JP2023088176A - Estimation device, estimation method, estimation program, and learning model generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、推定装置、推定方法、推定プログラム、及び学習モデル生成装置に関する。 The present disclosure relates to an estimating device, an estimating method, an estimating program, and a learning model generating device.
従来より、物体に生じる形状変化を検出し、当該検出結果を用いて物体に変形を与える人や物の状態を推定することが行われている。物体に生じる形状変化を検出する側面では、物体の変形を阻害せずに変形を検出することは困難である。また、金属変形等の剛体の検出に用いられる歪センサは物品に利用困難なため、物体の変形を検出するためには、特殊な検出装置が要求される。例えば、カメラによる物体の変位と振動を測定して、変形画像を取得し、変形量を抽出する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、シート状の感圧センサを用いて、車椅子、クッション、ベッド等にかかる圧力分布を測定する技術も知られている(例えば、非特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a shape change occurring in an object is detected, and the detection result is used to estimate the state of a person or an object that deforms the object. In terms of detecting a shape change that occurs in an object, it is difficult to detect the deformation of the object without disturbing the deformation of the object. In addition, since strain sensors used for detecting deformation of a rigid body such as metal deformation are difficult to use for articles, a special detection device is required to detect deformation of an object. For example, there is known a technique of measuring the displacement and vibration of an object with a camera, obtaining a deformed image, and extracting the amount of deformation (see, for example, Patent Document 1). Also known is a technique of measuring the pressure distribution applied to a wheelchair, a cushion, a bed, etc., using a sheet-like pressure-sensitive sensor (see, for example, Non-Patent Document 1).
しかしながら、物体等の対象物に生じる形状変化を検出する側面では、カメラ及び画像解析手法を用いて対象物の変位等の変形量を検出する場合、カメラ及び画像解析等を含むシステムは、大規模なものとなり、装置の大型化を招くので好ましくはない。また、カメラを用いた光学手法ではカメラに撮像されない隠れた部分の計測は出来ない。従って、物体の変形を検出するのには改善の余地がある。 However, in the aspect of detecting a shape change that occurs in an object such as an object, when detecting the amount of deformation such as displacement of an object using a camera and an image analysis method, a system including a camera and image analysis etc. is large-scale. This is not preferable because it results in an increase in the size of the apparatus. In addition, the optical method using a camera cannot measure hidden portions that are not captured by the camera. Therefore, there is room for improvement in detecting deformation of objects.
本開示は、特殊な検出装置を用いることなく、導電性を有する柔軟材料を備えた対象物の電気特性を利用して、対象物に刺激を与える付与側の状態を推定可能な推定装置、推定方法、推定プログラム、及び学習モデル生成装置を提供することを目的とする。 The present disclosure is an estimating device capable of estimating the state of the stimulus-providing side of the object by using the electrical characteristics of the object having a conductive flexible material without using a special detection device. An object is to provide a method, an estimation program, and a learning model generation device.
上記目的を達成するために、第1態様は、
導電性を有し、かつ与えられた刺激の変化に応じて電気特性が変化する柔軟材料を備えた手袋の前記柔軟材料に予め定められた複数の検出点の間の電気特性を検出する検出部と、
前記柔軟材料に刺激を与えた際の時系列の電気特性と、前記柔軟材料に刺激を与える前記手袋をはめた手による物品の把持状態を示す把持状態情報とを学習用データとして用いて、前記時系列の電気特性を入力とし、前記把持状態情報を出力するように学習された学習モデルに対して、前記検出部で検出された時系列の電気特性を入力し、入力した時系列の電気特性に対応する前記手袋をはめた手による物品の把持状態を示す把持状態情報を推定する推定部と、
を含む推定装置である。
In order to achieve the above object, the first aspect is
A detection unit for detecting electrical characteristics between a plurality of predetermined detection points on the flexible material of a glove provided with a flexible material that is conductive and whose electrical characteristics change according to changes in applied stimuli. and,
Using time-series electrical characteristics when the flexible material is stimulated and grasping state information indicating a grasping state of the article by the gloved hand applying the stimulus to the flexible material as learning data, the The time-series electrical characteristics detected by the detection unit are input to a learning model trained to receive the time-series electrical characteristics and output the gripping state information, and the input time-series electrical characteristics are input. an estimating unit for estimating gripping state information indicating a gripping state of the article by the gloved hand corresponding to
is an estimating device including
第2態様は、第1態様の推定装置において、
前記電気特性は、体積抵抗であり、
前記把持状態は、前記手袋に対する当該手袋をはめた手による圧力刺激及び素材刺激の少なくとも一方の刺激を付与する状態を含み、
前記学習モデルは、検出された電気特性に対応する前記手袋をはめた手による圧力刺激及び素材刺激の少なくとも一方の刺激を付与する状態を示す情報を前記把持状態情報として出力するように学習される。
A second aspect is the estimation device of the first aspect,
the electrical property is volume resistance;
The gripping state includes a state in which at least one of pressure stimulation and material stimulation is applied to the glove by the gloved hand,
The learning model is trained to output, as the grasping state information, information indicating a state in which at least one of pressure stimulation and material stimulation by the gloved hand corresponding to the detected electrical property is applied. .
第3態様は、第2態様の推定装置において、
前記圧力刺激は、前記手袋をはめた手により物品を把持する動きに伴い発生する圧力刺激であり、
前記把持状態情報は、前記手袋をはめた手により物品を把持する動きに関する情報である。
A third aspect is the estimation device of the second aspect,
The pressure stimulus is a pressure stimulus generated with a movement of gripping an article with the gloved hand,
The gripping state information is information about the motion of gripping the article with the gloved hand.
第4態様は、第2態様の推定装置において、
前記素材刺激は、前記手袋への含水に伴い発生する素材刺激であり、
前記把持状態情報は、前記手袋における含水に関する情報である。
A fourth aspect is the estimation device of the second aspect,
The material stimulation is material stimulation that occurs as the glove contains water,
The gripping state information is information about water content in the glove.
第5態様は、第1態様から第4態様の何れか1態様の推定装置において、
前記把持状態情報には、前記手袋を把持する人物の身体状態情報を含む。
A fifth aspect is the estimation device according to any one aspect of the first aspect to the fourth aspect,
The grip state information includes physical state information of the person who grips the glove.
第6態様は、第1態様から第5態様の何れか1態様の推定装置において、
前記把持状態情報には、前記手袋をはめた手で把持する物品の硬さに関する硬さ情報を含む。
A sixth aspect is the estimating device according to any one aspect of the first to fifth aspects,
The holding state information includes hardness information about the hardness of the article to be held with the gloved hand.
第7態様は、第1態様から第6態様の何れか1態様の推定装置において、
前記推定部によって推定された前記把持状態を出力する出力部を更に含む。
A seventh aspect is the estimating device according to any one aspect of the first aspect to the sixth aspect,
It further includes an output unit that outputs the grip state estimated by the estimation unit.
第8態様は、第1態様から第7態様の何れか1態様の推定装置において、
前記手袋は、繊維状及び網目状の少なくとも一方の骨格を有する構造、又は内部に微小な空気泡が複数散在する構造のウレタン材の少なくとも一部に導電性が付与された材料を含む。
An eighth aspect is the estimating device of any one aspect of the first aspect to the seventh aspect,
The glove includes a material in which conductivity is imparted to at least a part of a urethane material having a structure having at least one of fibrous and mesh-like skeletons, or having a structure in which a plurality of fine air bubbles are scattered inside.
第9態様は、第1態様から第8態様の何れか1態様の推定装置において、
前記学習モデルは、前記柔軟材料をリザーバとして当該リザーバを用いたリザーバコンピューティングによるネットワークを用いて学習させることで生成されたモデルを含む。
A ninth aspect is the estimation device according to any one aspect of the first aspect to the eighth aspect,
The learning model includes a model generated by learning using a network by reservoir computing using the flexible material as a reservoir and using the reservoir.
第10態様は、
コンピュータが
導電性を有し、かつ与えられた刺激の変化に応じて電気特性が変化する柔軟材料を備えた手袋の前記柔軟材料に予め定められた複数の検出点の間の電気特性を検出し、
前記柔軟材料に刺激を与えた際の時系列の電気特性と、前記柔軟材料に刺激を与える前記手袋をはめた手による物品の把持状態を示す把持状態情報とを学習用データとして用いて、前記時系列の電気特性を入力とし、前記把持状態情報を出力するように学習された学習モデルに対して、検出した時系列の電気特性を入力し、入力した時系列の電気特性に対応する前記手袋をはめた手による物品の把持状態を示す把持状態情報を推定する
推定方法である。
The tenth aspect is
A computer detects an electrical characteristic between a plurality of predetermined detection points on the flexible material of the glove having a flexible material that is electrically conductive and whose electrical properties change in response to changes in the applied stimulus. ,
Using time-series electrical characteristics when the flexible material is stimulated and grasping state information indicating a grasping state of the article by the gloved hand applying the stimulus to the flexible material as learning data, the The glove corresponding to the input time-series electrical characteristics by inputting the detected time-series electrical characteristics to a learning model trained to input the time-series electrical characteristics and output the gripping state information. This is an estimation method for estimating grasping state information that indicates the grasping state of an object by a hand wearing a hand.
第11態様は、
コンピュータに
導電性を有し、かつ与えられた刺激の変化に応じて電気特性が変化する柔軟材料を備えた手袋の前記柔軟材料に予め定められた複数の検出点の間の電気特性を検出し、
前記柔軟材料に刺激を与えた際の時系列の電気特性と、前記柔軟材料に刺激を与える前記手袋をはめた手による物品の把持状態を示す把持状態情報とを学習用データとして用いて、前記時系列の電気特性を入力とし、前記把持状態情報を出力するように学習された学習モデルに対して、検出した時系列の電気特性を入力し、入力した時系列の電気特性に対応する前記手袋をはめた手による物品の把持状態を示す把持状態情報を推定する
処理を実行させるための推定プログラムである。
The eleventh aspect is
Detecting electrical characteristics between a plurality of predetermined detection points on the flexible material of a glove having a flexible material that is electrically conductive and whose electrical characteristics change in response to a change in applied stimulus. ,
Using time-series electrical characteristics when the flexible material is stimulated and grasping state information indicating a grasping state of the article by the gloved hand applying the stimulus to the flexible material as learning data, the The glove corresponding to the input time-series electrical characteristics by inputting the detected time-series electrical characteristics to a learning model trained to input the time-series electrical characteristics and output the gripping state information. An estimation program for executing a process of estimating gripping state information indicating a gripping state of an article by a hand wearing a hand.
第12態様は、
導電性を有し、かつ与えられた刺激の変化に応じて電気特性が変化する柔軟材料を備えた手袋の前記柔軟材料に予め定められた複数の検出点の間の電気特性を検出する検出部からの前記電気特性と、前記柔軟材料に刺激を与える前記手袋をはめた手による物品の把持状態を示す把持状態情報と、を取得する取得部と、
前記取得部の取得結果に基づいて、前記柔軟材料に圧力を与えた際の時系列の電気特性を入力とし、前記柔軟材料に刺激を与える前記手袋をはめた手による物品の把持状態を示す把持状態情報を出力する学習モデルを生成する学習モデル生成部と、
を含む学習モデル生成装置である。
The twelfth aspect is
A detection unit for detecting electrical characteristics between a plurality of predetermined detection points on the flexible material of a glove provided with a flexible material that is conductive and whose electrical characteristics change according to changes in applied stimuli. an acquisition unit that acquires the electrical characteristics from and gripping state information indicating a gripping state of the article by the gloved hand that stimulates the flexible material;
A grip indicating a state of gripping an article by the gloved hand that applies a stimulus to the flexible material, based on the acquisition result of the acquisition unit, taking as input time-series electrical characteristics when pressure is applied to the flexible material. a learning model generation unit that generates a learning model that outputs state information;
is a learning model generation device including
本開示によれば、特殊な検出装置を用いることなく、導電性を有する柔軟材料を備えた対象物の電気特性を利用して、付与側の状態を推定することができる、という効果を有する。 Advantageous Effects of Invention According to the present disclosure, there is an effect that the state of the application side can be estimated by using the electrical properties of an object having a conductive flexible material without using a special detection device.
以下、図面を参照して本開示の技術を実現する実施形態を詳細に説明する。なお、作用、機能が同じ働きを担う構成要素及び処理には、全図面を通して同じ符合を付与し、重複する説明を適宜省略する場合がある。また、本開示は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の目的の範囲内において適宜変更を加えて実施することができる。 Hereinafter, embodiments for implementing the technology of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. Components and processes having the same actions and functions are given the same reference numerals throughout the drawings, and overlapping descriptions may be omitted as appropriate. In addition, the present disclosure is not limited to the following embodiments, and can be implemented with appropriate modifications within the scope of the purpose of the present disclosure.
なお、本開示において人物とは、対象物に対して物理量により刺激を与えることが可能な人体及び物体の少なくとも一方を含む概念である。以下の説明では、人体及び物体の少なくとも一方を区別することなく、ヒトとモノとを含む概念として人物と総称して説明する。すなわち、人体及び物体のそれぞれの単体、及び人体と物体を組み合わせた組合せ体を総称して人物と称する。 In the present disclosure, a person is a concept that includes at least one of a human body and an object that can stimulate an object with a physical quantity. In the following description, a concept including a person and an object will be collectively referred to as a person without distinguishing between at least one of a human body and an object. In other words, a single human body and an object, and a combination of a human body and an object are collectively referred to as a person.
まず、図1から図7を参照して、本開示の技術を適用する導電性が付与された柔軟材料、及び当該柔軟材料を用いて、柔軟材料に対する付与側の状態を推定する状態推定処理を説明する。 First, referring to FIGS. 1 to 7, a flexible material imparted with conductivity to which the technology of the present disclosure is applied and a state estimation process for estimating the state of the flexible material on the application side using the flexible material. explain.
<柔軟材料>
本開示において「柔軟材料」とは、少なくとも一部が撓み等のように変形可能な材料を含む概念であり、ゴム材料等の柔らかい弾性体、繊維状及び網目状の少なくとも一方の骨格を有する構造体、及び内部に微小な空気泡が複数散在する構造体を含む。これらの構造体の一例には、ウレタン材などの高分子材料が挙げられる。また、本開示では、導電性が付与された柔軟材料を用いる。「導電性が付与された柔軟材料」とは、導電性を有する材料を含む概念であり、導電性を付与するために導電材を柔軟材料に付与した材料、及び柔軟材料が導電性を有する材料を含む。導電性を付与する柔軟材料はウレタン材などの高分子材料が好適である。以下の説明では、導電性が付与された柔軟材料の一例として、ウレタン材の全部または一部に導電材料を配合及び浸潤(含浸ともいう)等により形成させた部材を、「導電性ウレタン」と称して説明する。導電性ウレタンは、導電材料を配合と浸潤(含浸)との何れかの方法で形成可能であり、導電材料の配合又は浸潤(含浸)で形成可能で、また導電材料の配合と浸潤(含浸)とを組み合わせて形成可能である。例えば、浸潤(含浸)による導電性ウレタンが、配合による導電性ウレタンより導電性が高い場合には、浸潤(含浸)により導電性ウレタンを形成することが好ましい。
<Flexible material>
In the present disclosure, the term “flexible material” is a concept that includes materials that are at least partially deformable such as bending, and is a soft elastic body such as a rubber material, a structure having at least one of a fibrous and mesh-like skeleton. It contains a body and a structure in which multiple microscopic air bubbles are scattered. Examples of these structures include polymeric materials such as urethane materials. Also, in the present disclosure, a flexible material imparted with conductivity is used. The term "flexible material to which electrical conductivity is imparted" is a concept that includes materials having electrical conductivity, materials obtained by imparting electrical conductivity to a flexible material to impart electrical conductivity, and materials in which the flexible material has electrical conductivity. including. Polymer materials such as urethane are suitable for the flexible material that imparts electrical conductivity. In the following description, as an example of a flexible material to which conductivity is imparted, a member formed by blending and infiltrating (also referred to as impregnation) a conductive material into all or part of a urethane material will be referred to as "conductive urethane." will be named and explained. The conductive urethane can be formed by either blending or soaking (impregnation) of the conductive material, and can be formed by blending or soaking (impregnating) the conductive material. can be formed in combination with For example, if the conductive urethane obtained by infiltration (impregnation) has higher conductivity than the conductive urethane obtained by blending, it is preferable to form the conductive urethane by infiltration (impregnation).
導電性ウレタンは、与えられた物理量に応じて電気特性が変化する機能を有する。電気特性が変化する機能を生じさせる物理量の一例には、撓み等のように構造を変形させる圧力による刺激(以下、圧力刺激という。)を示す圧力値による刺激値が挙げられる。なお、圧力刺激は、所定部位への圧力及び所定範囲の圧力の分布による圧力付与を含む。また、当該物理量の他例には、含水率及び水分付与等によって素材の性質を変化(変質)させる刺激(以下、素材刺激という。)を示す水分量等の刺激値が挙げられる。導電性ウレタンは、与えられた物理量に応じて電気特性が変化する。この電気特性を表す物理量の一例には、電気抵抗値が挙げられる。また、他例には、電圧値、又は電流値が挙げられる。 Conductive urethane has the function of changing its electrical properties according to a given physical quantity. An example of a physical quantity that causes a function of changing electrical properties is a stimulus value based on a pressure value that indicates a stimulus due to pressure that deforms a structure such as bending (hereinafter referred to as pressure stimulus). In addition, the pressure stimulus includes the application of pressure to a predetermined site and the application of pressure by distribution of pressure within a predetermined range. Further, other examples of the physical quantity include a stimulus value such as a water content indicating a stimulus (hereinafter referred to as material stimulus) that changes (transforms) the properties of the material by applying moisture or the like. Conductive urethane changes its electrical properties according to given physical quantities. An example of a physical quantity representing this electrical property is an electrical resistance value. Other examples include voltage values or current values.
導電性ウレタンは、所定の体積を有する柔軟材料に導電性を与えることで、与えられた物理量に応じた電気特性(すなわち電気抵抗値の変化)が現れ、その電気抵抗値は、導電性ウレタンの体積抵抗値と捉えることが可能である。導電性ウレタンは、電気経路が複雑に連携し、例えば、変形に応じて電気経路が伸縮したり膨縮したりする。また、電気経路が一時的に切断される挙動、及び以前と異なる接続が生じる挙動を示す場合もある。従って、導電性ウレタンは、所定距離を隔てた位置(例えば電極が配置された検出点の位置)の間では、与えられた物理量による刺激(圧力刺激及び素材刺激)の大きさや分布に応じた変形や変質で異なる電気特性を有する挙動を示す。このため、導電性ウレタンに与えられた物理量による刺激の大きさや分布に応じて電気特性が変化する。 By giving conductivity to a flexible material having a predetermined volume, conductive urethane exhibits electrical characteristics (that is, changes in electrical resistance) according to given physical quantities. It can be regarded as a volume resistance value. In conductive urethane, the electrical paths are linked in a complicated manner, and for example, the electrical paths expand and contract according to deformation. It may also exhibit behavior in which the electrical path is temporarily disconnected, and behavior in which a different connection than before occurs. Therefore, the conductive urethane deforms according to the magnitude and distribution of stimuli (pressure stimuli and material stimuli) by given physical quantities between positions separated by a predetermined distance (for example, the positions of detection points where electrodes are arranged). It exhibits different electrical properties depending on the temperature and alteration. For this reason, the electrical characteristics change according to the magnitude and distribution of the physical quantity applied to the conductive urethane.
なお、導電性ウレタンを用いることで、変形及び変質についての対象箇所に電極等の検出点を設ける必要はない。導電性ウレタンに物理量による刺激が与えられる箇所を挟む任意の少なくとも2箇所に電極等の検出点を設ければよい(例えば図1)。 By using conductive urethane, it is not necessary to provide a detection point such as an electrode at a target location for deformation and deterioration. Detecting points such as electrodes may be provided at at least two arbitrary locations on either side of the location where the conductive urethane is stimulated by a physical quantity (for example, FIG. 1).
また、導電性ウレタンの電気特性の検出精度を向上するため、2個の検出点より多くの検出点を用いてもよい。また、本開示の導電性ウレタンは、図1に示す導電性ウレタン22を1導電性ウレタン片とし、複数の導電性ウレタン片を配列してなる導電性ウレタン群で形成してもよい。この場合、複数の導電性ウレタン片毎に電気特性を検出してもよいし、複数の導電性ウレタン片の電気特性を合成して検出してもよい。複数の導電性ウレタン片毎に電気特性を検出する場合、配置部位毎(例えば検出セット#1~#n)に電気抵抗値等の電気特性を検出できる。また、他例としては、導電性ウレタン22上における検出範囲を分割して分割した検出範囲毎に検出点を設けて検出範囲毎に電気特性を検出してもよい。
Further, more than two detection points may be used in order to improve the detection accuracy of the electrical properties of the conductive urethane. Also, the conductive urethane of the present disclosure may be formed of a conductive urethane group in which a plurality of conductive urethane pieces are arranged with the
<推定装置>
次に、導電性ウレタンを用いて、当該導電性ウレタンに対する付与側の状態を推定する推定装置の一例を説明する。
<Estimation device>
Next, an example of an estimating device for estimating the state of the application side with respect to the conductive urethane using the conductive urethane will be described.
図1に、付与側の状態を推定する推定処理を実行可能な推定装置1の構成の一例を示す。推定装置1は、推定部5を備え、導電性ウレタン22における電気特性が入力されるように対象物2に接続されている。推定装置1では、対象物2に含まれる導電性ウレタン22に対する付与側の状態が推定される。推定装置1は、後述する処理を実行する実行装置としてのCPUを備えたコンピュータによって実現可能である。
FIG. 1 shows an example of the configuration of an
上述した導電性ウレタンの変形及び変質は、導電性ウレタンに対して時系列に与えられた物理量で生じる。この時系列に与えられる物理量は、付与側の状態に依存する。従って、時系列に変化する導電性ウレタンの電気特性は、導電性ウレタンに与えられた物理量の付与側の状態に対応する。例えば、導電性ウレタンを変形させる圧力刺激または導電性ウレタンを変質させる素材刺激が与えられる場合、時系列に変化する導電性ウレタンの電気特性は、圧力刺激の位置及び分布、並びに大きさを示す付与側の状態に対応する。よって、時系列に変化する導電性ウレタンの電気特性から導電性ウレタンに対する付与側の状態を推定することが可能である。 The above-described deformation and alteration of the conductive urethane occur in physical quantities given to the conductive urethane in chronological order. The physical quantity given in this time series depends on the state of the giver. Therefore, the electrical properties of the conductive urethane that change in time series correspond to the state of the physical quantity imparted to the conductive urethane. For example, when a pressure stimulus that deforms conductive urethane or a material stimulus that modifies conductive urethane is applied, the electrical properties of conductive urethane that change in time series indicate the position, distribution, and magnitude of the pressure stimulus. corresponds to the state of the side. Therefore, it is possible to estimate the state of the application side to the conductive urethane from the electrical properties of the conductive urethane that change in time series.
推定装置1では、後述する推定処理によって、学習済みの学習モデル51を用いて、未知の付与側の状態を推定し、出力する。これにより、特殊な装置や大型の装置を用いたり対象物に含まれる導電性ウレタン22の変形及び変質を直接計測することなく、対象物2に対する付与側の状態を同定することが可能となる。学習モデル51は、対象物2に対する付与側の状態と、対象物2の電気特性(すなわち、対象物2に配置された導電性ウレタン22の電気抵抗値等の電気特性)とを入力として学習される。学習モデル51の学習については後述する。
The
なお、導電性ウレタン22は、柔軟性を有する部材21に配置して対象物2を構成することが可能である(図2)。導電性ウレタン22が配置された部材21により構成される対象物2は、電気特性検出部76を含む。導電性ウレタン22は、部材21の少なくとも一部に配置すればよく、内部に配置してもよいし外部に配置してもよい。また、導電性ウレタンは、導電性ウレタンへの付与側の状態を推定可能に配置すればよく、例えば、人物に直接的又は間接的、或いはその両方で接触可能に配置すればよい。
It should be noted that the
図2に、対象物2における導電性ウレタン22の配置例を示す。対象物2のA-A断面を対象物断面2-1として示すように、導電性ウレタン22は、部材21の内部を全て満たすように形成しても良い。また、対象物断面2-2に示すように、導電性ウレタン22は、部材21の内部における一方側(表面側)に形成しても良く、対象物断面2-3に示すように、部材21の内部における他方側(裏面側)に導電性ウレタン22を形成しても良い。さらに、対象物断面2-4に示すように、部材21の内部の一部に導電性ウレタン22を形成しても良い。また、対象物断面2-5に示すように、導電性ウレタン22は、部材21の表面側の外側に分離して配置しても良く、対象物断面2-6に示すように、他方側(裏面側)の外部に配置しても良い。導電性ウレタン22を部材21の外部に配置する場合、導電性ウレタン22と部材21とを積層するのみでもよく、導電性ウレタン22と部材21とを接着等により一体化してもよい。なお、導電性ウレタン22を部材21の外部に配置する場合であっても、導電性ウレタン22が導電性を有するウレタン部材であるため、部材21の柔軟性は阻害されない。
FIG. 2 shows an arrangement example of the
図1に示すように、導電性ウレタン22は、距離を隔てて配置された少なくとも2個の検出点75からの信号によって、導電性ウレタン22の電気特性(すなわち、電気抵抗値である体積抵抗値)を検出する。図1の例では、導電性ウレタン22上で対角位置に配置された2個の検出点75からの信号により電気特性(時系列の電気抵抗値)を検出する検出セット#1が示されている。なお、検出点75の個数及び配置は、図1に示す位置に限定されるものではなく、導電性ウレタン22の電気特性を検出可能な位置であれば3個以上の個数でもよく何れの位置でもよい。なお、導電性ウレタン22の電気特性は、電気特性(例えば、電気抵抗値である体積抵抗値)を検出する電気特性検出部76を検出点75に接続し、その出力を用いればよい。
As shown in FIG. 1, the
本実施形態では、センサとして導電性ウレタン22を用いるため、例えば、人物が介在する場合に従来のセンサに比べて人物に与える違和感が極めて少ない。このため、計測中に人物に関する付与側の状態を害することが無く、計測と付与側の状態推定を同時に行うことが可能となる。これは計測と付与側の状態推定を別個に行っていた従来のセンサに比べて利点となり、とりわけ時系列変化を追う長時間の計測評価による推定においては、そのメリットは大きい。
In this embodiment, since the
推定部5は、対象物2に接続され、導電性ウレタン22の変形及び変質の少なくとも一方に応じて変化する電気特性に基づき、学習モデル51を用いて、付与側の状態を推定する機能部である。具体的には、推定部5には、導電性ウレタン22における電気抵抗の大きさ(電気抵抗値等)を表す時系列の入力データ4が入力される。入力データ4は、対象物2に対する付与側の状態、例えば対象物2に接触した人物の姿勢や動き等の人物の挙動に関する状態を示す状態データ3に対応する。例えば、人物が対象物2に接触する際、姿勢等の所定の状態で接触し、当該状態に対応して、対象物2を構成する導電性ウレタン22には刺激(圧力刺激及び素材刺激の少なくとも一方)が物理量として与えられ、導電性ウレタン22の電気特性が変化する。従って、入力データ4により示される時系列に変化する導電性ウレタン22の電気特性は、対象物2、すなわち、導電性ウレタン22に対する付与側の状態に対応するものとなる。また、推定部5は、学習済みの学習モデル51を用いた推定結果として、時系列に変化する導電性ウレタン22の電気特性に対応する付与側の状態を表す出力データ6を出力する。
The estimating
学習モデル51は、物理量として与えられる刺激(圧力刺激及び素材刺激)により変化する導電性ウレタン22の電気抵抗(入力データ4)から、付与側の状態を表す出力データ6を導出する学習を済ませたモデルである。学習モデル51は、例えば、学習済みのニューラルネットワークを規定するモデルであり、ニューラルネットワークを構成するノード(ニューロン)同士の間の結合の重み(強度)の情報の集合として表現される。
The
<学習処理>
次に、学習モデル51を生成する学習処理について説明する。
図3に、学習モデル51を生成する学習モデル生成装置の概念構成を示す。学習モデル生成装置は、学習処理部52を備えている。学習モデル生成装置は、図示しないCPUを備えたコンピュータを含んで構成可能であり、CPUにより実行される学習データ収集処理及び学習モデル生成処理によって学習処理部52として実行されて学習モデル51を生成する。
<Learning processing>
Next, learning processing for generating the
FIG. 3 shows a conceptual configuration of a learning model generation device that generates the
<学習データ収集処理>
学習処理部52は、学習データ収集処理において、付与側の状態を表す状態データ3をラベルとして導電性ウレタン22における電気特性(例えば電気抵抗値)を時系列に測定した大量の入力データ4を学習データとして収集する。従って、学習データは、電気特性を示す入力データ4と、その入力データ4に対応する付与側の状態を示す状態データ3と、のセットを大量に含む。
<Learning data collection processing>
In the learning data collection process, the
具体的には、学習データ収集処理では、対象物2における状態(すなわち、導電性ウレタン22に対する付与側の状態)が形成された際の付与側の状態に応じた刺激(圧力刺激及び素材刺激)により変化する電気特性(例えば電気抵抗値)を時系列に取得する。次に、取得した時系列の電気特性(入力データ4)に状態データ3をラベルとして付与し、状態データ3と入力データ4とのセットが予め定めた所定数、又は予め定めた所定時間に達するまで処理を繰り返す。これらの付与側の状態を示す状態データ3と、付与側の状態毎に取得した時系列の導電性ウレタン22の電気特性(入力データ4)とのセットが学習データとなる。なお、学習データにおける状態データ3は、後述する学習処理において推定結果が正解である付与側の状態を示す出力データ6として扱われるように図示しないメモリに記憶される。
Specifically, in the learning data collection process, stimulation (pressure stimulation and material stimulation) according to the state of the application side when the state of the object 2 (that is, the state of the application side with respect to the conductive urethane 22) is formed An electrical characteristic (for example, an electrical resistance value) that changes depending on the time is acquired in chronological order. Next,
なお、学習データは、導電性ウレタン22の電気抵抗値(入力データ4)の各々に測定時刻を示す情報を付与することで時系列情報を対応付けてもよい。この場合、付与側の状態として定まる期間について、導電性ウレタン22における時系列な電気抵抗値のセットに測定時刻を示す情報を付与して時系列情報を対応付けてもよい。
The learning data may be associated with time-series information by adding information indicating the measurement time to each electrical resistance value (input data 4) of the
上述した学習データの一例を次に表で示す。表1は、導電性ウレタン22に対する付与側の状態に関する学習データとして、時系列の電気抵抗値データ(r)と付与側の状態を示す状態データ(R)とを対応付けたデータセットの一例である。
An example of the learning data described above is shown in the following table. Table 1 is an example of a data set in which time-series electrical resistance value data (r) and state data (R) indicating the state of the application side are associated as learning data regarding the state of the application side of the
なお、導電性ウレタン22で検出される電気特性(時系列の電気抵抗値データによる時間特性)は、導電性ウレタン22に対する付与側の状態に関する特徴パターンとして捉えることが可能である。すなわち、導電性ウレタン22に対する付与側の状態によって、導電性ウレタン22に対して異なる刺激が時系列に与えられる。従って、所定の時間内における時系列の電気特性は、付与側の状態に対して特徴的な電気特性として表れると考えられる。よって、導電性ウレタン22で検出される電気特性(時系列の電気抵抗値データによる時間特性)に示されるパターン(例えば電気特性における時系列の電気抵抗値の分布形状)は、付与側の状態に対応し、後述する学習処理において有効に機能する。
It should be noted that the electrical characteristics detected by the conductive urethane 22 (temporal characteristics based on time-series electrical resistance value data) can be regarded as characteristic patterns relating to the state of the
<学習モデル生成処理>
次に、学習モデル生成処理について説明する。図3に示す学習モデル生成装置は、学習処理部52における学習モデル生成処理によって、上述した学習データを用いて学習モデル51を生成する。
<Learning model generation processing>
Next, learning model generation processing will be described. The learning model generation device shown in FIG. 3 generates a
図4は、学習処理部52の機能構成、すなわち学習処理部52で実行される学習モデル生成処理に関して、図示しないCPUの機能構成を示す図である。学習処理部52の図示しないCPUは、生成器54及び演算器56の機能部として動作する。生成器54は、入力である時系列に取得された電気抵抗値の前後関係を考慮して出力を生成する機能を有する。
FIG. 4 is a diagram showing the functional configuration of the
学習処理部52は、学習用データとして、上述した入力データ4(例えば、電気抵抗値)と、導電性ウレタン22に刺激を与えた付与側の状態を示す状態データ3である出力データ6とのセットを図示しないメモリに多数保持している。
The
生成器54は、入力層540、中間層542、および出力層544を含んで、公知のニューラルネットワーク(NN:Neural Network)を構成する。ニューラルネットワーク自体は公知の技術であるため詳細な説明は省略するが、中間層542は、ノード間結合およびフィードバック結合を有するノード群(ニューロン群)を多数含む。その中間層542には、入力層540からのデータが入力され、中間層542の演算結果のデータは、出力層544へ出力される。
The
生成器54は、入力された入力データ4(例えば、電気抵抗値)から付与側の状態を表すデータ又は付与側の状態に近いデータとしての生成出力データ6Aを生成するニューラルネットワークである。生成出力データ6Aは、入力データ4から導電性ウレタン22に刺激が与えられた付与側の状態を推定したデータである。生成器54は、時系列に入力された入力データ4から、付与側の状態に近い状態を示す生成出力データを生成する。生成器54は、多数の入力データ4を用いて学習することで、対象物2すなわち導電性ウレタン22に刺激が与えられた人物等の付与側の状態に近い生成出力データ6Aを生成できるようになる。他の側面では、時系列に入力された入力データ4である電気特性をパターンとして捉え、当該パターンを学習することで、対象物2すなわち導電性ウレタン22に刺激が与えられた人物等の付与側の状態に近い生成出力データ6Aを生成できるようになる。
The
演算器56は、生成出力データ6Aと、学習データの出力データ6とを比較し、その比較結果の誤差を演算する演算器である。学習処理部52は、生成出力データ6A、および学習データの出力データ6を演算器56に入力する。これに応じて、演算器56は、生成出力データ6Aと、学習データの出力データ6との誤差を演算し、その演算結果を示す信号を出力する。
The
学習処理部52は、演算器56で演算された誤差に基づいて、ノード間の結合の重みパラメータをチューニングする、生成器54の学習を行う。具体的には、生成器54における入力層540と中間層542とのノード間の結合の重みパラメータ、中間層542内のノード間の結合の重みパラメータ、および中間層542と出力層544とのノード間の結合の重みパラメータの各々を例えば勾配降下法や誤差逆伝播法等の手法を用いて、生成器54にフィードバックする。すなわち、学習データの出力データ6を目標として、生成出力データ6Aと学習データの出力データ6との誤差を最小化するように全てのノード間の結合を最適化する。
The
なお、生成器54は、時系列入力の前後関係を考慮して出力を生成する機能を有する再帰型ニューラルネットワークを用いてもよく、他の手法を用いてもよい。
Note that the
学習処理部52は、学習モデル生成処理によって、上述した学習データを用いて学習モデル51を生成する。学習モデル51は、学習結果のノード間の結合の重みパラメータ(重み又は強度)の情報の集合として表現され、図示しないメモリに記憶される。
The
具体的には、学習処理部52は、次の手順により学習モデル生成処理を実行する。第1学習処理では、時系列に測定した結果の学習データである、付与側の状態を示す情報をラベルとした入力データ4(電気特性)を取得する。第2学習処理では、時系列に測定した結果の学習データを用いて学習モデル51を生成する。すなわち、上記のようにして多数の学習データを用いて学習した学習結果のノード間の結合の重みパラメータ(重み又は強度)の情報の集合を得る。そして、第3学習処理では、学習結果のノード間の結合の重みパラメータ(重み又は強度)の情報の集合として表現されるデータを学習モデル51として記憶する。
Specifically, the
そして、上記推定装置1では、学習済みの生成器54(すなわち、学習結果のノード間の結合の重みパラメータの情報の集合として表現されるデータ)を学習モデル51として用いる。十分に学習した学習モデル51を用いれば、対象物2、すなわち導電性ウレタン22の時系列の電気特性(例えば、時系列に変化する電気抵抗値の特性)から付与側の状態を同定することも不可能ではない。
Then, the
<PRC>
ところで、導電性ウレタン22は、上述したように電気経路が複雑に連携し、電気経路の伸縮、膨縮、一時的な切断、及び新たな接続等の変化(変形)、並びに素材の性質の変化(変質)に応じた挙動を示す。結果的に、導電性ウレタン22は、与えられた刺激(例えば圧力刺激)に応じて異なる電気特性を有する挙動を示す。このことは、導電性ウレタン22を、導電性ウレタン22の変形に関するデータを貯留するリザーバとして扱うことが可能である。すなわち、推定装置1は、物理的なリザーバコンピューティング(PRC:Physical Reservoir Computing)と呼ばれるネットワークモデル(以下、PRCNという。)に、導電性ウレタン22を適用することが可能である。PRCおよびPRCN自体は公知の技術であるため、詳細な説明を省略するが、PRC、及びPRCNは、導電性ウレタン22の変形や変質に関する情報の推定に好適である。
<PRC>
By the way, in the
図5に、PRCNを適用した学習処理部52の機能構成の一例を示す。PRCNを適用した学習処理部52は、入力リザーバ層541と、推定層545とを含む。入力リザーバ層541は、対象物2に含まれる導電性ウレタン22が対応する。すなわち、PRCNを適用した学習処理部52では、導電性ウレタン22を含む対象物2を、導電性ウレタン22を含む対象物2の変形及び変質に関するデータを貯留するリザーバとして扱って学習する。導電性ウレタン22は、多様な刺激の各々に応じた電気特性(電気抵抗値)となり、電気抵抗値を入力する入力層として機能し、また、導電性ウレタン22の変形及び変質に関するデータを貯留するリザーバ層として機能する。導電性ウレタン22は、人物等の付与側の状態により与えられた刺激に応じて異なる電気特性(入力データ4)を出力するので、推定層545で、与えられた導電性ウレタン22の電気抵抗値から未知の付与側の状態を推定することが可能である。従って、PRCNを適用した学習処理部52における学習処理では、推定層545を学習すればよい。
FIG. 5 shows an example of the functional configuration of the
<推定装置の構成>
次に、上述した推定装置1の具体的な構成の一例についてさらに説明する。図6に、推定装置1の電気的な構成の一例を示す。図6に示す推定装置1は、上述した各種機能を実現する処理を実行する実行装置としてのコンピュータを含んで構成したものである。上述の推定装置1は、コンピュータに上述の各機能を表すプログラムを実行させることにより実現可能である。
<Configuration of estimation device>
Next, an example of a specific configuration of the
推定装置1として機能するコンピュータは、コンピュータ本体100を備えている。コンピュータ本体100は、CPU102、揮発性メモリ等のRAM104、ROM106、ハードディスク装置(HDD)等の補助記憶装置108、及び入出力インターフェース(I/O)110を備えている。これらのCPU102、RAM104、ROM106、補助記憶装置108、及び入出力I/O110は、相互にデータ及びコマンドを授受可能にバス112を介して接続された構成である。また、入出力I/O110には、外部装置と通信するための通信部114、ディスプレイやキーボード等の操作表示部116、及び検出部118が接続されている。検出部118は、導電性ウレタン22を含む対象物2から、入力データ4(時系列の電気抵抗値等の電気特性)を取得する機能を有する。すなわち、検出部118は、導電性ウレタン22が配置された対象物2を含み、かつ導電性ウレタン22における検出点75に接続された電気特性検出部76から入力データ4を取得することが可能である。なお検出部118は通信部114を介して接続してもよい。
A computer functioning as the
補助記憶装置108には、コンピュータ本体100を本開示の推定装置の一例として推定装置1として機能させるための制御プログラム108Pが記憶される。CPU102は、制御プログラム108Pを補助記憶装置108から読み出してRAM104に展開して処理を実行する。これにより、制御プログラム108Pを実行したコンピュータ本体100は、推定装置1として動作する。
The
なお、補助記憶装置108には、学習モデル51を含む学習モデル108M、及び各種データを含むデータ108Dが記憶される。制御プログラム108Pは、CD-ROM等の記録媒体により提供するようにしても良い。
The
<推定処理>
次に、コンピュータにより実現された推定装置1における推定処理についてさらに説明する。図7に、コンピュータ本体100で実行される制御プログラム108Pによる推定処理の流れの一例を示す。図7に示す推定処理は、コンピュータ本体100に電源投入されると、CPU102により実行される。CPU102は、制御プログラム108Pを補助記憶装置108から読み出し、RAM104に展開して処理を実行する。
<Estimation processing>
Next, the estimation processing in the
まず、CPU102は、補助記憶装置108の学習モデル108Mから学習モデル51を読み出し、RAM104に展開することで、学習モデル51を取得する(ステップS200)。具体的には、学習モデル51として表現された重みパラメータによるノード間の結合となるネットワークモデル(図4、図5参照)を、RAM104に展開することによって、重みパラメータによるノード間の結合が実現された学習モデル51が構築される。
First,
次に、CPU102は、導電性ウレタン22に与えられた刺激による付与側の状態を推定する対象となる未知の入力データ4(電気特性)を、検出部118を介して時系列に取得する(ステップS202)。次に、CPU102は、学習モデル51を用いて、取得済みの入力データ4に対応する出力データ6(未知の付与側の状態)を推定する(ステップS204)。そして、CPU102は、推定結果の出力データ6(付与側の状態)を、通信部114を介して出力し(ステップS206)、本処理ルーチンを終了する。
Next, the
このように、推定装置1によれば、導電性ウレタン22の電気抵抗値から未知の付与側の状態を推定可能である。具体的には、推定装置1では、付与側の状態により導電性ウレタン22に与えられた刺激に応じて変化する入力データ4(電気特性)から、人物等の付与側の状態を推定することが可能となる。すなわち、特殊な装置や大型の装置を用いたり柔軟部材の変形を直接計測することなく、人物等の付与側の状態を推定することが可能となる。
Thus, according to the
<把持状態の推定>
このような導電性ウレタン22を手袋Gに適用すれば、手袋Gをはめた手Hによる物品を把持する動きに応じて手袋Gの部分的な圧縮といった圧力刺激が生じる。そのため、推定装置1によって、導電性ウレタン22の時系列の電気抵抗値から手袋Gをはめた手Hによる物品を把持する動きが推定可能となる。説明の便宜上、以降では、手袋Gをはめる人物を、単に「人物」ということにする。ここで、「手袋Gをはめた手Hによる物品を把持する動き」は、人物が物品を把持しているか(把持の有無)、物品をどの程度の力で把持しているか(把持する力の強弱)、物品をどの指に力を掛けて把持しているか(把持の仕方)、等を含む。
<Estimation of Gripping State>
When such a
図8は、導電性ウレタン22を手袋Gに適用した一例を示す図である。すなわち、刺激が与えられる対象物2は手袋Gということになる。ここで、手袋Gは、手の全てを覆うものに限定されず、例えば、指先の部分を覆わないようなものであってもよいし、又、各指に分かれている五本指型の手袋Gではなく、各指に分かれていないミトン型の手袋Gであってもよい。
FIG. 8 is a diagram showing an example in which the
図8に示す例では、人物は導電性ウレタン22を含む手袋Gをはめた手Hで物品を把持する。手袋Gに導電性ウレタン22が含まれるとは、導電性ウレタン22と手袋Gを構成する部材21(この場合、綿や化学繊維)との配置例が、図2に示したような導電性ウレタン22と部材21の配置例の何れかを満たすことをいう。
In the example shown in FIG. 8, a person grips an article with a hand H wearing a glove G containing
そして、図8に示すように、電気特性検出部76を手袋Gに付け、無線を利用すれば、手袋Gをはめた手Hによる物品を把持する人物の動きを妨げることなく、通信部114経由で電気特性検出部76と推定装置1を接続することが可能である。なお、状況に応じて電気特性検出部76と推定装置1を有線で接続してもよい。
Then, as shown in FIG. 8, if the electric
図8に示す例では、手袋Gに電気特性検出部76が取り付けられており、手袋Gに取り付けられた電気特性検出部76は、手袋Gに含まれる導電性ウレタン22の電気抵抗値を検出する。
In the example shown in FIG. 8, an
なお、本実施形態における手袋Gは、人物が手Hにはめるものであればその種類に制限はない。また、手袋Gをはめた手Hにより把持する物品は、手Hで把持することができるものであればその種類に制限はない。例えば、テニスラケットのグリップ部、ゴルフクラブのグリップ部、野球のバットのグリップ部などの運動用具のグリップ部や、歯科用の椅子に座った治療中の患者が把持する手摺部などの施術用椅子の手摺部、ジェットコースターの座席に設けられる手摺部などであってもよい。 The type of glove G in this embodiment is not limited as long as it is worn on the hand H of a person. Also, the type of the article to be gripped by the hand H wearing the glove G is not limited as long as it can be gripped by the hand H. Examples include tennis racket grips, golf club grips, baseball bat grips, and other sports equipment grips, and treatment chairs such as handrails held by a patient sitting in a dental chair during treatment. It may be a handrail, a handrail provided on a seat of a roller coaster, or the like.
このように、人物による手袋Gをはめた手Hによる物品を把持する動きは、物品の把持状態に影響を与えることから、人物による手袋Gをはめた手Hによる物品を把持する動きに関する情報は、手袋Gをはめた手Hによる物品の把持状態を示す把持状態情報の一例である。 In this way, the movement of a person's hand H wearing a glove G to grip an item affects the gripping state of the item. , is an example of gripping state information indicating the gripping state of an article with a hand H wearing a glove G. FIG.
次に、手袋Gをはめた手Hによる物品を把持する動きを推定するための学習モデル51を生成する学習処理について説明する。
Next, learning processing for generating the
図3に示した学習モデル生成装置の学習処理部52は、学習データ収集処理において、手袋Gをはめた手Hによる物品を把持する動きを表す状態データ3をラベルとする導電性ウレタン22における電気抵抗値を時系列に測定した大量の入力データ4を学習データとして収集する。
In the learning data collection process, the
具体的には、学習データ収集処理では、手袋Gをはめた手Hによる物品を把持する動きにより変化する手袋Gに含まれる導電性ウレタン22の電気特性(例えば、電気抵抗値)を手袋Gに取り付けられた電気特性検出部76から時系列に取得する。次に、取得した時系列の電気特性である入力データ4に状態データ3をラベルとして付与し、状態データ3と入力データ4とを組み合わせた複数の学習データを準備する。
Specifically, in the learning data collection process, the electrical characteristics (eg, electrical resistance value) of the
また、学習データは、人物に手袋Gをはめた手Hによる物品を把持する動きを指示し、そのときの電気抵抗値を検出して、人物による手袋Gをはめた手Hによる物品を把持する動きを収集する(表2参照)。かかる学習データの手袋Gをはめた手Hによる物品を把持する動きをする人物は、特定の人物、例えばプロテニスプレーヤーであってもよいし、又、複数の様々な人物であってもよい。 In addition, the learning data instructs a person to make a movement to grip an article with the hand H wearing the glove G, detects the electrical resistance value at that time, and grips the article with the hand H wearing the glove G of the person. Collect movements (see Table 2). A person who makes a motion of gripping an article with a hand H wearing a glove G of such learning data may be a specific person, such as a professional tennis player, or may be a plurality of various persons.
以降では、手袋Gに含まれる導電性ウレタン22の電気特性の一例として電気抵抗値を用いた説明を行うが、導電性ウレタン22の電気特性として電流値又は電圧値を用いてもよいことは前述した通りである。
In the following description, the electrical resistance value is used as an example of the electrical characteristics of the
表2は、手袋Gをはめた手Hによる物品を把持する動きの推定に用いる学習データとして、手袋Gから得られた時系列の電気抵抗値データ、すなわち、入力データ4と、手袋Gをはめた手Hによる物品を把持する動きを示す状態データ3(R1~Rk)とを対応付けたデータセットの一例である。
Table 2 shows the time-series electrical resistance data obtained from the glove G, that is, the
ここで、把持状態情報は、例えば、手袋Gをはめた手Hで物品をどの程度の力で把持しているか(把持する力の強弱)の情報である。把持する力の強弱では、手袋Gをはめた手Hで物品を把持する動きをする人物に物品の種類に応じた様々な場面での物品を把持する力を加える指示を与えることで学習データを収集する。例えば、物品がテニスラケットのグリップ部である場合は、サーブを打つ場合(R1)の電気抵抗値、ストロークでボールを打つ場合(R2)の電気抵抗値、ボレーでボールを打つ場合(R3)の電気抵抗値などを収集する。すなわち、例えば、テニスの熟練者と初心者では、グリップ部を把持する力の入れ方が異なることが知られている。このため、熟練者の学習データを収集して、学習モデル51を生成し、生成した学習モデル51に対して入力したグリップ部を把持する圧力刺激から、推定部5が、人物の現在の把持状態を推定することができる。そして、スマートフォンなどの端末装置に推定結果を出力する。出力された推定結果から、人物が、学習データとの違いを修正するようにテニスラケットのグリップ部の把持する力の入れ方を練習していくことで、熟練者に近づくような技術の上達を図ることも可能となる。
Here, the gripping state information is, for example, information about how much force the hand H wearing the glove G is gripping the article (strength of gripping force). As for the strength of the gripping force, learning data is obtained by giving instructions to a person who makes a motion to grip an object with a hand H wearing a glove G and applying a force to grip the object in various situations according to the type of the object. collect. For example, when the article is the grip of a tennis racket, the electrical resistance value when hitting a serve (R1), the electrical resistance value when hitting a ball with a stroke (R2), and the electric resistance value when hitting a ball with a volley (R3) Collect electrical resistance values, etc. That is, it is known that, for example, a tennis expert and a beginner apply different amounts of force to grip the grip. For this reason, learning data of an expert is collected, a
また、物品が施術用椅子の手摺部である場合は、正常状態中に把持する場合(R1)の電気抵抗値、痛みのある施術中に把持する場合(R2)の電気抵抗値などを学習データとして収集する。すなわち、例えば、緊張している場合や痛みを感じている場合などは、緊張していない場合や痛みを感じていない正常状態中の場合よりも手摺部を強く把持することが知られている。このため、学習データを収集して、学習モデル51を生成し、生成した学習モデル51に対して入力した手摺部を把持する圧力刺激から、推定部5が、人物の現在の身体状態を推定することができる。そして、スマートフォンなどの端末装置に推定結果を出力する。出力された推定結果が、施術中の人物が痛みを感じているとの把持状態情報である場合は、施術を中断するなどの措置をとることも可能である。このように、把持状態情報には、緊張状態や苦痛状態などの身体状態情報を含む。
In addition, when the article is a handrail of a treatment chair, the learning data includes the electrical resistance value when gripped during a normal condition (R1) and the electrical resistance value when gripped during painful treatment (R2). collect as That is, it is known that, for example, when one is tense or in pain, one grips the handrail more strongly than when one is not tense or in a normal state when one is not in pain. For this reason, learning data is collected, a
また、把持状態情報は、例えば、手袋Gへの含水に関する情報である。導電性ウレタン22を含む手袋Gが水分を含んだ場合、素材刺激が発生し、素材刺激の大きさや分布に応じて導電性ウレタン22の電気特性が変化する。したがって、推定装置1によって、導電性ウレタン22の時系列の電気抵抗値から手袋Gに生じた含水に関する情報が推定可能となる。ここで、手袋Gへの含水は、主として手袋Gに入れた手Hから生じる汗である。手袋Gへの含水は、手袋Gをはめた手Hによる物品を把持する動きをする人物に物品の種類に応じた様々な場面での物品を把持する指示を与えることで学習データを収集する。例えば、物品が施術用椅子の手摺部である場合は、正常状態の含水量(R1)による電気抵抗値、痛みのある施術中の含水量(R2)による電気抵抗値などを収集する。すなわち、例えば、緊張している場合や痛みを感じている場合などは、緊張していない場合や痛みを感じていない正常状態中の場合よりも手摺部を把持する手に汗をかくことが知られている。このため、学習データを収集して、学習モデル51を生成し、生成した学習モデル51に対して入力した手摺部を把持する素材刺激から、推定部5が、人物の現在の身体状態を推定することができる。そして、スマートフォンなどの端末装置に推定結果を出力する。出力された推定結果が、施術中の人物が痛みを感じているとの把持状態情報である場合は、施術を中断するなどの措置をとることも可能である。このように、把持状態情報には、緊張状態や苦痛状態などの身体状態情報を含む。
Moreover, the gripping state information is, for example, information about water content in the glove G. As shown in FIG. When the glove G including the
また、把持状態情報は、例えば、手袋Gをはめた手Hで把持する物品の硬さに関する情報を含む。把持する物品の硬さに関する情報は、人物に、手袋Gをはめた手Hで様々な硬さの物品を把持する力を加える指示を与えることで学習データを収集する。例えば、硬い物品Aを把持した場合(R1)の電気抵抗値、硬い物品Bを把持した場合(R2)の電気抵抗値、柔らかい物品Aを把持した場合(R3)の電気抵抗値、柔らかい物品Bを把持した場合(R4)の電気抵抗値、などを収集する。すなわち、手袋Gをはめた手Hで物品を把持する際に、当該物品の硬さによって手袋Gが変形する量が異なることが知られている。そして、硬い物品の場合は柔らかい物品の場合よりも手袋Gが変形する量が大きくなる。かかる性質は、同じ力で硬さの異なる物品を把持した場合に顕著である。このため、学習データを収集して、学習モデル51を生成し、生成した学習モデル51に対して入力した物品を把持する圧力刺激から、推定部5が、把持状態情報として物品の硬さを推定することができる。そして、スマートフォンなどの端末装置に推定結果を出力する。
The gripping state information also includes, for example, information about the hardness of the article gripped with the hand H wearing the glove G. Learning data about the hardness of an object to be gripped is collected by instructing a person to apply a force to grip an object with various hardnesses with a hand H wearing a glove G. For example, the electrical resistance value when gripping a hard object A (R1), the electrical resistance value when gripping a hard object B (R2), the electrical resistance value when gripping a soft object A (R3), and the soft object B are collected (R4), such as the electrical resistance value when the is gripped. That is, it is known that when an article is gripped with a hand H wearing a glove G, the amount of deformation of the glove G varies depending on the hardness of the article. In the case of a hard article, the amount of deformation of the glove G is greater than in the case of a soft article. Such a property is remarkable when objects having different hardnesses are gripped with the same force. For this reason, learning data is collected, a
なお、把持状態情報は、上述したものに限定されず、例えば、手袋Gをはめた手Hの指毎の圧力刺激や素材刺激による導電性ウレタン22の電気特性であってもよい。すなわち、手袋Gをはめた手Hの指毎に曲がり具合(まっすぐ伸ばした状態、拳を握った状態など)を学習データとして収集して、学習モデル51を生成し、生成した学習モデル51に対して入力した指の曲がり具合による圧力刺激から、推定部5が、指の曲がり具合を推定することができる。そして、スマートフォンなどの端末装置に推定結果を出力する。出力した推定結果から手話やじゃんけんなどをすることも可能である。
The gripping state information is not limited to the above-described information, and may be, for example, electrical characteristics of the
学習処理部52は、図示しないCPUを含むコンピュータを含んで構成可能であり、学習データ収集処理及び学習処理を実行する。
The
図9は、学習処理部52で行われる学習データ収集処理の流れの一例を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an example of the flow of learning data collection processing performed by the
学習処理部52は、ステップS100で、人物に、手袋Gをはめた手Hにより物品を把持する動きを指示し、ステップS102で、物品を把持する動きを伴う把持状態に応じた圧力刺激により変化する電気抵抗値を時系列に取得する。次のステップS104では、取得した時系列の電気抵抗値に動きを伴う把持状態をラベルとして付与して、記憶する(表2参照)。学習処理部52は、これら把持状態、及び導電性ウレタン22の電気抵抗値のセットが予め定めた所定数、又は予め定めた所定時間に達するまで(ステップS106で、肯定判断されるまで否定判断し)、上記処理を繰り返す。これにより、学習処理部52は、把持状態毎に、導電性ウレタン22における電気抵抗値を時系列に取得し、記憶することが可能となり、記憶された把持状態毎の時系列な導電性ウレタン22の電気抵抗値のセットが学習データとなる。
In step S100, the
学習モデル51は、学習処理部52の学習処理により生成される。学習モデル51は、学習処理部52による学習結果のノード間の結合の重みパラメータ(重み又は強度)の情報の集合として表現される。
The
図10は、学習処理部52で行われる学習処理の流れの一例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an example of the flow of learning processing performed by the
学習処理部52は、ステップS110で、表2に示した複数の学習データの中から、何れか1つの学習データを選択する。そして、選択した学習データから時系列の入力データ4を取得する。学習処理部52は、ステップS112で、時系列に測定した結果の学習データを用いて学習モデル51を生成する。すなわち、上記のようにして多数の学習データを用いて学習した学習結果のノード間の結合の重みパラメータ(重み又は強度)の情報の集合を得る。そして、ステップS114で、学習結果のノード間の結合の重みパラメータ(重み又は強度)の情報の集合として表現されるデータを学習モデル51として記憶する。
The
なお、生成器54は、時系列入力の前後関係を考慮して出力を生成する機能を有する再帰型ニューラルネットワークを用いてもよく、他の手法を用いてもよい。
Note that the
そして、上記推定装置1では、以上に例示した手法により生成した学習済みの生成器54(すなわち、学習結果のノード間の結合の重みパラメータの情報の集合として表現されるデータ)を学習モデル51として用いる。十分に学習した学習モデル51を用いれば、手袋G、すなわち導電性ウレタン22における時系列な電気抵抗値から把持状態を同定することも不可能ではない。
Then, in the
なお、学習処理部52による処理は、例えば、推定装置1とは異なる外部の学習モデル生成装置(図示省略)によって実行される。推定装置1は、推定部5を含む。把持状態を示す情報である出力データ6は、本開示の把持状態情報の一例である。
Note that the processing by the
次に、本実施形態にかかる学習モデル51を用いた把持状態の推定処理について説明する。
Next, a grasping state estimation process using the
図11に、コンピュータ本体100で実行される制御プログラム108Pによる把持状態の推定処理の流れの一例を示す。図11に示す推定処理は、コンピュータ本体100に電源投入されると、CPU102により実行される。
FIG. 11 shows an example of the flow of grip state estimation processing by the
まず、ステップS200では、補助記憶装置108の学習モデル108Mから上述した把持状態推定用に学習済みの学習モデル51を読み出し、RAM104に展開することで、学習モデル51を取得して学習モデル51を構築する。
First, in step S200, the
次に、ステップS202で、手袋Gに与えられた圧力刺激による物品の把持状態を推定する対象となる未知の入力データ4(電気特性)を、検出部118を介して時系列に取得する。ここで、未知の入力データ(電気特性)は、推定処理の実行期間中に把持部からリアルタイムで得られた入力データ(電気特性)であってもよいし、又、推定処理を実行する前に予め得ていた入力データ(電気特性)であってもよい。
Next, in step S202, unknown input data 4 (electrical characteristics) to be used for estimating the grasping state of the article due to the pressure stimulus applied to the glove G is obtained in time series via the
次に、ステップS204では、ステップS200で取得した学習モデル51を用いて、ステップS202において取得した入力データ4(電気特性)に対応する出力データ6(把持状態)を推定する。そして、次のステップS206では、推定結果の出力データ6(把持状態)を、補助記憶装置108に出力又は出力部の一例である通信部114を介して出力して、本処理ルーチンを終了する。ここで、通信部114を介してスマートフォンなどの端末装置に出力される推定結果は、熟練者との違いが分かるような把持状態の画像などであってもよい。
Next, in step S204, the
上述した図11に示す推定処理は、本開示の推定方法で実行される処理の一例である。 The estimation process illustrated in FIG. 11 described above is an example of the process performed by the estimation method of the present disclosure.
以上説明したように、本開示によれば、人物の手袋Gをはめた手Hによる物品を把持する未知の電気特性から、手袋Gをはめた手Hによる物品を把持する動きを推定することが可能となる。 As described above, according to the present disclosure, it is possible to estimate the movement of the hand H wearing the glove G to grip the article from the unknown electrical characteristics of gripping the article by the hand H wearing the glove G. It becomes possible.
したがって、推定装置1によって、例えば、手袋Gをはめた手Hによる物品を把持する動きによって、人物の熟練度や経験度が分かるため、フォームチェックなどのスポーツの分野に推定装置1を適用することができる。
Therefore, the estimating
また、推定装置1によって、例えば、手袋Gをはめた手Hによる物品を把持する動きによって、人物の身体状態が分かるため、治療を中断するなどの医療の分野に推定装置1を適用することができる。
In addition, the estimating
ここまで、手袋Gを人の手にはめた場合について説明したが、例えば、ロボットのアームに導電性ウレタン22が含まれる手袋Gをはめてもよい。ロボットのアームに導電性ウレタン22が含まれる手袋Gをはめることで、人を対象として推定した把持状態情報と同じ把持状態情報をロボットに対して推定することができる。特に、推定部5が、上述した手袋Gをはめたロボットのアームで把持する物品の硬さを推定する場合に有用である。すなわち、本実施形態における「手」には、人の手の他、ロボットのアームも含まれる。また、ロボットのアームにはめる手袋Gは、形状を問わず、アームの先(物品を把持する部分)を覆うものであればよい。
So far, the case where the glove G is worn on a human hand has been described. By putting on the glove G containing the
ロボットのアームに導電性ウレタン22が含まれる手袋Gをはめる場合は、まず、手袋Gをはめたロボットのアームに対し物品を把持する動きを指示し、そのときの電気抵抗値を検出して、人物による手袋Gをはめたロボットのアームによる物品を把持する動きを収集する(表2参照)。学習データ収集処理は、図9に示した学習データ収集処理と同じであるため説明を省略する。
When the glove G containing the
また、学習モデル生成装置は、ロボットのアームがはめている手袋Gに含まれる導電性ウレタン22から取得した時系列の電気抵抗値データと、把持状態情報とが対応付けられた学習データを用いて、学習モデル51を生成する。学習モデル51の生成方法は、図10に示した学習処理と同じであるため説明を省略する。
In addition, the learning model generation device uses learning data in which time-series electrical resistance value data obtained from the
推定装置1は、導電性ウレタン22の時系列の電気抵抗値データによって表される特徴パターンと、手袋Gをはめたロボットのアームが物品を把持する把持状態情報との関連性を機械学習した学習モデル51を用いて図11に示した推定処理を実行することによって、導電性ウレタン22における時系列の未知の電気抵抗値データから、手袋Gをはめたロボットのアームが物品を把持する把持状態情報を推定する。また、推定処理は、図11に示した推定処理と同じであるため説明を省略する。
The
上述したように、本開示では、柔軟部材の一例として導電性ウレタンを適用した場合を説明したが、柔軟部材は導電性ウレタンに限定されないことは勿論である。 As described above, in the present disclosure, the case of applying conductive urethane as an example of the flexible member has been described, but the flexible member is of course not limited to conductive urethane.
また、本開示の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、当該変更または改良を加えた形態も本開示の技術的範囲に含まれる。 Moreover, the technical scope of the present disclosure is not limited to the scope described in the above embodiments. Various changes or improvements can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the invention, and forms with such changes or improvements are also included in the technical scope of the present disclosure.
また、上記実施形態では、推定処理及び学習処理を、フローチャートを用いた処理によるソフトウエア構成によって実現した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば各処理をハードウエア構成により実現する形態としてもよい。 Further, in the above embodiment, the estimation process and the learning process are implemented by a software configuration based on the processing using flowcharts. It is good also as a form which carries out.
また、推定装置の一部、例えば学習モデル等のニューラルネットワークを、ハードウエア回路として構成してもよい。 Also, part of the estimation device, for example, a neural network such as a learning model, may be configured as a hardware circuit.
1 推定装置
2 対象物
3 状態データ
4 入力データ
5 推定部
6 出力データ
6A 生成出力データ
22 導電性ウレタン
51 学習モデル
52 学習処理部
54 生成器
56 演算器
75 検出点
76 電気特性検出部
G 手袋
H 手
1
Claims (12)
前記柔軟材料に刺激を与えた際の時系列の電気特性と、前記柔軟材料に刺激を与える前記手袋をはめた手による物品の把持状態を示す把持状態情報とを学習用データとして用いて、前記時系列の電気特性を入力とし、前記把持状態情報を出力するように学習された学習モデルに対して、前記検出部で検出された時系列の電気特性を入力し、入力した時系列の電気特性に対応する前記手袋をはめた手による物品の把持状態を示す把持状態情報を推定する推定部と、
を含む推定装置。 A detection unit for detecting electrical characteristics between a plurality of predetermined detection points on the flexible material of a glove provided with a flexible material that is conductive and whose electrical characteristics change according to changes in applied stimuli. and,
Using time-series electrical characteristics when the flexible material is stimulated and grasping state information indicating a grasping state of the article by the gloved hand applying the stimulus to the flexible material as learning data, the The time-series electrical characteristics detected by the detection unit are input to a learning model trained to receive the time-series electrical characteristics and output the gripping state information, and the input time-series electrical characteristics are input. an estimating unit for estimating gripping state information indicating a gripping state of the article by the gloved hand corresponding to
estimator including
前記把持状態は、前記手袋に対する当該手袋をはめた手による圧力刺激及び素材刺激の少なくとも一方の刺激を付与する状態を含み、
前記学習モデルは、検出された電気特性に対応する前記手袋をはめた手による圧力刺激及び素材刺激の少なくとも一方の刺激を付与する状態を示す情報を前記把持状態情報として出力するように学習される
請求項1に記載の推定装置。 the electrical property is volume resistance;
The gripping state includes a state in which at least one of pressure stimulation and material stimulation is applied to the glove by the gloved hand,
The learning model is trained to output, as the grasping state information, information indicating a state in which at least one of pressure stimulation and material stimulation by the gloved hand corresponding to the detected electrical property is applied. The estimating device according to claim 1.
前記把持状態情報は、前記手袋をはめた手により物品を把持する動きに関する情報である請求項2に記載の推定装置。 The pressure stimulus is a pressure stimulus generated with a movement of gripping an article with the gloved hand,
3. The estimation device according to claim 2, wherein said gripping state information is information relating to a motion of gripping an article with said gloved hand.
前記把持状態情報は、前記手袋における含水に関する情報である請求項2に記載の推定装置。 The material stimulation is material stimulation that occurs as the glove contains water,
The estimating device according to claim 2, wherein the gripping state information is information about water content in the glove.
請求項1から請求項7の何れか1項に記載の推定装置。 1. The glove includes a material in which at least a portion of a urethane material having a structure having at least one of fibrous and mesh-like skeletons or a structure in which a plurality of fine air bubbles are scattered therein is imparted with conductivity. 8. The estimation device according to any one of claims 7 to 8.
請求項1から請求項8の何れか1項に記載の推定装置。 The estimation according to any one of claims 1 to 8, wherein the learning model includes a model generated by learning using a network by reservoir computing using the flexible material as a reservoir. Device.
導電性を有し、かつ与えられた刺激の変化に応じて電気特性が変化する柔軟材料を備えた手袋の前記柔軟材料に予め定められた複数の検出点の間の電気特性を検出し、
前記柔軟材料に刺激を与えた際の時系列の電気特性と、前記柔軟材料に刺激を与える前記手袋をはめた手による物品の把持状態を示す把持状態情報とを学習用データとして用いて、前記時系列の電気特性を入力とし、前記把持状態情報を出力するように学習された学習モデルに対して、検出した時系列の電気特性を入力し、入力した時系列の電気特性に対応する前記手袋をはめた手による物品の把持状態を示す把持状態情報を推定する
推定方法。 A computer detects an electrical characteristic between a plurality of predetermined detection points on the flexible material of the glove having a flexible material that is electrically conductive and whose electrical properties change in response to changes in the applied stimulus. ,
Using time-series electrical characteristics when the flexible material is stimulated and grasping state information indicating a grasping state of the article by the gloved hand applying the stimulus to the flexible material as learning data, the The glove corresponding to the input time-series electrical characteristics by inputting the detected time-series electrical characteristics to a learning model trained to input the time-series electrical characteristics and output the gripping state information. An estimation method for estimating grasping state information indicating a grasping state of an article by a hand wearing a hand.
導電性を有し、かつ与えられた刺激の変化に応じて電気特性が変化する柔軟材料を備えた手袋の前記柔軟材料に予め定められた複数の検出点の間の電気特性を検出し、
前記柔軟材料に刺激を与えた際の時系列の電気特性と、前記柔軟材料に刺激を与える前記手袋をはめた手による物品の把持状態を示す把持状態情報とを学習用データとして用いて、前記時系列の電気特性を入力とし、前記把持状態情報を出力するように学習された学習モデルに対して、検出した時系列の電気特性を入力し、入力した時系列の電気特性に対応する前記手袋をはめた手による物品の把持状態を示す把持状態情報を推定する
処理を実行させるための推定プログラム。 Detecting electrical characteristics between a plurality of predetermined detection points on the flexible material of a glove having a flexible material that is electrically conductive and whose electrical characteristics change in response to a change in applied stimulus. ,
Using time-series electrical characteristics when the flexible material is stimulated and grasping state information indicating a grasping state of the article by the gloved hand applying the stimulus to the flexible material as learning data, the The glove corresponding to the input time-series electrical characteristics by inputting the detected time-series electrical characteristics to a learning model trained to input the time-series electrical characteristics and output the gripping state information. An estimation program for executing a process of estimating gripping state information indicating a gripping state of an article by a hand wearing a hand.
前記取得部の取得結果に基づいて、前記柔軟材料に圧力を与えた際の時系列の電気特性を入力とし、前記柔軟材料に刺激を与える前記手袋をはめた手による物品の把持状態を示す把持状態情報を出力する学習モデルを生成する学習モデル生成部と、
を含む学習モデル生成装置。 A detection unit for detecting electrical characteristics between a plurality of predetermined detection points on the flexible material of a glove provided with a flexible material that is conductive and whose electrical characteristics change according to changes in applied stimuli. an acquisition unit that acquires the electrical characteristics from and gripping state information indicating a gripping state of the article by the gloved hand that stimulates the flexible material;
A grip indicating a state of gripping an article by the gloved hand that applies a stimulus to the flexible material, based on the acquisition result of the acquisition unit, taking as input time-series electrical characteristics when pressure is applied to the flexible material. a learning model generation unit that generates a learning model that outputs state information;
A learning model generator including
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