WO2021033395A1 - 電気刺激装置及び電気刺激システム - Google Patents

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WO2021033395A1
WO2021033395A1 PCT/JP2020/022497 JP2020022497W WO2021033395A1 WO 2021033395 A1 WO2021033395 A1 WO 2021033395A1 JP 2020022497 W JP2020022497 W JP 2020022497W WO 2021033395 A1 WO2021033395 A1 WO 2021033395A1
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WO
WIPO (PCT)
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data
muscle displacement
muscle
electrical stimulation
electrode
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/022497
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
絵美 玉城
健一郎 岩▲崎▼
Original Assignee
H2L株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of WO2021033395A1 publication Critical patent/WO2021033395A1/ja

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation

Definitions

  • the present invention relates to an electrical stimulator and an electrical stimulator system.
  • the inventors have previously proposed an electrical stimulator as described in Patent Document 1.
  • the electrical stimulation device proposed in Patent Document 1 is a device in which a plurality of electrodes are attached to a band worn on a user's forearm to give electrical stimulation to the muscles of the forearm.
  • the inventors have developed a new electrical stimulator described in Non-Patent Document 1 equipped with a plurality of infrared sensors for detecting muscle ridges.
  • the inventors have clarified the correspondence between the movement of the fingers and the electrodes in a short time without being influenced by the state of being worn on the user's arm or individual differences, which is described in Patent Document 2, and there are very few malfunctions.
  • Patent Document 3 discloses an electrical stimulator that is compact and operates in accordance with human intentions by enabling electrode arrangement suitable for electrical stimulation.
  • the conventional electrical stimulator does not have a mechanism for giving an appropriate intensity of electrical stimulation to the user's muscle in consideration of the state of the user's muscle and the like.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an electric stimulator and an electric stimulation system capable of giving an electric stimulus of an appropriate strength to a user's muscle.
  • the electrical stimulator of the present invention includes a band that is in close contact with the surface of the user's body and a plurality of muscle displacement sensors that are arranged on one surface of the band and detect the displacement of the user's muscles.
  • a plurality of sensor multiplexers that select one muscle displacement sensor from a plurality of muscle displacement sensors and a plurality of bands adjacent to the plurality of muscle displacement sensors are arranged on the surface of the band on which the plurality of muscle displacement sensors are arranged. It includes an electrode that is provided and a multiplexer for an electrode that selects one electrode from a plurality of electrodes.
  • a target value generation unit that generates a muscle displacement data target value, muscle displacement data based on a signal related to the user's muscle displacement obtained from the muscle displacement sensor, and a desired muscle based on the muscle displacement data target value.
  • a finger electrode that controls an electrode multiplexer to select an electrode based on a function calculation processing unit that calculates electrical stimulation data for movement and an electrode multiplexer, and controls to give an electrical stimulation of a desired intensity to the electrode. It is equipped with a corresponding conversion unit.
  • an electric stimulator and an electric stimulation system capable of giving an electric stimulus of an appropriate intensity to a user's muscle. Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the description of the following embodiments.
  • FIG. 1 is an external perspective view of an electrical stimulator 100 which is an example of the first embodiment of the present invention.
  • the electrical stimulator 100 includes a V-shaped band 101.
  • the band 101 is made of a flexible resin sheet such as silicone rubber. Both wing portions of the band 101 have a shape inclined by the same inclination angles ⁇ 1 and ⁇ 2 from the horizon L105. The inclination angles ⁇ 1 and ⁇ 2 are, for example, 32 °.
  • a rectangular circuit storage box 103 is provided at the center of the band 101 on the front surface side.
  • the circuit storage box 103 contains a calculation processing unit 150 (see FIG. 4), a secondary battery, and the like, which will be described later.
  • the first serial interface terminal 104 is provided on the side surface of the circuit storage box 103 on one short side.
  • the first serial interface terminal 104 is, for example, a terminal for microUSB.
  • the electrical stimulator 100 charges a built-in secondary battery (not shown) through the first serial interface terminal 104. Further, it is possible to expand the function by connecting the first serial interface terminal 104 to a personal computer or the like and updating the firmware which is a component of the arithmetic processing unit.
  • the back surface (lower surface of FIG. 1) opposite to the surface on which the circuit storage box 103 of the band 101 is attached is the electrode arrangement surface 100a described later in FIG.
  • the electrical stimulator 100 is worn by the user by wrapping the electrode arrangement surface 100a, which is the back surface of the band 101, around the user's forearm, as described in the mounting examples of FIGS. 3A and 3B described later. That is, the band 101 is in close contact with the user's body surface.
  • FIG. 2 is a plan view of the electrode arrangement surface 100a.
  • electrodes 201 to 208 for giving an electrical stimulation signal to the muscles of the user's forearm and electrodes 211 to 213, 216, 217 which are ground electrodes used in pairs with the electrodes 201 to 208.
  • the electrode placement surface 100a includes muscle displacement sensors 221 to 228 that detect the movement of the muscles of the user's forearm.
  • a right electrode arrangement portion 231 is provided on the right side (left side in the drawing) of the electrode arrangement surface 100a, and four electrodes 201, 202, 211, and 12 are arranged on the right electrode arrangement portion 231.
  • the electrode 201 is the first electrode and the electrode 202 is the second electrode.
  • the electrode 211 is a ground electrode facing the electrode 201
  • the electrode 212 is a ground electrode facing the electrode 202.
  • the electrodes 201 and 211 are electrodes that stimulate the muscles of the forearm and are arranged adjacent to the longitudinal direction L of the arm when worn.
  • the electrodes 202 and 212 are also electrodes that stimulate the muscles of the forearm, and are substantially rectangular electrodes arranged in an inclined state at an inclination angle ⁇ 2 with respect to the circumferential direction H.
  • the electrode 202 and the electrode 212 are arranged adjacent to each other in the longitudinal direction L of the arm.
  • a central electrode arrangement portion 232 is provided in the center of the electrode arrangement surface 100a, and five electrodes 203, 204, 205, 208, 213 are arranged in the central electrode arrangement portion 232.
  • the electrode 203 is the third electrode
  • the electrode 204 is the fourth electrode
  • the electrode 205 is the fifth electrode.
  • These three electrodes 203, 204, and 205 extend in the longitudinal direction of the arm and are arranged side by side substantially parallel to the circumferential direction of the arm.
  • the electrode 208 is an eighth electrode.
  • the electrode 208 is an electrode that extends long in the circumferential direction of the arm.
  • the electrode 213 is a ground electrode commonly used facing the electrodes 203, 204, 205, 208.
  • the electrode 203, the electrode 204, and the electrode 205 are electrodes that stimulate different muscles of the forearm for each channel, and the electrode 213 is commonly used as a ground electrode.
  • the three electrodes 203, 204, 205 are arranged side by side in the circumferential direction H of the arm, and the three electrodes 203, 204, 205 and the electrode 213, which is a common ground electrode arranged adjacent to the longitudinal direction L, are ,
  • the electrode 208 is a rectangular electrode elongated in the circumferential direction H of the arm, and is arranged adjacent to the electrode 213.
  • the electrode 213 is also used as the ground potential of the electrode 208.
  • the electrode 208 is a spare electrode, and since the electrode 208 extends long in the circumferential direction H of the arm, it is possible to simultaneously stimulate a plurality of muscles of the arm.
  • a left electrode arrangement portion 233 is provided on the left side portion (right side in FIG. 2) of the electrode arrangement surface 100a, and four electrodes 206, 207, 216, and 217 are arranged on the left electrode arrangement portion 233. .. Of the four electrodes 206, 207, 216, 217, the electrode 206 is the sixth electrode and the electrode 207 is the seventh electrode. Further, the electrode 216 is a ground electrode facing the electrode 206, and the electrode 217 is a ground electrode facing the electrode 207.
  • the electrodes 206 and 216 are electrodes that stimulate the muscles of the forearm, and are substantially rectangular electrodes arranged in an inclined state at the same angle as the inclination angle ⁇ 1 of the left side portion 102 with respect to the circumferential direction H. Electrodes 207 and 217 are electrodes that stimulate the muscles of the forearm and are arranged adjacent to the longitudinal direction L of the arm when worn.
  • Muscle displacement sensors 221,222 are arranged at two locations in the vicinity of the right electrode arrangement location 231 of the electrode arrangement surface 100a.
  • Muscle displacement sensors 223, 224, 225, and 226 are arranged at four locations in the vicinity of the central electrode arrangement location 232 of the electrode arrangement surface 100a.
  • Muscle displacement sensors 227 and 228 are arranged at two locations in the vicinity of the left electrode arrangement location 233 on the electrode arrangement surface 100a.
  • the eight muscle displacement sensors 221 to 228 are well-known photoreflectors. Each of these muscle displacement sensors is composed of infrared light emitting elements 221a to 228a and infrared light receiving elements 221b to 228b (see FIG. 6), and detects a change in the distance from the muscle displacement sensor placement surface to the surface of the arm muscle. To do.
  • the infrared light emitting elements 221a to 228a are, for example, near infrared LEDs, and the infrared light receiving elements 221b to 228b are, for example, phototransistors.
  • the photoreflector detects the intensity of the near-infrared reflected light generated by this change in distance with a phototransistor. Since near-infrared rays have the property of penetrating the surface of the skin, they are suitable for detecting the raised state of muscles.
  • each electrode and muscle displacement sensor are arranged so as to act on the same muscle bundle.
  • Each electrode and muscle displacement sensor are arranged on the electrode arrangement surface 100a shown in FIG. 2 in consideration of the deviation that occurs when the electric stimulator 100 is attached to the user's arm.
  • a conductive resin material (not shown) having adhesiveness is arranged at the right electrode arrangement portion 231, the central electrode arrangement portion 232, and the left electrode arrangement portion 233 of the electrode arrangement surface 100a, and the adhesiveness of the resin material is provided.
  • the electrode arrangement surface 100a is configured so that it can be mounted in a state of being wrapped around the forearm.
  • FIG. 3A is a diagram showing a state immediately before the electrical stimulator 100 is attached to the forearm.
  • FIG. 3B is a diagram showing a state immediately after the electrical stimulator 100 is attached to the forearm.
  • FIG. 3A it is assumed that the central portion of the electrode arrangement surface 100a (FIG. 2) of the band 101 touches a portion of the user's right arm near the wrist of the forearm RA.
  • the position is such that the palm is on the upper side.
  • the circuit storage box 103 in the center of the band 101 having a substantially V shape faces the palm side.
  • the user wraps both wings of the band 101 around the wrist as indicated by arrows F1 and F2.
  • the electrical stimulator 100 is attached in a state of being wrapped around the forearm RA.
  • the adhesiveness of the adhesive resin material arranged on the electrode arrangement surface 100a maintains the state of being wrapped around the forearm RA.
  • the resin material is wrapped around the forearm RA only by the adhesiveness.
  • some clip mechanism may be provided at both ends of the band 101 so that the two can be mounted in an overlapping state. ..
  • the electrical stimulator 100 is easily attached because the band 101 is wound around the forearm RA and fixed. Since the band 101 has a substantially V shape, the user can easily understand the mounting direction and can reliably mount the band 101 in a predetermined direction as shown in FIG. 3B.
  • FIG. 3 shows an example in which the electric stimulator 100 is attached to the user's right arm, the electric stimulator 100 may be attached to the left arm.
  • the electrical stimulator 100 is wrapped around the wrist of the user's forearm RA.
  • the forearm RA is not provided with an index such that the electrical stimulator 100 determines the position of the user's forearm RA. That is, every time the user attaches the electrical stimulator 100 to the forearm RA, the attachment position is often slightly deviated. Then, every time the user attaches the electrical stimulator 100 to the forearm, the relative positional relationship between the electrodes and muscle displacement sensors provided on the electrode arrangement surface 100a of the electrical stimulator 100 and the muscles of the user's arm is changed. It will shift.
  • the inventors created an electrode stochastic matrix 705 (see FIG. 7) described in Patent Document 2, and updated the electrode stochastic matrix 705 to update the electrodes in the electrical stimulator 100. Invented a technique for calibrating the correspondence between the movement of the fingers and the movement of the fingers.
  • FIG. 4 is a schematic view showing the electrical stimulation system 400 according to the first embodiment of the present invention.
  • the electrical stimulator 100 has a short-range wireless communication function such as Bluetooth (registered trademark) described later.
  • the electrical stimulator 100 can be connected to a personal computer having a short-range wireless communication function equivalent to that of the electrical stimulator 100 to establish a connection with the personal computer. Even if the personal computer does not have a built-in short-range wireless communication function, a peripheral device that provides the wireless communication function may be connected to the personal computer.
  • a personal computer that establishes two-way communication with the electrical stimulator 100 by short-range wireless communication will be referred to as a host 401.
  • a short-range wireless communication unit 402 is connected to the host 401, and bidirectional communication is established with the electrical stimulator 100.
  • the host 401 is running an application program such as muscle training or rehabilitation. Then, the host 401 transmits a command for giving an electrical stimulus to the user's predetermined muscle to the electrical stimulator 100 by short-range wireless communication in response to the user's operation on this application program.
  • the electrical stimulator 100 applies electrical stimulation to the user's desired muscles based on the electrical stimulation command received from the host 401. Further, the electrical stimulator 100 transmits the displacement information of the user's arm muscles as digital data to the host 401 by the muscle displacement sensor described above.
  • driving the muscle displacement sensor in the electrical stimulator 100 involves relatively large power consumption, including driving the light emission of the infrared LED.
  • the infrared LED can be driven to emit light at all times, but when the electric stimulator 100 is used for a long time, it is necessary to save power to the infrared LED. Therefore, the application program of the host 401 issues a command to drive and stop the muscle displacement sensor according to the state of the application program in order to acquire the displacement information of the arm muscles from the electrical stimulator 100 with the minimum necessary power consumption. It is transmitted to the electric stimulator 100.
  • the host 401 does not drive the muscle displacement sensor in the electrical stimulator 100 during execution of the application program until the application program requires displacement information of the user's arm muscles.
  • the host 401 sends a command to drive the muscle displacement sensor to the electrical stimulator 100 at that time.
  • the electrical stimulator 100 drives the muscle displacement sensor to acquire the displacement information of the arm muscles.
  • the host 401 sends a command to the electrical stimulator 100 to stop driving the muscle displacement sensor when the application program finishes acquiring the necessary arm muscle displacement information.
  • the electrical stimulator 100 receives a command from the host 401 and stops driving the muscle displacement sensor. That is, the electrical stimulator 100 functions as an input device for collecting displacement information of the user's arm muscles to the host 401, and further as an output device for giving displacement to the arm muscles. In this sense, the electrical stimulator 100 can be interpreted as a terminal for the host 401 and / or the application program.
  • the electric stimulator 100 As described with reference to FIG. 2, eight electrodes other than the ground electrode are present on the electrode arrangement surface 100a of the electrical stimulator 100. On the other hand, there are five fingers in the human hand. The reason why the electric stimulator 100 is equipped with eight electrodes is that the individual difference in the thickness of the human arm is absorbed by only one electric stimulator 100. That is, depending on individual differences, the eight electrodes include electrodes that do not correspond to the movement of the finger. Further, depending on the state in which the electrical stimulator 100 is attached to the user's arm, the position of the muscle relative to the electrode may often shift due to the deviation of the attachment position.
  • the electrical stimulator 100 has two types of operation modes, that is, a normal mode that operates as a terminal of an application program, and a calibration mode that performs calibration work for creating and updating the electrode stochastic matrix 705. ..
  • a normal mode that operates as a terminal of an application program
  • a calibration mode that performs calibration work for creating and updating the electrode stochastic matrix 705. .
  • this calibration mode it is necessary to clarify the correspondence between the muscles that actually move the fingers and the electrodes and muscle displacement sensors.
  • the technique described in Patent Document 3 details this calibration mode.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a hardware configuration of the host 401.
  • the host 401 made of a general personal computer includes a CPU 501, a ROM 502, a RAM 503, a non-volatile storage 504, a display unit 505, an operation unit 506, and a short-range wireless communication unit 402 connected to the bus 507.
  • the short-range wireless communication unit 402 is hardware for performing short-range wireless communication with the electrical stimulator 100.
  • the non-volatile storage 504 stores an OS and an application program for operating a personal computer as a host 401 of the electrical stimulator 100.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a hardware configuration of the electrical stimulator 100.
  • the CPU 602, ROM 603, RAM 604, A / D converter 605, and second serial interface 606 (abbreviated as "second serial I / F" in FIG. 6) connected to the bus 601 refer to a well-known one-chip microcomputer 607.
  • the anodes of the infrared light emitting elements 221a, 222a ... 228a which are infrared LEDs constituting the muscle displacement sensors 221, 222 ... 228, are connected to the power supply voltage node + Vcc.
  • the cathodes of the infrared light emitting elements 221a, 222a ... 228a are connected to one end of the current limiting resistor R609 through the first multiplexer 608. The other end of the current limiting resistor R609 is grounded.
  • the collectors of the infrared light receiving elements 221b, 222b ... 228b which are the phototransistors constituting the muscle displacement sensors 221, 222 ... 228, are connected to the power supply voltage node + Vcc.
  • the emitters of the infrared light receiving elements 221b, 222b ... 228b are connected to the A / D converter 605 through the second multiplexer 610 and are grounded through the resistors R611a, R611b, ... R611h.
  • the first multiplexer 608 and the second multiplexer 610 receive a control signal from the second serial interface 606 and are periodically switched and controlled. As a result, the voltage signals of the eight muscle displacement sensors 221, 222 ... 228 are input to the A / D converter 605 in a time-division manner.
  • the first multiplexer 608 and the second multiplexer 610 can be collectively referred to as a sensor multiplexer that selects one of a plurality of muscle displacement sensors 221, 222 ... 228.
  • a well-known 6-axis sensor 612 and a short-range wireless communication unit 613 are also connected to the bus 601 of the one-chip microcomputer 607, and the attitude data and acceleration data output by the 6-axis sensor 612 are obtained through the A / D converter 605.
  • the information of the eight muscle displacement sensors 221, 222 ... 228 is transmitted to the host 401 through the short-range wireless communication unit 613.
  • a first serial interface 614 (abbreviated as "first serial I / F" in FIG. 6) is further connected to the bus 601 of the one-chip microcomputer 607.
  • the first serial interface 614 is used not only for supplying electric power to a storage battery (not shown), but also for updating the firmware stored in the ROM 603.
  • a booster circuit 615 including a well-known choke coil, a capacitor, and a transistor switch is further connected to the second serial interface 606. Then, a rectangular wave pulse signal having a voltage substantially equal to the power supply voltage + Vcc is supplied from the second serial interface 606 to the booster circuit 615 at, for example, 100 kHz. This rectangular wave pulse signal controls on / off of a transistor switch (not shown) in the booster circuit 615. Then, the voltage of the rectangular wave pulse signal is doubled by the booster circuit 615.
  • the electrical stimulation voltage output by the booster circuit 615 is supplied to the electrodes 201, 202 ... 208 through the PWM switch 616 and the third multiplexer 617.
  • the PWM switch 616 is controlled by the second serial interface 606, and PWM-modulates the electrical stimulation voltage boosted by the booster circuit 615. Since the duty ratio of the electrical stimulation voltage is changed by PWM modulation, the electrical stimulation voltage applied to the muscle is changed to a desired voltage.
  • the third multiplexer 617 is also controlled through the second serial interface 606, selects an electrode specified in the command received from the host 401 through the short-range wireless communication unit 613, and a PWM-modulated electrical stimulation voltage is applied to the electrode. To.
  • the third multiplexer 617 can also be said to be an electrode multiplexer that selects one of a plurality of electrodes 201, 202 ... 208.
  • FIG. 7 is a block diagram showing software functions of the electrical stimulator 100 and the host 401 constituting the electrical stimulation system 400 according to the first embodiment of the present invention.
  • the electrical stimulator 100 has a function of transmitting the fluctuation of the user's arm muscle and the posture and acceleration of the electrical stimulator 100 itself to the host 401 to the host 401, and the user's arm muscle according to a command received from the host 401. It is an input / output terminal device having a function of giving electrical stimulation to the arm.
  • the analog signals output by the eight muscle displacement sensors 221 to 228 are converted into muscle displacement data by the A / D converter 605, and together with the attitude data and acceleration data output by the 6-axis sensor 612, the input / output control unit 701 And is transmitted to the host 401 through the short-range radio transmission unit 702.
  • the host 401 When the host 401 receives the muscle displacement data, the posture data, and the acceleration data from the electrical stimulator 100 through the short-range wireless reception unit 711, the host 401 supplies them to the input / output control unit 712.
  • the input / output control unit 712 supplies the muscle displacement data received from the electrical stimulator 100 to the function calculation processing unit 715, which is a part of a function of a predetermined application program such as muscle training or rehabilitation. Further, the input / output control unit 712 adjusts the target value generation unit 716, which is a part of the function of the application program, based on the operation information input from the operation unit 506. Further, the input / output control unit 712 outputs the predetermined screen drawing information to the display unit 505 based on the predetermined drawing information.
  • the input / output control unit 712 transmits the electrical stimulation data output by the function calculation processing unit 715 to the electrical stimulation device 100 through the short-range wireless transmission unit 714.
  • the electrical stimulation data includes data indicating the electrical stimulation voltage applied to the desired electrodes 201 to 208, that is, the intensity of the electrical stimulation to the user's muscles. That is, the host 401 executes arithmetic processing for comparing the muscle displacement data with the target value, and executes feedback control for generating electrical stimulation data.
  • the finger electrode compatible conversion unit 703 of the electrical stimulator 100 receives the electrical stimulation data output from the host 401 through the short-range wireless reception unit 704, it refers to the electrode probability matrix 705 held in the RAM 604. Then, the finger number described in the electrical stimulation data is converted into an electrode number, the switch pulse generation unit 713 and the third multiplexer 617 are controlled, and the electrical stimulation voltage is applied to the desired electrodes 201 to 208.
  • the switch pulse generation unit 713 receives data indicating the intensity of electrical stimulation from the finger electrode compatible conversion unit 703 and generates a PWM signal.
  • the PWM signal is supplied to the PWM switch 616. Therefore, the PWM signal controls the on-time duty ratio of the PWM switch 616.
  • the electrical stimulation voltage from the booster circuit 615 to the electrodes 201 to 208 through the PWM switch 616, the electrical stimulation voltage corresponding to the data indicating the intensity of the electrical stimulation to the user's muscle included in the electrical stimulation data is generated. , Applied to the user's muscles.
  • the input / output control unit 712 of the host 401 controls the operation timings of the first multiplexer 608 and the second multiplexer 610 that switch the muscle displacement sensors 221 to 228 of the electrode stimulator 100.
  • the muscle displacement sensor 221 The control of the switching operation of to 228 is completely asynchronous with the control of the operation timing of the third multiplexer 617 that performs the electrode switching operation by the finger electrode corresponding conversion unit 703 of the electric stimulator 100. Therefore, in FIG. 7, they are shown as separate functional blocks.
  • the muscle tension state is acquired by using the muscle displacement sensors 221 to 228, and the muscle displacement data is output.
  • the muscle displacement sensors 221 to 228 are optical means using near infrared rays to constantly acquire the muscle tension state. That is, it does not use electrical means such as passing an electric current through the muscles as seen in the prior art.
  • the time point at which the electrical stimulation voltage is applied to the electrodes 201 to 208 and the time point at which the muscle tension state is detected must be divided into time divisions. Therefore, muscle information can only be obtained intermittently.
  • electrical signal detection such as detecting the impedance of the skin surface is easily affected by external noise in the process of amplifying the signal, so that the difficulty of electronic circuit design tends to be high.
  • the muscle displacement sensors 221-228 by optical means can execute precise feedback control based on the muscle displacement data that can be continuously acquired, and can easily design circuits, programs, and the like.
  • the electrical stimulation system 400 according to the above, both extremely advantageous and useful.
  • the electrical stimulation system 400 uses feedback control to adjust the intensity of the electrical stimulation, unlike the prior art.
  • the target value generation unit 716 calculates the target value of the muscle displacement data based on the value specified in advance from the operation unit 506 or the like, and outputs the target value to the function calculation processing unit 715.
  • Muscle displacement data is supplied to the function calculation processing unit 715 from the short-range wireless reception unit 711, and muscle displacement data target value is supplied from the target value generation unit 716.
  • the function calculation processing unit 715 subtracts the muscle displacement data target value from the muscle displacement data, and calculates the muscle displacement error data from the target value.
  • arithmetic processing is performed to correct the electrical stimulation data output to the short-range wireless transmission unit 714. Details of this arithmetic processing will be described with reference to FIG.
  • the function calculation processing unit 715 repeats this calculation process to adjust the electrical stimulation data so that the muscle displacement error data becomes zero.
  • FIG. 8A is a functional block diagram showing an example of the function calculation processing unit 715 using proportional control.
  • the error calculation unit 801 is an entity of the function calculation processing unit 715, and the muscle displacement data target value received from the target value generation unit 716 is subtracted from the muscle displacement data received from the short-range radio reception unit 711 to obtain the muscle displacement error. Calculate the data. Then, the electrical stimulation data is calculated by multiplying the muscle displacement error data by a predetermined coefficient and adding a predetermined offset value. Then, the calculated electrical stimulation data is output to the short-range wireless transmission unit 714. The error calculation unit 801 repeats this calculation process to adjust the electrical stimulation data so that the muscle displacement error data becomes zero.
  • FIG. 8B is a functional block diagram showing an example of the function calculation processing unit 715 using PID control.
  • the error calculation unit 802 calculates the muscle displacement error data by subtracting the muscle displacement data target value received from the target value generation unit 716 from the muscle displacement data received from the short-range radio reception unit 711.
  • the muscle displacement error data is input to the proportional calculation unit 803, the integral calculation unit 804, and the differential calculation unit 805, respectively.
  • the proportional calculation unit 803 outputs a value obtained by multiplying the muscle displacement error data by a predetermined proportional element.
  • the integration calculation unit 804 outputs a value obtained by performing an integration calculation on the muscle displacement error data with a predetermined integration element.
  • the differential calculation unit 805 outputs a value obtained by performing a differential calculation on the muscle displacement error data with a predetermined differential element.
  • the output data of the proportional calculation unit 803, the output data of the integration calculation unit 804, and the output data of the differential calculation unit 805 are input to the addition calculation unit 806, respectively.
  • the addition calculation unit 806 calculates the electrical stimulation data by adding the input data. Then, the electrical stimulation data calculated by the addition calculation unit 806 is output to the short-range wireless transmission unit 714.
  • FIG. 8C is a functional block diagram showing an example of the function calculation processing unit 715 using the estimation control using the learning algorithm.
  • the muscle displacement data is input to the estimation calculation unit 807 and the moving average calculation unit 808.
  • the moving average calculation unit 808 calculates the moving average value of the latest 10 samples and the moving average value of the latest 50 samples of the muscle displacement data, and outputs the data to the estimation calculation unit 807.
  • the estimation calculation unit 807 receives input of the current muscle displacement data, the moving average value of the latest 10 samples of the muscle displacement data, and the moving average value of the latest 50 samples of the muscle displacement data, and estimates and calculates the muscle stress value. ..
  • the number of samples in the moving average calculation unit 808 is not limited to the above. The number of samples can be changed as appropriate according to the design and the like.
  • the muscle stress value output by the estimation calculation unit 807 is input to the error calculation unit 809.
  • the error calculation unit 809 subtracts the muscle displacement data target value received from the target value generation unit 716 from the muscle stress value to calculate the muscle displacement error data.
  • the electrical stimulation data is calculated by multiplying the muscle displacement error data by a predetermined coefficient and adding a predetermined offset value.
  • the calculated electrical stimulation data is output to the short-range wireless transmission unit 714.
  • the error calculation unit 809 repeats this calculation process to adjust the electrical stimulation data so that the muscle displacement error data becomes zero.
  • the muscle displacement data When the relationship between electrical stimulation and muscle displacement data is plotted on a graph, the muscle displacement data may be non-linear with some extrema rather than linear. Therefore, if the dynamic range of the muscle displacement data is to be widened, the simple proportional control shown in FIG. 8A may not be successful. In such a case, correct control may be performed in consideration of the relationship with the past muscle displacement data.
  • giving the moving average value of the muscle displacement data to the estimation calculation unit 807 is based on the non-linearity of the muscle displacement data. If the estimation accuracy of the estimation calculation unit 807 is sufficiently high, it is not necessary to calculate the moving average value of the muscle displacement data.
  • the electric stimulator 100 worn on the user's arm has been disclosed, but the location of the human body on which the electric stimulator is worn is not limited to the arm. Since the band 101 is in close contact with the body surface of the user, it is conceivable to configure an electrical stimulator that is attached to an arbitrary muscle. For example, if the purpose is slimming or dieting, the electrodes that stimulate the gluteus maximus are around the thighs, the electrodes that stimulate the quadriceps are around the thighs, and the electrodes that stimulate the gastrocnemius and soleus muscles are around the knees. By arranging each of them, it is possible to configure an electrical stimulator corresponding to the stimulation site. These lower body muscles have the largest amount of muscle in the human body.
  • the amount of calories burned that can be expected when the same intensity of electrical stimulation is applied is larger than that of other parts such as the arm.
  • the blood flow of the foot is promoted in a state where fatigue is accumulated in the foot of the human body, it can be introduced into sleep earlier.
  • the electric stimulation system 400 including the electric stimulator 100 and the host 401 has been described.
  • the host 401 calculates an appropriate electrical stimulation voltage for the electrical stimulation device 100, and executes feedback control for adjusting the intensity of the electrical stimulation as a whole of the electrical stimulation system 400.
  • the mechanism for applying an appropriate electrical stimulation voltage to the user's muscle does not necessarily have to be divided between the electrical stimulation device 100 and the host 401.
  • the arithmetic processing function of the host 401 can be incorporated in the electrical stimulator 100 by applying some ingenuity. (1) The arithmetic processing capacity of the one-chip microcomputer 607 built in the electrical stimulator 100 is improved.
  • the one-chip microcomputer 607 it is not impossible for the one-chip microcomputer 607 to realize the arithmetic processing executed by the host 401 as it is.
  • the arithmetic result obtained by performing the arithmetic processing in advance is stored in the table.
  • the table using the muscle displacement data group it is possible to obtain a calculation result that approximates the calculation result of the host 401 with a small amount of calculation processing.
  • FIG. 9 is a schematic view of the electrical stimulator 901 according to the second embodiment of the present invention.
  • the electrical stimulator 901 has almost the same configuration in terms of hardware as the electrical stimulator 100 according to the first embodiment.
  • the function of the built-in software includes the functional block of the host 401 according to the first embodiment.
  • the smartphone 902 transmits a command instructing the electric stimulator 901 to adjust the target value by performing short-range wireless communication with the electric stimulator 901, and the user's muscle state obtained from muscle displacement data or the like.
  • the information is received and displayed on the display unit 902a, which is a touch panel display.
  • the smartphone 902 provides the same functions as the display unit 505 and the operation unit 506 of the host 401 according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a software function of the electrical stimulator 901 according to the second embodiment of the present invention.
  • the block diagram of the electrical stimulator 901 shown in FIG. 10 shows the software functions of the electrical stimulator 100 and the host 401 and a part thereof, which constitute the electrical stimulation system 400 according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. It is the same except. Therefore, the same functional block is given the same reference numeral.
  • the differences between the electrical stimulation system 400 according to the first embodiment and the electrical stimulation device 901 according to the second embodiment are as follows. (A) The point where the muscle displacement data output from the input / output control unit 701 is directly input to the input / output control unit 712.
  • the electrical stimulation system 400 and the electrical stimulation device 901 are disclosed.
  • the host 401 of the electrical stimulation system 400 receives muscle displacement data from the electrical stimulation device 100 through the short-range wireless reception unit 711, it supplies the muscle displacement data to the function calculation processing unit 715.
  • the target value generation unit 716 calculates the target value of the muscle displacement data and outputs it to the function calculation processing unit 715.
  • the function calculation processing unit 715 subtracts the muscle displacement data target value from the muscle displacement data to calculate the muscle displacement error data. Then, the electrical stimulation data corrected by using the muscle displacement error data is transmitted to the electrical stimulation device 100 through the short-range wireless transmission unit 714.
  • the electrical stimulation data includes data indicating the electrical stimulation voltage applied to the desired electrodes 201 to 208, that is, the intensity of the electrical stimulation to the user's muscles. That is, the host 401 applies the optimum intensity of electrical stimulation to the user's muscle by executing arithmetic processing to compare the muscle displacement data with the target value and executing feedback control to generate electrical stimulation data. be able to.
  • the electrical stimulator 901 When the electrical stimulator 901 according to the second embodiment of the present invention detects the muscle displacement data, it supplies the muscle displacement data to the function calculation processing unit 715.
  • the target value generation unit 716 calculates the target value of the muscle displacement data and outputs it to the function calculation processing unit 715.
  • the function calculation processing unit 715 subtracts the muscle displacement data target value from the muscle displacement data to calculate the muscle displacement error data. Then, the electrical stimulation data is corrected using this muscle displacement error data.
  • the electrical stimulation data includes data indicating the electrical stimulation voltage applied to the desired electrodes 201 to 208, that is, the intensity of the electrical stimulation to the user's muscles. That is, the electrical stimulator 901 executes arithmetic processing for comparing the muscle displacement data with the target value, and executes feedback control to generate the electrical stimulus data, thereby applying the optimum intensity of electrical stimulation to the user's muscle. Can be applied.
  • Non-volatile storage 505 ... Display unit, 506 ... Operation unit, 507 ... Bus, 601 ... Bus, 602 ... CPU, 603 ... ROM, 604 ... RAM, 605 ... A / D converter, 606 ... second serial interface, 607 ... one-chip microcomputer, 608 ... first multiplexer, 610 ... second multiplexer, 612 ... 6-axis sensor, 613 ... Short-range wireless communication unit, 614 ... First serial interface, 615 ... Boost circuit, 616 ... PWM switch, 617 ... Third multiplexer, 701 ... Input / output control unit, 702 ... Short-range wireless transmitter, 703 ... Finger electrode compatible Conversion unit, 704 ...
  • short-range radio receiver 705 ... electrode probability matrix, 711 ... short-range radio receiver, 712 ... input / output control unit, 713 ... switch pulse generator, 714 ... short-range radio transmitter, 715 ... function Arithmetic processing unit, 716 ... Target value generation unit, 801, 802, 809 ... Error calculation unit, 803 ... Proportional calculation unit, 804 ... Integration calculation unit, 805 ... Differential calculation unit, 806 ... Addition calculation unit, 807 ... Estimation calculation unit , 808 ... mobile average calculation unit, 901 ... electrical stimulator, 902 ... smartphone, 1001 ... short-range wireless receiver, 1002 ... short-range wireless transmitter

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Abstract

ユーザの筋肉に適切な強さの電気刺激を与えることができる、電気刺激装置及び電気刺激システムを提供する。ホストは、筋変位データに対し、目標値と比較する演算処理を実行して、電気刺激データを生成するフィードバック制御を実行することで、最適な強度の電気刺激をユーザの筋肉に印加することができる。

Description

電気刺激装置及び電気刺激システム
　本発明は、電気刺激装置及び電気刺激システムに関する。
　従来、人（ユーザ）の前腕に複数の電極を装着し、その電極から前腕の筋肉に電気刺激信号を与えることで、外部からの指令で、ユーザの指又は手を動かそうとする試みが行われている。たとえば、手指のリハビリテーション、トレーニング、動きの補助などを、外部からの指令で行うことが考えられている。また、ヘッドマウントディスプレイなどを使用して、ユーザに仮想空間の映像を提示する仮想現実処理（Virtual Reality）や、現実の空間映像に仮想的なオブジェクト画像を重畳する拡張現実処理（Augmented Reality）を実行する際に、外部からの指令で、仮想空間等の映像に合わせて手指を動かすことで、リアリティ性を高めることなども提案されている。
　発明者らは、先に特許文献１に記載されるような電気刺激装置を提案した。この特許文献１で提案した電気刺激装置は、ユーザの前腕に装着されるバンドに複数の電極を取り付けて、前腕の筋肉に電気刺激を与える装置である。
　更に発明者らは、非特許文献１に記載される、筋肉の隆起を検出する赤外線センサを複数個装備した新たな電気刺激装置を開発した。
　更に発明者らは、特許文献２に記載される、ユーザの腕に装着した状態や個人差に左右されず、短時間で手指の動きと電極との対応関係を明確にし、誤動作が極めて少なく、高い精度で目的の手指を駆動できる、電気刺激装置と、これを用いる電気刺激システムを開発した。
　なお、本発明の先行技術として、特許文献３を挙げる。特許文献３には、電気刺激に適する電極配置を可能にして、小型で、人の意思に忠実に従って作動する電気刺激装置が開示されている。
特開２０１４－１０４２４１号公報 特許第６３３４５８８号公報 特許第３４４３７７７号公報
「銃を撃った衝撃、指先に「じわっ」筋電刺激コントローラーUnlimited Hand」ASCII.JP×デジタル、２０１６年５月１２日、２０１７年６月２７日閲覧＜http://ascii.jp/elem/000/001/161/1161772/＞
　特に、トレーニングやリハビリテーションにおいては、ユーザの体表面部分の筋肉に対して、適切な強さの電気刺激を与える必要がある。弱過ぎる電気刺激はユーザの筋肉を適切に刺激できないので、筋肉を十分に動かすことができない。一方、強過ぎる電気刺激はユーザの筋肉を刺激する以前に、ユーザに痛みを与えてしまう。しかしながら、従来の電気刺激装置は、ユーザの筋肉の状態等を考慮した、適切な強さの電気刺激をユーザの筋肉に与える仕組みが存在しなかった。
　本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、ユーザの筋肉に適切な強さの電気刺激を与えることができる、電気刺激装置及び電気刺激システムを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の電気刺激装置は、ユーザの体表面に密着されるバンドと、バンドの一方の面に配置されてユーザの筋肉の変位を検出する複数の筋変位センサと、複数の筋変位センサから一の筋変位センサを選択するセンサ用マルチプレクサと、バンドの、複数の筋変位センサが配置されている面に、複数の筋変位センサに隣接して複数個配置されている電極と、複数の電極から一の電極を選択する電極用マルチプレクサとを具備する。
　更に、筋変位データ目標値を生成する目標値生成部と、筋変位センサから得られる、ユーザの筋肉の変位に係る信号に基づく筋変位データと、筋変位データ目標値に基づき、所望の筋肉を動かすための電気刺激データを演算する関数演算処理部と、電気刺激データに基づき、電極用マルチプレクサを制御して電極を選択すると共に、所望の強度の電気刺激を電極に与える制御を行う、指電極対応変換部とを具備する。
　本発明によれば、ユーザの筋肉に適切な強さの電気刺激を与えることができる、電気刺激装置及び電気刺激システムを提供することができる。
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の第一の実施形態の例である電気刺激装置の外観斜視図である。 電極配置面の平面図である。 電気刺激装置を前腕に装着する直前の状態と、直後の状態を示す図である。 電気刺激装置の使用形態の一例である、電気刺激装置を有する電気刺激システムを示す模式図である。 ホストのハードウェア構成を示すブロック図である。 電気刺激装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 電気刺激装置とホストのソフトウェア機能を示すブロック図である。 比例制御、ＰＩＤ制御、学習アルゴリズムを利用した推定制御を用いた関数演算処理部の一例を示す機能ブロック図である。 本発明の第二の実施形態に係る電気刺激装置の概略図である。 本発明の第二の実施形態に係る電気刺激装置のソフトウェア機能を示すブロック図である。
［第一の実施形態：電気刺激装置１００の外観］
　図１は、本発明の第一の実施形態の例である電気刺激装置１００の外観斜視図である。
　電気刺激装置１００はＶ字形状のバンド１０１を備える。このバンド１０１はシリコーンゴム等の柔軟性を有する樹脂シートで構成されている。バンド１０１の両翼部分は、水平線Ｌ１０５から等しい傾斜角度θ１及びθ２だけ傾斜した形状である。傾斜角度θ１及びθ２は例えば３２°である。バンド１０１の表面側の中心部分には長方形形状の回路収納ボックス１０３が設けられている。回路収納ボックス１０３には、後述する演算処理部１５０（図４参照）や二次電池などが内蔵されている。
　回路収納ボックス１０３の、一方の短辺側の側面には、第一シリアルインターフェース端子１０４が設けられている。第一シリアルインターフェース端子１０４は例えばｍｉｃｒｏＵＳＢ用の端子である。電気刺激装置１００はこの第一シリアルインターフェース端子１０４を通じて、内蔵する不図示の二次電池を充電する。また、第一シリアルインターフェース端子１０４をパソコン等に接続して、演算処理部の構成要素であるファームウェアをアップデートする等の機能拡張が可能である。
　バンド１０１の回路収納ボックス１０３が取り付けられた面とは反対側の裏面（図１の下側の面）は、図２にて後述する電極配置面１００ａである。
　電気刺激装置１００は、後述する図３Ａ及び図３Ｂの装着例で説明するように、バンド１０１の裏面である電極配置面１００ａをユーザの前腕に巻き付けることで、ユーザに装着される。すなわち、バンド１０１はユーザの体表面に密着される。
　図２は、電極配置面１００ａの平面図である。
　電極配置面１００ａには、ユーザの前腕の筋肉に電気刺激信号を与えるための電極２０１～２０８と、その電極２０１～２０８とペアで使用される接地電極である電極２１１～２１３，２１６，２１７とを備える。但し、接地電極については対向する複数の電極について共通で使用するため、電極２０１～２０８と電極２１１～２１３，２１６，２１７の数は一致しない。
　加えて、電極配置面１００ａは、ユーザの前腕の筋肉の動きを検出する筋変位センサ２２１～２２８を備える。
　電極配置面１００ａの右側（図中の左側）には、右側電極配置箇所２３１が設けられており、右側電極配置箇所２３１には４個の電極２０１，２０２，２１１，２１２が配置される。４個の電極２０１，２０２，２１１，２１２の内で、電極２０１は第一の電極であり、電極２０２は第二の電極である。また、電極２１１は電極２０１に対向する接地電極であり、電極２１２は電極２０２に対向する接地電極である。
　電極２０１と電極２１１は前腕の筋肉に刺激を与える電極であり、装着時に腕の長手方向Ｌに隣接して配置される。
　電極２０２と電極２１２も前腕の筋肉に刺激を与える電極であり、周方向Ｈに対して傾斜角度θ２で、傾斜した状態で配置されたほぼ長方形の電極である。電極２０２と電極２１２とは、腕の長手方向Ｌに隣接して配置される。
　電極配置面１００ａの中央には、中央電極配置箇所２３２が設けられており、中央電極配置箇所２３２には５個の電極２０３，２０４，２０５，２０８，２１３が配置される。５個の電極２０３，２０４，２０５，２０８，２１３の内、電極２０３は第三の電極であり、電極２０４は第四の電極であり、電極２０５は第五の電極である。これら３個の電極２０３，２０４，２０５は、腕の長手方向に伸びて、腕の周方向にほぼ平行に並んで配置されている。また、電極２０８は第八の電極である。この電極２０８は、腕の周方向に長く伸びた電極である。電極２１３は、電極２０３，２０４，２０５，２０８に対向して共通に使用される接地電極である。
　電極２０３と電極２０４と電極２０５は、それぞれのチャンネルごとに前腕のそれぞれ別の筋肉に刺激を与える電極であり、接地電極として電極２１３が共通に使用される。３つの電極２０３，２０４，２０５は、腕の周方向Ｈに並んで配置され、この３つの電極２０３，２０４，２０５と長手方向Ｌに隣接して配置される共通の接地電極である電極２１３は、腕の周方向Ｈに長く伸びた長方形の電極である。
　電極２０８は、腕の周方向Ｈに長く伸びた長方形の電極であり、電極２１３に隣接して配置される。電極２１３は、電極２０８の接地電位としても使用される。なお、電極２０８は予備に使用される電極であり、この電極２０８は腕の周方向Ｈに長く伸びているため、腕の複数の筋肉に同時に刺激を与えることができる。
　電極配置面１００ａの左側部（図２中の右側）には、左側電極配置箇所２３３が設けられており、左側電極配置箇所２３３には４個の電極２０６，２０７，２１６，２１７が配置される。４個の電極２０６，２０７，２１６，２１７の内で、電極２０６は第六の電極であり、電極２０７は第七の電極である。また、電極２１６は電極２０６に対向する接地電極であり、電極２１７は電極２０７に対向する接地電極である。
　電極２０６と電極２１６は前腕の筋肉に刺激を与える電極であり、周方向Ｈに対して左側部１０２の傾斜角度θ１と同じ角度で、傾斜した状態で配置されたほぼ長方形の電極である。
　電極２０７と電極２１７は前腕の筋肉に刺激を与える電極であり、装着時に腕の長手方向Ｌに隣接して配置される。
　電極配置面１００ａの右側電極配置箇所２３１の近傍には、２個所に筋変位センサ２２１，２２２が配置されている。電極配置面１００ａの中央電極配置箇所２３２の近傍には、４個所に筋変位センサ２２３，２２４，２２５，２２６が配置されている。電極配置面１００ａの左側電極配置箇所２３３の近傍には、２個所に筋変位センサ２２７，２２８が配置されている。
　８個の筋変位センサ２２１～２２８は周知のフォトリフレクタである。これらの筋変位センサはそれぞれ赤外線発光素子２２１ａ～２２８ａと赤外線受光素子２２１ｂ～２２８ｂ（図６参照）とで構成されており、筋変位センサ配置面から腕の筋肉の表面までの距離の変化を検出する。赤外線発光素子２２１ａ～２２８ａは例えば近赤外線ＬＥＤであり、赤外線受光素子２２１ｂ～２２８ｂは例えばフォトトランジスタである。
　筋肉が収縮すると、筋肉が存在する皮膚の部分に生じる隆起によって、フォトリフレクタと筋肉の表面部分との距離が変動する。フォトリフレクタはこの距離の変動によって生じる近赤外線反射光の強弱を、フォトトランジスタで検出する。近赤外線は皮膚表面を透過する性質を有するので、筋肉の隆起状態を検出することに適している。
　電極と筋変位センサは、同一の筋束に対して作用するように配置されていることが望ましい。図２に示す電極配置面１００ａは、電気刺激装置１００をユーザの腕に装着する際に生じるズレを考慮して、各々の電極と筋変位センサが配置されている。
　なお、電極配置面１００ａの右側電極配置箇所２３１、中央電極配置箇所２３２、左側電極配置箇所２３３には、粘着性を有する導電性の樹脂材（不図示）が配置され、その樹脂材の粘着性で、電極配置面１００ａを前腕に巻き付けた状態で装着できるように構成されている。
［電気刺激装置１００の装着例］
　図３Ａは、電気刺激装置１００を前腕に装着する直前の状態を示す図である。
　図３Ｂは、電気刺激装置１００を前腕に装着した直後の状態を示す図である。
　図３Ａに示すように、ユーザの右腕の前腕ＲＡの手首寄りの個所に、バンド１０１の電極配置面１００ａ（図２）の中央部分が触れた状態とする。このときには、図３Ａに示すように手のひらが上側となった位置とする。また、ほぼＶ字形状をしたバンド１０１の中央にある回路収納ボックス１０３が、手のひら側を向くようにする。
　そして、ユーザは、バンド１０１の両翼を、矢印Ｆ１と矢印Ｆ２で示すように手首に巻き付ける作業を行う。
　このようにして、図３Ｂに示すように、電気刺激装置１００が前腕ＲＡに巻き付いた状態で装着される。このときには、電極配置面１００ａに配置した粘着性を有する樹脂材の粘着性で、前腕ＲＡに巻き付いた状態が維持される。
　なお、樹脂材の粘着性だけで前腕ＲＡに巻き付いた状態とするのは一例であり、例えばバンド１０１の両端に何らかのクリップ機構を設けて、両者が重なった状態で装着されるようにしてもよい。
　このように電気刺激装置１００は、バンド１０１を前腕ＲＡに巻き付けて固定するため、簡単に装着することができる。そして、バンド１０１がほぼＶ字形状をしているため、ユーザは装着方向が判りやすく、確実に図３Ｂに示すような決められた方向に装着することができる。
　なお、図３ではユーザの右腕に電気刺激装置１００を装着する例を示したが、左腕に電気刺激装置１００を装着してもよい。
　ところで、図３Ａ及び図３Ｂに図示されているように、電気刺激装置１００は、ユーザの前腕ＲＡの手首寄りの箇所に巻きつけられる。しかし、その際、電気刺激装置１００がユーザの前腕ＲＡの定位置に定まるような指標は前腕ＲＡには設けられていない。つまり、ユーザが電気刺激装置１００を前腕ＲＡに装着する度に、その装着位置が微妙にずれることが往々にして生じる。すると、ユーザが電気刺激装置１００を前腕に装着する度に、電気刺激装置１００の電極配置面１００ａに設けられている電極及び筋変位センサと、ユーザの腕の筋肉との相対的な位置関係がずれることとなる。
　この「ズレ」を解消するため、発明者らは特許文献２に記載される電極確率行列７０５（図７参照）を作成し、この電極確率行列７０５を更新することで、電気刺激装置１００における電極と手指の動きとの対応関係を較正する技術を発明した。
［第一の実施形態：電気刺激システム４００］
　図４は、本発明の第一の実施形態に係る電気刺激システム４００を示す模式図である。
　電気刺激装置１００は、後述するＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離無線通信機能を有する。
　この電気刺激装置１００は、電気刺激装置１００と同等の近距離無線通信機能を内蔵するパソコンに接続されて、パソコンとの接続を確立することが可能である。パソコンが近距離無線通信機能を内蔵していなくとも、無線通信機能を提供する周辺機器をパソコンに接続するようにしてもよい。
　これ以降、電気刺激装置１００と近距離無線通信にて双方向通信を確立するパソコンをホスト４０１と呼ぶ。図４中、ホスト４０１には近距離無線通信部４０２が接続されており、電気刺激装置１００との間で双方向通信が確立される。
　ホスト４０１には、例えば筋肉トレーニングやリハビリテーション等のアプリケーションプログラムが稼働している。そして、ホスト４０１は、このアプリケーションプログラムに対するユーザの操作に応じて、電気刺激装置１００に対し、ユーザの所定の筋肉へ電気刺激を与える命令を近距離無線通信にて送信する。電気刺激装置１００は、ホスト４０１から受信した電気刺激の命令に基づき、ユーザの所望の筋肉へ電気刺激を与える。
　また、電気刺激装置１００は前述の筋変位センサにてユーザの腕の筋肉の変位情報をデジタルデータとしてホスト４０１に送信する。
　ところで、電気刺激装置１００における筋変位センサの駆動には、赤外線ＬＥＤの発光駆動を始め、比較的大きな電力消費を伴う。電気刺激装置１００を短時間のみ利用する場合は、赤外線ＬＥＤを常時発光駆動できるが、電気刺激装置１００を長時間利用する場合は、赤外線ＬＥＤに対し節電する必要がある。そこで、ホスト４０１のアプリケーションプログラムは必要最小限の電力消費で腕の筋肉の変位情報を電気刺激装置１００から取得するべく、アプリケーションプログラムの状態に応じて、筋変位センサの駆動と停止を命じるコマンドを電気刺激装置１００に送信する。すなわち、ホスト４０１は、アプリケーションプログラムを実行中に、アプリケーションプログラムがユーザの腕の筋肉の変位情報を必要とする状況になるまでは、電気刺激装置１００に筋変位センサを駆動させない。アプリケーションプログラムがユーザの腕の筋肉の変位情報を必要とする状況になったら、その時点でホスト４０１から電気刺激装置１００へ筋変位センサを駆動するためのコマンドを送信する。このホスト４０１からのコマンドを受けて、電気刺激装置１００は、腕の筋肉の変位情報を取得するべく筋変位センサを駆動する。
　そしてホスト４０１は、アプリケーションプログラムが必要な腕の筋肉の変位情報の取得を終了した時点で、筋変位センサの駆動を停止するよう、電気刺激装置１００へコマンドを送信する。電気刺激装置１００は、このホスト４０１からのコマンドを受けて、筋変位センサの駆動を停止する。
　すなわち、電気刺激装置１００は、ホスト４０１に対して、ユーザの腕の筋肉の変位情報を収集する入力装置として、またさらに腕の筋肉に変位を与える出力装置として機能する。この意味で、電気刺激装置１００は、ホスト４０１及び／またはアプリケーションプログラムに対する端末であると解釈できる。
　図２で説明したように、電気刺激装置１００の電極配置面１００ａには、接地電極を除く電極が８個存在する。一方、人間の手には５本の指が存在する。電気刺激装置１００が８個の電極を装備している理由は、人の腕の太さにおける個人差を一つの電気刺激装置１００だけで吸収するためである。つまり、個人差によっては、８個の電極の中には指の動きに対応しない電極も含まれることとなる。また、ユーザの腕に電気刺激装置１００を装着した状態によっては、装着位置のずれに起因して、電極に相対する筋肉の位置がずれることが往々にして生じ得る。
　また、電気刺激装置１００を正しく動作させるためには、実際の指を動かす筋肉と、電極及び筋変位センサの対応関係を較正作業によって明らかにする必要がある。このため、電気刺激装置１００は、アプリケーションプログラムの端末として動作する通常モードの他に、電極確率行列７０５を作成及び更新するための較正作業を遂行する較正モードとの二種類の動作モードが存在する。特に、この較正モードにおいて、実際の指を動かす筋肉と電極及び筋変位センサとの対応関係を明らかにすることが必要になる。特許文献３に記載された技術は、この較正モードを詳述している。
［ホスト４０１のハードウェア構成］
　図５は、ホスト４０１のハードウェア構成を示すブロック図である。
　前述のように一般的なパソコンよりなるホスト４０１は、バス５０７に接続された、ＣＰＵ５０１、ＲＯＭ５０２、ＲＡＭ５０３、不揮発性ストレージ５０４、表示部５０５、操作部５０６及び近距離無線通信部４０２を備える。近距離無線通信部４０２は、電気刺激装置１００と近距離無線通信を行うためのハードウェアである。不揮発性ストレージ５０４にはＯＳと、パソコンを電気刺激装置１００のホスト４０１として動作させるためのアプリケーションプログラムが格納されている。
［電気刺激装置１００のハードウェア構成］
　図６は、電気刺激装置１００のハードウェア構成を示すブロック図である。
　バス６０１に接続されているＣＰＵ６０２、ＲＯＭ６０３、ＲＡＭ６０４、Ａ／Ｄ変換器６０５、そして第二シリアルインターフェース６０６（図６中「第二シリアルＩ／Ｆ」と略記）は、周知のワンチップマイコン６０７を構成する。
　筋変位センサ２２１、２２２…２２８を構成する赤外線ＬＥＤである赤外線発光素子２２１ａ、２２２ａ…２２８ａのアノードは電源電圧ノード＋Ｖｃｃに接続されている。赤外線発光素子２２１ａ、２２２ａ…２２８ａのカソードは第一マルチプレクサ６０８を通じて電流制限抵抗Ｒ６０９の一端に接続されている。電流制限抵抗Ｒ６０９の他端は接地されている。
　筋変位センサ２２１、２２２…２２８を構成するフォトトランジスタである赤外線受光素子２２１ｂ、２２２ｂ…２２８ｂのコレクタは電源電圧ノード＋Ｖｃｃに接続されている。赤外線受光素子２２１ｂ、２２２ｂ…２２８ｂのエミッタは第二マルチプレクサ６１０を通じてＡ／Ｄ変換器６０５に接続されていると共に、抵抗Ｒ６１１ａ、Ｒ６１１ｂ、…Ｒ６１１ｈを通じて接地されている。
　第一マルチプレクサ６０８及び第二マルチプレクサ６１０が、第二シリアルインターフェース６０６から制御信号を受けて、周期的に切り替え制御される。これにより、Ａ／Ｄ変換器６０５には時分割で８個の筋変位センサ２２１、２２２…２２８の電圧信号が入力される。この第一マルチプレクサ６０８及び第二マルチプレクサ６１０は、複数の筋変位センサ２２１、２２２…２２８のうちの１個を選択するセンサ用マルチプレクサと総称することができる。
　ワンチップマイコン６０７のバス６０１には周知の６軸センサ６１２と近距離無線通信部６１３も接続されており、６軸センサ６１２が出力する姿勢データ及び加速度データは、Ａ／Ｄ変換器６０５を通じて得られた８個の筋変位センサ２２１、２２２…２２８の情報と共に、近距離無線通信部６１３を通じてホスト４０１へ送信される。
　ワンチップマイコン６０７のバス６０１には更に、第一シリアルインターフェース６１４（図６中「第一シリアルＩ／Ｆ」と略記）が接続されている。なお、この第一シリアルインターフェース６１４は、不図示の蓄電池に電力を供給するために用いられる他、ＲＯＭ６０３に格納されているファームウェアをアップデートする際にも用いられる。
　第二シリアルインターフェース６０６には更に、周知のチョークコイルとコンデンサとトランジスタスイッチよりなる昇圧回路６１５が接続されている。そして、第二シリアルインターフェース６０６から昇圧回路６１５に、例えば１００ｋＨｚで、ほぼ電源電圧＋Ｖｃｃに等しい電圧の矩形波パルス信号が供給される。この矩形波パルス信号は、昇圧回路６１５内の不図示のトランジスタスイッチをオン・オフ制御する。
　そして、昇圧回路６１５によって矩形波パルス信号の電圧は２倍に昇圧される。昇圧回路６１５が出力する電気刺激電圧は、ＰＷＭスイッチ６１６と第三マルチプレクサ６１７を通じて電極２０１、２０２…２０８に供給される。
　ＰＷＭスイッチ６１６は第二シリアルインターフェース６０６によって制御され、昇圧回路６１５によって昇圧された電気刺激電圧にＰＷＭ変調を施す。電気刺激電圧は、ＰＷＭ変調にてデューティ比が変化されるため、筋肉に与える電気刺激電圧が所望の電圧に変更される。第三マルチプレクサ６１７も第二シリアルインターフェース６０６を通じて制御され、ホスト４０１から近距離無線通信部６１３を通じて受信した命令に指定された電極を選択して、その電極にＰＷＭ変調された電気刺激電圧が印加される。
　第三マルチプレクサ６１７は、複数の電極２０１、２０２…２０８のうちの１個を選択する、電極用マルチプレクサということもできる。
［第一の実施形態：電気刺激装置１００とホスト４０１のソフトウェア機能］
　図７は、本発明の第一の実施形態に係る電気刺激システム４００を構成する、電気刺激装置１００とホスト４０１のソフトウェア機能を示すブロック図である。
　電気刺激装置１００は、ホスト４０１に対し、ユーザの腕の筋肉の変動と電気刺激装置１００自体の姿勢と加速度をホスト４０１へ送信する機能と、ホスト４０１から受信した命令に従って、ユーザの腕の筋肉に電気刺激を与える機能を有する、入出力端末装置である。
　すなわち、８個の筋変位センサ２２１～２２８が出力するアナログ信号はＡ／Ｄ変換器６０５によって筋変位データに変換され、６軸センサ６１２が出力する姿勢データ及び加速度データと共に、入出力制御部７０１及び近距離無線送信部７０２を通じてホスト４０１へ送信される。
　ホスト４０１は、電気刺激装置１００から近距離無線受信部７１１を通じて筋変位データと姿勢データ及び加速度データを受信すると、これらを入出力制御部７１２に供給する。
　入出力制御部７１２は、電気刺激装置１００から受信した筋変位データを、筋肉トレーニングやリハビリテーション等の所定のアプリケーションプログラムの一部の機能である関数演算処理部７１５に供給する。
　また、入出力制御部７１２は、操作部５０６から入力される操作情報に基づいて、アプリケーションプログラムの一部の機能である目標値生成部７１６の調整を行う。
　更に、入出力制御部７１２は、所定の描画情報に基づいて表示部５０５に所定の画面描画情報を出力する。
　そして、入出力制御部７１２は、関数演算処理部７１５が出力する電気刺激データを、近距離無線送信部７１４を通じて電気刺激装置１００に送信する。電気刺激データには、所望の電極２０１～２０８に印加する電気刺激電圧、すなわちユーザの筋肉に対する電気刺激の強度を指示するデータが含まれている。
　すなわちホスト４０１は、筋変位データに対し、目標値と比較する演算処理を実行して、電気刺激データを生成するフィードバック制御を実行する。
　電気刺激装置１００の指電極対応変換部７０３は、近距離無線受信部７０４を通じて、ホスト４０１から出力される電気刺激データを受信すると、ＲＡＭ６０４に保持されている電極確率行列７０５を参照する。そして、電気刺激データに記述されている指番号を電極番号に変換して、スイッチパルス生成部７１３と第三マルチプレクサ６１７を制御し、所望の電極２０１～２０８に電気刺激電圧を印加する。
　スイッチパルス生成部７１３は指電極対応変換部７０３から電気刺激の強度を指示するデータを受けて、ＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ信号はＰＷＭスイッチ６１６に供給される。したがって、ＰＷＭ信号はＰＷＭスイッチ６１６のオン時間デューティ比を制御する。
　ＰＷＭスイッチ６１６を通じて昇圧回路６１５から電気刺激電圧が電極２０１～２０８に印加されることで、電気刺激データに含まれているユーザの筋肉に対する電気刺激の強度を指示するデータに応じた電気刺激電圧が、ユーザの筋肉に印加される。
　なお、ホスト４０１の入出力制御部７１２は、電極刺激装置１００の筋変位センサ２２１～２２８の切り替え動作を行う第一マルチプレクサ６０８及び第二マルチプレクサ６１０の動作タイミングを制御するが、この筋変位センサ２２１～２２８の切り替え動作の制御は、電気刺激装置１００の指電極対応変換部７０３による電極の切り替え動作を行う第三マルチプレクサ６１７の動作タイミングの制御とは、完全に非同期である。このため、図７では別々の機能ブロックとして図示されている。
　図７を見てわかるように、電気刺激装置１００において、筋肉の緊張状態は、筋変位センサ２２１～２２８を用いて取得し、筋変位データを出力している。筋変位センサ２２１～２２８は、近赤外線を用いた光学的手段で、筋肉の緊張状態を常時取得している。すなわち、従来技術に見られるような、筋肉に対し電流を流す等の電気的手段は用いていない。
　もし、電気的手段で筋肉の緊張状態を取得しようとすると、電極２０１～２０８に電気刺激電圧を印加する時点と、筋肉の緊張状態を検出する時点とを、時分割で分けなければならない。このため、筋肉の情報を断続的にしか取得できない。この課題を解決するためには、時分割処理の時間間隔を短くする等、電子回路やマイコンのプログラムにおいて設計上の困難が生じる。また、皮膚表面のインピーダンスを検出する等の電気的な信号検出は、信号を増幅する過程で外来ノイズの影響を受け易いいので、電子回路設計の難易度が高くなりがちである。
　これに対して、光学的手段による筋変位センサ２２１～２２８は、連続的に取得できる筋変位データに基づく精緻なフィードバック制御を実行できると共に、回路やプログラム等の設計が容易であるので、本発明に係る電気刺激システム４００において、極めて有利である共に有用である。
［ホスト４０１の関数演算処理部７１５と目標値生成部７１６］
　上述したように、本発明の実施形態に係る電気刺激システム４００は、従来技術とは異なり、フィードバック制御を用いて電気刺激の強度を調節する。
　目標値生成部７１６は、予め操作部５０６等から指定された値に基づき、筋変位データの目標値を演算して、関数演算処理部７１５へ出力する。
　関数演算処理部７１５には、近距離無線受信部７１１から筋変位データが供給され、目標値生成部７１６から筋変位データ目標値が供給される。関数演算処理部７１５は、筋変位データから筋変位データ目標値を減算して、目標値からの筋変位誤差データを算出する。そして、この筋変位誤差データを用いて、近距離無線送信部７１４に出力している電気刺激データを修正する演算処理を行う。この演算処理についての詳細は図８に基づいて説明する。関数演算処理部７１５は、この演算処理を繰り返して、筋変位誤差データがゼロになるように電気刺激データを調整する。
　この関数演算処理部７１５の形態は、様々なものが考えられる。以下に一例を列挙する。
　図８Ａは、比例制御を用いた関数演算処理部７１５の一例を示す機能ブロック図である。
　誤差演算部８０１は関数演算処理部７１５の実体であり、近距離無線受信部７１１から受信した筋変位データから、目標値生成部７１６から受信した筋変位データ目標値を減算して、筋変位誤差データを算出する。そして、この筋変位誤差データに所定の係数を乗算し、所定のオフセット値を加算することで、電気刺激データを演算する。そして、演算した電気刺激データを、近距離無線送信部７１４へ出力する。
　誤差演算部８０１は、この演算処理を繰り返して、筋変位誤差データがゼロになるように電気刺激データを調整する。
　図８Ｂは、ＰＩＤ制御を用いた関数演算処理部７１５の一例を示す機能ブロック図である。
　誤差演算部８０２は近距離無線受信部７１１から受信した筋変位データから、目標値生成部７１６から受信した筋変位データ目標値を減算して、筋変位誤差データを算出する。
　筋変位誤差データは、比例演算部８０３と積分演算部８０４と微分演算部８０５にそれぞれ入力される。
　比例演算部８０３は筋変位誤差データに所定の比例要素を乗算した値を出力する。
　積分演算部８０４は筋変位誤差データに所定の積分要素を以て積分演算を施した値を出力する。
　微分演算部８０５は筋変位誤差データに所定の微分要素を以て微分演算を施した値を出力する。
　比例演算部８０３の出力データ、積分演算部８０４の出力データ、微分演算部８０５の出力データはそれぞれ加算演算部８０６に入力される。加算演算部８０６は入力されたデータを加算することで、電気刺激データを演算する。そして、加算演算部８０６が演算した電気刺激データは、近距離無線送信部７１４へ出力される。
　図８Ｃは、学習アルゴリズムを利用した推定制御を用いた関数演算処理部７１５の一例を示す機能ブロック図である。
　筋変位データは推定演算部８０７と移動平均演算部８０８に入力される。
　移動平均演算部８０８は、筋変位データの直近の１０サンプルの移動平均値と、直近の５０サンプルの移動平均値をそれぞれ演算して、推定演算部８０７に出力する。
　推定演算部８０７は、現在の筋変位データ、筋変位データの直近の１０サンプルの移動平均値、筋変位データの直近の５０サンプルの移動平均値の入力を受けて、筋肉ストレス値を推定演算する。
　なお、移動平均演算部８０８におけるサンプル数は、上述に限られない。サンプル数は設計等に応じて適宜変更されうる。
　推定演算部８０７が出力する筋肉ストレス値は、誤差演算部８０９に入力される。
　誤差演算部８０９は、筋肉ストレス値から、目標値生成部７１６から受信した筋変位データ目標値を減算して、筋変位誤差データを算出する。そして、この筋変位誤差データに所定の係数を乗算し、所定のオフセット値を加算することで、電気刺激データを演算する。そして、演算した電気刺激データを、近距離無線送信部７１４へ出力する。
　誤差演算部８０９は、この演算処理を繰り返して、筋変位誤差データがゼロになるように電気刺激データを調整する。
　電気刺激と筋変位データの関係をグラフにプロットしてみると、筋変位データは線形ではなく、幾つかの極値を有する非線形を示す場合がある。このため、筋変位データのダイナミックレンジを広く取ろうとすると、図８Ａに示した単純な比例制御ではうまく行かない場合が考えられる。このような場合、過去の筋変位データとの関係を考慮すると、正しい制御を実行できることがある。図８Ｃに示した学習アルゴリズムにおいて、推定演算部８０７に筋変位データの移動平均値を与えるのは、筋変位データの非線形性に基づく。
　なお、推定演算部８０７の推定精度が十分に高ければ、筋変位データの移動平均値を算出しなくてもよい。
　上述の実施形態においては、ユーザの腕に装着する電気刺激装置１００を開示したが、電気刺激装置を装着する人体の場所は、腕に限られない。バンド１０１はユーザの体表面に密着させるものであるので、任意の筋肉を対象に装着する電気刺激装置を構成することが考えられる。
　例えば、痩身やダイエット等を目的とするのであれば、大臀筋を刺激する電極を臀部に、大腿四頭筋を刺激する電極を太腿周りに、腓腹筋及びヒラメ筋を刺激する電極を膝周りに、それぞれ配置することで、刺激部位に対応した電気刺激装置を構成することができる。これら下半身の筋肉は人体の筋肉の中でも筋肉量が多い。このため、腕のような他の部位と比べて、同じ強度の電気刺激を与えた際に期待できる消費カロリー量が多くなる。
　また、人体の足に疲労が蓄積された状態で足の血流を促進すると、睡眠に早く導入することが可能になる。
［第二の実施形態：電気刺激装置９０１］
　図１から図８にかけて説明した第一の実施形態では、電気刺激装置１００とホスト４０１よりなる電気刺激システム４００を説明した。ホスト４０１は、電気刺激装置１００に対して適切な電気刺激電圧を算出し、電気刺激システム４００の全体として、電気刺激の強度を調整するフィードバック制御を実行する。
　しかしながら、ユーザの筋肉に対して適切な電気刺激電圧を与える仕組みは、必ずしも電気刺激装置１００とホスト４０１とで分業させる必要はない。ホスト４０１の演算処理機能は、幾つかの工夫を施すことで、電気刺激装置１００に内蔵させることも可能である。
　（１）電気刺激装置１００に内蔵されているワンチップマイコン６０７の演算処理能力を向上させる。ホスト４０１で実行する演算処理をそのままワンチップマイコン６０７で実現することは、原理的に不可能ではない。
　（２）ホスト４０１の演算処理に代えて、予め演算処理を行って得た演算結果をテーブルに記憶する。筋変位データ群を用いてテーブルを参照して、僅かな演算処理でホスト４０１の演算結果に近似する演算結果を得ることが可能である。
　図９は、本発明の第二の実施形態に係る電気刺激装置９０１の概略図である。
　電気刺激装置９０１は、第一の実施形態に係る電気刺激装置１００と、ハードウェアの点では殆ど同じ構成である。但し、内蔵するソフトウェアの機能は、第一の実施形態に係るホスト４０１の機能ブロックを内包する。
　スマートフォン９０２は、電気刺激装置９０１と近距離無線通信を行うことで、電気刺激装置９０１に対して目標値の調整を指示する命令を送信する他、筋変位データ等から得られるユーザの筋肉の状態情報を受信して、タッチパネルディスプレイである表示部９０２ａに表示する。このスマートフォン９０２は、第一の実施形態に係るホスト４０１の表示部５０５と操作部５０６と同等の機能を提供する。
　図１０は、本発明の第二の実施形態に係る電気刺激装置９０１のソフトウェア機能を示すブロック図である。
　図１０に示す電気刺激装置９０１のブロック図は、図７に示す本発明の第一の実施形態に係る電気刺激システム４００を構成する、電気刺激装置１００とホスト４０１のソフトウェア機能と、一部を除いて同一である。このため、同一の機能ブロックには同一の符号を付している。
　第一の実施形態に係る電気刺激システム４００と、第二の実施形態に係る電気刺激装置９０１との相違点は、以下の通りである。
　（ａ）入出力制御部７０１から出力される筋変位データが、直接、入出力制御部７１２に入力される点。
　（ｂ）入出力制御部７１２から出力される電気刺激データが、直接、指電極対応変換部７０３に入力される点。
　（ｃ）入出力制御部７１２に接続されていた操作部５０６の代わりに、近距離無線受信部１００１が接続されている点。
　（ｄ）入出力制御部７１２に接続されていた表示部５０５の代わりに、近距離無線送信部１００２が接続されている点。
　本発明の実施形態においては、電気刺激システム４００及び電気刺激装置９０１を開示した。
　本発明の第一の実施形態における電気刺激システム４００のホスト４０１は、電気刺激装置１００から近距離無線受信部７１１を通じて筋変位データを受信すると、関数演算処理部７１５に供給する。
　目標値生成部７１６は、筋変位データの目標値を演算して、関数演算処理部７１５へ出力する。
　関数演算処理部７１５は、筋変位データから、筋変位データ目標値を減算して、筋変位誤差データを算出する。そして、この筋変位誤差データを用いて修正した電気刺激データを、近距離無線送信部７１４を通じて電気刺激装置１００へ送信する。電気刺激データには、所望の電極２０１～２０８に印加する電気刺激電圧、すなわちユーザの筋肉に対する電気刺激の強度を指示するデータが含まれている。
　すなわちホスト４０１は、筋変位データに対し、目標値と比較する演算処理を実行して、電気刺激データを生成するフィードバック制御を実行することで、最適な強度の電気刺激をユーザの筋肉に印加することができる。
　本発明の第二の実施形態における電気刺激装置９０１は、筋変位データを検出すると、関数演算処理部７１５に供給する。
　目標値生成部７１６は、筋変位データの目標値を演算して、関数演算処理部７１５へ出力する。
　関数演算処理部７１５は、筋変位データから、筋変位データ目標値を減算して、筋変位誤差データを算出する。そして、この筋変位誤差データを用いて電気刺激データを修正する。電気刺激データには、所望の電極２０１～２０８に印加する電気刺激電圧、すなわちユーザの筋肉に対する電気刺激の強度を指示するデータが含まれている。
　すなわち電気刺激装置９０１は、筋変位データに対し、目標値と比較する演算処理を実行して、電気刺激データを生成するフィードバック制御を実行することで、最適な強度の電気刺激をユーザの筋肉に印加することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
　１００…電気刺激装置、１００ａ…電極配置面、１０１…バンド、１０２…左側部、１０３…回路収納ボックス、１０４…第一シリアルインターフェース端子、１５０…演算処理部、２０１～２０８…電極、２１１～２１３、２１６、２１７…電極、２２１～２２８…筋変位センサ、２２１ａ～２２８ａ…赤外線発光素子、２３１…右側電極配置箇所、２３２…中央電極配置箇所、２３３…左側電極配置箇所、４００…電気刺激システム、４０１…ホスト、４０２…近距離無線通信部、５０１…ＣＰＵ、５０２…ＲＯＭ、５０３…ＲＡＭ、５０４…不揮発性ストレージ、５０５…表示部、５０６…操作部、５０７…バス、６０１…バス、６０２…ＣＰＵ、６０３…ＲＯＭ、６０４…ＲＡＭ、６０５…Ａ／Ｄ変換器、６０６…第二シリアルインターフェース、６０７…ワンチップマイコン、６０８…第一マルチプレクサ、６１０…第二マルチプレクサ、６１２…６軸センサ、６１３…近距離無線通信部、６１４…第一シリアルインターフェース、６１５…昇圧回路、６１６…ＰＷＭスイッチ、６１７…第三マルチプレクサ、７０１…入出力制御部、７０２…近距離無線送信部、７０３…指電極対応変換部、７０４…近距離無線受信部、７０５…電極確率行列、７１１…近距離無線受信部、７１２…入出力制御部、７１３…スイッチパルス生成部、７１４…近距離無線送信部、７１５…関数演算処理部、７１６…目標値生成部、８０１、８０２、８０９…誤差演算部、８０３…比例演算部、８０４…積分演算部、８０５…微分演算部、８０６…加算演算部、８０７…推定演算部、８０８…移動平均演算部、９０１…電気刺激装置、９０２…スマートフォン、１００１…近距離無線受信部、１００２…近距離無線送信部

Claims (8)

  1. 　ユーザの体表面に密着されるバンドと、
    　前記バンドの一方の面に配置されて前記ユーザの筋肉の変位を検出する複数の筋変位センサと、
    　前記複数の筋変位センサから一の筋変位センサを選択するセンサ用マルチプレクサと、
    　前記バンドの、前記複数の筋変位センサが配置されている面に、前記複数の筋変位センサに隣接して複数個配置されている電極と、
    　前記複数の電極から一の電極を選択する電極用マルチプレクサと、
    　筋変位データ目標値を生成する目標値生成部と、
    　前記筋変位センサから得られる、前記ユーザの筋肉の変位に係る信号に基づく筋変位データと、前記筋変位データ目標値に基づき、所望の筋肉を動かすための電気刺激データを演算する関数演算処理部と、
    　前記電気刺激データに基づき、前記電極用マルチプレクサを制御して前記電極を選択すると共に、所望の強度の電気刺激を前記電極に与える制御を行う、指電極対応変換部と
    を具備する、電気刺激装置。
  2. 　前記関数演算処理部は、前記筋変位データから、前記筋変位データ目標値を減算して、筋変位誤差データを算出し、前記筋変位誤差データに基づいて前記電気刺激データを演算する誤差演算部である、請求項１に記載の電気刺激装置。
  3. 　前記関数演算処理部は、
    　前記筋変位データから前記筋変位データ目標値を減算して筋変位誤差データを算出する誤差演算部と、
    　前記筋変位誤差データに所定の比例要素を乗算した値を出力する比例演算部と、
    　前記筋変位誤差データに所定の積分要素を以て積分演算を施した値を出力する積分演算部と、
    　前記筋変位誤差データに所定の微分要素を以て微分演算を施した値を出力する微分演算部と、
    　比例演算部の出力データ、積分演算部の出力データ、微分演算部の出力データを加算することで、電気刺激データを演算する加算演算部と
    を備える、請求項１に記載の電気刺激装置。
  4. 　前記関数演算処理部は、
    　現在の筋変位データの入力を受けて、筋肉ストレス値を推定演算する推定演算部と、
    　前記筋肉ストレス値から、前記筋変位データ目標値を減算して、筋変位誤差データを算出し、前記筋変位誤差データに基づいて前記電気刺激データを演算する誤差演算部と
    を備える、請求項１に記載の電気刺激装置。
  5. 　電気刺激装置と、
    　前記電気刺激装置に電気刺激を生じる命令を送信するホストと
    を有する電気刺激システムであって、
    　前記電気刺激装置は、
    　ユーザの体表面に密着されるバンドと、
    　前記バンドの一方の面に配置されて前記ユーザの筋肉の変位を検出する複数の筋変位センサと、
    　前記複数の筋変位センサから一の筋変位センサを選択するセンサ用マルチプレクサと、
    　前記バンドの、前記複数の筋変位センサが配置されている面に、前記複数の筋変位センサに隣接して複数個配置されている電極と、
    　前記複数の電極から一の電極を選択する電極用マルチプレクサと、
    　前記ホストから所望の筋肉を動かすための電気刺激データを受信する近距離無線受信部と、
    　前記筋変位センサから得られる、前記ユーザの筋肉の変位に係る信号を筋変位データに変換して前記ホストに送信する近距離無線送信部と、
    　前記電気刺激データに基づき、前記電極用マルチプレクサを制御して前記電極を選択すると共に、所望の強度の電気刺激を前記電極に与える制御を行う、指電極対応変換部と
    を具備し、
    　前記ホストは、
    　前記電気刺激装置から前記筋変位データを受信する近距離無線受信部と、
    　筋変位データ目標値を生成する目標値生成部と、
    　前記筋変位データと前記筋変位データ目標値に基づき、前記電気刺激データを演算する関数演算処理部と、
    　前記電気刺激データを前記電気刺激装置へ送信する近距離無線送信部と
    を具備する、電気刺激システム。
  6. 　前記関数演算処理部は、前記筋変位データから、前記筋変位データ目標値を減算して、筋変位誤差データを算出し、前記筋変位誤差データに基づいて前記電気刺激データを演算する誤差演算部である、請求項５に記載の電気刺激システム。
  7. 　前記関数演算処理部は、
    　前記筋変位データから前記筋変位データ目標値を減算して筋変位誤差データを算出する誤差演算部と、
    　前記筋変位誤差データに所定の比例要素を乗算した値を出力する比例演算部と、
    　前記筋変位誤差データに所定の積分要素を以て積分演算を施した値を出力する積分演算部と、
    　前記筋変位誤差データに所定の微分要素を以て微分演算を施した値を出力する微分演算部と、
    　比例演算部の出力データ、積分演算部の出力データ、微分演算部の出力データを加算することで、電気刺激データを演算する加算演算部と
    を備える、請求項５に記載の電気刺激システム。
  8. 　前記関数演算処理部は、
    　現在の筋変位データの入力を受けて、筋肉ストレス値を推定演算する推定演算部と、
    　前記筋肉ストレス値から、前記筋変位データ目標値を減算して、筋変位誤差データを算出し、前記筋変位誤差データに基づいて前記電気刺激データを演算する誤差演算部と
    を備える、請求項５に記載の電気刺激システム。
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