2018 Fiscal Year Research-status Report
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17K18327
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| Research Institution | National Institute of Technology, Kumamoto College |
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Principal Investigator |
野尻 紘聖 熊本高等専門学校, 制御情報システム工学科, 講師 (80435487)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 投球動作 / 筋骨格モデル / 回内・回外 / 手指・前腕 / ボール把持力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2018年度は，大きく分けて二つのことを実施した．
一つ目は，野球ボール内部の表面に複数の小型3軸力覚センサを配置し，複数の指先の接触力を同時に計測するが可能なセンサボールを開発した．実験では，指先をボール表面に配置した状態からの静的な指先の動作における，接触力の計測結果を示し，提案するセンサボールの有用性を示した．本成果は，第19回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会（SI2018）にて発表を行った．さらに，約50％程度の力でネットに向かって投げてもらい，指先把持力および回転数の計測を実施するとともに，センサポールの強度を検討した．
二つ目は， 4台のデジタルスチルカメラを投球者の周囲に配置し，投球動作時の上肢の動きを計測および分析した．本研究では，投球動作全体において主に肘関節から指先までの位置や姿勢を計測する必要がある．本研究で導入したデジタルスチルカメラは約1000fpsでの撮影および比較的解像度の高い画像取得が可能であることを確認した．さらに，4台のカメラの配置を検討し，投球動作中で肘関節から指先までの位置を最低2台のカメラで撮影できるよう工夫した．この結果をDKH社のFrame-DIAS Vを用いてデジタイズし，Visual 3Dによって上肢に貼付した各反射マーカーの3次元位置座標および速度，前腕の回内・回外角度を算出した．そして、その結果を筋骨格モデルシミュレーションソフトウェアのOpenSimを用いて解析を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
一年目である平成29年度（2017年度）は、一) 新たな3次元動作解析ソフトウェアの検討と本研究における最適な高速度カメラの導入、二) 3次元の手先力計測のプロトタイプ製作と評価、三) 超音波エコーを用いた前腕の回内・回外における肘側靭帯の挙動計測、四) 筋骨格シミュレーションソフトウェアOpenSimを用いた手指・前腕骨格モデルの構築と五) ボール把持力および挙動計測装置の検討を実施した．
二年目である平成30年度（2018年度）は，まず，一) 新たな3次元動作解析ソフトウェアとしてVisual3Dの導入と本研究における最適な高速度カメラとしてSONYのデジタルスチルカメラRX100IVを導入し，既存のデジタイズソフトウェアFrameDIAS V(DKH社)と併用することで，FrameDIAS Vだけでは困難であった投球動作時の肘関節から指先までの3次元位置座量取得が比較的容易に行えるようになった．次に，二)筋骨格モデルの筋肉や関節トルクの推定精度を向上させるために，指先把持力計測用センサボールを開発した．これは、野球ボールの内部の表面に3軸の圧力センサ（ショッカクチップ，タッチエンス社製）を4か所配置し，ESP32マイクロコントローラで計測およびBluetooth通信によるデータ送信を行うことができるボールである．さらに，BNO-055チップを搭載した9軸のモーションセンサを搭載することで、ボールの回転数を計測することが可能である。開発したボールを使用し、ネットめがけて投球した際、ボールが破壊されないことを確認し、一)の計測システムと併用してボール把持力と挙動および投球時の上肢動作を計測および分析した。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．「投球動作映像および野球ボールの把持力および挙動の収集」と「3次元動作分析ソフトウェアVisual3Dを用いた投球動作解析」：熊本高等専門学校の野球部をはじめ、熊本県内の高校、佐賀にある小・中学校の野球部の投手に協力を得て投球動作を撮影し、肩関節から手指までの動作解析を行う。さらに、ボール把持力の計測を行う。
２．「超音波エコーを用いた前腕の回内・回外における肘側靭帯の挙動モデル」と「OpenSimを用いた手指・前腕筋骨格モデル」との統合：在籍する佐賀大学医学部の整形外科の医師からのアドバイスを基に、靭帯挙動の計測をさらに精緻に行う。構築済みの前腕の回内・回外モデルに靭帯モデルと筋肉モデルを付加し、筋骨格モデルとしてのシミュレーションを行い、それらを統合して手指・前腕筋骨格モデルを構築する。その際、１で計測した投球動作およびボール把持力を用いる。なお、筋肉モデルのパラメータ推定には、粒子群最適化手法を用いる。
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| Causes of Carryover |
業者によるソフトウェアの事前説明や担当者変更などにより、動作解析ソフトウェアVisual3Dの購入依頼から納品までの期間が長くなり、年度を跨いでの購入となってしまったから。
事前説明により使用方法については理解が深まっていたため、半年ほどの遅れでソフトウェアを使用している。
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