計測自動制御学会東北支部第268回研究集会（2011．11・26）
資料番号268−9

移動ロボットを用いたライフサポートシステムの研究＿小型情報端末の傾きセンサによる移動指令法の提案−
ALifbSupportSystemusingaMobileRobot−AnMovement OrderMethodbasedonaSlope Sensor

embeddedin a MobleInfbrmation Device一
遠藤央＊，○遠藤麻衣＊，柿崎隆夫＊，

MitsuruEndo＊，OMaiEndo＊，TakaoKakizaki＊＊日本大学工学部

CollegeofEngineering，NihonUniversity・
キーワード：ライフサボ，ト（LifeSupport），移動ロボット（MobileRobot），インタフェース（Interface）
連絡先：〒963−8642 郡山市田村町徳定字中河原1日本大学工学部 機械工学科サステナブルシステム
研究室

遠藤央，Tbl．：（024）956−8784，Fax・＝（024）956v8784，ENmail：m−endo◎mech・Ce・nihon−u▼aC・jp

介護者が要介護者の出来る事を支援することに

1．はじめにより，要介護者の症状が悪化し，最終的には，い報告者らは，高齢者や障害者を対象としたラ

わゆる寝たきりの状態になる．

イフサポートシステムの研究開発を進めている

本研究では，この現場の声を受け，オンデマ

1）2）．従来の研究では，家や室内全体を知能化

ンドに必要最小限の事を支援するシステムの開することにより人間の意図推定を行い，要介護発を行っている．このシステムでは，介護者と者の支援を行うもの3）や，離床や起立の補助な要介護者，支援システムがそれぞれが要介護者

ど，介護者の肉休的負担を軽減するもの4）5）がの生活タスクを行うことをコンセプトとしてい提案されている．これらのロボットは，それぞる．すなわち，前述したように要介護者自身がれの分野で一定の成果を収めている．

出来る事は要介護者自身により行い，離床や起一方で，実際の介護現場では，要介護者個別立，移乗などの繊細な動作は介護者が行う．この状況に合わせた支援内容が望まれている．これら以外の生活タスクを提案するシステムの支

れは要介護者自身が実行可能な生活タスクは，援タスクとする．国内で最も多いと言われる脳たとえ困難であっても，要介護者自身が実行す梗塞による片麻痺患者をモデルとし，ブルンスべきだという思想に根差している．これにより，トロームのステージに従いタスクについて考察

要介護者のリハビリや訓練になり，症状の改善を行ったところ6），プライバシーに配慮すべきや自立的な生活につながると考えられている．

ポータブルトイレの準備／収納や，単純かつ簡−1

Fig・1 ConceptofProposedSystem
単であるが介護者の到達範囲を外にあるタスク

Fig. 2 Physical Agentの代行などが支援タスクとしてあげられた．
本研究ではこれまでに，これらの支援タスクを実現する為に，コンセプトを提案し，物理エー

Tablel SpecificationofthePhysicalAgent

ジェントの設計1）を行った．また，直感的イン

Width／Length［mm］

350

タフェース2）のシステムの提案と，それを用いHeight【mm］

340

Min・RadiusofRotation［mm］

た物理エージェントの操作手法7）について報告

Weight［kg］

した．本稿では，物理エージェントの操作をする一手法として，直感的インタフェースの傾き情報に基づき，動作を生成する手法について述

248

About30

PowerofanServo−Motor［W］

20

MaximumVelocity［m／s］
MaximumAcceleration［m／s2］

8．0

1．3

べる．

することにより，実際に支援を行うデバイスの2．ライフサポートシステム搭載を容易にしている．表1にスペックを示す．

図1に提案するライフサポートシステムのコンセプトを示す．提案するシステムは実際に支2．2 操作インタフェース

援を行うロボットである物理エージェントと，本システムの対象とするユーザは機械操作やシステムへの支援要求を入力する操作インターコンピュータの操作に熟練しているとは限らなフェース，および，操作インターフェースからいため，極力簡単な操作で支援要求をシステムの入力を物理エージェントが実行可能な動作群に入力できることを目標としている．これを実現に変換するライフサポート・リアリティ・サーする為に，本研究で開発する操作インターフェー

バの3つのモジュールから成る．

スは，小型端末を用いて振る，回す，上げる，下げる，叩くなどの動作を入力することにより，支2．1 物理エージェント援要求を入力することをコンセプトとしている．

図2に本研究で製作した物理エージェントを本研究では操作インターフェースとして，小示す．物理エージェントは時々刻々動的に変化型情報端末，いわゆるスマートフォンを使用する．スマートフォンにはジャイロセンサや加速する日常生活環境で柔軟に動作するために全方向移動メカニズムを採用し，周囲の状況をレー度センサ，GPS，照度センサなど多様なセンサザーレンジファインダで計測し，その情報に基がインテグレーションされている．これらのセづいて動的に運動生成する．また，ラック構造にンサを用いて人間の動作を総合的に取得する．

−2−

2．3 ライフサポート・リアリティ・サーバ
ライフサポート・リアリティ・サーバはシステ
ムを統合制御するサーバである．まず，操作インターフェースにより入力された振る，回すなどの動作から，人間の支援要求を抽出する．ここで，物理エージェントが実行可能な動作は限

Fig．3 CoordinationonaMobileDevice

定されるため，抽出した支援要求を物理エージェントが実行可能な動作群として変換する．変換

ポットシステムにおいて，PDA上の座標点に速した動作群を物理エージェントに指令として順度ベクトルを書き込むことによりロボットが動次送信し，支援を実現するものである．

作するものである．本研究では麻痺患者などの要介護者をユーザとしているため，細かい動作3．操作インターフェースによる動を必要としない操作方法を提案する．
本研究では小型情報端末の傾き情報に基づき作指示

速度情報を生成する．傾けた方向にロボットの本研究では，これまで物理エージェントおよ速度を生成することにより，ユーザには斜面をび操作インターフェースの提案を行い，物理エー滑り落ちるようなイメージで捉えられるため，ジェントの運動生成手法について提案した．具直感的に進行方向や速さの増減を捉えやすいと体的には，ユーザは物理エージェントの移動目考えられる．

的地を示すために，操作インターフェースの画

まず，図3に示すような小型情報端末に固定面に表示された地図上の一点をタッチする．操された座標系を定義する．この座標系のx，y軸

作インターフェースは入力された地図上の座標周りの角度を小型情報端末の姿勢を姿勢センサ

位置をライフサポート・リアリティ・サーバににより計測する．計測した角度情報をソケット渡し，ライフサポート・リアリティ・サーバに通信によりロボット制御用コンピュータ内に立より物理エージェントの目的地として実スケーてられたサーバに送信し，内部で速度に変換さルの位置座標に変換し，物理エージェントに移れる．速度の変換には次式を用いる．

動指令と共に送信される．物理エージェントは障害物の情報をセンサより得て，ポテンシャル隼。J＝Cv∂（1）

場に基づいた動的な障害物回避をしつつ移動す
ここで，佑eJ∈月2は並進速度ベクトルの参照る．これにより，動的に変化する環境での目的値，∂∈月2はロボットのⅩ，y軸周りの姿勢を示地への移動を実現した．本稿では，これに加えす．Cl′∈月2×2は速度定数行列であり，以下のて直接ロボットに動作を簡便に与える手法を提通りである．

案する．

cv＝に㌢］

3．1 ロボット速度を指示するアプリケー

ここで，G∈月は定数である．

ション

操作の仕方や手の震えなどにより，βが振動

小型情報端末から移動ロボットに速度指令を的になった場合，連動して佑。Jも振動的になる．

与える手法は，水川らにより提案されたものがこれによりロボットが不連続な動作をすることあが）．これはレスキューなどを目的としたロを防止するために，五番目の制御ループのロボッ

3−（2）

040

実験は図3に示す座標系のⅩ軸方向への速度を指令した後，y軸方向へ速度を指令し，Ⅹ，y両より算出する．

軸同時に速度を生成する．図4に実験結果を示

1

佑わトま＝∑坊e才一ん

す．（a）はⅩ軸方向，（b）はy軸方向を示し，そ（3）ん＝宜−㍑

れぞれ，横軸は時間［s］，縦軸の第1軸は小型情
ここで，乃∈月は移動平均のサンプル数，隼。才一た∈

報端末の傾き［radト第2軸はロボットの実際の月2は五番目の制御ループの参照速度とする．

速度［m／s］を示す．実験結果より，傾き情報に基づき速度を生成し，運動が生成されていることが分かる．

4．実験
前節でのアルゴリズムを実装し，実験を行っ

5．おわりにた．物理エージェントにはプログラム言語C＋＋を用いてプログラム実装した．また，操作イン

本研究では要介護者の日常生活タスクを，要ターフェースには東芝製REGZA PhoneISO4

介護者自身と介護者と分担して支援するライフ（OS：Android2．1updatel）にプログラミングサポートシステムの研究を行っている．提案す言語Javaを使用して実装をした．

るシステムは実際に支援を行うロボットである

物理エージェント側の制御コンピュータ上で物理エージェントと，システムへの支援要求をは，ロボット制御プロセスとサーバプロセスが実入力する操作インターフェース，および，操作行される．サーバプロセスはソケット通信のサーインターフェースからの入力を物理エージェン

バを立ち上げるだけでなく，受信した傾き情報をトが実行可能な動作群に変換するライフサポーロボットの速度に変換するライフサポート・リア

ト・リアリティ・サーバの3つのモジュールかリティ・サーバの役割も兼ねる．また，操作イン

ら成る．

ターフェース上ではModel−View−Controlアー

本稿では，物理エージェントの動作指令の一キテクチャで構築されたGUIアプリケーション手法として，操作インターフェースにより物理が実行され，ロボットの基礎コマンドや傾きのエージェントの速度を直接指定する方法を提案情報をソケット通信によりサーバへ送信する．

した．具体的には，操作インターフェースの傾きをセンサにより取得し，これを物理エージェ
4−2盲OUぷこ○貨ぎくO

Fig．4 ComparisonofVelcityandAngle

52（a）Ⅹ−Axis

トの速度佑如＿宜∈R2は次のように移動平均に

10＜U

Time【s】

lp已︼8丘L3 ∈0︻∽︑旦音数首︻8 川 久 一 h ぷ こ ○ き 叩 菖 ︻ 控 r′人U0︻p巴︼巴虐盲蔓占− ○ 上 宝 じ 遥 こ ○ む 旬 日 虻

雷且盲畠5召旦 ぎ て 声 ち 身 篭 l ぎ

0 b4︵′2U O2O4′O
00 20 40 （；0 80 100 120 140

ントの速度に変換することにより速度を指定す
る．これを実際に実装し，実験を行いその有効性を示した．今後は支援タスクを行うためのエンドエフェクタの開発および実装を行う．

参考文献
1）遠藤麻衣，遠藤央，柿崎隆夫：ユーザの直感的操作を考慮したライフサポートシステム第1報システムのコンセプトと物理エージェントの設計，日本機械学会ロボテイクス・メカトロニク

ス講演会2011，2011（5）．
2）遠藤央，遠藤麻衣，柿崎隆夫：ユーザの直感的操作を考慮したライフサポートシステム第2報
直感的インタフェース，日本機械学会ロボテイ
クス・メカトロニクス講演会2011，2011（5）．

3）T・Sato，T．Mori，T．Harada，HumanIrLfbr−−い● ト・‥−ハ‥OfElectronics，Information and Communica−
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6）田中宏太∵リハビリテーション医療の実際 ，
永井書店、2001．
7）遠藤麻衣，遠藤央，柿崎隆夫：直感的インタフ
ェースを用いたライフサポートシステムの研究，

機械学会2011年度年次大会2011．
8）水川最遠藤茂雄，松原安彦，安藤吉伸：物理
エージェェントシステム（PAS）における携帯情報端末を用いた遠隔操作システムの構築，日本機械学会ロボテイクス・メカトロニクス講演会
2002，2002（6）．

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