Tokyo Denki University Repository (TDU) / 学術リポジトリ

渡辺, 亮

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q23T-05 
課題名（和文） 温度変化による力覚生起現象の機序解明 
課題名（英文） Elucidation of Force Illusion Caused by Temperature Change 
研究代表者 
所属（学部，学科・学系・系列，職位） 
工学部電子システム工学科助教 
氏名 渡辺 亮 
共同研究者 
所属（学部，学科・学系・系列，職位） 
 
氏名 
所属（学部，学科・学系・系列，職位） 
 
氏名 
所属（学部，学科・学系・系列，職位） 
 
氏名 
所属（学部，学科・学系・系列，職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
温度刺激の提示は，力や振動など他の触覚刺激に比して簡便性等の点で利点がある．温度刺激は温度そのもの
の表現しかできず応用性に乏しいと考えられていた．しかし報告者が過去に発見した，温度変化により力覚を
生じる錯覚現象は，「温度」以外の感覚，力覚を表現する可能性をもつ．本課題ではこの錯覚現象が生起する感
覚の定量化を行ったほか，本現象と関係する錯覚現象 thermal referral (TR)・Phantom Sensation (PhS)の新
たな性質を解明した． 
 
研究成果の概要（英文） 
Thermal stimuli have several advantages over force and other tactile stimuli. However, temperature 
stimuli have been considered to have limited applicability because they can only express temperature 
itself. However, the presenter discovered an illusion of force produced by temperature change. In this 
project, we quantified the sensation produced by this illusory phenomenon. I clarified new properties of the 
illusion phenomena thermal referral (TR) and phantom sensation (PhS), which are related to this 
phenomenon. 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
触覚刺激はバーチャルリアリティ（VR）をはじめ，
多くの分野で応用が行われている．ただし，それは
触覚の中でも力覚・振動覚を対象としたものが主で
あり，温度覚については応用が少ない．温度刺激の
提示は，力や振動など他の触覚刺激に比して簡便性
等の点で利点がある．にもかかわらず温度刺激の応
用例が少ないのは，とりもなおさずそれが「温度そ
のものの知覚」という限られた情報しか提示できな
い点にある．振動刺激が多くの状況を再現できるの
に対して，温度刺激は温度そのものの表現しかでき
ないと考えられてきた．一方，近年の研究（申請者
のものを含む）は，温度刺激が「温度」以外の情報
を表現する可能性が示唆されている．申請者が過去
に発見した，温度変化により力覚を生じる錯覚現象
は，まさに温度刺激によって「温度」以外の感覚，
力覚を表現する可能性をもつ．本課題はこの錯覚現
象の性質の解明を行い，後の VR 分野への応用指針
とするものである． 
2.研究の目的 
温度変化による力覚生起現象について，これまで
に明らかとしたのは，温度の上昇，下降により力覚
が生起することのみであった．第一に行うべきこと
は，その性質を明らかにすることである．この錯覚
により生じる感覚を，機械刺激によるものと比較す
ることで，感覚の定量評価を行う．  
 一方で力覚生起現象は提示部位での温度変化を必
要とし，全身への提示を考えた場合（他の触覚刺激
と同様に）装置大型化の問題がある．そこで温度・
触錯覚現象 Thermal referral (TR) ・Phantom 
Sensation を利用することで，触覚刺激に可能な小
型化の方法を応用できると考えた．本課題では並行
して TR・PhS の性質解明も進めていく． 
3.研究の方法 
本文（９ポイント：明朝） 
評価のために，錯覚によって生じる感覚がどの程度
の物理量（何 mm の上下移動）に相当するかを心理
物理実験によって計測する．片方の手掌部に温度刺
激を提示し，もう片方の手をスライダ上に乗せる．
温度刺激側の手に力覚を生じた場合，その力によっ
て動かされた範囲を，もう片方の手で模倣するよう
にスライダ上で移動する． 
 並行して TR・PhS の性質についても実験を行っ
た．PhS は皮膚上の二つの触刺激の中間に触覚像を
生起する現象であり，温度錯覚現象 TR と組み合わ
せることで触覚像の位置に温度感覚が生じることが
明らかになっている．温度感覚の一種である痛覚を
触刺激とともに提示する実験を行い，触覚像に痛覚
が伴うか記録した． 
4.研究成果 
 実験の結果，温度変化と手の上下移動には相関が
あり，その距離は 15[mm]程度であった．また温度
変化と移動には時間差がみられた．生起した感覚が
15[mm]程度であり，これは VR 上でのボタン押下感
覚，打鍵感覚の再現には十分と考えられ，また指や
手首の動作感を再現できる可能性もある． 
 並行して行った TR・PhS と痛覚の実験では，触
覚像には痛覚が生起しなかった．PhS の触覚像に感
じる温度感覚は弱くなる傾向が報告されている．実
験で提示した痛覚刺激が弱く，触覚像に生起する痛
覚はさらに弱く，痛みの閾値を下回った可能性があ
る．本実験をもとに学会大会ロボメック 2023 で行
った発表は「分野融合研究優秀賞」を受賞した． 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 2 件） 
① 土谷脩人，渡辺亮，五十嵐洋：”温度変化によ
る力覚生起現象の圧力センサを用いた定量化”，
日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講
演会 23，2023． 
② 渡辺亮，五十嵐洋：”痛覚を伴うファントムセ
ンセーションの性質”，日本機械学会ロボティク
ス・メカトロニクス講演会 23，2023． 
 


Japanese

温度変化による力覚生起現象の機序解明

西條, 玲奈

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q23K-05 
課題名（和文） 人工物のジェンダー化と親密な関係性に関する日本型ロボット倫理の研究 
課題名（英文） On Intimate Relationship with Gendered Artifacts Japanese Robot Ethics  
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学工学部人間科学系列 
氏名 西條 玲奈 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
本研究の目的は、AI・ロボットのジェンダー化のリスクを踏まえた上で、その正当化とその条件を探る点にあ
る。まず、ジェンダー化がインタフェース設計だけでなく機能やユーザーの使用の場面で起こることや、女性
のステレオタイプ化の問題が不可視化する対人異性愛中心の限界を検討した。具体例として、合成音声の対話
型システムやセックスロボットを取り上げ、女性のステレオタイプ化とその解決策を文献調査で分析した。ま
た、非対人性愛的な視点を考慮し、フィクトセクシュアルの言説や社会学者の研究を参考に、人工物への愛着
の倫理的問題を指摘した。  
 
研究成果の概要（英文） 
The purpose of this research is to explore the justification conditions for gendering AI and robots, based on 
the risks of that. First, the study examined the fact that gendering occurs not only in interface design but 
also in functions and users’ situations and the limits of sexual-romantic anthropocentrism that the 
problem of female stereotyping renders invisible. As specific examples, I analyzed female stereotyping and 
its solutions in a literature review, taking up a synthetic voice interactive system and a sex robot. 
Considering the non-interpersonal heterosexual perspective, we also pointed out the ethical problems of 
attachment to artifacts concerning fictosexual discourses and sociologists' studies. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
 AI・ロボット技術の発展と社会への浸透にともな
い、そのユーザーインタフェースの設計にみられる
性差別的な要素が問題視されている。本研究の主な
問いは、AI・ロボットのジェンダー化が正当化され
るのはどのような場合なのか、というものだ。この
問いを具体的には次の二つのかたちで検討した。 
① 【正当化についての問い】AI・ロボットのジェ
ンダー化が避け難い場合、どのようにジェンダ
ー化することがのぞましいのか 
② 【非対人性愛中心主義の問い】なぜ対人異性愛
中心的な観点から AI・ロボットのジェンダー
化を論じるだけでは不十分なのか  
①の具体例として、自然言語を介し合成音声による
対話型システムの音声や、セックスロボットを中心
とする性的・恋愛的な親密さを引き起こすことを目
的としたシステムが念頭にあった。また②の論点は、
日本のアニメ、漫画、ゲームなどのオタク文化のフ
ァンコミュニティ内を中心に、虚構のキャラクター
に対して性的・恋愛的惹かれをもつセクシュアリテ
ィ（フィクトセクシュアル）当事者の言説や学術研
究の成果が背景にある。 
2.研究の目的 
本研究の目的は、AI・ロボットのジェンダー表現
の問題点を抽出し、それが正当化される条件の検討
を通じて、人工物と人間のよりよい関係の構築に貢
献することである。具体的には、倫理的な問題点の
抽出を通じて、AI・ロボットのユーザーインタフェ
ースデザインにジェンダー表現を取り込む際、誰に
対してどのような点を考慮すればより包摂的になる
かを確認するための論点提供を目指す。 
3.研究の方法 
問い①【正当化についての問い】については、
Yolande Strengers & Jennt Kennedy The Smart 
Wife (2020, MIT)および Sasha Costanza-Chock, 
Design Justice (2020, MIT)を中心とする関連文献
の調査を行った上で問題点の分析と提言を行う。  
問い②【非対人性愛中心主義の問い】については、
対人性愛中心主義という概念を提唱し批判的な検討
を続けている社会学者・松浦優による一連の論文お
よびアクティビストの言説で提示される論点を整理
した上で、ひとの性的・恋愛的な惹かれに関する社
会の前提を明らかにする。 
4.研究成果 
問い①では、特に女性のステレオタイプ化の事例
を作り上げる問題点に関して文献調査より、音声や
アバターなどのインタフェースデザインだけでな
く、機能、利用場面、ユーザーの態度などさまざま
なかたちでジェンダー化がなされる事例や分析が確
認できた。そのため、一見ジェンダーを感じさせな
い UI であっても家事労働やケア労働などの性別役
割規範のために女性のステレオタイプ化の事例にな
るものもあれば、明確に女性的な合成音声を用いた
チャットボットであってもフェミニストの価値観を
反映した性差別の是正に意欲的な応答をするものの
場合はステレオタイプ化の問題は生じづらい。ここ
から本研究でジェンダー中立的なデザインの場合で
も、家事の省力化という機能じたいが女性化につな
がる事例やノンバイナリーのアイデンティティを可
視化する貢献と固定化するリスクを指摘し、成果論
文①および②で論じた。 
 問い②に関しては、人が恋愛・性的惹かれによる
他者との関係性をもつ場面において、異性愛のみな
らずその対象は人間であるという前提が置かれると
いう仮説をもとに、女性型のデザインを女性へのス
テレオタイプ化のリスクのみで論じると人工物への
固有のセクシュアリティを不可視する問題を指摘。
さらに相互の合意が倫理的に重視されやすいことか
ら生じる人工物への愛着の軽視につながる点を指摘
し学会発表①から③にかけてで発表した。 
5.主な発表論文等 
（研究代表者、共同研究者には下線） 
〔雑誌論文〕（計 2 件） 
① 西條玲奈.「「ジェンダーレス」はいかにジェン
ダー化するのか？──もののデザインをジェン
ダーから考える」,査読なし・招待あり, 『De-Silo 
ニ ュ ー ス レ タ ー 』 , 
https://desilo.substack.com/p/reina-saijo-gend
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
erless  2024 年 1月. 
② 西條玲奈.「ロビン・デンブロフのジェンダーク
ィア理論から女性の定義問題を考える」『東京電
機大学総合文化研究』 , 査読なし , 21 巻 , 
pp.63-70, 2023 年 12月. 
〔学会発表〕（計 3 件） 
① 西條玲奈.「「バーチャル美少女は女性ではない」
のか？—人工物のジェンダーについてのフェミ
ニスト存在論的な考察」, 北海道大学人間知・
脳・AI 研究教育センター（CHAIN）2023秋・
人工主体との共存オンラインセミナー, 2023 年
10月 13 日, オンライン. 
② Saijo, Reina. ”On Possible Interpretations of 
Female Robots from an Intersectional 
Feminist View”, Taiwan STS Association 
Annual Conference 2023, September 2nd, 
2023, Taiwan Contemporary Culture Lab. 
(Taiwan) 
③ Saijo, Reina. ”Attachment to Artifact: What a 
Feminist View of Female- Gendered Robot 
Makes Invisible” the Society for Philosophy 
and Technology 23rd Biennial Conference,  
June 8th 2023, National Institution for Youth 
Education National Olympics Memorial 
Youth. 
 
 


人工物のジェンダー化と親密な関係性に関する日本型ロボット倫理の研究

山田, 裕斗

杉元, 紘也

海老沼, 純

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q23D-04 
課題名（和文） 
アルミニウム巻線を用いた永久磁石モータの巻線および固定子歯形状による
交流損低減に関する研究 
課題名（英文） 
Study on AC Loss Reduction due to Winding and Stator Tooth Shape of Permanent 
Magnet Machine with Aluminum Winding 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
先端科学技術研究科 電気電子システム工学専攻 博士後期課程 
氏名 山田 裕斗 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学部 電気電子工学科 准教授 
氏名 杉元 紘也 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学部 電気電子工学科 
氏名 海老沼 純 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
本研究課題では，「アルミニウム巻線を用いた永久磁石モータの巻線および固定子歯形状による交流損低減」
について，高スロット巻線占積率モータにおいて，交流損の PWM 電流制御におけるスイッチング周波数の高
周波の影響を解析及び実験により明らかにした。実験では，正弦波電流およびスイッチング周波数 20 kHz，10 
kHz，7.5 kHz の PWM 電流波形の 4 つの電流波形で損失の比較を行い，また解析においても実験と同様の電
流波形を用いて解析を行い各損失の比較を行った。その結果，実験ではスイッチング周波数を下げることで，
損失が増加することを確認し，磁界解析を用いて，スイッチング周波数の低下による損失の増加は，巻線交流
損より，固定子鉄心に発生する鉄損の増加が主な原因になっていることを明らかにした。 
 
研究成果の概要（英文） 
This study, “AC Loss Reduction due to Winding and Stator Tooth Shape of Permanent Magnet Machine 
with Aluminum Winding” clarified the effect of high frequency of switching frequency on AC losses in PWM 
current control by analysis and experiment. In the experiment, losses were compared for four current 
waveforms: sinusoidal current and PWM current waveforms with switching frequencies of 20 kHz, 10 kHz, 
and 7.5 kHz. As a result, it was confirmed that the loss increased when the switching frequency was 
lowered in the experiment. In the analysis, it was clarified that the increase in loss caused by lowering the 
switching frequency was mainly due to the increase in iron loss generated in the stator core, rather than 
the winding AC loss. 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
 アルミニウム巻線は，銅巻線に比べて質量密度が
1/3 と低く，モータの軽量化に有効であるという大
きな利点があるが，電気伝導率が約 3/5 倍と低く，
巻線の抵抗を増加させる欠点がある。そのため，ア
ルミ二ウム巻線では，スロット巻線占積率を向上さ
せる必要がある。一方，スロット巻線占積率が高い
モータは。高周波数領域で交流損が大きくなり効率
を低下させる原因となり，交流損の低減が課題とな
っている。 
2.研究の目的 
これまでの研究では，FEM 磁界解析で巻線に正弦
波電流を流して解析を行っていたが，試作機を用い
た実験では PWM 電流制御によって電流を流してい
た。そのため，磁界解析では PWM 電流制御のスイ
ッチング周波数によって巻線に発生する交流損の影
響を考慮しておらず，解析結果と実験結果に誤差が
生じていた。本研究では，実験で用いた電流波形を
FEM 磁界解析に用いることで，スイッチング周波数
による交流損の影響を明らかにし，実験結果との比
較を行うことを目的とした。 
3.研究の方法 
 本研究では，高スロット巻線占積率巻線の PWM
電流波形による交流損の影響を明らかにすることを
目指した。そのため，実験で PWM 制御によって得
られた電流を点列のデータとして保存し，そのデー
タを 3D-FEM 磁界解析ソフトに電流波形として用
いて解析を行い，巻線に発生する交流損および固定
子鉄心で発生する鉄損を算出し，正弦波電流波形の
ときの損失と比較することでその差が PWM 電流波
形による巻線交流損を算出できる。また，PWM 制
御のスイッチング周波数を変化させ，スイッチング
周波数による損失の比較も行った。さらに，実験に
おいても，リニアアンプ電源を用いて巻線に正弦波
電流波形を流し，PWM 電流波形のときの損失の比
較を行った。 
4.研究成果 
本研究課題の研究成果は以下の 3 点にまとめられ
る。 
① 実験では，2 スロット分の部分モデルを用い
て，電流実効値約 30 A，基本波周波数 100 Hz
～1200 Hz を 100 Hz 刻みに実験を行った。ま
た，正弦波電流および PWM 電流波形において
スイッチング周波数が 20 kHz，10 kHz，7.5 
kHz の 4 つの電流波形を流し，実験を行った。
実験の結果，PWM 電流波形では，正弦波電流
と比較し，損失が増加した。基本周波数 1200 
Hz においては，スイッチング周波数が 20 kHz
および 15 kHz では損失の差はなかったが，7.5 
kHz では，損失が増加し，正弦波電流時と比
較して，損失が 19%増加することが明らかに
なった。 
② 解析では，実験で得られた基本波周波数 1200 
Hz のときの正弦波電流，スイッチング周波数
が 20 kHz，10 kHz，7.5 kHz の PWM 電流波
形の合計 4 つの電流波形を点列データとして
取り出し，磁界解析ソフト JMAG を用いて，
その電流波形データを電流波形として流して，
損失の解析を行った。解析では，巻線に発生す
る巻線損失と固定子に発生する鉄損を分解し
て見られるので，それぞれスイッチング周波数
による損失を解析した。解析の結果，巻線に発
生する損失は，正弦波電流と PWM 電流波形で
比較して，スイッチング周波数による損失の増
加は小さいことが明らかになった。スイッチン
グ周波数が 20 kHz では，正弦波電流のときの
損失から 1.01 倍ほどしか増加しておらず，ス
イッチング周波数が 7.5 kHz のときでも 1.04
倍ほどしか増加していないことが明らかにな
った。一方で，鉄損は，スイッチング周波数が
20 kHz で損失が 2.53 倍に増加し，7.5 kHz で
は 3.03 倍になることが明らかになった。 
これらのことから，高スロット巻線占積率モータで
は，高周波数領域での巻線交流損の増加は基本波周
波数の増加による影響が大きく，PWM 電流制御に
よるスイッチング周波数の高周波の影響は小さいこ
とが明らかになった。 


アルミニウム巻線を用いた永久磁石モータの巻線および固定子歯形状による交流損低減に関する研究

東京電機大学博士（工学）2024doctoral thesi

水木, 和磨

学位論文審査の結果の要旨    
報告番号 先端科学技術甲第 193 号 氏 名 水木 和磨 
論文題目 
姿勢変化を考慮した油圧式クレーンのためのブーム角速度のロバスト
制御 
論文審査委員会 
 委員（主査） 教授  石川 潤 
 委員（副査） 教授  岩瀬 将美 
委員（副査） 教授  釜道 紀浩 
委員（副査） 教授  汐月 哲夫 
研究の背景 
旋回や起伏、ワイヤロープの巻上げ下げによって、吊荷をオペレータの所望の位置に移
動できる移動式クレーンが、建設現場などでの揚重作業に多く活用されている。まず、1 章
「序論」では、その移動式クレーンの主流である油圧式クレーンのためのブーム角の制御
に関わる研究の背景が述べられ、その現状の問題とロバスト性に関する解決すべき課題に
ついて、主に以下の 4 項目が述べられている。 
1) 人間が吊荷の振れを抑えるには熟練の操作技術が必要であり、その技術を有する
人材が不足していること。 
2) そのため、吊荷操作の自動化のための基盤となる、ブームと呼ばれる腕の角速度
制御の性能向上が求められていること。 
3) そして、ブームの長さが大きく変化する移動式クレーンでは、制御対象モデルの
パラメータ変動が大きいため、特に制御系のロバスト性能の向上が求められてい
ること。 
4) さらには、風などをはじめとした外乱に対しても速度制御系のロバスト性の改善
が求められていること。 
                研究の目的 
本論文では、以上の背景を受けて以下の 3 項目を研究の目的として掲げている。 
A) ブーム長変化に対してロバストな速度制御系を構築する手法を開発すること。 
B) 制御対象のむだ時間の変動に対してロバストな外乱補償方式を開発すること。 
C) 制御対象の未知のパラメータ変動に対してロバストな適応制御の手法を開発する
こと。 
研究の内容 
まず 2 章「制御対象のモデリング」では、以降の章での制御系設計の基盤となる制御対
象のモデリングについて述べている。25 トン級のクレーン実車を用いたシステム同定実験
により、精緻なモデルの導出ができている。 
続いて、3 章「ブーム長変化を考慮したクレーン旋回角速度のゲインスケジューリング
制御」では、2 章で導出したモデルに基づき、ブーム長の変化に応じて制御器の特性を変化
させるゲインスケジューリング制御の一手法方法を提案している。そして実際に、25 トン
級のクレーン実車を用いた実験により、提案手法と、制御対象の代表値モデルに基づく単
一の制御器の制御性能を比較した。その結果、特にブーム長が最長となる付近でオーバー
シュート量を低減できるなど、提案手法の有効性が確認された。この成果は、 
[1] 水木和磨, 石川潤: ブーム長変化を考慮したクレーンアクチュエータのゲイン
スケジューリング制御, 電気学会論文誌 D（産業応用部門誌）, vol. 143, No. 11, 
pp. 719-727 (2023). 
として、学術誌論文にまとめられている（電気学会 2024 年産業応用部門論文賞を受賞）。 
4 章「モデル化誤差に対してロバストな外乱オブザーバに基づく外乱補償」では、クレー
ン車製品はブームの角速度制御系が予め実装されているため、その制御ループ内の改造が
難しい点を考慮し、角速度指令値を活用して、加速度外乱を補償する一手法を提案してい
る。シミュレーションにより、提案手法は、角速度の次元で外乱を等価的に推定して補償
する従来方式と比較して、制御対象のむだ時間に対するロバスト性が改善できることを確
認した。この内容は、以下の国際会議論文としてまとめられ、発表されている。 
[2] Kazuma Mizuki, Jun Ishikawa, “Internal Disturbance Estimation and Its Compensation 
for Pre-Installed Velocity Controller for Crane System,” Proceedings of the 55th ISCIE 
International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applications (SSS'23), 
pp. 24-30 (2023). 
5 章「クレーン旋回角速度のセルフチューニング制御」では、制御対象のモデルパラメー
タに未知の変動があっても制御性能の公称仕様を維持するためのセルフチューニング制御
の一構成法が提案されている。制御系の実装を簡単にするための制御対象モデルの低次元
化に成功し、規範応答への追従性を改善できることをシミュレーションにより確認した。
この内容は、以下の国際会議論文としてまとめられ、発表されている。 
[3] Kazuma Mizuki, Jun Ishikawa, “Self-Tuning Control of Boom Angular Velocity for 
Mobile Cranes in Consideration of Boom Oscillation Mode,” Proceedings of the 10th 
IEEJ International Workshop on Sensing, Actuation, Motion Control and Optimization 
(SAMCON 2024), pp. 388-393 (2024). 
最後に、第 6 章「結論」では、本研究の成果として、第 3 章から第 5 章までの各章の成
果の総括を行い、クレーンのアドバンストな制御のベースとなるブーム角速度制御系のロ
バスト性の改善に提案方式が貢献できると結論付けている。 
以上、本論文において著者が検討して得た結論に記された事柄は、クレーンの吊荷位置
制御などの基盤となるブーム角速度制御系のロバスト性改善に極めて有用であると判断で
きることから、本論文の価値は工学的、工業的な観点からも十分に評価できる。よって、
本論文は博士（工学）の学位論文として十分な価値を有するものと認められる。 


姿勢変化を考慮した油圧式クレーンのためのブーム角速度のロバスト制御

塚原, 彰彦

野口, 凌平

本間, 章彦

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q23L-04 
課題名（和文） 脳波を用いた視野検査の定量的検査方法と検査システムに関する研究 
課題名（英文） A Study on Quantitative Visual Field Test Method and System based on EEG 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部 理工学科 電子情報・生体医工学系 准教授 
氏名 塚原 彰彦 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学研究科 電子工学専攻 大学院生 
氏名 野口 凌平 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部 理工学科 電子情報・生体医工学系 教授 
氏名 本間 章彦 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名  
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
本研究は，視野検査における光の呈示（視標）を見たときに生じる脳波の反応に基づく定量的な視野検査方
法及びシステムの研究を目的とする．P300 と呼ばれる脳波に着目し，光の呈示を液晶モニタの視覚刺激（視標）
として被験者に呈示し，P300 の脳波を簡易脳波計で得られるかを実験的に検討した．その結果，視標有りの場
合には視標無しの場合よりも，潜時が短く，ピーク電位も大きい傾向が見られ，視野検査に対して P300 が応
用できる可能性が示唆された． 
 
研究成果の概要（英文） 
The purpose of this study was to examine a quantitative visual field test method and system based on 
electroencephalogram(EEG) during light presentations in visual field tests. We focused on an EEG called 
P300. We experimentally examined whether the P300 could be obtained with a simple EEG headset by 
measuring the EEG of participants with light presentations as a visual stimulus on an LCD monitor. The 
results showed that the latencies were shorter, and the peak potentials were higher with the visual marker 
than without the visual marker. These results suggested that the P300 could be applied to visual field 
tests. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
視野検査は緑内障を始め，様々な疾患の診断及び
経過観察に有用である．現在臨床で多く使われてい
るのは被験者の応答に頼った自覚的視野計である．
従来の方法は，ハンフリー視野計などで，顔と目線
を固定して一点を見つめ，周辺に出現する小さな光
が見えたら，ボタンで知らせる方法である．この方
法は簡便であるが，被験者の主観に基づく方法であ
り，被験者の間違いなどが起こり得る．また，定量
的な方法とは言い難い．被験者の応答を必要とせず
に視野が測定できる他覚的視野計は，今のところ実
用化されていない． 
2.研究の目的 
本研究は，視野検査における光の呈示（視標）を
見たときに生じる脳波の反応に基づく定量的な視野
検査方法及び簡便な視野検査システムの研究を目的
とする．本研究では，視覚や聴覚において，連続的
に呈示される刺激の中で，特定の刺激を呈示してか
ら約 300 ms 後に生じる大きな陽性電位である P300
に着目し，視野検査に用いることができるか基礎的
な検討を行った．P300 を誘発させる効果的な視標の
呈示方法や，脳波との変化の関連が明らかになれば，
脳波に基づく視野検査を定量的に行える可能性があ
る．  
3.研究の方法 
本研究では，視野検査における光の呈示を液晶モ
ニタの視覚刺激（視標）として被験者に呈示し，視
標を表示させたときに P300 の脳波を簡易脳波計で
得られるかを実験的に検討した．なお本研究では，
連続的に呈示される刺激を「固視点」，特定の刺激を
「視標」とした．また，P300 による視野検査の評価
方法を以下のように仮定した．前頭部や頭頂部など
複数の電極で P300 が顕著に現れた時は，視標は「見
えた」と判定する．反対に，前頭部や頭頂部など複
数の電極で P300 が顕著に現れない時は，視標は「見
えなかった」と判定する．  
被験者は健常成人 12 名 (21－24 歳男性) で，簡
易脳波計 EPOC X (EMOTIV 社) を装着して，左目 
(右目) に眼帯をつけ椅子に座り，モニタに写る視野
検査の画面を右目 (左目) で見た（図 1）．簡易脳波
計 EPOC X の電極配置は，国際 10-20 法電極配置に
基づいている（図 2）．図 3 に被験者に呈示した視覚
刺激について示す．視標呈示する場合 (視標有り・
視標が見える想定) は，4 つの小さな点 (固視点) の
内側に視標を呈示し，呈示時間を 200 ms，呈示間隔
を 2800 ms とした（図 3(a)）．視標呈示しない場合 
(視標が見えない想定) は，固視点のみを 3000 ms 呈
示した（図 3(b)）．試行回数は各 15 回とした．なお，
実験は東京電機大学ヒト生命倫理委員会の承認を得
て実施した． 
 
Fig. 1. System configuration 
 
Fig. 2. Electrode position number 
 
(a) With visual marker 
 
(b) Without visual marker 
Fig. 3. Fixed viewpoint and Visual marker of 
presentation methods 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
計測した脳波に対して，ノイズ除去，フィルタ処
理を行い 0.1－8Hz の周波数帯域を抽出し，加算平
均波形（加算平均回数 5 回以上）を求めた．被験者
12 名の視標有りと視標無しの場合それぞれの加算
平均波形に対して，潜時およびピーク電位について，
t 検定を適用して p 値を求めた．その際，200－800 
ms を本研究における潜時と定義し，その区間内での
ピーク値を波形より求めた． 
4.研究成果 
図 4 に各電極の潜時の結果を示し，図 5 にピーク
電位の結果を示す．図 4(a)より，左眼では，F7, P8, 
F4 を除いて視標有りの方が潜時が短い傾向であり，
有意差は認められなかったが，O1, T8 で有意な傾向
（p < 0.1）は見られた．図 4(b)より右眼でも同様に，
T7 を除いて視標有りの方が潜時が短い傾向であり，
前頭部の電極を含む F3, F4, FC6, F7 で有意差（図
中**：p < 0.01，* : p < 0.05）が認められた．これ
らの結果より，視標有りの方が，潜時が短い傾向が
あると示唆される． 
ピーク電位において，図5(a)より左眼では，T7, T8, 
F4 を除いて視標有りの方が振幅大きい傾向であっ
た．また FC5, O2 で有意差（p < 0.05）が認められ，
F3, O1 では有意差が認められなかったが，有意な傾
向（p < 0.1）が見られた．図 5(b)より右眼でも同様
に，T7, P7, O2 を除いて視標有りの方が振幅大きい
傾向であったが，有意差及び有意な傾向が見られる
電極はなかった．これらの結果より，視標有りの方
が振幅大きい傾向があると示唆される． 
P300 は，頭頂部に最も現れやすく，前頭部や後頭
部でも現れるという報告があり，本研究における結
果と一致した．また，視標有りの場合には視標無し
の場合よりも，潜時が短く，振幅が大きい傾向が示
唆された．視標有りと視標無しで P300 が推定され
る電極の数の差および潜時やピーク電位に有意差や
有意な傾向が認められたため，視野検査に対して
P300 が応用できる可能性が示唆された． 
今後の課題は，視野検査を行うために，様々な位
置に視標の呈示し，P300 を得られるかを検討するこ
とである． 
 
(a) Left eye 
 
(b)Right eye 
Fig. 4. The results of the latency of P300 at each 
electrode 
 
(a) Left eye 
 
(b) Right eye 
Fig. 5. The results of the peak potential of P300 at 
each electrode 
 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 1 件） 
① 野口凌平，塚原彰彦，本間章彦，“視野検査に対
する脳波 P300 の応用に関する基礎検討”，第 33
回ライフサポート学会フロンティア講演会，
2024 年 3 月 6 日 


脳波を用いた視野検査の定量的検査方法と検査システムに関する研究

趙, 崇貴

大西, 謙吾

大段, 伸之輔

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q23L-05 
課題名（和文） 義手の適合判定に向けた把持力に基づく健側手と義手の協調性評価システムの開発 
課題名（英文） 
Development of the assessment system for the cooperativeness between an intact 
hand and an upper limb prosthesis based on grasping force toward the checkout 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部，電子情報・生体医工学系，助教 
趙崇貴 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部，電子情報・生体医工学系，教授 
大西謙吾 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学研究科，電子工学専攻 
大段伸之輔 
 
 
 
 
 
 
 
研究成果の概要（和文） 
ユーザが義手を扱いやすいよう可動域やケーブル操作系の効率を適切に設定ができているかは，適合判定に
より判断される．この適合判定の効果を把握するうえで，初期設定による義手操作能力の変化を定量的に比較
する必要がある．本研究では物体操作時の手先位置と把持力に焦点を当て，健側手と義手の両手協調性から義
手操作能力を評価するシステムを開発した．健常者を対象とした実験の結果として，模擬義手使用の有無によ
る両手協調性の変化が，手先位置と把持力の相関に現れることが示唆された． 
 
研究成果の概要（英文） 
Checkout of the upper limb prosthesis requires managing settings such as joint angle range and cable 
control efficiency to enhance user control. An index reflecting the initial setting's influence on prosthesis 
control is crucial to understand the effect of the checkout. We focused on the hand position and the 
grasping force during the object manipulation and developed an assessment system of the bimanual 
cooperativeness of an intact hand and an upper limb prosthesis. Experimental results on able-bodied 
subjects suggest that the correlation between the hand position and the grasping force reflects differences 
in the bimanual cooperativeness by using or not using a body-powered prosthetic hook control simulator. 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
ユーザが義手を扱いやすいよう可動域やケーブル
操作系の効率を適切に設定ができているかは，適合
判定により判断される．この適合判定の効果を把握
するうえで，初期設定による義手操作能力の変化を
定量的に比較する必要がある． 
義手操作能力の評価には Southampton Hand 
Assessment Procedure (SHAP)などが用いられる
が，時間や成功数を評価尺度としており，実際の物
体操作において重要な力学的要素である把持力は直
接評価されていない．また，義手自体はあくまで補
助手としての役割を求められており，健側手の負担
を減らすように協調して動かせることが，ひとつの
目標となる．そのため，物体操作に関与する把持力
に基づいて，健側手と義手の協調性から義手操作能
力を評価可能な指標が必要であると申請者は考え
た． 
 
2.研究の目的 
本研究では，把持力に基づいて義手使用時の両手
協調性を定量化し，義手操作能力を評価するシステ
ムの開発を目的とする． これまで主に運動学的もし
くはタスクの成否・実行時間から評価されてきた義
手操作能力に，定量的かつ力学的な指標を選択肢と
して追加することができれば，作業療法士の業務補
助，義手自体が健側手に与える影響や義手の性能差
による習熟度への影響の解析に，応用できると考え
られる． 
 
3.研究の方法 
両側での協調した物体操作には，左右の手指の運
動制御とタイミング制御が重要である．そこで図１
に示すような，バランスをとりながらボールを左右
に移動させるボール揺動タスクを対象に，手先位置
（デバイスの傾き）と両手の把持力を計測可能なセ
ンサデバイスを開発した．義手操作能力による両手
協調性の変化に伴って，タスク実行中のデバイスの
傾きと左右の把持力の関係性が変化すると考え，そ
れぞれの相関係数を算出し，両手協調性によってそ
の値が変化するか検証した． 
 
4.研究成果 
健常な右利き 20 代男性 5 名を対象に両側健常手
（協調が容易）と，左側 VC 式能動フックをつけた
模擬義手，右側健常手（協調が困難）の 2条件で，
ボール揺動タスクを実施し，条件間で指標（相関係
数）を比較した．その結果，健側手（右側）の把持
力とデバイスの傾き間の相関係数が前者で 0.38，後
者で 0.17 となり，両者の差に優位傾向（𝑝 = 0.06，
ウィルコクソンの符号付順位検定）が確認された．
左手が VC 式能動フックであることで把持力の調節
機能が低下し，それを補うために健側手（右側）の
把持戦略が変化したことが考えられ，提案システム
により両手協調性を定量化できる可能性が示され
た． 
 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 ２ 件） 
① 大段伸之輔，大西謙吾，趙崇貴，"ボール揺動タ
スク型両手協調操作訓練・評価システムの開発 
第 2 報：既存指標との比較による非対称性指標
の有効性", 第 33 回ライフサポート学会フロン
ティア講演会, 1B10, 2024. 
② 大段伸之輔，大西謙吾，趙崇貴，"ボール往復バ
ランスタスク式両側協調動作評価デバイスの開
発 第一報：非対称性指標を用いた動作評価", 
第 41 回日本ロボット学会学術講演会, 3A4-02, 
2023. 
 
図 1 開発したセンサデバイスによるボール揺動タスク 
 


義手の適合判定に向けた把持力に基づく健側手と義手の協調性評価システムの開発

五十嵐, 洋

山田, 侑果

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q22T-04 
課題名（和文） 2 次元表面のフォースフィードバックが可能な圧力分布センシングシステム 
課題名（英文） Force Distribution Sensing System with Surface Force Feedback 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学部 電子システム工学科 教授 
氏名   五十嵐 洋 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学研究科 電子システム工学専攻 修士学生 
氏名  山田 侑果 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
圧力分布センサは，マットレス，クッション，靴のインソールなど，力の分布を計測することで，ヒトの姿
勢や荷重バランスを計測することができる。この圧力分布の解析や「見える化」することで，健康寿命を伸延
させるヘルスケア技術が実用化されている。しかし，圧力分布センサは，計測に特化しており，直接ヒトには
たらきかけることができない。本研究課題では，ワイヤを網状に張り，その両端の張力を制御することで，従
来の圧力分布計測に加え， 2 次元平面上のフォースフィードバック（Surface Force Feedback：SFF）を実
現する技術の基礎を確立した。 
 
研究成果の概要（英文） 
Pressure distribution sensors, such as mattresses, cushions, and shoe insoles, can measure human posture 
and load distribution by measuring force distribution. By analyzing and 'visualizing' pressure distribution, 
healthcare technologies have been put into practice to extend healthy life expectancy. However, pressure 
distribution sensors are specialized for measurement and cannot directly affect humans. In this research 
project, we have established the basis for a technology that can provide Surface Force Feedback (SFF) on 
a two-dimensional plane in addition to conventional pressure distribution measurement by stretching 
wires in a net-like pattern and controlling the tension at both ends. 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
高齢化社会における健康寿命の延伸やコロナ
禍のテレワーク増加に伴う運動不足の改善に向
け，ヘルスケア技術が期待されている。特に着座
時や歩行時のバランス計測評価のため，圧力セン
サを応用した圧力分布センサが採用されている。
圧力分布は，姿勢矯正クッションやインソールな
どの設計指針や，個人の圧力分布状態を「見える
化」する技術に採用されている。しかし，これら
は，状態を受動的に計測することに特化してお
り，能動的にはヒトに働きかけることはできな
い。  
一方，ヒトの動作や認知に能動的に働きかける
技術としてフォースフィードバックがある。これ
はジョイスティックなどに採用され，リアリティ
の高い操作感の提供や，直感的な操作アシストが
可能となる。しかし，これらは回転力もしくは推
進力を“作用点”に対して付与しており，アクチ
ュエータの自由度に依存していた。 
 そこで，筆者らは姿勢をリアルタイムに観測
して座面を調整，フィードバックするシステムを
提案した。ロードセルとモータに接続された各ワ
イヤに対する力を読み取り，張力制御によって圧
力分布の測定を行うことで COP（圧力中心）位置
の誘導が可能であるが，垂直方向圧力のみを対象
としており，センシング機構から遠い目標値への
誘導はできないといった課題が残されていた。 
 
2.研究の目的 
本研究では，先行研究の問題点を解決し，セン
シング機構から遠い目標への誘導が可能なワイ
ヤアレイ型矯正デバイスを作成する。特に，ワイ
ヤの両端にモータを接続したセンサを製作し，マ
トリクス状のシステムを用いたヒートマップの
作成および COP 位置推定の準備として，RTOB
（反トルク推定オブザーバ）を利用した圧力推定
を行う。 
先行研究で使用されたロードセルの代わりに
モータが接続されることによって，せん断力を含
めたワイヤ張力の制御が行えるようになり，解析
情報に応じた姿勢矯正が期待できる。 
3.研究の方法 
本研究で作成するワイヤアレイ型矯正デバイ
スを図 1 に示す。モータとワイヤを利用した張
力制御機構であり，ワイヤが接続された 10 セッ
トのモータを 5 行 5 列のマトリクス状に設置し
た。このシステムのワイヤ上に力が加えられた
ときの圧力ヒートマップを作成することによっ
て座位姿勢の解析を行い，COP 位置を任意の場
所に誘導するようにモータを制御することで矯
正を図る。 
  モータ制御におけるブロック図を図 2 に示
す。一定のトルクを与え続けることで，モータ
に外乱が加えられて軸が回転しても初期位置に
戻るように制御できる。これにより，ワイヤを
たゆませることなく常に張った状態を維持させ
ることが可能になる。 
そして，DOB（外乱オブザーバ）および RTOB
を用いてトルクから張力の推定を行う。DOB およ
び RTOB により，力覚センサなしで圧力およびせ
ん断力の推定が行える。 
 
 
図 1：実験システムの外観 
 
図 2： トルク推定のためのブロック線図 
Kt 1/J
Kt J
LPF
LPF
Kt J
1/Kt
+ －
+ －
+
+ +
－
DOB
RTOB
 
 
1/s2
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
 
図 3：圧力とせん断力の推定モデル 
 
ここで垂直方向の圧力 Ff および水平方向のせ
ん断力 Fs は各モータの推定トルクより以下の式
で算出が可能である。 
 
ただし，r はプーリ半径である。 
 
4.研究成果 
ここでは，4台のモータを使用して図 1 のシス
テムで実験を行った。モータ間の距離は333 [mm]
で固定され，軸に半径 5.0 [mm]のプーリを接続し
たシステムで座位解析に必要な圧力の推定を行
った． 
力推定評価のために，おもりとして分銅を使用
した．中央で交差するワイヤ上に，30 [g]( (約
0.294 [N])，20 [g](約 0.196 [N])，10 [g](約 0.098 
[N])の分銅をワイヤの交点にそれぞれのせた．こ
のとき，それぞれの位置で 5 回推定した際の平均
値を求めた． 
この圧力推定結果を図 4 に示す．今回の実験で
はせん断力を含めた計測を行っており，それぞれ
せん断力が 0 であることを確認した。 
 
図 4：圧力推定結果 
 
図 5：ヒートマップのサンプル 
 
デバイスを製作するにあたり，以前使用していた
システムよりも小さいモータを用いて実験を行
った．そのため，おもりが小さい場合は推定が安
定し，重さが増加するほどモータが支えられる範
囲を超えてしまったため，推定にブレが出てしま
うのではないかと考える．今後 20 台のモータを
使用した場合には重さの許容範囲も広がり，ブレ
が少なくなると考えられる． 
本研究では，座位姿勢の改善を促すワイヤア
レイ型矯正デバイスを利用したヒートマップ作
成および COP 位置推定の前段階として，交差す
るワイヤ上での圧力推定を行った．推定結果よ
り，正確な推定が可能であることが確認できた
ため，今後はモータを増やしたワイヤアレイ型
矯正デバイスを用いた推定実験を行う．さらに
せん断力を含めた推定値をヒートマップ化（図
5）し，姿勢矯正アプリケーションへの応用を目
指す。 
 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 2件） 
① 山田侑果，渡辺亮，五十嵐洋：”座位姿勢の
解析および矯正に向けたワイヤアレイセンサ
の開発”，日本機械学会ロボティクス・メカト
ロニクス講演会’23，1A1-D18，2023 
② Bastien Jacques Étienne Poitrimol and 
Hiroshi Igarashi, “A User Study of a Cable 
Haptic Interface with a Reconfigurable 
Structure”, IEEE World Haptic 2023 
Conference, TP.C3.4, 2023 
motor1 motor2
(1) 


2次元表面のフォースフィードバックが可能な圧力分布センシングシステム

石原, 美彦

舛井, 裕輝

井口, 祐貴

島嵜, 佑

吉村, 雅文

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q23K-06 
課題名（和文） 大学サッカー選手の急性慢性負荷に関する研究 
課題名（英文） Study of acute-chronic work load in College Football Players 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学（未来科学部、人間科学系列、助教） 
氏名 石原 美彦 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
順天堂大学大学院（スポーツ健康科学研究科、博士後期課程） 
氏名 舛井 裕輝 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
桃山学院大学（法学部、法律学科、講師） 
氏名 井口 祐貴 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
順天堂大学（スポーツ健康科学部、スポーツ科学科、助教） 
氏名 島嵜 佑 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
順天堂大学大学院（スポーツ健康科学研究科、教授） 
氏名 吉村 雅文 
 
研究成果の概要（和文） 
本研究は大学サッカー選手の競技シーズン中の急性・慢性的なトレーニング負荷を、大学サッカー選手の競技
シーズン中の急性・慢性負荷を、性差や体力・身体特性や試合出場時間や算出方法を考慮した上で調査・分析
した。その結果、個々の体力特性を考慮した指標を活用して ACWR を評価し、特に ACWR-EWMA 算出の必
要性が示唆された。 
 
研究成果の概要（英文） 
This study investigated and analysed the acute and chronic training load of university football players 
during the competitive season, considering gender differences, fitness and physical characteristics, playing 
time and calculation methods. As a result, we suggested that the need to assess ACWR using indicators 
that take into account individual fitness characteristics, and in particular the ACWR-EWMA calculation. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景  
昨今の球技スポーツでは、試合中の運動パフォー
マンスだけでなく、トレーニング中の選手個々の身
体的負荷を GPS/GNSS・加速度センサー内蔵ウェア
ラブルデバイスと ICT を活用しながら、急性的な負
荷 (直近 1 週間のトレーニング負荷量) と、慢性的
な負荷 (直近 1 ヶ月間のトレーニング負荷量) の比
率から算出される指数である acute chronic work 
load ratio (以下、ACWR) を評価したトレーニング
負荷管理が導入されている。(Gabbett TJ, 2016)。
このトレーニング負荷管理法は、チームとしての競
技会の結果やチームパフォーマンスの優劣に限ら
ず、各選手のコンディショニング管理や傷害予防・
リハビリテーションとしても重要である。しかしこ
れまでの知見は、国外プロレベルや男性選手を対象
にしたものであり、女性選手の ACWR は横断・縦
断的調査ともに実施されていない。 
2.研究の目的 
本研究は大学サッカー選手の競技シーズン中の
ACWR を、性差や体力・身体特性や試合出場時間や
算出方法を考慮した上で調査・分析することを目的
とした。 
3.研究の方法 
大学女子サッカー選手を対象に、慣性センサー内
蔵 GNSS デバイス (Catapult Sports 社製) を用い
て、2023 シーズンの全てのトレーニングおよび試合
における身体的負荷量を測定した。トレーニングに
おいては心拍センサーPolarH10 (Polar 社製) を用
いて心拍変動も定量した。またタブレット端末とア
プリケーションを用いて、毎試合・トレーニング中
の身体的負荷量と心拍変動をリアルタイムで記録・
可視化するとともに、活動をビデオ映像により記録
した。身体的負荷項目として、総移動距離 (Total 
distance covered: 以下 TD)、15km/h 以上の高強度
での走行距離  (High intensity running: 以下
HIR15)、21km/h以上のスプリント回数 (Sprinting: 
以下 SP21) 、心拍数 (Heart rate: 以下 HR)、Player 
LoadTM、 2.0 m/s2 以上の加速、減速、方向転換の
各回数を分析対象とした。それらの項目を、Murray, 
N. B. et al., (2017) に基づき、Roling Average (RA) 
法および Exponentially Weighted Moving Average 
(EWMA) 法の 2 つより ACWR を評価した。そして
プレシーズン終盤期に行われた体力測定、毎月の体
組成測定より得られた体力・身体特性、各試合にお
ける出場時間を考慮し、シーズン中の個々の ACWR
を分析した。また大学男子サッカー選手のシーズン
中の ACWR との比較も行った。 
4.研究成果 
 男子大学サッカー選手のシーズン中のACWR-RA
は TD および HIR が 1.0 前後で、ACWR-EWMA で
は 1.0 を下回っていることが多かった。それに比べ
て、女子選手は推奨範囲内の 0.9~1.2 で推移してい
た。特に ACWR-EWMA を用いた評価について、女
子選手と個々の体力特性との関連性が示唆された。
とりわけ、長期離脱となった膝関節の怪我が 2 件の
うち、1 件目の選手は高強度運動パフォーマンスが
優れており、トレーニングや試合でも HIR15 が特に
多い選手であった。受傷直前の 1 週間の HIR15 か
ら評価した ACWR-EWMA で 1.4 程度のスパイクが
発生していた。試合出場時間も怪我までフルタイム
出場で他の選手よりも多い出場時間であった。2 件
目の選手はスプリントパフォーマンスが優れてお
り、試合中の最高速度が特に速い特性がある。受傷
直前の 1 週間の SP21 から評価した ACWR-EWMA
で、1.5 程度のスパイクが発生していた。以上より、
個々の体力特性を考慮した指標を活用して ACWR
を評価し、特に ACWR-EWMA 算出の必要性が示唆
された。 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 1 件） 
① 大学女子サッカー選手における試合のパフォー
マンス予測．和氣 昌平、廣津 信義、吉村 雅文、
石原 美彦 、舛井 裕輝．日本体育・スポーツ・
健康学会第 73 回大会、同志社大学（京都） 
 


大学サッカー選手の急性慢性負荷に関する研究

小林, 航大

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q23D-06 
課題名（和文） 人間―人間間教示の解析による個人差に対応可能な教示システムの開発 
課題名（英文） 
Building an Adaptive Teaching System by Investigating Individual Differences in 
Human-to-Human Instruction 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
先端科学技術研究科 電気電子システム工学専攻 
氏名 小林航大 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学部電子システム工学科 教授 
氏名 五十嵐洋 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
人間―人間間の教示を解析するにあたって，教示者―学習者間の相性や同一学習者における複数回の実験が
困難であるという問題が存在する．そのため，一定の教示環境となりうる学習者モデルを人間の脳を模した機
械学習手法であるニューラルネットワークを用いて構築し，人間の学習者の代替として利用・実験ができない
かについて検討を行った．実際にニューラルネットワークをリアルタイムに学習可能なシステムを構築し，実
験を行った．その結果，人間のように徐々に学習していくようなシステムを実現可能であることを示唆した． 
 
研究成果の概要（英文） 
When analyzing human-to-human instruction, there are challenges such as the compatibility between 
the trainer and the trainee, and the difficulty of conducting multiple experiments with the same trainee. 
Therefore, we considered constructing a trainee model that can provide a consistent instructional 
environment using a neural network, which is a machine learning method modeled after the human brain, 
and whether it can be used and experimented with as a substitute for human learners. We built a system 
capable of real-time learning using a neural network and conducted experiments. The results suggested 
that it is possible to realize a system that gradually learns, similar to humans. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
技能の伝承や新規スキル取得は熟練工の技術伝承
のみならず，医療，実験科学分野等の機械に任せる
ことが困難な領域においても重要な課題である．こ
のような機械に任せることが困難である技能の伝承
には人間から人間への技能伝承が必要となる．既に
ロボットを用いた人間への教示に関する研究は多く
行われている一方で，人間から人間への教示の研究
は不足している．教示者と学習者の相性の影響や，
同一学習者に対する複数回の実験の困難さが原因と
して考えられる． 
2.研究の目的 
本研究では教示者の教示手法を一定の環境で解析
を行うため，人間の学習者を学習者モデルに置き換
えることを提案する．学習者モデルは人間の学習者
を模した徐々にリアルタイムに学習していくような
モデルとなる．この学習者モデルに対して教示者が
教示を行うことで，教示者の教示手法を学習者の相
性や影響を受けることなく一定の環境で解析が可能
となる．この解析結果を利用して，教示者へのアシ
ストを実現する．また，学習者の練習環境は存在す
るが教示者の教示練習環境は存在していない．本研
究では，教示者へのアシストと教示練習環境の提供
を目的とする． 
3.研究の方法 
人間の学習過程を再現可能なモデルとして，ニュ
ーラルネットワークを使用する．ニューラルネット
ワークは人間の脳を模した構造をしており，繰り返
し学習によって徐々に精度を向上させていく点から
適当であると考えた． 
教示者―学習者モデル間教示や教示者―学習者間
教示の実験のために到達方法教示タスクを構築し
た．これは同一の目標に対して「到達方法」（あえて
ゆっくりと到達する，オーバーシュートする等）を
教示するものである． 
リアルタイム学習の実現のため，追従ごとのデー
タを過去 3追従分のデータ窓でスライドさせながら
データセットを作成し，学習を行う．そして，追従
ごとに学習済みの新しいモデルに上書きされていく
システムを構成した．この窓や，学習係数を調整す
ることによって学習者の覚えの良さ等の振る舞いを
調整可能であると考えられる． 
4.研究成果 
リアルタイムに学習可能なモデルを構築し，構築
した学習者モデルが人間を模したものであるか確か
めるために，教示実験を行った．人間―人間間教示
の実験と人間―学習者モデル間の教示を実施し，教
示目標との誤差によって評価を行った． 
人間―人間間教示より，徐々に誤差が減少してい
く様子がわかった．また，学習初期は学習者間での
分散が大きく，失敗等を繰り返しながら学習してい
く様子が確認された．最終的に分散が収束していく
様子も観察された．これらの実験データから再現す
べき学習プロファイルを確認した． 
人間―学習者モデル間の教示を行った結果，誤差
が徐々に減少していき人間と同様な繰り返し学習に
よる精度向上が実現できていることが確認できた．
一方で，学習精度に関して人間並みの水準に達する
条件は存在するが，過学習による精度低下やターゲ
ットの難易度によって人間の学習者と同等の水準に
満たない結果となった．また，分散についても小さ
い状態となっており，人間のような失敗等の動作が
再現できていない． 
以上の点を今後改善していくことで教示者の解析
を実現し，教示アシストが可能になると考えられる． 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 1 件） 
① Kota Kobayashi and Hiroshi Igarashi: 
“Proposing an Environment for Analyzing 
Human Teaching Methods Using Trainee 
Model,” SAMCON 2024 - The IEEJ 
International Workshop on Sensing, 
Actuation, Motion Control, and Optimization, 
pp. 320-323, Kyoto, Japan, March 3, 2024 
 


人間―人間間教示の解析による個人差に対応可能な教示システムの開発

戸塚, 圭亮

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023           Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q23DS-02 
課題名（和文） 振動触覚モデルの汎用化に向けたテクスチャ特性と振動スペクトル特性の関係解明 
課題名（英文） 
Exploring the Relationship Between Texture Characteristics and Vibration Spectrum 
Properties for the Generalization of Haptic Models 
研究代表者 
所属: 総合研究所 
 
氏名: 戸塚 圭亮 
共同研究者 
所属: 工学部 電子システム工学科 
 
氏名: 五十嵐 洋 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
本研究課題は，振動を用いて再現した物体表面の粗さなどテクスチャ特性と周波数など振動の特性の両特
性の間に関連があるか調査した。期間内の作業は，テクスチャ振動の測定装置改良とテクスチャ特性推定シス
テムの開発、関連を見るためのモデル作成である。この成果に関しては国内学会 2 件と国際学会 1 件にて発
表した。また，この解析のために用いたテクスチャモデルの作成手法についてまとめたものを論文誌として出
版した。  
 
研究成果の概要（英文） 
本文（９ポイント：Century） 
This research project investigated the correlation between texture characteristics, such as the roughness 
of an object's surface recreated using vibrations, and the properties of vibrations such as frequency. The 
tasks performed during the period included improving the texture vibration measurement device, 
developing a texture characteristic estimation system, and creating a model to examine the correlations. 
The results were presented at two domestic conferences and one international conference. Additionally, 
the methods used to create the texture models utilized in this analysis were compiled and published in a 
journal article. 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2023           Tokyo Denki University                     
 
 
1.研究開始当初の背景 
物体表面をなぞったときに発生する振動は何
らかの物理学的手順を踏み、表面特性の影響が反
映される。このことから、人間はペン先で表面を
なぞるだけ、その表面特性を識別できる。しかし、
この振動と表面の２つの特性にどのような関連
があるかについて、詳細なモデルは未だ作成され
ていない。この詳細なモデルが完成すれば、表面
特性のパラメータを操作して、いかなるテクスチ
ャも再現ができるはずである。 
2.研究の目的 
本研究課題は表面特性と振動特性という二つ
の特性の間にどのような関連性があるか調査す
ることを目的とした。  
3.研究の方法 
目的達成にはなぞり振動を取得して、その振動
を解析、なぞり運動に対する応答をモデル化する
必要がある。加えて、表面特性を推定し、作成し
た応答モデルに対して表面特性の応答を加える
ことで、包括的なモデルの作成が重要となる。 
(1) 振動となぞり運動のモデル化 
(2) 表面特性の推定 
(3) 振動-なぞり運動モデルの係数と表面特性
のモデル化 
(4) モデル化結果の分析と考察 
4.研究成果 
本年度の研究期間において終えた計画は，研究
の方法で挙げた(1)~(4)であり、目標とする作業は
すべて完遂した。測定振動に対してピーク検出器
を適用し、振動特性を抽出するという新しいアイ
ディアは成功した。このシステムによって、どの
ようななぞり動作に対しても対応した振動特性
の変化をとらえることができた。振動特性となぞ
り動作の関連は、従来研究ではバイリニア補完が
使用された。しかし、この手法では補完式から何
か洞察を得ることはできない。そこで、重回帰モ
デルを適用することで、各振動特性がなぞり運動
とどのような作用を引き起こすか分析した。その
結果として、振動特性となぞり運動から、表面特
性が振動に働きかけている要素について推定す
ることができた。この結果を踏まえて、表面特性
の推定アルゴリズムを導入した。推定特性は低速
振動の特性とタッピング振動から得られる。これ
によって得られた表面特性と振動特性-なぞり運
動モデルの回帰係数をさらに重回帰モデルで関
連づけることで、両者の関係を明らかにした。 
まず、初めに作成したモデル化システムについ
ては国内学会にて発表した。また、モデル化シス
テムの合理化のために、行った検証については国
際会議にて発表した。そして、この二つの結果を
踏まえて、重回帰モデルを適用した結果について
も国内会議で発表し、これらをまとめた内容を論
文誌として出版した。 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計  3 件） 
① 戸塚圭亮：”テクスチャモデル簡略化に向け
た 重 回 帰 モ デ ル 適 用 の 検 討 ”，
ROBOMECH2024’2024，宇都宮【査読な
し】． 
② 戸塚圭亮：” 調整，制御が可能な狭帯域フィ
ルタによるテクスチャモデリング”，SICE 
SI，2023，新潟【査読なし】． 
③ Keisuke Tozuka: “Human-based Evaluation 
for Vibration Synthesis with Parametric 
Equalizer”, IEEE WHC2023, Delft 
Netherlands, 2023【査読あり】. 
〔論文誌出版〕（計  1 件） 
④ Keisuke Tozuka: “A Simplified Texture 
Modeling Using a Physical and Perceptual 
Rule-Based Approach”, IEEE Access, vol. 
12, 2024【査読あり】. 
 


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