2016 Fiscal Year Research-status Report
松葉杖歩行訓練のための「見守り・付き添い」型バーチャル・トレーナーロボットの開発
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26750236
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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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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，簡単なシステムで松葉杖使用患者の歩行中の転倒可能性を予測し，転倒の可能性が高ければ警告・教示することでその可能性を減少させる訓練システムを開発する．これまでのシステムや既存の歩行解析研究で用いられている方法では，松葉杖歩行者の身体にセンサを取り付けたり，複数カメラから成るモーションキャプチャシステムを使う必要があるなど大がかりであった．
平成27年度は，大腿の動作から身体加速度を推定できることを確認し，更に，小型軽量で扱い易いKinectセンサで歩行動作を計測することを提案し，身体加速度の推定を目指した．このセンサの計測領域は狭かったためセンサを移動ロボットに載せて歩行者に伴走するように移動し歩行動作を計測する（付き添いロボット）方法を提案した．この「付き添い」機能のために，パソコンから随時制御できるなど研究用途で使いやすい掃除ロボットの派生品「ルンバ研究開発キット」を導入した．そしてこの移動ロボットにKinectセンサとパソコンを搭載して，実際に歩行中の松葉杖歩行者の身体加速度を推定した．続いて，訓練を監視するための「見守り」機能を付加した．移動ロボット上のパソコンの画面にリアルタイムにメッセージを表示した．「ロボット」といってもその実体はなく，画面の中の存在であるが，プロトタイプとして開発した簡単な評価基準に基づいて，被験者に対して簡単な指示を発することができた．
平成28年度は，前年度までに開発したロボットを被験者の松葉杖歩行の訓練に導入した．実験を繰り返す中で，動作の不具合などを調整した．更に，前年度に開発した警告・教示効果の向上を目指して，歩行評価のためのアルゴリズムを更新した．具体的には，被験者の歩行中の大腿の振れ幅の変化率を説明変数，影響を受けた歩幅の変化率を目的変数としてロジスティック解析して，評価の基準を導出した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
最終年度には，前年度までに開発した要素技術を組み合わせて松葉杖歩行訓練システムとして完成させ，その有用性を検証するための実験，および学会参加や論文投稿での成果発表を予定していました．
しかし，ハードウェア的なタスクである要素技術の組み合わせと，ソフトウェア的なタスクである評価アルゴリズムの開発に予想よりも時間を要しました．本研究での提案システムがシステムとして動作することを確認しましたが，それが松葉杖歩行の計測・評価・矯正にどの程度有効なのかを検証し，実用化に近づける段階まで完全には進めることができませんでした．その結果，科学研究費補助期間内に，本課題の研究成果として当初予定していた学会発表と雑誌への論文投稿の全てを実現できませんでした．
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| Strategy for Future Research Activity |
先行研究で，松葉杖歩行中の下肢，特に大腿の振れ具合と体幹の加速度の間に相関があることが分かっていました．そこで本研究では，松葉杖を使用する患者の歩行中の転倒可能性を予測し，転倒の可能性が高ければ警告・教示することでその可能性を減少させるための訓練システムの開発を目的としました．
しかし，上述の通り，進捗状況は計画よりも遅れています．具体的には，本研究で提案したシステムを組み上げてそれが機能することを実験で確認しましたが，それが松葉杖歩行の矯正にどの程度有効なのかを十分に検証できませんでした．そのため，事業期間延長を申請し，承認いただきました．
次年度には，現在取り組んでいるこの検証を終了させて，その結果を成果発表として学会で発表し，また雑誌へ論文投稿することを目指します．
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| Causes of Carryover |
最終年度には，前年度までに開発した要素技術を組み合わせて松葉杖歩行訓練システムとして完成させ，その有用性を検証するための実験，および学会参加や論文投稿での成果発表を予定していました．
しかし，要素技術の組み合わせに予想よりも時間を要し，検証実験が遅れ，その結果，学会発表と雑誌への論文投稿を実現できませんでした．これらを実現するために，学会参加のための旅費および論文投稿料の繰り越しを希望しました．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
まずは，現在取り組んでいる実験結果の整理を進めて，提案手法の有用性を検証します．それが終了次第，論文にまとめて査読付きの学会に投稿することを計画しています．
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