月別: 2021年8月

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認知症高齢者・発達障害児ケアのための人型ロボットを用いたコミュニケーションシステムの開発

by YoshidaTakumi

近年，少子高齢化により要介護高齢者に対する介護士の人手不足が深刻化しています．そこで，介護士に代わりロボットが介護業務の一部を担うシステムの開発が広く行われています．本研究室では，認知症高齢者とロボットのコミュニケーションを主軸としたインタラクションシステムの開発を行っています．

人型ロボットNAOを用いて飲水を促すインタラクションシステム，最近の出来事や昔の思い出について話しかける自律型コミュニケーションシステム，積木を使ったレクリエーションシステムの開発を行っています．

フェイススケール計測システムと姿勢認識システム

ロボットがコミュニケーションを自律的に行うためには，対話者である人間の言葉や表情，動作を正しく認識し，意図を読み取る必要があります．本研究では言葉の認識に音声認識を用いており，表情と動作を認識するためにフェイススケール計測システムと姿勢認識システムをそれぞれ開発しています．

対話者の意図とそれまでの対話の時系列を考慮し，ロボットが次の発話や動作を自律的に選択するシステムを開発しました．人との対話を通して，ロボットは適切な発話や動作を学習し，少しずつ対話をマスターしていきます．

また，発達障害の疑いがある子供を対象に，自律型コミュニケーションシステムを用いてインタラクション実験を行い，彼らのソーシャルスキルに与える影響を調査しています．

 

Publication

  1. 人型ロボットを用いた認知症高齢者とのコミュニケーションシステムの開発，吉田拓海，高橋泰岳，高久範江，日本知能情報ファジィ学会合同シンポジウム2019第28回北信越シンポジウム&第27回人間共生システム研究会講演論文集，pp.3-4，2019．
  2. 認知症高齢者ケアのための人型ロボットを用いたコミュニケーションシステムの開発，吉田 拓海，高橋 泰岳，高久 範江，P-24，HAIシンポジウム2020．
  3. 会話中の空白におけるロボットの応答が人に与える影響, 吉田 拓海，高橋 泰岳，築地原 里樹，第36回 ファジィ システム シンポジウム (FSS2020)，MA1-3，pp.13-16，2020．
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人型ロボットを用いたカードゲームシステム

by TochioYuki

近年では，介護現場での人手不足の対策，療育現場での療育士の負担の軽減を目的としてケアロボットやコミュニケーションロボットの導入が進んでいます．介護や療育現場でのレクリエーションの一例としてカードゲームをロボットに行わせることを目的とし，一部自律化したカードゲームシステムを開発しました．

ゲームでは，4種類のマークが描かれたカードを使用し，参加者と神経衰弱を行います (Figure 1)．参加者にも同じ組み合わせのカードが配られ，参加者とロボットがカードを選択し，マークを合わせることを目的としたゲームです．

Figure 1：使用したロボットとカード

ゲームの進行は，あらかじめ決められたスクリプトに従い，ロボットが行います．ロボットは4種類のカードからランダムに1枚選択し，持ち上げる動作を行うようにプログラムしています (Figure 2)．

Figure 2：カードの持ち上げ動作

ロボット介入の影響を調べるために，場面緘黙症の生徒を対象にインタラクション実験を行いました．
参加者にはロボットに手助けをするなどの協調性のある行動が見られました (Figure 3)．また，参加者の視線方向の計測を行い，ロボットとのレクリエーションをより積極的に行なっている可能性が示唆されました．

Figure 3：インタラクション実験の様子

今後の展望として認知症高齢者のQOL向上へ評価，療育現場でのソーシャルスキルトレーニングとしての利用を検証し，有効性を示すことなどが挙げられます．また，本システムの完全自律化を目指しています．

Publication

1.栃尾祐輝，高橋泰岳，築地原里樹，
“レクリエーションのための人型ロボットを用いたカードゲームシステムの開発”，日本知能情報ファジィ学会　合同シンポジウム2020　第29回北信越支部シンポジウム＆第28回人間共生システム研究会，pp.5-6，2020．

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腰用パワードスーツの開発

by FujiiRyosuke

労働者の重量物の運搬は腰へ大きな負担になり，腰痛の主な原因と考えられています．そのため，労働者の作業中の負荷軽減を目的として，パワードスーツを開発しています．

Figure 1: パワードスーツとセンサ

Figure 1に開発したパワードスーツ(左)と姿勢推定に用いるセンサ(右)を示しました．センサには9軸慣性センサを使用しており，使用者の胸の位置に取り付けます．センサから得られる角度と加速度を用いて姿勢推定を行い，持ち上げ開始時を予測しパワードスーツを制御します．

持ち上げ時の動作検証では，パワードスーツのアシスト効果を，腰部と外側広筋の筋電位の平均を比較することで確認することができました．

現在は，センサの個数を増やすことで，より正確な動作認識と歩行など様々な動作のサポートに対応させることを目的としています．

Publication

  1. Power Assist Control Based on Human Motion Estimation Using Motion Sensors for Powered Exoskeleton without Binding Legs, Shinnosuke Nomura, Yasutake Takahashi, Katsuya Sahashi, Shota Murai, Masayuki Kawai, Yoshiaki Taniai, and Tomohide Naniwa, Applied Sciences, Vol. 9, No. 1, Article Number 164, 2019, https://www.mdpi.com/2076-3417/9/1/164, https://doi.org/10.3390/app9010164
  2. 装着者とパワードスーツの相互作用力を用いた追従動作と線形予測による姿勢角推定に基づくアシスト制御，村井翔太，石塚雄大，高橋泰岳，ロボティクス・メカトロニクス講演会2019，2A2-L01, 2019.06.08
  3. 胴体運動に基づく下肢パワードスーツの制御，橋本修一路，高橋泰岳，ロボティクス・メカトロニクス講演会2019，2A2-L02, 2019.06.08
  4. Modeling Walking Behavior of Powered Exoskeleton Based on Complex-Valued Neural Network, Yudai Ishizuka, Shota Murai, Yasutake Takahashi, Masayuki Kawai, Yoshiaki Taniai, Tomohide Naniwa, Proceedings of 2018 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics, pp. 1923-1928, 2018.10
  5. Walking Motion Model based on Quaternion-valued Recurrent Neural Network for Powered Exoskeleton, Fumihito Murata and Yasutake TAKAHASHI, Intelligent Systems Workshop 2018 (ISWS 2018), pp. 1354-1359 2018.12.08
  6. Power Assist Control Based on Learning Database of Joint Angle of Powered Exoskeleton Suitable for Wearer’s Posture, Katsuya Sahashi, Shota Murai, and Yasutake TAKAHASHI, 12th International Conference, UAHCI 2018, Held as Part of HCI International 2018, Las Vegas, NV, USA, July 15–20, 2018, Proceedings, Part II, LNCS 10908, pp. 340 – 346, Springer, 2018.07
  7. 胴体の動きに基づく下肢パワードスーツの制御，橋本 修一路，高橋 泰岳，日本知能情報ファジィ学会 合同シンポジウム2018 第27回 北信越支部シンポジウム & 第25回 人間共生システム研究会，pp.36-37，2018.11.18
  8. 複素ニューラルネットワークによるパワードスーツ歩行動作のモデル化, 石塚雄大, 村井翔太, 佐橋克弥, 高橋泰岳, 日本知能情報ファジィ学会 合同シンポジウム2017 第26回 北信越支部シンポジウム & 第23回 人間共生システム研究会 講演論文集, pp.39-40, 2017.12.10
  9. 膝を拘束しないパワードスーツと装着者の足の間に働く力情報を用いた状態推定に基づくアシスト制御，村井翔太，佐橋克弥，野村慎之介，高橋泰岳，川井昌之，ロボティクス・メカトロニクス講演会2017講演論文集, 2P1-I02, 2017.05
  10. モーションセンサを用いた動作予測に基づく膝を拘束しないパワードスーツの学習制御，野村慎之介，佐橋克弥，村井翔太，高橋泰岳，川井昌之，ロボティクス・メカトロニクス講演会2017講演論文集，2P1-I03, 2017
  11. Evaluation of Power-Assist System by Computer Simulation, Yoshiaki Taniai, Tomohide Naniwa, Yasutake Takahashi, and Masayuki Kawai, Journal of Advanced Computational Intelligence and Intelligent Informatics, Vol.20, No.3, pp.477-483, 2016.5 doi: 10.20965/jaciii.2016.p0477
  12. Power Assist Control based on Motion Estimation of Wearer’s Forearm using Motion Sensor, Katsuya Sahashi, Shinnosuke Nomura, Takuya Inoue, Yasutake Takahashi, Yoshiaki Taniai, and Masayuki Kawai, Proceedings of 2016 Joint 8th International Conference on Soft Computing and Intelligent Systems and 2016 17th International Symposium on Advanced Intelligent Systems, pp.649-654, DOI 10.1109/SCIS&ISIS.2016.177
  13. 装着者の足とパワーアシストスーツ間に働く力とヤコビアンを用いた運動推定に基づくアシスト制御, 村井 翔太，佐橋 克弥，野村 慎之介，高橋 泰岳，川井 昌之, 日本知能情報ファジィ学会 合同シンポジウム 2016 第25回北信越支部シンポジウム & 第21回人間共生システム研究会, 発表番号17, pp.66-67, 2016.11
  14. 中足趾節関節で接地するパワーアシストスーツの足部機構の開発，水崎俊洋，吉村健男，川井昌之，高橋泰岳，ロボティクス・メカトロニクス講演会2016, 2A1-14b1, 2016.6
  15. モーションセンサを用いた動作予測に基づく膝を拘束しないパワーアシストスーツの制御，野村慎之介，井上卓也，高橋泰岳，川井昌之，谷合由章，ロボティクス・メカトロニクス講演会2016, 2A1-15a5, 2016.6
  16. モーションセンサによる装着者の前腕の運動推定を用いたパワーアシスト制御，佐橋克弥，野村慎之介，高橋泰岳，谷合由章，川井昌之，ロボティクス・メカトロニクス講演会2016, 2A2-15a3, 2016.6
  17. モーションセンサを用いたアシスト制御，佐橋 克弥，野村 慎之介，井上 卓也，高橋 泰岳，谷合 由章，川井 昌之，第31回ファジィシステムシンポジウム講演論文集，TA3-1，pp.340-343，2015.09
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圧力センサを用いた土耕栽培における中腰作業を補助する電動移動台車の開発

by MatsuishiTakahiro

農作業における中腰姿勢は脚や腰に大きな負担がかかってしまうため，中腰姿勢を補助するためのシステムが必要とされている．本研究では，土耕栽培における中腰作業に焦点を当て，電動式の作業椅子（以後，電動移動台車）を開発している．

試作した電動移動台車

電動移動台車は座面に配置された圧力センサで体重移動を読み取り，使用者の動きたい方向へ車輪を制御する．圧力センサは導電糸と導電性不織布で製作した布製のものを使用している．この圧力センサは我々が開発したものであり（Publication 1），導電性不織布に圧力が加わると，導電性不織布の抵抗値が変化することを利用し，圧力を検知している．電動移動台車を使用することで，平地において脚への負担が軽減されることを確認した（Publication 2，3）．

 

今後は，畑での実用性の検証や使用者の意図していない動作を行わないシステムの構築を目指す．

Publication

  1. 導電性の不織布を用いた安価かつフレキシブルな圧力分布センサの開発， 木村孝，髙橋泰岳，築地原里樹，第25回知能メカトロニクスワークショップ，pp. 79-81, 2020．
  2. 布圧力分布センサを用いた農業用パワーアシストシステム, 松石尚紘, 高橋泰岳, 築地原里樹, 日本知能情報ファジィ学会 合同シンポジウム2020 第29回 北信越支部シンポジウム & 第29回 人間共生システム研究会 講演論文集, pp.3-4, 2020．
  3. 布圧力分布センサを用いた土耕栽培における中腰作業を補助する電動移動台車の開発，松石尚紘，高橋泰岳，築地原里樹，ROBOMECH2021, 1P2-A05, 2021．

 

 

 

 

 

 

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タッチインタラクションにおける人型ロボットの反応が人間に及ぼす影響

by OkudaMariko

近年，人との交流を目的としたコミュニケーションロボットが開発されています．人間のコミュニケーションのひとつに，握手やハグなどの体を使うインタラクションがありますが，現在のコミュニケーションロボットには触覚センサがあまり搭載されていないため，ロボットとのタッチインタラクションは難しく，それが人間にどのような効果をもたらすか不明な点が多いです．

そこで，本研究では人型コミュニケーションロボットNAOに触覚センサを搭載し，人からのタッチに反応するロボットの振る舞いが人間に及ぼす影響について調べています．

左上腕に触覚センサを搭載したNAO
左上腕に触覚センサを搭載したNAO

 

NAOの反応行動(左から怒り、質問、感謝)
NAOの反応行動(左から怒り，質問，感謝)

 

人とNAOとのタッチインタラクションの実験結果から，NAOが反応すると人はNAOに対して「可愛い」「また会いたい」などのポジティブな印象を抱き，反対にNAOが反応しなかった場合は「冷淡だ」「思いやりがない」などネガティブな印象を抱くことが分かっています．

今後はより人からのタッチのパターンを増やし，様々な反応行動を見せるロボットとのインタラクションがどのような影響をもたらすかを調べます．

Publication

  1. 奥田真理子，高橋泰岳，”人との接触状態判定システムを用いた人型ロボットの反応生成とそれに対する人への影響評価”，日本知能情報ファジィ学会合同シンポジウム2019 第28回北信越シンポジウム&第27回人間共生システム研究会，pp5-6，2019．
  2. Mariko Okuda，Yasutake Takahashi，Satoki Tsuichihara，”Effect of Humanoid Robot’s Reaction on HumanTouch to Robot”，Proceedings of Joint 11th International Conference on Soft Computing and Intelligent Systems and 21st International Symposium on Advanced Intelligent Systems (SCIS-ISIS)，pp1-6，2020．
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継手内部のバリ検出

by YonezuMikinori

ショベルカーなどの建設機械に用いられる油圧技術には配管同士を繋ぐために継手が使用されています．継手は大小も形状も様々なものがありますが，本研究ではL字のもの(figure1)の内部に発生するバリ(削り残し)を検出することを目指しています．

figure1

画像の継手は縦横奥行き6×6×2で，穴の直径は7 mmです．バリが発生するモデルを図で示します．(figure2)

figure2

穴の交差部分に発生するバリは小さいもので0.3 mm程度であり，熟練工の目視検査に頼っている現状は大きな負担となっています．更に少子高齢化によって熟練工と後継技能者の両方が減少しており，自動検査システムの構築は急務であると言えます．

これらの事情から継手を撮影した画像からバリを検出するための研究を行い，機械学習の手法の一つであるスパースコーディングを利用し，カメラによる継手内部の撮影画像からバリを検出するプログラムを作成しました．(figure3)

figure3

現在はカメラをロボットアームに搭載して自動で撮影させ，上述のプログラムによって検出することで一連の流れを自動化することを目指しています．

 

Publication

  1. Yonezu Mikinori, Yasutake Takahashi,
    スパースコーディングによる異常検知を利用した高圧配管用継ぎ手の内面バリ検出システムの開発,

    DS2ELDiA2 2021, 口頭発表

  2. Yonezu Mikinori, Yasutake Takahashi,
    高圧配管用継手の内面バリ検出システムの開発のための 3D 点データからのバリ検出,
    日本知能情報ファジィ学会 合同シンポジウム2019, vol.28, pp.1-2, 2019