茨城大学重点研究「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」

茨城大学工学部附属ライフサポート科学教育研究センター
２０１２年度報告書

茨城大学重点研究「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
平成 24 年度報告書刊行にあたって
プロジェクト代表

増澤徹

平成 24 年は昨年度設立された茨城大学工学部附属ライフサポート科学教育研究センターの活動の一貫として、地域協創プロジェクト「nextX」（ネクストテン）に参加しました。
本プロジェクトは経済産業省関東経済産業局「工業品等に係るビジネスマッチング・商品開発支援事業」のもと、常陽銀行、常陽産業研究所、茨城大学が共同実施している事業です。いわき膝詰めミーティング、つくば、技術相談を行い、地域貢献活動を行いました。
プロジェクト推進活動としてはプロジェクト全体会議、「生命支援領域」、「生活支援領域」、「環境創出領域」各研究領域幹事による幹事会によりプロジェクト運営を行ってきました。
茨城大学から助成を受けている学術推進経費は、プロジェクト全体の底上げを図るための以下の若手研究育成、重点研究講演会の開催費用、報告書作成費用として有効利用させていただきました。
【平成 24 年度の若手研究題目】
１.「障がい者・高齢者のための移動支援システムの開発」、代表：森 善一
２.「環境・震災対応型自然流体エネルギー利用機器の開発研究」、代表：西 泰行
平成 25 年 1 月 30 日に茨城大学工学部附属ライフサポート科学教育研究センター講演会として、全置換型磁気浮上人工心臓を開発している豪国 BiVACOR 社の開発責任者 Daniel
Timms 氏に「全置換型磁気浮上人工心臓 BiVACOR の研究開発状況」として BiVACOR 社の人工心臓の仕組みとその研究開発状況について発表してもらいました。本人工心臓は2013 年 4 月から米国テキサス心臓研究所で動物実験が始まる世界でも最先端の人工心臓です。
平成 25 年 2 月 28 日には茨城大学重点研究「人の暮らしを豊かにするライフサポート科
学の創成」研究成果発表会において研究成果の公開をいたしました。また、招待講演として、徳島大学大学院ソシオテクノサイエンス研究部教授の福富純一郎先生に「マイクロ水
力発電用水車の特性と内部流れ」の講演をお願いいたしました。
平成 24 年度の研究業績は、原著論文 27 編、国際会議発表 10 件、学会発表 115 件、特許
出願 8 件、学会賞等受賞 12 件、著書 3 件、新聞報道等 3 件、競争的資金獲得 24 件でした。
今後とも参加メンバー一同、茨城大学重点研究としてライフサポート科学の更なる発展に貢献していきたいと存じます。

「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
プロジェクト参加教員
１）生命支援領域○心機能補助システムの研究開発
増澤徹（機械・教授）、田中伸厚（機械・教授）、松田健一（機械・准教授）、
木村孝之（電気・准教授）○バイオ MEMS による生命支援技術の開発
王東方（機械・准教授）○薄膜技術による生体材料表面処理技術の開発
尾関和秀（機械・准教授）、山内智（物質・准教授）、久保田俊夫（物質・教授）
２）生活支援領域○福祉機器・パワーアシストシステムの開発
近藤良（機械・教授）、清水年美（機械・准教授）、森善一（知能・准教授）、
井上康介（知能・講師）、福岡泰宏（知能・准教授）○テラヘルツ、レーザ計測、脳波解析等による生体計測技術の開発
辻龍介（メディア・教授）、住谷秀保（知能・助教）
３）環境創出領域○最適・快適環境創出のための計測制御技術・評価技術の開発
稲垣照美（機械・教授）、道辻洋平（機械・准教授）、湊淳（応用粒子線・教授）、
藤田昌史（都市・准教授）西泰行（機械・講師）

茨城大学重点研究とは．
．．
下記のように茨城大学重点研究認定制度実施要項の目的に定義されています。
「茨城大学は、研究推進方針において重視している、特色ある重点研究の育成と推進を目指して、優れた研究実績を有する研究グループが実施し、学術的及び社会的に卓越した研
究成果の創造を目指す研究プロジェクトを重点研究として認定する。
」

－目次－
１．研究報告１．「障がい者・高齢者のための移動支援システムの開発」 䚷 䚷 䚷 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻙 㻝 㻙（森 善一）

２．「環境・震災対応型自然流体エネルギー利用機器の開発研究」 㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻙㻌㻢㻌㻙（西 泰行）

３．関連発表資料等 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻙 㻝 㻟 㻙

２．プロジェクト業績
１．活動実績，講演会資料等 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻙 㻟 㻝 㻙

２．業績一覧

２．付録

㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻙㻠㻣㻙

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研究報告

茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
ライフサポート科学教育研究センター

障がい者・高齢者のための移動支援システムの開発
Development of Traveling Support Systems for the Disabled and the Elderly
森 善一*，近藤 良**，清水年美**，福岡泰宏*，井上康介*，住谷秀保**知能システム工学科，**機械工学科
Yoshikazu MORI, Ryo KONDO, Toshimi SHIMIZU, Yasuhiro FUKUOKA,
Kousuke INOUE and Hideyasu SUMIYA* Department of Intelligent Systems Engineering, **Department of Mechanical Engineering

1. 概要

1. 下肢障がい者のための移動支援システム
2. 高齢者用リズム歩行補助システム

本プロジェクトでは，ロボティクス・メカトロニクス技術と，代表者が経験した介護経験（介護福祉士登録済，登録：平成 22 年 4 月 14 日，登録番号：第 D-592103
号）を活かし，現在，超高齢社会にある我が国における高齢者・障がい者が，元気に生きがいを持って社会生活を送る，すなわち活社会を実現できるような身体的サ
ポートの実現を目標として掲げている．

本プロジェクトは，茨城大学中期計画重点研究推進項目の一つであるライフサポートサイエンス研究の推進として位置づけられる．本プロジェクトの成果により，障がい者や高齢者が元気に働けるようになれば，労働力は量的のみならず質的に変化するため，年金問題や少子問題等の社会問題は大きく改善されると考えられる．

2. はじめに3. 下肢障がい者のための移動支援システム

我々は，これまでに福祉機器に直接・間接的に関連する次のようなテーマについて，個々に研究開発を行ってきた．
1. 空気圧アクチュエータを用いた高齢者用リズム歩行
補助システム（森）2. マニュアル制御に基づく装着型脚支援システム（近藤）
3. 重力環境下における二関節筋ロボットアームの挙動解析（清水）
4. 空気圧アクチュエータを用いた不整地４足走行ロボットの実現（福岡）
5. 可変剛性を考慮したヘビのシミュレーションモデル
の開発（井上）6. 予防概念と安定歩行指標に基づく簡易自己体力
評価システム（住谷）本プロジェクトではメンバー全員で上記テーマを複合的視野から再検討し，融合的に発展させることにより，高度知能化技術の導入と複合能力を有する実器開発を目指す予定である．具体的には，次の３テーマの実現を目指す．
1. 下肢障がい者のための移動支援システム
2. 高齢者用リズム歩行補助システム
3. 上肢障がい者のための生活支援システム
本年度は，以下の２つのテーマについて検討をおこ
なった．

-1-

3.1 はじめに脊髄損傷や脳梗塞による下半身麻痺のために下肢に障がいを持つ患者の移動手段として主に車椅子が利用されている．しかし，これらの移動手段は不整備な地面の移動や階段の昇降などの動作は困難であり，行動可能範囲が健常者に比べて大きく制限されてしまう．
このような下肢麻痺者に対して，脚部にアクチュエー
タによる動作支援を行うことで健常者と同様の運動を実現し，歩行による移動範囲の拡大や様々な日常動作を補助することが考えられる．近藤研究室では，半身麻痺者に装着し歩行を支援する装着型脚支援システム(Fig．
1)の研究を行っている 1)．これは，麻痺している片方の脚にアクチュエータを有する駆動機構を装着し，レバーによってマニュアル操作を行うことで脚を動かし，歩行を支援するシステムである．
さらに，上半身が健常で両脚が麻痺した人への支援
として，この装着型脚支援システムの両脚装着を構想している．しかし，両下肢麻痺者の場合には，脚の傾きや接地状況が知覚できないため，立位姿勢の維持，歩行に関して片麻痺に比して多大の困難が予想される．そこで，装着型脚支援システムに立位姿勢維持のための立位安定化技術を確立する必要がある.
文献 2) では上半身の感覚のみで操作レバーを操作して，ある程度の安定化ができたが，十分な安定度を得ることはできなかった．一般に，床反力中心またはZMP(Zero Moment Point)の位置が足裏の接地面内に収まっていることが転倒せずに立位を維持することがで茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
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Fig.3 The setup of the experiments

Fig.1 Wearable Leg- Support System

動ごかせるようにし，実験者の意思で上半身を前後させバランスをとることが可能である．試験システムの ZMP と実験者の上半身の姿勢を把握するために足部底面と搭乗部にロードセルを設置した．

3.3 足裏感覚の視覚提示

Fig.2 Test bench
きる条件である．矢状面方向のみで考えた場合，つま先から踵の間に ZMP があれば立位の維持が可能で，つま先側付近，もしくは踵側付近にあるほど不安定といえる．そこで，ZMP がつま先側もしくは踵側に寄り過ぎないように，ZMP の位置を視覚や触覚で装着者に提示する手法を提案し有効性を実験で検証した．

3.2 立位安定化試験システム
実験に使用する立位安定化試験システムについて述べる．簡単のために矢状面のみの運動に限定し，膝関節が固定され，腰部および足首部のみに駆動関節がある場合の安定化を考える．立位安定化試験システ
ムのモデル図を Fig.2 に示す．健常者である実験者が脚の感覚に頼らないようにするために，試験システムでは人工の脚と本人の脚が独立に動くように，足を浮かせた形で搭乗部に跨るようになっている．また，腰部及び足首部はそれぞれアクチュエータで駆動させる．そのアクチュエータを肩上部に装着する操作レバーにより操作し前後の動作を制御する．実験者の上半身は自由に

足裏感覚の視覚提示が立位姿勢の安定化に有効であるかを検証する実験を行った. 実験の様子を Fig.3 に示す．搭乗者前方のディスプレイに ZMP を表示すること
で足裏感覚の視覚提示を行う．試験システムの脚部に外乱を与え，レバー操作のみで ZMP を 11～13[cm]の領域に素早く戻せるかを検証した．何も負荷を受けず
直立姿勢に近い状態の ZMP が 12[cm]であるため 11～
13[cm]を目標値とした．脚部に取り付けたロープの先に滑車と台を取り付け, 台に錘を載せることで一定の外乱を与える．外乱に使用する錘を 8[kg]とした．なお実験は試験システムの操作に熟練した被験者で行った．何も状態提示しない場合の実験結果を Fig.4 に，ZMP の視覚提示をした場合の結果を Fig.5 に示す．グラフ上の27.2[cm]のラインはつま先を，0[cm]のラインは踵を表す．
状態提示しない場合は 5 秒後に，視覚提示する場合は6 秒後に外乱を与えた．なお被験者には錘を載せるタイ
ミングは伝えていない．状態提示しない場合(Fig.4)ではZMP が 11～13[cm]の領域よりも踵側に維持される結果となった．被験者はレバー操作を行い，安定な立位姿
勢を保持しているつもりでも，ZMP は踵側にあり，被験者のイメージよりも不安定状態を維持している．一方，視覚提示する場合(Fig.5)では ZMP を 11～13[cm]の領域に安定させることができた．負荷を受けて ZMP が踵側に移動し始めてから ZMP を 11～13[cm]の領域に安定化させるまでの時間，つまり，レバー操作で姿勢を変えて安定した立位姿勢に戻すまでにかかった時間は
1.7 秒であった．以上の結果より足裏感覚のひとつである ZMP の感覚提示が立位姿勢の安定化に有効であるという結果を得た．

3.4 足裏感覚の手触覚提示
本研究の最終目標は脚支援システムを装着した状態-2-

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立位姿勢に戻すまでにかかった時間は 1.8 秒であり，視覚提示を行った場合と同じ程度に短時間での安定化が可能であった．

3.5 まとめと今後の課題
視覚提示と触覚提示の両方で安定度の向上が見られた．しかし視覚提示，触覚提示ともに操作時に同時に注意する項目が多く操作には熟練が必要であることがわかった．人間の感覚に頼る手法では操作の際に同時に注意する点が多く，操作が非常に難しい．そこで，今後の方針としては，自動安定化制御として上半身の姿勢情報を用いた ZMP 制御の検討を進めていく．

Fig.4 Result without ZMP visual information

4. 高齢者用リズム歩行補助システム

Fig.5 Result with ZMP visual information

Fig.6 Method of tactual information

Fig.7 Result with ZMP and tactual information
で安定した姿勢を保つ技術の開発である．視覚提示にはディスプレイを使用したが，戸外での実用化を考える
ときにディスプレイの設置は難しい．そこで次のステップとして戸外での実用化も考慮した専用デバイスによる手
触覚提示手法を提案した．専用デバイス(Fig.6)の内部には 5 つのソレノイド・プランジャが直線状に配置されており ZMP の位置により振動するプランジャを変えること
で，ZMP の位置とプランジャの位置を対応させて提示を行う．比較を行うために視覚提示の場合と同じ滑車を使用して外乱を与える実験を同じ被験者で行った．ZMP
を手の触覚で提示した場合の実験結果を Fig.7 に示す．
負荷を受けてからレバー操作で姿勢を変えて安定した-3-

4.1 はじめに平成 24 年度版の高齢社会白書による我が国には 65
歳以上の高齢者が 2,975 万人存在し，その数は日本の総人口の 23.3％を占めており，高齢によって自力で歩行が困難になる人々が増加することが予想される 3)．歩行困難となる主な原因としては筋力の低下や脳血管障
害などの病気による原因が考えられる．さらに，少子化に伴い若い介護者や医療従事者が減っている．そのため，日常生活や介護や医療の現場でのロボット技術による支援装置が注目されている．また，これらの装置は，高い安全性と人との協調性と装置の柔軟性が求められている．
このような背景の下，近年，多くの大学や企業で福祉や生活補助のために装着型のシステムが開発されている．三宅らは患者と仮想的な二足歩行ロボットが足音を交換することで歩行リズムを相互に引き込み会う協調歩行システム Walk-Mate4)を開発しており，HONDA からは
歩行時に股関節角度センサの情報を元に協調制御を行い，モータによる最適なアシストを行うリズム歩行アシストが開発されている 5)．また，小山らは人の歩行に合わせてアクチュエータが膝の伸展動作を補助する歩行支援システムを開発している 6)．いずれの研究も先駆的な研究ではあるが，大きさ，重さ，逆起電力の発生，ギヤ仕様の問題，法律，空圧源などの問題により実用化するためには多くの問題が残されている．
そこで，本研究では人のリズム歩行補助を目的として，空気圧を駆動源とし，空気アクチュエータの特長である
小型，軽量，柔軟，安全性の高さなどを生かし，人に安全な装着型の歩行補助システムを提案する．そこで本研究では高齢者の歩行速度を向上させるために，小刻
みに素早くリズム歩行運動を実現するシステムを提案する．
4.2 リズム歩行補助システム
本研究の対象は歩行速度が低下した高齢者である．
高齢者の歩行動作の特徴として下記の症状がある．すなわち，歩行速度の低下，歩幅(一歩の長さ)の減少，

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FlexiForce(Tekscan 製,測定範<=110N)の圧力センサをテープで固定した．圧力センサは踵底部，第一中足骨
骨頭部，第五中足骨骨頭部に配置した．実際接地センサを使用する場合は，接地センサはステンレス中敷を靴の底に敷いてから，左側の鉄板入り中敷を重ねて使用する．
その他，基礎実験の段階ではコンプレッサにより，圧縮空気をマッキベンアクチュエータに供給する．

4.3 歩行補助システムの性能評価実験

Fig.8 Rhythm Walking Assist System
歩調(一定時間内の歩数)の減少，支持時間(足が床について体を支える時間)の増大，両足支持時間(脚が体を支えている時間)の増大，下肢角度範囲(歩行中に下肢関節が運動した角度)の減少，下肢関節トルク(歩行中に下肢関節が発生した力)の減少等である．これらは，歩行動作の変化の原因として脚の筋機能の変化，姿勢保持能力の低下，柔軟性の低下等が原因とされている．
高齢者の歩行能力を知る基準に歩行速度がある．歩
行速度が速ければ速いほど運動能力が高いと言えるが，年齢を重ねるに伴って歩行速度は低下していく．それに対し，道用らは，高齢者では歩幅より歩調を速くする
ことで歩行速度が向上し，歩行能力が改善する可能性が高いことを指摘している 7)．
本システムは，イヤフォンと動力発生ユニット,接地センサから構成されている．Fig.8 に本研究で試作したシステムの外観を示す．イヤフォンは使用者に妥当な歩行リズムを提示する．接地センサは左右の脚の遊脚時と立脚時を判定し，動力発生ユニットによって脚を振る
タイミングを指示する．
動力発生ユニットにはマッキベンアクチュエータを使用する．その理由は，モータでは，軽量化のために小型のものを使用すると減速比が大きくなるため，応答性が抑えられ，タイミングよく歩行動作を提示することが難しくなるのに対してマッキベンアクチュエータは，小型・軽量で，柔軟性に富み，安全性が高いという特長を持
つからである．本研究では，自作したマッキベンアクチ
ュエータを使用した．計測した結果，自作マッキベンの
0.6[MPa]での最大出力は約 48[kg]であった．動力発生
ユニットのジョイント部と膝の角度はポテンショメータで測定する．また，その角度データから歩行周期，歩幅，
歩行速度，歩調などを計測している．
接地センサについては靴の中に圧力センサを取り付けることにより使用者の 1 歩行周期(1 側の足の踵がついてから，またその足の踵がつくまでのこと)を検出する．
接地センサは，ステンレス版を切り出した靴の中敷きに健常者(A,B,C,D,E,F の 20 代男性 6 名)が 2 人ずつ，
(a)音のみ,(b)マッキベンによる動力補助のみ，(c)音とマッキベンによる動力補助(以後，マルチモーダルとする)による引き込み歩行実験を計 6 人で行った．ただし，(a)は A,B,(b)は C,D，(c)は E,F の実験を担当し，他の実験を行わないようにし，このシステムを一度も使ったことの無い人のみで実験を行った．そして，この実験によって使用者の歩調を多くし，速度を向上させることができるか調べた．実験方法は 3 ステップある．はじめに，
5.5[m]の道幅を歩き使用者の歩調や歩行速度をあらか
じめ 5 回計測する．次に，本システムを装着した状態でトレッドミル上を 30[s]間歩行し，その後 30[s]間計測した(歩行周期)-0.18[s]を目標として使用者に音や動力補助などの引き込みを行った．ただし，マルチモーダル実
験のみマッキベンが動作する 0.1[s]先に音による歩行指示を行った．この時，トレッドミルの速度は（はじめの実験時に計測した速さ）×1.02 倍に設定する．そして，音やマッキベンによる動力補助による感覚入力が行われている時は，実験者はできるだけ音や動力補助に動作が合うように歩行することを心がける．さらに，トレッドミ
ル上の訓練が終了した直後に 5.5m の距離を歩行し，歩調や歩行速度を計測する．最後に，トレッドミルからの実験後，約 1 日後に，再び 5.5m の距離を歩行し，歩調や歩行速度を計測し実験の効果があるか検証した．
そして，本システムを用いた実験を 2 日間行い，3 日目
は 5.5m の距離を歩行し，歩幅や歩行速度を計測する
実験だけを行った．
実験前と実験 3 日目の歩調と歩行速度に関する結果
を Fig.9 に示し，実験前と実験後(2,3 日目)の歩調,歩幅,
歩行速度に関する結果を図 3 に示す．図 2 を見ると,全ての人が歩調,歩行速度が実験を行う前よりも増加した．
また，Fig.10 より，歩調を一番高めることが出来たのは音のみの実験であった．しかしながら，音のみとマルチモーダルでは，歩幅および歩行速度が同程度の増加率であった．そこで実験方法によって歩幅，歩行速度，
歩幅が変化するか解析した．その結果，歩調増加率に関して有意差は見られなかった(F(2,3)=3.23,p>0.05)．
歩幅増加率に関しては有意差なし(F(2,3)=2.8,p>0.05)
であり，歩行速度増加率に関しては有意であることが分かった(F(2,3)=16.6,p<0.05)．このような結果になった原
因としては，マルチモーダルの最適なパラメータ(歩行-4-茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
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歩調[steps/min]

5. おわりに
本報告では，我々のこれまでの活動内容，特に障がい者と高齢者に注目した移動支援システムとして，「下肢障がい者のための移動支援システム」および「高齢者用リズム歩行補助システム」について，それらの内容を示した．
今後も，活社会の実現に向け，研究活動を積極的に進めていく予定である．

歩行速度[km/h]【参考文献】
１) 秋山陽祐 他 5 名:マニュアル制御に基づく脚支援システム Manipuleg の開発, ROBOMEC 2008
予稿集，2P1-E14（2008）２) 青木悠介 他:立位安定化試験システムの開発，
日本機械学会関東支部第 18 期総会講演会講演
論文集(2012)，647-648（2012）３) 内閣府:平成 24 年度高齢社会白書，http://www8.
Cao.go.jp/kourei/whitepaper/w-2012/goiyou/s1_1_1.html（2012）４) 石 澤 一 紀 , 和 田 義 明 et al ： 共 創 的 介 助 シ ス ム
Walk-Mate の片麻痺歩行者への適用，第 21 回自立分散システムシンポジウム, 117-118（2009）５) 安原謙，島田圭 他:リズム歩行アシスト，Honda
R&D technical review21(2)，54-62（2009）６) 小山紀：空気圧歩行支援システムの開発, 福祉工学シンポジウム講演論文集 2005，147-150，（2005）
７) 道用亘,小坂井留美 他：歩行速度増加に伴う，歩幅，ピッチおよび下肢関節運動の変化，第 18 回日
本バイオメカニクス学会（2004）

Fig.9 Results of the step and the walking velocity

実験前と実験後(2,3日目)の
歩調,歩幅,歩行速度の増加率 [%](平均値±標準偏差)音のみ

18

動力発生ユニット
マルチモーダル

13

8

3

-2

歩調[steps/min]

歩幅 [m]

歩行速度[km/h]

Fig.10 The increasing ratios of the step, the stride
and the walking velocity
周期短縮時間，マッキベン動作時間と音がなる時間差など)を探りきれていないことと，実験サンプルが足りな
いこと，被験者と高齢者との年齢差が大きいことなどが考えられる．
被験者からは，音のみとマルチモーダル引き込み歩
行実験について，「（通常歩行時でも）実験時のリズムが残っていた」，「歩くペースが上がった気がする」と言った感想があった．

4.4 まとめと今後の課題
本研究では歩行速度が低下した高齢者を対象とし，歩調を速めることにより彼らの歩行能力を向上させる新しいシステムを提案した．本システムは，イヤフォン，マッキベンアクチュエータを用いた動力発生ユニットおよび接地センサから構成されている．
実験結果から，音だけや動力発生ユニットやマルチモーダルによる歩行指示によって，統計学的に歩行速度のみ，有意に増加させることができた．
今後，被験者をより増やし，マルチモーダル引き込み
歩行の有効性を高めるパラメータ(歩行周期短縮時間
や，マッキベン動作時間と音がなる時間差など)を探索していく予定である．

-5-茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
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環境・震災対応型自然流体エネルギー利用機器の開発研究
Research and Development of the Natural Energy Apparatus of Type Corresponding to Environment
and an Earthquake Disaster西 泰行, 稲垣照美
茨城大学工学部, 茨城大学工学部
Yasuyuki NISHI, Terumi INAGAKI
College of Engineering, Ibaraki University, College of Engineering, Ibaraki University

1.概要
近年，地球温暖化や化石燃料の枯渇，さらには原発事故を背景として，太陽光，風力，小水力，バイオマスなどの自然エネルギーの有効利用が期待されている．
しかしながら，自然エネルギーの多くは，比較的小規模で地域性が強いため，周辺環境に配慮しつつ，その仕様や用途に応じた機器の開発が望まれている．
本プロジェクトでは，震災などの緊急時にもエネルギ
ーステーションとして対応可能な環境志向の開水路用
水車や小型風車を新たに提案し，開放型回流水槽や大型風洞を用いた実験および数値解析により，その設計指針を確立することを目的としている．ここでは，本プ
ロジェクトにおいて先行して研究を推進してきた下掛け式クロスフロー水車について，その性能と内部流れを実験および数値解析により調査した結果を報告する．

2.はじめに水力エネルギーを利用して発電を行う水車は，管路用水車(1)と開水路用水車(2)に分類される．
管路用水車は主としてダム等を用いて得られる大きな落差を利用した大規模集中型発電に使用されている．
しかし，建設適地の減少や生態系への影響が懸念され，新たな建設は困難な状況にある．
一方，開水路用水車は主として河川や用水路等の小さな落差を利用した小規模分散型発電に使用されている．開水路用水車は付帯設備がほとんど不要で開水路へ直接設置できるため，環境への負荷が少なく保守性に優れている．その反面，これまで動力用が主体であったため，水車効率や回転速度が低いなど，設計指針は未だ確立されていない．
著者らは超低落差に適した開水路用水車の開発を目指し，管路用水車として中低落差に使用されているク
ロスフロー水車(3)(4)に着目し，ケーシング等を排除して大幅な簡素化を図り，下掛け式水車として開水路への適用を試みた(5)．この開水路に設置したクロスフロー水車（以下，下掛け式クロスフロー水車）の流量一定下に-6-おける水車性能を実験的に示すとともに，最高効率回
転速度域の内部流れを CFD（数値流体力学）解析により明らかにした(6)．しかしながら，本水車はケーシングが無く自由表面を有するため，回転速度の変化とともに内部流れも大きく変化すると考えられる．
そこで本研究では，下掛け式クロスフロー水車の広範囲の回転速度域の内部流れを実験および CFD 解析
により調査し，性能と内部流れの関係性を明らかにした．

3.記号
B：水路幅 mb：羽根車幅 m
D：羽根車直径 m
g：重力加速度 m/s2
H：有効落差 m  h 3  v 32 2 g  h 4  v 42 2 g
h：水深 mhs：衝突損失 m
n：回転速度 min-1
P：出力 W  2nT 60
Q：流量 m3/s
T：トルク N・m
u：羽根車周速度 m/s
VF：水の体積分率v：絶対速度 m/s
w：相対速度 m/s
Z：羽根枚数 枚
α：絶対流れ角 °β：相対流れ角 °βb：羽根角度 °γ：羽根車と側壁との隙間 m
δ：羽根車と底との隙間 m
η：水車効率  P gQH
θ：周方向位置 °ρ：水の密度 kg/m3
ζ：衝突損失係数
添字
1, 2：羽根車外径，羽根車内径茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
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3, 4：上流，下流
r, u：半径方向成分，周方向成分

4.実験装置および方法
本研究で用いた下掛け式クロスフロー水車の羽根車の概略を図 1 に，その諸元を表 1 に示す．本羽根車
は羽根車外径 D1 が 180mm，羽根車幅 b が 240mm，側壁との隙間 γ が 5mm，底との隙間 δ が 5mm である．その他の羽根車諸元は，代表的な管路用クロスフロー水車の羽根車(4)を参考にして決定した．座標系の定義は
羽根車中心を原点とし，水平方向を X 軸，鉛直方向をY 軸とした．周方向位置 θ は X 軸の負の方向を θ=0°とし，反時計方向を正とした．
実験装置の概略を図 2 に示す．本実験装置は開水
路 を 模 擬 し た 開 放 型 回流 水 槽 で あ る ． 実 験 は 流 量（Q=0.003m3/s）一定の条件下で行い，流量 Q は電磁流量計により測定した．水車の負荷は負荷器によって変化させ，回転速度 n およびトルク T をそれぞれ電磁ピッ
クアップおよびトルク検出器により測定し，出力 P を求めた．上流水深 h3 および下流水深 h4 は，羽根車中心からそれぞれ上流および下流に 2D1 離れた位置において，水位計により水路幅（B=0.25m）の中央および壁面近傍の 2 点を測定し求めた．また，上流流速 v3 および下流
流速 v4 は，測定した上流水深 h3 および下流水深 h4 と流量 Q を用いて求めた．
羽根車周りの流れの可視化には，光源として 100mWの半導体励起レーザーシートを用い，図 2 に示すように羽根車の下方から羽根車幅中央断面を照明した．レー
ザーシートの厚さは約 1mm である．撮影装置として
1920×1080 ピクセルのデジタルカメラを使用し，照明した羽根車幅中央断面の直角方向から撮影速度 60 コマ/秒で撮影した．
(5)(6)

格子数は計算負荷を抑えるため，羽根車領域で約 46.2
万要素，外部領域で約 42 万要素としており，総格子数
は約 88.2 万要素である．境界条件として，入口境界に質量流量，出口境界に自由流出（空気相の相対圧力0Pa），羽根車領域に回転速度を与えた．また，計算領
域上面は自由に空気が出入りできるように大気開放とし，その他の壁面は non-slip 条件とした．回転領域と静止領域の境界は，Transient Rotor-Stator の手法により接合した．タイムステップは 180 ステップで羽根車が 1 回転となるように設定し，流れの変動がほぼ一定になるまで計算を実施した．

Section A-A

Fig.1 Test runnerTab.1 Specifications of runner
Outer Diameter: D1
Inner Diameter: D2
Inlet Angle: βb1
Outlet Angle: βb2
Runner Width: b
Side Clearance: γ
Bottom Clearance: δ
Number of Blade: Z

180 mm
120 mm
30°
90°
240 mm
5 mm
5 mm
24

5.CFD 解析方法および条件
CFD 解 析 に は ， 汎 用 熱 流 体 解 析 コ ー ド ANSYS
CFX13.0 を使用し，三次元非定常流れ解析を行った(6)．
作動流体は水および空気である．自由表面を伴う流れ場の解析を行うため，混相流モデルはオイラー・オイラ
ーモデルの均一モデルを使用した．基礎方程式は質量保存方程式，運動量保存方程式および体積保存方
程式である．また，乱流モデルには標準 k-ε モデルを用
い，壁面近傍には標準壁関数を用いた．
計算領域全体を図 3 に示す．計算領域は大きく分けて羽根車領域とその外部領域から構成されている．外部領域である上流および下流水路は，羽根車中心からそれぞれ 9D1 および 10D1 の長さを取っている．羽根車
中心から上流および下流にそれぞれ 2D1 離れた位置に検査面を設けており，これらの検査面において実験と同様に水深および水の流速をモニタリングしている．計算

Fig.2 Experimental apparatus-7-茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
ライフサポート科学教育研究センター

OutletRunnerOpening
Flow

1440

Inlet
360
360
360
250

1260
410

Fig.3 Computational domain

Fig.4 Performance curves

6.実験および解析結果と考察
6.1 水車性能および流れ場の比較
実験値および CFD 計算値の水車性能の比較を図 4に示す．トルク T をみると，CFD 計算値は回転速度 n の増加に伴い実験値との差異がやや大きくなっているものの，両者は定性的には一致している．羽根車を取り付けていない状態の空転トルクを手回しで簡易的に測定した結果，その値は CFD 計算値と実験値のトルク差におよそ一致した．したがって，CFD 計算値の T が実験値より全体的に高い値を示しているのは，混相流モデ
ルなどの影響もあると思われるが，主として本実験において機械摩擦損失によるトルク減少分を考慮していな
いことが大きいと考えられる．
一方，出力 P については実験値と CFD 計算値の最高出力における回転速度が一致していない．これは，本実験では水車の出力に対して機械摩擦損失が大きく，その影響で実験値の P のピークが低回転速度側にシフトしているためと推察される．
羽根車周辺の流れ場について，各回転速度における実験による可視化結果を図 5(a)～(d)に，CFD 計算
による速度ベクトルを図 6(a)～(d)に示す．ただし，
速度ベクトルは羽根車内では相対速度，羽根車外では絶対速度で表示している．図 5(a)～(d)および図6(a)～(d)より，回転速度の増加に伴い羽根車の上流側の水深が浅くなり，下流側の水深が深くなる傾向
は実験結果と CFD 計算結果で一致している．
以上より，本水車の性能と流れ場の定性的傾向は，
本解析によりある程度捉えられていると判断できる．
6.2 内部流れと衝突損失
本研究で用いた下掛け式クロスフロー水車は管路用
クロスフロー水車(3)(4)と異なり，羽根車を覆うケーシング
や羽根車入口のノズルが無いため，前節に示したように
回転速度の変化とともに水と空気の界面が変化し，羽根車の入口および出口領域が大きく変化する．一般的-8-にクロスフロー羽根車の内部流れは二次元的であることから，ここでは羽根車幅中央断面内の流れ場に着目し，以下に検討する．
まず，水と空気の界面を同定するため，羽根車外周
および内周における水の体積分率 VF1 および VF2 の時間平均値をそれぞれ図 7(a)，(b)に示す．ここで，VF=1
は水，VF=0 は空気であり，VF=0.5 は水と空気の界面である．図 7(a)より，VF1=0.5 となる θ は大きい θ 側（下流側）では回転速度によりほとんど変化しない．小さい θ側（上流側）では VF1=0.5 となる θ は回転速度の増加とともに大きくなる．したがって，羽根車外周における水の領域は回転速度 n=6，14，22，29min-1 のとき，それぞれ
θ=18～132°，21～132°，24～132°，27～135°と判断できる．すなわち，この領域において流れは羽根車に流入または流出している．
一方，図 7(b)より，VF2=0.5 となる θ は回転速度の変化に対して大きく変化し，回転速度の増加とともに小さい θ 側では大きく，大きい θ 側では小さくなっている．特に，小さい θ 側の変化が大きい．したがって，羽根車内周における水の領域は回転速度 n=6，14，22，29min-1のとき，それぞれ θ=39～144°，48～141°，57～138°，69～135°と判断できる．以上より，回転速度の増加に伴い
羽根車外周および内周の水の領域は，上流水深の影
響を大きく受けて縮小することがわかる．
次に，下掛け式クロスフロー水車の速度三角形 (6) を
図 8 に示す．ここで，vr は半径方向内向きを正としている．また，絶対流れ角 α および相対流れ角 β は，それぞれ羽根車回転方向（反時計方向）を正として定義している．
羽根車外周における絶対速度の半径方向成分 vr1 お
よび周方向成分 vu1 の時間平均値をそれぞれ図 9(a)，(b)に示す．ただし，各回転速度の vr1 および vu1 は図7(a)から同定した水の領域のみを表示している．図 9(a)より，vr1 はいずれの回転速度においてもその分布形状はほぼ同一であるが，vr1 が最大となる θ は回転速度が茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
ライフサポート科学教育研究センター(a)n=6min-1(c)n=22min-1(b)n=14min-1(d)n=29min-1

Fig.5

Flow visualization (Exp.)(a)n=6min-1(c)n=22min-1(b)n=14min-1(d)n=29min-1

Fig.6

Velocity vector (Cal.)

n=6，14，22，29min-1 と増加するにつれて θ=33，36，45，
51°と大きくなる．さらに，θ が増加すると vr1 は減少し，いずれの回転速度においても θ=90～93°付近で負に転じる．羽根車外周において vr1 が正の領域は第一段入口
領域，負の領域は第二段出口領域であり，第一段入口
領域の θ 範囲については回転速度の増加に伴い縮小することがわかる．
一方，図 9(b)より，vu1 はいずれの回転速度においても θ が大きくなるにつれて増大し，θ=84～87°付近で最大値を示し，その後減少して負に転じる．第二段出口
領域に着目すると，回転速度が増加するにつれて vu1
は高い値を示し，vu1 が負となる θ も増加している．これは，回転速度が増加すると前述のように下流水深 h4 が大きくなり，第二段出口流れが主流方向へ転向しやすくなるためと考えられる．
羽根車内周における絶対速度の半径方向成分 vr2 お-9-茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
ライフサポート科学教育研究センター(a) Outer circumference(a) Radial component(b) Inner circumference
Fig.7 Volume fraction (Cal.)(b) Tangential component
Fig.9 Absolute velocity at outer circumference (Cal.)

Fig.8 Velocity triangles

よび周方向成分 vu2 の時間平均値をそれぞれ図 10(a)，(b)に示す．ただし，羽根車外周の場合と同様に各回転速度の vr2 および vu2 は，図 7(b)から同定した水の領域のみを表示している．図 10(a)より，vr2 はいずれの回転速度においても θ の増加に伴い小さくなり，その後負に転じる．vr2 が負となる θ は回転速度が n=6，14，22，
29min-1 と増加するにつれて θ=111，108，105，105°と小さくなる．羽根車内周において vr2 が正の領域は第一段
出口領域，負の領域は第二段入口領域であり，第二段-10-

入口・出口領域の θ 範囲は回転速度の増加に伴い縮小している．したがって，第一段出口領域から流出した
流れは，回転速度が増加すると急転向して第二段入口
領域へ流入しているといえる．このことは，図 10(b)において回転速度が増加するにつれて vu2 が高い値を示していることからも示唆される．なお，小さい θ 側においてvr2 が回転速度の増加に伴い高い値を示すのは，第一段出口領域が狭く流れが局所的に流出しているためである．
vr および vu の時間平均値から求めた羽根車外周および内周における相対流れ角 β1，β2 をそれぞれ図 11(a)，(b)に示す．図 11(a)より，第一段入口領域に着目すると，
β1 はいずれの回転速度においても羽根角度である 30°と大きく異なっており，小さい θ 側で大きく θ の増加に伴い小さくなる．また，β1 は回転速度が増加すると大きくなり，羽根角度と一致する θ は n=6min-1 では θ=45°付近，
n=29min-1 では θ=75°付近と回転速度の増加に伴い増大していることがわかる．
一方，図 11(b)に示す第二段入口領域において，β2はいずれの回転速度においても θ の増加に伴い小さく

茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
ライフサポート科学教育研究センター(a) Radial component(a) Outer circumference(b) Tangential component
Fig.10 Absolute velocity at inner circumference (Cal.)(b) Inner circumference
Fig.11 Relative flow angle (Cal.)

なる．また，β2 は回転速度が増加すると小さくなり，羽根角度である-90°に近づくものの，ここでも羽根角度と大きな差異が生じていることがわかる．
そこで，第一段および第二段入口領域に流入する流れの衝突損失について検討する．第一段および第二段衝突損失 hs1，hs2 は，それぞれ次式により求めた．

hs1   u1  vu1  v r1 cot  b1  2 g・・・(1)

hs 2   u 2  vu 2  v r 2 cot  b 2  2 g・・・(2)

2

2

ここで，ζ は衝突損失係数であり，本研究では ζ=1.0 と仮定している．しかし，後述する図 12 の hs H が 1 より大きい値を示していることから，実際の ζ の値は 1.0 よりかな
り小さい値であると考えられる．これについては今後，他の損失も踏まえて検討する必要がある．また，vr1 および vr2，ならびに vu1 および vu2 にはそれぞれ時間平均値
を用いている．
第一段，第二段および全衝突損失の周方向平均値 hs1 ， hs 2 ， hs の有効落差 H に対する比，ならびに水車効率 η を図 12 に示す．図 12 より， hs1 は高回転速度

Fig.12 Shock losses and turbine efficiency (Cal.)

域で急増している．一方，hs 2 は hs1 に対して低回転速度域では大きいが，高回転速度域ではかなり小さい値を示すことがわかる．したがって，衝突損失において低回
転速度域では第二段衝突損失，高回転速度域では第一 段 衝 突 損 失 が 支 配 的 で あ り ， 全 衝 突 損 失 hs は-11-

茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
ライフサポート科学教育研究センター

n=22min-1 付近で最も小さく，低回転または高回転速度になるにつれて増加する．ただし，本水車における全衝
突損失は高回転速度域より低回転速度域の方が大きい．この全衝突損失の変化に対応して，水車効率 η は
n=22min-1 付近で最も高く，低回転または高回転速度になるにつれて低下している．なお，図 4 に示した出力 P
も n=22min-1 付近で最も高い値を示している．このことか
ら，低回転または高回転速度域において本水車の性能に及ぼす衝突損失の影響は極めて大きいことがわかる．
また，本水車の高回転速度化には羽根入口角 βb1 を適切に設定し，第一段衝突損失を低減することが重要であるといえる．

を産学連携により推進しており，今後も様々な使用や用途に応じた自然流体エネルギー利用機器の研究開発に貢献していく所存である．
Generator

Collection device
Flow

7.結論
下掛け式クロスフロー水車の広範囲の回転速度域の内部流れを実験および CFD 解析により調査した結果，以下のことが明らかになった．
（1） 回転速度の増加に伴い羽根車外周および内周の水の領域は縮小する．
（2） 羽根車外周における第一段入口領域と第二段出口領域の境界は，回転速度が変化しても θ=90～93°付近にあり，羽根車内周における第一段出口領域と第二段入口領域の境界は，回転速度の増加に伴い上流側に移行する．また，第一段入口領域および第二段入口・出口領域は回転速度の増加に伴い縮小する．
（3） 第一段入口領域の相対流れ角は，いずれの回転速度においても小さい θ 側（上流側）で大きく θ の増加に伴い小さくなり，回転速度が増加すると大きくなる．一方，第二段入口領域の相対流れ角は，いずれの回転速度においても θ の増加に伴い小さくなり，回転速度が増加すると小さくなる．
（4） 衝突損失において低回転速度域では第二段衝突
損失，高回転速度域では第一段衝突損失が支配的であり，全衝突損失は回転速度 22min-1 付近で最も小さく，低回転または高回転速度になるにつれて増加する．この変化に対応して水車効率も変化しており，低回転または高回転速度域において本水車の性能に及ぼす衝突損失の影響は極めて大きい．

8.おわりに今後は，PIV(粒子画像流速測定法)計測により本CFD 解析結果の妥当性を検証するとともに，PIV 計測とCFD 解析を併用し，本水車の自由表面を有する複雑非定常流れ場を詳細に解明していく予定である．
また，図 13 に示す流水エネルギーを利用して発電できる新形式の集水装置を有する軸流水車の研究開発-12-

Runner

Fig.13 Axial flow hydraulic turbine witha collection device【参考文献】
１) 角田佐智雄, 青木宏之: 世界の水車トピック, ターボ機械, 10-3, 165/172(1982)2) 藤原良樹, 他 2 名: 西欧における在来形水車の歴史 と そ の 性 能 , 日 本 機 械 学 會 誌 , 90-819,
212/218(1987)
3) C. A. Mockmore and F. Merryfield: The Banki
Water Turbine, Bulletin Series, 25(1949)
4) 福富純一郎: マイクロ水力発電用クロスフロー水車の 特 性 と 内 部 流 れ , タ ー ボ 機 械 , 28-3,
156/163(2000)
5) 西泰行, 他 5 名: 開水路に設置したクロスフロー水車に関する研究, ターボ機械, 39-8, 467/474(2011)6) 西泰行, 他 3 名: 下掛け式クロスフロー水車の内部流れに関する研究, ターボ機械, 41-1, 51/57(2013)

研究報告
関連発表資料等軽度下肢障がい者の一般トイレ利用を可能にする歩行補助具
Ambulatory Assist Devices for a Patient with Mildly Disabled
Lower Limbs To Use an Ordinary Toilet
発表者: 菊池
主指導教員：

森 善一

亮太

副指導教員：

城間 直司，

福岡 泰宏

1. はじめに
近年のロボット技術の発達に伴い，ロボット技術を福祉分野へ応用しようという試みが行われてきている．その主たる目的は，障がい者や高齢者の自立の促進と介助者の負担の軽減である．このような研究は 1970 年代から始まり，その後も多くの研究が行われてきた．しかしこれまで実用化されたものは少なく，研究段階・試作段階に留まっているものがほとんどである．
厚生労働省の調査ではわが国の障がい者数は平成 18 年時
点で 348 万人[1]となり，その中でも 64 万人が下肢障がい者であり，その多くは車椅子を利用して日常生活を送っている．
車椅子利用者の多くが抱える問題としてトイレ利用が挙げられる．それは，車椅子の幅が一般トイレの個室の扉の幅よりも広いためそのままでは進入ができないことである．排泄の介助は介助者・被介助者双方にとって苦痛を伴うものであり，誰もが自分自身のみで行いたいと望む．特に，一般トイ
レの利用に関しては，車椅子利用者が自身のみで行うことは既存の車椅子では行うことはできないのが現状である．
近年，様々な大学や企業が歩行補助具を研究・試作されている．例えば，筑波大の HAL[2]が挙げられるが，このようなの補助具はすべての移動を脚移動に頼っているため安全面が低下し，また，価格の面で大きな負担になる．
そこで，本研究では下肢障がい者が一般トイレの利用を可能にし，また車椅子に携帯可能でかつ介助を必要としない補助具を開発する．

2. システムの概要
2.1 概要本研究の対象者は，腕には障がいがなく大腿は動かすことのできる(麻痺レベル=L4)の障がい者である．
本システムは(a)膝関節補助具，(b)伸縮杖から構成され，これらを動作させ移乗を補助する(Fig.1 参照)．
普段は脚部補助具を装着し，伸縮杖を持って車椅子で移動する．一般トイレを利用するときに杖と補助具で立位し移乗を行う．このようにして脚移動を最小限にし，移乗に必要な距離を少なくすることによって，使用者の身体的な負担を軽減する．また，膝関節補助具にはロック付きのガススプリン
グを採用した．ガススプリングを用いることによってバネとダンパの機能を軽量・コンパクトに実装でき，急な動作を抑制できる．また，ロック機能を持つために歩行時の膝ᢡࢀを防ぐことができる．なお，使用したガススプリングの仕様
をTable.1 に示す．
Table.1 The specification of the gas-spring
最大長(mm)529
最短長(mm)379
ストローク(mm)
150
Fa(N)
245

-13-

(a) Prosthesis(b) Lofstrand Cruch

Fig. 1: Modules of the equipment

2.2 伸縮ロフストランドクラッチの改良
本システムでは伸縮機能を付与したロフストランドクラッ
チにロッキンチェアを参考とした脚を追加することにより接地点を徐々に移動させることができる．この作用によって立位しながら杖を前方へ出すことができる．これによって立ち上がったあとで杖を後方から前方に出す問題が解決できる．
またこの杖を用いることによって膝関節補助具がなくとも立位動作が可能なことがわかった．
伸縮ロフストランドクラッチは立位補助から歩行時のバラ
ンス補助まで役割があり，その使用目的から車椅子に座った状態で持ち運びが可能でなければならない．また実際に一般
トイレ個室内でも使用が可能でなければならない．そこで以下の条件を満たす必要がある．
(Ⅰ)介助なしで立位動作・歩行が可能(Ⅱ)立位動作時と歩行時で長さを調整可能(Ⅲ)車椅子での持ち運び機能(Ⅳ)トイレ座面への着座が可能(Ⅰ)について試作した杖のみを使用し，脚部補助具を用いず，障がい者での実験を行った．なお，対象者は 60 代の軽度
下肢障がい者のかたで，車椅子に座った状態から，杖を使っての立ち上がりを行った(Fig.2 参照)．実験の結果，30 分以内
での練習後，立ち上がりに成功した．そして，立位動作から前進し，後退，着座まで移乗に必要な一通りの動作を行うことが出来ることを確認した．
(Ⅱ)についてこれは杖にロック付きのガススプリングを用いることで長さを調整可能とした．これによって立位･着座いずれの状態においてもロッキング杖の伸縮を自由に行うことができた．
(Ⅲ)については 折りたたみ機能を付けることで持ち運びを容易にした．また，実際にその状態で車椅子での持ち運びを行い車椅子での主な動作の邪魔にならないということを確shoulder torque [Nm]Fig. 2: Experiment when standing-up using a pair of roking crutch

Time[s]Shoulder torquemyogenic potential [Nm]

Fig4:

Fig5:
(a)expanded

Time[s]Myogenic potential of thigh査する．筋電位の測定部位は大腿四頭筋でこれらを装着し実験を行った．結果として，角度の変化はシミュレーションの角度変化とかなり似た変化となり十分に妥当なモデルであると確認した．また，大腿における筋電位(Fig6)はその最大値が健常者の立位動作の 65%[4]となっており確かに軽減できていることが確認できた．

(b)folded
Fig.3: The roking crutch

認した(Fig3 参照)．
(Ⅳ)については，前方からトイレの個室内に入室すると個室内での旋回は非常に困難であるため，後方からの入室方法を提案する．実際にこの方法で障がい者の方に実験していた
だいた結果，十分に行うことができトイレ座面に着座することが可能なことを確認した(Fig4 参照)．

5. まとめと今後の課題
本研究では下肢障がい者の一般トイレ使用を可能にするための歩行補助具について提案し，立位動作，歩行動作，トイ
レの座面への移乗動作が可能なことを確認した．また，設計において歩行動作にも注目することで杖をより使いやすくなるよう努めた．そしてシミュレーションを用いることで使用者の身体への負担の程度についても調査し，最後に実機を用いてシミュレーションの妥当性と使用者への身体の負担についてを調査した．
今後の課題として，シミュレーションの条件を実際のものに近づけより高い精度の結果を出す．また，現在の協力者の方は下肢関節補助具がなくとも立位動作を行うことができたが，今後はより重度の対象を想定し転倒を防止する機構を検討する必要がある．

3. 伸縮ロフストランドクラッチの最適化
現在の杖では，杖の長さやカーブ状の板の長さが最適なものではない．立位だけならば試作したものでも十分に立位動作を行うことができた．しかし，歩行時のことについては考
えていなかった．そこで立位から歩行まで含め使用者の身体の負担が減少するように設計を行い，それを Adams によるシ
ミュレーションから転倒への安全性を調べ，また肩と膝関節にかかるトルクについても調査する．転倒についてはこのモ
デルでは転倒することはなく，このシミュレーションと同じ使用方法を取れば安全に立位動作を行うことができるといえる．また，このときの肩関節のトルク(Fig5)については最大で 126[Nm]となりこれは 60 代男性の発揮できる最大のトルクの約 60%に相当するため無理なく立位動作を行うことができると考えられる．

参考文献[1]厚生労働省：平成 18 年身体障害児・者実態調査結果
http://www.mhlw.go.jp/toukei/saikin/hw/shintai/06/index.html[2] Hayashi, T. Kawamoto, H. and Sankai, Y.,:International Conference on Intelligent Robots and Systems,(2005), pp.3455-3460.
[3]Vladimir M. Zatsiorsky，Human Kinemics,“Kinetics of Human

4.実験
設計したものから実機を製作し，これを健常者で立位動作する実験を行う．この実験では下腿・大腿・上体にそれぞࢀ
角度を測定するセンサを設置する．この結果とシミュレーシ
ョンの結果を比較し，シミュレーションの妥当性についてを確認する．また筋電位を測定し，身体への負担についてを調Motion”，p.301, 2002

[4]瀋 昌輝:下肢障がい者の一般トイレ利用を可能にする移動
補助具

-14-

パッシブ RFID タグを用いた介護施設用見守りシステム
Monitoring System for the Elderly Using Passive RFID Tags
主指導教員：森

発表者：木戸 眞一郎
善一
副指導教員：井上康介，城間直司

1. はじめに現在，日本は少子超高齢社会となり総人口に対する 65 歳以上の高齢者が占める割合が 23％を超え，年々増加傾向にある[1]．高齢者の増加に伴い，介護者 1 人あたりが担当する被介護者の割合も増加し介護労働力の不足が叫ばれている．現在の介護施設においても少数の介護者が施設利用者と接しており介護者数の 3 倍以上程度を施設内で介護しているが，夜間などは人員や作業の関係でその割合は 5 倍～10 倍以上に増加する．
この問題に対して，介護の現場では見守りシステムを導入することで，職員の負担を減らし実質的な介護の質を向上させようとしている．現状で導入されている見守りとしてはカメラによる介護施設内見守りシステムや離床等を検出するマ
ット型のセンサなどがある．マット型センサは現場で最も使われているセンサの 1 つで，深夜徘徊の恐れのある被介護者のベッド脇に設置し離床を検出することで，徘徊での事故を未然に防ぐことができる．動作がわかりやすく多くの施設で導入されているため，さらに利用する現場が増えている．一方，センサマット以外の手法も実用化されており，その一つとしてカメラによる動画像を用いる手法が考えられている．
カメラを用いた手法では導入施設内に複数のカメラを設置し一か所でモニタリングすることで施設内の状況を一目で確認でき，夜間の巡回の頻度削減やこれまで直接確認するしかな
かった利用者の利用者の表情なども一個所でモニタリングできるようになり労力の大幅な削減ときめ細かいサービスを提供できるようになると考えられている．しかしそれぞれのセ
ンサには欠点があり，マット型センサにおいては巡回する職員に反応する誤報問題や使用時の電源入れ忘れの恐れなどの問題，カメラを用いる手法ではプライバシーの問題やモニタ
リング要員の確保などの問題を抱えている．
そこで本稿は動画像を用いず徘徊や離床の自動検出が可能
な見守りシステムの開発を目指し，RFID 技術の特徴である ID
識別と電波の減衰を利用した見守りシステムを提案すると共に，従来のセンサで問題となる誤報問題等の解決を目指す．

図 1 人体による減衰の影響

図 2 アンテナに取り付けた副反射板

図 3 副反射板の有無による比較

2. システム概要
本稿では RFID 技術の ID 識別機能と電波の水分による減衰を用いた人体検出により見守りを行う．また，RFID は電波を用いた無線通信を行うため，伝送ミスによるタグの読み取り
失敗は起こる．この読み取り失敗を最小限にしつつ，検出への影響を抑えるためにハード・ソフト両面から対策を行った．
2.1 電波の減衰を利用した人体検出手法
RFID 技術は読み取ったタグの ID とデータベースを紐付けして利用する，もしくはタグ内のデータ領域に保存された情報を読み書きして利用するのが一般的である．これに加えて，
本稿では人体に多く含まれる水分によって電波が減衰する現象を利用し，人体の検出を行う．検出手法の簡単な流れとしては，天井にアンテナを設置し，その真下の床面にタグを貼-15-

図 4 離床検出時のタグ配置
り付け，タグ ID の読み取りを行う．ID を読み取る際にアンテ
ナ-タグ間に障害が無い場合は読み取りが正常に行われるが，
図 1 のように水分を多く含む人体が間に入る場合，電波は大きく減衰するためタグの読み取りができなくなると考えられ
る．

2.2 離床検出手法
介護施設内において，検出を行う場所をベッド脇と設定した．選定理由としてベッド脇は立ち上がる際において転倒や無断外出など発生頻度が高く，離床動作前に前兆を検出し補助することで重大事故に発展する前に対応ができるためである．本研究では，この場所にタグを複数枚配置し，読み取りデータから人体検出や職員の識別を行う．
2.3 タグの配置
ベッド脇のタグ配置は足を置いた場合に確実に反応するように検討した．配置を図 4 に示す．参考データより小さい方
では足長が約 20cm，足幅が約 8.5cm であったため，タグの長辺方向の間隔を 7.5cm とし 1cm の余裕を持たせる配置とした[2]．また，短辺方向に関しては，市販の離床センサの長さ約50cm に合わせると共に，足長より短くなるように設定した．
この配置では，足が小さい方においても最低 10 平方センチメートルタグを覆うことができる．
2.4 副反射板による読み取り性能の改善
RFID システムの性能は周りの環境に影響を受け易い．本研
究では UHF 帯の長距離通信可能なタイプの機器を使う為，外乱だけでなく自らが発した電波の回折や反射まで考慮しなければならない．そこで指向性を制御し床面での不要な反射を抑制するため，野村らが提案したデジタル放送用アンテナの研究を参考に，指向性のピーク部分を滑らかにするなどの特徴を持つ副反射板を導入した[2]．図 2 は副反射板を取り付けたアンテナの外観であり，参考文献を基にパッチに対して十分に大きい板を 45°で取り付け，18 枚のタグ読み取りによって性能を評価した．この結果を図 3 に示す．副反射板がある
場合は出力 70[mW]まで読み取り確率 90[%]以上を維持しているが，副反射板が無い場合は 160[mW]に推移した際，20[%]以上低下している．この結果から，副反射板により電力の選択の幅を持たせつつ，安定した読み取りが可能となった．

図5

図6

離床検出時の実測値と処理データ

図7

職員識別タグと離床検出の関係

この変化は被験者が床に足を置いた状態から通過しきった状態まで推移するタイミングと合致することから，システムによって離床を検出できたと言える．
3.3 職員識別タグによる誤報の抑制
本研究では職員がタグを身につけることで，従来のセンサで問題となっている誤報問題を解決する．図 7 は離床センサ
部に職員タグを身につけて近づいた際のデータの例である．
このデータから，識別タグの変化が離床検出より遅れており，システム上で離床検出から警報を出すまで 1 秒程度の遅延処理を行う必要があることが分かった．

3. 実験
本研究で構築したシステムの動作を確認するため，20 代男
女 3 名に協力して頂き動作確認実験を行った．
3.1 応答性実験
システム本体の評価のため，タグ枚数とその読み取り時間の関係を調べた．タグを十分に広い空間に 1 枚ずつ追加し 30
枚までの読み取り時間を調べた．読み取りデータを最小二乗法により 1 次関数として近似すると

y = 11.3x + 57.8

離床検出実験の様子

4. まとめと今後の課題（１）

本研究では，介護施設内トイレを想定した環境でパッシブ
RFID タグを用いた介護施設用見守りシステムの提案を行い，動作を確認した．
今後の課題は以下の通りである．
・ 副反射板付きアンテナ指向性等の解析
・ リーダ及びタグアンテナの最適化
・ 実用的な警報システムの実装
・ 実証実験

となり，本システムでは 1 枚タグを追加するごとに 11.3[ms]増加することが分かった．
3.2 ベッド脇における離床実験
ベッド脇に対して図 4 のようにタグを配置し，離床検出実験を行った．実験は設置したベッドに被験者に横になって頂き，その状態から起き上がり，離床，通過を連続 3 回して頂いた．その様子を図 5 に，読み取り結果の例を図 6 に示す．
図 6 では離床時のセンサの値と実測データを示しており，その内ノイズ処理適用後データはタグの読み取り時にまれに起こる読み取り失敗事象を検出と区別するため，3 回の読み込み失敗で反応を検出する処理を適用したデータである．本研究では処理を行ったデータを検出に利用している．そのノイズ処理対策データにおいて，反が終了するまで少しずつデータが変化しているのがわかる．

参考文献
[1]
[2]
[3]
[4]

-16-

総務省統計局，人口推計－平成 25 年 1 月報－
野村浩二，パッチアンテナを用いた TV 放送用送信アンテナの無指向性化、電子情報通信学会, 技術研究報告,1996-10,p35-42㈱テクノス：「高齢者施設での離床センサー設置とその活用」：テ
クノス通信 Vol.26，Jul.2011
高齢者対応機器の設計のための高齢者特性の解明に関する調査
研究，一般社団法人人間生活工学研究センター

立位・不整地移動を可能にする装着型車椅子～閉リンク機構を用いた姿勢制御～
A Wearing Wheelchair Capable of Traveling on Uneven Environments and Standing～Posture Control Using Closed Link Mechanism～
発表者： 雪下 剛仁

指導教員： 森 善一

1 はじめに厚生労働省によると，わが国における身体障がい者の数は 348 万人とされている[1]．そのうち，下肢障がい者の数は62 万人，65 歳以上の数は 107 万人といわれ，身体障がいの原因の 1 つとして加齢も挙げられている．また今後高齢者の数が増え続けると予想される超高齢社会のわが国においてさらに身体障がい者の数が増加すると考えられる．
下肢障がい者および，足腰の弱った高齢者は移動手段とし

能動関節て車椅子を使用している．しかしながら，既存の車椅子では座位姿勢を続けることによる医学的障害，目線が低いなどの

フリッパアーム

精神的ストレス，段差や坂道などによる移動の制限などの問
題がある．
現在，Tek[2]や Top chair[3]，iBOT[4]のような立位姿勢や階段昇降が可能な電動車椅子が開発されているが，Tek は直動関節

階段昇降ができず，Top chair は常に座位姿勢を取り続ける．
また，iBOT は階段昇降と目線の高さ変更ができるが，階段図 2 考案した車椅子の模型

昇降時に手すりに掴まる必要があり，目線が高くなるだけで，下部のフリッパアーム付きクローラと上部の閉リンク機構か

常に座位姿勢であることから，既存の車椅子の問題点を十ら構成されている．下部のフリッパアーム付きクローラは，フ分に改善できる車椅子がないのが現状である．

リッパアームを使って前輪を地面から少し浮かせることにより車椅子を利用するうえで，大きな労力を伴うのが移乗であ接地面積を小さくしている．また，階段昇降時にクローラとフり，下肢障がい者や下肢の筋力が衰えた高齢者にとってはリッパアームを併用することにより，クローラ単体で移動する

困難な作業である．Tek は座ったままで移乗が可能であるが，時と比べて少ないエネルギーでの移動を可能とし，段差と不その際に臀部の下にシートをしく必要があり，この作業も下整地による移動の妨げの問題を改善している．

肢障がい者や高齢者にとっては容易ではない．

上部の閉リンク機構は，受動関節，能動関節，直動関節

そこで，本研究では，立位・座位の姿勢の変更，階段昇降によって構成されている．能動関節と直動関節をモータで動を可能とし，加えて移乗，外出時のトイレの使用を考慮したかすことにより，立位・座位の姿勢の変更と移動時の姿勢の

車椅子の開発を目的とする．

制御を行う．立位・座位の姿勢変更をすることにより，座位姿
勢を続けることによる医学的障害と，目線が低い事による精2 考案した車椅子の概要

神的障害の改善を可能にした．また，閉リンク機構を身体に考案した車椅子の模型を図 2 に示す．本研究の車椅子は装着することにより移乗の問題も改善できるのではないかと考えている．
3 閉リンク機構の概要
閉リンク機構は剛性が高く，可動部を軽量化できるので，
高速・高精度・高負荷の作業に適しており，幅広い分野での応用が期待されている． 本研究で提案する車椅子では，閉リンク機構を身体に装着することで立位・座位の姿勢変更と，移動時の姿勢の制御を行う．
この閉リンク機構は 5 つの受動関節と 3 つの能動関節，2つの直動関節で構成されている．立位・座位の姿勢の変更，
直動関節を伸縮，能動関節を回転させることで行う（図 3 参照）．

(b) Top chair
図 1 従来研究-17-

：受動関節
：能動関節
：直動関節
：切断点

y
L3

：受動関節
：能動関節
：直動関節

θ3
θ

θ2

d5
L2

L1

θ4

θ1

x
L0

図 6 閉リンク機構のモデル化

図 7 1/3 スケールモデル

図 3 座位から立位への姿勢変更－：目標軌道
－：現在の角

図 8 姿勢変更時の各能動関節の目標軌道と実際の回転角度を検出し，その角度に応じて姿勢を変更することにより転倒せずに移動することが可能になる．
6 動作実験
6.1 姿勢制御
座位姿勢から立位姿勢に姿勢を変更するときに最も負荷がかかると予想される能動関節の回転角度の目標軌道と，実際に回転した角度を図 8 に示す．姿勢を変更するには，
車椅子への移乗については閉リンク機構を身体に装着すmotor[0]，[1]は 10.01 度，motor[2]，[3]は-60.0deg，直動関るという方法で行うことにより，椅子やベッドに座った状態の節である motor[4]，[5]は 385.59mm 伸びる．図 8 のように負ままでの移乗が可能となる．

荷のかかる motor[0]が目標軌道に追従しており，どの motor

閉リンク機構を動かすのに必要な各関節トルクを求めるにも誤差は 1 度以下となっていることから高い精度で目標軌道

は閉リンク機構をある関節で切断し，仮想的に複数の開リンに追従しているのが確認できる．

ク機構とみなしトルク計算を行うことで求めることができる[5]．
図 4 と図 5 のような姿勢（座位姿勢）を取った時の閉リンク機

6.2 階段昇降構と開リンク機構の能動関節のトルクの比較を表 1 と表 2 に階段の昇り始めと昇り終わりの動作実験を行った．昇り始示す．表 1 と表 2 より，図 4 と図 5 のような姿勢を取った時は，

めはフリッパアームを使って後輪を地面から浮かせ階段の一閉リンク機構が開リンク機構の約 1/3 のトルクになることが分段目にのせる．昇り終わりは転倒を防ぐためにフリッパアー

かる．

ムを地面に接地させつつ階段を昇りきる．階段を登っている
最中は姿勢が前のめりになってしまい前に転倒してしまう結果となった．

4 1/3 スケールモデル
考案した閉リンク機構の動作実験を行うために製作した1/3 スケールモデルを図 7 に示す．アクチュエータは θ 1 ， θ 3

7 まとめと今後の課題の回転関節にはサーボモータ， d 5 の直動関節には maxon

本研究では，車椅子の問題点を十分に解決し移乗も考慮しモータを使用しており，3 ヶ所に 2 つずつ，計 6 個使用していた車椅子を提案し，1/3 スケールモデルを製作して姿勢の変る．モータ制御には RX621 マイコンを 1 枚使っている.

更と階段昇降の動作実験を行った．今後の課題として，階段昇降時に転倒してしまったことから姿勢制御アルゴリズムの

5 姿勢制御検討と，閉リンク機構を身体に装着する方法の検討が挙げら

5.1 姿勢変更

れる．

閉リンク機構の姿勢の変更は，立位姿勢時の切断点の位
置 ( x, y ) とリンク 3 の x 軸との角度 θ を与え，逆運動学方8 参考文献[1] 厚生労働省：平成 18 年度身体障がい児・者実態調査
結果，2008．
[2] Tek-RMD Robotic Mobilization Device，http://tekrmd.
com，2012．
[3] Top chair，http://www.topchair.net/，2012．
[4] iBOT，http://www.ibotnow.com/，2012．
[5] 中村仁彦,パラレルメカニズムの動力学,日本ロボット学
会誌，vol.10,no.6,pp709-714,1992

程式を用いて各関節の角度と直動関節の長さを求める．その後，求めた角度と長さを目標とする軌道を生成し，PD 制御
による軌道追従を行うことによって姿勢を変更する．
5.2 階段昇降
階段昇降時は，傾斜センサによってスケールモデルの傾き-18-重度障害者コミュニケーション支援眼球駆動PC-GUIシステム
Communication Aid PC-GUI Operation System for Severe Impaired

主査 : 馬場

発表者 : 宮下 嵩史
充 副査 : 楊 子江, 青島

1. 取得画像をノイズ軽減のため 2 値化処理
2. 2 値化画像の各列の黒色部を計算し 25%未満時その列全体を白色化
3. 2．の画像の黒色部に対し楕円フィッティング
4. 虹彩推定精度比較
Fig.2 にモルフォロジー楕円フィッティング虹彩追従法と適応閾値追従法の虹彩推定距離誤差を示した．
モルフォロジー法の推定誤差が平均 20[pixel]程度であるのに対して適応虹彩推定法の推定誤差が平均 5[pixel]程度となり推定誤差が約 80[%]減少した．

1. はじめに
汎用 OS では障害者向け支援ツール(コントラスト強調，音声読み上げ)等が備えられているが，キーボード
や入力自体に困難を生じつ重篤障害者はこれらのツールを活用できる前段階にあり，PC の機能を有効に活用できることが不可能である．市販では視線入力に見合うように入力ボタンを大きくした特殊 GUI を導入した支援ツールが存在するがまだ高価であり，しかも汎用OS の機能を活用することが不可能である．眼球運動を計測する手法としていくつかの手法が存在し，眼球運動に伴う生体電位変化を計測する方法(EOG 法)，赤外光をあて，白目と黒目の反射率の違いにより目の動きを検出する方法(強膜反射法)，コイルを巻いたコンタ
クトレンズを装用し虹彩位置を測定する方法(サーチコイル法)，カメラにより眼領域周辺を撮影し特徴を抽出し計測する方法がある．このうち，カメラにより虹彩位置推定法は使用者への負担が少なく，安価に作成できるというメリットがある．
本研究では，ゴーグルに取り付けた小型 USB カメラ
より視線検出を行い文字入力，意思表示を行うマウス
ドライバ開発例を報告する．駆動法として，相対ピッチ駆動法と，直接駆動法の 2 種類の操作法について操作性比較検証を行い，相対駆動法は所要時間が平均 20秒，汎用マウスは平均 2 秒と所要時間が約 10 倍程度，直接操作法は所要時間が平均 5 秒と汎用マウスと比較
して約 2.5 倍という結果となり，直接操作法の汎用マ
ウスの代替性としての可能生を確認した．

推定誤差[pixel]MCEF 法ACEF 法MCEF 法ACEF 法

32
3

32
2

33
3

12
1

推定不可能

推定不可能

5

6

30
11

32
4

5. 楕円フィッティング法
楕円推定を行うにあたり使用した楕円フィッティング
法は，最小二乗法を用いて導出を行った．
以下に，楕円式を示す．楕円の 5 つのパラメータとして a:楕円の長経，b:楕円の短経，(xc , yc):楕円の中心，
θc:楕円の長軸の傾きを表す．
(( x − xc ) cos θ c − ( y − y c ) sin θ c ) 2 (( x − xc ) sin θ c + ( y − y c ) cos θ c ) 2
+
=1
a2
b2

-eq.1

a, b, θc, xc, yc は以下の制約条件を満たす必要がある．

正面

Tracking

Camera31
1

Figure 2. Comparative MCEF and Adaptive ellipse fitting

Irid

Motion121

推定誤差[pixel]2. システム構成
視線入力システムとして，眼の虹彩をビデオ カメラ
で撮影しその画像から画像処理することで瞳孔や虹彩を抽出し眼球運動の計測を行う．処理速度は USB カメラのフレーフレートに依存し，本システムでは USB カメラは 30fps を使用した．本システム I-rid(Iris Tracking
Input Device)の概観を Fig.1 に示す．
Mouse control

伸一

左側面
Human

C1 : a, b ∈ ℜ +，C 2 : b ≤ a，C 3 : θ c ∈ [0 ,π)，C 4 : xc , yc ∈ ℜ
eq.1 は eq3 ，eq4 のように簡略化できる-eq.2

α ( x − xc ) 2 + β ( y − yc ) 2 + γ ( x − xc )( y − yc ) = a 2 b 2-eq.3

α = (a sin θ c + b cos θ c ) = 0.5((a + b ) − ( a − b ) cos 2θ c )
2

2

2

2

2

2

2

2

β = (a 2 cos 2 θ c + b 2 sin 2 θ c ) = 0.5((a 2 + b 2 ) + (a 2 − b 2 ) cos 2θ c )iew
Overvie
iew
Figure 1. System Overv

2

-eq.4

2

γ = (a − b ) sin 2θ c

3. 虹彩位置追従アルゴリズム
マウスドライバ作成に関し虹彩中心位置推定による
眼球動作補足手法としてa)モルフォロジー変換楕円フィ ッ テ ィ ン グ 虹 彩 追 従 法 (Morphology Conversion
Ellipse Fitting Iris Tracking Method, MCEF)，b)適応閾値
虹彩追従法(Adaptive Contrast Binarization Elliptic Fitting
Pupil Tracking, ACEF)2手法によるアプローチを行い追従精度比較検証を行った．

よって楕円の座標 Pi(xi , yi)の接線式は，eq.5-7 に示す．
y = mi x + ci

-eq.5

2α ( xi − xc ) + γ ( yi − yc )
dy
=−
mi =
dx pi
2β ( yi − yc ) + γ ( xi − xc )

-eq.6

ci =

2β ( yi − yc ) yi + 2α ( xi − xc ) xi − γ ( yi xc + xi y c − 2 xi yi )2 β ( yi − y c ) + γ ( xi − xc )-eq.7

楕円輪郭から得られた N 個全ての距離の最小値は eq.8に示される．

3.1. MCEF
MCEF法アルゴリズム

取得画像を外光ノイズ削減のため opening 処理
1．の画像に対し瞼や目尻，目頭等ノイズ削除のため Dilation 処理
3. 2．の画像の黒色部に対し楕円フィッティング

1.
2.

,
,
⎡
( y − mi xi − ci ) 2 ⎤min ⎢(d i ) 2 = i⎥ : subject to C1 − C 4
2
1 + mi
⎢⎣
⎥⎦

-eq.8

eq.8 が 0 と成ることが最も望ましい値であるが， 0 となることは現実には困難なため，eq9 が限りなく 0 に

3.2. 適応処理楕円フィッティング虹彩追従法アルゴリズム-19-近い値となるようになるような値を算出する．この時の推定誤差， ri, を eq.9 で定義する
,

,

,

,

ri = yi − mi xi − ci9. 実験結果・考察
被験者3名の操作性検証結果をFig.5,Table.1に示す．
被験者3名の汎用マウスの平均所要時間が約2[s]，相対法によるマウスポインタ操作平均時間が約 27[s]，直接法によるマウスポインタ操作平均時間が約 7[s]という結果になった．相対法が汎用マウスの約 13倍，直接法が約3倍の操作時間がかかった．
相対法が汎用マウスと比較して 13 倍程度の所要時間を要した理由として，不感帯領域を設けて画面上を注視している際の微動作を回避させたため，可動領域と不可動領域(現在のマウス位置確認のため)を交互に見ていたためと考察される．
直接法は所要時間が汎用マウスの 3 倍程度であり，相対法と比較して約 25%程度の所要時間での操作を可能とした．直接法は視線方向にマウスポインタが動作するため現在のマウスカーソル位置を確認する 必要がなく操作時間の短縮に繋がった．また，試行回数が増えるごとに所要時間が短縮し，1 回目ではマウスの約 4倍であったが，5 回目では約 2 倍にまで減少し強い学
習効果が確認された．

,

-eq.9

eq.9 が 最 小 値 と な る よ う 最 小 二 乗 法 を 用 い た 式 を
eq.10 に示す．
2N
,2

∑ (r ) = Y − X * φ-eq.10ii =1②相対駆動法
マウス移動量 α∆xElapsed Time[s]①直接操作法Elapsed Time[s]eq.10 の最小二乗法の式により座標(x , y)を導出し楕円の推定を行なっている．
これらの積算誤差を最小化するために楕円構成パラメータ(5 パラメータ)での摂動が最小となるよう偏微分により最小二乗解析を行う[1]．本システムでは最小二乗法による楕円推定を行うこととした．
測定点の分布特性やノイズ特性に応じて推定精度は大きく変化する．これまでに，数多くの楕円フィッティ
ングアルゴリズムが提案されたが最近では金谷ら(岡山大)が最尤推定によるノイズ分布に応じた統一的手法を提案している[2]．また，幾何学的形状やデータ数の量に応じて Mohr の手法が適応制度が向上することが報告されている[3]．
6. 眼球入力支援デバイス駆動法

Trial No.

マ
ウ
ス
の
約
4
倍

マ
ウ
ス
の
約
2
倍

Trial No.

Figure 5. Usability with Irid and General Mouse

停止領域

Table 1. Comparative Irid and General Mouse(times vs mouses)
虹彩移動量 ∆x

Figure 3. Iris Movement-Mouse Step Conversion

Fig.3 にマウス駆動法のシステム構成図を示す．
直接操作法は，PC スクリーン上の視線方向にマ
ウスポインタが動作するため高速マウス操作可能である．相対駆動法は不感帯領域を設定し画面上を注視しているときの余分な動作を回避させ，虹彩の不感帯領域端点からのオーバーシュート量でマウス制御を行なっている．
7. 辺縁部虹彩検出範囲
モルフォロジー法(MCEF法)では，パソコン画面両端からの平均距離が(上，下，左，右)=(27, 22, 60, 33[cm])であったが，適応処理法虹彩推定法では平均距離が(28，26，77，39[cm])となり水平方向空間分解能が約150%拡大した．推定可能領域図をFig.4に示す．
New AreaPrevious Area

Averege

1st

2nd

3rd

4th

汎用マウス[s]

2.5

2.3

1.9

1.7

5th
2.5

相対法[s](times)
直接法[s](times)

23.6
(9.4)
9.3
(3.7)

24.1
(10.5)
4.6
(2.0)

28.0
(14.7)
9.7
(5.1)

27.5
(16.2)
7.2
(4.2)

30.1
(12.0)
4.4(1.8)

9．おわりに
本論文では，重度障害者と健常者とのコミュニケー
ション支援を目的とした，PC 入力支援装置 I-rid の開発を行った．
駆動法として相対ピッチ駆動法と 直接操作法の 2 種類の操作法について提案し，操作性比較実験では，汎用マウスの所要時間が 2 秒程度であるのに対し相対法の所要時間が 20 秒程度(汎用マウスの約 10 倍)，直接法の所要時間が 5 秒程度(汎用マウスの約 2.5 倍)という結果から，直接法はマウス操作性に近い入力支援ツールを構築したことを示した．
今後の課題としてサッカードによるマウスカーソルが微動作時のカーソル制御安定化に対し直接操作，相対操作自動切り替え機能導入による対応が検討される．
参考文献[1]Dilip K. Prasad, Mayor K.H. Leung, Chai Quek,
An
unconstrained, non-iterative, least squares based geometric Ellipse
Fitting method. Pattern Recognition 46(2013) 1449-1465[2]山田純平，金谷健一，超精度の楕円当てはめ，情報処理学
会研究報告，pp.107～114，(2005)[3]T.J. Wynn, S.A. Stewart, Comparative testing of ellipse-fitting
algorithms : implications for analysis of strain and curvature.
Journal of Structual Geologyy 27(2005) 1973-1985

Figure 4. Iris Estimated Position Area
8. 操作性検証実験
分解能1366×768画素の15インチディスプレイの画面上に出現する3箇所に順に現れる枠内にマウス
ポインタを入れる時間を計測．今回は，汎用マウス，
相対法，直接法の3種類の手法で比較検証を行った．
測定条件は被験者3名,試行回数1種類5回×3種類．

-20-

視覚刺激に対する頭皮上および脳波事象関連電位パタン解析-光明滅刺激脳波反応と眼球動作反応Scalp Potential and ERP Pattern Analysis which Respond to Visual Stimuli-Response to Light Blinking Stimuli and Eyeball Movement-

発表者：仲尾友希

主査：馬場充 副査：青島 伸一，星野 修
脳波パタンから眼球動作に伴う ERP パタンを求め，眼球動
作方向を判別する判定機構について検討する．本報告で扱う眼球動作関連頭皮上電位パタンは基本的に静的なベ
クトルのパタン判別手法としており，（1）式 で定義する．

1. はじめに
EEG に始まる脳機能野解析は基礎研究のみならずその応用についても，fMRI,PET,NIRS など BMI や感性表現などを用いた開発例が近年数多く報告されている[1-5]．MRI
や NIRS を用いた問題点は装置が大掛かりで可搬性に適さず高価であり,その処理時間が現在数秒以上要するために人がリアルタイムに操作する場合に適さない点である.
本報告では再現性，即応性を有する脳波パタン判別イ
ンタフェース構築のために,眼球運動事象関連電位に着目し，マハラノビス汎距離判定，3 層ニューラルネットワークを用いた判別機構について閉眼状態で検証を行った.開眼時の解析は同研究室三浦が解析を行なっている．
眼球駆動方向を従来研究の 4 方向から 8 方向へと増やし，下，左方向での誤判定解析と精度向上を試み，マハラ
ノビス汎距離判定では 69％，多層ニューラルネットワーク
判定では 80％の判定率を示した．眼球動作による頭皮上電位解析により得られた知見から独立成分分析を試み，独立成分分析を用いた脳波抽出手法を提案した．

Pn = [ p1 , p 2 ,… p14 ]= [ch1 , ch2 , … ch14 ](1)n = [u , ul , l , ll , d , lr , r , ur ]3.1 マハラノビス汎距離判定
解析対象データ Pi と各参照パタンとの距離をσで除した誤差値 Dn (n ： u,ul,l,ll,d,lr,r,ur) を式（2）で定義する(m:channel data, j:subject).
Dn = (P − Pn ) σ n 2p − pn1 2p − pnm 2= ( 1) +…+ ( m)σ n1 j(2)

σ nmj

判定対象に対し,最も小さくなる Dn よりパタン判定を行う．
3.2 ニューラルネットワーク判定
誤差逆伝播法を利用し入力層 16,中間層 16,出力層 2ユニットのニューラルネットワークを Fig.3 のモデルのように構築する.

2. システム概要

Figure1: System Overview
脳波測定条件として被験者に閉眼状態で 5 秒ごとに送られる「上，左上，左，左下，下，右下，右，右上」の単音指示に従い，眼球を動かしその状態を 2 秒間保つよう指示
し，その後正面へ戻す指示を行った.

Figure 3: Neural Network Model
基準パタン 14ch を入力した際，出力が(1,0,0):上,(1,0,1):
左 上 ,(1,1,0): 左 ,(1,1,1): 左 下 ,(0,1,0): 下 ,(0,1,1): 右下,(0,0,0):右，(0,0,1):右上となるようネットワークに学習させる.学習が終わったネットワークに各被験者の脳波パタンを入力し出力値によって判定する.
４. 判定結果判定手法による頭皮上電位変動点におけるパタン判別比
較結果を Figure 4 と Table1 に示す.マハラノビス汎距離判
定法では判定精度 80%を示し，ニューラルネットワークを用いた判定は 69%の判定精度を示した．BMI 操作性向上のため頭皮上電位変動時点の一瞬ではなく，時間幅を有する場合の判定率を検証する必要がある．マハラノビス汎距離判定法では頭皮上電位変動点から 1s 間，3 層ニューラ
ルネットワーク判定では電位変動が安定する 700ms からの1s 間で判定を行った．パタン判別精度はマハラノビス汎距

Figure2: Reference Pattern
眼球動作による頭皮上電位より,ピーク発生時間 660msが確認された．また,解析より特徴パタンが指示後 500ms
後から約 1s 間同じパタンを保持した後,緩やかに減衰し通常の揺らぎパタンへ戻る変化を観測した．全ての被験者の各方向に対し 500ms から 1500ms まで 7.8ms 毎の類似パタンの加算平均基準パタンを求め判定機構を作成す
る.Figure 2 に頭皮上電位基準パタンを示す．
3. ERP パタン利用眼球動作方向判定機構-21-

また，独立成分分析は初期値に乱数を用いるため，試行回数によって結果が変動する．この試行の場合 2 つの独立成分に分離でき，一方にピークが出現している．
眼球事象関連電位の抽出のため，ピークの出現時間が頭皮上電位変動時点の近傍である独立成分に着目した．
Figure 6 では独立成分のピークが 780ms に出現しているのに対して，頭皮上電位変動点は 870ms であり，上方向駆動時の頭皮上電位パタンと異なる電位パタンを
EOG,EMG が線型性を持つと仮定し，頭皮上電位参照パタンを用いた事象関連電位抽出手法を提案する． Figure 5に提案手法の流れ示す．各指示方向に対応する参照パタ
ンの最大値を示すチャンネルを算出し，そのチャンネルを基準に元の波形との残差を取る．残差に対して独立成分分析を行った．しかし，EOG，EMG 減衰部で残差が増加
しており，EOG，EMG は線形性を持たず，EOG，EMG 減
衰に近似させる必要があることが本解析によって明らかになった．

離判定法では 73%，3 層ニューラルネットワーク判定では62%となり，ともに減少した.
判定の際，指示方向の隣接方向への誤判定が多く隣接する方向を同方向グループとみなし判定した結果を Table
1 に示す．判定精度がともに 90％程度と向上した．
これより，新たな方向判別処理や手法の導入により，判別精度と空間分解能向上の可能性がある．
Upper left

Up

Distance

Left

Lower left

Down

Lower right

Right

Upper Right
Time(1/128s)

Figure 4: Result of the determination with MGD2
Table 1: Comparison of Discrimination Accuracy
Peak Point
MGD2
M.N.N
81%
68%
77%
64%
78%
68%
83%
78%
80%
69%

Accuracy
Subject A
Subject B
Subject C
Subject D
Average

Same Direction Group,1s
MGD2
M.N.N
94%
92%
87%
85%
88%
85%
93%
98%
90%
89%

Original
wave

13
11
10

7

8

Reference
Pattern

9＝

Residuals

Figure 6:System Flow
6. おわりに
本報告では眼球運動事象関連電位を利用した脳波パタ
ン判別インタフェースの判別手法について述べた.8 方向の眼球運動により誘発される頭皮電位パタンについて検討し，それぞれの方向の基準パタンを算出した .判定精度
はマハラノビス汎距離判定法で 80%，3 層ニューラルネット
ワーク判定で 69%となり，8 方向を判定可能であることを示した．また，独立成分分析を用いた脳波事象関連電位抽出手法を提案した．

(3)
(4)
T

ω
̃ ⇒ω
∥ω∥
̃

12

－

数の更新則は(5)式で定義される．

E {xg (ω x )}Β ω'(T )E g (ω x )Β

14

3

6

号 y (t ) は(4)式で定義される．また，今回用いた fastica 関

ω=ω
η
̃

1

4
5

5. 事象関連電位抽出手法検討
眼球動作事象関連電位抽出にはブラインド信号処理手法の１つである独立成分分析を用いた．独立成分分析は
原信号 s (t ) と観測信号 x (t ) は(3)式で定義され，復元信

x(t)= A s(t)y=Wx (t )2(5)

変数はそれぞれ ω ：復元行列の正射影方向成分，

g (ω T x) ：確率密度関数，B :対角行列，E{xg (ω T x)} ：エントロピーである．

参考文献[1]Kamitani,Y.Shimojo,S.Manifestationofscotomascreatedb
ytranscranialmagneticstimulationofhu-manvisualcortex.N
atureNeuroscience2,767-771(1999).
[2]伊藤拓真,”実時間ロボット制御のための眼球駆動
事象関連電位パターン認識”,計測自動制御学会(2009)[3]KaiJ.Millera,MarceldenNijsa,PradeepShenoyc,JohnW.M
illerd,RajeshP.N.RaoandJe_reyG.Ojemann,Real-timefunc
tionalbrainmappingusingelectrocorticography,(1997)[4]YukiyasuKamitani,FrankTong:“Decodingseenandattendedmotiondirectionsfromactivityinthehumanvisualcortex”,
CurrentBiology,16,1096-1102(2006).
[5]YukiyasuKamitani,FrankTong:“Decodingthevisualandsu
bjectivecontentsofthehumanbrain”,NatureNeuroscience8,
679-685(2005)

Subject A の上方向指示区間 2s 間に対しての 独立
成分分析実行例を Figure 5 に示す．示していることから，眼球動作事象関連電位である可能性がある．
ICA Components

time:780ms

Figure 5: ICA Components and Montage(Subject A)
fastICA は観測データ長が短いと独立成分の分解が困難なため，2s 間の同一データを連続させて分析を行っ
た．

-22-

開眼時八方位眼球駆動に対する頭皮上電位および	
 脳波誘起電位解析と実時間判定機構	
 	  	  Analysis on Scalp potential and ERP Pattern Induced by Octas-Directional
Eye Movements and Real-time Automatic Discriminant Scheme
発表者： 三浦 慎平

指導教員： 住谷 秀保

1．はじめに	 ３．眼球駆動誘発筋電位パタン解析	 	  現在，脳機能野解析は，fMRI，PET，NIRS など

３．１	
 特徴抽出	 	  今回，被験者として年齢 22〜24 歳の男女計 4 名に対して測定を行った．また，Matlab®の GUI 構築
Tool ”GUIDE”を使用し，Fig.3 に示す頭皮電位反応
解析用 GUI を作成後，特徴抽出を行った．これにより，方向指示後，約 0.5[s]付近からピーク電位が発生し，約 1.0[s]間，電位が緩やかに減衰する変化を確認した．また，各方向で多少の揺らぎは見られたが，類似性のある特有パタンの持続を観測した．これらの特徴は全被験者で確認され，再現性を有する．	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 

の開発に伴い，体性感覚野解析から視覚機能などの感覚器，記憶や認知などの高次脳機能野解析について多くの研究プロジェクトが報告されている[1]．	
 しかし，問題点として，リアルタイム処理に適さず，高価であり，学習に数秒の時間を必要とするなどが挙げられる．そこで，本研究では，再現性・即応性を有する実時間 BMI 構築の前進として，開眼状態での眼球駆動誘起筋電位を用いた眼球駆動方向判
別機構をし，高判定率で駆動方向を判定可能であることを確認した．また，今回の EOG 解析の知見をもとに，独立成分分析を用いた眼球駆動誘起脳波電位解析について述べる．	
 	
 ２．システム構成	 	 Figure 3: EOG (+EMG) Analysis Tool３．２	  判定指標作成	
 	
  3.1 の特徴抽出から， 指示後，0.5[s]から 1.0[s]間で，類似パタンの加算平均を算出し，各方向に対す
る個人別判定指標の作成をする．また，今回，各方向に加え眼球を中央方向に注視状態の中間パタンの作成も行い，注視状態の判定も行う．作成した個
人別判定指標を Fig.4 に示す．	
 
	
 
	
 
	
 
Figure 4: Personal Reference Pattern(Subject A)

Figure 1: System Overview	
 

	
 

	
  シ ス テ ム の 構 成 を Fig.1 に 示 す ． Emotiv
EPOC(14Ch)を用いて，開眼状態での EEG を時系列データとして取得する．ここで，Emotiv の電極配置
は，国際 10-20 法を拡張・修正した 10%であり，前前頭部(AF3,AF4)，前側頭(F7,F8)，前頭部(F3,F4)，
前頭−中心部(FC5,FC6)，側頭部(T7,T8)，後側頭(P7,P8)，後頭部(O1,O2)からなる．測定条件としては，被験者が開眼状態で音声アナウンスに従い眼球を 8 方向に動かし，その状態を 1.0[s]間保持する.
これを各方向に対し 5 回行う．次に，Matlab®による解析を行い，各方向に対する判定指標を作成し，解析対象データとの比較により判定する．	
 ４．眼球駆動方向判別機構	
 	
  判定で扱う判定対象データは 14Ch 分の電位デー
タを要素とするベクトルとし，ユークリッド距離判
定と，eq.1 のマハラノビス距離判定により行う．ここで，判定は各判定指標に対し Dn が最小の点を判定するものとする.	
 Dn = (P − Pn ) / σ n 2p − pn1 2p − pnm 2= ( 1) +... + ( m
)
σ n1
σ nm

Pn = [ p1, p2 , p3,..... p14 ] = [ch1, ch2 ,....ch14 ](n: Octas, Neutral m: Number of channels)(σ:加算平均区間128点の標準偏差)

Figure 2: Electrode Mapping of Emotiv EPOC

-23-

-eq.1

５．判定結果	
 	
  4で示した手法による各方向指示後の0.5[s]から
1.0[s]間での判定結果を，以下の，Table.1，Table.2に示す．また,Fig.5にSubject Aの左方向試行1回目の判定結果を示す．Fig.5から，類似パタン出現区間で，左方向が検出されていることが分かる．また，この間，パタンの揺らぎ状態も含まれるため，Fig.5の例
では左方向と類似性のあるパタンである左上や，左下の判定も見られる．	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
Figure 5: Discrimination Result of Subject A(0.5-1.5[s], Leftward)
Table.1 Discrimination Accuracy (by Euclidean Distance)[%]Accuracy
Average
SubjectA
SubjectB
SubjectC
SubjectD

Up
84.4
+1.7
+.8
-1.6
-.8

Left Upper
72.5
+.8
-15.7
+6.5
+8.3

Left
72.8
-6.0
+1.9
+7.1
-2.9

Left Lower
71.2
-6.6
-3.2
+1.2
+8.5

Down
86.7
-3.6
-1.8
+4.7
+.6

Right Lower
67.9
+3.9
-4.1
+3.8
-3.5

Right
67.4
-5.3
-16.2
+8.9
+12.5

Right Upper
70.6
+2.1
+7.5
-11.9
+2.4

６．脳波誘起電位解析	 	  今回， 測定した右方向駆動時の生データに対して，1[Hz]から 20[Hz]のバンドパスフィルタで前処
理後，方向指示前の 1.0[s]から指示後 2.0[s]の計 3.0[s]間を解析対象とし，同区間で試行回数分の加算平均
処理後のデータに対し，独立成分分析を行った．結果，独立成分に分離後の Component の 1 つに，被験者 2 名とも，700[ms] 程度に振幅が約 10〜20[μV]の反応が見られる成分を確認した．被験者 2 名の筋活動の反応時間が Subject A では 700[ms]，Subject D
では，1000[ms]と個人差があるのに対し，この反応は，同程度の反応時間であることから，筋電位と異なる反応であるとみられ，脳波成分である可能性がある．ここで，今回の独立成分分析は，EEGLAB のrunica()を用いて行い，W は eq.4 の更新則に基づき更新されるものとする．ここで， x(t)	
 を観測信号をとし，統計的に独立な信号源から発生する未知の原信号を s(t)，復元信号 y(t)は，復元作用素 W により，eq.3 で構成される．
-eq.2
x(t) = As(t)-eq.3
y(t) = Wx(t) = WAs(t)ΔW = (I − ϕ (y(t))y(t)T )Wt
	
 

-eq.4

	
 

Up
91.6
+5.1
-2.1
-8.1
+5.3

Left Upper
84.6
+.7
+5.0
-5.2
-.5

Left
75.4
-14.7
+4.6
+11.4
-1.3

Left Lower
79.8
+.3
-4.9
-6.6
+11.1

Down
90.3
+7.5
-2.5
+1.8
-6.7

Right Lower
71.5
+13.6
+6.6
-8.4
-11.8

Right
77.5
-.1
-17.9
-1.4
+19.3

Right Upper
73.2
+1.3
-12.5
+4.7
+6.6

	
 

	
  	
  	
 
	
  結果として，平均でユークリッド距離判定では，
74.2[%]，マハラノビス距離判定では，80.5[%]の判定率であり，従来検証した測定電位に対する適応閾値
符号化処理後の判定に対して，20.5[%]の判定率向上を確認した．これは，今回，再現性のあるパタンの作成と，Neutralパタンを含めた判定を行ったことで，より詳細な駆動状態を判定できたためであると考えられる．また，各距離算出時に，各チャンネルに重みを考慮することで，さらなる判定率を向上が期待できる．	
 Fig.6は，測定データの前区間で判定を行った結果であり眼球駆動時の相対的な方向も判定されていることが確認できる．	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
Figure 6: Discrimination Result of Subject A-24-

Voltage [μV]

Table.2 Discrimination Accuracy (by Mahalanobis Distance)[%]Accuracy
Average
SubjectA
SubjectB
SubjectC
SubjectD

700 [ms]

Component 4
Time[ms]
Time[ms]
Figure 7: Resultof ICA Analysis for Target Stimulus(Subject D)

７．まとめ	 	  今回，頭皮上電位を測定することで，各方向特有の電位パタンを確認し，判定指標と判定機構の作成を行うことで，高確率で眼球駆動方向の判定を行う
ことができ，従来法に対して，20.5[%]の判定率向上を確認した．今後，今回のEOG解析での知見をもとに，独自の独立成分分析による脳波誘起電位解析手法の確立と，判定指標となる特有パタンの観測を行っていき，リアルタイムBMI構築に向けて解析を進めていきたい．	
 
	
 
参考文献	
 
[1]Kamitani,Y.Shimojo,S. Manifestation of scotomas createdby transcranial magnetic stimulation of human visual cortex.
NatureNeuroscience2,767-771(1999).
[2] A Delorme & S Makeig (2004) EEGLAB: an open source
toolbox for analysis of single-trial EEG dynamics,Journal of
Neuroscience Methods 134:9-21

超多関節筋ヘビ型ロボット PAS-2 のための体形制御系の構築∗○三上 公大 (発表者),

森 善一 (主指導教員)

Development of Body Shape Control System Design for a
Snake-like Robot with Hyper-multiarticular Muscles PAS-2*Koudai Mikami(presenter)，Yoshikazu Mori(supervisor)
Abstract—We developed biomimetic snake-like robot PAS-2. The main feature of PAS-2 is detailed imitation of
the musculoskeletal structure including hyper-multiarticular muscles of living snakes reproduced by using Mckibben
artificial muscles. However, at the present stage, we cannot achieve body shape control of PAS-2. The reason ofthis is that (1)characteristic of the artificial muscles is unidentified, (2)The relations of length of artificial muscle
and the body shape is unclear. In this paper, we propose a methodology of body shape control of the PAS-2.
Key Words: Snake, hyper multiarticular muscles，Snake-like Robot，body shape control，Open Dynamics Engine，
artificial muscle

1.

序論

ヘビはヒモ状の身体を巧みに操ることで多様な環境に対して適応的に運動することが可能である．ゆえに，ヘビの環境適応運動のメカニズムを理解することは，生物学的な新知見の獲得のみならず，高度な環境適応能力を有したロボット開発において意義がある．
ヘビの身体構造については，Gasc や Moon らの解剖実験により詳細に調べられてきた [1][2]．しかしながらヘビの運動メカニズムまでを理解するためには，ヘビの身体構造・脳神経系・環境といった要素から発現する 動的な相互作用を知る必要がある．そこで本研究室の鈴木らは，解剖実験によるヘビの身体構造の調査をもとに筋骨格系を詳細に模倣したヘビ型ロボット PAS-2 を制作し，蛇行による推進を実現した (Fig.1)[3][4]．
超多関節筋ヘビ型ロボット PAS-2(以下，PAS-2) はヘビ特有の発達した超多関節筋を空気圧人工筋肉で再現している．また，リンク間に装着されているバネはヘビ体幹部の弾性の計測値に基づいて設計されており，この弾性力の作用で多関節筋の収縮力を全身に効率よく伝達することが可能となった [5]．このように PAS-2 はヘビの身体構造・特性を詳細に調査して設計された生体システムモデルであり，ヘビの運動メカニズムの解明が期待される．しかしながら，
PAS-2 には任意体形の生成を行えないという重大な欠点がある．その原因は，以下の 2 つである．

• 人工筋肉の動作特性が不明• 体形と人工筋肉の長さ関係が不明

2. 気圧 P [MPa]3. 気圧 P [MPa]4. 気圧 P [MPa]⇔ 収縮量 ∆l[m]⇔ バネ力 Fspring [N]⇔ ダンパ力 Fdamper [N]

バルブの開放に伴う空気の流入/流出時間と気圧の関係は，

Injection：P = (Pcomp − Ppast + 0.025715) ·
(
)
tval
Pcomp
− e− 0.392329(Pcomp − Ppast )( tval)Ejection：P = e 0.893455 − 1 · Ppast + Ppast

(1)
(2)

とモデル化した．ここで Pcomp はエアコンプレッサの設
定気圧，Ppast はソレノイドバルブが切り替わった瞬間の人工筋肉内の気圧である．気圧と収縮量の関係は 0.0〜
0.2[MPa] の範囲と 0.2〜0.5[MPa] の範囲で推移の様相が異なったため，それぞれの範囲で 6 次式近似によるフィッティ
ングを行うことで気圧との関係式を同定した．
バネ力を計測したところ，低気圧時に急激にバネ力が増加する非線形性が見られた．これは人工筋肉の伸び量が限界に達したことによるものだと推測できる．PAS-2 の構造
上，低気圧時に人工筋肉が過剰に引き伸ばされることは考えられないため，線形バネとしてバネ力をモデル化した．
バネ係数を k ，人工筋肉の伸び量 x としてモデル化した式を以下に示す．

体形制御は適応運動における最も初歩的なプロセスである．そのため本研究では適応運動実現のための第一歩として，PAS-2 のための体形制御系の構築を行った．ここでの体形制御系とは，目標体形から各人工筋肉へ印加する気圧を導出するフォワードモデルを指す．本報告では，PAS-2
で使用している人工筋肉の計測とモデル化について説明する．また，体形制御系の検討ために開発した PAS-2 シミュ
レータの紹介と，提案する体形制御系を用いた体形生成実
験の様子を示す．

2.

Fig.1 PAS-2

人工筋肉の計測とモデル化

PAS-2 で使用している空気圧人工筋肉は気圧という一入力のみで収縮量，バネ力，ダンパ力が変化するという特徴を持っている．そこで，以下の関係の計測とモデル化を行った

Fspring = k · x = (1217.8P + 205.63) · x

1. バルブ開放時間 tval [sec] ⇔ 気圧 P [MPa](3)

ダンパ力のモデル化も試みたが，計測方法の問題により満足な値を得られなかった．本報告においてはダンパ力を 0[N]としたが，今後計測方法を改め，再度モデル化を試みる．

∗ ：プログラムとタイトルが異なっております．申し訳ありません．

-25-

PAS-2 シミュレータの開発

3.

Fig.2 に開発した PAS-2 シミュレータを示す．シミュ
レータの構築には物理計算エンジン ODE(Open Dynamics
Engine) を使用した．構築したモデルのスケールや人工筋
肉の付着位置などは PAS-2 の実測データをもとに設定した．また，人工筋肉の内部圧力変化に伴う収縮量や発生力の変化は，人工筋肉の計測結果に基づいてモデル化したものを使用している．開発したシミュレータに側方くねり運
動の駆動指令を与えた所，実機同様滑らかに推進した．

Fig.3 Experimental result of body shape control

4·2

提案手法により，大まかな体形の生成を実現できた．しかしながら，各関節が実現した屈曲角度にはムラが存在していた．具体的には，両端から 7 関節を除いた中央付近のジョイントが激しく屈曲していた．この原因は，多関節筋の多重構造に起因する人工筋肉の発生力の偏りであった．より
精細な体形生成の実現のため，全ての関節に一様な力を与える仕組みが必要である．

Fig.2 Simulator of PAS-23·1体形制御系の検討

本項では PAS-2 が任意の屈曲体形を生成するための体形制
御アルゴリズムについて説明する．PAS-2 の体形は人工筋肉が実現した長さにより幾何学的に決められる．すなわち，目標とする体形が決定されれば，各人工筋肉の実現すべき長さを導出することが可能である．
体形制御系への入力は各関節の屈曲角度 (ロール，ピッチ，ヨー) とする．目標屈曲角度から各リンク間の人工筋肉
経由長さを順運動学的に導出し，それを 7 リンク間分足し
合わせることで，人工筋肉の目標長さと，実現すべき収縮量を決定できる．人工筋肉の収縮量を ∆l とすると，実現すべき気圧 P は，

P = − 10 ∆l + 786097∆l − 147926∆l
6

6

5

4

+ 13027∆l3 − 555.25∆l2 + 12.122∆l + 0.0839という 6 次式から導出できる．全ての人工筋肉に対して Pを計算し，その気圧に達するまで筋を駆動することで，目標体形を生成できる．

4.

目標体形の生成実験

体形制御系を開発したシミュレータに実装し，目標体形の生成実験を行った．本実験は提案する体形制御手法の有用性を評価することを目的としたものである．提案した手法
は拮抗筋群の幾何学関係を利用した手法であり，重力や摩擦の影響は考慮していない．そのため，シミュレータ上の重力加速度を 0[m/s2 ] とし，重力の影響を排除した．また，機体を空中に浮かせることで地面との接触による摩擦等の影響も無視した．

4·1

考察

実験結果

ヨー軸，ピッチ軸周りの屈曲において，単純な体形生成の検証を行った．与える目標体形は全ての関節に対して一様とした．ヨー軸，ピッチ軸それぞれにおいて，目標屈曲角度を 7[deg]，10[deg] の 2 状態で体形生成動作を行わせた．
実験結果を Fig.3 に示す．大小異なる曲率の屈曲を生成できていることが確認できる．各実験結果において平均の屈曲角度を取得したところ，目標屈曲角度からのズレは 0.5〜
1[deg] 程度であった．このことより，本提案手法により大
まかな体形生成を実現できたといえる．
-26-

5.

まとめ・今後の課題

5·1

まとめ

本報告では，PAS-2 での任意体形の生成は人工筋肉の長さとの幾何学的な関係により記述できることを示し，目標
体形から目標気圧を導出する体形制御系を提案した．また，
体形制御系の有用性を検証するため，PAS-2 シミュレータに体形制御系を導入し，体形生成実験を行った．実験結果から，提案手法により大まかな体形の生成が実現できたことを示した．

5·2

今後の課題

提案した体形制御系は拮抗筋が互いに影響しあわない範囲で取りうる最短の長さを実現したものである．しかし，生物の筋活動はより複雑であり，拮抗する両筋の活動度合いを調節することで関節のコンプライアンス制御も行っている．特にヘビが入り組んだ環境を踏破する際，身体の剛性を巧みに操っていることが確認できる．今後は本提案手法をプラットフォームとしたうえで，拮抗筋の活動比率のコ
ントロールによる剛性制御を行っていく．
参考文献[1] J.-P.Gasc:”Axial musclature”，in: Biology of the reptilia，vol.11(edited by C.Gans and T.S.Persons)，pp355-435，
Academic press，1981[2] B.R.Moon and C.Gans: ”Kinematics，muscular activity
and propulsion in gopher snakes”，Journal of experimental biology，210，pp.2669-2684，1998[3] 鈴木 理世，井上 康介：多関節筋を有したヘビ型ロボット
PAS-2 の開発，第 28 回ロボット学会学術講演会，第 N 室(5238)，2010[4] 三上 公大，井上 康介：多関節筋を有したヘビ型ロボット
PAS-2 の交互屈曲現象の改善，茨城大学学位論文，2010[5] 田邊 圭祐：ヘビ型ロボット PAS-2 への胴体弾性の導入，茨城大学学位論文，2013[6] 広瀬 茂男：生物機械工学―やわらかいロボットの基本原理と応用―，工学調査会，1987

ヘビ型ロボット PAS-2 における胴体弾性の導入○田邉 圭祐 (発表者),

井上 康介 (指導教員)

Introduction of Body Elasticity to Snake-like Robot PAS-2*Keisuke Tanabe(presenter)，Kousuke Inoue(supervisor)
Abstract—In this paper,propose introduction of body elasticity to improve of controllability of snake-like robot
PAS-2. The main feature of PAS-2 is detailed imitation of the musculoskeletal structure including hypermultiarticular muscles of living snakes reproduced by using Mckibben artiﬁcial muscles. However, there is aserious problem named alternate ﬂexion problem particulaer to hyper-multiarticaler actuators. Previously, we have
coped with the problem by limiting joint angle, which turned out to be insuﬃcient to achieve arbitrary joint angle.
Therefore, we solved this ploblem by add a elasticity to PAS-2’s body. Actual experiment, compare the proposed
method with the joint angle limits, this factor reveal improve of Serpentine motion’s eﬃciency.
Key Words: Snake, hyper multiarticular muscles，Snake-like Robot，Angular limitation，Elastic machinery

1.

序論

ヘビはヒモ状の単純な身体を操ることで，多様な環境に適応する高い運動能力を持っている．ヘビの環境適応運動
メカニズムの解明は，生物学における新たな知見の獲得や，環境適応能力を有したロボット開発への寄与が期待される．
ヘビの身体構造については，Gasc や Moon らの解剖実験により調査が行われてきた [1][2]．しかし，ヘビの運動メカニ
ズムの解明には，ヘビの身体構造・脳神経系・環境の 3 要素から発現する動的な相互作用の解析が必要となる．一方で，生物学は要素還元論の立場に基づいており，要素間の相互作用を取り扱うことがなされていない．そこで，シス
テム工学の立場から，生物学的知見に基づいてモデル化し，モデルの動作を解析することで相互作用を解明する手法，
構成論的アプローチが有望視されている．我々は，この手法によりヘビの運動メカニズムを解明する．本研究室では，解剖実験による知見を元にヘビの筋骨格系を詳細に模倣したヘビ型ロボット PAS-2 を製作した．超多関節筋ヘビ型ロ
ボット PAS-2(以下，PAS-2) はヘビの超多関節筋を空気圧
人工筋肉で再現し，動作実験においては蛇行による推進を実現した [3][4]．しかし，PAS-2 の 2 次元運動において個々のリンクを任意に制御することができない問題があった．
ここでは，ヘビの筋肉と胴体弾性間における相互作用の調査を本研究の目的とし，生体のヘビの胴体弾性に相当する機構を PAS-2 に取り付けることにより，各リンク角度の制御が可能になるという仮説の検証を行う．

2.

ヘビ型ロボット PAS-2

PAS-2 は生体のヘビの身体構造を詳細に模倣し製作した．筋肉の持つ粘弾性をメカニカルに再現するため，PAS-2
では Mckibben 型人工筋肉をアクチュエータとして採用している．PAS-2 の人工筋肉は，左右の拮抗筋構造に加えて生体のヘビの 20 椎骨以上にまたがる非常に長い筋肉を 3 椎
骨を 1 リンクとして模倣し，各リンクから 7 リンク先まで
Mckibben 型人工筋肉を多重に張り巡らせた構造となっている（Fig.1）．さらに，関節は生体のヘビと同様にボールジョイントを採用し，筋の付着点も再現している．接地部
は受動車輪となっている．

3.

交互屈曲現象とその対策

3·1

交互屈曲現象の発生メカニズム

Fig.1 Antagonistic muscle structure and Flexion

Fig.2 Improvement of alternate winding phenomenon＆ Joint restraint partPAS-2 は片側の筋を収縮させた時，筋がついている端のリンクから屈曲を始める（Fig.2.(a)）．すると，筋の収縮によるモーメントが端のリンクに発生する（Fig.2.(b)）．この時，端のリンクが回転を始めることによって関節に反力が生じ，隣接するリンクにモーメントが発生する (Fig.2．(c))．
このモーメントによって，次のリンクは前のリンクとは逆方向の向きを向いてしまう (Fig.2.(d))．この力学的作用が次々と隣接リンクへ伝播していく．これを交互屈曲現象と呼ぶ．この現象によって，本来屈曲によって得られるはずの推進力を得ることができなかった．
3·2

屈曲角度制限機構

交互屈曲現象の対策として，同研究室の三上が角度制限機構（Fig.2.(e)）を提案し，炭素鋼パイプを用いた機械的拘
束を PAS-2 に加えた．これは，リンク間のシャフト可動域を限定することで屈曲角度を制限する機構である．この時，ヘビの椎骨をベースとして制限角度を 10[deg] に設定した．
これらを導入した動作実験において，PAS-2 は側方くねり運動を実現した．
しかし，この機構は屈曲の制限角度に達するまで次のリ
ンクに筋肉の収縮力を伝達することが不可能な構造となっ従来研究として，本研究室の鈴木らが受動関節に制限を設けない状態での PAS-2 の側方くねり実験を行った．このとき，ヨー軸周りにリンクが激しく交互に屈曲し，推進をすることができなかった．
-27-

ている．そのため，制限角度以内の任意の関節角を実現することができない．制限以内の角度の屈曲を実現するための筋収縮を行った時，PAS-2 は，筋肉の出力が小さい場合，筋が付着している端のリンクのみが動作している．これは，常に体全体を緩やかに曲げる生体のヘビの屈曲形態と異なる動きである．

4.

胴体弾性機構の導入

4·1

研究目的と従来研究

Fig.4 弾性機構での側方くねり運動

本研究は生体のヘビにおける胴体部の弾性に着目する．
現在の PAS-2 には弾性要素を含む機構はアクチュエータ用の Mckibben 型人工筋肉のみで，その他の粘弾性の要素は考慮されていない．そのため，人工筋肉の収縮力と拮抗するような機能は存在しない．胴体弾性を外部機構として追加することで，ロボットが元の状態に戻るようなモーメン
トを発生させ，収縮筋の生み出すモーメントと拮抗させることで個々の関節への筋肉の伝達が可能になるという仮説を立て，胴体弾性と筋肉の相互作用について研究していく．

4·2

解剖実験および弾性計測

始めに，生体のヘビの解剖を行い，皮膚やその周囲の筋
肉の弾性データを取得する．計測部位は，椎骨の影響がな
い側面の弾性を計測する．計測には Fig.3 の実験装置を用いた．右のクランクを回すことで計測対象を引っ張り，左のフォースゲージを用いて張力を測る．また，クランク側にはエンコーダが付いており，引っ張り長さも同時に計測可能になっている．出力された 2 つのパラメータからフックの法則を用いて弾性を求める．table.1 に計測した生体のヘビの側方弾性と，相似則より導出した PAS-2 に導入する
弾性値を記す．

リアルタイムに行えるようになったことが挙げられる．
まず，交互屈曲における弾性の働きについて解説をする．
交互屈曲問題の原因は，関節に発生する反力によるモーメ
ントにある．PAS-2 の弾性は，リンクの回転によるリンク
間距離の変化によって，筋肉の収縮力を伝播する．この時，反力モーメントと逆のモーメント（Fig.5(b) 中央）を隣接
リンクに発生させることで交互屈曲現象を抑制している．
次に，推進効率の向上を説明する．先にも示唆したように，PAS-2 の弾性は隣接リンクに筋肉の収縮トルクを伝達している．これは，複数のリンクが推進力を生み出していることを表している．従来のパイプ機構と比較した場合，パイプ機構は関節角度 10[deg] を閾値としてトルクを与えるのに対して，弾性は常にトルクを与え続けるので，筋肉の収縮力の損失を少なくしている．つまり，弾性はトルクのロスを軽減する役割をしていることを示している．

Fig.5 PAS-2’s body elasticity

5.

Fig.3 弾性計測装置

まとめ・今後の課題

5·1 まとめPAS-2 の動作の問題点である交互屈曲現象の解説と従来研究における屈曲現象の抑制手法についての説明および問題点の示唆をした．胴体弾性が屈曲運動に与える力学的作用の解明を研究目的とし，弾性機構を追加することで，交互屈曲の抑制と屈曲による推進効率の向上を実現した．

Table 1 生体のヘビと PAS-2 の胴体弾性
弾性の種類
記号
弾性係数 [N/m]

生体のヘビの側方弾性
PAS-2 の胴体弾性

4·3

ksnakekpas−2

83.9 [N/m]500.1 [N/m]

5·2 今後の課題• 椎骨付近の弾性データの取得方法の確立• ピッチ・ロール軸にも対応した弾性機構の設計

弾性機構の実装と動作実験

次に PAS-2 へ弾性の実装を行う．バネは，回転軸の真横75[mm] の位置に引きバネをリンクの左右に装着する．ま参考文献

た，上下方向の交互屈曲現象を抑えるため，ピッチ軸拘束を行う．以上の条件でパイプと弾性機構をそれぞれ装着した状態で，側方くねり運動の実験を行う．

[1] J.-P.Gasc:”Axial musclature”，in: Biology of the reptilia，vol.11(edited by C.Gans and T.S.Persons)，pp355-435，
Academic press，1981[2] B.R.Moon and C.Gans: ”Kinematics，muscular activity
and propulsion in gopher snakes”，Journal of experimental biology，210，pp.2669-2684，1998[3] 鈴木 理世，井上 康介：多関節筋を有したヘビ型ロボット
PAS-2 の開発，第 28 回ロボット学会学術講演会，第 N 室(5238)，2010[4] 三上 公大，井上 康介：多関節筋を有したヘビ型ロボット
PAS-2 の交互屈曲現象の改善，茨城大学学位論文，2010

4·4 実験結果・考察
PAS-2 の動作実験において，胴体弾性は交互屈曲現象の抑制と推進効率の向上を実現した．特に後者は，推進距離
がパイプと比較で約 26 ％伸びた．これは，ヘビの側方部の弾性が交互屈曲を防いでいるのと同時に，ヘビの側方くねり運動に関与していることを示している．この結果につながった要因として，リンク間における筋肉の収縮力伝達が-28-

空気圧アクチュエータを用いた 4 足ロボットの走行実現
発表者： 藤澤 久夢

指導教員：福岡 泰宏
用されていた 4 足ロボットである「鉄猫」の脚機構を空気圧シリンダーを用いた可変弾性を持つ直動脚へと変更する．この空気圧シリンダー内に空気を保持することにより弾性力を持つことができる．さらに管内の空気圧を調整することにより任意のバネ定数を設定することができる．これにより可変弾性直動脚を製作し変更したのが「除脳猫ロボット」である(図 2)

1. はじめに歩様とは歩行・走行時の各脚間に位相差が生じた状態のことを呼び，4 足哺乳類では walk，trot，gallop などのパターン化された歩様が存在し，これらは進行速度が増すにつれて walk→trot→gallop と離散的に遷移していく．生物はエネルギー効率よく移動するために 3 種類の速度を離散的に選択し，それぞれの速度域でwalk，trot，gallop の歩様が離散的に適用される．すな
わち，エネルギー効率よく移動するために，速度と歩様は離散的に切り替わると言われており[1]，以上の指摘は現在では定説となっている．
しかし，除脳猫と呼ばれる脳の大部分を切除された猫は体を支えトレッドミル上で歩行・走行させると，トレッドミルの速度によって歩容にも変化が見られた[2]．これより猫の歩容は脳による指令でなく，生物の脊椎に存在する CPG(Central Pattern Generator) と呼ばれる運動リズム生成器からの信号によって体が環境に適した運動を行うものだと著者らは考える．よって，本研究は CPG をモデル化した制御を搭載した除脳猫ロボットを用いて，4 足哺乳類の歩容遷移， 特に trot から
gallop への歩様遷移の実現を目指す．

図 2 除脳猫ロボット
2. SLIP model
生物の走行において，脚はバネのような振る舞いが見られることが特徴的である．そして，生物の脚は複数のセグメントを持っているが，脚をバネマスモデルと呼ばれる単純なモデル(SLIP model)にしたとしても，入射角・0 を正しい値に設定することにより生物における重心の描く軌跡と，SLIP model におけるマス(重り)の描く軌跡を一致させることができ，走行挙動を表せる(図1)と Geyer ら[3]は指摘している．さらに，この SLIP
model は複数脚存在する場合であっても，同位相の脚を 1 つの脚をすることにより図 1 と同様の運動を行うことが可能であるとされている． これにより，除脳猫ロボットにおける trot，
gallop 走行における SLIP model の実現は適していると言える．

3. 除脳猫ロボットの機構「除脳猫ロボット」の全長は縦 510[mm]，横 350[mm]，
高さ 420[mm]，総重量は 9．3[kg]である．各脚の腰関
節はピッチ軸周りに回転し，空気圧シリンダーを使用している脚は伸縮可能となっている．センサとしては，各脚の角度を検出するエンコーダ，シリンダー内の空気圧を検出しバネ定数を調整するために気圧センサを現在搭載している．以後，ピッチとロール軸周りの胴体の傾きを検出するジャイロと傾斜センサを搭載予定である．
4. 除脳猫ロボットの制御
4 足哺乳類の脊髄にあたる部位には，歩行・走行などに必要なリズムを生成していると言われる神経回路
CPG（Central Patten Generator）[4]が存在する．脳幹の中脳以下を残して，それより上位を取り去った猫の中脳歩行誘発野を刺激すると CPG が駆動され，猫は歩行を始める．それだけでなく，刺激レベルを上げると歩様が walk→trot→gallop と自律的に変化していくこともわかっている．以上のような神経生理学の知見に基づき，本研究では CPG をモデル化した生物規範型制
御，および，CPG を構成する各脚の神経振動子からの出力に基づいて，各脚においてローカルに脚軌道制御する PD 制御を用いる．

図 1 脚のバネマスモデル

この SLIP model を用いるために，本研究より前に使1-29-位相となる歩容が trot と定義されている．この定義に従えば今回の結果は trot とみなすことができる．しかし，著者等の考える理想的な trot 走行のグラフは下半分が完全同位相となっているものだと考えている．図 3 における丸で囲まれている波形が対角 1 であり，もう一方が対角 2 の波形である．そして，丸で囲まれている部
分が四角で囲まれている角度，45[deg]周辺まで到達していないことが見て取れる．これは，対角 1 のみが地面を蹴り推移力を得て，対角 2 は空振りしていることを意味する．本来対角 1 で推移力を得た後，対角 2 が接地し蹴らなければならない．それを交互に繰り返す trot
を著者等は理想としている．これの原因は複数考えられるが，腰の振動周期と直動脚の伸縮の周期が合っていないことが大きな原因だと考えている．これを合わせることにより著者等の理想的な trot の出現を今後期待する

また，CPG を利用した制御法は 4 足ロボット「鉄犬」，「鉄猫」に搭載されており，walk→trot 間の歩容遷移現象を実現している[5]．このことから，CPG 制御は遷移現象の解明に適していると言える．
5. CPG における脚の制御
CPG において非線形振動子を生成する最小単位として，神経振動子が存在する．これは，相互抑制された
2 つのニューロン(伸筋ニューロン，屈筋ニューロン)で構成されており，式(1)の非線形一階連立微分方程式
で表わされる．鉄猫ではこの神経振動子を各脚に一つずつ備える．

(1)
7. まとめと今後の課題
現在までは「除脳猫ロボット」の設計・作成，trot 動向の実現を果たした．しかし，現在出現している trot 動向
は著者等の考える理想的な trot 動向ではないので，考えうる原因を解消し，trot 走行の改善を行う．そして，
ジャイロセンサを搭載し，CPG の引き込みを利用した
trot 走行から gallop 走行の歩容遷移による出現を期待する．

CPG の出力は y i で

y i   y ei  y fiとなる． y i が正のときは遊脚期，負の時は支持脚期となるように脚を PD 制御する．
6. 実験結果
実際の実験結果をここに示す．現段階では，トレットミ
ル上で trot 走行を成功させた段階である．速度は3.6[m/h]で，前後に振れることなくトレットミル上の位置を保ちつつ安定して走行しているように見てとれた．
しかし，腰関節の角度を出力するエンコータの値をグラフに表すと異常が見つかった．(図 3)

参考文献[1] Hoyt， D． F． and Taylor， C． R．， Gait andthe en-ergetics of locomotion in horses， Nature， Vol．
292，pp．239-240， 1981
[2]Grillner ， S : control of locomotion in bipeds ，
tetrapods and fish． Handbook of hysiology II American
Physiol Society，Bethesda， MD． Pp．1179-1236，
1981．
[3]Hartmut Geyer at el :compliant leg behavior explainsbasic dynamics of walking and running ， pp ． 2-4 ，
2006．
[4] Grillner， S．， Control of locomotion in bipeds，
tetrapods and fish ． Handbook of hysiology II ．
American Physiol． Society， Bethesda， MD． pp．
1179–1236， 1981．
[5]福岡泰宏，木村浩：４足ロボットの生物規範型不整地適応動歩行-自立型『鉄犬２』による屋外歩行の実
現-，日本ロボット学会誌，vol25 No．1， pp．138-154，
2007

図 3 腰関節角度
グラフの横軸は時間[s]，縦軸は腰関節の角度[deg]を表している.trot の定義としては，左前脚と右後脚の組(以下，対角 1)が同位相であり，右前脚と左後脚の組(以下，対角 2)が同位相となり，対角 1 と対角 2 は逆

2-30-

プロジェクト業績

活動実績
2012/5/8

三領域代表 幹事会

2012/8/6

三領域代表

幹事会

2012/7/26 重点研究（ライフサポート）サブプロジェクト研究奨励として以下の２プロジェクトを採択
１．「障がい者・高齢者のための移動支援システムの開発」
代表：森

善一

２．「環境・震災対応型自然流体エネルギー利用機器の開発研究」
代表：西 泰行
2012/10/16「ひざづめミーティング in いわき」に参加し、いわき市近隣企業からの技術相談を受ける。
2013/1/30 茨城大学工学部附属ライフサポート科学教育研究センター講演会
第 18 回茨城ライフサポートコンソーシアム（ILiS）講演会
HMS ライフサポート講演会（参加人数 45 人）
Daniel Timms 氏「全置換型磁気浮上人工心臓 BiVACOR の研究開発状況」
2013/2/5

三領域代表

幹事会

2013/2/28 茨城大学重点研究「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」シンポジウム（茨城大学工学部附属ライフサポート科学教育研究センター講演会）（茨城ライフサポート(ILiS)コンソーシアム 第 19 回講演会）（HMS ライフサポート講演会）（参加人数 39 人）
2013/02/28 三領域代表 幹事会-31-

ライフサポート科学教育研究センター講演会
第18回茨城ライフサポートコンソーシアム（ILiS）講演会
HMSライフサポート講演会
参加自由！ 生の技術英語を聞くチャンス「全置換型磁気浮上人工心臓BiVACORの研究開発状況」
演者：Daniel Timms Ph.D. 氏 豪国BiVACOR社開発責任者

日時：１／３０（水）１６時〜１７時３０分
場所：茨城大学工学部 W1棟３階３０１教室
全置換型磁気浮上人工心臓を茨城大学増澤研究室と共同研究開発している豪国BiVACOR社の開発責任者Daniel Timms
氏にBiVACOR社の人工心臓の仕組みとその研究開発状況について発表してもらいます．本人工心臓は2013年4月から米国テキサス心臓研究所で動物実験が始まる世界でも最先端の人工心臓です．増澤による同時通訳，詳細説明があります．
参加自由ですので，お時間のある方は気軽にお聞きください．

-32-

30/01/2013

Rotary BiVAD/TAH development
I.

Dual Device Rotary BiVAD/TAH

II.

Single Device Rotary BiVAD/TAH

Daniel L Timms, PhD
BiVACOR Pty Ltd, Brisbane, Australia

ROTARY BIVENTRICULAR SUPPORTClinical Application
BiVAD

TAH

a. 2 x LVAD as BiVAD
b. 2 x LVAD as TAH

TWO LVADS FOR BIVENTRICULARSUPPORTa. 2 x LVAD as BiVAD
Hetzer, R., et al., Long-term biventricular support with theheartware implantable continuous flow pump. J Heart Lung
Transplant, 2010. 29(7): p. 822-4.

6• Mode 1 - Restricted
Right Outflow

Fiane, A., Clinical use of Transcutaneous Active Banding toBalance Flows during BiVentricular Support with two Rotary
LVADs. EACTS Daily News, 2010. p. 16• Mode 2 – Right pumpSpeed reduction

-33-

1

30/01/2013

Assistance or Total Replacement ?
BiVAD• Natural ventricles remain as
backup / reservoir

b. Current Rotary TAH Progress
2 x LVAD as TAH

TAH• No potential for recovery• Mechanical Failure ~ death• Natural Ventricles help tobalance flows• Cannula may cause bleeding• Pulseless circulation…?
• Easier cannulation/lessbleeding• More pericardial space

Clinical Applications (2012)

ONE DEVICE FOR BIVENTRICULARREPLACEMENT

Under Development

BiVACOR - MAGLEV Technology

-34-

2

30/01/2013

BiVACOR® - InVitro Testing

BiVACOR® Device and Controller• Automatic flow balance controller(Auto-pilot)• Manual override(Clinician)

BiVACOR® - InVivo Testing1.

11/11/2011 – TPCH, Australia(Acute Non-Recovery – 2.5hrs)
Impeller2.

DeviceAtrial Spacing

22/11/2011 – TPCH, Australia(Acute Non-Recovery – 3hrs)

3.

14/08/2012 – NCKU, Taiwan

4.

16/08/2012 – NCKU, Taiwan(Acute Non-Recovery - 1hr)
Placement(Acute Non-Recovery – 3hrs)

5.

10/09/2012 – THI, Texas, USA(Acute Recovery – 9 hrs)

Close the chest
Note: Out of respect for animal ethics, Please no photos

Thank You

Progress and Future Development

9 x Acuteextracorporeal

2007

Magnetic
SystemMCL
Testing

Q2-2011

Q3-20115 x Acute(TAH)

2011/12•Long term chronic model•Haematologic compatibility•Materials design/selection

-35-

3

平成24年度 茨城大学 重点研究
「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
シンポジウム（平成24年度 茨城大学工学部附属ライフサポート科学教育研究センター講演会）（茨城ライフサポート(ILiS)コンソーシアム 第19回講演会）
共催： ひたちものづくりサロン ライフサポートグループ，
茨城ライフサポート(ILiS)コンソーシアム

日時：平成25年2月28日（木）14時～16時30分 （参加自由）
場所：茨城大学 工学部 W1棟 401a番教室

プログラム：
14：00～14：05 重点研究代表者挨拶（工学部 増澤徹）
14：05～15：00 招待講演
講演題目：「マイクロ水力発電用水車の特性と内部流れ」
講師：徳島大学大学院ソシオテクノサイエンス研究部
教授 福富 純一郎 先生
15：00～15：40 環境創出領域研究成果発表
・下掛け式クロスフロー水車に関する研究，近江谷 亮太
・集水装置を有する軸流水車に関する研究，大久保 薫

15：50～16：30 重点研究成果発表
・下肢障碍者用装着型脚支援システム
機械工学領域 教授 近藤 良
・歯科用HA薄膜インプラントの開発と高機能化への取り組み
機械工学領域 准教授 尾関 和秀
問い合せ先：茨城大学工学部総務係 富田
Tel: 0294‐38‐5022； E‐mail: s.tomita@mx.ibaraki.ac.jp
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業績一覧
【原著論文】
1) 岡田養二, 三好理文, 増澤徹, 榎園正人, 小型ローレンツ型磁気浮上モータのサーボモータ制御, 日本 AEM 学会
誌 VoL20,No.1, 40-46（2012.3）
2) 小沼弘幸, 浮田啓悟, 増澤徹, 人工心臓のための 12 突極ラジアル型磁気浮上モータにおける最適極数の検討, 日本 AEM 学会誌 VoL20,No.1, 59-65（2012.3）
3) Keigo Ukita, Toru Masuzawa, Hiroyuki Onuma, Takashi Nishimura, Shunei Kyo, A Radial type self-bearing motor forsmall maglev regenerative blood pump, 日本 AEM 学会誌 Vol20,No.2, 2-8（2012.6）
4) Takanori Ichinose, Toru Masuzawa, Ulrich Steinseifer, Daniel L Timms, Development of Lorentz force type tilt control
motor for rotary blood pumps, 日本 AEM 学会誌 Vol20,No.2, 21-26（2012.6）
5) Masahiro Osa, Toru Masuzawa, Eisuke Tatsumi, Mniaturized axial gap maglev with vector control for pediatric artificial
heart, 日本 AEM 学会誌 Vol20,No.2, 87-93（2012.6）
6) 星野智大,尾関和秀,後藤哲哉,増澤徹,青木秀希,スパッタリング法を用いたストロンチウムアパタイト薄膜の作製と骨芽細胞による評価,バイオインテグレーション学会,2(1), 97-102,( 2012.8)
7) Aodai T, Masuzawa T, Ozeki K, Kishida A, Higami T, Effect of metal surface characteristics on the adhesion
performance of the integrated low-level energies method of adhesion, Journal of Artificial Organs,15(4), 386–394,(2012.8)8) Ozeki K, Sekiba D, Suzuki T, Kanda K, Niibe M, Hirakuri K.K., Masuzawa T, Influence of the source gas ratio on thehydrogen and deuterium content of a-C:H and a-C:D films: Plasma-enhanced CVD with CH4/H2, CH4/D2, CD4/H2
and CD4/D2, Applied Surface Science, 265, 750– 757, (2013)9) Ozeki K, Hoshino T. , Aoki H, Masuzawa T, Phase Composition of Sputtered Film from a Mixture Target of
Hydroxyapatite and Strontium-apatite, Journal of Materials Science and Technology, 29(1), 1-6, (2013)10) 西村宣彦,増澤徹,ダニエル L ティムス,シングル磁気浮上モータ方式全人工心臓の開発,日本 AEM 学会誌,21,掲載
決定, (2013)11) 藤田昌史, 井上龍太郎,佐藤大作,桑原祐史,横木裕宗,ツバル国フナフチ環礁のラグーン海岸における生活排水の流出機構,土木学会論文集 G（環境）, 68 (5), 121−125, (2012)12) Y. Ishiwatari, I. Mishima, N. Utsuno, M. Fujita, Diagnosis of the ageing of water pipe systems by water quality andstructure of iron corrosion in supplied water, Water Science and Technology: Water Supply, 13 (1), 178-183, (2013)13) 稲垣照美,上江洲智政,相変化蓄熱媒体の熱物性と水平密閉矩形容器内の自然対流熱伝達―エリスリトール―, 化
学工学論文集, 38, 263-271, (2012)14) Tadashi Nakazato and Terumi Inagaki, Analysis of Plant Function as Bio-Thermal-Conditioner Using Pothos(Epipremnum aureum), Thermochimica Acta, 532, 49-55, (2012)15) 西泰行, 福富純一郎, 酒井將実, クローズド形一枚羽根遠心ポンプの変動流体力に関する研究, 日本機械 学会
論文集 B 編, 78 巻 788 号, 837-849, (2012)16) 西泰行, 福富純一郎, 酒井將実, クローズド形一枚羽根遠心羽根車に作用する変動流体力の成分分析, 日本機械学会論文集 B 編, 78 巻 796 号, 2062-2075, (2012)17) 西泰行, 稲垣照美, 近江谷亮太, 福富純一郎, 下掛け式クロスフロー水車の内部流れに関する研究, ターボ機械,
41 巻 1 号, 51-57, (2013)18) 西泰行, 稲垣照美, 大久保薫, 菊池伯夫, 集水装置を有する軸流水車の開発に関する研究, ターボ機械, 掲載決定, (2013)-47-19) 西泰行, 塩幡宏規, 森作晃美, 宮城洋平, 野末辰裕, 小型ロケットエンジン用単段式ターボポンプの性能と内部流れ, ターボ機械, 掲載決定, (2013)20) Y. Mori, N. Sakai and K. Katsumura, Development of a Wheelchair with a Lifting Function, Advances in MechanicalEngineering, 2012, Article ID 803014, 1-9, (2012)21) 松田健一, 佐藤心平, 近藤良, 増澤徹, IPM 型 5 軸制御セルフベアリングモータの永久磁石配置に関する研究, 日本機械学会論文集(C), Vol.78, No.789, 1811- 1815, (2012)22) S. Yamauchi, Y. Imai, Plasma-Assisted Chemical Vapor Deposition of TiO2 Thin Films for Highly Hydrophilic
Performance, Crystal Structure Theory and Applications, to be published in Mar.(2013)23) S. Yamauchi, Y. Imai, ZnO Heteroepitaxy on Sapphire Using a Novel Buffer Layer of Titanium Oxide : Crystallographic
Behavior, Crystal Structure Theory and Applications, to be published in Mar.(2013)24) ポンサトーン・ラクシンチャラーンサク, 長谷川大悟, 岩澤一成, 道辻洋平, 無信号交差点における歩行者事故防止のための危険予測運転ドライバモデルの構築, 自動車技術会論文集, Vol.43, No.6, pp.1379-1385, (2012)25) Atsunori Morigaki, Kazuki Tsukade, Satoru Arimitsu, Tsutomu Konno, Toshio Kubota, Unusual annulation reaction ofelectron-deficient alkenes with enamines: an easy access to stereocontrolled 4-fluoroalkylated3,
4-dihydro-2H-pyrans Original Research Article, Tetrahedron, 69(5), 1521-1525 ,(2013)26) Shin Ota, Tomoko Kawasaki-Takasuka, Takashi Yamazaki, Toshio Kubota, Stereodivergent formation offluorine-containing enamides Original Research Article, J. Fluorine Chem., 143, 155-160, (2012)27) 大島宏之, 田中伸厚, 江口譲, 他 5 名, 高速炉におけるガス巻込み現象の防止基準,(I)数値解析によるガス巻込み
現象再現精度の検証, 日本原子力学会和文論文誌, Vo.11, No.4, pp.316-328, (2012)【国際会議発表】
1) Masahiro Osa, Toru Masuzawa,Eisuke Tatsumi, 5-DOF Control double stator maglev motor for paediatric ventricularassist device, 13th International Symposium on Magnetic Bearings, (2012.8.6-8)2) I.Mishima, K. Ito, Y. Yoshida, M. Fujita, Evaluation of nitrous oxide production potential based on nitrite behavior in
nitrification and denitrification process, Water and Environment Technology Conference 2012 (WET2012), 37, (2012)3) T. Nittami, M. Mukai, K. Uematsu, K. Matsumoto, M. Fujita, Influence of composition of intracellularpolyhydroxyalkanoates on PAO metabolism change under strictly aerobic condition, 15th International Biotechnology
Symposium and Exhibition, (2012)4) I. Mishima, Y. Yoshida, M. Fujita, Change in N2O production from conventional activated sludge process by Tohoku
Earthquake in Japan, IWA-Nutrients Removal and Recovery, (2012)5) Y. Ishiwatari, I. Mishima, N. Utsuno, T. Kato, M. Fujita, Major particulate elements originating from aging water pipes,
IWA The 9th International Symposium on Water Supply Technology, 153-154, (2012)6) Y. Nishi, J. Fukutomi and R. Fujiwara, Effect of Blade Outlet Angle on Radial Thrust of Single-Blade Centrifugal Pump,
Proceedings of the 26th IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Systems, Beijing, China, (2012)
7) Y. Mori, N. Sakai and K. Katsumura, Development of a Wheelchair with a Lifting Function, 9th International Conferenceon Informatics in Control, Automation and Robotics, 489-492, (2012)
8) Y .Imai, T. Kuroda, S. Yamauchi, H. Yokota, M. Tonouchi, ANALYSIS OF MULTILAYERED THz WAVEGUIDE BY
USING POLYMER TUBES WITH DIFFERENT INDICES, Proc. of 3rd Int’l Symposium on Terahertz Nanoscience, 54,(2012)
9) S. Hatakeyama, S. Yamauchi, Y .Imai, M. Tonouchi, TERAHERTZ-TIME DOMAIN SPECTROSCOPY FOR LACTOSEANALYSIS ON THE STEREOISOMER AND THE PARTICLE SIZE, Proc. of 3rd Int’l Symposium on Terahertz
Nanoscience, 56, (2012)-48-10) R. Tsuji, Development of Position Measurement Module for Flying IFE Target, Annual Report of National Institute for
Fusion Science, April 2011 - March 2013, 503, (2012)【著書】
1) 尾関和秀,第 15 章人工歯根:「人工臓器は,いま」,日本人工臓器学会編,はる書房, 447-465, (2012)
2) K. Ozeki, “Chapter 9: Hydroxyapatite thin film prepared by sputtering technique.”, Hydroxyapatite: Synthesis,
Properties and Applications, Nova Science Publisher, Inc. , 319-359, (2012)3) 増澤徹,監修および Q＆A:「人工臓器は,いま」,日本人工臓器学会編,はる書房, (2012)【解説,その他】
1) 藤田昌史,下水処理過程で生成する温室効果ガスの対策, 科研費 NEWS 2012, Vol. 2, 12, (2012)【学会発表】
1） 増澤徹, 災害と補助人工心臓在宅治療, 第 51 回日本生体医工学会大会, 生体医工学第 50 巻特別号プログラム・
抄録集, 106, 2012/5/10-122） 丸岡寛明, 増澤徹, 青代敏行, 尾関和秀, 木村剛, 岸田晶夫, 船本誠一, 樋上哲哉, 複合低エネルギを用いた鉗
子型組織接合装置の開発, 第 51 回日本生体医工学会大会, 生体医工学第 50 巻特別号プログラム・抄録集, 153,
2012/5/10-123) 小沼弘幸, 増澤徹, 人工心臓用ラジアル型磁気浮上モータのステータ突極形状の検討, 第 24 回「電磁力関連のダイ
ナミクス」シンポジウム講演論文集, 119-122, 2012/5/16-18
4) 床井宏行, 増澤徹, 青代敏行, 橋本英子, 尾関和秀, 岸田晶夫, 樋上哲哉, 巽英介, 新しい人工心臓装着支援装置に関する研究, 第 24 回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム講演論文集, 123-124, 2012/5/16-18
5) 松田健一, 玉置将也, 岡田養二, 近藤良, 増澤徹, ホモポーラ型ハイブリッド 5 軸制御セルフベアリングモータの提案, 第 24 回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム講演論文集, 451-452, 2012/5/16-18
6) 床井宏行, 増澤徹, 橋本英子, 尾関和秀, 青代敏行, 岸田晶夫, 樋上哲哉, 巽英介, 新しい人工心臓装着支援技
術に関する研究, 第 20 回茨城講演会講演論文集, 207-208, 2012/8/24
7) 坂田佑介, 増澤徹, 西村宣彦, Daniel L Timms, 単一磁気浮上モータを用いた全置換型人工心臓の研究開発, 第 20回茨城講演会講演論文集, 209-210, 2012/8/24
8) 山口聡史, 増澤徹, 山田悠, 大森正芳, 前田裕之, 西村隆, 許俊鋭, 心機能回復のための磁気浮上型血液ポンプの研究開発, 第 20 回茨城講演会講演論文集, 211-212, 2012/8/24
9) 平根龍也, 松田健一, 近藤良, 増澤徹, 小型・高性能アウターロータ型 5 軸制御セルフベアリングモータの開発, 第20 回茨城講演会講演論文集, 217-218, 2012/8/24
10) 玉置将也, 松田健一, 岡田養二, 近藤良, 増澤徹, ホモポーラ型ハイブリッド 5 軸制御セルフベアリングモータの開発, 第 20 回茨城講演会講演論文集, 219-220, 2012/8/24
11) 星野智大, 尾関和秀, 後藤哲哉, 増澤徹, 青木秀希, スパッタリング法によるストロンチウム固溶 HA 薄膜の作製と物性評価, 第 20 回茨城講演会講演論文集, 265-266, 2012/8/24
12) 服部圭介, 増澤徹, 長真啓, 林照剛, 磁性ビーズ細胞励振系およびナノ振動計測系の研究開発, 第 20 回茨城講
演会講演論文集, 267-268, 2012/8/24
13) 丸山修, 伊藤大輝, 西田正浩, 山根隆志, 松田健一, 足立吉數, 増澤徹, 二重円筒型レオメーターを使用したせん断流れ場における表面粗さが溶血に与える影響, 第 20 回茨城講演会講演論文集, 269-270, 2012/8/24
14） Toru Masuzawa, Daniel L Timms,Levitated Bearings Technology for RBPs: Challenge or Perspective?,20th Congressof the International Society for Rotary Blood Pumps, Istanbul, Turkey, 2012/9/20-49-15) Akiko Ota, Toru Masuzawa, Nobuhiko Nishimura, Yusuke Sakata, Daniel L Timms,CFD Analysis for Maglev Total
Artificial Heart,20th Congress of the International Society for Rotary Blood Pumps,41, Istanbul, Turkey, 2012/9/21
16) Masuzawa T, Ukita K, Onuma H, Nishimura T, Kyo S, Novel Long Term Ventricular Assist Device for Mild Heart
Disease Patients, XXXIX Annual ESAO Congress, Rostock, Germany, 2012/9/29
17) 岡田養二, 三好理文, 増澤徹, 榎園正人, 小型ローレンツ型磁気浮上モータのサーボモータ制御, 第 23 回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム, 2011/5/18
18) 丸山修, 伊藤大輝, 西田正浩, 山根隆志, 松田健一, 足立吉數, 増澤徹, せん断流れ場における血液接触材料の表面粗さが溶血量増加に及ぼす定量評価, 生活生命支援医療福祉工学系学会連合大会 2012, CD OS1-3-2,
2012/11/2-419) 増澤徹, 寺山昌幸, ダニエル L ティムス, 全人工心臓用磁気浮上モータの磁気支持性能, 第 23 回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム, 2011/5/18
20) 太田晶子, 増澤徹, 西村宣彦, ダニエル・ティムス, 磁気浮上全人工心臓のポンプ内部圧力分布解明のためのCFD 解析, 生活生命支援医療福祉工学系学会連合大会 2012, CD OS1-3-9, 2012/11/2-421) 丸岡寛明, 増澤徹, 橋本英子, 青代敏行, 岸田晶夫, 舩本誠一, 樋上哲哉, 低エネルギ生体融着デバイスの開発－圧力測定機構の付加－, 生活生命支援医療福祉工学系学会連合大会 2012, CD OS2-2-8, 2012/11/2-422) 西村宣彦, 増澤徹, Daniel L Timms, シングル磁気浮上モータ方式全人工心臓の開発, 第 21 回 MAGDA コンファレ
ンス in 仙台講演論文集, 157-162, 2012/11/21-22
23) 佐藤心平, 松田健一, 近藤良, 増澤徹, IPM 型 5 軸制御セルフベアリングモータのコギングトルク低減に関する研究,第 21 回 MAGDA コンファレンス in 仙台講演論文集, 349-352, 2012/11/21-22
24) 村上倫子, 増澤徹, 小沼弘幸, 西村隆, 許俊鋭, 薄型補助人工心臓のための 2 軸制御磁気浮上ポンプの開発,第21 回 MAGDA コンファレンス in 仙台講演論文集, 213-216, 2012/11/21-2225) 増澤徹,西村隆,許俊鋭,巽英介,Daniel L Timms,これからの定常流ポンプ研究開発 新しい循環器病治療方法への対応,日本定常流ポンプ研究会 2012, 2012/11/22
26) 太田晶子, 増澤徹, 西村宣彦, ティムスダニエル, 磁気浮上型全人工心臓の CFD 解析, 第 50 回日本人工臓器学会大会予稿集 Vol.41 No.2, S-138, 2012/11/22-24
27) 橋本英子, 増澤徹, 尾関和秀, 丸岡寛明, 青代敏行, 樋上哲哉, 舩本誠一, 岸田晶夫, 木村剛, 複合低エネルギ
ーを用いた組織接合法の in vivo 評価, 第 50 回日本人工臓器学会大会予稿集 Vol.41 No.2, S-164, 2012/11/22-24
28) 長真啓, 増澤徹, 巽英介, 乳児用人工心臓のための 5 自由度制御型磁気浮上モータ, 第 50 回日本人工臓器学会
大会予稿集 Vol.41 No.2, S-185, 2012/11/22-24
29) 長真啓, 増澤徹, 巽英介, 小児用人工心臓のための小型磁気浮上モータの開発, 第 25 回バイオエンジニアリング
講演会講演論文集 No.12-48, 97-98, 2013/1/9-1130) 床井宏行, 増澤徹, ニコラス グレイトレックス, ウーリッヒ スタインセイファー, 小型補助人工心臓のためのハイブリッ
ド軸受の開発, 第 25 回バイオエンジニアリング講演会講演論文集 No.12-48, 99-100, 2013/1/9-1131) 須田佳裕, 増澤徹, 黒崎亘, 循環系シミュレータにおける血管コンプライアンスと血圧波形との関係の検討, 第 25 回
バイオエンジニアリング講演会講演論文集 No.12-48, 317-318, 2013/1/9-1132) 服部圭介, 増澤徹, 木村孝之, 古山昭, 弾性ヒンジ型ナノ振動印加装置の研究開発,第 25 回バイオエンジニアリン
グ講演会講演論文集 No.12-48, 321-322, 2013/1/9-1133) 増澤徹, 西村隆, 許俊鋭, 巽英介, TIMMS Daniel,新しい治療デバイスと磁気浮上技術, 第 41 回人工心臓と補助
循環懇話会学術集会プログラム・抄録集, 38, 2013/2/1-234) TIMMS Daniel, COHN William, PARNIS Steven, GREATREX Nicholas, KURITA Nobuyuki, MASUZAWA
Toru,BiVACOR－Implantable Rotary Total Artificial Heart, 第 41 回人工心臓と補助循環懇話会学術集会プログラ
ム・抄録集, 39, 2013/2/1-2-50-35) 長真啓, 増澤徹, 巽英介,乳児用人工心臓への応用を目指した 5 自由度制御型磁気浮上モータの開発,

第 41 回人工心臓と補助循環懇話会学術集会プログラム・抄録集, 71, 2013/2/1-236) 村上倫子, 増澤徹, 小沼弘幸, 西村隆, 許俊鋭,薄型補助人工心臓に用いる 2 軸制御型磁気浮上ポンプの開発,
第 41 回人工心臓と補助循環懇話会学術集会プログラム・抄録集, 110, 2013/2/1-237) 太田晶子, 増澤徹, 西村宣彦, TIMMS Daniel,磁気浮上全人工心臓の流量バランス制御,

第 41 回人工心臓と補助循環懇話会学術集会プログラム・抄録集, 111, 2013/2/1-238) 星野智大,尾関和秀,後藤哲哉,増澤徹,青木秀希,ストロンチウムアパタイト薄膜の作製及び骨親和性評価,第 6 回ナノバイオメディカル学会, 2012/7/10
39) 星野智大,尾関和秀,後藤哲哉,増澤徹,青木秀希,スパッタリング法によるストロンチウム固溶 HA 薄膜の作製と物性評
価,2012 年茨城講演会, 2012/8/26
40) 星野智大,尾関和秀,後藤哲哉,増澤徹,青木秀希,スパッタリング法によるストロンチウム固溶 HA 薄膜の作製と骨親和性評価,日本セラミックス協会第 25 回秋季シンポジウム,2012/9/19
41) 大和田恵理,星野智大,尾関和秀,松居賢志,増澤徹,青木秀希,アパタイトを用いた放射性物質吸着に関する基礎的評価,日本セラミックス協会第 25 回秋季シンポジウム, 2012/9/1942) 尾関和秀,後藤哲哉,秦美治,HA 薄膜の結晶性制御と骨親和性評価に関する研究,第 42 回公益社団法人日本口腔インプラント学会学術大会, 2012/9/2243) 星野智大,尾関和秀,後藤哲哉,増澤徹,青木秀希,スパッタリング法による Sr 固溶 HA 薄膜の作製と骨芽細胞様細胞による評価,第 21 回ライフサポート学会, 2012/11/3
44) 日比野麻衣,木村洋裕,大越康晴,ｱｽﾞﾗﾝ ｱｽﾞﾋﾑ,増子貞光,平塚傑工,尾関和秀,中森秀樹,斎藤秀俊,平栗健二,福井康裕,各種 DLC の表面特性と細胞増殖性の相関性,第 26 回ダイヤモンドシンポジウム, 2012/11/1945) 尾関和秀,鈴木哲平,平栗健二,増澤 徹,メタン及びアルゴンガスによる高分子上への DLC 成膜と物性評価,第 26 回
ダイヤモンドシンポジウム, 2012/11/2046) 尾関和秀,藤嵜裕之,関場大一郎,竹本直嗣,平栗健二,増澤 徹,重水素化 DLC 膜の物性評価に関する研究,第 26 回
ダイヤモンドシンポジウム, 2012/11/20
47) 竹本 直嗣,藤嵜 裕之,石井 聡,尾関 和秀,関場 大一郎,CVD を用いた a-C:H 薄膜作製における水素取り込み過程の研究,第 53 回真空に関する連合講演会, 2012/11/1448) 石渡恭之,津金大夢,見島伊織,藤田昌史,配水管の管種・使用年数と水道水中懸濁物の構成元素との関係,第 63 回
全国水道研究発表会, 2012/5/18
49) 見島伊織,伊藤耕輔,吉田征史,藤田昌史,消費電力抑制のための運転条件変更が窒素除去および N2O 生成に与える影響,第 49 回下水道研究発表会, 2012/7/26
50) 見島伊織,石渡恭之,藤田昌史,XAFS 測定による消火栓水道水中の Fe 形態解析,第 67 回土木学会年次学術講演会,
2012/9/551) 見島伊織,吉田征史,藤田昌史,実下水処理場における負荷変動が硝化活性および N2O 生成活性に与える影響第47 回日本水環境学会年会, 2013/3/1252) 井上龍太郎,新田見匡,藤田昌史,海水を利用した生活排水処理を担う活性汚泥の 16S rDNA 解析,第 47 回日本水環境学会年会, 2013/3/1353) 石渡恭之,加藤健,見島伊織,宇津野典彦,藤田昌史,配水管ネットワーク中の懸濁態元素組成の変化に及ぼす要因,
第 47 回日本水環境学会年会, 2013/3/13.
54) T. Kimura, K. Uno, W. Murofushi, and T. Masuzawa, Investigation on the Characteristics of Magnetic Sensor
Sensitivity in High- frame-rate Sensing, The International Conference on Electrical Engineering, 2012/755) 宇野一弥, 木村孝之, 増澤徹, 二次元集積化磁気センサのばらつきとその補正方法に関する検討, 平成 24 年度
電気学会東京支部茨城支所研究発表会, 2012/11/24-51-56) 久我祐太, 木村孝之, 部分露光が可能な CMOS イメージセンサの感度偏りに関する評価, 平成 24 年度 電気学会
東京支部茨城支所研究発表会, 2012/11/24
57) 倉田優志, 木村孝之, ガンマ線照射により CMOS イメージセンサで生じる暗電流の抑制に関する研究, 平成 24 年度
電気学会東京支部茨城支所研究発表会, 2012/11/24
58) 森中貴史, 木村孝之, 放射線が MOSFET のサブスレッショルド領域での電流に及ぼす影響に関する研究, 平成 24
年度 電気学会東京支部茨城支所研究発表会, 2012/11/24
59) 黒澤亮了,星勝之,今井祐介,渡辺実行,福岡泰宏,不随意な適応系と協調するマスタスレーブ操作により高速不整地走破する UGV の動作検証,Robotmec2012,2012/5/29
60) 西泰行,稲垣照美,近江谷亮太,福富純一郎,下掛け式クロスフロー水車の内部流れに関する研究,日本機械学会関東支部第 18 期総会講演会, 2012/3/10
61) 西泰行,稲垣照美,近江谷亮太,福富純一郎,下掛け式クロスフロー水車の内部流れ,社団法人ターボ機械協会第 67
回総会講演会, 2012/5/25
62) 一色俊洋,稲垣照美,相変化蓄熱物質の液相状態における熱物性の解明,第 49 回日本伝熱シンポジウム, 2012/5/31
63) 稲垣照美,上江州智政,一色俊洋,相変化蓄熱物質の液相状態下における熱物性と水平密閉矩形容器内自然対流
熱伝達,第 49 回日本伝熱シンポジウム, 2012/6/1
64) 稲垣照美,横江晴佳,等熱流束で加熱された垂直平滑平板上自然対流における遷移域の熱流動特性に関する研究,第 40 回可視化情報シンポジウム, 2012/7/24
65) 早稲田一嘉,原宏太朗,立川力,稲垣照美,風力発電用大型風車のペーパークラフト開発（機械機能及び組み立てやすさの改良）,日本工学教育協会第 60 回年次大会, 2012/8/2266) 佐藤智洋,稲垣照美,磁性流体の熱物性と水平矩形容器内自然対流熱伝達,日本機械学会関東支部茨城講演会平成 24 年度講演会, 2012/8/23
67) 武藤綾馬,稲垣照美,密閉矩形容器内の乱流自然対流熱伝達,日本機械学会関東支部茨城講演会平成 24 年度講演会, 2012/8/2368) 岡部太郎,稲垣照美,平板間に発達する自然対流熱伝達,日本機械学会関東支部茨城講演会平成 24 年度講演会,
2012/8/23
69) 近江谷亮太,西泰行,稲垣照美,福富純一郎,下掛け式クロスフロー水車の非設計点における内部流れ,日本機械学会
関東支部茨城講演会平成 24 年度講演会, 2012/8/23
70) 大久保薫,岩本浩信,西泰行,稲垣照美,菊池伯夫,集水装置を有する軸流水車に関する研究,日本機械学会関東支部茨城講演会平成 24 年度講演会, 2012/8/23
71) 早稲田一嘉,飯田誠,立川力,稲垣照美,風力発電用大型風車のペーパークラフト開発（数値流体解析の教材）,日本
機械学会 2012 年度年次大会, 2012/9/9
72) 岩本浩信,西泰行, 稲垣照美, 大久保薫, 菊池伯夫,集水装置を備えた軸流水車の開発,日本機械学会 2012 年度年
次大会, 2012/9/973) 近江谷亮太,西泰行,稲垣照美,福富純一郎,下掛け式クロスフロー水車の内部流れに及ぼす流量の影響,日本機械学会第 90 期流体工学部門講演会, 2012/11/18
74) 酒井將実, 西泰行, 福富純一郎, クローズド形一枚羽根遠心ポンプの変動流体力に及ぼすライナリング隙間の影響,
2012 日本機械学会茨城講演会, 2012/8/24
75) 森作晃美, 宮城洋平, 西泰行, 塩幡宏規, 野末辰裕, 超高速・小型ターボポンプの性能と内部流れに関する研究,2012 日本機械学会茨城講演会, 2012/8/24
76) 手島誠矢, 福富純一郎, 重光亨, 西泰行, 汚水用遠心ポンプの変動流体力に関する研究, 日本機械学会 2012 年
度年次大会, 2012/9/10
77) 西泰行, 塩幡宏規, 森作晃美, 宮城洋平, 野末辰裕, 小型ロケットエンジン用単段式ターボポンプの性能と内部流-52-

れ, 第 68 回ターボ機械協会沖縄講演会, 2012/9/20
78) 菊池亮太,森義一,瀋昌輝,鯉渕正寛,軽度下肢障がい者の一般トイレ利用を可能にする歩行補助具,茨城講演会講演
論文集, 2012/8/24
79) 川又和弥,森善一,車椅子利用者のための携帯可能な小型移乗機,茨城講演会講演論文集,pp.259-260, 2012/8/24
80) 森善一,勝村薫,酒井徳克,中田明彦,介助リフト機能付き車椅子の開発,ROBOMEC 2012 講演論文集, 2012/5/27-29
81) 瀋昌輝,森善一,鯉渕正寛,中田明彦,軽度下肢障がい者の一般トイレ利用を可能にする移動補助具,ROBOMEC
2012 講演論文集, 2012/5/27-29
82) 木戸眞一郎,森善一,中田明彦,パッシブ RFID タグを用いた介護施設見守りシステム,ROBOMEC 2012 講演論文集,
2012/5/27-29
83) 田所寛之,森善一,中田 明彦,褥瘡予防のための車椅子用チルト機能システム,ROBOMEC 2012 講演論文集,
2012/5/27-29
84) 中野功一,森善一,中田明彦,空気圧アクチュエータを用いたリズム歩行補助システム,ROBOMEC 2012 講演論文集,
2012/5/27-29
85) 生熊祐太,森善一,杉本浩一,中田明彦,屋外で使用できる段差踏破機能付き歩行器の開発,ROBOMEC 2012 講演論
文集, 2012/5/27-29
86) 藤代謙太,田中伸厚, 不足膨張噴流問題の数値解析の GPGPU を用いた高速化,第 20 回茨城講演会(2012).
87) 進藤久史,田中伸厚, アーク発熱を考慮したガス遮断器内の三次元ガス挙動数値解析, 第 20 回茨城講演会(2012).
88) 岡田養二, 松田健一, 近藤良, 大戸基通, 榎園正人, 補講補助ロボット用高トルクモータの開発, 第 21 回 MAGDA
コンファレンス講演論文集, 53-56, (2012)89) 鈴木浩成, 岡田養二, 松田健一, 麻生公通, 榎園正人, 極低温ポンプ用磁気軸受の開発と応用, 第 21 回 MAGDA
コンファレンス講演論文集, 353-356, (2012)90) 山内 智,畠山さくら,今井 洋,斗内政吉,THz-TDS による糖類の分析 III, 第 73 回応用物学会学術講演会,
2012/9/11
91) 石橋和洋,永塚正浩,塚本修平,山内 智,CVD 法による低抵抗酸化チタン薄膜の成長 II, 第 73 回応用物学会学術講演会, 2012/9/13
92) 石橋和洋,永塚正浩,塚本修平,山内 智,CVD 法による低抵抗酸化チタン薄膜の成長 II, 第 20 回電気学会東京支部
茨城支所研究発表会, 2012/11/24
93) K. Hirayama, K. inoue, Three-dimensional Measurement of Snake Locomotion Using Stereovison, 8th International
Student Conference at Ibaraki University, 2013/11/1194) 高一楠,井上康介,環境変動に適応するヘビ型ロボットの分散型押し付け運動制御,第 25 回自律分散システム・シンポ
ジウム,2013/1/25
95) 下里佳史, 道辻洋平, 信号切り替わり時のリスク評価指標を用いた危険予測運転停止モデル, 第 21 回交通・物流部
門大会講演論文集, pp.183-186, 2012/12/7
96) 松本直樹, 道辻洋平, ドライブレコーダ前方映像を用いた対向車両運動推定, 日本機械学会 2012 年度年次大会講演論文集, J184012, 2012/9/10
97) 道辻洋平,大竹正俊,ポンサトーン・ラクシンチャラーンサク,信号切り替わり時の横断歩行者に対する運転リスク評価指標の提案,自動車技術会学術講演会前刷集, No.3-12, pp.1-6, 2012/5/23
98) ポンサトーン・ラクシンチャラーンサク, 長谷川大悟, 岩澤一成, 道辻洋平, 無信号交差点における歩行者事故防止のための危険予測運転ドライバモデルの構築, 自動車技術会学術講演会前刷集, No.3-12, pp.7-12, 2012/5/23
99) 多田智樹, 大竹正俊, 道辻洋平, 交差点における信号切り替わり場面のドライバモデル構築, 日本機械学会関東支部第 18 期総会講演会講演論文集, pp.633-634, 2012/3/10
100) 関和希,高橋治,清水年美,動的可操作性楕円体に基づく特性評価を利用した二関節筋ロボットの適応制御,2012 年-53-

度山梨講演会, 2012/10/27
101) 青木悠介,中嶋将仁,酒井千明,近藤良, 立位安定化試験システムの開発, 日本機械学会関東支部第 18 期総会講演会講演論文集, 2012/3/9-10
102) 橘川 拓也（茨城大院）,佐川 昌也,近藤 良（ホッピングロボットの連続離散ハイブリッド安定化制御, 日本機械学会
関東支部茨城ブロック茨城講演会, 2012/8/24
103) 青木 悠介, 中嶋 将仁, 酒井 千明, 泉 大船, 近藤 良, 岡田 養二, 下肢障害者のための足裏感覚の視覚提示による立位安定化 , 日本機械学会関東支部茨城ブロック茨城講演会, 2012/8/24
104) Do Manh Hung, 鈴木 利充, 脇田 亮介, 近藤 良, 岡田 養二, 振動による代替感覚フィードバックを用いたマニュ
アル制御, 日本機械学会関東支部茨城ブロック茨城講演会, 2012/8/24
105) 仲尾友希,伊藤拓真,住谷秀保,脳波解析による閉眼時実時間眼球駆動方向判定機構,電気学会東京支部茨城支所研究発表会電気学会, 2012/11/24
106) 児安信幸,荒川洋平,住谷秀保, 位相情報および超低周波成分利用ゆらぎ信号生成アルゴリズムと体性影響度解析,
電気学会東京支部茨城支所研究発表会電気学会, 2012/11/24
107) 三浦慎平,田尻洋太郎,住谷秀保, 脳波解析による開眼時実時間眼球駆動方向判定機構,電気学会東京支部茨城支所研究発表会電気学会, 2012/11/24
108) 宮下嵩史,岩淵正敏,住谷秀保, 重度障害者向け眼球操作 PC 入力支援デバイスの辺縁部凝視時虹彩検出精度改善,電気学会東京支部茨城支所研究発表会電気学会, 2012/11/24
109) 日野瑞己,住谷秀保,赤木一彰,日向野聡, カリトノフ安定条件にもとづく非線形プラントの低次同定モデル精度評価,
電気学会東京支部茨城支所研究発表会電気学会, 2012/11/24
119) 児安 信幸,荒川 洋平,住谷秀保, 1/f スペクトル再合成における移相情報導入効果, 第２０回日本機械学会関東支部茨城講演会, 2012/8/24
110) 三浦慎平, 田尻洋太郎,住谷秀保, 伊藤拓真, 頭皮電位パタン解析手法を用いた開眼状態眼球駆動同定, 第２０回日本機械学会関東支部茨城講演会, 2012/8/24
111) 住谷秀保,進士 倫之, 鹹味と酸味味覚刺激に対する事象関連電位, 第２０回日本機械学会関東支部茨城講演会,
2012/8/24
112) 宮下嵩史,岩淵正敏,住谷秀保, 重度障がい者コミュニケーション支援眼球駆動 PC-GUI システム, 第２０回日本機
械学会関東支部茨城講演会, 2012/8/24
113) 仲尾友希 住谷秀保, 低周波光明滅刺激に対する視覚野活動の周波数依存同期および非同期現象, 第２０回日
本機械学会関東支部茨城講演会, 2012/8/24
114) 住谷 秀保, 快／不快音響帯域に関する考察, 第２０回日本機械学会関東支部茨城講演会, 2012/8/24
115) Toshio Kubota, Atsuhiko Ohkubo, Norihiro Sugaya, Preparation of fluorine-containing monomers for cyclizing
polymerization, 20th International Symposium on Fluorine Chemistry (Kyoto), 2C‒2, 2012/7/24【受賞等】
1) 受賞者名: 西村宣彦, 増澤徹,受賞名: バリアフリーシステム開発財団奨励賞,授与者: ライフサポート学会, 受賞日:2012/11/3
2) 受賞者名: 坂田祐介, 増澤徹,受賞名: 2012 年茨城講演会優秀講演発表賞,授与者: 茨城講演会, 受賞日:2012/11/15
3) 受賞者名: 床井宏行, 増澤徹,受賞名: 2012 年茨城講演会優秀講演発表賞,授与者: 茨城講演会, 受賞日:2012/11/15
4) 受賞者名: 服部圭介, 増澤徹,受賞名: 2012 年茨城講演会優秀講演発表賞,授与者: 茨城講演会, 受賞日:2012/11/15-54-5) 受賞者名: 長真啓, 増澤徹,受賞名: 日本 AEM 学会奨励賞,授与者: 日本 AEM 学会, 受賞日: 2012/11/21
6) 受賞者名: 森中貴史, 受賞名: 優秀発表賞,授与者: 電気学会東京支部茨城支所大会, 受賞日: 2012/11/24（藤田）7) 受賞者名: 近江谷亮太,西 泰行,稲垣照美,立川力,小寺正雄,福富純一郎, 受賞名:優秀講演発表賞,授与者:日本機
械学会関東支部第 18 期総会講演会, 受賞日: 2012/3/10
8) 受賞者名: 岡部太郎,稲垣照美, 受賞名:優秀講演発表賞,授与者:日本機械学会関東支部平成 24 年度茨城講演会,
受賞日: 2012/8/23
9) 受賞者名: 茨城大学 (共同研究担当者: 近藤良, 松田健一), 受賞名:モノづくり連携大賞【特別賞】「次世代の電磁力応用技術開発を目指す産学官連携技術の構築」,授与者: 日刊工業新聞社, 受賞日: 2012/12/6
10) 受賞者 名 : 児安信 幸 , 受賞名 :Aural Presenter Award,授与者: 第 ２０回 日本機械 学会関東支 部 , 受賞日 :2012/8/24（住谷）11) 受賞者名: 仲尾友希, 受賞名:Aural Presenter Award,授与者: 第２０回日本機械学会関東支部, 受賞日:2012/8/24（住谷）12) 受賞者名:宮下嵩史, 受賞名:Aural Presenter Award,授与者:電気学会東京支部, 受賞日: 2012/11/24（住谷）【特許】
1) 発明者:増澤徹,青代敏行,出願人: 国立大学法人茨城大学,発明の名称:「組織自己接合型体内挿入管及び該体内挿入管との接合方法」,出願番号: 特願 2012-111902
2) 発明者:増澤徹,長真啓,出願人: 国立大学法人茨城大学,発明の名称:「アキシャル型磁気浮上モータ」,出願番号:特願 2012-172943
3) 発明者:岸田晶夫,増澤徹, 出願人:国立大学法人 東京医科歯科大学,茨城大学, 発明の名称:「生体組織接着装置」,特許第 5029607 号,登録日: 2012/7/6
4) 発明者:青木秀希,尾関和秀, 出願人: 国立大学法人茨城大学, ㈱国際アパタイト研究所, 発明の名称:｢アパタイト
含有放射性物質除去装置｣, 出願番号: 特願 2012-133480
5) 発明者:藤田昌史,横木裕宗,桑原祐史,佐藤大作, 出願人:国立大学法人茨城大学, 発明の名称:「海水を利用した下排水処理方法」,出願番号:特願 2012-244045.
6) 発明者:黒羽徹,藤田昌史,見島伊織,出願人:黒羽徹,藤田昌史, 発明の名称:「配水管の老朽化判定方法」,出願番号:
特願 2012-259821.
7) 発明者:田中伸厚,出願人: 国立大学法人茨城大学, 発明の名称: ｢多次元発電装置｣, 出願番号: 特願 2012-26381
8）発明者:松田健一, 出願人: 国立大学法人茨城大学, 発明の名称: ｢埋込永久磁石モータ｣, 出願番号: 特願
2012-254549【新聞報道等】
1) 見出し「小水力発電に参入」,新聞社または雑誌名:日刊工業新聞,掲載日:2012/9/21(西)2) 見出し「モノづくり連携大賞【特別賞】」,新聞社名:日刊工業新聞,掲載日:2012/11/16(松田)3) 見出し「衝突安全技術が向上」,新聞社または雑誌名:茨城新聞,掲載日:2013/2/5 (道辻)
【競争的資金獲得】
1.申請した競争的資金等の外部資金
1) 平成 24 年 独立行政法人科学技術振興機構 研究成果最適展開支援事業（A-STEP）【本格研究開発ステージ 起
業挑戦タイプ】,「電磁誘導加熱による生体組織・金属接合技術の研究開発とステント接合への応用」, 47,960 千円,2012 年度～2014 年度.（研究代表者: 橋本英子, 分担研究者: 増澤徹, 尾関和秀）-55-

2) 平成 24 年 独立行政法人科学技術振興機構 知財活用促進ハイウェイ【大学特許価値向上支援】,「ハイブリッド型磁気軸受を用いた心臓治療用血液ポンプの研究開発」, 3,500 千円, 2012 年度.（研究代表者: 増澤徹）
3) 平成 24 年 独立行政法人科学技術振興機構 知財活用促進ハイウェイ【大学特許価値向上支援】,「生体組織・金属接合のための電磁誘導加熱装置の開発」, 3,500 千円, 2012 年度.（研究代表者:尾関和秀）
4) 平成 24 年 独立行政法人科学技術振興機構 研究成果最適展開支援事業（A-STEP）【フィージビリティスタディステージ 探索タイプ】,「心臓再生治療等に対応した自己心機能回復用磁気浮上血液ポンプの研究開発」, 1,700 千円,
2012 年度～2013 年度.（研究代表者:増澤徹）
5) 平成 24 年 独立行政法人科学技術振興機構 復興促進プログラム（A-STEP）【シーズ顕在化タイプ】,「水質解析による水道管内面劣化診断手法の開発」, 7,824 千円, 2012 年度～2013 年度.（藤田）6) 2012 年度 日揮・実吉奨学会研究助成金,「環礁国の持続的な生態系サービスの保全に向けた沿岸水質環境の評価
手法の構築」, 2,000 千円, 2012 年度.（藤田）7) 平成 24 年 独立行政法人科学技術振興機構 復興促進プログラム（A-STEP)【フィージビリティスタディ（探索タイプ）】,「集積化磁気センサを用いた高機能バイオセンサの開発」, 1,700 千円, 2012 年度～2013 年度.（木村）8) 平成 24 年 独立行政法人科学技術振興機構 研究成果最適展開支援事業（A-STEP）【フィージビリティスタディ（探索タイプ）】,「死角位置からの情報伝達支援装置（緊急時視覚障害者・健常者コニュニケーション支援）」, 1,700 千円,
2012 年度～2013 年度.（住谷）
2.申請した科学研究費補助金
1) 文部科学省 平成 25 年度 基盤研究（S）,「世界をリードする簡単植え込み・感染フリー薄小型磁気浮上循環補助シ
ステムの研究開発」, 199,680 千円, 2013 年度～2017 年度.（研究代表者:増澤徹）
2) 文部科学省 平成 25 年度 基盤研究（A）,「世界をリードする簡単植え込み可能な薄小型磁気浮上循環補助システ
ムの研究開発」, 49,960 千円, 2013 年度～2016 年度.（研究代表者:増澤徹）
3) 文部科学省 平成 25 年度 挑戦的萌芽研究,「単一磁気浮上モータ完全置換型人工心臓の左右流量バランス制御機構に関する研究」, 4,984 千円, 2013 年度～2015 年度.（研究代表者:増澤徹）
4) 文部科学省 平成 24 年度 基盤研究（C）,「海水を利用した生物学的排水処理手法の開発」, 5,070 千円, 2012 年度～2014 年度.（藤田）5) 文部科学省 平成 25 年度 基盤研究（C）（一般）, 「磁気ビーズと集積化磁気センサを利用した細胞観測・順送り運搬システムに関する研究」, 4,980 千円, 2013 年度～2015 年度.（木村）6) 文部科学省 平成 25 年度 若手研究（B）,「シミュレーションとロボットを用いた四足動物の移動パターン生成原理の究明」, 4,931 千円, 2015 年度～2016 年度.（福岡）7) 文部科学省 平成 25 年度 基盤研究（B）,「常温域コジェネレーション向け相変化蓄熱と熱輸送システムの構築に関する基礎的研究」, 18,720 千円, 2013 年度～2015 年度.(稲垣)8) 文部科学省 平成 25 年度 萌芽研究,「カーボンナノチューブ分散流体（CNF）による強制対流熱伝達と沸騰熱伝達に関する研究」, 5,000 千円, 2013 年度～2015 年度(稲垣)9) 文部科学省 平成 25 年度 挑戦的萌芽研究,「車椅子に常備可能な折りたたみ介助リフトの開発」, 4,995 千円, 2013年度～2014 年度. (森)10) 文部科学省 平成 25 年度 基盤研究（C）,「BWR 原子炉内部構造を活用した旋回流型気水分離器の開発」, 4,905
千円, 2013 年度～2015 年度.(田中)11) 文部科学省 平成 22 年度 基盤研究(C), 「連続流人工心臓用小型・高性能・高効率セルフベアリングモータの研究」, 3, 420(3,000/420)千円, 2011 年度～2013 年度.(松田)12) 文部科学省 平成 24 年度 科学研究費一般（C）,「高齢化による歩行パターン変化解析と年齢別歩行安定度呈示」,
4,750 千円, 2013 年度～2014 年度.(住谷)-56-

3.採択された競争的資金等の外部資金
1) 平成 24 年度第 2 回 独立行政法人科学技術振興機構 研究成果最適展開支援事業（A-STEP)【フィージビリティスタ
ディ（探索タイプ）】「結晶性制御技術を用いたジルコニアセラミックスへのアパタイト薄膜成膜技術の開発」, 1,700 千円,
2012 年度～2013 年度.（尾関）2) 平成 24 年 独立行政法人科学技術振興機構 復興促進プログラム（A-STEP）【シーズ顕在化タイプ】,「水質解析による水道管内面劣化診断手法の開発」, 7,824 千円, 2012 年度～2013 年度.（藤田）3) 2012 年度 日揮・実吉奨学会研究助成金,「環礁国の持続的な生態系サービスの保全に向けた沿岸水質環境の評価
手法の構築」, 2,000 千円, 2012 年度.（藤田）4) 平成 24 年 独立行政法人科学技術振興機構 復興促進プログラム（A-STEP)【フィージビリティスタディ（探索タイプ）】,「集積化磁気センサを用いた高機能バイオセンサの開発」, 1,700 千円, 2012 年度～2013 年度.(木村)5) JST 復興促進プログラム（Ａ－ＳＴＥＰ）探索タイプ,「原子力施設建屋の上層階でもアームを使った作業が可能なロボットの研究開発」, 1,170 千円, 2012 年度～2013 年度.(福岡)6) 東京大学大学院工学系研究科原子力専攻 「原子炉出力変動吸収機構の開発研究」,平成 23 年度共同利用成果報
告書, 300 千円, 2012 年度.(稲垣)7) 平成 24 年 独立行政法人科学技術振興機構 復興促進プログラムマッチング促進（可能性試験）,「小型過熱水蒸気
発生器の最適設計方法の開発」, 2,000 千円, 2012 年度～2013 年度.(稲垣)8) 平成 24 年 独立行政法人科学技術振興機構 復興促進プログラムマッチング促進（可能性試験タイプα）,「小型過熱水蒸気発生器の最適設計方法の開発」, 2,000 千円, 2012 年度～2013 年度.(稲垣)9) 平成 24 年 独立行政法人日本原子力研究開発機構 復興促進受託研究,「レーザー切断プロセス時に発生する温度
計測手法に関する調査研究」, 983 千円, 2012 年度～2013 年度.(稲垣)10) 文部科学省 平成 24 年度 若手研究(B),「汚水用一枚羽根遠心ポンプの複雑非定常内部流動と異物閉塞機構の解明」, 4,810 千円, 2012 年度～2014 年度.(西)11) 独立行政法人科学技術振興機構 復興促進プログラム（マッチング促進）可能性試験タイプα,「流水で発電可能か
つ可搬性を有する集水装置を備えた軸流水車の開発」, 420 千円, 2012 年度.(西)12) JST A ステップ探索タイプ,「高導電酸化チタン薄膜形成技術の開発と多機能化に関する研究」, 1,690 千円, 2012.10～2013.9.(山内)13) 鉄道・運輸施設整備支援機構 受託研究 基礎的研究推進制度「信号交差点における危険予測運転メカニズムに関する研究」, 1,000 千円, 2012 年度.(道辻)14) 共同研究費: 足裏マッサージ機能の研究(吉田精工), 630 千円, 2012 年度から 2013 年度.(住谷)15) 共同研究費: 位相情報を活用したゆらぎ再現の研究(大塚電機), 315 千円, 2012 年度から 2013 年度.(住谷)16) 科学技術振興機構 平成 24 年度 研究成果最適展開支援プログラム(A-STEP)「アラゴスポットを利用した球状物体の直径計測法の開発」, 1,690 千円, 2012 年度～2013 年度.(辻)4.採択された科学研究費補助金
1) 文部科学省 平成 24 年度 基盤研究(B),「熱・振動・圧力低エネルギー複合化による新しい生体組織接合技術の確立」H24 年度直接経費 4,100 千円,総額直接経費 14,600 千円＋間接経費 18,980 千円,2010 年度～2012 年度.（研究代表者:増澤徹）
2) 文部科学省 平成 24 年度 基盤研究(A),「小児重症心不全の治療成績向上のための補助循環システムの総合的研究」H24 年度直接経費 800 千円,総額経費 50,000 千円,2009 年度～2013 年度.（研究代表者:巽英介,分担研究者:増澤徹）
3) 文部科学省 平成 24 年度 基盤研究(C),「アパタイトの各種形態（粉末,多孔体,薄膜）による放射性物質除去に関する研究」, 4,200 千円, 2012 年度～2014 年度.（尾関）-57-4) 文部科学省 平成 24 年度 基盤研究（C）,「海水を利用した生物学的排水処理手法の開発」, 5,070 千円, 2012 年度～2014 年度.（藤田）5) 文部科学省 平成 24 年度 基盤研究(C),「軽度下肢障碍者の一般トイレ利用を可能にする新しい移動システムの開発」, 3,300 千円, 2010 年度～2012 年度.(森)6) 文部科学省

平成 22 年度 基盤研究（C）, 「連続流人工心臓用小型・高性能・高効率セルフベアリングモータの研究」, 3, 420(3,000/420)千円, 2011 年度～2013 年度.(松田)7) 文部科学省 平成 24 年度 挑戦的萌芽,「糖結晶ＴＨｚエミッターの開発」, 4,030 千円, 2012 年度～2014 年度.(山内)8) 文部科学省 平成 24 年度 基盤研究(C),「アラゴスポットによる飛行中燃料球の位置計測とレーザー照射模擬システ
ムの開発」, 3,380 千円, 2012 年度～2014 年度.(辻)

-58-

付録

経済産業省 平成 23 年度「工業品等に係るビジネスマッチング・商品開発支援事業」
常陽ものづくり企業フォーラム nextⅩ（ネクストテン）事業報告書（平成 25 年 1 月

株式会社常陽産業研究所
より抜粋

作成）

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茨城大学重点研究「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
茨城大学工学部附属ライフサポート科学教育研究センター

２０１２年度報告書
発行日

平成 25 年 3 月

発行者

茨城大学 工学部 機械工学科
教授 増澤 徹〒316-8511 日立市中成沢町 4-12-1
Tel: 0294-38-5250 Fax: 0294-38-5047

編集

尾関和秀

※禁無断転載