ハプティックインターフェースを用いて遠隔地における微細作業を実現するシステムを構築する際のシミュレータとして, マスタ側をハプティックデバイス, スレーブ側をOPEN-GLによるバーチャルリアリティとしたシミュレータを提案・実装し, ハプティックデバイスの特性を評価する。

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ナノメータ領域で操作するロボットの基礎的研究。機構系, システムのモデリングとH2制御について述べる。

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前報では, 小型化により個々の機能・性能に制限があるマイクロマシンを複数, 協調的に用いることにより複雑な作業に対応することを想定し, 多数のマイクロマシンを所望のパターンに集合させるための制御及び局所的情報交換の手法と実機を用いた検証結果について述べた。本報では, さらに高速に複雑なパターンを形成可能とすることを目的として導入したコア・クローニング手法について紹介し, 実験による手法有効性の検証結果について述べる。

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前二報におけるマイクロマシン群のパターン形成手法の開発においては, 主にシミュレーションによる検証を行っている。しかしながら, 同様の制御手法を実機に適用した場合, 装置の性能上の制約や個体差などの実機特有の条件により, シミュレーションでは見られない現象が現れる可能性がある。本報ではこれら実機特有の現象を抽出し, その具体的な対策を検討することを目的として構築した実機実証試験システムについて述べる。

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近年, 半導体や生物工学の発展に伴い, マイクロ世界の対象を制御する必要性が増してきている。このとき対象の効率的な制御のためには対象ダイナミクスの推定が重要である。マイクロ世界の対象は同じ種類でも個々のダイナミクスが異なる事が予想されることから特に実時間でのダイナミクス推定が必要となるだろう。しかし, 従来のセンサシステムで実時間ダイナミクス推定を実現するのは対象の運動が微小かつ高速であるために困難であった。そこで本発表では高速視覚をセンサシステムとしてもちいることを提案する。また, 実際の実験から本手法の有効を示す。

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The karyotype is normally shown as a photomicrograph of the chromosomes arranged in a standard way (e.g. inSSS humans, chromosomes 1-22 and the sex chromosomes). The process of preparing such a photomicrograph is known as karyotyping. Individual chromosomes are indentified by chromosome banding and in a formal karyotype, photographs of chromosome pairs are aligned to provide a visual representation of the organism's chromosomal constitution. Karyotypes have many uses in cytogenetics for example, to distinguish different species and to detect visible chromosome aberrations. The karyotype is able to diagnose some kind of diseases such as hemophilia, hereditary anemia, hereditary diseases, and natural malformation, etc. The karyotyping procedures have many routine tasks such as searching metaphases, taking pictures, developing, editing, etc. There are several automatic karyotyping systems in order to reduce the task in advanced countries, hnowever, they are very expensive to our situation, applicable to only human chromosome, and too many functions to use easily. This study takes aim at high quality image resolution, and development of interface which can adjust brightness and contrast of image on-line. Also this system can be applied to animal and plants as well as human's chromosome.

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The aquaculture field of recirculating and filtering type, high density breeding system in the problems of the yield efficiency and the treatment of waste water, are being used. In the aquaculture field of the recirculating and filtering type, nitrofier bacteria are used to remove Ammonia effecting very harmful for fish life and deterioating water quality. However, the problem of this system causes water to be deteriorated and a lot of fish to be died because the water qualiy becomes worse by Ammonia generated due to the discharges of fish and feed stuff not to be fed. So the methods producing a cluster of nitrofier bacteria by recirculating the sludge with a lot of nitrofier bacteria, and fixing a cluster of nitrofier bacteri, on filter plate by using a lot of activated sluge makes the water quality better in microbiological aspect. But, it takes a long time to grow the nitrofier bacteri, by fixing them on filtering plate. So it also takes a long time to keep them in adequate level when a part of bacteria died off. In this paper, the measurement and control system analizing the microsopic image obtained from CCD camera and keeping them in the suitable level by measuring the number of nitrofier bacteria, in the bioreactor in a real time is developed in order to solve this problem. Alcaligenes sp., Pseudomonas sp., acinetobacter sp., and Acinetobacter sp., are used in this experiment. Nitrofier bacteria are fed from the bioreactor by the sampling device, their images from CCD camera are stored in computer and analized by the image processing method. They are binarized, classified and compared to thier microbiological prior knowlege. The result suggested in this paper are compared to the result analized by the vision of microbiology expert, and its effectiveness is proved.

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真核生物の鞭毛はその内部にある微小な管を能動的に滑らせて屈曲運動している。著者らはこの機構を規範とした新しい概念の水中推進機構を提案, 開発した。本報ではその水中内における推進力特性について述べる。

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本研究は, 原生動物の持つ負の走電性を利用し, 電場により原生動物の行動を自在に制御し, 微小物体のマニピュレーションやMEMSの駆動に利用することを目的としている。本研究においては, 小型の繊毛虫テトラヒメナについて, これまで用いてきたゾウリムシ同様の行動制御が可能かどうかについて調べた。その結果, 任意の経路に沿った行動の自動制御に成功し, 生物・機械融合システムのサイズ縮小についての目処を得たので, 報告する。

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本研究では, 微生物を高密度に培養すると自然発生する生物対流を, 負の走電性を利用して制御し, 機械的に利用することを研究している。容器上部に陰極を並べ, 電場の印加位置を変えることにより下降流の発生位置を制御しているが, 本報においては, 陰極の寸法ピッチを最適化することにより, 電場の印加位置に応じて任意の位置に安定して下降流を発生させることと, 小型シーソーを下降流により駆動することに成功したので, 報告する。

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本稿では, ヒューマノイドの眼球運動制御を題材として, ダイナミクスが非線型かつ未知で, センシングに未知の遅延が存在する制御系の制御器を学習する手法に関して述べる。その手法は, ノンパラメトリック回帰ネットワークを用いた高速なもので, 制御理論的にも健全で, また生体の脳の優れた計算手法も含むものである。

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本研究では, 自身の身体的特徴を含んだ行動要素を作り込んだ上で, 類似性をもとに他者の行動を認識する。この過程で新たな行動要素を生成, 追加することで, 行動要素の集合を柔軟に発達させ, より多様な行動の理解を図る。この発達による行動要素の生成は, 概念の形成や抽象化などの脳の高次機能を模擬するものである。

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本研究は人が部屋から部屋へ移動する状況で, 複数カメラを用いて人の追跡と認識を行なう。人の追跡と認識のため, カメラは, 現在まで得た情報と現在観測することで得られることが予想される情報を基に, どこを見るべきかを決定する。観測で得られる情報はその場の状況に依存するので, 状況に応じてカメラ同士で通信を行ない, 良い情報を得ることが期待されるカメラが観測を行なう動的な観測計画を立てることが本研究の解決すべき問題となる。

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視覚を用いた自己位置推定を移動ロボットに行わせる。学習時には複数の位置で様々な方向を観察し, 得られた画像を固有空間法により圧縮して学習する。認識時にはロボットは移動しながら観察を行い, 入力画像と学習画像との比較により位置推定を行う。複数の観察結果を統合することにより, より確かで安定した自己位置を行う。現時点でどの程度の認識能力があるかの自己分析, 効果的な自動学習のための移動方法についても検討する。

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タイルが敷き詰められた歩道環境において, 画像内にある複数の直線を検出, 追跡しロボットの進路を決定する方法を提案する。複数の直線が存在する領域は, ロボットの走行可能な領域を表す。直線が途切れていた場合には, 二値化のしきい値を動的に変化させることで, 影と障害物の区別をつける。障害物を検出した場合には, 検出した走行可能な領域の情報をもとに障害物を回避する。

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押しボタン式信号機のある交差点では, ボタンを押さなければ横断できない。ロボットが押ボタン箱を検出し利用者を誘導するには, 歩道のどの位置まで移動し検出を行い, どのようにして押ボタン箱まで誘導するかと言う移動戦略が重要となってくる。本研究では, 交差点と言う非常に危険な環境下で利用者を以下に安全に誘導し, 交差点を横断させるかを検討する。

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歩行ガイドロボットは走行経路の位置情報と視覚情報を地図データベースから貰って走行する。従来この地図データベースは各センサから得られる情報を人間が読み取り編集して作成していた。しかしこの作業は非常に手間がかかり, ロボットの実用化を考慮すると適切であるとは言えない。そこで人間がロボットを手動操作してコースを教示, その間に得られるセンサデータを自動編集して地図データを作成する。本研究はその報告である。

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歩行ガイドロボットが横断歩道を安全に渡るためには, 横断歩道を認識してその領域内を移動すること, 渡り終わった地点を正確に位置決めして歩道上のパスに正しく乗ること等の行動に関する機能と, 青信号で渡ること, 横断歩道に違法駐車した自動車を検出し衝突しないこと等のセンシングに関する機能を満たさなければならない。本研究は実際の横断歩道でこれらの機能を満たす視覚行動戦略について報告する。

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歩行ガイドロボットのランドマークとして利用するために, 位置が変わらず目立つ場所にあるという特徴をもった看板を使うことが考えられる。看板に書かれた文字は周囲に比べ空間周波数が高く, 輝度コントラストが大きいという特徴を持っている。本研究では, カメラから取り込んだ画像中の看板領域を検出する方法を提案する。ここで検出する看板は, あらかじめ登録されているものとする。

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我々はこれまで, 人間と協調するロボットとして双腕移動ロボットの研究を行ってきたが, これまでの研究は人間のインテンショナルフォースに基づくロボットの基本的な運動制御であった。そのため, これまでの制御系では搬送する物体の運動は人間により指定できたが, ロボットの運動はインピーダンスパラメータにより決まってしまい, 物体が通過できた経路をロボットが通過できないことも考えられる。そこで, 本研究では, 物体の経路をロボットが追従するようにロボットを制御する方法を提案し, 実際に実験を行い提案する制御系の有効性を示す。

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オフィスや家庭の部屋をインテリジェント化するためには, 人間の意図を直感的に伝達するマン・マシン・インタフェースが重要である。本研究では, カラー画像から肌色領域を抽出し, ジェスチャ認識を行うことによって, インテリジェントルームの構築を目指す。具体的なジェスチャとして, 指さし, 指の本数認識などを用いる。音声なども用いたインタフェースを構築し, 実験によりその有効性を検証する。

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人間の行動を長期にわたって理解し, 蓄積することを目的としたワンルーム型センシングシステムの開発を行っている。室内で人間が接触する床やベッドや家具・家電類にセンサを配置し, そのセンサの多数化により, 認識しうる人間の行動(食事をする, 寝起きするなど)のレバートリを増やした。その際にセンサの拡充のしやすさから各センサを制御するサーバをJavaで記述し, データの受け渡しを行うこととした。そして, 計測したセンサの情報からのオフラインでの行動認識を試みた。

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周期的な協調作業を実現するためには, 協調する相手との間で動作のリズム合わせや位相合わせを行うことが必要である。ここでは, 人間とマニピュレータによる縄回し動作を対象に, 手先と縄の間のエネルギー授受の評価から適切な位相ずれを獲得し, 協調の実現を図る。具体的には, 人間による実演教示により位相ずれの目標値を獲得し, 非線型振動子の引き込みを用いた制御によりリズム・位相合わせを行って協調縄回し動作を実現する。

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人間は運動を行う際, 腕の硬さ, 柔らかさを巧みに調節している。このような調節能力は, 剛性, 粘性, 慣性といった機械インピーダンスを用いて表現できる。本発表では, このインピーダンスに基づいたスキルトレーニング法を開発するため, 1自由度のリニアテーブルを利用した人間-ロボット系を構築し, 人工現実感の技術に基づいた仮想スポーツトレーニングシステムを構築した。そして, スポーツに適したインピーダンスを訓練者に提示することで, 技能トレーニングの実現を試みる。

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遠隔制御方式のロボット作業システムでは, 作業現場に複数のカメラを設置し, 得られた画像を元に作業の指示・監視をおこなう。常に適切な監視画像を提供するためには, カメラ系の制御を行なう必要がある。この制御をオペレータの監視意図に沿うように自動化する。監視意図は, オペレータの頭部位置・視視意図に沿うように自動化する。監視意図は線方向の移動に現れると考え, これらと作業シナリオ・作業環境を考慮して, 意図推定をおこなう。

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現在開発中のヒューマノイドロット, 才華3の概要について報告する。開発中の才華3は, 脚部6自由度×2,腕部7自由度×2,ハンド部1自由度×2,視覚装置2自由度の合計30自由度で構成される予定である。これまでに開発した部分, および今後の開発計画について報告する。

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HRP仮想プラットフォーム基本動作ライブラリのうち, 「腕の位置に制約のある手先の動作」について, 検討中のアルゴリズムの概要を述べる。

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ヒューマノイドの様々な環境に対する適応能力を実現するため, 視覚センサを用いたシステムを構築した。カメラからの入力画像を解析し, 歩行・作業時の姿勢や移動物体の検出を行うことにより, ロバストで多様な行動生成が可能となる。画像解析には並列画像処理ボードを用い, 並列的なアルゴリズムを構築することでシステムの実時間性を向上させている。また, 小型ヒューマノイドへの実装を行いシステムを検証した。

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ヒューマノイドなど多自由度の複雑なリンク機構の動力学シミュレーションには非常に長い時間がかかる。一方制御や運動生成では, リアルタイム性・インタラクティブ性が求められることが多い。本論文では, MPIを用いたネットワーク分散計算環境を構築し, 既に提案したヒューマンフィギュアの動力学計算法を並列化したアルゴリズムによる動力学シミュレーションの高速化をめざす。

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本稿では, まず歩行路面と安定性などの制約条件を満たす下肢と胴体の運動を定式化し, スプライン関数を用いた下肢と胴体の運動を算出する。次に, 下肢の運動モーメント補償とZMP規範に基づいた腕の運動を導出する方法について述べる。

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ヒューマノイドにて上位の知能部と下位の運動制御部を包括する階層制御系の構築・検証を行うためにはロボットボディとそれを制御する為のプラットフォームが必要となる。そこで, 本研究では, 検証用ロボットシステムの設計・構築を行った。これらのシステムは実験の効率化を達成するために極力小型化し, 高い安全性と拡張性を実現した。また, ヒューマノイドは人間身体の物理特性の解析結果を参考に設計した。

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体幹の屈曲を利用して推進するへび型ロボットは, それ自身の姿勢が動き易さに大きく影響する。そこで本研究ではへび型ロボットの動き易さの指標として, ロボット工学の分野で応用されている可操作性の概念を導入する。その際に, 受動車輪が体幹と垂直な方向に受ける横拘束力に着目し, 横拘束力が小さくて済むような姿勢を動きやすい姿勢と定義する。この可操作性を用いて特異姿勢を避けながら推進させる制御手法を提案する。

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ヘビは絡みついて物を把持することができ, またほふくすることで自ら移動もできる。筆者らの研究グループではこのような能動的に屈曲するヒモを索状能動体と呼び, 工学的な応用を検討している。これまで, 3次元運動を行うことで新たに索状能動体が実現できる事象についての検討を行っている。今回は実際に3次元の運動能力を持つ索状能動体機械モデルの設計を行い, 実機によってヘビ型機構による具体的な3次元運動の生成実験を行っている。

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大地震等の大規模災害時には被災者を早期に救出する必要がある。本研究では, 倒壊家屋内の様な狭隘部での移動体として, これまでにない移動方式をとる螺旋体型移動体を取り上げる。これは螺旋状の鍔を持つ多節体を螺旋状にくねらせて瓦礫内に入っていく移動体である。本機体はその構造上, 水陸両用の移動体となりうる。そこで, そのために最適な形状と移動方式について検討し, その妥当性を実験によって検証する。

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超冗長系において可制御冗長システムを定義する。車輪型超冗長蛇型ロボットにおける車輪の速度拘束条件により導出された運動学モデルに基づきシステムが可制御冗長系となるための条件を示す。ユニットの概念を導入し, ユニットを結合した蛇型ロボットが可制御冗長系となるためのユニットの設計法と結合則を提案する。

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3次元空間での作業には作業空間の3次元情報が必要である。宇宙空間では太陽が並行光源として利用できこれにより生成される影も並行である。光源方向より影の投影方向も推測できる。本稿ではプロジェクタに代わりこの影を利用し単眼カメラ画像より投影面の3次元形状計測を行うShadow Range Finderを提案する。

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ローバによる探査・科学ミッションを行うにあたって, マニピュレータシステムを搭載することが強く望まれる。超音波モータをマニピュレータのアクチュエータに用いることにより, ローバ搭載システムに必要な, 小型・軽量・省電力を実現できる。本稿では, シミュレーションによりこのことを立証すると共に, 実際に開発したマニピュレータシステムを紹介する。

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微小重力環境下においてローバが移動する場合, 従来のように自重により発生する惑星表面との摩擦を利用した方法では移動に限界がある。また小惑星などの微小重力環境下は, 真空で微小重力であるため浮上して移動する方法がすぐれている。本研究ではローバ本体を微小に変位させることで連続して浮上移動を行う方法を提案する。この方法では一回の浮上移動距離が小さいため細かい位置制御が可能となる。

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本研究グループでMicro5を3機製作した。実ミッションにおいて探査ローバは「点」探査から「線」探査へと移りつつあるが, 有益なデータを得るために今後は「面」探査へ移行していくと考えられる。そのためにも, 探査ローバ単体が長距離長期間, 探査活動することは必須となると考えられる。そこで, 本研究ではMicro5ローバを用いてフィールド実験を行ったので, その報告をする。

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小惑星などの微小重力下においてローバが移動する際, 10-4オーダーの微小な重力加速度のため, 自重により発生する小惑星表面との摩擦力ではほとんど前進することが出来ない。本研究で開発したホッピングローバは球型で内部に鉄球を搭載しており, その鉄球に球内部の電磁石によって力を加えることで全体の動きを制御することができる。また, 電池(理想的には太陽電池)を用いているため消費電力は小さくてすみ, 燃料がネックになることはない。

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ITER(国際熱核融合実験炉)においては, 高放射線環境下に設置された大型炉内構造物(ブランケット)の保守を, ビークル型マニピュレータで行う。複雑なはめ合い構造を持つ機械接続式ブランケットの着脱には作業反力の制御が必須であることから, 今回, 実規模マニピュレータシステムの手先に単純負荷が作用した時や, はめ合い作業実施時の反力等を, 歪みゲージで計測した。本講演では, 実施したこれら基礎試験の結果を示し, 作業反力を利用した機械接続式ブランケット着脱アルゴリズムの検討結果を報告する。

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ITERにおいて, ダイバータは保守交換を容易にするために60個のカセットに分割されており, 交換時には各種搬送機器によってホットセルに運搬され, そこで改修等が行われる。本件では, 開発したダイバータ遠隔保守システムを他の機器と組合わせた場合の搬送試験の結果について, 異常動作時の状況も含めてその挙動を報告する。

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ITERブランケット遠隔保守時には, 炉内に軌道を展開しその軌道上でビークル型マニピュレータを用いてブランケットモジュールの交換を行う。この際, ビークル型マニピュレータ動作を決定するために, 機器の位置計測が必要となる。ここで, 高放射線環境での計測, ならびに限られた設置空間等の制約が存在する。そこで, 本論文では, このような制約条件下においても, 高精度な位置計測が可能なシステムに関して述べる。

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ITERブランケット遠隔保守システムは, 大重量(最大4.5ton)・大型の構造物を安定に, 高精度(∿2mm)にハンドリングするために, 炉内保守作業中の全荷重を強固に支持する軌道を炉内に敷設する。軌道は, 狭隘な水平ポートを通して炉内に円弧状に展開・固定するために8リンクの多関節構造であり, 重量支持の信頼性確保のため関節内部に駆動源を持たない構造である。本報では, 多関節軌道の展開手法/運動解析と, それに基ずく試験結果を報告するとともに, 必要となる制御手法を提示する。

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コントローラをオープン化するためにはネットワークに対応し, 柔軟にシステムを構築出来るようにする必要がある。本講演ではコントローラのオープン化の手法を示し, それを核融合炉遠隔保守ロボットのコントローラに適用した例を紹介する。

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我々社, 移乗介助動作における介護者の筋力補助を目的としてヒューマンアシストロボットの開発を進めている。すでに下半身部と腕部を含む上半身部の試作モデルとその実験結果については報告した。本報では両者の協調動作により, 移乗介助システムとして発展させるための実験を行ったので報告する。

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視覚障視覚障害者が続むことができる点字に漢字を取り入れた漢点字が発明されて数10年になるが, 盲聾者が使用するコミュニケーション手段としての指点字で, これを扱うのには困難を有する。現在, 指点字と漢点字を結びつけた指漢点字を使用する方は, 国内で確認できるだけで数人と思われる。今後これを普及するためには, 指漢点字を学習できるシステムが必要になる。本報では, 指漢点字ロボットの試作及びその諸特性について述べる。

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四肢に障害を持つ子供のために, 市販の電動カートを改良して半自動走行や衝突回避などの自動走行が行える電動カートの開発を行った。各種走行モードの紹介や実際に使用した時の問題点や改良点などについての報告を行う。また, トイレや緊急非難時に自動走行が行えるラインセンサーや超音波センサを用いた電動車椅子の試作も行った。この装置についての報告も合わせて行う。

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近年, 医療・介護従事者などの不足が大きな社会問題となっており, メカトロニクス技術などの医療・福祉分野への応用が期待されている。現在, CPM装置などの研究が進められているが, 肢体からの抵抗に柔軟に対応できないなどの問題点がある。本研究では空気の圧縮性が利用できるエアシリンダを用い, さらに柔軟なコンプライアンス制御を施すことで, より安全な治療動作を行うことのできるリハビリ機具の開発を目標とする。

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本研究は脳卒中片麻痺患者が短期間で十分な機能回復訓練を行え, かつ理学療法士の負担を軽減できる支援システムを開発することを目的としている。麻痺回復度を定量的に評価するため, 患者の足先位置姿勢の計測, 訓練目標軌道と訓練運動軌道との距離誤差の計測, 逆運動学計算により下肢全体の姿勢を推定できる訓練運動評価システムを構築した。本報告ではその評価システムの詳細と訓練の実施例について述べる。

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