ハード力学2

ロボット介護機器の力学的効果評価
- デジタルヒューマンとヒューマノイドを用
いた定量的評価 産業技術総合研究所
○吉田 英一 遠藤 維 多田 充徳 吉安 祐介
鮎澤 光 松本 吉央 本間 敬子 梶谷 勇
1
計測フロンティア研究部門
発表内容
1.
2.
3.
4.
背景研究開発の背景
力学的効果評価の概要
研究開発内容
今後の展望
2
ロボット介護機器開発のV字モデル
効果安全目標
効果安全目標
一日の生活の中での課題の明確化
・メリット・デメリット
（短期的・長期的）
（被介護者・介護者、
施設全体）
・適応と禁忌
・使い方
「している活動」での検証
開発コンセプトシート
「参加」の具体像としての「活動」
「できる活動」での検証
目標となる「活動」の明確化
項目と具体的内容
要素動作の明確化
有用性・安全性に関する機能要求
有用性・安全性に関する性能要求
機構・制御部
安全関連部
要素動作での検証
人との関係
工学システム
要件定義
妥当性確認
関係する範囲
システム設計
ハード・ソフト設計
システム検証
ハード・ソフト試験
事業計画： 性能評価試験手法・装置の開発
モジュール化設計 モジュール試験
目標：人間がロボット介護機器を使用する状況を再現し、
その力学的な効果を定量的に評価する手法を開発
プロトタイプ作成
計測フロンティア研究部門
発表内容
1.
2.
3.
4.
研究開発の背景
力学的効果評価の概要
研究開発内容
今後の展望
4
計測フロンティア研究部門
力学的効果評価の概要
• 効果：使う人間と機器（性能） の関わりで生じる
↓
• 「効果」を評価する手法を新たに開発
基準コンソーシアム
人間による使用状況を模擬
• デジタルヒューマン
• ロボット
要素動作の測定
要素動作の明確化
有用性・安全性に関する機能要求
有用性・安全性に関する性能要求
効果基準
効果の定量評価
人との関係
工学システム
要件定義
要素動作での検証
機器の機械
的性能
妥当性確認
5
設計改良支援
開発事業者
計測フロンティア研究部門
力学面での評価：開発目標
• 定量的評価指標・基準の提案
– 主な対象：機械的インタラクションのある移乗支援
– 介護者 (装着型) ：
腰部負担の低減
– 被介護者 (非装着型) ：
圧力、接触力、せん断力、筋出力
• 機器評価のためのツール群の提供
– 被験者・主観評価 → ロボット・デジタルヒューマン活用
6
計測フロンティア研究部門
デジタルヒューマンとロボットを用いた
力学面での効果評価
デジタルヒューマン
機器
モデル
圧力
接触力
筋骨格
モデル
目的
筋活動
ロボット介護機器の
効果定量評価
物理相互作用
モデル
圧力
腰部
接触力
負担
せん断力
被介護者
ロボット
7
介護者
計測フロンティア研究部門
発表内容
1.
2.
3.
4.
研究開発の背景
力学的効果評価の概要
研究開発内容
今後の展望
8
開発した基盤技術
• デジタルヒューマン技術
– モーションキャプチャの計測データから個人の人
体モデルと運動を再現
– 機器と人間とのインタラクションのモデル化
• ヒューマノイド技術
– 計測した人体動作の再現
– 機器装着時の負担軽減効果の定量的評価
計測フロンティア研究部門
人体シミュレータの実装
• 人体シミュレーションソフトウェア「DhaibaWorks」
– 全身運動への拡張
– 測定した人体運動データから人体モデル・運動を再現
• 腰部等負担の推定
– 機器等からの外力追加機能
の追加
– 人体モデル・運動データを
OpenSimで利用可能な形で
出力、各関節トルクを評価
10
計測フロンティア研究部門
機器と人間とのインタラクション： 接触・圧力
Input:姿勢
皮膚モデル
表面形状推定
インタラクション
装着型機器
変形
機器力学計算
圧力分布
干渉検出
ばね
変形モデル
（バネモデル等）
圧力推定
機器3次元モデル
身体3次元モデル （データベース）
11
ヒューマノイドによる装着支援機器評価
•
•
•
•
[Miura ICRA 2013]
人間に近い構造・寸法（平均から誤差10%以内）
“スマートスーツ”
計測した人動作の再現
(北大)
負荷低減効果の定量的検証（人では難しい）
高い繰り返し精度、倫理的なリスクのクリア
腰負担
測定
Ｚ
腰の負荷
[Nm]
装着
非装着
人間動作測定と
シミュレーション
時間 [秒]
発表内容
1.
2.
3.
4.
研究開発の背景
力学的効果評価の概要
研究開発内容
今後の展望
今後の計画
• 力学的効果の評価指標の抽出
– 使用する人間との関係での「効果」を定量的に評価
• 介護者 ： 腰部負担の低減
• 被介護者： 圧力、接触力、せん断力、筋出力
• 具体的な機器での評価
– 要素動作の明確化、測定と再現
• 効果の基準策定への貢献