2019 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
| Project/Area Number |
17K01606
|
|---|
| Research Institution | Wakayama National College of Technology |
|---|
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)
|
|---|
| 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)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
|
| 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 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，急に下肢を負傷するなどして松葉杖の使用を余儀なくされた松葉杖歩行の初心者のための訓練装置を開発する．松葉杖を使い始めたばかりの患者は，松葉杖の正しい使い方を知らずに不慣れな方法で使用することがあり，転倒したり転倒しそうになるなど二次的な事故に遭う可能性がある．本研究で目指すのは，このような患者に対して松葉杖の使い方のコツ・ノウハウを使い始めの段階で教える訓練装置の開発である．
本研究で開発する訓練装置は，主として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．
HMDは，歩行方法に関するアドバイスを単に視覚提示するだけでなく仮想の障害物を提示してそれに対応できる歩行能力の育成を目指すことで，視覚的に歩行訓練を補助する．TPDは，上肢や下肢に取り付けて皮膚を圧迫刺激して障害物への接触を再現するもので，触覚的に歩行訓練を補助するものである．FSDは，松葉杖に取り付けてあえて松葉杖のバランスを崩すフライホイル型のデバイスである．歩行訓練中にFSDを駆動することで，松葉杖歩行者は歩行のバランスを維持することが求められ，これを繰り返すことが歩行バランスを維持する訓練となる．
これらの要素技術を組み合わせて，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」する感覚である「転倒覚」を誘発する本研究の核となる要素技術である．訓練の中で「転倒覚」を感じてそれに対応する経験をしておくことで，実際の松葉杖歩行中に転倒しそうになっても対応できる可能性があると期待する．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been 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を行った．具体的には，まず，開発する装置の構成部品，すなわち松葉杖に加えてFSD，モータなどの質量や大きさといったシミュレーションに必要なパラメータを定義し，全体の質量や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同じ傾向であることがわかり，導出した松葉杖の動力学モデルが装置の動特性を表していて，その後の設計開発に利用できることが確認できた．
平成30年度は，それまでに作成した動力学モデルを元にFSDの各パラメータの最適値をシミュレーションで探求し，それらを用いてFSDの実機を試作した．被験者を募って実験したところ，装置が動作することは確認できたが，アンケート調査の結果，必ずしもすべての被験者が「転倒覚」を感じられなかった．理論的に導出した最適値と実用的な観点での最適値に違いがあることが原因であると考えられた．
平成31年度は，前年度のシミュレーションと実証実験の結果に基づき，FSDが提示する「転倒覚」をより大きくするために，その構造をフライホイル型から振り子型に再考し設計し直した．それに伴い，シミュレーションと実機の改造，実機実験をやり直し，結果として前年度までの装置の問題が解決された．それに伴い，当初の計画から遅れている．
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度は，歩行訓練のためにHMD(Head Mount Display)を用いる方法を検討する．すでに仮想の障害物として球・直方体・円柱を歩行者の前方に提示するする機能は開発済みである．今後取り組むべきは，効果的な訓練のためにこれらの仮想障害物をどのように提示するか，つまりそのタイミング，速度など視野内での仮想障害物の動かし方の探求である．その後，既開発のTPD(Tactile Presentation Display)，とFSD(Falling Sensation Display)を組み合わせて，「転倒覚」を提示する松葉杖歩行訓練システムとして仕上げる．
|
| Causes of Carryover |
本研究で開発するシステムは，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．当初の計画では，平成30年度までにこれら3つの要素技術の開発を終え，最終年度は1つのシステムとして統合する計画であった．
特にFSDの開発にあたっては，まず最適な仕様を決定するためにシミュレーションを行い，その結果をもとに設計した．続いて，その設計に基づいて実機を試作して評価実験したところ，シミュレーションどおりの効果を体感的に得ることはできなかった．計算上は十分でも，被験者によっては，個々の感覚の違いから感じ方が異なるためだと考えられる．そのために，平成31年度には装置の仕様を再設計し，製作し直した．したがって，試作機製作段階で当初の計画より遅れが生じているために，次年度使用額が生じている．
|
