2016 Fiscal Year Research-status Report
前腕切断者を支援するための筋電位を用いた機器制御手法に関する研究
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16K01567
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
曲谷 一成 東海大学, 工学部, 教授 (00181610)
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2016-10-21 – 2019-03-31
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| Keywords | 筋電義手 / 手指の動作認識 / 多チャネル圧覚センサ / 把持力のフィードバック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度は以下の3つのテーマについて主に研究を進めた。1） 現在までに開発を行った、多チャネル電極を用いた前腕義手制御システムを実際に前腕切断者が利用する際の実情に合わせたシステムとしてダウンサイジングする。2） この研究テーマの目標として掲げている「義手で触れた物体の情報を何らかの感触として使用者にフィードバックする手法の確立」を実現するための義手に装着する多チャネル圧覚センサの開発。3）前項の目標を実現するための、義手上のセンサから得た情報を義手利用者にフィードバックする手法の開発。
1）については我々の開発した筋電位解析法では、最適な電極貼付位置を特定することにより4チャネル程度の電極数で手指の基本18動作を96％以上の高精度で認識できるため、使用する電極を4チャネルに設定し、利用者個人毎の最適な義手制御機構を構築するための手法について研究を行った。具体的には利用者毎に多チャネルシステムを用いて最適な4チャネルの電極位置を決定し、その位置に簡易に電極を貼付できる機構、大型のパーソナルコンピュータなどではなく1チップマイクロプロセッサで動作認識ができるためのハードウェア構成について基礎的な検討を行った。この成果については1件の学会発表を行っている。2)についてはフレキシブル基板とスポンジを用いて構成した可変容量型の16チャネル圧覚センサを開発した。このセンサは同期検波方式によりほぼリアルタイムに16チャネルの圧覚をセンシングすることが可能であり、若干のクロストークの存在は確認されたが今後の改良により我々の目指すシステムには最適なものとなると考えられる。3)については以前から開発を行っているカフを用い利用者の上腕部に義手の把持力をフィードバックする手法、および16個のバイブレータを用い利用者の胸部に多点のセンサ出力をフィードバックする手法の開発を行った。
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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
研究計画書に記載したように平成28年度においては、1)利用者が動作の時間遅れを意識しないようなリアルタイムの動作認識手法の確立。2)義手のハンド部に装着し物体の触覚情報を得る触覚センサの開発。3)触覚センサからの出力を操作者に提示する手法の開発。の3点を目標として。研究を行った。
1)については利用者毎に4チャネルの最適な電極位置を決定する手法を開発し、その位置から導出した4チャネルの筋電位のみを用いて動作識別をするための手法を開発した。この手法ではそれまでのように多数の電極からの筋電位を処理する必要がなく、利用者個人の特定の認識パラメータを使用するため、パーソナルコンピュータのような大規模なシステムを用いることなく、1チップマイクロプロセッサで動作識別が可能となるため、小型かつ高速での動作識別が可能となった。2)については触覚のなかから圧覚を取り上げ4行4列にセンサを配置した16チャネル圧覚センサを開発した。このセンサは構造上隣接するセンサからのクロストークが若干あるものの、同期検波方式を用いた容量可変型とすることで、構造的には極めて単純な構成でほぼリアルタイムで16チャネルの圧覚をセンシングすることが可能であった。この方式のセンサはセンサの行、列を増加することにより容易にチャネル数を増やすことが可能であるため今後小型化することにより実用的なセンサとなると考える。3)については現在までに開発してきた上腕部に巻いたカフ圧で義手の把持力をフィードバックするシステムの高速応答化を図りほぼリアルタイムでの応答を得ることができた。また2)で開発した多チャネルセンサのフィードバックを念頭におき16個のバイブレータによる2次元感覚提示手法と、リニア振動アクチュエータを用いた3次元感覚提示手法について研究を行い、有益な結論を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究においては以下に述べる3つのテーマについて行ってゆく予定である。
1)小型軽量でリアルタイム応答可能な手指動作識別システムを開発する。これは平成28年度までに得られた成果に基づきa)簡単に利用者毎に最適な電極位置に4チャネルの電極を貼付できる電極システムの開発、および b)a)で開発した電極から得られた筋電位を利用者個人毎に決定した識別パラメータを用い動作認識可能な小型システムの開発を行って行きたいと考えている。
2)小型の多チャネル触覚センサの開発を行う。現在までに可変容量タイプの圧覚センサの開発を行ってきた。このセンサは多チャネルのセンサを構成するのが容易である構造となっているが、現在の物よりもさらに小型化した実用的な多チャネル圧覚センサを開発したい。また圧覚だけでなく、滑り覚、等の感覚についても計測可能な多チャネルセンサの開発を目指したい。
3)義手のハンド部に装着した多チャネルの触覚センサから得た触覚情報を義手の利用者にフィードバックするためのシステムの開発。この部分については現在までに利用者の上腕部に血圧測定で用いるカフを巻き付けこのカフ圧を義手の把持力に応じて変化させるフィードバックシステムを開発してきた。このシステムでは把持力の変化がほぼリアルタイムで提示できることが確認されたが、多チャネルのセンサからの出力を2次元的または3次元的に表示することは不可能である。そこで現在16個の小型バイブレータを2次元的に多数配置した触覚提示システムを開発した。これを利用者の胸部に取り付け触覚センサからの出力に応じた振動パターンを提示することにより義手のハンド部から得られた触覚を2次元的にフィードバックする手法を開発してゆきたいと考えている。
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| Causes of Carryover |
本研究においては平成28年度初頭からの予算執行を念頭に置いて計画を立案し申請していたが、研究テーマが追加採択されたため、予算執行開始が当初の計画より約半年遅れたため予定通りの予算執行ができませんでした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
昨年度購入することができなかった機材を購入すること、および学会発表における旅費として使用いたします。
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