2017 Fiscal Year Research-status Report
Modeling of human multi-muscle control system based on voluntary activation and application for myo-electric upper limb prosthetics
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17K17724
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
東郷 俊太 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 助教 (30751523)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 筋シナジー / EMG / 等尺性運動 / 随意運動 / 肩義手 / 多自由度ロボット / 人間機械融合系 / シナジー制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、随意独立活性の観点に基づいたヒトの多筋制御システムを同定すること及び、その同定した多筋制御システムを筋電肩義手へ応用することである。今年度は、等尺性力収縮時の筋シナジーの随意制御性を実験により検証した。10人の被験者が実験に参加し、等尺性の目標手先力生成課題を遂行した。課題中の筋活動を計測し、非負行列因子分解法を用いて筋シナジーを推定した。推定のための指標や、因子の数などを説明変数とし、異なる種類の複数の筋シナジー群を推定した。被験者が筋シナジー群内のそれぞれの単独の筋シナジーベクトルを随意的に活性化可能か、すなわち筋シナジーベクトルに沿った筋活動ベクトルを生成可能か、を実験により確かめた。結果、従来筋シナジーと解釈されてきた因子群の中で、VAF指標を用いて推定された筋シナジー群はほぼ全て随意活性化可能であり、その他の指標を用いた場合はその割合が低下することがわかった。さらに、従来よりもスパースな因子も随意的に活性化可能であることがわかった。以上の結果から、適切な指標を用いれば随意的に活性化可能な筋シナジー群を推定可能であることがわかり、さらに従来は無視されていたスパースな因子を随意制御に用いている可能性が示唆された。以上の結果をまとめ、国際会議で報告すするとともに、査読付き国際論文誌へ投稿し、掲載された。またスパースな因子を実験的に同定し、筋シナジーとの関連を調べる実験装置および方法論を準備し、予備実験を行っている。一方、筋電肩義手に関しては、低自由度簡易型の性能評価及び信号処理部分の改良を行った。次年度の予定であるアーム部分の多自由度化を前倒しし、軽量かつ高出力を両立させるための機構設計理論の構築およびメカの設計を行った。今後は、今年度得られた筋シナジーに関する知見を応用した制御モデルの構築と、筋電肩義手の制御への応用を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は、当初計画していた筋シナジーの随意制御性に関する計測実験のデータ解析を行い、結果を査読付き学術論文誌へ掲載できた。さらにその実験から示唆された、最小随意独立活性モジュールと筋シナジーを比較する実験を実施するための環境を整え、予備実験を行い、解析方法を検討する段階まで研究を進めることができた。さらに、当初は次年度実施を予定していた筋電肩義手の多自由度化の課題を前倒しし、理論の整備と設計を行った。以上より、本年度は当初の計画以上に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、現在設計中の多自由度ロボットアームを完成させ、多自由度の筋電肩義手を完成させる。理論ベースの設計は既に完了しており、後は機構の設計および製造を行う必要がある。従来のロボットアームに比べて軽量で高出力かつ、重量が基部（胸部）へ集中し、モーメント特性に優れるロボットアームの開発を目指す。筋シナジーの理論モデルに関しては、スパースな最小随意独立活性モジュールと筋シナジーを比較する実験を行い、階層制御モデルを構築した後、既存の学習制御系と組み合わせることで構築する予定である。ロバストに取得可能な低自由度入力信号から、高自由度で多彩な腕運動を出力可能な制御系の構築を目指す。実験に関しては既に予備実験を行っており、実験パラダイムと解析手法を確立した後に本実験を行う予定である。
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