情報処理学会 インタラクション 2020
IPSJ Interaction 2020

3B-24
2020/3/9

腕時計型運動センサによる所作評価システム~正しく紅茶を飲むために~
稲垣俊典†1	  梅本暖†1	  田代佳大†1	 
森下貴康†1	  金島諒†1	  吉田海†2	  松下宗一郎†1
概要： 利用者の手首に装着する腕時計型運動センサにて，作法の視点にて所作を評価するシステムの検討を行った．
3 軸加速度センサ及び 3 軸角速度センサを組み合わせるセンサフュージョンの手法により，重力に対する手首上面の傾斜角を推定するとともに，角速度の時間二階微分値である角加加速度（角躍度）の二乗時間積算値をもとにした運動のスムーズさを表す数値を計算している．このシステムでは，カメラといった外部機器を必要としないことや，腕時計型デバイスという実装形態から，日常生活の中でいつでもどこでも手軽に所作の評価が行えることが特徴である．ティーカップにて紅茶を飲む動作について実験を行ったところ，正しいとされている所作に対し，手首傾斜角の時間ゆらぎが小さくなるとともに，運動がよりスムーズに行なわれていることが分かった．

す角度，すなわち手首の傾斜角をリアルタイムにて推定す

1. は じ め にることができる．また，腕時計バンドを外した状態でのデ	  歴史的な経緯等により，古来飲料の飲み方については，バイスのサイズは約 45

それぞれに一定の礼儀や作法が存在していることが多い．

グラムと小型軽量であることから，利用者の自由な運動をこの中で，紅茶の飲み方では、ティーカップの取手をつまほとんど妨げることなく長時間使用することができる．

35

10mm であり，重量は約 30

むように持つことや，顎を上げずにカップを傾けて飲むことなどが，美しい飲み方の作法として知られている[1]．このような作法は生活環境の中で身についていくという側面を有している反面，少子高齢化や核家族化といった社会的な要因により，自然な伝承は困難となりつつある．このため，社交的なパーティといった，他人からの教示や指摘がいささか妥当ではない場面において，周囲の人々に良くな

図 1	  腕時計型運動センサデバイスと座標系定義

い印象を与えてしまう可能性がある．ここで，飲み方の作法は，所作の見た目を美しく見せることを目的としている
ため，動画カメラによる評価手法が考えられる．しかしながら，プライバシーの問題や設置の手間といった視点からは，いつでもどこでも手軽に評価を行うことは困難である．	  そこで本研究では利用者の手首に取り付けた腕時計型運動センサにより，手首の運動信号から飲料を飲む所作の正しさを定量評価する手法の検討を行った．

2. 腕 時 計 型 運 動 セ ン サ デ バ イ ス	  図 1 に本研究にて製作した腕時計型運動センサデバイ
スによるティーカップ所作運動分析の様子を示す．運動信号としては，3 軸加速度（速度（4G, 1G = 9.8m/s2）及び 3 軸角

図 2	  ティーカップを保持する手首の傾斜角変化

3. 正 し い 所 作 を 表 現 す る 運 動 パ ラ メ ー タ

1000dps, degree per second）を使用し，サンプリン	  ティーカップを用いる所作の評価では，動きの正しさとグ周波数 100Hz にてデバイスに内蔵されているマイクロ

いった主観的な評価と，運動センサによる計測信号との関SD メモリカードに連続最長 16 時間のデータ記録を行うこ

係性を調べる必要がある．また，飲料を飲む一連の行動は，とができる．ここで，腕時計型デバイスは被験者の利き手「ティーカップを持ち上げる」，「移動させる」，「傾けて飲側（図では右手）に装着しており，センサフュージョンの料を飲む」といった要素に分解することができる．

原理により，デバイス上のセンサ感度軸が重力に対してな	  図 2 は，カップの受け皿を約 30cm の距離にてテーブル†1	  東京工科大学コンピュータサイエンス学部†2	  東京工科大学大学院コンピュータサイエンス専攻© 2020 Information Processing Society of Japan上に 2 つ設置し，着席した被験者がティーカップを受け皿の間にて 10 回往復させた際の手首（z 軸）傾斜角の時間変894

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2020/3/9化を示したものである．ここで，Form1 ではティーカップいるケースが散見されている．そこで，運動のスムーズさの取手ではなく，カップ全体を上から掴んだ状態で移動を（AS）と，手首傾斜角変動幅の分布を調べたところ，図 4させており，Form4 は Form1 と同様な状態で意図的にややに示すように，「小さな手首の傾斜角変化」と，「スムーズラフにカップを扱った状態である．また，Form2 では，カな手の動き」とが両立できている運動パラメータの領域にップの取手に人差し指を入れた状態でカップを保持していて，トレーニングによる正しい所作のデータが分布しているのに対し，Form3 では，カップの取手をつまむ「正しい」た．ここで，カップの取手を指でつまむフォームは本来は方法での所作を行っている．ここでは，図 2 に示した結果不安定なものであり，これらの運動パラメータの改善が「正により，正しい所作においてはティーカップを保持する手しい」所作の習得につながることが期待される．

首の傾斜角の変化が小さくなっていることが分かった．	  一方で，指で取手をつまむ「正しい」フォームでは，カップをしっかりと支えることが難しくなることが予想される．そこで，手の震えや，ぎこちない動作に応答する運動
パ ラ メ ー タ と し て ， 回 転 運 動 の ス ム ー ズ さ （ AngularSmoothness : AS）を表現する数式の適用を試みることとした[2]．ここで AS は，時刻 t における角速度ベクトルの値をω (t)とし，サンプリング周期をΔt とする時，次の数式にて近似的に計算することができる：
AS = (T3 /Ω2)Σ|ω (t+Δt) - 2ω (t) + ω (t - Δt)|2 (Δt)-3（ただし，T はタスク時間，Ωは角速度の時間平均値）	  この式は，角躍度の二乗値を時間積算した値について，最終的な物理次元が無次元となるように(T3/Ω 2)の項を乗

図 3	  手首の傾斜角と変動幅の分布じた形となっており，数値が小さいほど運動のスムーズさが高いことに対応している．表 1 は，図における各所作に対する AS の値を計算した結果であるが，ティーカップの保持における姿勢の不安定性から，正しい所作に対応する
Form3 にてスムーズさが大きく低下していた．
表 1	  ティーカップを運ぶ所作における運動評価結果
1011)

所作

傾斜角(deg)

AS (

備考

Form1

65.0

5.2

3.0

上方から掴む

Form2

39.0

11.3

10.1

取手に指を入れる

Form3

66.2

3.6

16.4

取手を指でつまむ

Form4

70.3

7.7

4.6

ラフに掴む
図 4	  所作の美しさを特徴づける数値領域

4. ト レ ー ニ ン グ に よ る パ ラ メ ー タ の 変 化	  ティーカップにおける正しい所作では，手の姿勢が変動

5. ま と め と 今 後 の 展 望

しないことに加え，スムーズな運動がなされていることが	  利用者の手首に装着する腕時計型運動センサデバイスに同時に達成されていることが必要であるものと思われる．

より，ティーカップにて飲料を飲む所作の正しさ（美しさ）

そこで，被験者 4 人（20 歳代，男性）について，文献[1]を数値評価できる可能性が見出された．そこで，所作の状に記載された「正しい紅茶の飲み方」に沿ったトレーニン

況に関する情報を利用者にフィードバックすることにより，グを行った上で，運動パラメータを比較することとした．

いつでもどこでも手軽に「正しい所作」や作法のトレーニ実験では，実際にティーカップに飲料を適宜注いだ上で，ングが行えるシステムの実現を目指していきたい．

利き手（右手）にて一連の動作を行い，手首の傾斜角と，運動のスムーズさ（AS）の計算を行った．図 3 は手首の傾

参考文献

斜角とその変動幅を，所作の種別によりプロットしたもの[1]であるが，「正しい」所作では変動幅が一定数値以内に収まってることが見て取れる．しかしながら，一部の「正しくない」所作について，手首傾斜角の変動幅が小さくなって© 2020 Information Processing Society of Japan

https://www.designlearn.co.jp/tea．“知らないと恥をかくかも！
紅茶を飲む時の正しいマナー | 紅茶資格取得検定講座”[2] Hogan N. Sternad D.. Sensitivity of Smoothness Measures toMovement Duration, Amplitude, and Arrests. Journal of MotorBehavior. 41:6:529-534. 2009.

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