筋活動のピークが重複する骨格筋の数である。ピークの高さは、力みの度合いを示し、ピークが高い程、力んでいることを示す。また、骨格筋の数は、全身の力みの度合いを示し、骨格筋の数が多い程、全身に力みがあることを示す。
また、データ解析処理部32は、表示部18に接続されており、データ解析処理部32で算出された筋電位の波形、ピーク特徴量を表示させることもできる。
ピーク特徴量については、例えば、予め官能評価との関係を求めておき、これをテーブル化して記憶部36に記憶させておく。評価部34で評価する際に、記憶部36から読出し、ピーク特徴量と比較してストレスを評価する。なお、ストレスの評価結果は、例えば、表示部18に表示させる。
図3は、本発明の実施形態に係るストレス評価方法を詳細に示すフローチャートである。図4(a)〜(f)は、本発明の実施形態に係るストレス評価方法を説明するための模式図である。なお、図3において、A1は右側の三角筋102を示し、A2は右側の上腕三頭筋104を示し、B1は右側の咬筋106を示し、B2は右側の胸鎖乳突筋108を示す。
まず、本実施形態では、上述のように、運転に関与する骨格筋として、三角筋と上腕三頭筋を選択し、運転に関与してない骨格筋として、咬筋と胸鎖乳突筋が予め選択されている。このため、ワイヤレスタイプの筋電位センサ20を、右側の三角筋102、右側の上腕三頭筋104、右側の咬筋106、右側の胸鎖乳突筋108が位置する皮膚の表面に貼り付けられる。
次に、筋電情報取得部30において、右側の三角筋102、右側の上腕三頭筋104、右側の咬筋106、右側の胸鎖乳突筋108の筋電位(デジタル信号)に対して、整流平滑化を行い、図4(a)、(d)に示すように、平滑化された各種の骨格筋の筋電位の平滑化筋電波形のデータを生成し、筋電位データを得る(ステップS20、ステップS30)。次に、平滑化筋電波形のデータをデータ解析処理部32に出力する。
具体的には、運転に関与する骨格筋のグループにおいて、例えば、三角筋の筋電位データと上腕三頭筋の筋電位データの相乗平均を算出し、図4(b)に示す相乗平均データを得る。その後、相乗平均データから重複する筋活動のピークを検出する(図4(c)、ステップS22)。これにより、第1のピーク情報が得られる(ステップS24)。この場合、閾値を設定しておき、この閾値よりも大きいものを重複する筋活動のピークとして検出する。
次に、第1のピーク情報を用いて、検出された重複する筋活動のピークを特徴付ける第1のピーク特徴量を算出する(ステップS26)。第1のピーク特徴量は、例えば、ピークの高さ、ピークの出現頻度、ピークの形状、重複する筋活動のピークが検出された骨格筋の数を用いて算出する。
具体的には、運転に関与しない骨格筋のグループにおいても、運転に関与する骨格筋のグループと同様に、咬筋の筋電位データと胸鎖乳突筋の筋電位データの相乗平均を算出し、図4(e)に示す相乗平均データを得る。その後、相乗平均データから重複する筋活動のピークを検出する(図4(f)、ステップS32)。これにより、第2のピーク情報が得られる(ステップS34)。この場合も、閾値を設定しておき、この閾値よりも大きいものを重複する筋活動のピークとして検出される。
次に、第2のピーク情報を用いて、検出された重複する筋活動のピークを特徴付ける第2のピーク特徴量を算出する(ステップS36)。第2のピーク特徴量は、第1のピーク特徴量と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
そして、タイヤを変えて、再度、上述のストレス評価を行う。このようにして、タイヤの違いによる運転時の乗員100のストレスを評価することができる。なお、ストレスの評価結果は、例えば、表示部18に表示させることができる。
このように、低ストレス下では、運転に関与しない骨格筋の力みは誘発されにくく、測定感度が低いが、関与のある骨格筋の力み情報を得ることができるため、測定感度を高くすることができ、ストレス評価の応答性を高めることができる。さらには、ストレスの応答信号のS/Nも向上させることができるため、ストレス評価の感度も高めることができる。
図5は、本発明の他の実施形態に係るストレス評価方法を示すフローチャートであり、図6(a)〜(g)は、本発明の実施形態に係るストレス評価方法を説明するための模式図である。本実施形態の図6(a)〜(f)は、上述の実施形態の図4(a)〜(f)と対応している。なお、図5において、図3と同様に、A1は右側の三角筋102を示し、A2は右側の上腕三頭筋104を示し、B1は右側の咬筋106を示し、B2は右側の胸鎖乳突筋108を示す。
そして、第1のピーク特徴量および第2のピーク特徴量の各ピーク特徴量を用いて、運転時の乗員100のストレスを評価する(ステップS38)。
そして、タイヤを変えて、再度、上述のストレス評価を行う。このようにして、タイヤの違いによる運転時の乗員100のストレスを評価することができる。なお、ストレスの評価結果は、例えば、表示部18に表示させることができる。
本実施例においては、走行試験を、T1〜T3の3仕様のタイヤを用いて行い、運転者のストレスを評価した。
走行試験は、速度45km/時(一定)でのコーナリングとした。路面条件としては、ウエット路面とした。車両にはミニバン(排気量2.4リットル、FF(前輪駆動)、7人乗り)を用いた。タイヤサイズは、215/60R16とした。
運転に関与する骨格筋を右側の三角筋と右側の上腕三頭筋とし、運転に関与しない骨格筋を右側の咬筋と右側の胸鎖乳突筋とした。
なお、運転者(被験者)は10人とし、下記に示す結果は、いずれも10人の運転者(被験者)の平均値である。
なお、第1のピーク特徴量乃至第3のピーク特徴量は、ピークの頻度とした。
また、運転に関与していない骨格筋では、比較例においては、図8(b)に示すように、比較例ではT1〜T3の3仕様のタイヤでストレスに大きな差異がみられない。一方、実施例においては、図7(b)に示すように、T1〜T3の3仕様のタイヤで、ストレスに大きな差異がみられる。
さらには、図7(c)に示すように、運転に関与する骨格筋と運転に関与していない骨格筋とで重複する筋活動のピークでは、T1〜T3の3仕様のタイヤでのストレスの違いが明確になっている。
12 測定ユニット
14 評価ユニット
16 入力部
18 表示部
20 筋電位センサ
30 筋電情報取得部
30a アンテナ
32 データ解析処理部
34 評価部
36 記憶部
38 CPU
Claims (4)
- 作業を行う作業者の作業中のストレスを評価するストレス評価装置であって、
前記作業者の作業に関与する骨格筋と前記作業者の作業に関与しない骨格筋の両方を複数含む、少なくとも4つの骨格筋の筋活動を同時、かつ時系列に測定し、各骨格筋の筋電位データを得る測定部と、
前記作業者の作業に関与する前記骨格筋の前記各筋電位データを用いて、前記作業者の作業に関与する前記骨格筋のグループに対して、前記作業者の作業に関与する前記骨格筋の筋活動のピークの重複を検出し、第1のピーク情報を得、前記第1のピーク情報を用いて前記ピークを特徴付ける第1のピーク特徴量を算出し、
前記作業者の作業に関与しない前記骨格筋の前記各筋電位データを用いて、前記作業者の作業に関与しない前記骨格筋のグループに対して、前記作業者の作業に関与しない前記骨格筋の筋活動のピークの重複を検出し、第2のピーク情報を得、前記第2のピーク情報を用いて前記ピークを特徴付ける第2のピーク特徴量を算出する信号処理部と、
前記第1のピーク特徴量と前記第2のピーク特徴量を用いて、前記作業者の作業中のストレスを評価する評価部とを有することを特徴とする作業中のストレス評価装置。 - 前記作業者の作業に関与する骨格筋と前記作業者の作業に関与しない骨格筋は、それぞれ左右一対の筋以外の組み合わせを含む請求項1に記載の作業中のストレス評価装置。
- 前記信号処理部は、前記第1のピーク情報と前記第2のピーク情報を用いて、測定した全ての骨格筋の重複する筋活動のピークを検出し、前記ピークから第3のピーク特徴量を算出し、
前記評価部は、前記第3のピーク特徴量を用いて、前記作業者の作業中のストレスを評価する請求項1または2に記載の作業中のストレス評価装置。 - 前記測定部は、前記少なくとも4つの骨格筋に取り付けられ、前記少なくとも4つの骨格筋の筋活動を時系列に検出するセンサと、
前記各センサで検出された前記少なくとも4つの骨格筋の筋活動を、それぞれ同じタイミングで取得し、前記少なくとも4つの骨格筋の筋活動を同時、かつ時系列に一致された各筋電位データを得る取得部とを有する請求項1〜3のいずれか1項に記載のストレス評価装置。
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