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JP7616366B2 - Force estimation device, force estimation method, and program - Google Patents
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Description

本発明は、力推定装置、力推定方法およびプログラムに関する。 The present invention relates to a force estimation device, a force estimation method and a program.

音波を利用して筋肉の力を推定する技術が知られている。例えば、非特許文献1には、ユーザの手の甲に2つのピエゾ素子を装着し、一方をスピーカ、他方をマイクとし、超音波を送受信して、周波数解析による特徴量抽出とそれに基づく機械学習アルゴリズムを適用することで、ユーザの力を推定する装置が開示されている。There is a known technology that uses sound waves to estimate muscle strength. For example, Non-Patent Document 1 discloses a device that estimates a user's strength by attaching two piezoelectric elements to the back of the user's hand, one of which serves as a speaker and the other as a microphone, sending and receiving ultrasonic waves, extracting features through frequency analysis, and applying a machine learning algorithm based on the extracted features.

Kubo, Yuki, et al. "AudioTouch: Minimally Invasive Sensing of Micro-Gestures via Active Bio-Acoustic Sensing." Proceedings of the 21st International Conference on Human-Computer Interaction with Mobile Devices and Services. 2019.Kubo, Yuki, et al. "AudioTouch: Minimally Invasive Sensing of Micro-Gestures via Active Bio-Acoustic Sensing." Proceedings of the 21st International Conference on Human-Computer Interaction with Mobile Devices and Services. 2019.

従来、装置を長時間利用し、発熱や体温などの影響でピエゾ素子の温度が変化することによって、音響特性が変化し、力の推定値にドリフト(基線動揺)誤差が生じるという問題がある。 Conventionally, when the device is used for a long period of time, the temperature of the piezoelectric element changes due to heat generation, body heat, etc., which causes the acoustic characteristics to change and results in drift (baseline fluctuation) errors in the force estimate.

開示の技術は、力の推定値の精度を向上させることを目的とする。 The disclosed technology aims to improve the accuracy of force estimates.

開示の技術は、推定対象の筋肉に関する力を推定するための力推定装置であって、音波を送信する音波送信部と、前記音波を受信する音波受信部と、受信した前記音波を解析して前記推定対象の力の推定値を算出する力推定部と、設定されたオフセット補正値を前記推定値から減算した値を補正後の推定値として算出するオフセット補正部と、を備える、力推定装置であり、前記推定対象が脱力状態であったか否かを判定する脱力判定部と、前記脱力状態と判定された時間的な区間における力の推定値に基づいて、前記オフセット補正値を設定するオフセット補正値設定部と、をさらに備え、前記音波受信部は、受信した音波から可聴域の音波を抽出し、前記脱力判定部は、抽出された前記可聴域の音波の振幅の絶対値を算出し、算出された絶対値を一定窓幅で積分した値が、あらかじめ定められた閾値以下である場合に、前記一定窓幅の区間を脱力状態の区間であったと判定する、力推定装置である。


The disclosed technology is a force estimation device for estimating force related to a muscle of an estimation target, the force estimation device comprising: an acoustic wave transmitting unit that transmits acoustic waves; an acoustic wave receiving unit that receives the acoustic waves; a force estimation unit that analyzes the received acoustic waves to calculate an estimate of the force of the muscle of the estimation target; and an offset correction unit that calculates a corrected estimate value by subtracting a set offset correction value from the estimate value , the force estimation device further comprising: a weakness determination unit that determines whether the muscle of the estimation target is in a weakened state; and an offset correction value setting unit that sets the offset correction value based on the force estimate in the time period determined to be in the weakened state, the acoustic wave receiving unit extracts audible sound waves from the received acoustic waves, and the weakness determination unit calculates an absolute value of the amplitude of the extracted audible sound waves, and if a value obtained by integrating the calculated absolute value over a fixed window width is equal to or less than a predetermined threshold value, the force estimation device determines that the fixed window width section was a section of a weakened state .


力の推定値の精度を向上させることができる。 The accuracy of force estimates can be improved.

力推定装置の機能構成図である。FIG. 2 is a functional configuration diagram of the force estimation device. 力推定処理の流れの一例を示すフローチャートである。13 is a flowchart showing an example of the flow of a force estimation process. 補正値設定処理の流れの一例を示すフローチャートである。11 is a flowchart showing an example of the flow of a correction value setting process. 力推定装置のハードウェア構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of a force estimation device. 音波の測定結果の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of a measurement result of a sound wave. 力推定の実験結果の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a result of an experiment on force estimation. コンピュータのハードウェア構成例を示す図である。FIG. 2 illustrates an example of a hardware configuration of a computer.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態(本実施の形態)について説明する。以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。Hereinafter, an embodiment of the present invention (the present embodiment) will be described with reference to the drawings. The embodiment described below is merely an example, and the embodiment to which the present invention is applicable is not limited to the following embodiment.

本実施の形態に係る力推定装置は、音波を用いて、握力、脚筋力、背筋力、瞬発力等のような推定対象の筋力に関する力を推定する装置である。推定対象は、ユーザまたはユーザ以外のヒトを想定するが、筋肉を有するものであればヒトでなくても良く、犬、猿等のようなヒト科以外の動物であっても良い。以下、推定対象がヒトである前提で説明する。 The force estimation device according to this embodiment is a device that uses sound waves to estimate force related to the muscle strength of an estimation target, such as grip strength, leg strength, back strength, explosive power, etc. The estimation target is assumed to be a user or a human other than the user, but it does not have to be human as long as it has muscles, and can also be a non-hominidae animal such as a dog or monkey. The following explanation will be given on the assumption that the estimation target is a human.

(力推定装置の機能構成)
図1は、力推定装置の機能構成図である。力推定装置10は、音波送信部11と、音波受信部12と、力推定部13と、脱力判定部14と、オフセット補正値設定部15と、オフセット補正部16と、を備える。
(Functional configuration of the force estimation device)
1 is a functional block diagram of a force estimation device 10. The force estimation device 10 includes an ultrasonic wave transmitter 11, an ultrasonic wave receiver 12, a force estimation unit 13, a force relaxation determination unit 14, an offset correction value setting unit 15, and an offset correction unit 16.

音波送信部11は、音波を送信する。送信される音波は、超音波と可聴域の音波とを含み、推定対象の皮膚の表面に近い位置から送信される。The sound wave transmitting unit 11 transmits sound waves. The transmitted sound waves include ultrasonic waves and sound waves in the audible range, and are transmitted from a position close to the surface of the skin of the subject to be estimated.

音波受信部12は、音波を受信する。具体的には、音波受信部12は、超音波と可聴域の音波とを受信し、受信した音波から超音波または可聴域の音波を抽出する。The sound wave receiving unit 12 receives sound waves. Specifically, the sound wave receiving unit 12 receives ultrasonic waves and sound waves in the audible range, and extracts ultrasonic waves or sound waves in the audible range from the received sound waves.

力推定部13は、推定対象の力を推定する。具体的には、力推定部13は、受信した音波から周波数特徴量を算出し、算出した周波数特徴量を回帰モデルに入力させることによって、力の推定値を得る。The force estimation unit 13 estimates the force of the estimation target. Specifically, the force estimation unit 13 calculates a frequency feature from the received sound wave and inputs the calculated frequency feature into a regression model to obtain an estimate of the force.

脱力判定部14は、音波受信部12が受信した音波に基づいて、推定対象が脱力状態であるか否かを判定する。具体的には、脱力判定部14は、音波受信部12によって抽出された可聴域の音波の振幅の絶対値を算出し、算出された絶対値を一定窓幅で積分した値(積分筋音)を算出する。ここで、脱力判定部14は、積分筋音のSN比を上げるために、カットオフ周波数が100Hz程度のローパスフィルタを適用してから積分筋音を計算しても良い。脱力判定部14は、積分筋音があらかじめ定められた閾値以下の場合は、算出された一定窓幅に相当する区間を、推定対象が脱力状態の区間(脱力区間)と判定する。The weakness determination unit 14 determines whether the estimation target is in a state of weakness based on the sound waves received by the sound wave receiving unit 12. Specifically, the weakness determination unit 14 calculates the absolute value of the amplitude of the sound waves in the audible range extracted by the sound wave receiving unit 12, and calculates a value (integrated muscle sound) by integrating the calculated absolute value over a certain window width. Here, in order to increase the signal-to-noise ratio of the integrated muscle sound, the weakness determination unit 14 may calculate the integrated muscle sound after applying a low-pass filter with a cutoff frequency of about 100 Hz. If the integrated muscle sound is equal to or less than a predetermined threshold, the weakness determination unit 14 determines that the section corresponding to the calculated certain window width is a section in which the estimation target is in a state of weakness (weakness section).

オフセット補正値設定部15は、脱力区間における力の推定値に基づいて、オフセット補正値を設定する。具体的には、オフセット補正値設定部15は、脱力区間における力の推定値の平均値を算出し、算出された平均値をオフセット補正値として設定する。The offset correction value setting unit 15 sets the offset correction value based on the estimated force value in the relaxation section. Specifically, the offset correction value setting unit 15 calculates the average value of the estimated force value in the relaxation section, and sets the calculated average value as the offset correction value.

オフセット補正部16は、力推定部13が算出した力の推定値と、オフセット設定値と、に基づいて、オフセット補正を実行する。具体的には、オフセット補正部16は、力の推定値からオフセット設定値を減算した値を、補正後の推定値とする。The offset correction unit 16 performs offset correction based on the force estimate calculated by the force estimation unit 13 and the offset setting value. Specifically, the offset correction unit 16 subtracts the offset setting value from the force estimate value to obtain the corrected estimate value.

(力推定装置の動作)
次に、力推定装置10の動作について、図面を参照して説明する。力推定装置10は、ユーザの操作等を受けて、力推定処理を開始する。なお、力推定処理の開始時には、後述するオフセット補正値設定処理によって、または実験等の結果に基づいてオフセット補正値が設定されていることを前提とする。
(Operation of the Force Estimation Device)
Next, the operation of the force estimation device 10 will be described with reference to the drawings. The force estimation device 10 starts a force estimation process in response to a user's operation or the like. Note that it is assumed that an offset correction value has been set by an offset correction value setting process described later or based on the results of an experiment or the like when the force estimation process starts.

図2は、力推定処理の流れの一例を示すフローチャートである。音波送信部11は、音波を送信する(ステップS11)。ここで送信される音波は、超音波を含む。例えば、音波送信部11は、ピエゾ素子を使って超音波帯域(例えば20-40kHz)のスイープ波を一定間隔(例えば20ms間隔)で送信する。 Figure 2 is a flowchart showing an example of the flow of the force estimation process. The sound wave transmitting unit 11 transmits sound waves (step S11). The sound waves transmitted here include ultrasonic waves. For example, the sound wave transmitting unit 11 uses a piezoelectric element to transmit sweep waves in the ultrasonic band (e.g., 20-40 kHz) at regular intervals (e.g., 20 ms intervals).

次に、音波受信部12は、音波を受信する(ステップS12)。例えば、音波受信部12は、送信に使用されたピエゾ素子とは異なるピエゾ素子を使って超音波を受信する。Next, the ultrasonic wave receiving unit 12 receives the ultrasonic waves (step S12). For example, the ultrasonic wave receiving unit 12 receives ultrasonic waves using a piezoelectric element different from the piezoelectric element used for transmission.

次に、力推定部13は、音波の周波数特徴量に基づいて、回帰モデルを用いて力を推定する(ステップS13)。具体的には、力推定部13は、ステップS12において受信された音波を一定サンプル数(例えば4,096サンプル)ごとに高速フーリエ変換(FFT;fast Fourier transform)をかけてパワースペクトラムを算出し、算出されたパワースペクトラムを、周波数特徴量を示すベクトル(特徴量ベクトル)とする。Next, the force estimation unit 13 estimates the force using a regression model based on the frequency feature of the sound wave (step S13). Specifically, the force estimation unit 13 performs a fast Fourier transform (FFT) on the sound wave received in step S12 for every fixed number of samples (e.g., 4,096 samples) to calculate a power spectrum, and the calculated power spectrum is treated as a vector indicating the frequency feature (feature vector).

そして、力推定部13は、特徴量ベクトルを回帰モデルに入力して、力の推定値を得る。回帰モデルは、例えばSupportVectorRegressionなどの機械学習による学習済みモデルである。これは、超音波が皮膚を伝搬する際、測定対象による力の入れ具合に応じた皮膚の変形などがあると、音響特性が変化することを利用している。The force estimation unit 13 then inputs the feature vector into a regression model to obtain an estimate of the force. The regression model is a trained model based on machine learning, such as SupportVectorRegression. This model utilizes the fact that when ultrasound propagates through the skin, the acoustic characteristics change if there is deformation of the skin in response to the amount of force applied by the subject.

続いて、オフセット補正部16は、力の推定値からオフセット補正値を減算した値を、
補正後の推定値として出力する(ステップS14)。
Next, the offset correction unit 16 subtracts the offset correction value from the force estimate value to obtain
The corrected estimated value is output (step S14).

次に、オフセット補正値を設定するための補正値設定処理について説明する。補正値設定処理は、力推定処理の開始前に実行される。Next, we will explain the correction value setting process for setting the offset correction value. The correction value setting process is executed before the force estimation process starts.

図3は、補正値設定処理の流れの一例を示すフローチャートである。音波送信部11は、音波を送信する(ステップS21)。ここで送信される音波は、超音波と可聴域の音波とを含む。次に、音波受信部12は、音波を受信し、受信した音波から可聴域の音波を抽出する(ステップS22)。 Figure 3 is a flowchart showing an example of the flow of the correction value setting process. The sound wave transmitting unit 11 transmits sound waves (step S21). The sound waves transmitted here include ultrasonic waves and sound waves in the audible range. Next, the sound wave receiving unit 12 receives the sound waves and extracts sound waves in the audible range from the received sound waves (step S22).

続いて、力推定部13は、抽出された可聴域の音波の振幅の絶対値を算出し、算出された絶対値を一定窓幅で積分した値(積分筋音)を算出する(ステップS23)。一定窓幅とは、あらかじめ設定された時間(例えば1秒間等)の時間的な区間である。Next, the force estimation unit 13 calculates the absolute value of the amplitude of the extracted sound wave in the audible range, and calculates a value (integrated muscle sound) by integrating the calculated absolute value over a fixed window width (step S23). The fixed window width is a time interval of a preset time (e.g., 1 second).

次に、脱力判定部14は、積分筋音が閾値以下であるか否かを判定する(ステップS24)。閾値は実験等の結果に応じてあらかじめ設定されている。脱力判定部14が、積分筋音が閾値以下でないと判定すると(ステップS24:No)、力推定装置10は、ステップS21の処理に戻り、次の区間について処理を実行する。Next, the relaxation determination unit 14 determines whether the integrated muscle sound is equal to or less than a threshold value (step S24). The threshold value is set in advance based on the results of experiments, etc. If the relaxation determination unit 14 determines that the integrated muscle sound is not equal to or less than the threshold value (step S24: No), the force estimation device 10 returns to the processing of step S21 and executes the processing for the next section.

脱力判定部14が、積分筋音が閾値以下であると判定すると(ステップS24:Yes)、力推定部13は、当該区間(脱力区間)の音波の周波数特徴量に基づいて、回帰モデルを用いて力を推定する(ステップS25)。このステップS25の処理は、図2に示した力推定処理のステップS13と同様である。If the relaxation determination unit 14 determines that the integrated muscle sound is equal to or lower than the threshold (step S24: Yes), the force estimation unit 13 estimates the force using a regression model based on the frequency features of the sound waves in that section (relaxation section) (step S25). The process of step S25 is the same as step S13 of the force estimation process shown in FIG. 2.

なお、力推定部13は、脱力判定部14による判定の前にあらかじめこのステップS24の処理を実行し、実行結果を記憶しておいても良い。In addition, the force estimation unit 13 may execute the processing of step S24 in advance before the determination by the force relaxation determination unit 14 and store the execution result.

次に、オフセット補正値設定部15は、力の推定値の当該区間(脱力区間)の平均値を、オフセット補正値として設定する(ステップS26)。Next, the offset correction value setting unit 15 sets the average value of the force estimate for that section (relaxation section) as the offset correction value (step S26).

(力推定装置のハードウェア構成)
図4は、力推定装置のハードウェア構成例を示す図である。力推定装置10は、コンピュータ101と、スピーカ102と、マイク103と、を備える。
(Hardware Configuration of Force Estimation Device)
4 is a diagram showing an example of a hardware configuration of the force estimation apparatus 10. The force estimation apparatus 10 includes a computer 101, a speaker 102, and a microphone 103.

コンピュータ101は、PC(Personal Computer)、スマートフォン、サーバ装置等である。スピーカ102は、音波を送信する装置である。音波送信部11は、コンピュータ101がスピーカ102を制御することによって実現される。The computer 101 is a PC (Personal Computer), a smartphone, a server device, etc. The speaker 102 is a device that transmits sound waves. The sound wave transmitting unit 11 is realized by the computer 101 controlling the speaker 102.

マイク103は、音波を受信する装置である。音波受信部12は、コンピュータ101がマイク103を制御することによって実現される。The microphone 103 is a device that receives sound waves. The sound wave receiving unit 12 is realized by the computer 101 controlling the microphone 103.

例えば、力推定装置10は、非特許文献1と同様に、手の甲にスピーカ102とマイク103の役割を担うピエゾ素子を装着することによって、握力を推定する。例えば、マイク103に相当するピエゾ素子の周波数特性が100Hz以下の低周波数帯域でも20-40kHzの高周波数帯域でも十分なゲインがある場合は、一つのピエゾ素子で兼用することができる。また、ピエゾ素子がどちらか片側の周波数帯域で大きく減衰するような周波数特性の場合は、それを補完するような異なる周波数特性の音響受信装置を別途装着し、ピエゾ素子と音響受信装置とを併せてマイク103として機能させれば良い。For example, the force estimation device 10, as in Non-Patent Document 1, estimates grip strength by attaching a piezoelectric element that acts as a speaker 102 and a microphone 103 to the back of the hand. For example, if the frequency characteristics of the piezoelectric element that corresponds to microphone 103 have sufficient gain in both the low frequency band of 100 Hz or less and the high frequency band of 20-40 kHz, a single piezoelectric element can be used for both. Also, if the piezoelectric element has frequency characteristics that cause significant attenuation in one of the frequency bands, a separate acoustic receiving device with different frequency characteristics that complements it can be attached, and the piezoelectric element and acoustic receiving device can function together as microphone 103.

(音波の測定結果)
図5は、音波の測定結果の一例を示す図である。図5は、手の甲に装着したマイクで手の甲の筋音を測定した例を示す。図5の「脱力状態」とは力を込めかった状態であって、「握力あり」の区間が力を込めた状態である。力を込めなかった場合は、音波の振幅が小さいが、力を込めた場合は、筋音の影響で音波の振幅が大きくなっている。
(Sound wave measurement results)
Fig. 5 is a diagram showing an example of the measurement results of sound waves. Fig. 5 shows an example of measuring muscle sounds on the back of the hand with a microphone attached to the back of the hand. The "relaxed state" in Fig. 5 is a state in which no force is exerted, and the "gripping strength" section is a state in which force is exerted. When no force is exerted, the amplitude of the sound waves is small, but when force is exerted, the amplitude of the sound waves becomes large due to the influence of the muscle sounds.

この測定結果から、音波の振幅の大きさによって脱力状態であるか否かを判定する方法が有効であると言える。 From these measurement results, it can be said that the method of determining whether or not a person is in a state of relaxation based on the amplitude of sound waves is effective.

(力推定の実験結果)
図6は、力推定の実験結果の一例を示す図である。実験では、オフセット補正処理の前後の握力の推定値を算出した。破線901は、補正前の推定値を示す。実線902は、正解値を示す。点線903は、補正後の推定値を示す。
(Force estimation experiment results)
6 is a diagram showing an example of the experimental results of force estimation. In the experiment, the estimated values of grip force were calculated before and after the offset correction process. The dashed line 901 shows the estimated value before correction. The solid line 902 shows the corrected value. The dotted line 903 shows the estimated value after correction.

正解値は、フォースセンサで測定した握力の値である。補正前の推定値は、正解値では0Nとなっている区間の握力を約5Nと推定し、正解値では5Nとなっている区間の握力を約10Nと推定した。 The correct value is the grip force value measured by the force sensor. The estimated value before correction estimated the grip force to be approximately 5 N in the section where the correct value was 0 N, and estimated the grip force to be approximately 10 N in the section where the correct value was 5 N.

これに対して、オフセット補正後の推定値は、力の推定値からオフセット補正値の5Nを減算し、正解値に近い値を推定した。なお、力推定装置10は、オフセット補正値設定処理の結果、正解値では0Nとなっている区間を脱力区間と判定し、オフセット補正値を5Nと設定した。In contrast, the estimated value after offset correction was calculated by subtracting the offset correction value of 5N from the force estimate, resulting in an estimated value close to the correct value. As a result of the offset correction value setting process, the force estimation device 10 determined that the section where the correct value was 0N was a force relaxation section, and set the offset correction value to 5N.

本実験の結果、補正後の推定値が、補正前の推定値よりも正解値に近い結果となった。 As a result of this experiment, the corrected estimate was closer to the correct value than the uncorrected estimate.

(コンピュータのハードウェア構成例)
上述した力推定装置10の各機能部は、コンピュータ101に、本実施の形態で説明する処理内容を記述したプログラムを実行させることにより実現可能である。なお、この「コンピュータ」は、物理マシンであってもよいし、クラウド上の仮想マシンであってもよい。仮想マシンを使用する場合、ここで説明する「ハードウェア」は仮想的なハードウェアである。
(Example of computer hardware configuration)
Each of the functional units of the force estimation device 10 described above can be realized by causing the computer 101 to execute a program describing the processing contents described in this embodiment. Note that this "computer" may be a physical machine or a virtual machine on the cloud. When a virtual machine is used, the "hardware" described here is virtual hardware.

上記プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体(可搬メモリ等)に記録して、保存したり、配布したりすることが可能である。また、上記プログラムをインターネットや電子メール等、ネットワークを通して提供することも可能である。The above program can be recorded on a computer-readable recording medium (such as a portable memory) and can be stored or distributed. The above program can also be provided via a network such as the Internet or e-mail.

図7は、上記コンピュータのハードウェア構成例を示す図である。図7のコンピュータは、それぞれバスBで相互に接続されているドライブ装置1000、補助記憶装置1002、メモリ装置1003、CPU1004、インタフェース装置1005、表示装置1006、入力装置1007、出力装置1008等を有する。 Figure 7 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the computer. The computer in Figure 7 has a drive device 1000, an auxiliary storage device 1002, a memory device 1003, a CPU 1004, an interface device 1005, a display device 1006, an input device 1007, an output device 1008, etc., which are all connected to each other via a bus B.

当該コンピュータでの処理を実現するプログラムは、例えば、CD-ROM又はメモリカード等の記録媒体1001によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体1001がドライブ装置1000にセットされると、プログラムが記録媒体1001からドライブ装置1000を介して補助記憶装置1002にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体1001より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。補助記憶装置1002は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。 The program that realizes the processing on the computer is provided by a recording medium 1001, such as a CD-ROM or a memory card. When the recording medium 1001 storing the program is set in the drive device 1000, the program is installed from the recording medium 1001 via the drive device 1000 into the auxiliary storage device 1002. However, the program does not necessarily have to be installed from the recording medium 1001, but may be downloaded from another computer via a network. The auxiliary storage device 1002 stores the installed program as well as necessary files, data, etc.

メモリ装置1003は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置1002からプログラムを読み出して格納する。CPU1004は、メモリ装置1003に格納されたプログラムに従って、当該装置に係る機能を実現する。インタフェース装置1005は、ネットワークに接続するためのインタフェースとして用いられる。表示装置1006はプログラムによるGUI(Graphical User Interface)等を表示する。入力装置1007はキーボード及びマウス、ボタン、又はタッチパネル等で構成され、様々な操作指示を入力させるために用いられる。出力装置1008は演算結果を出力する。なお、上記コンピュータは、CPU1004の代わりにGPU(Graphics Processing Unit)またはTPU(Tensor processing unit)を備えていても良く、CPU1004に加えて、GPUまたはTPUを備えていても良い。その場合、例えば特殊な演算が必要な処理をGPUまたはTPUが実行し、その他の処理をCPU1004が実行する、というように処理を分担して実行しても良い。When a program start instruction is received, the memory device 1003 reads out and stores the program from the auxiliary storage device 1002. The CPU 1004 realizes the functions related to the device according to the program stored in the memory device 1003. The interface device 1005 is used as an interface for connecting to a network. The display device 1006 displays a GUI (Graphical User Interface) or the like according to a program. The input device 1007 is composed of a keyboard, a mouse, a button, a touch panel, or the like, and is used to input various operation instructions. The output device 1008 outputs the calculation results. The above computer may be equipped with a GPU (Graphics Processing Unit) or a TPU (Tensor processing unit) instead of the CPU 1004, or may be equipped with a GPU or TPU in addition to the CPU 1004. In that case, the processing may be shared and executed, for example, with the GPU or TPU executing processing that requires special calculations and the CPU 1004 executing other processing.

(本実施の形態の効果)
本実施の形態に係る力推定装置10によれば、力の推定値からオフセット補正値を減算し、補正後の推定値とする。これによって、力の推定値の精度を向上させることができる。
(Effects of this embodiment)
According to the force estimation device 10 of the present embodiment, the offset correction value is subtracted from the force estimate to obtain a corrected force estimate, thereby improving the accuracy of the force estimate.

また、力推定装置10は、推定対象が脱力状態であったか否かを判定し、脱力状態と判定された時間的な区間における力の推定値に基づいて、オフセット補正値を設定する。これによって、力の推定値に生じている誤差をオフセット補正値として設定し、力の推定値をさらに向上させることができる。 The force estimation device 10 also determines whether the estimation target was in a relaxed state, and sets an offset correction value based on the force estimate in the time period in which the force estimate was determined to be in a relaxed state. This allows the error occurring in the force estimate to be set as an offset correction value, thereby further improving the force estimate.

(実施の形態のまとめ)
本明細書には、少なくとも下記の各項に記載した力推定装置、力推定方法およびプログラムが記載されている。
(第1項)
推定対象の筋肉に関する力を推定するための力推定装置であって、
音波を送信する音波送信部と、
前記音波を受信する音波受信部と、
受信した前記音波を解析して前記推定対象の力の推定値を算出する力推定部と、
設定されたオフセット補正値を前記推定値から減算した値を補正後の推定値として算出するオフセット補正部と、を備える、
力推定装置。
(第2項)
前記推定対象が脱力状態であったか否かを判定する脱力判定部と、
前記脱力状態と判定された時間的な区間における力の推定値に基づいて、前記オフセット補正値を設定するオフセット補正値設定部と、をさらに備える、
第1項に記載の力推定装置。
(第3項)
前記音波受信部は、受信した音波から可聴域の音波を抽出し、
前記脱力判定部は、抽出された前記可聴域の音波の振幅の絶対値を算出し、算出された絶対値を一定窓幅で積分した値が、あらかじめ定められた閾値以下である場合に、前記一定窓幅の区間を脱力状態の区間であったと判定する、
第2項に記載の力推定装置。
(第4項)
前記力推定部は、前記脱力状態と判定された区間における前記推定対象の力の推定値を算出し、
前記オフセット補正値設定部は、前記区間における力の推定値の平均値を算出し、算出された前記平均値を前記オフセット補正値として設定する、
第2項または第3項に記載の力推定装置。
(第5項)
前記力推定部は、受信された前記音波を一定サンプル数ごとに高速フーリエ変換をかけてパワースペクトラムを算出し、算出された前記パワースペクトラムを、周波数特徴量を示すベクトルとして回帰モデルに入力して、前記力の推定値を得る、
第1項から第4項のいずれか1項に記載の力推定装置。
(第6項)
コンピュータが実行する力推定方法であって、
音波を送信するステップと、
前記音波を受信するステップと、
受信した前記音波を解析して推定対象の力の推定値を算出するステップと、
設定されたオフセット補正値を前記推定値から減算した値を補正後の推定値として算出するステップと、を備える、
力推定方法。
(第7項)
コンピュータを第1項から第5項のいずれか1項に記載の力推定装置における各部として機能させるためのプログラム。
(Summary of the embodiment)
This specification describes at least the force estimation device, the force estimation method, and the program described in the following sections.
(Section 1)
A force estimation device for estimating a force related to a muscle to be estimated, comprising:
A sound wave transmitting unit that transmits sound waves;
A sonic wave receiving unit that receives the sonic waves;
a force estimation unit that analyzes the received sound wave to calculate an estimate of the force of the estimation target;
and an offset correction unit that calculates a corrected estimated value by subtracting a set offset correction value from the estimated value.
Force estimator.
(Section 2)
a weakness determination unit that determines whether the estimation target is in a weakness state;
and an offset correction value setting unit that sets the offset correction value based on an estimated value of force in a time period determined to be the weak force state.
2. A force estimation device as claimed in claim 1.
(Section 3)
The sound wave receiving unit extracts sound waves in an audible range from the received sound waves,
The weakness determination unit calculates an absolute value of the amplitude of the extracted sound wave in the audible range, and when a value obtained by integrating the calculated absolute value over a certain window width is equal to or smaller than a predetermined threshold value, determines that the section of the certain window width is a section in a weakness state.
3. A force estimation device as defined in claim 2.
(Section 4)
the force estimator calculates an estimate of a force of the estimation target in a section determined to be in the relaxed state;
the offset correction value setting unit calculates an average value of the force estimate value in the section, and sets the calculated average value as the offset correction value;
4. The force estimation device according to claim 2 or 3.
(Section 5)
The force estimation unit calculates a power spectrum by performing a fast Fourier transform on the received sound wave for every fixed number of samples, and inputs the calculated power spectrum into a regression model as a vector indicating a frequency feature amount to obtain an estimate of the force.
5. A force estimation device according to any one of claims 1 to 4.
(Section 6)
1. A computer implemented force estimation method comprising:
transmitting sound waves;
receiving the acoustic waves;
Analysing the received sound waves to calculate an estimate of the force to be estimated;
and calculating a value obtained by subtracting the set offset correction value from the estimated value as a corrected estimated value.
Force estimation methods.
(Section 7)
A program for causing a computer to function as each unit in the force estimation device according to any one of claims 1 to 5.

以上、本実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the present embodiment has been described above, the present invention is not limited to such a specific embodiment, and various modifications and variations are possible within the scope of the gist of the present invention as described in the claims.

10 力推定装置
11 音波送信部
12 音波受信部
13 力推定部
14 脱力判定部
15 オフセット補正値設定部
16 オフセット補正部
101 コンピュータ
102 スピーカ
103 マイク
1000 ドライブ装置
1001 記録媒体
1002 補助記憶装置
1003 メモリ装置
1004 CPU
1005 インタフェース装置
1006 表示装置
1007 入力装置
1008 出力装置
10 Force estimation device 11 Sound wave transmission unit 12 Sound wave reception unit 13 Force estimation unit 14 Force relaxation determination unit 15 Offset correction value setting unit 16 Offset correction unit 101 Computer 102 Speaker 103 Microphone 1000 Drive device 1001 Recording medium 1002 Auxiliary storage device 1003 Memory device 1004 CPU
1005 Interface device 1006 Display device 1007 Input device 1008 Output device

Claims (5)

推定対象の筋肉に関する力を推定するための力推定装置であって、
音波を送信する音波送信部と、
前記音波を受信する音波受信部と、
受信した前記音波を解析して前記推定対象の力の推定値を算出する力推定部と、
設定されたオフセット補正値を前記推定値から減算した値を補正後の推定値として算出するオフセット補正部と、を備える、力推定装置であり、
前記推定対象が脱力状態であったか否かを判定する脱力判定部と、
前記脱力状態と判定された時間的な区間における力の推定値に基づいて、前記オフセット補正値を設定するオフセット補正値設定部と、をさらに備え、
前記音波受信部は、受信した音波から可聴域の音波を抽出し、
前記脱力判定部は、抽出された前記可聴域の音波の振幅の絶対値を算出し、算出された絶対値を一定窓幅で積分した値が、あらかじめ定められた閾値以下である場合に、前記一定窓幅の区間を脱力状態の区間であったと判定する、
力推定装置。
A force estimation device for estimating a force related to a muscle to be estimated, comprising:
A sound wave transmitting unit that transmits sound waves;
A sonic wave receiving unit that receives the sonic waves;
a force estimation unit that analyzes the received sound wave to calculate an estimate of the force of the estimation target;
an offset correction unit that calculates a corrected estimated value by subtracting a set offset correction value from the estimated value ,
a weakness determination unit that determines whether the estimation target is in a weakness state;
and an offset correction value setting unit that sets the offset correction value based on an estimated value of force in a time period determined to be the weak force state,
The sound wave receiving unit extracts sound waves in an audible range from the received sound waves,
The weakness determination unit calculates an absolute value of the amplitude of the extracted sound wave in the audible range, and when a value obtained by integrating the calculated absolute value over a certain window width is equal to or smaller than a predetermined threshold value, determines that the section of the certain window width is a section in a weakness state.
Force estimator.
前記力推定部は、前記脱力状態と判定された区間における前記推定対象の力の推定値を算出し、
前記オフセット補正値設定部は、前記区間における力の推定値の平均値を算出し、算出された前記平均値を前記オフセット補正値として設定する、
請求項に記載の力推定装置。
the force estimator calculates an estimate of a force of the estimation target in a section determined to be in the relaxed state;
the offset correction value setting unit calculates an average value of the force estimate value in the section, and sets the calculated average value as the offset correction value;
The force estimation device according to claim 1 .
前記力推定部は、受信された前記音波を一定サンプル数ごとに高速フーリエ変換をかけてパワースペクトラムを算出し、算出された前記パワースペクトラムを、周波数特徴量を示すベクトルとして回帰モデルに入力して、前記力の推定値を得る、
請求項1又は2に記載の力推定装置。
The force estimation unit calculates a power spectrum by performing a fast Fourier transform on the received sound wave for every fixed number of samples, and inputs the calculated power spectrum into a regression model as a vector indicating a frequency feature amount to obtain an estimate of the force.
The force estimation device according to claim 1 or 2 .
コンピュータが実行する力推定方法であって、
音波を送信する音波送信ステップと、
前記音波を受信する音波受信ステップと、
受信した前記音波を解析して推定対象の力の推定値を算出する力推定ステップと、
設定されたオフセット補正値を前記推定値から減算した値を補正後の推定値として算出するオフセット補正ステップと、を備える、力推定方法であり、
前記推定対象が脱力状態であったか否かを判定する脱力判定ステップと、
前記脱力状態と判定された時間的な区間における力の推定値に基づいて、前記オフセット補正値を設定するオフセット補正値設定ステップと、をさらに備え、
前記音波受信ステップにおいて、受信した音波から可聴域の音波を抽出し、
前記脱力判定ステップにおいて、抽出された前記可聴域の音波の振幅の絶対値を算出し、算出された絶対値を一定窓幅で積分した値が、あらかじめ定められた閾値以下である場合に、前記一定窓幅の区間を脱力状態の区間であったと判定する、
力推定方法。
1. A computer implemented force estimation method comprising:
a sonic wave transmitting step of transmitting a sonic wave;
a sonic wave receiving step of receiving the sonic wave;
a force estimating step of analyzing the received sound wave to calculate an estimate of a force to be estimated;
an offset correction step of calculating a corrected estimated value by subtracting a set offset correction value from the estimated value ,
a weakness determination step of determining whether the estimation target is in a weakness state;
and setting the offset correction value based on an estimated value of the force in the time period determined to be the weak force state.
In the sound wave receiving step, audible sound waves are extracted from the received sound waves;
In the step of determining whether or not the sound waves are weak, an absolute value of the amplitude of the extracted sound waves in the audible range is calculated, and if a value obtained by integrating the calculated absolute value over a certain window width is equal to or smaller than a predetermined threshold value, the section of the certain window width is determined to be a section in which the sound waves are weak.
Force estimation methods.
コンピュータを請求項1からのいずれか1項に記載の力推定装置における各部として機能させるためのプログラム。 A program for causing a computer to function as each unit in the force estimation device according to any one of claims 1 to 3 .
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011182824A (en) 2010-03-04 2011-09-22 Oki Electric Industry Co Ltd Action condition estimating device, action condition learning device, action condition estimation method, the action condition learning method, and program
JP2018110658A (en) 2017-01-10 2018-07-19 有限会社ヒューマンリンク Grip strength measurement method, grip strength measurement device, method, and grip strength measurement system
CN106264573B (en) 2016-07-26 2019-03-22 吉林大学 Portable in-body ultrasonic testing device and method for muscle mechanical parameters and muscle force

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6096227A (en) * 1983-10-31 1985-05-29 松下電工株式会社 Muscle force measuring apparatus
US9389733B2 (en) * 2014-08-18 2016-07-12 Sony Corporation Modal body touch using ultrasound
JP6593751B2 (en) * 2015-08-12 2019-10-23 国立大学法人三重大学 Lower limb muscle strength measurement system
JP2017127562A (en) * 2016-01-22 2017-07-27 セイコーエプソン株式会社 Motion information acquisition apparatus and motion information acquisition method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011182824A (en) 2010-03-04 2011-09-22 Oki Electric Industry Co Ltd Action condition estimating device, action condition learning device, action condition estimation method, the action condition learning method, and program
CN106264573B (en) 2016-07-26 2019-03-22 吉林大学 Portable in-body ultrasonic testing device and method for muscle mechanical parameters and muscle force
JP2018110658A (en) 2017-01-10 2018-07-19 有限会社ヒューマンリンク Grip strength measurement method, grip strength measurement device, method, and grip strength measurement system

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