TANAKA, Eiichiro

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Affiliation

Faculty of Science and Engineering, Graduate School of Information, Production, and Systems

Job title

Professor

Concurrent Post 【 display / non-display

  • Faculty of Science and Engineering   School of Fundamental Science and Engineering

Research Institute 【 display / non-display

  • 2020
    -
    2022

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

Degree 【 display / non-display

  • 博士

 

Papers 【 display / non-display

  • Experimental study on color preference and visual fatigue against LED lighting

    Keiichi Muramatsu, Kazunori Kaede, Eiichiro Tanaka, Keiichi Watanuki

    Advances in Intelligent Systems and Computing   585   78 - 85  2018

     View Summary

    In recent times, light-emitting diode (LED) lighting has been widespread in offices and manufacturing buildings, but for assembly operation in manufacturing situations, it has not yet been explored. In this study, we measure color preference and visual fatigue to evaluate LED task lighting for assembly operation. We conducted an experiment to obtain subjective responses to color preference and to measure visual fatigue under LED lighting. The participants were asked to assemble a gearbox model as a task under three different lighting conditions. As a result, lighting with high color temperature was rated with high visibility, fatigability, and low preference. On the other hand, critical fusion frequency, which indicates visual fatigue, was higher in lighting with low color temperature than in lighting with other conditions. This indicates that color preference as a subjective response discords from visual fatigue evaluated by biological information.

    DOI

  • Walking assistance according to the emotion

    Eiichiro Tanaka, Louis Yuge

    Emotional Engineering: Understanding Motivation   6   141 - 152  2017.11

     View Summary

    A walking assistance device for apoplexy patients has been developed. We developed a walking assistance device RE-Gait®, which assists the motion of the ankle joint while walking. The motor is controlled according to the walking phase grasped with the pressure sensors under the sole. It is already utilized as a product, for the gait training by so many hemiplegic patients. By using the technology of RE-Gait®, a new device for the able-bodied elderly to promote exercise was also developed. This is RE-Gait®Light, which is lower cost, very light, and easy to move. We proposed a new control method for this device, which is automatically tuned according to the condition of the emotion of the user. In this chapter, the evaluation results using this method are introduced.

    DOI

  • Preface

    Moriwaki, Ichiro, Fujii, Masahiro, Hirogaki, Toshiki, Iwatsuki, Nobuyuki, Koide, Takao, Kurokawa, Syuhei, Tanaka, Eiichiro, Tozaki, Yasuyoshi

    Journal of Advanced Mechanical Design, Systems and Manufacturing   11 ( 6 )  2017.11

    DOI

  • Preface

    Moriwaki, Ichiro, Fujii, Masahiro, Hirogaki, Toshiki, Iwatsuki, Nobuyuki, Koide, Takao, Kurokawa, Syuhei, Tanaka, Eiichiro, Tozaki, Yasuyoshi

    Journal of Advanced Mechanical Design, Systems and Manufacturing   11 ( 6 )  2017.11  [Refereed]

    DOI

  • Development of a torque limiter for the gear of an assistive walking device

    Jyun-Rong Zhuang, Hayato Nagayoshi, Hirotoshi Kondo, Keiichi Muramatsu, Keiichi Watanuki, Eiichiro Tanaka

    Journal of Advanced Mechanical Design, Systems and Manufacturing   11 ( 6 )  2017.11

     View Summary

    Wearable assistive devices have been receiving considerable attention in academic circles. To make these devices efficient, we need additional research on the service lives of the mechanical elements used in these devices. The wearers of these devices frequently encounter unexpected movements that lead to motor failure in the devices. The purpose of this study is to develop an overload protection mechanism using a torque limiter, which can eliminate the overload torque delivered in the reverse direction to effectively prevent the device from breaking and ensure the safety of the user. To improve the service life of assistive walking devices, we designed a sandwich mechanism for the final gear of the servo motor. We made the material from rubber and configured it between a pair of circular plates. The surface tractive force delivered the required torque. When the surface load exceeded the maximum friction force, the circular plates slipped and protected the device. In this paper, we implement a torque limiter and prove its durability by performing experiments using two circular plate designs, one with grooves type and another without grooves type. We also use various materials to assess the applicability of the assistive walking device. The findings indicate that the with grooves type gives better torque performance
    it achieves the same rated torque as the servo motor. Thus, this study recommends that with grooves type is particularly suitable for the elderly who require high assistive power. On the other hand, without grooves type is suitable for users who employ the device for extended periods because this type has an excellent service life. Our experiment proves that the torque limiter that we developed can withstand the load torque over 300 times for situations involving the loss of balance such as stumbling and slipping. Finally, we experimentally validate the improvement of walking performance by using this torque limiter.

    DOI

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Industrial Property Rights 【 display / non-display

  • 膝関節補助装置

    田中 英一郎, 山本 祥貴, 大澤 一貴

    Patent

  • 動作補助作業着

    6527629

    田中 英一郎, 廖 允廷

    Patent

  • トルクリミッター

    田中 英一郎, 大澤 一貴

    Patent

  • 膝関節補助装置

    田中 英一郎, 山本 祥貴, 大澤 一貴

    Patent

Research Projects 【 display / non-display

  • 生体信号によるリアルタイム感情推定を用いた歩行補助・促進システムの開発

    Project Year :

    2019.04
    -
    2022.03
     

     View Summary

    麻痺患者の歩行訓練,高齢者の運動促進を効率的に支援する超小型装着型歩行補助システムを開発する.歩行中の感情と体調を心拍・脳波分析値を機械学習にて快‐不快,覚醒‐睡眠を2軸とした2次元感情マップ上の位置と座標変化をリアルタイムに推定する.また歩行率と歩幅を2軸とした2次元歩容マップ上の位置と座標変化との相関関係を用い,使用者の目的・体調に応じて覚醒・快方向に歩行補助機制御値を自動調整し,比較的小さな目標達成による至高経験を繰り返す.楽をしたいという外的欲求に打ち勝ち,高次な内的欲求の維持により,不快度を低減したリハビリ,興奮・疲労しすぎず長時間可能な歩行促進を実現し使用者の自己実現を促進する.これまで開発してきた患者向け歩行補助機をさらに発展させ,高齢者・健常者の運動促進を目的とした歩行補助機の開発を行った.高齢者・健常者には,強力な補助力は必要とせず,メトロノームのように指標となる歩行周期と底背屈を足関節で補助するだけで歩容改善することがすでに確認されているため,小形のモータを使用し,また足関節の内外旋動作を阻害しないよう外側フレームのみの構造とした.また,手軽に着脱できるよう,装着者自身の履いている靴の上から装着可能なものとした.装置のコントローラは無線化し,スマートホンもしくはタブレットにて操作可能とした.さらに,以前提案した過負荷防止用トルクリミッターは,破損時に使用者自身での交換やリミットトルクの調整が困難であるため,新構造を提案した.また,足関節背屈補助は,階段を上るときにも有効であることを確認した.しかし高齢者は階段の下りの片足立脚時に膝折れすることが多いため,無動力で膝折れ防止をする機構を提案した.今後,新提案の機構で試作を行い,装置に導入し,評価実験に使用する.一方,物理的に補助するだけでなく,歩行中の感情を考慮しながら補助することを検討するため,感情状態と歩容との関連性についても方向性を確認した.まず,歩容マップ内の被験者ごとの理想歩行といえる歩行比のラインを予備実験にて取得し,このライン上に沿ってもしくはその直角方向に装置の目標パラメータをシフトさせると,感情が一定の方向にシフトする傾向があることを確認した.また,各方向に繰り返し変化させることにより,よりその傾向が高まることを確認した.さらに,それら4方向の歩容変化を順番に与えると,快かつ覚醒方向に戻ってきたとき,より強く感情が変化することを確認した.さらに,感情だけでなく疲労も考慮することを検討し,NIRSにより筋力疲労を評価できる可能性を検討した.初年度に,小形歩行補助機の開発,次年度に感情と歩容の関係の明確化,最終年度に臨床実験と計画していたが,概ね予定通り進んでいる.次年度の計画の準備も含めて初年度に進めることができた.昨年度に明確化した感情と歩容の関係を用いて,歩行者の感情を快かつ覚醒に導く確認実験を行う.さらに,ラッセルの感情円環モデルに対し,3軸目の疲労を考慮した人間状態モデルを提案し,その有効性を確認する.さらに,最終年度には,感情と疲労を考慮した歩行補助実験を行い,その有効性を検証する

  • 磁気弾性ゴムファイバーの創製および出力可変式持ち上げ補助スーツへの生体応用

    Project Year :

    2019.06
    -
    2021.03
     

     View Summary

    持ち上げ補助を必要とする現場では,業務時間中装着し続けても持ち上げ作業以外の業務に支障を来たさないことが必要である.しかし重量物を持ち上げられるようばね定数の高いゴムを使用すると,作業以外のときの様々な動作を抑制する.逆にばね定数の低いゴムを使用し必要時のみゴムの端部に予張力を与えると,装着者は立脚姿勢時でもゴムの反力を受け続けるためかえって動けなくなり苦痛を伴う.そこで,普段は自由に動作できるようばね定数を低く設定し,重量物の持ち上げ作業時のみばね定数を高めることができる,小型軽量な磁気粘弾性ゴムファイバーを創製する.現在,少子高齢化により,介助者や作業者不足が深刻化している.また,職業疾病の6割が腰痛とあり,ものを持ち上げる動作への負担を軽減するため,ゴムやばね,ガススプリングなどを用いたパッシブの持ち上げ動作時に腰を補助器具が各種開発されている.研究グループでも,持ち上げ動作中の腕と腰をゴムベルトにより同時に補助するスーツを提案している.しかし,そのゴムなどが強すぎると動作を抑制し,弱すぎると補助効果がない.また,持ち上げる対象の重量によっても適切な反力の強さが必要である.そこで,装着者の状況に応じて適宜ゴムの反力が非線形に得られる構造を提案しその検証実験を行った.しかしこの場合,強い補助力を得るためには適宜ベルト長の調整が必要である.そこで,硬さが変えられる磁気弾性ゴムファイバーの創製を行う.さらにこれを出力可変式持ち上げ補助スーツとして生体応用する.出力可変式持ち上げ補助スーツ補助スーツに応用可能なサイズおよびばね定数を得られるような磁気弾性ゴムファイバーの構造,製造方法,使用方法を検討した.鉄粉を混ぜたシリコーンを生成し,その生成物に磁力を加え,引っ張ったとき,鉄粉同士が磁石のように離れることを阻止するよう働くことを想定し,この状況を実現することが可能な実験装置を開発した.本実験装置を用いて,ばね定数変化やその変化状況が継続する引張量の長さが大きく得られる鉄粉とシリコーンの割合を,実験により確認することができた.しかし,鉄粉の大きさや形状,シリコーンや磁力など,考えるべきパラメータは多数あるため,変化率に寄与する度合いの高いパラメータの探索を次年度行うこととした.持ち上げ動作補助スーツを開発し,体を曲げた度合いに応じて非線形に反力が得られる構造を提案し,その効果検証を行った.さらにこのスーツに応用可能なゴムファイバーの生成方法を検討し,また生成したゴムファイバーを固定し,引っ張りながら磁力を与えることのできる装置の開発を行った.また,鉄粉の割合を変えた基礎実験を行うところまで実施できたことから,概ね順調に進展している.初年度に持ち上げ動作補助スーツの効果を確認できたことから,現状の補助スーツに使用されているゴムベルトのパラメータに近く,かつベルト長の調整範囲に相当する出力可変式の磁気粘性ゴムファイバーの変化率の高いパラメータを探索する

  • 知識工学的アプローチによる感性価値認識のモデル構築と生体情報のマッピング

    Project Year :

    2016.04
    -
    2019.03
     

     View Summary

    本研究の目的は,感性価値認識のモデル構築と生体情報のマッピングである.生体情報に基づいた感性評価に関する知見を体系化することで,感性価値認識という心の構造を統一的に理解することを目指すものである.当該年度の目標は価値の評価構造のモデル化に向けて,その要素の概念定義を行うとともに,生体情報に基づく感性評価を行うことである.本研究の到達点は視覚,聴覚などの複数の設計要素の感性価値に対して,生体情報に基づいて一貫した説明を与える価値認識マップを作成し,構築したモデルの評価を行うことである.まず,価値認識に関する概念化を行った.具体的には,価値認識に至る過程を記述するための枠組みとして,感情や感覚などのユーザの状態を定義したオントロジーを構築した.これにより,感性評価に関わる感情や感覚などのユーザの状態を表現する基盤が得られた.感性価値認識のモデル化に向けて主観評価および生体情報の計測実験の結果に基づいてオントロジー構築を進める予定である.次に,視覚,聴覚,嗅覚の刺激に対する主観評価とそれに対応する生体情報について基礎的な知見を得るために,生体情報を取得する印象評価実験を行った.視覚刺激としてLEDを用いて調光したパネルを用いて主観評価とともに脳血流,発汗,呼吸を計測した.また,聴覚刺激としてはヒーリング音楽を用いて感情の主観評価とともに脳血流を計測した.嗅覚刺激としては食料,飲料の香りを用いて好みの主観評価とともに脳血流の計測を行った.得られたデータについては今後詳細に分析する予定である.視覚,聴覚,嗅覚の刺激に対する主観評価と生体情報の関係分析について,やや遅れが生じている.その理由として,生体情報の個人差やノイズが大きいことが挙げられる.また,それに伴って感覚を組み合わせた刺激に対する生体情報の計測実験の実施についてもやや遅れが生じている.視覚,聴覚,嗅覚の刺激に対する主観評価と生体情報の関係分析については,統計的手法に加えて機械学習などの手法をとることで多角的な分析を行う予定である.また,それらの結果に基づいて,感性価値認識のモデル化に向けて主観評価および生体情報の計測実験の結果に基づいてオントロジー構築を進める予定である.生体情報の計測実験に使用する機材とその実施に伴う人件費・謝金に使用する予定である

  • Study of the specification of the micro miniature drive mechanism for wearable human motion assistance device

    Project Year :

    2016.04
    -
    2018.03
     

     View Summary

    We studied the minimum structure and specifications of the drive mechanism for human motion assistance device. Multithread worm and helical gear combination was proposed, and from the life time limit test result, we confirmed the material LT625 was longer than Albc. Furthermore, we found the micro miniature servo motor for hobby was good specification from the viewpoints of small, light-weight, and reasonable for human assistance device. To be able to use it continuously, we developed the torque limiter which can include in the gear. We confirmed the maximum transmission torque and maximum load repetition number for each material

  • Development of walking assisted robot based on Neuroscience

    Project Year :

    2012.04
    -
    2015.03
     

     View Summary

    We examined the effect of the “mobile suit type walking supporting robot” under development to promote the recovery of central nervous system disorders. The robot weight was reduced. And walking program was developed by normal walking pattern of human. As the result, abnormal gait was improved by using this robot. And also, Laterality index, an indicator of the balance of brain activity of the left and right of the supplementary motor area and the premotor cortex, was improved.However, there is no universally-accepted normal walking pattern. Then, we developed a novel system for rehabilitation staff to customize walking pattern easily for each patients by using pre-set some normal walking patterns by tablet. Walking of paraplegia patients is difficult because they cannot move by themselves. At first, we tried to make hemiplegia patients walk using this system, and to obtain the components of their walking pattern. These results of hemiplegia apply to paraplegia to improve our robot

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Specific Research 【 display / non-display

  • 生体信号感情評価に基づき運動促進・維持する歩行補助システムの開発

    2018   Jyun-Rong Zhuang

     View Summary

    歩行時の人間の感情をリアルタイムに評価し,その結果に基づいて歩行補助機の目標値を自動的に調整するシステムを構築する.感情は快-不快と覚醒-睡眠の2軸による2次元で表すことができ,人間の生体信号,脳波,表情筋,心拍の分析値を用いて機械学習によりアンケート結果との比較を行い評価精度を検証した.その結果,およそ80%程度の正答率で評価できることを確認した.一方,歩行状態は,歩行率と歩幅の2次元にて表すことができ,そこで,目標の歩行率と歩幅を変化させたときの感情変化を確認する実験を行い,その変化傾向を把握することができた.また,トルクリミッターを歩行補助機に装着した.

  • 磁気粘弾性ゴムファイバーの創製および出力可変式持ち上げ補助スーツへの生体応用

    2018   三宅丈雄

     View Summary

    ゴムを引き伸ばしたときの反力を用いてパッシブな動作補助スーツを開発した.特に,持ち上げ動作を補助するための構造として,ベルトが上腕から肩越しに背中に抜け,大腿部裏から膝頭に,そして足裏まで連結される構造とした.本スーツ使用により,持ち上げ動作時の上腕二頭筋および脊柱起立筋の筋活動の最大値が3-5割程度軽減することを確認した.さらに,持ち上げる対象の違いによってゴムベルトの硬さを調節できるよう,磁気粘弾性ゴムファイバーを試作した.本材料に磁力を加えることによりある程度の伸び率まではばね定数が増大するが,上限を超えると磁力を加えないときの値と等しくなることを確認した.

  • リアルタイム感情評価に基づいて運動促進・維持する歩行補助機の開発

    2017  

     View Summary

    人間の感情は,覚醒-睡眠と快-不快の2軸で表した2次元で表すことができるが,アンケートをとらずに生体信号のみで評価可能な方法を検討した.快-不快に影響されやすいとする顔面の表情筋の筋電位,覚醒-睡眠に影響されやすいとする心拍(LF/HF),2軸の両方に影響する脳波を総合的に評価した.上記2次元マップを9つのエリアに分解し,アンケート結果との整合性を確認したところ,およそ80%の精度で推定することができた.本手法を用いることにより,ヒューマンマシンインターフェイスとしての活用が可能となった.

  • 健常高齢者向け歩行促進用補助機に組込可能なトルクリミッタの要素開発

    2016  

     View Summary

    健常高齢者向けに歩行促進する歩行補助機を開発した.本装置を屋外で様々な動作にも対応するには,突発的動作が発生したときの駆動部への逆入力を防ぎ,問題動作後に即座に連結が回復するトルクリミッタを組み込むことが重要である.しかしながらこのトルクリミッタを出力軸に追加すると外装が拡大することから,歯車内に本機構を組み込む構造を提案した.試作機を製作し,組み込まれた歯車の押し付け量に応じてリミットトルクを調整できることを確認し,また,歩行補助機使用中に急停止すると本機能が作動することを確認した.

  • 着衣内装着式超小型歩行補助機の開発と二次元感情マップに基づく心技体統合アシスト

    2016  

     View Summary

    高齢者の運動促進,歩容改善を目的として,着衣内に装着可能な超小型歩行補助機を開発した.超小型モータを用い,足裏の感圧センサの情報に応じて足関節を補助する.また,歩行中の使用者の感情を,様々な人体計測データをクラスタリングすることにより,快不快,覚醒睡眠の二次元で評価する方法を提案した.さらに,評価結果に基づいて歩行補助機の目標パラメータを調整した実験を行った結果,使用者の状態に応じて,運動促進もしくは維持を補助できることを確認した.以上より,本システムの活用により,心のメンタル補助,技のスキル補助,体の運動補助を統合し効率的な補助を実現する可能性を示唆した.

 

Syllabus 【 display / non-display

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