JP6876324B2 - Signal measuring device and signal measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、信号測定技術に関し、特に筋電位と外力(または衝撃)の同時計測と信号分離に関する。 The present invention relates to a signal measurement technique, and more particularly to simultaneous measurement of myoelectric potential and external force (or impact) and signal separation.
筋電義肢は高齢者や障害者を補助、支援するための有用なツールである。筋電義肢の動作は、生体信号の一種である筋電位(EMG:Electromyography)信号を用いて制御されている。筋電位は、脳からの指令により筋肉に発生する電位であり、筋収縮レベルを表わす。皮膚の表面から筋活動を計測する場合は、特に表面筋電位(SEMG:Surface Electromyography)と称されている。EMG信号を用いることにより、ユーザはより自然な感覚で義肢の動作を制御することができる。 Myoelectric prosthetic limbs are a useful tool for assisting and supporting the elderly and disabled. The movement of the myoelectric prosthetic limb is controlled by using a myoelectric potential (EMG) signal, which is a kind of biological signal. Myoelectric potential is an electric potential generated in a muscle by a command from the brain, and represents a muscle contraction level. When measuring muscle activity from the surface of the skin, it is particularly called surface electromyography (SEMG). By using the EMG signal, the user can control the movement of the artificial limb with a more natural feeling.
筋電位(EMG)信号の計測と応用において、最大の問題点は、外部からの衝撃力(外力)の混入による信号対雑音(S/N:Signal-to-Noise)比の悪化である。微小な外力でもS/N比が悪化するため、微量な外力の影響を除去または補正する必要がある。外力の影響を除去または補正するために、一般に、筋電センサの他に高感度の衝撃センサまたは加速度センサを設置し、衝撃センサの情報を用いて筋電センサの情報を補正している。 In the measurement and application of myoelectric potential (EMG) signals, the biggest problem is the deterioration of the signal-to-noise (S / N: Signal-to-Noise) ratio due to the mixing of an external impact force (external force). Since the S / N ratio deteriorates even with a small external force, it is necessary to remove or correct the influence of the small external force. In order to remove or correct the influence of external force, generally, a high-sensitivity impact sensor or acceleration sensor is installed in addition to the myoelectric sensor, and the information of the myoelectric sensor is corrected by using the information of the impact sensor.
義手型装置を操作するユーザの腕に装着された加速度センサで腕の動きに応じた信号を測定し、測定された信号を加速度信号と筋音信号に分離する方法が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。この方法では、加速度信号から義手の手先の移動方法を推定し、筋音信号から義手の手先の動作を推定している。 A method has been proposed in which an accelerometer mounted on the arm of a user operating a prosthetic hand device measures a signal according to the movement of the arm and separates the measured signal into an acceleration signal and a mechanomyogram signal (for example). See Patent Document 1). In this method, the movement method of the artificial hand is estimated from the acceleration signal, and the movement of the artificial hand is estimated from the muscle sound signal.
ユーザに装着された義肢の動作制御に、筋電センサと衝撃センサを用いて2種類のセンサ情報を処理すると筋電義肢の装置の小型化が妨げられる。加速度センサの測定信号から加速度信号と筋音信号を分離する方法では、直接筋電位を測定していないので、ユーザの意図する通りの動作を義手型装置に行わせることが難しい。上述した文献では、1以上の加速度センサを用いて特徴パターンベクトルを抽出し、ニューラルネットを用いてユーザの意図する動作を識別している。 When two types of sensor information are processed by using the myoelectric sensor and the impact sensor to control the movement of the artificial limb worn by the user, the miniaturization of the myoelectric prosthetic limb device is hindered. In the method of separating the acceleration signal and the muscle sound signal from the measurement signal of the acceleration sensor, since the myoelectric potential is not directly measured, it is difficult to make the artificial hand device perform the operation as intended by the user. In the above-mentioned document, the feature pattern vector is extracted by using one or more acceleration sensors, and the operation intended by the user is identified by using the neural network.
本発明は、単一の筋電センサを使用し、測定された信号から筋電信号と外力(衝撃)情報を効果的に分離する技術を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a technique for effectively separating a myoelectric signal and an external force (impact) information from a measured signal by using a single myoelectric sensor.
上記課題を解決するために、筋電センサの電極として柔らかい導電性高分子材料の電極を用いる。金属と比較して硬度あるいは弾性率の低い柔軟な導電材料を用いることで、外力による衝撃波を吸収して、低い周波数成分を通過させる帯域通過フィルタとして利用する。 In order to solve the above problems, an electrode made of a soft conductive polymer material is used as an electrode of the myoelectric sensor. By using a flexible conductive material having a hardness or elastic modulus lower than that of metal, it is used as a band-passing filter that absorbs a shock wave due to an external force and passes a low frequency component.
本発明の一態様として、信号測定装置は、
導電性高分子材料で形成された少なくとも一対の電極を有する筋電センサと、
前記筋電センサの前記電極で検知された信号から、周波数成分に基づいて、筋電信号と外力に関する情報とを分離する信号処理部と、
を有する。
As one aspect of the present invention, the signal measuring device is
An electromyographic sensor having at least a pair of electrodes made of a conductive polymer material,
A signal processing unit that separates myoelectric signals and information on external forces from the signals detected by the electrodes of the myoelectric sensor based on frequency components.
Have.
上記の構成により、単一の筋電センサを用いて測定された信号から筋電信号と外力情報を効果的に分離することができる。 With the above configuration, the myoelectric signal and the external force information can be effectively separated from the signal measured by using a single myoelectric sensor.
図1は、実施形態の信号測定装置1の概略図である。信号測定装置1は、表面筋電信号を検出するEMGセンサ10と、EMGセンサ10の出力から筋電信号と衝撃等の外力情報を分離する信号処理部20を有する。EMGセンサ10は、導電性高分子材料で形成された少なくとも一対の検出信号11a及び11bを有する。EMGセンサ10はまた、検出電極11a、11bと電気的に接続されるセンサ素子13と、接地電極12を有する。図1では、センサ素子13と信号処理部20は別々のブロックとして描かれているが、信号処理部20をマイクロプロセッサで実現して、センサ素子13に内蔵させてもよい。あるいは、センサ素子13の機能をすべて信号処理部20に配置して、検出電極11a、11bの出力を信号処理部20に設けられた増幅器(AMP)に接続してもよい。リード線が動くことによるノイズ混入を回避する観点からは、検出電極11a、11bの直近に増幅機能を有するセンサ素子13を配置する構成が望ましい。
FIG. 1 is a schematic view of the signal measuring
検出電極11aと11bは、金属よりも低い硬度または弾性率を有する導電性材料で形成されており、たとえば導電性高分子材料を用いる。接地電極12は、導電性高分子材料で形成されていてもよいし、金属電極であってもよい。一対の検出電極11a、11bを測定したい部位の筋繊維の方向に沿って配置し、2つの電極間の電位差を表面筋電位信号として検出する。必要に応じて、検出電極11a、11bの皮膚との接触面に導電性接着層を形成しておいてもよい。接地電極12は電位の基準を決める電極であり、たとえば筋の少ない関節部などの皮膚上に貼付される。
The
センサ素子13は検出電極11aと検出電極11bの間の電位差として検知された表面筋電位信号を増幅して信号処理部20に出力する。一般に、表面筋電位信号には、バックグラウンドノイズや、皮膚に加わる衝撃によるノイズが混入されている。信号処理部20の信号分離部21は、EMGセンサ10で検出された信号から筋電信号と、衝撃力あるいは外力による信号成分を分離する。分離の手法としては、所定の帯域を通過させるバンドパスフィルタを用いてもよいし、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)解析を行ってパワースペクトルの所定の範囲を抽出してもよい。たとえば、信号分離部21は、アナログ入力信号をデジタルサンプリングして信号処理により信号分離の閾値(ここでは100Hz)以上、筋電信号の検出上限値(ここでは1kHz)以下の信号成分を筋電信号として抽出し、信号分離の閾値(ここでは100Hz)未満の信号成分を外力として取り出してもよい。あるいは、 アナログ入力信号を二分岐して、信号分離の閾値(ここでは100Hz)〜筋電信号の検出上限値(ここでは1kHz)の信号成分を通過させる帯域通過フィルタ(BPF:Band-Pass Filter)と、信号分離の閾値(ここでは100Hz)未満の信号成分を通過させるローパスフィルタ(LPF)に通すことで信号分離してもよい。信号分離部21で抽出された筋電信号は筋電信号取得部22に供給され、外力情報は外力情報取得部23に供給される。
The
信号測定装置1を、たとえば筋収縮レベルまたは緊張度の測定に用いる場合は、筋電信号取得部22で得られた筋電信号をそのまま出力してもよいし、整流と平滑化を行った後に出力してもよい。信号測定装置1を筋疲労の測定に用いる場合は、FFT解析された周波数情報を出力して、筋電信号に相当する周波数スペクトルのシフト状況を分析してもよい。信号測定装置1を筋電義肢に適用する場合は、取得された筋電信号をモータ制御信号に変換して出力してもよい。
When the signal measuring
外力情報取得部23で得られた外力情報は、計測時の環境推定や、筋収縮への影響の分析等に用いることができる。信号測定装置1が筋電義肢に適用される場合は、外力情報をユーザに対する負荷の検知に用いたり、モータ制御信号の補正に用いることができる。
The external force information obtained by the external force
図2は、実施形態の信号測定と信号分離の原理を説明する図である。上段は、筋電(筋力の発現)と外力の両方が入力されている状態でのEMGセンサの出力波形であり、横軸は時間、縦軸は電位を示す。図2の下段は、上段のEMGセンサの出力波形のFFT解析結果であり、横軸は周波数、縦軸は振幅を示す。100Hz〜1kHzの領域、より限定的には100Hz〜500Hzに現れるなだらかな包絡線を描くスペクトルは、筋収縮によるパワーである。それより低い周波数領域に現れるスペクトルは外力に起因するパワーである。なお、50Hz付近にみられる鋭いピークは、商用電源に起因するハムノイズである。 FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of signal measurement and signal separation of the embodiment. The upper row shows the output waveform of the EMG sensor when both myoelectricity (expression of muscular strength) and external force are input, and the horizontal axis shows time and the vertical axis shows electric potential. The lower part of FIG. 2 shows the FFT analysis result of the output waveform of the upper EMG sensor, the horizontal axis shows the frequency, and the vertical axis shows the amplitude. The spectrum that draws the gentle envelope that appears in the region of 100 Hz to 1 kHz, more specifically 100 Hz to 500 Hz, is the power due to muscle contraction. The spectrum appearing in the lower frequency domain is the power caused by the external force. The sharp peak seen around 50 Hz is hum noise caused by a commercial power source.
後述するように、発明者らは筋電信号を効果的に抽出するには、柔らかい性質の電極を用いて生体信号を検知し、100Hz〜1kHz、より好ましくは100Hz〜500Hzの周波数成分を筋電信号として抽出するのがよいことを見出した。また、100Hzよりも低い領域で、スペクトルの包絡線のピーク位置によって外力の性質を区別し得ることを見出した。図2では、周波数の下限として20Hzが設定されているが、20Hz以下の周波数(たとえは10Hz、5Hzなど)を下限に設定してもよい。 As will be described later, in order to effectively extract the myoelectric signal, the inventors detect the biological signal using an electrode having a soft property, and telegraph a frequency component of 100 Hz to 1 kHz, more preferably 100 Hz to 500 Hz. I found that it is better to extract it as a number. It was also found that the nature of the external force can be distinguished by the peak position of the envelope of the spectrum in the region lower than 100 Hz. In FIG. 2, 20 Hz is set as the lower limit of the frequency, but a frequency of 20 Hz or less (for example, 10 Hz, 5 Hz, etc.) may be set as the lower limit.
金属よりも硬度または弾性率の小さい導電性高分子の検出電極11a、11bを用いることで、検出電極11a及び11bを外部からの衝撃波の干渉フィルタあるいは帯域通過フィルタとして利用することができる。柔らかい高分子材料で形成された検出電極11a及び11bの力学的インピーダンス特性は、金属電極と比較して低い。EMGセンサ10が取り付けられた生体部位の運動や、外部からの力の印加によって生じる衝撃は、信号電極11aと11bによって吸収され、ゆっくりと変化する衝撃波として表面筋電位信号に重畳される。
By using the
このような性質の電極材料として、導電性シリコーン樹脂、ポリイソピレン、ポリブタジエン、適切な量と種類の電電性ドーパントが添加されたその他のエラストマー等を用いることができる。ドーパントとしては、導電性カーボン粉末、ゲルマニウム粉末等を用いることができる。 As the electrode material having such properties, a conductive silicone resin, polyisopyrene, polybutadiene, other elastomer to which an appropriate amount and type of electric dopant is added, and the like can be used. As the dopant, conductive carbon powder, germanium powder or the like can be used.
図3は、図1と図2を参照して説明した本発明の知見を裏付ける予備実験のセットアップである。予備実験の条件は以下のとおりである。
(1)計測部位は前腕浅指屈筋近傍の体表面とする。
(2)計測システムは、FSR(Force Sensing Resistor;感圧)センサとEMGセンサを使用する。
(3)計測方法は、EMGセンサの直上にFSRセンサを貼付して体表面に設置する。
FIG. 3 is a preliminary experimental setup that supports the findings of the invention described with reference to FIGS. 1 and 2. The conditions for the preliminary experiment are as follows.
(1) The measurement site is the body surface near the flexor digitorum superficialis forearm.
(2) The measurement system uses an FSR (Force Sensing Resistor) sensor and an EMG sensor.
(3) The measurement method is to attach the FSR sensor directly above the EMG sensor and install it on the body surface.
これらの条件にしたがって、図3(A)のように前腕の浅指屈筋の直上の体表面に、EMGセンサ素子23に接続された導電性シリコーンゴムの電極11a、11bを貼付し、EMGセンサ素子13の上にFSRセンサ30を置いて計測する。導電性シリコーンゴムの電極11a及び11bとEMGセンサ素子23を合わせて「EMGセンサ」と称する。接地電極12は、導電性高分子の電極11a、11bの裏側の間接近傍など、適切な場所に貼付する。衝撃力の計測をFSRセンサ30を用いて行い、表面筋電位信号の計測をEMGセンサを用いて行う。
According to these conditions, as shown in FIG. 3A, the conductive
図3(B)は実際に使用したセットアップの画像である。FSRセンサ30は市販の感圧センサである。予備実験用に、導電性高分子の検出電極11a、11bにEMGセンサ素子13を電気接続してEMGセンサ10を作製した。接地電極12もEMGセンサ素子13に接続されているが、図3(B)ではセンサ装着用のサポータの裏側に隠れている。
FIG. 3B is an image of the setup actually used. The
図3のセットアップは、EMGセンサの出力にどのような信号情報が含まれているかを確認するためのものであり、FSRセンサ30は外力の有無を確認する目的で配置されている。図3のセットアップを用いて、(i) 筋電のみを入力する場合、(ii)外力のみを入力する場合、及び(iii)筋電と外力の両方を入力する場合、の計測データを取得する。予備実験の計測結果を図4〜図11に示す。
<予備実験1>
図4及び図5は、予備実験1の結果を示す。予備実験1では、筋電のみを入力する。前腕の運動を極力抑えて、筋電のみが出力されるように浅指屈筋を収縮させたときのEMGセンサ出力とFSRセンサ出力を記録する。図4の上側はEMGセンサの出力波形、下側はFSRセンサ30の出力波形である。EMGセンサの出力は0.5Vを超える振幅での筋電の波形を示しているが、FSRセンサ30の出力は0.2V付近で一定値を保っている。この計測結果から、前腕に衝撃力などの外力が加わっていないことがわかる。
The setup of FIG. 3 is for confirming what kind of signal information is included in the output of the EMG sensor, and the
<
4 and 5 show the results of
図5(A)は、外力のない状態での一度目のEMG計測とそのFFT解析結果を示す。図5(B)は、外力のない状態での二度目のEMG計測とそのFFT解析結果を示す。図5(A)と図4(B)の双方で、100Hz〜1kHzの間に十分な強度のパワーが検出されている。他方、100Hz未満の周波数領域では、外力を推定させるパワー波形は観察されない。FFT解析で50Hz、100Hz、200Hz付近にみられる振幅は、商用電源の50Hzハムノイズとそのエイリアシングである。予備実験1から、筋電信号が観察される周波数領域の存在が確認される。
<予備実験2>
図6〜図9は、予備実験2の結果を示す。予備実験2では、外力のみを入力した場合のEMGセンサ出力とFSRセンサ出力を記録する。筋電位をなるべく発生させないように浅指屈筋を弛緩させて、FSRセンサ30の表面を押圧する。FSRセンサ30に対する押し込み速度を変えて、EMGセンサの出力とFSRセンサ30の出力を取得する。
FIG. 5A shows the first EMG measurement and the FFT analysis result in the absence of an external force. FIG. 5B shows the second EMG measurement in the absence of external force and the FFT analysis result thereof. In both FIGS. 5 (A) and 4 (B), a power of sufficient intensity is detected between 100 Hz and 1 kHz. On the other hand, in the frequency region below 100 Hz, no power waveform for estimating the external force is observed. The amplitudes seen in the vicinity of 50 Hz, 100 Hz, and 200 Hz in the FFT analysis are the 50 Hz hum noise of the commercial power supply and its aliasing. From the
<
6 to 9 show the results of the
図6(A)は高周波の外力のみを入力したときのEMGセンサとFSRセンサ30の出力波形、図6(B)はEMG波形とそのFFT解析結果を示す。ここでいう高周波とは、筋電信号の周波数領域よりも低い周波数領域の中で比較的高い周波数を意味し、FSRセンサ30の表面を素早く押したときに発生する衝撃波を、高周波の外力とする。
FIG. 6A shows the output waveforms of the EMG sensor and the
図6(A)に示すように、外力が作用すると、EMGセンサの計測値はSFR値の変動に同期して変動する。筋力を発現させない場合でも、EMGセンサに加速度等の外部の力が加わることにより、筋電情報として出力されることになり、EMGセンサが適用されている装置の誤動作の原因となる。高周波の外力は、たとえば筋電義手を装着したユーザが素早く腕を振ったときなどに発生する。 As shown in FIG. 6A, when an external force acts, the measured value of the EMG sensor fluctuates in synchronization with the fluctuation of the SFR value. Even when the muscular force is not expressed, an external force such as acceleration is applied to the EMG sensor, so that the EMG sensor is output as myoelectric information, which causes a malfunction of the device to which the EMG sensor is applied. High-frequency external force is generated, for example, when a user wearing a myoelectric prosthetic hand quickly shakes his arm.
図6(B)のFFT解析結果で、100Hz以上の領域にはほとんど振幅が見られないが、100Hz未満の領域全体にわたってパワーがあることがわかる。100Hz未満の領域に観察されるパワースペクトルは、筋電動作がない状態で外力がかかっていることを示す。 From the FFT analysis result of FIG. 6B, it can be seen that there is almost no amplitude in the region above 100 Hz, but there is power over the entire region below 100 Hz. The power spectrum observed in the region below 100 Hz indicates that an external force is applied in the absence of myoelectric motion.
図7(A)は中周波の外力のみを入力したときのEMGセンサとFSRセンサ30の出力波形、図7(B)はEMG波形とそのFFT解析結果を示す。中周波とは、筋電信号の周波数領域よりも低い周波数領域の中で中程度の周波数を意味し、FSRセンサ30の表面を中程度の速度で押圧したときに発生する衝撃波を中周波の外力とする。
FIG. 7A shows the output waveforms of the EMG sensor and the
図7(B)のFFT解析結果で、100Hz以上の領域にはほとんど振幅が見られないが、100Hz未満の領域でパワースペクトルが観察される。このパワースペクトルは、図6(B)と比較してやや低い周波数側にシフトしている。 In the FFT analysis result of FIG. 7B, almost no amplitude is observed in the region above 100 Hz, but the power spectrum is observed in the region below 100 Hz. This power spectrum is shifted to the slightly lower frequency side as compared with FIG. 6 (B).
図8は、低周波の外力のみを入力したときのEMGセンサとFSRセンサ30の出力波形を示す。図9(A)は一度目の計測のEMG波形とそのFFT解析結果を示し、図9(B)は二度目の計測のEMG波形とそのFFT解析結果を示す。ここで低周波とは、筋電信号の周波数領域よりも低い周波数領域の中で比較的低い周波数を意味し、FSRセンサ30の表面をゆっくりと押したときに発生する衝撃波を低周波の外力とする。
FIG. 8 shows the output waveforms of the EMG sensor and the
図9(A)と図9(B)のFFT解析結果で、100Hz以上の領域にはわずかな測定ノイズを除いてほとんどパワーが見られないが、数十ヘルツの領域で強いパワースペクトルが観察されている。パワースペクトルは、図7(B)と比較してさらに低周波数側にシフトしている。 In the FFT analysis results of FIGS. 9 (A) and 9 (B), almost no power is observed in the region of 100 Hz or higher except for a slight measurement noise, but a strong power spectrum is observed in the region of several tens of hertz. ing. The power spectrum is further shifted to the lower frequency side as compared with FIG. 7 (B).
図6〜図9の結果から、EMGセンサ出力を周波数解析することで、外力または衝撃力の存在だけでなく、その外力の性質を判別し得ることがわかる。
<予備実験3>
図10及び図11は、予備実験3の結果を示す。予備実験3では、筋電と外力の両方を入力した場合のEMGセンサ出力とFSRセンサ出力を記録する。図10に示すように、外力と筋活動が同時に作用すると、EMGセンサの出力だけでは筋電なのか外力なのかを判別することができない。
From the results of FIGS. 6 to 9, it can be seen that by frequency analysis of the EMG sensor output, not only the existence of an external force or an impact force but also the nature of the external force can be determined.
<
10 and 11 show the results of the
図11(A)は、外力と筋力を同時に働かせた場合の一度目のEMG計測結果とそのFFT解析結果、図11(B)は、外力と筋力を同時に働かせた場合の二度目のEMG計測結果とそのFFT解析結果を示す。EMGセンサ出力をFFT解析することで、100Hz〜1kHzに現れる包絡線状のパワースペクトルと、100Hz未満の周波数領域でのパワースペクトルを明確に区別することができる。100Hz未満の領域では、もっぱら30Hz未満の領域に振幅が観察されることから、低周波の外力がかかっていることを判別し得る。 FIG. 11 (A) shows the first EMG measurement result and the FFT analysis result when the external force and the muscular force are applied at the same time, and FIG. 11 (B) shows the second EMG measurement result when the external force and the muscular force are applied at the same time. And its FFT analysis result are shown. By FFT analysis of the EMG sensor output, it is possible to clearly distinguish between the envelope-shaped power spectrum appearing at 100 Hz to 1 kHz and the power spectrum in the frequency region below 100 Hz. In the region of less than 100 Hz, the amplitude is observed exclusively in the region of less than 30 Hz, so that it can be determined that a low frequency external force is applied.
予備実験1〜3の結果から、腕を振る、足を上げるなどの動作により外力がかかる状況でEMG計測する場合でも、単一のEMGセンサを用いて筋電信号と外力情報(衝撃など)を取り出すことができる。その際に、柔らかい導電性高分子の電極を用いて、外力の入力に対してゆっくりと応答させる。換言すると、導電性高分子の柔軟性または低い力学的インピーダンス特性を外力の帯域通過フィルタとして利用する。硬い金属電極の場合は、圧力変化による応答性(インピーダンスの変化)が大きく、100Hz未満の周波数領域での外力の検出は困難である。
From the results of
図12は、実施形態の信号測定方法のフローチャートである。まず、導電性高分子電極を有するEMGセンサで信号を取得する(S11)。検知電極として柔らかい導電性高分子材料を用いることで、外力による衝撃波の通過帯域を低くして、筋電信号の周波数帯域との区別化を促進する。 FIG. 12 is a flowchart of the signal measurement method of the embodiment. First, a signal is acquired by an EMG sensor having a conductive polymer electrode (S11). By using a soft conductive polymer material as the detection electrode, the pass band of the shock wave due to the external force is lowered, and the distinction from the frequency band of the myoelectric signal is promoted.
導電性高分子電極対によって検知された信号から、筋電信号と外力情報を分離する(S12)。信号分離は、EMGセンサの出力を周波数解析して所定の周波数帯域の成分を取り出す、あるいは、所定の帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタを用いて分離してもよい。導電性高分子電極により、印加された外力または衝撃波は低い周波数帯域に変換されているので、外力と筋電信号を効果的に分離することができる。 The myoelectric signal and the external force information are separated from the signal detected by the conductive polymer electrode pair (S12). The signal separation may be performed by frequency-analyzing the output of the EMG sensor to extract components in a predetermined frequency band, or by using a bandpass filter that passes a signal in a predetermined band. Since the applied external force or shock wave is converted into a low frequency band by the conductive polymer electrode, the external force and the myoelectric signal can be effectively separated.
抽出された外力情報に基づいて、外力の性質、たとえば高周波の外力か、低周波の外力か、早い動きにより力がかかっているか、ゆっくりとした動きにより力がかかっているか等を判断してもよい(S13)。一方、抽出された筋電信号は適切な処理を経て出力される(S14)。ステップS13とS14は、本発明の信号測定方法の必須の要素ではないが、適用場面に応じて適宜実行することができる。 Based on the extracted external force information, it is possible to judge the nature of the external force, for example, whether it is a high-frequency external force, a low-frequency external force, a force applied by a fast movement, or a force applied by a slow movement. Good (S13). On the other hand, the extracted myoelectric signal is output after undergoing appropriate processing (S14). Although steps S13 and S14 are not essential elements of the signal measurement method of the present invention, they can be appropriately executed depending on the application situation.
以上述べたように、実施形態の信号測定方法と信号測定装置によれば、外部からの衝撃力と筋電信号を同一の電極対から検知し、衝撃力と筋電信号を分離して取り出すことができる。導電性高分子の柔らかさを利用することで、衝撃力の通過帯域を低い方に緩和して筋電信号の通過帯域との分離を容易にすることができる。筋電信号から外力に起因するノイズが効果的に除去されているので、筋電信号のS/N比が向上する。また、外力の周波数情報によって外力の性質を判断することができる。 As described above, according to the signal measuring method and the signal measuring device of the embodiment, the impact force and the myoelectric signal from the outside are detected from the same electrode pair, and the impact force and the myoelectric signal are separated and taken out. Can be done. By utilizing the softness of the conductive polymer, it is possible to relax the pass band of the impact force to the lower side and facilitate the separation from the pass band of the myoelectric signal. Since the noise caused by the external force is effectively removed from the myoelectric signal, the S / N ratio of the myoelectric signal is improved. In addition, the nature of the external force can be determined from the frequency information of the external force.
本発明は上述した実施形態に限定されず、多少な変形例を含む。EMGセンサに用いられる導電性高分子の電極は一対の電極に限定されず、必要に応じて複数の電極対を用いることができる。複数の電極対のそれぞれを導電性高分子で形成することで、各部位の筋電信号から外力の影響を効果的に除去することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes some modifications. The electrode of the conductive polymer used in the EMG sensor is not limited to a pair of electrodes, and a plurality of electrode pairs can be used as needed. By forming each of the plurality of electrode pairs with a conductive polymer, the influence of an external force can be effectively removed from the myoelectric signal of each portion.
1 信号測定装置
10 EMGセンサ(筋電センサ)
11a、11b 検知電極
12 接地電極
13 センサ素子
20 信号処理部
22 筋電信号取得部
23 外力情報取得部
1
11a,
Claims (9)
前記筋電センサの前記電極で検知された信号から、周波数成分に基づいて、筋電信号と外力に関する情報とを分離する信号処理部と、
を有し、
前記信号処理部は、前記筋電センサの出力信号から、100Hz未満の周波数成分を外力情報として取り出すことを特徴とする信号測定装置。 An electromyographic sensor having at least a pair of electrodes made of a conductive polymer material,
A signal processing unit that separates myoelectric signals and information on external forces from the signals detected by the electrodes of the myoelectric sensor based on frequency components.
Have a,
The signal processing unit is a signal measuring device characterized by extracting a frequency component of less than 100 Hz as external force information from the output signal of the myoelectric sensor.
前記筋電センサの前記電極で検知された信号から、周波数成分に基づいて、筋電信号と外力に関する情報とを分離する信号処理部と、 A signal processing unit that separates myoelectric signals and information on external forces from the signals detected by the electrodes of the myoelectric sensor based on frequency components.
を有し、Have,
前記導電性高分子材料で形成された前記電極は、外力による衝撃波を吸収して前記筋電信号よりも低い周波数成分を通過させる帯域通過フィルタとして機能することを特徴とする信号測定装置。A signal measuring device characterized in that the electrode formed of the conductive polymer material functions as a band-passing filter that absorbs a shock wave due to an external force and passes a frequency component lower than the myoelectric signal.
前記表面筋電位信号から、周波数成分に基づいて筋電信号と外力に関する情報とを分離するステップと、
を有し、
前記表面筋電位信号を周波数解析して、100Hz未満の周波数成分を外力情報として取り出すことを特徴とする信号測定方法。 A step of detecting a surface myoelectric potential signal with at least a pair of electrodes made of a conductive polymer material,
A step of separating the myoelectric signal and the information about the external force from the surface myoelectric potential signal based on the frequency component,
Have a,
A signal measurement method characterized by frequency-analyzing the surface myoelectric potential signal and extracting a frequency component of less than 100 Hz as external force information.
前記表面筋電位信号から、周波数成分に基づいて筋電信号と外力に関する情報とを分離するステップと、
を有し、
前記導電性高分子材料で形成された電極を、外力による衝撃波を吸収して前記筋電信号よりも低い周波数成分を通過させる帯域通過フィルタとして機能させることを特徴とする信号測定方法。 A step of detecting a surface myoelectric potential signal with at least a pair of electrodes made of a conductive polymer material,
A step of separating the myoelectric signal and the information about the external force from the surface myoelectric potential signal based on the frequency component,
Have,
Signal measuring how to characterized in that the functioning of the electrode formed of the conductive polymer material, as a band pass filter which passes frequency components lower than the myoelectric signal by absorbing shock waves by an external force.
をさらに有することを特徴とする請求項6に記載の信号測定方法。
The step of determining the nature of the external force according to the peak position of the frequency spectrum extracted as the external force information,
The signal measuring method according to claim 6, further comprising.
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