2018 Fiscal Year Annual Research 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 / 随意運動 / 肩義手 / ロボットアーム / 人間機械融合系 / シナジー制御 / 人間化ロボティクス |
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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の同定及び、その筋電肩義手制御への応用である。今年度は、前年度に同定した随意活性化可能な筋シナジーモジュールが、随意運動制御における最小単位である随意筋活動プリミティブと等価かどうかを実験的に検証した。第一に、等尺性の手先力生成課題において、上肢13箇所の筋活動情報を計測し、手先力と筋電の関係を対応付ける線形行列を推定した。続いて同様の実験環境下において、ランダムな順番に単一の筋のみの筋活性を被験者に指示した。単一の筋のみの随意活性化度合いを指標として視覚フィードバックし、実験的に随意筋活動プリミティブを同定した。筋活動の再構成能力および因子の数を筋シナジーと比較すると、筋シナジーは随意筋活動プリミティブの重ね合わせで表現できる可能性が示唆された。さらに、低自由度肩義手に対しては、最も単純なシナジーとして自由度の削減方策を適用し、手先の特定自由度のみを筋電で制御する方策を実装した。その結果、健常者および両肩離断者の両使用者において、垂直方向及び水平方向の物体の把持移動動作が可能であったことが示された。従って、本実験結果はシナジーの概念を筋電肩義手に適用する有用性を示したといえる。さらに、肩義手システム全体の多自由度化に向け、ロボットアームハードウェアと筋電センサシステムの多自由度化を行った。多自由度ロボットアームの開発では干渉機構をさらに拡張した、多軸干渉機構を提案し、ワイヤ経路を含めたメカ設計を行った。さらに、日常生活環境下における使用を想定した、防水性を有するフレキシブル筋電センサシステムの開発も行った。以上の研究活動から、4件の査読付き学術論文掲載、12件の国際会議発表、9件の国内会議発表、1件の特許申請の成果を得た。
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