2017 Fiscal Year Research-status Report
「転倒覚」を誘発するヒヤリ・ハット対応AR（拡張現実）方式松葉杖歩行訓練環境
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17K01606
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| Research Institution | Wakayama National College of Technology |
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Principal Investigator |
津田 尚明 和歌山工業高等専門学校, 知能機械工学科, 准教授 (40409793)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
多羅尾 進 東京工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (80300515)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | リハビリテーション / 福祉工学 / 松葉杖歩行訓練器 / 身体加速度 / 転倒覚 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
松葉杖使用患者が杖の使い方を誤ると二次的な事故に繋がるため，杖の使い始めの段階で少しでも訓練することが望ましい．本研究では，そのための訓練システムの開発をめざす．このシステムは，患者の頭部に取り付けるHMD(Head Mount Display)，腕と脚に取り付けるTPD(Tactile Presentation Display)，松葉杖に取り付けるFSD(Falling Sensation Display)から構成される．各装置は，使用者の視覚，触覚，および「転倒覚（転倒しそうになる感覚）」を刺激する．特にFSD は松葉杖のバランスを意図的に崩すために本計画で開発するもので，人間の「ヒヤリ・ハット」する感覚「転倒覚」を誘発する本申請の核となる要素技術である．
平成29年度は，本申請の核である「転倒覚」を提示するFSDを設計し，それが機能することをシミュレーションで確認した．具体的には，松葉杖にモータを固定し，そのモータの回転軸にフライホイールを取り付け，モータを駆動することでフライホイールを回転させ，その慣性力で松葉杖のバランス（傾き角度）を制御する構造を設計した．この設計を元に運動方程式を導出したところ，松葉杖の傾き角度は，松葉杖にかかる外力と，松葉杖に取り付ける予定のFSDのフライホイールの回転トルクを入力とする不安定な二次遅れ系で表されることが分かった．運動方程式を元に，FSDの質量，FSDの回転トルク，FSDの取り付け位置（松葉杖の杖先からの高さ）を変化させたときの松葉杖の傾き方をシミュレーションした．これらのシミュレーション結果を基に，今後，FSDの具体的な大きさや取り付け位置を検討し，実際に製作する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成29年度はFSD(Falling Sensation Display)の設計とシミュレーション実験まで行った．当初は，その結果を基に実際に装置の製作を始める予定であったが，FSDの松葉杖への取り付け方法の検討と動特性のモデル化（運動方程式の導出）に時間がかかり，計画から少し遅れている．
具体的にはこれまで，開発する装置の構成部品，すなわち松葉杖に加えてFSD，モータの質量や大きさなどシミュレーションに必要なパラメータを定義した．これらを使って，回転運動のシミュレーションに不可欠なパラメータである構成部品の質量と慣性モーメントを算出した．そして，実際に松葉杖に外力が加わった状況を想定して，松葉杖の転倒運動をシミュレーションした．この段階では，実際の松葉杖を使った検証実験も行った．検証実験では，松葉杖を直立させ，錘を使って水平方向にステップ状の力で引っ張って松葉杖が転倒する様子をジャイロセンサを使って計測し，先のシミュレーション実験の結果と比較した．その結果，シミュレーション実験と簡易的な実機実験の結果が類似することがわかり，算出・作成した松葉杖のモデルの有用性も確認した．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの実験結果を基に，実際にFSD(Falling Sensation Display)を製作する．その後は，松葉杖使用者に視覚的に情報提示するHMD（Head Mount Display）と触覚的に情報提示するTPD（Tactile Presentation Display）を開発する．前者は，歩行訓練中の患者が使用して，実際には存在しない歩行路上の障害物を視覚的に提示して，障害物がある想定でそれを避けながら歩行する訓練の実現を支援するものである．後者は，患者が装着して，実際には存在しない障害物との接触を再現して，接触が起きた想定でそのようなときに転倒を防ぎながら歩行する訓練の実現を支援するものである．これらHMDとTPDと，先に開発するFSDを統合的に使うことで，転倒しそうに感じながらの松葉杖歩行を訓練できるAR（拡張現実）空間の構築をめざす．そして，最終年度に予定している装置全体の検証実験の実施に備える．
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| Causes of Carryover |
（理由）
当初は，当該年度中にFSD（Falling Sensation Device）の製作に取りかかる計画でした．しかし，上述のようにシミュレーション実験までしか終えることができませんでした．よって，製作段階で必要な物品・材料の購入のための予算が未執行の状態となりました．
（使用計画）
まずは当初計画していたFSDの製作に取りかかります．試作品を使ってその効果を調べる実験を実施し，すでに終えているシミュレーション結果と比較しながら装置として仕上げます．この段階で必要な部品・材料の購入に充てます．
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