JP4851166B2 - Sensor signal interface device and robot interface system using the same - Google Patents
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Description
本発明は、人体に装着する筋電センサ等のセンサ信号インターフェース装置とそれを用いたロボット用インターフェースシステムに関するものである。 The present invention relates to a sensor signal interface device such as a myoelectric sensor attached to a human body and a robot interface system using the sensor signal interface device.
従来のロボット用インターフェースとして、筋電センサを身体に義手ソケットや義肢ソケット等を介して取り付け、筋肉から出る筋電位信号を計測して、それを処理コンピュータで解析して動作を決定するものがある。 As a conventional robot interface, there is one that attaches an electromyographic sensor to the body via a prosthetic socket or a prosthetic socket, measures a myoelectric potential signal from the muscle, analyzes it with a processing computer, and determines the operation. .
多用されている筋電センサは、例えば、硬質のプラスチックケースに設けられた筋電位信号導出用の一対の電極が筋繊維と直交するように配設され、人体の手又は足の皮膚表面と電極とが密着して、筋電位信号の導出を行い、導出された筋電位信号はリード線を介して、筋電位信号処理回路に送られるといったものが知られている。 The myoelectric sensor that is frequently used is, for example, arranged such that a pair of electrodes for deriving a myoelectric potential signal provided in a hard plastic case is orthogonal to the muscle fiber, and the skin surface of the human hand or foot and the electrode Are closely connected to each other to derive a myoelectric potential signal, and the derived myoelectric potential signal is sent to a myoelectric potential signal processing circuit via a lead wire.
上記の筋電センサは、義肢ソケットに固定された一定形状の物体であるため、筋肉の伸縮に伴って筋肉の輪郭に形状変化が生じると、電極と皮膚表面との密着性が悪くなり、筋電位信号が導出できない問題点がある。 Since the myoelectric sensor is an object of a fixed shape fixed to a prosthetic socket, when the shape of the muscle outline changes as the muscle stretches, the adhesion between the electrode and the skin surface deteriorates, There is a problem that a potential signal cannot be derived.
このような問題を解決するために、柔軟性を有する基板の表面に金箔の電極を設け、他の表面側にはスポンジのごとき弾性変形可能な支持部材を設けた多層構成の筋電センサとし、筋電義肢のソケットの内面に支持部材を貼り付け、腕や足の断端部から筋電位信号を常に安定して導出することができる筋電センサが知られている（特許文献１参照）。 In order to solve such problems, a multi-layer myoelectric sensor is provided in which a gold foil electrode is provided on the surface of a flexible substrate and an elastically deformable support member such as a sponge is provided on the other surface side. A myoelectric sensor is known in which a support member is attached to the inner surface of a socket of a myoelectric prosthesis and a myoelectric potential signal can be always stably derived from a stump of an arm or a leg (see Patent Document 1).
上記の筋電センサは、計測した筋電位信号から動作を算出する処理コンピュータに、計測データを送信する送信機を取り付けなければならず、通常、数箇所に取り付けられた筋電センサからリード線等の有線で計測データを集約して、身体に取り付けた送信機から送信するということがなされている。この場合に、複数の筋電センサと送信機間が有線ケーブル等で結合されているため、身体に装着が煩雑であった。 In the above-described myoelectric sensor, a transmitter that transmits measurement data must be attached to a processing computer that calculates an operation from a measured myoelectric potential signal. It is said that the measurement data is aggregated by wire and transmitted from a transmitter attached to the body. In this case, since the plurality of myoelectric sensors and the transmitter are coupled with each other by a wired cable or the like, wearing on the body is complicated.
また、筋電センサや送信機にバッテリー等の給電が必要であり、長時間にわたって計測する必要がある場合には、このバッテリーの寿命や、バッテリー装置の装着の必要が不可避であるといった問題があった。 In addition, when the myoelectric sensor or transmitter needs to be powered by a battery or the like, and it is necessary to measure for a long time, there is a problem that the life of the battery or the necessity of mounting the battery device is inevitable. It was.
本発明は、上記のような従来の問題点に鑑み、筋電位信号等のセンサ信号を常に安定して導出することができるセンサ信号インターフェース装置を提供するとともに、数箇所に取り付けられたセンサから有線で計測データを送信機に送ることを不要とし、さらに、センサ等にバッテリー装置が不要となるセンサ信号インターフェース装置とそれを用いたロボット用インターフェースシステムを提供することを目的とする。 In view of the above-described conventional problems, the present invention provides a sensor signal interface device capable of always stably deriving a sensor signal such as a myoelectric potential signal, and wired from sensors attached to several locations. It is an object of the present invention to provide a sensor signal interface device that eliminates the need to send measurement data to a transmitter and further eliminates the need for a battery device for a sensor or the like, and a robot interface system using the sensor signal interface device.
上記課題を解決するために、本発明のセンサ信号インターフェース装置は、筋肉の膨張・収縮に伴って導出用電極の部位に形状変化が生じた場合でも、センサの一対の導出用電極を皮膚表面に密着させるべく皮膚表面に沿って自在に変形し得る柔軟性を有するシートであって、一方の面には筋電センサ，脳波検知センサ，心筋信号検知センサのいずれかのセンサの一対の導出用電極がシートの長手方向に互いに所定距離隔てて配設され、他方の面には前記センサの信号処理部と無線タグ通信部とアンテナとを備え、前記アンテナが前記シートの全周距離を用いてコイル状に形成され、前記センサの一対の導出用電極の両極間の距離に合わせてコイルの巻き数が調整され、前記アンテナが受電した電力を前記センサと前記信号処理部と無線タグ通信部に給電することと、前記センサの信号処理データが前記無線タグ通信部及び前記アンテナを介して送受信されることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the sensor signal interface device of the present invention has a pair of lead electrodes of the sensor on the skin surface even when the shape of the lead electrode changes due to muscle expansion / contraction. A sheet having flexibility that can be freely deformed along the skin surface so as to be in close contact with each other, and a pair of lead-out electrodes of one of a myoelectric sensor, an electroencephalogram detection sensor, and a myocardial signal detection sensor on one surface Are disposed at a predetermined distance from each other in the longitudinal direction of the sheet, and the other surface is provided with a signal processing unit of the sensor, a wireless tag communication unit, and an antenna, and the antenna uses the entire circumferential distance of the sheet as a coil. Jo the formed, the number of turns of the coil in accordance with the distance between the electrodes of the pair of lead electrodes of the sensor is adjusted, the power which the antenna is receiving and the sensor signal processing unit and the wireless tag The method comprising feeding the signal portion, characterized in that the signal processing data of the sensor is transmitted and received through the wireless tag communication unit and the antenna.
ここで、センサとしては、例えば、筋電位信号の導出用電極を備えた筋電センサを使用できる。本発明のセンサ信号インターフェース装置は、上記構成を有することにより、皮膚表面に沿って自在に変形し得る柔軟性を有するシート上に、センサと信号処理部と無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部とアンテナを設けることによって、筋肉の膨張・収縮に伴って導出用電極の部位に形状変化が生じた場合でも、この形状変化に応じてシートが変形し、導出用電極は皮膚表面に密着するので、使用者（操作者）の皮膚表面と密着して義手や義肢を制御できることとなり、筋電位信号の計測感度が向上する。 Here, as the sensor, for example, a myoelectric sensor including an electrode for deriving a myoelectric potential signal can be used. The sensor signal interface device according to the present invention has the above-described configuration, so that a sensor, a signal processing unit, a wireless tag (RFID) communication unit, and an antenna are placed on a flexible sheet that can be freely deformed along the skin surface. Even if a shape change occurs in the part of the lead-out electrode due to muscle expansion / contraction, the sheet is deformed in accordance with the shape change, and the lead-out electrode adheres to the skin surface. The prosthetic hand and the prosthetic limb can be controlled in close contact with the (operator) skin surface, and the measurement sensitivity of the myoelectric potential signal is improved.
また、無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部を介して、筋電位信号の計測データをリアルタイムに送信すると同時に、外部から電力を受信できるため、筋電センサと信号処理部と無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部に給電することが可能となり、センサ信号インターフェース装置内部にバッテリー装置を不要とすることができる。 In addition, the measurement data of the myoelectric potential signal can be transmitted in real time via the wireless tag (RFID) communication unit, and at the same time, the power can be received from the outside. Therefore, the myoelectric sensor, the signal processing unit, and the wireless tag (RFID) communication unit Power can be supplied, and a battery device can be dispensed with inside the sensor signal interface device.
また、アンテナの形状としては、ＴＶアンテナのように棒状のものでもよく、また、クランプを重ねたものでもよい。また、コイル形状のものでもよい。データ等の送受信に用いられる電波の周波数帯域に応じて、適切なアンテナ形状が選定される。例えば、現在多用されている１３．５ＭＨｚ帯を用いる場合にはコイル形状のアンテナを、また、ＵＨＦ帯を用いる場合には棒状のアンテナを採用することができる。 Also, the shape of the antenna may be a rod-like one like a TV antenna, or may be one in which clamps are stacked. Moreover, the thing of a coil shape may be sufficient. An appropriate antenna shape is selected according to the frequency band of the radio wave used for transmission / reception of data and the like. For example, a coil-shaped antenna can be used when the 13.5 MHz band, which is widely used at present, is used, and a rod-shaped antenna can be used when the UHF band is used.
ここで、「一方の面にはセンサを備え、他方あるいは同じ面には前記センサの信号処理部と無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部とアンテナとを備え」としているのは、以下の理由による。
柔軟性を有するシートの同じ面にセンサとセンサ信号処理部と無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部とアンテナとを配設した場合には、製法上、一枚の版で製作できることとなり、生産設備，生産工程が簡素化され、製造コストが小さくできるというメリットがある。
一方、柔軟性を有するシートの異なる面にセンサとセンサ信号処理部と無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部とアンテナとを配設した場合には、筋電用センサなど人体の皮膚側に貼付する（直接人体に触れる）面側に配置必要なものだけ配置し、他の電子機器で構成される部位が人体に触れないように構成しやすいといったメリットがある。
それぞれのメリットを考慮して最適なシートの配置を選択するのである。
Here, the reason that “a sensor is provided on one surface and a signal processing unit, a wireless tag (RFID) communication unit and an antenna of the sensor are provided on the other or the same surface” is as follows.
If a sensor, sensor signal processing unit, wireless tag (RFID) communication unit, and antenna are arranged on the same surface of a flexible sheet, it can be manufactured with a single plate due to the manufacturing method. There are advantages that the process is simplified and the manufacturing cost can be reduced.
On the other hand, when a sensor, a sensor signal processing unit, a wireless tag (RFID) communication unit, and an antenna are arranged on different surfaces of a flexible sheet, it is attached to the skin side of a human body such as a myoelectric sensor (directly). There is an advantage that it is easy to configure so that only necessary components are arranged on the surface side (which touches the human body) and parts made of other electronic devices do not touch the human body.
The optimum sheet arrangement is selected in consideration of each merit.
また、本発明のセンサ信号インターフェース装置は、好ましくは、前記アンテナがコイル状に形成され、そのコイルの内径及び/又は巻き数を調整することにより、前記シートの長手方向の必要シート長の制御を可能としたことを特徴とする。現在多用されている１３．５ＭＨｚ帯などは、コイル状に２〜４回ループさせるコイル形状のアンテナがデータ等の送受信に適しているからである。 In the sensor signal interface apparatus of the present invention, preferably, the antenna is formed in a coil shape, and the required sheet length in the longitudinal direction of the sheet is controlled by adjusting the inner diameter and / or the number of turns of the coil. It is possible to do this. This is because a coil-shaped antenna that loops 2 to 4 times in a coil shape is suitable for transmission and reception of data and the like in the 13.5 MHz band that is currently widely used.
無線タグ（ＲＦＩＤ）用アンテナには、アンテナとしての機能が発揮できるために、所定の距離が必要とされるため、コイル状にし、筋電センサの導出用電極の両極間の距離に合わせてアンテナコイルの内径及び/又は巻き数を調整することで、センサ信号インターフェース装置自体をコンパクトにすることができる。 Since an antenna for a wireless tag (RFID) can function as an antenna, a predetermined distance is required. Therefore, the antenna is coiled to match the distance between the electrodes of the myoelectric sensor lead-out electrode. The sensor signal interface device itself can be made compact by adjusting the inner diameter and / or the number of turns of the coil.
また、本発明のセンサ信号インターフェース装置は、柔軟性を有するシートであって、一方の面には脈拍センサを備え、他方の面には前記脈拍センサの信号処理部と、無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部と、アンテナとを備え、前記アンテナが受電した電力を前記脈拍センサと前記信号処理部と無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部に給電することを特徴とする。 In addition, the sensor signal interface device of the present invention is a flexible sheet that includes a pulse sensor on one surface and a signal processing unit of the pulse sensor and a wireless tag (RFID) communication on the other surface. And an antenna, and feeds power received by the antenna to the pulse sensor, the signal processing unit, and a wireless tag (RFID) communication unit.
本発明のセンサ信号インターフェース装置は、センサとして、脈拍センサを備えたものである。無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部を介して、脈拍信号の計測データをリアルタイムに送信すると同時に、外部から電力を受信できるため、脈拍センサと信号処理部と無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部に給電することが可能となり、センサ信号インターフェース装置内部にバッテリー装置を不要とすることができる。 The sensor signal interface device of the present invention includes a pulse sensor as a sensor. Since pulse signal measurement data can be transmitted in real time via a wireless tag (RFID) communication unit and power can be received from the outside, power can be supplied to the pulse sensor, the signal processing unit, and the wireless tag (RFID) communication unit. Thus, a battery device can be dispensed with inside the sensor signal interface device.
ＲＦＩＤ通信では電力給電を行う性質上、本発明のセンサ信号インターフェース装置は外部のリーダ装置２１と一定の距離内で使用する必要がある。具体例として１３．５ＭＨｚ帯を用いた場合、外部リーダ装置２１とセンサ信号インターフェース装置を近接させないと通信出来ない。しかし、センサ信号インターフェース装置を複数使用する場合はむしろ各装置間の混信が無くなることや、図６のようなスーツではリーダ装置と近接することが想定されることなどから筋電センサ用に適していると言えよう。 In the RFID communication, the sensor signal interface device of the present invention needs to be used within a certain distance from the external reader device 21 due to the property of supplying power. As a specific example, when the 13.5 MHz band is used, communication is not possible unless the external reader device 21 and the sensor signal interface device are brought close to each other. However, when multiple sensor signal interface devices are used, it is rather suitable for myoelectric sensors because there is no interference between the devices and the suit as shown in FIG. 6 is assumed to be close to the reader device. It can be said that there is.
また、最近登場したＵＨＦ帯使用の長距離型ＲＦＩＤ通信を使うことも可能であり、その場合リーダを人体から離すことが出来るので、例えば患者に取り付けたセンサの状態を読み出すリーダをベッドの側や天井など、数十ｃｍから数ｍ程度離れた場所に設置することが可能になる。体温や脈拍、心筋信号などのモニター用に適している。 It is also possible to use the long-range RFID communication that has recently appeared in the UHF band. In this case, the reader can be separated from the human body. It can be installed in a place such as a ceiling that is several tens of centimeters to several meters away. Suitable for monitoring body temperature, pulse, myocardial signal, etc.
また、本発明のセンサ信号インターフェース装置は、柔軟性を有するシートであって、一方の面には体温センサを備え、他方の面には前記体温センサの信号処理部と、無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部と、アンテナとを備え、前記アンテナが受電した電力を前記体温センサと前記信号処理部と無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部に給電することを特徴とする。 The sensor signal interface device of the present invention is a flexible sheet, and includes a body temperature sensor on one surface, and a signal processing unit of the body temperature sensor and a wireless tag (RFID) communication on the other surface. And an antenna, and the power received by the antenna is fed to the body temperature sensor, the signal processing unit, and a wireless tag (RFID) communication unit.
本発明のセンサ信号インターフェース装置は、センサとして、体温センサを備えたものである。無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部を介して、体温信号の計測データをリアルタイムに送信すると同時に、外部から電力を受信できるため、体温センサと信号処理部と無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部に給電することが可能となり、センサ信号インターフェース装置内部にバッテリー装置を不要とすることができる。 The sensor signal interface device of the present invention includes a body temperature sensor as a sensor. Since the measurement data of the body temperature signal can be transmitted in real time via the wireless tag (RFID) communication unit, and at the same time, the power can be received from the outside, it is possible to supply power to the body temperature sensor, the signal processing unit, and the wireless tag (RFID) communication unit. Thus, a battery device can be dispensed with inside the sensor signal interface device.
また、本発明のセンサ信号インターフェース装置は、柔軟性を有するシートであって、一方の面にはアレルギー反応センサを備え、他方の面には前記アレルギー反応センサの信号処理部と、無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部と、アンテナとを備え、前記アンテナが受電した電力を前記アレルギー反応センサと前記信号処理部と無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部に給電することを特徴とする。 Also, the sensor signal interface device of the present invention is a flexible sheet, comprising an allergic reaction sensor on one surface, and a signal processing unit of the allergic reaction sensor and a wireless tag (RFID) on the other surface. ) A communication unit and an antenna, and the power received by the antenna is fed to the allergic reaction sensor, the signal processing unit, and a wireless tag (RFID) communication unit.
本発明のセンサ信号インターフェース装置は、センサとして、アレルギー反応センサを備えたものである。無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部を介して、アレルギー反応信号の計測データをリアルタイムに送信すると同時に、外部から電力を受信できるため、アレルギー反応センサと信号処理部と無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部に給電することが可能となり、センサ信号インターフェース装置内部にバッテリー装置を不要とすることができる。
アレルギー反応センサは、例えば、アナフラキシーのような急性反応の検出ができるものを用いる。
The sensor signal interface device of the present invention includes an allergic reaction sensor as a sensor. Since allergic reaction signal measurement data is transmitted in real time via a wireless tag (RFID) communication unit, and power can be received from the outside, power is supplied to the allergic reaction sensor, the signal processing unit, and the wireless tag (RFID) communication unit. This makes it possible to eliminate the need for a battery device inside the sensor signal interface device.
As the allergic reaction sensor, for example, a sensor capable of detecting an acute reaction such as anaphylaxis is used.
また、脳波検知センサを実装した本発明のセンサ信号インターフェースを用いれば、脳波測定に用いることも可能である。てんかん等の特異な症状の観測や事前の脳波の乱れを捉えることで、患者のＱＯＬを高めることが可能になる。 Further, if the sensor signal interface of the present invention in which an electroencephalogram detection sensor is mounted is used, it can also be used for electroencephalogram measurement. By observing peculiar symptoms such as epilepsy and pre-existing brain wave disturbance, it is possible to increase the patient's QOL.
また、心筋信号センサを実装した本発明のセンサ信号インターフェースを用いれば、心臓の状態をモニターすることも可能になる。 In addition, if the sensor signal interface of the present invention in which a myocardial signal sensor is mounted is used, it becomes possible to monitor the state of the heart.
さらに、前出の筋電センサ、体温センサ、脈拍センサなどを本発明のセンサ信号インターフェースに同時に実装することも可能である。１セットのみ本発明のセンサ信号インターフェースを取り付けることで、様々な体の状態をモニターすることが可能になる。 Furthermore, the above-described myoelectric sensor, body temperature sensor, pulse sensor, and the like can be simultaneously mounted on the sensor signal interface of the present invention. By attaching only one set of the sensor signal interface of the present invention, it becomes possible to monitor various body conditions.
また、本発明のセンサ信号インターフェース装置は、センサを配設するシート面に、粘着性部材を設け、皮膚に貼り付けることで人体に装着することを特徴とする。 The sensor signal interface device of the present invention is characterized in that an adhesive member is provided on the sheet surface on which the sensor is disposed, and is attached to the human body by being attached to the skin.
粘着テープなどの粘着性部材をシート面に設けることにより、手又は脚の皮膚表面に貼り付けることが可能となり、センサ信号インターフェース装置の装着が容易となる。 By providing an adhesive member such as an adhesive tape on the sheet surface, it can be attached to the skin surface of the hand or leg, and the sensor signal interface device can be easily mounted.
また、センサ信号インターフェース装置が弾力性バンドの内面側に配設され、前記弾力性バンドが人体に装着された場合に前記弾力性バンドの内部に配置されることを特徴とする。弾力性バンドを利用してセンサ信号インターフェース装置の装着が容易とするものである。 Further, the sensor signal interface device is disposed on the inner surface side of the elastic band, and is disposed inside the elastic band when the elastic band is attached to a human body. The sensor signal interface device can be easily mounted by using the elastic band.
また、本発明のセンサ信号インターフェース装置は、センサ信号インターフェース装置が皮膚表皮下部に埋め込まれて使用されることを特徴とする。体内埋め込み型とすることにより、常に人体に装着可能となり、装着・着脱の手間が不要となる。 The sensor signal interface device of the present invention is characterized in that the sensor signal interface device is used by being implanted in the skin epidermis. By adopting an in-body type, it can always be attached to the human body, eliminating the need for attachment / detachment.
次に、本発明のロボット用インターフェースシステムは、上述のセンサ信号インターフェース装置において、外部に設けられたリーダ装置が電磁波を放射し、センサ信号インターフェース装置が電磁波を受信することで受電し、かつ、センサ信号インターフェース装置がセンサ信号データをリーダ装置に送信することを特徴とする。 Next, the robot interface system of the present invention is the sensor signal interface device described above, wherein the reader device provided outside radiates electromagnetic waves, and the sensor signal interface device receives the electromagnetic waves to receive power, and the sensor The signal interface device transmits sensor signal data to the reader device.
センサ信号インターフェース装置から、センサ信号データをリアルタイムに送信すると同時に、センサ信号インターフェース装置内のアンテナコイルで電磁波を受信し電力を受電することで、センサ信号インターフェース装置内にバッテリー装置を不要とするものである。 At the same time as transmitting sensor signal data from the sensor signal interface device in real time, the antenna coil in the sensor signal interface device receives electromagnetic waves and receives power, thereby eliminating the need for a battery device in the sensor signal interface device. is there.
ここで、本発明のロボット用インターフェースシステムは、リーダ装置が、人体に装着されるスーツに配設されているのが好ましい。着脱が容易で、リーダ装置の存在を意識しないですむからである。 Here, in the robot interface system of the present invention, it is preferable that the reader device is disposed in a suit worn on a human body. This is because the attachment and detachment is easy and it is not necessary to be aware of the existence of the reader device.
上記のように構成された本発明に係るセンサ信号インターフェース装置は、柔軟であることにより皮膚表面に沿って自在に変形し得るシートによって、筋肉の膨張・収縮に伴って導出用電極の部位に形状変化が生じた場合、この形状変化に応じてシートし、導出用電極は皮膚表面に密着するので、使用者（操作者）の皮膚表面と密着して義手や義肢を制御できることとなり、筋電位信号の計測感度が向上する。 The sensor signal interface device according to the present invention configured as described above is flexible and has a sheet that can be freely deformed along the skin surface. When a change occurs, it is sheeted according to this shape change, and the lead-out electrode is in close contact with the skin surface, so that the prosthetic hand and the prosthetic limb can be controlled in close contact with the skin surface of the user (operator). Improved measurement sensitivity.
また、無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部で、筋電位信号等のセンサ信号の計測データをリアルタイムに送信することができ、センサから有線で計測データを集約して、身体に取り付けた送信機から送信することが不要とでき、身体装着の利便性が向上する。 In addition, measurement data of sensor signals such as myoelectric potential signals can be transmitted in real time with a wireless tag (RFID) communication unit, and the measurement data is aggregated from the sensor in a wired manner and transmitted from a transmitter attached to the body. Can be eliminated and the convenience of wearing the body is improved.
さらに、本発明に係るセンサ信号インターフェース装置は、無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部を介して、筋電位信号等のセンサ信号の計測データをリアルタイムに送信すると同時に、電力を受電できるため、センサ信号インターフェース装置内にバッテリー装置を不要とすることができる。 Furthermore, since the sensor signal interface device according to the present invention can receive measurement data of sensor signals such as myoelectric potential signals in real time via a wireless tag (RFID) communication unit, and at the same time can receive power, the sensor signal interface device A battery device can be dispensed with.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
実施例１では、筋電センサのセンサ信号インターフェース装置を説明する。図１は、筋電センサのセンサ信号インターフェース装置の構造（表面と裏面）を示している。図１（ａ）は、センサ信号インターフェース装置のシート２の一面（表面）であり、シート上に筋電センサの信号処理部３と、無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部４と、アンテナコイル５が配設されている。シート２は柔軟性のあるフィルム状であり、材料としては柔軟性のある樹脂などを用いる。シート２の寸法は、例えば、扁平した楕円形状をしており、長径が６０ｍｍ、短径が２０ｍｍである。 In the first embodiment, a sensor signal interface device of a myoelectric sensor will be described. FIG. 1 shows the structure (front surface and back surface) of a sensor signal interface device of a myoelectric sensor. FIG. 1A shows one surface (surface) of the sheet 2 of the sensor signal interface device, on which the signal processing unit 3 of the myoelectric sensor, the wireless tag (RFID) communication unit 4, and the antenna coil 5 are arranged. It is installed. The sheet 2 is a flexible film, and a flexible resin or the like is used as a material. The size of the sheet 2 is, for example, a flat oval shape, with a major axis of 60 mm and a minor axis of 20 mm.
また、図１（ｂ）は、センサ信号インターフェース装置のシート２の他面（裏面）であり、シート２上に筋電センサの一対の導出用電極７が、シートの長手方向に互いに所定距離隔てて配設されている。また、シート２の裏面全体にわたって、粘着部材として粘着テープ８が配置されている。
上述に説明した如く、皮膚表面に沿って自在に変形し得る柔軟性を有するシート２上に、筋電センサの一対の導出用電極７と信号処理部３と無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部４とアンテナコイル５を設けたことによって、筋肉の膨張・収縮に伴って導出用電極７の部位に形状変化が生じた場合でも、この形状変化に応じてシート２が変形し、導出用電極７を皮膚表面に密着させることができ、筋電位信号の計測感度を向上させるのである。
なお、製法上の理由から上記各部をすべて同一面に配置することや、内層等の複数面を有する構造なども実施可能である。
FIG. 1B shows the other surface (back surface) of the sheet 2 of the sensor signal interface device. On the sheet 2, a pair of lead electrodes 7 for the myoelectric sensor are separated from each other by a predetermined distance in the longitudinal direction of the sheet. Arranged. An adhesive tape 8 is disposed as an adhesive member over the entire back surface of the sheet 2.
As described above, on the sheet 2 having flexibility that can be freely deformed along the skin surface, the pair of lead-out electrodes 7 of the myoelectric sensor, the signal processing unit 3, and the wireless tag (RFID) communication unit 4 By providing the antenna coil 5, even when a shape change occurs in the portion of the lead-out electrode 7 due to muscle expansion / contraction, the sheet 2 is deformed in accordance with this shape change, and the lead-out electrode 7 is attached to the skin. It can be brought into close contact with the surface, improving the measurement sensitivity of the myoelectric potential signal.
In addition, it is also possible to implement a structure having a plurality of surfaces such as an inner layer by arranging all the parts on the same surface for manufacturing reasons.
ここで、シート上の略中央部に配設されている信号処理部３は、シートの裏面の筋電センサの一対の導出用電極７とリード線６で接続されており、採取した筋電信号を増幅し、ディジタル化処理を行う。
また、無線タグ（ＲＦＩＤ）通信部４は、上述の信号処理部３から送られてくるディジタル化された筋電信号を、所定の通信プロトコルとデータフォーマットに従って、ＲＦＩＤ通信を行うものであり、マイコンが搭載されている。
また、アンテナコイル５は、シート２の全周距離を利用してコイル状に配置しており、シート２のコンパクトなスペースに収めている。
Here, the signal processing unit 3 disposed at a substantially central portion on the sheet is connected to the pair of lead electrodes 7 of the myoelectric sensor on the back surface of the sheet by the lead wire 6, and the collected myoelectric signal. Is amplified and digitized.
The wireless tag (RFID) communication unit 4 performs RFID communication on the digitized myoelectric signal sent from the signal processing unit 3 according to a predetermined communication protocol and data format. Is installed.
Further, the antenna coil 5 is arranged in a coil shape using the entire circumferential distance of the sheet 2 and is stored in a compact space of the sheet 2.
次に、図２は、本実施例１のセンサ信号インターフェース装置の機能ブロック図を示している。先ず、アンテナコイルにより電磁波を受信し、コイル内に生じた磁界から起電する（受電部１１）。そして、起電した電力で、筋電信号処理部１２とＲＦＩＤ通信部１３とマイコン制御部１４（図１の構造図では、ＲＦＩＤ通信部とマイコン制御部が一体として説明している。）に給電する。 Next, FIG. 2 shows a functional block diagram of the sensor signal interface apparatus of the first embodiment. First, an electromagnetic wave is received by an antenna coil, and an electric power is generated from a magnetic field generated in the coil (power receiving unit 11). Then, the electromotive force is supplied to the myoelectric signal processing unit 12, the RFID communication unit 13, and the microcomputer control unit 14 (in the structural diagram of FIG. 1, the RFID communication unit and the microcomputer control unit are described as one unit). To do.
上述の如く、アンテナコイル５により外部から電力を受電し、筋電信号処理部１２とＲＦＩＤ通信部１３とマイコン制御部１４に給電する構成とすることで、センサ信号インターフェース装置１の内部にバッテリー装置を設けることを不要とするのである。 As described above, the battery power is received inside the sensor signal interface device 1 by receiving electric power from the outside by the antenna coil 5 and supplying power to the myoelectric signal processing unit 12, the RFID communication unit 13, and the microcomputer control unit 14. It is not necessary to provide this.
図３に、センサ信号インターフェース装置１のアンテナコイル５と、外部のリーダ装置２１のアンテナ２２との間で電力・センサ信号データを送受信している様子を示す。
また、図４に、センサ信号インターフェース装置１とリーダ装置２１との間での概略処理フローを示す。
先ず、外部のリーダ装置２１のアンテナ２２から電磁波を放射する（Ｓ１）。人体の腕の皮膚表面に取り付けられたセンサ信号インターフェース装置１は、内部のアンテナコイル５により、この電磁波による磁界の影響で起電する。起電した電力は、筋電信号処理部１２とＲＦＩＤ通信部１３とマイコン制御部１４に給電される(Ｓ２)。センサ信号インターフェース装置１の筋電センサの筋電位電極７から採取した筋電信号を信号増幅し、ノイズカット・フィルタ処理やディジタル化処理などマイコン制御部１４で適切に処理を施して、ＲＦＩＤ通信部１３から筋電信号データを送信する（Ｓ３）。送信された筋電信号データは、リーダ装置２１が受信しデータを読み取るのである（Ｓ４）。
FIG. 3 shows a state in which power / sensor signal data is transmitted / received between the antenna coil 5 of the sensor signal interface device 1 and the antenna 22 of the external reader device 21.
FIG. 4 shows a schematic processing flow between the sensor signal interface device 1 and the reader device 21.
First, an electromagnetic wave is radiated from the antenna 22 of the external reader device 21 (S1). The sensor signal interface device 1 attached to the skin surface of the human arm is electromotiveized by the internal antenna coil 5 under the influence of the magnetic field due to the electromagnetic waves. The electromotive power is fed to the myoelectric signal processing unit 12, the RFID communication unit 13, and the microcomputer control unit 14 (S2). An RFID communication unit which amplifies the myoelectric signal collected from the myoelectric potential electrode 7 of the myoelectric sensor of the sensor signal interface device 1 and appropriately processes it by the microcomputer control unit 14 such as noise cut / filter processing and digitization processing. The myoelectric signal data is transmitted from 13 (S3). The transmitted myoelectric signal data is received by the reader device 21 and read (S4).
次に、図５は、本発明のセンサ信号インターフェース装置を人体に装着する仕方を示している。図５（Ａ）のバンドエイド型とは、筋電センサを配設するシート面（裏面）に粘着テープを設け、皮膚に貼り付けることで人体に装着するやり方である。このやり方は、手又は脚の皮膚表面に貼り付けるだけなので、センサ信号インターフェース装置１の装着が非常に容易で利便性が高くなる。
また、図５（Ｂ）のリストバンド型とは、センサ信号インターフェース装置１が弾力性のあるアームバンド３１やリストバンド３２の内面側に配設され、アームバンド３１やリストバンド３２が人体に装着される。アームバンド３１やリストバンド３２を利用してセンサ信号インターフェース装置の装着を行うもので、上述のバンドエイド型と同様、センサ信号インターフェース装置１の装着が非常に容易で利便性が高くなる。
さらに、図５（Ｃ）の体内埋込型は、センサ信号インターフェース装置１を外科的施術により皮膚表皮下部に埋め込み挿入することにより使用するものである。体内埋め込み型とすることにより、常に人体に装着可能となり、装着・着脱の手間が不要となるため、上述のバンドエイド型やリストバンド型よりも更に利便性が高くなる。また必要に応じて直接神経とインターフェースを取ることも可能である。
Next, FIG. 5 shows how to attach the sensor signal interface device of the present invention to the human body. The band-aid type in FIG. 5 (A) is a method of attaching to the human body by providing an adhesive tape on the sheet surface (back surface) on which the myoelectric sensor is disposed and attaching it to the skin. Since this method is simply affixed to the skin surface of the hand or leg, the sensor signal interface device 1 is very easy to wear and highly convenient.
In the wristband type of FIG. 5B, the sensor signal interface device 1 is disposed on the inner surface side of the elastic armband 31 or wristband 32, and the armband 31 or wristband 32 is attached to the human body. Is done. The sensor signal interface device is attached using the arm band 31 and the wristband 32, and the sensor signal interface device 1 is very easy to attach and highly convenient as in the band-aid type described above.
Furthermore, the implantable type in FIG. 5C is used by implanting the sensor signal interface device 1 into the epidermis of the skin by surgical operation. By adopting an in-body implantable type, it can always be attached to the human body, and the labor of attaching / detaching is not required, so that the convenience becomes higher than the above-described band-aid type and wristband type. It is also possible to interface directly with nerves as needed.
次に、図６は、人に装着するスーツの数箇所にリーダ装置を取り付けた模式図である。センサ信号インターフェース装置１は、上述の図５で示したような方法により、人体に装着するが、電力を送信してセンサ信号データを読み取る側のリーダ装置２１の取り付けを簡便にするため、図６のように、人体を覆うスーツの数箇所（計測ポイント）にリーダ装置２１を埋め込む。このようなスーツを設けることで、装置の着脱が容易で、また、リーダ装置の存在を意識しないですむため、使用者は自然な動きを行うことができるのである。ＲＦＩＤ通信は通信可能距離が短いことから、各センサ信号インターフェース装置１とリーダ装置のペアは他のペアと混信しにくい長所の恩恵も受けることが出来る。 Next, FIG. 6 is a schematic diagram in which reader devices are attached to several places of a suit worn on a person. The sensor signal interface device 1 is attached to the human body by the method shown in FIG. 5 described above, but in order to simplify the attachment of the reader device 21 on the side that transmits power and reads the sensor signal data, FIG. Like this, the reader apparatus 21 is embedded in several places (measurement points) of the suit which covers a human body. By providing such a suit, it is easy to attach and detach the apparatus, and it is not necessary to be aware of the presence of the reader apparatus, so that the user can perform natural movements. Since RFID communication has a short communicable distance, each sensor signal interface device 1 and reader device pair can also benefit from the advantage of being less likely to interfere with other pairs.
筋電義手等の制御を目的とした人体に装着する筋電センサ等のセンサ信号インターフェース装置とそれを用いたロボット用インターフェースシステムとしての有用性が高い。
また、高齢者、患者等の状況観察用のセンサ信号インターフェース装置としても利用できる。また図６のようなスーツを着れば、体の動きや体を動かそうとする意思（筋電）を読み取ることが可能となり、スーツの外装部にアクチュエータなどを実装すれば人体のパワーを増強可能なアシスト型ロボットが駆動出来ることになる。また、さらに大型の乗降型ロボットや、あるいは危険地域で使用するロボットなどの遠隔操作などにも応用が可能である。
It is highly useful as a sensor signal interface device such as a myoelectric sensor attached to a human body for the purpose of controlling a myoelectric prosthesis and the like and a robot interface system using the sensor signal interface device.
It can also be used as a sensor signal interface device for observing the situation of elderly people, patients and the like. In addition, if you wear a suit as shown in Fig. 6, it will be possible to read your body movements and your intention to move your body (myoelectricity). A simple assist robot can be driven. Further, it can be applied to remote operation of a larger boarding / alighting robot or a robot used in a dangerous area.
１ センサ信号インターフェース装置
２ シート
３ 信号処理部
４ ＲＦＩＤ通信部
５ アンテナコイル
６ リード線
７ 筋電センサの導出用電極
８ 粘着テープ
１１ 受電部
１２ 筋電信号処理部
１３ マイコン制御部
１４ ＲＦＩＤ通信部
２１ リーダ装置
２２ アンテナ
３１ スーツ
1 Sensor signal interface device 2 Seat
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Signal processing part 4 RFID communication part 5 Antenna coil 6 Lead wire 7 Electrode for derivation of myoelectric sensor 8 Adhesive tape 11 Power receiving part 12 Myoelectric signal processing part 13 Microcomputer control part 14 RFID communication part 21 Reader device 22 Antenna 31 Suit
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