学習による故障診断と電気刺激による力覚提示を用いたH2Hの遠隔リハビリの開発
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21K04115
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21040:Control and system engineering-related
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| Research Institution | Ishikawa National College of Technology |
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Principal Investigator |
河合 康典 石川工業高等専門学校, 電気工学科, 教授 (90413765)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三好 孝典 長岡技術科学大学, 技術経営研究科, 教授 (10345952)
越野 亮 石川工業高等専門学校, 電子情報工学科, 教授 (90369968)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 電気刺激 / 遠隔制御 / 力覚 / 遠隔リハビリテーション / 学習による故障診断 |
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| Outline of Research at the Start |
はじめに，理学療法士の肘関節を用いて，力覚提示と患者に与えたい力の推定を行う。次に，筋肉疲労やサイバー攻撃に対して，機械学習を用いた故障診断システムを構築する。次に，能動義足と外骨格を製作して，HMI(Human Machine Interface)であるパドル，能動義足，外骨格を用いたHMI2H(HMI to Human)の3つとH2H(Human to Human)の合計4つで比較検証を行う。最後に，長岡技術科学大学-石川工業高等専門学校（以下、石川高専と略す）間，フロリダ大学-石川高専間での制御実験を通して，H2H とHMI2Hの比較検証と故障診断システムを検証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，電気刺激を用いたバイラテラル遠隔リハビリテーションにおいて，患者だけでなく理学療法士も電気刺激を用いて力覚提示を行うH2H (Human to Human)のシステム構築を目指す。
はじめに，課題②の機械学習を用いたオンライン故障診断による安全性保証システムの構築について考える。これまでのガウス過程回帰，K近傍法ではなく，K平均法を用いてオンラインで故障診断を行うシステムを構築する。リハビリテーションとして関節の屈伸運動を行い，制御入力の最大値に対する関節角度の最大値をデータ群として取得する。そして，疲労と非疲労を考えてクラスタ数は2として分類する。また，制御入力と膝関節角度の値のスケールを平均値で調整してから，クラスタの中心点を求める。それに対して，新たな実験データ(制御入力の最大値と関節角度の最大値)に対してクラスタの中心点からの距離を求めて，疲労か非疲労のどちらに判別されるかを検証する。
次に，課題③の比較検証用の能動義足と外骨格の製作について考える。製作する外骨格装置は，エンコーダ付きのブラシレスモータ，平歯車，肘関節用の装具とトルクセンサから構成される。特に，モータをフラット型にすることで，傘歯車を用いずに構成する。制御実験により動作を検証する。
最後に，課題④の実験による検証について考える。リアルタイムで非同期, 双方向で通信を行えることが必要であるためにMQTT(Message Queuing Telemetry Transport）を用いる。そして，MQTTブローカーをさくらVPSサーバ上で構築することで，MQTTブローカーを介して，患者側と理学療法士側が双方向通信できるシステムを構築する。患者側の装置と理学療法士側の装置を石川高専内に設置して，さくらVPSサーバを介して遠隔リハビリテーションの実験を行い，通信遅延時間の検証を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
課題①の理学療法士の肘関節を用いた力覚提示と患者に与えたい力の推定について，表面筋電位計を用いたオブザーバによる理学療法士が患者に与えたい力の推定機構の構築が課題である。この課題①が終わっていないため，課題④の実験による検証が遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
課題①の理学療法士の肘関節を用いた力覚提示と患者に与えたい力の推定については，表面筋電位計を用いない場合は構築できている。よって，表面筋電位計を用いない場合で進めながら，表面筋電位計を用いる場合も考える。そして，課題④の実験による検証を行う。
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Report
(3 results)
Research Products
(7 results)
