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1 2013 年度研究紹介 3 次元動作計測センサ 立位姿勢評価 投球動作解析 小児歩行動作解析 投球ロボット 歩行動作解析 知能機械工学科 医用システム工学分野 佐川 本井研究室

2 今日の課題 一人 1 つ以上質問してください

3 構成員 教員 佐川貢一准教授本井幸介助教 博士課程 1 名 修士課程 2 年 3 名 1 年 1 名 4 年生 3 名

4 年間行事 4 月 研究テーマ決定 花見 7 月 ソフトボール大会 8 月 オープンキャンパス 合同キャンプ 院試 & 打ち上げ 10 月 サイエンスへの招待 & 楽しい科学 11 月 仮配属歓迎会 2 月 卒論, 修論発表会 & 打ち上げ 3 月 卒業式 & 祝賀会

5 佐川 本井研究室の目標 人間の動作 生体情報計測技術開発 人間の動きの中に隠された見えない特性の解明 人に気づかれずに有益な情報の計測 人間歩行, 投球, 走行, ジャンプ, 転倒, 子供, 高齢者 ハードウェア動作計測センサ 今までにない装置 ロボットの応用 ソフトウェア新たな計算方法 新たな実験方法 アプリ開発

6 研究テーマ ( 現在 過去. 未来 ) 動作解析システムの開発 投球動作計測, 投球ロボットの開発 ジャンプ動作計測 ノルディックウォークの動作計測 歩行時の転倒危険性予測 医療 リハビリ支援用活動 ヘルスケアモニタシステムの開発 2012 年度佐川 本井研究室研究室紹介

7 動作解析システムの開発

8 人体の動作解析 人体の動作解析-モーションキャプチャシステム 専用のカメラを用いての測定が主流 高精度の測定が可能 高価 設置場所でしか測定ができない 精密機械なので室内での測定に限られる 小型の 3D センサを体に装着して カメラに近い精度の測定を目指す 装着型なのでどこでも測定可能 カメラに比べて安価 精度の比較をするため 佐川研には本物のモーションキャプチャカメラが 5 台

9 3D センサ 3D センサで測定する主なものー加速度 角速度 加速度ー 1 秒間での速度の変化量 2 階積分することで 3 次元空間での移動距離を計測 角速度ー 1 秒間での回転量 センサの傾き 積分することでセンサの総回転量がわかる angle (deg) Time(sec) acceleration (m/s 2 ) Time(sec) 加速度 速度 velocity (m/s) Time(sec) position (m) Time(sec) 移動距離

10 装着型センサを用いた投球 ジャンプ動作解析 研究目的 投球障害の予防やリハビリ 投球障害とは 球を投げる動作によって起こるスポーツ障害 例 : 野球肩 野球肘 原因 : 不適切な投球動作 オーバーワーク 筋力や柔軟性の不足 予防法 : 適切な投球動作の習得 装着型センサを用いた投球動作解析を使用すると 3 次元投球フォームの視覚化 投球フォームの指導や確認により適切な投球動作の取得に貢献 肩 肘関節トルクの視覚化 関節負荷の確認により投球障害の予防に貢献

11 上肢の動作計測 ( 投球 ) ビデオカメラで撮影した投球フォーム 慣性センサで計測した投球フォーム

12 下肢の動作計測 ( 投球 跳躍 ) 投球動作 垂直跳び 回転ジャンプ 立ち幅跳び

13 投球ロボットの開発

14 投球ロボット - 目的 研究目的 投球障害について関節の負荷を実測! センサの場合角速度 + 加速度から推定! 比較 投球ロボットの場合負荷を力センサで実測

15 投球ロボット - 設計 + 製作 肘関節屈曲伸展モータ 肘関節 屈曲伸展 肩関節 (3 自由度 ) 水平屈曲伸展 内転外転 内旋外旋肘関節 (1 自由度 ) 屈曲伸展 肩関節内旋外旋モータ 肩関節内転外転モータ 力センサ関節の負荷を実測 肩関節水平屈曲伸展モータ

16 モーションキャプチャシステムで人間の投球動作を計測 カメラのデータ 関節角度に変換 2012 年度佐川 本井研究室研究室紹介

17 4 自由度投球ロボット - 投球実施 ロボットによる投球動作実現 肩関節に作用する実測トルク

18 ノルディックウォークの 動作計測

19 人体の動作解析 健康維持のための手軽な運動 ウォーキング ランニング これらに代わる運動 ノルディック ウォーキング

20 人体の動作解析 ノルディックウォーキング (NW) とは フィンランド発祥の2 本の専用ストックを持って行う歩行運動以下のようなメリット 全身運動であるので, 通常の歩行に比べてエネルギ消費量が平均 20%, 心拍数が約 13% 上昇 上半身の運動となり首, 肩にかけての痛みやこりを解消 4 点支持となり姿勢が安定 膝などの関節にかかる負担が軽減 正しい NW の習得が不可欠

21 人体の動作解析 慣性センサを用いて手軽に NW の上達度を評価 正しい NW の習得 運動を続けるモチベーションの維持 本研究の目的ノルディックウォーキングの動作計測腕の角度, ストックの角度, ストックの位置など

22 実験方法 無線計測装置加速度 角速度を計測 赤外線距離センサ (PSD) 右足の方向を向け, 右足とすれ違ったタイミングおよび距離を計測

23 人体の動作解析 ~ 右手ストックおよび右足爪先に取り付けた慣性センサによる推定結果 ~ Estimated trajectory of right stock 1 Direction of motion Z [m] X [m] The position which the stock grounded Estimated trajectory of right foot

24 歩行時の転倒危険性予測

25 背景 研究内容 二重課題歩行計測による転倒リスク予測 高齢者の転倒の一因 考え事 歩き方変化 躓き 転倒 考え事 何かしながら歩いているときの歩き方測定システム開発 タブレット端末を使い 歩行パラメータ等を同時かつ容易に取得可能なシステムを開発 計測した動作の特徴から転倒の危険性予測 タブレット端末 転倒 北海道 青森 秋田 モーションセンサ 歩行速度 歩行周期 歩幅

26 実験装置と実験用アプリケーション Dual-task 用アプリケーション 各センサへの計測開始 終了信号を送信 実験開始 終了時刻 回答開始 終了時刻 回答数を同時記録 爪先に着けたセンサで歩行データを計測 回答中の音声波形のデータと照らし合わせ二重課題による歩行への影響を調査 Dual-task 用アプリ 無線センサ 被験者 計測者

27 実験装置と実験用アプリケーション 従来の計測の様子 測定者 4 人が手動で計測開始を同期回答記録はその場でメモ回答の音声はビデオで確認 タブレット端末を用いた計測 計測開始 終了時間 回答数 回答開始 終了時間の記録 センサの操作は全て手元の端末で操作音声はマイクから取得

28 医療 リハビリ支援用活動 ヘルスケアモニタシステムの開発

29 先進生体計測融合型ユヒ キタス ヘルスケア モニタリンク システムの研究開発と医療 福祉 健康支援への展開 センサ装着や機器操作を全く行わずに測る : 無意識 データセンター 医療機関 自由行動下で測る : 無拘束 情報端末 ( デジタル温度板 活動カルテなど ) ネットワーク バスシステム : 心電図, 呼吸, 入浴事故 センサ, モニターシステムの開発トイレシステム : 体重, 排泄量, 排尿速度, 血圧 データ解析ソフトウェアの開発ベッドシステム : 脈拍, 呼吸, 体動, 体圧分布, 体位 医療現場へのシステム導入 運用 評価ウェアラブルシステム : 関節角度, 姿勢変化 ( 活動履歴 ), 歩行速度臨床支援システム : リハビリテーション効果評価 ヘルスケア支援システム ( 脳卒中片麻痺患者, 発達障害等を持つ小児 ; チャレンジドキッズ ) 外出 自宅 研究協力機関 : 藤元総合病院, 射水市民病院, 総合せき損センター, 九州大学, 済生会二日市病院, 昭和大学, 八戸在宅クリニック ( 予定 )

30 Walking speed (m/s) Angle (deg) ウェアラブル姿勢 活動計測システム概要 & 計測例 センサユニット - 体幹 大腿 下腿 歩行解析例 体幹 大腿 下腿 内蔵 3 軸加速度センサ 3 軸ジャイロセンサ 無線通信 (41x51x14.5 (Bluetooth) mm, 24 g) データメモリ (SDカード) CPU バッテリー Time (s) 角度検出姿勢静止中 : 加速度センサ ( 加速度 ) 姿勢変化中 : ジャイロセンサ ( 角速度積分 ) 活動計測の様子 10 m 歩行風船遊び 発達障害児における活動計測例

31 ベッドにおける無意識型睡眠計測システム概要 & 計測例 呼吸数 体動回数 肢体不自由児における睡眠計測例 10mm ピローセンサ 175mm コントロールユニット 無線通信 (Bluetooth) アンプ フィルター データメモリ (SD カード ) シリコン封入チューブ 1 ( チューブ長 1100mm) 圧力センサ 1 チューブ内の圧力変化から脈拍数 呼吸数 体動 低呼吸 無呼吸などを計測することが可能 (2:40) Time (min) (2:40) Time (min) ここで寝付いた? 睡眠に不安を抱える子供 両親をサポート 子供の睡眠障害を早期発見 投薬の効果を確認

32 積極的にいろんなことに挑戦したい人を待っています B4 菊地本井助教 B4 川口 M2 井畑 佐川准教授 D3 北村バッティング動作計測中? M2 山口 M1 小笠原 B4 佐藤 M2 小山 国際学会での発表 (M2 井畑,M1 小笠原 ) 宮崎で療法士さんと共に研究 (M2 小山 ) 学会奨励賞受賞 (M2 山口 )

33 質問してください 詳しくは Web で!!

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