障がいを持つ人に対応する身体的動作を伴う機械製作実習を代替するバーチャルシステム

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K18524
• Research Institution: The University of Shiga Prefecture
• Principal Investigator: 橋本 宣慶 滋賀県立大学, 工学部, 准教授 (00433699)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安田 寿彦 滋賀県立大学, 工学部, 名誉教授 (60157998)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: 障がい者教育 / ものづくり / バーチャルリアリティ / 機械加工 / 工作機械

Outline of Annual Research Achievements

身体に障がいを持つ人でも，コンピュータ制御工作機械の操作を担うことで機械製造現場での活躍が可能である．大学の機械系学科を志望する身体に障がいを持つ学生にとって，必修の機械工作実習が単位修得の障壁となっている．そこで本研究では，健常者だけでなく身体に障がいを持つ人でも工作機械を使った加工作業実習の仮想体験ができるVR(バーチャルリアリティ)システムを開発する．これを通して，身体的動作を伴う作業における障がい者と健常者の違いや，障がいの度合いに対する入出力支援の方法などの実作業を代替するシステムのあり方について検討していく．
VR環境を提供するHMD（ヘッドマウントディスプレイ）と視線による操作入力によって，肢体不自由における等級1級(全身まひ)の障がいに対応させるシステムのプロトタイプを作成した．これを基に障がい者向けインターフェースに関する課題を具体的にした．今後はこれを改良・発展させ，工作機械の種類を増やすことで，機械部品を加工する実習授業を仮想的に体験できることを目標にする．
VRシステムが実際を模擬しているかの確認は，被験者に両者を使わせて比較するのが通常である．しかし，本研究では障がい者に対して実際の工作機械を操作してもらうことはきないため，安全を確保できる距離で有線遠隔操作できる工作機械を構築した．健常者を被験者とした実験により，加工作業が可能であることを確認した．この装置による作業をVR実習システムの比較対象とする予定である．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

VR実習システムの開発方針として，肢体不自由における等級1級(全身まひ)の障がいに対応させるシステムを構築し，可動部分がある者に対応する入力装置を追加していく．まず，プロトタイプとして構築したシステムで操作が体験できる工作機械は，動作が比較的単純な旋盤にした．視線入力のみによる操作を可能にして全身まひの障がいに対応させたものの，加工の様子を見ながら操作を行うことが難しく，視線を動かさずに操作入力できるスイッチ類を，少なくとも1つ用意する方が良いことが分かった．そのため，使用者の頭部の動作（口の動きや歯の音，表情筋など）を検知するスイッチ類の利用を検討している．
VR実習システムの性能を検討するために，有線による遠隔操作のできる旋盤を構築した．普通旋盤上にカメラとマイクを設置し，その映像と音声を操作者側のモニタとイヤホンで出力し，普通旋盤の工具送り軸のモータを操作者側のコントローラで操作することができる．映像，音声，操作における時間遅れは存在するものの，健常者を被験者にしてシャフトの溝加工作業を行う実験から問題ない程度と判断できた．
被験者として協力してもらえる障がい者を探すため，滋賀県立リハビリテーションセンターと情報交換を行った．

Strategy for Future Research Activity

前年度に構築したシステムの操作性を向上させるために頭部動作を用いた入力方法や，肢体に可動部分のある者に対応する入力方法について検討していく．両方法ともに，日によって可動部分が異なることを考慮し，入力に利用できる動きを検知して操作に紐づけることを簡便にできる仕組みを考案していく．障がい者を被験者として試作したものを試行し，使用感などの意見から対策を行うことを繰り返し，性能向上を促進していく．
VR実習システムにおける作業は実際と同じ感覚で作業ができるかについて，遠隔操作旋盤を比較対象にして検討を行う．被験者に作業を行わせ，そこでの脳波を測定する．そのデータから作業中の集中度を比較し，それと作業時間や精度を合わせて判断する．被験者には，機械加工実習を経験した機械工学系学生に対して募集する．

Causes of Carryover

遠隔操作旋盤を構築の際，半導体不足の影響で制御機器が十分にそろえることができなかったため，使用額に余りが生じた．遠隔操作旋盤の操作可能な軸を最低限の１軸に限定して，加工作業が可能かを検討したものの，通常の旋盤で必要な２軸の操作はできていない．次年度では，操作可能な軸数を2軸に拡張するために予算を使用する．