塗装作業における熟練者の動作特徴を考慮したAR技能訓練システムの開発 矢澤慧さん@青山学院大学 松本研究室 インタビュー

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研究インタビュー 青山学院大学 相模原キャンパス 理工学部 松本研究室 '17 8/31 15:30

  • 青学を志したきっかけは?

  • あまり受験を考えていなかったので、みんながやっているからという感じでした。青学は華やかなイメージがあり、そこが決め手になりました。

    白衣や作業着を着て仕事するイメージがなかったので、経営システム工学科をみて、これならスーツを着て仕事ができるのではないかと興味を持ちました。実際に調べてみるといろんなことやっているから面白そうだなと思いました。純粋に実践的そして現実的だと感じました。他の学科に比べて経営システム工学というのはすんなり入ってきました。

  • 入ってみた感想はどうでしたか?

  • 1年の時は基礎ばっかりで、2・3年になるころに学科専門の授業が増えてきて、経営システムだなと実感するようになりました。今所属している研究室の松本先生はI.E.を専門としており、これが経営工学なんだなという感じがありました。

    逆にプログラミングというのは頭に入ってこないところがありました。

    製造業を研究対象に選んだのは、目に見えるものができていくのが楽しいからかもしれません。あまり深く考えたことはないんですけど。

  • 学部時代はどんな研究をしていたんですか。

  • バーチャル・ファクトリーという研究をしていました。正式名称はプロトタイプレス生産システムといいます。仮想空間即ちパソコン上に工場の工程を再現して、モノの流れとか人の動きを評価して工程を設計計画段階から評価できるというプロジェクトの研究をやっていました。

    これは大きなプロジェクトであり、部品を組み立てる順番を導出する部分を担当しました。部品を組み立てる順序は無数にあり、部品点数が増えればそれだけ順序は指数的に増えます。熟練者が考えても何十通りか出てくるのですが、他に良い組み立て順序があるかもしれないというのを機械に任せて出してもらおうという部分を作りました。

    部品点数の想定としては 50点ぐらいです。

    部品の取り付けには制約というものがあります。例えば、ある部品は別の部品を取り付けた後でなければ取り付けられないという先行関係があります。この制約を満たす順序を導出するアルゴリズムを開発しました。

  • やってみた感想は?

  • 大きなプロジェクトのシステムの一部だったので、本当にできているのか心配になりました。また、プログラミングは苦手だったんですが、今は得意になりました。今は色々な言語もできますし、自分が思ったように書くこともできます。ただ、今も好きではないんですが・・・。

転倒のダイナミクスを考慮に入れたモデルの構築および検知システムの開発 青山学院大学 大学院 理工学研究科 理工学専攻 博士前期課程2年 柴和彰 □ 概要 高齢者の転倒をセンサを活用して無拘束かつ高精度に検出できるシステムの開発 (i) 研究目的 高齢者の転倒による後遺症は早期発見によって緩和できる ↓ センサを使い高齢者に負担をかけず、高精度に転倒を自動的に検出する (ii) 提案方法 ・ 負担をかけない →マイクロ波ドップラセンサにより無拘束モニタリング ・高精度な転倒検出 →転倒速度に対応する特徴量を算出し、転倒モデルを構築 (iii) 解析データ 周波数解析(ウェーブレット変換)から速度に対応する特徴量を算出 (iv) 結果と課題 判別率 95%&処理時間2秒 転倒の種類を増やしモデルの数を増やす
  • 博士前期課程に入ってからはどんな研究をしましたか。

  • 松本先生からプログラミングの腕を買われて、あまり進んでいなかった特殊な研究をやってはどうかというお話を頂きました。

    その研究が塗装作業を題材にした訓練システムです。HMD(Head Mount Display)とモーションキャプチャを利用して、人の技能を伝承するシステムの基礎を作ろうとしています。対象作業はスプレーを使った塗装作業です。スプレーガンと対象との距離等をHMDにリアルタイムで表示させたいと思っています。

    今回の研究では、まず動作が評価できるもの、それから簡単に狭い場所でも実施できるものを作っていきます。イメージとしてはパソコンとデバイス持っていけばどこでもできるものです。デバイスは Kinect と Hololes を使用し、Kinect で動作を取って、パソコンで評価して、Hololens で見せるという流れです。

    作業のコツとして速さ、スプレーガンとの距離、手首のスナップなどを定量化しています。

  • 現在の課題は何ですか。

  • 距離が近ければHololens上に表示されるようにしたいと思っています。また、塗膜の厚さを色の濃さで再現するなどを考えています。どのルートで塗れば良いのかを示すことも目標の一つです。熟練者の技能をどうやって見せるかが課題です。

    実用化を狙っており、そのベースとなるシステムの開発ができると思っています。

  • 博士前期課程を修了した後はどうするんですか。

  • ハウスメーカの生産部門に就職します。 工場内で建材の種類や納期、どうしたら効率的に生産できるかということに 取り組んでいくつもりです。 つまり生産管理の仕事です。

  • 今から見て、博士前期課程に行って良かったと思いますか。

  • 学部の時の研究はガムシャラにやるというところがあり、逆に博士前期課程は自分で主体的に動いている感覚があるので、不安はあってもそこに自信というか自覚があると思います。

  • この学科・コースはどんな人に向いていますか?

  • 現場に近い研究室もありますし、幅広い道があります。他の学科でやっていることを採り入れつつ何かやってみたい人に向いているかもしれません。技術を目的とせず、手法として使ってみることができます。

    最近、注目されているデバイスを使って研究ができます。こういった新しいもので研究できるのは本当に楽しく感じます。

    システムがある程度目標とする形になってくると達成感があります。

    この学科は実践からシステムとプログラミングなど、理論と実際を幅広く学ぶことができます。

  • 将来的にはどんな希望を持っていますか。

  • 一般に、建築は「土地に家を建てる」というイメージが根強く、「工場で家を生産する(作る?)」というイメージは持たれないと思います。そのような意味でも、建築において工場が主役となれるように努めていきたいです。 まずは研究室でやったことを実際の仕事に活かしたいです。

松本先生から一言

・・・・・
矢澤くんは理論的センスとプログラミング能力がばつぐんです。彼の研究に取り組む姿勢は就職先でも必要ですし、研究成果は将来の製造業に役立つと思います。

青山学院大学 理工学部 経営システム工学科 松本研究室 熟練技能抽出の紹介

1. 熟練技能抽出 [技能研修分野]

<目的> 動作と品質の変化を捉えた技能分析手法を考案し、実際の塗装作業に適用し技能を抽出することを目的とする。

<方法> 作業者・道具の変化を動作パターンに分類し、モーションキャプチャ(MCAP)とデータグローブにより定量的に測定する。

<結果>ガンを左右に振る動作: 回転をかけてガンを製品から外す(約15°)
ガンを上下に振る動作: 手首を回転させて 塗装範囲を広げる(約20°)

新人作業者の訓練により早期に技能を習得することを支援(中小製造企業)

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2. 技能訓練システムの開発 -技能評価システム-

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技能評価システムの内容

技能を評価する指標となる動作効率性と品質を評価するためのシステムを開発した

動作を評価するための指標は、技能分析によって得られた規範動作とした

品質を評価するための指標は、膜厚とした

システムの流れ

動作効率性評価システム

①モーションキャプチャーデータの抽出
②システム上の入力フォームに記入
③規範動作との軌跡の比較結果の出力
④規範動作と比較した動作の模倣率の出力。各動作パターンの動作模倣率を出力

品質評価システム

①モーションキャプチャーデータの抽出(動作効率性評価システムと共通)
②動作の3DCG化
③3DCGガンと同期
④膜厚の測定
⑤膜厚測定結果の出力。膜厚を1㎠ごとに出力

3. 技能訓練システムの開発 -技能診断システム-

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技能診断システムの内容

適正な動作をリアルタイムに提示させリアルタイムデータ教示システム

技能評価システムの結果からアドバイスを出力するアドバイスシステム

システムの流れ

リアルタイムデータ 教示システム

①モーションキャプチャーデータのストリーミング
②教示システム上に軌跡の描画
③任意の動作パターンの規範動作の軌跡の描画

アドバイスシステム

①動作効率性評価システム結果
②模倣率の取得
③ミスのタイプの判別
④ミスタイプごとのアドバイスの出力

4. 技能訓練システムの開発 -訓練実施システム-

②-1 訓練実施のための環境構築・訓練手順の考案

技能を体系的に訓練するためのモデル設備を構築した

MOCAPとヘッドマウンドディスプレイによるデータの測定と動作の教示。構築したモデル設備。振り幅の指示機能。距離を一定に保つ治具

技能を熟練度に応じて段階的に訓練するためのステップを3つ考案した: 理解編 習得編 熟達編

技能評価システム、技能診断システムを用いて体系的な訓練ができる手順を考案した

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5, AR塗装作業訓練システムの概要

AR塗装作業訓練システムの完成イメージ

塗料の噴射・塗装物・作業の評価結果をHololensを通して3Dモデルとしてリアルタイムで教示することで訓練効果を高める

KinectとHololensを用いることで見習い作業者が簡単に訓練ができるAR塗装作業訓練システムの開発を目指す

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6. AR塗装作業訓練システムの全体図

機器

Kinect V2, フィンガープレゼンター, Hololens

動作

●関節座標 ●関節角度

道具

●道具の位置 ●道具の傾き ●トリガーのON/OFF

製品

●塗布の再現 ●被塗布物の再現

評価・診断

●品質 ●作業姿勢 ●道具の移動速度 ●製品との距離

動作・道具・製品を評価・診断した結果を訓練者にリアルタイムで教示する

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松本研究室 研究紹介

Keywords: IE、カイゼン、生産管理、改善活動、作業訓練、生産情報システム、環境教育、経営工学教育
Themes: 生産企業での改善、環境教育、経営工学教育、
作業測定装置の開発及び訓練システム、在庫ゲーム、MRP 演習、グローバル生産戦略ゲーム、自動車工場モデルを用いた教育システムとプログラム
Lecture Themes: 現場に気づきを与える「改善のすすめ」
・燃えるボトムアップカイゼンの実践法
・現場改善がモノづくり(IE)人財を育成する
・生産性向上のためのIEセミナー
Collaborative Research:
応用開発型 実証研究型
改善技術の開発
・分析手法の考案
・分析システムの開発
業務分析とシステム開発
改善技術の適用
改善マネジメントの助言

松本研究室 研究テーマ

①実際の生産企業における改善

  • モーションキャプチャーによる作業の3DCG化方法の考案
  • 組立作業における分解作業とキッティングによる作業訓練方法の考案
  • 周辺視野を用いた目視検査方法の考案
  • 製造技術向上のための製品デザイン方法の考案とプロジェクトの実施
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②農業経営に関する研究

  • 輪作を活用した作付計画の意思決定支援システムの開発
  • 新規就農希望者に対する知識習得ツールの開発
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③経営工学の教育システムの開発

  • 在庫ゲームを用いた生産情報システム教育に関する研究
  • MRPを用いたSE教育システムの開発
  • 生産管理を題材にした教育プログラム"メガコークⅢ"の開発
  • グローバル生産における要因を教育するためのゲームの開発
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④環境教育と環境経営

  • 環境教育ゲームの開発(ゴミ分別/Ecopoly/GAWL/エコライフゲーム)
  • 地球環境問題の機能体系図の作成と支援システムの開発
  • 地球環境問題に関する複雑性理解のための教育ツールの開発
  • 環境に関する理念の教育方法の考案/消費地ベースのCO2の再配分
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HMDと音声認識を利用した絵本の読み聞かせ支援システム 子安さん@青山学院大学 ロペズ研究室