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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Construction of Access Time-Space Control Platform of Human Motion

Research Project

Project/Area Number 21H04566
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

桂 誠一郎  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (00401779)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 吉澤 浩志  東京女子医科大学, 医学部, 准教授 (70318070)
板口 典弘  慶應義塾大学, 文学部(三田), 准教授 (50706637)
長津 裕己  拓殖大学, 工学部, 助教 (60804987)
村松 久圭  広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (20874465)
梅野 和也  常葉大学, 健康科学部, 講師 (30783526)
山之内 亘  沼津工業高等専門学校, 電気電子工学科, 准教授 (30635305)
Project Period (FY) 2021-04-05 – 2024-03-31
Keywords抽象化理工学 / 人間支援 / データロボティクス / モーションコピーシステム / ヒューマンインタフェース / バイラテラルAI / 機能的電気刺激
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、機能的電気刺激を用いた多自由度モーションコピーによる「人間動作のアクセス時空間」実現のための制御基盤を確立することを目的としており、本年度において次のような研究実績を得ることができた。
1. 動作抽出の非接触化・非拘束化に基づく機能的電気刺激インタフェース制御システムの開発
筋電からの指先力推定技術ならびにモーションキャプチャに基づく人間の手指動作の非接触センシングシステムと機能的電気刺激による手指の直接駆動制御を統合した機能的電気刺激インタフェース制御システムの開発を行った。虫様筋に電極を貼付し刺激することで、第2~5指を独立に制御することに成功した。本システムにより、第2~5指を使用した鍵盤楽器の手づたえ教示が行えることを検証した。
2. 「手関節筋緊張評価システム」の開発
手関節の掌屈・背屈運動ならび尺屈・橈屈運動における粘弾性の物理量を計測する「手関節筋緊張評価システム」を開発し、研究協力者の所属している医療機関(平塚共済病院)において評価を行った。本システムにより、Modified Ashworth Scaleに代わり、定量的な診断やリハビリテーション効果の記録が可能になる。また、手関節の運動に連動したゲーム型の操作インタフェースを開発した。ゲームの各パラメータを個人ごとの症状に合わせて変更することが可能であるため、スパイラル構造に基づいたリハビリテーション支援につなげることが可能である。
なお、本年度において10回の研究ミーティングを開催し、研究代表者、分担者、協力者間での成果の共有、逐次確認を行い、工学、神経心理学、神経内科学の密な連携の下で研究を推進した。この医工連携かつ文理融合の成果については、実際の臨床現場での診断やリハビリテーションに資する「手関節筋緊張評価システム」の開発に結実した。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (72 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 3 results) Presentation (55 results) (of which Int'l Joint Research: 30 results,  Invited: 4 results) Book (1 results) Remarks (3 results)

  • [Int'l Joint Research] Rutgers University(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      Rutgers University
  • [Int'l Joint Research] RWTH Aachen University(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      RWTH Aachen University
  • [Int'l Joint Research] ヴロツワフ工科大学(ポーランド)

    • Country Name
      POLAND
    • Counterpart Institution
      ヴロツワフ工科大学
  • [Int'l Joint Research] La Trobe University(オーストラリア)

    • Country Name
      AUSTRALIA
    • Counterpart Institution
      La Trobe University
  • [Int'l Joint Research] The University of Debrecen(ハンガリー)

    • Country Name
      HUNGARY
    • Counterpart Institution
      The University of Debrecen
  • [Journal Article] Singularity-Free 3-Leg 6-DOF Spatial Parallel Robot with Actuation Redundancy2024

    • Author(s)
      Shunichi Sakurai, Seiichiro Katsura
    • Journal Title

      IEEJ Journal of Industry Applications

      Volume: 13, 2 Pages: 127-134

    • DOI

      10.1541/ieejjia.23003740

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 認知予備能の神経基盤2024

    • Author(s)
      吉澤 浩志
    • Journal Title

      Dementia Japan

      Volume: 38, 2-9 Pages: -

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 左脳梗塞により把持動作の障害を呈した症例~非道具,疑似道具での検討~2024

    • Author(s)
      梅田 実穂,髙木 早希,大門 正太郎,板口 典弘
    • Journal Title

      認知リハビリテーション

      Volume: 29 Pages: 1-9

    • DOI

      10.50970/cogrehab.2024.001

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bilateral vs Unilateral Motor Imagery Training: Effects on Motor Execution Performance and ERD2024

    • Author(s)
      Kazuya Umeno, Yoshihiro Itaguchi
    • Journal Title

      Advanced Robotics

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1080/01691864.2023.2299850

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Application of Fuzzy Type II Multi-layer Kalman Filter for Parameters Identification of Two-mass Drive System2023

    • Author(s)
      Kacper Sleszycki, Karol Wrobel, Krzysztof Szabat, Seiichiro Katsura
    • Journal Title

      Bulletin of the Polish Academy of Sciences, Technical Sciences

      Volume: 71, 4, e146107 Pages: 8 pages

    • DOI

      10.24425/bpasts.2023.146107

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Robust Speed Control of Uncertain Two-Mass System2023

    • Author(s)
      Karol Wrobel, Kacper Sleszycki, Amanuel Haftu Kahsay, Krzysztof Szabat, Seiichiro Katsura
    • Journal Title

      Energies

      Volume: 16, 6231 Pages: 17 pages

    • DOI

      10.3390/en16176231

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Association between Total Cerebral Small Vessel Disease Score and Cognitive Function in Patients with Vascular Risk Factors2023

    • Author(s)
      M. Hosoya, S. Toi, M. Seki, M. Saito, T. Hoshino, H. Yoshizawa, Kazuo Kitagawa
    • Journal Title

      Hypertension Research

      Volume: 46, 5 Pages: 1326-1334

    • DOI

      10.1038/s41440-023-01244-8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Association of Age-Related Spontaneous Internal Jugular Vein Reflux with Cognitive Impairment and Incident Dementia2023

    • Author(s)
      U. Adachi, S. Toi, M. Hosoya, T. Hoshino, M. Seki, H. Yoshizawa, Y. Tsutsumi, K. Maruyama, K. Kitagawa
    • Journal Title

      Journal of Alzheimer's Disease

      Volume: 96, 3 Pages: 1221-1230

    • DOI

      10.3233/JAD-230771

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ネットワーク身体拡張のためのAIハンドインタフェースの研究開発2024

    • Author(s)
      桂 誠一郎
    • Organizer
      総務省 ICTイノベーションフォーラム2023
    • Invited
  • [Presentation] Development of 4-DOF Tendon-driven Robot Finger2024

    • Author(s)
      Kei Ueda, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      2024 IEEE 18th International Conference on Advanced Motion Control, AMC24-KYOTO
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Visualization of Environmental Information Based on MDK Channels in a Two-dimensional Plane2024

    • Author(s)
      Yuki Tanaka, Sora Yamaguchi, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      2024 IEEE 18th International Conference on Advanced Motion Control, AMC24-KYOTO
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of Fully Tendon-Driven Lightweight Manipulator with Constant Tendon-Length Routing2024

    • Author(s)
      Shunichi Sakurai, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      2024 IEEE 18th International Conference on Advanced Motion Control, AMC24-KYOTO
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Enhanced Environmental Data Acquisition via Optimal Contact Strategies with Frequency-Tailored Commands2024

    • Author(s)
      Sora Yamaguchi, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      2024 IEEE 18th International Conference on Advanced Motion Control, AMC24-KYOTO
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Verification of Improved Contact Motion with Lower Moment of Inertia by Using In-Link Actuators2024

    • Author(s)
      Kazuma Morikawa, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      The 10th IEEJ International Workshop on Sensing, Actuation, and Motion Control, and Optimization, SAMCON2024-KYOTO
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] In-Hand Manipulation Considering Disturbance Based on Modal Control2024

    • Author(s)
      Aina Kojima, Shunichi Sakurai, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      The 10th IEEJ International Workshop on Sensing, Actuation, and Motion Control, and Optimization, SAMCON2024-KYOTO
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Three-Dimensional Motion Mechanism with Tendon-Driven Gravity Compensation2024

    • Author(s)
      Yusaku Kuroki, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      The 10th IEEJ International Workshop on Sensing, Actuation, and Motion Control, and Optimization, SAMCON2024-KYOTO
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Environmental Impedance Estimation Based on Confidence Score of Object Detection Model2024

    • Author(s)
      Sora Yamaguchi, Yuki Tanaka, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      The 10th IEEJ International Workshop on Sensing, Actuation, and Motion Control, and Optimization, SAMCON2024-KYOTO
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Position Control of Ankle Joint Using Functional Electrical Stimulation2024

    • Author(s)
      Kenta Kara, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      The 10th IEEJ International Workshop on Sensing, Actuation, and Motion Control, and Optimization, SAMCON2024-KYOTO
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Force Estimation of Multi-DoF Manipulator Based on Virtual Environment Quarrier Using Gated Recurrent Unit2024

    • Author(s)
      Yuki Tanaka, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      The 10th IEEJ International Workshop on Sensing, Actuation, and Motion Control, and Optimization, SAMCON2024-KYOTO
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 機能的電気刺激を用いた足首関節の位置制御2024

    • Author(s)
      カラ 健太, 桂 誠一郎
    • Organizer
      令和6年電気学会全国大会
  • [Presentation] GRUを用いた仮想環境クオリアの構築における学習エポック数の影響に関する一考察2024

    • Author(s)
      田中 雄輝, 桂 誠一郎
    • Organizer
      令和6年電気学会全国大会
  • [Presentation] 接触動作におけるインリンクアクチュエータの有効性の検証2024

    • Author(s)
      森川 一麿, 桂 誠一郎
    • Organizer
      令和6年電気学会全国大会
  • [Presentation] Motion Control for Smart Manufacturing2023

    • Author(s)
      Seiichiro Katsura
    • Organizer
      Invited Lecture at Department of Electrical Machines, Drives and Measurements, Wroclaw University of Science and Technology
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Motion Control for Smart Society2023

    • Author(s)
      Seiichiro Katsura
    • Organizer
      Invited Lecture at Zhejiang University
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ネットワーク身体拡張のためのAIハンドインタフェースの研究開発2023

    • Author(s)
      桂 誠一郎
    • Organizer
      総務省 戦略的情報通信研究開発セミナー
    • Invited
  • [Presentation] Development of Joint Actuators for Human-Friendly Manipulators with Low Inertia and Easy Assembly2023

    • Author(s)
      Kazuma Morikawa, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      The 24th IEEE International Conference on Industrial Technology, ICIT2023-ORLANDO
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] An Explainable Artificial Intelligence Approach for Force Estimation from Surface-EMG Using the Element Description Method2023

    • Author(s)
      Daiki Sodenaga, Issei Takeuchi, Daswin De Silva, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      32nd International Symposium on Industrial Electronics, ISIE2023-HELSINKI
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Shoe-type Wearable Device for Measuring Ground Reaction Force and Center of Pressure2023

    • Author(s)
      Ryuichi Kawasaki, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      32nd International Symposium on Industrial Electronics, ISIE2023-HELSINKI
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Disturbance-Observer-Based Admittance Control and Its Application to Safe Contact Regulation2023

    • Author(s)
      Kosuke Shikata, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, AIM2023-SEATTLE
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Robust and Passive Tension Adjustment for Tendon-Driven Mechanism2023

    • Author(s)
      Kei Ueda, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      The 22nd World Congress of the International Federation of Automatic Control, IFAC World Congress 2023-YOKOHAMA
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mutual Impedance-Based Force/Velocity Transmission Improvement for Bilateral Teleoperation2023

    • Author(s)
      Kosuke Shikata, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      The 22nd World Congress of the International Federation of Automatic Control, IFAC World Congress 2023-YOKOHAMA
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of In-Link Actuator for Multi-DOF Robots2023

    • Author(s)
      Kazuma Morikawa, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      The SICE Annual Conference 2023, SICE2023-TSU
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] External Torque Estimation of Geared Motor with Clutch for Improving Back-Drivability2023

    • Author(s)
      Masaki Takeuchi, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      The SICE Annual Conference 2023, SICE2023-TSU
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Generating Human-like Motion for Arm Robots in Unreachable Region for Human2023

    • Author(s)
      Sora Yamaguchi, Masaki Sazawa, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      The SICE Annual Conference 2023, SICE2023-TSU
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Vibration Suppression Control Tolerant to Inertial Variations Based on Transformation to Traveling/Reflected Wave Basis2023

    • Author(s)
      Kosuke Shikata, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      The SICE Annual Conference 2023, SICE2023-TSU
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Generating and Discussing the Models for Force Estimation by Surface-EMG with the Explainable AI2023

    • Author(s)
      Daiki Sodenaga, Issei Takeuchi, Daswin De Silva, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      The SICE Annual Conference 2023, SICE2023-TSU
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Analysis of Periodic Structures Based on Spatio-temporal Transfer Function2023

    • Author(s)
      Sumika Fukumoto, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      The SICE Annual Conference 2023, SICE2023-TSU
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Wearable Device for Measuring Ground Reaction Force and Center of Pressure2023

    • Author(s)
      Ryuichi Kawasaki, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      The SICE Annual Conference 2023, SICE2023-TSU
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Statics and Singularity Analysis of Five-Bar Planar Parallel Robot with Actuation Redundancy2023

    • Author(s)
      Shunichi Sakurai, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      The SICE Annual Conference 2023, SICE2023-TSU
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Task Switching Model for Acceleration Control of Multi-DOF Manipulator Using Behavior Trees2023

    • Author(s)
      Yuki Tanaka, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      The 49th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, IECON'23-SINGAPORE
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Sensorless Object Exploration and Stable Contact by Robot Manipulator in Unknown Environment2023

    • Author(s)
      Shunichi Sakurai, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      The 49th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, IECON'23-SINGAPORE
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hierarchical Control for Vibration Suppression Through Decoupling of Traveling/Reflected Waves2023

    • Author(s)
      Kosuke Shikata, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      The 49th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, IECON'23-SINGAPORE
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Generating Human-Like Motion for Arm Robots Using Element Description Method2023

    • Author(s)
      Sora Yamaguchi, Issei Takeuchi, Seiichiro Katsura
    • Organizer
      2023 26th International Conference on Mechatronics Technology, ICMT23-BUSAN
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] マニピュレータの可搬性向上のための分解・組み立て容易なロボット関節用アクチュエータの開発2023

    • Author(s)
      森川 一麿, 桂 誠一郎
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
  • [Presentation] 要素記述法に基づく帰納的モデリング2023

    • Author(s)
      竹内 一生, 袖長 大基, 桂 誠一郎
    • Organizer
      令和5年度電気学会産業応用部門大会
  • [Presentation] インツールセンシングによる動作抽出と再現制御2023

    • Author(s)
      桂 誠一郎
    • Organizer
      令和5年度電気学会産業応用部門大会
  • [Presentation] 加速度制御系における状態変数と外乱の基底変換2023

    • Author(s)
      志方 鴻介, 桂 誠一郎
    • Organizer
      令和5年度電気学会産業応用部門大会
  • [Presentation] 脚型ロボットに向けた可変減速比アクチュエータ2023

    • Author(s)
      家村 長意, 桂 誠一郎
    • Organizer
      第66回自動制御連合講演会
  • [Presentation] 波動制御のための分布・集中定数結合モデルに基づくパラメータ同定2023

    • Author(s)
      志方 鴻介, 桂 誠一郎
    • Organizer
      第66回自動制御連合講演会
  • [Presentation] 要素記述法を用いた多チャンネル表面筋電位による力推定2023

    • Author(s)
      袖長 大基, 竹内 一生, 桂 誠一郎
    • Organizer
      第66回自動制御連合講演会
  • [Presentation] 4自由度腱駆動ロボットフィンガの開発と制御2023

    • Author(s)
      上田 啓, 桂 誠一郎
    • Organizer
      第66回自動制御連合講演会
  • [Presentation] 位置と力を考慮したインハンドマニピュレーション2023

    • Author(s)
      小島 愛菜, 櫻井 駿一, 桂 誠一郎
    • Organizer
      第66回自動制御連合講演会
  • [Presentation] アコースティックエミッションセンサを用いたねじ転造加工の状態監視に関する研究2023

    • Author(s)
      竹内 一生, 長谷川 靖高, 桂 誠一郎
    • Organizer
      第66回自動制御連合講演会
  • [Presentation] 複素領域における環境インピーダンス認識2023

    • Author(s)
      山口 宙, 志方 鴻介, 桂 誠一郎
    • Organizer
      第66回自動制御連合講演会
  • [Presentation] モード制御に基づく外乱を考慮したインハンドマニピュレーション2023

    • Author(s)
      小島 愛菜, 櫻井 駿一, 桂 誠一郎
    • Organizer
      電気学会メカトロニクス制御研究会
  • [Presentation] 機械学習を用いた多自由度マニピュレータにおける外乱オブザーバのパラメータ設計法2023

    • Author(s)
      田中 雄輝, 桂 誠一郎
    • Organizer
      電気学会メカトロニクス制御研究会
  • [Presentation] 腱駆動自重補償機構を有する3次元モーション機構2023

    • Author(s)
      黒木 優作, 桂 誠一郎
    • Organizer
      電気学会メカトロニクス制御研究会
  • [Presentation] 画像ベースの物体検出を用いた環境インピーダンス推定2023

    • Author(s)
      山口 宙, 田中 雄輝, 桂 誠一郎
    • Organizer
      電気学会メカトロニクス制御研究会
  • [Presentation] 認知症における漢方治療2023

    • Author(s)
      吉澤 浩志
    • Organizer
      第18回 Kampo Clinical Conference
  • [Presentation] Analysis of Multi-modal Imaging of Early Stage Alzheimer's Disease2023

    • Author(s)
      吉澤 浩志, 柏木 英人, 関 美沙, 金子 恒一郎, 北川 一夫
    • Organizer
      第64回 日本神経学会学術大会
  • [Presentation] 初期Alzheimer病(AD)における脳血流SPECTの推移と神経心理検査を用いた検討2023

    • Author(s)
      柏木 英人, 吉澤 浩志, 関 美沙, 金子 恒一郎, 北川 一夫
    • Organizer
      第64回 日本神経学会学術大会
  • [Presentation] 認知症診療の実践セミナー; アルツハイマー病の早期診断と診療連携2023

    • Author(s)
      吉澤 浩志
    • Organizer
      第65回 日本老年医学会学術集会
  • [Presentation] メンタルプラクティス時の脳活動の検討 ~両手運動イメージVS片手運動イメージ~2023

    • Author(s)
      梅野 和也, 中村 浩一
    • Organizer
      第39回 東海北陸理学療法学術大会
  • [Book] 健達ねっとで一億回読まれている認知症がわかるコラム2024

    • Author(s)
      古和 久朋 編著, 吉澤 浩志 分担執筆
    • Total Pages
      160
    • Publisher
      Gakken
    • ISBN
      4058021713
  • [Remarks] 慶應義塾大学 理工学部 システムデザイン工学科 桂研究室

    • URL

      https://www.katsura.sd.keio.ac.jp/

  • [Remarks] 慶應義塾 研究者情報データベース 桂 誠一郎

    • URL

      https://k-ris.keio.ac.jp/html/100011690_ja.html

  • [Remarks] researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/s.katsura

URL: 

Published: 2024-12-25  

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