2016 Fiscal Year Research-status Report
頭部旋回運動を利用した非接触・非拘束型ハンドフリー操縦インタフェースの開発
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15K01494
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| Research Institution | National Institute of Technology, Kumamoto College |
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Principal Investigator |
大塚 弘文 熊本高等専門学校, 制御情報システム工学科, 教授 (10223869)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柴里 弘毅 熊本高等専門学校, 制御情報システム工学科, 教授 (60259968)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 福祉機器 / 電動車椅子 / 操縦装置 / ハンドフリー / 測域センサ / ユーザーインタフェース |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度に構築した深度センサ利用による電動パーソナルモビリティSTAViのためのハンドフリー操縦システムの性能検証実験の結果，随意操縦が可能であることを実証できたが，通常のジョイスティック操作時の操作性比較では劣るという課題が明らかとなった．また，操作者の脇見（注視点の移動）による不随意の頭部ジェスチャを引き起こし，これを認識したために，操作者の意図しない挙動を引き起こすことも問題となった．
そこで，平成28年度においては測域センサ（レーザーレンジファインダ，LRF）を用いて操作者の上体挙動（捻転角変位および胴体傾斜角変位）を推定し，これを用いて操縦信号を生成するハンドフリー操縦システムに改良した．なお，測域センサは当初の計画を変更し，操作者の背面後方に配置する構造に改めた．これに加えて，座面昇降機構を継承しつつ軽量小型化を図った新型試作車を製作した．すなわち，独立駆動輪の車軸線上に電動ジャッキの鉛直方向伸縮軸を配置して操作者の着座位置を車体の旋回中心に配置する改良を施した．
これに提案システムを適用・実装した上でハンドフリー走行可能であることを実験実証した．さらに，操作者にシステムによる操作者挙動推定結果を視覚的にフィードバックするユーザインターフェース装置を開発し実装することにも成功した．
性能検証のための複数被験者による走行実験において，提案システムによるテストコース走破時間および走行軌跡の安定性の観点でジョイスティックと同等の操縦性能を有することを実証した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画では，深度センサの利用で目標とするハンドフリー操縦性能を達成できると想定していたが，研究の進展によりその実用性における課題を明確にでき，さらに代替センサを用いた改良システム開発に成功し汎用ジョイスティック操縦時と同程度の操作性をもつ可能性が高いことを実験検証するまでに至っている．
また，操縦者へ操縦システムによるジェスチャ（胴体挙動）の認識状況および操縦指令信号の発生状況を視覚的にフィードバックするシステムの実装を行い，今後の追加実験と詳細な分析が必要ではあるが，その有効性が大いに期待できる実験結果を得られている．
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| Strategy for Future Research Activity |
開発したハンドフリー操縦システムを実装した改良型電動パーソナルモビリティの性能評価を推進し，その有効性を詳細に検証する．特に，操縦者への視覚フィードバック装置（ユーザーインタフェース）の有無に関する操作性比較と，その吟味検討結果に基づくユーザーインタフェースの改良を図る．このアプローチによって，ユーザーインタフェースの設計指針を明らかにしたい．
さらに，当初の研究計画に沿って，操作者の生体信号計測による操縦時のストレス分析を試みる．これによって，単純な機械的操縦結果のみならず操作者への操作負担も加味したユーザーインタフェース設計のための新たな感性評価指標を示していく方針である．
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| Causes of Carryover |
研究計画策定時に導入を予定していた生体信号計測システムよりも安価で十分な性能の代替システム（ミューズブレインシステム1式）を導入したことによる．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究成果の報告（学会発表，論文発表）に係る経費が見込まれることからこれに充当する計画である．
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