JPWO2009008261A1 - 機器操作力の評価方法 - Google Patents

Abstract

被験者の上肢、上肢帯および下肢の少なくとも１つの骨格筋に、複数の異なる負荷を与え、各負荷においてそれぞれ等尺性の筋収縮を行わせて、骨格筋の筋活性度を計測する。この後、等尺性の筋収縮における負荷の大きさに対する筋活性度の大きさの関係が線形関係になる領域における筋活性度の上限値を、被検者に応じた筋活性度の適正範囲の限界値として定める。この後、機器の操作中における被験者の骨格筋の筋活性度を計測し、機器の操作中における骨格筋の筋活性度の頻度が、求めた限界値に対して分布する頻度分布に基づいて、被験者における機器の操作力を評価する。

Description

本発明は、被験者が機器を操作するとき、被験者の骨格筋が発揮する機器操作力を客観的に評価する機器操作力の評価方法に関し、特に、各被験者の個人差を考慮して、機器操作力を容易に評価できる機器操作力の評価方法に関するものである。

従来、自動車のステアリングを初めとする種々の機器の操作に要する操作力が、ドライバ（オペレータ）の固有の力特性にとって適しているか否かを評価する場合、大抵、官能評価などによって、評価者の経験に基づいて評価される。この他にも、例えば、操舵感について、筋電位を用いて評価される（特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１には、電動パワーステアリング装置が記載されている。当該文献では、運転者の人間特性、より具体的には運転者の力特性が考慮されることなく操舵補助力が決定され、しかも、運転者によっては快適な操舵フィーリングを感じないことがあるという従来の問題点を挙げ、この問題点の解決のために、電動パワーステアリング装置を発明している。
特許文献１の電動パワーステアリング装置は、電動モータの回転力によって操舵補助力を発生させるものであり、運転者の力特性を検出する力特性検出手段と、力特性検出手段により検出された力特性に基づいて、電動モータにより発生させる操舵補助力を変更する手段とを含み、力特性検出手段が筋電計測により、運転者の筋肉の負担を計測して力特性を検出する。
特許文献１によれば、運転者に固有の情報として力特性が検出されることにより操舵補助力が変更されるので、運転者に最適の操舵補助力がステアリング機構に与えられ、運転者は快適な操舵フィーリングを得ることができる。

特許文献１の電動パワーステアリング装置には、ステアリングホイールに配置された電極と、電極に接続されたインピーダンス変換器とを含む運転者の力特性を検出するセンサが設けられている。運転者がステアリングホイールを握った時、運転者の手のひらが電極に接触する。このときの接触の割合や接触圧力等により、電極で検出される運転者の体内電位が変動する。この体内電位の変動により、運転者の力特性が検出される。

特許文献２には、能動的操舵と受動的操舵とを区別して、ドライバの操舵感を客観的かつ正確に評価することを目的とする操舵感計測装置が記載されている。
特許文献２の操舵感計測装置は、ドライバの意図した操舵によって生じる第１の生体情報を検出する第１の生体情報検出手段と、ドライバの意図した操舵によって生じる第１の生体情報以外の第２の生体情報を検出する第２の生体情報検出手段と、第１の生体情報検出手段で検出された第１の生体情報に関連させて、第１の生体情報と共に、第２の生体情報検出手段で検出された第２の生体情報とを収集する収集手段と、ドライバが操舵している車両の操舵機構の状態を検出する車両操舵状態検出手段とを備えている。収集手段は、第１の生体情報検出手段で検出された第１の生体情報に関連させて、第１の生体情報と共に、車両操舵状態検出手段により検出された車両の操舵機構の状態を更に収集する。このとき、第１の生体情報は三角筋の筋電位であり、第２の生体情報は、手根屈筋の筋電位、ハンドルを持ったときの両手の所定位置の圧力、滑り力などである。

特開平１１−３２１６７１号公報 特開２００３−１７７０７９号公報

しかしながら、特許文献１においては、ステアリングホイールに配置された電極は、固定されており、運転者の好みによらず、ステアリングホイールを持つ位置は強制的に固定されている。このため、必ずしも運転者が望む状態でステアリングを持つことはできないという問題点がある。
また、ステアリングホイールを持つ位置により、作用する筋肉が異なり、ある運転姿勢における運転者に最適の操舵補助力が、他の運転姿勢でも最適であるとは限らない。このため、ステアリングホイールを持つとき、どの運転姿勢でも、運転者が快適な操舵フィーリングを常に得ることができる訳ではない。

また、特許文献２では、第１の生体情報として三角筋の筋電位を測定し、さらには第２の生体情報として手根屈筋の筋電位、ハンドルを持ったときの両手の所定位置の圧力、滑り力を測定する。このため、測定のためのセンサの数が多くなるとともに、処理する情報量も多くなる。また、第２の生体情報を収集するために、特許文献２の図２に示されているように、感圧センサを両手に複数取り付ける必要がある。このため、ドライバに負担を与えるという問題点がある。このように、特許文献２の操舵感計測装置においては、装置構成が複雑になるとともに、計測も煩雑になるという問題点がある。

本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、各被験者の個人差を考慮して、機器の操作に必要な機器操作力を容易に評価できる機器操作力の評価方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、被験者が機器を操作するとき、機器操作に必要な機器操作力を被験者に応じて評価する評価方法であって、被験者の上肢、上肢帯および下肢の少なくとも１つの骨格筋に、複数の異なる負荷を与えて等尺性の筋収縮を行わせたとき、各負荷において生じる前記骨格筋の筋活性度を計測する工程と、与えた前記負荷の大きさに対する前記等尺性の筋収縮における前記筋活性度の大きさの関係が線形関係になる領域における前記筋活性度の上限値を、前記被検者に応じた筋活性度の適正範囲の限界値として定める工程と、機器の操作中における前記被験者の前記骨格筋の筋活性度を計測する工程と、前記機器の操作中における前記骨格筋の筋活性度の頻度分布と前記限界値とを比較することにより、機器操作に必要な機器操作力を前記被験者に応じて評価する工程と、を有することを特徴とする機器操作力の評価方法を提供する。

その際、前記限界値を定めるとき、前記負荷の変化に対する前記筋活性度の大きさの変化を表す勾配の、前記負荷の変化に対する変化率が所定値を超える位置を求め、この位置における前記筋活性度の値を、前記限界値として定めることが好ましい。
あるいは、前記限界値を定めるとき、前記負荷の大きさと前記筋活性度の大きさとで定まる特正曲線について、第１の領域を１つの直線で近似し、前記第１の領域に比べて前記負荷の大きい第２の領域で１つの曲線で近似することにより、近似した前記直線と前記曲線とが接続される接続点を求め、この接続点における前記筋活性度の値を、前記限界値として定めることも同様に好ましい。

前記機器操作力の評価は、前記頻度分布のうち、筋活性度が前記限界値を超える領域の頻度と前記限界値より低い領域の頻度とが定められた値と比較されることにより、行われることが好ましい。
あるいは、前記機器操作力の評価は、前記頻度分布のうち、筋活性度が前記限界値を超える領域の頻度と前記限界値より低い領域の頻度との比率を用いて行われることも同様に好ましい。
また、前記複数の異なる負荷を与えて等尺性の筋収縮を行わせるとき、前記被験者の骨格筋に与える前記負荷を徐々に大きくすることが好ましい。
前記骨格筋の筋活性度として、前記骨格筋の筋電位を測定し、そのときの最大値を用いることが好ましい。
あるいは、前記骨格筋の筋活性度は、前記骨格筋の振動を測定することにより得られることも同様に好ましい。

前記機器の操作は、例えば、自動車のステアリングの操作であり、前記負荷は、前記ステアリングの操舵トルクである。その際、前記上限値を定めるとき、前記操舵トルクにおける前記負荷が少なくとも０．５Ｎ・ｍより大きい領域を前記線形関係になる領域として求めることが好ましい。

本発明の機器操作力の評価方法は、複数の異なる負荷を与え、各負荷においてそれぞれ等尺性の筋収縮を行わせて、骨格筋の筋活性度を計測し、このときの負荷の大きさに対する筋活性度の大きさの関係が線形関係になる領域における筋活性度の上限値を、被検者に応じた筋活性度の適正範囲の限界値として定める。機器の操作中の骨格筋の筋活性度の頻度が、前記限界値に対してどの範囲に分布するか、前記限界値と、頻度分布とを比較して、機器操作力を被験者に応じて評価する。このため、被験者の個人差を考慮して機器の操作に必要な機器操作力の評価が容易にできる。

（ａ）は、上腕二頭筋に等尺性の筋収縮を行わせた際の上腕二頭筋の筋活性度を測定する方法を説明する模式図であり、（ｂ）は、上腕二頭筋の筋活性度の測定の際のセンサの位置を示す模式図である。 縦軸に筋活性度をとり、横軸に負荷をとって、負荷に対する筋活性度の変化を示すグラフである。 （ａ）は、三角筋に等尺性の筋収縮を行わせた際の三角筋の筋活性度を測定する方法を説明する模式図であり、（ｂ）は、三角筋の筋活性度の測定の際のセンサの位置を示す模式図である。 本発明の機器操作力の評価方法に用いる評価システムの実施形態を示す模式図である。 （ａ）は、縦軸に筋活性度をとり、横軸に操舵トルクをとって、上腕二頭筋における筋活性度と操舵トルクとの関係を示すグラフであり、（ｂ）は、縦軸に筋活性度をとり、横軸に操舵トルクをとって、三角筋における筋活性度と操舵トルクとの関係を示すグラフである。 （ａ）〜（ｃ）は、縦軸に度数をとり、横軸に筋活性度をとって、特性Ａ〜Ｃのパワーステアリングにおける筋活性度の頻度分布を示すグラフである。

符号の説明

１０ 被験者
１２ 肘
１４ 肩
１６ 上腕
１８ 前腕
２０ 手
２２ 台
３０、３０ａ センサ
３２ アンプ
３４、５２ 筋電情報取得部
３６、５６ データ処理部
３７ 入力部
３８ 表示部
４０ 評価装置
４２ 測定ユニット
４４ ステアリングホイール
４５ ステアリングシャフト
４６ モータ
４８ トルクセンサ
５０ データ処理ユニット
５２ 筋電情報取得部
５４ トルク情報取得部
５６ データ処理部
５８ 評価部
６０ メモリ
６２ ＣＰＵ
６４ モータ制御部
７０ 外部機器

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の機器操作力の評価方法を詳細に説明する。
本願発明者は、被験者の上肢、上肢帯および下肢の少なくとも１つの骨格筋に、複数の異なる負荷を与えて等尺性の筋収縮を行わせ、各負荷において生じる前記骨格筋の筋活性度を計測したとき、図２に示すような結果を得、以下の知見を得ている。本発明は、この知見を機器の操作力の評価に用いる。

まず、本発明の知見について説明する。
図１（ａ）は、骨格筋に等尺性の筋収縮を行わせた際の骨格筋の筋活性度を測定する方法を説明する模式図であり、図１（ｂ）は、骨格筋の筋活性度の測定の際のセンサの位置を示す模式図である。なお、等尺性の筋収縮とは、筋収縮による力が抵抗力とつりあうため、筋肉の長さが変化しないような筋収縮をいう。

図２は、縦軸に筋活性度をとり、横軸に負荷をとって、負荷に対する筋活性度の変化を示すグラフである。
図２に示すグラフからわかるように、１つの骨格筋に等尺性の筋収縮を行わせ、負荷を徐々に加えたときに作用する骨格筋の筋活性度を測定したとき、負荷の大きさに対する筋活性度の大きさの関係が、線形関係になる領域と非線形関係になる領域とがある。線形関係になる領域は、被験者が固有に持つ力特性を利用して快適に機器を操作することのできる適正領域であることを、本願発明者は知見している。

このような知見は、以下に示す装置及び方法を用いて得られる。
図１（ａ）に示す例では、被験者１０の上肢の骨格筋、具体的には、上腕二頭筋の筋電位の値を筋活性度としている。
まず、被検者１０は、肘１２を台２２の上に乗せた状態で、肩１４の位置を固定し、更には上腕１６と前腕１８とが所定の角度となるように保持する。この状態で、手２０に負荷Ｌが作用する。このとき、上腕１６と前腕１８が所定の角度となるように保持するので、上腕１６の上腕二頭筋１６ａの長さは固定されて、上腕１６の上腕二頭筋１６ａは等尺性の筋収縮をする。

このとき、図１（ｂ）に示すように、上腕１６の上腕二頭筋１６ａに筋電位を測定するためのセンサ３０が取り付けられる。このセンサ３０は、アンプ３２に接続されている。アンプ３２は、筋電情報取得部３４に接続されている。筋電情報取得部３４は、データ処理部３６に接続されている。データ処理部３６には、入力部３７および表示部３８が接続されている。
ここで、入力部３７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。
表示部３８は、入力部３７からの入力情報およびデータ処理部３６に保持された情報を表示する。この表示部３８としては、ＣＲＴ、ＬＣＤ、ＰＤＰ、有機ＥＬなどの各種のモニタを用いることができる。

センサ３０は、被験者１０の上腕二頭筋１６ａの筋電位を検出するセンサであって、Ａｇ／ＡｇＣＬ皿型電極が対になって構成される。一対の皿型電極は、所定の間隔、数ｍｍ、例えば、５ｍｍ離間して上腕二頭筋１６ａの位置する左の上腕１６の表面に貼り付けられる。
なお、センサ３０の電極は、Ａｇ／ＡｇＣＬに限定されず、Ａｇまたはステンレス等の他の材料によって構成されたものであってもよい。
ここで、被験者１０の皮膚表面へセンサ３０の電極を貼り付けるとき、センサ３０の電極をスクラブで擦り、アルコールで汚れをおとして電極糊を用いて行う。その際、電気抵抗は３０ｋΩ（５ｋΩが望ましい）以下にするまで汚れを落とす。二つの電極は測定する筋を覆う皮膚表面に、筋線維に対し平行に装着する。
なお、二つの電極は、測定する筋の筋腹付近に位置する神経支配帯を避けるか、またはこの神経支配帯をまたがないようにして、筋を覆う皮膚表面に貼り付けることが好ましい。

アンプ３２は、センサ３０とリード線により接続されており、センサ３０で検出された筋電位を増幅する公知の差動増幅器である。センサ３０にて検出され増幅された、上腕二頭筋１６ａの筋電位の情報（活動筋電位情報）は、筋電情報取得部３４に出力される。

筋電情報取得部３４は、センサ３０によって取得された、上腕二頭筋１６ａの活動筋電位情報を時系列に取得する。この際、筋電情報取得部３４は、センサ３０で検出された活動筋電位情報をサンプリングして全波整流を行った後、平滑化フィルタ（ローパスフィルタ）を用いて平滑化した上腕二頭筋１６ａの筋電位の信号波形（平滑化筋電波形）を生成する。筋電位の信号波形（平滑化筋電波形）のうち、筋電位の最大値をデータ処理部３６に出力する。

負荷Ｌとして、既知の質量の錘が用いられ、各質量の錘で得られる筋電位の最大値を求める。また、データ処理部３６には、筋電位が測定されるときに用いる錘の質量が入力部３７から入力される。データ処理部３６においては、錘の質量、すなわち、負荷Ｌと筋電位とが対応付けられる。この対応付けの結果に対して、負荷の変化に対する筋活性度の大きさの変化を表す勾配が求められ、さらに、この勾配の、負荷の変化に対する変化率を算出する処理が行われる。あるいは、既知の関数式（１つの直線、１つの曲線）を用いたカーブフィットが行われる。

負荷Ｌを与えるために、質量が既知の錘が用いられ、異なる質量の錘を手２０に載せ、順次質量を大きくして、筋活性度（筋電位）が測定される。この測定に際しては、手２０に錘を載せたとき、上腕１６と前腕１８との間の角度が所定の角度を保持できなくなる状態、すなわち、等尺性の筋収縮が困難となる状態になるまで、負荷Ｌ（錘の質量）が順次増加される。これにより、図２に示すような結果が得られる。

図２に示すように、筋活性度が、所定の負荷Ｌ_infを超えると、筋活性度が急激に上昇し、負荷の大きさに対する筋活性度の大きさの関係は、線形関係からはずれる。
図２に示すように、負荷Ｌ_infを境界として、領域α、領域βに分けることができる。領域αにおいては、負荷と筋活性度との関係は、直線Ｆ_αで表されるように、線形関係が保たれている。一方、領域βにおいては、負荷の上昇に伴い、筋活性度が急激に上昇し、曲線Ｆ_βで表されるように線形関係を有しない。
このように、等尺性の筋収縮させた場合、筋活性度が急激に上昇する分岐点Ｐ_ｂの筋活性度Ｅ_infが得られる。図２に示す分岐点Ｐ_ｂにおける負荷Ｌ_infよりも負荷が小さければ、筋肉が疲労することがなく、または疲労してもその程度が十分に小さい。すなわち、領域αは被検者の力特性に応じた筋活性度の適正範囲に該当し、筋活性度Ｅ_infが領域αの上限値に該当し、かつ、筋活性度の適正範囲の限界値に該当する。
一方、図２に示す分岐点Ｐ_ｂよりも負荷が大きければ、筋肉が疲労し、十分な力を発揮できない。このため、領域βは被検者の力特性に応じた筋活性度の適正範囲に該当しない。本発明では、この分岐点Ｐ_ｂの筋活性度Ｅ_infに着目し、この筋活性度Ｅ_infを機器操作力の評価に用いる。

なお、本発明では、上肢（上腕二頭筋）の骨格筋の他、上肢帯または下肢の骨格筋にも適用できる。
上肢帯（肩帯）の場合には、例えば、三角筋の筋電位が測定される。また、下肢の場合には、例えば、大腿四頭筋の筋電位が測定される。
本発明において、三角筋の筋電位を測定する場合、上腕二頭筋の筋電位を測定する場合と比べたとき、図３（ａ）に示すように、センサ３０ａの取り付け位置が異なるだけである。それ以外の構成は、図１（ａ）に示すアンプ３２、筋電情報取得部３４、データ処理部３６、入力部３７および表示部３８の構成は同様であり、その詳細な説明は省略する。

本発明において、三角筋の筋電位を測定する場合、被験者１０の右肩（肩１４）の三角筋、および左肩（肩１４）の三角筋の筋電位を検出するセンサ３０ａを、それぞれ取り付ける。このセンサ３０ａは、センサ３０と同様の構成を有する。センサ３０ａは、Ａｇ／ＡｇＣＬ皿型電極の対により構成され、この一対の皿型電極が所定の間隔、数ｍｍ、例えば５ｍｍ離間して三角筋の位置する表面に貼り付けられる。
なお、センサ３０ａの電極も、Ａｇ／ＡｇＣＬに限定されず、Ａｇまたはステンレス等の他の材料によって構成されたものであってもよい。
ここで、センサ３０ａの被験者１０の皮膚表面への貼り付けはセンサ３０と同様であり、その詳細な説明は省略する。
なお、センサ３０ａの肩１４における貼り付け位置は、図３（ｂ）に示すように、鎖骨の外側の端部Ｘから指三本分、腕長手方向に離れた位置Ｙに所定の間隔を開けて貼り付ける。なお、図３（ｂ）は、右肩にセンサを貼り付ける場合の例を示している。

上述のように、センサ３０ａを貼り付けて、上腕１６と前腕１８との間の成す角度を１８０°に保持した状態で、すなわち、腕が水平になるように保持した状態で、手２０に既知の質量の錘を載せることにより負荷をかけて、三角筋の筋電位を測定する。このように、腕が水平になるように保持することにより、三角筋は等尺性の筋収縮をする。

錘の質量を変えて、三角筋の筋電位の最大値を、各錘の質量ごとに求めて、負荷と筋電位との対応付けを行い、図２に示すようなグラフを作成する。そして、与える負荷が所定の負荷Ｌ_infを超えると、筋活性度は急激に上昇し、線形関係からはずれる分岐点Ｐ_ｂを求める。これにより、最終的に三角筋の、分岐点Ｐ_ｂにおける筋活性度Ｅ_infを得る。本発明においては、三角筋の筋活性度Ｅ_infも、上腕二頭筋１６ａと同様に、機器操作力の、被験者の力特性に応じた評価に用いることができる。
なお、上記説明では、筋活性度として、筋電位を用いるが、これに限定されるものではなく、骨格筋に発生する振動を測定することにより、筋電位と同様に筋活性度Ｅ_infを得ることができる。この骨格筋に発生する振動は、例えば、ドップラー振動計等の遠隔機器を用いて測定することができる。また、この骨格筋に発生する振動を、筋音として測定することにより、筋活性度Ｅ_infを得ることもできる。

以下、本発明の機器操作力の評価方法について説明する。
ここで、図４は、本発明の機器操作力の評価方法に用いる評価システムの実施形態を示す模式図である。なお、図４に示す評価装置４０においては、図１に示す筋電位の測定に用いられたものと同一構成物には、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図４に示す評価装置４０は、機器として、自動車のステアリングホイール４４を例にして説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。
評価装置４０は、測定ユニット４２と、データ処理ユニット５０と、入力部３７および表示部３８を有する。
また、評価装置４０には、図示はしないが、自動車の運転姿勢となるように座席が設けられている。

測定ユニット４２は、被験者１０の上腕二頭筋の活動筋電位（以下、筋電位という）を検出するセンサ３０、および左右の三角筋の筋電位を検出するセンサ３０ａと、アース電極として機能する電極３１と、センサ３０、３０ａおよび電極３１が接続されたアンプ３２とを有する。
さらに、測定ユニット４２は、更にステアリングホイール４４に取り付けられたステアリングシャフト４５を回転させるモータ４６と、このモータ４６によるステアリングホイール４４の回転により発生するステアリングシャフト４５の軸回りのトルクを検出するトルクセンサ４８とを有する。

なお、被験者１０の左右の三角筋は、被験者１０がステアリングホイール４４を回転させる際に働く、車両の操舵作業に関係する筋肉である。

センサ３０は、上述のように、被験者１０の上腕二頭筋１６ａ（図１（ｂ）参照）の筋電位を検出するセンサである。
また、センサ３０ａは、上述のように、被験者１０の右肩（肩１４）の三角筋、および左肩（肩１４）の三角筋の筋電位を検出するセンサであって、センサ３０と同様の構成を有する。

電極３１は、被検者１０の電位を一定に保つために電気的に不活性な位置である被検者１０の耳たぶに貼り付けられるアース電極であり、センサ３０および３０ａによる測定を正確に行うために設けられる。なお、アンプ３２に接続された電極３１は、アンプ３２を介してアースされる。

アンプ３２は、検出センサ３０、３０ａ、電極３１とリード線により接続されており、検出センサ３０、３０ａで検出された筋電位を増幅する公知の差動増幅器である。
検出センサ３０、３０ａにて検出されて増幅された、左右の筋電位の情報（活動筋電位情報）は、それぞれ、データ処理部４０の筋電情報取得部３４へ送られる。

モータ４６は、ステアリングシャフト４５を回転させる駆動部である。このモータ４６は、データ処理ユニット５０のモータ制御部６４に接続されている。

トルクセンサ４８は、ステアリングシャフト４５の周りの回転トルク（以下、操舵トルクという）の大きさの情報、およびステアリングシャフト４５の回転方向の情報を取得する。このトルクセンサ４８に、公知のトルクセンサを用いることができ、例えば、車両のパワーステアリングシステムに利用されているものを用いることができる。

本実施形態の評価装置４０においては、被験者１０が自動車の運転姿勢で、ステアリングホイール４４の操作力を評価するための上肢の筋電位（上腕二頭筋の筋電位）、および上肢帯の筋電位（三角筋の筋電位）が得られる。

データ処理ユニット５０は、筋電情報取得部５２と、トルク情報取得部５４と、データ処理部５６と、評価部５８と、メモリ６０と、ＣＰＵ６２と、モータ制御部６４とを有する。データ処理ユニット５０は、メモリ６０に記憶されたプログラムをＣＰＵ６２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、データ処理ユニット５０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。

筋電情報取得部５２は、図１（ａ）に示す筋電情報取得部３４と同じ構成であるため、その詳細な説明は省略する。この筋電情報取得部５２は、データ処理部５６に接続されている。
トルク情報取得部５４は、トルクセンサ４８に接続されており、モータ４６の回転により生じる操舵トルクをトルクセンサ４８が検出し、このトルクセンサ４８の出力信号をトルク情報取得部５４に出力する。トルク情報取得部５４は、トルクセンサ４８の出力信号に基づいて、操舵トルクの値を算出する。また、このトルク情報取得部５４は、データ処理部５６に接続されている。

データ処理部５６は、操舵トルクの値と筋電位とを対応付ける部分である。さらに、データ処理部５６は、例えば、操舵トルクの値と筋電位との対応結果に基づいて、筋活性度Ｅ_infを求める。
上述のように、筋活性度Ｅ_infは、図２に示す分岐点Ｐ_bを求めることにより得られる。この分岐点Ｐ_bは、操舵トルクの値に対する筋電位の対応関係から、例えば、操舵トルクの大きさの変化に対する筋電位の大きさの変化を表す勾配の変化率が所定値を超える位置を求める。この位置における筋活性度（Ｅ_inf）を、被検者の力特性に応じた筋活性度の適正範囲の限界値として定める。あるいは、操舵トルクの大きさと筋活性度の大きさとで定まる特正曲線について、第１の領域を１つの直線で近似し、第１の領域に比べて操舵トルクの大きい第２の領域で１つの曲線で近似することにより、近似した直線と曲線とが接続される接続点を求める。この接続点における筋活性度（Ｅ_inf）を、第１の領域の上限値とし、被検者の力特性に応じた筋活性度の適正範囲の限界値として定める。
このように、操舵トルクに対する筋活性度の大きさが線形性を有する上限の位置を、分岐点Ｐ_bとする。
なお、負荷が極端に小さい領域、例えば、操舵トルクが少なくとも０．５Ｎ・ｍ以下、あるいは、０．５〜１．０Ｎ・ｍ以下の領域では、ステアリング系のフリクションもしくはヒステリシスの影響により筋活性度の計測精度が不足する。このため、負荷が極端に小さい上記領域は、分岐点Ｐ_bを求めるときに用いる範囲から除外することが好ましい。

評価部５８は、データ処理部５６に接続されており、このデータ処理部５６で求められた筋活性度Ｅ_infを用いて、機器操作力を後述のように、評価する。また、評価部５８は外部機器７０と接続されている。この外部機器７０により、機器の操作力の評価方法などが入力される。

データ処理部５６には、表示部３８が接続されている。この表示部３８は、このデータ処理部５６により得られた操舵トルクの値と筋電位との対応関係を示すグラフ、分岐点Ｐ_bの値などを表示する。
モータ制御部６４は、ステアリング４４を回転させるモータ４６を制御する部分である。

以下、本実施形態の機器操作力の評価方法について説明する。
先ず、被験者１０の上腕１６の上腕二頭筋に対応する皮膚表面にセンサ３０を貼り付け、また肩１４の三角筋に対応する皮膚表面にセンサ３０ａを貼り付ける。

被験者１０は座席に座り、運転姿勢をとる。このとき、被験者１０は、ステアリング４４が回転しないように中立位置で、ステアリング４４を保持する。
次に、モータ制御部６４によりモータ４６を駆動ＯＮとしてステアリングシャフト４５を回転させようとする。これにより、被験者は、ステアリング４４の回転に抗するように、操舵トルクをステアリング４４に与える。すなわち、被験者１０の手２０に負荷をかける。このとき、操舵トルクは、トルクセンサ４８により検出されて、トルク情報取得部５４において操舵トルクの値が得られる。
同時に、上腕二頭筋の筋電位が、センサ３０により測定され、さらには三角筋の筋電位がセンサ３０ａにより測定される。各センサ３０、３０ａの測定結果から、筋電情報取得部５２において、上腕二頭筋の筋電位の最大値および三角筋の筋電位の最大値が求められる。
このような操舵トルクの測定、ならびに上腕二頭筋の筋電位の最大値および三角筋の筋電位の最大値の算出は、モータ４６の回転トルクの値をモータ制御部６４の制御によって変えながら、複数回行われる。

なお、被験者１０が運転姿勢の状態で、ステアリング４４が回転しないようにステアリング４４を一定の角度で維持するるとき、被検者１０の骨格筋は等尺性の筋収縮が行われているとみなすことができる。すなわち、測定している上腕二頭筋および三角筋については、等尺性の筋収縮が行われているとみなすことができる。

データ処理部５６において、上腕二頭筋の筋電位の最大値および三角筋の筋電位の最大値と、操舵トルクの値とが対応付けられる。さらには、図５（ａ）および（ｂ）に示すように上腕二頭筋および三角筋について、それぞれ分岐点Ｐ_bが上述の方法により求められ、筋活性度Ｅ_infがそれぞれ得られる。
図５（ａ）に、上腕二頭筋における筋活性度と操舵トルクとの関係を示し、図５（ｂ）に、三角筋における筋活性度と操舵トルクとの関係を示す。

次に、被験者１０に、ある特性のパワーステアリングを備える各ステアリングホイールを、上述のように、被験者１０が運転姿勢を保持した状態で操作させる。このとき、機器の操作中における被験者１０の上腕二頭筋および三角筋の筋電位が計測される。これにより、機器の操作中における上腕二頭筋および三角筋の筋電位の頻度分布が得られ、この頻度分布と筋活性度Ｅ_infを比較することにより、機器操作に必要な機器操作力の、被験者１０に応じた評価が行われる。
図６（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、特性が異なる特性Ａ、特性Ｂおよび特性Ｃの３種類のパワーステアリングを備える各ステアリングホイールを、上述のように、被験者１０が運転姿勢を保持した状態で操作したときに得られる筋電位の頻度分布と筋活性度Ｅ_infを示している。この場合、Ａ、ＢおよびＣの３種類の特性で、上腕二頭筋の筋電位および三角筋の筋電位を測定する。

図６（ａ）に示す特性Ａのパワーステアリングでは、筋活性度Ｅ_infよりも筋活性度の低い領域の頻度が所定値に比べて高い。このとき、評価部５８において、特性Ａでは、被験者１０にとって、殆ど負荷が掛かっていない状態と感じるため、被験者１０は、手応えが軽過ぎると感じていると評価する。

また、図６（ｂ）に示す特性Ｂのパワーステアリングでは、筋活性度Ｅ_infよりも筋活性度が低い領域の頻度が所定値に比べて高く、筋活性度Ｅ_infよりも筋活性度の高い領域の頻度が所定値に比べて低い。このとき、評価部５８において、特性Ｂでは、被験者１０にとって、負荷が適度に掛かっている状態と感じるため、被験者１０は、適度に手応えがあると感じていると評価する。

また、図６（ｃ）に示す特性Ｃのパワーステアリングでは、筋活性度Ｅ_infよりも筋活性度が低い領域の頻度が所定値に比べて高く、さらに筋活性度Ｅ_infよりも筋活性度が高い領域の頻度も所定値に比べて高い。このとき、評価部５８において、特性Ｃでは、被験者１０にとって、負荷が大きい状態と感じるため、被験者１０は、手応えが重過ぎると感じていると評価する。
以上のようにして、特性Ａ、特性Ｂおよび特性Ｃの３種類のパワーステアリングについて、被験者１０に固有の筋活性度Ｅ_infを用いて、機器操作に必要な機器操作力を評価することができる。

このように、本発明においては、運転姿勢と同じ姿勢で筋活性度Ｅ_infを求め、この筋活性度Ｅ_infを用いて、機器の操作に必要な操作力を、被験者１０の個体差に対応した評価を行うことができる。また、本発明は、筋電位と負荷を測定するだけであるため、従来のように、圧力センサなど各種のセンサを取り付けるなど、煩雑な作業が不要であり、容易に測定することができる。

なお、評価部５８における評価は、筋電位の頻度分布について、筋活性度Ｅ_infを閾値として、筋活性度が筋活性度Ｅ_infよりも低い領域の頻度と、筋活性度が筋活性度Ｅ_infよりも高い領域の頻度との比率を求め、この比率により評価することもできる。さらには、評価部５８において、筋電位の頻度分布の分布形状により、評価することもできる。また、評価部５８において、筋活性度Ｅ_infよりも大きい領域の頻度を用いて評価してもよい。

また、本発明においては、図５（ａ）、（ｂ）の結果を用いて、例えば、自動車走行時に、轍にタイヤが取られた場合に、ステアリングホイールに生じる力やトルクなどの評価に用いることができる。さらには、工作機械などのハンドルの操作に必要な操作力の評価にも用いることができる。

なお、筋活性度として、筋電位を用いているが、これに限定されるものではなく、骨格筋に発生する振動を測定しても、筋電位と同様に筋活性度Ｅ_infが得られる。この筋活性度Ｅ_infを用いて、上述の機器の評価ができることはいうまでもない。

以上、本発明の機器操作力の評価方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良または変更をしてもよいのはもちろんである。

Claims (10)

1. 被験者が機器を操作するとき、機器操作に必要な機器操作力を被験者に応じて評価する評価方法であって、
   被験者の上肢、上肢帯および下肢の少なくとも１つの骨格筋に、複数の異なる負荷を与えて等尺性の筋収縮を行わせたとき、各負荷において生じる前記骨格筋の筋活性度を計測する工程と、
   与えた前記負荷の大きさに対する前記等尺性の筋収縮時の前記筋活性度の大きさの関係が線形関係になる領域における前記筋活性度の上限値を、前記被検者に応じた筋活性度の適正範囲の限界値として定める工程と、
   機器の操作中における前記被験者の前記骨格筋の筋活性度を計測する工程と、
   前記機器の操作中における前記骨格筋の筋活性度の頻度分布と前記限界値とを比較することにより、機器操作に必要な機器操作力を前記被験者に応じて評価する工程と、を有することを特徴とする機器操作力の評価方法。
2. 前記限界値を定めるとき、前記負荷の変化に対する前記筋活性度の大きさの変化を表す勾配の、前記負荷の変化に対する変化率が所定値を超える位置を求め、この位置における前記筋活性度の値を、前記限界値として定める請求項１に記載の機器操作力の評価方法。
3. 前記限界値を定めるとき、前記負荷の大きさと前記筋活性度の大きさとで定まる特正曲線について、第１の領域を１つの直線で近似し、前記第１の領域に比べて前記負荷の大きい第２の領域で１つの曲線で近似することにより、近似した前記直線と前記曲線とが接続される接続点を求め、この接続点における前記筋活性度の値を、前記限界値として定める請求項１に記載の機器操作力の評価方法。
4. 前記機器操作力の評価は、前記頻度分布のうち、筋活性度が前記限界値を超える領域の頻度および前記限界値より低い領域の頻度が、定められた値と比較されることにより、行われる請求項１〜３のいずれか１項に記載の機器操作力の評価方法。
5. 前記機器操作力の評価は、前記頻度分布のうち、筋活性度が前記限界値を超える領域の頻度と前記限界値より低い領域の頻度との比率を用いて行われる請求項１〜３のいずれか１項に記載の機器操作力の評価方法。
6. 前記複数の異なる負荷を与えて等尺性の筋収縮を行わせるとき、前記被験者の骨格筋に与える前記負荷を徐々に大きくする請求項１〜５のいずれか１項に記載の機器操作力の評価方法。
7. 前記骨格筋の筋活性度として、前記骨格筋の筋電位を測定し、各負荷における筋電位の最大値を用いる請求項１〜６のいずれか１項に記載の機器操作力の評価方法。
8. 前記骨格筋の筋活性度は、前記骨格筋の振動を測定することにより得られる請求項１〜６のいずれか１項に記載の機器操作力の評価方法。
9. 前記機器の操作は、自動車のステアリングの操作であり、前記負荷は、前記ステアリングの操舵トルクである請求項１〜８のいずれか１項に記載の機器操作力の評価方法。
10. 前記上限値を定めるとき、前記操舵トルクにおける前記負荷が少なくとも０．５Ｎ・ｍより大きい領域を、前記線形関係になる領域として求める請求項９に記載の機器操作力の評価方法。

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