広島工業大学紀要研究編
第 42巻（2008）pp. 179-183

論文

センサグローブを用いた対話支援装置の開発
中 野 高 彰 ・西 本澄(平成19年10月31日受理)

Development of an Interactive Device Using Sensor Gloves

Takaaki NAKANO and Kiyoshi NISHIMOTO(Received Oct.31,2007)

Abstract
Even if the speech handicapped know human sign languages,it is impossible to communicate witha person who doesnʼ
t know them. Therefore, to assist the speech handicapped, we have developed
such a speech synthesis system as the texts can be provided by a pair of sensor gloves. The sensor
gloves have ten binary outputs which indicate whether each finger is bending or not,and that digitalcode can be converted to the Roman alphabet. Our design strategy has been accomplished by theH3048F, one of the cheapest microprocessors available.
In this paper we have examined the feasibility of the proposed device concerning such as input
speed, facility and portability.
Key Words: interactive device, sensor glove, speech handicapped, bend sensor, portability

がらの会話には不向きである。

１．序論

従来から情報機器への入力はタイプライタ，キーボード

声帯もしくは耳に障害があり，声を出せず，言葉によるが用いられ，訓練を積むことにより，ブラインドタッチで対話が困難な人を支援する，指の折り曲げと音声合成機能の入力も可能となり，また鍵盤楽器についても古くからのを組み合わせた対話支援装置の開発を行った。

歴史があり，両手の５指の機能を用いた種々の操作は人間

難聴者は，自らの発音の確認ができないため，発音が不の得意とするところである。

明瞭になる。対話する相手は基本的に健常者を想定していそこで本研究では５指の折り曲げを検出して文字入力をる。例えば、手話では難聴者が手話を習得しても，話す相行うグローブ型デバイス，さらに手の平にフィットする５手が手話を習得していなければ会話が成立しない。しか指の操作入力が簡単に行えるカップ型デバイスをし，この対話支援装置では，相手が手話を習得していなくた。ても対話を成立させることが可能となる。

らの入力も可能であり，歩行中のコミュニケーションも可

音声合成で言葉を出す機械として，ナムコのトーキング案し案した入力デバイスは装着できるので，歩行しなが能である。

１)

エイドシリーズがある 。この装置は、ひらがなのキーボー

本装置は，センサグローブから得られるアルファベット

ドで文字を入力すると、スピーカから音声で言葉を出力すに対応する信号をローマ字変換することで，日本語の全てる。入力方法が直感的で初心者にも扱いやすいが、サイズの言葉を出力できるようにし，それを音声合成で発声すがやや大きめであり、キーボード入力であるため、歩きなる。また，より日常会話を円滑に行えるように，ボタン１

広島工業大学大学院工学研究科機械システム工学専攻
広島工業大学工学部知能機械工学科179

中野高彰・西本 澄

つで頻繁に使う単語や文を発声させる「ショートカット」機能も搭載した。センサグローブを装着すると同時に周辺装置を携帯できるようにウエストポーチに入れ，スピーカはベルトにフックで取り付けられるように設計した。操作者用に装置には入力文字を確認するために液晶ディスプレイ(以後 LCD と記述)を搭載している。
一方，相手が画面を見ることはむずかしく聴覚障害者同士での利用は困難である。また，入力方法が手動であるため，手が使えない人や視覚障害のある人は入力を視覚で確認することができないので使用が困難となる。
本論文では，開発した対話支援装置の概要と，装置の性

Fig2.1 カップ型とグローブ型

能評価結果について報告する。
上下の金属(銅箔)部が接触しスイッチが ON になる。

２．対話支援装置

手の大きさや指の長さなどの違いによる個人差のため，

2.1 開発のコンセプト

センサの適正位置が変わってくるが，グローブ型では，セ開発のコンセプトは，手話とは関係なく，歩きながらでンサの位置を調整できるので使用者は入力操作が容易となも対話が可能な対話支援装置である。また，使用目的は，声る。また，中指，環指，小指の３指は深指屈筋腱が完全にが出せない障害の人に代わり「音声」を出すことと，聴力独立しておらず，曲げる指の組み合わせや角度によって入障害による発音の癖を，誰にでも聞き取れるように発音さ力が困難なる。また，指の腱に負担がかかるなどの異常がせることである。

生じる場合がある。

設計では、以下の機能を実現するために装置およびプロ
グラム設計を行った。
1)ローマ字入力を音声合成により発声する。
2)入力方法はパソコンのキーボードと類似した文字配置とする。
3)LCD に文字を表示でき，使用者が確認可能とする。この機能により誤入力の確認と，入力の訂正を行う。
4)LCD に表示されるローマ字を音声合成プログラムの実行により，カタカナに変換する。
5)多く使用する単語，文を事前に登録し，ボタン一つで発声させる。（ショートカットモード）

Fig2.2 折り曲げセンサ

6)ショートカットモードと通常入力を随時切り替え可能とする。

2) カップ型

7)スピーカはイヤホンジャック式とし，取替え可 能 と す

カップ型はプッシュスイッチを直接カップに埋め込む構る。

造により，センサの位置を容易に調整できないので個人専用となる。Fig2.3は，カップ型入力デバイスに実際に手を2.2 センサグローブ乗せて操作している図である。

センサグローブおよびカップは一指につき１つのセンサ

特徴は，一度自分用にセンサ配置を調整すると，グローを搭載した２つの入力デバイスで構成される。Fig2.1の左ブタイプより入力が簡単にできること，接触不良や誤接触側が操作性重視のカップ型入力デバイス(底面直径 120㎜，がないことである。また示指，中指でカップの突起部を挟高さ 140㎜，重量 94ℊ)で，右側がグローブ型の入力デバイ

むことにより片手での移動中の使用も可能である。いっぽス(市販の軍手，重量 80ℊ)である。

う，カップの型の場合，容積が大きくかさばること，人それぞれ指の長さが違うため，使用者が変わるとセンサの最1) グローブ型

適位置が異なり，スイッチを押し難いことなどが欠点であFig2.2はグローブ型デバイスに装着するために作製しる。

た折り曲げセンサで，図中の②のように指を折り曲げると180

センサグローブを用いた対話支援装置の開発

出力表示のためにポート５を６bit 使用した。
2.4 装着方法
Fig2.5に対話支援装置の装着例を示す。この例では，装置をウエストポーチに入れ，スピーカと入力デバイスはベルトに，LCD はウエストポーチに取り付けている。

Fig2.3 カップ型使用図

2.3 マイコン制御
対話支援装置の構成図を Fig2.4に示す。
制御用マイコンは日 立 H 8マ イ コ ン シ リ ー ズ の AKI-H
8/3048F を使用し，音声合成ボードは Scarab Corporationの AUDIO-98ZA を使用した。

Fig2.5 装置装着例

2.5 文字入力変換
入力デバイスのスイッチの入力パターンと対応する文字を Table2.1に示す。Fig2.7は，入力デバイスのセンサとTable2.1との対応番号を示す。Table2.1の配置は，Fig2.6の様なパソコンのキーボードの配置とほぼ同じになるように設計した。Table2.1の①などの数字は，その数字に対応した指のスイッチが on になったときの状態を表す。例えば，「y」を入力するときは，「⑥⑧⑨」の指を曲げる。また，表中で，「②③」のように２つ同時に押すのは，親指以外のスイッチが８個に対し，キーボードの文字は１行に 10文字あるので，不足する２つのイッチを補うための入力の組み合わせである。
Fig2.4 構成図

1) 文字入力
センサグローブからの入力はポート２を８bit とポート４を２bit 使用した。入力された信号に対応するアルファ
ベットのアスキーコードを配列に保存し，変換命令を行うと，配列内のデータをローマ字カタカナ変換し，カタカナのアスキーコードとして配列に上書きする。
Fig2.6 キーボード2) 音声合成
音声合成ボードには，８bit のカナ文字データと読み書き

なお，音声合成で「Space」を実行すると，短いまを置くを制御するための制 御 信 号 を マ イ コ ン か ら 送って い る。

ことができる。また，「BS(BackSpace)」で入力したローマ

データバスにポート３を８bit，アドレスバスにポート１を字の最後の文字を削除でき，「Enter」で強制的に文字入力２bit，ライトイネーブルとリードイネーブルにポート６をを終え音声合成を行い，「Repeat」で同じアルファベットを２bit，チップセレクトにポート８を１bit 使用した。さらに連続入力できるようにした。

ショートカットモード切替にポート４を１bit，LCD への181中野高彰・西本 澄
Table2.1 入力デバイスの入力位置と対応する文字①②③④②③⑤⑥
12345⑥qwert⑤asdfgzxcvb⑧⑨⑦⑧⑨⑩⑤⑥67890⑥yuiop⑤hjklEnternmSpaceBS
RepeatFig3.1 各入力デバイスによる入力時間の比較

バイル型電子辞書のキーボード，携帯電話の文字入力ボタン，鉛筆による手書きである。
実験結果を Fig3.1に示す。また，それぞれの入力デバイ
ス，入力方法による平入力時間と１文字あたりの平入力時間を Table3.1に示す。但し，この実験データは著者のものであり，多数の被験者による統計データではない。
今回，通常用いられる入力デバイスでの入力時間に対して約２倍の時間を要した。提案したカップ型とグローブ型

Fig2.7 スイッチの番号配置

では，カップ型の方が入力時間が短くなった。但し，カップ型，グローブ型ともに十分な練習を積めば大幅に入力時

３．対話支援装置の性能評価

間は短くなると3.1 電池の耐久時間えられる。また，電子辞書，キーボード，手書きは歩行中の使用は困難であるが，携帯電話は歩行中実験には未使用の乾電池を使用し，装置が正常動作しなでも使用可能で，携帯電話の入力時間は，停止時と移動時くなるまでの時間を計測する。なお，乾電池には９Ｖマン

でもあまり差は見られなかった。ただし，雑踏の中での使ガン乾電池（TOSHIBA マンガン乾電池 6F 22(UB)/9Ｖ）

用は危険であり，グローブ型あるいはカップ型の方が使用と９Ｖアルカリ乾電池（GP SUPER ALKALINE/9Ｖ）をに適している。

使用した。

４．センサグローブの他の利用法

その結果，アルカリ電池では，装置は約 65分間連続動作したが，マンガン電池ではアンプ等への所要電流を供給で4.1 電子楽器

きず，正常に動作しなかった。

Fig4.1は，指の組合せで、３オクターブ分の「ド〜シ」と１オクターブ分のフラットとシャープの音階を表現できる

3.2 入力デバイスの入力速度の性能評価「こんにちはす

この商品はおいくらですか装置である。
高過ぎま

指の怪我などのリハビリを楽しくすることなどに利用で払えません」という文字を，次に示す入力デバイスできる。

入力し，入力を終えるまでに要する時間を測定した。グ
ローブ型デバイス，カップ型入力デバイス以外の入力デバ
イスおよび入力方法は，ノートパソコンのキーボード，モ⑤⑥⑥⑤

Table3.1 入力速度の計測結果
キーボード
手書き
電子辞書
平 時間(s)
21
25
32
0.33
0.40
0.49
Sec/Type(s)
携帯電話
カップ型
グローブ型
平 時間(s)
33
69
83
0.52
1.1
1.3
Sec/Type(s)

⑤⑥
⑥⑤182

Table4.1 入力に対応する音階
①
②
③
中半音
ド
ミ
高音
ドレ
ミ
低音
ドレ
ミ
中音
ドレ
ミ
⑦
⑧
⑨
中半音
ソ
シ
高音
ソラ
シ
低音
ソラ
シ
中音
ソラ
シ

④
ファ
ファ
ファ
ファ
⑩
ド
ドド

センサグローブを用いた対話支援装置の開発

実際に通信機能を用いてパソコンに文字を表示させた図であり，文字を大きくすることにより，意思の疎通に有用である。
4.3 移動ロボットのコントローラ
電動車椅子や搬送機械の操縦のためのコントローラへの入力デバイスとして，ジョイスティックの代替品として利用できる。例えば，５本ある指で，ブレーキ・前進・後退・左右旋回などの指令を行うことができる。

５．結論
両手の指及び指の機能を有効に利用してアルファベット
Fig4.1 音楽演奏装置を入力するグローブ型，カップ型入力デバイスを案し，この装置は両手にグローブを装着することにより２種類ローマ字入力からカタカナ変換を行い，音声出力する対話の音を出力することも可能である。入力に対応する音階を支援装置を開発した。この装置を実際に使用し，評価した

Table4.1に示し，Fig4.2に演奏可能な音階の範囲の鍵盤結果，次のようなことが明らかとなった。

を示す。Table4.1の数字は Fig2.7に対応する。

1)装置総重量は約 950ℊであり，装置を装着しての歩行中の操作を簡単に行うことができた。
2)製作した入力デバイスの入力速度は，携帯電話の約 1/2の速度であった。
3)日常生活で頻繁に使う言葉を登録するショートカット
モードと直接入力するメインモードとの切り替えをスムーズに行うことができた。

Fig4.2 演奏可能な音階範囲

また，既存の入力デバイスと比較して次のような問題点
4.2 ワープロ入力がある。

今回の対話支援装置の応用の一つで，文字入力を寝たき

1)使用上の短所は，キーボード配置を覚えなければならりの人でもワープロ入力装置として利用できる。Fig4.3はず，手話を覚えるより簡単ではあるが，使いこなすまでに練習が必要である点。
2)既存の入力デバイスより入力速度が落ちる点。
これらの課題の解決に加え，さらにより使いやすい対話支援装置とするためには，グローブ型入力デバイスについて，セ ン サ の 構 造 や グ ローブ と の 装 着 方 法 な ど の 改 良，バッテリの耐久時間や充電方式など電源まわりの改良などが必要である。

参

文献

１）株式会社ナムコ 福祉事業
http://hustle-club.com/at/n-at hustle.html

Fig4.3 センサグローブによるパソコン画面への文字表示

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