(57)【要約】【課題】随意運動に起因する生体電気信号波形から２値パルス信号を生成する。【解決手段】  信号処理装置１は、筋電信号を検出する筋電位検出センサ１１と、検出された筋電信号を平滑化する全波整流回路１５と、平滑化された筋電信号のうち閾値を超える振幅を有する筋電信号が連続する期間を１パルス信号として抽出するパルス生成部１７と、生成されたパルス信号を出力する出力端子１８とを備える。パルス生成部１７は、振幅の閾値Ａｔｈを超える極大をもつピークＳａを期間Ｔａをもつパルス信号Ｐａに変換し、ピークＳｃを期間Ｔｃをもつパルス信号Ｐｃに変換し、ピークＳｅを期間Ｔｅをもつパルス信号Ｐｅに変換し、ピークＳｆを期間Ｔｆをもつパルス信号Ｐｆに変換する。信号処理装置１は、生体電気信号の１つである筋電信号そのものの波形を抽出するのではないため、筋電信号波形の再現性が信号の認識率に大きく左右されないという利点がある。【選択図】図６
2006026088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
随意運動に起因する生体電気信号を取得する生体電気信号取得手段と、
上記生体電気信号取得手段において取得された生体電気信号を平滑化する平滑化手段と、
上記平滑化手段において平滑化された生体電気信号のうち閾値を超える振幅を有する生体電気信号が連続する期間を１パルス信号として抽出するパルス信号生成手段と、
上記パルス信号生成手段において生成されたパルス信号を出力するパルス信号出力手段と
を備えることを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
生体電気信号の振幅の閾値を保持する閾値保持手段と、上記閾値保持手段に保持された振幅の閾値と上記生体電気信号取得手段において取得された生体電気信号とを比較する比較手段とを備え、上記パルス信号生成手段は、上記比較手段における比較結果から閾値を超える振幅を有する生体電気信号が連続する期間を１パルス信号として抽出することを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】
生体電気信号の閾値を設定する閾値設定手段を備え、上記比較手段は、上記閾値設定手段において設定された振幅の閾値と上記生体電気信号取得手段において取得された生体電気信号とを比較し、上記パルス信号生成手段は、該比較手段における比較結果から閾値を超える振幅を有する生体電気信号が連続する期間を１パルス信号として抽出することを特徴とする請求項２記載の信号処理装置。
【請求項４】
上記パルス信号生成手段によって生成されたパルス信号の立ち上がり時刻と立ち下がり時刻の差をパルス幅として検出するパルス幅検出手段を備えることを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項５】
上記パルス幅検出手段は、第１のパルス信号の立ち上がり時刻をＴ１、立ち下がり時刻Ｔ２、また第２のパルス信号の立ち上がり時刻をＴ３、立ち下がり時刻をＴ４とするとき、（Ｔ３−Ｔ１）、（Ｔ３−Ｔ２）、（Ｔ４−Ｔ１）、（Ｔ４−Ｔ２）の何れかに基づいて隣接するパルス信号間のパルス間隔を検出することを特徴とする請求項４記載の信号処理装置。
【請求項６】
上記生体電気信号取得手段を複数個備え、パルス信号生成手段は、複数の生体電気信号のそれぞれに対して閾値を超える振幅を有する生体電気信号が連続する期間を１パルス信号として抽出することを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項７】
上記パルス信号生成手段によって生成された複数のパルス信号のそれぞれに対して立ち上がり時刻と立ち下がり時刻の差をパルス幅として検出するパルス幅検出手段を備え、
上記パルス幅検出手段は、複数の生体電気信号取得手段のうち、所定期間内に異なる生体電気信号取得手段で取得した生体電気信号から検出されたパルス信号が異なる生体電気信号取得手段で同時に検出されたものであるとみなすことを特徴とする請求項６記載の信号処理装置。
【請求項８】
上記随意運動に起因する生体電気信号は、筋電位信号であることを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項９】
上記随意運動に起因する生体電気信号は、眼電位信号であることを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項１０】
随意運動に起因する生体電気信号を取得する生体電気信号取得工程と、
上記生体電気信号取得工程において取得された生体電気信号を平滑化する平滑化工程と、
上記平滑化工程において平滑化された生体電気信号のうち閾値を超える振幅を有する生体電気信号が連続する期間を１パルス信号として抽出するパルス信号生成工程と、
上記パルス信号生成工程において生成されたパルス信号を出力するパルス信号出力工程と
を有することを特徴とする信号処理方法。
【請求項１１】
生体電気信号の振幅の閾値を保持する閾値保持メモリに保持された振幅の閾値と上記取得された生体電気信号とを比較する比較工程を有し、上記パルス信号生成工程では、上記比較工程での比較結果から閾値を超える振幅を有する生体電気信号が連続する期間を１パルス信号として抽出することを特徴とする請求項１０記載の信号処理方法。
【請求項１２】
生体電気信号の閾値を設定する閾値設定工程を有し、上記比較工程では、上記閾値設定工程で設定された振幅の閾値と上記取得された生体電気信号とを比較し、上記パルス信号生成工程では、該比較工程における比較結果から閾値を超える振幅を有する生体電気信号が連続する期間を１パルス信号として抽出することを特徴とする請求項１１記載の信号処理方法。
【請求項１３】
上記パルス信号生成工程で生成されたパルス信号の立ち上がり時刻と立ち下がり時刻の差をパルス幅として検出するパルス幅検出工程を有することを特徴とする請求項１０記載の信号処理方法。
【請求項１４】
上記パルス幅検出工程では、第１のパルス信号の立ち上がり時刻をＴ１、立ち下がり時刻Ｔ２、また第２のパルス信号の立ち上がり時刻をＴ３、立ち下がり時刻をＴ４とするとき、（Ｔ３−Ｔ１）、（Ｔ３−Ｔ２）、（Ｔ４−Ｔ１）、（Ｔ４−Ｔ２）の何れかに基づいて隣接するパルス信号間のパルス間隔が検出されることを特徴とする請求項１３記載の信号処理方法。
【請求項１５】
上記生体電気信号取得工程では複数の生体電気信号を取得し、上記パルス信号生成工程は、複数の生体電気信号のそれぞれに対して閾値を超える振幅を有する生体電気信号が連続する期間を１パルス信号として抽出することを特徴とする請求項１０記載の信号処理方法。
【請求項１６】
上記パルス信号生成工程で生成された複数のパルス信号のそれぞれに対して立ち上がり時刻と立ち下がり時刻の差をパルス幅として検出するパルス幅検出工程を有し、
上記パルス幅検出工程では、上記生体電気信号取得工程で取得された複数の生体電気信号のうち、所定期間内に異なる生体電気信号から検出されたパルス信号は、同時に検出されたものであるとみなすことを特徴とする請求項１５記載の信号処理方法。
【請求項１７】
上記随意運動に起因する生体電気信号は、筋電位信号であることを特徴とする請求項１０記載の信号処理方法。
【請求項１８】
上記随意運動に起因する生体電気信号は、眼電位信号であることを特徴とする請求項１０記載の信号処理方法。
【請求項１９】
使用者から入力される制御信号に基づいて動作が制御される機械装置において、
随意運動に起因する生体電気信号を取得する生体電気信号取得手段と、
上記生体電気信号取得手段において取得された生体電気信号を平滑化する平滑化手段と、
上記平滑化手段において平滑化された生体電気信号のうち閾値を超える振幅を有する生体電気信号が連続する期間を１パルス信号として抽出するパルス信号生成手段と、
パルス信号の信号パターンと制御信号とが対応付けられて記憶された記憶手段と、
上記パルス信号生成手段において生成されたパルス信号を出力するパルス信号出力手段と、
上記パルス信号出力手段から出力されたパルス信号パターンに対応する制御信号を上記記憶手段から選択して該制御信号に応じて動作を変更する制御を行う制御手段と
を備えることを特徴とする機械装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体表面から生体電気信号を取得する信号処理装置及び信号処理方法、並びに機械装置に関し、特に随意運動に起因する生体電気信号を取得して特徴量を抽出する信号処理装置及び信号処理方法、並びに生体の随意運動に起因する生体電気信号から抽出される信号に基づいて制御される機械装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体表面に電極を貼り付けることで非侵襲に計測可能な生体電気信号のうち、随意動作を反映する信号として筋電位や眼電位があげられる。特に、筋電位の波形パターンを義手（ロボットハンド）などの医療器具の制御用信号として応用する試みが古くから行われている。また、近年では、医療用途に限らず、情報機器等の入力デバイスとしての応用も検討されている（特許文献１、特許文献２参照）。筋電位信号に含まれる情報には、検出した筋電位を増幅、フィルタリングして得られる筋電図（ＥＭＧ;Electro Myo-Gram）、ＥＭＧを整流、平滑化して得られる積分筋電図（ＩＥＭＧ;Integrated Electro Myo-Gram)、ＥＭＧの周波数成分等がある。また、ＥＭＧ及びＩＥＭＧの周波数成分は、センサの接触抵抗やノイズの影響に弱く検出誤差が大きくなってしまうため、空間的な筋電位分布又は空間的な筋電位分布の時間変化を利用することにより、身体動作又は身体動作に関連付けられた制御対象への制御信号の識別精度を向上する技術が開示されている（特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２４８８７３号公報
【特許文献２】特開平８−０３６４５９号公報
【特許文献３】特開２００２−２８７８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された技術は、筋電信号として検出された身体各部の動作と力に基づいて制御対象を制御する技術であって、指の動作と手を握る力との組合せに複雑な命令を割り当てることで、キーボード操作を熟知していないユーザであってもキーボードによらず制御対象を制御することができる。また、特許文献２には、筋電位信号を検出し位置情報に変換してカーソルを表示するポインティングデバイスが示されている。
【０００５】
ところが、生体表面の電極で計測される筋電位（表面筋電位）は、複数の運動単位による活動電位の重ね合わせとして検出され、単一の筋のみならず複数の筋の活動電位が複合して検出される。筋電位の波形は、電極の取付位置によっても大きく変化し、神経支配帯を挟んで筋繊維に沿う方向に電極を装着する双極導出では、干渉によって筋電位成分が減衰することも知られている。このため、皮膚表面による筋電位測定は、同一個人を対象にした計測においても一般的に波形の再現性が悪いことが問題になっている。筋肉の走行や神経支配帯の位置には個人差があるため、不特定者の身体動作と筋電位波形を対応付けることは、より困難である。また、特許文献２の技術などでは、ユーザは正確な検出をするための身体動作を訓練する必要があるなど、被験者の負担も大きかった。
【０００６】
そのうえ、生体表面に電極を貼付する方式で生体電気信号を計測する場合、シールドルームなどのように特殊な環境を除けば、商用電源をはじめとする外来ノイズの混入も避けられず、発汗による皮膚抵抗の変化、電極の皮膚への密着度の変動による接触抵抗の変化などに由来するノイズが混入することがある。
【０００７】
このように、ＥＭＧ及びＩＥＭＧの周波数成分は、測定部位の動き方の個人差、センサの接触抵抗変化、ノイズの影響等に弱く検出誤差がその都度大きくなってしまうという問題点を有している。検出誤差は、筋電位信号の識別に影響を与えるため、筋電位信号を制御対象の制御用信号として使用するためには、筋電位信号の識別率を向上させることが重要である。
【０００８】
特許文献３に記載された技術は、筋電位信号の識別率を向上させる目的でなされたものであるが、予め決められた基準パターン（基準となる筋電位分布）に対応付けされた制御信号を出力するためには、複数の筋電位検出センサのセンサ結果から計算された空間的な筋電位分布と基準パターンとの相関を計算する必要がある。
【０００９】
ほかに筋電位波形の周波数分布の違いを識別したり、筋電位の振幅パターンを識別したりして筋肉の動きと筋電位波形とをマッチングする方法があるが、何れの手法においても波形の再現性の悪さが認識率の悪化につながっている。
【００１０】
そこで、本発明は、随意運動に起因する生体電気信号波形から２値パルス信号を生成しパルス幅又はパルスパターンを識別することができる信号処理装置及び信号処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した目的を達成するために、本発明に係る信号処理装置は、随意運動に起因する生体電気信号を取得する生体電気信号取得手段と、生体電気信号取得手段において取得された生体電気信号を平滑化する平滑化手段と、平滑化手段において平滑化された生体電気信号のうち閾値を超える振幅を有する生体電気信号が連続する期間を１パルス信号として抽出するパルス信号生成手段と、パルス信号生成手段において生成されたパルス信号を出力するパルス信号出力手段とを備え、パルス信号生成手段において閾値を超える振幅が連続して検出された期間を１パルスとして抽出する。本発明に係る信号処理装置は、生体電気信号そのものの特徴を抽出するのではないため、生体電気信号波形の再現性が認識率に大きく左右されない。
【００１２】
また、本発明に係る信号処理装置は、生体電気信号の振幅の閾値を保持する閾値保持手段と、閾値保持手段に保持された振幅の閾値と生体電気信号取得手段において取得された生体電気信号とを比較する比較手段とを備えてもよい。この場合、パルス信号生成手段では比較手段における比較結果から閾値を超える振幅を有する生体電気信号が連続する期間を１パルス信号として抽出する。
【００１３】
生体電気信号の閾値を設定する閾値設定手段を備えてもよい。この場合、比較手段は、閾値設定手段において設定された振幅の閾値と生体電気信号取得手段において取得された生体電気信号とを比較し、パルス信号生成手段では比較手段における比較結果から閾値を超える振幅を有する生体電気信号が連続する期間を１パルス信号として抽出する。
【００１４】
また、パルス信号生成手段によって生成されたパルス信号の立ち上がり時刻と立ち下がり時刻の差をパルス幅として検出するパルス幅検出手段を設けることにより、生体電気信号から生成されたパルス信号のパルス幅が検出でき、パルス信号の組合せに対して複数の制御信号を割り当てることができる。
【００１５】
パルス幅検出手段は、第１のパルス信号の立ち上がり時刻をＴ１、立ち下がり時刻Ｔ２、また第２のパルス信号の立ち上がり時刻をＴ３、立ち下がり時刻をＴ４とするとき、（Ｔ３−Ｔ１）、（Ｔ３−Ｔ２）、（Ｔ４−Ｔ１）、（Ｔ４−Ｔ２）の何れかによって、隣接するパルス信号間のパルス間隔を検出することができる。
【００１６】
本発明に係る信号処理装置は、生体電気信号取得手段を複数個備えていてもよい。このとき、パルス信号生成手段は、複数の生体電気信号のそれぞれに対して閾値を超える振幅を有する生体電気信号が連続する期間を１パルス信号として抽出することにより、複数のパルス信号に対してより多くの制御信号を割り当てることができる。
【００１７】
上述した目的を達成するために、本発明に係る信号処理方法は、随意運動に起因する生体電気信号を取得する生体電気信号取得工程と、生体電気信号取得工程において取得された生体電気信号を平滑化する平滑化工程と、平滑化工程において平滑化された生体電気信号のうち閾値を超える振幅を有する生体電気信号が連続する期間を１パルス信号として抽出するパルス信号生成工程と、パルス信号生成工程において生成されたパルス信号を出力するパルス信号出力工程とを有し、閾値を超える振幅が連続して検出された期間を１パルスとして抽出する。本発明に係る信号処理方法では、生体電気信号そのものの特徴を抽出するのではないため、生体電気信号波形の再現性が認識率に大きく左右されない。
【００１８】
また、本発明に係る機械装置は、使用者から入力される制御信号に基づいて動作が制御される機械装置において、随意運動に起因する生体電気信号を取得する生体電気信号取得手段と、生体電気信号取得手段において取得された生体電気信号を平滑化する平滑化手段と、平滑化手段において平滑化された生体電気信号のうち閾値を超える振幅を有する生体電気信号が連続する期間を１パルス信号として抽出するパルス信号生成手段と、パルス信号の信号パターンと制御信号とが対応付けられて記憶された記憶手段と、パルス信号生成手段において生成されたパルス信号を出力するパルス信号出力手段と、パルス信号出力手段から出力されたパルス信号パターンに対応する制御信号を記憶手段から選択して該制御信号に応じて動作を変更する制御を行う制御手段とを備え、パルス信号生成手段において閾値を超える振幅が連続して検出された期間を１パルスとして抽出して、パルスの間隔、パルス幅、パルス信号パターンを識別し、生体電気信号を当該機械装置の動作制御に使用する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る信号処理装置及び信号処理方法によれば、生体電気信号波形からパルス信号を生成することにより生体電気信号から得られる信号の再現性が向上する。また、生体電気信号から生成したパルス信号に対して特定の制御信号を割り当てて機器の制御に適用する場合、パルス信号の再現性が向上することによって生体電気信号の認識率が向上する。したがって、パルス信号に割り当てられた適切な制御信号を選択することができる。これにより、新しいエンターテインメント用途、新たな技術的用途が創出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の具体例について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の具体例として示す信号処理装置１は、随意運動に起因する生体電気信号を検出してパルス信号を生成する信号処理装置１である。随意運動に起因する生体電気信号には、筋電位、眼電位があるが、以下では、筋電位を検出対象とした例について説明する。
【００２１】
図１に示す信号処理装置１は、随意運動に起因する生体電気信号の１つである筋電位信号を検出する生体電気信号取得手段としての筋電位検出センサ１１と、検出された筋電位信号を増幅する生体アンプ１２と、増幅されたアナログの筋電位信号をデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換回路１３と、ノイズカットのためのハイパスフィルタ（High Pass Filter）１４と、筋電位信号を整流する全波整流回路１５と、筋電位検出センサ１１にて検出された筋電位信号を平滑化する平滑化手段としてのローパスフィルタ（Low Pass Filter）１６と、平滑化された筋電信号のうち閾値を超える振幅を有する筋電位信号が連続する期間を１パルス信号として抽出するパルス信号生成手段としてのパルス生成部１７と、２値化されたパルス信号を出力する出力端子１８とを備えている。
【００２２】
筋電位検出センサ１１は、被験者（ユーザ）の皮膚表面に装着される皮膚表面電極であって、手、腕等の皮膚表面に装着され、被験者の身体動作によって生じる筋電位信号を検出する。検出された筋電位信号は、生体アンプ１２に送られる。筋電位検出センサ１１は、複数個の皮膚表面電極から構成されていてもよい。この場合、被験者の身体の複数箇所に装着すれば、複数種類の身体動作による筋電位信号を検出できる。筋電位信号は、筋肉細胞の活動によって変化し、検出される筋電位信号の振幅は、脂肪量、筋活動の強さに応じて異なる。
【００２３】
生体アンプ１２は、信号増幅器であって、筋電位検出センサ１１からの筋電位信号を増幅している。筋電位検出センサ１１によって検出される筋電位信号は、通常数十ミリボルト程度であるため、信号解析可能なレベルまで増幅する必要がある。生体アンプ１２は、増幅した筋電位信号をＡ／Ｄ変換回路１３に送出する。
【００２４】
Ａ／Ｄ変換回路１３は、生体アンプ１２で増幅されたアナログの筋電位信号をデジタル信号に変換し、Ａ／Ｄ変換した後の筋電位信号をハイパスフィルタ１４に送出する。Ａ／Ｄ変換回路１３にてＡ／Ｄ変換された筋電位信号の波形を図２に示す。図２には、期間（横軸）に対する筋電位信号の振幅（縦軸）が表されている。図に表される波形が筋活動によって発生した筋肉の活動電位（筋電位）の変化を表している。縦軸に表される筋電位信号の振幅は、筋活動の強度を表している。代表的なものがＡａ、Ａｃ、Ａｅ、Ａｆで示されている。また、Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄ、Ｔｅ、Ｔｆ、Ｔｇは、筋活動の期間を示している。図２には示されていないが、ある振幅を有する波形が一定期間継続されることもある。
【００２５】
ハイパスフィルタ１４は、Ａ／Ｄ変換回路１３にてＡ／Ｄ変換された筋電位信号のＤＣ成分のノイズを除去し、ノイズ除去した筋電位信号を全波整流回路１５に送出する。全波整流回路１５は、筋電位センサ１１において検出された筋電位信号の絶対値をとり、ローパスフィルタ１６に送出する。
【００２６】
ローパスフィルタ１６は、整流された筋電位信号を平滑化する平滑化回路であって、全波整流回路１５からの信号を平滑化しパルス生成部１７に送出する。ローパスフィルタ１６にて平滑化された筋電位信号の波形を図３に示す。図３に示されている筋電位波形は、図２に示した筋電位波形の絶対値をとって平滑化したものであり、筋活動の特徴がより明確に現れている。図２に期間Ｔａに亘って検出された波形は図３の振幅ＡＳａを極大とするピークＳａに対応し、期間Ｔｃの波形は振幅ＡＳｃを極大とするピークＳｃに対応し、期間Ｔｇの波形は振幅ＡＳｇを極大とするピークＳｇに対応する。
【００２７】
パルス生成部１７は、ローパスフィルタ１６から平滑化された筋電位信号から所定の閾値を超える振幅が連続する期間を１パルス信号として抽出する。パルス生成部１７の一例を図４に示す。パルス生成部１７は、筋電位信号の振幅の閾値を保持しておく閾値メモリ１７１と、閾値メモリ１７１に保持された閾値と検出された筋電位信号の振幅値とを比較する比較器１７２とを備える。また、パルス生成部１７は、比較器１７２における比較結果に応じてパルス信号を出力するパルス出力回路１７３を備えている。
【００２８】
なお、閾値は、固定の設定値とすることもできるし、閾値の設定が変更できるようになっていてもよい。この場合、パルス生成部１７は、図５に示すように、閾値メモリ１７１に保持された閾値を変更する閾値設定手段としての制御部１７４を備え、比較器１７２が制御部１７４によって設定された振幅の閾値と検出された筋電位信号とを比較することができるようになっていてもよい。制御部１７４は、図示しない操作部を介してユーザによって行われる入力に応じて閾値を変更する制御を実行する。
【００２９】
また、信号処理装置１が筋電位の試検出を行って、その後の本検出に使用する閾値を決定してもよい。閾値の設定手法は各種手法考えられるが、何れの手法を用いてもよい。筋電位信号の平滑化に用いるローパスフィルタ１６の特性によっては、パルス幅が適切に検出されるように、閾値を最適化することが好ましい。
【００３０】
閾値を基準として筋電位信号から生成されるパルス信号を図６に示す。図６（ａ）には、ローパスフィルタ１６で平滑化された筋電位信号が表されており、図６（ｂ）には、パルス生成部１７において生成されたパルス信号が表されている。図６では、パルス生成部１７によって、振幅の閾値Ａｔｈを超える極大をもつピークＳａが期間Ｔａをもつパルス信号Ｐａに変換され、ピークＳｃが期間Ｔｃをもつパルス信号Ｐｃに変換され、ピークＳｅが期間Ｔｅをもつパルス信号Ｐｅに変換され、ピークＳｆが期間Ｔｆをもつパルス信号Ｐｆに変換される。
【００３１】
筋電位信号をパルス信号に変換するには、上述のようにデジタル的に処理するほか、アナログフィルタ、積分回路、アナログコンパレータ等を用いて一部若しくは全てをアナログ回路で実現してもよい。
【００３２】
上述した構成を備える信号処理装置１では、筋電位検出センサ１１で検出された筋電位信号は、生体アンプ１２で増幅され、Ａ／Ｄ変換回路１３でアナログ信号からデジタル信号へと変換される。変換された筋電位信号は、ハイパスフィルタ１４でＤＣ成分のノイズを除去された後、絶対値がとられ、更にローパスフィルタ１６において平滑化される。平滑化された筋電位信号は、パルス生成部１７で２値のパルス信号に変換され、出力端子１８より出力される。
【００３３】
信号処理装置１は、生体電気信号の１つである筋電位信号そのものの波形を抽出するのではなく、筋電位信号をパルス信号に変換しているため、筋電位信号をパルス信号として扱うことにより、パルス信号として出力される筋電位信号の再現性がパルス信号の認識率に左右されないという利点がある。
【００３４】
つづいて、上述した信号処理装置１を機械装置の制御信号を入力する構成に適用した例について図７を用いて説明する。ここでは、機械装置の一例としてコントローラと本体部とが無線通信により遠隔操作されるラジオコントロールカー（以下ラジコンカーと記す。）に適用する例に接続された玩具に適用する例について説明する。
【００３５】
ラジコンカー１００は、コントローラ２０と、本体部３０とを備える。コントローラ２０は、随意運動に起因する生体電気信号の１つである筋電位信号を検出する生体電気信号取得手段としての筋電位検出センサ２１と、パルス検出部２２と、検出されたパルスのパターンを識別するパルスパターン検出部２３と、識別されたパルスパターンから制御コマンドに対応する制御信号を生成する制御信号生成部２４と、制御信号を変調し本体部３０へ送信する変調及び送信部２５と、アンテナ２６とを備えている。これらの構成は、コントローラ制御部２７によって統括制御されている。コントローラ２０は、筋電位検出センサを２つ備えたタイプであって、１つの筋電位検出センサで検出した筋電位信号からそれぞれ独立にパルス信号を得ることができる。そして、２個のセンサによって検出されるパルスの組合せに対して本体部３０の制御コマンドが割り当てられている。図では、番号の後にａ、ｂを付けることで２つのセンサに対応した構成を区別している。
【００３６】
本体部３０は、アンテナ３１を介してコントローラ２０から送られた電波を受信し、受信した電波から制御信号を復調する受信及び復調部３２と、制御信号から制御コマンドを生成し、駆動部３４を制御するための駆動制御信号を生成する制御信号生成部３３と、動力となるモータ及び車輪の向きを変更するサーボ等を備える駆動部３４とを備える。これらの構成は、本体制御部３５によって統括制御されている。
【００３７】
コントローラ２０では、筋電位検出センサ２１とパルス検出部２２が、上述した信号処理装置１に相当する。したがって、パルス検出部２２は、検出された筋電位信号を増幅する生体アンプ１２と、増幅されたアナログの筋電位信号をデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換回路１３と、ノイズカットのためのハイパスフィルタ１４と、筋電位信号を整流する全波整流回路１５と、筋電位検出センサ１１にて検出された筋電位信号を平滑化するローパスフィルタ１６と、平滑化された筋電信号のうち閾値を超える振幅を有する筋電位信号が連続する期間を１パルス信号として抽出するパルス生成部１７と、２値化されたパルス信号を出力する出力端子１８とを備えている。
【００３８】
パルスパターン検出部２３は、パルス生成部検出部２２において生成されたパルス信号の立ち上がり時刻と立ち下がり時刻との差をパルス幅として検出し、隣接するパルス信号間のパルス間隔を検出することによって、パルス検出部２２からのパルス信号の時系列パターンを検出している。
【００３９】
パルスパターンの検出方法の一例を図８及び図９に示す。パルスパターン検出部２３は、図８（ａ）に示すように、一定時間Ｔｄ以内に２つのパルスＰ１、Ｐ２が検出されたらパターンＡとし、図８（ｂ）に示すように、１つのパルスＰ１が検出されたらパターンＢと分類する。また、図９（ａ）に示すように、パルス幅がＴｓ以内の場合にはパターンＣとし、パルス幅がＴｌ以上の場合にはパターンＤと分類する。パルス間隔は、例えば、第１のパルス信号Ｐ１の立ち上がり時刻をＴ１、立ち下がり時刻Ｔ２、また第２のパルス信号Ｐ２の立ち上がり時刻をＴ３、立ち下がり時刻をＴ４とするとき、（Ｔ３−Ｔ１）、（Ｔ３−Ｔ２）、（Ｔ４−Ｔ１）、（Ｔ４−Ｔ２）の何れかに基づいて検出する。
【００４０】
パルスパターン検出部２３は、パルス幅とパルス間隔の双方を適宜組み合わせることで検出可能なパターンの種類を増やすことができる。本具体例では、このようなパルスパターン検出を２つの筋電位検出センサにより得られる信号に対して同時に行うため、割り当てられる制御コマンドの種類を増やすことができる。このとき、タイミングの微妙なずれによってユーザの意図に反した検出が行われるのを防ぐため、完全に同時でなくとも、ある時間幅範囲の中でパルス信号が出現すれば同時とみなすような処理を行うと、より実用的である。
【００４１】
本例では具体的に、パルスパターン検出部２３は、一定期間Ｔｄを０．７秒とし、パルス幅０．３秒以内を１つのパルス信号のパルス幅として検出する。例えば、図１０（ａ）に示すように、０．３秒未満の時間幅のパルスが０．７秒以内に２回続けて検出されたときにはパターンＡとし、図１０（ｂ）に示すように、０．７秒以内に１回だけ０．３秒未満の時間幅のパルスが検出されたときにはパターンＢとし、図１０（ｃ）に示すように、０．７秒以上の時間幅のパルスが検出されたときはパターンＣとする。合計３種類のパルスパターンを用意し、この組合せを制御コマンドに対応させる。
【００４２】
図１１には、パルスパターンに対して割り当てるラジコンカーの動作のための制御コマンドの例が示されている。２つの筋電位検出センサ２１ａ、２１ｂから検出されたパルスの組合せを本体部を駆動させるためのコマンドに対応付けする。２つの筋電位検出センサ２１ａ、２１ｂからパルス信号が検出されると、まず停止コマンドを発行することとする。筋電位検出センサ２１ａで検出された筋電位から生成されたパルスパターンがパターンＡのとき右後退とし、パターンＢのとき右前進とし、筋電位検出センサ２１ｂで検出された筋電位から生成されたパルスパターンがパターンＡのとき左後退とし、パターンＢのとき左前進とする。また、筋電位検出センサ２１ａで検出された筋電位から生成されたパルスパターンと筋電位検出センサ２１ｂで検出された筋電位から生成されたパルスパターンとがともにパターンＡのとき後退とし、ともにパターンＢのとき前進とする。更に、筋電位検出センサ２１ａで検出された筋電位から生成されたパルスパターンと筋電位検出センサ２１ｂで検出された筋電位から生成されたパルスパターンとがともにパターンＣのときクラクションを鳴らすコマンドとする。図１１にハイフンで表されたパルスパターンの組合せは本例では使用されないが、別の制御コマンドが割り当てられてもよい。
【００４３】
制御信号生成部２４は、上述したようにパルスパターンから制御コマンドに対応する制御信号を生成し、変調及び送信部２５に送出する。変調及び送信部２５は、制御信号を変調しアンテナ２６を介して本体部３０へ送信する。本体部３０は、アンテナ３１を介してコントローラ２０から送られた電波を受信し、受信及び復調部３２において、受信した電波から制御信号を復調する。制御信号生成部３３は、制御信号から制御コマンドを生成し、駆動部３４を制御するための駆動制御信号を生成し、駆動部３４に送出する。駆動部３４は、送られた制御信号に基づいてモータ又は車輪の向きを変更する。
【００４４】
コントローラ２０の２つの筋電位検出センサの電極の装着位置は任意であるが、例えば、筋電位検出センサ２１ａを右腕に、筋電位検出センサ２１ｂを左腕に装着することで、腕の動きによるラジコンカー１００の制御がハンドル操作の間隔に近づき、より直感的になる。また、それぞれ前腕部の浅指屈筋へセンサ電極を装着すれば、手指の屈曲に伴う筋電位が検出できるため、左右の手指の屈曲動作をするだけで、本体部３０を操作することができる。
【００４５】
以上説明したように、信号処理装置１は、上述したように生体電気信号の１つである筋電位信号そのものの波形を抽出するのではなく、筋電位信号をパルス信号に変換し、パルス信号として扱うことにより、筋電位信号の再現性がパルス信号の認識率に左右されないという利点がある。したがって、信号処理装置１を適用したラジコンカー１００は、ユーザにとってより直感的で分かり易い入力操作が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、電子機器の入力装置として適用することができる。随意運動に起因する生体電気信号波形から２値のパルス信号を生成することによって、ユーザに対して新しいエンターテインメント用途を提供するとともに、新たな技術的用途が創出できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の具体例として示す信号処理装置を説明する構成図である。
【図２】上記信号処理装置におけるＡ／Ｄ変換回路でＡ／Ｄ変換された筋電位信号の波形を表す図である。
【図３】上記信号処理装置におけるローパスフィルタで平滑化された筋電位信号の波形を表す図である。
【図４】上記信号処理装置のパルス生成部の一例を説明する構成図である。
【図５】上記信号処理装置のパルス生成部のほかの例を説明する構成図である。
【図６】（ａ）は、ローパスフィルタで平滑化された筋電位信号を表す図であり、（ｂ）は、パルス生成部において生成されたパルス信号を表す図である。
【図７】上記信号処理装置をラジオコントロールカーに適用した例を説明する図である。
【図８】上記信号処理装置で生成されたパルスパターンを説明する図であり、（ａ）は所定期間内に２つのパルスがある場合を示す図であり、（ｂ）は所定期間内に１つのパルスがある場合を示す図である。
【図９】上記信号処理装置で生成されたパルスパターンを説明する図であり、（ａ）は期間Ｔｓ内のパルス幅を有するパルスを１パルスとする場合を示す図であり、（ｂ）は期間Ｔｌ以上のパルス幅を有するパルスを１パルスとする場合を示す図である。
【図１０】（ａ）は所定期間内に発生した２つのパルスに１つの制御コマンドを割り当てる場合を説明する図であり、（ｂ）は所定期間内に発生した１パルスに１つの制御コマンドを割り当てる場合を説明する図であり、（ｃ）は所定期間以上のパルス幅をもつパルスに対して１つの制御コマンドを割り当てる場合を説明する図である。
【図１１】パルスパターンに対して割り当てられた玩具の動作を制御する制御コマンドの例を説明する図である。
【符号の説明】
【００４８】
１    信号処理装置、  １１    筋電位検出センサ、  １２    生体アンプ、
１３    Ａ／Ｄ変換回路、  １４    ハイパスフィルタ、  １５    全波整流回路、
１６    ローパスフィルタ、  １７    パルス生成部、  １８    出力端子、
２０    コントローラ、  ２１    筋電位検出センサ、  ２２    パルス検出部、
２３    パルスパターン検出部、  ２４    制御コマンド生成部、
２５    変調及び送信部、  ２６    アンテナ、  ２７    コントローラ制御部、
３０    本体部、  ３１    アンテナ、  ３２    受信及び復調部、
３３    制御信号生成部、  ３４    駆動部、  ３５    本体制御部、
１７１    閾値メモリ、  １７２    比較器、  １７３    パルス出力回路、
１７４    制御部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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