2015 Fiscal Year Research-status Report
脳波（ＥＥＧ）を用いた装着型多自由度外骨格ロボットのパワーアシスト技術の開発
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15K00362
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| Research Institution | Maebashi Institute of Technology |
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Principal Investigator |
朱 赤 前橋工科大学, 工学部, 教授 (20345482)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 感覚行動システム / 脳波 / 外骨格ロボット / パワーアシスト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度での目的は、運動または運動想起時の人の脳波を認識・抽出し、脳波から肘と肩関節ごとで人の1次元の力またはトルクを推定でき、ロボットの1自由度のパワーアシストが可能となる基礎を構築して、実機検証を行うことである。具体的な結果の以下のとおりである。
まず、人の肘関節と肩関節ごとで1次元の力またはトルクを推定するために必要な脳活動情報を分析し、必要な実験環境や実験条件を考慮したうえで、実験タスクを設計した。そして、確実に有効な脳信号を得るため、脳信号の測定場所や必要なチャネル数を決めた。
また、スペクトル－周波数特性と時間情報が同時に得られるShort-time FFT、主成分解析(PCA、Principal Component Analysis)と逐次最小二乗法（RLS、Recursive least square）を用いて、人間が重りを持った時の脳波のα波(8-12Hz)だけではなく、それ以外のβ波(13-30Hz)から肘と肩関節の筋電（トルク情報）の推定に成功した。現在は、それらの結果に基づいて、実機の検証実験を行っている。
さらに、前述した手法を開発すると同時に、装着型軽量上腕パワーアシスト装置を開発・改良している。
以上の研究により、査読付きの雑誌論文２篇、査読付きの国内会議論文２篇、査読付きの国際会議論文３篇、国内学会発表２１回、4回の発表優秀賞を受賞された研究結果になった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
述べたように、初年度の平成27年度での目的は、運動または運動想起時の人の脳波を認識・抽出し、肘関節と肩関節ごとで人の1次元の力またはトルクを推定でき、ロボットの1自由度のパワーアシストが可能となる基礎を構築して、実機検証を行うことである。
現時点では、脳波から肘・肩の筋電（関節トルク）の認識・抽出・推定ができ、推定された筋電と実測の筋電の相関係数は０．９４となり、良い推定結果が得られた。また、これらの結果に基づき、実機の検証実験を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、主に前年度の脳波による肘関節と肩関節の人の1次元の力またはトルクの推定から、多次元の力・トルク情報を推定することに拡張する。それと同時に、筋電を出せないまたは出にくい障害者も外骨格ロボットを使えるように、脳波に含まれる筋電信号を認識・区別し、運動または運動想起時で起こる脳波のみで、ロボットのパワーアシスト手法を開発する。さらに、パワーアシスト装置の改造や関節の追加なども検討し、必要な改造や追加を行う。
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| Causes of Carryover |
元々人の腕に取り付けられるように２関節のパワーアシスト装置を大幅に小型化・軽量化の改良・製作費は1100千円を計上した。去年、群馬県内のある工業高校機械科の高校先生が本研究室に1年間の研修をした。その先生が自らパワーアシスト装置の改良や部品の製作をしたので、その費用は大幅に節約できた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
学生の国際会議の参加費として使う予定である。
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