情報処理学会 インタラクション 2014
IPSJ Interaction 2014

A3-5
2014/2/27

手の運動技巧を鍛えるウェアラブルコンピュータ
山口凌雅†	  岡村拓弥†	  甲田陽平†	  榎土惟大†	  西村祐哉†
	  横田裕貴†	  加賀谷友章†	  渡邉宏優†	  引地正太郎†	  松下宗一郎†
腕時計型のウェアラブルコンピュータは日常生活で利用した場合の違和感が小さく，習熟に時間を要するような手運動の計測や，これに伴うコンピュータインタラクションをいつでもどこでも気軽に行える可能性がある．そこで，本研究ではゼロ点安定度の高い３軸角速度センサーを用い，ゼロ点交差時を時間原点とした積算演算を行うことで，ボーリングの投球動作における利き手の運動特徴をリアルタイムにて計測するシステムの検討を行った．

A Wearable Computer for Hand Skill Training
RYOGA YAMAGUCHI† TAKUYA OKAMURA† YOHEI KODA†NOBUHIRO ENOKIDO† YUYA NISHIMURA† YUKI YOKOTA†TOMOAKI KAGAYA† HIROMASA WATANABE† SHOTARO HIKICHI †SOICHIRO MATSUSHITA†
We have investigated a wristwatch-like wearable computer consisting of a highly-stable 3-axis gyroscope to analyze throwing
motion in bowling. A time-integration calculation while the sign of angular velocity remains unchanged showed a possibility of areal-time diagnosis of throwing with a low-power microprocessor on the wearable device.

1. は じ め に飛躍的に向上してきている．そこで本研究では，多くの人々が行っているにも関わらず，巧拙の差が明確に現れてしま	  いつでもどこでも手軽に利用できるコンピュータとしてうスポーツ運動の例としてボーリングの投球を取り上げ，スマートフォンが近年急速に普及しており，搭載されてい正しい投法や，手首の捻りでカーブをかけるといった技巧る運動センサーを利用した運動状況推定に関する研究が数をリアルタイムで評価できるシステムの検討を行った．

多く行われている．一方，身体の特定の部位にセンサやコンピュータを装着するウェアラブルコンピュータにて手足の運動を計測することで，習熟に時間のかかる特殊な運動技巧を学ぶといった，より詳細な運動状況推定を行えるこMotionSensorとが知られている．しかしながら，社会的に広く認知されているスマートフォンのような携帯型コンピュータに対し，装着部位やデバイス自体の形状に特徴をもつことが多いウ

xzyェアラブルコンピュータでは，見た目が奇異であることに加え，装着や使用に際しての制約条件のために，いつでもどこでも手軽に利用できるものとはなっていなかった．	  そのような中で，本研究では利用者の手首位置に装着す

図 1	  ボーリング投球を分析するセンサデバイス

る腕時計型のウェアラブルコンピュータについて検討を行

Figure 1	  Wearable motion sensor for throwing analysisってきた．そして，手首位置に高精度な運動センサを取り付けることで，手触り感の検出やギター演奏の巧拙分析と

2. 腕 時 計 型 モ ー シ ョ ン 分 析 デ バ イ ス

いった，動きの有無や大小よりも一歩踏み込んだ情報を取	  図１はボーリング投球フォーム分析の様子を示したもの得できることが分かっている[1][2]．ここでは，利用者の姿であり，利き腕の手首に装着するデバイスは 6 軸モーショ

勢変動やセンサー装着位置のずれ等によって生じる重力やンセンサ（3 軸加速度： 3G 及び 3 軸角速度： 1000deg/sec），衝撃からの影響を受けにくいことから，小型の３軸角速度モーションを解析する低消費電力 16 ビットマイクロコン

センサーの有用性が示唆されている．また，角速度センサ

トローラ，ワイヤレス通信モジュールにより構成されていーで従来大きな問題となっていたゼロ点や感度の変動がほる．運動をできる限り妨げないためデバイスの総重量は約

とんど生じないデバイスが製造されており，角速度を時間81 グラムに抑えられており，解析モードでは連続 10 時間積算することに基づいた運動認識アルゴリズムの実用性がの利用が可能である．また，サンプリング周波数は 400Hzであり，運動波形データや投球動作の解析結果をワイヤレ† 東京工科大学
Tokyo University of Technology© 2014 Information Processing Society of Japanス通信にて外部のデバイスに送信することができる．

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300

400

X-axis200100-100

1015Y-axis

200-200-400

Set up-600-800
0400

Throw0

Follow through +51015Z-axis

200-200-300
0300

5102001000-100

Set up-200-300
0300

Follow through +51015Z-axis

200015Y-axis

swing

5Back-800
0400

Throw-600

Rotational angle (deg)0-400Back swing

Angular velocity (deg/sec)-200

100-2000-400-100-600-200-800X-axis

2000051015-300

Time (sec)051015Time (sec)

図 2	  投球時における手首位置での角速度信号波形の例

図 3	  角速度時間積算演算による投球運動の解析例

Figure 2 Waveforms of 3-axis angular velocity while throwing

Figure 3 Time-integrated waveforms of angular velocity	  図２は，ボーリングの投球に比較的慣れている被験者に	  図３は，図２に示した投球動作に対する角速度信号波形ついて，ボールを持たない状態での投球動作に対する運動に前記のアルゴリズムを適用した結果であり，時間積算に計測を行った結果であり，ボールを手元に一旦持ち上げるよる一種の平滑化の作用と相まって，投球時に生じた運動セットアップの動作から，腕を後方に引くバックスウィン

特徴を，より容易に見いだすことができる．例えば，X 軸

グ，腕を前に出して行くスローイング，さらには投球完了

周りの回転運動では，セットアップ位置からバックスウィ後のフォロースルーまでの 3 軸角速度の波形を示している．

ングまでの角度変化が約 220 度であり，スローイングでのここで，ボールを正しく投げるためには，手の甲が地面と角度変化である約 200 度とほぼ一致していることが分かる．

平行になる姿勢が必要となることから，手首を前後にスナ

更には，手首を捻りながら，カーブするボールを投げる技ップさせる方向である X 軸周りの角速度がスローイング時

巧について検討を行った結果，初心者では投げるごとに各に約 700 度毎秒程度と非常に大きな値を記録している．

軸の角速度積算値が大きくばらつくことが分かった．

3. 角 速 度 時 間 積 算 に よ る モ ー シ ョ ン 分 析

4. ま と め と 今 後 の 展 望	  図２のような角速度波形から，様々な投球フォームにお	  本研究では，日常生活において気軽に利用することのでける特徴や巧拙を分析することは可能であるが，重力に感きる腕時計型のウェアラブルコンピュータにより，巧拙の度を持ち，絶対的な姿勢位置についての情報が得られる加差が出やすいボーリングの投球フォームをリアルタイムで速度信号とは異なり，角速度信号を直感的に理解すること分析するシステムの検討を行った．高精度な角速度センサは困難である．そこで本研究では使用した角速度センサー

ーからの信号波形に対し，ゼロ点交差時を起点・終点としのゼロ点が極めて安定していることを利用し，以下のようて時間積算することで，非力なマイクロコントローラにおなアルゴリズムにて回転運動の様態を分析した．

いても有意な運動情報をリアルタイムにて得られることから，投球モーションを利用したゲームによるトレーニング

X, Y, Z の各軸ごとに，角速度がゼロ点を交差する毎ツール等，幅広いインタラクションへの展開が期待される．に角度の積算値をゼロにする

角速度の符号が変化しない間は，サンプリング周期ご

参考文献とに角速度の値を積算していく

1) 平山貴之，他：E-motional Touch: 手触り感を入力するインタ
フェース，インタラクション 2013，発表番号 2EXB-41 (2013).
2) Matsushita S. and Iwase D.: Detecting Strumming Action WhilePlaying Guitar, ACM Proceedings of International Symposium on
Wearable Computers (ISWC2013), pp.145-146, Zurich (2013).

角速度がゼロ点を交差してから，再び交差がおきるまでの経過時間とともに，角速度の積算値，経過時間内で発生した最大の角速度を記録する© 2014 Information Processing Society of Japan252