memo プロポーザル構成

修士研究プロポーザルの構成

1) 研究背景

• 歩行能力維持の重要性
  • 高齢者の増加と介護予防の重要性

• 現状の高齢者の歩行訓練の問題点
  • 専門機器(数不足｜高コスト｜場所が固定)
  • セラピスト(人不足｜監視)

• 歩行支援への需要

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2) 研究目的

• 装着型プロジェクタを用いた床上情報提示による歩行支援の実現可能性を明らかにする

• 本研究の焦点
  • 装着型プロジェクタシステムの高齢者への適用可能性

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3) コンセプトデザイン｜装着型プロジェクタを用いた自主歩行訓練支援

• 対象者
  • 介護予防が必要とされる高齢者｜自立歩行能力はあるけれども，今後低下が懸念される高齢者

• システムの目的
  • 歩行能力維持のための自主歩行訓練支援

• コンセプト図
  • 装着者
  • 装着型センサ：歩行状態の計測｜加速度，角速度，圧力センサ
  • 装着型プロジェクタ：情報提示デバイス
  • スマートフォン：処理端末

• フロアプロジェクションによる歩行安定化
  • 歩行する上でより良い歩行にするために必要な要素は多い
    • 歩幅，歩行速度，体重心バランス，足圧内バランス，腕の振り，足の角度，歩行時の姿勢
    • 今回は，歩幅の制御に焦点を当てる

• なぜ装着型か

• なぜ視覚情報か

• なぜプロジェクタか
  • 情報提示場所と歩行空間が一致している：注意分散がしやすいのではないか

• プロジェクタ装着位置
  • 投影画像の揺れ=見易さ，装着感を考慮する必要がある
    • 既存研究：Ota, et al(2011).
    • セラピストからの意見
  • 胸部に装着することとした

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4) プロトタイプ実装の構想｜フロアプロジェクションによる歩幅制御機能の実装

• 目標とする歩幅制御とは
  • 歩行中，次に出す足の場所を視覚情報として提示する
  • 歩行者は床上のマークを手がかりにして(踏む｜越える)歩行する

• 提示情報案
  • 足形マーク
  • 水平線
    • 比較すべきか｜比較することで何が分かるのか

• 共通機能の実装①　投影情報の実世界座標変換
  • 床上での装着者と情報の距離，サイズ
  • 射影変換による歪み補正
    • プロジェクタの装着位置と内蔵加速度センサにより歩行前にキャリブレーション

• 共通機能の実装②　
  • 投影画像安定化
    • 加速度/角速度センサの値でプロジェクタの姿勢を計測し，投影位置を動的に補正
    • 既存研究：Tajimi, et al(2011)., Murata, et al(2011).

• 歩幅提示機能の実装
  • 片足の接地タイミングで次の歩幅情報を提示
    • 着地/離地を正確に検出するために，靴に圧力センサを挿入
  • 歩行者がマークを踏みながら歩行するためには，床上に情報が固定されるように見えるための処理が必要
    • 進行距離に合わせて投影マークを手前に移動させる

• プロトタイプシステム構成図
  • 装着者
  • 装着型センサ：Arduino Pro-micro+Bluetooth+圧力センサ(靴)
  • 装着型プロジェクタ：胸部
  • Android端末
    • 画像処理：Android OpenCV

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5) 評価実験の構想

• 実施の流れ
  • 予備実験によってHMDを棄却したい
  • 本実験で歩幅制御の実現可能性を検証したい

• 予備実験
  • 目的： 高齢者の歩行中における各視覚情報提示デバイスの特性を明らかにすること
    • 情報提示デバイスの適性は幾つか考えられる：装着感 / 周囲への注意分散
    • HMD / プロジェクタ / 携帯端末　を比較調査
    • つまり，プロジェクタの利点を明らかにしたい (HMDを棄却したい)
  • 被験者： 高齢者10名程度
  • 手順：
    1. 10mの歩行路を通常の速度で歩く
    2. 歩行中に装着型デバイスを介して情報を提示（数字 / 単語 / 数式 / 図形 / 色 ?）
    3. 同時に，外環境（歩行路の周囲）に情報を提示（数字 / 単語 / 数式 / 図形 / 色 ?）
    4. 両方の正解率を記録
    5. 装着感アンケート(Wearable Comfort Scale)，認知負荷アンケート(NASA-TLX)，インタビュー
  • 条件
    • 照明?

• 本実験
  • 目的： 装着型プロジェクタによって歩幅制御が可能か否か検証すること
  • 被験者： 高齢者10名程度 + 健常者10名程度(対象群)
  • 手順：
    1. 10mの歩行路を通常の速度/歩幅で歩く｜ベースライン歩行データ収集
    2. 10mの歩行路を歩行｜デバイス有歩行データ収集
    3. 歩行中に装着型プロジェクタで歩幅情報を床上提示（平均歩幅+Xcm,-Xcm）
    4. インタビュー，(認知負荷アンケート(NASA-TLX)，装着感アンケート(Wearable Comfort Scale))
  • 条件
    • 照明あり / なし

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6) 本システムの応用可能性

• 修論に載せる程度で，特に発表では述べる必要はないかもしれない
• パーキンソン病患者
  • 視覚刺激による逆説動作の誘発
• スポーツ選手
  • バイオフィードバック

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7) 本研究で明らかにしたいこと｜再掲

• 装着型プロジェクタを用いた床上情報提示による歩行支援の実現可能性を明らかにする

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8) 本年度の予定

• ① システムプロトタイプ実装(～8月末)
• ② 予備実験(8月末)
• ③ 歩幅制御機能実装(9～10月末)
• ④ 本実験(10月末～11月)

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9) 悩んでいる点

• 背景 → 目的 → やっていること　の流れの妥当性はあるか
• 評価実験の妥当性はあるか｜HMDとの比較検証
• 歩幅制御機能の実装