ユーザの選択したボックスを基点に多様な 3次元形状に変形する棚

A shelf which transforms into various forms with input from users

1w130343-9 谷口 恵一朗 指導教員 橋田 朋子 准教授

TANIGUCHIKeiichiro Assoc.Prof.HASHIDATomoko

概要：本研究では，ユーザの選択したボックスを基点として，多様な 3 次元形状に変形する棚を提案する．リフト上に 3個のボックスを積み重ね，昇降によりボックスの展開を行う．そのリフトを平面上に縦 3基，横 3基で配置することにより 3 次元の形状を構築する．加えて，ユーザの使用したボックスの位置を基準として，遺伝的アルゴリズムによる多様なパターンの生成も行い変形させる．これにより変形した棚は，ユーザの意図した形状

とは細部で異なる形状となり，ユーザの使用に刺激を与えることが可能となる．ユーザによる使用実験を行い，

収納の傾向やユーザごとの特徴，変形に対するアンケートなどから得られたデータについて実装の詳細と共に報

告する． キーワード：家具，棚，3次元ディスプレイ，遺伝的アルゴリズム

Keywords:furniture,shelf,3Ddisplay,geneticalgorism

1．はじめに

近年，家具の機能を発展させる研究が盛んに行われ

ている．それらの研究では FletcherCapstanTable[1]

のように家具に対して変形や移動といった手法をとる

ものが多い．しかし，変形できる形状が少なく，平面

的な拡張のみに留まるという問題点がある．一方で自

己増殖という，小さなブロックが自律的に組み合わさ

り多様な形状を再現する研究も行われている[2]．自己

増殖の研究として，自律移動，結合が可能で，家具の

運搬や家具の形成を行う roombots[3]が存在するが，

本研究のように家具がユーザの使用状況に基づいたラ

ンダムな提示を行うことはない．

そこで，本研究では，この自己増殖の要素を家具に取

り入れ，小さなブロックの集合とみなせる棚での実装

を提案する．

2．提案手法

本研究では，棚の変形をボックスの押し出しによっ

て行う．押し出し式では，棚の重量を支えることが可

能である．上下方向に昇降するリフトに縦 3 個のボッ

クスを設置し，横方向と奥行き方向に 3 個ずつアレイ

状に並べることで 3次元の形状を構築する．

多様な形状パターンを提示する手法の 1 つとして，遺

伝的アルゴリズムを用いる．遺伝的アルゴリズムとは，

ランダムで生成された多数の個体が，それぞれの適応

度に従い交配を繰り返し，適応度を増加させていくプ

ログラムのことである．適応度をユーザの使用した段

との一致度とすることで，ユーザの意図を反映したラ

ンダムな形状を作成する．繰り返し使用することで，

ユーザの使用傾向を反映することができる．以降この

手法を形状進化と呼称する．

3．実装

本システムは変形機構と制御機構で構成される(図

2)．変形機構は，リフトを用いてボックスを昇降させ

棚の形状を変形させるための機構である．2 つの

ArduinoMega と 9 基のリフトで構成される．棚は縦に

3 個のボックスを積み上げた形状となっており，リフ

トにより 1 ボックスずつ昇降を行う．昇降は赤外線測

距モジュールにより位置を計測しているため，収納物

の重量によらない制御が可能である．制御機構では，

PC 内の Processing を用いて棚の形状を決定する形状

進化プログラムを実行する機構となっている．ユーザ

の使用したボックスの位置を入力とし，その形状を反

映したランダムなパターンを作成しArduinoMegaへ送

信し変形させる．このプログラム内で何試行行えば適

応度が上昇するかの予備実験も行い，75 回という結果

が得られ，その回数を形状進化プログラムに使用した．

図 1 提案システム(a.変形前，b.変形後)

4．実験

本研究ではユーザスタディを行い，実験 1ではユーザ

の意図した形状に変形する棚の評価を，実験 2 では形

状進化を行う棚の評価を行う．手順としては，実験 1,2

共にサンプルを棚に入れてもらい，それに応じた変形

を行うという内容である．3個,6 個,9 個の 3 サンプ

ル数で 5 回ずつ実験を行い，最後にアンケート調査を

行う．20-23 歳の男女 8 名に実験を行った．本実験で

はサンプルの収納を目視で確認しプログラムに直接入

力した．

実験 1 と実験 2 において，ユーザがどのボックスに

収納したかの傾向を比較した．その結果，形状進化な

しの棚で使用される傾向の低かったブロックも，形状

進化ありの棚では使用される確率が上がった．また，

全体的に最下段の使用率に平均 1.98％の上昇がみら

れた．

実験 2 において，ユーザが初期に指定した形状から

5 回使用し続けた形状の一致度を形状一致率，新規に

発生した棚に対してユーザが使用した割合を新規ボッ

クス使用率としてプロットしたものが図 3である．

相関係数は-0.91 であり，形状一致率と新規ボック

ス使用率は強い負の相関を示す．また，新規ボックス

使用率の標準偏差は 0.3 であり，ユーザ間に顕著な差

があることも判明した．これにより，本研究で実装し

た棚はユーザによって変化の度合いが異なることが判

明した．

アンケートの結果を図 4に示す．「そう思う」を 5，「や

やそう思う」を 4，「どちらでもない」を 3，「あまりそ

う思わない」を 2，「そう思わない」を 1とし，平均を

とった．「①サンプルを簡単に収納できた」，「②置いた

サンプルが見やすくなった」，「③置いたサンプルが取

り出しやすかった」の設問では結果は形状進化あり，

なし共に非常に高い数値が得られた．棚の形状が変化

することが利便性の向上につながるかことを示せた．

「④変形後の形状は予想外だった」，「⑤変形後の形状

で新たに発見があった」，「⑥今までとは異なる置き方

をしたくなった」の 3 つの設問では形状進化ありで上

昇した.これにより，形状進化がユーザに影響を与える

ことが判明した．

5．今後の展望

棚を大型化することにより，ショウウィンドウのよ

うに複数のユーザに対して同時に変形を提示させるこ

とが可能となる．また，本実験では内部に収納された

サンプルの種別は識別しないが，内部のコンテンツを

識別することでより変形の多様性を広げられると考え

られる．

参考文献

[1] Fletcher Capstan Table, http://www.dbfletcher.com.

Accessed on January 22, 2017

[2] Self-Assembly Lab, http://www.selfassemblylab.net/.

Accessed on February 1, 2017

[3] Alexander Sproewitz, Aude Billard, Pierre Dillenbourg,

Auke Jan Ijspeert: Roombots—Mechanical Design of

Self-Reconfiguring Modular Robots for Adaptive

Furniture, ICRA’16, pp.4259-4264, 2016

図 2 システム概要

図 3 形状一致率と新規ブロック使用率の関係

図４ アンケート結果