2018 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 – 2020-03-31
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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 / 把持力フィードバック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成30年度は平成29年度に引き続き以下の3つのテーマについて主に研究を進めた。1) このテーマを通して研究を行ってきた、多チャネル電極を用いた前腕義手制御システムを小型化し実際に前腕切断者が利用可能な物とする。2) このテーマの目標の1つである「義手で触った物体の情報を何らかの感覚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圧覚センサおよびテクスチャセンサの開発。3) 2)の目標を実現するための、義手に装着したセンサから得た情報を利用者にフィードバックする手法の開発。
1)については今年度は、導出した筋電位を用いて手指の動作を識別する部分のワンチップマイコン化を図った。PCにより解析、決定した義手利用者の識別パラメータをワンチップマイコンで構成したシステム上に移植し正しく動作することを確認した。使用したマイコンではメモリ容量が足りず、精度が得られなかったため識別動作が少なくなるという結果になった。そこでより高性能なマイコンを用いたコントローラの開発を行っている。2)については昨年開発した16チャネルの圧覚センサを更に小型化し、義手の指上に配置可能な物とした。3)については、2)で述べたセンサ出力を義手利用者に提示するための、ディスクバイブレータを利用した触覚提示デバイスの開発を行った。開発した提示デバイスを用い実験を行ったところ良好な結果が得られたが、提示デバイスを簡単に装着できない、提示の分解能が予定より低いといった問題点がありこれらの問題を解決するため検討を行っている。また昨年度開発したテクスチャセンサ出力を提示する手法として色の広がりとして視覚的に提示する手法と、音の変化として聴覚的に提示する手法を考案しそれぞれについて提示装置の開発を行った。この装置は現在も開発中であり、平成31年度に最終的なものを開発する予定である。
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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
本年度は昨年度に行った研究項目について更に検討を進め、実際に使用できる大きさの義手コントローラのプロトタイプの試作、16チャネルの圧覚センサの指先に装着できるサイズまでの小型化、および義手に装着するセンサからの出力を義手利用者にフィードバックする手法の開発を行い、それぞれについて大きな成果を上げることができた。
義手のコントローラについては、これまで義手利用者のコントロールパラメータの算出および実際のコントロールに用いていたPCから、PCで算出したコントロールパラメータを移植したマイクロコントローラを用いた制御に改めた。この結果実際に利用者が身につけることが可能な大きさにコントローラを小型化することができた。また義手を介して利用者が触れた物を認識するための圧覚センサについては、前年度開発した16チャネルのセンサを更に小型化することに成功し義手の指先に装着可能な大きさとすることができた。このセンサの動作を測定したところ昨年度開発したセンサと同等の精度を有すること、リアルタイムで出力が得られることが確認された。また前年度までに用いていた利用者の上腕に装着する空気圧による感覚フィードバックデバイスが、大きすぎることおよび応答速度に問題が合ったことから、今年度はディスクバイブレータを複数個用いる触覚提示デバイスを新たに開発した。これは装着方法に手間がかかるという問題点があるものの触覚提示機能は良好であることが実験により確かめられている。また昨年度に開発したテクスチャセンサの出力を利用者に提示するための装置として、新たに色を用いた2次元ディスプレイ（センサ出力に応じてセンサの出力位置に対応するディスプレイの位置の色が変化する）および音（センサ出力に応じて音程が変化する）による物を開発した。現在プロトタイプが完成しており、少人数ではあるが被験者を募り実験を行ったところ良好な結果を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究では、この研究課題の目標とした実際に筋電義手の使用者が利用可能なコントローラの完成に向け、以下のテーマについて行ってゆく予定である。
先ず、利用者が装着可能な小型コントローラの開発については、必要な精度を確保するため、使用するマイクロコントローラを高精度な物に変更すると共に、より効率的な制御アルゴリズムの開発を行いプログラム容量の小型化を図ってゆく予定である。
多点圧覚センサ、およびテクスチャセンサについては今年度までにセンサ自体はほぼ完成したと考えている。今年度から新しくセンサ出力を利用者に提示するためのディスプレイの開発を行いディスクバイブレータを用いた物を開発したが、装着方法に若干の問題がある他面これの解決を図りたい。また消費電力を削減してゆくことも課題の一つであると考えている。またこの提示装置は利用者の上腕に装着しているが、上腕部はもともと触覚に対する感度が高くないため、他の提示方法についても考えてゆきたい。具体的には二次元の色提示空間を例えばスマートグラス上にスーパーインポーズし、利用者が実際に義手で触れている様子とともに、その表面形状等を示すセンサ出力を2次元の色分布として表すことを考えており、提示システムの試作を行っている。また情報量は減少するが義手で触れたときのセンサ出力を音の高低により表すことも考えており、実際に圧覚の大きさに応じて音が"ド"から1オクターブ上の"ド"まで8段階に変化するシステムを試作し健常者を対象とした実験を行っている。これらの実験の結果は良好であり、義手が触れている物体の形状や力の大きさをかなり明確に提示できていることが確認されている。今後は実際に筋電位で動作するマニピュレータにこの機構を組み込み物体を適正な把持力で把持することができるシステムの開発を目指したい。
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| Causes of Carryover |
研究の最終段階として携帯可能な義手制御装置の開発を行っている。筋電位の導出とその制御装置の開発は計画通りに推移し、当初の目標を満たすシステムはほぼ開発できた。計画では(筋電義手を模擬した)マニピュレータにこのシステムを実装し動作実験を行い成果を発表する予定であったが、マニピュレータのサーボ機構の故障のため予定にずれが生じた。今年度はより精度の高い実験を行い開発したシステムのブラッシュアップを行いたい。
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