情報処理学会 インタラクション 2017
IPSJ Interaction 2017

1-405-62
2017/3/2

モーショントラッキングによる手ぶれ可視化システム
鹿野雄輝†	  松下宗一郎†
概要：手の位置や姿勢を正確に制御する必要がある作業では，これを阻害する大きな要因の 1 つである手ぶれをどのようにして抑制するのかが問題となる．手ぶれの発生原因としては，緊張といった精神的要因や，重量物を把持することによる物理的負荷といったものが考えられるが，適切な姿勢や効果的なトレーニング方法を客観的な評価によって決定することは困難であった．そこで本研究では利用者の手首に装着する小型軽量なモーショントラッキングデバ
イスにより，手ぶれの状況を手首の姿勢角とともに分かりやすく可視化するシステムの検討を行った．

Hand Tremor Visualization System using a Motion Tracking Device
YUKI KANO†	  SOICHIRO MATSUSHITA†
Abstract: It is inevitable to control hand action tremor caused by both psychological and physical factors while performing
precision works. It is also said that the action tremors may be reduced by learning appropriate posture. We have investigated awrist-worn motion tracking device to clarify the relationships between the hand action tremor and the wrist attitude angle.

1. は じ め ににおいて，競技用のモデルガンを片手にて構えた際の手ぶれの度合いを客観的な数値にて評価している．また，手首	  人間が行う精密作業の多くは，運動自由度が高く，繊細位置における手ぶれは，主に前腕中心軸周りの回転角速度な位置や姿勢を意図的に決定することができる「手」によとして観測されるが，角速度の時間平均値は必ずしも手ぶって行われている．そのような中で，手には常に細かな振れの状況を正しく反映していない可能性が指摘されている．

動が生じており，写真撮影における手ぶれに代表されるよ	  以上のようなモーションセンサを用いた手ぶれ評価手法

うな，ほぼ完全な静止が必要となる状況での作業を阻害す

では，作業対象との位置関係や，作業時の身体姿勢といっる大きな要因となっている．このような，本来は望ましくた精密作業のより詳細な状況を知るためには，ビデオカメない運動としての手の震えは，細かな回路部品を取り付けラによる撮影記録等を併用する必要が生じることが多い．

るハンダ付けや，外科手術における手術鉗子の操作等におしかしながら，モーションデータにラベルづけを行うアノいて，結果に重大な影響を与える要素となっている．一般

テーションの作業では，センサの感度軸を意識しつつ，個々的には，これらの作業において震えを抑えるためには，での運動構成要素との関連づけを行う必要があり，事前に実きるだけ脇を締めるといった方法が知られている．しかし

験内容を詳細に決定した上でなければ有意な結果を得るこながら，この方法では手の自由な運動を大きく制約する場とは困難である．そこで本研究では，3 軸角速度信号の時合がある上，その効果は撮影された写真の出来映えといっ間積分によるモーショントラッキング計算にて姿勢角の変た作業結果により間接的に判断されることから，必ずしも化を計測すると同時に，手ぶれの状態を角加速度軌跡長ベストな手法として確立されたものとはなっていなかった．

AATL にて重畳表現する手法の検討を行うこととした．	  実際に姿勢が作業に影響をあたえることを客観的に評価した研究としては，ジェンガと呼ばれる一種の積み木ゲー

2. 手 首 装 着 型 モ ー シ ョ ン セ ン サ デ バ イ ス

ムに関する事例が報告されている[1]．ここでは，親指と人	  図 1 に 3 軸角速度センサ（1000dps），3 軸加速度セン28G, 1G = 9.8m/s ），16 ビットマイクロコントローラ，差し指に取り付けた加速度センサによる震えの計測を行っ

サ（ており，単に手を静止させる場合には，机上に肘をつくこ及び 2.4GHz ワイヤレス通信モジュールを搭載した手首装とで指の震えが抑制されるものの．不安定な積み木をつか着型デバイスと，その使用状況を示す．運動信号のサンプみ取る寸前では，かえって震えが増大していた．一方，手リング周波数は 100Hz であり，積み木作業やモデルガンを指の震えによる微かな運動が手首においても検出できるこ構えるといった準静的な動作をはじめ，外科手術におけるとを利用し，腕時計型の高感度な角速度センサによる手の手術鉗子の操作といったやや動的な作業状況に対応できる震え評価を行った事例が報告されている[2]．この研究では，速度とした．また，手首装着を行うためのベルトや充電式手首位置にて観測される角速度信号を用いて計算される角バッテリー等を含めたデバイスの総重量は約 60 グラムで加速度軌跡長（AATL：Angular Acceleration Trace Length）あり，成人男性用腕時計の約半分程度となっていることか† 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© 2017 Information Processing Society of Japan

ら，精密作業自体への影響は最小限度に留められている．

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図 1 手首装着型モーショントラッキングデバイス
Figure 1

Wrist-worn motion tracking device

図 3	  積み木作業における手ぶれの発生状況
Figure 3

Observation of hand tremor while placing a block

3. ジ ェ ン ガ ゲ ー ム に お け る 実 験	  本研究による手ぶれ評価手法の有効性を検証するため，ジェンガゲームに使用されるブロックを机上に置かれた別
図 2
Figure 2

円を描く運動における手ぶれの観測結果のブロックの上に積み上げる作業の観測を試みた．積み上

Observation of hand tremor while drawing circles

げを行うブロック面のサイズは約 25mm15mm であり，

図 1 に示す状況にて高さ約 75mm のブロックを 2 段積みと	  このデバイスでは，内部にて角速度信号を時間積分するするには，やや慎重な動作が必要となる．図 3 は被験者がことによるモーショントラッキング計算を行っており，セ1 つのブロックを指で保持して静止した状態から腕をゆっンサの各感度軸に沿った 3 つの単位ベクトル e1, e2, e3 によ

くりと下へと降ろし，ブロックを 2 段積みとするまでのり姿勢角を冗長表現している[3]．また，計測の冒頭に腕をAATL 並びに手首仰角 e1z の変化を示したものである．こ真っすぐ前方に伸ばして静止させた状態におけるセンサ軸

こでは，ブロックが下降し始めた直後と，机上に到達するを基準座標軸（X, Y, Z 軸）とし，単位ベクトル e1 の射影直前の 2 カ所に加え，実験開始後約 12 秒経過時点でやや大長 e1x, e1y, e1z にて手首が向かう方向を表記することとしきな手ぶれが発生していることが分かる．また，姿勢角のた．また，3 つの単位ベクトルの時間変化を 3D グラフィッ変化を同時に計測することで，作業のどの部分にて手ぶれクス画面に投影することで，別途ビデオカメラによる録画が大きくなったのかを分かりやすく表現することができた．

記録を行わなくとも，被験者が行っている運動を分かりや4. ま と めすく再現することができる．一方，3 軸角速度の計測値によって計算される AATL を，手ぶれの度合いを示す運動パラメータとして用い，軌跡長の積算時間を 0.1 秒とすることで，精密な手作業における動的な運動への対応を図っている．また，センサ雑音の影響を評価したところ，十分な信号対雑音比が確保されていることが確認されている．	  図 2 は右手首にデバイスを装着し，前方中央より徐々に半径の大きな円を描く動作を行った際の，姿勢角に対するAATL 値の変化を示したものである．ここでは合計 10 個の円を約 30 秒間にて，できる限り同じ回転速度にて描く運動に対し，手首の姿勢角に対する手ぶれの度合いを直感的に表現することができた．この結果からは，被験者の前方中央付近に小さな円を描く運動では，AATL の値は比較的低い値に留まっており，円の半径が大きくなると，被験者より左下の方向へと手首が向かっている状況にて，手ぶれの	  本研究ではモーショントラッキングと運動センサのデータを組み合わせることにより，運動を行う際の姿勢変化と手ぶれの関係の直感的な表現を試みた．その結果，ビデオカメラによる録画記録を行うことなく，手首の方向と手ぶれの度合いとの関係が分かりやすく可視化され，多様な作業内容に対する適用の可能性が示唆された．

参考文献
武村 康弘，板倉 直明，ジェンガゲームにおける手の動作と生理的指標との関連性について，電子情報通信学会技術研究
報告，Vol.108，No.282, pp.171-174，Oct. 2008[2] 伊藤聡，松下宗一郎，他，力みを検知する腕時計型角速度センサの検討，情報処理学会シンポジウム・インタラクション
2015, 発表番号 A47, March 2015
[3] 松下宗一郎，菅野谷知佳，甲斐美月、鹿野雄輝：手首装着型モーショントラッキング機器による精密作業評価，日本コンピュータ外科学会誌 Vol. 18, No. 4, pp.239-240, Nov. 2016
[1]

度合いが顕著に大きくなる様子が見て取れる．

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