JP6410506B2 - Breathing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、外部刺激により使用者の呼吸を調整する呼吸引き込み装置に関する。 The present invention relates to a respiration apparatus that adjusts a user's respiration by external stimulation.
呼吸を操作することで心と身体を調節することは、古くから経験的に実践されてきた。呼吸の操作を体系化したものが、座禅や太極拳などの、いわゆる“東洋的行法”と呼ばれるものに組み込まれている“呼吸法”である。
呼吸法には、呼気時間を長くする長息呼吸法や、腹部を膨らませて吸気し腹部を凹ませて呼気する腹式呼吸法などがあり、これらの呼吸法実施によりリラックス状態が得られることが明らかとなっている（非特許文献１）。
また、心理臨床において、外的な刺激によりカウンセラーが患者の呼吸を調整する技法として、「とけあい動作法」（非特許文献２）がある。カウンセラーの掌を患者の身体に当てて心地よく「ピタ−」とゆっくりと押し、掌を患者の身体に密着したまま「フワ−」と言いながらゆっくりその力を緩める手続きを周期的に行うことにより、過度な筋緊張を緩和させ、心と身体の調和をもたらす方法である。患者の呼吸にあわせて腹部に周期的に触圧を加えることで、患者の呼吸を徐々に安定・安静にすることができる。
Regulating the mind and body by manipulating breathing has long been practiced empirically. A systematic approach to breathing is the “breathing technique” that is built into what is called “oriental practice”, such as Zazen and Tai Chi.
Breathing methods include a long breath breathing method that extends the expiration time, and an abdominal breathing method that inflates the abdomen and inhales and dents the abdomen and exhales, and these breathing methods can provide a relaxed state. It has become clear (Non-Patent Document 1).
In psychological clinics, there is a “contact operation method” (Non-patent Document 2) as a technique in which a counselor adjusts a patient's breathing by external stimulation. By applying the counselor's palm to the patient's body slowly and comfortably pushing "Pita", and periodically releasing the force while saying "Fuwa" while keeping the palm in close contact with the patient's body, It is a method to relieve excessive muscle tension and bring about harmony between mind and body. By applying tactile pressure to the abdomen periodically according to the patient's breathing, the patient's breathing can be gradually stabilized and rested.
使用者の呼吸を誘導調整することによりリラックスさせる方法を利用する装置として、生体に与える呼吸パターンに関する刺激信号として音楽を使用し、音楽による刺激を制御して呼吸を理想パターンに誘導するもの（特許文献１）、利用者をリラックス状態に誘導した後に、映像、音響、光を利用して、利用者に呼気期間のみを目標値に誘導することによりリフレッシュ状態に誘導するもの（特許文献２）、シート部に使用者に触覚刺激を与える触覚刺激手段を設け、触覚刺激手段を制御して使用者の呼吸の状態を目標状態に誘導するもの（特許文献３）等がある。 A device that uses a method of relaxing by guiding and adjusting the breathing of the user, using music as a stimulus signal related to the breathing pattern given to the living body, and controlling the stimulus by the music to induce breathing to the ideal pattern (patent Reference 1), after guiding the user to a relaxed state, using video, sound, and light to guide the user to the refresh state by guiding only the expiration period to the target value (Patent Document 2), There is one that provides tactile stimulation means for providing tactile stimulation to the user in the seat portion and controls the tactile stimulation means to induce the user's breathing state to a target state (Patent Document 3).
上述したように、使用者の呼吸を誘導する方法として、音、映像、光、触覚等の外的刺激を制御することにより、目標とする呼吸パターンに誘導する方法が種々検討されている。外的刺激のうち、触覚を利用する方法は、音、映像、光による外的刺激とくらべて、より直接的に使用者に作用して呼吸を誘導すると考えられ、音、映像、光による刺激を併用することによって、さらに有効に作用するものと考えられる。
従来の触覚を利用して呼吸を誘導する方法には、シート部にエアバッグを配して、エアバッグによる圧力を制御するといった方法がある。しかしながら、従来の触覚を利用して呼吸を誘導する方法は、必ずしも有効に機能しているとはいいがたい。
As described above, various methods for inducing a user's breathing pattern by controlling external stimuli such as sound, video, light, and tactile sensation have been studied as methods for guiding the user's breathing. Among external stimuli, the method using tactile sensation is thought to act on the user and induce respiration more directly than external stimuli by sound, video, and light. It is thought that it works more effectively by using together.
As a conventional method for inducing respiration using tactile sensation, there is a method in which an air bag is arranged on a seat portion and the pressure by the air bag is controlled. However, the conventional method of inducing respiration using the sense of touch is not necessarily functioning effectively.
本発明は、利用者の体に掌を当てて押す動作と、身体を押す力をゆっくりと緩める動作を周期的に行う、「とけあい動作法」を利用して利用者の呼吸を誘導する、触圧を利用する呼吸引き込み装置に係るものであり、触圧を利用して、より効果的に、また利用者に負担をかけることなく呼吸を誘導することができる呼吸引き込み装置を提供することを目的とする。 The present invention periodically performs an operation of applying a palm to a user's body and pushing, and an operation of slowly relaxing the force of pushing the body, and induces the user's breathing using a `` contact operation method ''. The present invention relates to a breathing retraction device that uses tactile pressure, and provides a respiration drawing device that can induce respiration more effectively and without burdening the user by using tactile pressure. Objective.
本発明に係る呼吸引き込み装置は、使用者の身体に装着する触圧刺激装置と、使用者の呼吸状態を検知する呼吸センサと、前記触圧刺激装置を制御する制御部とを備え、使用者の呼吸を、目標とする呼吸周期に誘導する呼吸引き込み装置であって、前記触圧刺激装置は、触圧を作用させる作用源として、クリープ変形する誘電性材料を陽極と陰極とにより厚さ方向に挟む構成を有するゲルアクチュエータを備え、前記制御部は、前記呼吸センサの出力信号に基づく呼吸データを検出する生体信号計測装置と、前記生体信号計測装置により検出された呼吸データから呼吸周期を算出し、使用者の呼吸周期が目標周期よりも速い場合には、前記触圧刺激装置による触圧刺激を徐々に遅くするように前記触圧刺激装置の刺激パターンを制御し、目標周期よりも遅い場合には前記触圧刺激装置による触圧刺激を徐々に速くなるように前記触圧刺激装置による刺激パターンを制御する制御用PCとを備え、前記触圧刺激装置は、前記ゲルアクチュエータが厚さ方向に膨縮するように組み込んだベルトを、身体の触圧刺激を作用させる部位に巻き付けて装着され、前記制御用PCは、前記触圧刺激装置による触圧刺激と使用者の呼吸周期との同調性を制御する同調制御方法を利用し、触圧刺激の開始時には、触圧刺激と呼吸周期との同調性を高く設定して使用者の呼吸周期と触圧刺激を同調させるように制御し、呼吸周期と触圧刺激とが同調した後は、触圧刺激と呼吸周期の同調性を低く設定して、使用者の呼吸周期を、目標とする呼吸周期に引き込むように前記触圧刺激装置による触圧刺激を制御することを特徴とする。 A respiratory pull-in device according to the present invention includes a tactile pressure stimulation device to be worn on a user's body, a respiration sensor that detects a respiration state of the user, and a control unit that controls the tactile pressure stimulation device. The tactile pressure stimulating device induces the respiration of the target to the target respiratory cycle, and the tactile pressure stimulating device uses a positive electrode and a negative electrode as a source of action of the tactile pressure in the thickness direction. A control unit for detecting respiratory data based on an output signal of the respiratory sensor, and calculating a respiratory cycle from the respiratory data detected by the biological signal measuring device. When the respiratory cycle of the user is faster than the target cycle, the stimulation pattern of the tactile pressure stimulation device is controlled so as to gradually slow down the tactile pressure stimulation by the tactile pressure stimulation device, and the target A control PC for controlling a stimulation pattern by the tactile pressure stimulating device so that the tactile pressure stimulation by the tactile pressure stimulating device gradually becomes faster when it is later than the period, the tactile pressure stimulating device comprises the gel A belt incorporating an actuator so that the actuator expands and contracts in the thickness direction is wound around a body where a tactile pressure stimulus is applied, and the control PC is connected to the tactile pressure stimulus by the tactile pressure stimulation device and the user's Use a synchronization control method that controls the synchronization with the respiratory cycle, and at the start of the tactile stimulation, synchronize the respiratory cycle and the tactile stimulation of the user by setting the synchrony between the tactile stimulation and the respiratory cycle high. After the respiratory cycle and the tactile pressure stimulus are synchronized, the synchronism between the tactile pressure stimulus and the respiratory cycle is set to be low, and the respiratory cycle of the user is drawn into the target respiratory cycle. Control tactile stimulation with a tactile stimulation device It is characterized in.
また、前記触圧刺激装置は、前記ゲルアクチュエータの陽極と陰極との間に電圧を印加した際に、ゲルアクチュエータが厚さ方向に収縮する作用を利用して触圧刺激を作用させることを特徴とする。 Also, the touch pressure stimulus apparatus, when a voltage is applied between the anode and the cathode of the gel actuator, that the action of pressure stimulation touch by utilizing the effect of the gel actuator is contracted in the thickness direction Features .
また、前記触圧刺激装置は、前記ゲルアクチュエータの陽極と陰極との間に電圧を印加した際に、ゲルアクチュエータの剛性が変化する作用を利用して触圧刺激を作用させることを特徴とする。
The tactile pressure stimulating device is characterized in that, when a voltage is applied between an anode and a cathode of the gel actuator, a tactile pressure stimulus is applied using an action that changes the rigidity of the gel actuator. .
本発明に係る呼吸引き込み装置は、触圧刺激装置により作用させる触圧刺激の作用源としてゲルアクチュエータを使用することにより、触圧を利用して、効果的に、また利用者に負担をかけることなく呼吸を誘導することができる。 The respiratory pull-in device according to the present invention uses the gel actuator as an action source of the tactile pressure stimulus that is acted on by the tactile pressure stimulating device, thereby effectively using the tactile pressure and placing a burden on the user. Can induce respiration.
図１は、本発明に係る呼吸引き込み装置の構成例を示す。この呼吸引き込み装置は、利用者の身体に装着して用いる触圧刺激装置１０と、利用者の呼吸状態を検知する呼吸センサ２０と、触圧刺激装置１０の制御部３０とを備える。制御部３０は、制御用PC３２、データ収録用PC３４、生体信号計測装置３６、AD変換機３８を備える。 FIG. 1 shows an example of the configuration of a breathing apparatus according to the present invention. The respiratory pull-in device includes a tactile pressure stimulation device 10 that is used by being worn on the user's body, a respiration sensor 20 that detects the breathing state of the user, and a control unit 30 of the tactile pressure stimulation device 10. The control unit 30 includes a control PC 32, a data recording PC 34, a biological signal measuring device 36, and an AD converter 38.
生体信号計測装置３６は、触圧刺激装置１０による刺激信号（加圧力）と、呼吸センサ２０の出力信号に基づく胸部の呼吸運動（膨張、収縮）等の生体信号を検出するためのものである。
生体信号計測装置３６は、触圧刺激装置１０による刺激信号や呼吸データの他に、心拍数、心電図、血圧等の生体信号を検知するセンサを身体に装着して、これらの生体信号を計測するように設定することもできる。
The biological signal measuring device 36 is for detecting biological signals such as the respiratory signal (expansion and contraction) of the chest based on the stimulation signal (pressing force) from the tactile pressure stimulation device 10 and the output signal of the respiratory sensor 20. .
The biological signal measuring device 36 is equipped with a sensor that detects biological signals such as heart rate, electrocardiogram, blood pressure, etc. in addition to the stimulation signal and respiratory data from the tactile pressure stimulating device 10, and measures these biological signals. It can also be set as follows.
生体信号計測装置３６により検出された呼吸データ（アナログ信号）は、AD変換機３８によりA/D変換され、制御用PC３２により呼吸周期が算出され、算出された呼吸周期に基づいて触圧刺激装置１０の刺激パターン（運動パターン）が制御される。
本実施形態においては、呼吸センサ２０として、ベルト状の器具を胸部に巻き付けて胸部の膨張、収縮から呼吸運動を検出する装置を使用した。呼吸データを検出できる装置であれば、適宜センサを利用することができる。
The respiratory data (analog signal) detected by the biological signal measuring device 36 is A / D converted by the AD converter 38, the respiratory cycle is calculated by the control PC 32, and the tactile pressure stimulation device is based on the calculated respiratory cycle. Ten stimulation patterns (movement patterns) are controlled.
In this embodiment, a device that detects a respiratory motion from the expansion and contraction of the chest by using a belt-like instrument wrapped around the chest is used as the respiratory sensor 20. As long as the apparatus can detect respiration data, a sensor can be used as appropriate.
本実施形態の呼吸引き込み装置において特徴的な構成は触圧刺激装置１０にある。触圧刺激装置１０は、身体の腹部や肩部等に装着し、使用者の身体に触圧刺激を作用させるものである。身体の腹部等に触圧刺激を作用させる作用源として、本実施形態においては収縮型のゲルアクチュエータを使用する。
収縮型のゲルアクチュエータとは、図２に示すように、メッシュ状の電極（陽極）をゲルシートにより挟み、双方のゲルシートの外面に箔状の電極（陰極）を設けた構成を備える。このゲルアクチュエータは、陽極と陰極との間に電圧を印加すると、ゲルがメッシュの空間内に引き込まれ、全体として厚さ方向に収縮し、電圧印加を除去するとゲル自体の弾性によって元の状態（元の厚さ）に戻るように作用する。この収縮型のゲルアクチュエータの厚さ方向に変位する作用を利用することにより、身体に触圧刺激を作用させることができる。
A characteristic configuration of the respiratory pull-in device of the present embodiment is the tactile pressure stimulation device 10. The tactile pressure stimulation device 10 is worn on the abdomen, shoulders, etc. of the body and acts on the user's body. In this embodiment, a contraction type gel actuator is used as an action source for applying a tactile pressure stimulus to the abdomen of the body.
As shown in FIG. 2, the contraction-type gel actuator has a configuration in which a mesh-like electrode (anode) is sandwiched between gel sheets and foil-like electrodes (cathodes) are provided on the outer surfaces of both gel sheets. In this gel actuator, when a voltage is applied between the anode and the cathode, the gel is drawn into the space of the mesh and contracts in the thickness direction as a whole. It works to return to the original thickness. By utilizing the action of the contraction type gel actuator displaced in the thickness direction, a tactile pressure stimulus can be applied to the body.
ゲルアクチュエータが厚さ方向に収縮する作用は、ポリ塩化ビニル（PVC）等の誘電性のゲル材料は、電圧を印加すると陽極近傍でクリープ変形を生じる性質を備えることによる。図３は、電極間に電圧を印加した際に、陽極上に誘電性材料のゲルが這い上がるように変形（クリープ変形）し、電圧印加を解除すると元の形態に戻る様子を示す。このクリープ変形作用は、ゲルに電圧を印加すると、電荷が陰極からゲルを通じて陽極に移動し、陽極で放電して消失する前に陽極近傍に電荷が蓄積し、陽極表面へのゲルの静電的吸着を促進することによって生じる（特開2009-273204）。
上述したメッシュ状の陽極をゲルシートにより挟み、陽極と陰極との間に電圧を印加したときに、厚さ方向に収縮する作用は、ゲルがメッシュ状の陽極に引き込まれるクリープ変形の作用によるものである。
The action of the gel actuator contracting in the thickness direction is due to the fact that a dielectric gel material such as polyvinyl chloride (PVC) has the property of causing creep deformation near the anode when a voltage is applied. FIG. 3 shows a state in which when a voltage is applied between the electrodes, the dielectric material gel crawls up on the anode (creep deformation) and returns to its original form when the voltage application is released. This creep deformation action is caused by the fact that when a voltage is applied to the gel, the charge moves from the cathode to the anode through the gel and accumulates in the vicinity of the anode before it is discharged and lost at the anode. This is caused by promoting adsorption (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-273204).
When the mesh-like anode described above is sandwiched between gel sheets and a voltage is applied between the anode and the cathode, the shrinkage in the thickness direction is due to the action of creep deformation in which the gel is drawn into the mesh-like anode. is there.
なおクリープ変形を生じる誘電性材料には、ポリ塩化ビニル（PVC)、ポリメタクリル酸メチル、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ナイロン６、ポリビニルアルコール、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル、シリコーンゴム等がある。
これら誘電性材料のうち、ポリ塩化ビニル（PVC)は、廉価であること、取り扱いが容易であること、電圧を印加したときのクリープ変形量が大きいことから、ゲルアクチュエータの誘電性材料として好適に使用できる。
PVCゲルシートは、ポリ塩化ビニルと可塑剤であるアジピン酸ジブチル（DBA)を溶媒テトラヒドロフラン(THF)中で混合し、この混合物を底面が平坦な容器にキャストし、静置して、溶媒を蒸発させることによって作製することができる。キャスト法のかわりに、フィルムアプリケータを使用し、離型フィルム上に前述した混合液を塗布してフィルム状とすることもできる。
Dielectric materials that cause creep deformation include polyvinyl chloride (PVC), polymethyl methacrylate, polyurethane, polystyrene, polyvinyl acetate, nylon 6, polyvinyl alcohol, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyacrylonitrile, and silicone rubber. .
Among these dielectric materials, polyvinyl chloride (PVC) is suitable as a dielectric material for gel actuators because it is inexpensive, easy to handle, and has a large amount of creep deformation when a voltage is applied. Can be used.
The PVC gel sheet is prepared by mixing polyvinyl chloride and the plasticizer dibutyl adipate (DBA) in the solvent tetrahydrofuran (THF), casting the mixture into a container with a flat bottom, and allowing it to stand to evaporate the solvent. Can be produced. Instead of the casting method, a film applicator can be used, and the above-mentioned mixed solution can be applied on the release film to form a film.
ゲルアクチュエータには、上述したメッシュ状の陽極をゲルシートにより挟む構造とするものの他に、表面に突起を設けたゲルシートを使用するもの、誘電性材料からなるナノファイバーの不織布状としたものをゲルシートにかえて使用することができる。
表面に突起を設けたゲルシートは、突起部分が厚さ方向の収縮を可能とする隙間部分を構成し、電圧を印加することにより、突起の先端側が陽極に吸着するように変形し、突起の高さが低くなり厚さ方向に収縮する。
不織布状のナノファイバからなるゲルは、膜内に空隙が含まれているから、厚さ方向に収縮可能であり、電圧印加をON-OFFすることにより、厚さ方向に収縮し、元の厚さに復帰する作用をなす。
In addition to the above-mentioned structure in which the mesh-like anode is sandwiched between gel sheets, the gel actuator uses a gel sheet with protrusions on the surface, or a nanofiber nonwoven fabric made of a dielectric material. It can be used instead.
The gel sheet provided with protrusions on the surface forms gaps that allow the protrusions to contract in the thickness direction, and when a voltage is applied, the tip of the protrusion is deformed so that it adsorbs to the anode, and the height of the protrusions increases. The thickness decreases and shrinks in the thickness direction.
Gel made of non-woven nanofibers can be shrunk in the thickness direction because the membrane contains voids, and shrinks in the thickness direction by turning on and off the voltage application. It works to return to the height.
本発明に係るゲルアクチュエータは、このように、ゲルシートによりメッシュ状の陽極を挟む構成とするものに限るものではなく、クリープ変形する作用を有する誘電性材料を陽極と陰極とにより厚さ方向に挟む配置とし、陽極と陰極とに印加する電圧をON-OFFすることにより、厚さ方向に収縮し元の厚さに復帰する作用をなすものを意味する。 Thus, the gel actuator according to the present invention is not limited to the structure in which the mesh-like anode is sandwiched between the gel sheets as described above, and a dielectric material having an action of creep deformation is sandwiched between the anode and the cathode in the thickness direction. This means that the voltage applied to the anode and the cathode is turned on and off to contract in the thickness direction and return to the original thickness.
これらのゲルアクチュエータは、厚さ方向に多段に積層した積層体として使用することができる。図４は、ゲルアクチュエータを厚さ方向に積層した積層体として形成した例を示す。図示例は、平面形状がリング状の単位ゲルアクチュエータを積層した例であるが、ゲルアクチュエータは円形、矩形等の任意の平面形状、また寸法に形成することができる。ゲルアクチュエータを厚さ方向に積層した構成とすることにより、単位構造のゲルアクチュエータとくらべて、電圧を印加したときの厚さ方向の変位量をより大きくすることができ、また、元の厚さに復帰するときの力（回復応力）を大きくすることができる。
ゲルアクチュエータは誘電性材料（誘電層）を薄膜化することにより、印加電圧を抑えて、変形量、回復応力を増大させることが可能であり、ゲルアクチュエータの収縮率は10〜20％、回復応力は15ｋPa程度である。
These gel actuators can be used as a laminated body laminated in multiple stages in the thickness direction. FIG. 4 shows an example in which the gel actuator is formed as a laminated body laminated in the thickness direction. The illustrated example is an example in which unit gel actuators whose plane shape is a ring shape are stacked, but the gel actuator can be formed in any plane shape and size such as a circle and a rectangle. By adopting a structure in which gel actuators are stacked in the thickness direction, the amount of displacement in the thickness direction when a voltage is applied can be increased compared to the unit structure gel actuator. It is possible to increase the force (recovery stress) when returning to.
Gel actuators can reduce the applied voltage and increase the amount of deformation and recovery stress by thinning the dielectric material (dielectric layer). The shrinkage rate of the gel actuator is 10 to 20%, recovery stress Is about 15 kPa.
（触圧刺激装置の構成例）
ゲルアクチュエータを使用して身体に触圧刺激を作用させる一つの方法は、ゲルアクチュエータが厚さ方向に膨縮するように組み込んだベルトを、身体の触圧刺激を作用させる部位に巻き付け、ゲルアクチュエータの陽極と陰極に印加する電圧を制御することにより、身体に加圧力を作用させる方法である。ゲルアクチュエータの陽極と陰極に印加する電圧を周期的に変化させることにより、身体に作用させる加圧力を周期的に変化させることができる。
(Configuration example of tactile pressure stimulation device)
One method for applying a tactile pressure stimulus to a body using a gel actuator is to wrap a belt that is incorporated so that the gel actuator expands and contracts in the thickness direction around the site where the tactile pressure stimulus is applied to the body. In this method, the pressure applied to the body is controlled by controlling the voltage applied to the anode and the cathode. By periodically changing the voltage applied to the anode and cathode of the gel actuator, the pressure applied to the body can be changed periodically.
すなわち、弾力性のあるベルトにゲルアクチュエータを組み込み、使用者の身体に装着した状態で、ゲルアクチュエータを厚さ方向に収縮させると身体に作用する加圧力が弱まり、収縮状態から元の厚さにゲルアクチュエータを復帰させると身体に作用する加圧力が強くなる。したがって、ゲルアクチュエータの陽極と陰極とに印加する電圧を周期的に変化させることにより、身体に作用する加圧力を周期的に変化させることができる。 In other words, when the gel actuator is incorporated in the elastic belt and is attached to the user's body, if the gel actuator is contracted in the thickness direction, the pressure acting on the body is weakened, and the original thickness is reduced from the contracted state. When the gel actuator is returned, the applied pressure acting on the body becomes stronger. Therefore, by periodically changing the voltage applied to the anode and cathode of the gel actuator, the applied pressure acting on the body can be changed periodically.
使用者に作用する加圧力に相当するゲルアクチュエータの回復応力は、印加電圧によって変化するから、ゲルアクチュエータに印加する電圧を制御することによって、加圧力の大きさと、加圧力を作用させるタイミング（周期）を調節することができる。
上記例では、ゲルアクチュエータを収縮させたときに加圧力が弱くなり、回復応力が作用するときに加圧力が強く作用するとしたが、ゲルアクチュエータにアタッチメントを組み合わせることにより、これとは逆に、ゲルアクチュエータを収縮させたときに加圧力が強く作用し、回復応力が作用するときに加圧力が弱くなるように構成することもできる。
Since the recovery stress of the gel actuator corresponding to the applied pressure acting on the user changes depending on the applied voltage, the magnitude of the applied pressure and the timing (period) at which the applied pressure is applied by controlling the voltage applied to the gel actuator. ) Can be adjusted.
In the above example, the applied pressure is weakened when the gel actuator is contracted, and the applied pressure is strongly applied when the recovery stress is applied, but by combining the attachment with the gel actuator, It can also be configured such that the pressing force acts strongly when the actuator is contracted, and the pressing force becomes weak when the recovery stress acts.
ゲルアクチュエータを使用して身体に触圧刺激を作用させる他の方法として、ゲルアクチュエータの陽極と陰極とに電圧を印加すると、ゲルアクチュエータの剛性が変化することを利用する方法がある。ゲルアクチュエータの陽極と陰極とに電圧を印加すると、ゲルが陽極の網目内に引き込まれ、ゲルと陽極表面との接触面積の増加、吸着力の作用によってゲルの剛性が増大する（特開2014-50490）。すなわち、ゲルアクチュエータの陽極と陰極とに電圧を印加するとゲルアクチュエータの剛性が高くなり、電圧印加を解除すると剛性が低くなる。
このように陽極と陰極とに印加する電圧によってゲルアクチュエータの剛性が変化する作用を利用して、触圧刺激装置を構成することができる。
As another method of applying a tactile pressure stimulus to the body using the gel actuator, there is a method of utilizing the fact that the rigidity of the gel actuator changes when a voltage is applied to the anode and the cathode of the gel actuator. When a voltage is applied to the anode and cathode of the gel actuator, the gel is drawn into the mesh of the anode, the contact area between the gel and the anode surface is increased, and the rigidity of the gel is increased by the action of the adsorptive force (JP-A-2014- 50490). That is, when a voltage is applied to the anode and cathode of the gel actuator, the rigidity of the gel actuator increases, and when the voltage application is canceled, the rigidity decreases.
Thus, the tactile pressure stimulating device can be configured by utilizing the action of changing the rigidity of the gel actuator by the voltage applied to the anode and the cathode.
ゲルアクチュエータの剛性変化を利用する触圧刺激装置の例として、サポータ型の伸縮性のある装着具に、ゲルアクチュエータを面状に組み込んで構成する方法がある。
伸縮性を有する装着具にゲルアクチュエータを組み込むことにより、ゲルアクチュエータに電圧を印加するとゲルアクチュエータの剛性が高まって加圧作用が強まり、電圧印加を解除するとゲルアクチュエータの剛性が低下することにより加圧作用が緩和される。すなわち、ゲルアクチュエータの陽極と陰極に印加する電圧を制御することにより、装着具による触圧を硬くしたり、柔らかくしたりすることができる。
As an example of a tactile pressure stimulating device that utilizes the change in rigidity of a gel actuator, there is a method in which a gel actuator is incorporated into a supporter-type elastic mounting device in a planar shape.
By incorporating a gel actuator into a stretchable fitting, applying a voltage to the gel actuator increases the rigidity of the gel actuator, increasing the pressure action, and releasing the voltage reduces the rigidity of the gel actuator to apply pressure. The action is mitigated. That is, by controlling the voltage applied to the anode and cathode of the gel actuator, the contact pressure by the wearing tool can be made harder or softer.
ゲルアクチュエータの剛性を変化させる方法を利用して触圧刺激を制御する方法は、ゲルアクチュエータを構成するゲル自体が本来的に柔軟な素材であることによる。なお、メッシュ状の陽極の柔軟性が問題となる場合には、フレキシブルメッシュを使用すればよい。
前述した「とけあい動作法」により呼吸を誘導する方法は、使用者の身体に掌を当てて押す動作と緩める動作とを周期的に行う方法であり、一定の周期（リズム）で触圧刺激を作用させることによって使用者の呼吸を誘導する。この場合の触圧刺激は、物理的な加圧力の大小が問題ではなく、使用者に柔軟に触圧刺激が与えられることが重要である。
The method of controlling the tactile pressure stimulus by utilizing the method of changing the rigidity of the gel actuator is because the gel constituting the gel actuator is inherently a flexible material. Note that when the flexibility of the mesh-like anode is a problem, a flexible mesh may be used.
The above-described method of inducing respiration by the “toe movement method” is a method of periodically performing a pushing operation and a loosening operation by placing a palm on the user's body, and a tactile pressure stimulus at a constant cycle (rhythm). Induces the user's breathing. In this case, the magnitude of the physical pressure is not a problem, and it is important that the tactile pressure is flexibly given to the user.
ゲルアクチュエータを触圧刺激の作用源として利用する方法は、使用者に対してやわらかく触圧刺激を作用させることができる点できわめて有用である。
前述したゲルアクチュエータが厚さ方向に膨縮する際の回復応力を利用する場合も、ゲルアクチュエータの剛性変化を利用する場合も、ゲルアクチュエータ自体が柔軟性を備えることにより、使用者の身体に的確にフィットさせて装着することができ、触圧刺激を確実に作用させることができる。また、触圧刺激に柔軟性があり、人の掌と同様の触圧刺激を作用させることができ、「とけあい動作法」と同様の触圧刺激を行うことによって、使用者に負担をかけずに目標周期に呼吸を引き込むことが可能になる。
ゲルアクチュエータの回復応力、剛性変化は、陽極と陰極に作用させる電圧を制御することによって任意に制御することが可能であり、使用者や用途に応じて、加圧するときの圧力の加え方、加圧を緩めるときの緩め方（圧力制御プロフィール）を細かく制御することが可能である。
The method of using the gel actuator as an action source of the tactile pressure stimulus is extremely useful in that the tactile pressure stimulus can be applied softly to the user.
Whether using the recovery stress when the gel actuator expands or contracts in the thickness direction as described above, or when using the change in rigidity of the gel actuator, the gel actuator itself has flexibility so that it can be accurately applied to the user's body. It can be fitted and fitted, so that a tactile pressure stimulus can be reliably applied. In addition, the tactile pressure stimulus is flexible and can be applied to the tactile pressure stimulus similar to that of a human palm. Without breathing into the target cycle.
The recovery stress and stiffness change of the gel actuator can be arbitrarily controlled by controlling the voltage applied to the anode and cathode, and depending on the user and application, how to apply and apply pressure during pressurization It is possible to finely control how the pressure is relaxed (pressure control profile).
（同調制御方法）
本実施形態の呼吸引き込み装置を使用する際は、使用者に触圧刺激装置１０と呼吸センサ２０を装着し、これらと制御用PC３２、生体信号計測装置３６とを接続し、使用者の呼吸を誘導して目標とする呼吸周期に導くようにする。
目標とする呼吸周期に誘導する方法としては、使用者の呼吸周期が目標とする呼吸周期に達するように、目標周期よりも使用者の呼吸周期が速い場合には、触圧刺激装置１０による触圧刺激を徐々に遅くするように制御して誘導し、目標周期にくらべて使用者の呼吸周期が遅い場合には、触圧刺激装置１０による触圧刺激を徐々に速くなるように制御して誘導する。
(Synchronization control method)
When using the respiratory pull-in device of the present embodiment, the user is equipped with the tactile pressure stimulation device 10 and the respiration sensor 20, and is connected to the control PC 32 and the biological signal measurement device 36 to respire the user. Guide to the target respiratory cycle.
As a method of guiding to the target respiratory cycle, when the user's respiratory cycle is faster than the target cycle so that the user's respiratory cycle reaches the target respiratory cycle, the touch by the tactile pressure stimulation device 10 is performed. The pressure stimulation is controlled so as to be gradually delayed, and when the breathing cycle of the user is slower than the target period, the pressure stimulation by the tactile pressure stimulating device 10 is controlled so as to be gradually accelerated. Induce.
このため、まずはじめに、呼吸センサ２０と生体信号計測装置３６により、使用者が安静にした状態での呼吸周期を計測し、目標周期との差異を把握してから、リアルタイムで使用者の呼吸周期を計測しながら誘導制御する。
誘導方法としては、使用者の呼吸周期が目標周期よりも速い場合には、リアルタイムで計測している呼吸周期の時系列データに対し、100msec〜1sec程度遅延させた触圧刺激を触圧刺激装置１０により提示し、使用者の呼吸を速める場合には、リアルタイムで計測している呼吸周期に対し、0.8〜0.9倍の周期の触圧刺激を提示して使用者の呼吸を誘導する方法が考えられる。
For this reason, first, the respiratory sensor 20 and the biological signal measuring device 36 measure the respiratory cycle in a state where the user is at rest, grasp the difference from the target cycle, and then perform the respiratory cycle of the user in real time. Guidance control while measuring.
As a guide method, when the user's breathing cycle is faster than the target cycle, a tactile pressure stimulation device that delays the tactile pressure stimulus by about 100msec to 1sec with respect to the time-series data of the breathing cycle measured in real time. 10 to speed up the user's breathing, a method of inducing the user's breathing by presenting a tactile pressure stimulus of 0.8 to 0.9 times the breathing cycle measured in real time is considered. It is done.
しかしながら、リアルタイムで計測している呼吸周期に対して、一定の時間差を設けて機械的に目標周期に誘導する方法は、必ずしも有効に呼吸周期を誘導できるとは限らない。呼吸周期のような生体活動に関わる動作は、誘導操作に対する反応が個々異なると想定されるし、同一人であっても健康状態等の生体の状態によってさまざまに変動すると考えられるからである。
このような個別の条件によって生体反応が異なるような場合の制御方法としては、生体の反応に対し制御装置側が同調しながら制御する方法（同調制御方法）が有効に利用できる。
However, the method of mechanically guiding the target cycle with a certain time difference with respect to the respiratory cycle measured in real time cannot always effectively induce the respiratory cycle. This is because an action related to a biological activity such as a respiratory cycle is assumed to have a different response to a guidance operation, and even a single person is considered to vary variously depending on the state of the living body such as a health condition.
As a control method in the case where the biological reaction is different depending on such individual conditions, a method (synchronization control method) in which the control device side performs control while synchronizing the biological reaction can be used effectively.
同調制御方法では、装置の人間に対する同調性を調節することができる。装置と人間との同調性を高めるように制御すると、人間の動作タイミングに合わせて装置が動作（反応）を補助するように作用し、同調性を低めると、装置が人間を誘導する（牽引する）ように作用する。同調制御方法として、位相振動子モデルがある。この位相振動子モデルは、単振動を行う振動子の位相を制御し、振動子間の同調や任意の位相差を維持するように制御することが可能である。
位相振動子のモデル式を次式（１）に示す。
The model formula of the phase vibrator is shown in the following formula (1).
位相振動子モデルは、単振動を行う振動子間に用いるパターン生成モデルである。装置の運動（ここでは触圧刺激装置が触圧刺激を提示する操作）を生成する位相振動子と人間との間で同調を実現させるため、人間も装置と同様の振動子にしたがって運動している（呼吸している）と仮定して人間の位相を推定する。
位相振動子を用いて呼吸周期に引き込みむ方法は次の通りである。
呼吸センサにより呼吸の位相を検出し、位相振動子によりそれに引き込まれる触圧刺激を加える。両者が同調した後で、位相振動子の同調性を小さくすることにより、呼吸周期を位相振動子の周期に引き込むことで、呼吸数を減少させ精神を安定化させる。
The phase vibrator model is a pattern generation model used between vibrators that perform simple vibration. In order to realize the synchronization between the human and the phase oscillator that generates the movement of the device (here, the operation in which the tactile stimulation device presents the tactile pressure stimulus), the human moves according to the same vibrator as the device. Estimate human phase assuming that he is breathing.
The method of drawing in the respiratory cycle using a phase oscillator is as follows.
The phase of respiration is detected by a respiration sensor, and a tactile pressure stimulus drawn by the phase transducer is applied. After both are synchronized, by reducing the synchrony of the phase oscillator, the respiratory cycle is drawn into the period of the phase oscillator, thereby reducing the respiratory rate and stabilizing the mind.
本実施形態の呼吸引き込み装置においては、位相振動子モデルに基づいて触圧刺激装置１０により使用者に触圧刺激を作用させ、使用者の呼吸周期と触圧刺激との同調性を見ながら、触圧刺激装置１０による触圧刺激を制御して使用者の呼吸周期を目標周期に誘導する。このような誘導操作では、使用者の呼吸周期を計測しながら、徐々に使用者の呼吸周期を目標周期に引き込む。すなわち、計測された呼吸周期に対し位相差を設定して触圧刺激を提示したときの呼吸周期のずれ（誘導量）を検出しながら、もっとも有効な引き込み操作がなされるように制御する。 In the respiratory pull-in device according to the present embodiment, a tactile pressure stimulus is applied to the user by the tactile pressure stimulation device 10 based on the phase oscillator model, and the synchrony between the user's respiratory cycle and the tactile pressure stimulus is observed The tactile pressure stimulation by the tactile pressure stimulating device 10 is controlled to guide the user's breathing cycle to the target cycle. In such a guidance operation, the user's breathing cycle is gradually drawn into the target cycle while measuring the user's breathing cycle. That is, control is performed so that the most effective pull-in operation is performed while detecting a shift (induction amount) of the respiratory cycle when a tactile pressure stimulus is presented by setting a phase difference with respect to the measured respiratory cycle.
なお、呼吸引き込み操作では、触圧刺激を提示するタイミングに加えて、加圧力の大きさ、加圧力の加え方、加圧力の緩め方を制御して引き込み操作を行うこともできる。ただし、ゲルアクチュエータはフレキシブル性が高いことから、圧力センサを使用せずに触圧刺激することも可能である。 In the respiration operation, in addition to the timing of presenting the tactile pressure stimulus, the retraction operation can be performed by controlling the magnitude of the applied pressure, how to apply the applied pressure, and how to loosen the applied pressure. However, since the gel actuator is highly flexible, it can be stimulated by tactile pressure without using a pressure sensor.
上記実施形態は、使用者に触圧刺激を作用させて呼吸を引き込む制御に関するものである。触圧刺激のかわりに、「とけあい動作法」で用いられる「ピター、フワー」といった音に近い音、もしくは呼吸音による聴覚刺激装置を利用して、使用者を呼吸周期を聴覚刺激装置の刺激周期に引き込むことも可能である。
この聴覚刺激装置を利用する呼吸周期の引き込みにおいても、生体の反応に対して制御装置を同調させるように制御する同調制御方法を利用することにより、効果的な呼吸引き込みが可能である。
The embodiment described above relates to control for drawing a breath by applying a tactile pressure stimulus to a user. Instead of tactile stimulation, the auditory stimulator is used to stimulate the respiratory cycle by using an auditory stimulator that uses sounds similar to “Pitter, Fuwa” or breathing sounds that are used in the “to-contact operation method”. It is also possible to draw in the period.
Even in the respiration of the respiratory cycle using this auditory stimulation device, effective respiration can be achieved by using a tuning control method for controlling the control device to synchronize with the reaction of the living body.
１０ 触圧刺激装置
２０ 呼吸センサ
３０ 制御部
３２ 制御用PC
３４ データ収録用PC
３６ AD変換機
３８ 生体信号計測装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Tactile pressure stimulator 20 Respiration sensor 30 Control part 32 Control PC
34 PC for data recording
36 AD converter 38 Biological signal measuring device
Claims (3)
前記触圧刺激装置は、触圧を作用させる作用源として、クリープ変形する誘電性材料を陽極と陰極とにより厚さ方向に挟む構成を有するゲルアクチュエータを備え、
前記制御部は、
前記呼吸センサの出力信号に基づく呼吸データを検出する生体信号計測装置と、
前記生体信号計測装置により検出された呼吸データから呼吸周期を算出し、使用者の呼吸周期が目標周期よりも速い場合には、前記触圧刺激装置による触圧刺激を徐々に遅くするように前記触圧刺激装置の刺激パターンを制御し、目標周期よりも遅い場合には前記触圧刺激装置による触圧刺激を徐々に速くなるように前記触圧刺激装置による刺激パターンを制御する制御用PCとを備え、
前記触圧刺激装置は、前記ゲルアクチュエータが厚さ方向に膨縮するように組み込んだベルトを、身体の触圧刺激を作用させる部位に巻き付けて装着され、
前記制御用PCは、前記触圧刺激装置による触圧刺激と使用者の呼吸周期との同調性を制御する同調制御方法を利用し、
触圧刺激の開始時には、触圧刺激と呼吸周期との同調性を高く設定して使用者の呼吸周期と触圧刺激を同調させるように制御し、
呼吸周期と触圧刺激とが同調した後は、触圧刺激と呼吸周期の同調性を低く設定して、使用者の呼吸周期を、目標とする呼吸周期に引き込むように前記触圧刺激装置による触圧刺激を制御することを特徴とする呼吸引き込み装置。 A tactile pressure stimulation device to be worn on the user's body, a respiration sensor for detecting a respiration state of the user, and a control unit for controlling the tactile pressure stimulation device, wherein the respiration cycle of the user is a target. A breathing retraction device that leads to
The tactile pressure stimulating device includes a gel actuator having a structure in which a dielectric material that creep-deforms is sandwiched between an anode and a cathode in a thickness direction as an action source for applying a tactile pressure ,
The controller is
A biological signal measuring device for detecting respiratory data based on an output signal of the respiratory sensor;
The respiratory cycle is calculated from the respiratory data detected by the biological signal measuring device, and when the user's respiratory cycle is faster than the target cycle, the tactile pressure stimulation by the tactile pressure stimulation device is gradually delayed. A control PC for controlling the stimulation pattern of the tactile pressure stimulation device so as to control the stimulation pattern of the tactile pressure stimulation device so as to gradually increase the tactile pressure stimulation by the tactile pressure stimulation device when the stimulation pattern is slower than a target period With
The tactile pressure stimulating device is mounted by wrapping a belt incorporating the gel actuator so as to expand and contract in the thickness direction around a site on which the tactile pressure stimulus of the body acts,
The control PC uses a tuning control method for controlling the synchrony between the tactile stimulation by the tactile stimulation device and the breathing cycle of the user,
At the start of the tactile stimulation, the synchronism between the tactile stimulation and the respiratory cycle is set to be high so that the user's respiratory cycle and the tactile stimulation are synchronized,
After the respiratory cycle and the tactile pressure stimulus are synchronized, the synchronism between the tactile pressure stimulus and the respiratory cycle is set to be low, and the tactile pressure stimulation device is configured to draw the user's respiratory cycle into the target respiratory cycle. A breathing retraction device characterized by controlling tactile pressure stimulation.
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