重度障害者の利用機器操作部適合に関する研究
Suitable Interface Systems for Severely Disabled
Persons in operating equipments
杉本義己 北山一郎 宇根正美
SUGIMOTO Yoshimi, KITAYAMA Ichiro, UNE Masami

キーワード：
スイッチ､適合､制御インターフェース､音声認識
Keywords:
Switch,Fitting,
ControlInterface,
Speech-recognition
Abstract:
We aim to develop some new aid systems forseverely disabled persons.
First of all, we ask technical needs about
welfare aids to a school for physicallyhandicapped children. We made a latch and timer
system for disabled children to operate audio
equipments, and an indicator of door opening
condition for a child who is allergic to ultraviolet
rays. Furthermore, we made an electric
wheelchair system which is made by a simple
joystick and small motor.
Secondly, we continue to develop a switch thathas a voice recognition system. These switches
are used as a telephone which is operated byuser’s voice, and as a nurse call system.
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はじめに重度の身体障害がある人がコミュニケーショ
ン機器などを使う場合、その人の能力に合わせて機器の操作インターフェースを改造、工夫する必要がある。この改造や工夫は必ずしも高度な技術を必要とするわけではないが機器のしくみを知らない人にとっては大きなバリアになる。また、単に機器を試用するだけでも改造や工夫などのフィッティングを行う者が不可欠で、障害の状況を考慮しながら多くの手間を必要とする。このため、機器を使いたい要望があっても検討初期の段階で試すことを断念してしまい、QOL 改善の可能性が埋もれてしまうケースがよく見受けられる。
この研究ではこういった状況を改善することを目的としており、本年度は養護学校を中心にさまざまな事例を集めるために活動してきた。そして、それらの中から共通項が見つかるようであれば商品化の可能性を模索する。なお、昨年度まで開発を進めてきた音声認識スイッチの適用事例についても報告する。
2 事例対応2.1 概要
本年度は、養護学校を中心とした事例に対し課題を解決するとともに、今後の問題点、ニーズをさぐった。
2.2 ラッチアンドタイマーの試作と導入事例
養護学校より重度の障害をもつ児童のコミュニ
ケーション拡大のため学校にある機器（ラジカセ、DB アダプター（電池の間に挟み、端子にスイッチを取り付けると電源を切るあるいは入れることができる装置））をうまく活用できないかとの相談を受けた。
これに対し、器具を試作し、設置することで、基本的な課題は解決したので報告する。
2.2.1 現状と課題
対象者は人工呼吸器を付けていて、コミュニケーションは顔を動かすことや気管カニュ－レの空気もれを利用して声を出すなど、自分で出来るあらゆる手段を使って表現している。
養護学校の備品として BD アダプターとリミットスイッチがあり、一応ラジカセのテープ再生をコントロールできるように接続すれば使用可能ではある。
しかし、この構成ではテープ再生の間、児童がスイッチを押し続ける必要があり音楽にあわせて顔を振るなどの動作ができなくなるため、あまり使われて

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いない状況であった。
2.2.2 課題の解決対応としては、ラッチ（スイッチを１回押すなどをするとその状態が保持される）もしくはタイマーの機能が必要と思われたので開発中の小型のラッチアンドタイマーをリミットスイッチと BD アダプターの間に設置し試用を行った。
ラッチアンドタイマーにはスイッチを押すたびにON/OFF を繰り返すラッチ動作とスイッチを押すと一定時間出力が ON になるタイマー動作の機能があるので両方の機能を試した。
ラッチ動作においてはラジカセで音楽を聴き、曲にあわせて顔を振るなどのという要求は満たされたが主体的な動作を促してコミュニケーションを引き出すには操作の頻度が多少少なくなった。そこで、タイマー動作に設定し、スイッチを押すと一定時間カセットが再生され、止まるとまた、スイッチを押す方式に設定した。

2.2.5 仕様
今回試用した開発中のラッチアンドタイマーの仕様を次に示す。
○MPU：AVR(AT90S2313)○消費電力：単５電池×２（待ち受け時 15uA）○入力：無電圧接点もしくはオープンコレクタ○出力：リレー接点（最大 DC30V、8A）○外形：縦 95mm×横 55mm×12mm○その他：オンボード ISP コネクタ

図１ ラッチアンドタイマーの表示
Fig.1 Indication of alatch and timer

2.2.3 今後の課題
動作は有効であった。残された課題としては、リミットスイッチの形状が大きいためベッドと顔の位置が干渉すること、スイッチの作動に大きな変位が必要なため、スイッチからかなり顔を離さなければOFF にならないなどであった。
この改善策として、現在使用しているリミットスイッチをタッチスイッチなどに交換すればより操作しやすくなる。
設置部材のアームが大きく重いため頻回にベッドへの取付け取外しが困難であるのでより軽量で取付け取外しが容易なアームに置き換える必要がある。
また、100V 電源の機器も操作したいとの要望があった。今後の課題として検討することにした。

図２ ラッチアンドタイマー本体
Fig.2 Latch and timer

2.2.4 結果と考察
好奇心旺盛な本人の性格もあって、短い時間で操作になれ、自分の意思でコントロールすることができるようになった。現状ではキー操作などが難しいため使用できないがトーキングエイドのような意思伝達装置を彼に適応すればより高度のコミュニケーションを確立できる可能性が大いにあると考えられた。
この例のように、一般にシンプルスイッチと呼ばれるそれほど高いスキルを必要としない機器でも導入をすることによりより QOL を高め、より高度なコミュニケーションへの道を開くことが可能になると考えられる。

図３ 操作スイッチ、ラジカセ等
Fig.3 Switch, radio and cassette recorder

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1062.3 色素性乾皮症児童のための教室移動経路上のドア開閉状況表示器
色素性乾皮症の児童が教室を移動するとき、紫外線を遮蔽する必要があるため、廊下に面する入り口の開閉状態を知りたいというニーズがあった。これに対し、超高輝度 LED（発光ダイオード）を用いたドアの開閉状態表示装置を試作、設置した。これにより、ドアの開閉状態が遠方からも視認できるようになった。
2.3.1 現状と課題
色素性乾皮症の児童が教室を移動するとき安全確保のため、現在在室している部屋からドアの状態が確認できる場所まで、担当教師は教室を離れて確認に行かなければならない。その間児童を一人になるので、もう１名の教師の手が空くまで待機する必要がある。
これに対し、教室の中からもしくは部屋を出たところでドアの開閉の確認ができれば一人の教師で対応できる。開閉状態を確認したいドアは２箇所でともに両開きのアルミ製のドアで、廊下は対象児童のためにあまり明るくない。教室、ドアと表示器の設置位置を図４に示す。

防犯センサーはフェイルセーフのため直列配線用OFF 型を使用し、それぞれのドアに対応するよう２台の表示器を作成した。
表示形式は学校と相談してドアが閉まっていると
き緑色 LED 点灯、ドアが開いたとき赤色 LED 点滅とした。
2.3.3 結果
（養護学校教諭より）遠くから確実にドアの状態を視認することができ、色素性乾皮症児童の教室移動がスムーズとなった。また、赤色 LED が点滅している時はドアがあいている。他の児童も教師にその状態を知らせるというようなことがあり、みんながドアの開閉に興味を持つようになった。
2.3.4 仕様
今回は、遠距離から表示器の視認性を確保できる超高輝度 LED を使用し、視認性と低消費電力、長寿命を考慮した。使用した発光ダイオードは次のとおり。
○超高輝度みどり発光ダイオード 5Φ5600mcd○自己点滅方高輝度赤色発光ダイオード 5Φ500mcd
無線方式も候補に挙がったがフェイルセーフの観点から電波を送信し続けなければならないため AC電源の配線が必要となるので、有線方式とした。

ドア

ドア
教室 2表示器設置

教室 1

図５ 表示器（緑 LED:ドア閉まっている）
Fig.5 Indicator (green LED on if a door is closed)

図４ 教室内配置図
Fig.4 Layout of a school
2.3.2 課題の解決
ドアの開閉状態を検知するためリードスイッチを使った防犯センサーを使用し、開閉状態を表示する表示器を教室１及び教室２の廊下から見える天井に取り付けた。
遠距離から状態を確実に視認性できる表示素子として、低消費電力、長寿命を考慮し赤色の自己点滅超高輝度 LED と緑色の超高輝度 LED を採用した。
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図６ ２つの表示器
Fig.6 Indicators
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2.4 車いすの簡易電動化
小児用の車いすに後付で電動駆動装置およびバッテリーを取付け、ジョイスティックで動かすことができるように改良した。
2.4.1 現状と課題対象の脳性まひの児童は、小型の手動車いすを使用しているが、主に片手しか使用できないため、車いすを用いての移動は、非常に困難であった。
また、良く動く方の手も、移動幅が少なく、筋力も小さいので、手動車いすを使用することは実用上難しく、本人は車いすにのって移動したいという意志はあるが、現状のままではできないという状況であった。
そこで、小型の車いすに電動駆動装置を取付け、ジョイスティックで操作できるようにした。
2.4.2 課題の解決
車いすの車輪に押しつける形の駆動装置を試作した。これ以外には、車輪を直接回転させる、あるいは、別の駆動装置を取付けるなどの方法があるが、いずれも装置が大きく重くなるので、タイヤに駆動軸を押しつける方式を採用した。また、この方式では、他の同様の車いすにも取付け可能であり、利用範囲が広いと思われる。

図７ 簡易電動化した車いす
Fig.7 Wheelchair with a electric driver

図９ 電動駆動装置とバッテリー
Fig.9 Electric driver and battery
ジョイスティックは、シーケンサやコンピュータを用いず、抵抗値を調整することで駆動装置の回転スピードを調整できるようにした。ジョイスティッ
クを右に倒せば、左のモーターのみが駆動することとし、左に倒せばその逆、前方あるいは後方に倒すと両輪が駆動するように製作した。このように非常に簡単で安価なコントローラーで駆動できるように工夫した。
2.4.3 結果と今後の課題
本装置により児童は、車いすを操作することができるが、バッテリーの軽量化、コントローラーの筐体の小型化、が今後の課題である。
2.5 その他の事例
脳性まひの児童において、吸引器のスイッチのオンオフが自分でしたいという要求があった。
これは、スイッチをオンすることで、介助してくれる両親、先生に対してのコミュニケーションのスタートの合図にしたいということであった。スイッチのオンオフが現状うまく操作できないので、
図 10 のような補助部品を取付けた。これにより、同児童は簡単に吸引器のオンオフが可能となった。

←スイッチの“てこ”を大きくする部品を取り付けた

図８ ジョイスティック
Fig.8 Joystick図９ 吸引器のスイッチ
Fig.9 Switch with a lever of a suction pump
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3 音声認識の利用（音声認識スイッチの応用）
昨年度まで開発を進めてきた音声認識スイッチを応用した音声操作の事例を二件紹介する。
3.1 音声認識電話への適応事例
一つ目の事例は 40 代の脳性まひ男性に音声だけで操作できる電話として適用したものである。
発話は比較的安定しているものの随意運動としては左手指先だけが僅かに動かせる状態のため、音声認識スイッチを利用することとなった。
3.1.1 対応
市販の音声認識電話に音声認識スイッチを組み合わせて、音声だけで操作できる電話機を構築した(図 10)。電話をかける機能は音声認識のものを使い、音声認識電話の押しボタンスイッチ(音声認識の起動)を音声認識スイッチに置き換えたものになっている。誤認識を防ぐために音声認識スイッチには続けて二つのことばを認識できたときにスイッチとして作動するプログラムを組み込んだ。
3.1.2 結果得られた効果としては、音声操作の電話を使うことで自ら外部連絡できるようになり、一人で家にいるときでも精神的負担を大いに軽減することに役立った。これは当人だけでなく家族でも同様である。また、自ら電話できることでコミュニケーションの幅が拡がっただけでなく、社会に目を向けるきっかけになったようである。

3.1.3 考察
この事例のような音声だけで操作する電話のニーズは多いと見られる。しかし、現時点ではこの事例に利用した音声認識電話は入手困難で、同じようなシステムを構築することが現状では難しい状況にある。当面、同様な電話を検討する際はワンタッチ操作ボタンを持った電話機を改造して音声認識スイッチを組み合わせる方式が良いと考える。
3.2 ナースコールへの適応事例
二つ目の事例は脊髄損傷の 70 代女性にナースコールとして適用したものである。この使用者の場合、通常のナースコールは操作できないものの大形の機械的スイッチを使えば、ナースコールは利用できる程度の残存機能があった。しかしながら、ベッド上に配線を伴うスイッチなどを置くと日常の介護作業の邪魔になるため、音声認識スイッチを利用することになった。
3.2.1 対応機器の構成としては音声認識スイッチのオンオフ出力を既存のナースコールに接続して、図11 のように少し離れた場所にマイクを置いて利用している。

図 11 ナースコールとしての利用
Fig.11 Application of the switch to nursecall system

図 10 音声認識電話との組み合わせ
Fig.10 Application of the switch
speech-recognition telephoneto

なお、この事例では、当初、利用者の負担を軽減するために音声認識スイッチのプログラムを一つのことばだけで反応するようにした。これにより利用する側にとっては使いやすくなったが、会話や寝言などでも誤って反応し意図しない呼び出しになってしまって、介護する側の大きな負

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担になってしまった。
この誤動作は数秒程度の短時間には生じないことに着目し、音声認識スイッチのプログラムを、一つのことばを二回しゃべって反応するものに変更した。これによって、多少操作性は悪くなったものの施設内で問題なく利用できるようになった。
3.2.2 考察
ナースコールに音声認識を利用するニーズも多いと考えられる。おそらく、このナースコールだけに機能を絞り込んだ製品もあり得ると思われるので、市販化を目指したいと考えている。

pp.109-113（2001）．
2)

大石匡:音声認識技術を適用した住環境制御システ

ムの開発，第 16 回リハ工学カンファレンス講演論文集，
pp329-332(2001)．
3)

伊藤英一:頸随損傷者のためのマルチモーダルイン

ターフェース，第 16 回リハ工学カンファレンス講演論文集，pp325-328(2001)．
4)

sensory 社の URLhttp://www.sensoryinc.com/

5)

日経エレクトロニクス：押しボタンになる音声認識，

1-11 号，(1999)

4 おわりに重度の身体障害がある人がコミュニケーション機器などを操作する場合、その残存機能に合わせて機器の操作部分を改造する必要がある。この研究ではまず持ち込まれる相談の中から課題を拾い上げ、その課題を解決することにより重度障害者の QOL 向上を図った。
今回は主に養護学校をフィールドとして、そこでの課題に対し、機器の試作、適応を行い課題解決を目指した。
今回の機器等の開発により、今後は耐久性等を見ておく必要はあるが、多くの課題解決はできたと考えられる。次年度さらに事例を増やすとともに、今回の試作も含めて、それらの中から共通項を見つけ実用化の可能性を次年度検討していきたい。
また、音声認識スイッチについては、今回の適応事例をさらに増やすとともに、商品化を進めたいと考えている。
今年度は、主に養護学校での事例を中心に研究を進めたが、これらをさらに発展させるためにも、次年度、家庭介護リハビリ研修センター、能力開発部のスタッフと、重度障害者用のコミュニケーション機器等に関して連絡、連携しながら、進めていきたいと考えている。
謝辞
最後に本研究の試用評価に協力いただいた川
西市社会福祉事業団ひまわり荘の方々に感謝の意を表します。
また、協力いただきました養護学校の先生、生徒の皆様に感謝いたします。
参考文献
1) 宇根正美他：「重度障害者特殊スイッチ等の開発」，福祉 の ま ち づ く り 工 学 研 究 所 報 告 集 平 成 12 年 度 版 ，
平成 15 年度版

兵庫県立福祉のまちづくり工学研究所報告集110