JP7075589B2 - Hand sensor device - Google Patents
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特許法第３０条第２項適用 平成２９年１１月２５日にダウンロードサイトからダウンロード可能とされた電子論文集「第２６回計測自動制御学会中国支部 学術講演会論文集」の８５－８６頁掲載の論文「脱着可能な簡易ハンドセンサによる作業者の把持力推定」にて公開Application of
本発明は、手に掛かる荷重値を検知する技術に関する。 The present invention relates to a technique for detecting a load value applied to a hand.
人間による手作業やその作業に伴う感覚を把握するために人間の手に掛かる荷重値を測定する各種手法が提案されている。
下記特許文献１には、対象物体に対して人間の手指が能動的に作用する時に、人間の手指が感じている微妙な反力を物理量として測定するための感圧グローブが提案されている。この感圧グローブは、指の腹部及び手掌部にフィルム型感圧センサを配置しており、各感圧センサの配線を行う手甲側フレキシブルプリント基板を含んでいる。
下記特許文献２には、人間の手指及び掌の操作力分布を測定する装置が提案されている。この装置は、マトリクス状に成形した複数の電極と感圧導電材とを重ねた荷重センサと、その荷重センサの各電極に作用する圧力を感圧導電材の抵抗値に変換させる操作力分布検出センサと、走査回路とを有している。その操作力分布検出センサを人間の手に装着して対象物を操作することで、その操作力分布検出センサの各検出点における抵抗値が走査回路の走査方式により順次測定される。
下記特許文献３には、産業現場で勤労者が作業する際、手に加えられる力を測定する装置が提案されている。この装置は、手のひら面に複数のＦＳＲ（Force Sensing Resistor）センサを備える手袋と、バンドを備えるケースと、このケースに設置され当該ＦＳＲセンサが測定した信号を受信して記録する貯蔵器とを含んでいる。
Various methods have been proposed for measuring the load value applied to a human hand in order to grasp the manual work by a human and the sensation associated with the work.
The following Patent Document 2 proposes a device for measuring the operating force distribution of human fingers and palms. This device is a load sensor in which multiple electrodes molded in a matrix and a pressure-sensitive conductive material are stacked, and an operating force distribution detection that converts the pressure acting on each electrode of the load sensor into the resistance value of the pressure-sensitive conductive material. It has a sensor and a scanning circuit. By mounting the operating force distribution detection sensor on a human hand and manipulating the object, the resistance value at each detection point of the operating force distribution detection sensor is sequentially measured by the scanning method of the scanning circuit.
しかしながら、上述のような既存手法では、人の手指に掛かる荷重の測定精度に改善の余地が残されている。本発明者らは、人の手のひらの硬度は部位によって異なっており、圧力センサ（上述の感圧センサ、荷重センサ、ＦＳＲセンサなど）の感度がそのセンサが置かれる部位の硬度に影響を受けることを新たに見出した。 However, in the existing method as described above, there is room for improvement in the measurement accuracy of the load applied to the human finger. The present inventors have different hardness of the palm of a person depending on the part, and the sensitivity of the pressure sensor (the above-mentioned pressure sensor, load sensor, FSR sensor, etc.) is affected by the hardness of the part where the sensor is placed. Was newly found.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、人の手のひらに掛かる荷重値を正確に検知する技術を提供する。
本明細書において「手のひら」とは、手首から先の、握ったときに内側になる部位を指し示すものとし、手指の腹側も含む意味で用いられる。
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a technique for accurately detecting a load value applied to the palm of a person.
As used herein, the term "palm" refers to a portion of the wrist that is inward when grasped, and is used to include the ventral side of the finger.
本発明の一側面では、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。
本発明の一側面はハンドセンサ装置に関し、当該一側面に係るハンドセンサ装置は、加圧により電気特性が変化する感圧部と、感圧部の電気特性及び感圧部が配置される被験者の手の部位情報を用いて、当該手に掛かる荷重値を検知する検知部と、を備える。
In one aspect of the present invention, the following configuration is adopted in order to solve the above-mentioned problems.
One aspect of the present invention relates to a hand sensor device, and the hand sensor device according to the one aspect is a pressure-sensitive portion whose electrical characteristics change due to pressurization, and a subject in which the electrical characteristics of the pressure-sensitive portion and the pressure-sensitive portion are arranged. It is provided with a detection unit that detects the load value applied to the hand by using the part information of the hand.
上記一側面によれば、人の手のひらに掛かる荷重値を正確に検知する技術を提供することができる。 According to the above aspect, it is possible to provide a technique for accurately detecting the load value applied to the palm of a person.
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に挙げる実施形態は例示であり、本発明は以下の実施形態の構成に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. The embodiments listed below are examples, and the present invention is not limited to the configurations of the following embodiments.
本実施形態の詳細を説明する前に、まず、本実施形態に係るハンドセンサ装置の特徴の概要を説明する。以降、本実施形態に係るハンドセンサ装置を本センサ装置と略称する場合がある。
本センサ装置は、少なくとも、加圧により電気特性が変化する感圧部と、被験者の手に掛かる荷重値を検知する検知部とを有している。
Before explaining the details of the present embodiment, first, the outline of the features of the hand sensor device according to the present embodiment will be described. Hereinafter, the hand sensor device according to the present embodiment may be abbreviated as the present sensor device.
This sensor device has at least a pressure-sensitive unit whose electrical characteristics change due to pressurization and a detection unit that detects a load value applied to a subject's hand.
感圧部は、加圧により電気特性が変化するのであれば、その具体的な原理や構造は限定されない。加圧により変化する電気特性は、例えば、電気抵抗値や静電容量などである。
本センサ装置では、後述するように、感圧導電性エラストマセンサが感圧部として利用されている。
The specific principle and structure of the pressure-sensitive portion are not limited as long as the electrical characteristics change due to pressurization. The electrical characteristics that change with pressurization are, for example, the electrical resistance value and the capacitance.
In this sensor device, as will be described later, a pressure-sensitive conductive elastomer sensor is used as a pressure-sensitive unit.
検知部は、その感圧部の電気特性及びその感圧部が配置される被験者の手の部位情報を用いて、被験者の手に掛かる荷重値を検知する。
詳細は後述するが、本発明者らにより、人の手のひらの硬度は部位によって異なっており、感圧部の感度がその感圧部が置かれる部位の硬度に影響を受けることが見出されている。
そこで、検知部は、感圧部の電気特性とその感圧部が配置される被験者の手の部位の硬度との関係性から、手のひらのその部位に掛かる圧力値（荷重値）を高精度に検知することができる。
但し、検知部が利用する手の部位情報は、手の部位の硬度を示す具体的な値でなくてもよい。例えば、手の各部位に対応するように、感圧部の電気特性と検知されるべき荷重値との関係式や対応表がそれぞれ設けられており、このような関係式や対応表を用いることが「感圧部の電気特性及びその感圧部が配置される被験者の手の部位情報を用いて」いることに該当する。
The detection unit detects the load value applied to the subject's hand by using the electrical characteristics of the pressure-sensitive portion and the part information of the subject's hand in which the pressure-sensitive portion is arranged.
Although the details will be described later, the present inventors have found that the hardness of the human palm differs depending on the part, and that the sensitivity of the pressure-sensitive part is affected by the hardness of the part where the pressure-sensitive part is placed. There is.
Therefore, the detection unit makes the pressure value (load value) applied to the part of the palm highly accurate based on the relationship between the electrical characteristics of the pressure-sensitive part and the hardness of the part of the subject's hand where the pressure-sensitive part is placed. Can be detected.
However, the hand part information used by the detection unit does not have to be a specific value indicating the hardness of the hand part. For example, a relational expression and a correspondence table between the electrical characteristics of the pressure-sensitive part and the load value to be detected are provided so as to correspond to each part of the hand, and such a relational expression and the correspondence table should be used. Corresponds to "using the electrical characteristics of the pressure-sensitive part and the part information of the subject's hand in which the pressure-sensitive part is placed".
また、被験者の手のひらに複数の感圧部が配置される場合、検知部は、感圧部が配置される被験者の手の部位ごとに荷重値を検知してもよいし、手のひら全体に掛かると推定される荷重値を検知してもよい。後者の場合、検知部は、例えば、手の部位ごとに荷重値を検知した上で、検知された各荷重値を用いて手のひら全体に掛かる荷重値を推定するようにしてもよい。この場合、手の部位ごとの荷重値と手のひら全体の荷重値との関係性が予め取得されていればよい。 Further, when a plurality of pressure-sensitive parts are arranged in the palm of the subject, the detection unit may detect the load value for each part of the subject's hand in which the pressure-sensitive part is arranged, or when the load value is applied to the entire palm. The estimated load value may be detected. In the latter case, for example, the detection unit may detect the load value for each part of the hand and then estimate the load value applied to the entire palm using each of the detected load values. In this case, the relationship between the load value for each part of the hand and the load value for the entire palm may be acquired in advance.
本実施形態によれば、感圧部の電気特性及び感圧部が配置される被験者の手の部位情報を用いることで、手に掛かる荷重値を正確に検知することができる。 According to the present embodiment, the load value applied to the hand can be accurately detected by using the electrical characteristics of the pressure-sensitive portion and the information on the part of the hand of the subject in which the pressure-sensitive portion is arranged.
［ハードウェア構成］
以下、本実施形態に係るハンドセンサ装置についてより具体的に説明する。
図１は、本実施形態に係るハンドセンサ装置１のハードウェア構成を概念的に示すブロック図である。図１に示されるように、本センサ装置１は、主に、センサグローブ５、接続モジュール２０、及びコンピュータ３０から構成される。
[Hardware configuration]
Hereinafter, the hand sensor device according to the present embodiment will be described more specifically.
FIG. 1 is a block diagram conceptually showing the hardware configuration of the
センサグローブ５は、詳細は後述するが、人の手に脱着自在な手袋体であり、複数の感圧部１０を有している。センサグローブ５は、当該複数の感圧部１０にそれぞれ接続される配線群７を介して接続モジュール２０に接続されている。
接続モジュール２０は、増幅器やＡＤ変換器などを有しており、各感圧部１０へ電圧を印加すると共に、各感圧部１０の電気特性（例えば、電気抵抗値）のアナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換し、コンピュータ３０へ出力する。また、接続モジュール２０は、感圧部１０の電気特性を示すアナログ信号をコンピュータ３０へ出力してもよい。
接続モジュール２０は、コンピュータ３０から電力の供給を受けて動作してもよいし、外部電源からの電力で動作してもよい。
Although the details of the
The
The
接続モジュール２０は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）のような有線通信又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）のような無線通信でコンピュータ３０と接続され得る。このような接続モジュール２０とコンピュータ３０との接続形態は制限されない。
接続モジュール２０は、コンピュータ３０のプロセッサ等と同一基板上に実装される、或いはコンピュータ３０のプロセッサが搭載された基板に電気的に接続される他の基板上に実装されてコンピュータ３０内に内蔵されてもよい。
更に言えば、接続モジュール２０は、センサグローブ５に組み込まれてもよい。この場合、接続モジュール２０は、柔軟性を持つフレキシブル基板で実装されてもよい。また、接続モジュール２０は、センサグローブ５の手の背側（手のひらの反対側）に設けられれば、柔軟性を持たない基板で実装されてもよい。
The
The
Furthermore, the
コンピュータ３０は、ＰＣ（Personal Computer）のような汎用ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いた汎用コンピュータであってもよいし、制御用マイコンや組み込みマイコンなどを用いた専用コンピュータであってもよい。即ち、コンピュータ３０は、バスで相互に接続される、プロセッサ（ＣＰＵなど）、メモリ、入出力インタフェース、通信ユニット等を有する情報処理装置である。
本実施形態では、コンピュータ３０は、特徴の概要として上述した検知部に相当し、メモリに格納されるコンピュータプログラムがプロセッサにより実行されることで、当該検知部に相当する各種処理を実行することができる。
The
In the present embodiment, the
即ち、コンピュータ３０は、接続モジュール２０から各感圧部１０の電気特性を示すデジタル信号を受信し、このデジタル信号で示される電気特性値を各感圧部１０が配置される被験者の手の部位の硬度に応じて補正して、当該手の各部位に掛かる荷重値をそれぞれ算出することができる。ここでの荷重値の算出手法の詳細については後述する。
また、上述したとおり、コンピュータ３０は、手の部位ごとの荷重値と手のひら全体に掛かる荷重値との関係性を予め保持しておくことにより、手の各部位についてそれぞれ算出された荷重値から手のひら全体に掛かる荷重値を算出してもよい。
コンピュータ３０は、算出された荷重値をそれぞれコンピュータ３０に接続される表示装置に表示させてもよいし、他の処理に利用してもよいし、他の機器に出力してもよい。コンピュータ３０による算出された荷重値の利用形態については何ら制限されない。
That is, the
Further, as described above, the
The
［センサグローブ］
図２は、本実施形態に係るハンドセンサ装置１のセンサグローブ５を模式的に示す図である。
図２に示されるように、センサグローブ５は、人の手に脱着自在な手袋体であり、その手のひら側に複数の感圧部１０を有している。図２では、破線で示される箇所Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４及びＬ５に感圧部１０が設けられている。
これにより、被験者は、本センサ装置１のセンサグローブ５を手に装着した状態で対象物に触る、或いは対象物を持つことで、その際に手のひらに掛かる荷重値が検知（測定）される。
[Sensor Gloves]
FIG. 2 is a diagram schematically showing a
As shown in FIG. 2, the
As a result, the subject touches or holds the object while wearing the
図１に示されるセンサグローブ５は片手の全てを覆う形状を有しているが、本センサ装置１のセンサグローブ５の形状はそのような形状に限定されない。センサグローブ５は、人の手に脱着自在であり、複数の感圧部１０が設けられていればよく、感圧部１０が設けられていない箇所は開放されているなど、人の手の全てを覆う形状でなくてもよい。例えば、感圧部１０は手のひらに設けられるため、手の甲側は開放されていてもよい。
The
ところで、手の大きさは人によって様々であるところ、センサグローブ５に設けられる複数の感圧部１０は、被験者の手の大きさに関わらず、手のひらの所定部位に配置されることが望まれる。
そこで、センサグローブ５の一部又は全部は、センサグローブ５が手に装着された状態において当該複数の感圧部１０のそれぞれが手のひらの所定部位に配置されるように、薄膜状かつ伸縮可能に形成されていることが望ましい。
特に、センサグローブ５における感圧部１０が設けられている箇所は、全体的に薄膜状となることが好ましい。これにより、荷重値の検知精度を高めることができるからである。これは、センサグローブ５における感圧部１０が設けられている箇所を、薄膜状の感圧部１０のみで形成する、或いは、薄膜状の感圧部１０と薄膜状のセンサグローブ５の素材とで形成することで実現することができる。
By the way, since the size of the hand varies from person to person, it is desired that the plurality of pressure-
Therefore, a part or all of the
In particular, it is preferable that the portion of the
この所定部位とは、手のひらにおける手を握った状態で屈曲の少ない予め決められた部位である。
被験者の手の大きさに関わらず、感圧部１０をこのような所定部位に配置することで、屈曲による感圧部１０の感度の低下を防ぐことができると共に、感圧部１０が配置される手の部位の硬度を適切に利用することができるため、コンピュータ３０（検知部）による荷重値の検知精度を維持することができる。
This predetermined portion is a predetermined portion in the palm of the hand where there is little bending while holding the hand.
By arranging the pressure-
上述の所定部位は、５指の先端腹部、指尖球、母指球、及び小指球の中の全部又は一部である。
ここで「５指の先端腹部」とは、手のひらにおける、人差し指（示指）、中指、薬指、及び小指の第一関節（ＤＩＰ（遠位指節間関節））、並びに親指（母指）の第一関節（ＩＰ（指節間関節））から先の部位を指し示し、各指の先端部（爪の先端よりも手のひら側）を含む。図１の例では、各指の先端部周辺を除く５指の先端腹部の一部（符号Ｌ１）に感圧部１０が設けられている。
「指尖球」とは、手のひらにおける、人差し指の付け根から小指の付け根までの部位を指し示す。図１の例では、指尖球（符号Ｌ４）にも感圧部１０が設けられている。
「母指球」とは、手のひらにおける、親指の付け根の部位を指し示す。図１の例では、母指球（符号Ｌ３）にも感圧部１０が設けられている。
「小指球」とは、手のひらにおける、指尖球における小指の付け根の部分の下から手首にかけての部位を指し示す。図１の例では、小指球（符号Ｌ５）に感圧部１０が設けられている。
このように、感圧部１０は、手のひらにおける、手を握った状態で屈曲の少ない位置のみ、例えば、５指の先端腹部、指尖球、母指球、及び小指球の中の全部又は一部のみに設けられることが好ましい。ここでの「全部」及び「一部」は、上述のように定義した「先端腹部」、「指尖球」、「母指球」及び「小指球」の各領域の全て又は一部、並びに、「５指の先端腹部」、「指尖球」、「母指球」及び「小指球」のいずれか一つ、いずれか複数又は全部も含む。
これにより感圧部１０が屈曲するのを防ぎ、感圧部１０の感度を高精度に保つことができる。
The above-mentioned predetermined sites are all or a part of the abdomen of the tip of the five fingers, the tip of the finger, the ball of the thumb, and the ball of the little finger.
Here, the "tip abdomen of five fingers" is the first joint (DIP (distal interphalangeal joint)) of the index finger (indicator), middle finger, medicinal finger, and small finger in the palm, and the thumb (thumb). It points to the site beyond one joint (IP (interphalangeal joint)) and includes the tip of each finger (palm side of the tip of the thumb). In the example of FIG. 1, the pressure-
The "finger tip ball" refers to the part of the palm from the base of the index finger to the base of the little finger. In the example of FIG. 1, the pressure-
The "thumb ball" refers to the part of the base of the thumb in the palm. In the example of FIG. 1, the pressure-
The "hypothenar eminence" refers to the part of the palm from below the base of the little finger to the wrist. In the example of FIG. 1, the pressure-
As described above, the pressure-
As a result, the pressure-
感圧部１０は、上述したとおり、具体的な構造や原理は限定されないが、例えば、伸縮性又は柔軟性を有する薄膜状の感圧導電性エラストマセンサで実現される。具体的には、感圧部１０は、例えば、エラストマ材料（ゴム材料など）に導電材を混合させてなるシート部に伸縮性又は柔軟性のある配線部を印刷することで形成することができる。この場合、シート部の厚み方向に押圧力が加えられると、その押圧力の大きさに応じてシート部の電気抵抗が低下し、この電気抵抗値を配線部に接続される先（接続モジュール２０）で検出することができる。
As described above, the pressure-
但し、感圧部１０は、センサグローブ５が手に装着された状態において各感圧部１０が手のひらの上述の所定部位に配置されるのであれば、薄膜状に形成されていなくてもよいし、柔軟性を有していなくてもよい。
また、感圧部１０は、センサグローブ５における手のひらに接触する内側に設けられてもよいし、外側に設けられてもよい。更に言えば、感圧部１０は、センサグローブ５の素材と重ね合わされるのではなく、センサグローブ５の一部を形成していてもよい。
However, the pressure-
Further, the pressure
［荷重値の検知（算出）手法］
ここで、上述したコンピュータ３０における荷重値の検知（算出）手法の詳細について説明する。上述したとおり、コンピュータ３０は、メモリに格納されるコンピュータプログラムがプロセッサで実行されることで、次のような処理を実現することができる。
[Load value detection (calculation) method]
Here, the details of the load value detection (calculation) method in the
例えば、コンピュータ３０は、感圧部１０に関する電気特性値から荷重値に変換する電気特性－荷重変換式又は変換テーブルと、感圧部１０が配置される手の部位の硬度をパラメータとして含む感圧部１０の電気特性値を補正するための電気特性補正式とを予め保持することができる。この場合、コンピュータ３０は、各感圧部１０の電気特性値を、その感圧部１０が配置された手の部位の硬度が設定された電気特性補正式で補正し、更に、その補正された電気特性値を電気特性－荷重変換式又は変換テーブルを用いて荷重値に変換することで、感圧部１０が配置される手の部位ごとに荷重値を算出することができる。この電気特性補正式の具体例は実施例の項で説明する。
但し、この例において、電気特性－荷重変換式と電気特性補正式とを別々に保持するのではなく、それらを一体化した式、即ち、感圧部１０が配置される手の部位の硬度をパラメータとして用いて感圧部１０の電気特性値から荷重値を算出する荷重算出式が予め保持されてもよい。
また、上述した通り、コンピュータ３０は、手の各部位についてそれぞれ算出された荷重値に基づいて、手のひら全体に掛かる荷重値を算出する式を予め保持し、この式を用いて、手のひら全体に掛かる荷重値を算出してもよい。
For example, the
However, in this example, instead of holding the electrical characteristic-load conversion formula and the electrical characteristic correction formula separately, the formula that integrates them, that is, the hardness of the part of the hand where the pressure
Further, as described above, the
ところで、厳密には、手の部位の硬度は、被験者ごとに異なる。このため、本センサ装置１を利用する前に、感圧部１０が配置され得る手のひらの当該所定部位について被験者ごとに硬度を測定し、その硬度を用いて上述のように荷重値が検知されてもよい。
しかしながら、これでは、本センサ装置１を利用するまでに時間がかかり過ぎ、利便性が悪い。
一方で、本発明者らにより、人の手のひらの硬度は、部位によって異なるが、指の違いによる差異はそれ程大きくないことが確認されている。
そこで、先端腹部、基端腹部、指尖球、母指球、及び小指球のそれぞれについて、複数の被験者からサンプル硬度データを予め取得し、それら各部位について硬度の代表値（例えば、平均値や中間値など）を予め算出しておいてもよい。
By the way, strictly speaking, the hardness of the hand portion differs from subject to subject. Therefore, before using the
However, in this case, it takes too much time to use the
On the other hand, the present inventors have confirmed that the hardness of the human palm varies depending on the site, but the difference due to the difference in fingers is not so large.
Therefore, sample hardness data is obtained in advance from a plurality of subjects for each of the abdomen of the tip, the abdomen of the base, the tip of the finger, the ball of the finger, and the hypothenar of the little finger, and the representative value of hardness (for example, the average value or the average value) is obtained for each part. (Intermediate value, etc.) may be calculated in advance.
このようにすれば、先端腹部、基端腹部、指尖球、母指球、及び小指球のそれぞれについて予め取得されている硬度の代表値を用いて、それら部位ごとに上述の電気特性補正式又は荷重算出式を予め求めておくことができる。これにより、各感圧部１０の電気特性値に対して、各感圧部１０に対応する電気特性補正式又は荷重算出式を適用することで、容易に、荷重値を算出することができる。
但し、指の違いを加味して、各指の先端腹部及び各指の基端腹部についてそれぞれ硬度の代表値が予め取得されていてもよい。この場合であっても、各指の先端腹部、各指の基端腹部、指尖球、母指球、及び小指球のそれぞれについて予め取得されている硬度の代表値を用いて、それら部位ごとに上述の電気特性補正式又は荷重算出式を予め求めておくことができる。
By doing so, the above-mentioned electrical characteristic correction formula is used for each of the tip abdomen, the proximal abdomen, the tip ball, the thumb ball, and the hypothenar eminence using the representative values of the hardness obtained in advance. Alternatively, the load calculation formula can be obtained in advance. Thereby, the load value can be easily calculated by applying the electric characteristic correction formula or the load calculation formula corresponding to each pressure
However, the representative values of hardness may be obtained in advance for the tip abdomen of each finger and the base end abdomen of each finger in consideration of the difference between the fingers. Even in this case, the representative values of hardness obtained in advance for each of the abdomen at the tip of each finger, the abdomen at the base of each finger, the tip ball, the thumb ball, and the hypothenar ball are used for each part. The above-mentioned electrical characteristic correction formula or load calculation formula can be obtained in advance.
更に言えば、年齢や、体型（やせ型、太り型、肥満型、標準型など）、性別、職業などの人の属性によっても、手のひらの各部位の硬度は異なっている。例えば、２０代よりも４０代のほうが硬度は高い傾向にあり、女性よりも男性のほうが一般的には硬度は高い。また、事務系の職業に就いている人よりも土木系や建築系の職業に就いている人のほうが硬度は高い傾向にある。
そこで、被験者の属性に対応する係数を予め取得しておき、この係数を上述のように算出された荷重値に掛け合わせる、或いは上述の電気特性補正式又は荷重算出式に用いることで、被験者の属性に応じて荷重値を高精度に算出することができる。もちろん、被験者の属性ごとに上述の電気特性補正式及び荷重算出式を予めそれぞれ生成し、保持しておいてもよい。
Furthermore, the hardness of each part of the palm differs depending on the age, body type (thin type, fat type, obese type, standard type, etc.), gender, occupation, and other human attributes. For example, the hardness tends to be higher in the 40s than in the 20s, and the hardness is generally higher in men than in women. In addition, the hardness tends to be higher for those who are in civil engineering or construction professions than those who are in clerical professions.
Therefore, by acquiring a coefficient corresponding to the attribute of the subject in advance and multiplying this coefficient by the load value calculated as described above, or by using it in the above-mentioned electrical characteristic correction formula or load calculation formula, the subject's The load value can be calculated with high accuracy according to the attributes. Of course, the above-mentioned electrical characteristic correction formula and load calculation formula may be generated and held in advance for each attribute of the subject.
この場合、コンピュータ３０は、被験者の属性情報を入力させる画面を表示装置に表示させ、その画面を介して入力された属性情報を用いて、被験者の手に掛かる荷重値を算出することができる。即ち、本センサ装置１は、被験者の属性情報を取得する取得部（コンピュータ３０）を更に備え、検知部（コンピュータ３０）は、その取得された属性情報を更に用いて、被験者の手に掛かる荷重値を検知すると換言できる。
これにより、手のひらの各部位の硬度の被験者ごとの違いを反映させて、感圧部１０の電気特性から荷重値を算出することができるため、より高精度に手に掛かる荷重値を検知することができる。
In this case, the
As a result, the load value can be calculated from the electrical characteristics of the pressure-
［変形例］
上述の本センサ装置１は、本発明を実施する形態の一例であるため、部分的に適宜変形されてもよいし、少なくとも一部を省いてもよいし、更なる構成を加えてもよい。
[Modification example]
Since the above-mentioned
上述の実施形態では、コンピュータ３０が検知部に相当する処理を実行したが、接続モジュール２０が検知部に相当する処理の全て又は一部を実行してもよい。即ち、接続モジュール２０が上述したコンピュータ３０の処理の全て又は一部を実行するように構成されてもよい。
接続モジュール２０が上述したコンピュータ３０の処理の一部を実行する場合、例えば、接続モジュール２０は、感圧部１０の電気特性値をその感圧部１０が配置される手の部位の硬度を用いて補正し、補正された電気特性値を出力し、コンピュータ３０がこの補正された電気特性値から荷重値に変換する処理を行ってもよい。
また、接続モジュール２０が上述したコンピュータ３０の処理の全てを実行する場合、接続モジュール２０は、上述した手法で各感圧部１０の電気特性値から荷重値を算出し、算出された荷重値を出力する。この場合、本センサ装置１において、コンピュータ３０は必ずしも必要ではなく、接続モジュール２０が表示装置にその荷重値を表示させるべく出力してもよいし、他の機器へ荷重値を出力してもよい。
In the above-described embodiment, the
When the
Further, when the
更に言えば、各感圧部１０に検知部がそれぞれ直接接続され、感圧部１０と検知部とが一体化された圧力センサとして実現されてもよい。
この場合、センサグローブ５は、複数の圧力センサを有し、センサグローブ５を手に装着した際に各圧力センサの感圧部１０が上述した所定部位に配置されるように、各圧力センサが配設される。そして、各圧力センサは、感圧部１０の電気特性及び感圧部１０が配置された手の部位の硬度を用いて検知された荷重値をそれぞれ出力することができる。
また、各圧力センサは、感圧部１０の電気特性を手の部位の硬度を用いて補正し、補正された電気特性値を出力するように構成されてもよい。この場合、各圧力センサは、ＡＤ変換器をそれぞれ有することで、補正された電気特性値をデジタル信号で出力してもよいし、ＡＤ変換器を有することなく、感圧部１０の電気特性を、手の部位の硬度を用いて補正した後の電気特性となるように変化させる回路を有することで、手の部位の硬度を用いて補正した後の電気特性と同様の電気特性が外部で検出できるように構成されてもよい。
Furthermore, the detection unit may be directly connected to each pressure
In this case, the
Further, each pressure sensor may be configured to correct the electrical characteristics of the pressure-
また、感圧部１０の電気特性から手の部位の硬度を反映させた荷重値へ変換する変換テーブル又は変換式が、感圧部１０が配置される手の部位ごと、硬度が同一若しくは近似する部位ごと、又は、所定の硬度範囲となる部位ごとに予め設けられていてもよい。
この場合、コンピュータ３０がこの変換テーブルを用いて手に掛かる荷重値を検知してもよいし、接続モジュール２０がこの変換テーブルを用いて手に掛かる荷重値を検知してもよい。
Further, the conversion table or conversion formula for converting the electrical characteristics of the pressure-
In this case, the
次に、実施例を挙げ、上述の実施形態を更に詳細に説明する。本発明は以下の実施例から何ら限定を受けない。 Next, an example will be given, and the above-described embodiment will be described in more detail. The present invention is not limited to the following examples.
本発明者らは、手のひらの各部位の硬度の違いから当該各部位に配置される感圧部１０の感度が低下するのではないかという着想を得て、次のようにして、手のひらの硬度と感圧部１０の感度との関係性を実証した。
The present inventors have been inspired by the idea that the sensitivity of the pressure-
まず、本発明者らは、手のひらにおける、５指の先端腹部、指尖球及び母指球の各部位について、硬度を測定した。硬度測定には、デュロメータ（高分子計器株式会社製のアスカーゴム硬度計Ｃ型）が用いられ、次のような測定結果が得られた。以下は、各部位について測定されたアスカーＣ型硬度が示される。
先端腹部＝５度、指尖球＝１５度、母指球＝５度
なお、先端腹部の指ごとの硬度の違いは大きくなかったため、ここでは表記していない。
First, the present inventors measured the hardness of each part of the abdomen of the tips of the five fingers, the tip of the finger, and the ball of the thumb in the palm. A durometer (Asker rubber hardness tester C type manufactured by Polymer Meter Co., Ltd.) was used for hardness measurement, and the following measurement results were obtained. The following shows the Asker C-type hardness measured for each site.
Tip abdomen = 5 degrees, fingertip ball = 15 degrees, thumb ball = 5 degrees Note that the difference in hardness between fingers in the tip abdomen was not large, so it is not shown here.
加えて、感圧部１０の感度評価が行われた。
この感度評価において、感圧部１０としてイナバゴム社製のイナストマー（型式：ＳＦ－５－ＬＴ）が利用され、圧縮試験機を用いて荷重値と感圧部１０の抵抗値とが計測された。圧縮試験機としては、島津製作所社製のオートグラフ精密万能試験機が利用された。
計測にあたり、手のひらに感圧部１０を装着した状態を模擬するため、圧縮試験機の圧子と感圧部１０との間に硬度が異なる（４度、１５度、２０度、３０度）、厚さ５ｍｍの緩衝材（シリコンゴム）が配置された。また、試験条件として、圧子の降下速度は、１．６ｍｍ／分とし、各計測が２回ずつ行われた。
In addition, the sensitivity of the pressure
In this sensitivity evaluation, an inastomer (model: SF-5-LT) manufactured by Inaba Rubber Co., Ltd. was used as the pressure-
In order to simulate the state where the pressure-
図３は、感圧部１０の感度評価の測定結果を示すグラフである。
図３のグラフでは、横軸に感圧部１０に加えた荷重値（Ｆｏｒｃｅ）（単位：Ｎ）が示され、縦軸に感圧部１０の抵抗値（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）（単位：ｋΩ）が示されている。
この測定結果により、図３に示されるように、緩衝材の硬度が低くなるにつれて荷重値に対して抵抗値が下がりきらず、感度が低下していることが実証された。
逆に、緩衝材の硬度２０度及び３０度では感度にほとんど差異がなかった。このため、硬度２０度以上では緩衝材の硬度による影響はほとんどないことが分かった。
なお、２回の測定結果にばらつきはなかった。
FIG. 3 is a graph showing the measurement results of the sensitivity evaluation of the pressure
In the graph of FIG. 3, the horizontal axis shows the load value (Force) (unit: N) applied to the pressure-
From this measurement result, as shown in FIG. 3, it was demonstrated that as the hardness of the cushioning material decreased, the resistance value did not decrease completely with respect to the load value, and the sensitivity decreased.
On the contrary, there was almost no difference in sensitivity when the hardness of the cushioning material was 20 degrees and 30 degrees. Therefore, it was found that the hardness of the cushioning material has almost no effect when the hardness is 20 degrees or higher.
There was no variation in the results of the two measurements.
そこで、本発明者らは、硬度１５度及び４度の抵抗値を硬度２０度の抵抗値に補正するための補正係数を求めるべく、感圧部１０の抵抗値と比例関係にある圧縮試験機の圧子の移動量（以降、ストローク量と表記）と、各硬度の緩衝材のばね定数との関係を調べた。
結果として、ストローク量が緩衝材のばね定数の２乗に比例することが分かった。
これにより、感圧部１０の抵抗値をＲとし、荷重値が無限大時における抵抗値の漸金値をＲ∞とし、緩衝材の硬度をＨとしたとき、感圧部１０の補正後の抵抗値ＣＲは、次の（式１）で表すことができる。但し、上述したとおり、硬度２０度以上では影響が少ないため、Ｈは２０度以下となる。
As a result, it was found that the stroke amount is proportional to the square of the spring constant of the cushioning material.
As a result, when the resistance value of the pressure-
図４は、感圧部１０の補正後の抵抗値と荷重値との関係を示すグラフである。
図４のグラフにおいても、図３と同様に、横軸に感圧部１０に加えた荷重値（Ｆｏｒｃｅ）（単位：Ｎ）が示され、縦軸に感圧部１０の抵抗値（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）（単位：ｋΩ）が示されている。
図４に示されるように、上記（式１）により、硬度４度及び１５度に関する荷重値と抵抗値との関係性を硬度２０度及び３０度におけるその関係性と一致させることができることが実証された。
これにより、センサグローブ５に設けられた感圧部１０の電気特性値を上記（式１）のような電気特性補正式により補正することで、被験者の手に掛かる荷重値を高精度に推定できることが実証された。更に、上記（式１）のような電気特性補正式を用いない他の手法でも、感圧部１０の電気特性に加えて、感圧部１０が配置される手の部位の硬度を直接的又は間接的に用いることで、被験者の手に掛かる荷重値を高精度に推定できることが分かった。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the corrected resistance value and the load value of the pressure
In the graph of FIG. 4, as in FIG. 3, the horizontal axis shows the load value (Force) (unit: N) applied to the pressure-
As shown in FIG. 4, it is demonstrated by the above (Equation 1) that the relationship between the load value and the resistance value at hardnesses of 4 degrees and 15 degrees can be matched with the relationship at hardnesses of 20 degrees and 30 degrees. Was done.
As a result, the load value on the subject's hand can be estimated with high accuracy by correcting the electrical characteristic value of the pressure-
１ ハンドセンサ装置，５ センサグローブ，７ 配線群，１０ 感圧部，２０ 接続モジュール，３０ コンピュータ
1 hand sensor device, 5 sensor gloves, 7 wiring group, 10 pressure sensitive part, 20 connection module, 30 computer
Claims (3)
前記感圧部の電気特性及び前記感圧部が配置される被験者の手の部位情報を用いて、該手に掛かる荷重値を検知する検知部と、
を備え、
前記検知部が用いる、被験者の手の前記部位情報は、被験者の手の部位の硬度である、
ハンドセンサ装置。 A pressure-sensitive part whose electrical characteristics change due to pressurization,
A detection unit that detects the load value applied to the hand by using the electrical characteristics of the pressure-sensitive unit and the part information of the hand of the subject in which the pressure-sensitive unit is arranged.
Equipped with
The part information of the subject's hand used by the detection unit is the hardness of the part of the subject's hand.
Hand sensor device.
を更に備え、
前記手袋体の一部又は全部は、前記手袋体が手に装着された状態において前記複数の感圧部のそれぞれが手のひらの所定部位に配置されるように、薄膜状かつ伸縮可能に形成されており、
前記所定部位は、５指の先端腹部、指尖球、母指球、及び小指球の中の全部又は一部のみである、
請求項１に記載のハンドセンサ装置。 A glove body that includes multiple pressure-sensitive parts and is removable to human hands,
Further prepare
A part or all of the glove body is formed in a thin film shape and stretchable so that each of the plurality of pressure-sensitive portions is arranged at a predetermined part of the palm when the glove body is worn on the hand. Ori,
The predetermined site is all or only a part of the abdomen of the tip of the five fingers, the tip of the finger, the ball of the thumb, and the ball of the little finger.
The hand sensor device according to claim 1 .
を更に備え、
前記検知部は、前記取得された属性情報を更に用いて、前記被験者の手に掛かる荷重値を検知する、
請求項１又は２に記載のハンドセンサ装置。
Acquisition unit that acquires the attribute information of the subject,
Further prepare
The detection unit further uses the acquired attribute information to detect the load value applied to the subject's hand.
The hand sensor device according to claim 1 or 2 .
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