WO2015083534A1 - 人体検知装置 - Google Patents

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WO2015083534A1
WO2015083534A1 PCT/JP2014/080420 JP2014080420W WO2015083534A1 WO 2015083534 A1 WO2015083534 A1 WO 2015083534A1 JP 2014080420 W JP2014080420 W JP 2014080420W WO 2015083534 A1 WO2015083534 A1 WO 2015083534A1
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human body
detection sensor
mounting member
detection
attached
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貴彦 森
優弥 田中
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独立行政法人国立高等専門学校機構
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    • A61F2002/7645—Measuring means for measuring torque, e.g. hinge or turning moment, moment of force

Definitions

  • the present invention relates to a human body detection device that detects a movement of a worn part by being worn on a human body and outputs a control signal for controlling a control target such as a prosthetic limb or an assist device.
  • control signal for controlling the motor (control target) for opening and closing the hand of the electric prosthetic hand it is attached to the forearm part of the human body where the electric prosthetic hand is worn, and is sent from the brain to move the muscle
  • a myoelectric sensor that detects a signal (surface myoelectric potential) and outputs it as a control signal has been proposed (Patent Document 1).
  • the human body detection device has a sheet-like base portion having flexibility, and is attached to one surface of the base portion so as to be detachably attached to the human body surface.
  • a sheet-like adhesive portion, and a mounting member that is attached between the adhesive portion and the base portion and has a flat support portion that bends along the surface of the human body, and is attached between joints in the human body
  • a detection sensor that is attached to the mounting member and detects a movement of a part of the human body where the mounting member is mounted, and a detection signal from the detection sensor is converted into a control signal for controlling a control target
  • an output unit for outputting the output.
  • Examples of the flexible sheet-like “base portion” include “foamed resin sheet”, “rubber sheet”, “silicone resin sheet”, “woven fabric”, and “nonwoven fabric”. it can.
  • examples of the “adhesive part” include “hydrophilic gel sheet”, “hydrophobic gel sheet”, “conductive gel sheet”, and the like.
  • examples of the material of the “adhesive part” include “silicone resin”, “acrylic resin”, “rubber”, “urethane resin”, and the like.
  • the “support portion” may be any one that does not cause wrinkles (thickness) when bent (bent), such as “metal plate such as stainless steel or aluminum alloy”, “synthetic resin plate”, “cardboard” , Etc. can be illustrated.
  • between joints includes “between shoulder and elbow joints”, “between elbow joints and wrist joints”, “tip side from wrist joints”, “between hip joints and knee joints”, “knee joints” "Between the joint and ankle joint”, “Toe side more than the ankle joint”, “Between shoulder joint and hip joint”, “Cranial side rather than neck (cervical vertebra)", “Between neck joint and hip joint (torso)” Can be exemplified.
  • the “mounting member” includes a “mounting member having a flexible sheet-like base portion and an adhesive portion that is bonded to one surface of the base portion and is attached to the surface of the human body.
  • detection sensor strain sensor
  • acceleration sensor acceleration sensor
  • pressure sensor pressure sensor
  • gyro sensor gyroscope
  • potentialometer light irradiated from the light emitting part to the human body surface
  • optical sensor and the” vibration sensor “that detect the movement by receiving light at the unit.
  • a plurality of detection sensors may be provided. In this case, different types of sensors may be used, or the same type of sensors may be used.
  • examples of the part where the detection sensor is mounted on the mounting member include “between the base part and the support part”, “between the adhesive part and the support part”, “the opposite side of the base part from the adhesive part”, etc. can do.
  • the “output unit” includes “having an amplification circuit that amplifies the detection signal from the detection sensor”, “removes noise from the detection signal from the detection sensor, or exceeds a specific frequency (motion) or threshold value. “Having a filter circuit for taking out a detection signal or the like”, “having a determination circuit for determining whether or not the detection signal from the detection sensor exceeds a preset threshold value”, “detection sensor "Having an arithmetic circuit that performs arithmetic processing on the detection signal by”, “having a sensor drive circuit for driving the detection sensor”, “the detection signal from the detection sensor as a control signal as it is What is output ”can be exemplified.
  • the “output unit” may output the detection signals from the plurality of detection sensors as separate control signals, or output the detection signals from the plurality of detection sensors as a single control signal. You may make it let it.
  • control target includes “prosthetic limbs driven by a driving source (electrically prosthetic hand, electric prosthetic leg, etc.)”, “power assist suit”, “wheelchair”, “tool”, “care device”, “personal computer” Can be exemplified.
  • the detection sensor when detecting a change in the shape of the surface of the human body as the movement of the portion of the human body where the mounting member is mounted, the surface of the human body when the shape of the human body surface is changed, or the base portion or the adhesive portion of the mounting member , Partial irregularities such as wrinkles may occur. And if the detection sensor detects the unevenness caused by the change in the shape of the human body surface, it outputs a detection signal different from the overall (average) shape change in the detection area by the detection sensor on the human body surface, There is a risk that the controlled object will malfunction.
  • the mounting member to which the detection sensor is attached is attached to the surface of the human body between the joints of the human body by the adhesive portion, for example, a belt-shaped mounting member is wound around the human body and mounted.
  • the mounting member does not move relative to the human body. Accordingly, it is possible to prevent the detection sensor from being displaced relative to the human body, and to reliably detect the movement of the portion of the human body where the mounting member is mounted.
  • the position shift of a detection sensor can be prevented, the erroneous detection by position shift can be suppressed, and the malfunctioning of a control object can be reduced.
  • the mounting member can be mounted by sticking the adhesive part to the surface of the human body, for example, as compared with the case where the mounting member is mounted as a band-shaped member using a hook-and-loop fastener or a buckle, Even with one hand, the mounting member can be attached to the surface of the human body and easily mounted, making it easy to use.
  • the support part since a flat support part that bends along the human body surface is provided between the base part and the adhesive part of the mounting member, if the shape of the human body surface is changed, the support part responds to the shape change of the human body surface. Thus, it bends smoothly (the shape changes) without causing irregularities such as partial wrinkles. And by making the shape change of this support part be detected by a detection sensor, the surface of the human body can be detected without detecting irregularities such as wrinkles generated on the human body surface, base part, adhesive part, etc. Therefore, it is possible to reliably output a detection signal corresponding to the shape change of the control object, and to reduce malfunctions of the controlled object due to erroneous detection.
  • the detection sensor is constituted by a plurality of detection sensors, and the plurality of detection sensors respectively detect different movements in a part of the human body where the mounting member is mounted.
  • the detection sensor when the user performs a certain movement between the joints to which the plurality of detection sensors are attached via the mounting member, only the detection sensor corresponding to the certain movement among the plurality of detection sensors. The movement is detected, and the detection signal is converted into a control signal for controlling the controlled object and output.
  • a detection sensor that does not correspond to a certain movement does not detect a certain movement, so that a control signal related to these detection sensors is not output.
  • the detection sensor corresponding to a specific movement detects the movement and outputs a control signal between the joints of the human body wearing the mounting member, so that other detection sensors do not misdetect.
  • the detection sensor is configured by a plurality of detection sensors as described above, a plurality of detection sensors that detect different movements do not detect erroneously, so the user is wearing the mounting member.
  • a plurality of different control signals that do not interfere with each other can be output to the control target. Accordingly, since a plurality of different control signals can be output, a more complicated input operation can be performed on the controlled object.
  • the human body detection device of this configuration can be used for a control target that requires a complicated input operation.
  • the detection sensor is configured by a plurality of detection sensors
  • a plurality of different control signals are output as described above by mounting a mounting member to which the plurality of detection sensors are mounted between joints in the human body. Therefore, unlike the conventional technique such as Patent Document 2, it is not necessary to operate a switch that outputs another control signal by using a part such as an arm on the opposite side where the mounting member is not mounted. Therefore, an input operation can be performed on the control target only between the joints on which the mounting members are mounted, so that other parts of the human body can be used freely.
  • the human body detection device may include: “The detection sensor is mounted between the base portion of the mounting member and the adhesive portion, and the mounting member is mounted.
  • a first detection sensor that detects a change in the shape of the surface of the human body at a part that is attached, and an acceleration or angular velocity that is attached to the base part of the mounting member and that acts on the part of the human body where the mounting member is mounted It is good also as a characteristic that it is comprised with the 2nd detection sensor to do.
  • the shape change of the human body surface “the shape change of the surface due to the movement of the bone (specifically, the forearm part between the elbow joint and the wrist joint or the lower leg between the knee joint and the ankle joint) "Surface shape change by moving the bones to twist between joints where two bones extend like a part)” and “Surface shape change by muscle stretching / contraction” can do.
  • first detection sensor that detects a change in the shape of the human body surface
  • first detection sensor that detects a change in the shape of the human body surface
  • strain sensor a “pressure sensor”
  • optical sensor that detects movement by irradiating light on the human body surface”.
  • “second detection sensor” for detecting acceleration or angular velocity “acceleration sensor for detecting acceleration acting in three directions orthogonal to each other”, “acceleration sensor for detecting only acceleration acting in one direction”, “ “Gyro sensor” and “vibration sensor” can be exemplified.
  • the muscles between the joints are stretched and contracted, and if two bones extend between the joints, the bones should be twisted so that the two bones are twisted.
  • the shape of the human body surface can be changed by moving it.
  • muscles on the side of the body relative to the joints closer to the body between the joints for example, biceps, triceps, deltoid, biceps, quads, etc.
  • acceleration can be applied between the joints.
  • the first detection sensor detects the movement
  • the acceleration is applied between the joints
  • only the second detection sensor is detected.
  • the movement is detected, and the first detection sensor and the second detection sensor can reliably detect different movements between the joints.
  • the remaining detection sensors (The second detection sensor or the first detection sensor) will not be erroneously detected. Thereby, the malfunction of the controlled object due to erroneous detection can be reduced, and a human body detection device capable of reliably achieving the above-described effects can be realized.
  • the human body detection device has, in addition to the above configuration, “The first detection sensor is for outputting a control signal for operating a control target from the output unit, and The second detection sensor is for causing the output unit to output a control signal for changing a control mode of a control target controlled by a control signal from the first detection sensor. " good.
  • control mode “the operation mode in which the control object is operated by the detection signal from the first detection sensor”, “the hold mode in which the operation of the control object is stopped without receiving the detection signal from the first detection sensor”. ”,“ Correction mode for correcting the control target operation so that the detection signal from the first detection sensor has an arbitrary value as the origin ”,“ Correction / hold combining hold mode and correction mode Mode ", and the like.
  • the first detection sensor used for outputting the control signal for operating the control target detects a change in the shape of the human body surface, there is no disordered part whose value changes rapidly. Since a detection signal represented by a smooth line can be output, the control target can be smoothly operated by using this detection signal as a control signal.
  • the second detection sensor used for changing the control mode of the control target detects acceleration or angular velocity, the second detection sensor can output a detection signal represented by a line having a portion whose value changes rapidly. Therefore, it can be suitably used as a control signal (switch signal) for changing the control mode by utilizing a rapidly changing part, and the control mode to be controlled can be changed reliably. Therefore, it is possible to embody a human body detection device that can surely achieve the above-described effects.
  • a human body detection apparatus 10 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
  • This embodiment demonstrates the example which applied the human body detection apparatus 10 to the electric prosthesis 20 as a control object.
  • the human body detection device 10 according to the present embodiment is mounted on the mounting member 11 that is mounted between the joints 2 in the human body 1 and the mounting member 11, and moves differently at a portion of the human body where the mounting member 11 is mounted.
  • the mounting member 11 is mounted between the elbow joint 3 and the wrist joint (forearm 2a) as the joint 2 of the human body 1, as shown in FIG.
  • the mounting member 11 is formed in a rectangular sheet shape (pad shape).
  • the mounting member 11 is attached to a sheet-like base portion 11 a having flexibility and one surface of the base portion 11 a and is detachably attached to the surface of the human body.
  • the base part 11a and the adhesive part 11b are formed in the same size, and are attached to each other by the adhesive force of the adhesive part 11b.
  • the base part 11a is formed of a foamed resin sheet.
  • the adhesion part 11b is formed of the hydrophilic gel sheet which consists of hydrophilic polymer.
  • the mounting member 11 is attached between the base portion 11 a and the adhesive portion 11 b and is mounted on a flat plate-like support portion 11 c that bends in a curved shape, and a surface of the support portion 11 c on the base portion 11 a side.
  • the support part 11c is smaller in size than the base part 11a and the adhesive part 11b.
  • the support portion 11c is formed of a metal plate such as a stainless alloy or an aluminum alloy, a synthetic resin plate, cardboard, or the like so as not to cause wrinkles when bent.
  • the first sheet 11d and the second sheet 11e are the same size as the support part 11c and are formed of a synthetic resin. These support part 11c, the 1st sheet
  • seat 11e have an adhesion layer in the surface which faced at least the base part 11a among both surfaces.
  • the pair of third sheets 11f is smaller in size than the support portion 11c and the like. These third sheets 11f are made of paper or synthetic resin, have an adhesive layer on the surfaces facing each other, and a release layer that weakens the adhesive force on the opposite surface. is doing.
  • the plurality of detection sensors 12 includes a first detection sensor 12A that detects a change in the shape of the human body surface, and a second detection sensor 12B that detects acceleration acting on a part of the human body where the mounting member 11 is mounted. ing.
  • the first detection sensor 12A is a strain sensor whose electric resistance value changes depending on the amount of bending. As shown in FIG. 2, the first detection sensor 12A includes a rectangular and flat sensor body 12a, a lead wire 12b extending outward from the sensor body 12a, and a cladding tube covering the lead wire 12b. 12c, and a covering portion 12d that covers the exposed lead wire 12b between the sensor body 12a and the covering tube 12c.
  • the covering portion 12d is made of a thermoplastic resin and protects the lead wire 12b from being disconnected.
  • the first detection sensor 12A is attached to the mounting member 11 between the base portion 11a and the adhesive portion 11b. Specifically, in the first detection sensor 12A, the sensor body 12a and the covering portion 12d are attached between the pair of third sheets 11f with the longitudinal direction of the sensor body 12a facing the same direction as the longitudinal direction of the mounting member 11. It has been.
  • the first detection sensor 12A is attached such that the lead wire 12b covered with the cladding tube 12c extends outward from the long side of the mounting member 11 (see FIG. 1).
  • the second detection sensor 12B detects acceleration acting in three directions orthogonal to each other. As shown in FIG. 1 and the like, the second detection sensor 12B is attached to the surface of the base portion 11a of the mounting member 11 opposite to the adhesive portion 11b.
  • the second detection sensor 12B has a lead wire 12e covered with a cladding tube, and this lead wire 12e together with the cladding tube 12c of the first detection sensor 12A extends from the mounting member 11 to the external output unit 13. It extends.
  • the output unit 13 includes a sensor drive circuit 13a that supplies power for driving the detection sensor 12, and a conversion circuit 13b that converts a detection signal from the detection sensor 12 into a control signal. ing.
  • the conversion circuit 13b amplifies the detection signal from the detection sensor 12, an filter circuit 13d that removes noise included in the detection signal or passes only a specific frequency, and the detection signal.
  • an arithmetic circuit 13e that performs arithmetic processing.
  • the output unit 13 is attached to the electric prosthesis 20.
  • the detection signal from the first detection sensor 12A is subjected to amplification processing (step S11) by the amplification circuit 13c as shown in FIG.
  • step S12 the signal is converted into a control signal and output without passing through the arithmetic circuit 13e.
  • the detection signal from the second detection sensor 12B is first subjected to amplification processing (step S21) in the amplification circuit 13c and then to band-pass filter processing in the filter circuit 13d. (Step S22) is performed. Subsequently, in the arithmetic circuit 13e, a mean square process (step S23) is performed for each of the three directions, and a time differentiation process (step S24) is performed for these values to obtain a jerk (acceleration time). Find the derivative). After that, absolute value processing (step S25) is performed on the jerk in each direction, and after adding them, it is converted into a control signal and output. As described above, the conversion circuit 13b according to the present embodiment converts the first detection sensor 12A and the second detection sensor 12B into control signals through different circuits.
  • the electric prosthetic hand 20 includes a prosthetic hand attaching member 21 that covers the forearm portion 2 a of the user's human body 1, a gripping device 25 attached to the front end of the prosthetic hand attaching member 21, and the human body detecting device 10. And a control device 30 (see FIG. 4) for controlling the gripping device 25 based on the control signal.
  • the prosthetic hand mounting member 21 has a cylindrical shape or a C-shaped cross section so as to cover more than half of the outer periphery of the forearm portion 2a.
  • the prosthetic hand mounting member 21 is formed to have a length that protrudes toward the front end (lost portion) side of the forearm portion 2a in a state of being attached to the forearm portion 2a.
  • the prosthetic arm attaching member 21 By inserting the forearm portion 2a into the prosthetic arm attaching member 21, the prosthetic arm attaching member 21 can be attached to the forearm portion 2a. Moreover, in the state which attached the prosthetic hand attachment member 21 to the forearm part 2a, the front end side of the forearm part 2a can be freely rotated.
  • the gripping device 25 includes a main body portion 26 attached to the front end of the prosthetic hand attachment member 21, a pair of gripping portions 27 attached to the main body portion 26 so as to be opened and closed, and a pair of gripping portions 27 that are opened and closed to open and close the main body portion 26. And a motor 28 (see FIG. 4) attached thereto.
  • the motor 28 is a servo motor that can output a rotational position.
  • the control device 30 stores a control unit 31 including a CPU that executes a control program to perform an operation, a control program executed by the control unit 31, a set value, a temporary numerical value at the time of the operation, and the like. And a motor drive unit 33 that drives the motor 28 based on a drive signal from the control unit 31. Moreover, although illustration is abbreviate
  • the control device 30 of the present embodiment is a microcomputer.
  • a control signal from the human body detection device 10 and a rotational position signal from the motor 28 are input to the control unit 31 of the control device 30.
  • the control signal related to the first detection sensor 12A and the control signal related to the second detection sensor 12B are input to the control unit 31 separately.
  • a drive signal for the motor 28 is output from the control unit 31 to the motor drive unit 33.
  • the control device 30 is attached to the main body 26 or the user's body or clothes.
  • the mounting member 11 of the human body detection device 10 is mounted in the vicinity of the front end of the forearm 2a as the joint 2 of the human body 1.
  • the adhesive portion 11b of the mounting member 11 is directed to face the forearm portion 2a, and the longitudinal direction thereof is directed to the direction around the axis of the forearm portion 2a.
  • the adhesion part 11b is made to contact the forearm part 2a so that the mounting member 11 may be wound around the forearm part 2a.
  • the attachment member 11 is attached to the forearm part 2a together with the detection sensor 12 by the adhesive force of the adhesive part 11b.
  • FIGS. 3A and 3B are examples of mounting the mounting member 11 on the forearm 2a, and limit the positional relationship between the ribs 2b and ulna 2c and the mounting member 11 (first detection sensor 12A). It is not a thing.
  • the third sheet 11f attached to both surfaces of the sensor body 12a of the first detection sensor 12A has a release layer on the surface opposite to the sensor body 12a.
  • the sensor body 12a can be slid with respect to the base portion 11a and the adhesive portion 11b. Therefore, when the mounting member 11 is bent together with the first detection sensor 12A, the difference in curvature from the base portion 11a, the adhesive portion 11b, and the like is absorbed by sliding on the release layer of the third sheet 11f. Can do. Thereby, the mounting member 11 (the first detection sensor 12A) can be bent smoothly, and the rotation of the forearm 2a can be detected.
  • the mounting member 11 has the support part 11c which does not produce wrinkles between the first detection sensor 12A and the adhesive part 11b, the support part 11c smoothes the partial unevenness on the surface of the forearm part 2a.
  • the first detection sensor 12A can stably detect a change in the surface shape of the forearm 2a. More specifically, when the sensor main body 12a is directly attached to the adhesive portion 11b, the sensor main body 12a is deformed along the partial unevenness of the surface of the forearm portion 2a, so that the uneven portion becomes the entire detection signal. This may affect the output of a detection signal that is different from the original detection signal for the amount of deflection of the sensor body 12a. In contrast, by attaching the support portion 11c between the sensor main body 12a and the adhesive portion 11b, the sensor main body 12a can be bent without causing partial unevenness by the support portion 11c. The detection signal can be reliably output.
  • the prosthetic hand mounting member 21 of the electric prosthesis 20 is then attached to the forearm 2a.
  • the output part 13 of the human body detection apparatus 10 and the control apparatus 30 of the electric prosthesis 20 are electrically connected.
  • the connection between the output unit 13 and the control unit 31 may be performed before the human body detection device 10 or the electric prosthesis 20 is mounted on the forearm 2a.
  • a power switch (not shown) in the electric prosthesis 20 is turned on.
  • the rotation angle of the forearm 2a is set to the center position (position between (a) and (b) in FIG. 3) of the rotation range.
  • the control program is read from the storage part 32 and executed. This control program is initially executed in the “correction / hold mode” as the control mode.
  • step S31 the drive of the motor 28 is held, that is, locked so as not to move.
  • step S32 it is determined whether or not the control signal from the first detection sensor 12A is within an appropriate range. If the control signal from first detection sensor 12A is within an appropriate range (YES in step S32), the process ends in the current state. On the other hand, if the control signal from first detection sensor 12A is not in the proper range (NO in step S32), it is determined whether or not the control signal from first detection sensor 12A is lower than the proper range (step S33). .
  • step S33 When it is determined that the control signal from the first detection sensor 12A is lower than the appropriate range (YES in step S33), the control signal is increased and corrected (step S34) so that the control signal is within the appropriate range. ) To finish.
  • step S34 the control signal from the first detection sensor 12A is not within the appropriate range in the previous step S32. Since it is determined as (NO), it is determined that the control signal from the first detection sensor 12A is higher than the appropriate range, and the control signal is decreased and corrected (step) so that the control signal is within the appropriate range. S35) is performed and the process ends.
  • the control signal (the rotation angle of the forearm portion 2a) from the first detection sensor 12A at the time of starting (holding the drive of the motor 28 in step S31) will be described later. It can be automatically corrected as the origin signal (the origin of rotation of the forearm 2a) in the “operation mode”. Further, in the “correction / hold mode”, the drive of the motor 28 can be held by the process of step S31.
  • mode change is performed to change the control mode to either “operation mode” or “correction / hold mode”.
  • mode change the forearm portion 2a is moved so as to shake or vibrate without rotating the forearm portion 2a so that an acceleration equal to or higher than a threshold value described later acts on the portion where the mounting member 11 is attached. By doing. Since the second detection sensor 12B that detects acceleration according to the present embodiment can detect acceleration in three directions, the forearm 2a may be moved in any direction.
  • “Mode change” is an interrupt routine.
  • mode change since the detection signal represented by a line having a portion where the value changes abruptly can be output from the second detection sensor 12B, the control mode is changed for the portion where the value changes rapidly. It is used as a control signal (switch signal) for this purpose. As shown in FIG. 8, this “mode change” stands by until the control signal from the second detection sensor 12B exceeds a preset threshold value (NO in step S41).
  • step S42 When the control signal from the second detection sensor 12B exceeds the threshold value (YES in step S41), it is determined whether or not the current mode is the “operation mode” (step S42). Since the power switch of the electric prosthesis 20 is initially turned on, it is in “correction / hold mode”, so it is determined that the current mode is not “operation mode” (NO in step S42). To “operation mode” (step S43). Thereafter, the drive hold of the motor 28 is released (step S44), and the process ends.
  • step S42 if it is determined that the current mode is the “operation mode” (YES in step S42), the operation mode is switched from the “operation mode” to the “correction / hold mode” (step S45), and the process ends.
  • an acceleration equal to or higher than the threshold is applied to the portion of the mounting member 11 mounted on the forearm 2a, thereby changing from the “correction / hold mode” to the “operation mode” or “ The operation mode can be changed to the “correction / hold mode”.
  • the motor 28 of the gripping device 25 is driven so that the pair of gripping portions 27 are moved. Open and close. Since the first detection sensor 12 ⁇ / b> A can output a control signal represented by a smooth line without a disordered portion whose value changes rapidly, the pair of gripping portions 27 are smoothly opened and closed via the motor 28. Can be made.
  • the motor 28 is rotated in the direction in which the pair of gripping portions 27 opens when the outer rotation is performed from the center position (the rotation of the back of the hand toward the front of the body).
  • the motor 28 is rotated in a direction in which the pair of gripping portions 27 are closed.
  • the “correction / hold mode” is changed to the “operation mode” and the drive hold of the motor 28 is held. Canceled. Thereafter, by rotating the forearm 2a outwardly, the pair of grips 27 can be opened to release the “thing”.
  • the human body detection device 10 of the present embodiment different movements are detected by mounting the mounting member 11 between the elbow joint 3 and the wrist joint (forearm 2a) as the joints of the human body.
  • the first detection sensor 12A and the second detection sensor 12B are attached between the joints. And if the surface shape of the forearm part 2a which has mounted
  • the detection sensor 12 corresponding to a specific movement is detected in the forearm 2a on which the mounting member 11 is mounted, and the control signal is output from the output unit 13 to the electric prosthesis 20 as a control target. Therefore, the other detection sensors 12 are not erroneously detected, and the malfunction of the electric prosthesis 20 due to the erroneous detection can be reduced.
  • the first detection sensor 12A and the second detection sensor 12B detect the movement of the human body in the forearm portion 2a wearing the mounting member 11, unlike the conventional technique for detecting the surface myoelectric potential, If there is a muscle, it can be moved easily, and the intention (movement) of the user's operation can be reliably detected. Accordingly, an input operation can be easily performed on the electric prosthetic hand 20, and a training period necessary for learning the input operation can be shortened.
  • the mounting member 11 is attached to the surface of the forearm portion 2a by the adhesive portion 11b, for example, compared to the case where the belt-shaped mounting member is wound around the human body and mounted on the surface of the forearm portion 2a.
  • the mounting member 11 does not move. Therefore, it is possible to prevent displacement of the detection sensor 12 with respect to the surface of the forearm 2a, and to reliably detect the movement of the human body.
  • the position shift of the detection sensor 12 can be prevented, erroneous detection due to the position shift can be suppressed, and the malfunction of the electric prosthesis 20 can be reduced.
  • the attachment member 11 is attached by attaching the adhesive portion 11b to the surface of the forearm portion 2a, for example, the attachment member is used as a belt-like member and attached using a hook-and-loop fastener or a buckle. Compared to the case, the mounting member 11 can be attached to the surface of the forearm 2a with one hand.
  • the mounting member 11 includes a plurality of sheets such as the first sheet 11d, the second sheet 11e, and the third sheet 11f between the first detection sensor 12A and the adhesive portion 11b, the adhesive portion It is possible to suppress the first detection sensor 12A and the base portion 11a from sticking strongly to 11b. Therefore, the adhesive portion 11b can be easily peeled off when the first detection sensor 12A fails or when the mounting member 11 is washed.
  • the adhesion part 11b is affixed on a human body and is easy to get dirty, it is good also considering the adhesion part 11b as two layers (double).
  • the present invention is not limited to this, and the muscle of the part where the mounting member 11 is mounted is shown. You may make it detect the shape change by expansion
  • the detection signal from the detection sensor 12 is converted into a control signal by the conversion circuit 13b of the output unit 13 and output.
  • the output signal may be output as a control signal as it is without being converted from the detection signal.
  • the 1st detection sensor 12A which consists of a distortion sensor, and the 2nd detection sensor 12B which consists of an acceleration sensor were shown as a some detection sensor 12, it is not limited to this, A detection As the sensor 12, a pressure-sensitive sensor, a gyro sensor (gyroscope), a potentiometer, an optical sensor, a vibration sensor, or the like may be used.
  • control signal from the first detection sensor 12A is corrected in the correction / hold mode.
  • present invention is not limited to this, and the voltage for driving the motor 28 is determined. The voltage may be corrected.
  • the human body detection device 10 is applied to the electric prosthesis 20
  • the present invention is not limited thereto, and the electric prosthesis, the power assist suit, the wheelchair, the tool, the care device, the personal computer, You may apply to.
  • the example in which the mounting member 11 of the human body detection device 10 is mounted on the forearm 2a has been shown.
  • the present invention is not limited to this, and the shoulder joint and elbow joint are not limited to this. Between the wrist and hip joint, between the hip and knee joint, between the knee joint and ankle joint, between the foot joint and the foot joint, between the shoulder joint and the hip joint, the head side than the neck (cervical spine), It may be attached to the body.

Abstract

　制御対象の誤動作を低減させることができると共に使用者が簡単に入力操作できる人体検知装置を提供する。　人体検知装置（１０）に、可撓性を有したシート状のベース部（１１ａ）、ベース部（１１ａ）の一方の面に取付けられており人体表面に着脱可能に貼付けられるシート状の粘着部（１１ｂ）、及び粘着部（１１ｂ）とベース部（１１ａ）との間に取付けられており人体表面に沿って曲がる平板状のサポート部（１１ｃ）を有しており、人体における関節間に装着される装着部材（１１）と、装着部材（１１）に取付けられており、人体における装着部材（１１）が装着されている部位の動きを検知する第一検知センサ（１２Ａ）と、第一検知センサ（１２Ａ）による検知信号を、電動義手を制御するための制御信号に変換して出力する出力部と、を具備させる。

Description

人体検知装置
　本発明は、人体に装着することにより装着した部位の動きを検知して、義肢やアシスト装置等の制御対象を制御するための制御信号を出力する人体検知装置に関する。
　電動義手のハンドを開閉させるためのモータ（制御対象）を制御するための制御信号として、電動義手が装着される人体の前腕部に取付けられ、筋肉を動かすために脳から送られる微弱な電気的な信号（表面筋電位）を検知して制御信号として出力する筋電センサが提案されている（特許文献１）。
　しかしながら、特許文献１のような技術では、人体の表面筋電位を検知するようにしているため、使用者の意思どおりにハンドを動作させることが困難であった。詳述すると、一般の使用者では、表面筋電位を安定して発生させることが難しく、使用者が同じように操作した（表面筋電位を発生させた）つもりでも、筋電センサにより検知される値が異なることがあるため、電動義手のハンドによって物を掴むことができたり、掴むことができなかったりして、動作が不安定となる問題があった。そのため、表面筋電位を安定して発生させることができるように、長期に亘って訓練を行う必要があり、電動義手の操作の習熟に時間がかかってしまう問題があった。
　また、訓練によって表面筋電位を安定して発生させることができるようになったとしても、例えば、ハンドによって物を掴ませた状態で、その物を移動させるために腕を動かす場合、腕を動かすことによって筋電センサで検知している部位で意図しない表面筋電位が発生してしまうことがあり、その意図しない表面筋電位が筋電センサによって検知されると、ハンドに掴ませた物を放してしまうような誤動作をする問題があった。
　ところで、筋電センサとは別に、タッチ式のスイッチを設け、スイッチを操作することで使用状況に応じた動作モードで動作させることができるようにした電動義手が提案されている（特許文献２）。
　しかしながら、特許文献２の技術では、電動義手を装着している腕とは反対側の腕でスイッチを操作する必要があるため、両腕を用いた作業を行う場合、反対側の腕でスイッチを操作することができない問題がある。そこで、スイッチを、例えば、人体の肩に取付けて顎や首筋等で操作できるようにしたり、足で操作できるようにしたりすることが考えられるが、使用者に無理な姿勢を強いることとなり、使用し辛くなる虞がある。
　そこで、本発明は上記の実情に鑑み、制御対象の誤動作を低減させることができると共に使用者が簡単に入力操作できる人体検知装置の提供を課題とする。
　上記の課題を解決するために、本発明に係る人体検知装置は、「可撓性を有したシート状のベース部、該ベース部の一方の面に取付けられており人体表面に着脱可能に貼付けられるシート状の粘着部、及び該粘着部と前記ベース部との間に取付けられており人体表面に沿って曲がる平板状のサポート部を有しており、人体における関節間に装着される装着部材と、該装着部材に取付けられており、人体における該装着部材が装着されている部位の動きを検知する検知センサと、該検知センサによる検知信号を、制御対象を制御するための制御信号に変換して出力する出力部とを具備している」ことを特徴とする。
　ここで、可撓性を有したシート状の「ベース部」としては、「発泡樹脂シート」、「ゴムシート」、「シリコーン樹脂シート」、「織布」、「不織布」、を例示することができる。
　また、「粘着部」としては、「親水性ゲルシート」、「疎水性ゲルシート」、「導電性ゲルシート」、等を例示することができる。また、「粘着部」の材質としては、「シリコーン樹脂」、「アクリル樹脂」、「ゴム」、「ウレタン樹脂」、等を例示することができる。
　更に、「サポート部」としては、曲げた（曲がる）時に皺が生じないもの（厚さ）であれば良く、「ステンレス合金やアルミ合金等の金属板」、「合成樹脂板」、「厚紙」、等を例示することができる。
　また、「関節間」としては、「肩関節とひじ関節の間」、「ひじ関節と手関節の間」、「手関節よりも手先側」、「股関節とひざ関節との間」、「ひざ関節と足関節との間」、「足関節よりも足先側」、「肩関節と股関節の間」、「首（頸椎）よりも頭側」、「首関節と股関節の間（胴体）」、を例示することができる。
　また、「装着部材」としては、「可撓性を有したシート状のベース部と、ベース部の一方の面に接着されており人体表面に貼付けられる粘着部と、を有している装着部材」、「人体に巻き掛けられる帯状のベース部と、ベース部の一方の面と反対側の面とに取付けられており互いに係合可能な面ファスナーと、を有している装着部材」、「人体に巻き掛けられる帯状のベース部と、ベース部の一端に取付けらておりベース部の他端側を取付けるためのバックルと、を有している装着部材」、「人体の一部を挿入可能とされており伸縮性を有した筒状の装着部材」、を例示することができる。また、装着部材は、検知センサ毎に分離していても良い。
　更に、「人体における装着部材が装着されている部位の動き」としては、「人体表面の形状（凹凸）変化」、「関節間を結んだ軸線に対して直角方向に加速度が作用する動き」、「関節間を結んだ軸線の延びている方向に加速度が作用する動き」、「関節間を結んだ軸線の周りを回動（回旋）する動き」、「人体表面の伸縮」、を例示することができる。
　また、「検知センサ」としては、「歪センサ」、「加速度センサ」、「感圧センサ」、「ジャイロセンサ（ジャイロスコープ）」、「ポテンショメータ」、「人体表面に発光部から照射た光を受光部で受光して動きを検知する光学センサ」、「振動センサ」、を例示することができる。また、検知センサは、複数備えても良く、この場合には、異なる種類のセンサであっても良いし、同じ種類のセンサであっても良い。更に、装着部材における検知センサを取付ける部位については、「ベース部とサポート部との間」、「粘着部とサポート部との間」、「ベース部における粘着部とは反対側」、等を例示することができる。
　また、「出力部」としては、「検知センサによる検知信号を増幅する増幅回路を有しているもの」、「検知センサによる検知信号からノイズを除去したり特定の周波数（動き）や閾値以上の検知信号等を取り出したりするフィルタ回路を有しているもの」、「検知センサによる検知信号が予め設定された閾値を超えたか否かを判定する判定回路を有しているもの」、「検知センサによる検知信号に対して演算処理を行う演算回路を有しているもの」、「検知センサを駆動させるためのセンサ駆動回路を有しているもの」、「検知センサによる検知信号をそのまま制御信号として出力するもの」、を例示することができる。また、「出力部」からは、複数の検知センサからの検知信号を夫々別々の制御信号として出力させるようしても良いし、複数の検知センサからの検知信号をまとめて一つの制御信号として出力させるようにしても良い。
　更に、「制御対象」としては、「駆動源により駆動される義肢（電動義手、電動義足、等）」、「パワーアシストスーツ」、「車椅子」、「工具」、「介護装置」、「パーソナルコンピュータ」、を例示することができる。
　ところで、人体における装着部材が装着されている部位の動きとして、人体表面の形状変化を検知する場合、人体表面の形状を変化させた時の人体表面、或いは、装着部材のベース部や粘着部に、皺等の部分的な凹凸が発生することがある。そして、人体表面の形状の変化により発生した凹凸を、検知センサが検知すると、人体表面における検知センサによる検知領域内の全体的（平均的）な形状変化とは異なる検知信号を出力してしまい、制御対象が誤動作する虞がある。
　本構成によれば、検知センサが取付けられている装着部材を、粘着部によって人体の関節間における人体表面に貼付けて装着しているため、例えば、帯状の装着部材を人体に巻き付けて装着する場合と比較して、人体に対して装着部材が移動することはない。従って、人体に対する検知センサの位置ズレを防止することができ、人体における装着部材を装着した部位の動きを確実に検知させることができる。また、検知センサの位置ズレを防止することができるため、位置ズレによる誤検知を抑制することができ、制御対象の誤動作を低減させることができる。
　また、粘着部を人体表面に貼付けることで装着部材を装着することができるため、例えば、装着部材を帯状の部材として、面ファスナーやバックルを用いて装着するようにした場合と比較して、片手でも装着部材を人体表面に貼付けて簡単に装着することができ、使い易くすることができる。
　更に、装着部材のベース部と粘着部との間に人体表面に沿って曲がる平板状のサポート部を備えているため、人体表面の形状を変化させると、サポート部が人体表面の形状変化に応じて、部分的な皺等の凹凸を生じさせることなく滑らかに曲がる（形状が変化する）こととなる。そして、このサポート部の形状変化を検知センサにより検知させるようにすることで、人体表面、ベース部、及び粘着部、等において生じた皺等の部分的な凹凸を検知することはなく、人体表面の形状変化に応じた検知信号を確実に出力することができ、誤検知による制御対象の誤動作を低減させることができる。
　なお、検知センサを複数の検知センサで構成し、複数の検知センサにより、人体における装着部材が装着されている部位において互いに異なる動きを夫々検知させるようにすることが望ましい。これにより、装着部材を介して複数の検知センサが取付けられている関節間において、使用者が或る動きを行うと、複数の検知センサのうち、或る動きに対応している検知センサのみが動きを検知し、その検知信号を、制御対象を制御するための制御信号に変換して出力する。一方、複数の検知センサのうち、或る動きに対応していない検知センサでは、或る動きを検知しないため、それら検知センサに係る制御信号は出力されない。従って、装着部材を装着している人体の関節間において、特定の動きに対応している検知センサのみがその動き検知して制御信号を出力するため、他の検知センサが誤検知することはなく、誤検知による制御対象の誤動作を低減させることができる。
　また、上記のように検知センサを複数の検知センサで構成した場合、互いに異なる動きを検知する複数の検知センサが、誤検知することがないため、使用者が、装着部材を装着している関節間において異なる動き（入力操作）を行うことにより、互いに干渉することのない異なる複数の制御信号を制御対象へ出力することができる。従って、異なる複数の制御信号を出力することができるため、制御対象に対してより複雑な入力操作を行うことができる。換言すると、複雑な入力操作を必要する制御対象にも、本構成の人体検知装置を用いることができる。
　更に、検知センサを複数の検知センサで構成した場合、人体における関節間に、複数の検知センサが取付けられている装着部材を装着することで、上記のように、異なる複数の制御信号を出力することができるため、特許文献２のような従来の技術と異なり、装着部材を装着していない反対側の腕等の部位を用いて別の制御信号を出力するスイッチを操作する必要がない。従って、装着部材を装着した当該関節間のみで制御対象に対して入力操作を行うことが可能となるため、人体における他の部位を自由に使用することができる。
　また、本発明に係る人体検知装置は、上記の構成に加えて、「前記検知センサは、前記装着部材の前記ベース部と前記粘着部との間に取付けられており、前記装着部材が装着されている部位の人体表面の形状変化を検知する第一検知センサと、前記装着部材の前記ベース部に取付けられており、人体における前記装着部材が装着されている部位に作用する加速度又は角速度を検知する第二検知センサと、で構成されている」ことを特徴としても良い。
　ここで、「人体表面の形状変化」としては、「骨の移動による表面の形状変化（具体的には、ひじ関節と手関節の間の前腕部や、ひざ関節と足関節の間の下腿部のように二本の骨が延びている関節間において、互いの骨が捩れるように移動させることによる表面の形状変化）」、「筋肉の伸長・収縮による表面の形状変化」、を例示することができる。
　また、人体表面の形状変化を検知する「第一検知センサ」としては、「歪センサ」、「感圧センサ」、「人体表面に光を照射して動きを検知する光学センサ」、を例示することができる。
　更に、「装着部材が装着されている部位に作用する加速度」としては、「互いに直交した三方向に作用する加速度」、「関節間を結んだ軸線に対して直交した方向に作用する加速度」、「関節間を結んだ軸線の延びた方向に作用する加速度」、「関節間を結んだ軸線の周りを回る方向へ作用する加速度」、を例示することができる。
　また、加速度又は角速度を検知する「第二検知センサ」としては、「互いに直交した三方向に作用する加速度を検知する加速度センサ」、「一方向に作用する加速度のみを検知する加速度センサ」、「ジャイロセンサ」、「振動センサ」、を例示することができる。
　装着部材を装着する関節間では、当該関節間にある筋肉を伸長・収縮させたり、当該関節間に亘って二本の骨が延びている場合はそれら二本の骨が捩れるように骨を移動させたりすることで、人体表面の形状を変化させることができる。また、当該関節間では、当該関節間において胴体に近い側の関節よりも胴体側の筋肉（例えば、上腕二頭筋、上腕三頭筋、三角筋、大腿二頭筋、大腿四頭筋、等）を伸長・収縮させることで、胴体に近い側の関節を中心に当該関節間を回動させたり、当該関節間における胴体に近い側の関節を含む胴体に近い側の複数の関節を夫々中心に適宜回動させたりすることで、当該関節間に加速度を作用させることができる。
　そして、当該関節間において、人体表面の形状を変化させた場合、表面の形状変化だけでは十分な加速度を当該関節間に作用させることは難しい。一方、当該関節間において加速度を作用させた場合、当該関節間における人体表面の形状を変化させることなく加速度を作用させることが可能である。
　本構成によれば、装着部材を装着している関節間の表面形状を変化させると、第一検知センサのみがその動きを検知し、当該関節間に加速度を作用させると、第二検知センサのみがその動きを検知することとなり、第一検知センサと第二検知センサとによって、当該関節間における互いに異なる動きを確実に検知することができる。従って、装着部材を装着している人体の関節間において、特定の動きに対応している第一検知センサ又は第二検知センサのみがその動き検知して制御信号を出力するため、残りの検知センサ（第二検知センサ又は第一検知センサ）が誤検知することはない。これにより、誤検知による制御対象の誤動作を低減させることができ、上述した作用効果を確実に奏することが可能な人体検知装置を具現化することができる。
　更に、本発明に係る人体検知装置は、上記の構成に加えて、「前記第一検知センサは、制御対象を動作させるための制御信号を前記出力部から出力させるためのものであり、且つ、前記第二検知センサは、前記第一検知センサからの制御信号により制御される制御対象の制御モードを変更するための制御信号を前記出力部から出力させるためのものである」ことを特徴としても良い。
　ここで、「制御モード」としては、「第一検知センサから検知信号により制御対象を動作させる動作モード」、「第一検知センサからの検知信号を受付けず、制御対象の動作を停止させるホールドモード」、「制御対象の動作に対して、第一検知センサからの検知信号に対して任意の値を原点とするように補正する補正モード」、「ホールドモードと補正モードとを合わせた補正・ホールドモード」、等を例示することができる。
　本構成によれば、制御対象を動作させるための制御信号の出力に用いられる第一検知センサは、人体表面の形状変化を検知していることから、値が急激に変化する乱れた部位の無い滑らかな線で表される検知信号を出力させることができるため、この検知信号を制御信号に用いることで制御対象を滑らかに動作させることができる。一方、制御対象の制御モードの変更に用いられる第二検知センサは、加速度又は角速度を検知していることから、値が急激に変化する部位を有する線で表される検知信号を出力させることができるため、急激に変化している部位を利用することで制御モードを変更するための制御信号（スイッチ信号）として好適に用いることができ、制御対象の制御モードを確実に変更させることができる。従って、上述した作用効果を確実に奏することが可能な人体検知装置を具現化することができる。
　このように、本発明によれば、制御対象の誤動作を低減させることができると共に使用者が簡単に入力操作できる人体検知装置を提供することができる。
本発明の一実施形態である人体検知装置を適用した電動義手の全体構成を概略で示す説明図である。 図１の人体検知装置の装着部材を分解した状態で検知センサの取付けを示す説明図である。 （ａ）は図１の人体検知装置による前腕部表面の形状変化の検知を断面で示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）に対して前腕部が回旋して表面の形状が変化した状態を断面で示す説明図である。 図１の電動義手の回路構成を概略で示す説明図である。 図１の人体検知装置の出力部における第一検知センサからの検知信号の処理を示す説明図である。 図１の人体検知装置の出力部における第二検知センサからの検知信号の処理を示す説明図である。 図１の電動義手の制御部における補正・ホールドモードの処理を示すフローチャートである。 図１の電動義手の制御部における第二検知センサに係る制御信号に対する処理を示すフローチャートである。
　本発明の一実施形態である人体検知装置１０について、図１乃至図８を参照して詳細に説明する。本実施形態では、人体検知装置１０を、制御対象としての電動義手２０に適用した例について説明する。本実施形態の人体検知装置１０は、人体１における関節間２に装着される装着部材１１と、装着部材１１に取付けられており、人体における装着部材１１が装着されている部位において互いに異なる動きを夫々検知する複数の検知センサ１２と、複数の検知センサ１２による検知信号を、電動義手２０を制御するための制御信号に変換して出力する出力部１３と、を備えている。
　装着部材１１は、図１に示すように、人体１の関節間２として、ひじ関節３と手関節の間（前腕部２ａ）に装着されるものである。装着部材１１は、長方形のシート状（パッド状）に形成されている。この装着部材１１は、図２及び図３に示すように、可撓性を有したシート状のベース部１１ａと、ベース部１１ａの一方の面に取付けられており人体表面に着脱可能に貼付けられるシート状の粘着部１１ｂと、を有している。ベース部１１ａと粘着部１１ｂは、同じ大きさに形成されており、粘着部１１ｂの粘着力によって互いに取付けられている。ベース部１１ａは、発泡樹脂シートによって形成されている。また、粘着部１１ｂは、親水性高分子からなる親水性ゲルシートによって形成されている。
　また、装着部材１１は、図２に示すように、ベース部１１ａと粘着部１１ｂとの間に取付けられ湾曲状に曲がる平板状のサポート部１１ｃと、サポート部１１ｃのベース部１１ａ側の面に取付けられる第一シート１１ｄと、第一シート１１ｄのベース部１１ａ側の面に取付けられる第二シート１１ｅと、第二シート１１ｅのベース部１１ａ側の面に取付けられる一対の第三シート１１ｆと、を有している。サポート部１１ｃは、ベース部１１ａ及び粘着部１１ｂよりも大きさが小さい。このサポート部１１ｃは、ステンレス合金やアルミ合金等の金属板、合成樹脂板、厚紙、等により、曲げた時に皺が生じない厚さに形成されている。
　第一シート１１ｄ、及び、第二シート１１ｅは、サポート部１１ｃと同じ大きさで、合成樹脂により形成されている。これら、サポート部１１ｃ、第一シート１１ｄ、及び、第二シート１１ｅは、両面のうちの少なくともベース部１１ａを向いた面に、粘着層を有している。また、一対の第三シート１１ｆは、サポート部１１ｃ等よりも大きさが小さい。これら第三シート１１ｆは、紙、又は、合成樹脂によって形成されており、互いに対向している面に粘着層を有していると共に、それとは反対の面に接着力を弱める離型層を有している。
　複数の検知センサ１２は、人体表面の形状変化を検知する第一検知センサ１２Ａと、人体における装着部材１１が装着されている部位に作用する加速度を検知する第二検知センサ１２Ｂと、で構成されている。
　第一検知センサ１２Ａは、撓み量によって電気抵抗値が変化する歪センサである。この第一検知センサ１２Ａは、図２に示すように、長方形で平板状のセンサ本体１２ａと、センサ本体１２ａから外部へ延び出しているリード線１２ｂと、リード線１２ｂを被覆している被覆管１２ｃと、センサ本体１２ａと被覆管１２ｃとの間で露出しているリード線１２ｂを覆う被覆部１２ｄと、を有している。被覆部１２ｄは、熱可塑性樹脂により構成されており、リード線１２ｂが断線しないように保護している。
　この第一検知センサ１２Ａは、図２に示すように、装着部材１１において、ベース部１１ａと粘着部１１ｂとの間に取付けられている。詳しくは、第一検知センサ１２Ａは、センサ本体１２ａの長手方向を、装着部材１１の長手方向と同じ方向へ向けて、センサ本体１２ａと被覆部１２ｄとが一対の第三シート１１ｆの間に取付けられている。また、第一検知センサ１２Ａは、被覆管１２ｃに被覆されたリード線１２ｂが、装着部材１１の長辺から外部に延び出すように取付けられている（図１を参照）。
　また、第二検知センサ１２Ｂは、互いに直交した三方向に作用する加速度を検知する。この第二検知センサ１２Ｂは、図１等に示すように、装着部材１１のベース部１１ａにおいて、粘着部１１ｂとは反対側の面に取付けられている。第二検知センサ１２Ｂは、被覆管に被覆されたリード線１２ｅを有しており、このリード線１２ｅが、第一検知センサ１２Ａの被覆管１２ｃと一緒に装着部材１１から外部の出力部１３まで延び出している。
　出力部１３は、図４に示すように、検知センサ１２を駆動させるための電力を供給するセンサ駆動回路１３ａと、検知センサ１２からの検知信号を制御信号に変換する変換回路１３ｂと、を備えている。変換回路１３ｂは、検知センサ１２からの検知信号を増幅する増幅回路１３ｃと、検知信号に含まれているノイズを除去したり特定の周波数のみを通したりするフィルタ回路１３ｄと、検知信号に対して演算処理を行う演算回路１３ｅと、を備えている。この出力部１３は、図示は省略するが、電動義手２０に取付けられている。
　出力部１３の変換回路１３ｂにおいて、第一検知センサ１２Ａからの検知信号に対しては、図５に示すように、増幅回路１３ｃにて増幅処理（ステップＳ１１）を行った後に、フィルタ回路１３ｄにてローパスフィルタ処理（ステップＳ１２）を行うことで、制御信号に変換し、演算回路１３ｅを通さずに出力する。
　一方、第二検知センサ１２Ｂからの検知信号に対しては、図６に示すように、まず、増幅回路１３ｃにて増幅処理（ステップＳ２１）を行った後に、フィルタ回路１３ｄにてバンドパスフィルタ処理（ステップＳ２２）を行う。続いて、演算回路１３ｅにおいて、三方向の各方向に対して夫々２乗平均処理（ステップＳ２３）を行い、それらの値に対して時間微分処理（ステップＳ２４）を行って躍度（加速度の時間微分）を求める。その後、各方向の躍度に対して絶対値処理（ステップＳ２５）を行った後に、それらを合算することで、制御信号に変換して出力する。このように、本実施形態の変換回路１３ｂは、第一検知センサ１２Ａと第二検知センサ１２Ｂとでは異なる回路を通って制御信号に変換する。
　次に、本実施形態の人体検知装置１０を適用した電動義手２０について説明する。電動義手２０は、図１に示すように、使用者の人体１の前腕部２ａを覆う義手取付部材２１と、義手取付部材２１の前端に取付けられている把持装置２５と、人体検知装置１０からの制御信号に基づいて把持装置２５を制御する制御装置３０（図４を参照）と、を備えている。
　義手取付部材２１は、前腕部２ａの外周の半分以上を覆うように筒状又は断面がＣ字状に形成されている。義手取付部材２１は、前腕部２ａに取付けた状態で、前腕部２ａよりも前端（失われた部位）側へ突出する長さに形成されている。
　この義手取付部材２１内に前腕部２ａを挿入することにより、前腕部２ａに義手取付部材２１を取付けることができる。また、義手取付部材２１を前腕部２ａに取付けた状態では、前腕部２ａの前端側を自由に回旋させることができる。
　把持装置２５は、義手取付部材２１の前端に取付けられる本体部２６と、本体部２６によって開閉可能に取付けられている一対の把持部２７と、一対の把持部２７を開閉駆動し本体部２６内に取付けられているモータ２８（図４を参照）と、を備えている。モータ２８は、回転位置を出力することができるサーボモータである。
　制御装置３０は、制御プログラムを実行させて演算を行うＣＰＵを備えている制御部３１と、制御部３１で実行される制御プログラムや設定値、演算の際の一時的な数値、等を記憶するための記憶部３２と、制御部３１からの駆動信号に基いてモータ２８を駆動させるモータ駆動部３３と、を備えている。また、図示は省略するが、制御装置３０は、制御部３１や、モータ駆動部３３等に電力を供給するための電源部を備えている。
　本実施形態の制御装置３０は、マイクロコンピュータ（マイコン）である。制御装置３０の制御部３１には、人体検知装置１０からの制御信号と、モータ２８からの回転位置信号が入力される。人体検知装置１０からの制御信号は、第一検知センサ１２Ａに係る制御信号と、第二検知センサ１２Ｂに係る制御信号とが、夫々別々に制御部３１に入力される。また、制御部３１からは、モータ駆動部３３へモータ２８の駆動信号が出力される。この制御装置３０は、本体部２６または、使用者の身体や着衣に取付けられる。
　続いて、本実施形態の人体検知装置１０の使用方法について説明する。人体１の関節間２としての前腕部２ａの前端付近に、人体検知装置１０の装着部材１１を装着する。具体的には、装着部材１１の粘着部１１ｂを、前腕部２ａに対向するように向けると共に、その長手方向を前腕部２ａの軸線周りの方向へ向ける。そして、装着部材１１を、前腕部２ａに巻き付けるように、前腕部２ａに粘着部１１ｂを接触させる。これにより、粘着部１１ｂの粘着力によって、検知センサ１２と一緒に装着部材１１が前腕部２ａに取付けられる。
　前腕部２ａに装着部材１１を取付けた状態では、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、橈骨２ｂと尺骨２ｃとが互いに捩れるように前腕部２ａを回旋させると、橈骨２ｂと尺骨２ｃが並んでいる向きに応じて、前腕部２ａの表面形状（曲率）が変化する。これにより、前腕部２ａの表面に貼付けられ（装着され）ている第一検知センサ１２Ａの曲率も変化するため、第一検知センサ１２Ａによって前腕部２ａの回旋角度（橈骨２ｂと尺骨２ｃとの捩れ角度）に応じた制御信号を出力することができる。なお、図３（ａ）、（ｂ）では、人体検知装置１０において、便宜上、ベース部１１ａ、粘着部１１ｂ、及び第一検知センサ１２Ａのみを記載している。また、図３（ａ）、（ｂ）は、前腕部２ａに対する装着部材１１の装着の一例であり、橈骨２ｂ及び尺骨２ｃと装着部材１１（第一検知センサ１２Ａ）との位置関係を限定するものではない。
　ところで、第一検知センサ１２Ａのセンサ本体１２ａの両面に取付けられている第三シート１１ｆにおいて、センサ本体１２ａとは反対側の面に離型層を有しているため、この離型層を境にして、センサ本体１２ａをベース部１１ａや粘着部１１ｂに対して滑らせることができる。従って、第一検知センサ１２Ａと一緒に装着部材１１を曲げた時に、第三シート１１ｆの離型層を境に滑ることで、ベース部１１ａや粘着部１１ｂ等との曲率の違いを吸収することができる。これにより、装着部材１１（第一検知センサ１２Ａ）をスムーズに曲げることができ、前腕部２ａの回旋を検知することができる。
　また、装着部材１１では、第一検知センサ１２Ａと粘着部１１ｂの間に、皺が生じないサポート部１１ｃを有しているため、サポート部１１ｃによって前腕部２ａの表面の部分的な凹凸を平滑化させることができ、第一検知センサ１２Ａにより前腕部２ａの表面形状の変化を安定して検知させることができる。詳述すると、センサ本体１２ａを粘着部１１ｂに直接取付けた場合、センサ本体１２ａが前腕部２ａの表面の部分的な凹凸に沿って変形してしまうため、その凹凸の部分が検知信号の全体に影響を与えてしまい、センサ本体１２ａの撓み量に対する本来の検知信号とは異なった検知信号を出力することがある。これに対して、センサ本体１２ａと粘着部１１ｂの間にサポート部１１ｃを取付けることで、サポート部１１ｃによって部分的な凹凸を生じさせることなくセンサ本体１２ａを撓ませることができ、撓み量に対する本来の検知信号を確実に出力させることができる。
　このように、前腕部２ａに装着部材１１を装着したら、続いて、前腕部２ａに電動義手２０の義手取付部材２１を取付ける。そして、人体検知装置１０の出力部１３と、電動義手２０の制御装置３０とを電気的に接続する。なお、出力部１３と制御部３１との接続は、人体検知装置１０や電動義手２０を前腕部２ａに装着する前に行っても良い。
　人体検知装置１０と電動義手２０の装着が完了したら、電動義手２０における図示しない電源スイッチをＯＮにする。この際に、前腕部２ａの回旋角度を、回旋範囲の中央の位置（図３の（ａ）と（ｂ）との間の位置）としておく。本実施形態では、電動義手２０の電源を入れると、人体検知装置１０にも電源が供給される。そして、電動義手２０の制御部３１では、記憶部３２から制御プログラムを読み出して実行する。この制御プログラムは、実行当初は制御モードとして「補正・ホールドモード」が実行される。
　「補正・ホールドモード」は、図７に示すように、まず初めに、モータ２８の駆動をホールド、つまり、動かないようにロックする（ステップＳ３１）。続いて、第一検知センサ１２Ａからの制御信号が適正範囲内か否かが判定される（ステップＳ３２）。そして、第一検知センサ１２Ａからの制御信号が適正範囲であれば（ステップＳ３２においてＹＥＳ）、現状のままの状態で終了する。一方、第一検知センサ１２Ａからの制御信号が適正範囲でなければ（ステップＳ３２においてＮＯ）、第一検知センサ１２Ａからの制御信号が適正範囲よりも低いか否かが判定される（ステップＳ３３）。
　そして、第一検知センサ１２Ａからの制御信号が適正範囲よりも低いと判定される（ステップＳ３３においてＹＥＳ）と、制御信号が適正範囲内となるように、制御信号に対して増加補正（ステップＳ３４）を行って終了する。一方、第一検知センサ１２Ａからの制御信号が適正範囲よりも低くないと判定された（ステップＳ３３においてＮＯ）場合、先のステップＳ３２において第一検知センサ１２Ａからの制御信号が適正範囲内ではない（ＮＯ）と判定されていることから、第一検知センサ１２Ａからの制御信号が適正範囲よりも高いと判断し、制御信号が適正範囲内となるように、制御信号に対して減少補正（ステップＳ３５）を行って終了する。
　このように、「補正・ホールドモード」では、開始（ステップＳ３１においてモータ２８の駆動をホールド）した時点での、第一検知センサ１２Ａからの制御信号（前腕部２ａの回旋角度）を、後述する「動作モード」における原点信号（前腕部２ａの回旋原点）として、自動的に補正することができる。また、「補正・ホールドモード」では、ステップＳ３１の処理によって、モータ２８の駆動をホールドすることができる。
　「補正・ホールドモード」によって、第一検知センサ１２Ａからの制御信号に対する補正が完了したら、制御モードを「動作モード」又は「補正・ホールドモード」の何れかに変更する「モード変更」を行う。「モード変更」は、装着部材１１が装着されている部位で後述する閾値以上の加速度が作用するように、前腕部２ａを回旋させずに、前腕部２ａを振ったり振動させたりするように動かすことにより行う。本実施形態の加速度を検知する第二検知センサ１２Ｂは、三方向の加速度を検知することができるため、前腕部２ａを何れの方向へ動かしても良い。また、「モード変更」は、割込みルーチンである。「モード変更」では、第二検知センサ１２Ｂから、値が急激に変化する部位を有する線で表される検知信号を出力することができるため、急激に変化している部位を、制御モードを変更するための制御信号（スイッチ信号）として用いている。この「モード変更」は、図８に示すように、第二検知センサ１２Ｂからの制御信号が、予め設定されている閾値を超えるまで待機している（ステップＳ４１においてＮＯ）。
　そして、第二検知センサ１２Ｂからの制御信号が閾値を超える（ステップＳ４１においてＹＥＳ）と、現在のモードが「動作モード」であるか否かが判定される（ステップＳ４２）。電動義手２０の電源スイッチをＯＮにした当初は、「補正・ホールドモード」となっているため、現在のモードが「動作モード」ではないと判定され（ステップＳ４２においてＮＯ）、「補正・ホールドモード」から「動作モード」に切替える（ステップＳ４３）。その後、モータ２８の駆動のホールドを解除して（ステップＳ４４）終了する。
　一方、現在のモードが「動作モード」であると判定された（ステップＳ４２においてＹＥＳ）場合は、「動作モード」から「補正・ホールドモード」に切替えて（ステップＳ４５）終了する。
　このように、「モード変更」では、前腕部２ａに装着されている装着部材１１の部位に閾値以上の加速度を作用させることにより、「補正・ホールドモード」から「動作モード」、或は、「動作モード」から「補正・ホールドモード」、に変更させることができる。
　「動作モード」では、前腕部２ａの表面形状（回旋角度）の変化を検知する第一検知センサ１２Ａからの制御信号に基づいて、把持装置２５のモータ２８を駆動させて一対の把持部２７を開閉動作させる。第一検知センサ１２Ａは、値が急激に変化する乱れた部位の無い滑らかな線で表される制御信号を出力させることができるため、モータ２８を介して一対の把持部２７を滑らかに開閉動作させることができる。この「動作モード」としては、例えば、前腕部２ａの回旋範囲内において、中央の位置から外回旋（手の甲が体の前方へ向かう回旋）させると一対の把持部２７が開く方向にモータ２８を回転させ、中央の位置から内回旋（手の甲が体の後方へ向かう回旋）させると一対の把持部２７が閉じる方向にモータ２８を回転させる。
　この「動作モード」において、前腕部２ａを内回旋させて、一対の把持部２７により「物」を把持させた状態で、前腕部２ａに閾値以上の加速度を作用させると、「モード変更」により「動作モード」から「補正・ホールドモード」に変更される。「補正・ホールドモード」に変更されると、モータ２８の駆動がホールドされ、前腕部２ａを回旋させても、一対の把持部２７は動くことはなく、「物」を把持した状態で維持される。これにより、前腕部２ａやその他の身体等を使って、一対の把持部２７に把持させた「物」を自由に移動させることができる。把持させた「物」を放す場合は、もう一度、前腕部２ａに閾値以上の加速度を作用させると、「補正・ホールドモード」から「動作モード」に変更されると共に、モータ２８の駆動のホールドが解除される。その後、前腕部２ａを外回旋させることにより、一対の把持部２７を開かせて「物」を放すことができる。
　このように、本実施形態の人体検知装置１０では、人体の関節間としてのひじ肘関節３と手関節の間（前腕部２ａ）に装着部材１１を装着することで、互いに異なる動きを検知する第一検知センサ１２Ａと第二検知センサ１２Ｂを、当該関節間に取付けている。そして、装着部材１１を装着している前腕部２ａの表面形状を変化させると、第一検知センサ１２Ａのみがその動きを検知し、前腕部２ａに加速度を作用させると、第二検知センサ１２Ｂのみがその動きを検知することとなり、第一検知センサ１２Ａと第二検知センサ１２Ｂとによって、前腕部２ａにおける互いに異なる動きを確実に検知することができる。従って、装着部材１１を装着している前腕部２ａにおいて、特定の動きに対応している検知センサ１２のみがその動きを検知して出力部１３から制御対象としての電動義手２０へ制御信号を出力するため、他の検知センサ１２が誤検知することはなく、誤検知による電動義手２０の誤動作を低減させることができる。
　また、前腕部２ａに、第一検知センサ１２Ａと第二検知センサ１２Ｂとが取付けられている装着部材１１を装着することで、異なる二つの制御信号を出力することができるため、従来の技術とは異なり、装着部材１１を装着していない反対側の腕等の部位を用いて別の制御信号を出力するスイッチを操作する必要がない。従って、装着部材１１を装着した前腕部２ａのみで電動義手２０に対して入力操作を行うことができるため、人体における他の部位を自由に使用することができる。
　また、第一検知センサ１２Ａ及び第二検知センサ１２Ｂによって、装着部材１１を装着している前腕部２ａにおける人体の動きを検知しているため、表面筋電位を検知する従来の技術とは異なり、筋肉があれば容易に動かすことができ、使用者の操作に対する意思（動き）を確実に検知することができる。従って、電動義手２０に対して簡単に入力操作を行うことができ、入力操作の習熟に必要な訓練期間を短縮することができる。
　更に、装着部材１１を、粘着部１１ｂによって前腕部２ａの表面に貼付けて装着しているため、例えば、帯状の装着部材を人体に巻き付けて装着する場合と比較して、前腕部２ａの表面に対して装着部材１１が移動することはない。従って、前腕部２ａの表面に対する検知センサ１２の位置ズレを防止することができ、人体の動きを確実に検知させることができる。また、検知センサ１２の位置ズレを防止することができるため、位置ズレによる誤検知を抑制することができ、電動義手２０の誤動作を低減させることができる。
　また、粘着部１１ｂを前腕部２ａの表面に貼付けることで装着部材１１を装着するようにしているため、例えば、装着部材を帯状の部材として、面ファスナーやバックルを用いて装着するようにした場合と比較して、片手でも装着部材１１を前腕部２ａの表面に貼付けることができる。
　更に、装着部材１１では、第一検知センサ１２Ａと粘着部１１ｂとの間に、第一シート１１ｄ、第二シート１１ｅ、及び第三シート１１ｆ等の複数のシートを有しているため、粘着部１１ｂに対して第一検知センサ１２Ａやベース部１１ａが強力に貼付くのを抑制することができる。従って、第一検知センサ１２Ａが故障した時や、装着部材１１を洗浄する時に、粘着部１１ｂを容易に剥がすことができる。なお、粘着部１１ｂは人体に貼付けられることから汚れ易いため、粘着部１１ｂを二層（二重）としても良い。
　以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
　例えば、上記の実施形態では、前腕部２ａの回旋による形状変化を第一検知センサ１２Ａにより検知させる例を示したが、これに限定するものではなく、装着部材１１が装着された部位の筋肉の伸長・収縮による形状変化を検知させるようにしても良い。
　また、上記の実施形態では、検知センサ１２からの検知信号を、出力部１３の変換回路１３ｂによって制御信号に変換して出力する例を示したが、これに限定するものではなく、検知センサ１２からの検知信号を変換せずにそのままの状態で制御信号として出力させる出力部としても良い。
　また、上記の実施形態では、複数の検知センサ１２として、歪センサからなる第一検知センサ１２Ａと、加速度センサからなる第二検知センサ１２Ｂとを示したが、これに限定するものではなく、検知センサ１２として、感圧センサ、ジャイロセンサ（ジャイロスコープ）、ポテンショメータ、光学センサ、振動センサ、等を用いても良い。
　更に、上記の実施形態では、補正・ホールドモードにおいて、第一検知センサ１２Ａからの制御信号を補正する例を示したが、これに限定するものではなく、モータ２８を駆動する電圧を判定して、その電圧を補正するようにしても良い。
　また、上記の実施形態では、人体検知装置１０を電動義手２０に適用した例を示したが、これに限定するものではなく、電動義足、パワーアシストスーツ、車椅子、工具、介護装置、パーソナルコンピュータ、等に適用しても良い。また、上記の実施形態では、人体検知装置１０の装着部材１１を、前腕部２ａに装着する例を示したが、これに限定するものではなく、人体の関節間として、肩関節とひじ関節の間、手関節よりも手先側、股関節とひざ関節との間、ひざ関節と足関節との間、足関節よりも足先側、肩関節と股関節の間、首（頸椎）よりも頭側、胴体、等に装着しても良い。
特開平１１－１１３８６６号公報 特開２０００－３２５３７５号公報

Claims (3)

  1. 　可撓性を有したシート状のベース部、該ベース部の一方の面に取付けられており人体表面に着脱可能に貼付けられるシート状の粘着部、及び該粘着部と前記ベース部との間に取付けられており人体表面に沿って曲がる平板状のサポート部を有しており、人体における関節間に装着される装着部材と、
    　該装着部材に取付けられており、人体における該装着部材が装着されている部位の動きを検知する検知センサと、
    　該検知センサによる検知信号を、制御対象を制御するための制御信号に変換して出力する出力部と
    を具備していることを特徴とする人体検知装置。
  2. 　前記検知センサは、
    　前記装着部材の前記ベース部と前記粘着部との間に取付けられており、前記装着部材が装着されている部位の人体表面の形状変化を検知する第一検知センサと、
    　前記装着部材の前記ベース部に取付けられており、人体における前記装着部材が装着されている部位に作用する加速度又は角速度を検知する第二検知センサと、
    で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の人体検知装置。
  3. 　前記第一検知センサは、制御対象を動作させるための制御信号を前記出力部から出力させるためのものであり、且つ、
    　前記第二検知センサは、前記第一検知センサからの制御信号により制御される制御対象の制御モードを変更するための制御信号を前記出力部から出力させるためのものであることを特徴とする請求項２に記載の人体検知装置。

     
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