2020 Fiscal Year Annual Research Report

筋骨格モデルを包含したスマート走行センシングによるシニアカーの安全評価基盤の創成

Research Project

Project/Area Number	19H04507
Research Institution	National Rehabilitation Center for Persons with Disabilities
Principal Investigator	硯川潤国立障害者リハビリテーションセンター(研究所), 研究所福祉機器開発部, 研究室長 (50571577)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	長谷和徳東京都立大学, システムデザイン研究科, 教授 (10357775) 近藤知子杏林大学, 保健学部, 教授 (90274084)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	慣性センサ / 筋骨格モデル / ハンドル形電動車椅子 / 操作ログ
Outline of Annual Research Achievements	走行モニタリングシステムとして，これまでにシニアカー車体及びアクセルレバーに慣性センサを設置し，操作インターフェースの構造を反映した回転行列計算からアクセルおよびハンドル操作角度を算出する手法を開発・採用してきた．しかし，同手法は路面傾斜などの影響を受けにくい高精度な推定手法である一方，車体への実装には2個の慣性センサの精密な軸調整が必要であった．本研究の最終目的である，実生活環境下での簡易な利用が可能なシステムの実現には，より単純なシステムが適していると考えられ，本年度は車体に設置した慣性センサのみを用いた走行・操作推定手法を検討した．その結果，車体のヨー軸角速度と走行速度を考慮した変換式により，センサ2個による推定と同程度の精度でハンドル操作角度を推定できることが分かった．加速度のみを用いていた従来手法と比較すると，路面等からの振動ノイズへの耐性は大きく，方向制御に関する技能評価に適していると考える．操作時の身体負担を定量化するためのシミュレーションモデルとして，これまでに剛体リンクモデルによる上肢・体幹の身体モデルと，ハンドルの反トルクを表現できるシニアカーモデルを構築した．本シミュレーションモデルのシニアカー操作における身体動作の評価指標としての妥当性を確認するために，シミュレーション上でハンドル操舵動作の生成を行った．ハンドルおよびアクセスレバーの目標角度をそれぞれ45度とした際の結果を分析したところ，ハンドルの反トルク，身体モデル各関節トルク，ハンドルへ加わる力ベクトルにおいて妥当性を定性的に確認できた．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究では，シニアカー車体に実装したセンシングシステムとシニアカー操作時の筋骨格モデルを組み合わせることで，搭乗者の身体的負担も考慮した走行モニタリングの実現を最終目標としている．センシングシステムとしては，昨年度に開発した慣性センサによる操作推定手法は十分な精度を実現できたが，実用性の面から改良の余地があった．今年度はより簡易な構成での操作計測を試み，同程度の精度を確認できたことで，用途に応じたシステム構成の簡略化が可能となった．身体的負担を定量化するためのシミュレーションモデルについても，剛体リンクモデル等を組み合わせることでハンドルの反トルク，身体モデル各関節トルク，ハンドルへ加わる力ベクトルという主要なパラメータについて妥当な値を出力するモデルを構築できた．これは，センシングシステムで計測するハンドル操作角度値から身体の各関節トルクを推定できるようになったことを意味しており，本研究で目標としている，搭乗者の身体的負担も考慮した走行モニタリングの実現に必要な要素技術を全て開発できたと考える．
Strategy for Future Research Activity	これまでに，シニアカーの操作インターフェースに取り付けた慣性センサを用いて，ハンドル・アクセル操作角度を高精度に推定する手法を開発し，また，用途に応じて同程度の精度を維持しながら，ハンドル操作のみを単一センサで推定できることも確認した．しかし，慣性センサを用いる限り，路面状態による振動等の影響で一定レベルの推定誤差が生じることは避けられない．次年度は，光学情報を用いることで路面からの振動ノイズに対して頑健な操作状態計測手法を構築する．これにより，例えばスマートフォン一台のみで走行モニタリングを行う実用性の高いシステム提案を目指す．また，構築したシミュレーションモデルのより詳細な妥当性検証を実施する．これまでに，一定のハンドル操作を仮定した際に，ハンドルの反トルク，身体モデル各関節トルク，ハンドルへ加わる力ベクトルに関して妥当な値を算出できることを確認した．次年度は，生体計測と操作ログ計測とを組み合わせることで，操作時の実際の身体負担とシミュレーションモデルによる算出値とを比較し，両者の整合性を確認する．