JP6750311B2 - ウェアラブル機器におけるシステム電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子制御装置とバッテリーを備えたスマートヘルメット等のウェアラブル機器におけるシステム電源装置に関するものである。

帽子やヘルメットに、電極を取付けて生体情報を取得することは公知である（特許文献１〜３参照）。生体情報としては、脳波、心拍数、脈波、体温等が代表される。この生体情報を得るために、生体インピーダンスを計測し、作業者の疲労度、眠気等を検知し、警告し休憩を促すシステムに関して記載されている。

前述のヘルメットを始めウェアラブル機器では、電気機器や電子機器を備え、それらにバッテリーから電力を供給している。特許文献４には、ヘルメットのあご紐のバックルに接続した際に導通し、スイッチ回路をＯＮ、ＯＦＦする導電線を配設した構造が開示されている。特許文献５には、ヘルメットにワイパやランプ等の電気機器とこの電気機器を駆動させるバッテリーと、バッテリーと電気機器を断続する電源スイッチを備え、ヘルメットのあご紐に設けたバックルにヘルメット装着時にＯＮ状態になり、取り外しに伴ってＯＦＦ状態になるスイッチ機構を設けた構造が開示されている。特許文献６には、あご紐の止め具を接続したときに両ストラップ片が導通することで、ヘルメット着用を判断する点が開示されている。

また、特許文献７には、複数のスイッチによってシステム電源をＯＮ、ＯＦＦする構成が開示されている。具体的には、あご紐接続スイッチ、あご紐引張スイッチ及び頭部スイッチの全ての導通が検出された場合のみ、ヘルメット帽体が使用者に装着されていると判断されて、システム電源がＯＮ状態になる点が開示されている。この場合、あご紐のバックルを接続した状態でヘルメットをフックに引っ掛けて保管しても、頭部スイッチが作動しないので、電源が入ることがないといった利点はある。

しかし、特許文献７の頭部スイッチは、使用者の頭頂部によって押圧されて作動するスイッチであるので、常に頭部スイッチが頭部を圧迫し、ヘルメットの装着感が悪く、また長時間になると苦痛である。更に、ヘルメットを装着した後、頭部に対してヘルメットがずれた場合に、頭部スイッチがＯＦＦ状態になることも想定され、誤作動の原因となる。

特開２０１０−１４８７１８号公報 特開２００５−２３００３０号公報 実用新案登録第３２０２８８４号公報 実公平４−３７８６０号公報 実開昭６２−４１０３１号公報 特開２００２−２６４８７４号公報 特開２００７−０１６３４２号公報

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、使用者の頭部に装着して使用する電子制御装置とバッテリーを備えたスマートヘルメット等のウェアラブル機器におけるシステム電源装置において、ウェアラブル機器を頭部に装着したときにのみシステム電源がＯＮ状態、それ以外の場合にはＯＦＦ状態になり、誤作動がなく安定に作動し、また頭部に対する圧迫もないウェアラブル機器におけるシステム電源装置を提供する点にある。

本発明は、前述の課題解決のために、以下の構成のウェアラブル機器における電波シールド装置を提供する。

（１）
使用者の頭部に装着して使用する電子制御装置を備えたウェアラブル機器におけるシステム電源装置であって、
前記ウェアラブル機器には、電子制御装置、バッテリー及びバッテリーからの電力供給をＯＮ、ＯＦＦするコンビネーションスイッチを備え、
コンビネーションスイッチは、第１スイッチと第２スイッチから構成され、
第１スイッチは、ウェアラブル機器を使用者の頭部に装着するために使用するあご紐のバックルに一体的に組み込まれ、該バックルを構成する第１部材と第２部材を連結した際に自動的にＯＮ状態になり、該バックルを外してウェアラブル機器を頭部から外した際に自動的にＯＦＦ状態になるものであり、
第２スイッチは、前記ウェアラブル機器を頭部に装着した際に、該頭部の少なくとも一部に接触若しくは接近し、頭部の存在によりインピーダンス変化を検出する接触センサと、該接触センサに基づきウェアラブル機器の着脱を判定するオートパワーオフ回路で構成され、前記第１スイッチがＯＮ状態になると、一時的に前記バッテリーから前記接触センサと、それを制御する電子制御装置に電力を供給し、第２スイッチを含めたシステム電源装置の機能が起動し、第１スイッチがＯＮ状態のときにのみ、使用者のウェアラブル機器着用を検知したときにＯＮ状態になり、ウェアラブル機器未着用を検知したときにはＯＦＦ状態となり、一度ＯＮ状態になって接続されると、その後のインピーダンスの変化に関係なく接続状態を維持するように設定され、
第１スイッチと第２スイッチが共にＯＮ状態のときにのみシステム電源がＯＮ状態となり、前記バッテリーから前記電子制御装置に電力を継続供給することを特徴とするウェアラブル機器におけるシステム電源装置。

（２）
前記ウェアラブル機器がヘルメットであり、前記第１スイッチはヘルメット着用時に必ず使用するあご紐を接続するバックルに内蔵した機械的スイッチであり、前記第２スイッチを構成する接触センサは帽体の内側で額に対応する位置に設けてなる請求項１記載のウェアラブル機器におけるシステム電源装置。

以上にしてなる本発明のウェアラブル機器におけるシステム電源装置によれば、第１スイッチと第２スイッチから構成されるコンビネーションスイッチを備え、第２スイッチは頭部の存在を検出することによりＯＮ状態になるので、頭部に装着していないときに、例えばロッカーに吊り下げて保管しているたきに、システム電源がＯＮになるといった誤作動を防止できる。

前記ウェアラブル機器には、更に第２スイッチを構成する接触センサを備え、前記第１スイッチがＯＮ状態になると、一時的に前記バッテリーから前記接触センサと、それを制御する電子制御装置に電力を供給し、第２スイッチを含めたシステム電源装置の機能が起動することにより、ウェアラブル機器を頭部にきつく装着しなくても、接触センサが頭部の適所に接触し、頭部の存在を検知することができ、またウェアラブル機器を頭部から外したときには、接触センサが確実に頭部の不存在を検知できるので、誤作動がない。また、接触センサは頭部の適所に接触するだけであるので、頭部に対する圧迫感はなく、例えば工場における作業者が長時間装着しても苦痛はない。

前記第２スイッチを構成する接触センサは、前記ウェアラブル機器を頭部に装着した際に、該頭部に接触若しくは接近し、頭部の存在によりインピーダンス変化を検出するものであると、頭部に対してウェアラブル機器が多少ずれても、接触センサが頭部、例えば額に接触若しくは接近していれば、十分なインピーダンス変化を検出することができる。また、接触センサによるインピーダンス変化を利用すれば、応答スピードや環境に依存しない点で、温度センサより優れ、赤外線や照度センサのように複雑な構成を必要とせず、低コストで実現できる。また、圧力センサのように頭部を圧迫する事は無く、例えば工場における作業者が長時間装着しても苦痛はない。

そして、前記第２スイッチは、接触センサに基づきヘルメットの着脱を判定するオートパワーオフ回路で構成され、一度ＯＮ状態になって接続されると、その後のインピーダンスの変化に関係なく接続状態を維持するように設定されていることにより、頭部に対してウェアラブル機器が多少ずれても、第１スイッチがＯＮ状態であれば、ウェアラブル機器の作動が継続する。

前記第１スイッチは、前記ウェアラブル機器を頭部に装着した際にＯＮ状態になり、頭部から外した際にＯＦＦ状態になる機械的スイッチであると、スイッチ操作の煩わしさから開放される。特に前記ウェアラブル機器がヘルメットであり、前記第１スイッチはヘルメット着用時に必ず使用するあご紐を接続するバックルに内蔵し、前記第２スイッチを構成する接触センサは帽体の内側で額に対応する位置に設けてなると、ヘルメットを頭部に装着すると、自動的にシステム電源がＯＮ状態になる。また、ヘルメットに接触センサとともに各種センサを備え、各種センサから生体データや体動データ等を取得して、作業者の異常を検出し、作業者の体調管理や作業の効率化を図るシステムを構築できる。

本発明の代表的な実施形態であるスマートヘルメットの使用例を示す部分断面図である。 同じくスマートヘルメットの側面図である。 ポケット部材と電波シールド材を示す斜視図である。 あご紐に設けた第１スイッチ内蔵のバックルを示す部分平面図である。 第１スイッチと第２スイッチとからなるシステム電源のＯＮ、ＯＦＦ動作を説明するためのフローチャートである。 スマートヘルメットのハード構成を示すブロック図である。 スマートヘルメットの動作を示したフローチャートである。 温度測定の詳細を示すブロック図である。 加速度・角速度測定の詳細を示すブロック図である。 歩く動作における加速度・角速度の測定例を示すグラフである。 お辞儀の動作における加速度・角速度の測定例を示すグラフである。 前にこける動作における加速度・角速度の測定例を示すグラフである。

本発明のスマートヘルメットは、作業者（使用者）が頭部Ｍに装着して使用している間、ヘルメットに設けた各種センサから生体データや外気温等の環境データを取得するとともに、作業者の動作を体動データとして取得する。そして、これら各種の取得データをヘルメットに備えた信号処理手段で処理し、逐次無線通信手段によって外部に設置した管理サーバーに送信する。管理サーバーでは、個別ＩＤに関連づけられた個人情報が格納され、送られてきた情報を処理して作業者の疲労度等の体調を監視する。このようなスメートヘルメットを用いた管理システムを用いることにより、作業者の体調管理を行い、未然に不慮の事故を防止し、作業効率の向上を図ることができる。また、作業者の異常を管理サーバーが認識した場合、警告信号を作業者のスマートヘルメットに送信し、作業者に知らせるようにすることも可能である。

また、生体情報以外の環境情報、体動情報を計測するセンサで同時に計測し、信号処理装置で演算し無線通信デバイスを使い作業者情報を管理サーバーに配信し、画面で状況を知ることができる。管理サーバーは、パソコンであっても、タブレット型端末であっても良い。上記情報を蓄積し、ビッグデータとの関係付けにより、健康悪化の前兆を予知し危険状態から身を守るシステムの提供ができる。

次に、添付図面に示した実施形態に基づき、本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明のスマートヘルメット１を作業者Ｍの頭部に被った状態を示し、図２はスマートヘルメット１の側面図を示し、図中符号２は帽体、３はヘッドバンド、４はあご紐を示している。

図１及び図２において、前記ヘッドバンド３の作業者の額に接触する部位に、柔軟性を持つ導電性布からなる生体情報取得用電極５を被せて設けている。この生体情報取得用電極５は、接触センサとしての機能も有している。また、前記帽体２の内部で頭頂部の空間を利用して、温度・湿度センサ６と加速度・角速度センサ７を設け、また前記帽体２の外部、図示したものは後頭部に位置する部位に、温度・湿度センサ８を設けている。更に、前記帽体２の適所に、各種センサからの信号を処理する信号処理手段と、外部の管理サーバーとの間でデータを送受信するための無線通信手段とを備えた電子制御装置９を設け、更に各種センサ６，７，８や信号処理手段９Ａ及び無線通信手段９Ｂに電力を供給するバッテリー１０を備えている。例えば、前記電子制御装置９は、前記帽体２の内部で後頭部の空間を利用して設け、そして前記バッテリー１０は、前記帽体２の外部の鍔部に設けているが、その設置場所は限定されない。更に、図示しないが、帽体の鍔部等に作業者の顔画像を取得するイメージセンサも備えている。更に、作業現場の位置情報を取得するために位置情報センサ（ＧＰＳ）を備えている。ここで、加速度・角速度センサ７やＧＰＳは、最近でスマートフォンや各種無線通信機能を備えた情報端末で搭載されることが多く、小型化や省電力化が進み、汎用部品として提供されている。

前記電子制御装置９は、高周波の電波を発生するため、特に無線通信手段から放射される電波から頭部を保護する必要がある。そのために、前記電子制御装置９の周辺であって、少なくとも頭部側に電波シールド材１１を配置する。一方で、前記電子制御装置９の無線通信手段から外部に向けて放射される通信用の電波は遮蔽しないようにする必要がある。尚、前記管理サーバーに備えた無線通信機器から直接又はインターネット通信網若しくは電話網を介して無線基地局や無線ルータ等から放射されて作業者まで到達する電波は、微弱であるため頭部に対する電波シールドは行わない。

前記電子制御装置９は、前記帽体２の内側の少なくとも一部に前記電子制御装置９を格納するポケットを設ける。具体的には、図１及び図７に示すように、前記帽体２の内部で後頭部にポケット部材１２を設け、該ポケット部材１２と帽体２の内面とで形成するポケットに格納する。そして、前記電波シールド材１１は、前記頭部Ｍと前記電子制御装置９の間に配置する。具体的には、前記電波シールド材１１を前記ポケット部材１２に積層して配置する。前記ポケット部材１２は、頭部側に対応する基面１２Ａとその周囲面のうち両側面１２Ｂ及び下面１２Ｃを有し、周囲の取付片１２Ｄを利用して前記帽体２の内部の後頭部に取付け、帽体２の内面とで上方へ開放した袋状の保持部１２Ｅを形成し、該保持部１２Ｅと帽体２の内面で形成されるポケットに前記電子制御装置９を格納している。それにより、前記電子制御装置９から放射された電波は、前記電波シールド材１１よって頭部方向への伝播が遮蔽される。ここで、電波の遮蔽とは、電波を吸収し、若しくは反射し、又は吸収と反射の両方によって、特定の方向への伝播を制限することを意味し、そのような作用のある材料で前記電波シールド材１１は構成されている。尚、前記電子制御装置９は電波シールド材１１や帽体２等と、接着剤、面ファスナー等で固定する事も可能である。

具体的には、前記電波シールド材１１は、導電性素材からなる薄膜状であり、板状、針金メッシュ状、繊維織物状等何でも良く、それらの周囲を軟質素材でラミネートした形態とする。その中で皮膚への肌触りの点、頭部を傷つけない点、ラミネートした軟質素材を突き破らない点において、導電性繊維織物が最も好ましい。本実施形態では、前記電波シールド材１１としてミツフジ株式会社製のＡＧｐｏｓｓ（登録商標）を採用している。この電波シールド材１１は、銀メッキ繊維からなる織物であるが、銀以外にもニッケル、銅ニッケル、アルミニウム等の導電性物質をメッキしたものでも良い。銀は、人体への影響が少ないので最も好ましい。

前記ポケット部材１２の素材は、繊維、木材、紙、革、発泡ポリスチレン、発泡ポリプロピレン、ゴム製のエラストマー素材、ポリウレタン等、柔軟性があれば何でもよいが、衝撃吸収性、傷が付き難い点でポリウレタンが最も優れる。

前記ポケット部材１２の設置場所は、スマートヘルメット１の場合には、頭部装着物の内側、外側、内部、あご紐等どこでも良いが、帽体２の内部で後頭部周囲が最も好ましい。本発明はスマートヘルメット１に限定されないが、スマートヘルメット１以外の頭部装着ウェアラブル機器としては、帽子、カツラ、お面、着ぐるみ、ヘッドギア、マスク、メガネ、ゴーグル、ヘアバンド、カチューシャ等が挙げられ、これらに無線通信機能が備わったものである。また、前記ポケット部材１２に格納する内容物として、トランスミッター、送受信機、通話機、音楽・動画再生機、スマートフォン等の端末、ＵＳＢ接続端子、バッテリー等の電子機器、その他お守り、小銭等の雑貨類、自転車競技用のヘルメットにおいては飲食物等も無線通信手段と併せて格納可能である。

前記スマートヘルメット１は、作業者が装着するヘルメットに装着した各種センサから、作業場での現場作業者の個人の生体データ、作業環境データ、作業者の画像データ、ヘルメットや作業者の動きに関する体動データを計測し、作業者の体調を管理する。典型的には、前記スマートヘルメット１は、現場作業時のデータと、過去に計測蓄積したデータから割り出される異常閾値とを比較することで、作業者の異常状態を検出する。これにより、作業者の健康状態の判定を行い、管理者等へ通報することで作業者の健康や安全の状況把握を容易にする。また、解析データを蓄積することで、健康悪化の前兆を予測することも可能となる。さらに、センサの誤判定、スイッチの誤作動、異常判定の誤判定を作業者又は管理者等が手作業で解除する事も可能であり、前記誤判定及び誤作動のデータを蓄積する事で、当該蓄積データに基づき、前記誤判定及び誤作動が起きないようシステムの校正を自動的に行うプログラムを採用する事も可能である。特に上述の電子制御装置９の固定方法で採用した方法によって、誤判定及び誤作動が生じると考えられる点で、当該システムは有効である。

ここで、前記作業環境データが、作業現場の温度、湿度、位置情報であり、前記生体データが、脳波、心拍、脈拍数、体温、体内温度、深部体温、血流、心電図、筋電、発汗であり、前記画像データが、作業者の顔画像であり、ヘルメットや作業者の動きに関する体動データが、加速度、角速度（ジャイロ）である。

生体データは、脳波、心拍、脈拍数、体温、体内温度、深部体温、血流、心電図、筋電、発汗等による生体インピーダンスの変化を、前記生体情報取得用電極５（接触センサ）で計測することにより取得する。尚、体温は別途温度センサを設けて取得してもよい。また、前記帽体２に装着した各種センサで取得する作業環境データは、温度（気温）、湿度、位置情報あるいは降雨状況であり、体動データは、ヘルメットや身体の動作に関する情報であり、これらを同時に安定して計測し解析を行うために前記電子制御装置９を搭載し、無線通信手段を使って管理サーバーへ情報を配信し画面で状況を知ることができるようにしている。尚、前記生体情報取得用電極５としては、柔軟性、屈曲性に加え、洗濯耐久性を考慮すると、ミツフジ株式会社製のＡＧｐｏｓｓ（登録商標）を採用するのが好ましい。

前記スマートヘルメット１を使用するときには、ヘルメットの適所に設けたコンビネーションスイッチをＯＮ状態にする。このコンビネーションスイッチは、第１スイッチと第２スイッチから構成されている。第１スイッチは、スマートヘルメット１を使用者の頭部に装着した際に自動的にＯＮ状態になり、頭部から外した際に自動的にＯＦＦ状態になる機械的スイッチである。第２スイッチは、第１スイッチがＯＮ状態のときにのみ、接触センサの頭部インピーダンスの変化に基づいて使用者のヘルメット着用を検知したときにのみＯＮ状態を維持し、ヘルメット未着用を検知したときにはＯＦＦ状態となるものである。そして、システム電源は、第１スイッチと第２スイッチが共にＯＮ状態のときにのみＯＮ状態となり、バッテリー１０から各種センサ６，７，８及び電子制御装置９に電力を継続供給する。そして、前記スマートヘルメット１を使用しないときには、前記バッテリー１０の蓄電力を節約するために完全に遮断する必要がある。尚、バッテリー１０は例えばリチウムバテリーやアルカリバッテリーを採用する事ができる。図示しないが、バッテリー１０がトランスミッターやセンサに内蔵されている場合、スマートヘルメット１内の配線を簡素化する事ができ、さらにコネクト部分にパッキン等を設ける必要がないため、防水性も向上する。さらにバッテリー１０が小型のボタン型電池やコイン型電池である場合、スマートヘルメット１の全体の重量が軽量化されるため、作業者の負担が軽減される。さらに、スマートヘルメット１は専用の充電台に設置する事で充電する事も可能であり、特にカベに設置された充電台の場合、スマートヘルメット１をカベに引っ掛ける事で、保管と充電を同時に行える点で利便性が高い。また、スマートヘルメット１にはバッテリー残量手段を設ける事も可能であり、例えば、バッテリー残量を無線通信手段によって管理者等へ知らせる手段を採用する事ができ、ＬＥＤの点灯等によってバッテリー残量を示す手段も採用できる。

以下にシステム電源の具体的構成を説明する。本実施形態では、第１スイッチは、あご紐４のバックル１３に一体的に組み込んでいる。前記バックル１３は、両側のあご紐４，４の端部に設けた第１部材１３Ａと第２部材１３Ｂが互いに係脱可能な構造となっており、第１部材１３Ａと第２部材１３Ｂの何れか一方にリミットスイッチ等の小型スイッチが内蔵され、連結した際に他方の存在を感知して接続するようにしたものである。つまり、ヘルメットを着用し、あご紐４のバックル１３を連結すると、第１スイッチが作動してＯＮ状態になる。第１スイッチがＯＮ状態になると、一時的に前記バッテリー１０から少なくとも前記接触センサと、それを制御する電子制御装置９に電力を供給し、第２スイッチを含めたシステム電源装置の機能が起動する。

ところが、この第１スイッチのみで、電源がＯＮ、ＯＦＦすると、ヘルメットを保管する際に前記バックル１３を連結した状態で吊り下げる場合もあり、その状況では保管時に電源が入ったままになる。そこで、実際にヘルメットを作業者が着用しているときにのみシステム電源がＯＮになるようにする必要がある。それには、作業者がヘルメットを着用したことを生体データから認識することが第２スイッチの要となる。この第２スイッチは、ヘルメットの着脱を判定するオートパワーオフ回路で構成されている。具体的には、前記第１スイッチがＯＮになった後、頭部の存在を認識したとき（ヘルメット着用）にホールド回路がＯＮ状態を維持し、頭部の存在を認識できないとき（ヘルメット未着用）にホールド回路がＯＦＦ状態になるように設定している。ここで、頭部の存在を認識するのに、生体データを利用するのである。

本実施形態では、第２スイッチに用いる接触センサには、前記生体情報取得用電極５（接触センサ）が皮膚に接触若しくは接近したときに生じるインピーダンス変化を用いた。図９を用いてシステム電源のＯＮ、ＯＦＦ動作を説明する。先ず、ヘルメットを着用する場合を説明する。ヘルメットを作業者が頭部に装着し、あご紐４のバックル１３を接続すると、第１スイッチがＯＮになる。第１スイッチがＯＮになると、前記生体情報取得用電極５に電流が流れ、皮膚に接触若しくは接近していることによるインピーダンスの変化を検出する。インピーダンス変化を検出することにより、ヘルメット着用と判断し、ホールド回路がＯＮ状態に維持され、第２スイッチがＯＮとなり、システム電源がＯＮとなる。この判断は、前記電子制御装置９が実行する。第２スイッチは、一度ＯＮ状態になって接続されると、その後のインピーダンスの変化に関係なく接続状態を維持するようになっている。ここで、インピーダンスの変化が検出されなかった場合は、ヘルメット未着用と判断し、ホールド回路はＯＦＦとなり、システム電源がＯＦＦとなる。

そして、ヘルメットを脱ぐ際に、あご紐４のバックル１３を外すと、第１スイッチがＯＦＦになると、自動的にシステム電源がＯＦＦになる。それからヘルメットを作業者の頭部から脱ぐのである。そして、ヘルメットを保管する際に、あご紐４のバックル１３を接続した状態（第１スイッチＯＮ状態）でロッカーのフックに引っ掛けるが、インピーダンスに変化がないので、ヘルメット未着用と判断し、第２スイッチはＯＮ状態とはならず、システム電源はＯＦＦとなる。

このように、ヘルメット着用時に必ず操作する第１スイッチと、ヘルメットの着脱を判定するオートパワーオフ回路で構成される第２スイッチと、を組み合わせてシステム電源をＯＮ、ＯＦＦするようにしたので、ヘルメット未着用時にバッテリーから電力を供給するといった誤作動を防止できる。また、接触センサは頭部の周辺一部に設けられているので、ヘルメットをきつく締め付ける必要がなく、作業時においてヘルメットがずれても額に接触若しくは接近していれば、スマートヘルメットは作動し続ける。また、ヘルメット着用、未着用を判断するのに、接触センサによるインピーダンス変化を利用すれば、応答スピードや環境に依存しない点で、温度センサより優れ、赤外線や照度センサのように複雑な構成を必要とせず、低コストで実現できる。また、第２スイッチは、一度接続したら、インピーダンスの変化に関係なく接続状態を維持するようにすれば、ヘルメットがずれて接触センサが額から外れても、第１スイッチが接続されている限り、スマートヘルメットは作動を継続する。そして、第１スイッチをＯＦＦにするとシステム電源が自動でＯＦＦになるようにすれば、自動で電源が切れるため、バッテリーの電力消費を抑えることができ、また個別の手動スイッチを設ける必要がなく、電源ＯＦＦの煩わしい操作が不要になる。また、接触センサをヘッドバンド３の額対応箇所に設けることにより、他の部分に比べて安定して確実に接触させることができる。

第１スイッチを設ける位置は、マスクのゴム紐、メガネのフレームにも応用可能であり、スイッチのＯＮ、ＯＦＦ動作の他の形態としては、ボタン式、紐を手動で結ぶ等、左右のあご紐が接続する形式全般に適用可能である。また、あご紐とバックルを導電性素材で作成し、接続するこことにより通電可能とすることも可能である。その場合、あご紐自体を導電性繊維で作成する場合と、あご紐内に導電線を配設する場合がある。また、第１スイッチに各種センサや手動スイッチを採用することも可能であり、例えばメガネのフレーム部分に接触センサを配置するようにしても良い。

第２スイッチ（接触センサ）としては、前述のようにミツフジ株式会社製のＡＧｐｏｓｓ（登録商標）を採用したが、素材としては、銀、ニッケル、銅ニッケル等、導電性繊維であれば何でも良いが、人体への影響が少ない銀が最も良い。また、形態としては、板状、針金状、繊維形状等何でも良いが、皮膚への肌触りの点で繊維状が最も良い。外形は、長方形、円形、三角形等、一定の面積があれば何でも良い。大きさは、特に問わないが、皮膚への接触率とコスト面のバランスをとって決定する。本実施形態では、生体データを取得するのに、接触によりインピーダンスが変化する接触センサを用いたが、その他、温度センサ、照度センサ、赤外線によって頭部の存在を検知する赤外線センサでも良い。また、接触センサを設ける位置は、額、耳、うなじ、頬、首等、頭部周囲であればどこでも良いが、安定して皮膚への接触が望める点で、ヘルメット内側の額周囲が最も好ましい。更に、あご紐に接触センサを設けた場合、頬、首、耳の接触を検知可能である。更に、メガネの鼻当てに接触センサを設けることも可能である。

次に、スマートヘルメット１のハード構成を図６にブロック図を用いて簡単に説明する。また、前述の第１スイッチとなる着脱スイッチ２０の元に各種センサが接続され、バッテリー１０から電力が供給される。センサとしては、温度／湿度センサ２１、生体情報センサ２２、加速度センサ２３、角速度センサ２４、画像センサ２５等がある。温度／湿度センサ２１と生体情報センサ２２の情報は、生体情報検出部２６に送られ、生体データを取得する。加速度センサ２３と角速度センサ２４の情報は、衝撃情報検出部２７に送られ、体動データを取得する。また、画像センサ２５の情報は、画像情報検出部２８に送られ、画像データを取得する。

前記生体情報検出部２６で検出された生体データは、生体情報処理部２９で処理され、生体異常検出部３０で生体異常が検出されると、ペルティエ素子等の冷却システム３１を作動させて頭部を冷却するともに、生体異常処理部３２が通報判断部３３に情報を送り、該通報判断部３３が必要に応じて異常通報部３４に異常情報を送り、無線通信手段３５により外部の管理サーバー等の通報先３６に、位置情報センサ３７で取得した位置情報とともに送信する。そして、通報先３６から必要に応じて、無線通信手段３５を介してスマートヘルメットの使用者の状況を確認するための確認を行う。これがアンサーバック機能３８である。

一方、前記衝撃情報検出部２７で検出された体動データは、衝撃情報処理部３９で処理され、衝撃異常検出部４０で体動異常が検出されると、衝撃異常処理部４１が通報判断部３３に情報を送り、該通報判断部３３が必要に応じて異常通報部３４に異常情報を送り、無線通信手段３５により外部の管理サーバー等の通報先３６に、位置情報センサ３７で取得した位置情報とともに送信する。また、画像情報検出部２８で検出された画像データは、画像情報処理部４２で処理され、前記通報判断部３３が異常通報部３４に顔画像情報を送り、無線通信手段３５により外部の管理サーバー等の通報先３６に送信する。顔画像情報は、サンサーバック機能３８による作業者の状態確認に利用される。

次に、前記スマートヘルメットの基本動作を簡単に説明する。本実施形態では、前記生体データ、作業環境データ、作業者の顔画像データについては、決められた時刻又は時間の間隔で間歇的に計測することにより、常時計測しないため、バッテリーの消費が抑えられ、バッテリーを小型化にできる。

また、本実施形態では、作業者がヘルメットを装着後、一定時間作業者の作業開始時の初期データを測定し、過去の閾値のデータと照合して異常閾値を割り出すので、作業者の体調に応じて異常値が変化する点を踏まえ、異常閾値の設定を精度良くできる。

また、本実施形態では、温度センサが検出した値が異常閾値を超えた場合、頭部の一部を冷やす冷却システムが起動するようにすれば、頭部冷却により、作業者が熱中症になることを防止できる。ここで、冷却システムとしては、ペルティエ素子を用いることで容易に構成できる。

また、本実施形態では、異常閾値を超えた値を検出した場合、作業者又は作業者を管理する管理システムへ通報するようにすれば、迅速に対応することができる。

また、本実施形態では、個別ＩＤによって個人データを管理するようにすれば、個人設定をその都度行う必要がなく、閾値管理が容易となる。

そして、本実施形態では、測定データを無線通信で、管理パソコンサーバー、モバイルパソコン、スマートフォンに送信するようにすれば、データ管理が容易になり、大規模なシステム構築も可能である。

次に、前記スマートヘルメットの動作を図７に示したフローチャートで概要を説明する。先ず、前述の通りシステム電源を入れてスタートする。それから、各種センサにより温度や湿度情報、生体情報を取得し、直近や前回データと比較する。温度や湿度が異常閾値と比較して異常であれば、温度・湿度異常フラグを発し、次に生体情報が異常閾値と比較して異常であれば、生体異常フラグを発する。それらに異常がなければ次のステップに移る。

それから、温度・湿度又は生体情報に異常があるかどうかを判断し、異常があれば異常発生処理ルーチンが作動し、顔画像データを取得して生体反応確認状態検出を行い、生体反応を確認した場合には、再度温度や湿度、生体情報を取得し、生体反応を確認できない場合には通報処理して終了する。また、温度・湿度又は生体情報に異常がなければ、温度・生体情報データを判定し、再度温度や湿度、生体情報を取得する。

以上の計測動作は、ヘルメットを装着している間、繰り返して実行し、あご紐４を外してヘルメットを脱ぐと、第１スイッチがＯＦＦになってシステム電源が落ちる。

図８に温度測定の詳細をブロック図で示している。この測定は省電力モードとなっている。先ず、温度センサによって取得した現在の温度データを、過去の測定データの蓄積から平熱を算出し、閾値を決定する。そして、ヘルメット着用後５分間は継続して測定し、初期値を決定する。温度の初期値が閾値内であれば、測定タイミングを３０分／回にしてバッテリーの消耗を抑える。温度の初期値が閾値外であれば、その後３０分間連続測定し、閾値内になれば測定タイミングを３０分／回にしてバッテリーの消耗を抑える。３０分に１回の測定した温度が閾値外になれば、再度３０分間連続測定し、それでも閾値外であれば、管理サーバー又は作業者へ通報する。尚、過去のデータが蓄積されてない、スマートヘルメット使用初期の一定期間（例えば使用開始１ヶ月間）は、測定タイミングを５分／回にして多少の省電力をしつつも、データの蓄積を優先することも可能である。

次に、ヘルメットや作業者の体動データを取得する加速度・角速度センサによる加速度・角速度測定の詳細を図９に示したブロック図で説明する。加速度・角速度センサによる測定は、作業者の転倒等の動作異常を検知するものであるから、常時測定が基本である。先ず、サンプリングタイム１０msec内で１０回測定し、その平均値を１００msec毎に送信する。それから、常時測定に入り１０msec毎にサンプリングし、このときの値（絶対値）が閾値外であれば、転倒判定に移り、予め転倒パターンを複数設定しており、それと照合して転倒を判定する。ここで、転倒判定となった場合には、管理サーバー又は作業者へ通報する。また、転倒判定で、判定外、つまり転倒とは見なされなかった場合には、常時測定に戻る。

尚、前述の測定時間及び測定間隔は前述の値に限定されず、作業環境や作業内容等に応じて適宜設定されるべきである。

前記電波シールド材１１による電波の遮蔽実験を行った。試験体は、銀メッキ繊維織物、銀メッキ繊維不織布、銀メッキ繊維ニット編み、ニッケル−銅繊維織物、銅メッシュである。先ず、測定周波数が１００ｋＨｚ〜１ＧＨｚの範囲は、ＫＥＣ（関西電子工業振興センター）で開発された電磁シールド評価法で行った。この評価法は、１５０ｍｍ×１５０ｍｍの平板状の試験体を、近傍電界シールド効果測定用、近傍磁界シールド効果測定用の治具で挟んでそれぞれ測定した。また、測定周波数が１ＧＨｚ〜１５ＧＨｚの範囲は、楕円の内部形状を持つＤＦＦＣ（２焦点型扁平空洞：Dual-Focus Flat Cavity）フィクスチャに、３００ｍｍ×３０ｍｍの平板状試験体を挟んで測定する。この評価法は、楕円の２つの焦点にある送受信点にネットワークアナライザを接続して行う。

この測定結果、測定周波数が１００ｋＨｚ〜１ＧＨｚの範囲で、電界シールド特性において、銀メッキ繊維織物の１枚試験体、ニッケル−銅繊維織物の１枚試験体、銅メッシュの１枚試験体でも４０ｄＢを超えるシールド性能を有するが、銀メッキ繊維不織布の２枚重ね試験体では、約８０ＭＨｚを超えると４０ｄＢ以下に低下する傾向がある。当然、枚数を重ねることによりシールド性能は向上する。また、磁界シールド特性において、各試験体とも周波数が上がるにつれてシールド性能も向上し、銅メッシュの１枚試験体は全体的に高いシールド性能を有しているが、銀メッキ繊維織物の３枚重ね試験体は１ＧＨｚにおいて３０ｄＢ程度のシールド性能になる。尚、ニッケル−銅繊維織物の３枚重ね試験体は、約５０ＭＨｚの範囲でシールド性能が４０ｄＢを超えるが、銀メッキ繊維不織布の２枚重ね試験体は全くシールド性能がないことがわかった。

次に、測定周波数が１ＧＨｚ〜１５ＧＨｚの範囲では、特に無線通線で使用する２．４ＧＨｚ近傍では、シールド性能が４０ｄＢを超えるのは、低い方から順に、銅メッシュの１枚試験体、銀メッキ繊維織物の２枚重ね試験体、ニッケル−銅繊維織物の１枚試験体、ニッケル−銅繊維織物の２枚重ね試験体である。一方、銀メッキ繊維織物の１枚試験体は、シールド性能が４０ｄＢを若干下回り、更に銀メッキ繊維不織布の３枚重ね試験体、銀メッキ繊維不織布の２枚重ね試験体、銀メッキ繊維不織布の１枚試験体の順で低くなり、銀メッキ繊維ニット編み１枚試験体も２０ｄＢ以下である。

以上の電波シールド試験により、前記銀メッキ繊維織物であれば２枚重ね以上用いることにより、通常の無線通信手段で用いる周波数の電波を４０ｄＢ以上のシールド性能で遮蔽することが可能であることが分かる。ここで、シールド性能が４０ｄＢ以上というのは、電波シールドが９９％以上であること意味するので、このシールド性能が４０ｄＢが電波シールドの要求基準となる。今回の測定試験に用いた試験体は、それぞれ繊維密度や、目付け重量が異なるため、単純な性能比較は難しいが、Wi-Fi（登録商標）やBluetooth（登録商標）等の２．４ＧＨｚ帯ではニッケル−銅繊維織物や銀メッキ繊維織物で電波をシールドすることができることが分かる。

最後に、前記スマートヘルメット１を着用して、作業者がいくつかの典型的な動作を行ったときの試験結果を示す。図１０は、通常の歩く動作における加速度・角速度の３軸（ｘ，ｙ，ｚ）の測定データである。３軸のうち、ｘ軸は作業者の前後方向、ｙ軸は高さ上下方向、ｚ軸は作業者の横方向を示す。図１１は、お辞儀の動作における加速度・角速度の３軸の測定データである。図１２は、前にこける動作における加速度・角速度の３軸の測定データである。転倒する場合と通常の動作時では、加速度・角速度データのパターンは明らかに相違し、これらを転倒判定によって見分けることが可能である。

１ スマートヘルメット（ウェアラブル機器）
２ 帽体
３ ヘッドバンド
４ あご紐
５ 生体情報取得用電極（接触センサ）
７ 加速度・角速度センサ
８ 温度・湿度センサ
９ 電子制御装置
９Ａ 信号処理手段
９Ｂ 無線通信手段
１０ バッテリー
１１ 電波シールド材
１２ ポケット部材（ポケット）
１３ バックル（第１スイッチ）
２０ 着脱スイッチ（第１スイッチ）
２１ 湿度センサ
２２ 生体情報センサ（第２スイッチ）
２３ 加速度センサ
２４ 角速度センサ
２５ 画像センサ
２６ 生体情報検出部
２７ 衝撃情報検出部
２８ 画像情報検出部
２９ 生体情報処理部
３０ 生体異常検出部
３１ 冷却システム
３２ 生体異常処理部
３３ 通報判断部
３４ 異常通報部
３５ 無線通信手段
３６ 通報先
３７ 位置情報センサ
３８ アンサーバック機能
３９ 衝撃情報処理部
４０ 衝撃異常検出部
４１ 衝撃異常処理部
４２ 画像情報処理部
Ｍ 頭部

Claims (2)

1. 使用者の頭部に装着して使用する電子制御装置を備えたウェアラブル機器におけるシステム電源装置であって、
   前記ウェアラブル機器には、電子制御装置、バッテリー及びバッテリーからの電力供給をＯＮ、ＯＦＦするコンビネーションスイッチを備え、
   コンビネーションスイッチは、第１スイッチと第２スイッチから構成され、
   第１スイッチは、ウェアラブル機器を使用者の頭部に装着するために使用するあご紐のバックルに一体的に組み込まれ、該バックルを構成する第１部材と第２部材を連結した際に自動的にＯＮ状態になり、該バックルを外してウェアラブル機器を頭部から外した際に自動的にＯＦＦ状態になるものであり、
   第２スイッチは、前記ウェアラブル機器を頭部に装着した際に、該頭部の少なくとも一部に接触若しくは接近し、頭部の存在によりインピーダンス変化を検出する接触センサと、該接触センサに基づきウェアラブル機器の着脱を判定するオートパワーオフ回路で構成され、前記第１スイッチがＯＮ状態になると、一時的に前記バッテリーから前記接触センサと、それを制御する電子制御装置に電力を供給し、第２スイッチを含めたシステム電源装置の機能が起動し、第１スイッチがＯＮ状態のときにのみ、使用者のウェアラブル機器着用を検知したときにＯＮ状態になり、ウェアラブル機器未着用を検知したときにはＯＦＦ状態となり、一度ＯＮ状態になって接続されると、その後のインピーダンスの変化に関係なく接続状態を維持するように設定され、
   第１スイッチと第２スイッチが共にＯＮ状態のときにのみシステム電源がＯＮ状態となり、前記バッテリーから前記電子制御装置に電力を継続供給することを特徴とするウェアラブル機器におけるシステム電源装置。
2. 前記ウェアラブル機器がヘルメットであり、前記第１スイッチはヘルメット着用時に必ず使用するあご紐を接続するバックルに内蔵した機械的スイッチであり、前記第２スイッチを構成する接触センサは帽体の内側で額に対応する位置に設けてなる請求項１記載のウェアラブル機器におけるシステム電源装置。

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