| 研究課題/領域番号 |
17H01778
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
中村 裕一 京都大学, 学術情報メディアセンター, 教授 (40227947)
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| 研究分担者 |
秋田 純一 金沢大学, 電子情報通信学系, 教授 (10303265)
戸田 真志 熊本大学, 総合情報統括センター, 教授 (40336417)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 動作支援 / 動作予測 / ヒューマンインタフェース / 体性感覚呈示 / 筋電位計測 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，体性感覚呈示デバイスを利用することによって，被支援者の意図に応じた動作支援を行う枠組みを提案することを目的としている．30年度は以下のように研究を進め，良い結果を得ている．
(1) 29年度に設計・実装した皮膚の引っ張りを用いた(skin-stretcher)デバイスの基礎的な性能の解析を進めるとともに，離れた人間同士で状態を伝えるためのデバイスとしての動作方法を検討し，その基礎的な検証を行った．まず，デバイスの基礎的な特性をシステム制御の観点から分析し，主動筋，拮抗筋の相互作用による運動として考えることの妥当性を検証した．また，離れた介護者に被介護者の状態を伝えるためのデバイスを想定したシステム設計を行い，被介護者の頭部動作のセンシング方法，デバイスでの呈示方法による動作伝達の性能などを確認した．
(2) 日常生活において重要な動作を補助することを想定し，動作開始前または開始後できるだけ早くその動作を予測・認識するためのセンシング，認識手法について検討した．そのために，29年度に設計した姿勢・筋張力・筋電位の計測データを統合的に収集するシステムを用い，立ち上がり動作，立ち上がりでない日常動作，立ち上がり動作の失敗など，複数の種類の動作データを収集した．さらに，収集データを用い，立ち上がりの予測，検出，失敗の予測等の可能性を予備調査した．立ち上がり動作と日常動作との混在に対しては，座面から臀部が離れるまでにある程度予測が可能であることが明らかになった．
(3) 種々の動作意図と筋の賦活の関係を調査するために力覚呈示デバイスを用い，外部から与える力を制御しながら筋電位を計測し，主動筋，協働筋，拮抗筋の細かな賦活やその協調・拮抗関係から動作意図を推定するための分析を行った．いくつかの特徴的な時空間的パターンが現れることが確認でき，今後の動作意図推定への手がかりを得た．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究で目的とする柔らかい動作支援は，強い力学的補助を与えるものではなく，また，情報呈示のみでもなく，その中間的な性質を持つものである．このような目的に関し，以下のように研究を進めてきた．
(a) 支援情報の呈示手段として，これまで，皮膚感覚や関節の拘束による抵抗感等を与えるデバイスによって装着者(被支援者)に直感的に動作方向や動作量をわかりやく指示・支援を伝達する手法の設計，性能の分析を行ってきた．人間・機械系の構成となるため，動作のばらつきを無くすことは困難であるが，skin-stretcherに関しては，支援の設計に必要な性質は概ね得ることができ，順調に研究が進んでいる．関節の拘束に関しても同様のアプローチを行っている段階である．今後，種々のユーザ・環境・タスクを実際に設定しながら，動作支援やコミュニケーション支援の要素技術としての検証を行っていく予定である．
(b) 被支援者にとって安全で快適な支援を与えるためには，被支援者の動作意図の推定や動作予測を行う必要がある．本研究ではこれまで，動作予測のために，統合的なセンシングシステムを実装し，立ち上がりなどの重要動作に対して種々のデータを収集してきた．この点についても順調に研究が進んでいる．今後も，歩行などの重要動作，作業，リハビリテーション運動などの種々のデータを取得し，それらを用いた支援の検証を行っていく予定である．動作意図の推定については，立ち上がり動作において，一定の精度で予測が可能であることを示してきた．これはまだ予備的な検討であるため，今後，種々の条件での種々の動作の予測，および，動作意図の識別を行っていく必要がある．本来，最も難しい部分であるため，今後も様々な検討を行う予定である．また，筋の協調関係を用いた動作の分析も進んできており，これらの情報を用いた動作予測の検討を行っていく予定である．
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| 今後の研究の推進方策 |
(1) 体性感覚，力覚呈示デバイスの設計と人間機械系としての解析
皮膚感覚デバイスと関節拘束デバイスの動作設計および人間機械系としての解析を行う．(a) これまで，皮膚を引っ張ることによる体性感覚デバイス(skin-stretcher)の設計と分析を進めてきた．さらに，運動生理学と対応付けながら，装着者の動作量の推定・予測を進めるなど，誘導される動作の人間機械系としてのモデル化を行う．(b) 関節拘束型デバイスの動作設計や確認を進め，柔らかい支援のためのデバイスとして利用可能であることを実証する．
(2) 動作意図の認識と動作予測
動作予測と意図の認識の研究を前年度に引き続いて進めるとともに，長期間使えるように計測状態の補正や経時的変化のモデル化を行う方法を検討する．(a) 立ち上がり動作に関して，動作等の識別を行うとともに，予測の精度を確認しながら，誘導や補助のタイミングや方法を確認する．(b) 歩行動作に関し，通常の歩行時の動作データを蓄積するとともに，様々な場所(床面条件)での歩行パターンを想定し，歩行パターンとの関係を調査する．(c) センサの装着条件などの影響をできるだけ少なくし，数週間から数ヶ月の長い時間の経時的な観測や比較が可能にするための，計測方法や計測データの補正に取り組む．
(3) 動作誘導と動作情報の伝達による支援
(1)で設計されたデバイスや(2)の動作予測などを組み合わせることによって，動作の誘導や支援が行えることを実証的に確かめる．また，複数人の間での見守りや協働手段としての可能性を実証する．具体的なアプリケーションとしては，頭部回転動作を促すことによる注意の誘導，動作教示や介護などにおける見守りのための動作情報伝達などを想定する以上の総合的な検討によって，本研究の有効性を実証するとともに問題点・課題を洗い出し，さらなる研究の方向性を得る．
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