2022/05/19 更新

写真a

タナカ エイイチロウ
田中 英一郎
所属
理工学術院 大学院情報生産システム研究科
職名
教授

兼担

  • 理工学術院   基幹理工学部

学内研究所等

  • 2020年
    -
    2022年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

学位

  • 博士

 

論文

  • 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年

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    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年11月

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    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年11月

    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年11月  [査読有り]

    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年11月

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    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

  • Development and evaluation of an assistive apparatus with pantograph mechanism for standing-up motion of elderly

    Yun-Ting Liao, Keiichi Muramatsu, Keiichi Watanuki, Eiichiro Tanaka

    Journal of Advanced Mechanical Design, Systems and Manufacturing   11 ( 6 )  2017年11月

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    Due to the growing elderly population in many developed countries like Japan, assistive devices are increasingly needed to overcome the difficulties of their activities of daily living (ADL). The motion of standing up places a particular burden on the ankle and knee joints and connects static motions (e.g., sitting and lying) and kinetic motions (e.g., walking and climbing up/down the stairs). In our previous research, two types of standing-up assistance apparatuses were introduced according to the suitable standing-up motions. However, these devices are bulky and cannot be widely used in practical settings such as bus terminals. Regarding the suitable standing-up motions of the elderly in the previous literature, a standing-up apparatus with a pantograph mechanism is introduced to diminish the size of the mechanism based on three design principles: (1) the trajectory of the user's COG is an arc
    (2) the trajectory of the user's hip joint while standing up is a straight line at an angle of 45 [deg] from the horizon
    and (3) the user is supported until the knee angle reaches 60 [deg]. Simulations showed that the load on knee and ankle joint is decreased, and user may stand up easily with our proposed apparatus. A prototype of the apparatus that may be installed on various chairs in public was fabricated. Considering that the apparatus may be used in places without electric power supply, the apparatus is made simply with links and a gas spring instead of electric actuators. Experimental measurements of the trajectories of the center of gravity (COG) and hip joints show that the proposed apparatus may help users to stand in a way that minimizes stress on their lower-body joints.

    DOI

  • User-friendly walking assistance device able to walk on stairs safely

    Y. Zhang, E. Tanaka, H. Lee, S. Saegusa, L. Yuge

    IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, AIM     839 - 844  2017年08月

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    A novel control method for the walking assistance device using predefined walking trajectory used to walk for the elderly or the patients with weak leg muscle on stairs from plain more safely and naturally is proposed in this paper. Two control method, torque control and impedance control, used per their usage purpose are introduced, and the later one is focused in this paper. To make sure the use of safety, two situations, putting swing leg in front of stair too close or too far, while a user wearing assistance climbing up on the stairs through even ground is considered. If the user faces these situations walking with the apparatus using impedance control, falling or collision between apparatus and stair are happened more easily than level walking because of lots of environment facts need to be considered like the distance between user and stairs. One of the most important environment facts is recognizing of the stairs, therefore, to prevent the user from the danger in each situation, ultrasonic sensor is used as a safety system to keep space, and we called safety distance, between foot part of walking device and stair. The value of safety distance is not only defined as a switch to change the walking trajectory between the plain mode and the stair mode but also used to decide the ideal stride of trajectory while walking to stairs from even ground. Finally, the result of walking experiment shows that the safety walking experience by wearing our walking assistance device can be achieved.

    DOI

  • Affective computing using clustering method for mapping human's emotion

    Z. Zhang, E. Tanaka

    IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, AIM     235 - 240  2017年08月

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    In this study, we proposed a method which could be used for mapping people's emotion state on the two-dimensional arousal-valence model of effect. The final target of our research is to apply this kind of emotional recognition system to robots or some assistant apparatus which service activities of daily living (ADL). Since in our previous studies, we have finished the work of recognizing people's emotion state on the dimension of arousal by evaluating subjects' heartbeat and LF/HF, which is calculated from the frequency domain analysis of HRV, as the second step's work, we focused on how to recognize people's emotion state on valence dimension. To be specific, we used some kinds of normative affective stimuluses to elicit subjects' emotional change, then collected multiple physiological data during this emotional stimulation process. Finally, as for data analyzing, we didn't use the supervised learning method, like SVM, but made a new attempt to apply the unsupervised clustering method to sample data, dividing the data set into several natural clusters by analyzing the physiological features we abstracted. The calculated results of our experiment have verified the feasibility of mapping human's emotion state on the two-dimensional arousal-valence model of effect at a quadrant level.

    DOI

  • DEVELOPMENT OF SMALL TYPE OF A STANDING UP ASSISTANCE DEVICE FOR THE ELDERLY

    TANAKA Eiichiro, MURAMATSU Keiichi, WATANUKI Keiichi

    The Proceedings of the JSME international conference on motion and power transmissions   2017 ( 0 ) 12 - 1  2017年

     概要を見る

    <p>We developed small type of a standing up device for the elderly. We have developed standing up devices; caster walker type and bed wheel chair type. They assist standing up motion, backed on following two conditions. 1) the trajectory of center of gravity of the user is round shape, 2) the trajectory of the hip joint of the user while standing up is straight line. These conditions were found from the data of able bodied elderly people, and the feature of their standing up conditions is to lean forward the upper body. By using these devices, the load of the knee joint decrease, and the user can learn how to stand up easily. However, these devices are bulky and usable scenes are limited. Then we developed small type, which can be used on various chairs. This type assists from sitting posture to the middle phase while standing up. The mechanism is constituted with links and a gas spring, instead of a motor. It is light weight, low cost, and small to be able to attach to the back of a chair. From the calculation, by using this new type, the output torques of the knee and ankle joints decreased.</p>

    CiNii

  • DEVELOPMENT OF A WALKING ASSISTANCE APPARATUS INCLUDING A TORQUE LIMITER IN A GEAR

    TANAKA Eiichiro, NAGAYOSHI Hayato, KONDO Hirotoshi, MURAMATSU Keiichi, WATANUKI Keiichi

    The Proceedings of the JSME international conference on motion and power transmissions   2017 ( 0 ) 12 - 2  2017年

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    <p>A walking assistance apparatus using a torque limiter was developed. We used the servo motor for hobby, it is relatively small, light weight, and included not only a motor and transmission gear, but also a driver and encoder. At first, we controlled the device using angle control method, according to the walking phase along to the mean data of able bodied people while walking. However, when the user stops walking suddenly or walk on outdoor various roads, the final gear was broken frequently. Because the gear was designed to break easily, to defend the motor from the inverse inputting overload torque. Then we developed a torque limiter mechanism in the final gear. This is a traction drive sandwiched a soft material plate between two circular disk. We carried out the experiment to measure the limit torques of eight kinds of the rubber material. In this paper, the results of the experiment were shown.</p>

    CiNii

  • EFFECT OF TOOTH PROFILE MODIFICATION ON TOOTH WEAR OF INVOLUTE SPUR GEAR

    NARAZAKI Jin, IKEJO Kiyotaka, NAGAMURA Kazuteru, TANAKA Eiichiro, SEYAMA Natsuhiko

    The Proceedings of the JSME international conference on motion and power transmissions   2017 ( 0 ) 5 - 5  2017年

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    <p>Wear on tooth surface of gears occurs while gear pair transmits a power and a rotation. The progression of the wear gradually degrade the performance for the change in the tooth profile. Especially, the edge contact provides a large wear to the tooth surface. A tooth profile modification is widely used to prevent the edge contact. However, there is few researches about the effect of tooth profile modification to the surface wear. In this study, we investigated the effect of tooth profile modification on the tooth wear of involute spur gear in the cyclic wear test with two types of gears. Furthermore, we developed a computer program to predict the amount of the wear on the tooth surface considering the edge contact for the spur gear. The method is based on two types of wear equations. One is Soda's theory under lubricated condition, and the other is derived from the ploughing wear model. We compered the calculated result with experimental data, and discussed the effect of the tooth profile modification on the tooth wear.</p>

    CiNii

  • 3304 学習サービス設計における知臓共有に向けた受給者の状態に関する概念記述(OS4-2 知識マネジメント・情報共有2,OS4 知識マネジメント・情報共有)

    村松 慶一, 木見田 康治, 石井 隆稔, 根本 裕太郎, 田中 英一郎, 綿貫 啓一, 松居 辰則, 下村 芳樹

    設計工学・システム部門講演会講演論文集   2015 ( 25 ) "3304 - 1"-"3304-6"  2015年09月

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    Recently, view point of service has been widespread. In learning domains, service providers have been required to adopt it and to provide values co-created by teachers and learners. The value co-creation takes place in joint sphere where providers and customers make interaction, and the value is subjectively perceived by receivers (learners in learning service). That is, a mental state of leaner is one of possible value in the co-creation. The current study aims to develop a conceptual framework which describes mental states of learners for specifying values in the co-creation. As a result, we proposed ontological descriptions of learning event which consists of a teacher, a learner, learning materials, and a learning action by the learner. In concrete terms, we proposed ontological descriptions for receiver states in a learning activity, on the basis of a conceptual model of value co-creation. The ontological descriptions are useful for sharing knowledge on values perceived by learners to design learning services.

    CiNii

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産業財産権

  • 膝関節補助装置

    田中 英一郎, 山本 祥貴, 大澤 一貴

    特許権

  • 動作補助作業着

    6527629

    田中 英一郎, 廖 允廷

    特許権

  • トルクリミッター

    田中 英一郎, 大澤 一貴

    特許権

  • 膝関節補助装置

    田中 英一郎, 山本 祥貴, 大澤 一貴

    特許権

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 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

    研究期間:

    2019年04月
    -
    2022年03月
     

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    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

    研究期間:

    2019年06月
    -
    2021年03月
     

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    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

    研究期間:

    2016年04月
    -
    2019年03月
     

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    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

  • 着衣内装着式人間動作補助機向け超小型駆動機構の最適諸元調査

    研究期間:

    2016年04月
    -
    2018年03月
     

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    人間動作補助機に使用可能な駆動部を実現するため,小型軽量安価を念頭に置き,波動歯車に限らず,ウォームギヤをはじめとする駆動部の構造および諸元について,人間に装着することを前提とした検討をした.まず,多条ウォーム+ヘリカルギヤの使用を提案し,負荷繰り返し試験よりヘリカルギヤにLT625を使用すると摩耗が低減することを確認した.また,ホビー用超小形サーボモータが小形軽量安価に適しているが,過負荷が入力されても連続使用するために歯車内に組み込むトルクリミッタを開発した.挟む樹脂板ごとの最大伝達トルクを確認し,NBRとPVCの負荷トルクごとの最大負荷繰り返し数を確認した

  • ニューロサイエンスに立脚した対麻痺歩行支援ロボットの開発

    研究期間:

    2012年04月
    -
    2015年03月
     

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    中枢神経系障害の回復を促進させる開発中のモビルスーツ型歩行支援ロボットの効果を検証した.本ロボットの軽量化と正常歩行パターンに沿った歩行プログラムを行った.本ロボットを用いることにより異常歩行が改善し,左右の脳活動のバランスも改善した.一方,万人に通用する正常歩行パターンが無い事が分かり,プリセットした正常歩行パターンをもとにリハスタッフが患者ごとに調整が出来るシステムの開発を行った.対麻痺患者を歩行させるには,歩行できない人を歩かせるという事から,まずは歩行が可能な片麻痺の歩行パターンの要素を取得した.今後,これを両側型に発展されることで対麻痺患者へ適用する

  • 足裏から下肢全体を支援する歩行補助機構の開発

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    近年,高齢者の人口が急速に増加している.高齢者は,一般に加齢に伴い筋力が低下するため,自力での歩行が可能であっても疲労しやすい.また,本人は普段通りに歩いているつもりでも,疲労するにしたがって歩行時の足の位置,角度などが変化していくため,わずかな段差であってもつまずきやすくなる.このような歩行機能低下時の転倒事故により,自信喪失および介護者を必要とする状態に陥るケースが多い.そこで本研究では,高齢者およびリハビリ患者の自立生活の支援を目指すため,足には固定せずに,膝関節や股関節だけでなく,足関節までを含めた下肢全体の歩行支援をする動的歩行補助機を開発した.18年度の時点では,直線方向の歩行のみ補助可能であったが,各種センサを活用しコンピュータの自立化を図ることで,様々な環境での歩行を可能とした,19年度における開発成果を以下に記す.1.足首のひねりをリンクの変形から検知し,左右の歩幅を調整することで方向転換を可能とした.2.本装置が平行リンクを用いた構造であることから,腰部背面に傾斜センサを取り付け,装着者の立っている地面の角度を検出し,装置の軌道を補正することで,傾斜面に応じた歩行が可能となった.3.健常者の階段昇降時の関節角度変化を計測し,装置装着者に応じた制御軌道を生成する手法を提案し,かつ,非接触距離センサを用いて段差との距離を計測することで軌道を補正し,腰きを防止した.4.SH4およびリチウムイオンバッテリーを装置に搭載し,自立化したことにより,行動範囲の制約を受けず,自由に移動可能となった.また,約1時間の連続稼動による屋外歩行を確認した

  • モビルスーツ型全身生活動作支援ロボットの製作と移動式ニューロリハビリ法の効果検証

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    上肢および下肢を補助可能な全身動作補助機開発した.本装置は歩行やADLを補助可能とする.本装置を用いた歩行時の脳活動を計測し,ニューロリハビリテーションの効果を検討した.その結果,トレッドミル上では装置に慣れてくると脳活動が低下するため,腕振りが重要であり,トレッドミル上よりも移動しながら訓練をすると脳活動が活性化することを確認した

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特定課題研究

  • 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年   Jyun-Rong Zhuang

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    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年   三宅丈雄

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    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年  

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    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年  

     概要を見る

    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年  

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    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.

 

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