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# System prepended metadata

title: 卒業研究

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# 卒業研究
自動運転車いす

## チーム
### チーム名
- PROTO-AUTO
### プロジェクト名
AutoChair

## 目的
- 介護の負担を減らす(医療関係、病院で使う)
- システム導入のコストを抑えたい

## 作成理由(より詳細な目的)
### 大久保君からの意見
- 叔父が実際に介護施設に入っていて、その施設では、四肢だけでなく、喋れもしない、完全に動けない人も中にはいる。その人には介護者が押している
- その施設では、病棟と介護施設が一緒になっている場所で、介護者でも他の仕事が立て込むことも多いのだとか

### 久保寺君の意見
- 最近では深刻な人材不足に悩まされており、しまいには海外から外国人を急募する始末であることをニュースで見た

## きっかけ
久保寺君の母親が介護の仕事をやっていて、毎日おじいちゃんやおばあちゃんを運ぶのが大変らしく疲れているところを見て、何とかしてあげたいと思った

## システムの内容
- 車いすが壁を検知したら自動旋回するシステム
- 指定した場所に自動で向かう(エレベーターは今回考慮せず、階層ごとに用意してある想定)
- 車いすに簡単に取り付けできる自動運転アタッチメント

## 詳細殴り書き
マッピングをあらかじめ行う必要があるので、「導入コストを抑える」というコンセプトがある以上設定も簡単でないといけない
同システムとの差別化を行うには、「導入コストを抑える」ことに注力しないといけないと思う。
そのためには、「え、それだけでいいの！？」と驚かれるお手軽さを第一にする

## 実物
ダブルギアボックスを駆動にして、大きな車輪を取り付け
車いすっぽくする
フレームは木とかお粗末なものでいい
一応使う部品の寸法などの設計はのせておいた方がいい

コースは紙に段ボールの壁を貼り付け、真ん中に黒いラインを引くことで
それをたどる形式をとる(ライントレース)

そして、停止ポイントとなる部屋の前では線が特定の色になる

イメージとしてはこんな感じ
![image (3)](https://hackmd.io/_uploads/BJ16C-1fyl.png)

## 役割

### 久保寺
- 自動運転システム、全体の監修
- 車椅子の模型の作成

### 黒岩
- ボタンを押すと指定の場所の信号を送るシステム(web)
- モーターの速度を制御する方法を調べる
- 自動で速度を変えられれば尚良い]

https://qiita.com/dietposter/items/0b73c9c47f7b710131ff
https://www.mechatronahibi.com/rpi-gpio-pwm/
モータードライバーというモジュールは、モーターの速度をヘルツ数によって管理することで速度を変えられる。それを自動でヘルツ数を変動させることによって自動で速度が変えられればいい。トリガーは未定。二番目のリンクに速度を変える方法が書いてある
カメラにて検知したラインが左寄りの場合、Left値の方が大きくなる。逆もしかり。そしてラインが中央かつまっすぐな場合はLeft値とRight値が同じになる。これを利用すれば方向制御が可能。何とかしてLeft値とRight値を釣り合わせたまま進むのが、ライントレース

#### 実際の制御方法
PID制御というものを使う
https://www.mechatronahibi.com/rpi-gpio-pwm/
これでLeft値とRight値を常に一定になるように自動調整可能

### 高橋
- 部品の設計、モデリング

### 橋本
- 発表資料の作成
- 発表
- ポスター

### 大久保
- 自動運転システム

## 流れ
- 車いすのデバイス(発表時はスマートフォンで代用)でwebサイトを表示し、フォームに部屋番号を入力して送信ボタンを押す
- 特定の番号が送られるので、それに対応した色を記憶
- ライントレース開始
- 指定の色に差し掛かったら停止
- FINISH

## 問題点
ライントレースの場合、周囲の光の反射を考えないといけない
光のセンサーを

## 自動運転の業界による違い
### 観光地での自動運転

### 病棟での自動運転

## 現地聞き込み計画
大久保くんの話してくれた施設と久保寺くんの母が勤める施設に
制作するシステムがウケるのか、聞き込みに行く

### 聞きたい内容
- 車椅子を手で動かす時、例えば廊下では、どまんなかを進むのか、それとも壁沿いを進むのか、はたまたそれについては考えていないか
  - 現在は模型でのライントレースという計画だけれど、最終的には、壁を検知して曲がる、人を検知して止まるなどにしたい。しかし、そうなると今度はまっすぐ進まなくなる事態が発生しかねない。確かにこれは電動車いすでも発生しうることだと思うので、それについてはどう対処するのか、その手がかりを掴みたい。
- 逆に患者が電動を動かしている場合はどうか
- 安全点について気になるところや要望はなにかあるか

## 内容梗概のベース
1. はじめに
本研究は、介護施設で働く親族の疲労を目の当たりにし、介護者の負担軽減を目指して始まりました。特に、車いすの移動業務にかかる負担を軽減することが求められています。課題は、現状の介護施設での労力負担や人材不足に加え、システム導入にかかる高コストでした。これらを解決するために、コストを抑えた自動運転車いすのシステムを提案します。

2. 先行研究
既存の自動運転車いすシステムでは、主に高価なセンサーや専用設備が必要であり、導入にかかるハードルが高いことが課題として指摘されています。
また、病棟と介護施設が併設された現場では、他の業務と並行して車いすを操作する負担が重いという実例も見られます。
これらを踏まえ、本研究では既存システムとの差別化を図りつつ、現場での実用性を高めることを目指します。

3. 本研究の目的
本研究の目的は、介護者の負担を軽減し、導入コストを抑えた「簡易自動運転車いすシステム」を開発することです。

本システムは以下の特徴を持つことを目指します：
通常の車いすへの取り付けが容易なアタッチメントキットであること
壁や障害物を検知して自動旋回する機能
指定された場所への自動移動

4. 詳細
4.1. システム構成
〇ハードウェア
 ・シャーシ
   ダブルギアボックス、モータードライバー、大型車輪、フレーム、バッテリー
 ・電子装置
   超音波センサー、カメラ、マイコン(Raspberry Pi)
〇ソフトウェア
 ・使用言語
   Python(車椅子本体の制御)、PHP(車椅子本体をwebブラウザで操作)
 ・OS
   Raspbian(Raspberry Pi用Linuxディストリビューション)

4.2. 検証環境
検証用コースは、段ボール製の壁及び道に黒色のテープで経路を示し、色のテープで停止ポイントを示した簡易的なコースを用意する。
4.3. 検証項目
・ライントレース、障害物検知の精度(ソフトウェア的)
・システム設定の簡易性(ソフトウェア的)
・アタッチメント取り付けの容易性(ハードウェア的)
・運動性能(ハードウェア的)
4.4. 制御方法
・カメラを利用した画像解析によるライントレース(OpenCV及びPythonにて制御)
黒色のラインを走行ラインとして処理する。赤色のラインを停止ポイントとして処理し、その場所で停止。並びにそこまでの道のりを導き出す。
・超音波センサーを利用した障害物回避(Pythonにて制御)
経路上に障害物を検知したらその場でとまり、再びラインを認識するまで障害物に衝突しないよう進む。ラインを認識するまでに一定時間以上経過したらそれまでの道のりをたどり元の障害物検知場所まで後退し、再始動命令が実行されるまで停止する。
障害物の回避制御については、前方に障害物が検知されないようになるまでその場で回転し、検知されなくなったら前進。この処理を繰り返す。


・ウェブ上の指示を車椅子に送信するシステム
ウェブインターフェースで指定された部屋の情報を受信し、車椅子に移動指示を送るターミナルシステムを開発する。リアルタイム通信を用いて、指示が正確に反映される機能。


・OpenCVを使用した色識別システム
OpenCVを活用して画像や映像から特定の色を識別する技術を実装する。色識別を用いて対象物や部屋を判別し、車椅子のナビゲーション支援に応用する。特定の色を検知した際には、その色に対応する部屋へ自律移動する機能。


5. 結果
画像処理を用いたライン検知およびラインの位置をトラッキングするプログラムを実装。

6.今後の予定
・実物の車椅子の製作：ハードウェアの設計・組み立てを行い、実際に動作する自律走行車椅子を作成する。
・色識別機能の実装：OpenCVを活用し、特定の色を検知して対応する部屋への移動を実現する。
・ウェブ指示送信システムの構築：ウェブ上で指定した部屋の情報を車椅子に送信し、自律移動できるシステムを開発する

7. まとめ
本研究では、介護者の負担を軽減するための「簡易自動運転車いすシステム」を提案し、
その設計とプロトタイプ開発を行っています。導入コストを抑える工夫に注力することで、
介護現場への普及可能性を高めることを目指しています。
今後は実際の施設での検証や利用者からのフィードバックを取り入れた改良を進める予定です。

## 展示会に向けて
### 模型
- まだ未完成
- ライントレース、線の検知はできている
- 線の検知と同時にモーターを制御することがまだ
### 用意が済んでいる材料
- 模型用
  - カメラ
  - マイコン（Raspberry pi）
  - バッテリー
  - ダブルギアボックス
  - モーター2個
  - モータードライバー2個
  - タイヤ
- 展示物用
  
### これから用意する材料
- 展示物用
  - 