筋電インタフェースにおける安全システム
【課題】 始動時の安全技術として、意図しないときにシステムが動作を開始するのを防ぎ、かつ、不随意運動により、意図しないときにシステムが動作を開始するのを防ぎ、かつ、停止時の安全技術として、ノイズが混入してスイッチがＯＦＦできなくても、安全に動作を停止させ、かつ、パニック時に筋電スイッチをＯＦＦにすること無く、壁への衝突直前や段差への転落直前など緊急停止を可能にする。
【解決手段】 筋電の信号強度が閾値を超えるとＯＮになる筋電スイッチの全てが、所定時間、スイッチＯＮ状態を維持した後にＯＦＦ状態に切り替えることによって動作を開始するよう構成する。また、このユーザ装置を２個以上の筋電スイッチで操作するよう構成し、筋電スイッチの全てがＯＮになった場合にユーザ装置の動作を停止するように構成する。
【解決手段】 筋電の信号強度が閾値を超えるとＯＮになる筋電スイッチの全てが、所定時間、スイッチＯＮ状態を維持した後にＯＦＦ状態に切り替えることによって動作を開始するよう構成する。また、このユーザ装置を２個以上の筋電スイッチで操作するよう構成し、筋電スイッチの全てがＯＮになった場合にユーザ装置の動作を停止するように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筋電を用いたユーザインタフェース（筋電インタフェース）の一種である筋電スイッチにおいて，安全な始動と停止を実現するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
筋肉の活動電位（筋電）を検出することによって、例えば、義手（筋電義手）、電動車いす等のユーザ装置を操作することが可能となる。筋電義手を操作するには、基本的に、皮膚表面に筋電センサを接触させ、筋電信号を測定する。そこで、各信号強度が、あらかじめ決められた閾値を越えた場合に、対応する動作が選択される。例えば前腕筋電義手の場合、断端部に残る伸筋群と屈筋群上の皮膚表面に接触させたセンサによって2chの筋電を測定し、屈筋側で測定した筋電の強度が閾値を超えると手先を閉じ、逆に、伸筋側が閾値を越えると手先を開くように構成することができる。
【０００３】
「筋電」とは、筋収縮時に観測される生体電位の一種であり、例えば、皮膚表面で表面筋電位として観測される。本明細書において、「筋電インタフェース」とは、筋電を用いて、義手とか電動車いすなどの道具や機械（ユーザ装置）を操作するユーザインタフェースであると定義し、かつ、その筋電インタフェースの一種として，筋電の信号強度が閾値を超えるとオンになるスイッチを、「筋電スイッチ」と定義する。この筋電スイッチは、筋力低下などにより押しボタンスイッチの操作が困難なケースにおいて，代替のインタフェースとして用いることができる。
【０００４】
このような筋電スイッチには、始動時及び停止時にそれぞれ問題点がある。始動時には、筋電は数μＶ〜数ｍＶ程度の弱い信号であるため，商用電源（100Ｖ）等の外乱ノイズの影響を受けやすい。強い外乱ノイズが混入した場合、意図しないときにスイッチがＯＮになるケースがある。このため、誤動作による重大な危険の伴う恐れのある移動機器などのユーザインタフェースへの適用が困難であった。
また、スイッチ型のユーザインタフェースにおいては，動作を停止するには、以下の２つの方式があるが、それぞれ問題がある。
【０００５】
（１）「動作スイッチをＯＦＦにする。」：
筋電スイッチの場合、ノイズの混入により，スイッチをＯＦＦにできないケースがあること、及び、緊急時（パニック時）には力んでしまうためにスイッチをＯＦＦにできないケースがあることの２つの理由により，この方式を用いるのは危険である。このため、以下の方式のように停止用のスイッチを用いる必要がある。
【０００６】
（２）「停止用スイッチをＯＮにする。」：
しかしながら，例えば運動機能が限定される障害者用のユーザインタフェースにおいては，停止スイッチを増設するのが困難なケースがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、係る問題点を解決して、始動時の安全技術として、筋電スイッチに外乱ノイズ混入により、意図しないときにシステムが動作を開始するのを防ぎ、かつ、不随意運動により、意図しないときにシステムが動作を開始するのを防ぐことを目的としている。
また、本発明は、停止時の安全技術として、ノイズが混入してスイッチがＯＦＦできなくても、安全に動作を停止させ、かつ、パニック時に筋電スイッチをＯＦＦにすること無く、壁への衝突直前や段差への転落直前など緊急停止を可能にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の筋電を検出してユーザ装置を操作する筋電インタフェースにおける安全システムにおいて、筋電の信号強度が閾値を超えるとＯＮになる筋電スイッチの全てが、所定時間、スイッチＯＮ状態を維持した後にＯＦＦ状態に切り替えることによって動作を開始するよう構成する。また、このユーザ装置を２個以上の筋電スイッチで操作するよう構成し、筋電スイッチの全てがＯＮになった場合にユーザ装置の動作を停止するように構成する。
【発明の効果】
【０００９】
始動時の安全技術として、筋電スイッチでは外乱ノイズの影響によってスイッチがＯＮになるケースがあるが、本発明を用いることにより、ノイズ混入により、意図しないときにシステムが動作を開始するのを防ぐことができる。また、不随意運動により、意図しないときにシステムが動作を開始するのを防ぐことができる。
停止時の安全技術として、ノイズが混入してスイッチがＯＦＦできなくても、動作が停止するため安全である。また、壁への衝突直前や段差への転落直前など緊急停止が必要な場合に、操作者がパニックに陥り過度に筋肉を緊張することがあり、この場合、筋電スイッチをＯＦＦにすることが困難であるが、本発明では動作を停止するため安全である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、例示に基づき、本発明を説明する。図１は、始動時の安全技術を説明する状態遷移図である。図１において、各楕円の中が各状態を示し，矢印横の括弧｛ ｝内の条件を満たした場合に，矢印に従って次の状態へと遷移する。図１は、１個以上のスイッチを用いる場合の「始動時の安全技術」に関するものであり、図中｛ON}と書かれている部分は、すべてのスイッチがON状態を示し、また、それ以外のスイッチ状態を｛OFF}と表示している。なお、以下の説明において、スイッチは筋電スイッチを表し、筋電の信号強度が閾値を超えるとONになる。
【００１１】
まず、「停止，タイマリセット」状態にあるとする（タイマの時間ｔ＝０）。ここで、スイッチがＯＮになった場合に「始動待機，タイマＯＮ」状態へ遷移する。
「始動待機，タイマＯＮ」状態（ｔ＝ｔ＋１）で、タイマの時間（ｔ）が制限時間１（Ｔ１）よりも小さい状態でスイッチがＯＮである場合と，タイマの時間（ｔ）が制限時間１（Ｔ1）以上で制限時間２（Ｔ2）より小さい状態でスイッチがＯＮの場合には遷移しない。時間（ｔ）が制限時間１（Ｔ1）より小さい状態でスイッチＯＦＦになった場合、「停止、タイマリセット」状態に遷移する。時間（ｔ）が制限時間１（Ｔ1）より大きく，かつ制限時間２（Ｔ2）よりも小さい場合にスイッチがＯＦＦとなったときは、「始動」状態に遷移してシステムを始動する。時間（ｔ）が制限時間２（Ｔ２）以上になった場合，「復帰待機」状態へ遷移する。
【００１２】
「復帰待機」では、スイッチがＯＦＦになるまでは、「停止，タイマリセット」状態へは遷移しない。
このように、始動時の安全技術として、1個以上の筋電スイッチで操作するシステムにおいて，一定時間、スイッチＯＮ状態を維持した後にＯＦＦ状態に切り替えることによって動作を開始する。
次に、２個以上のスイッチを用いる場合の停止時の安全技術について、図２に示す状態遷移図を参照して説明する。図２は、２つの筋電スイッチで操作するユーザ装置（電動車いす）の動作を決定する状態遷移図の例を示している。
【００１３】
図２において、各楕円の中が各状態を示し、矢印横の括弧内の条件を満たした場合に、矢印に従って次の状態へと遷移する。前進，左回旋，右回旋，左前進，右前進の各状態から、２つの筋電スイッチをともにＯＮにすることにより，停止状態に遷移して動作をとめることができる。このように、２個以上の筋電スイッチで操作するシステムにおいて，全スイッチがＯＮになった場合に動作を停止するように構成されている。
【００１４】
（１）今、図２に示す「停止１」状態にあるとする。
・２個のスイッチがともにONになると「始動待機」状態に遷移する。
・２個のスイッチがともにOFFでは「停止１」状態を維持する。
・片方のスイッチがONになった場合は、右、または左に回旋する。
【００１５】
（２）「始動待機」状態に遷移したとする。
・図１を参照して説明したのと同様に、２つのスイッチが共に、｛ON、ON} を制限時間Ｔ１（例えば、０．５秒）以上維持し、制限時間Ｔ２（例えば、２秒）以内に｛OFF、OFF} になった場合、「前進」状態に遷移する。
・それ以外の場合は「停止２」状態へ遷移する。
【００１６】
（３）上記停止１状態から、「右回旋」或いは「左回旋」状態に遷移したとする。
・同じスイッチ状態を維持すれば、そのまま「右回旋」「左回旋」を維持する。
・それ以外にスイッチが変化した場合、即ち、２つのスイッチが共にＯＦＦになった場合だけでなく、共にＯＮになった場合にも、「停止１」状態に遷移して停止する（停止時の安全技術）。
【００１７】
（４）始動待機状態から「停止２」状態に遷移したとする。
・スイッチが｛OFF、OFF}になった場合のみ「停止１」状態に遷移する。
・それ以外は「停止２」状態を維持する。
【００１８】
（５）「前進」状態にあるとする。
・スイッチが｛OFF、OFF}の場合には「前進」状態を維持する。
・片方のスイッチがONになった場合には、「右前進」または「左前進」に遷移する。
・スイッチが｛ON、ON}の場合は「停止１」に遷移する（停止時の安全技術）。
【００１９】
（６）「右前進」「左前進」状態にあるとする。
・同じスイッチ状態を維持すれば、そのまま「右前進」か「左前進」を維持する。
・それ以外にスイッチが変化した場合には、「停止１」に遷移して停止する（停止時の安全技術）。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】始動時の安全技術を説明する状態遷移図である。
【図２】２個以上のスイッチを用いる場合の停止時の安全技術を説明する状態遷移図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筋電を用いたユーザインタフェース（筋電インタフェース）の一種である筋電スイッチにおいて，安全な始動と停止を実現するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
筋肉の活動電位（筋電）を検出することによって、例えば、義手（筋電義手）、電動車いす等のユーザ装置を操作することが可能となる。筋電義手を操作するには、基本的に、皮膚表面に筋電センサを接触させ、筋電信号を測定する。そこで、各信号強度が、あらかじめ決められた閾値を越えた場合に、対応する動作が選択される。例えば前腕筋電義手の場合、断端部に残る伸筋群と屈筋群上の皮膚表面に接触させたセンサによって2chの筋電を測定し、屈筋側で測定した筋電の強度が閾値を超えると手先を閉じ、逆に、伸筋側が閾値を越えると手先を開くように構成することができる。
【０００３】
「筋電」とは、筋収縮時に観測される生体電位の一種であり、例えば、皮膚表面で表面筋電位として観測される。本明細書において、「筋電インタフェース」とは、筋電を用いて、義手とか電動車いすなどの道具や機械（ユーザ装置）を操作するユーザインタフェースであると定義し、かつ、その筋電インタフェースの一種として，筋電の信号強度が閾値を超えるとオンになるスイッチを、「筋電スイッチ」と定義する。この筋電スイッチは、筋力低下などにより押しボタンスイッチの操作が困難なケースにおいて，代替のインタフェースとして用いることができる。
【０００４】
このような筋電スイッチには、始動時及び停止時にそれぞれ問題点がある。始動時には、筋電は数μＶ〜数ｍＶ程度の弱い信号であるため，商用電源（100Ｖ）等の外乱ノイズの影響を受けやすい。強い外乱ノイズが混入した場合、意図しないときにスイッチがＯＮになるケースがある。このため、誤動作による重大な危険の伴う恐れのある移動機器などのユーザインタフェースへの適用が困難であった。
また、スイッチ型のユーザインタフェースにおいては，動作を停止するには、以下の２つの方式があるが、それぞれ問題がある。
【０００５】
（１）「動作スイッチをＯＦＦにする。」：
筋電スイッチの場合、ノイズの混入により，スイッチをＯＦＦにできないケースがあること、及び、緊急時（パニック時）には力んでしまうためにスイッチをＯＦＦにできないケースがあることの２つの理由により，この方式を用いるのは危険である。このため、以下の方式のように停止用のスイッチを用いる必要がある。
【０００６】
（２）「停止用スイッチをＯＮにする。」：
しかしながら，例えば運動機能が限定される障害者用のユーザインタフェースにおいては，停止スイッチを増設するのが困難なケースがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、係る問題点を解決して、始動時の安全技術として、筋電スイッチに外乱ノイズ混入により、意図しないときにシステムが動作を開始するのを防ぎ、かつ、不随意運動により、意図しないときにシステムが動作を開始するのを防ぐことを目的としている。
また、本発明は、停止時の安全技術として、ノイズが混入してスイッチがＯＦＦできなくても、安全に動作を停止させ、かつ、パニック時に筋電スイッチをＯＦＦにすること無く、壁への衝突直前や段差への転落直前など緊急停止を可能にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の筋電を検出してユーザ装置を操作する筋電インタフェースにおける安全システムにおいて、筋電の信号強度が閾値を超えるとＯＮになる筋電スイッチの全てが、所定時間、スイッチＯＮ状態を維持した後にＯＦＦ状態に切り替えることによって動作を開始するよう構成する。また、このユーザ装置を２個以上の筋電スイッチで操作するよう構成し、筋電スイッチの全てがＯＮになった場合にユーザ装置の動作を停止するように構成する。
【発明の効果】
【０００９】
始動時の安全技術として、筋電スイッチでは外乱ノイズの影響によってスイッチがＯＮになるケースがあるが、本発明を用いることにより、ノイズ混入により、意図しないときにシステムが動作を開始するのを防ぐことができる。また、不随意運動により、意図しないときにシステムが動作を開始するのを防ぐことができる。
停止時の安全技術として、ノイズが混入してスイッチがＯＦＦできなくても、動作が停止するため安全である。また、壁への衝突直前や段差への転落直前など緊急停止が必要な場合に、操作者がパニックに陥り過度に筋肉を緊張することがあり、この場合、筋電スイッチをＯＦＦにすることが困難であるが、本発明では動作を停止するため安全である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、例示に基づき、本発明を説明する。図１は、始動時の安全技術を説明する状態遷移図である。図１において、各楕円の中が各状態を示し，矢印横の括弧｛ ｝内の条件を満たした場合に，矢印に従って次の状態へと遷移する。図１は、１個以上のスイッチを用いる場合の「始動時の安全技術」に関するものであり、図中｛ON}と書かれている部分は、すべてのスイッチがON状態を示し、また、それ以外のスイッチ状態を｛OFF}と表示している。なお、以下の説明において、スイッチは筋電スイッチを表し、筋電の信号強度が閾値を超えるとONになる。
【００１１】
まず、「停止，タイマリセット」状態にあるとする（タイマの時間ｔ＝０）。ここで、スイッチがＯＮになった場合に「始動待機，タイマＯＮ」状態へ遷移する。
「始動待機，タイマＯＮ」状態（ｔ＝ｔ＋１）で、タイマの時間（ｔ）が制限時間１（Ｔ１）よりも小さい状態でスイッチがＯＮである場合と，タイマの時間（ｔ）が制限時間１（Ｔ1）以上で制限時間２（Ｔ2）より小さい状態でスイッチがＯＮの場合には遷移しない。時間（ｔ）が制限時間１（Ｔ1）より小さい状態でスイッチＯＦＦになった場合、「停止、タイマリセット」状態に遷移する。時間（ｔ）が制限時間１（Ｔ1）より大きく，かつ制限時間２（Ｔ2）よりも小さい場合にスイッチがＯＦＦとなったときは、「始動」状態に遷移してシステムを始動する。時間（ｔ）が制限時間２（Ｔ２）以上になった場合，「復帰待機」状態へ遷移する。
【００１２】
「復帰待機」では、スイッチがＯＦＦになるまでは、「停止，タイマリセット」状態へは遷移しない。
このように、始動時の安全技術として、1個以上の筋電スイッチで操作するシステムにおいて，一定時間、スイッチＯＮ状態を維持した後にＯＦＦ状態に切り替えることによって動作を開始する。
次に、２個以上のスイッチを用いる場合の停止時の安全技術について、図２に示す状態遷移図を参照して説明する。図２は、２つの筋電スイッチで操作するユーザ装置（電動車いす）の動作を決定する状態遷移図の例を示している。
【００１３】
図２において、各楕円の中が各状態を示し、矢印横の括弧内の条件を満たした場合に、矢印に従って次の状態へと遷移する。前進，左回旋，右回旋，左前進，右前進の各状態から、２つの筋電スイッチをともにＯＮにすることにより，停止状態に遷移して動作をとめることができる。このように、２個以上の筋電スイッチで操作するシステムにおいて，全スイッチがＯＮになった場合に動作を停止するように構成されている。
【００１４】
（１）今、図２に示す「停止１」状態にあるとする。
・２個のスイッチがともにONになると「始動待機」状態に遷移する。
・２個のスイッチがともにOFFでは「停止１」状態を維持する。
・片方のスイッチがONになった場合は、右、または左に回旋する。
【００１５】
（２）「始動待機」状態に遷移したとする。
・図１を参照して説明したのと同様に、２つのスイッチが共に、｛ON、ON} を制限時間Ｔ１（例えば、０．５秒）以上維持し、制限時間Ｔ２（例えば、２秒）以内に｛OFF、OFF} になった場合、「前進」状態に遷移する。
・それ以外の場合は「停止２」状態へ遷移する。
【００１６】
（３）上記停止１状態から、「右回旋」或いは「左回旋」状態に遷移したとする。
・同じスイッチ状態を維持すれば、そのまま「右回旋」「左回旋」を維持する。
・それ以外にスイッチが変化した場合、即ち、２つのスイッチが共にＯＦＦになった場合だけでなく、共にＯＮになった場合にも、「停止１」状態に遷移して停止する（停止時の安全技術）。
【００１７】
（４）始動待機状態から「停止２」状態に遷移したとする。
・スイッチが｛OFF、OFF}になった場合のみ「停止１」状態に遷移する。
・それ以外は「停止２」状態を維持する。
【００１８】
（５）「前進」状態にあるとする。
・スイッチが｛OFF、OFF}の場合には「前進」状態を維持する。
・片方のスイッチがONになった場合には、「右前進」または「左前進」に遷移する。
・スイッチが｛ON、ON}の場合は「停止１」に遷移する（停止時の安全技術）。
【００１９】
（６）「右前進」「左前進」状態にあるとする。
・同じスイッチ状態を維持すれば、そのまま「右前進」か「左前進」を維持する。
・それ以外にスイッチが変化した場合には、「停止１」に遷移して停止する（停止時の安全技術）。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】始動時の安全技術を説明する状態遷移図である。
【図２】２個以上のスイッチを用いる場合の停止時の安全技術を説明する状態遷移図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筋電を検出してユーザ装置を操作する筋電インタフェースにおける安全システムにおいて、
筋電の信号強度が閾値を超えるとＯＮになる筋電スイッチの全てが、所定時間、スイッチＯＮ状態を維持した後にＯＦＦ状態に切り替えることによって動作を開始するよう構成した、
ことから成る安全システム。
【請求項２】
前記ユーザ装置を２個以上の筋電スイッチで操作するよう構成し、筋電スイッチの全てがＯＮになった場合にユーザ装置の動作を停止するように構成した請求項１に記載の安全システム。
【請求項１】
筋電を検出してユーザ装置を操作する筋電インタフェースにおける安全システムにおいて、
筋電の信号強度が閾値を超えるとＯＮになる筋電スイッチの全てが、所定時間、スイッチＯＮ状態を維持した後にＯＦＦ状態に切り替えることによって動作を開始するよう構成した、
ことから成る安全システム。
【請求項２】
前記ユーザ装置を２個以上の筋電スイッチで操作するよう構成し、筋電スイッチの全てがＯＮになった場合にユーザ装置の動作を停止するように構成した請求項１に記載の安全システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−１９５５９２（Ｐ２００７−１９５５９２Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４５９２（Ｐ２００６−１４５９２）
【出願日】平成１８年１月２４日（２００６．１．２４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度文部科学省「科学技術振興調整費 障害者の安全で快適な生活の支援技術の開発」委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２４日（２００６．１．２４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度文部科学省「科学技術振興調整費 障害者の安全で快適な生活の支援技術の開発」委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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