公立はこだて未来大学 2011 年度 システム情報科学実習
グループ報告書
Future University Hakodate 2011 System Information Science Practice
Group Report
プロジェクト名
筋電義手の開発
Project Name
Development of myoelectricity hand
プロジェクト番号/Project No.
07
プロジェクトリーダ/Project Leader
1009155
高見充
Mitsuru Takami
プロジェクトメンバ/Project Member
1009039
水野大地
Daichi Mizuno
1009041
米陀達人
Tatsuhito Yoneda
1009054
津田吏紗
Risa Tsuda
1009134
高橋謙
1009152
柴田大輔
Daisuke Shibata
1009156
坪沢岳洋
Takehiro Tsubosawa
1009186
牛込裕樹
Hiroki Ushigome
1009205
小山真奈未
1009214
菅原達也
Ken Takahashi
Manami Oyama
Tatsuya Sugawara
指導教員
櫻沢繁
戸田真志
中垣俊之
Advisor
Shigeru Sakurazawa Masashi Toda Toshiyuki Nakagaki
提出日
2012 年 1 月 18 日
Date of Submission
Janualy 18, 2012
概要
病気や事故などによって腕を失ってしまった人々は、生活の中で多くの障害を持つ。そのよ
うな障害を減らすために義手が作られる。義手には幾つかの種類があり、外見を重視した装飾
用義手や特定の作業をするための作業用義手、体の動きに合わせて動作する能動式義手等があ
る。これらの義手を装着することにより障害を減らすころができるが、それぞれの義手には欠
点がある。装飾用義手は物を掴むことができず、作業用義手は引っ掛けることはできるが見た
目はフックのような形をしており、能動式義手は物を掴むことができるがハサミのような形を
しているため、外見がよくない。現在、筋電義手と呼ばれる義手があり、これは筋肉を動かし
た際に発生する筋電位によって動作が制御される。そのため、装着者の思い通りに動かす事が
できる。
実際に、2005 年にシカゴリハビリテーション研究所で開発されたバイオニックアームと呼ば
れる筋電義手が女性に装着されており、この義手は鍵のような小さいものやクラッカー等の壊
れやすいものを掴むなど、精密な動作をした。しかし、バイオニックアームは筋肉に直接電極
を埋め込むため、大手術やそれに伴う高い費用が必要となり、感染症の危険性がある。そこで、
本プロジェクトでは皮膚表面で計測することができる表面筋電位を用いた筋電義手の開発を目
的とした。表面筋電位を用いることで、身体を傷つけることなく安価で筋電義手を作製するこ
とができる。
このプロジェクトでは昨年度に表面筋電位を用いて各指の識別と特定の動作を表現できるロ
ボットを作製した。今年度は各指の識別と物を掴むこと、グー、チョキ、パーの動作識別を目
標とした。そこで、今プロジェクトは筋電位測定班、信号処理班、ロボットハンド班に分かれ
て活動した。それぞれの班が必要な知識を身につけ、各班がロボットに必要な装置を製作し、
それらの装置を組み合わせることでロボットを作った。
キーワード
筋電位、筋電義手、義手
（※文責: 高見充）
-i-
Abstract
People who have lost an arm by sickness or accident are many obstacles in their life.
An artificial arm is made to reduce such an obstacle.Artificial hand has several types.
For example, cosmetic arm valued looks, work arm carry out specific works, functional
prosthesis hand works to the movement of the body.They can reduce obstacles by
attaching these artificial arms, but it has faults.A cosmetic arm can grasp an object. A
work arm can catch with a hook, but it is but looks. A functional prosthesis hand can
grasp an object, but it looks but because it is shaped like scissors. Now, It is called
myoelectric hand that moved by myoelectricity that occurs when a person activates a
muscle. As a result, it can move however them like.
In fact, woman put on myoelectric hand which was called Bionic Arm made of Rehabilitation Institute of Chicago in 2005. This artificial arm have done delicate movement
that take hold of small thing like key and fragile thing like cracker. But we have to bury
electrodes in muscles directly owing to using Bionic Arm. Therefore, a major operation
and a high cost with that are necessary, and there is danger of an infectious disease.
So, this project aimed to produce myoelectric hands which use surface myoelectricity
that can measure of surface skin. We can produce inexpensive myoelectric hands which
don’t hurt one’s body by using surface myoelectricity.
In this project, we made a robot hand with the surface muscle potential in last year.
This robot can identify each finger’s movement and, express the particular motion. In
this year, we aimed to identify each finger’s movement, to catch the objective, and to
identify the movements, for example, rock-paper-scissors, and so on. So, we separated
three groups which are myogenic potential measurement group, signal processing group,
and robot hand group. Each group acquired necessary knowledge, and prepared need
equipments for the robot hand. We combined these equipments. Thus, our robot hand
was completion.
Keyword
myoelectricity, myoelectric hand, artificial arm
（※文責: 高見充）
- ii -
目次
背景
1
1.1
昨年の成果物 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.2
現状の問題点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.3
課題の概要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
到達目標
3
2.1
本プロジェクトの目的 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
2.2
具体的な手順 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
2.3
課題の割り当て . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
第1章
第2章
2.3.1
前期 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
2.3.2
後期 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
第3章
課題解決のプロセスの概要
7
第4章
課題解決のプロセスの詳細
9
4.1
4.2
4.3
第5章
5.1
5.2
5.3
. . . . . . . . . . . . . . .
9
4.1.1
筋電位測定班 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
4.1.2
信号処理班 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
4.1.3
ロボットハンド班 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
各課題解決過程の詳細 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
各人の課題の概要とプロジェクト内における位置づけ
4.2.1
ポスター作製について . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
4.2.2
スライド作製について . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
4.2.3
筋電位測定班 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
4.2.4
信号処理班 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34
4.2.5
ロボットハンド班 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49
担当課題と他の課題の連携内容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61
4.3.1
前期 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61
4.3.2
後期 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63
成果
65
プロジェクトの成果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
65
5.1.1
筋電位測定班 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
65
5.1.2
信号処理班 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
66
5.1.3
ロボットハンド班 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
70
成果の評価 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
75
5.2.1
筋電位測定班 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
75
5.2.2
信号処理班 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
75
5.2.3
ロボットハンド班 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
76
担当分担課題の評価 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
79
- iii -
5.3.1
水野大地 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
79
5.3.2
米陀達人 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
81
5.3.3
津田吏紗 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
82
5.3.4
高橋謙 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
5.3.5
柴田大輔 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
84
5.3.6
高見充 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
85
5.3.7
坪沢岳洋 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
85
5.3.8
牛込裕樹 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
85
5.3.9
小山真奈未 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
86
5.3.10 菅原達也 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
86
第6章
今後の課題と展望
88
付録 A
新規習得技術 1
94
付録 B
新規習得技術 1
95
付録 C
課外活動
97
付録 D
その他製作物
98
参考文献
103
- iv -
Development of myoelectricity hand
第1章
1.1
背景
昨年の成果物
前年度は腕に 32 個の電極を取り付け、表面筋電位を計測し、その値によって義手に取り付けら
れたサーボモータを制御することで精密な動作する筋電義手の作成を行なった。結果として、装着
者が手を握る、開く動作をすると、義手が握る、開く動作をした。しかし、握る、開くという動作
だけで、各指ごとに動かすなどといった細かい動作や物を持つといったような実用的な動作ができ
ないこと、アンプからのノイズが原因で、義手の動作障害が起こってしまうこと、見た目が金属剥
き出しで人間らしい質感に欠けることという問題が残った。
（※文責: 水野大地）
1.2
現状の問題点
筋電位義手は、日本での普及がとても少ない。近年では、国内での研究も進められ、年間に十数
本ではあるが、徐々に実用化も進められている。しかし、筋電位義手は価格が 140 万円以上という
高額であると共に、保険の適用外であることから、まだまだ広く普及することは難しい。また、他
国と比べてみると、医療崩壊が進んでいると言われる国々でも、日本よりは遥かに筋電位義手の普
及が進んでおり、国からの補助も充実していることがわかる。例をあげると、イギリスでは、小児
で手を切断した場合、幼少期から筋電位義手を使用する割合は全体の 70 ％を占めている。またカ
ナダでは、筋電位義手を装着するシステムと訓練システムが確立されていて、自宅での装着や、訓
練も可能になり、通院による経済的負担の軽減や、年齢に合った筋電義手の使用法も進められてい
る。
また価格の他に、筋電位義手はモータを幾つも取り付けていることから、義手の重さも 1 つの課
題としてあげられる。成人では訓練によって、装着時に問題のない程度の重さであるが、子供に
とっては日常的に使用することは困難である。
また、精密な動きが可能になった筋電位義手自体にも問題点がある。現在の主な方法である筋肉
に直接センサーを埋め込む方法だと、大掛かりな手術が必要になり、ユーザーの身体にとても負担
がかかる。幼少期から、このような義手を使う場合では、成長と共に定期的な適合チェックを必要
とし、随時適合するようにセンサーを埋め込む手術を行なっていかなくてはならない。そこでま
た、ユーザーに対し、経済的負担や身体的負担が大きくのしかかり、一般に広く普及することへの
妨げとなっている。
筋電位義手は非常に便利で有用なモノであるが、このように価格や公的資金の充実の他にも、義
手の重さや、安全面、さらには年齢に合った使用法の確立にも課題が残る。
（※文責: 津田吏紗）
Group Report of 2011 SISP
-1-
Group Number 07
Development of myoelectricity hand
1.3
課題の概要
義手を動かすために、筋電位の計測が必要である。その際、使用者に負荷をかけない方法を考え
る。また、計測した筋電位の識別と、その筋電位を用いて実際の手に近い動きができるかを確か
め、その動きを実現できるロボットを作る。また、私生活の助けになるような義手の開発を行う。
（※文責: 小山真奈未）
Group Report of 2011 SISP
-2-
Group Number 07
Development of myoelectricity hand
第2章
2.1
到達目標
本プロジェクトの目的
筋電位の測定の際にユーザーにかかる負担を減らすこと、各指の動作を独立させて制御するこ
と、ロボットハンドの構造をより人の手の構造に近づけることを目標とした。具体的には、電極を
体内に埋め込まずに皮膚に電極を貼付け測定できる表面筋電位を使う。これにより、電極を埋め込
む手術を行う必要がなく、その際の感染症のリスクがなくなる。各指の動作を独立させて制御する
には、学習を行う。各指の動作の際の筋電位を学習させることで、親指、人差し指、中指、薬指と
小指、ジャンケンの動作をさせられるようにする。ロボットハンドの構造を人の手の構造に近づけ
ることで物を持つことを可能にすることができる。
プロジェクト学習で行う利点としては、多人数で行うため個人では思いつかないような意見や考
えを得ることができる。また、開発の作業を分担して行うことができ、担当してる分野に対して深
く勉強をすることができる。さらに、グループで行う開発の手順を学べることや、スケジュール管
理の仕方を学べるなどがある。これは、社会に出る時にとても役立つと考えられる。
（※文責: 米陀達人）
2.2
具体的な手順
プロジェクトの目標を達成できるような成果物を作成すべく以下のような手順を設定した。
1. 筋電義手についての調査
課題：筋電義手とはどんなものなのか、現段階での筋電義手の普及状況や問題点などを個々で
調査し発表する。
2. 理想の筋電義手についての意見交換
課題：どのような筋電義手を作りたいかを話し合う。
3. 目標の設定
課題：理想の筋電義手像を思い描きつつ、最終的にはどのようなものを作りたいか、その最終
的なものを作るには前期までに何ができていないといけないかを話し合う。
4. グループ分け
課題：前腕から筋電位を測定する「筋電位測定班」、その筋電位を処理する「信号処理班」、外
装を担当する「ロボットハンド班」の 3 つのグループに分ける。
5. 各グループでの専門知識と技術の取得
• 筋電位測定班
課題：人間の筋肉、筋電位発生のメカニズムやアンプを作るために電子回路の基本につい
て指導教員や先輩方から講義を受ける。
• 信号処理班
課題：信号処理における専門用語の勉強や前年度の信号処理の流れについて先輩方から講
義を受ける。
Group Report of 2011 SISP
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Group Number 07
Development of myoelectricity hand
• ロボットハンド班
課題：手を動かす際に動いている部位や効率良く力を伝える方法を文献などを使って調べ、
指の構造の試作をいくつか作る。
6. 各グループの知識の共有
課題：週１でグループごとに得た専門知識を発表し、他グループも知識を得る。
7. 各グループでの活動
課題：筋電位測定班、信号処理班、ロボットハンド班に分かれて前期の目標を達成するために
活動する。
• 筋電位測定班
課題：ノイズを除去し筋電位を増幅する電子回路をブレッドボード上に設計、作成し、実
際に筋電位を計測する。
• 信号処理班
課題：ロボットハンドの指を動かすプログラム、pic を動かすための電源を組み込んだマ
イコンボードを作成する。
• ロボットハンド班
課題：1 つのサーボモータで「初期状態」「握る」「開く」の動作をする 5 本指のロボット
ハンドを製作する。
8. 後期に向けての目標の設定
課題：前期で実現できたこと、できなかったことを踏まえて、最終的な目標、成果物について
話し合う。
9. グループ分担とグループでの活動
課題：信号処理班の 2 人は筋電位測定班もサポートする。各グループで成果物の作成やマイコ
ンのプログラミング、電子回路の設計と作成をする。
• 筋電位測定班
課題：筋電位測定のための電極を 24 個作成する。また、筋電位を測定する電子回路をユ
ニバーサル基板で作成する。
• 信号処理班
課題：Arduino を使用し、ロボットハンドの各指の制御および指の二本以上の指の同時動
作を可能にさせる。
• ロボットハンド班
課題：人間の指、手、腕の構造を意識し、人間に近い動きが可能なロボットハンドを設計、
開発する。また、圧力センサを取り付け、ペットボトルを握りつぶすことなく持つロボット
ハンドを製作する。
（※文責: 牛込裕樹）
Group Report of 2011 SISP
-4-
Group Number 07
Development of myoelectricity hand
課題の割り当て
2.3
2.3.1
前期
各人の立候補により以下のように割り当てた。以下のように筋電位を測定するグループ、信号処
理のグループ、ロボットハンド作製グループの 3 つに分かれて作業した。
• 筋電位測定班
柴田大輔
菅原達也
• 信号処理班
米陀達人
水野大地
津田吏紗
坪沢岳洋
• ロボットハンド班 高橋 謙
高見 充
牛込 裕樹
小山 真奈未
2.3.2
後期
後期も前期の割り当てと同じだが、信号処理のグループから 2 名が一時期、筋電位測定のグルー
プをサポートのために移動した。理由は、後期は扱うチャンネル数が大幅に増えるため、２人での
作業は負担が大きすぎると考えたからである。
• 筋電位測定班
柴田 大輔
菅原 達也
水野 大地
坪沢 岳洋
• 信号処理班
米陀 達人
津田 吏紗
水野 大地
坪沢 岳洋
• ロボットハンド班 高橋 謙
Group Report of 2011 SISP
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Group Number 07
Development of myoelectricity hand
高見 充
牛込 裕樹
小山 真奈未
（※文責: 高橋謙）
Group Report of 2011 SISP
-6-
Group Number 07
Development of myoelectricity hand
第3章
課題解決のプロセスの概要
1. 手が動く仕組みの学習
解決過程：指導教員に手が動くまでの仕組みを学んだ。
2. 筋電義手についての学習
解決過程：筋電義手の現状、問題点を洗い出した。
3. 目標の設定
解決過程：筋電義手の現状、問題点を明らかにした上で、筋電義手の理想像を出し合い、前
期・後期それぞれの目標を定めた。
4. 必要な知識についての学習
解決過程：3 つのグループに分け、それぞれのグループに関わる知識を文献を利用し調べた。
5. グループ間での知識共有
解決過程：週に一度、各グループで学習したことを他グループに説明を行った。
6. ロボットハンドの試作
解決過程：ロボットハンド本体には加工しやすい桐を用い、腱と腱鞘には糸とステープラー
を用いて指の動く原理を表現した。
7. ２チャンネルでの筋電位の計測
解決過程：ブレッドボード上に筋電位を測定する回路を２チャンネル分作成し、実際に筋電
位を計測する。
8. アンプの試作
解決過程：ブレッドボードで作った回路をもとに、２チャンネル分の筋電位を測定する回路
をユニバーサル基板で作成する。
9. マイコンのプログラムの作成
解決過程：測定した筋電位に閾値を設定し、その閾値を超える場合のみ動作するプログラム
を作成した。
10. マイコンボードの製作
解決過程：前年度のマイコンを参考に、サーボモータと PIC マイコンを動かすための電源
を組み込んだ。
11. 電極の製作
解決過程：表面筋電位を計測するために、オペアンプを組み込んだ電極を製作した。
12. 試作の動作確認
解決過程：5 本指を持つロボットハンドを製作し、筋電位をアンプ、マイコンを経て設計通
りの動作をするかを確認した。
13. 目標の再設定
解決過程：前期での反省点を考慮して、後期の目標を定める。
14. グループの分担
解決過程：信号処理班は筋電位測定も精通する必要があったため、信号処理班の 2 人は筋電
位測定班のサポートにまわった。
Group Report of 2011 SISP
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Group Number 07
Development of myoelectricity hand
15. ロボットハンドの構造の改善
解決過程：第 3 関節は水かきよりも少し下にあるという点を表現できるようなロボットハン
ドの構造を設計した。
16. ロボットハンドの製作
解決過程：基本的な構造は前期のロボットハンドと同様にし、湿度などの周りの環境に左右
されないプラスチック板を用いて製作した。
17. １２チャンネルでの筋電位の計測
解決過程：１２チャンネルで筋電位を計測し、電極を貼る１２箇所を決めた。
18. 電極の作成（１１月中旬∼１２月上旬）
解決過程：１２箇所での計測を行うために電極を２４個作成した。また、電極の位置がずれ
ないように、ボタンを使って腕のサポーターに電極を取り付けた。
19. 多チャンネル入出力のアンプ製作
解決過程：１２チャンネル分の筋電位を測定する回路をユニバーサル基板で作成した。
20. マイコンの選択
解決過程：多チャンネルでの信号識別と複数のサーボ制御を行うため、マイコンを Arduino
に変更した。
21. 学習方法の確定
解決過程：現在使用されている中で、優秀なパターン認識手法の SVM を使用した。
22. プログラムの作成
解決過程：サーボモータを動かすための Arduino のプログラムと筋電位を読み取るための
Arduino のプログラムと SVM を使って指を判別するプログラムを作成した。
23. 製作物の動作確認
解決過程：設計通りに動作するかを確認し、マイコンとの調整を行った。
24. ロボットハンドの修復、完成
解決過程：最終発表時に壊れてしまった部分の修復、強化を行った。
（※文責: 牛込裕樹）
Group Report of 2011 SISP
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Group Number 07
Development of myoelectricity hand
第4章
4.1
4.1.1
課題解決のプロセスの詳細
各人の課題の概要とプロジェクト内における位置づけ
筋電位測定班
筋電位測定班は、被験者の筋電位を計測し、計測した筋電位を一定の値まで増幅しノイズを取り
除き、筋電位を信号処理班が処理できるような信号に変換して信号処理班に送る。
柴田大輔の担当課題は以下の通りである。
• 4 月・生理学・電気回路についての基本的な知識を担当教員から教えてもらう
• 5 月・電気回路についての詳しい知識を先輩方から教えてもらう
• 6 月・筋電位の計測
• 7 月・２チャンネル分のアンプの作成
• 9 月・義手の構造の決定
• 10 月・パワーラボによる１２チャンネル分の筋電位の計測
• 11 月・電極の作成
• 12 月・電極付きサポーターの製作
（※文責: 柴田大輔）
菅原達也の担当課題は以下の通りである。
• 4 月・生理学・電気回路についての基本的な知識を担当教員から教えてもらう
• 5 月・電気回路についての詳しい知識を先輩方から教えてもらう
• 6 月・筋電位の計測
• 7 月・２チャンネル分のアンプの作成
• 9 月・義手の構造の決定
• 10 月・パワーラボによる１２チャンネル分の筋電位の計測
• 11 月− 12 月・１２チャンネル分のアンプの製作
（※文責: 菅原達也）
Group Report of 2011 SISP
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Group Number 07
Development of myoelectricity hand
4.1.2
信号処理班
米陀達人の担当課題は以下のとおりである。
• 4 月・制作物の決定
• 5 月・マイコンのプログラミング
• 6 月-7 月・マイコンボードの作成
• 10 月・マイコンの選択・マイコンのプログラミング
• 11 月-12 月・学習機能である SVM の実装
（※文責: 米陀達人）
水野大地の担当課題は以下の通りである。
• 4 月・筋電位義手を作るにあたっての必要な知識の洗い出し・必要な知識を詳しく調べる・
必要な知識についての学習・知識の共有・制作物の決定
• 5-7 月・サーボモータを動かすためのマイコンに書き込むプログラムの作成・スライド作成
• 10 月・新しい目標决め・新しく使うマイコンの学習・筋電位測定
• 11-12 月・機械学習に関する学習・回路の作成・スライド作成
（※文責: 水野大地）
津田吏紗の担当課題は以下の通りである。
• 4 月・ロボットハンド作成に当たっての必要な知識の学習・必要な知識の単語を調べる・現
在ある義手を調べまとめる・製作物について話し合う
• 5 月・信号処理班に配属・中間の製作物についての話し合い・製作物の決定・プログラム環
境を整える
• 6 月・前年度のプログラム解析・2ch のプログラム作成・回路の作成
• 7 月・成果物の最終調整・中間発表準備
• 10 月・中間のロボットハンドの改善・必要な知識の学習・プログラム環境を整える・前年度
のプログラム解析・識別法の考案
• 11 月・SVM の導入、組み立て・圧力センサのプログラム作成・回路の作成 ・動作確認
• 12 月・最終発表の準備
（※文責: 津田吏紗）
坪沢岳洋の担当課題は以下の通りである。
• 4 月・プロジェクト後期目標の設定、去年の製作物の詳細を調べる、今年の製作物の決定
• 5 月-7 月・１２チャンネルでの人差し指と中指の筋電位測定
• 8 月・学習アルゴリズムの学習、ＳＶＭの応用
• 9 月-11 月・ＳＶＭを用いた識別プログラムの作成
• 12 月・信号処理班ポスター作成
（※文責: 坪沢岳洋）
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4.1.3
ロボットハンド班
高橋謙の担当課題は以下の通りである。
• 4 月・先生からの講義、メンバーの配属決定、中間までの目標設定
• 5 月∼7 月・ロボットハンドの作成 (素材の決定、指の関節構造の決定、ロボットハンドの
完成)
• 9 月・後期のロボットハンドについての話し合い (特に全体の強度と素材について)・素材の
決定
• 10 月∼11 月・ロボットハンド作製
• 12 月・ロボットハンド作製・発表準備と練習
（※文責: 高橋謙）
高見充の担当課題は以下の通りである。
• 4 月・プロジェクトにおける目標の設定・必要知識の学習
• 5 月・ロボット考案・試作
• 6 月・構造決定・製作開始・スライド作製
• 7 月・ロボット仕上げ
• 9 月・最終成果物の考案
• 10 月・成果物の仮決定・プロトタイプ作製
• 11 月・成果物決定・設計考察
• 12 月・成果物完成・スライド作製・発表
（※文責: 高見充）
牛込裕樹の担当課題は以下のとおりである。
• 4 月・筋電義手製作に当たっての必要な知識の洗い出し・必要な知識を詳しく調べる・必要
な知識につ いての学習・目標の設定
• 5-7 月・義手の試作
• 7 月・試作の動作確認
• 10 月・目標の再設定・義手の構造の考案
• 11 月・アクリル板を用いた義手の製作
• 12 月・製作物の動作確認
（※文責: 牛込裕樹）
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小山真奈美の担当課題は以下のとおりである。
• 4 月・ロボットハンド作成に当たっての必要な知識の学習・必要な知識の単語を調べる・現
在ある義手を調べまとめる・製作物について話し合う
• 5 月・ロボティクス班に配属・中間の製作物についての話し合い・製作物の決定・ロボット
ハンドの製作
• 6 月・ロボットハンドの製作・部分的な試作品の製作
• 7 月・中間発表の準備・ロボットハンドの製作・動作確認
• 10 月・中間のロボットハンドの改善・改善部分の試作・必要な知識の学習 ・石膏とかた
とっての試作
• 11 月・ロボットハンドの作成・ラテックスの試作
• 12 月・最終発表の準備・ロボットハンドの作成・動作確認
（※文責: 小山真奈美）
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4.2
各課題解決過程の詳細
4.2.1
ポスター作製について
米陀達人
前期ではメインポスターと筋電位測定班のポスターを、後期では、メインポスターを担当した。
前期のメインポスターでは、筋電義手が動くまでの流れを写真と簡単な説明で分かるように工夫
した。最初は、この部分がポスターの半分を占めていたのだが、先生に見てもらったところ、前年
度の筋電義手とほぼ動きの流れは変わらず、今回私たちが作成した筋電義手の何が前年度の筋電義
手と違うのかがわからない状態であると指摘された。そこで、動きの流れの部分を小さくし、今回
作成した筋電義手と前年度の筋電義手の違いを箇条書きで対比させて記述した。前年度の筋電義手
と大きく違う指の構造については、図を使い構造と動きの違いをわかりやすくなるよう表現した。
筋電位測定班のポスターでは、筋電位を測定している場所がわかるように実際の写真にどの部分に
電極を貼っているかをわかりやすくなるように矢印で表した。また、指の屈曲時と伸展時に筋電位
がどのような波形を示すかを図を用いて表した。しかし、図よりも実際に計測した時の写真の方が
わかりやすいと思い、図を写真に入れ替えた。
後期のメインポスターでは、中間発表から大きく変わったシステムの流れ、中間発表での問題点
とそれをどのように改善するかについて記述した。システムの流れでは、学習と実行の時のシステ
ムの流れがどのように違うかを一目で分かるように図にして表現した。流れが同じ部分までは一つ
にまとめて、学習と実行の時で動作が違う部分から分かれるように描いた。改善点の部分では、中
間発表で明らかになった問題点を箇条書きにして、それに対してどのように改善したかを記述し
た。しかし、班毎に工夫して問題点を改善したのでそれをわかるように記述した方が良いとアドバ
イスを頂いた。そこで、班毎に担当した問題点と改善点を記述し、背面に比較として中間発表と最
終発表のロボットハンドの画像を載せた。
（※文責: 米陀達人）
坪沢岳洋
前期と後期の信号処理班のポスター制作を担当した。
前期のポスターでは、筋電位を受け取りサーボモーターを動かすまでの行程を 3 つに分けて、そ
れぞれの行程を写真と解説を入れて説明した。しかし、初期の写真では、写っているものが何を表
現したいのか、どんな処理を行なっているかがわからないものであった。そこで、写真を取り直
し、その写真に大まかな処理の流れを見やすい色で書くことで、写真を見て一連の流れが分かるよ
うにした。
後期のポスターでは、今回のプログラムのメインである学習機能として使用した SVM(サポート
ベクターマシン) についてと信号の処理の流れについて記述した。SVM でどのようにデータを処
理しているか、どのようにデータを識別しているかについての説明をした。その際、イメージをし
やすいように図も挿入した。
（※文責: 坪沢岳洋）
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小山真奈未
中間発表においてのポスター作成をするにあたって、初めてイラストレータを使用した。ポス
ターの内容としては、活動概要、モデルについての説明、屈曲の仕組みについて、伸展の仕組みに
ついてとサーボモータ部についての説明を簡潔にまとめたものを記載した。ポスターの文章を作成
するにあたり気をつけたことは、読んだ人が文章から仕組みを想像しやすい文を作成するという
ことだ。ロボットハンドの伸展・屈曲は、最も工夫したことなのでその説明に最も力を入れた。更
に、説明のための画像が見つからなかったのでインターネットを見本に自分で画像を製作した。ま
た、注目して欲しい箇所などを赤枠で囲むなどの工夫も行った。
最終発表時のポスターは、要領が少しつかめていたので、中間よりはスムーズの作業が進んだ。
屈曲や伸展の仕組みは中間とあまり変わっていなかったので、中間時のポスターの文に今回の工夫
したことを書き加えた。中間のロボットハンドから大きく変わったことは、材料、腕の構造とサー
ボモータの個数だったので、そこを中心に概要と活動内容についてかいた。更に、イラストレー
ションを使い屈曲・伸展のイラストを描いたり、サーボホーン部の円盤を拡大して載せるなどわか
りやすく工夫した。そして、あまり色を多くせずシンプルに仕上げた。
（※文責: 小山真奈未）
今回のプロジェクトで作製したポスターを並べる。
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図 4.1 前期メイン
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図 4.2
図 4.3
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前期筋電位測定
前期信号処理
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図 4.4 前期ロボットハンド
図 4.5 後期メイン
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図 4.6
図 4.7
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後期信号処理
後期ロボットハンド
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4.2.2
スライド作製について
後期のスライドで気をつけたことは前期と変わらず、文字を減らして図を増やしたことである。
その図の説明については口頭で説明するようにした。発表者が自分の担当する部分のスライドを作
製し、各々できたスライドを繋ぎ合わせた。私が担当した部分は本プロジェクトの説明とロボット
ハンドの説明をするスライドである。文字を減らして図を多くすることでスライドの枚数は増え
た。スライド一枚ずつに簡単な説明したため、スムーズな発表をすることができた。
（※文責: 高見充）
4.2.3
筋電位測定班
4 月の時点では筋電義手について詳しく知らなかったので、義手というものはどういうものなの
かを個人でホームページや本を使って調べ、どのような義手を作ることを最終目標とするかを決
めた。自分が調べた義手についてのイメージや理想をディスカッションした後、プロジェクトメン
バー全員で筋電位について知るためにまず筋収縮の生理学を担当教員の講義を受けて学んだ。
生理学：人間の筋肉は、筋肉組織を形成する収縮性のある筋細胞、または筋繊維という細長い繊維
状束により形成されている。筋肉細胞が束になって筋細胞にはミオシンとアクチンという 2 種類の
タンパク質が存在し、これらが互い違いに重なったって相互にスライドする構造となっている。神
経系からの伝達により、カルシウムイオンの濃度変化を感じ、カルシウムイオンの濃度変化を感じ
てトロポニンがカルシウムイオンを受容する。ミオシンとアクチンの相互作用抑制が解除されミオ
シンとアクチンが滑り運動を開始する。これが筋収縮である。収縮後、カルシウムイオンがカルシ
ウム小胞に回収されミオシンとアクチンの相互作用抑制により筋弛緩となる。筋肉が収縮・弛緩す
るとき、微弱な電位が発生する。これが筋電位であり、電位とは電圧であり電流を流そうとする圧
力のことである。
電気回路：筋電位を計測するために必要最低限の知識を講義で教わった。ここではオームの法則、
オペアンプ、反転増幅器、非反転増幅器について説明する。
オームの法則
電荷が物体中を移動すると電流となる。電流の強さは、ある断面を単位時間に通過する電気量で
定める。電流の単位にはアンペア（記号 A）を用いる。また、電流を流そうとする働きを電圧と
いう。電圧の単位にはボルト（記号 V）を用いる。ある導体にかかる電圧 V（V）と流れる電流 I
（A）の間には、次の比例関係があることがわかる。
V ＝ RI
この関係をオームの法則という。この比例定数 R が電流の流れにくさを示す量であり、抵抗また
は電気抵抗と呼ばれる。抵抗の単位にはオーム（Ω）を用いる。このオームの法則により、電圧、
電流、抵抗のうち２つが判明していれば残りの１つも計算で簡単に求めることができる。
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オペアンプ
理想的には「入力インピーダンスが無限大、出力インピーダンスがゼロ、電圧利得が無限大、直
流から無限大の周波数まで増幅できる、雑音がない、入力が０のときの出力は０」という特徴を持
つ演算増幅器のことである。反転増幅器や非反転増幅器、インスツルメンテーションアンプの回路
を作るのに使用する。
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反転増幅器
反転増幅回路は電圧の正負の値を反転して増幅する回路である。増幅率は以下の式となる。
Vout = −
R2
× Vin
R1
図 4.8
反転増幅回路
非反転増幅回路
非反転増幅回路は電圧の正負の値を反転せずに増幅する回路である。増幅率は以下の式となる
Vout = (1 +
R2
) × Vin
R1
図 4.9 非反転増幅回路
５月からは各班に分かれてそれぞれ詳しい知識を身につける。筋電位測定班は筋電位を測定する
アンプを製作するために、去年のプロジェクト学習の先輩方から電気回路について教えてもらっ
た。ここではコンデンサー、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、整流器、差動増幅回路、イン
スツルメンテーションアンプについて説明する。
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コンデンサー
キャパシタンスにより電荷を蓄えたり、放出したりする受動素子である。容量に電圧 V を加え
ると、電荷 Q クーロン（ｑ）が蓄積される。V と Q は比例関係にあり、次式で記述される。
Q ＝ CV
コンデンサーの特徴として、周波数が高くなるほど電流を流しやすくインピーダンスが低い。ま
た、周波数が低くなるほど電流を流しにくくインピーダンスが高い。ここでのインピーダンスとは
変化を嫌う力、つまり抵抗である。
ハイパスフィルタ
カットオフ周波数より高い周波数の信号を通し、低い周波数の信号を通さないようにする回路の
ことである。低周波数のノイズの除去に使用している。フィルタでのシステム応答の限界（ある周
波数を超える）であるカットオフ周波数ｆ c は次式で記述される。
fc ＝
1
2πCR
ローパスフィルタ
カットオフ周波数より低い周波数の信号を通し、高い周波数の信号を通さないようにする回路の
ことである。高周波数のノイズの除去に使用している。フィルタでのシステム応答の限界（ある周
波数を超える）であるカットオフ周波数ｆ c は次式で記述される。
fc ＝
1
2πCR
整流器
交流電力を直流電力に変換する電力変換装置である。一般的にダイオードなどの整流素子によっ
て構成される。これは、信号処理班では交流信号を処理することができないので、筋電位を正の値
に変換するために行う。整流器の回路には大きく分けて半波整流と全波整流の２つがあり、半波整
流は、交流の正弦波の正の部分のみが取り出され、負の部分はダイオードを通過できずに直流電力
となる。全波整流は、交流の正弦波の負の部分が正の値に変換されて直流電力となる。全波整流に
比べ半波整流は精密性が低いが、半波整流は整流素子１個で作れるため、アンプの中の回路では半
波整流を用いた。
差動増幅回路
差動増幅回路は、２つある入力電圧の差をとって増幅するという増幅回路のことである。例とし
てインスツルメンテーションアンプなどがある。２つの測定電極に同相で誘導されるノイズがある
場合それらの差を取ることにより、ノイズを取り除くことができる。
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インスツルメンテーションアンプ
工業用、計測用として広く用いられている差動増幅回路のことである。増幅度の設定を一本の抵
抗で行うことができ、入力インピーダンスも高く、差動出力も可能な回路であり、増幅率は以下の
通りになる。
Vout = (V+in − V−in ) × (1 +
R3
2 × R1
)×
R0
R2
図 4.10 インスツルメンテーションアンプ
６月に入り、実際に筋電位を計測してみる。このときの計測に必要な道具はアンプ、導電性布、
電極である。電極は人の筋肉に貼るものであり、表面筋電位を計測するために平たく丸い形をして
いる。インスツルメンテーションアンプの回路の最初の部分にあたり、差動増幅である。インスツ
ルメンテーションアンプの回路の最初の部分を電極にすることで、入力インピーダンスを高くし、
ノイズを最小限に抑えることができる。ちなみにこの電極は、去年のプロジェクト学習で先輩方が
使っていたものを使わせてもらった。導電布は本学の戸田真志准教授らが開発したものであり、金
属の性質を持った布であり、非常に伸縮性が高い。この導電布を電極の上に強く巻きつけ、導電布
とアースを繋げることで、外部からのノイズを取り除くことができ、なかなか綺麗に計測できない
表面筋電位でも綺麗に計測できる。アンプについて、最初ははんだ付けが不要であり、各種電子部
品やジャンパ線を差し込むだけで電子回路を組むことのできるブレッドボード上でアンプの製作を
行った。製作したアンプの回路図は以下の図 4.4 である。
この回路図は去年のプロジェクト学習で使った回路図を先輩方から教えてもらい、抵抗値などを
少し改良したものである。まず最初に、インスツルメンテーションアンプを通すことにより、外部
の機器から発生する同相のノイズを取り除く。次に、ハイパスフィルタを通すことによって体の揺
らいだときに発生するモーションアーチフェクトを取り除く。次に、ダイオードを通して半波清流
を行うことによって、筋電位を正の値に変換する。次に積分回路を通すことによって、信号の包絡
線を抽出し、周波数を低くする。最後に、反転増幅を行い、波形を見やすい大きさに増幅する。こ
のとき、被験者によって筋電位の強さが異なるので、可変抵抗を用いることによって増幅率を調整
し、被験者にあった値に増幅できる。
次に筋電位の測定方法について説明する。計測するにあたり必要な道具は前述の通り電極、導電
布、アンプである。最初にアンプに電極と電源を接続する。１つの電極に対してプラス、マイナ
ス、入力信号の３つを接続する。次にアンプ回路の入力先に信号の波形を目で見ることができるオ
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図 4.11 製作したアンプの回路図
シロスコープという装置を接続する。これは、実際に計測した筋電位の信号を目で見れるようにす
るためである。オシロスコープにも電源とアースを接続する。次に、腕に電極をテーピングテープ
を使って貼り付ける。電極を貼る位置は、最も表面筋電位を計測しやすいと教わった伸筋の箇所に
貼る。１チャンネル分の回路に対して、２つの電極を使い、差動増幅を取る。２つの電極を貼ると
き、筋肉の筋に沿って電極間の距離を１ｃｍほどあけてテーピングテープを使って肌に貼り付け
る。次に、導電布を腕に巻きつけ、ワニ口リード線を使って導電布とアンプのアースを接続し、外
部からのノイズを取り除く。最後に電源を入れ、実際に手を動かしてみる。このとき、電極を伸筋
の部分に貼ったので、手首を思い切り反るような動きをすることで、筋電位が出ていることを確認
できた。また、これからアンプや電極を作成する際に半田付けを行う機会が多くなるため、半田付
けの練習も行った。
７月にはブレッドボードに２チャンネル分のアンプを作成し、２チャンネル分の筋電位の計測を
行った。指の屈曲時に強い筋電位が発生する屈筋にチャンネル１として電極を貼り、指の伸展時に
強い筋電位が発生する伸筋にチャンネル２として電極を貼る。このとき、グーの動作時はチャンネ
ル１の筋電位が計測され、チャンネル２の筋電位はほぼ計測されず、パーの動作時はチャンネル２
の筋電位が計測され、チャンネル１の筋電位はほぼ計測されないことを確認した。このブレッド
ボードで作ったアンプをもとに、ユニバーサル基板上でアンプを作成する。これは、ブレッドボー
ドでは、ボードの穴と抵抗の間から接触抵抗が発生したり、物理的に安定しなかったり、見た目が
ブレッドボードよりもユニバーサル基板のほうが美しいためである。
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設計図の作成
基板を製作するにあたり、まず最初に設計図を作成しなければならない。設計図を作成すること
によって、基板を作成するときに穴の位置を間違える失敗を減らしたり、基板が完成した後に動か
なくなってしまったときに設計図を見ることによって失敗した部分が見つかりやすくなったり、第
三者にアンプの回路の説明するとき、設計図を見せることによってスムーズに説明することがで
きる。まず、オペアンプに電力を供給するためのプラスとマイナスの電源の位置と、グラウンドの
位置を決める。この３本は２つあるアンプに対してできるだけ端のほうに設置するのが望ましい
ので、グラウンドをその真ん中に通し、プラスとマイナスの電源を基板の端のほうに置いた。しか
し、この設計ではオペアンプに向きが決まっているため、左右対称の設計図にすることができな
い。そのため、上のアンプと下のアンプの設計図が異なり、わかりにくい設計図になってしまう。
これを改善するため、２つのアンプに対して上にグラウンド、下に電源と固定することで、全く同
じ回路を上下に作ればよいため、解りやすくなった。また、抵抗を立てることでスペースを減らせ
ることや、できるだけ基板の表面に配線を出さないほうがいいことについてアドバイスをいただ
き、基板を作るための設計図が完成した。
ユニバーサル基板上でのアンプの製作
設計図をもとにユニバーサル基板でアンプの製作をする。最初に基板の表面に比較的大きな部品
であるオペアンプや抵抗を半田付けにより接着する。ここで、半田付けが不良である場合は電気が
通らなくなるので気をつけるようにと忠告を受けた。表面に取り付ける電機素子を接着したら、次
に基板の裏面の配線の部分を作る。配線は主に抵抗の足をつなげて作る。このとき、配線が基板か
ら浮いてしまうと、その浮いた部分がコンデンサーとなってしまい、正確な値が計測できない場合
があるので、基板と配線をしっかりとくっつけることに注意して半田付けを行った。実際に完成し
た基板が図 4.12 である。
図 4.12 完成した基盤
完成した基板が正常に動作するかどうかををオシロスコープを使って確認する。確認し正常な
動作をしない場合はデバックをしなければならない。主にバグは半田付けの不良やプラス、マイナ
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ス、アースが全てに供給されていない場合が多いので、回路の途中にプローブをあてて、あてたと
ころまでの波形が正常かひとつひとつ確かめるしかない。この作業は技術や経験が問われるので、
たくさんの時間を費やし、担当教員・先輩方からたくさんのアドバイスをいただいた。動作確認が
成功し、この完成したアンプを使い中間発表を行った。
９月には最終発表までに作る義手について皆でディスカッションを行った。筋電位測定班として
は、７月までは２チャンネルで筋電位を計測し、グーとパーの動作しかできなかったが、最終発表
は筋電位計測に１２チャンネル、センサに４チャンネルを使い、親指、人差し指、中指、薬指と小
指の屈曲動作、そしてグーとチョキとパーの動作ができる義手の作成を目標とした。
１０月ではパワーラボを使って１２チャンネル分の筋電位の計測を行った。今まではオシロス
コープを使って最大４チャンネル分の波形しか見ることができなかったが、パワーラボをパソコン
に繋ぎ、チャートというソフトを起動すると、最大１６チャンネルの波形を一度に見ることができ
る。そしてパワーラボの最大の利点は、例えば１チャンネルと 2 チャンネル、２チャンネルと６
チャンネル、３チャンネルとそれ以外のチャンネル等のように一目で波形の違いを見比べることが
できる。このパワーラボと１２チャンネルを計測できる EMG 計測専用のアンプを使い、１２チャ
ンネルの計測で、人差し指の第二関節の屈曲時と薬指の第二関節の屈曲時の筋電位の値の大きさの
違いを調べてみた。ここで、パワーラボを使用する作業は用意は計測に手間がかかるため、信号処
理班の中の２人に手伝ってもらった。計測するとき、電極の位置は腕の内側部分に、横に４チャン
ネル並べたのを縦に３つずつ貼り付けた。人差し指屈曲時、薬指屈曲時、初期状態のデータを何回
か繰り返し試行し、チャートでデータ解析した結果、いくつかのチャンネルでは全く筋電位を確認
できなかったが、何チャンネルかは人差し指と薬指の屈曲動作時に筋電位の値の大きさの違いが見
られた。このデータを指導教員に見てもらい、信号処理班が筋電位情報の識別に使う学習方法にサ
ポートベクターマシンを使うことを決め、また、多チャンネルでの筋電位の計測の仕方についても
アドバイスをいただいた。
１１月から１２月にかけては最初に信号処理班と一緒にサポートベクターマシンについてイン
ターネットや本を使って情報を集めた。途中から筋電位測定班はそろそろアンプを作らないと時間
がないということで、大きく分けて「２４個の電極作成」
、
「電極付きサポーターの作成」
「１２チャ
ンネル分のアンプの作成」の担当に分担した。
（※文責: 柴田大輔）
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電極の作成
最初に電極のつくり方を記述する。図ーを見ながら説明を読むと解りやすい。
図 4.13 オペアンプのピン番号
1. オペアンプの足を全て上へ曲げる。このときピンセットを使ってピンがオペアンプから取れ
てしまわないように注意する。
2. オペアンプの１ピン、５ピン、８ピンの足ををピンセットを使ってもぎ取る。具体的にピン
セットでもぎ取りたいピンを挟み、金属疲労の原理でピンをはずす。このとき、できるだけ
根元から取れるように力加減を上手い具合に調節する。
3. オペアンプの２ピンと６ピンを導線でつなげ、離れないようにはんだ付けをする。ここで、
導線をつなげる際にしっかりとはんだ付けを行わないと電気を通さないので失敗作となって
しまう。しっかりとつながっているかどうかはチェッカーを使って確かめることができる。
4. オペアンプの４ピンと７ピンを上にあげる。このとき、４ピンは３ピンと離れるように、７
ピンは６ピンと離れるようにピンを上にあげると後のはんだ付け作業がやりやすくなる。こ
のときもピンが折れやすいので注意する。
5. コネクタとオペアンプを両面テープで固定し、コネクタの一番左側の線とオペアンプの４ピ
ン、コネクタの真ん中にある線とオペアンプの２ピン・６ピンをつないだ導線、コネクタの
一番右側の線とオペアンプの７ピンにそれぞれはんだ付けを行う。このとき、コネクタの絶
縁体の約１ミリから２ミリの長さをワイヤストリッパを使って剥く。剥いた先の導線をはん
だでコーティングすると導線の束がまとまり、はんだ付けの作業がやりやすくなる。
6. 銀板を丸い形に切り取り、平らにした後オペアンプの３ピンと接続する。銀板は高価なもの
であり、しわがはいりやすかったり指紋が付きやすいので丁寧に扱う必要がある。銀板を直
径約１ｃｍの大きさで切り抜き平らに伸ばす。その後、銀板の上にオペアンプを乗せて、オ
ペアンプの３ピンと切り抜いた銀板をはんだ付けにより接着する。接着する際、銀板を最初
にはんだごてで温めておき、十分銀板が温まったらオペアンプの３ピンと銀板とはんだを同
時にくっつけると上手くはんだ付けができる
7. オペアンプが隠れるように数回に分けてボンドをつける。また、コネクタ周りにもつける。
このとき、やけどする恐れがあるので、必ず電極の銀板以外の金属部分がボンドで覆われて
いなければならない。
8. 電極に付けたボンドの上に凸型のスナップ式ボタンを乗せて、それらをボンドで固定する。
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このとき、ボタンと電極が平らになるようにする。
以上で電極の完成である。この電極を２４個作成した。
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電極付きサポーターの作成
電極の位置を指を曲げたときに筋電位が強く発生する筋肉の位置に固定するため、また今までの
測定方法ではテーピングテープを使って１２箇所に電極を貼る方法は手間がかかるため、腕にサ
ポーターを巻くだけで電極電極の位置を測定する位置に固定できる電極付きサポーターを作成し
た。
最初に電極を貼る位置を１２箇所決める。指の屈曲の動作時に筋電位が発生しやすい腕の内側部
分に電極を１２箇所並べた。電極の位置は以下の図 4.14 のように決めた。１番と２番は親指の第
図 4.14
電極の位置
一関節を曲げる筋肉である長母指屈筋の位置である。３番から１０番は人差し指、中指、薬指、小
指の第二関節を曲げる筋肉である浅指屈筋の位置である。１１番はグーの動作時に強い筋電位が発
生する屈筋、１２番はパーの動作時に強い筋電位が発生する伸筋の位置である。
次にサポーターを作成する。サポーターに使うのは、市販の布製の大きめの膝用サポーターであ
る。これは布製だと加工もしやすく伸縮性もあり、裁縫により大きさを調整しやすいので、大きめ
の膝用のサポーターを選んだ。
最初にサポーターの裏に導電布を縫い付けた。これは、表面筋電位を計測する際に、ノイズがの
らないようにするためである。次に、サポーターを腕にはめて型を取り、余分な部分を糸で縫い、
余分な部分と腕に巻く部分にマジックテープを取り付ける。これは、どの腕のサイズの人でも使え
るようにするためと電極が浮いてしまうことを防ぐためである。次に、サポーターの電極を付ける
位置に凹型のボタンを取り付け電極を通すための穴をサポーターに空ける。サポーターの上にはん
だごてを押し当てることによって穴を空けることができる。最後に、サポーターの穴に電極の配線
を通し、ボタンを付け、配線にアンプにつなげるためのコネクタを取り付け完成である。
実際に完成した電極付きサポーターが図 4.15 ある。実際にこのサポーターを使って１２チャンネ
ル分の筋電位を計測してみたところ、電極の高さが高いため肌と電極の間に隙間ができてしまうの
で、少しきつめにマジックテープをしめなければならない。
図 4.16 実際に装着されたサポーター
図 4.15
完成した電極付きサポーター
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（※文責: 柴田大輔）
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１２チャンネル分のアンプの作成
前期は５本指の同時の屈曲と伸展の動作時に発生する筋電位を用いて握る、開く、脱力状態の３
パターンの動作の可能な義手を制作した。後期は各指の独立した動作を行うことが可能で、かつ圧
力センサを搭載してものをつかめるような義手の製作を目標としていた。各指の独立した動きに対
し、各動作の判別を行うには前期のような 2 ヶ所だけの測定ではとても難しく、前腕部のより多く
の箇所で筋電位測定をしなければならない。後期で信号処理班が使用することとなった Arduino
Mega は入出力ポートが多く、入力ポートが 16 個あった。その内で圧力センサに４個のポートを
使用するということとなり、残りの 12 個を筋電位の入力用として使用することとなった。そこで
後期では 12 チャンネルで増幅回路を製作することとなった。今回製作した 1 チャンネル分の回路
の各動作の概要は、まずインスツルメンテーションアンプを通して差動増幅を行い、同相のノイズ
の除去を行う。次にハイパスフィルタを用いることで低周波成分のノイズ、及び直流成分をカット
する。Arduino Mega の A/D 変換は正の電荷しか扱うことができないので、ダイオードを用いて
負の電荷をすべてカットし、交流の正の半サイクルのみの半波整流に変換する。さらにこのままで
は周波数が高すぎてパソコンで処理ができないので、高すぎる周波数を下げるためリーク型の積分
回路で包絡線を抽出する。積分回路の出力でプラスマイナスが反転して負の値になってしまうの
で、最後に反転増幅回路をもちいて出力のプラスマイナスを反転させ正の値にした。また、半波整
流回路の前後に非反転増幅回路を組み込むことによって、半波整流回路に含まれる抵抗がハイパス
フィルタとリーク型積分回路のオペアンプに対して干渉してしまうという問題を解消した。インス
ツルメンテーションアンプは１０倍の増幅率、ハイパスフィルタのカットオフ周波数は約５３ヘル
ツとなっている。非反転増幅回路はどちらも７６倍の増幅値となっており、リーク型積分回路を抜
けた後の反転増幅回路には可変抵抗を用いて増幅値を調節できるようにし、0 倍から 392 倍までの
増幅が可能となっている。これにより、最後の微調整のための増幅が可能となっている。インスツ
ルメンテーションアンプはオペアンプを３つ使用する差動増幅回路であるため、それぞれのオペア
ンプに相性があったりと、オペアンプの交換が必要な場合がある。よって、交換の容易なシングル
オペアンプ OP07 を用いた。インスツルメンテーションアンプとハイパスフィルタをぬけた後の
２つの非反転増幅回路、リーク型積分回路、反転増幅回路のそれぞれの回路に 1 つずつ、合計４
つのオペアンプが必要となる。そこで、クワッドオペアンプ OP497 を使用し、そうすることで小
型化をはかった。小型化により空いたスペースに、電源回路を組み込んだ。電源回路は、プラスマ
イナス 9V の電圧をレギュレーターを通すことでプラスマイナス 5V に落とし、落とした電圧を増
幅回路にかけるような回路であった。しかし、プラスマイナス 5V を増幅回路に供給せず、正確な
動作をしなかった。最終発表ではこの電源回路は使用せず、外部電源によって回路に電源を供給し
た。今回、この１チャンネルとして１２列を両面スルーホールガラス・ユニバーサル基板に並べ、
１２チャンネルの増幅回路の作成を行なった。
OP497
高性能オペアンプ OP97 は、従来の OP07 から電気特性を大幅に向上させたオペアンプである。
特に直流精度を向上させ、さらに低い広帯域ノイズ特性となっている。また、消費電流が 1/6 で
あるということもおおきな特徴となる。今回使用したクワッドオペアンプは、高性能オペアンプ
OP97 のクワッドタイプである OP497 であり、今回の１２チャンネルの増幅回路において２つの
非反転増幅回路、リーク型積分回路、反転増幅回路を 1 つのクワッドオペアンプ OP497 で作成
した。
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図 4.17
１２チャンネルの増幅回路 (表)
図 4.18
１２チャンネルの増幅回路 (裏)
図 4.19 クワッドオペアンプ
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両面スルーホールガラス・ユニバーサル基板
両面スルーホールの基板は半田面、部品面の両方にパッドがあり、かつ半田面と部品面が電気的
につながっているという特徴のある基板である。半田面と部品面が電気的につながっているので
ジャンパー線を引くときには十分に気を付けなければならない。また、一度半田付けすると、部品
の取り外しが難しくい。今回、両面スルーホールガラス・ユニバーサル基板を使用して 12 チャン
ネルの増幅回路を製作した。
図 4.20 両面スルーホールガラス・ユニバーサル基板
図 4.21 両面スルーホール基板と片面基板の断片の比較
（※文責: 菅原達也）
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4.2.4
信号処理班
今回、私たち信号処理班は大きく分けて、識別法、圧力センサ、回路制作の 3 つのグループに分
かれて、それぞれの作業を行なった。
まず識別法は、前期で用いた閾値判別ではなく、学習で用いなかった未知のデータを上手く分類
できるという点に注目し、現在使われているパターン認識手法の中で、最も優れている学習モデル
の 1 つである SVM という手法を選んだ。
また、前期の成果物では、手を握った状態手を開いた状態手の力を抜いた状態という 3 つの動作
には成功したが、実生活での活用法については考えていなかった。そこで私たちは、生活ではかか
すことができないモノを持つというアクションを義手に実現させるべく、圧力を感知することがで
きるセンサを導入することにした。
また、今回 Arduino というマイコンを使用にするにあたって、サーボモータ、圧力センサをマイ
コンとつなぐ為の回路の制作を前期に学んだ知識を活かし、一から行なった。
信号処理班では、前期に学んだことをふまえ、これら 3 つに注目し、詳しく見ていく。
（※文責: 津田吏紗）
前期成果物について
中間発表に向けて作成したロボットアームは、屈筋側と伸筋側からの表面筋電位を測定し、２つ
の電気信号の大小を比較して装着者が手を握っている状態なのか、手を開いている状態なのか、ま
たはどちらでもない状態なのか識別して、一番近似した状態に駆動する。
以下のプログラムは、前期製作物に使用された２つの電気信号から識別された結果からサーボ
ホーンの角度を指定し、サーボモータへ指定した値を送信するという識別プログラムである。
プログラム１
//2 チャンネルのサーボホーン指定用プログラム
#include <16f873.h>
#fuses HS,NOWDT,NOPROTECT,PUT,BROWNOUT,NOLVP
#device ADC=10
#use delay(clock = 20000000) // clock を 20MHz に設定
#use fast_io(B) // 固定入力モード
void ccp1_int(void); // プロトタイプ
void ccp2_int(void); // プロトタイプ
//メイン関数////////////////////////////////////
main(){
long t=9000; //パルス幅の設定用変数
long flag0=10000; //手を開いたときパルス幅の値
long flag1=9000; //手の力を抜いたときのパルス幅の値
long flag2=5000; //手を握ったときのパルス幅の値
long data;
float v=0; //PIN0 からの電気信号読み込み用変数
float v2=0; //PIN3 からの電気信号読み込み用変数
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setup_timer_1(T1_INTERNAL | T1_DIV_BY_1);
setup_ccp1(CCP_COMPARE_INT); // CCP1 コンペアマッチ割込み設定
setup_ccp2(CCP_COMPARE_INT); // CCP2 コンペアマッチ割込み設定
set_timer1(0x0000); // TMR1 クリア
CCP_1 = 0; // パルス幅 0
CCP_2 = 50000; // 周期 0.4u * 1 * 50000 = 20ms
set_tris_b(0); //RC 7-0:OUT
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setup_adc_ports(RA0_RA1_RA3_ANALOG); //AD 変換の関数。ポート 3 つをアナログ信号で
受
け取る
setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_32); //ある周期（今回は３２）で実行
enable_interrupts(INT_CCP1); //CCP1 コンペアマッチ割込み許可
enable_interrupts(INT_CCP2); //CCP2 コンペアマッチ割込み許可
enable_interrupts(GLOBAL); //全設定割込み許可
while(1){
set_adc_channel(0); //AnalogPIN の指定 (PIN0) ここでリセット
delay_us(50); //リセットしてからちょっと待つ。(ここではコンデンサに電化を溜めている）
data = read_adc(); //AnalogPIN(PIN0) からデータの読み込み
v = (float)((data*5.0)/1024.0); //MAX5V、10 ビットで A/D 変換した値を v に入れる
set_adc_channel(3); //AnalogPIN の指定 (PIN3) ここでリセット
delay_us(50); //リセットしてからちょっと待つ。(ここではコンデンサに電化を溜めている）
data = read_adc(); //AnalogPIN(PIN3) からデータの読み込み
v2 = (float)((data*5.0)/1024.0); //MAX5V、10 ビットで A/D 変換した値を v2 に入れる
//PIN0 から送られてきた信号を A/D 変換した値が 2.0 以上で PIN3 から送られてきた信号を
A/D
変換した値が 2.0 以下なら
if(v>=2.0 && (0<=v2 && v2<2.0)){
t=flag0; //パルス幅を手を開いたときの値に設定
}
//PIN3 から送られてきた信号を A/D 変換した値が 2.0 以上で PIN0 から送られてきた信号を
A/D
変換した値が 2.0 以下なら
if(v2>=2.0 && (0<=v && v<2.0)){
t=flag2; //パルス幅を手を握ったときの値に設定
}
//PIN0、PIN3 からを繰られてきた信号を A/D 変換した値が両方とも 2.0 以下（力が入っていな
い）
、もしくは 2.0 以上（エラー）だった場合
if(((0<=v2 && v2< 2.0) && (v<=0 && v< 2.0)) || (v>2.0 && v2>2.0)){
t=flag1;//パルス幅を手を初期値に設定
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}
CCP_1 = t;//パルス幅を設定
delay_ms(5);
}
return 0;
}
//パルスクリア///////////////////////////////////
#INT_CCP1
void ccp1_int(){
output_B(0); // RB0∼7 を 0 にする。
}
//パルス出力/////////////////////////////////////
#INT_CCP2
void ccp2_int(){
if(CCP_1 != 0x0000){ // CCP_1 が 0 でなければ、
output_B(0xFF); // RB0∼7 を 1 にする。
}
set_timer1(0x0000); // TMR1 クリア
}
サーボモータの角度を調整する方法として、ＰＷＭ機能を使用する。ＰＷＭとはパルスのデュー
ティー非で制御量を調整する制御法である。デューティー比は以下の式で求めることが出来る。
Ｄ（デューティー比） ＝ τ（パルスの幅） ÷ Ｔ（サーボモータの周期）
サーボモータの周期は一定であるため、パルスの幅の値を変えて与えることで、サーボモータの
角度を自由に決めることが出来る。
識別の方法をまとめると、ある動きをする表面筋電位を測定する電極を装着した者から表面筋電
位を測定し、v を伸筋側の電気信号の大きさ、v2 を屈筋側の電気信号の大きさとすると、
v ≧ 2.0 かつ v2 ≦ 2.0 のとき、フラグ 0 手を開いている状態と判断する。
v2 ≧ 2.0 かつ v2 ≦ 2.0 のとき、フラグ 2 手を握っている状態と判断する。
v ≦ 2.0 かつ v2 ≦ 2.0 のとき、フラグ 1 どちらの状態にも属さない場合と判断する。
v ≧ 2.0 かつ v2 ≧ 2.0 のとき、フラグ 1 どちらの状態にも属さない場合と判断する。
この場合わけによって、表面筋電位を測定する電極を装着した者が行った動作に一番近似した動き
にロボットアームが動作する。
（※文責: 坪沢岳洋）
SVM について
SVM(サポートベクターマシン) とは、パターン認識を行うための教師あり学習法の一つである。
SVM の説明の例として 2 種類のデータの分類を考える。図 4.22 のように○のデータと□のデー
タの分類を行うとする。データは 2 次元のデータとする。
SVM では、このようなデータの分類を行う時に図 4.23 のように分離超平面 (この場合は直線に
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図 4.22
図 4.23
二次元データの分布
マージン最大化
なる) と 2 種類のデータとの距離であるマージンが最大になるような分離超平面を求める。この
マージンが最大なものを求めることにより、未知のデータが与えられた時により正確な分類を行う
ことができる。
SVM のライブラリはいくつも公開されていたが、今回使用している言語の Processing での使い
方はわからなかった。そこで、Processing について調べ直したところ、ライブラリを拡張すること
で元々は使えない Java のライブラリを使用できることがわかった。ライブラリの拡張は、使いた
いライブラリの jar ファイルと同名のフォルダを作成する。その下に library という名前のフォル
ダを作り、その下に jar ファイルを置く。この作成したフォルダは、Processing のプログラムが置
いてあるフォルダの中の libraries フォルダの中に入れる。こうすることでライブラリを追加する
ことができる。今回は、LIBSVM というライブラリを使用した。ライブラリを追加した後、公開
されていた SVM の Java のサンプルプログラムを Processing で使えるように書き直した。そうす
ると、Java のプログラムと同様の動作を行えるプログラムを作成することができた。
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ここで、そのサンプルプログラムについて説明をする。プログラムを実行するとウィンドウが表
示される。Processing のプログラムに書き直したものでは、点の色をキーボードの R キーを押す
と赤、G キーを押すと緑、B キーを押すと青に変えることができる。そして、ウィンドウ内をク
リックすることで点を打つことができる。この点は、マウスポインタのウィンドウ内における x 座
標と y 座標を点の x 座標、y 座標として点の色の情報と一緒に配列に格納する。S キーを押すと全
てのデータを参照して分類を行う。分類は色毎に分けられ図 3 のようになるというものである。分
類による色分けは格納されたデータのみで行われるわけではなく、全ての座標について行われる。
図 4.24
サンプルプログラムの分類結果
このプログラムを実際に自分達が使うために書き直した。追加した機能として、データの分類後
にキーボードの Z キーを押すことで、未知のデータがどの色の領域に分類されているかを判別する
ものを追加した。これは、拡張したライブラリの svm クラスのメソッド
sym_predict()
を使うことで判別をすることができる。
次に、書き直したプログラムについて説明する。このプログラムはアンプで増幅した電気信号
を PC に送る Arduino とサーボモーターを動かす Arduino とシリアル通信を行う。ここで、アン
プで増幅した電気信号を PC に送る Arduino を Arduino1、サーボモーターを動かす Arduino を
Arduino2 とする。また、このプログラムは学習モードと実行モードの 2 つのモードに分けられて
いる。プログラムを起動したときは学習モードになっている。今回のプログラムでは、親指、人差
し指、中指、薬指と小指とジャンケンの動作の 7 パターンを学習させる。学習させる指の動作を
決定するには、親指ならキーボードの O キー、人差し指なら H キー、中指なら N キー、薬指と
小指なら K キー、グーなら G キー、チョキなら T キー、パーなら P キーを押すとその指の動作
に対応して学習させることができる。プログラムを実行するとウィンドウが表示される。このウィ
ンドウをクリックすることで学習を開始する合図の信号を Arduino1 に送る。合図の信号を送ると
Arduino1 からアンプで増幅した電気信号を 12 チャンネル分 PC に送る。PC は電気信号を受け取
ると受け取った合図の信号を Arduino に送る。この信号の送受信は 1 秒間に 20 回行われる。PC
では、受け取った 12 チャンネル分の電気信号を 12 個の配列にそれぞれ格納する。格納するデータ
は、受け取った電気信号の 1 秒間の平均値と最大値、それと学習させるどの指の動作かの値を格納
する。学習させるどの指の動作かの値は 1 から 7 までの値で、それぞれ親指が 1、人差し指が 2、
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中指が 3、薬指と小指が 4、グーが 5、チョキが 6、パーが 7 となっている。次に、サンプルプロ
グラムと同様に S キーを押して各配列毎に分類を行う。分類は 2 次元空間で行われ x 座標を平均
値、y 座標を最大値として行った。分類を行うと指の動作毎に 7 つの領域に分類される。最後に、
Z キーを押すと、実行モードになる。実行モードでは、受け取った電気信号から各配列にを最大値
と平均値を格納する。その格納されたデータから
svm_predict()
を使って判別を行う。そうすると、12 個の判別結果を得ることができる。この 12 個の判別結果の
中で最も数の多い判別結果を最終的な判別結果とする。最終的な判別結果を求めることができたら
Arduino2 にシリアル通信で送信するというプログラムになっている。
しかし一般的には、今回のようなデータを分類するには非線形の分類を行わなければならなかっ
た。非線形の分類はできていたのだが、データの高次元化をしていなかった。今回は 12 個の電気
信号をデータとして使用していたので 12 次元にしなければいけなかった。そこで、どのようなア
ルゴリズムで高次元化するか、各チャンネル毎に配列を分けるのではなく時間で配列を分けた方
がいいとアドバイスを頂いた。そのアドバイスを頂いて書き直したプログラムでは、測定する時間
を 0.1 秒間隔で 0.1 秒から 1 秒までにし、10 個の配列を作成した。0.1 秒間に信号の送受信は 2 回
行われる。各チャンネルの信号は 0.1 秒毎に平均値を求めて、12 個の要素を持つ 12 次元ベクトル
空間内の点の要素とした。分類と判別は、この修正前のプログラムと同じように行う。判別を行う
と、10 個の判別結果を得ることができる。この 10 個の判別結果の中で最も数の多い判別結果を最
終的な判別結果とする。最終的な判別結果を求めることができたら Arduino2 にシリアル通信で送
信する。この修正により、判別と分類の精度を上げることが出来た。また実際に、親指、人差し指、
中指、薬指と小指とジャンケンの動作の 7 パターンを学習して、判別をさせることができた。
（※文責: 米陀達人）
圧力センサについて
私たちは今回、モノを持つことを 1 つの目標とし、圧力センサを導入した。今回使ったものは
flexiforce ボタンセンサという超薄型フィルム状力センサである。低コストかつ、回路に組み込む
ことが容易なことから、flexiforce 製の圧力センサを使用することに決定した。この圧力センサは
コネクタとしてオス型角ピンが 3 つあるが、中央のピンは使っておらず、外側の 2 つのピンで電源
と出力の役割を担っている。また、圧力センサを使用するために必要な回路の制作も行った。ここ
での抵抗は 200 ｋΩを使った。
図 4.25 圧力センサー
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図 4.26
回路図
私たちは、今回 Arduino というマイコンを用いて、圧力センサの電気信号を受け取り、処理を行
なった。また、圧力がどのくらいかかっているかを把握する為に、processing を用いて、受け取っ
た圧力の数値を可視化できるようにした。
図 4.27 圧力値が 180 の場合
まず、私たちは圧力の値を 0 から 255 に設定し、ある一定以上の圧力がかかった場合、その時点
でサーボモータの動きを固定し、物体に必要以上の負荷がかからないようなプログラムの制作に取
り組むことにした。
まず私たちは、一定以上の圧力がかかったときに、サーボーモータの動きを止めるプログラムを
考察したが、サーボモータの動きが停止され、off の状態になり、動作しなくなってしまった。そ
こで、サーボモータの角度制御について、前期に学んだことを用いて考察してみると、サーボモー
タの角度を制御するためには、PWM(パルスワイズモジュレーション) という制御法を使い、サー
ボモータにデューティー比を与え続けなければならない事がわかった。そのため、サーボホーンの
角度を固定するためには、圧力が一定値を超えたときのサーボホーンの角度を知り、そのデュー
ディー比をサーボモータに与える必要があった。しかし、サーボモータの位置信号を受け取ること
ができず、その情報を知り得ることができなかった。そのため、デューティー比を与えることがで
きず、一定値を超えたときのサーボホーンの角度をそのまま固定することができなかった。そこで
私たちは、物体をペットボトルという特定の物体に絞り、一定の圧力値を超えた場合、サーボホー
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ンを一定の角度に固定することにした。
今回は、processing で可視化した圧力の数値を見ながら実験を行い、物体を持つことが可能な圧
力であると共に、物体とサーボモータに負荷がかからない圧力であると判断した 150 という値を
用いた。また、圧力の値が 150 を超えたときのサーボホーンの角度が約 90 度だったことから、圧
力値 150 をスイッチとし、その値を超えると、サーボホーンの角度を 90 度に固定し、ペットボト
ルを握ることができるように義手を操作した。そうすることで、ペットボトルを落とさず、かつ、
握りつぶさないような義手の角度を保つことができた。以下、プログラムの判別部分を示し、解説
する。
まず、サーボホーンの角度は約 0∼120 度まで回転し、それのデューティー比を 780∼2175 で
あった。それぞれサーボモータを取り付ける方向が違うので、手を開いた時、または握るとき
は 780 か 2175 のどちらかの値になる。また、ペットボトルを握る角度である 90 度にする為は、
デューティー比を 1300 に設定する。
//サーボ x1 の動き (親指曲げる)
if(y == 5){ //親指と判別したとき
if(s>50){ //圧力センサが 150 を超えた場合
x1 = 1300;
}
else{
x1 = 780;
//サーボホーンを 120 度回転
}
}
//サーボ x2 の動き (人差し指曲げる)
if(y == 10){
//人差し指と判別したとき
if(s>50){ //圧力センサが 150 を超えた場合
x2 = 1300; //サーボホーンを 90 度回転
}
else{
x2 = 2175;
//サーボホーンを 120 度回転
}
}
//サーボ x3 の動き (中指曲げる)
if(y == 15){ //中指と判別したとき
if(s>50){ //圧力センサが 150 を超えた場合
x3 = 1300; //サーボホーンを 90 度回転
}
else{
x3 = 2175; //サーボホーンを 120 度回転
}
}
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//サーボ x4 の動き (薬指小指曲げる)
if(y == 20){ //薬指小指と判別したとき
if(s>50){ //圧力センサが 150 を超えた場合
x4 = 1300; //サーボホーンを 90 度回転
}else{
//サーボホーンを 120 度回転
x4 = 780;
}
}
//サーボ x1,x2,x3,x4 の動き (グー)
if(y == 25){ //グーにしたと判別したとき
if(s>50){ //圧力センサが 150 を超えた場合
x1 = 1300; //サーボホーンを 90 度回転
x2 = 1300;
x3 = 1300;
x4 = 1300;
}else{
x1 = 780; //サーボホーンを 120 度回転
x2 = 2175;
x3 = 2175;
x4 = 780;
}
}
//サーボ x1,x4 の動き (チョキ)
//パーにしたと判別したとき
if(y == 30){
if(s>50){ //圧力センサが 150 を超えた場合
x1 = 1300; //サーボホーンを 90 度回転
x4 = 1300;
}else{
x1 = 780; //サーボホーンを 120 度回転
x4 = 780;
}
}
//初期値 (パー)
if(y == 35){
//チョキにしたと判別したとき
x1 = 2175; //サーボホーンをすべて 120 度回転
x2 = 780;
x3 = 780;
x4 = 2175;
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}
図 4.28 ペットボトルと数値のグラフ
しかし、このプログラムの場合では、ペットボトルや、同じような大きさのモノ以外は持つこと
ができない。持つことができるモノが特定の物体では、生活の中で実用的ではない。私たちは、先
に考察していたような一定以上の圧力がかかった場合に、そのサーボホーンの角度をその位置で
固定する事ができれば、様々な物体を持つことができると考える。まず、私たちの購入したサーボ
モータでは、動作をフィードバックする為のエンコーダなどの位置検出器や角度検出器が備わっ
ていなかった為に、私たちは角度を知り得ることができなかった。そこで私たちは、位置検出器
のついたサーボモータを用いて、圧力の値が一定以上を示したときのサーボホーンの角度を調べ、
PWM を使い、そのデューティー比をサーボモータに送り続けることができれば、角度を 1 つに固
定することなく、様々な角度で物体を持つことが可能であると考える。
（※文責: 津田吏紗）
回路の作成に関して
信号処理班では、測定した筋電位を筋電位測定班が作成したアンプによって増幅し、アンプから
送られてきた筋電位を PC への送信のみを行う Aruduino に送り、そこから PC に送って指の判別
を行い、そして判別した値によってサーボホーンの角度を指定する処理を行う Aruduino に送って
処理をした後、サーボモータに処理した値を送るというものを作るために作業を行なっていた。
しかし、サーボモータを 4 つ、圧力センサを 4 つサーボホーンの角度を指定する処理を行う
Aruduino に取り付けることとなり、そのまま線でこれらを全てつなぐとなると線同士が絡まって
しまいそれによって動作不良を引き起こしてしまうという可能性があった。よって、これらを全て
つないだ時にこれらをつないでいる線同士絡まらないように統一させる必要があり、そのために 4
つのサ ーボモータと Aruduino を繋ぐための回路と４つの圧力センサと Aruduino を繋ぐための
回路の 2 つの回路が必要となったので、この２つの回路の作成を行なった。作成を行うにあたり知
識をほとんど持ち合わせていなかったので、三端子レギュレータやコンデンサをどのようなにして
取り付けるかということやスイッチのオンの状態とオフの状態の違いと取り付け方などの回路の配
線や部品の仕様書の読み方などを卒業研究生の先輩からご教授いただいた。
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三端子レギュレータというのは、電気製品の電源部に使用される半導体を含む電子部品である。
シリーズレギュレータの 1 種であり、名前の通り 3 本の端子を備えて、定電圧回路を簡単に構成で
きる。リニアレギュレータとも呼ばれる。入力端子（IN）
、出力端子（OUT）
、グラウンド（GND）
又は共通端子（COM）の 3 端子から構成され、出力電圧固定型と出力電圧可変型がある。出力電
圧固定型では、入力端子と出力端子に発振防止用のコンデンサを 2 個を接続するだけで脈流を安定
化する回路が構成でき、電圧可変型ではそれらに電圧設定用の抵抗器が加わる。また、電力の変換
効率や発熱の少なさではスイッチング電源が優れるため、製品の電源回路に採用されるのは比較的
少ないが、シリーズレギュレータは、スイッチングノイズがなくて、外付け部品が少なく回路が簡
素である、低価格であるというメリットがあるため、使用されているというものである。また、コ
ンデンサというのは静電容量（キャパシタンス）により電荷（電気エネルギー）を蓄えたり、放出
したりする受動素子であり、静電容量の単位は F（ファラド）が使われる。通常使われるコンデン
サは数 pF-数万μ F 程度であるが、電気二重層コンデンサなどでは数千 F オーバーの大容量な物
もある。両端の端子に印加できる電圧（耐圧）は、2.5V∼10kV 程度までさまざまである。また、
アナログ電子回路において直流の電流を通さないことからカップリングコンデンサに利用された
り、デカップリング用のコンデンサに利用される。その他、平滑回路や、共振回路、フィルタなど
にも利用される。実際の電子回路では、同じく受動素子の一つである抵抗器やコイルとともに用い
られることが多く、前者は R、後者は L と表現されることが多い。要求される周波数帯域、容量
や精度、温度に対する容量変化、耐圧など回路の目的、用途、環境、コスト、大きさに合わせて各
種の形状、材質の物が幅広く用いられる。低コスト化、小型化の要求の強い民生用小型機器では、
チップ積層セラミックコンデンサが幅広く使われていたり、デジタル電子回路でバイパスコンデン
サ（パスコン）としての用途が圧倒的に多く、他に僅かながら水晶発振器やタイミング回路に使わ
れる。主にチップセラミックコンデンサが使われたり、電源回路で、アルミ電解コンデンサを中心
として、セラミックコンデンサやタンタルコンデンサが使われたりしている。 回路作りにおいて
は電解コンデンサや積層セラミックコンデンサがよく使われる。
電解コンデンサというのは、電極表面に化学処理することで絶縁体あるいは半導体の薄膜を形成
し、これを誘電体としたもの。非常に大きな容量（0.1 μ F - 10 万μ F）が得られるが、一部を除
き極性を持ち、諸特性はかなり悪い。電源系や低周波系に使用される。耐圧や周波数に注意する必
要がある。耐圧を守らなかったり極性を間違えると正常に動作しないばかりか発熱し煙が出たり電
解液が外部に漏れ出す場合がある。ひどい時には破裂する場合もある。破裂するとコンデンサーの
破片が四方八方に飛び散り、非常に危険である。
一般に固体電解コンデンサと呼ばれるものは、電荷移動錯体や導電性高分子を用いた電子導電性
固体を用いており、従来からある電解液を用いたコンデンサに対して、等価直列抵抗 (ESR) が小
さく、周波数特性に優れている為、CPU 周辺など高周波系にも使用されているが、電解液タイプ
に比べて高価でかつ自己修復性が小さいという問題があるというものである。また、積層セラミッ
クコンデンサというのは、酸化チタンやチタン酸バリウムなどの誘電体と電極を多数積み重ねた
チップタイプのセラミックコンデンサであり、セラミックが持つ優れた高周波特性などのメリット
を活かしながら小型で大容量を実現できるため、電子回路の広い範囲で使われるようになってい
る。特に大容量の積層セラミックコンデンサはバイパス、デカップリング、平滑、バックアップな
どに用途が拡がり、電解コンデンサやタンタルコンデンサからの置き換えも進んでいる。また、コ
ンデンサは誘電体を電極で挟み込んだ素子なので、誘電体の特性がコンデンサの特性に大きく影響
する。大容量積層セラミックコンデンサに使われる誘電体は高誘電率のセラミックであるので、シ
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ンプルな構造のまま容量の大きなコンデンサを形成でき他のコンデンサに比べ高周波性能に優れ
ると同時に高絶縁かつ低リークで耐湿性などにも優れている。とはいえ、現実には有限の特性を有
し、無限の周波数まで使える理想コンデンサというわけではなく、実際の部品としてのコンデンサ
には電極構造などに伴うインダクタンス成分なども含まれている。また、積層セラミックコンデン
サは小型・大容量・低 ESR・低 ESL が大きな特長であるが、同時に他のコンデンサとは異なる特
性を示す部分もある。電源回路などに使用する場合に直流電圧が加わることで容量が回路の許容値
下回ることも考えられるわけで、設計に際しては値に余裕を見込んでおく必要があり、耐電圧は変
動のピークで定格いっぱいまで見込むことがであるが、定格の 80 ％以下で使うことが推奨される。
スイッチング電源回路などで使用する場合のリップル電流なども定格値以内で使わなければならな
いというものであるというものである。
その後、まず、サーボモータと Aruduino をつなぐための回路の作成を行なった。この時、線同
士を意図せず交わらせてしまうと、その場所に電気が流れてしまい動作不良の原因となってしまう
ので、図面の表と裏を使いうまく交わらせないようにしながら作成した。完成した回路図は以下の
とおりである。
図 4.29 設計図 (表)
図 4.30
設計図 (裏)
図 4.27 において、右下についている四本の線が飛び出ているものはすべて Aruduino と接続す
るための足を表しており、また、左についている二本の線が飛び出ているものは統合用のグランド
をに接続するための足を、左下にある四角形はスイッチを、その下にある、プラスとマイナスと書
かれているものは電池を付けるためのソケットについているプラスの線と、マイナスの線を、上に
ついている三本の線が飛び出ているものが４つあるのははすべてサーボモータと接続するための足
を表しており、サーボモータと接続するための足は左から順に入力、プラス、グラウンドにつなぐ
足を、Aruduino と接続するための足は全て入力につなぐ足を表している。また、初期の設計図に
おいてはレギュレータ、コンデンサが必要と感じ、これらを取り付けた回路の設計図を作成してい
たものの、先輩に見せたところ必要ないとのアドバイスをいただいたので図 4.27、図 4.28 に見ら
れるような簡易的な作りとなった。
続いて、作成した設計図をもとににブレットボード内で回路を再現してみた。ブレットボードと
いうのは、各種電子部品やジャンパ線を差し込むだけで電子回路を組むことの出来る、半田付けが
不要な、実験や評価や試作をするための基板のことである。 また、数年前までは、半田に鉛が含
まれていたので重金属問題を回避できることや、素子の交換が容易なので回路変更が自在にでき、
このため回路の試作や実験・教育用として広く用いられてはいるが、簡単な構成の回路に限られ、
構造上大きな寄生容量 (回路によっては寄生インダクタンスも) があるため高周波回路（おおむね
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10MHz 以上）には向かず、また接点の抵抗のため大電流を流す回路（おおむね 500mA 以上）にも
向かないなどの限界がある。ブレットボードには裏面がないので、表面にすべての配線をしなけれ
ばならなかった。 実際に回路を作る場合とは勝手が違い、苦戦したもののなんとか完成すること
ができた。続いて、設計図をもとに回路の作成を行なった。またここで、卒検生の先輩より部品に
熱をかけすぎると壊れてしまうので注意すること、また、意図しないところ以外は針金どうしを交
差させないようにすることというアドバイスを頂いた。これらのことに注意して半田付けを行なっ
た。回路を完成させることができた。その回路を以下に示す。
図 4.32 回路 (裏)
図 4.31
回路 (表)
ここで、図 4.31 の左上の足は Aruduino と、上の中央部の足は統合用のアースと、下の４つの足
はサーボモータと接続する。完成した回路の動作を確認するために実際に回路と Aruduino、サー
ボモータを取り付け、サーボモータを動かす用の Aruduino と Processing のプログラムを動作さ
せてみた。このプログラムは、キーボードをのいくつかのキーを押すと、指定された角度にサーボ
モータが回転するというものである。実際に動作させてみると正常な動作をしていることが確認で
き、Aruduino とサーボモータを繋ぐための回路作成は終了した。 続いて、４つの圧力センサと
Aruduino を繋ぐための回路の作成に取り掛かった。前回と同じで設計図作成から取り掛かったも
のの、オペアンプや抵抗、コンデンサが入り込んできており、オペアンプの足の位置を間違えない
という点に注意を払い回路図を作成した。ここで、オペアンプというのは、演算増幅器や OP アン
プなどともいわれる非反転入力（+）と反転入力（-）と、一つの出力を備えた増幅器の電子回路モ
ジュールのことである。また、オペアンプは二つの入力間の電位差によって動作する差動増幅回路
で、裸電圧利得は十万倍∼千万倍と非常に高く、負帰還回路と組み合わせて適切な利得と動作を設
定して用いる。
回路構成は一般的に、正負入力を持つ差動入力段、中間増幅段、負荷を駆動する出力段に分かれて
いる。 また、演算増幅器の名称は、かつて自動制御機能などを電子回路で実現する際、微積分・
比較・加算・減算などをアナログ演算によって行うために開発されたことに由来する。なお、こう
した演算回路を自由に組み合わせて接続し、各種リアルタイム演算ができるようにした装置をアナ
ログコンピュータという。 オペアンプは、現在では通常集積回路の形態であるが、トランジスタや
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真空管などの個別部品で構成されたこともある。また、増幅回路、コンパレータ、積分回路、発振
回路など様々な用途に応用可能というものである。また、完成した回路図は以下のとおりである。
図 4.34
設計図 (裏)
図 4.33 設計図 (表)
ここで、図 4.31 の上の真ん中にある三本の線が出ているものは筋電位を測るためのインスツル
メンテーションアンプとの接続用の足を表しており、左側の三本の線が出ているものが四つある
のは、圧力センサとの接続用の足を、さらにその上にある一本の線が出ているものは統合用のグラ
ウンドとの接続用の足を、右側の四本の線が出ているものは Aruduino との接続用の足を表してい
る。またマイコンとの接続用の四本の足のはすべてマイコンからの値を受け取る役割を持ってお
り、インスツルメンテーションアンプとの接続用の三本の足は左から、グラウンド、マイナス、プ
ラスを表している。 また、真ん中に縦一列に並んでいる四つの四角形はオペアンプを表しており、
各々のオペアンプの右側にあるのが抵抗器、その左にあるのがコンデンサである。抵抗器というの
は、一定の電気抵抗値を得る目的で使用される電子部品であり受動素子である。通常は「抵抗」と
呼ばれることが多い、また、抵抗器においてもっとも重要な値は抵抗値であり、これは電圧と電流
の比を SI 単位の 1 つであるオーム（Ω）で示したものである。 1 ボルトの電圧を加えたとき、1
アンペアの電流が流れると、その部品は 1 オームの電気抵抗を持つと言う。ここで言う抵抗値と
いうのは、電気抵抗の値。基本単位はΩ（オーム）であり、必要に応じて k（キロ）や M（メガ）
といった SI 接頭辞が使われる。固定抵抗器の場合、JIS や ISO で制定された E 系列と呼ばれる
等比数列刻みの値で生産されている。実際の回路設計では、材料部品の品目数を少なくするため、
E12（10・12・15・18・22・27・33・39・47・56・68・82 を基数とする倍数値）で設計されるこ
とが多いというものである。抵抗器の中の抵抗を生じる素材は抵抗体と呼ばれ、抵抗体に流れる電
流によって生じる抵抗によって発熱する。 理想的な抵抗器は、素子に加えられる電圧や流れる電
流に関わらず、一定の電気抵抗を示すことであるが、実際の抵抗器は理想と異なり温度などの要素
によって抵抗値が多少は変動する。自己発熱により温度が変わった場合や周囲環境の変化でも電気
抵抗値の変動が最小となるように設計・製造されている。また、抵抗器の種類としては一昔前まで
は、抵抗器本体からリード線を出した形状のものが主流であった。現在でも大電力品や特殊な用途
の抵抗器では、このタイプのものが使われている。リード線タイプの抵抗には、抵抗器本体の両端
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からリード線を出したアキシャルリードパッケージという細長い形状のものと、抵抗器本体の片端
から 2 本のリード線を平行に出したラジアルリードパッケージとがある。また、リード線の持つ抵
抗による影響を避けるために四本のリード線を引き出した四端子抵抗器と呼ばれるタイプも存在す
る。その他にも 抵抗値を変更することができる抵抗器。「ポテンショメータ」とも言い、英語では
可変抵抗器全般を指してポテンショメータの語が使われるが、日本語でポテンショメータと言った
場合、多回転型や、高精度な角度検出用のものを特に指しているのがふつうであり、 狭義では、つ
まみなどが付き、簡単な操作で抵抗値が変えられるようになっているものを特に指しており、バリ
オームあるいはボリュームとも言い、抵抗体を露出させた固定抵抗器の端子間に、スライダと呼ば
れる可動端子を設けることによって実現しており、スライダを直線的に移動させる形状のものと、
円周上を移動させる形状のものがある可変抵抗器 、広義の可変抵抗器の一種で、ユーザーは通常操
作せずドライバ等で操作し、回路定数の調整等抵抗値を一度変更したらそのままの値で使用するも
のであり、トリマポテンショメータまたはトリマーボリュームともいう半固定抵抗器 、電流測定
用に回路に挿入する抵抗器であり、抵抗値が小さく（0.2m Ω-数Ω程度）大電流測定用に数万 A を
流せるものや、精密測定用に誤差± 0.01 ％程の高精度なものがある シャント抵抗器などがある。
また、チップ型などでは、3 桁（xxy）や 4 桁（xxxy）の数字や文字で抵抗値を表示する場合があ
るが、1005 サイズ以下のチップ抵抗では小さすぎて判読困難なため、表示自体が省略されている。
文字の意味は xxx × 10y Ω、小数点は”R”で表現する。上記画像の「205」と記されたチップ抵抗
の場合、20 × 105=2,000,000 Ω=2M Ω である。セメント抵抗やホーロー抵抗などのような表面
積が広い抵抗器では、
「2W 100 Ω J」のように定格電力、抵抗値と誤差を表す記号等を本体に直接
印刷しているものが多い。抵抗値については、上記チップ型同様の数字記号を用いる場合もある。
また、従来より、小型抵抗器には色の帯により抵抗値と誤差を表現するカラーコードというものが
使われており、これは、帯上の模様で 4 本から 6 本で構成されており、抵抗器の端に近い位置にあ
る帯から順に読む。 なお固定抵抗器の色による表示は JIS C 5062 (IEC 62) で定義される。例え
ば、青・灰・橙・金で並んでいる場合、
68 × 103・± 5 ＝ 68 × 1000 （Ω） ・± 5 と変換し、68000 Ω ± 5 ％ = 68k Ω± 5
％ と読むことができる。色帯の数が多い場合でも、指数と誤差についての扱いが同様である。 残
りの色帯は数字として読む。 たとえば、青・灰・茶・赤・茶で並んでいる場合、6・8・1・102・±
1 ％と変換し、上記の例と同じように 68.1k Ω± 1 ％となる。 こういった表記は金属皮膜抵抗に
多いが、上記の例（カーボン被膜抵抗に多い）と比較した時に、指数を表す色帯の色が違っている
点に注意する必要があると考えられる。また、今回は抵抗器の中でもその中でも今回はアキシャル
リードリードの抵抗器を使用したまた、今回コンデンサは積層セラミックコンデンサという種類の
物を使用した。その後、この設計図をもとに回路の作成に取り掛かった。ここでもオペアンプの足
の場所と抵抗、コンデンサの位置を間違えないように注意しつつ、作成を行なった。完成した回路
は以下のとおりである。
その後回路と Aruduino、インスツルメンテーションアンプ、圧力センサを取り付け、圧力セン
サの値を表示する用の Processing、Aruduino のプログラムを用いて値を正常に表示できるかとい
う動作確認を行なった。 その結果、正常に値を表示することができ、回路作成は無事終了した。
（※文責: 水野大地）
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図 4.36 回路 (裏)
図 4.35
4.2.5
回路 (表)
ロボットハンド班
ロボットハンド班では、昨年の先輩方の成果物や、櫻沢先生の講義、ライブラリーに置いてある
人の手の図解、そしてインターネットを用いて、人の手の構造を理解することから活動が始まっ
た。始まった当初、昨年の先輩から、ライブラリーの図解を用いて人の手の構造について講義して
いただいた。ここでは、得た知識とそれから分かったことを説明する。
神経細胞
感覚神経や運動神経などの神経細胞（ニューロン）は、核を含む細胞体と、そこからのびて信号
を伝える軸索や樹状突起などからなる。軸索の末端が次の細胞と狭い隙間（シナプス間隙）を隔て
て接しており、この接合部をシナプスという。
興奮
細胞が活動電位を発生させることを興奮と言う。
興奮の伝導
興奮が細胞内を電気的に伝わること。興奮が生じると興奮部と隣接した静止部との間に電位差が
生じて活動電流が流れる。興奮部はすみやかに静止状態にもどり不応期となるが、隣接部では活動
電位が刺激となって興奮が生じる。このように、興奮が次々と隣接部に移動することによって、興
奮が伝導する。
興奮の伝達
興奮が神経細胞から次の細胞に伝わること。シナプスの部分で、前の細胞から後ろの細胞に一方
向的に、化学的に伝わる。軸索の末端まで細胞内を興奮が伝導すると、シナプス小胞の神経伝達物
質がシナプスの隙間に放出され、次の細胞の膜上にある受容体と結合し、つぎの細胞に興奮が生
じる。
静止電位
通常、細胞膜の内部に存在する電位は、細胞膜の外部と比べ細胞膜の内部がマイナスの状態に
なっている。この状態を、膜が分極しているという。活動していない状態にある膜の電位差は、静
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止電位と呼ばれる。膜電位が、-70mV の状態が静止電位である。
活動電位
静止電位の状態に刺激が与えられ、Na+ チャネルが開き Na+ が細胞膜内に取り込まれ膜電位
が＋になり、脱分極を起こす。その後ピークが訪れ、Na+ のチャネルが閉じ、K+ のチャネルが
開く。K+ のチャネルが開くことによって K+ がの流出が始まり再分極が起こる。K+ のチャネル
は、膜電位の変化にすぐには応答せず、遅れて応答を返す。そのため、再分極が十分行われたあと
も K+ の流出が続き過分極がおこる。その後、刺激に反応しない不応期に入る。この一通りの流れ
が活動電位である。
神経細胞（ニューロン）は、入力刺激が入ってきた時に、活動電位を発生させ他の細胞に情報
を伝達する。このとき、ナトリウムポンプによって Na+ と K+ のやりとりが行われる。細胞膜
の内部と外部では、K+ の濃度が内部より薄いため、内部から外部に K+ が運ばれ一定になる。
しかし、細胞内は Na+ が少なく K+ が多いという条件が望ましい。そこで ATP（Aderosin Tri
Phosphate）のエネルギーを利用して Na?を外部に出し K+ を内部に入れることを繰り返すこと
によって体内のバランスが保たれている。この状態のことを細胞内をカリウムリッチ、外をナトリ
ウムリッチという。
横紋筋
骨格筋を構成する筋細胞に見られる横紋は、筋繊維内に多数存在する筋源繊維に、明帯と暗帯が
交互に並んでいるからで、収縮時には明帯の長さが短くなることで各筋節が短くなり、筋肉が収縮
する。 骨格筋は、運動神経の支配受け、運動神経の末端より神経伝達物（アセチルコリン）が放
出され、金細胞に興奮が伝わること収縮が生じる。
筋肉（今回は横紋筋）は、細胞筋、筋源繊維から構成されている。筋源繊維は、Z 盤で区切られ
たいくつものサルコメアから構成されている。サルコメアは、アクチン、ミオシンと Z 盤で構成さ
れており、アクチンは球状のたんぱく質の集合体からなっており、ミオシンはカイワレ大根の茎の
部分が二重螺旋構造になった形をしたものが束になっている。アクチンの幅を明帯、ミオシンの幅
を暗帯と言いアクトミオシン系の首ふり運動によりミオシンフィラメントがアクチンフィラメン
トの間に滑り込むことによって暗帯の幅が狭まり筋肉が縮む。アクトミオシン系の首ふり運動は、
ミオシンの頭部が、アクシンと結合し、結合した頭部がアクチンをサルコメアの中心に向かって動
かす。その後、ミオシンの頭部は、アクチンから離れる。この一連の動作は、ATP（Aderosin Tri
Phosphate）をミオシンが分解しそのエネルギーを使って行われる。
指の伸展、屈曲について
解剖学の分野から以下のことを学んだ。屈曲させる筋肉は関節ごとにあり、第一関節は、腱が手
首、手のひらを通って第一関節付近の骨と結合している深指屈筋。第二間接には、腱が手首、手の
ひらを通り第二間接付近で骨と結合している浅指屈筋。指の付け根は、手のひらから伸びている虫
様筋。この３つの筋肉によって指は屈曲する。
伸展は、腱が、手首の背側、手の背側を通って指の骨に結合している指伸筋で伸展する。指の腱
は、支帯でまとめられており、腱鞘は支帯でまとめられた腱のすべりをよくするためにある。腱鞘
は屈曲の腱にのみついている。
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手の構造
ロボットハンドの作製にあたって、まず始めに、手の構造について調べた。手を動かすときに、
最も重要となるものが腱である。腱とは、指を曲げたり、開いたりするときにそれぞれの指を牽引
するものである。そして、その腱が飛び出ないように抑えているものが、腱鞘である。
図 4.37 腱の構造
説明したものが、この図である。このように、腱鞘が腱を抑えているので、第一関節、第二関節
をスムーズに曲げることができる。この構造が、5 本の指それぞれに使われている。そして、それ
ぞれの腱は手首の部分で、束ねられている。
図 4.38
実際の手の構造
この図の丸で囲まれた部分が束ねられているところである。これによって、腱は固定されてい
る。また、腱には隣の指の腱と繋がっている部分がある。指を単体で動かしたとき、動かした指の
隣の指がわずかに動くのはこのためである。
特に、小指には、薬指から出ている腱が枝分かれして通っているため、小指単体を曲げようとす
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るときは、薬指も動く仕組みになっている。この図は手の甲側となっているが、手の平側も同じよ
うな構造になっている。これが、手の構造についての説明である。
ロボットハンド作製 (中間まで)
ロボットハンドを作製するにあたって、まずは手を構成する素材について話し合った。当初は、
アクリル板を用いてロボットハンドを作る予定だった。しかし、材料が届くまでの期間に、桐を練
習台として用いてロボットハンドを作製したところ、予想以上の出来栄えとなったため、中間は桐
で作ったロボットハンドを成果物とした。
それでは、細かい所の仕組みについて説明する。まず、関節の構造についてである。前節で紹介
した手の腱と腱鞘の構造の実現を目指した。最初に 3 つの候補のサンプルを 1 関節ずつ作製した。
以下の図がそれぞれのサンプルである。
[1] 関節構造 1
[2] 関節構造 2
図 4.39
[3] 関節構造 3
関節構造案
それぞれの図において、左側は掌側から見たもので、右側は指を側面から見たものである。接合
部には、釘とボンドを使用した。
関節構造 1 は、関節部を交互に組み合わせた。この構造の場合、両端を固定すると、関節自体が
締められ、スムーズな動きが困難となるため、今回は却下した。
関節構造 2 は、2 つの木材のうちの片方を、縦 1cm、横 1.5cm、高さ 1cm の直方体に切り出した。
もう一方は、そこにはめ込めるように加工した。この構造は、加工にかかる時間が他の 2 つの構造
よりも多かった。さらに、細かい作業で、はめ込む方の部品が非常にもろくなった。また、屈曲運
動をした時の形が、実際の指が屈曲した時の形と異なった。そこで、今回この構造も却下した。
関節構造 3 は、関節構造 2 と少し似ている。構造 3 は、構造 2 を最後まで掘った構造となってい
る。片方の木材を凹型、もう一方を凸型に加工した。そして、それぞれの側面を弧型になるように
削った。この構造の利点は、片方にしか屈曲しないことである。実際の指の動きを再現するのに最
適であった。上の構造 2 と構造 3 の図を見て分かるように、屈曲した時の出っ張りが大きな違いで
ある。実際の人の指の屈曲運動では、構造 2 のような出っ張りは存在しない。このことから、今回
は関節構造 3 を用いることにした。
次に、関節構造 3 を用いて指を作成することにした。今回は、実際の人の手と同じ大きさになる
ようにすることが目標の 1 つだったので、人の手をモデルに作製した。モデルとなったのは、ロ
ボットハンド作製班のメンバーである、小山真奈未さんの右手である。A3 のケント紙に、小山さ
んの手を当て手の形にペンでなぞり、手の設計図とした。そして、それぞれの指の実際の長さを測
り設計図に書き込んだ。指全体の長さはそれぞれ、親指 6.5cm、人差し指 12cm、中指 13.5cm、薬
指 11.9cm、小指 10cm となった。そして更に、それぞれの指先から第 1 関節までの長さ、第 1 関
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節から第 2 関節までの長さ、第 2 関節から第 3 関節までの長さを測り設計図に書き加えた。それぞ
れの指は、以下の図のような設計図になった。
図 4.40
指の設計図
中間では、握ると開くだけの運動をするロボットハンドを作製することを目標とした。そこで、
親指は今回、第二関節までを固定し、第一関節のみが動作する構造にした。関節構造は、先ほど説
明した、関節構造 3 を用いた。指の作製にあたり、まずは桐を設計図のものより少し大きめに切り
出した。これは、指をやすったり、切り出したりする分を考慮してのことである。また、動きだけ
でなく、形状も本物の指に近づけるために、完成した指をやすりで削って丸み帯びさせた。また、
関節の接合部には釘を使用し、釘を通す穴を 1.2mm にして、ボンドを釘の頭のところに着け差し
込んで固定した。これで指は完成した。
そして次に掌を作製した。まず、縦 9cm、横 7.5cm の長方形に桐を切り出した。その桐を掌の形
に近づくように削り、やすりをかけて整えた。そして、その掌に人差し指から小指までの接合部を
作製した。接合部同士の間隔は、指をはめた時に 0.5cm 空くようにした。高さを調節し、中指を
基準に人差し指を-0.3cm、薬指を-0.5cm、小指を-1cm にした。そして、指の関節の構造と同様に、
釘とボンドを使って掌に人差し指から薬指をそれぞれ接合した。親指に関しては、今回は第一関節
だけを動くようにし、第二関節以降を固定する構造にした。なぜなら、中間は握る運動と開く運動
をするロボットハンドを作製したかったので、親指は第二関節以降を角度をつけて掌にボンドで接
合した。これで、元となるロボットハンドは完成した。
次に、ロボットハンドの指を牽引するワイヤーの取り付けである。使用したワイヤーは PE ライ
ンという丈夫なナイロンワイヤーを用いた。これを今回は 100m 分用意した。まず、指の本数分、
1 本 20cm に切り分けた。そして、それぞれの指の先端に 1 本のワイヤーをボンドで接着した。こ
の取り付けたワイヤーは、それぞれの指の腱の役割をする。そして、その腱を飛び出さないように
抑える腱鞘の役割をするものにステープラーを用いた。関節のところに彫り込みをいれ、そこでワ
イヤーをステープラーで止めた。この彫り込みと、ステープラーによって指のスムーズな動作を実
現することができた。この構造をロボットハンドの掌側に施した。反対に、手の甲側にはヒートン
をそれぞれの指の関節部に取り付けた。
次に、ロボットハンドを固定する土台を作製した。土台も、ロボットハンドを作製したときと同
じ桐を用いた。縦 10cm、横 10cm の桐 1 枚と、縦 15cm、横 10cm の桐 2 枚を用いて土台を作っ
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た。これらの土台をコの字型に組み立てた。以下の図のようにして使うことにした。
図 4.41 土台の部品
図 4.42
完成図
この図の土台の上にロボットハンドを設置した。ロボットハンドを設置する桐の中心に穴を開
け、指に取り付けたワイヤーを通るようにした。そして、その穴と中指が一直線になるように土台
とロボットハンドを接合した。
次に、サーボモーターの取り付けである。今回は、握る動作と開く動作をするロボットハンドの
作製だったので、サーボモーターは 1 つだけ使用した。サーボモーターは、作製した土台の内側に
埋め込みネジで固定した。サーボモーターは、120 度までコンピュータのプログラムで動かせた。
そこで、ロボットハンドの初期状態、つまり、少し曲げた状態から、握る運動をするときは反時計
回りに 90 度、開く運動をするときは時計回りに 30 度、サーボモーターが回転するようにした。こ
れに合わせて、ロボットハンドのワイヤーを、サーボホーンのどこに取り付けるか考えた。まず、
それぞれの指が、初期状態からどのくらい引っ張られるかを測定した。握る動作をする時、親指は
1.7cm、人差し指は 4.7cm、中指は 5.5cm、薬指は 5.7cm、小指は 4.5cm 掌側に牽引されなければ
ならない。反対に、開く動作をする時、指の初期状態から、親指は 1.7cm、人差し指は 3cm、中
指は 3.8cm、薬指は 3.6cm、小指は 2.1cm 手の甲側に牽引されなければならない。また、サーボ
モーターは前述のとおり、握る運動をするときに反時計回りに 90 度、開く運動をするときに時計
回りに 30 度回転する。ということは、握る動作をするときは、初期状態から 90 度回転する間に、
サーボホーンで最大の長さ 5.7cm 牽引されなければならない。反対に、開く動作をするときは、初
期状態から 30 度回転する間に、サーボホーンで最大の長さ 3.8cm 牽引されなければならない。こ
れらを満たすために、サーボホーンの長さを決定しなければならない。そこで、サーボホーンの必
要な長さを求めるために、サーボモーターの回転の中心からサーボホーンの結び目までの長さを
xcm とし、板の穴からサーボモーターの中心までを 5.65cm、サーボモーターが回転した後のサー
ボホーンとの結び目までを 11.6cm として余弦定理を用いて計算した。その結果、必要な x の値は
4.47cm となった。以下は、この計算の詳細である。
計算式初期状態からロボットハンドが開いた状態にするためにはワイヤーを 3.8cm 牽引しなか
ればならないので x+5.65=y+3.8 となるから、これより y=x+1.85 この結果を用いて
5.652 = x2 + y 2 − 2xycos
31.9 = x2 + y 2 − xy
π
3
31.9 = x2 + (x + 1.85)2 − x(x + 1.85)
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31.9 = x2 + 3.7x + 3.42 − 1.85x
0 = x2 + 1.85x − 28.5
x ≒ 4.47cm
よって、サーボホーンの 4.47cm の位置にそれぞれの指のワイヤーを結びつけた。また、この長
さは中指が完全に曲げるために必要な長さであるため、ほかの指には長すぎる。そこで、中指以外
はワイヤーに遊びを付けることで対処した。遊びはそれぞれ
手の平側
甲側
人差し指
0.4cm
0.8cm
薬指
0.3cm
0.5cm
小指
2cm
0.9cm
2.8cm
親指
4.8cm
となった。これで、ロボットハンドは完成した。以下はその完成図である。
図 4.44 握った時
図 4.43
開いた時
中間で課題として挙がったことは、耐久性である。加工しやすく、作製が容易だった。しかしそ
の反面、全体的に脆く、細かい部品の作製の際に壊れてしまうことがあった。全体で合わせて動か
したとき、回数を重ねて動作させると、ステープラーが抜け飛んだり、ワイヤーが切れたりした。
更に、指自体も関節部が擦り減っていた。
このことから、後期に向けて目標としたことは、もろさの改善である。このため、当初の予定で
あったプラスティックを用いて作成することになった。また、ロボットハンドの大きさがモデルと
なった小山さんの手より大きくなってしまったので、後期では大きさを忠実に実現できるように、
作製を慎重に行うようにした。このような問題点が挙がったが、ロボットハンドの動き自体はかな
り良かったので、関節構造は今回のものを後期のロボットハンドの作製でも用いることにした。
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図 4.45
全体図
ロボットハンド作製 (最終まで)
最終発表までの目標として決まったことは、
• ロボットハンドの指を独立して動かせるようにすること
• グー、チョキ、パーを実現すること
• ペットボトルを握りつぶさないように握らせること
が全体の大きな目標となった。この他に私たちロボットハンド班が目標としたことは、実際の人の
手を忠実に再現すること、手だけでなく腕の部分まで再現することである。
今回用いた材料は主にアクリル板である。厚さ 3mm のアクリル板と、縦横 1.5cm のアクリル棒、
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縦横 5mm のアクリル棒を用いた。このアクリル版を加工して中間までと同じ要領で作製を行なっ
た。今回の手のモデルも中間までと同様、小山さんのものを参考にした。つまり、全体の設計とし
ては、中間までと変わらない。ただし、細かな部分、例えば、関節構造のような細かな部分が中間
までとは異なる。また、今回は腕の肘の部分まで再現することが目標となっていたので、この部分
のモデルとして、高橋くんの腕を参考にした。また、今回はプラスティックを加工する作業だった
ので、ドリルや電動ノコギリを用いての作業となった。
それでは、初めに指の作製から説明する。今回も中間と同じ関節構造を用いてロボットハンドを
作成することにした。中間までと同様にして、小山さんの手を A3 のケント紙に当て、ペンでな
ぞって設計図とした。今回は、アクリル板を用いてのロボットハンドの作製なので、関節の構造を
どうするか話し合った。話し合いの結果、関節となる部分の内部にベアリングを 2 つ用い、ネジと
ナットとワッシャを使って留めることにした。また、指の 1 関節の構造は、厚さ 3mm のアクリル
板と、縦横 5mm のアクリル棒を 2 本ボンドで接着したものを、組み合わせたものである。以下の
図のような構造になった。
図 4.46
前から見た図と後ろから見た図
これが、全体の指の関節構造である。図に書いていないが、ワッシャはネジの部分とナットの部
分に用い、関節を挟むような構造になっている。ベアリングは外径 6mm、内径 2mm のものを 2
つ埋め込んだ。埋め込む部分には、ドリルを用いてベアリングの外径と同じ大きさの穴を開けた。
ベアリングを埋め込んだ部分は丸くなるように削った。この構造を用いて、それぞれの指を作製し
た。以下の図のような設計図で指を作製した。左からそれぞれ小指、薬指、中指、人差し指、親指
の設計図である。
この図のようにして、指は完成した。関節の寸法について、さらに詳しく説明する。図 4.45 は、
それぞれ第 1 関節、第 2 関節、第 3 関節を表している。まず小指について、第 1 関節は、2.5cm、
第 1 関節から第 2 関節は、3cm、第 2 関節から第 3 関節までは、5cm となっている。次に、薬指
について、第 1 関節分は、2.9cm、第 1 関節から第 2 関節は、4cm、第 2 関節から第 3 関節まで
は、6.2cm となっている。次に、中指について、第 1 関節分は、3cm、第 1 関節から第 2 関節は、
4.2cm、第 2 関節から第 3 関節までは、6.5cm となっている。次に、人差し指について、第 1 関節
分は、2.9cm、第 1 関節から第 2 関節は、3.5cm、第 2 関節から第 3 関節までは、5.5cm となって
いる。最後に、親指について、第 1 関節分は、3.5cm、第 1 関節から第 2 関節は、4.5cm となって
いる。
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図 4.47 各指の設計図
次に掌の作製である。掌は、縦 x6.3m、横 4.3cm に切り取った厚さ 3mm のアクリル板を 5 枚重
ね、その重ねたアクリル板を掌の形になるように加工した。加工の内容は、小指側の掌は手首の形
に合うように直線でカットした。また、親指の根元の部分を掌側に埋め込むため、5 枚の内、掌側
から数えて 3 枚をはめ込み部として加工した。はめ込み部に、縦横 1.5cm のアクリル棒を 1.7cm
に切り出したものを、三角形にはまるように掌側を加工した。同じ寸法のアクリル棒を 3.27cm 切
り出し、はめ込んだ部分に斜めに接するように加工し、ボンドで接着した。
また、親指以外の指のはめ込む場所も作製した。人差し指、中指をはめ込む部分は、接する面と
垂直になるように作製した。小指と薬指をはめ込む部分は、手の骨の構造を参考にして、接する面
に対して、斜めになるように作製した。あとは、この作製した穴に、それぞれの指をボンドで接着
した。
次に、指を牽引するワイヤーの取り付けである。中間で用いたナイロンワイヤーでは、切れやす
かった。そこで今回は、丈夫で柔らかく、切れにくいステンレスワイヤーを用いた。まず、各指の
先にドリルで２箇所穴を開け、それぞれの穴に 1 本ずつワイヤーを通した。一方を握る運動をする
時に牽引させ、もう一方を開く運動をする時に牽引させた。今回も中間と同様に、腱鞘の役割をす
るものを取り付けた。指を牽引するステンレスワイヤーと同じものを、腱鞘の役割をするものとし
て用いた。掌側は、それぞれの指の関節の部分に、指の側面に穴を開け、ステンレスワイヤーを通
し、輪っかにしてボンドで留めた。輪っかの部分はワイヤーを 2 度通して、丈夫にした。手の甲
側は、プラスティックの板を加工し、それを手の甲の関節部にボンドで接着した。取り付ける部分
は、ステンレスワイヤーが通るように彫り込みを入れておいた。これで、指を牽引するワイヤーの
取り付けは完了した。そして、取り付けたワイヤーは手首の部分でまとめた。これでロボットハン
ドは完成した。以下の図が完成図である。
次に、腕の部分の作製である。腕の部分は、サーボモーターを埋め込むところとしての役割を持
つ。今回、サーボモーターは 4 つ用いることにした。本来なら、指１本につき 1 つのサーボモー
ターを取り付けるが、薬指と小指は、ひとつのサーボモーターで動作させることにした。理由とし
ては、4.2.3.1 で説明した手の構造上、薬指の腱の一部が小指に枝分かれして繋がっているため、小
指単体で動かそうとすると薬指もそれと同時に動くからである。実際に小指だけを動かしてみる
と、前文のようになることが良く分かる。後はどのようにサーボモーターを埋め込むかである。話
し合いの結果、以下の図のような設計となった。
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図 4.48
図 4.49
完成図
腕部の構造
この設計図で、腕の部分を作製した。左に部分が曲がった形にさせたのは、腕の形を再現するた
めである。また、サーボモーターの取り付け方は、腕の骨組みの部分の耐久性を考えて、図のよう
に配置した。例えば、全てのサーボモーターを片側だけに寄せてしまうと、牽引中に骨組みが支え
られなくなって折れてしまうと考えた。そこで、牽引の力が少なくなるような構造を目指した結
果、この図のような設計となった。また、指に取り付けたステンレスワイヤーを牽引するものに
は、プラスティックの円盤を用いることにした。この円盤が、ステンレスワイヤーを巻き取る方式
にした。指が初期状態、つまり脱力状態から握った時にどれくらいワイヤーが牽引されるか測定
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し、その測定した長さから円盤の大きさを決定した。円盤は 1 つのサーボモーターに 2 枚ずつ取
り付けた。これは、掌側のワイヤーと甲側のワイヤーの牽引される長さがそれぞれ異なるためであ
る。牽引されるワイヤーの長さは、中間と同様、
手の平側
甲側
親指
4.5cm
2.1cm
人差し指
4.7cm
3cm
中指
5.5cm
3.8cm
薬指
5.7cm
3.6cm
2.1cm
小指
4.5cm
となっている。また、今回もサーボモーターが回転できるのは 120 度である。このことから、円盤
の直径は、
手の平側
甲側
親指
4.3cm
2cm
人差し指
4.5cm
2.9cm
中指
5.3cm
3.6cm
薬指
5.4cm
3.4cm
2cm
小指
4.3cm
となった。計算方法は以下のとおりである。円の半径を rcm として、円の直径を求める公式を利
用した。
計算式
120
× 2 × r × 3.14 = (それぞれの指の長さ)
360
この計算式を用いて、使う円盤の長さを決定した。また、どのサーボモーターが、どの指を牽引
するかは、次のように決めた。1 番目のサーボモーターは、親指のワイヤーを牽引し、2 番目のサー
ボモーターは、小指と薬指のサーボモーターを牽引し、3 番目のサーボモーターは人差し指のワイ
ヤーを牽引し、4 番目のサーボモーターは、中指のワイヤーを牽引する。なぜこのようにしたかと
いうと、腕は体に近くなるにつれて太くなっている。そのため、以上のような配置でないと本来の
腕の実現とは言えないからである。あとは、それぞれの指をサーボモーターにワイヤーをボンドで
接着した。ちなみに、接着部は、あらかじめ彫り込みを入れており、ワイヤーがうまく巻き取られ
るようになっている。
最後に、圧力センサーの取り付けである。圧力センサーは、センサーを取り付けた位置にある一
定の圧力がかかったら動作を停止させるものである。これによって、ロボットハンドがどんな強度
のものでも握ることができる。今回は、ペットボトルを握り、持ち上げることを目標とした。ま
ず、センサーを取り付ける位置を決定するために、ロボットハンドにペットボトルを握らせた。こ
の時、指とペットボトルが接しているところに印を付けた。それぞれの指の印を付けた部分に、圧
力センサーを取り付け、指サックで固定した。これで、ロボットハンドは完成した。以下はその完
成図である。
（※文責: 高橋謙）
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図 4.50
ロボットハンド全体
図 4.51
4.3
4.3.1
ジャンケン
担当課題と他の課題の連携内容
前期
全体
全体の課題としてまず、筋電義手を作成するにあたり、メンバー全員が、筋電義手に対しての知
識がゼロに等しかったため、筋電義手とは何かを知る必要があった。そこで、各々に筋電義手や装
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飾義手など様々な義手を調べ、それを発表しあうことにより、一般的な義手と筋電義手の違いや筋
電義手のメリット・デメリットを理解し、作成にあたり必要な知識を先生や先輩方から学んだ。2
年目のプロジェクトということもあり、前年度のロボットハンの改善点とやりたいことをあげてい
き、そこから今年度の課題を示した。そこから、中間までの目標を決めた。また、各班に分かれ活
動していたので、毎週最後の時間に各班ごとに、その週に学んだこと、進行具合や他の班への連絡
を発表しコミュニケーションをとった。
筋電位測定班
サーボモータを動かすために必要な筋電位測定のためにまず、筋電位増幅とノイズ除去を行う基
盤作成の知識や、そのために必要なオペアンプ、反転増幅回路、非反転増幅回路、コンデンサ、ハ
イパスフィルタ、ロータスフィルタ、差動増幅回路、インスツルメンテーションアンプなどの回路
の知識を先輩方から学んだ。そして、最初にブレットボードを使用しアンプを作成した。ブレット
ボードでは、接触抵抗などが起きてしまい物理的に安定しないので同じ回路ずを用いて、ユニバー
サル基盤を用いてアンプを作成した。そして、中間のロボットハンドのための基盤の作成を始め
た。
まず、基盤を作成するにあたり、設計図を作成した。それをもとに、ユニバーサル基盤を用い基
盤と配線を半田付けし、アンプを作成した。完成した基盤が正常にグー・初期状態・パーの３つの
動作を読み取るかオシロスコープを用いて確認し、完成した基盤を信号処理班とあわせそれから、
サーボモータに接続しロボットハンドを作動させた。
信号処理班
信号処理班は、測定した電気信号をマイコンを通しサーボモータに処理した電気信号を送るため
のマイコンを作成するために、プログラミングを行った。中間では、PIC というマイコンを使用し
た。最初は、マイコンの制御方法が一切わからなかったので、パルス幅、デューティー比、PWM
などプログラムを作成するにあたり必要な知識を学び、先輩方の指導のもと、LED を使った簡単
なプログラムを作成し、マイコンに慣れることから始めた。これは、
「割り込み」という処理を使っ
て LED を点滅させるプログラムを作成した。
このプログラムは応用することで、サーボモータの制御に持つかえた。この知識を活かし、サー
ボモータの角度を制御するためのプログラムを作成した。次に、昨年度のマイコンボードを参考
に、２チャンネルに対応したマイコンボードを作成し使用した。完成したマイコンを筋電位処理班
の作成した基盤と繋げ信号の確認をし、ロボットハンド班とあわせロボットハンドの動作確認を行
いすべてをあわせた状態での動作確認を行った。
ロボティクス班
ロボットハンドを設計するにあたり、人体の手に構造とロボットの設計について学ぶ必要があっ
た。そのために、生物の分野から神経伝達、興奮、電位、指の伸展・屈曲について学び、ロボット
の設計においては、ライブラリーからロボット工学の本を読んだ。また、作成にあたっては、ドリ
ルなどの工具の使い方を学ぶ必要があったが、工具の使用方法や使用にあたっての注意などは先輩
から指導を受けた。更に、作成にあたり、実際の手のように腱は手首あたりでまとめないと指が屈
曲しないなどの作成する際のアドバイスもいただいた。そこから、関節の試作品を作りロボットハ
ンドを作成し、信号処理班の作成したプログラムとあわせサーボモータの試運転をしてから筋電位
測定班の作った回路と繋げ実際の筋電位を用いて動かした。
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4.3.2
後期
全体
始めに中間のロボットハンドの問題点・改善点について意見を出しあった。そこで、動作の面で
の改善点として、グー・初期状態・パーの３パターンしかない動作を、グー・チョキパー・一指し
指・中指・親指・薬指と小指の７パターンに増やし、外見の面においては、サイズを実際の手と同
じにし、シリコーンなどを用いて、質感も実際の手に似せる、実生活の助けになるように、何かを
潰さず持つことができるようにする、５本指の識別ができるようにする、そして本体の耐久性をあ
げることを主な課題とした。そして、筋電位測定班に、信号処理班のメンバーから２人がサポート
にまわった。
筋電位測定班
筋電位測定班では、３パターンの動作から７パターンの動作にするために、２チャンネルだった
チャンネルを１２チャンネルに増やした。そして、中間では、オシロスコープで見ていたが、パ
ワーラボをパソコンに繋ぎチャートを用いることによって１２チャンネルを一度に見れるように
なった。これによって、１２チャンネルを一度に比較することができるようになった。このパワー
ラボと EMG 測定専用のアンプを使い、筋電位の違いを調べた。パワーラボを用いた作業は手間が
かかるため、信号処理班のメンバーから手伝いってもらいながら行った。
また、サポートベクターマシーンについて、信号処理班のメンバーと一緒にインターネットなど
で情報を集めた。そして、２４個の電極作成、電極付きサポータの作成と１２チャンネル分のアン
プ作成の３つの担当に分かれ作業を行った。電極付きサポータは、２４個の電極と筋電布を腕の決
まった筋肉の位置に固定したものである。１２チャンネルのアンプ作成は、電極付きサポータから
読み込んだ１２チャンネルの筋電位を繋げる基盤のことだ。この３つを作成し、実際にサポーター
をはめて筋電位を確認した。
信号処理班
信号処理班では、圧力センサと７パターンの動作のための４つのサーボモータの制御を行うため
に、マイコンを PIC から SVM に変更した。SVM を使用するために、必要な情報をインターネッ
トで探したり、java のサンプルプログラムを Processing で使えるように環境を整えた。また、１
秒までに最も多い結果を最終的な判別結果にすることで、判別の精度が上がるとのアドバイスを頂
いた。そうして、判別と分類の制度を上げ、最終的に７パターンの学習に成功した。次に、アンプ
から送られてきた筋電位をパソコンへの送信のみを行う Aruduino に送り、そこからパソコンが、
指の判別を行い、その結果をサーボモータの角度指定を行う Aruduino に送り処理したあとにサボ
モータに信号を送るというものを作成するために作業を行っていた。そのために、４つのサーボ
モータと Aruduino を繋ぐ回路と、４つの圧力センサと Aruduino を繋ぐ回路の作成を行った。作
成にあたり、回路の知識がほとんどなかったので、回路に関する知識と作成にあたっての注意を先
輩から教わった。この作成した回路と Aruduino をサーボモータに繋げ動作を確認した。その後、
ロボットハンドに繋げ、キーボードでの動作確認を行った。
ロボティクス班
目標のロボットハンドの作成にあたり、中間のロボットハンドの関節の構造以外の設計をずべて
変え、実際の骨の配置を参考に設計を行った。このとき細かな骨の配置がわからなかったので、解
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剖図鑑やインターネットなどで骨の構造を調べた。この調べたものをもとに、耐久性をあげるため
に話し合いアクリルを主材料とした。そして、中間では、１つのサーボモータで全ての指を制御
し、３パターンの動作を行っていたが、7 パターンの動作を行うためにサーボモータを４つに増や
し、７パターンの動きが可能なロボットハンドを作成した。また、殺力センサを親指、中指、薬指
に装着した。また、見た目を更ににするために、ラテックスを使いカバーを作成した。この完成し
たロボットハンドを、信号処理班のマイコンに繋ぎ、キーボードによる動作確認を行った。
（※文責: 津田吏紗）
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第5章
5.1
5.1.1
成果
プロジェクトの成果
筋電位測定班
筋電位測定班は前期では、2 チャンネルの増幅回路の製作を行なった。後期では 24 個の電極の
製作、24 個の電極を固定する電極付きサポーター、12 チャンネルの増幅回路の製作を行った。
2 チャンネルの増幅回路の製作
前期は五本指同時の伸展屈曲の各動作時に発生する筋電位を計測するため、ユニバーサル基板に
2 チャンネルの増幅回路を製作した。
電極の製作
前期では五本指同時の伸展屈曲の動作時に発生する筋電位を計測するため、電極 4 個を配置し
て 2 ヶ所で測定を行なっていたが、後期では筋電位義手の各指の独立した運動を正確に行わせる
ために測定箇所を増やし、より多くの箇所で計測を行うこととなった。16 個の入力ポートを持
つ Arduino Mega の内、4 個を圧力センサをに使うため後期は 12 ヶ所で測定を行うこととした。
12 ヶ所の測定を行うためには 24 個の電極が必要であり、それらを製作した。最終発表で使用する
ために作成した電極はそのすべてが正常に動作した。
電極付きサポーターの製作
前期では測定箇所が 2 ヶ所であったため、電極が剥がれたり測定位置がずれたりするという問題
はほとんどなかった。しかし、12 ヶ所での測定では電極が剥がれたり測定位置がずれるという問
題や、脱着にとても時間がかかってしまうという問題による影響が大きかった。そこで、運動用サ
ポーターの内側に電極と導電布をつけた電極付きサポーターを製作した。電極付きサポーターを製
作したことで、脱着の時間の短縮、測定位置の固定や電極の剥がれる問題が解決した。
12 チャンネル増幅回路の製作
前期では五本指同時の伸展屈曲の動作時に発生する筋電位を計測するため、2 チャンネルの増
幅回路を製作したが、後期では各指の独立した運動のために測定位置を 12 ヶ所とし、12 チャン
ネルの増幅回路を製作した。12 チャンネルの増幅回路にクワッドオペアンプを使用したことによ
り、前期の 2 チャンネルの増幅回路を製作した時に使用した基板の２倍ほどの大きさの基板上に
12 チャンネルの増幅回路を組み込み、さらに電源回路を組み込むほどの余裕があった。
（※文責: 菅原達也）
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5.1.2
信号処理班
信号処理班では、前期で 1 つのプログラムとマイコンボード、後期で 3 つのプログラムと 2 つの
回路を成果として作成した。前期のプログラムは、PIC というマイコンを使用し、読み取った筋電
位から初期状態・伸展・屈曲の 3 つの動作を行えるものを作成した。マイコンボードは、前年度に
使用したものを 2 チャンネル測定用に改良した。後期のプログラムの 1 つ目は、アンプから送られ
てきた信号を PC に送る Arduino のプログラム。2 つ目は PC でマイコンから送られてきた信号
SVM を使い学習する。その後、送られてきた信号が学習したどの信号に最も近似しているか判別
して、どのサーボモータを動かすかの信号を送る Processing のプログラム。3 つ目は、Processing
から送られてきた信号と圧力センサーの値によってサーボモータを制御する Arduino のプログラ
ムである。また、作成した回路は、使用するサーボモーターの電源を一つにまとめたものと圧力セ
ンサーを使うための回路の 2 つの回路を作成した。
次に各プログラムの詳細について記述する。前期のプログラムは、受け取った 2 チャンネル分の
電気信号の大きさによって場合分けを行った。これは、サーボモータにはそれぞれ周期が決まって
おり、パルス幅を与えることで、サーボホーンの角度を決定することができるからである。今回私
たちは、サーボモータの周期が 20ms のものを使用した。場合分けは、パルス幅の値をフラグとし
て 3 つ設定し、サーボホーンの角度を 3 段階に制御した。v が伸筋側、v2 が屈筋側の電気信号と
すると、
v ≧ 2.0 かつ v2 ≦ 2.0 のとき、フラグ 0
v ≧ 2.0 かつ v2 ≦ 2.0 のとき、フラグ 2
v ≦ 2.0 かつ v2 ≦ 2.0 のとき、フラグ 1
v ≧ 2.0 かつ v2 ≧ 2.0 のとき、フラグ 1
以上のような場合分けによって、設定したパルス幅の値をとり、3 段階の角度の指定を行った。
後期の 1 つ目の Arduino のプログラムでは、まずアンプから送られてきた筋電位信号を
analogRead() というメソッドを使って読み取る。動作としては、初めに Processing のプログラム
から学習を始める合図の信号がシリアル通信で送られてくる。この合図を受け取るとアンプから
送らた 12 チャンネル分の筋電位信号をシリアル通信で送信できる Byte サイズに変換して送信す
る。送信後、Processing から信号を受け取ったという信号が送られてきたら次の信号を送るよう
になっている。送信には、Sereal.print() というメソッドを使用する。
2 つ目の Processing のプログラムは、プログラムを実行すると図 5.1 のようなウィンドウが表示
される。ウィンドウに表示されているのは以下のとおりである。
• prob1∼prob10：0.1 秒間毎の学習したデータの数
• current value 1∼current value 10：0.1 秒毎の受信した信号が学習したどの指の動作か判
別した値
• val[0]∼val[10]：各チャンネルの信号の値
• l：最終的な指の動作の判別結果
• prob1 の左の数字：秒 (0.1 秒の時 1 で 1 秒の時に 10 になる)
• val[0] の左の数字：0.1 秒間に送られてきた信号を数えた数
上の空白には、学習モード時にどの指を学習しているか、実行モード時に Action Mode という文
字が表示される。
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図 5.1 表示ウィンドウ
このウィンドウをクリックすることで学習を開始する合図の信号を 1 つ目の Arduino に送る。
ウィンドウをクリックした時の動作は以下の mousePressed という関数を使用して、myPort.clear
でバッファ領域を空にしている。myPort.write(50) で myPort(アンプから送られてきた信号を
PC に送る Arduino) に 50 という信号を送る。
void mousePressed() {
myPort.clear();
myPort.write(50);
}
また、このプログラムは学習モードと実行モードの 2 つのモードに分けられている。プログラ
ムを起動したときは学習モードになっている。学習モードでは、事前にどの指の動作の信号かを決
めることで複数のパターンを学習させることが可能になる。今回のプログラムでは、親指、人差し
指、中指、薬指と小指とジャンケンの動作の 7 パターンを学習させる。学習させる指の動作を決定
するには、親指ならキーボードの O キー、人差し指なら H キー、中指なら N キー、薬指と小指
なら K キー、グーなら G キー、チョキなら T キー、パーなら P キーを押すとその指の動作に対
応して学習させることができる。送られてきた各チャンネルの信号は 0.1 秒毎に平均値を求めて、
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12 個の要素を持つ 12 次元ベクトル空間内の点の要素とする。12 次元ベクトル空間の点は、以下
の point クラスを作成してデータを格納出来るようにした。double 型の a∼l は、各チャンネルの
値 12 個で byte 型の value は、学習させるパターンを数値で格納する。パターンの数値は、親指が
1、人差し指が 2、中指が 3、薬指と小指が 4、グーが 5、チョキが 6、パーが 7 となっている。
class point {
point(double a, double b, double c, double d, double e, double f, double g,
double h, double i, double j, double k, double l, byte value) {
this.a = a;
this.b = b;
this.c = c;
this.d = d;
this.e = e;
this.f = f;
this.g = g;
this.h = h;
this.i = i;
this.j = j;
this.k = k;
this.l = l;
this.value = value;
}
double a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l;
byte value;
}
この point クラスの 12 次元のデータを配列に入れ学習データとする。この配列は、0.1 秒から 1
秒までの 10 個の配列を作成した。学習を終了後には、キーボードの S キーを押すことで学習した
データを SVM によって分類する。分類には
svm_train()
というメソッドを使う。これは、学習データから判別を行うためのモデルを作成するというもので
ある。これにより、各配列内で各指の動作毎の 7 つの領域に分かられる。分類を行った後に Z キー
を押すことで実行モードになる。実行モードでは、学習モードと同様に送られてきた 12 チャンネ
ル分の信号から 0.1 秒毎に 12 次元ベクトル空間内の点を求め、その点が 0.1 秒毎にどの領域に属
しているかを判別する。判別には、
svm_predict()
というメソッドを使う。このメソッドを使用すると、未知のデータがどの領域に属しているか学習
させたパターンの数値を返すことで判別を行う。各配列の判別結果を 10 個求めて、その中でも最
も数の多いものを最終的な指の動作の判別結果としてサーボモーターを制御する Arduino にシリ
アル通信で送信する。
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3 つ目の Arduino のプログラムは、Processing から判別した結果をを受け取るとそれに対応した
サーボモータ動かす。その際に、圧力センサーがこちらが指定した値 150 以上の値を感知した時に
サーボモータをペットボトルを握る角度である 90°に固定する。圧力センサーの値は、筋電位信
号と同様に anlogRead() を使い読み取る。また、最大値を求めることで値が 150 の前後で振動す
ることはない。そして、グーの信号を受け取った時には、親指は少し遅れて動作するようになって
おり指と指が曲がる途中で衝突することはない。パーの信号を受け取った時には、圧力センサーの
値を初期化するので、物を握った後にパーの動作を行えば物を放すことができる。
最後に、作成したマイコンボードや回路の利点について記述する。前期で作成したマイコンボー
ドは、前年度の物を改良し、2 チャンネルの信号を読み取り、1 つのサーボモーターを制御できる
物を作成した。読み取れるチャンネル数を増やすことができたのでより正確に複数の動作を行える
ようになった。
後期で 2 つの回路を一つにまとめなかったのは、配線を複雑にしないためとロボットハンドに装着
することを仮定していたためである。実際には、ロボットハンドに装着はしなかったが、配線が複
雑にならなかったので、回路をより小さく作ることが出来た。
（※文責: 米陀達人）
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5.1.3
ロボットハンド班
本プロジェクトでは最終目標を、「5 本指のロボットハンドの各指の制御および 2 本以上の同時
動作（じゃんけんをさせる）
」
「ペットボトルを持たせること」の 2 つを設定した。これらを達成す
るためのロボットハンド班での小目標として前期は下記を目的とした学習を進めた。
1. サーボモーターで動く五本指のロボットハンド作成
前期は伸筋と屈筋の筋電位を測定し、1 つのサーボモータを動かすことで動作する木材の桐を用
いたロボットハンドを製作した。しかし、このロボットハンドは耐久性に欠け、何度も動作をさせ
ると腱鞘の代わりに使用しているステープラーの針が外れたり、PE ラインの緩みが多発するので
ロボットハンドに何らかの破損が起きるたびに修理をすることになった。また、動かしていくうち
に関節が擦り減っていき、指が曲がる方向と反対側にしなってしまい、ストッパーを付けなければ
ならない、といった不備が生じた。そういった点で、木材ではなくプラスチックなどの摩擦の少な
い素材も視野に入れる。また、大きさが実際の手と比べてやや大きいので、実際の手の測定を正確
に行う必要があった。最終的に前期では伸筋と屈筋の筋電位を測定し、木材で製作したロボットハ
ンドに組み込まれた 1 つのサーボモーターを動かすことで初期状態から伸展・屈曲の動作を行うこ
とのできるロボットハンドの製作に成功した。
図 5.2 初期状態・伸展・屈曲
以上の前期の反省より後期のロボットハンド班の目標は以下の 3 点とした。
1. サーボモーターを増やし、じゃんけんをさせる。
2. 壊れにくいものを作る。
3. 見た目の改善
項目別に記述すると以下のとおりである。
1. サーボモーターを増やし、じゃんけん・ペットボトルを握る。
前期では 1 つだったが、後期では 4 つのサーボモーターを使用した。当初の予定では 1 つの指に
つき 1 つのサーボモーターを割り当てる予定だったが、薬指と小指は日常生活でバラバラに動かす
ことがあまりないため、薬指と小指の PE ラインを同じサーボモーターに取り付け、4 つのサーボ
モーターを使用することとなった。5 つのサーボモーターを使用するよりも 4 つの方が小型化、軽
量化し、そして前年度のロボットハンドでは不可能だったチョキの状態を作ることが可能となっ
た。しかし、腱の代わりになる 5 本のスチールワイヤーを互いにぶつからないように無理にサーボ
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モーターに取り付けたため、数回動作させただけで破損してしまった。これを防ぐには、ロボット
ハンドの負担がかかることも含めて、4 つのサーボモーターの取り付け位置、スチールワイヤーの
経路をよくメンバー内で話し合うべきであった。
また、圧力センサーを導入し、信号処理班と協力した結果、ペットボトルを適切な力加減で握るこ
とができた。これから先、実装するという話になっていくだろうが、そうなったら卵を握り潰すこ
となく持ったり、箸で豆腐をきれいに持ちあげることができなくてはいけない。実装に繋げるには
確実な動作が重要視される。
2. 壊れにくいものを作る。後期は基本的な構造は前期のロボットハンドと同様にし、アクリル板
を用いたロボットハンドを製作した。前期に使用した木材は
• 湿気を吸うと膨張し、乾燥すると収縮してしまう
• 湿潤な状態では腐りやすい。
• 細菌によって生分解する
• 燃えやすい
などの短所があり、環境に左右され、実装するのは難しい。しかし、アクリル板は環境に左右され
ないということでロボットハンドの材料として採用した。 また、軸を正確かつ滑らかに回転させ
るために、関節の部分にボールベアリングを埋め込み、摩擦によるエネルギー損失や発熱を減少さ
せ、部品の焼きつきを防いだ。今後もこのボールベアリングを使うと良いだろう。
図 5.3
ボールベアリング
3. 見た目の改善
装着した見た目を本物の手にできるだけ近づけることを目標にし、実際の手指の構造を参考にし
た。指の第三関節の骨は指と指の間の水かきの下まで伸びていることに気づき、まず骨組みを作
り、その骨組みの上から、手の形に型どった吸着力のあるシリコン製の手袋状のものをかぶせるこ
とにした。このようにすることで、見た目をよりリアルに仕上げ、ペットボトルをしっかりと持た
せることに成功した。
また、前期では時間がなく作成できなかった腕部を 4 つのサーボモーターの収納部とした。腕部は
一直線にするのではなく、本物の腕のように肘に近づくにつれて腕が太くなる構造にした。
以上より最終目標である「5 本指のロボットハンドの各指の制御および 2 本以上の同時動作（じゃ
んけんをさせる）」「ペットボトルを持たせる」ことを達成した。しかし、まだ何回か動かしている
と接着剤で接着している部分がとれてしまうことがある。今後の課題は動作を素早くしたり、動作
を何度も繰り返しても破損することのない、稼働率の高いロボットハンドを製作することである。
よりよいロボットハンドを製作するためにも今回の反省点を活かす必要がある。
上記の表は前期と後期の材料と仕様である。詳しくは下記の通りである。
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図 5.4
ペットボトルを持つロボットハンド
図 5.5 ロボットハンド班研究結果
主な材料
前期は主に桐を用いてロボットハンドを作成し、サーボモータを取り付けるところを杉を用いて
作成した。基本的に木材は湿気を吸いやすく脆いので筋電義手を目指すには扱いづらい。
後期は主にアクリル板とアクリル棒を用いて作成した。木材と比べて環境に左右されにくく、あ
る程度耐久性もある。ただ、木材よりも加工がしにくく、細かいパーツを作成するのに苦労した。
腱として使用したもの
前期は切れにくく、伸びにくい PE ラインという釣り糸を使用し、腱の代わりとした。
後期はＰＥラインよりも切れにくいスチールワイヤーを使用し、腱の代わりとした。
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図 5.6
図 5.8
図 5.7
桐
アクリル版
杉
図 5.9 アクリル棒
図 5.10 PE ライン
図 5.11 スチールワイヤー
腱鞘として使用したもの
前期はステープラーを木製のロボットハンドに差し込み、ボンドで固めることで腱鞘の役割を果
たした。
後期は腱の代わりになるスチールワイヤーが通る上に小さく切った下敷きをかぶせることで腱鞘の
役割を果たした。
動力
前期は「初期状態」「握る」「開く」だけの動作が必要だったためサーボモーター（トルク
11.0kg/cm）は１つ使用した。
後期は「握る」
「開く」に加えて二本以上の独立動作が必要で小指は薬指と同じサーボモーター（ト
ルク 11.0kg/cm）で動かすためサーボモーターは４つ使用した。
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図 5.12 ステープラー
図 5.13
下敷き
図 5.14 サーボモーター
・関節前期は関節に釘を差し込み軸の役割を果たした。
後期は関節にボールベアリングを埋め込み、その内側に 十字穴付きなべ小ねじを差し込むことで
軸の役割を果たした。
図 5.16 ネジ
図 5.15 釘
（※文責: 牛込裕樹）
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5.2
5.2.1
成果の評価
筋電位測定班
今回製作した 24 個の電極がすべて正常に動作したことは丁寧な半田付けによるものであると考
えられる。電極付きサポーターは電極の固定や脱着にかかる時間の短縮等において電極付きサポー
ターを使用しなかった時と比べ大きな改善となった。しかし、現時点の問題点として様々な太さの
腕に対応できない、電極と電極との距離を変えるということができない等が挙げられる。これらの
問題点を解決するにはサポーターの材質をより伸縮性のあるものにする、サポーターの形状を変え
る等を行うことでより使用しやすいものとなるだろうと考えられる。１２チャンネルの増幅回路は
デバッグの容易さからユニバーサル基板を使用した。しかし、半田の不良により動作しないチャン
ネルが多かった。また、小型化のためにクワッドオペアンプを用い、電源回路を組み込んだのだが
電源回路が正確な動作を行わず、最終発表では外部電源を用いることとなったという問題も発生し
た。これらは丁寧な半田付けを心がけることと計画的で時間的な余裕を持つことで改善できるであ
ろうと考えられる。
（※文責: 菅原達也）
5.2.2
信号処理班
本プロジェクトでは、腕の表面筋電位を利用することにより指一本ごとの正確な動き、また、手
をグー、チョキ、パーの形にするなどの二本以上の指の制御を目標としていた。そして、プロジェ
クトが終了し結果を見てみると、手をグーの形とパーの形にするといった 5 本同時の指の制御は前
期のうちに形になっており、また後期においても、アンプを 16 チャンネル対応のものにし、その
中の 12 チャンネル分を腕の筋電位を取ることに回し、他の 4 チャンネルを圧力センサの方に回す
というふうにすることで、義手サーボ一つにつき一本の指を動かせるように新しく作り、指ごとの
判別を行い、それによって義手のどの指を曲げるかを判別するための学習機能を新しく導入し、こ
のプログラムを完成させることに成功し、理論上は前年度にも増した義手の指一本ごとの動作、そ
して新しく義手をグーとチョキとパーの形にする動作を正確に行うことが可能となった。また、圧
力センサを導入することで義手が物をもったとき、その物を握りつぶさないような角度で義手を止
められるようなプログラムの作成を試みた。しかし、本番では、アンプの調子不良からいくつかの
チャンネルが使えなくなり、それに伴って筋電位を測れなくなる場所ができて、動作の精度が落ち
てしまったこと、指の筋電位のとり方が不適切であり、学習を行なっても義手が想定通りの動作を
行わなかったこと、義手自体が動作に耐えられず壊れてしまうこと、圧力センサのプログラムが最
終発表に間に合わず、物をもつ動作ができなかったなどの問題が生じた。これらの問題が起こった
原因の多くはスケジュールを曖昧に立てたままプロジェクト活動を進めてしまったことによって、
最後で時間が足りなくなったということ、また、班によって忙しい時期が違っていて、１つの班が
とても忙しい時期でも周りがあまり手伝っていなかったということなどであると考えられる。以上
のようにいくつかのの問題点があったものの、最終発表後、筋電位のとり方を変え、もう一度動作
させてみたところいくつかの指は正確に動作したこともあり、プロジェクトでの最初の学習機能を
導入した義手としては、良い結果が出せたのではないかと感じる。
（※文責: 水野大地）
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5.2.3
ロボットハンド班
ロボティクス班では、実生活の助けになり見た目も実際の手に近いロボットハンドの作成を目標
に活動してきた。２年目のプロジェクトと言うこともあり、先輩方の助言もありスムーズに作業が
できたと思う。プロジェクト活動期間中に、作成した２台のロボットハンドの評価をする。
プロジェクト前期で作成したロボットハンドについて
・素材
加工のしやすさを考え、主な材料を木材にした。加工の面でも時間をあまりかけずに加工するこ
とができた。更に、色の着色をすることなく自然なベージュになった。質感においても、やわらか
く滑らかな肌触りになっていて、ぬくもりを感じれるロボットハンドになった。しかし、材料を木
材にしたことにより耐久性の面で問題が発生することがあった。例えば、穴を開けるなどの加工の
段階で欠けてしまったり、机から落下して折れてしまうなどの破損が多々あった。また、破損や、
ズレが起こるたびに修復・補強を繰り返すことにより、見栄えも悪くなってしまった。更に、けん
引する紐に耐久性のある P ラインを用いていたが、動かしているうちに劣化して切れてしまった。
このような問題がありいい素材ではあったが、最終では素材の変更をしなければならない。
・サーボモータ部
今回は、1 つのサーボモータで５本の指を動かす設計になっていたので付属のサーボホーンでは、
ホーン自体の長さが、足りなかったので自分達で長さを計算し、アルミの板を加工してサーボホー
ンを作成した。こうすることによって、１つのサーボモータで５本の指を動作させることができ
た。
・外見
設計の段階で、サイズが実際の手より一回りほど大きくなってしまい気持ちの悪いものになった。
また、手首から指先までしか作成しなかったので、手を台に乗せた形になってしまい格好が悪く
なった（図１）。全体から見た感じとして、ロボットハンドと言うよりは、木のおもちゃのように
見えてしまう。
・全体
今回のロボットハンドを製作するにあたり、実装することを考えていなかったので、実装する事
も考えなければならない。
・動作について
中間発表時のロボットハンドは、１つのサーボモータで５本の指を動かす設計になっており、可能
な動作は、初期状態（半開き状態）
・グー・パーの３つの状態が再現可能で、この３つの状態であれ
ばどの順番でも動作することが可能である。指の屈伸運動などの動作においては、実際の手と同じ
ように第二関節→根元→第一関節の順番で屈曲し、根元→第一関節→第二関節の順番で屈曲する。
しかし、１つのサーボモータで５本の指を動かしているので可能な動作が少ない。実際の生活での
補助がささやかでもできるものにしなければならない。（詳しい動きについては、図 5.19 を参照）
プロジェクト後期で作成したロボットハンドについて
・本体について
・素材：中間のロボットハンドに比べ、２０代女性の手を見本として、サイズを測りそのサイズを
そのままロボットハンドに当てはめたことによって、サイズ・形・外見の面では美しくなった。し
かし、主な材料をプラスチックにしたことによって、硬く冷たい印象を与えるものになってしまっ
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図 5.17
た。更に、ズレなどをなくすためと、加工に適しているというこで、様々なサイズの長方形を組み
合わせてロボットハンドを作成したことにより、中間にはあった丸みや質感は失われた。しかし、
主な材料をアクリルにしたり、けん引に用いる紐をワイヤーにするなど部分的な強度を上げること
はできた。しかし、全体的な耐久力でみると、腕の部分のアクリル棒とサーボモータの接続部が弱
く
・サーボモーター部分：中間発表では、サーボモータをうまく収納できておらず格好が悪くなって
しまったので、最終では、ロボットハンドを肘まで作ることにより、腕の部分に収納することがで
きた。そうすることにより、外見のフォルムはすっきりすることができた。更に、ワイヤーを巻き
取るサーボホーンを円盤にすることで少しのスペースで長い距離のけん引ができるようになった。
しかし、サーボホーンのコードが所々から出ており、見栄えが悪くなってしまった。
・外見：見た目を実際の手に近づけるために特殊メイクなどで用いられるラテックスを用いて、見
本にした人の手の型を石膏でとり腕のカバーを作る予定だったが、間に合わなかった。しかし、プ
ロジェクト活動の時間外に作成した。試作段階石膏からはがすタイミングを間違えるなど心配事
が、多かったが、本番は重ね塗りをするなどの工夫を行いリアルな皮膚を再現することができた。
・全体について
全体の設計としては、綺麗なロボットハンドが作成できたと思うが、コードの収納方法や、実装
においてはまだ問題が残っている。
・動きについて
最終発表時のロボットハンドは、４つのサーボモータを使い、親指・人差し指・中指・薬指と小
指をそれぞれ曲げた状態と、グー・チョキ・パーの７つの動作が可能となった。親指・人差し指・
中指は、各々にサボモータ１つ、薬指と小指は、別々に動作することがあまり無いので２つにサー
ボモータ１つという形で接続した。この動作のパー→グーの動作を利用しペットボトルを握ること
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図 5.18
に挑戦した。
親指・中指・薬指の 3 箇所に圧力センサーを装着し、ペットボトルを握る際に潰さないようにし
た。しかし、圧力センサーとペットボトルがきれいに接するところがなかなか見つからず、３箇所
のうち２箇所の面しかうまく接することができなかった。しかし、各々の指の独立運動の動作はで
きるようになった。（詳しい動きについては、図 5.20 を参照）
図 5.19 前期
（※文責: 小山真奈未）
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図 5.20 後期
5.3
5.3.1
担当分担課題の評価
水野大地
前期では、マイコンやサーボモータに関する基本的な知識とプログラムの書き方を効率よく学ぶ
ことができた。また、そこからマイコンのサーボモータを動かすようのプログラムを作成し、正常
の動作も確認できたもののサーボモータが小刻みに揺れるなどの問題が解決しきれなかった。ま
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た、前期の発表準備では、スライドづくりを行い、拝聴者にわかりやすいような図や言葉を入れて
いくことを心がけた。
発表本番では完全に内容が暗記出来ていなく、カンペに頼りすぎてしまい辿たどしい説明になっ
てしまうという失態を犯してしまった。後期では義手の指一本ごとの独立した動作とグー、チョ
キ、パーの動作を可能にすること目指し、まず、後期使用するマイコンについて考えた。義手の動
作においては前期では義手の 5 本の指に糸を装着し、その糸の逆側を 1 つのサーボモータに取り付
けることで送られてきた筋電位によってサーボモータを制御し握る、開くの動作を実現していた、
というものを後期では５つのサーボモータを用意し、義手のそれぞれの指にサーボモータを付け、
送られてきた筋電位からどの指が送られてきたかを読み取りそれに対応したサーボモータを制御
し、義手を動作させる、という手法を取ることとなり、それに応じてより正確な筋電位が求められ
ることとなり、筋電位の計測箇所が 2 箇所から 16 箇所に増やすこととなり、前期で使用していた
PIC というマイコンでは処理が追いつかず指の判別に困難であることがわかったためである。そ
こで、マイコンによる処理を行うのではなく、計測データを PC で処理することによってそれぞれ
の指の識別を行うこととした。また、上記のことから A/D 変換が可能であること、PC に測定した
筋電位を送ることが可能であること、多チャンネルの測定データを取得できること、多数のサーボ
モータの制御ができることの４点が重要であり、この条件を満たしていて、なおかつ Java に対応
しており、前期で使用した PIC マイコンと近い処理が行える Aruduino というマイコンを今回は
使用した。また、Aruduino はアナログデータを 0 から 1023 までの数値で 16ch 分 Aruduino の中
に入力することが可能でありサーボモータを動かすための信号を 4 チャンネル分（親指、人差し指、
中指と薬指で中指と薬指は実際に指を曲げてみたときに、同じ動作をするので 1 チャンネルで表
すこととした。）送信することができた。また、Arudino はマイコンボードと開発環境が 2 つセッ
トになっているので Aruduino を手に入れればすぐに開発をすることができるということもメリッ
トの１つであった。この Aruduino の開発環境は無料でつかうことができ、インストールはダウン
ロードしたファイルを展開することのみであり非常に簡単に開発環境を手に入れることができた。
Aruduino の開発環境が整ったところで、キーボードを入力として PC から Aruduino を通して値
を送り１つのサーボモータを動作させるというプログラムを PC 側を Processing で、Arudduino
側を Aruduino の開発環境を用いて作成した。また、戸田先生から実際の筋電位をとって見たほう
がいいというアドバイスをいただき、なるべくノイズが乗らないような指を一本ごとに動かした時
の筋電位と手をグー、チョキ、パーにした時のを筋電位測定班に協力してもらい測定した。
ここでは、まず、腕に圧力センサ用の 4 チャンネルを抜いた 12 チャンネル分、１チャンネル電
極２個の合計２４個の電極を腕に張り付け、筋電位の違いが出やすい人差し指と中指の筋電位を
取った。筋電位の取り方としては、指を１．５秒曲げて、１．５秒伸ばすということを１セット
し、これを１０セット行うという取り方をした。 しかし、本プロジェクトにおいては指を曲げると
きは、曲げた時の角度を PC に学習させサーボモータに送るようにして義手を動かすようにしてい
たが、指を伸ばす場合には、与える角度は初期値とすることになったのでこのようにして、電極を
取り付けると、伸筋側の電極で取った筋電位がいらなくなってしまうということが分かった。 そ
こで、屈筋側に電極を４チャンネルを腕と平行になるように張り付け、これを１列とし、３列分張
り付け、計測を行った。しかし、１２チャンネル分の筋電位を一斉にとってみると、筋電位を取る
機器の配線が絡まってしまい接触不良を起こしてしまい、ノイズがのりやすくなってしまい、純粋
な筋電位が取りにくくなってしまうという自体に陥ってしまった。そこで、１度の計測に１列だけ
測るようにし、１度に測る筋電位の量を減らしてみたところノイズ機器の絡まりが少なくなり、ノ
イズの少ない金電位を取ることができ結果全チャンネルで屈筋側の筋電位を取ることに成功した。
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また、ここでの測定に思った以上に時間をかけてしまい後の作業に支障をきたしてしまった。取っ
たデータを戸田先生に見ていただき、学習モデルのことについてご教授頂き、そして今回は学習モ
デルの中でも SVM を使用することとした。SVM とは Support vector machine の略で、現在使
われているパターン認識手法の中で、最も優れている学習モデルの 1 つであり、この SVM の最大
の特徴は、学習で用いなかった未知のデータを上手く分類できるということである。 例えば、2
種類の学習データを入力した場合、2 つの領域に分けるために、識別平面から一番近い 2 種類の学
習データの距離、マージンを最大にするように境界線を引き、そうすることで、入力されたデータ
は、必ずどちらかの領域に属し、未知のデータ分類が可能となる。
それから約１週間 SVM について勉強し、起動するとスクリーンが表れ、スクリーンをクリック
すると点が打て、点の色を変えることができ、点の色ごとの判別を行い領域をスクリーン内に描く
プログラムを作成に携わった。その後は回路づくりを主に行なった。初めは、回路のことに関する
知識、技術が乏しかったのでレギュレータやコンデンサをどのようなにして取り付けるかというこ
とやスイッチの取り扱い方などの回路の配線に関することを卒研生の先輩から教えていただき、設
計図、本体の作成を行なった。設計図を何度か直し、先輩に見ていただき、これなら大丈夫という
返事をもらったところで、回路作成に取り掛かった。 回路作成においては、意図しないところで
針金同士を交わらせるとそこに電気が通ってしまうので、交わらせないように注意して半田付けを
行なった。
回路が完成し、続いて回路と Aruduino や圧力センサを接続するための線の作成を行なった。筋
電位測定班に線の作り方を教わり、線にコネクタを半田を使って取り付けて完成させた。その後
は、後期のスライド作成に取り掛かった。スライド作成では今まで作成してきた物についての再確
認と拝聴者にどのようにしたら、学習モデルや学習モデルをどこに、どのようにして使ったかとい
うことを理解してもらえるかということを主として考えた。 また、スライドの作成に時間を使い
すぎてしまい、発表練習がおろそかになってしまい、結果、やはりカンペに頼ることとなってし
まった。全体を通して、時間がいつもギリギリになってしまい、後の作業が詰まってくるという事
態に陥っていたのでスケジュールをしっかり立てて作業をするべきであった。
（※文責: 水野大地）
5.3.2
米陀達人
信号処理班の前期の目標は、伸筋側と屈筋側の筋電位を判別し、それぞれの筋電位に合わせて
サーボモータを制御することであった。それを行うためには、2 つの信号を読み取れるマイコン
ボードを作成する必要があった。今回、私は、前年度に使用したマイコンボードを参考にして 2 つ
の信号を読み取れる 2 チャンネルのマイコンボードを作成した。また、ポスターのメインページの
作成をした。ポスターの作成では、システムの流れを写真を使いどの部品が何をしているかをわか
るようにした。そして、前年度と今回作成したロボットハンドの違いについてわかりやすくなるよ
うに図を用いて解説を記述した。反省すべき点としては、マイコンボードの作成に関して回路の知
識がほとんどなかったことである。作成には、前年度のマイコンボードを参考に手探りで勉強をし
ながら作成を行なっていた。しかし、回路の知識がないため不具合が起きた時に何が原因か分から
ないことが多々あった。これは、事前に回路の知識を持っていなかったことや筋電位測定班ではな
かったため回路について勉強をしていなかったことが原因ではない。回路を作成するにあたって自
分で勉強をする時間が圧倒的に足りなかったことが原因であると考えれる。回路の作成は目標の決
定の時に決まっていたので、回路の作成を開始するのが遅かったというのも反省すべき点であった
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と思う。
後期の目標は、指の動作を 7 パターン分学習して判別することと、圧力センサーを用いてペット
ボトルを持てるようにすることであった。今回主に私は、指の動作の学習と判別を行うのに使用す
る SVM の実装を担当した。今回は、新しいマイコン Arduino を使用すること、SVM を実装する
こと、圧力センサーを使用し回路の作成をすること等しなければいけないことが前期よりも多かっ
た。しかし、作業を分担して行うのが遅く、Arduino でサーボモータを複数制御できるようになっ
てから作業を分担した。もっと早くに作業を分担して行なっていれば、もっと余裕を持って作業を
行うことが出来たのではないかと反省している。また、積極的に先生に話を聞く機会を作るべきで
あった。このため、発表会間近になって実装できた SVM が一般的な使い方をしていなくて、とて
も効率の悪いものであったことに気づいた。そこで、急いで先生に話を聞きプログラムを書き直す
ことになった。そして、大体のプログラムが完成したのが当日になってしまった。また、他の 2 つ
のグループと合わせることもほとんど出来なかったため、プログラムの調整する時間がなく、発
表の合間に調整をしないといけない状態になってしまった。プログラムが完成したのも発表会が
終わってからになってしまった。後期も、前期と同様にメインポスターの作成も行った。今回は、
SVM の実装に時間がかかってしまいポスターの作成を開始するのがとても遅くなってしまった。
ポスターの印刷が当日になってしまいプロジェクトのメンバーには迷惑をかけてしまい申し訳なく
思う。最後に、発表会前半での信号処理班の発表も担当した。前期では、発表を担当していなかっ
たのでしっかりと練習をしなければいけなかった。それにもかかわらず、他の作業も終わっていな
かったので発表練習を行う時間を作ることが出来なかった。その割には、発表本番でそれなりに話
すことができていたのではないかと思う。しかし、その発表を聞いていた人が理解できる内容では
なかったと思う。
プロジェクト学習を通じて知識や技術を多く学ぶことが出来た。しかし、反省すべき点としては、
スケジュール管理が全々できていなかったと思う。スケジュール管理をもっとしっかりと行なって
いれば今よりもよりよい成果を挙げれたのではないかと思うばかりである。この経験は、しっかり
と自分の中で反省をして、次に生かせるようにしなければいけないことだと思う。
（※文責: 米陀達人）
5.3.3
津田吏紗
前期では、ある程度時間に余裕もあり、完成した成果物の動作確認を何度も行うことができまし
た。発表も練習を重ね、カンペを見ることもなく、説明することができました。後期では、時間が
少ないこともあり、識別法を SVM に定め、学ぶことから始まり、実装するまでに多大な時間がか
かり、デバッグや動作確認を満足にできなかった。そして、スライドの作り始めるのも遅くなり、
発表の練習も中間発表のときより、回数が少なく、準備も足りず、十分なものにはならなかった。
学んだことや、行なったこと、目標にしたことは、中間よりも確実に難しく、高度なものだから
こそ、もう少し計画性を持って、プロジェクトを進めることができたらよかったと思う。報告、連
絡、相談の 3 つの重要性を深く理解した。
（※文責: 津田吏紗）
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5.3.4
高橋謙
私は、ロボットハンド作製班として活動した。中間までは、五本指の開閉が可能なロボットハン
ドの開発に取り組んだ。機能面では、かなりの出来となったが、見た目と耐久性で不備が生じてし
まった。見た目の不備というのは、ロボットハンドを作製してから、実際のモデル (小山さんの手)
と見比べてみると、ロボットハンドの指の方が 3cm 長くなってしまったということである。また、
耐久性の問題とは、まず第 1 に全体を木材で作製したために、回数を重ねて動作させているうちに
摩耗してしまうということである。第 2 の耐久の問題は、ロボットハンドの指を牽引するナイロン
ワイヤーである。このナイロンワイヤーも、何度も動作させているうちに、牽引の際に切れてしま
うということであった。そこで後期では、以上挙げた問題点を解決すると共に、指の独立した動き
と、指 2 本以上の同時運動を実現させることが目標となった。
最終発表に向け、中間で挙がった課題を 1 つ 1 つ解決していった。まず、手の大きさだが、中間
での私たちの設計ミスであることがわかった。そこで、今回はその初歩的なミスを無くし、実際の
人の手を忠実に再現することを中間よりも意識して取り組んだ。また、第 1 の耐久性の問題は、本
来、前期でロボットハンドの作製で用いる予定だった、アクリル板を用いて解決した。前期で使用
した木材に比べ、今回のアクリル版は、耐久性に優れ、摩耗しにくく折れにくい。ただ、その分思
うような加工がなかなかできず、作業が難航した。また、関節の構造もベアリング、ネジ、ワッ
シャ、ナットを用いて作製したので、スムーズかつ安定した屈曲運動を実現できた。次に、第 2 の
耐久性の問題である、ロボットハンドの指を牽引するものについてである。これは、ナイロンで
はなく、ステンレス製の細く、柔軟なワイヤーを用いて解決した。また、今回は、グー、チョキ、
パーの実現、握る動作、ものを掴ませる運動をさせることを目標としていた。そのため、使用する
サーボモーターは 4 つとなった。それに加え、今回は、圧力センサーを用いてものを掴むという動
作をさせることも試みた。しかし、本番までに、きちんと作動させることができなかった。最終発
表の最後に、握る運動とチョキができただけだった。しかし、私たちの班が作製したロボットハン
ドは、思った通りの動きをしていた。確かに、全体で合わせたとき、可能な動きが全て出来たわけ
ではない。しかし、最終発表の最後で見せた 2 つの動きは、確かに自分が思っていた動きだった。
そのため、今回行なってきた活動は、決して間違ったことではないと思っている。最終発表に向け
て作製したロボットハンドは、かなり良い出来だったと思う。わずかな動きではあったが、実際の
人の手の動きに近づけることが出来たと思う。問題点として挙がったことは、強度の問題である。
やはり、何度も動作させているうちに壊れてしまった。このことから、今後の課題としては、ロ
ボットハンドの動作の際にいかに負担を軽減するかである。それに加え、今回は握る動作と、グー、
チョキ、パーの動きをさせることを目標にしたが、発表本番までに全体で合わせることができず、
結果は散々だった。この原因は、自分の班の活動ばかりしてしまったため、他の遅れ気味の班を手
伝う気配りができなかったことが、大きな原因だと思う。もっと視野を広く持ち、気を配ることが
できていたら本番は間に合っていたのだと思う。私にとって、このことが最も反省すべき点である
と思う。
また、中間と最終の発表についてである。私は、発表全体の進行とロボットハンドの発表を担当
した。まず、中間は、計画的に事を進められず、発表当日までロボットハンドがうまく動作しない
中の発表となった。発表の練習自体は、数えるほどしかやっておらず、念のためカンペを作成して
本番の発表に臨んだ。発表中は、カンペは手に持っていたが、1 回も見ずに発表することができた。
声も周りに負けないように大きかったと思う。しかし、一生懸命に発表するあまり、聴いている人
たちに話している内容がしっかり伝わっているかとても気になった。そこで、最終発表に向けての
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目標としては、十分な発表練習をすることと、聞いている人たちに少しでも話している内容が伝わ
るように心がけようと思った。しかし、最終発表も、中間までと同じ流れになってしまい、結局中
間での反省がほとんど生かされなかった。最終発表も、発表練習は数えるほどしかできなかった。
さらに今回は、制作物も全体で 1 度も合わせることなく本番を迎えてしまった。中間よりもさらに
悪い結果を招いてしまった。
こうなってしまった原因は、計画性のない活動をしてしまったことである。前期の当初は、毎週
金曜日に、全体の流れを報告しあっていたため、やったことを流れとして把握できていた。しか
し、中間発表に近づくに連れ、そのようなミーティングをする機会もなくなり、発表の準備が思う
ように進まなくなってしまった。そして、その流れのまま最終発表まで来てしまったという感じが
する。このような悪い流れをしっかりと断ち切りるタイミングはどこかにあったと思う。自分や周
りがそのことに気づき、早急に対処していたら今回のような残念な発表にはならなかったのではな
いかと思う。プロジェクト全体に目を向け、それぞれがベストを尽くした時、初めて最高の成果物
ができるのだということを痛感した。結局、最終発表までこのことが改善されなかったということ
は、成長がほとんどないのだと思った。いかに的確な計画を立て、柔軟に行動していくかが大事か
ということを思い知らされた 1 年間だったと思う。そういう面では、成長できたと思う。
（※文責: 高橋謙）
5.3.5
柴田大輔
前期では最初、講義を受けてもなかなか電気回路について理解するこてができず、あまりイメー
ジができない作業をやっている印象だったが、回路を組んでいくにつれて増幅回路やインスツルメ
ンテーションアンプ等の原理がわかってきた。また、自分は筋電位を計測するのが仕事なので、オ
シロスコープを通じて筋電位を確認できたときはとてもやりがいを感じることができた。しかし、
アンプに動作不良が起きた時、どこが原因で動かないのかを探す能力が自分には足りなかったと思
う。発表のスライドでは回路図が見にくいと指摘を受けていたが、修正する時間が足りなく結局み
にくい回路図のまま本番を迎えてしまった。プレゼンテーションでも練習不足で原稿を持ったまま
の発表となり、たくさんの人から指摘を受けた。
後期では、１２チャンネル分の筋電位の計測という目標を早い段階から決めていた。このころに
は１２チャンネルでの筋電位の計測や計測するための機器の接続に慣れたため、スムーズに作業す
ることができた。その後、電極を作ることになったが、時間をかけながらも指導教員からのアドバ
イスをもとに、動作確認でしっかりと筋電位を計測することができる電極を作成することができ
た。しかし、電極の形が悪く、電極を貼ると貼った痕が残ってしまい、改良の余地が多くある電極
となってしまった。また、アンプの作成について、あまり手伝うことができず、結果として最終発
表までに完全に完成させることができなかった。完成が間に合わなかったのは、もっと早くアンプ
や電極の作成をするべきであったことと、筋電位測定班で上手く共同作業ができなかったためだ
と思う。最終発表のスライドは、指導教員や先輩方に何回も意見をもらい、手直しの繰り返しで、
中間発表よりも見やすく解りやすいスライドを作ることができた。しかし、最終発表でのポスター
は作成する時間がなく、完全に他の班に任せてしまい、とても皆に迷惑をかけたことだと反省して
いる。
（※文責: 柴田大輔）
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5.3.6
高見充
前期では、木材とサーボモータ 1 つでロボットを製作したが、材料と作り方に問題があったた
め非常に壊れやすいもとなった。指の部分も長くなってしまい、アンバランスなものとなった。だ
が、このときに使った握る動作と開く動作の仕組みはうまく出来たと考えている。この仕組みは最
終的に出来上がったロボットにもついている。スライド作製では、文章ばかりのスライドから絵を
中心としたスライドにしたことで、視聴者に伝えやすいものが出来た。後期では、プラスチックと
ワイヤーを用いることで強度が上げようと考えたが、実際に試してみるとパーツが強すぎて接着面
への負荷が高くなってしまい、やっぱり壊れてしまった。しかしながら、サーボモーターを 4 つ使
用することで各指の識別とチョキなどの指の動きを表現できるようにはなった。全体を通しては、
スケジュール管理が甘く、成果物を全体であわせることがなかなか出来なかった、報告書がギリギ
リになってしまった、といった問題があり、リーダーとして働ききれなかった。またメンバー全体
の情報伝達がなかなか出来ず、なかなか進んでいない班の手伝いなども出来ず、それも成果物がう
まく完成しきれなかった要因であると考えている。強引にでも力になりたいという姿勢が大事な
のかもしれない。やはり、色々な仕事が出来る人には多くの仕事を任せ気味になってしまっていた
が、そここそバランスを考えてメンバー全員で仕事を分担させるべきであったと考える。報告書の
割り当ての仕方にも問題があり、全員が辛い作業となってしまった。
（※文責: 高見充）
5.3.7
坪沢岳洋
私が担当した課題は、信号処理班でのサポートベクターマシンを応用した識別プログラムの作成
と、信号処理班ポスターの作成である。サポートベクターマシンを応用した識別プログラムの作成
面では、サポートベクターマシンの学習アルゴリズムを学び、それを識別するプログラムに応用す
るため、測定した筋電位をどのような形に変換することで、最も適切な形式のデータにすることが
可能かを考えることが出来た。反省点は、実際にプログラムをパソコンで作成する際に使用した言
語が Java や Processing であったため、私にとって未知の言語だったため、基礎知識から学ぶ必要
があった。そのため、プログラムの作成に取り組むことが出来ず、信号処理のメンバーに負担をか
けてしまったことである。信号処理班ポスターの作成面では、今回応用したサポートベクターマシ
ンの概要と、その学習アルゴリズムを組み込んだおかげで、どのような成果が得られたのかをポス
ターにまとめた。専門知識を噛み砕いて簡単な言葉で説明し、手作りの図を用いることで前提知識
が無い人でもある程度の流れがつかめるように心掛けた。前回のポスター製作も担当したため、過
去の経験を生かし、相違工夫をすることが出来たと自負できる製作物にすることが出来た。
（※文責: 坪沢岳洋）
5.3.8
牛込裕樹
前期は、アクリル板などの材料が届く間に木材を用いてロボットハンドを製作した。これは良い
判断だったと思うが、ステープラーや PE ラインが何度も取れ、取れては直し、取れては直しの繰
り返しであった。後期は、骨組みにかぶせるシリコン製の手袋を作成するための材料が届かなかっ
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たことにより、最終発表までに完成することができなかった。それを防ぐには、発注先に連絡する
などしてスムーズなロボットハンド作りを心がけるべきだった。また、最終発表でロボットハンド
を動かした際に破損してしまった部分やシリコン製の手袋作りを最終発表後に迅速に取りかかるこ
とができ、結果的に納得のいくロボットハンドを製作できた。
（※文責: 牛込裕樹）
5.3.9
小山真奈未
私の担当課題は、ロボットハンドの作成と、ロボティクス班のポスター製作でした。ロボットハ
ンドの作成においては、実際の手に近いロボットハンドを作成するために、人体の解剖写真集や、
インターネットで骨や腱の構造、骨の配置など、設計に必要な知識を学び資料収集を頑張った。中
間では設計図の作成と、人差し指の作成を担当した。ステープラーの加工や、リング作成などの細
かい加工と、鉄の切断など自分のできることは積極的に行うことができた。ポスター作成において
は、見た人にわかりやすく伝わることを目標とした。工夫としては、部分的な画像をのせたり、赤
枠で囲むなどの強調など、設計・構造など伝えたい部分が何処なのかをはっきり示すことができ
た。しかし、完成したポスターは、文字が多くなってしまい、説明書のようになってしまった。し
かし、ポスターを読んでもらえば、ロボットハンドの構造や、仕組みが伝わるので個人的にはよ
かったと思っている。
私の担当課題は、ロボットハンドの作成と、ロボティクス班のポスター製作でした。ロボットハ
ンドの作成においては、実際の手に近いロボットハンドを作成するために、人体の解剖写真集や、
インターネットで骨や腱の構造、骨の配置など、設計に必要な知識を学び資料収集を頑張った。中
間では設計図の作成と、人差し指の作成を担当した。このとき、関節のサイズ設定を誤ってしまい
実際の手より一回り大きい物になってしまった。ステープラーの加工や、隙間埋めのリング作成な
どの細かい加工と、鉄の切断など自分のできることは積極的に行うことができた。また、ポスター
作成においては、まずイラストレーションの使い方がわからなかったので、その使い方を覚えるこ
とからはじまった。そして、基本的な操作ができるようになり、これによりイラストレータを使っ
て画像が作れるようになった。ポスター製作のにあたっての個人的な目標として、見た人にわかり
やすく伝わることを目標とした。工夫としては、部分的な画像をのせたり、赤枠で囲むなどの強調
など、設計・構造など伝えたい部分が何処なのかをはっきり示すことができた。しかし、完成した
ポスターは、文字が多くなってしまい、説明書のようになってしまった。しかし、ポスターを読ん
でもらえば、ロボットハンドの構造や、仕組みが伝わるので個人的にはよかったと思っている。
（※文責: 小山真奈未）
5.3.10
菅原達也
前期では、五本指同時の伸展屈曲の動作時に発生する筋電位を計測するため 2 チャンネルの増幅
回路の作成を行った。この 2 チャンネルの増幅回路は片方のチャンネルのみ動かない、次の日に
は壊れていたチャンネルが正常に動作し、こんどは正常に動作していたはずのチャンネルの動作
がおかしくなる等のトラブルもあったが概ね良かったといえるであろう。しかし、中間発表の前日
に電源回路を先生に作っていただいたということがあった。本来であれば自分たちで作るべきで
あったのではないかと反省している。中間発表では明らかにスライドの発表練習が足りずにほぼア
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ドリブという事態になってしまった。また、アンケート用紙には声量が足りずに何を言っているの
か分からない、話している内容についていけない等があった。後期にはまず、信号処理班と合同で
PowerLab を用いて 16 チャンネル測定を行い、人差し指と薬指の指の動作時の発生する筋電位の
違いを調べた。活動内容はプロジェクトの趣旨に沿ったものであったと考えることができるが、そ
の作業に何週もかけてしまったということはあまりよくないことであったと考える。筋電位測定班
のメインの活動である増幅回路の制作や電極の製作、後期ではサポーターも製作する事となり、時
間が足りなくなってしまうことは目に見えてわかっていたはずであるのに必要以上に 16 チャンネ
ルの計測に時間をかけてしまったことは大きな反省点の 1 つとして挙げられる。また、その後信号
処理班が SVM を使い筋電位の学習を行うことに方針を決めた後、筋電位測定班も SVM について
の学習を 2 週間ほどにわたり行なってしまったこと、本来であればこの時期には回路の製作に入っ
ていなければならなかったであろうと考えられる。ようやく回路の製作にとりかかったもののなか
なか進まず、時間もなくなり毎日大学に泊まりこむようになり半田付けは雑な仕上がりになってし
まった。最終発表の当日に一応形にはなったがほとんど全てのチャンネルが正確な動作を行わず、
櫻沢先生や先輩方のお力を借りてようやく最終発表のギリギリに８チャンネルは動作するように
なった。しかし、左から３、４、５、１１チャンネルの４つのチャンネル、そして電源回路は動作
しなかった。筋電義手を全体で合わせて動作させるという時間もなく、また、スライドの発表練習
を行う時間もないまま最終発表となってしまった。結局、発表は中間発表以上にアドリブを用いた
発表を行うという事態となってしまい、さらに義手はなかなか動かず、動いたと思ったら壊れてし
まった。これらを踏まえ、もっと計画的に時間に余裕を持ち行動すべきであった、丁寧な半田付け
をすべきだったと反省をしている。誰かがやってくれるだろうと期待しても何も起きない、自分で
自ら動かなければ何も始まらないということを身に染みて体感した。もうこのようなことにならな
いよう早め早めの行動をすること、自ら行動することを心がけたい。
（※文責: 菅原達也）
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第 6 章 今後の課題と展望
発表を見て頂いた方に記入して頂いた発表評価シートのコメントで出た問題点を挙げ、それに対
する改善案を挙げる。そして、今後の課題、展望を挙げる。
・もう少しゆっくり話した方が良いと思います。
人が聞き取りやすい声の大きさを自分で掴むまで発表練習を重ね、本番に臨む。
・専門用語の説明をもう少し簡単にした方が分かりやすいと思います。
前提知識が無い人でも分かる言葉に噛み砕き、専門知識は概要が分かるように簡単な言葉で説明
する。
・声が小さく、自信がなさそうで何を話しているのかあまりわからなかった。
説明内容だけでなく、質問に対しても対応できる状態までプロジェクトの内容の理解を深める。
・紙を持たないほうが良い
手元に原稿が必要無くなるまでプロジェクトの内容への理解を深めて、発表に臨む。
・筋電位のときの回路図が複雑過ぎてわからなかった。
回路図を役割ごとにスライドに分けて簡単な説明を載せて口頭で詳しく説明することで対応する。
・スライドが回路図だけの場合があったのですが、簡単な説明だけでも文字で入れて欲しかった。
言葉だけでは理解しにくかった。
回路図を役割ごとに細かく分類して、簡単な説明を載せて何枚かのスライドに分けて説明する。
・明確な目標設定が必要だと思いました。
筋電義手の開発プロジェクト全体の目標からどのような義手を作るのかと、現在普及されている
筋電義手と自分達が開発した筋電義手を比較して、どの点で劣っていて、どの点で勝っているのか
を伝えるスライドと口頭説明を加える。
・回路班の代表者の発表についてもう少し分かりやすくして欲しかった。
回路図を役割ごとに分担し、簡単な説明を載せた数枚のスライドに分けて、役割の概要が伝わる
ように説明する。
・カンペは見ない方が良いと思う。
発表当日には原稿が無くても良いように、説明する内容への理解と想定される質問への応答を 予め予測する。
・一部の語句の説明がスライドには名前しか載っていなかったので、簡単でもいいのでスライドに
も説明を載せるべき。 説明の流れが分かるデザインのスライドを作り、簡単で出来るだけわかり
やすい言葉を乗せて、詳しくは口頭で説明できる状態を作る。
・まだ上手くいかない点が目立つ
今回挙げた今後の課題を踏まえて、質問に応答できる状態で発表に臨む。
・ところどころ聞こえずらいところがあった。
人前での発表を想定した発表練習と、身振り手振りを加えた見ている人に伝わりやすい発表にす
る。
・スライドをもう少し工夫すべき。
矢印等を用いて、見ている人にどのような流れで伝えたいかハッキリさせたスライドを作る。
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・広いホールでの発表でしたのでもう少し声を張って発表したほうが良い。
後方で発表を見ている方には、万が一発表者の声が聞こえない場合を想定して、予め冊子を作っ
ておく等の工夫をする。
・専門用語を持って分かりやすく説明して欲しかった。
専門知識は簡単な言葉に噛み砕いて説明、専門知識を含む説明はだいたいの流れが分かるように
図や写真を加えて説明する。
・もっと大きな声で発表できれば良かったと思います。あと、もう少し明るく発表できればよかっ
たと思います。
原稿無しで発表を見て頂いている方へ目線を合わせて説明する。
・回路の説明は部品よりも何をする部分なのかを説明すべきだと思う。専門用語をかみくだいて説
明して欲しかった。
写真と簡単な説明を加えてスライドを用いて、専門知識が無くても回路の仕事のだいたいの流れ
が掴める説明する。
・もう少し練習して、堂々と発表出来ると良かったと思います。
発表練習の経験を積み重ねて、万全な状態で臨む。
・目的、構造の説明等が明確だったのに、結果が不明確だったのが残念。
ロボットアームを動かすだけでなく、筋電義手の開発に当たってどのような開発を成功させるこ
とが出来たかスライドを作って説明する。
・台本を見ながらの発表はよくないと思います。
発表当日は質疑応答を難無くこなせるまで研究内容の理解を深める。
・周りに声が負けています。スライドで補強することも必要です。
人前で発表を重ね、大きな声で発表出来るようにする他に、見ている人の注意を引く身振り手振
りを加える。
・軽量化のみで木の材質にすると、耐久性に欠けると思います。
加工が便利である点や、材料の入手が可能である点などのメリットを挙げて、他に普及している
筋電義手と比較して勝っている点を主張する。
・スライドに少し説明書きがあるとわかりやすいと思った。
分かりやすい説明書きに加えて、図やグラフを追加して見やすいスライドを心掛ける。
・自分には少し難しいように感じました。
前提知識がない方にもプロジェクト全体のおおよその流れを伝わるようにイラストや写真、簡単
な言葉でスライドを作る。
・声が聞きとりにくい、スクリーンを見すぎ。
発表内容を把握し、タイムテーブル通りに発表を行う。
・去年のプロジェクトの焼き直しにすぎない。木である必要は何か。
去年開発された筋電義手と今年開発した筋電義手を比較して、材質が木である面で、昨年より軽
量化が可能である点や、用意に加工出来る点、筋電義手を作製する材料が安価で手に入れやすい点
などのメリットを伝える。
・発表する人が腕に電極をぶら下げていて良くない。
プロジェクトメンバー内の発表のローテーションと、筋電義手を装着するに当たっての環境設定
の簡易化を行う。
・発表者の方は前を向いて話をして頂かないと聞こえません。
発表を見て頂いている方がどのような表情をして聞いているのかを確認し、改善点があれば臨機
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応変に対応する。
・声の小さい人がいた。
模擬の発表練習を重ね、人前で発表することに慣れ、声を大きく出せるようにする。
・原稿をただ読んでいる人がいたので、人に伝えるために話をしたら良いと思った。
発表の内容を理解し、ノンバーバル面でも人に伝わりやすいよう改善する。
・期待して見に来たけどつまらなかった。実際に動かしながら説明して欲しかった。
駆動時間を増やせるようバッテリーの問題の解決と、見学していただいている人が義手を装着し
て動かす体験などを検討する。
・もうちょっと前年度と比べて説明が欲しかった。
今年の製作物と前年度の製作物を説明と比較するスライドと説明を発表に追加する。
・声が聞こえにくい部分が所々あったので、もう少し大きく出来ると、より良くなると思った。
声を大きくする他、発表者の身振り手振り、見て欲しいスライドへの誘導に力を入れる。
・義手の信号の説明とかもう少し分かりやすくしてくれるとうれしいです。
回路図のみ映していたスライドを役割ごとに数枚のスライドに分けて、仕事の内容の流れがつか
めるように専門用語を噛み砕いて簡単な言葉で説明する。
・少し初見の人には難しい説明だったと思います。
専門用語と具体的数値を噛み砕いた簡単な言葉とイメージの伝わる図やグラフに置き換えて対応
する。
・スライドにページ番号を載せたほうが後々質問をする方は分かりやすいと思う。
話を聞いて頂いた方にどのスライドで質問があるかページ番号をふり、わかりやすくする。
・３．６ｍｓなど７２度など、具体的すぎる数値が多く、素人から見るとイメージしづらい。目的
の設定理由が曖昧な気がする。
具体的数値を図やグラフを用いて、イメージからだいたいの流れが伝わるスライドを作成する。
・本プロジェクト以外で筋電義手の研究現状からして、妥当な目標設定なのか進歩なのかは少々判
断しにくい。
背景に筋電義手の現状を伝えるスライドと説明を加えて、今回の製作物と比較してメリットを伝
える。
・去年のプロジェクトの成果を出して、今年の課題を説明していたが、やりたい動作が違うことは
分かったが、どこが問題かがわかりにくかった。デモがうまくいかなかったのは残念でした。
昨年の製作物を踏まえて改善された今年の製作物のメリットを伝える。いつでもロボットアーム
を駆動できるよう改良する他、ロボットアームが動かない場合を想定して、実際駆動しているロ
ボットアームを撮影したビデオを用意する。
・今後の目標への問題点や話題がわかるとよかったかも。今後の目標であげたことはどのくらいで
きるでしょうか。
今後、識別プログラムの改善と筋電位測定の確実性を上げることを伝えるスライドと説明を加え
て、質疑応答で発表を聞いて頂いて疑問に思ったことに対して回答する。
・スクリーンが２つあると、どっちを見れば良いか分からなくなるかも。モールではもっと声を出
さないと聞こえない。
発表者がどちらのスクリーンを見て欲しいのか、見て頂いている方に伝わる大きさの声で指示を
出す。
・現実味と最終目標の明確化が必要だと思います。
現状筋電義手の普及が芳しくない状況の中で、ここまでの実現が可能であることと、今年の製作
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物によって低コストでの筋電義手の開発の可能性があることをスライドと説明で伝える。
・電気の話は１年生には理解できないと思う。
専門用語と具体的数値を噛み砕いた簡単な言葉とイメージの伝わる図やグラフに変更する他、発
表を見て頂いた方の質問に応答できる状態で望む。
・プレゼンをいじる人がいて見づらかった。声量をもっとあげるべき。
見て頂いている人の立場に立って見やすい発表を心掛ける。
・一番重要と思われる説明がよく聞こえませんでした。専門用語の説明をもう少し詳しくして欲し
かったです。周りが大きい声を出しているので、もう少し声を大きくしたほうがいいです。
発表者に見て頂いている方への指示と、噛み砕いた簡単な言葉での専門用語の説明を回りにかき
消されない大きさの声で発表する。
・声が小さい人がいた。
見て頂いている人の立場で考えた配慮と、模擬発表練習を重ねて臨む。
・カンペをみなかったら完璧です。
模擬発表練習で発表内容の理解を深めて、カンペ無しで臨む。
・専門用語はよく判らなかった。もう少しスライドが多くてもよかったかも。
専門用語と具体的数値を噛み砕いた簡単な言葉とだいたいの流れがわかりやすい図やグラフをス
ライドに混ぜて、専門知識がわからないという方にもわかり易くする。
・原稿を読むことにより、声がこもりがちになるプレゼンターがいたので、読まずに発表できると
よりよくなると思う。
見て頂いている方の視点で、どのような発表をすれば快く思って頂けるかを理解し、発表練習を
重ねて質疑応答までこなせるようにする。
・複数年にまたがるプロジェクトのようだが、どこからどこまでが今年のプロジェクトなのか曖昧
だった。ゴールが定めにくいプロジェクトだと思うので、今年はここまでといった割り切った計画
が必要かもしれない。
タイムテーブルに去年のプロジェクト内容の説明と去年の問題点を踏まえて今年作成したロボッ
トハンドの成果を伝えるスライドの時間を加える。
・声が途中で少し聞き取りづらかった。
周りの発表にかき消されない大きさの声で説明する他、身振り手振りでの呼びかけに力を入れて
発表する。
・数式や単位記号など、専門用語が多すぎであり、少々わかりづらい。活動目的がみられない。
具体的数値や専門用語は噛み砕いた言葉と仕事の流れを掴み易い図やグラフに変更し、現状でも、
今年の製作物によって低コストでの筋電義手の開発の可能性があることを加える。
・各班の人は、声量が若干足りず、聞き取りにくい部分があり、もったいなく感じました。カンペ
は使わないで欲しかったです。各技術が何のためにあるか、と言う部分を中心に発表して、実際の
ボルト数などの説明は無かったほうがわかりやすかったと思います。
専門知識や具体的数値等のそのままではイメージしにくい状態から、噛み砕いた簡単な言葉と仕
事の役割を想像し易い図やグラフに変更する。更に、声量を上げる為、模擬発表練習を行う。
・前提知識がないのに詳しく説明されてもさっぱり分からない。目標がさっぱり分からない。発表
でいれよう。説明不足。
現状の筋電義手の背景と昨年と今年の製作物の説明から、学生の段階でも普及されている筋電義
手と比較して、メリットが得られる事を伝える。前提知識が無い方にも理解して頂ける様に、専門
用語を噛み砕いた易しい言葉に置き換える。
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・他の発表と声が被っていて、少し聞きづらかったです。紙を見ての発表はよろしくないかと思い
ます。去年作ったものも、動かしたり、見せたりしたらよかったかも。
去年の製作物の実際動いている映像などを探す他、模擬発表練習を繰り返して発表の練度を上げ
る。
・声の小さい人がいました。カンペを見ないようにすべきだと思います。難しい内容は分かりやす
く発表すべきだと思います。
発表練習で錬度を上げて、見て頂いている方に快く思って頂く発表を心掛け、噛み砕いた簡単な
言葉と図やグラフをスライドに使用して、イメージが伝わる工夫をする。
・発表所によっては聞きづらかった。やっていることが何かはわかった。しかし、最終目標がよく
わからなかった。
現状の筋電義手の背景と今年開発したロボットアームのメリットを説明して、低コストでの筋電
義手の普及の可能性を伝える。更に、声量の大きさを上げる為発表練習を繰り返す。
・発表方法やスライドなど、工夫が施してあって、分かりやすく理解できましたが、少し聞きにく
い部分がありました。
周りの発表にかき消されない声量を発表練習を繰り返し強化する。
・人によって声の大きさにバラつきがあって聞き取りづらいこともあった。将来的に実生活でどの
ような人がどのような場面で使うか発表するべき。
発表の錬度を上げて本番に臨む。実装を想定して、未来にどんな可能性があるかのスライドを加
える。
・所々で専門用語等が出てきて分かりずらかったです。
噛み砕いた簡単な言葉に変更し、専門知識が無い方でも理解できるようにする。
・信号処理班の発表の発表辺りから聞き取りづらく残念でした。
発表練習で錬度を上げて、周りにかき消されない声量と見て頂いている人を引き付ける身振り手
振りを追加する。
・後半の質問にジャンケンを実現すると言っていたがスライドに書かないのか気になった。
デモでのジャンケンの実施の他、実装を想定したロボットハンドが何を出来るかの例を幾つかス
ライドに追加する。
・スクリーンが行き来していて、たまに両方使っている。棒読みな気がする。目標の背景がもっと
欲しい。
発表者による指示で、見て頂いている人が混乱しないよう誘導する。発表錬度をあげて見て頂い
ている方に伝わりやすい発表にする。現状の筋電義手の背景を伝えるスライドと説明を加える。
・筋電位測定班、信号処理班は原稿見ないで発表出来るように。専門用語が多くて、そのことを理
解しないと、質問するにできないし、評価もできません。やっていること自体が聞いている人には
未知なので、丁寧な説明を希望します。
発表者の発表錬度を上げて聴いて頂いている方々に聞きやすい発表をする。専門用語を噛み砕い
て易しい言葉で専門知識が無い方にもイメージしやすい工夫を加える。
・筋電位測定班、信号処理班の人は原稿見ながらは見ている人に失礼です。質疑応答の口調はもっ
と丁寧に。知識のない人も分かるように専門用語をもっと詳しく言って下さい。分からない単語が
いっぱい。
原稿が必要にならない位に発表練習を重ね、質疑応答まで対応できるようにする。更に、噛み砕
いた簡単な言葉とイメージしやすい図やグラフを用いて、わかり易い発表を心掛ける。
・原稿を読んだり、声が小さかったのでそこを改善すると良いと思います。
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模擬発表練習で発表の錬度上昇を図り、聴いて頂いている方々に聞きやすい発表を心掛ける。
・人によって声が出てない人がいて聞こえづらい。
周りにかき消されない声量を心がけ、見て頂いている方々を引き付けるジェスチャーを追加する。
発表を見て頂いた方々の意見を踏まえて、次回の筋電義手の開発を想定すると、人体の筋肉の性
質を理解して、表面筋電位を効率よく測定できる場所の特定をすることで、より正確な表面筋電位
を測定することが可能である。更に、効率よく表面筋電位を測定することで、現在使用している１
２チャンネルの筋電位を情報の正確さを下げずにコンパクトにすることができ、空いたチャンネル
を利用して、装着者にロボットアームのフィードバック機能を追加することが出来る可能性が出
てくる。更に、今回は挑戦できなかったロボットアームの外観をヒトの腕に見えるよう装飾するカ
バーを作成することで、他社からの視線から齎される装着者の精神的要因を取り除くことが可能で
ある。
又、発表を行うにおいて、模擬発表を繰り返すことで、声量と内容の定着を図り、発表を見る方々
へ聴きやすい発表を提供する他、前提知識が無い方にも、仕事の流れがイメージしやすい図やグラ
フが豊富なスライドと、専門用語を用いない理解できる言葉での説明を心掛けることでより良い発
表を行うことが出来る等の将来への展望が開ける。
（※文責: 坪沢岳洋）
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付録 A
新規習得技術 1
Aruduino
今回後期に使用したマイコンは、Arduino Mega マイコンボードを使用した。このマイコンは、
デジタル I/O ピンが 54 本 (このうち 14 本が PWM 出力可能)、アナログ入力ピンが 16 本、水晶
発振子、USB 接続デバイス、電源コネクタやリセットボタン等を搭載している。今回はこのマイ
コンボードを 2 つ使用した。
図 A.1
マイコンボード
（※文責: 米陀達人）
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付録 B
新規習得技術２
半田付けの技術を習得した。
半田付けとは、融点の低い金属である半田を半田ごてで溶かし、一種の接着剤として用いること
により金属や電子部品を接合する技術である。
• 必要な道具
半田
:金属や電子部品等を接合する時に使用する金属であり、鉛とスズが主な成分とし
た合金 半田ごて:半田ごては半田付けの際に半田及び接合部分を加熱するために用いる工具
• あると便利な道具 吸い取り紙、ピンセット、両面テープ、半田付けの手順
以下、半田付けの手順を説明する。
１、半田ごてでリードとランドを同時にしっかりと温める
図 B.1 手順１
２、半田をリードの根元にあてて流し込む
図 B.2 手順２
３、リードから半田を離し、溶けた半田をよくなじませる
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図 B.3 手順３
４、半田ごての先をリードから離す
図 B.4 手順４
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付録 C
課外活動
FUNFUN アカデミー
10 月 8 日と 9 日に公立はこだて未来大学の 3F スタジオで展示を行った。会場では、プロジェク
ターを使って実際に動いている様子を動画で流した。お客さんが来ると、ブースにいたメンバーが
筋電義手についてや動作の仕組みについて説明をした。また、希望者には、実際に筋電位を測定し
て筋電義手を動かす体験をしていただいた。年齢も体格も様々でうまく測定ができない人もいた。
しかし、何名かは、実際に筋電義手を動かすことに成功した。また、うまく測定出来なかった人で
も興味を持っていただくことができた。FUNFUN アカデミーに参加することよって、より多くの
人に筋電義手について知ってもらうことや興味を持っていただくことができた。また、筋電義手の
知識が無い人に対してわかりやすく説明をする練習にもなった。
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付録 D その他製作物
最終発表には間に合わなかったが、目標は「リアリティのあるロボットハンド」であったため、
完成したロボットハンドに被せるゴム製の手袋を作成した。使用したものは以下のとおりである。
使用したもの
• 教材用石膏 (手や腕の型をとるのに使用)
• ラテックス (手袋の基になるもの、固まるとゴム性質のものになる)
• カリ石石けん (型に塗ったラテックスを剥がしやすくするために前もって塗っておくもの)
• 習字用の筆 4 本（ラテックスやカリ石けんを塗るためのもの）
手の部分と腕の部分に分けて作成した。今回、手のモデルは小山さん、腕のモデルは高橋くんで
ある。手と腕は、それぞれ表と裏に分けて型を取った。手袋を作る手順については下記のとおりで
ある。
1. 石こうを用いて手と腕の型を取り、1 日乾かす。
2. 乾いた型にカリ石鹸を塗り、再び乾かす。
3. 乾いた型にラテックスを塗り、2 日乾かす。
4. 完成
これが手袋を作成する大まかな流れである。次に 1∼3 それぞれについて細かく説明していく。
１の工程の詳細
小山さんの手の型と、高橋君の腕の型を取るために、まずは取り方を検討した。その結果、手
と腕の型を表と裏に分けて取ることにした。用意するものは、
• 教材用石膏 4 キログラム
• 水 3 リットル
• 混ぜ機
• ボウル
• 手と腕の型を取る容器
以上である。石膏は、1 つの型につき、1kg 使用した。つまり、手の表の型を取るのに 1kg という
ように使った。
手順は以下の通りである。水と石膏の比は、75:100 である。
(1)
型を取る容器に水 750ml 入れる。
(2)
水の入った容器に、石膏 1kg を少しずつ振りかけるようにして水の中へ沈ませる。
(3)
1∼2 分石膏に十分水を染み込ませてから、泡立てないように静かにかき回す。
(4)
3∼4 分かき回したら、用意した容器に流し込む。※少し粘りが出るまでかき回すと、流し込
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んだあとの固まりが早くなり、綺麗な型が得られる。
(5)
石膏を型に流し込む。流し込んだ石膏に手または腕の表または裏をいれた。
(6)
流し込んでから、30 分くらい経つと硬化して温かくなるので、型からはずす。
この工程を、手と腕の表裏、合計 4 つを作製する。
手の型は、縦 25cm、横 18cm、高さ 9.5cm の容器に混ぜた石膏を流し込み、小山さんの手の型を
取った。表と裏の２回この工程を行なった。また、腕の型は、縦 43cm、横 14cm、高さ 15cm の
CD ケースに混ぜた石膏を流し込み、高橋君の腕の表と裏の型を取った。腕の型を取る時、石膏の
分量が足りなかったので、石膏を流しこんだ容器をわざと傾け、そこに腕を入れて型を取った。以
下の図のようにして、型を取った。
図 D.1 石膏の入れ方
２の工程の詳細
1 で作製した石膏の型を用いて、手袋を作製した。作製にあたり、まずやらなければならないこ
とは、カリ石けんを石膏の型に塗ることである。これは、手袋の基になるラテックスを剥がす時
に、剥がしやすくするためである。このカリ石けんを筆で石膏の型に塗り、再び乾かした。使用し
たカリ石けんは以下のものである。
3 の工程の詳細
2 の工程で塗ったカリ石けんが乾いたら、手袋の基であるラッテクスをそれぞれの型に塗った。
今回、丈夫なものにするために、2 度塗りをした。筆を用いて、それぞれの型に隙間ができないよ
うに丁寧に塗り、１度乾かした。そして、乾いたラテックスの上にもう１度ラテックスを塗り、乾
かした。以下の図が、今回用いたラテックスと、ラテックスが塗られた石膏である。
この図にあるものが、完全に乾いたら、手と腕の部分を合わせる。そして、この手袋をロボット
ハンドに被せて完成である。
（※文責: 牛込裕樹）
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図 D.2 カリ石鹸
図 D.3
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ラテックス
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図 D.4
手の平の型
図 D.5
図 D.6
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甲の型
腕の型 (表)
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図 D.7
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腕の型 (裏)
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参考文献
[1] 横地千仭. カラーアトラス 解剖と機能. 医学書院, 1970.
[2] 建築発明工作ゼミ 2008.http://kousaku-kousaku.blogspot.com/.
[3] LIBSVM–ALibraryforSupportVectorMachines. http://www.csie.ntu.edu.tw/ cjlin/libsvm/.
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