情報処理学会 インタラクション 2016
IPSJ Interaction 2016

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2016/3/2

ふみふみうどどん~足ふみの強さを評価するヘッドホン型デバイス~
迫田	  翼†	  赤尾知洋†	  上坂竜平†	  伊藤和馬†	 
大塚雅志†	  新井直道†	  松下宗一郎†
うどん打ちにおける「足ふみ」のように，人間の運動によって生じる力の加減によって，結果の良し悪しに大きな差が出る作業がある．そこで本研究では，圧力センサや動画像処理による方法に代えて，作業者の頭頂部にヘッドホン型の運動センサを取り付けることで，足ふみにより生じる力の変化を観察するデバイスの検討を行った．その結果，３軸加速度の合成ベクトル長の変化を参照することで足ふみの強弱を推定できる可能性を見出した．

Fumi-Fumi-Udodon~ A Foot Pressure Sensor Using a Head-mounted Accelerometer ~TSUBASA SAKODA† TOMOHIRO AKAO† RYUHEI UESAKA†
KAZUMA ITO† MASASHI OTSUKA† NAOMICHI ARAI†SOICHIRO MATSUSHITA†
We investigated a head-mounted motion sensor to evaluate how strong the user is stepping on the floor. An empirical parameterusing the resultant vector length from the 3-dimensional acceleration signal at the top of the user's head showed a fairly strong
relationship with the foot pressure under the limitation of foot-stepping motion.

1. は じ め にの点から気軽に使用することができるとは言い難い．そこで本研究では，利用者の身体に装着した小型の運動センサ	  人間の運動において，力の入れ加減が結果に大きく影響によって水平面内での体重心が移動する様子をモニタリンする作業や行動が少なからず存在する．例えば，うどん打グすることができるという研究報告[1]に着目した．すなわ

ちや，やすりがけといった運動では，熟練者の運動を観察

ち，足ふみによる身体運動では，対象物に対する体重心位しただけでは容易には分からないような違いが大きな結果置の移動が起きていると考えられることから，身体の重心の差異となって現れることがある．そのような運動の中で，である腰位置と頭部の運動の間に相関が見つかる可能性が人間の体重を利用し，足ふみの要領にて対象物に力を作用あるものと思われる．そして，足ふみの強さをヘッドホンさせる作業では，手を使う場合に比べ大きな力を得やすく型デバイスにて推定することができれば，従来の手法に比なっている反面，知覚精度の問題から細かなコントロールべてより幅広い場面での応用が可能になると考えた．

が難しくなっていると考えられる．	  床面のような水平面に力をかける対象物を置き，これに対して足ふみを行う作業を客観的に分析する場合，一般的

2. 運 動 セ ン サ に よ る 足 ふ み 計 測 の 検 討には作業者の足裏や，床面上に圧力を計測するセンサを設	  身体に装着することのできる運動センサとしては，セン置し，作用している力を計測することが多い．しかしながサに作用する力から運動計測を行う加速度センサが，スマら，センサの設置方法やコストといった面で，問題が生じートフォンや腕時計型活動量計等への搭載により広く普及る場合が少なくない．例えば，靴の裏面に圧力センサを取している．そして，小型・高性能化や低価格化が進んだこり付けた場合には，足の踏み込み角度により圧力の計測結とで，いつでもどこでも手軽に使うことのできる運動セン果が大きく異なってくることが予想される．また，足裏へサとしての地位を確立しつつある．しかしながらその一方の感触にて力の入れ具合の微妙な調整を行っているようなで，瞬間的な衝撃に強く反応してしまうことや，重力に対作業では，対象物との間に計測のための機材が挟まってしする姿勢のわずかな変動により，計測される値が大きく変まうことは好ましくない．一方，床面反力計のように，作化してしまうことなどから，時間２回積分による移動距離業自体にはほとんど影響を与えることなく，足ふみの圧力の推定といった手法では，精密な運動計測への加速度センを計測することができる装置が知られているものの，設置サの適用は困難であることが知られている．そこで本研究におけるコストや，対象物が食品である場合の衛生環境等

では，身体の運動をその場での足ふみに限定することで，身体の様々な部位において計測された加速度データから足† 東京工科大学コンピュータサイエンス学部
School of Computer Science, Tokyo University of Technology© 2016 Information Processing Society of Japan

裏に生じた圧力の計測結果との照合を試みることとした．

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図 1	  ヘッドホン型加速度センサによる足ふみ計測
Figure 1

Foot stepping motion evaluationby using a head-mounted accelerometer	  図１は頭頂部に小型のワイヤレス運動センサ（３軸加速8G, 1G = 9.8m/s2，３軸角速度，100 サンプル毎秒）

図 2	  足ふみにおける圧力と頭部加速度合成値の変化を取りつけたヘッドホンを被験者が装着している様子を示

Figure 2 Changes in stepping force and resultant acceleration

度	 したものである．ここで，被験者の姿勢やセンサの取り付り付け角度により，３軸加速度センサの各軸にて計測される加速度の値が重力にて変動することから，加速度の評価パラメータとしては姿勢に対し依存性を持たない３次元の合成加速度ベクトル長を使用することとした．また，足裏への圧力を測定する装置としては，市販のテレビゲーム機向けにて市販されている体重計型のデバイス（任天堂，バランス Wii ボード）を水平な床面に設置し，運動信号と同時に足裏圧力（荷重）の計測を行った．実験では，①両足で体重計型デバイスの上に乗り，力の入れ具合を５段階で段々と強めながら両足での踏み込みを行う，②片足（左足）での足ふみを同様に５段階の力にて行う，③右足にて②と同じ動作を行う，といった手順にて計測を行った．その結果，図２に示すような圧力波形（上段）及び加速度波形（下段）が得られ，両者の波形変化がほぼ相似形となっていた．
これは，静止時には重力加速度=1G となっている合成加速

図 3	  足ふみにおける圧力と頭部加速度の相関関係度に対し，足ふみによって新たに加わった力に相当する部

Figure 3 Relationship between foot pressure and acceleration

分が 1G からのずれとなったためであると考えられる．	  図３は，実験において計測された圧力と加速度の組を散布図としてプロットしたものであり，両者の間には比例関

3. ま と め と 今 後 の 展 望係的な部分と，加速度が 1G 付近を中心に相関関係が崩れ	  本研究では，利用者の頭部に装着した小型の加速度センる部分とが存在していることが分かる．その一方で，足ふサにて計測した３軸加速度の合成ベクトル長の変化が，足み運動全体にわたって，加速度と圧力との間にはかなり強ふみ圧力の変化と強い相関を持つことが分かった．そこで，

い相関関係(R > 0.95）が維持されていることが分かった．

今後は足ふみの強さを用いた実用アプリケーションの検討

また，足ふみを行わない状態にて被験者が周囲を見回したを進め， 本手法の有効性を検証していきたいと考えている．

り，発声を行ったりした場合であっても，図３における値ばらつきの範囲内にデータがほぼ収まっていた．この結果，頭部での加速度測定により，うどん打ちといった実際的な場面において，踏み込みによる圧力の変化分をかなり高い精度にて推定できる可能性があることが分かった．

© 2016 Information Processing Society of Japan

参考文献[1] L. Chiari et al., Audio-Biofeedback for Balance Improvement: An
Accelerometry-Based System, IEEE Trans. Biomedical Eng., Vol. 52,
No.12, pp.2108-2111 (2005).

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