JP7445276B2 - リハビリテーション支援システム - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態に係るリハビリテーション支援システムの全体構成を示す図である。
図1に示すように、リハビリテーション支援システム1は、制御装置10と、投影装置11と、モニタ12と、動作読取装置13と、ロボット14、圧力センサ15と、機器間通信装置16とを備える。
図2は、本発明の一実施形態に係る制御装置の機能構成を示すブロック図である。
図2に示すように、制御装置10は、CPU100と、接続インタフェース101と、メモリ102と、記録媒体103とを備えている。
図3は、本発明の一実施形態に係る制御装置の処理の一例を示すフローチャートである。
以下、図3を参照しながら、制御装置10の処理の一例について詳細に説明する。
設定画面は、ユーザ情報及び訓練内容の入力を受け付けるための画面である。ユーザ情報は、リハビリテーション訓練を実施するユーザ(対象者)を特定可能な識別情報(ユーザ番号、氏名等)である。訓練内容は、「机拭き(ワイプ)動作訓練」、「鍵回し動作訓練」、「コップ配置動作訓練」、「タオル絞り動作訓練」、及び、「文字入力(タイプ)訓練」のそれぞれを実施する順番、回数(セット数)、レベル(難易度)、訓練対象となる手(右手または左手)等の情報を含む。
なお、このとき、メインアプリケーション1001は、モニタ12に対し、設定画面に入力する内容、入力方法等を指示する説明情報を表示するように要求してもよい。また、メインアプリケーション1001は、ロボット14に対し、同様の説明情報を音声で出力するように要求してもよい。
メインアプリケーション1001は、まだ終了していない訓練がある場合(ステップS15:NO)、ステップS14に戻り、訓練内容で指定された次の訓練に関連する訓練アプリケーションを起動する。
一方、メインアプリケーション1001は、訓練内容で指定された全ての訓練が終了した場合(ステップS15:YES)、ユーザの訓練を終了する。なお、他に訓練を行うユーザがいる場合、メインアプリケーション1001は、ステップS11に戻り、他のユーザの訓練を受け付け可能としてもよい。
図4は、本発明の一実施形態に係る机拭きアプリケーションの処理の一例を示すフローチャートである。
図5は、本発明の一実施形態に係る机拭きアプリケーションの機能を説明するための図である。
訓練内容に次の訓練が「机拭き(ワイプ)動作訓練」であると指定されている場合、メインアプリケーション1001は、図3のステップS14において、訓練に係る一連の処理を机拭きアプリケーション1002に実行させる。そして、メインアプリケーション1001は、机拭きアプリケーション1002の一連の処理が終了すると、図3のステップS15に進む。ここでは、図4~図5を参照しながら、ステップS14(図3)における机拭きアプリケーション1002の一連の処理の流れについて詳細に説明する。
そうすると、モニタ12は、台拭きQ3を使って所定の範囲を拭きとるワイプ動作を、所定の制限時間以内に行うことをユーザに指示する指示情報(画像、文字等)を表示する。更に、ロボット14は、同様の指示情報を音声で出力する。
そうすると、投影装置11の投影部11aは、図5に示すように作業面T上にワイプ動作をさせるワイプ動作範囲M1含む投影画像Pを表示する。ワイプ動作範囲M1は、例えば「汚れ」を表す画像(汚れ画像)として表現される。なお、ワイプ動作範囲M1は、訓練内容で指定されたレベルに応じて可変であり、レベル(難易度)が高いほどワイプ動作範囲M1の面積が大きくなる。
汚れフラグは、ユーザがワイプ動作範囲M1内でワイプ動作により汚れを拭きとる動作を行ったか否かを示す。例えば、図5に示すように、ワイプ動作範囲M1には、複数の判断領域R1が含まれている。判断領域R1それぞれに汚れフラグが設定されており、机拭きアプリケーション1002は、ユーザがある判断領域R1においてワイプ動作を行ったことが検出されると、当該判断領域R1の汚れフラグをOFFにする。
なお、判断領域R1は投影画像Pには表示されない。また、判断領域R1の数は、ワイプ動作範囲M1の面積に応じて可変である。
そうすると、投影装置11及びモニタ12は、制限時間内にワイプ動作が完了しなかったことを示す演出表現(画像、文字等の表示)を行う。また、ロボット14は、同様の情報を音声で出力する。この後、机拭きアプリケーション1002はステップS113に進む。
図6は、本発明の一実施形態に係る鍵回しアプリケーションの処理の一例を示すフローチャートである。
訓練内容に次の訓練が「鍵回し動作訓練」であると指定されている場合、メインアプリケーション1001は、図3のステップS14において、訓練に係る処理を鍵回しアプリケーション1003に実行させる。そして、メインアプリケーション1001は、鍵回しアプリケーション1003の一連の処理が終了すると、図3のステップS15に進む。ここでは、図6を参照しながら、ステップS14(図3)における鍵回しアプリケーション1003の一連の処理の流れについて詳細に説明する。
そうすると、モニタ12は、鍵Q2を所定の差し込み方向における所定位置(後述の3D空間内の鍵穴)に合わせるとともに、鍵Q2を回す動作を、所定の制限時間以内に行うことをユーザに指示する指示情報(画像、文字等)を表示する。更に、ロボット14は、同様の指示情報を音声で出力する。
また、動作読取装置13は、手のモデルの形、位置、姿勢を3D空間の映像に重畳してモニタ12に表示させる。これにより、ユーザは、自身の手が3D空間のどの位置にあるかを認識することができる。
そうすると、投影装置11及びモニタ12は、制限時間内に鍵回し動作が完了しなかったことを示す演出表現(画像、文字等の表示)を行う。また、ロボット14は、同様の情報を音声で出力する。この後、鍵回しアプリケーション1003はステップS214に進む。
鍵フラグは、ユーザが3D空間における鍵穴に鍵を挿入したか否かを示す情報であり、ONの場合は鍵穴に鍵が挿入されている状態を示し、OFFの場合は鍵穴に鍵が挿入されていない状態を示す。
具体的には、鍵回しアプリケーション1003は、ユーザが手首を所定回数、設定角度以上回す動作を行った否かを判断する。
設定角度は、訓練内容に指定されたレベルに応じて可変であり、レベル(難易度)が高いほど大きい角度が設定される。例えば、レベル1(難易度:低)では20度、レベル2(難易度:中)では60度、レベル3(難易度:高)では90度に設定される。また、手首を回す回数は、例えば3回に設定される。なお、この回数は任意に変更可能であり、メインアプリケーション1001は、設定画面において回数を指定し、訓練内容に含めるようにしてもよい。
図7は、本発明の一実施形態に係るコップアプリケーションの処理の一例を示すフローチャートである。
図8は、本発明の一実施形態に係るコップアプリケーションの機能を説明するための図である。
訓練内容に次の訓練が「コップ配置動作訓練」であると指定されている場合、メインアプリケーション1001は、図3のステップS14において、訓練に係る一連の処理をコップアプリケーション1004に実行させる。そして、メインアプリケーション1001は、コップアプリケーション1004の一連の処理が終了すると、図3のステップS15に進む。ここでは、図7~図8を参照しながら、ステップS14(図3)におけるコップアプリケーション1004の一連の処理の流れについて詳細に説明する。
そうすると、モニタ12は、コップQ1を所定位置に配置する動作を、所定の制限時間以内に行うことをユーザに指示する指示情報(画像、文字等)を表示する。また、ロボット14は、同様の指示情報を音声で出力する。
そうすると、投影装置11及びモニタ12は、制限時間内にコップ配置動作が完了しなかったことを示す演出表現(画像、文字等の表示)を行う。また、ロボット14は、同様の情報を音声で出力する。この後、コップアプリケーション1004はステップS310に進む。
図9に示すように、判断領域R2は、コップ配置範囲M2の外縁上の投影装置11側に、複数個所(例えば、3箇所)設定される。コップアプリケーション1004は、全ての判断領域R2にコップQ1が置かれたことを示すOnTouchイベントが、所定時間以上(例えば、3秒以上)、継続して存在する場合、コップQ1がコップ配置範囲M2内に配置されたと判断する。
図9は、本発明の一実施形態に係るタオルアプリケーションの処理の一例を示すフローチャートである。
訓練内容に次の訓練が「タオル絞り動作訓練」であると指定されている場合、メインアプリケーション1001は、図3のステップS14において、訓練に係る一連の処理をタオルアプリケーション1005に実行させる。そして、メインアプリケーション1001は、タオルアプリケーション1005の一連の処理が終了すると、図3のステップS15に進む。ここでは、図9を参照しながら、ステップS14(図3)におけるタオルアプリケーション1005の一連の処理の流れについて詳細に説明する。
そうすると、モニタ12は、タオルQ4を絞る動作を、所定の制限時間以内に行うことをユーザに指示する指示情報(画像、文字等)を表示する。また、ロボット14は、同様の指示情報を音声で出力する。
そうすると、投影装置11及びモニタ12は、制限時間内にタオル絞り動作が完了しなかったことを示す演出表現(画像、文字等の表示)を行う。また、ロボット14は、同様の情報を音声で出力する。この後、タオルアプリケーション1005はステップS413に進む。
閾値は、訓練内容に指定されたレベルに応じて可変であり、レベル(難易度)が高いほど大きい閾値が設定される。
緩めフラグは、タオルQ4が絞られている状態(ON)か、緩められている状態(OFF)かを示す。
若しくは、ユーザがタオルQ4を絞る動作を行ったと判断された回数が所定回数未満であった場合、タオルアプリケーション1005は、ユーザがタオルQ4を緩めたか否かを判断する(ステップS411)。
例えば、圧力センサ15で検知された圧力が、前回検知された圧力よりも所定値以上低い場合、タオルアプリケーション1005は、ユーザがタオルQ4を緩める動作を行ったと判断する(ステップS411:YES)。この場合、タオルアプリケーション1005は、緩めフラグをOFFにして(ステップS412)、ステップS403に戻る。
一方、圧力センサ15で検知された圧力と、前回検知された圧力との差が所定値未満である場合、タオルアプリケーション1005は、ユーザがタオルQ4を緩める動作を行っていないと判断する。この場合、タオルアプリケーション1005は、緩めフラグを変更せずにステップS403に戻る。
図10は、本発明の一実施形態に係る文字入力アプリケーションの処理の一例を示すフローチャートである。
図11は、本発明の一実施形態に係る文字入力アプリケーションの機能を説明するための図である。
訓練内容に次の訓練が「文字入力(タイプ)訓練」であると指定されている場合、メインアプリケーション1001は、図3のステップS14において、訓練に係る一連の処理を文字入力アプリケーション1006に実行させる。そして、メインアプリケーション1001は、文字入力アプリケーション1006の一連の処理が終了すると、図3のステップS15に進む。ここでは、図10~図11を参照しながら、ステップS14(図3)における文字入力アプリケーション1002の一連の処理の流れについて詳細に説明する。
そうすると、モニタ12は、指定された文字列を、投影画像Pに表示されたキーボードを介して入力するタイプ動作を、所定の制限時間以内に行うことをユーザに指示する指示情報(画像、文字等)を表示する。更に、ロボット14は、同様の指示情報を音声で出力する。
キーボードM3は、利用者の利用シーンに応じて変更することができる。例えば、キーボードM3は、レベル1ではATM等で暗証番号、金額等の入力に用いられる数字キーボードである。また、キーボードM3は、レベル2では日本語を入力するための50音キーボードであり、レベル3ではパーソナルコンピュータ等で用いられる文字、数字、ファンクションキー等の入力用のキーボードである。
また、文字入力アプリケーション1006は、出題内容がモニタ12に表示されると、制限時間の残り時間のカウントを開始する。なお、残り時間はモニタ12に表示されてもよい。
判定キーR3は、全ての文字列の入力が完了した際にユーザによりタッチされるキーであり、例えば図11に示すように、「確認」キーである。
例えば、文字入力アプリケーション1006は、キーボードM3の「1」キーがタッチされた場合、モニタ12の入力結果表示欄に「1」を表示させる。このとき、モニタ12は、入力結果表示欄に、以前入力された文字が表示されている場合、この文字の後ろに新たな文字「1」を追加して表示する。また、文字入力アプリケーション1006は、キーボードM3の「訂正」キーがタッチされた場合、モニタ12に前回入力した文字を削除(非表示)させる。文字入力アプリケーション1006は、このように、タッチされたキーに応じて、モニタ12の入力結果表示欄に表示される文字列を変化させる。
モニタ12の表示を更新すると、文字入力アプリケーション1006は、ステップS504に戻り、次のOnTouchイベントを待ち受ける。
以上のように、本実施形態に係るリハビリテーション支援システム1は、対象者(ユーザ)に把持される模擬用品Qと、対象者に対し、模擬用品Qを用いた所定の動作を指示する指示手段(投影装置11、モニタ12、ロボット14)と、対象者が模擬用品Qを用いて行った動作が、模擬用品Q、または、模擬用品Qを把持する対象者の手に関して設定された判定基準を満たすか否かを判定する判定手段(制御装置10)と、判定手段による判定結果に基づいて、対象者が所定の動作を正しく行っているか否かを通知する通知手段(投影装置11、モニタ12、ロボット14)と、を備える。
上記のような構成とすることで、リハビリテーション支援システム1は、対象者(ユーザ)に模擬用品Q(コップQ1、鍵Q2、台拭きQ3、タオルQ4)を実際に把持させるとともに、これを使用した際に発生する手の動きの成否を判定対象とする。
これにより、リハビリテーション支援システム1は、日常生活で求められる道具を使った動作のリハビリテーション訓練を適切に行うことができる。
このようにすることで、リハビリテーション支援システム1は、対象者の行った動作に対してリアルなフィードバックを与えることができるとともに、対象者が適切な動作を行っているか否かを容易に認識させることができる。
このようにすることで、リハビリテーション支援システム1は、タオル等を絞る動作を適切に訓練することができる。
このようにすることで、リハビリテーション支援システム1は、鍵を回す動作(開錠動作)を適切に訓練することができる。
このようにすることで、リハビリテーション支援システム1は、コップ等の物体を所定位置に配置する動作を適切に訓練することができる。
このようにすることで、リハビリテーション支援システム1は、机を拭く等のワイプ動作を適切に訓練することができる。
10 制御装置
11 投影装置
11a 投影部
11b 検知センサ
12 モニタ
13 動作読取装置
14 ロボット
15 圧力センサ
16 機器間通信装置
100 CPU
1001 メインアプリケーション
1002 文字入力アプリケーション
1002 机拭きアプリケーション
1003 鍵回しアプリケーション
1004 コップアプリケーション
1005 タオルアプリケーション
1006 文字入力アプリケーション
101 接続インタフェース
102 メモリ
103 記録媒体
P 投影画像
Q 模擬用品
Q1 コップ
Q2 鍵
Q3 台拭き
Q4 タオル
Claims (6)
- 対象者に把持される複数の模擬用品と、
前記対象者に対し、前記模擬用品それぞれを用いた所定の動作を指示する指示手段と、
前記対象者が前記模擬用品それぞれを用いて行った動作が、前記模擬用品、または、前記模擬用品を把持する前記対象者の手に関して設定された判定基準を満たすか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段による判定結果に基づいて、前記対象者が前記所定の動作を正しく行っているか否かを通知する通知手段と、
前記対象者の手、指及び前記模擬用品等の物体の位置、動きを検知する検知センサと、 前記対象者の手の形、位置、姿勢を検出し、その検出結果を反映したモデルを仮想空間上に配置して映像化する動作読取装置と、
1つの前記模擬用品の内部に設けられる圧力センサと、
を備え、
前記圧力センサが設けられた1つの前記模擬用品について、前記判定手段は、前記圧力センサの検知結果に基づいて判定基準を満たすか否かを判定し、
他の前記模擬用品について、前記判定手段は、前記検知センサの検知結果、または、前記動作読取装置の検出結果に基づいて判定基準を満たすか否かを判定するリハビリテーション支援システム。 - 前記通知手段は、前記判定手段による判定結果に基づいて、前記模擬用品を用いて行った動作に応じた現象を視覚的または聴覚的に演出する
請求項1に記載のリハビリテーション支援システム。 - 前記模擬用品は、タオルであって、内部に前記圧力センサを備え、
前記指示手段は、前記対象者に対し、当該タオルを絞ることを指示し、
前記判定手段は、前記圧力センサによる圧力の検知結果が所定の閾値以上となるか否かを判定基準とする
請求項1または請求項2に記載のリハビリテーション支援システム。 - 前記模擬用品は、鍵であって、
前記指示手段は、前記鍵を所定の差し込み方向における所定位置に合わせるとともに、前記鍵を回すことを指示し、
前記判定手段は、当該鍵を把持する手が前記差し込み方向周りに所定量以上回転したか否かを判定基準とする
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のリハビリテーション支援システム。 - 前記模擬用品は、コップであって、
前記指示手段は、前記コップを所定位置に配置することを指示し、
前記判定手段は、前記所定位置において所定時間、物体の存在が検知されることを判定基準とする
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のリハビリテーション支援システム。 - 前記模擬用品は、台拭きであって、
前記指示手段は、ワイプ動作をさせるワイプ動作範囲を画像表示し、
前記判定手段は、前記ワイプ動作範囲の複数個所において前記対象者の手の存在が検知されることを判定基準とする
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のリハビリテーション支援システム。
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佐藤 周平,他1名 ,片麻痺治療支援システムのためのLeap Motionによる手指モーションキャプチャの検討,第77回(平成27年)全国大会 講演論文集(4),一般社団法人情報処理学会,2015年03月17日,4-401,4-402頁 |
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