2021 Fiscal Year Research-status Report
学習による故障診断と電気刺激による力覚提示を用いたH2Hの遠隔リハビリの開発
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21K04115
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| Research Institution | Ishikawa National College of Technology |
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Principal Investigator |
河合 康典 石川工業高等専門学校, 電気工学科, 准教授 (90413765)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三好 孝典 長岡技術科学大学, 技術経営研究科, 教授 (10345952)
越野 亮 石川工業高等専門学校, 電子情報工学科, 准教授 (90369968)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 電気刺激 / 遠隔制御 / 力覚 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，電気刺激を用いたバイラテラル遠隔リハビリテーションにおいて，患者だけでなく理学療法士も電気刺激を用いて力覚提示を行うH2H (Human to Human)のシステム構築を目指す。今年度は下記の3つの課題について考える。
はじめに，課題①の理学療法士の肘関節を用いた力覚提示と患者に与えたい力の推定について考える。理学療法士の肘関節に電気刺激用の電極パッドを取り付け，ゴニオメータで肘関節角度を計測することで，肘関節を電気刺激でフィードバック制御することを行う。そして，理学療法士が患者に与えたい力の推定は，肘関節の制御入力と肘関節の角速度から行い，遠隔リハビリテーションの制御実験を行う。実験結果から力の推定は不十分であるが，力覚提示を行うことはできる。
次に，課題②の機械学習を用いたオンライン故障診断による安全性保証システムの構築について考える。疲労を入力外乱と捉えることで，ガウス過程回帰を用いて疲労を推定する。電気刺激を与える制御入力と膝関節の角度の情報を用いて，膝関節角度と入力外乱の関係を求め，その平均と分散から疲労を推定する。疲労と判定された場合には，制御入力に飽和を用いることで，患者が安全な遠隔リハビリテーションシステムを構築する。課題として，ガウス過程回帰の計算時間がかかることが分かる。
最後に，課題③の比較検証用の能動義足と外骨格の製作について考える。膝関節用の外骨格装置を製作中であり，それを応用して肘関節用の外骨格装置を製作中である。
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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
現在までの進捗状況について，課題ごとに下記に示す。
はじめに，課題①の理学療法士の肘関節を用いた力覚提示と患者に与えたい力の推定については，肘関節に対して電気刺激で力覚提示するシステムを構築できたが，性能を上げるための改良が必要である。また，表面筋電位計と肘関節角度などを用いて，オブザーバによる理学療法士が患者に与えたい力の推定機構の構築が課題である。
次に，課題②の機械学習を用いたオンライン故障診断による安全性保証システムの構築については，ガウス過程回帰を用いる手法が構築できたが計算時間が課題である。そこで，学習データや学習方法について改良を考える。
次に，課題③の比較検証用の能動義足と外骨格の製作については，肘関節用の外骨格装置と能動義足の製作を行う。
最後に，課題④の実験による検証については，課題①～課題③が完成次第，取り組む予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策について，課題ごとに下記に示す。
はじめに，課題①の理学療法士の肘関節を用いた力覚提示と患者に与えたい力の推定については，オブザーバによる理学療法士が患者に与えたい力の推定機構の構築のため，肘関節の数式モデルの導出と非線形オブザーバの設計を行う。
次に，課題②の機械学習を用いたオンライン故障診断による安全性保証システムの構築については，機械学習の改良を行う。
次に，課題③の比較検証用の能動義足と外骨格の製作については，製作している膝関節用の外骨格装置を参考に製作を行う。
最後に，課題④の実験による検証については，ネットワーク実験用の環境を整える。
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| Causes of Carryover |
今年度の課題では，古い電気刺激装置と機械学習用パソコンを用いて予備実験を行ったため購入をしなかった。しかし，次年度に電気刺激装置と機械学習用パソコンを購入予定である。
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Research Products
(2 results)
