JPWO2018186348A1

JPWO2018186348A1 - 筋収縮検出センサ

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Publication number: JPWO2018186348A1
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Inventors: 俊司諸麥
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Publication date: 2020-05-28
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Abstract

筋肉の収縮を検出する筋収縮検出センサ（１）であって、検出対象となる筋肉に対向配置される基板（２）と、基板（２）上に配置され、それぞれ筋肉に向けて押し付けられる少なくとも２つの押付け部材（３、４）と、それぞれ対応する押付け部材（３、４）が受ける反力を検出する少なくとも２つの反力検出部（６、７）と、を有し、押付け部材が、第１の押付け部材（３）と第２の押付け部材（４）とを含み、反力検出部が、第１の反力検出部（６）と第２の反力検出部（７）とを含み、第１の反力検出部（６）により検出された第１の押付け部材（３）が受ける反力と第２の反力検出部（７）により検出された第２の押付け部材（４）が受ける反力との差または比の変化に基づいて筋肉の収縮を検出することを特徴とする筋収縮検出センサ（１）。

Description

本発明は、筋肉の収縮を検出する筋収縮検出センサに関する。

従来から、例えば医療分野や福祉分野等において用いられるパワーアシストスーツ（ロボットスーツ）や電動式パワーグローブ等の人体着用型の動作支援装置では、そのマンマシンインターフェースとして、使用者の筋肉の収縮を検出するセンサを用いるようにしている。

例えば特許文献１には、使用者に筋電位センサを取り付け、この筋電位センサにより検出される筋肉の収縮の変化量に基づいて当該装置の駆動部の作動を制御するようにした人体着用型の動作支援装置が記載されている。

特開２０１５−１２０２３８号公報

しかしながら、筋電位センサを使用者に取り付ける際には、一般的に３枚の電極を肌に直接取り付ける必要があり、また、安定した取付けのためには、肌に専用のジェルを塗布した上で電極を取り付ける必要があり、しかも、検出精度を確保するためには、それぞれの電極を所定部位に正確に取り付ける必要がある。そのため、人体着用型の動作支援装置を日常的に使用する場合においては、その取付け作業が煩雑であるという問題点があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、使用者に容易に取り付けることができる、筋収縮検出センサを提供することにある。

本発明の筋収縮検出センサは、筋肉の収縮を検出する筋収縮検出センサであって、検出対象となる筋肉に対向配置される基板と、前記基板上に配置され、それぞれ前記筋肉に向けて押し付けられるとともに該押付けにより受ける反力が互いに相違する少なくとも２つの押付け部材と、それぞれ対応する前記押付け部材が受ける反力を検出する少なくとも２つの反力検出部と、を有し、前記押付け部材が、第１の押付け部材と、前記筋肉に向けた押付けにより受ける反力が前記第１の押付け部材よりも小さい第２の押付け部材と、を含み、前記反力検出部が、前記第１の押付け部材が受ける反力を検出する第１の反力検出部と、前記第２の押付け部材が受ける反力を検出する第２の反力検出部と、を含み、前記第１の反力検出部により検出された前記第１の押付け部材が受ける反力と前記第２の反力検出部により検出された前記第２の押付け部材が受ける反力との差または比の変化に基づいて、筋肉の収縮を検出することを特徴とする。

本発明の筋収縮検出センサは、上記構成において、前記第２の押付け部材が、前記第１の押付け部材を囲う環状の突起形状に形成されているのが好ましい。ここで、「前記第２の押付け部材が・・・環状・・・に形成され」とは、第２の押付け部材が、第１の押付け部材の周囲を全周に亘って隙間なく囲うように連続して形成されている場合だけでなく、第１の押付け部材の周りに間欠状に並べて配置される複数の分離部分に分けて形成される場合や、１つの切欠き部分を有するＣ字形状に形成される場合など、第１の押付け部材の周囲を囲う種々の形態のものを含むものとする。また、「環状」は、第１の押付け部材の周囲を円形状に囲う形状（円環状）だけでなく、例えば、方形状や多角形状に囲うものなど、種々の形状を含むものとする。

本発明の筋収縮検出センサは、上記構成において、前記第２の押付け部材が、内部に流体を封入した柔軟な袋状に形成されているのが好ましい。

本発明の筋収縮検出センサは、上記構成において、前記第１の押付け部材が内部に流体を封入した柔軟な袋状に形成されているのが好ましい。

本発明の筋収縮検出センサは、上記構成において、前記第１の押付け部材が、横断面が円形の突起形状に形成されているとともに、前記第２の押付け部材が、前記第１の押付け部材を囲う円環状の突起形状に形成されているのが好ましい。

本発明の筋収縮検出センサは、上記構成において、前記第１の押付け部材と前記第２の押付け部材とが、前記基板に着脱自在に装着されるカバー体に形成されているのが好ましい。

本発明の筋収縮検出センサは、上記構成において、前記流体が空気であるのが好ましい。

本発明の筋収縮検出センサは、上記構成において、無負荷状態における前記第１の押付け部材の前記基板からの突出高さが、無負荷状態における前記第２の押付け部材の前記基板からの突出高さよりも高いのが好ましい。

本発明の筋収縮検出センサは、上記構成において、前記第１の反力検出部が前記基板と前記第１の押付け部材との間に設けられ、前記第２の反力検出部が前記基板と前記第２の押付け部材との間に設けられているのが好ましい。

本発明の筋収縮検出センサは、上記構成において、前記基板に、前記第１の反力検出部及び前記第２の反力検出部から入力される検出信号を増幅して出力する増幅回路が内蔵されているのが好ましい。

本発明によれば、使用者に容易に取り付けることができる、筋収縮検出センサを提供することができる。

本発明の一実施の形態である筋収縮検出センサの断面図である。図１に示す筋収縮検出センサの平面図である。基板からカバー体を取り外した状態を示す分解図である。（ａ）は人体に装着されたときの筋収縮検出センサの状態を示す断面図であり、（ｂ）は筋肉が収縮したときの筋収縮検出センサの状態を示す断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図１に示す筋収縮検出センサの変形例の断面図である。図１に示す筋収縮検出センサの変形例の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明をより具体的に例示説明する。

図１、図２に示す本発明の一実施の形態である筋収縮検出センサ１は、人体の腕や脚、胴体などの部位に取り付けられて当該部位における筋肉の収縮を検出するものである。この筋収縮検出センサ１は、例えば、医療分野や福祉分野等において用いられるパワーアシストスーツや電動式パワーグローブ等の人体着用型の動作支援装置の入力用のマンマシンインターフェースとして、用いることができる。

なお、筋収縮検出センサ１は、上記した動作支援装置のマンマシンインターフェースに限らず、筋肉の収縮を検出することを要する種々の用途に用いることもできる。

筋収縮検出センサ１は基板２を有している。基板２は、検出対象となる筋肉に対向するように配置され、伸縮性ベルト等を用いて当該筋肉に向けて付勢された状態で人体に固定される。

基板２は、筋収縮検出センサ１の検出対象となる筋肉の筋幅（伸縮方向に垂直な方向の幅）に対応した直径を有する円板状に形成されるのが好ましい。本実施の形態においては、基板２の直径は３２ｍｍとなっている。また、基板２は、例えばエンジニアリング・プラスチックなどの合成樹脂材料や真ちゅう（黄銅）等の金属材料により形成することができ、使用時に過度の変形が生じない程度の剛性を有するものとするのが好ましい。

なお、基板２の直径は検出対象となる筋肉に応じて種々変更可能である。また、基板２の形状も、円板状に限らず、例えば矩形板状など種々変更可能である。

基板２の図１中上側となる上面には第１の押付け部材３と第２の押付け部材４とが配置されている。第１の押付け部材３と第２の押付け部材４は、それぞれ基板２の上面から突出しており、基板２が伸縮性ベルト等によって筋肉に向けて付勢された状態で人体に固定されると、それぞれ検出対象となる筋肉に向けて押し付けられるようになっている。つまり、筋収縮検出センサ１が人体に取り付けられると、第１の押付け部材３と第２の押付け部材４は、人体の当該筋肉がある部位における皮膚に直接または衣類等を介して押し付けられるようになっている。

本実施の形態では、第１の押付け部材３と第２の押付け部材４は、基板２に着脱可能に装着されるカバー体５に形成されている。このカバー体５は、例えば塩化ビニル樹脂等の合成樹脂材料により基板２よりも大径の円形に形成された薄い基材シート５ａの表面に、同様に塩化ビニル樹脂等の合成樹脂材料により第１の押付け部材３及び第２の押付け部材４に対応した凸形状を有する薄い表面シート５ｂを熱溶着や接着等の手段を用いて貼り付けて構成されている。

カバー体５は、基材シート５ａが基板２の上面に重ねて配置され、このカバー体５の外周縁に設けられた折返し部５ｃが基板２の外周縁に被せられることにより基板２に装着される。また、折返し部５ｃを基板２の外周縁から外すことにより、図３に示すように、カバー体５を基板２から取り外すことができる。このように、カバー体５は基板２に着脱自在に装着されるようになっている。

このような構成により、カバー体５を、２枚のシートを貼り合わせて容易に製造可能な安価な構成のものとして、筋収縮検出センサ１のコストを低減することができる。また、カバー体５を安価で使い捨て可能な構成とすることができるので、第１の押付け部材３や第２の押付け部材４が破損した場合や汚れた場合などに、新たなカバー体５に付け替えることで、第１の押付け部材３や第２の押付け部材４を容易に新しいものに交換することができる。さらに、この筋収縮検出センサ１の構成を簡素化して、そのコストを低減することもできる。

なお、折返し部５ｃをギャザー形状に形成したり、あるいは折返し部５ｃの内周縁にゴムバンドを装着したりするなどして、カバー体５を基板２から外れ難くしつつ取り外しが容易な構成とすることもできる。また、カバー体５の基板２への装着構造は、上記した折返し部５ｃによるものに限らず、種々の構成を採用することができる。

図１に示すように、上記構成により、第１の押付け部材３は、基材シート５ａと表面シート５ｂとの間に区画された内部空間３ａに、流体（この例では空気）が封入された柔軟な袋状に形成されている。また、第１の押付け部材３は、上端（先端）が丸みを帯びるとともに横断面（基板２の上面に平行な断面）が円形となる突起形状となっており、その軸心を基板２の軸心に一致させて基板２上に配置され、当該上面から所定の突出高さで突出している。

本実施の形態においては、第２の押付け部材４も、内部に流体を封入した柔軟な袋状に形成されている。より具体的には、第２の押付け部材４も、基材シート５ａと表面シート５ｂとの間に区画された内部空間４ａに、流体（この例では空気）が封入された柔軟な袋状に形成されている。また、本実施の形態においては、第２の押付け部材４は、第１の押付け部材３を囲う環状の突起形状に形成されている。より具体的には、第２の押付け部材４は、全体として環状であるとともに上面が湾曲する突起形状に形成されており、第１の押付け部材３の周囲を囲うように基板２に当該基板２と同軸に配置されている。本実施の形態においては、第２の押付け部材４は、全体として円環状に形成されている。また、本実施の形態においては、第２の押付け部材４は、第１の押付け部材３の周囲を全周に亘って隙間なく囲うように連続して形成されている。なお、第２の押付け部材４は、第１の押付け部材３の周囲を全周に亘って隙間なく囲うように連続する円環状の形状のものに限らず、例えば第１の押付け部材３の周りに周方向に沿って間欠状に並べて配置される複数の分離部分に分けて形成されたものや、１つの切欠き部分を有するＣ字形状に形成されたものなど、第１の押付け部材３の周囲を囲って配置されるものであれば、種々の形状とすることができる。また、第２の押付け部材４は、第１の押付け部材３の周囲を平面視で円形状に囲う円環状の形状に限らず、例えば、第１の押付け部材３を平面視で方形状や多角形状に囲う形状のものなど、種々の形状のものとすることもできる。

なお、第１の押付け部材３の内部空間３ａ及び第２の押付け部材４の内部空間４ａは、それぞれ流体として空気を封入するようにしているが、これに限らず、例えば、空気以外の圧縮性流体（気体）や水等の非圧縮性流体を封入した構成とすることもできる。但し、第１の押付け部材３の内部空間３ａ及び第２の押付け部材４の内部空間４ａに、空気を封入した構成とすると、この筋収縮検出センサ１のコストを低減することができるので好ましい。

無負荷状態つまり筋肉に向けて押し付けられていない自然状態においては、図１から解るように、第１の押付け部材３の基板２の上面からの突出高さは、第２の押付け部材４の基板２の上面からの突出高さよりも高くなっている。なお、この場合、無負荷状態においては、第１の押付け部材３の内部空間３ａの圧力と第２の押付け部材４の内部空間４ａの圧力は同等となっている。

上述のように、第２の押付け部材４を第１の押付け部材３を囲う環状の突起形状に形成したことにより、筋収縮検出センサ１を人体の所定部位に取り付けたときに、第２の押付け部材４によって基板２を人体の所定部位に安定的に支持させることができる。特に、第２の押付け部材４を、第１の押付け部材３の周囲を全周に亘って隙間なく囲うように連続する円環状に形成した場合には、第２の押付け部材４によって基板２を人体の所定部位により安定的に支持させることができる。したがって、基板２を、筋肉に対向する姿勢から大きく傾斜させることなく安定的に筋肉に向けて押し付けることができる。また、基板２の傾斜を抑制することにより、当該基板２が直接人体等に触れることを防止して、この筋収縮検出センサ１による筋肉の収縮の検出精度を高めることができる。

また、第１の押付け部材３と第２の押付け部材４とを、それぞれ内部に流体を封入した柔軟な袋状に形成したことにより、これらの押付け部材３、４を筋肉に向けて人体に押し付けたときに、これら押付け部材３、４が柔軟に変形して皮膚が均一の圧力を受けるようにして、人体が受ける感触を良くすることができる。すなわち、長時間に亘ってこの筋収縮検出センサ１を人体に取り付けたときに人体が感じる痛みや違和感を低減させることができる。特に、第１の押付け部材３の内部空間３ａ及び第２の押付け部材４の内部空間４ａに、空気等の圧縮性流体を封入した構成とした場合には、押付け部材３、４をより柔軟なものとして、当該押付け部材３、４を筋肉に向けて人体に押し付けたときに人体が受ける感触をより良くすることができる。これにより、筋収縮検出センサ１の、人体に取り付けたときの装用感ないし快適性を高めることができる。

第１の押付け部材３を筋肉に向けて人体に押し付けたときに当該第１の押付け部材３が人体から受ける反力（圧力）を検出するために、基板２には第１の反力検出部６が設けられている。本実施の形態では、第１の反力検出部６は円板状の圧力センサで構成されており、基板２の上面の軸心位置に形成された第１の円形溝２ａに嵌め込まれて基板２に装着され、その圧力検知面６ａは基板２の上面に当該上面と面一となって露出している。つまり、第１の反力検出部６は、基板２と第１の押付け部材３との間に配置されている。

また、第２の押付け部材４を筋肉に向けて押し付けたときに当該第２の押付け部材４が人体から受ける反力（圧力）を検出するために、基板２には第２の反力検出部７が設けられている。本実施の形態では、第２の反力検出部７も円板状の圧力センサで構成されており、基板２の上面の第２の押付け部材４の直下（径方向中心位置）に対応する位置に形成された第２の円形溝２ｂに嵌め込まれて基板２に装着されている。第２の反力検出部７の圧力検知面７ａも基板２の上面に当該上面と面一となって露出している。これにより、第２の反力検出部７は、基板２と第２の押付け部材４との間に配置されている。この例では、第２の押付け部材４は内部空間４ａに空気が封入された構成となっているので、第２の押付け部材４の一部のみが人体から反力を受けた場合であっても、当該反力を受けることにより高まる内部空間４ａの圧力は空気を介して第２の押付け部材４の全体に伝達されるので、当該圧力の変化を１つの第２の反力検出部７によって正確に検出することができる。

このように、この例では第２の押付け部材４を空気が封入された袋状に形成するようにしたので、この第２の押付け部材４を環状の突起形状に形成するようにしても、１つの第２の反力検出部７で第２の押付け部材４に加わる反力（圧力）を検出することができるようにして、この筋収縮検出センサ１のコストを低減することができる。なお、上記のように、第２の押付け部材４を、第１の押付け部材３の周りに周方向に沿って間欠状に並べて配置される複数の分離部分で形成される構成とした場合には、第２の押付け部材４のそれぞれの分離部分をチューブ等で接続して互いの内圧が同一となる構成とすることで、第２の押付け部材４が人体から受ける反力（圧力）を１つの第２の反力検出部７によって検出する構成とすることができる。なお、第２の押付け部材４を、第１の押付け部材３の周りに周方向に沿って間欠状に並べて配置される複数の分離部分で形成される構成とした場合には、第２の押し付け部材４の分離部分のそれぞれに対応した複数の第２の反力検出部７を設けることにより、第２の押付け部材４が人体から受ける反力（圧力）を第２の反力検出部７によって検出する構成とすることもできる。

第１の反力検出部６及び第２の反力検出部７としては、例えばひずみゲージ式の圧力変換器を用いることができる。なお、第１の反力検出部６及び第２の反力検出部７として、上記したひずみゲージ式の圧力変換器に替えて、第１の押付け部材３や第２の押付け部材４が受ける反力を検出し、これを電気信号等として出力することができる他のタイプの圧力センサ等を用いることもできる。

第１の反力検出部６及び第２の反力検出部７は、それぞれ配線６ｂ、７ｂを介して判定部８に接続される。判定部８は、この筋収縮検出センサ１が適用される機器等の制御装置に組み込まれたものとすることができる。例えば、この筋収縮検出センサ１が、パワーアシストスーツや電動式パワーグローブ等の人体着用型の動作支援装置の入力用のマンマシンインターフェースとして用いられる場合には、判定部８は、当該動作支援装置の制御装置（不図示）にその１機能として組み込まれる。

判定部８は、第１の反力検出部６から入力される検出信号つまり第１の押付け部材３が人体から受ける反力と、第２の反力検出部７から入力される検出信号つまり第２の押付け部材４が人体から受ける反力との差または比の変化に基づいて検出対象となる筋肉の収縮を検出する。なお、筋肉の収縮の検出方法の詳細は後述する。

図４（ａ）は人体に装着されたときの上記した筋収縮検出センサ１の状態を示す断面図であり、図４（ｂ）は筋肉が収縮したときの上記した筋収縮検出センサ１の状態を示す断面図である。次に、図４に基づいて、この筋収縮検出センサ１を用いて筋肉の収縮を検出する方法について説明する。

図４（ａ）に示すように、筋収縮検出センサ１は、例えば伸縮性ベルト１０を用いて人体の所定の部位に取り付けられる。すなわち、筋収縮検出センサ１は、基板２が検出対象となる筋肉（不図示）に対向するとともに第１の押付け部材３及び第２の押付け部材４が基板２に対して検出対象となる筋肉の側を向く姿勢とされ、人体に巻き付けられた伸縮性ベルト１０と人体との間に挟み込まれることにより人体の所定部位に取り付けられる。筋収縮検出センサ１が人体の所定部位に取り付けられると、伸縮性ベルト１０の弾性力によって第１の押付け部材３及び第２の押付け部材４が筋肉の側に向けて人体に押し付けられた状態となる。

伸縮性ベルト１０としては、基板２、第１の押付け部材３及び第２の押付け部材４が過度に変形を生じない程度に筋収縮検出センサ１を人体の所定部位に押し付けることができる張力を生じるものが用いられる。また、筋収縮検出センサ１は、伸縮性ベルト１０に限らず、コルセットやサポーター等の他の部材により人体の所定部位に固定することもできる。

また、筋収縮検出センサ１を人体の所定部位に取り付ける際には、第１の押付け部材３及び第２の押付け部材４を人体の皮膚ＳＫに直接押し付けるようにすることができるが、第１の押付け部材３及び第２の押付け部材４と皮膚ＳＫとの間に衣服やタオル等を挟むようにしてもよい。図４、図５においては、第１の押付け部材３及び第２の押付け部材４を人体の皮膚ＳＫに直接押し付けた場合を示す。

図４（ａ）に示すように、筋収縮検出センサ１が人体の所定の部位に取り付けられて第１の押付け部材３及び第２の押付け部材４が筋肉の側に向けて人体に押し付けられた押付け状態となると、第１の押付け部材３及び第２の押付け部材４はそれぞれ人体の皮膚ＳＫから反力を受けて若干変形した状態となる。この状態においても、自然状態のときと同様に、第１の押付け部材３の基板２の上面からの突出高さは第２の押付け部材４の基板２の上面からの突出高さよりも高くなっている。

このとき、皮膚ＳＫが柔軟に撓んで第１の押付け部材３及び第２の押付け部材４の両方に当接するので、第１の押付け部材３に皮膚ＳＫからの反力Ｆ_Ｂが加わるとともに、第２の押付け部材４に皮膚ＳＫからの反力Ｆ_Ｄが加わることになる。これらの反力Ｆ_Ｂ、Ｆ_Ｄは、それぞれ第１の反力検出部６及び第２の反力検出部７により検出され、判定部８に入力される。この押付け状態においては、第１の押付け部材３の基板２の上面からの突出高さが第２の押付け部材４の基板２の上面からの突出高さよりも高くなっていることに起因して、第１の押付け部材３が人体から受ける反力Ｆ_Ｂは、第２の押付け部材４が人体から受ける反力Ｆ_Ｄよりも大きくなっている。判定部８は入力された反力Ｆ_Ｂと反力Ｆ_Ｄとの差または比の変化に基づいて検出対象となる筋肉の収縮を検出する。

本実施の形態においては、判定部８は、より正確に筋肉の収縮を検出するために、第１の押付け部材３が人体から受ける反力Ｆ_Ｂと第２の押付け部材４が人体から受ける反力Ｆ_Ｄとの和Ｆ_Ｔを算出し、反力Ｆ_Ｂを和Ｆ_Ｔで除した値を筋肉の収縮の度合いのパラメータ値Ｓとして筋肉の収縮を検出するようにしている。パラメータ値Ｓの算出式となる数式（１）を以下に示す。パラメータ値Ｓは０〜１の範囲で変化する無次元の変数である。
［数１］
Ｓ＝Ｆ_Ｂ／（Ｆ_Ｂ＋Ｆ_Ｄ）＝Ｆ_Ｂ／Ｆ_Ｔ・・・数式（１）

判定部８は、図４（ａ）に示す状態におけるパラメータ値Ｓを算出し、これを基準としたパラメータ値Ｓの変化に基づき筋肉の収縮を検出する。ここで、パラメータ値Ｓは、第１の押付け部材３が受ける反力Ｆ_Ｂと第２の押付け部材４が受ける反力Ｆ_Ｄとの比の変化に基づいて変化する値であるので、パラメータ値Ｓの変化に基づいて筋肉の収縮を検出することは、第１の押付け部材３が受ける反力Ｆ_Ｂと第２の押付け部材４が受ける反力Ｆ_Ｄとの比の変化に基づいて筋肉の収縮を検出することと同じでことある。なお、判定部８は、第１の押付け部材３が受ける反力Ｆ_Ｂと第２の押付け部材４が受ける反力Ｆ_Ｄとの比の変化に基づいて筋肉の収縮を検出する構成に限らず、第１の押付け部材３が受ける反力Ｆ_Ｂと第２の押付け部材４が受ける反力Ｆ_Ｄとの差の変化に基づいて筋肉の収縮を検出する構成とすることもできる。

図４（ａ）に示す状態から徐々に筋肉が収縮して筋肉が硬化していくと、皮膚ＳＫは、より基板２からの突出高さが高い第１の押付け部材３に強く接してこれを弾性変形させるとともに、第２の押付け部材４からは徐々に離れることになる。そのため、筋肉の収縮に伴って和Ｆ_Ｔに対する反力Ｆ_Ｂの割合が徐々に高まり、反対に反力Ｆ_Ｄの割合が徐々に減少することになる。すなわち、筋肉の収縮に伴ってパラメータ値Ｓは基準とした値に徐々に増加することになる。そして、さらに筋肉が収縮した状態となると、図４（ｂ）に示すように、皮膚ＳＫは第１の押付け部材３にこれを弾性変形させながら強く接し、第２の押付け部材４には弱く接した状態となってパラメータ値Ｓの値は１に近い値となり、さらに筋肉が収縮すると、皮膚ＳＫが第１の押付け部材３にのみ接してパラメータ値Ｓの値は１となる。このように、パラメータ値Ｓは、基準値から１の間で当該筋肉の収縮に伴って増加することになる。したがって、判定部８はパラメータ値Ｓの増加から筋肉が収縮していることを検出することができるとともに、そのときのパラメータ値Ｓから筋肉の収縮の程度も検出することができる。

反対に、図４（ｂ）に示す状態から筋肉が弛緩して収縮が解消されると、和Ｆ_Ｔに対する反力Ｆ_Ｂの割合が徐々に低下し、パラメータ値Ｓは１から基準値に向けて徐々に低下する。したがって、判定部８は、パラメータ値Ｓの減少から筋肉が弛緩していることを検出することができるとともに、そのときのパラメータ値Ｓから筋肉の収縮の程度も検出することができる。

パラメータ値Ｓは、例えばＳ＝Ｆ_Ｄ／（Ｆ_Ｂ＋Ｆ_Ｄ）＝Ｆ_Ｄ／Ｆ_Ｔに設定することもできる。この場合、筋肉の収縮に伴ってパラメータ値Ｓは徐々に減少することになるので、判定部８はパラメータ値Ｓの減少から筋肉が収縮していることを検出することができる。

上記の通り、本発明の筋収縮検出センサ１は、第１の押付け部材３が受ける反力Ｆ_Ｂと第２の押付け部材４が受ける反力Ｆ_Ｄとの差または比の変化（パラメータ値Ｓの変化）に基づき筋肉の収縮、すなわち筋肉の収縮が生じているか否かを検出するようにしているので、当該反力Ｆ_Ｂ、Ｆ_Ｄの値自体を正確に検出する必要がなく、よって、この筋収縮検出センサ１を衣服やタオル等の上から人体に装着するようにしても筋肉の収縮を精度よく検出することができる。したがって、この筋収縮検出センサ１は、使用上の制約が少なく、検出対象となる筋肉のある人体の所定部位に伸縮性ベルト１０等を用いて容易に取り付けることができるので、人体着用型の動作支援装置を日常的に使用する場合においても、その取付け作業は容易である。

また、筋電位センサでは、電極の貼り付け位置によっては他の筋肉の収縮を誤検知する場合があるが、本発明の筋収縮検出センサ１は特定の筋肉の収縮による物理的な変化（筋肉の収縮に伴う筋肉の硬さの変化）を検出するので、当該筋肉の収縮（筋活動）を精度よく検出することができる。また、本発明の筋収縮検出センサ１によれば、筋電位センサに比べて、より軽微な筋収縮を検出することができる。

さらに、本発明の筋収縮検出センサ１によれば、筋電位センサとは異なり、疲労の影響を受けることなく筋肉の収縮を精度よく検出することができるとともに、機能的電気刺激により筋肉を収縮させた場合における筋収縮をも精度よく検出することができる。

さらに、本発明の筋収縮検出センサ１によれば、外力の影響を排除することができ、これにより外力に対して高いロバスト性を得ることができるので、筋肉の収縮をより高精度に検出することができる。

さらに、本発明の筋収縮検出センサ１は、シンプルな構成であるので、低コストで量産することができる。

図５（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図１に示す筋収縮検出センサ１の変形例の断面図である。なお、図５においては前述した部材に対応する部材に同一の符号を付してある。

図１に示す場合では、第１の押付け部材３を横断面が円形となる突起形状に形成し、第２の押付け部材４を第１の押付け部材３を囲う円環状に形成するとともに、第１の押付け部材３の基板２の上面からの突出高さを、第２の押付け部材４の基板２の上面からの突出高さよりも高くすることにより、この筋収縮検出センサ１を人体の所定部位に取り付けたときに、第１の押付け部材３が人体から受ける反力Ｆ_Ｂが、第２の押付け部材４が人体から受ける反力Ｆ_Dよりも大きくなるようにしているが、図５（ａ）に示す変形例の筋収縮検出センサ１のように、第１の押付け部材３を横断面が円形となる突起形状に形成し、第２の押付け部材４を第１の押付け部材３を囲う円環状に形成するとともに、第１の押付け部材３の基板２の上面からの突出高さを、第２の押付け部材４の基板２の上面からの突出高さよりも低くすることにより、この筋収縮検出センサ１を人体の所定部位に取り付けたときに、第１の押付け部材３が人体から受ける反力Ｆ_Ｂが、第２の押付け部材４が人体から受ける反力Ｆ_Dよりも小さくなるようにすることもできる。このような構成により、第１の押付け部材３よりも高い突出高さを有する第２の押付け部材４によって基板２をさらに安定的に人体に対して支持させることができる。

また、図１に示す場合では、第１の押付け部材３と第２の押付け部材４とを、これらを一体に備えるカバー体５に形成するようにしているが、図５（ｂ）に示す変形例の筋収縮検出センサ１のように、第１の押付け部材３と第２の押付け部材４とを別々に形成し、これらを個別に基板２の上面に接着等の手段により固定した構成とすることもできる。このような構成により、第１の押付け部材３と第２の押付け部材４との間で、これらが受けた反力が互いに伝達されることをなくすことができるので、第１の押付け部材３及び第２の押付け部材４がより正確に人体から受ける反力を検出することができるようにし、これにより筋肉の収縮をより精度よく検出することができる。

さらに、図１に示す場合では、第１の押付け部材３と第２の押付け部材４の両方を空気が封入された袋状に形成するようにしているが、図５（ｃ）に示す変形例の筋収縮検出センサ１のように、第２の押付け部材４は袋状のままとしつつ、第１の押付け部材３を、シリコン等の軟材質によって、先端が半球状であるとともに横断面が円形となる突起形状に形成した構成とすることもできる。この場合、第１の押付け部材３と第１の反力検出部６との間にゴムシート１１を配置するのが好ましい。このような構成によれば、筋肉が収縮したときに、第１の押付け部材３と第２の押付け部材４との間に高さの差を生じ易くして、より正確に筋肉の収縮を検出することができる。また、第１の押付け部材３を、シリコン等の軟材質で形成することにより、当該効果を得つつ、第１の押付け部材３を筋肉に向けて人体に押し付けたときに人体が受ける感触を良くすることができる。

また、図５（ｃ）に示す構成において、シリコン等の軟材質によって突起形状に形成された第１の押付け部材３を、第２の押付け部材４と一体に形成されるとともに流体（空気）が封入された柔軟な袋状の部材で覆う構成とすることもできる。このような構成によれば、第１の押付け部材３を筋肉に向けて人体に押し付けたときに、柔軟な袋状の部材が人体に当たるようにして、人体が受ける感触をより良くすることができる。

図６は、図１に示す筋収縮検出センサ１の変形例の断面図である。なお、図６においては前述した部材に対応する部材に同一の符号を付してある。

図１に示す場合では、第１の反力検出部６の配線６ｂと第２の反力検出部７の配線７ｂとを、それぞれ基板２から引き出して直接、判定部８に接続するようにしているが、図６に示すように、基板２に、第１の反力検出部６及び第２の反力検出部７から入力される検出信号を増幅して判定部８に向けて出力する増幅回路２０を内蔵し、第１の反力検出部６の検出信号及び第２の反力検出部７の検出信号を、増幅回路２０を介して判定部８に入力する構成とすることもできる。この場合、基板２を、表側の板材と裏側の板材との間にスペーサを備えることで内部に空間を有する構成とし、この空間内に増幅回路２０を配置した構成とすることができる。このような構成とすることにより、第１の反力検出部６及び第２の反力検出部７が出力する検出信号が微弱な場合であっても、当該検出信号を増幅回路２０によって基板２の内部で増幅することで、検出信号がノイズから受ける影響を抑制することができる。なお、増幅回路２０は、検出信号を増幅する機能に加えて、検出信号に含まれるノイズ成分を低減させる機能を含んだ回路に構成としてもよい。また、増幅回路２０とは別に構成されるとともに、第１の反力検出部６及び第２の反力検出部７と判定部８との間に接続されるノイズ低減回路（不図示）を、増幅回路２０と同様に基板２に内蔵させ、または基板２の外に配置した構成とすることもできる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施の形態では、無負荷状態における第１の押付け部材３の基板２からの突出高さを、無負荷状態における第２の押付け部材４の基板２からの突出高さよりも高くするようにしているが、これに限らず、例えば第１の押付け部材３を第２の押付け部材４よりも高い弾力ないし反発力を有する構成等とすることにより、無負荷状態における突出高さに拘わらず、筋肉に向けて押し付けられた押付け状態において第１の押付け部材３が人体から受ける反力が第２の押付け部材４が人体から受ける反力よりも大きくなるように構成されていれば、無負荷状態における第１の押付け部材３の基板２からの突出高さを、無負荷状態における第２の押付け部材４の基板２からの突出高さと同一とし、または、無負荷状態における第２の押付け部材４の基板２からの突出高さよりも低く構成することもできる。

また、前記実施の形態では、基板２を円板状に形成するようにしているが、これに限らず、検出対象となる筋肉のある人体の部位に応じて種々の形状に形成することができる。

さらに、前記実施の形態では、第２の反力検出部７を１つのみ設けるようにしているが、これに限らず、より精度よく第２の押付け部材４に加わる反力を検出可能とするために、第２の反力検出部７を周方向に等間隔に複数個設けるようにしてもよい。

１筋収縮検出センサ
２基板
２ａ第１の円形溝
２ｂ第２の円形溝
３第１の押付け部材
３ａ内部空間
４第２の押付け部材
４ａ内部空間
５カバー体
５ａ基材シート
５ｂ表面シート
５ｃ折返し部
６第１の反力検出部
６ａ圧力検知面
６ｂ配線
７第２の反力検出部
７ａ圧力検知面
７ｂ配線
８判定部
１０伸縮性ベルト
１１ゴムシート
２０増幅回路
ＳＫ皮膚

Claims

筋肉の収縮を検出する筋収縮検出センサであって、
検出対象となる筋肉に対向配置される基板と、
前記基板上に配置され、それぞれ前記筋肉に向けて押し付けられるとともに該押付けにより受ける反力が互いに相違する少なくとも２つの押付け部材と、
それぞれ対応する前記押付け部材が受ける反力を検出する少なくとも２つの反力検出部と、を有し、
前記押付け部材が、第１の押付け部材と、前記筋肉に向けた押付けにより受ける反力が前記第１の押付け部材よりも小さい第２の押付け部材と、を含み、
前記反力検出部が、前記第１の押付け部材が受ける反力を検出する第１の反力検出部と、前記第２の押付け部材が受ける反力を検出する第２の反力検出部と、を含み、
前記第１の反力検出部により検出された前記第１の押付け部材が受ける反力と前記第２の反力検出部により検出された前記第２の押付け部材が受ける反力との差または比の変化に基づいて、筋肉の収縮を検出することを特徴とする、筋収縮検出センサ。
前記第２の押付け部材が、前記第１の押付け部材を囲う環状の突起形状に形成されている、請求項１に記載の筋収縮検出センサ。
前記第２の押付け部材が、内部に流体を封入した柔軟な袋状に形成されている、請求項１または２に記載の筋収縮検出センサ。
前記第１の押付け部材が、内部に流体を封入した柔軟な袋状に形成されている、請求項３に記載の筋収縮検出センサ。
前記第１の押付け部材が、横断面が円形の突起形状に形成されているとともに、前記第２の押付け部材が、前記第１の押付け部材を囲う円環状の突起形状に形成されている、請求項４に記載の筋収縮検出センサ。
前記第１の押付け部材と前記第２の押付け部材とが、前記基板に着脱自在に装着されるカバー体に形成されている、請求項５に記載の筋収縮検出センサ。
前記流体が空気である、請求項３〜６の何れか１項に記載の筋収縮検出センサ。
無負荷状態における前記第１の押付け部材の前記基板からの突出高さが、無負荷状態における前記第２の押付け部材の前記基板からの突出高さよりも高い、請求項１〜７の何れか１項に記載の筋収縮検出センサ。
前記第１の反力検出部が前記基板と前記第１の押付け部材との間に設けられ、前記第２の反力検出部が前記基板と前記第２の押付け部材との間に設けられている、請求項１〜８の何れか１項に記載の筋収縮検出センサ。
前記基板に、前記第１の反力検出部及び前記第２の反力検出部から入力される検出信号を増幅して出力する増幅回路が内蔵されている、請求項１〜９の何れか１項に記載の筋収縮検出センサ。