シミュレーションによる検証

74 5.4 粒子フィルタを用いた PID_VEP 制御法による検証実験

前章4.6節に示した，粒子フィルタによる使用者の歩行速度を推定・予測した，PID_VEP 速度制御法による，シミュレーションと実機実験の結果を示す．

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図5.19 シミュレーションによる推定結果【縦軸：(1)右足の相対移動量(m)，(2)左足の相対

移動量(m)，(3)右足の速度(m/sec)，(4)左足の速度(m/sec)，(5)右足の相対移動量(m)，(6)左足 の相対移動量(m)，横軸：時間(sec)】

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図5.20 シミュレーションによる予測結果【縦軸：(1)右足の相対移動量(m)，(2)左足の相対

移動量(m)，(3)右足の速度(m/sec)，(4)左足の速度(m/sec)，(5)右足の相対移動量(m)，(6)左足 の相対移動量(m)，横軸：時間(sec)】

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5.4.2 実機による検証実験(1)

PID_VEP制御法による効果を確かめるため，PID制御法と比較を行った．図5.21は

PID_VEP制御法による，実際に観測されたセンサデータより推定した体中心位置と，その

予測位置を示している．各図は，JARoWの上面図を示しており，(1)は初期状態を，(2)停止

状態，(3)および(4)前進移動状態における体中心推定位置(緑印)，体中心予測位置(青印)，両

足測定位置(赤印)をそれぞれ示している．停止状態において，予測位置と推定位置はほぼ一 致している．次に，前進歩行中においては，前進方向の前方に予測位置が出ているのがわ かる．

図5.21 実観測データによる体中心位置の推定と予測結果

(1)初期状態(2)停止状態(3)および(4)前進移動状態

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5.4.3 実機による検証実験(2)

次に，PID_VEP制御法とPID制御法との比較に関する実験を行う．

・速度比較実験

まず，使用者の歩行に合わせたJARoWの移動を，速度の観点で検証する実験を行った．

使用者，JARoWともに加速度センサを取り付け，その歩行中の速度比較を行った．実験は，

30mの平面で構成された移動区間を設定し，10回以上歩行実験を行いデータ収集した．図

5.22(a)にPID_VEP制御法による歩行実験の結果の一部を，(b)にPID制御法による歩行実験

の結果の一部をそれぞれ示す．図5.23は，これらの統計データをまとめたものである．

PID_VEP制御法は，PID制御法に比べて速度変化が穏やかで，急激な変化はほとんど見受

けられない．PID制御法も追従性は決して悪くないが，速度変化が大きく出ることを観測し

た．図5.22(b)はその一例で，7秒~10秒のあたりで遅れが出ると，その差を埋めるため12

秒~17秒において急激な速度変化を示す結果となった．実際のJARoW動きとしては振動を 伴う唐突な動きとして現れる．

図5.22 使用者の歩行速度とJARoWの移動速度比較(a)使用者の移動速度(黒線)とPID_VEP

制御法を用いたJARoWの移動速度(青線)，(b) 使用者の移動速度(黒線)とPID制御法を用い

たJARoWの移動速度(赤線)【縦軸：移動速度(m/sec)，横軸：時間(sec)】

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図5.23 速度比較実験における統計データ：▲最大値，▼最小値，○平均値，エラーバー

５％～９５％，ボックス２５％～７５％【縦軸：移動速度(m/sec)，横軸：(青)PID_VEP制御 法を用いたJARoWの移動速度，(赤) PID制御法を用いたJARoWの移動速度，(黒)使用者の

移動速度】

・移動距離比較実験

次に，停止状態から徐々に速度を上げたときのJARoWの移動距離を計測する実験を行っ

た．図5.24(a)PID_VEP制御法，(b)にPID制御法による結果をそれぞれ示す．なお，(b)に示

すデータは，急激な速度変化が起きたときの結果である．このように急激な速度変化が起 こる原因として，様々な要因により起こりうる，足位置の観測エラーの問題が挙げられる．

これらのエラーは約0.1秒ごとに更新されるため，使用者の移動に対してJARoWが追従す ること自体に大きな問題とはならない．しかしながら，このデータからもわかるように，

PID制御法に比べPID_VEP制御法の方が，使用者の歩行に対して滑らかに追従していると 言える．

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図5.24 使用者の移動距離とJARoWの移動距離比較：（赤線）使用者の移動距離（黒線）

使用者の移動に追従するJARoWの移動距離(a)PID_VEP制御法(b)PID制御法【縦軸：移動 距離(cm)，横軸：使用者のステップ数(歩)】

5.4.4 考察

これまでの実験で，PID制御法を用いたJARoWの前進歩行での追従率は約80%であるこ とを示してきた．これは歩行中の8割が使用者の移動距離に対して，誤差20mm以内で追 従していることを示している．しかしながら，歩行中の2割は，追従性に違和感を覚える ということである．この違和感は，使用者の歩行に対しJARoWの追従が20mm以上開いた ときと定義される．これは，前項の図5.24(b)で示した急激な速度変化などにより，データ として示すこともできる．

これに対して，パーティクルフィルタを用い，使用者の歩行を推定・予測したPID_VEP 制御法では，前進移動の追従率は91.3%となった．PID制御法に比べ，使用者への追従性能 が向上したことで，パーティクルフィルタによる使用者の歩行推定・予測の効果があった といえる．これらの実験は，すべて20代の男性被験者による結果である．次節では，高齢 者による歩行実験を行い，若年被験者との比較を含めてJARoWの検証実験を行う．

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5.5 高齢者による評価歩行実験