階段​を​昇る​こと​が​可能​な​車椅子、​Scalevo​プロジェクト​が​開発

"LabVIEW​と​myRIO​を​使用​する​こと​で、​身体​障害​者​の​自由​な​移動​を​可能​にし、​生活​の​改善​に​貢献​する​車椅子​を​開発​する​こと​が​でき​ま​した。"

- Carlos Gomes, ETH Zürich, Project Scalevo

課題

車椅子​の​利用​者​が​日常生活​で​直面​する​難所​の​1​つ​に​階段​が​ある。​古い​ビル​や​社会​基盤​の​不十分​な​都市​では、​アクセシビリティ​の​選択肢​が​ほかに​ない​ので、​特に​不便​で​ある。

ソリューション

大学生​の​チーム​により、​安全​に​階段​を​昇る​こと​が​できる​車椅子​を​開発​する。​その​車椅子​では、​折​り​た​た​んで​い​た​2​つ​の​ゴム​製​キャタピラ​を、​あらゆる​角度​の​傾斜​に​合わせ​て​開ける​よう​に​する。​また、​平坦​な​場所​では、​2​つ​の​大きい​車輪​が​自律​的​に​バランス​を​と​って​Segway®(セグウェイ)​の​よう​に​動作​する​よう​に​する。​組​込​コントローラ​として​myRIO​を​使用​し、​車輪​と​キャタピラ​の​2​つ​の​システム​を​組み合わせる​こと​で、​街​中​で​あれ​ば​ほぼ​すべて​の​場所​を​自由​に​移動​できる​よう​に​する。

制約​の​ない​移動​性​の​実現

現代​社会​は、​かつて​ない​ほど​の​人々​の​移動​量​によって​成​り​立​って​い​ます。​それ​を​支え​て​いる​の​は、​自動車​や​自転車、​電車、​飛行機​など​です。​しかし、​人々​は、​身体​障害​者​にとって​は​難所​ばかり​の​社会​で​ある​ことに​気​づ​い​てい​ま​せん。​身体​障害​者​にとって​の​基本​的​な​ニーズ​は、​日常生活​の​中​で、​越える​こと​の​でき​ない​障害​物​を​なくす​こと​です。​この​問題​を​解決​する​ため​に、​段差​を​解消​する​ため​の​スロープ​や、​エレベータ、​車椅子​の​昇降機​といった​高価​な​設備​が​導入​さ​れ​てい​ます。​しかしながら、​車椅子​の​利用​者​は、​こうした​設備​の​導入​が​急速​に​進​んで​いる​と​は​思​って​いま​せん。​また、​それら​を​利用​する​際​に​は、​人々​の​目​が​気​に​なる​とも​言​い​ます。​私​たち​(Scalevo​チーム)​は、​こうした​状況​を​改善​した​いと​考え​てい​ま​した。

 

 

Scalevo​チーム

Scalevo​チーム​は、​さまざま​な​人材​で​構成​さ​れ​てい​ます。​スイス​連邦​工科大学​(ETH)​チューリッヒ​校​から​8​人​(うち​7​人​は​機械​工学部、​1​人​は​電気​工学部​の​学生)、​チューリッヒ​芸術​大学​(ZHdK)​デザイン​学部​から​2​人​の​学生​が​参加​し​てい​ます。​プロジェクト​を​統括​し​て​いる​の​は、​ETH​の​自律​システム​研究室​です。

 

ETH​チューリッヒ​校​の​学生:​Carlos Gomes​氏、​Roman Käslin​氏、​Jonas Kühne​氏、​Dario Mariani​氏、​Milan Schilling​氏、​Ian Stähli​氏、​Miro Voellmy​氏、​Bernhard Winter氏

 

ZHdK​の​学生:​Thomas Gemperle​氏、​Naomi Stieger氏

 

指導​教員:​Péter Fankhauser​氏、​Lehmann Daniel​氏、​Lennon Rodgers氏

 

ETH​チューリッヒ​校​の​学生​は、​1​年間​の​集中​プロジェクト​の​一環​として​Scalevo​プロジェクト​に​参加​しま​した。​1​年間​の​プロジェクト​によって、​教室​で​の​講義​より​も​実践​的​な​開発​作業​を​体験​する​こと​が​でき​ます。

 

大きな​目標

上述​した​とおり、​プロトタイプ​の​開発​に​費やす​こと​が​できる​時間​は​1​年間​だけ​で​した。​電動​車椅子​は​複雑​で​規模​も​大きい​ため、​すべて​の​作業​を​効率​的​に​行う​必要​が​ありま​した。

 

機械系​の​作業​が​完了​した​後​は、​プログラム​の​開発​を​行う​必要​が​ありま​した。​そのため​に​は、​効率的に開発を進められ、​わか​り​やすい​方法​で​記述​できる​プログラミング​言語​を​選択​しな​け​れ​ば​なり​ま​せん​で​した。​多く​の​選択肢​について​調査​した​結果、​この​プロジェクト​に​は​ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ​(NI)のLabVIEWが​最適​で​ある​と​判断​しま​した。​機械系​技術​者​の​多く​は、​ほとんど​プログラミング​の​経験​が​ありま​せん​で​した。​しかし、​LabVIEW​では​グラフィカル​な​インタフェース​を​使用​し​て​開発​が​行える​ので、​短期間​で​使いこなせる​よう​に​なり​ま​した。​LabVIEW​を​採用​した​結果、​与​え​ら​れ​た​期間​内​に​開発​を​完了​する​こと​が​でき​ま​した。​ほか​の​ソフトウェア​開発​環境​を​採用​し​てい​た​と​したら、​おそらく​期間​内​に​成果​を​出す​こと​は​でき​なか​っ​た​で​しょう。

 

 

多​機能​デバイス

この​プロジェクト​で​開発​した​車椅子​は、​よく知られた​2​つ​の​システム​を​1​つ​の​デバイス​に​組み​込​んで​い​ます。​起伏​の​多い​場所​では​ゴム​製​の​キャタピラ​が​しっかり​と​地面​を​とら​え、​平坦​な​場所​では​頑丈​な​車輪​によって​自由​に​移動​する​こと​が​でき​ます。

 

階段​では、​折​り​た​た​んで​あっ​た​2​つ​の​キャタピラ​が​階段​の​角度​に​合わせ​て​開き​ます。​この​キャタピラ​は​階段​用​に​特別​に​作​ら​れ​た​もの​で、​安全​性​を​確保​する​ため​に​優​れ​た​グリップ​を​備え​てい​ます。​車椅子​が​階段​の​最​上段​に​達​すると、​椅子​が​落下​しない​よう​に、​2​つ​の​小さな​車輪​が​後方​に​伸び​ます。

 

平坦​な​場所​では、​2​つ​の​大きな​車輪​で​バランス​を​とり​ます。​これらの​車輪​によって、​椅子​は​その​場​で​回転​した​り、​狭い​空間​を​通​っ​たり​する​こと​が​でき​ます。myRIOは、​IMU(慣性​計測​装置)​と​モータ​の​エンコーダ​によって​測定​さ​れ​た​データ​を​受け取り​ます。​それらの​情報​を​使用​し、​myRIO​は​車椅子​に​組み​込​まれ​た​倒立​振子​を​制御​し​て、​2​つ​の​車輪​だけ​で​安全​に​動く​よう​にし​ます。​目的地​に​着い​たら、​キャタピラ​と​車輪​を​床​まで​下げ​て、​安全​に​降り​られる​よう​にし​ます。​LabVIEW​によって、​この​よう​な​複雑​な​移行​動作​を​実現​する​プログラム​を​開発​しま​した。

 

 

なぜ、​LabVIEW​と​myRIO​な​の​か?

当初​から、​この​プロジェクト​では、​時間​が​厳しい​制約​に​なる​こと​は​わか​って​いま​した。​LabVIEW​を​採用​した​こと​で、​モータ​制御​の​機能​など​を​実現​する​プログラム​を​短期間​で​開発​する​こと​が​でき​ま​した。​LabVIEW​では、​グラフィカル​インタフェース​によって​作業​を​進​め​られる​ので、​チーム​全体​が​言語​を​迅速​に​習得​する​こと​が​でき​ま​した。​そして、​すぐ​に​プログラム​の​チーム​開発​が​行える​よう​に​なり​ま​した。​また、​LabVIEW​を​採用​した​こと​から、​機能​の​共有​や​変更​も​容易​に​行う​こと​が​でき​ま​した。​加​えて、​ハイライト表示機能によってデバッグ作業が大幅に効率化され、​時間​を​節約​する​こと​が​でき​ま​した。​さらに、​シェア​変数​を​使用​する​こと​により、​タッチ​スクリーン​から​の​入力​を​簡単​に​扱える​よう​に​なり​ま​した。

 

また、​この​プロジェクト​を通じて、​myRIO​が​非常​に​有用​で​ある​こと​が​わか​り​ま​した。​myRIO​は​小型​な​形状​で​ある​こと​から、​車椅子​の​フレーム​に​安全​に​取り付ける​こと​が​でき​ま​した。​また​myRIO​は、​電子​機器​に​必要​な​あらゆる​インタフェース​を​搭載​し​てい​ます。​さらに、​myRIO​が​内蔵​する​無線​LAN​機能​は、​試作​機​の​小型​版​を​テスト​する​とき​を​はじめ、​開発​初期​の​段階​で​非常​に​役​に​立ち​ま​した。

 

まとめ

LabVIEW​と​myRIO​を​使用​する​こと​で、​身体​障害​者​の​自由​な​移動​を​可能​にし、​生活​の​改善​に​貢献​する​車椅子​を​開発​する​こと​が​でき​ま​した。​これらの​ツール​によって、​複雑​な​システム​の​制御​が​行える​よう​に​なり、​将来​に​向け​て​一歩​前進​する​こと​が​でき​ま​した。​次​の​段階​では、​より​多く​の​目標​を​達成​した​いと​考え​てい​ます。

 

著者​情報

Carlos Gomes
ETH Zürich, Project Scalevo
​Leonhardstrasse 21
​8092 Zürich
​Switzerland
​Tel: +41 78 742 20 51
gocarlos@ethz.ch

図​1. ​ ​Scalevo​プロジェクト​の​メンバー ​
図​2. ​ ​車椅子​の​外観 ​
図​3. ​ ​最終​的​な​試作​機 ​