(57)【要約】【課題】筋肉の収縮を検出する精度を向上させる、筋収縮検出センサを提供する。【解決手段】筋肉の収縮を検出する筋収縮検出センサは、基板と、筋肉に向けて押し付けられる第１押付け部材であって、基板の筋肉と対向する上板部上に配置された第１流体格納部と、上板部上以外の位置に配置され、第１流体格納部と流路で連結された第２流体格納部とで構成される、第１押付け部材と、第２流体格納部との接触面を有し、第２流体格納部から接触面に加えられる第１圧力を検出する、第１圧力検出部と、筋肉に向けて押し付けられる第２押付け部材であって、第１押付け部材と無負荷状態における基板の上板部上からの突出高さが異なる、第２押付け部材と、第２押付け部材から加えられる第２圧力を検出する第２圧力検出部と、を備え、第１圧力及び第２圧力の差又は比の変化に基づいて筋肉の収縮を検出する。【選択図】図１
2020130739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筋肉の収縮を検出する筋収縮検出センサであって、
基板と、
前記筋肉に向けて押し付けられる第１押付け部材であって、前記基板の前記筋肉と近接対向する上板部上に配置された第１流体格納部と、前記上板部上以外の位置に配置され、前記第１流体格納部と流路で連結された第２流体格納部とで構成される、第１押付け部材と、
前記第２流体格納部との接触面を有し、前記第２流体格納部から前記接触面に加えられる第１圧力を検出する、第１圧力検出部と、
前記筋肉に向けて押し付けられる第２押付け部材であって、前記第１押付け部材と無負荷状態における前記基板の前記上板部上からの突出高さが異なる、第２押付け部材と、
前記第２押付け部材から加えられる第２圧力を検出する第２圧力検出部と、を備え、
前記第１圧力及び前記第２圧力の差又は比の変化に基づいて前記筋肉の収縮を検出する、筋収縮検出センサ。
【請求項２】
前記第２押付け部材は、前記第１押付け部材よりも無負荷状態における前記基板の前記上板部上からの突出高さが高い、請求項１に記載の筋収縮検出センサ。
【請求項３】
前記第１流体格納部は、前記上板部上において前記第２押付け部材の周囲に環状に形成されている、請求項１又は２に記載の筋収縮検出センサ。
【請求項４】
前記第１押付け部材は、前記基板に着脱自在に形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の筋収縮検出センサ。
【請求項５】
前記第２流体格納部は、前記基板の内部空間に配置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の筋収縮検出センサ。
【請求項６】
前記第１流体格納部及び前記第２流体格納部に格納される流体は空気である、請求項１から５のいずれか一項に記載の筋収縮検出センサ。
【請求項７】
前記第２押付け部材は、前記基板の前記上板部上に配置された第３流体格納部と、前記上板部上以外の位置に配置され、前記第３流体格納部と流路で連結された第４流体格納部とで構成され、
前記第２圧力検出部は、前記第４流体格納部との接触面を有し、前記第４流体格納部から前記接触面に加えられる前記第２圧力を検出する、請求項１に記載の筋収縮検出センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筋肉の収縮を検出する筋収縮検出センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療分野及び福祉分野等の分野で用いられるパワーアシストスーツ（ロボットスーツ）及び電動式パワーグローブ等の人体着用型の動作支援装置では、そのマンマシンインターフェースとして、使用者の筋肉の収縮を検出するセンサが用いられる。
【０００３】
例えば特許文献１には、検出対象とする筋肉に向けて人体に複数の押付け部材を押し付け、筋肉の収縮に伴って、人体から押付け部材の各々に加わる反力（圧力）の変化に基づいて、筋肉の収縮を検出する筋収縮検出センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開２０１８／１８６３４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の筋収縮検出センサには、センサが人体の部位に対して大きく傾いた状態では、筋肉の収縮に伴って、人体から押付け部材の各々に加わる圧力の変化を適切に検出できない場合があり、筋肉の収縮を検出する精度が低下するおそれがあった。
【０００６】
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、筋肉の収縮を検出する精度を向上させる、筋収縮検出センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の筋収縮検出センサは、
筋肉の収縮を検出する筋収縮検出センサであって、
基板と、
前記筋肉に向けて押し付けられる第１押付け部材であって、前記基板の前記筋肉と対向する上板部上に配置された第１流体格納部と、前記上板部上以外の位置に配置され、前記第１流体格納部と流路で連結された第２流体格納部とで構成される、第１押付け部材と、
前記第２流体格納部との接触面を有し、前記第２流体格納部から前記接触面に加えられる第１圧力を検出する、第１圧力検出部と、
前記筋肉に向けて押し付けられる第２押付け部材であって、前記第１押付け部材と無負荷状態における前記基板の前記上板部上からの突出高さが異なる、第２押付け部材と、
前記第２押付け部材から加えられる第２圧力を検出する第２圧力検出部と、を備え、
前記第１圧力及び前記第２圧力の差又は比の変化に基づいて前記筋肉の収縮を検出する。
【０００８】
本発明の筋収縮検出センサでは、前記第２押付け部材は、前記第１押付け部材よりも無負荷状態における前記基板の前記上板部上からの突出高さが高いことが好ましい。
【０００９】
本発明の筋収縮検出センサでは、前記第１流体格納部は、前記上板部上において前記第２押付け部材の周囲に環状に形成されていることが好ましい。
【００１０】
本発明の筋収縮検出センサでは、前記第１押付け部材は、前記基板に着脱自在に形成されていることが好ましい。
【００１１】
本発明の筋収縮検出センサでは、前記第２流体格納部は、前記基板の内部空間に配置されていることが好ましい。
【００１２】
本発明の筋収縮検出センサでは、前記第１流体格納部及び前記第２流体格納部に格納される流体は空気であることが好ましい。
【００１３】
本発明の筋収縮検出センサでは、前記第２押付け部材は、前記基板の前記上板部上に配置された第３流体格納部と、前記上板部上以外の位置に配置され、前記第３流体格納部と流路で連結された第４流体格納部とで構成され、前記第２圧力検出部は、前記第４流体格納部との接触面を有し、前記第４流体格納部から前記接触面に加えられる前記第２圧力を検出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、筋肉の収縮を検出する精度を向上させる、筋収縮検出センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る筋収縮検出センサの無負荷状態における断面図である。
【図２】図１に示す筋収縮検出センサの平面図である。
【図３】（ａ）は、人体の所定部位に対して垂直に押し付けられた筋収縮検出センサの状態を示す断面図であり、（ｂ）は、人体の所定部位に対して大きく傾いて押し付けられた筋収縮検出センサの状態を示す断面図である。
【図４】（ａ）は人体に装着されたときの筋収縮検出センサの状態を示す断面図であり、（ｂ）は筋肉が収縮したときの筋収縮検出センサの状態を示す断面図である。
【図５】図１に示す筋収縮検出センサの変形例の断面図である。
【図６】図１に示す筋収縮検出センサの変形例の断面図である。
【図７】図１に示す筋収縮検出センサの変形例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る筋収縮検出センサ１をより具体的に例示説明する。
【００１７】
本発明の一実施形態に係る筋収縮検出センサ１は、伸縮性ベルト等によって、腕、脚、又は胴体等、人体の所定部位に固定され、当該所定部位における筋肉の収縮を検出する。筋収縮検出センサ１は、例えば、医療分野及び福祉分野等の分野で用いられるパワーアシストスーツ及び電動式パワーグローブ等の人体着用型の動作支援装置において、マンマシンインターフェースとして用いられてもよい。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る筋収縮検出センサ１の無負荷状態における断面図である。図２は、図１に示す筋収縮検出センサ１の平面図である。筋収縮検出センサ１は、基板２の上板部２１上に、筋肉に向けて押し付けられる第１押付け部材３と、第２押付け部材４とを備える。図１に示すように、第１押付け部材３と第２押付け部材４とは、無負荷状態において基板２の上板部２１上からの突出高さが異なるように構成されている。例えば、図１では、第２押付け部材４は、第１押付け部材３よりも無負荷状態における基板２の上板部２１上からの突出高さが高い。これによって、筋収縮検出センサ１は、基板２の上板部２１が近接対向するように、人体の所定部位に押し付けられた際に、筋肉の収縮に伴って第１押付け部材３に加えられる第１圧力と第２押付け部材４に加えられる第２圧力との差又は比の、収縮前後の変化に基づいて、当該部位における筋肉の収縮を検出することができる。
【００１９】
本明細書においては、基板２の上板部２１と水平な平面上の１方向をｘ軸方向と称し、当該平面上でｘ軸方向と直交する方向をｙ軸方向と称する。また、ｘ軸方向及びｙ軸方向に直交する方向をｚ軸方向と称する。本明細書において、ｚ軸方向において、筋収縮検出センサ１が人体の所定部位に押し付けられる方向を上方向と称し、上方向と逆の方向を下方向と称する。また、本明細書において、筋収縮検出センサ１を構成する部材のｚ軸方向において上方向の面を上面と称し、下方向の面を下面と称する。
【００２０】
（筋収縮検出センサ）
図１及び図２を参照して、筋収縮検出センサ１の構成について、詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態では、筋収縮検出センサ１は、基板２、第１押付け部材３、第２押付け部材４、第１圧力検出部５、第２圧力検出部６、及び制御部７を備えている。
【００２１】
基板２は、図１及び図２に示すように、例えば、筋収縮検出センサ１の検出対象となる筋肉の筋幅（伸縮方向に垂直な方向の幅）に対応した直径を有する円筒形状に形成することができる。基板２は、上板部２１と、上板部２１と対向する下板部２２と、上板部２１及び下板部２２を連結する側壁部２３とで構成されている。これによって、基板２には、内部空間２ａが形成されている。側壁部２３には、後述するように、第１押付け部材３の第２流体格納部３２を内部空間２ａに収容するための開口部２４が設けられている。基板２は、例えばポリエーテルイミド樹脂によって形成されるが、これに限られず、エンジニアリング・プラスチック等の合成樹脂材料、及び金属材料等、使用時に過度の変形が生じない程度の剛性を有する任意の材料により形成されてもよい。本実施形態においては、上板部２１及び下板部２２の直径は例えば３０ｍｍ程度とされるが、検出対象となる筋肉等に応じて任意の直径とすることができる。また、上板部２１及び下板部２２の形状も、円板状に限られず、例えば矩形板状等、任意の形状とすることができる。
【００２２】
第１押付け部材３及び第２押付け部材４は、それぞれ検出対象となる筋肉に向けて押し付けられる部材である。第１押付け部材３及び第２押付け部材４は、それぞれの少なくとも一部が基板２の上板部２１上から垂直上方向に突出するように配置されている。これによって、筋収縮検出センサ１が伸縮性ベルト等によって筋肉に向けて付勢された状態で人体に固定されると、第１押付け部材３及び第２押付け部材４は、それぞれ検出対象となる筋肉に向けて押し付けられる。第１押付け部材３及び第２押付け部材４は、検出対象となる筋肉がある人体の所定部位の皮膚に直接押し付けられてもよく、或いは当該皮膚に衣類又はタオル等を介して押し付けられてもよい。以下、検出対象となる筋肉がある人体の所定部位の皮膚、或いは当該皮膚を覆う衣類又はタオル等を「人体等」とも称する。
【００２３】
第１押付け部材３は、基板２の上板部２１上に配置された第１流体格納部３１と、上板部２１上以外の位置に配置され、第１流体格納部３１と流路３３で連結された第２流体格納部３２とで構成されている。
【００２４】
第１流体格納部３１は、内部空間３１ａに流体が格納された袋状に形成されている。第１流体格納部３１は、例えば、外部から圧力が加えられた際に変形可能な柔軟な材料で形成することができる。第１流体格納部３１は、非伸縮性がある材料で形成されてもよい。第１流体格納部３１は、例えば塩化ビニル樹脂等の合成樹脂材料によって形成されるが、この限りではない。第１流体格納部３１は、基板２の上板部２１の上面に配置されている。これによって、第１流体格納部３１は、筋収縮検出センサ１が筋肉に向けて人体等に押し付けられたときに、人体等からの圧力を直接的に受けることができる。このとき、第１流体格納部３１を、内部に流体を格納した柔軟な袋状に形成することにより、第１流体格納部３１を人体等に押し付けたときに人体等が受ける感触を良くすることができる。また、第１流体格納部３１の外径は、基板２の外径よりも大きくてもよい。これによって、筋収縮検出センサ１が筋肉に向けて人体等に押し付けられたときに、基板２が人体等に押し付けられて、快適性を損なうおそれを低減することができる。
【００２５】
本実施形態では、第１流体格納部３１は、図２に示すように、基板２の上板部２１上で第２押付け部材４の周囲に環状に形成されている。これによって、筋収縮検出センサ１を人体等に押し付けたときに、第１押付け部材３が基板２を人体等に安定的に支持することができる。本明細書において、「周囲に環状に形成されている」には、第１流体格納部３１が、第２押付け部材４の周囲を全周に亘って隙間なく囲うように連続して形成されている場合だけでなく、第２押付け部材４の周りに１つの切欠き部分を有するＣ字形状に形成されている場合、或いは第２押付け部材４の周りに間欠状に並べて配置される複数の分離部分に分けて形成されている場合など、第２押付け部材４の周囲を囲う任意の形態が含まれるものとする。なお、上述のように、第１流体格納部３１を、第２押付け部材４の周りに周方向に沿って間欠状に並べて配置される複数の分離部分で形成される構成とした場合には、第１流体格納部３１の各々の分離部分をチューブ等で接続して互いの内圧が同一となる構成とすることで、第１流体格納部３１が人体等から受ける圧力を１つの第１圧力検出部５によって検出する構成とすることができる。また、本明細書において、「環状」には、第２押付け部材４の周囲を円形状に囲う形状（円環形状）だけでなく、例えば、方形状又は多角形状に囲う形状等、任意の環形状が含まれるものとする。
【００２６】
第２流体格納部３２は、内部空間３２ａに流体が格納された袋状に形成されている。第２流体格納部３２は、第１流体格納部３１から流体が流入してきた際に変形可能な柔軟な材料で形成することができる。第２流体格納部３２は、非伸縮性がある材料で形成されてもよい。第２流体格納部３２は、例えば塩化ビニル樹脂等の合成樹脂材料によって形成されるが、この限りではない。第２流体格納部３２は、基板２の上板部２１上以外の位置に配置される。本実施形態では、第２流体格納部３２は、基板２の内部空間２ａに配置されて、基板２の下板部２２上に配置された第１圧力検出部５と接するように基板２の下板部２２の上面に配置されている。また、第２流体格納部３２は、第１流体格納部３１と流路３３で連結されている。これによって、筋収縮検出センサ１が筋肉に向けて人体等に押し付けられたとき、第２流体格納部３２が人体等からの圧力を直接的に受けることはないが、人体等から第１流体格納部３１に加えられた圧力に応じて、第２流体格納部３２の内部空間３２ａの内圧が変化する。第２流体格納部３２は、基板２の内部空間２ａに収容された無負荷状態で、基板２の下板部２２の上面の第１圧力検出部５に加え、上板部２１の下面にも接するように配置することができる。これによって、第１圧力検出部５と所望の位置及び所望の接触面積にて安定して接するように、第２流体格納部３２を配置することができる。
【００２７】
第２流体格納部３２は、例えば、図２に示すように、平面視で円形に形成されているが、これに限られず、例えば、方形状又は多角形状等の任意の形状に形成されていてもよい。
【００２８】
流路３３は、第１流体格納部３１と第２流体格納部３２とを接続する。流路３３は、例えばゴムチューブ等であるが、第１押付け部材３を基板２に配置する際に曲げることができる程度に柔軟な任意の筒状の材料であってもよい。流路３３は、接続部分から流体が外部に流出しないように、第１流体格納部３１及び第２流体格納部３２の各々と予め一体として形成されてもよく、或いは第１流体格納部３１及び第２流体格納部３２の各々に熱溶着又は接着等の手段を用いて貼り付けられてもよい。第１流体格納部３１、第２流体格納部３２、及び流路３３は同一の材料で形成されてもよい。
【００２９】
本実施形態において、第１流体格納部３１及び第２流体格納部３２に格納される流体は空気であるが、これに限られず、空気以外の気体又は水等の液体とされてもよい。但し、第１流体格納部３１及び第２流体格納部３２に格納される流体を空気とすることで、筋収縮検出センサ１を安価に製造することができる。
【００３０】
第１押付け部材３は、基板２に着脱自在に形成されている。例えば、第１押付け部材３は、面ファスナー等によって、第１流体格納部３１が基板２の上板部２１の上面に着脱自在に配置され、第２流体格納部３２が基板２の下板部２２の上面に着脱自在に配置されてもよい。かかる場合、第１押付け部材３が破損した場合又は汚れた場合等に、新たな第１押付け部材３と容易に交換することができる。第１押付け部材３は、基板２に固着されていてもよい。かかる場合、第１押付け部材３を、基板２により安定して配置することができる。
【００３１】
第２押付け部材４は、基板２の上板部２１上に配置された第３流体格納部４１で構成されている。
【００３２】
第３流体格納部４１は、内部空間４１ａに流体が格納された袋状に形成されている。第３流体格納部４１は、外部から圧力が加えられた際に変形可能な柔軟な材料で形成することができる。第３流体格納部４１は、非伸縮性がある材料で形成されてもよい。第３流体格納部４１は、例えば塩化ビニル樹脂等の合成樹脂材料によって形成されるが、この限りではない。第３流体格納部４１は、基板２の上板部２１上に配置された第２圧力検出部６と接するように、基板２の上板部２１の上面に配置されている。これによって、第３流体格納部４１は、筋収縮検出センサ１が筋肉に向けて人体等に押し付けられたとき、人体等からの圧力を直接的に受けることができる。このとき、第３流体格納部４１を、内部に流体を格納した柔軟な袋状に形成することにより、第３流体格納部４１を人体等に押し付けたときに人体等が受ける感触を良くすることができる。
【００３３】
本実施形態では、第３流体格納部４１は、図２に示すように、基板２の上板部２１上の中央に形成されている。第３流体格納部４１は、例えば、図２に示すように、平面視で円形に形成されるが、これに限られず、例えば、方形状又は多角形状等の任意の形状に形成されてもよい。
【００３４】
本実施形態において、第３流体格納部４１に格納される流体は空気であるが、これに限られず、空気以外の気体又は水等の液体とされてもよい。また、第３流体格納部４１に格納される流体は、第１流体格納部３１及び第２流体格納部３２と同一の流体とされてもよく、或いは異なる流体とされてもよい。但し、第３流体格納部４１に格納される流体を空気とすることで、筋収縮検出センサ１を安価に製造することができる。
【００３５】
本実施形態において、第１押付け部材３（より具体的には第１流体格納部３１）と第２押付け部材４（より具体的には第３流体格納部４１）とは、無負荷状態における基板２の上板部２１上からの突出高さが異なるように構成されている。本明細書において、「無負荷状態」とは、筋収縮検出センサ１が筋肉に向けて押し付けられていない状態をいう。例えば、図１に示すように、第２押付け部材４は、第１押付け部材３よりも無負荷状態における基板２の上板部２１上からの突出高さが高くてもよい。図１に示すように、第１押付け部材４よりも第２押付け部材４の上板部２１上からの突出高さを高くするために、第２押付け部材４は、基板２の上板部２１上に形成された突出部２１ｂの上面に配置されてもよい。これによって、第２押付け部材４が筋肉に向けて人体等に押し付けられたときに、突出部２１ｂが人体等に押し付けられて、快適性を損なうおそれを低減することができる。
【００３６】
第１圧力検出部５及び第２圧力検出部６は、外部から加えられる圧力を検出する。第１圧力検出部５及び第２圧力検出部６は、例えば、ひずみゲージ式の圧力変換器によって、ひずみゲージが配置された圧力感受面の変形を圧力として検出してもよい。第１圧力検出部５及び第２圧力検出部６は、例えば、円板状とされるが、これに限られず、例えば、方形状又は多角形状等、任意の形状とされてもよい。
【００３７】
第１圧力検出部５は、第２流体格納部３２との接触面を有し、第２流体格納部３２から接触面に加えられる第１圧力を検出する。具体的には、第１圧力検出部５は、第１流体格納部３１に人体等から加えられる圧力の大きさに応じて変化する、第２流体格納部３２の内部空間３２ａの内圧を、第１圧力として検出する。本実施形態では、第１圧力検出部５は、図１に示すように、基板２の下板部２２の内部空間２ａ側に形成された溝２２ａに嵌め込まれ、第２流体格納部３２との接触面が内部空間２ａに露出するように配置されている。第１圧力検出部５と第２流体格納部３２は、第２流体格納部３２の下板部２２に対する接触面が第１圧力検出部５の圧力感受面の全体を覆うように構成されるのが好ましい。これによって、第１圧力検出部５は、第２流体格納部３２の内部空間３２ａの内圧をより正確に検出することができる。
【００３８】
このように、第１圧力検出部５が、人体等から直接的に圧力が加えられる第１流体格納部３１ではなく、第１流体格納部３１と流路３３で接続された第２流体格納部３２と接するように配置されていることの効果を、以下に具体例を挙げて説明する。
【００３９】
図３（ａ）は、人体の所定部位に対して垂直に押し付けられた筋収縮検出センサ１の状態を示す断面図である。図３（ａ）では、環状に連続する第１流体格納部３１の左側と右側で人体等から加えられる圧力Ｆ１及びＦ２が等しくなっている。図３（ｂ）は、人体の所定部位に対して大きく傾いて押し付けられた筋収縮検出センサ１の状態を示す断面図である。図３（ｂ）では、第１流体格納部３１の左側と右側で人体等から加えられる圧力Ｆ１及びＦ２が異なっている。例えば、筋収縮検出センサ１を装着した人物の姿勢の変化、或いは運動等による筋肉の隆起等によって、筋収縮検出センサ１が人体等に対して大きく傾くことが考えられる。図３（ｂ）に示すように、筋収縮検出センサ１が人体等に対して大きく傾いた場合であっても、図３（ａ）に示すような場合と第１流体格納部３１に加えられる圧力の合計（Ｆ１＋Ｆ２）が同じであれば、第１流体格納部３１に加えられる圧力の大きさに応じて変化する第２流体格納部３２の内部空間３２ａの内圧は変わらない。したがって、第１流体格納部３１に人体等から圧力が加えられる角度又は位置によらず、第１流体格納部３１が人体等から加えられた圧力を１つの第１圧力検出部５によって正確に検出することができる。また、第１圧力検出部５が基板２の内部空間２ａに格納されていることで、外部からの衝撃で第１圧力検出部５が破損するおそれを低減することができる。
【００４０】
再び図１を参照して、第２圧力検出部６は、第２押付け部材４の第３流体格納部４１との接触面を有し、第３流体格納部４１から接触面に加えられる第２圧力を検出する。具体的には、第２圧力検出部６は、第３流体格納部４１に人体等から加えられる圧力の大きさに応じて変化する、第３流体格納部４１の内部空間４１ａの内圧を、第２圧力として検出する。第２圧力検出部６は、図１に示すように、基板２の上板部２１上に形成された溝２１ａに嵌め込まれ、第３流体格納部４１との接触面が上板部２１上に露出するように配置されている。第２圧力検出部６と第３流体格納部４１は、第３流体格納部４１の上板部２１に対する接触面が第２圧力検出部６の圧力感受面の全体を覆うように構成されるのが好ましい。これによって、第２圧力検出部６は、第３流体格納部４１の内部空間４１ａの内圧をより正確に検出することができる。
【００４１】
本実施形態のように第２押付け部材４の第３流体格納部４１が基板２の上板部２１上の中央に形成されている場合には、第３流体格納部４１に加えられる人体等からの圧力の角度又は位置の影響が少ない。そのため、第２圧力検出部６を、人体等から圧力を加えられる第３流体格納部４１に接するように基板２の上板部２１上に形成することで、筋収縮検出センサ１の構造を簡略にすることができる。したがって、筋収縮検出センサ１を安価に製造することができる。
【００４２】
制御部７は、第１圧力及び第２圧力に基づいて筋肉の収縮を検出する処理を実施する。制御部７は、第１圧力検出部５及び第２圧力検出部６の各々と有線又は無線によって通信可能に接続されている。制御部７は、第１圧力検出部５から入力される検出信号と、第２圧力検出部６から入力される検出信号とに基づいて、検出対象となる筋肉の収縮を検出する。制御部７は、上述の処理内容を記述したプログラムを記憶するメモリ、及び当該プログラムを読み出して実行するプロセッサ等を備えてもよい。制御部７は、筋収縮検出センサ１の基板２に配置されてもよく、或いは、図１に示すように、筋収縮検出センサ１の基板２から離れた位置に配置されてもよい。制御部７は、基板２から離れた位置に配置される場合、筋収縮検出センサ１が適用される機器等の制御装置に組み込まれてもよい。例えば、この筋収縮検出センサ１が、パワーアシストスーツ及び電動式パワーグローブ等の人体着用型の動作支援装置の入力用のマンマシンインターフェースとして用いられる場合、制御部７は、当該動作支援装置の制御装置であってもよい。
【００４３】
以下に、筋収縮検出センサ１を用いて筋肉の収縮を検出する方法の一例の詳細を説明する。図４（ａ）は人体等に装着されたときの上述した筋収縮検出センサ１の状態を示す断面図であり、図４（ｂ）は筋肉が収縮したときの上述した筋収縮検出センサ１の状態を示す断面図である。
【００４４】
図４（ａ）に示すように、筋収縮検出センサ１は、例えば伸縮性ベルト８を用いて、第１押付け部材３及び第２押付け部材４が検出対象となる筋肉（不図示）に対向するように、人体の所定部位に固定される。筋収縮検出センサ１が伸縮性ベルト８の弾性力によって人体の所定部位に固定されることで、第１押付け部材３及び第２押付け部材４が筋肉に向けて人体等に押し付けられた状態となる。筋収縮検出センサ１は、伸縮性ベルト８に限らず、コルセット又はサポーター等の他の部材により人体の所定部位に固定することもできる。
【００４５】
筋収縮検出センサ１を人体の所定部位に固定する際には、第１押付け部材３及び第２押付け部材４を人体の皮膚ＳＫに直接押し付けるように固定してもよく、或いは衣服又はタオル等を挟んで皮膚ＳＫに押し付けてもよい。図４（ａ）及び（ｂ）では、第１押付け部材３及び第２押付け部材４を人体の皮膚ＳＫに直接押し付けた場合を示す。
【００４６】
図４（ａ）に示すように、第１押付け部材３及び第２押付け部材４が筋肉に向けて人体に押し付けられた状態において、第１押付け部材３及び第２押付け部材４の各々は、人体の皮膚ＳＫから反力を受けて若干変形した状態となる。
【００４７】
このとき、皮膚ＳＫが柔軟に撓んで第１押付け部材３及び第２押付け部材４の両方に接するので、第１押付け部材３（より具体的には第１流体格納部３１）に皮膚ＳＫからの圧力ＦＤが加わるとともに、第２押付け部材４（より具体的には第３流体格納部４１）に皮膚ＳＫからの圧力ＦＢが加わる。圧力ＦＤが第１流体格納部３１に加えられると、第２流体格納部３２の内部空間３２ａの内圧が増加して、第１圧力検出部５に圧力ＦＤが加えられる。また、圧力ＦＢが第３流体格納部４１に加えられると、第３流体格納部４１の内部空間４１ａの圧力が増加して、第２圧力検出部６に圧力ＦＢが加えられる。第１圧力検出部５及び第２圧力検出部６によって検出された圧力ＦＢ及び圧力ＦＤは、制御部７に入力される。制御部７は入力された圧力ＦＢと圧力ＦＤとの差または比の変化に基づいて検出対象となる筋肉の収縮を検出する。
【００４８】
本実施形態においては、制御部７は、より正確に筋肉の収縮を検出するために、第１押付け部材３が人体等から受ける圧力ＦＤと第２押付け部材４が人体等から受ける圧力ＦＢとの和ＦＴを算出し、圧力ＦＢを和ＦＴで除した値を筋肉の収縮の度合いのパラメータ値Ｓとして筋肉の収縮を検出するようにしている。パラメータ値Ｓの算出式となる数式（１）を以下に示す。パラメータ値Ｓは０〜１の範囲で変化する無次元の変数である。
Ｓ＝ＦＢ／（ＦＢ＋ＦＤ）＝ＦＢ／ＦＴ・・・数式（１）
【００４９】
制御部７は、図４（ａ）に示す状態におけるパラメータ値Ｓを算出し、これを基準としたパラメータ値Ｓの変化に基づき筋肉の収縮を検出する。ここで、パラメータ値Ｓは、第１押付け部材３が受ける圧力ＦＤと第２押付け部材４が受ける圧力ＦＢとの比の変化に基づいて変化する値である。したがって、パラメータ値Ｓの変化に基づいて筋肉の収縮を検出することは、第１押付け部材３が受ける圧力ＦＤと第２押付け部材４が受ける圧力ＦＢとの比の変化に基づいて筋肉の収縮を検出することと同じでことある。なお、制御部７は、第１押付け部材３が受ける圧力ＦＤと第２押付け部材４が受ける圧力ＦＢとの比の変化に基づいて筋肉の収縮を検出する構成に限らず、第１押付け部材３が受ける圧力ＦＤと第２押付け部材４が受ける圧力ＦＢとの差の変化に基づいて筋肉の収縮を検出する構成とすることもできる。
【００５０】
図４（ａ）に示す状態から徐々に筋肉が収縮して筋肉が硬化していくと、皮膚ＳＫは、より基板２からの突出高さが高い第２押付け部材４に強く接してこれを弾性変形させるとともに、第１押付け部材３からは徐々に離れることになる。そのため、筋肉の収縮に伴って和ＦＴに対する圧力ＦＢの割合が徐々に高まり、反対に圧力ＦＤの割合が徐々に減少することになる。即ち、筋肉の収縮に伴ってパラメータ値Ｓは基準とした値から徐々に増加することになる。そして、さらに筋肉が収縮した状態となると、図４（ｂ）に示すように、皮膚ＳＫは第２押付け部材４にこれを弾性変形させながら強く接し、第１押付け部材３には弱く接した状態となってパラメータ値Ｓの値は１に近い値となり、さらに筋肉が収縮すると、皮膚ＳＫが第２押付け部材４にのみ接してパラメータ値Ｓの値は１となる。このように、パラメータ値Ｓは、基準値から１の間で当該筋肉の収縮に伴って増加することになる。したがって、制御部７はパラメータ値Ｓの増加から筋肉が収縮していることを検出することができるとともに、そのときのパラメータ値Ｓから筋肉の収縮の程度も検出することができる。
【００５１】
反対に、図４（ｂ）に示す状態から筋肉が弛緩して収縮が解消されると、和ＦＴに対する圧力ＦＢの割合が徐々に低下し、パラメータ値Ｓは１から基準値に向けて徐々に低下する。したがって、制御部７は、パラメータ値Ｓの減少から筋肉が弛緩していることを検出することができるとともに、そのときのパラメータ値Ｓから筋肉の収縮の程度も検出することができる。
【００５２】
パラメータ値Ｓは、例えばＳ＝ＦＤ／（ＦＢ＋ＦＤ）＝ＦＤ／ＦＴに設定することもできる。この場合、筋肉の収縮に伴ってパラメータ値Ｓは徐々に減少することになるので、制御部７はパラメータ値Ｓの減少から筋肉が収縮していることを検出することができる。
【００５３】
上述の通り、本実施形態に係る筋収縮検出センサ１は、第１押付け部材３が受ける圧力ＦＤと第２押付け部材４が受ける圧力ＦＢとの差または比の変化（パラメータ値Ｓの変化）に基づき筋肉の収縮を検出するため、当該圧力ＦＢ、ＦＤの値自体を正確に検出する必要はない。このため、筋収縮検出センサ１を衣服又はタオル等の上から人体等に装着するようにしても筋肉の収縮を精度よく検出することができる。したがって、筋収縮検出センサ１は、検出対象となる筋肉のある人体の所定部位に伸縮性ベルト８等を用いて容易に取り付けることができるので、人体着用型の動作支援装置を日常的に使用する場合においても、その取付け作業は容易となる。
【００５４】
なお、上記説明において、発明の理解を容易にするため、皮膚ＳＫから第１押付け部材３に加えられる圧力ＦＤと、第１圧力検出部５が検出する圧力ＦＤとは等しいものとして説明を行った。同様に、皮膚ＳＫから第２押付け部材４に加えられる圧力ＦＢと、第２圧力検出部６が検出する圧力ＦＢとは等しいものとして説明を行った。しかしながら、実際には、皮膚ＳＫから加えられる圧力よりも検出される圧力が小さくなってもよい。かかる場合においても上述のとおり、必ずしも圧力ＦＢ、ＦＤの値自体を正確に検出する必要はないため、検出された圧力に基づいて筋肉の収縮を検出してもよい。
【００５５】
（筋収縮センサの変形例）
図５、図６、及び図７は、それぞれ図１に示す筋収縮検出センサ１の変形例の断面図である。なお、図５〜図７においては、前述した部材に対応する部材に同一の符号を付してある。
【００５６】
図５は、第２押付け部材４をシリコン等の軟質の材料によって構成した筋収縮検出センサ１の変形例の断面図である。図５において、第２押付け部材４は、シリコン等の軟質の材料によって、先端が半球状であるとともに横断面が円形となる突起形状に形成されている。図５に示すように、第２押付け部材４と第２圧力検出部６との間にゴムシート９が配置されてもよい。かかる構成によれば、筋肉が収縮したときに、第１押付け部材３と第２押付け部材４との間に高さの差を生じ易くして、より正確に筋肉の収縮を検出することができる。また、第２押付け部材４を、シリコン等の軟質の材料で形成することにより、当該効果を得つつ、第２押付け部材４を筋肉に向けて人体等に押し付けたときに人体等が受ける感触を良くすることができる。
【００５７】
図６は、第２押付け部材４を第１押付け部材３と同様の構成にした筋収縮検出センサ１の変形例の断面図である。図６において、第２押付け部材４は、基板２の上板部２１上に配置される第３流体格納部４１と、上板部２１上以外の位置に配置され、第３流体格納部４１と流路４３で連結された第４流体格納部４２とで構成されている。第２圧力検出部６は、第４流体格納部４２との接触面を有し、第４流体格納部４２から接触面に加えられる第２圧力を検出する。
【００５８】
本変形例では、第４流体格納部４２は、基板２の内部空間２ａに配置されて、基板２の下板部２２上に配置された第２圧力検出部６と接するように下板部２２の上面に配置されている。基板２の上板部２１上には、第４流体格納部４２を基板２の内部空間２ａに収容するための開口部２５が設けられている。第４流体格納部４２は、基板２の内部空間２ａに配置された無負荷状態で、基板２の下板部２２の第２圧力検出部６に加え、上板部２１の下面にも接するように配置されてもよい。これによって、第３流体格納部４１に対して人体等から圧力が加えられる角度又は位置が偏っている場合であっても、第２圧力検出部６によって検出される圧力への影響を軽減することができる。また、第２圧力検出部６が基板２の上板部２１上以外の位置に配置されていることで、外部からの衝撃で第２圧力検出部６が破損するおそれを低減することができる。
【００５９】
図７は、第１の押付け部材３及び第２の押付け部材４を基板２に着脱可能に装着されるカバー体１０によって構成した、筋収縮検出センサ１の変形例の断面図である。図７において、カバー体１０は、例えば塩化ビニル樹脂等の合成樹脂材料により基板２よりも大径の円形に形成された薄い基材シート１０ａの表面に、同様に塩化ビニル樹脂等の合成樹脂材料により第１押付け部材３の第１流体格納部３１及び第２押付け部材４に対応した凸形状を有する薄い表面シート１０ｂを熱溶着又は接着等の手段を用いて貼り付けて構成されている。カバー体１０の表面シート１０ｂには、第１押付け部材３の第１流体格納部３１に対応する位置に、流路３３が接続される。これによって、第１流体格納部３１と第２流体格納部３２とが流路３３によって接続する。カバー体１０は、基材シート１０ａが基板２の上面に重ねて配置され、基材シート１０ａの外周縁が基板２の外周縁に被せられることにより基板２に装着される。第１の押付け部材３及び第２の押付け部材４をカバー体１０によって構成することで、基板２に装着した際に、第１の押付け部材３及び第２の押付け部材４を基板２に対して安定して固定することができる。
【００６０】
以上述べたように、本実施形態に係る筋収縮検出センサ１は、筋肉の収縮を検出する筋収縮検出センサ１である。筋収縮検出センサ１は、基板２と、筋肉に向けて押し付けられる第１押付け部材３であって、基板２の筋肉と近接対向する上板部２１上に配置された第１流体格納部３１と、上板部２１上以外の位置に配置され、第１流体格納部３１と流路３３で連結された第２流体格納部３２とで構成される、第１押付け部材３と、第２流体格納部３２との接触面を有し、第２流体格納部３２から接触面に加えられる第１圧力を検出する、第１圧力検出部５と、筋肉に向けて押し付けられる第２押付け部材４であって、第１押付け部材３と無負荷状態における基板２の上板部２１上からの突出高さが異なる、第２押付け部材４と、第２押付け部材４から加えられる第２圧力を検出する第２圧力検出部６と、を備える。筋収縮検出センサ１は、第１圧力及び第２圧力の差又は比の変化に基づいて筋肉の収縮を検出する。かかる構成によれば、第１圧力検出部５が基板２の上板部２１上以外の位置に配置されていることで、筋収縮検出センサ１が大きく傾いて人体等に押し付けられて、第１流体格納部３１に対して人体等から圧力が偏って加えられた場合であっても、第１圧力検出部５によって検出される圧力への影響を軽減することができる。したがって、筋収縮検出センサ１の筋肉の収縮を検出する精度を向上させることができる。また、第１圧力検出部５が基板２の上板部２１上以外の位置に配置されていることで、外部からの衝撃で第１圧力検出部５が破損するおそれを低減することができる。
【００６１】
本実施形態に係る筋収縮検出センサ１では、第２押付け部材４は、第１押付け部材３よりも無負荷状態における基板２の上板部２１上からの突出高さが高いことが好ましい。かかる構成によれば、筋収縮検出センサ１を人体等に押し付けた際に、第２押付け部材４に加えられる人体等からの圧力の角度又は位置の影響を少なくすることができる。このため、第２圧力検出部６を第２押付け部材に接するように基板２の上板部２１上に形成して、筋収縮検出センサ１の構造を簡略にすることができる。したがって、筋収縮検出センサ１を安価に製造することができる。
【００６２】
本実施形態に係る筋収縮検出センサ１では、第１流体格納部３１は、上板部２１上において第２押付け部材４の周囲に環状に形成されていることが好ましい。かかる構成によれば、筋収縮検出センサ１が人体等に対して押し付けられた際に、第１流体格納部３１によって基板２を安定的に人体等に対して支持させることができる。
【００６３】
本実施形態に係る筋収縮検出センサ１では、第１押付け部材３は、基板２に着脱自在に形成されていることが好ましい。かかる構成によれば、第１押付け部材３が破損した場合又は汚れた場合等に、新たな第１押付け部材３と交換することができる。
【００６４】
本実施形態に係る筋収縮検出センサ１では、第２流体格納部３２は、基板２の内部空間２ａに配置されていることが好ましい。かかる構成によれば、第２流体格納部３２と接触面を有する第１圧力検出部５を基板２の内部空間２ａに配置することができ、外部からの衝撃で第１圧力検出部５が破損するおそれを低減することができる。
【００６５】
本実施形態に係る筋収縮検出センサ１では、第１流体格納部３１及び第２流体格納部３２に格納される流体は空気であることが好ましい。かかる構成によれば、筋収縮検出センサ１を安価に製造することができる。
【００６６】
本実施形態に係る筋収縮検出センサ１では、第２押付け部材４は、基板２の上板部２１上に配置された第３流体格納部４１と、上板部２１上以外の位置に配置され、第３流体格納部４１と流路３３で連結された第４流体格納部４２とで構成され、第２圧力検出部６は、第４流体格納部４２との接触面を有し、第４流体格納部４２から接触面に加えられる第２圧力を検出することが好ましい。かかる構成によれば、第２圧力検出部６が基板２の上板部２１上以外の位置に配置されていることで、外部からの衝撃で第２圧力検出部６が破損するおそれを低減することができる。
【００６７】
本発明を諸図面及び実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本発明に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形及び修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各実施形態に含まれる構成又は機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能である。また、各実施形態に含まれる構成又は機能等は、他の実施形態に組み合わせて用いることができ、複数の構成又は機能等を１つに組み合わせたり、分割したり、或いは一部を省略したりすることが可能である。
【００６８】
例えば、上述した実施形態では、第２押付け部材４は、第１押付け部材３よりも無負荷状態における基板２の上板部２１上からの突出高さが高いものとして説明したが、この限りではない。例えば、筋収縮検出センサ１において、第１押付け部材３が、第２押付け部材４よりも無負荷状態における基板２の上板部２１上からの突出高さが高いものとされてもよい。かかる構成によれば、筋収縮検出センサ１を人体等に押し当てた際に、第２押付け部材４の周囲を環状に囲む第１押付け部材３が人体等と接する面積が大きくなることで、第１流体格納部３１によって筋収縮検出センサ１をより安定的に人体等に対して支持させることができる。
【００６９】
また、例えば、上述した実施形態では、第１圧力検出部５及び第２圧力検出部６はそれぞれ１つずつ配置されるものとして説明したが、この限りではない。第１押付け部材３に複数の第２流体格納部３２を設けて、それぞれの第２流体格納部３２に対して１つずつ第１圧力検出部５を配置してもよい。これによって、より精度よく第１押付け部材３に加わる圧力を検出することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１      筋収縮検出センサ
２      基板
２ａ    内部空間
２１    上板部
２１ａ  溝
２１ｂ  突出部
２２    下板部
２２ａ  溝
２３    側壁部
２４    開口部
２５    開口部
３      第１押付け部材
３１    第１流体格納部
３１ａ  内部空間
３２    第２流体格納部
３２ａ  内部空間
３３    流路
４      第２押付け部材
４１    第３流体格納部
４１ａ  内部空間
４２    第４流体格納部
４３    流路
５      第１圧力検出部
６      第２圧力検出部
７      制御部
８      伸縮性ベルト
９      ゴムシート
１０    カバー体
１０ａ  基材シート
１０ｂ  表面シート
ＳＫ    皮膚
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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