知的車椅子で自由自在

知的車椅子で自由自在

－すべての人を見て動く車椅子－

久野 義徳

埼玉大学工学部 〒338-8570 さいたま市桜区下大久保 255

E-mail: [email protected]

あらまし 高齢化社会の到来に備えて，知的車椅子／ロボット車椅子の研究が進められているが，これまでの研

究は利用者の使いやすさの向上が中心課題であった．しかし，車椅子に関しては，周りの歩行者や介護者など多く

の人間がかかわる．それらの人すべてに調和して動くことのできる車椅子が望まれる．そこで，車椅子に関連する

すべての人を見ることにより，利用者には使いやすく，介護者には負担が少なく，周囲の人にも調和して動くこと

のできる知的車椅子を提案する．

キーワード 知的車椅子，ロボット車椅子，非言語的行動，ヒューマンインタフェース，顔の向き

Intelligent Wheelchair Looking at All People

Yoshinori KUNO

Faculty of Engineering, Saitama University 255 Shimo-okubo, Sakura-ku, Saitama, 338-8570 Japan

E-mail: [email protected]

Abstract

Although several robotic/intelligent wheelchairs have been proposed recently, they consider friendliness only to

their users. Machines like wheelchairs interact various people other than their users. They must consider friendliness to all

these people. This paper presents a robotic wheelchair that cares for all relevant people: users, pedestrians, and caregivers, by

looking at these people. It looks at the user's face, observing its direction. The user can turn it by looking in his/her desired

direction. It looks at pedestrians and changes the way of avoidance against them depending on whether or not their noticing it.

In addition, it looks at the caregiver when he/she is with it and keeps moving with him/her.

Keyword Intelligent wheelchair, Robotic wheelchair, Nonverbal behavior, Human interface, Face direction

1. ま え が き

高 齢 化 社 会 の 到 来 に と も な い ， 車 椅 子 の 必 要 性 が 高 ま る と 考 え ら れ る ． そ こ で ， 安 全 で 使 い や す い 知 的 ／ ロ ボ ッ ト 車 椅 子 の 研 究 が 進 め ら れ て い る [1]～ [7]． こ れ ま で ， 利 用 者 の 使 い や す さ の 向 上 に 関 し て 多 く の 提 案 が な さ れ て き た ． し か し ， 車 椅 子 に は 利 用 者 の 他 に 周 囲 の 歩 行 者 や 介 護 者 な ど 多 く の 人 が 関 わ る ． 車 椅 子 が 社 会 に と け こ む た め に は ， こ れ ら の 人 す べ て と 調 和 し て 動 け る よ う に す る こ と を 考 え る 必 要 が あ る ． 車 椅 子 の 利 用 者 に と っ て は ， 簡 単 な 操 作 で 自 分 の 思 う よ う に 動 い て ほ し い ． 周 囲 の 歩 行 者 に と っ て は ， 車 椅 子 が 歩 行 の 妨 げ に な ら ず ， 互 い に ス ム ー ズ に 動 け る こ と が 必 要 で あ る ． 介 護 者 が つ い て い る 場 合 は ， 介 護 者 に 負 担 が か か ら ず 動 け る こ と が 望 ま れ る ． 著 者 ら は ， 車 椅 子 に 関 わ る す べ て の 人 を 見 る こ と に よ り ， こ の よ う な 車 椅 子 が 実 現 で き る と 考 え て 研 究 を 進 め て い る ． こ こ で は ， こ れ に 関 す る こ れ ま で の 成 果 の 概 略 を 述 べ る ． な お ， そ れ ぞ れ の 部 分 の 詳 細 に つ い て は 文 献 を あ げ て お い た の で ， そ れ を 参 照 し て 欲 し い ．

2. す べ て の 人 を 見 る 車 椅 子 [8]

車 椅 子 に 関 わ る 人 と し て ， こ こ で は ， 利 用 者 ， 周 囲 の 歩 行 者 ， そ れ に 介 護 者 を 考 え る ． 車 椅 子 の ハ ー ド ウ ェ ア は こ れ ま で に 何 台 か 開 発 し て き た が ， 基 本 的 な 構 成 は 図 １ ～ ３ の よ う な も の で あ る ． セ ン サ と し て は ， 周 囲 環 境 を 見 る カ メ ラ と ， 利 用 者 を 見 る カ メ ラ ， そ れ に 周 囲 を 見 る 距 離 セ ン サ （ 超 音 波 セ ン サ ， あ る い は 赤 外 線 セ ン サ ） が 備 え ら れ て い る ． そ れ ら の セ ン サ で 利 用 者 ， 歩 行 者 ， 介 護 者 を 見 る ． ま た ， 周 囲 の 障 害 物 の 存 在 な ど の 環 境 情 報 を 得 る ．

図

1. 車 椅 子 シ ス テ ム の 構 成

図 ２. 知 的 車 椅 子 ： 距 離 セ ン サ と し て 16 個 の 超 音 波 セ ン サ 使 用 ．

3. 利 用 者 を 見 る [9][10][11][12][13]

利 用 者 を 見 る カ メ ラ の 画 像 か ら ， 顔 の 動 き を 求 め ， そ れ に よ り 車 椅 子 が 動 く シ ス テ ム を 開 発 し た ． 車 椅 子 は 一 度 う な ず く と 発 進 し ， も う 一 度 う な ず く と 停 止 す る ． そ し て ， 顔 の 向 き の 方 向 に 進 行 す る ． 行 き た い 方 を 見 る ， す な わ ち ， そ ち ら に 顔 を 向 け る の は 自 然 な 動 作 な の で ， こ れ は 意 図 的 に 行 わ な け れ ば な ら な い が ， 直 感 的 で 使 い や す い だ ろ う と 考 え て ， こ 図 3. 知 的 車 椅 子 ： 距 離 セ ン サ と し て 光 電 セ ン サ 4 台 使 用 ． の 方 式 を 採 用 し た ． さ ら に ， 実 際 に 使 用 し て み た と こ ろ ， そ れ に 加 え た 利 点 と し て ， 必 要 な だ け 回 転 し た と き に 回 転 を 止 め る の が 非 常 に 自 然 に で き る こ と が わ か っ た ． ユ ー ザ は 曲 が り た い 方 向 へ 意 識 的 に 顔 を 向 け る が ， 必 要 な だ け 回 転 す る と 顔 を す ぐ に 正 面 に 向 け る ． こ の 動 作 が 回 転 を 止 め て く れ る わ け だ が ， こ の 動 作 は 「 回 転 を 止 め る た め に 正 面 を 向 こ う 」 な ど と 意 識 し て 考 え な く て も ， ほ と ん ど 自 然 に 生 じ る ． リ ハ ビ リ 中 の 車 椅 子 利 用 者 ５ 人 に よ る 実 験 で も ，「 こ の 車 椅 子 は 顔 を 向 け た 方 向 に 曲 が り ま す 」 と い う 指 示 だ け で ， す べ て の 被 験 者 が 問 題 な く 操 作 で き た ． こ の よ う に 厳 密 に い え ば 意 識 的 に 動 か し て い る わ け だ が ， ほ と ん ど 自 然 に 生 じ る よ う な 動 作 を ヒ ュ ー マ ン イ ン タ フ ェ ー ス に 利 用 す る こ と が 有 効 で あ る こ と が ， こ の 車 椅 子 の 開 発 を 通 じ て わ か っ た [10]． た だ し ， 顔 は 車 椅 子 を 操 作 す る 意 図 以 外 の と き に も 動 か す の で ， 顔 の 動 き が 操 作 を 意 図 し た も の か ど う か 識 別 す る 必 要 が あ る ． こ れ に は ， 距 離 セ ン サ に よ り ， 近 く の 物 体 ま で の 距 離 を 求 め ， そ れ に 応 じ て 顔 の 動 き に 車 椅 子 が 追 随 す る 程 度 を 変 え る こ と に し た [12]． す な わ ち ， 障 害 物 が 近 く に あ れ ば ， 顔 が そ ち ら に 向 い て も ， す ぐ に は そ の 方 向 に 向 か わ な い よ う に し た ．

4. 歩 行 者 を 見 る [14][15]

ヒ ュ ー マ ン イ ン タ フ ェ ー ス と い う と 機 械 と そ れ を 使 う 人 間 と の 間 の イ ン タ フ ェ ー ス と 普 通 は 考 え ら れ る が ， 車 椅 子 の よ う な も の は 他 の 人 間 と の イ ン タ フ ェ ー ス も 考 え な け れ ば な ら な い ． す な わ ち ， 車 椅 子 で は 周 囲 の 歩 行 者 や ， 介 護 者 が い る 場 合 は 介 護 者 に つ い て も 考 え な け れ ば な ら な い ． 2

歩 行 者 と の イ ン タ フ ェ ー ス と は ， 歩 行 者 と 調 和 し て 動 く こ と で あ る ． 衝 突 を 回 避 し な が ら ， 歩 行 者 と 車 椅 子 の 両 者 が ス ム ー ズ に 動 け る よ う に し た い ． そ の た め に は ど う し た ら よ い か を 調 べ る た め に ， 開 発 の 前 に 車 椅 子 と 歩 行 者 が も っ と も 頻 繁 に 出 会 う 病 院 の 廊 下 で ビ デ オ 撮 影 を 行 い ， 両 者 が 出 会 っ た と き の 行 動 を 調 査 し た ． そ の 結 果 ， ３ つ の 場 合 が あ る こ と が わ か っ た ． 歩 行 者 が 医 師 や 見 舞 い 客 な ど で 車 椅 子 よ り 速 く 動 い て い る 場 合 は ， そ れ ら の 人 が 車 椅 子 に 気 づ い て い れ ば ， 人 間 の 方 が 車 椅 子 を 先 に 避 け る ． 歩 行 に 不 自 由 で 車 椅 子 よ り も 遅 い 動 き の 人 の 場 合 は ，車 椅 子 が 避 け る 場 合 と ， 人 間 が 避 け る 場 合 の 両 方 が 観 察 さ れ た ． 歩 行 者 が 車 椅 子 に 気 が つ い て い な い 場 合 は ， 車 椅 子 が 避 け た ． 以 上 の こ と か ら ， 車 椅 子 と し て は ， 相 手 の 速 度 と 相 手 が 車 椅 子 に 気 が つ い て い る か に よ り ， 行 動 を 変 え れ ば よ い こ と が わ か っ た ． す な わ ち ， 相 手 の 動 き が 速 く ， 車 椅 子 に 気 づ い て い る 場 合 は ， 相 手 に 避 け て も ら い や す い よ う に 少 し 速 度 を 落 と す ． 相 手 が 気 づ い て い な い と き は 自 分 か ら 避 け る ． 相 手 が 遅 い と き は ， 安 全 サ イ ド と し て ， こ れ も 自 分 か ら 避 け る よ う に す る ． 相 手 の 速 度 に つ い て は 超 音 波 セ ン サ で 運 動 物 体 を 検 出 す れ ば 得 ら れ る の で 問 題 は な い ． そ こ で ， 気 づ い て い る か ど う か の 判 定 に ， 顔 の 向 き を 用 い る こ と に し た ． 超 音 波 セ ン サ で 運 動 物 体 を 検 出 し た ら ， そ れ が 人 間 だ と 仮 定 し ， そ の 距 離 に 人 間 が 立 っ て い る と す る と 顔 の 周 辺 の 画 像 が 入 力 で き る よ う に 外 部 環 境 観 察 カ メ ラ の パ ン・チ ル ト ，そ れ に ズ ー ム を 調 整 す る ．そ し て ， 入 力 画 像 か ら 肌 色 領 域 と そ の 中 の 目 な ど の 特 徴 の 有 無 を 調 べ る こ と に よ り ， 顔 を 検 出 す る ． も し ， 顔 が 検 出 さ れ な け れ ば ， 静 止 障 害 物 と 同 様 に 単 に 回 避 す る ． 人 間 が 後 ろ を 向 い て い る と こ う な る が ， 後 ろ を 向 い て い れ ば 車 椅 子 に 気 づ か な い だ ろ う か ら ， 車 椅 子 が 先 に 避 け る の は 適 切 な 行 動 と 考 え ら れ る ． 顔 が 検 出 で き た 場 合 は ， 顔 の 領 域 を 以 後 ， 追 跡 し ， 顔 の 向 き を 連 続 的 に 求 め る ． そ し て ， 顔 が 特 定 の 割 合 以 上 ， 車 椅 子 の 方 向 を 向 け ば ， 車 椅 子 に 気 が つ い て い る と 判 断 す る ． 顔 の 向 き は ， 目 の ま わ り の 領 域 に つ い て 垂 直 方 向 へ の 射 影 を 求 め ， そ の パ タ ー ン で 判 断 し て い る ． こ の シ ス テ ム で は カ メ ラ を 動 か し て 人 間 の 顔 を 追 跡 し て い る ． し た が っ て ， 顔 が 正 面 を 向 い て い る と 認 識 さ れ れ ば ， 車 椅 子 の 方 を 見 て い る こ と に な る ． 車 椅 子 の 方 を 見 て い る か だ け が 重 要 な の で ， 顔 の 向 き が 何 度 と い う よ う な 正 確 な 情 報 で な く ， ほ ぼ 正 面 顔 か そ う で な い か が わ か れ ば 十 分 で あ る ． し た が っ て ， 簡 単 な 画 像 処 理 で 必 要 な 情 報 が 確 実 に 得 ら れ る ． 12 人 の 被 験 者 に 車 椅 子 ユ ー ザ と 歩 行 者 の 両 方 の 立 場 に な っ て も ら っ て ， こ の 衝 突 回 避 法 を 実 験 し た が ， 単 に 超 音 波 セ ン サ で 物 体 を 検 出 し た ら 空 い て い る 方 向 に 避 け る 方 法 よ り ， ス ム ー ズ な 対 応 と 考 え ら れ る と い う 結 果 が 得 ら れ た ．

5. 介 護 者 を 見 る [16][17]

車 椅 子 利 用 者 に 介 護 者 が 伴 う こ と も 多 い ．電 動

車 椅 子 の 場 合 ，介 護 者 に 車 椅 子 を 押 す と い う よ う

な 肉 体 的 負 担 は な い が ，車 椅 子 の 進 行 を 常 に 気 に

す る と い う よ う な 負 担 は 残 る ．そ こ で ，普 通 に 友

人 同 士 と 談 笑 し な が ら 歩 く と い う よ う な 感 覚 で ，

車 椅 子 利 用 者 と 介 護 者 が 一 緒 に 出 歩 け る よ う な

車 椅 子 を 検 討 し て い る ．

検 討 し て い る 車 椅 子 は ，基 本 的 に は 横 ま た は 後

ろ に い る 介 護 者 の 動 き に 合 わ せ て 動 く と い う も

の で あ る ．し か し ，単 に 介 護 者 の 動 き に 追 随 す る

と い う の で は 困 る 場 合 が あ る ．例 え ば ，ド ア を 開

け て 部 屋 に 入 り た い 場 合 は ，車 椅 子 の 横 や 後 ろ に

い た 介 護 者 は 車 椅 子 の 前 に 出 て ，ド ア を 開 け よ う

と す る と 考 え ら れ る ．こ の 場 合 ，車 椅 子 が 介 護 者

の 前 に 出 よ う と す る 動 き に 合 わ せ て 前 進 し て は

困 る ．車 椅 子 は 介 護 者 が 前 に 出 ら れ る よ う に し て ，

ド ア の 前 で 止 ま り ，ド ア が 開 い た ら 中 に 入 る と い

う 動 き を す る こ と が 望 ま れ る ．エ レ ベ ー タ に 乗 る

場 合 も 同 様 で ，介 護 者 が 前 に 出 て 操 作 ボ タ ン を 押

す の を 待 ち ，エ レ ベ ー タ が 来 て ド ア が 開 い た ら 中

に 入 る よ う に し て 欲 し い ．提 案 の 車 椅 子 で は ，介

護 者 の 動 き と ，周 囲 の 状 況 を 距 離 セ ン サ の 情 報 で

得 て ，ド ア や エ レ ベ ー タ の 状 況 で ，介 護 者 が 特 に

指 示 を し な く て も 自 然 な 動 作 を す れ ば ，前 述 の よ

う に 動 く こ と を 実 現 し て い る ．

6. 人 に 見 ら れ る

こ れ ま で は ， 車 椅 子 が 人 を 見 る こ と に よ り ， 安 全 で 使 い や す く ， 周 囲 の 人 に も 受 け 入 れ や す い 車 椅 子 の 実 現 を 目 指 し て き た ． し か し ， 最 近 ， も う 一 つ の 観 点 が 必 要 で は な い か と 考 え て い る ． そ れ は ， 車 椅 子 が 「 人 に ど う 見 ら れ る か 」 と い う こ と で あ る ． 山 崎 は 社 会 学 の 分 野 で 車 椅 子 利 用 者 と 周 囲 の 人 間 の 関 係 を 調 べ て 報 告 し て い る[18]． そ れ に よ る と ， 介 護 者 が 付 き 添 う 場 合 ， 車 椅 子 利 用 者 が 買 物 を し て 支 払 い を す る と き に ， 店 員 は 介 護 者 の 方 に 視 線 を 向 け る な ど し て 確 認 の 動 作 を す る こ と が 多 い と い う こ と で あ る ． 車 椅 子 利 用 者 が 自 分 で 財 布 か ら 現 金 を 取 り 出 し て い て も こ う な る と い う こ と は ， 車 椅 子 利 用 者 が 移 動 以 外 に も 介 護 者 に 負 う と こ ろ が 大 き い と 見 ら れ て い る と 考 え ら れ る ． 車 椅 子 利 用 者 は 移 動 に 関 し て は 支 援 を 必 要 と し て い る が ， そ れ 以 外 は 自 律 し た 存 在 と し て 周 り か ら 見 ら れ る べ き で あ る と 考 え ら れ る ． こ れ ま で ， 介 護 者 に 伴 っ て 動 く 車 椅 子 を 研 究 し て き 3

た が ， 介 護 者 に 従 っ て 動 く だ け で は ， 車 椅 子 利 用 者 が 自 律 し た 主 体 と し て 見 ら れ な い か も し れ な い ．そ こ で ， 介 護 者 と と も に 動 く が ， 外 か ら は 車 椅 子 利 用 者 が 自 身 の 必 要 性 に よ っ て ， 適 切 に 動 い て い る と 見 え る よ う な 車 椅 子 を 検 討 し て い る ． 謝 辞 本 研 究 の 一 部 は 科 学 研 究 費 補 助 金 （ 14350127） に よ る 。

文

献

[1] D.P. Miller and M.G. Slack, “Design and testing of a low-cost robotic wheelchair prototype,” Autonomous

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[2] T. Gomi and A. Griffith, “Developing intelligent wheelchairs for the handicapped, ” Lecture Notes in

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Robotics and Automation Magazine, vol. 4, no. 4, pp.

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[6] E.S. Boy, C.L. Teo, and E. Burdet, “Collaborative wheelchair assistant” Proc. IEEE/RSJ International

Conference on Intelligent Robots and Systems, vol. 2,

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[7] J.W. Min, K.B. Lee, S.C. Lim, and D.S. Kwon, “Human-friendly interfaces of wheelchair robotic system for handicapped persons,” Proc. IEEE/RSJ

International Conference on Intelligent Robots and Systems, vol.2, pp.1505－ 1510, 2002.

[8] Y. Kuno, and A. Nakamura, “Robotic wheelchair looking at all people,” CHI2003 Extended Abstracts, CD-ROM, 2003.

[9] Y. Adachi, Y. Kuno, N. Shimada, and Y. Shirai, “Intelligent wheelchair using visual information on human faces,” Proc. 1998 IEEE/RSJ International

Conference on Intelligent Robots and Systems, vol. 1,

pp. 354－ 359, 1998.

[10] Y. Kuno, T. Ishiyama, S. Nakanishi, and Y. Shirai, “Combining observations of intentional and unintentional behaviors for human-computer interaction, ” Proc. CHI 99, pp.238－ 245, 1999.

[11] 足 立 佳 久 ， 中 西 知 ， 久 野 義 徳 ， 島 田 伸 敬 ， 白 井 良 明, “ 顔 の 視 覚 情 報 処 理 を 用 い た 知 的 車 椅 子 ,” 日 本 ロ ボ ッ ト 学 会 誌, vol.17, no.4, pp.423 － 431, 1999．

[12] S. Nakanishi, Y. Kuno, and Y. Shirai, “Robotic wheelchair based on observations of both user and environment, ” Proc. 1999 IEEE/RSJ International

Conference on Intelligent Robots and Systems,

pp.912－ 917, 1999.

[13] Y. Kuno, N. Shimada, and Y. Shirai, “Look where you're going: A robotic wheelchair based on the integration of human and environmental observations,” IEEE Robotics and Automation

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[14] Y. Murakami, Y. Kuno, N. Shimada, and Y. Shirai, “Collision avoidance by observing pedestrians' faces for intelligent wheelchairs, ” Proc. 2001 IEEE/RSJ

International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp.2018－ 2023, 2001. [15] 村 上 佳 史 , 久 野 義 徳 , 島 田 伸 敬 , 白 井 良 明 , “知 的 車 椅 子 の た め の 歩 行 者 の 観 察 に 基 づ く 衝 突 回 避, ” 日 本 ロ ボ ッ ト 学 会 誌 , vol.20, no.2, pp.206－ 213, 2002. [16] 吉 村 友 幸 , 中 村 明 生 , 久 野 義 徳 , “介 護 者 に 協 調 動 作 す る 知 的 車 椅 子 シ ス テ ム, ” 第 8 回 画 像 セ ン シ ン グ シ ン ポ ジ ウ ム (SSII 2002) 講 演 論 文 集 , pp.489－ 492, 横 浜 , 2002. [17] 岩 瀬 智 裕 , 中 村 明 生 , 久 野 義 徳 , “介 護 者 の 意 図 に 沿 っ て 動 く ロ ボ ッ ト 車 椅 子, ” 第 11 回 画 像 セ ン シ ン グ シ ン ポ ジ ウ ム (SSII 2005) 講 演 論 文 集 , 2005 (発 表 予 定 ） . [18] 山 崎 敬 一 ， 佐 竹 保 宏 ， 保 坂 幸 正 ， “相 互 行 為 場 面 に お け る コ ミ ュ ニ ケ ー シ ョ ン と 権 力 ― 「 車 い す 使 用 者 」の エ ス ノ メ ソ ド ロ ジ ー 的 研 究, ” 社 会 学 評 論, vol.44, no.1, pp.30－ 45,1993. 4