2015 Fiscal Year Research-status Report
場所を選ばず身体への負荷が少ない起立動作姿勢推定システムの開発
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15K01461
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
和田 親宗 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 准教授 (50281837)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 姿勢 / 起立 / 推定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
起立動作時の姿勢推定手法の開発について以下の3項目を実施した．
「屈曲相における臀部離床タイミングの推定」については，起立開始時の体幹角度の推定と体幹角度変化の推定の二つを行った．まず，起立開始時の体幹角度については，足底圧からの推定を行った．足底圧からの体幹角度推定モデルを作り，床反力データから求めた体幹角度とモーションキャプチャから求めた体幹角度を比較した．その結果，5度程度の誤差で推定できることがわかった．そして，可搬型の足底圧計測装置を作り，その足底圧値から推定を行ったところ10度程度の誤差で体幹角度の推定を行えた．次に，体幹角度変化の推定については，慣性センサの加速度成分，角速度成分，両者の平均値，の3種類のデータを用いた場合の誤差を比較した．その結果，加速度と角速度成分の平均値を用いた場合に，体幹の移動速度の影響を受けにくいことがわかった．
「伸展相における臀部離床後の重心位置の推定」については，ひずみゲージと圧力センサを組み合わせることで，足底圧力の推定値の精度向上と圧力中心位置の推定精度向上を試みた．他の研究成果を参考に，試行錯誤的に様々なセンサ配置を試したところ，2つのひずみゲージと9つの圧力センサを組み合わせることで，精度良く計測できることがわかった．
「伸展相における姿勢推定」については，新しいリンクモデルを開発し，腰部と膝部の角度推定を試みた．腰部と膝部の角度が高精度で推定できると全身の姿勢が推定可能となる．モーションキャプチャシステムによる角度を真値として角度推定精度を調べたところ，5度程度の誤差となった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(1a)屈曲相における臀部離床タイミングの推定：起立開始時の体幹角度の推定と体幹角度変化の推定の二つを行った．まず，起立開始時の体幹角度については，体幹に取り付けた慣性センサからでは推定を行うことができないことがわかったため，足底圧からの推定を試みた．足底圧からの体幹角度推定モデルを作り，床反力データをもとに推定を行いモーションキャプチャシステムの計測値を真値として精度を求めた．その結果，5度程度の誤差で推定できることがわかった．そして，可搬型の足底圧計測装置を作り，その足底圧値から推定を行ったところ10度程度の誤差で体幹角度の推定を行えた．次に，体幹角度変化の推定については，慣性センサの加速度成分，角速度成分，両者の平均値，の3種類のデータを用いた場合の誤差を比較した．その結果，加速度と角速度成分の平均値を用いた場合に，体幹の移動速度の影響を受けにくいことがわかった．
(1b)伸展相における臀部離床後の重心位置の推定：センサ配置や個数を変えた足底圧計測装置を作り，推定圧力値の精度により最適な計測装置の開発を試みた．しかし，どのような方法であっても大きな誤差が生じたため，ひずみゲージと圧力センサを組み合わせることで，圧力推定値の精度向上と圧力中心位置の推定精度向上を試みた．他の研究成果を参考に，試行錯誤的に様々なセンサ配置を試したところ，2つのひずみゲージと9つの圧力センサを組み合わせることで，精度良く計測できることがわかった．
(1c)伸展相における姿勢推定：新しいリンクモデルを開発し，腰部と膝部の角度推定を試みた．腰部と膝部の角度が高精度で推定できると全身の姿勢が推定可能となる．モーションキャプチャシステムによる角度を真値として角度推定精度を調べたところ，5度程度の誤差となった．
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| Strategy for Future Research Activity |
2016年度は，当初の計画通り，「起立動作姿勢推定システムの構築と有効性評価」を実施する．まず，どのような場所でも姿勢の推定を実現するため，重心位置推定に必要な両足相対位置および足底圧力を計測できるセンサ内蔵の靴型計測装置を試作する．従来の靴型歩行計測装置においては，歩容計測を前提としていたため超音波センサや圧力センサ等のセンサ数が多く，壊れやすいことが問題であった．これに対し起立時の両足(両靴)は同一平面内にあること，および足の回転角度範囲と両足間距離は大きくないことから，少数のセンサで両足相対位置を計測できると考える．そこで，過去のセンサ配置のシミュレーション手法および患者の足位置を参考に，どのような足位置でも足底圧力および両足の相対位置を計測できるセンサ数およびセンサ配置を求め，センサデータを無線で送ることのできるデータ送信ユニットと，超音波センサ・圧力センサとを組み合わせ靴型計測装置を試作する．次に，靴型計測装置，慣性センサおよび2015年度の研究結果を基に，リアルタイムで稼働する姿勢推定システムを構築する．そして，健常者および疑似患者による推定精度の評価及びシステムの適用範囲を求める．健常者については，モーションキャプチャシステムと床反力計を備えている施設にて姿勢および重心位置の二つの観点から精度を評価する．疑似患者については，理学療法士および医師の指導の下，片麻痺状態などを模擬した立ち上がりを行わせた時の精度評価を行う．実施方法は健常者と同じである．
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