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2020 Fiscal Year Annual Research Report

導電性高分子を用いた感覚フィードバック付き筋電義手の開発

Research Project

Project/Area Number 18H03761
Research InstitutionThe University of Electro-Communications

Principal Investigator

横井 浩史  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (90271634)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高木 岳彦  国立研究開発法人国立成育医療研究センター, 臓器・運動器病態外科部, 部長 (00348682)
東郷 俊太  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 助教 (30751523)
姜 銀来  電気通信大学, 脳・医工学研究センター, 准教授 (70508340)
加藤 龍  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (70516905)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2023-03-31
Keywords筋電義手 / 導電性高分子 / 感覚フィードバック / 筋電制御システム / センサグローブ / 導電性シリコーン
Outline of Annual Research Achievements

本研究は,前腕切断者用の筋電義手として,自由度(DOF)の高い運動能力と感覚の代替機
能の実現を目指して,指先の触圧感覚と関節角のフィードバック機構を有する5指ハンドの開発を行い,筋電制御システムを利用して,切断者の手指動作の再建の課題に挑戦する.
課題は,メカ開発とセンサグローブ開発の2項目からなる.
メカ開発では,ワイヤー干渉駆動法を用いて軽量・多自由度・高出力を有する5指ロボットハンドを試作し,性能評価を通して改良し,筋電義手に適用可能な設計法を明らかにすることを目指した.2020年度においては,出力特性の評価と筋電位信号を用いた動作制御システムとの融合を図り,筋電位信号によって,5指ハンドの全指開閉や45指開閉,母指の並立対向制御に成功した.
センサグローブ開発においては,導電性シリコンを応用することにより,指先の触圧と関節角を計測し,これを振動子を用いて断端部ソケットに伝達することを目的として,開発を進めた.2020年度においては,さらに,感覚のフィードバックの方法として視覚への映像変化として情報提示を行う方法を開発し,前述の触覚と聴覚へのフィードバックとのパフォーマンス比較実験を行った.これら3種類のモダリティの比較実験の結果,物体の識別能力が最も高かったのは,聴覚へのフィードバックであることが明らかとなった.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

メカ開発,センサグローブ開発ともに,当初の計画通り開発を進めることができたため,課題の進捗は,おおむね順調に進展していると判断できる.

Strategy for Future Research Activity

今年度の開発により,触知覚や運動知覚を複数のモダリティに対してフィードバックできるシステムの原理設計を完成させることができたため,次年度はこのシステムの小型化と義手への搭載を行うことによって,運動に呼応して生じる運動主体感と接触によって生じる身体所有感を感じることのできる筋電義手の開発を目指す.

  • Research Products

    (23 results)

All 2021 2020 2018 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 3 results) Presentation (11 results) (of which Invited: 2 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (4 results)

  • [Int'l Joint Research] 南開大学/中国科学院深セン先進技術研究院(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      南開大学/中国科学院深セン先進技術研究院
  • [Journal Article] Development of humanoid shoulder based on 3-motor 3 degrees-of-freedom coupled tendon-driven joint module2021

    • Author(s)
      Wenyang Li, Yiwei Wang, Shunta Togo, Hiroshi Yokoim Yinlai Jiang
    • Journal Title

      IEEE Robotics and Automation Letters

      Volume: Vol. 6, No. 2 Pages: 1105-1111

    • DOI

      10.1109/LRA.2021.3056376

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Semi-automated control system for reaching movements in EMG shoulder disarticulation prosthesis based on mixed reality device2021

    • Author(s)
      Shunta Togo, Kazuaki Matsumoto, Susumu Kimizuka, Yinlai Jiang, Hiroshi Yokoi
    • Journal Title

      IEEE Open Journal of Engineering in Medicine and Biology

      Volume: Vol. 2 Pages: 55-64

    • DOI

      10.1109/OJEMB.2021.3058036

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Joint angle based motor point tracking stimulation for surface FES: a study on biceps brachii2021

    • Author(s)
      Kento Ichikawa, Yinlai Jiang, Masao Sugi, Shunta Togo, Hiroshi Yokoi
    • Journal Title

      Medical Engineering and Physics

      Volume: Vol. 88, No. 2 Pages: 9-18

    • DOI

      10.1016/j.medengphy.2020.11.014

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Development of a shoulder disarticulation prosthesis system intuitively controlled with the trunk surface electromyogram2020

    • Author(s)
      Susumu Kimizuka, Yohei Tanaka, Shunta Togo, Yinlai Jiang, Hiroshi Yokoi
    • Journal Title

      Frontiers in Neurorobotics

      Volume: Vol.14,542033 Pages: 1-10

    • DOI

      10.3389/fnbot.2020.542033

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Modularization of 2- and 3-DoF coupled tendon-driven joints2020

    • Author(s)
      Wenyang Li, Peng Chen, Dianchun Bai, Xiaoxiao Zhu, Shunta Togo, Hiroshi Yokoi, Yinlai Jiang
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Robotics

      Volume: - Pages: 1 - 13

    • DOI

      10.1109/TRO.2020.3038687

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] モジュール化したワイヤ干渉駆動型ヒューマノイド・ロボットアーム2020

    • Author(s)
      姜 銀来,李 文揚,陳 鵬,東郷 俊太,横井 浩史
    • Journal Title

      日本ロボット学会誌

      Volume: Vol.38,No.7 Pages: 657-666

    • DOI

      10.7210/jrsj.38.657

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 先天性前腕欠損者のための幼児用2自由度電動義手の開発2020

    • Author(s)
      平井太智、中尾聡一郎、小野祐真、黒田勇幹、矢吹佳子、山野井佑介、東郷俊太、姜銀来、加藤龍、横井浩史
    • Organizer
      第38回日本ロボット学会学術講演会
  • [Presentation] 回内・回外機能を有し個性に適応する幼児用筋電義手の開発と評価2020

    • Author(s)
      中尾聡一郎、平井太智、小野祐真、山野井佑介、黒田勇幹、矢吹佳子、東郷俊太、姜銀来、加藤龍、高木岳彦、石原正博、横井浩史.
    • Organizer
      第38回日本ロボット学会学術講演会
  • [Presentation] 筋電信号の時変性に適応する教師データ更新手法に関する研究2020

    • Author(s)
      黒田勇幹、山野井佑介、東郷俊太、姜銀来、加藤龍、横井浩史.
    • Organizer
      第38回日本ロボット学会学術講演会
  • [Presentation] 2自由度受動回転機構を有する能動ハンドの開発と評価2020

    • Author(s)
      矢吹佳子、高木岳彦、山野井佑介、平井太智、高橋明丈、横井浩史
    • Organizer
      第36回日本義肢装具学会学術大会
  • [Presentation] ADLにおける機能向上のための対立回転機構を用いた幼児用義手の開発2020

    • Author(s)
      高橋明丈, 矢吹佳子, 山野井佑介, 黒田勇幹, 小野祐真, 中尾聡一郎, 平井太智, 横井浩史
    • Organizer
      第36回日本義肢装具学会学術大会
  • [Presentation] 子供用筋電義手ソケットの開発2020

    • Author(s)
      黒田勇幹,矢吹佳子,山野井 佑介,東郷俊太,姜銀来,横井 浩史
    • Organizer
      第36回日本義肢装具学会学術大会
  • [Presentation] 個性適応システムを有するユニバーサルソケットの有用性評価2020

    • Author(s)
      矢吹佳子、黒田勇幹、山野井佑介、平井太智、小野祐真、中尾聡一郎、横井浩史
    • Organizer
      第36回日本義肢装具学会学術大会
  • [Presentation] 上腕切断患者に対するTargeted Muscle Reinnervation -効率よい義手操作に向けて-2020

    • Author(s)
      高木岳彦、柳澤聖、吉田進二、小林由香、渡辺雅彦
    • Organizer
      第47回日本マイクロサージャリー学会学術集会
  • [Presentation] 上肢切断に対する選択的神経移行術とバイオニックハンドの開発2020

    • Author(s)
      高木岳彦
    • Organizer
      第5回次世代スーパーマイクロサージャリー研究会
  • [Presentation] 小児用のAI義肢開発 ~より直感的な筋電義手操作に向けて~.~.特別企画7 医療現場に人工知能(AI)がやってくる20212020

    • Author(s)
      高木岳彦、横井浩史
    • Organizer
      第124回日本小児科学会学術集会
    • Invited
  • [Presentation] Nerve-Machine Interface と末梢神経外科 ~より効果的な筋電義手操作のために~2020

    • Author(s)
      高木岳彦,横井浩史
    • Organizer
      第43回末梢神経を語る会(第64回日本手外科学会学術集会併設)
    • Invited
  • [Remarks] 電気通信大学横井・姜・東郷研究室ホームページ

    • URL

      http://www.hi.mce.uec.ac.jp/yklab/publication.html

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 義手2020

    • Inventor(s)
      横井 浩史, 石原 正博, 山野井 佑介, 高木 岳彦
    • Industrial Property Rights Holder
      電気通信大学, ブレースオンアール・名古屋他ター
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2020-169821
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 義肢装具取り付け用ソケット装置2020

    • Inventor(s)
      横井浩史, 石原正博, 山野井佑介他
    • Industrial Property Rights Holder
      電気通信大学,ブレースオンアール・名古屋他究センター
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2020-067259
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 変換プログラムおよび変換装置2020

    • Inventor(s)
      横井 浩史, 石 源康, 東郷 俊太, 姜 銀来, 山野井 佑介
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人電気通信大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2020-002645
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 電気刺激装置、トレーニング装置、および電気刺激方法2018

    • Inventor(s)
      秋場 猛 , 横井 浩史
    • Industrial Property Rights Holder
      システム・インスツルメンツ株式会社 , 国立大学法人電気通信大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特許第10-2225119号

URL: 

Published: 2021-12-27  

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