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2014 Fiscal Year Annual Research Report

筋シナジーの抽出・予測に基づく人と機械の融合

Research Project

Project/Area Number 23360112
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

宮崎 文夫  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20133142)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 植村 充典  大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (00512443)
西川 敦  信州大学, 繊維学部, 教授 (20283731) [Withdrawn]
平井 宏明  大阪大学, 基礎工学研究科, 講師 (60388147)
Project Period (FY) 2011-04-01 – 2015-03-31
Keywordsロボティクス / 人間機械システム / リハビリテーション / コーチング
Outline of Annual Research Achievements

【研究目的】
本研究では、冗長筋骨格系を有する人およびロボットの運動制御や運動支援を「筋シナジー」の観点から解釈し、筋シナジーの抽出/予測結果をもとに人と機械の融合を考察する。ここでは、筋拮抗比・筋拮抗和の2つの新概念を導入し、冗長筋群の活動を運動タスク固有の筋シナジーと関連づけることで、身体の運動制御モデル(中枢において数少ないタスク変数で表現された運動指令が筋シナジーを介して多くの筋群の活動指令に変換されるモデル)を確立するとともに、マスタの運動意図をリアルタイムに読み取り、スレーブへの運動指令に自動変換を行う人と機械をつなぐ知的情報処理システムの開発を行う。

【研究成果】
本年度は、分担者毎に進めてきた3つのアプローチ(筋骨格構造体を包括的に統合するアプローチ、筋骨格ロボットの運動制御を主体とするアプローチ、人の運動支援を主体とするアプローチ)に則して研究成果をまとめ、筋骨格構造体の運動制御/運動支援法の体系化、筋シナジーに基づく制御法の確立と人との親和性に優れた筋骨格ロボットの実現、筋シナジーに基づく人の運動支援法の確立とその有効性の検証を行った。これにより、プロジェクト全体として、提案概念の体系化と幅広い実用応用例を示すことに成功した。これらの成果は、学術論文誌(5件)、学会発表(14件)及び特許出願(2件)等にまとめられている。また現在、国際会議へ論文(2件)を投稿中である。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (23 results)

All 2015 2014

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (14 results) Book (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] Electrophysiological characteristics of task-specific tremor in 22 instrumentalists2015

    • Author(s)
      Lee A, Tominaga K, Furuya S, Miyazaki F
    • Journal Title

      Journal of Neural Transmission

      Volume: 122(3) Pages: 393-401

    • DOI

      10.1007/s00702-014-1275-2

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 水平面内におけるヒト上肢運動時のEMG信号を利用した筋シナジー、平衡点軌道および手先剛性の新しい評価法の提案2014

    • Author(s)
      宇野かんな、奥貴紀、古場啓太郎、植村充典、平井宏明、宮崎文夫
    • Journal Title

      日本ロボット学会誌

      Volume: 32(7) Pages: 603-614

    • DOI

      10.7210/jrsj.32.603

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 多チャンネル型機能的電気刺激によるヒト肘関節運動の平衡点制御 ~等尺性環境下における検証~2014

    • Author(s)
      松居和寛, 菱井康生, 前垣和也, 山下雄人, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
    • Journal Title

      計測自動制御学会論文集

      Volume: 50(11) Pages: 755-762

    • DOI

      10.9746/sicetr.50.755

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Equilibrium-point control of human elbow-joint movement under isometric environment by using multichannel functional electrical stimulation2014

    • Author(s)
      Matsui K, Hishii Y, Maegaki K, Yamashita Y, Uemura M, Hirai H, Miyazaki F
    • Journal Title

      Frontiers in Neuroscience

      Volume: 8 Pages: 164

    • DOI

      10.3389/fnins.2014.00164

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Quantification of a secondary task-specific tremor in a violinist after a temporal lobectomy2014

    • Author(s)
      Lee A, Tominaga K, Furuya S, Miyazaki F
    • Journal Title

      Frontiers in Human Neuroscience

      Volume: 8 Pages: 559

    • DOI

      10.3389/fnhum.2014.00559

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Iterative Motion Learning with Stiffness Adaptation for Multi-joint Robots2014

    • Author(s)
      Uemura M, Kawamura S, Hirai H, Miyazaki F
    • Organizer
      IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO2014)
    • Place of Presentation
      Bali (Indonesia)
    • Year and Date
      2014-12-05 – 2014-12-10
  • [Presentation] Functional electrical stimulation for equilibrium-point control of human ankle movement: frequency domain system identification of human ankle dynamics2014

    • Author(s)
      Yamashita Y, Maegaki K, Matsui K, Oku T, Uno K, Koba K, Phatiwuttipat P, Murakami K, Uemura M, Hirai H, Miyazaki F
    • Organizer
      ASME 2014 Dynamic Systems and Control Conference (DSCC 2014)
    • Place of Presentation
      San Antonio (USA)
    • Year and Date
      2014-10-22 – 2014-10-24
  • [Presentation] Abnormal muscle synergies significantly alter endpoint stiffness and virtual trajectory while drawing in a horizontal plane2014

    • Author(s)
      Oku T, Uno K, Nishi T, Kageyama M, Phatiwuttipat P, Koba K, Yamashita Y, Uemura M, Hirai H, Miyazaki F, H. Naritomi
    • Organizer
      1st Clinical Movement Analysis World Conference (ESMAC-SIAMOC 2014)
    • Place of Presentation
      Rome (Italy)
    • Year and Date
      2014-09-29 – 2014-10-04
  • [Presentation] 非拘束環境下における多チャンネル型機能的電気刺激(FES)による平衡点制御モデルの解析2014

    • Author(s)
      松居和寛, 前垣和也, 山下雄人, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
    • Organizer
      生体医工学シンポジウム2014
    • Place of Presentation
      東京農工大学 (東京都、小金井市)
    • Year and Date
      2014-09-26 – 2014-09-27
  • [Presentation] 筋シナジー解析に基づく歩行運動時の平衡点軌道及び足先剛性の推定2014

    • Author(s)
      北村貴志, 古場啓太郎, 富永健太, 宇野かんな, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
    • Organizer
      生体医工学シンポジウム2014
    • Place of Presentation
      東京農工大学 (東京都、小金井市)
    • Year and Date
      2014-09-26 – 2014-09-27
  • [Presentation] ヒール靴着用時の歩行運動における足関節拮抗筋対の協調作用の解析2014

    • Author(s)
      辻真緒, 富永健太, 奥貴紀, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
    • Organizer
      生体医工学シンポジウム2014
    • Place of Presentation
      東京農工大学 (東京都、小金井市)
    • Year and Date
      2014-09-26 – 2014-09-27
  • [Presentation] 非駆動関節を有するロボットに対する共振を利用した運動と関節剛性の調節法2014

    • Author(s)
      植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
    • Organizer
      第32回日本ロボット学会学術講演会
    • Place of Presentation
      九州産業大学 (福岡県、福岡市)
    • Year and Date
      2014-09-04 – 2014-09-06
  • [Presentation] Pilot study on quantitative assessment of muscle imbalance: differences of muscle synergies, equilibrium-point trajectories, and endpoint stiffness in normal and pathological upper-limb movements2014

    • Author(s)
      Oku T, Uno K, Nishi T, Kageyama M, Phatiwuttipat P, Koba K, Yamashita Y, Murakami K, Uemura M, Hirai H, Miyazaki F, Naritomi H
    • Organizer
      36th Annual International Conference on the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC 2014)
    • Place of Presentation
      Chicago (USA)
    • Year and Date
      2014-08-26 – 2014-08-30
  • [Presentation] A novel muscle synergy extraction method to explain the equilibrium-point trajectory and endpoint stiffness during human upper-limb movements on a horizontal plane2014

    • Author(s)
      Uno K, Oku T, Phatiwuttipat P, Koba K, Yamashita Y, Murakami K, Uemura M, Hirai H, Miyazaki F
    • Organizer
      5th IEEE RAS&EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob 2014)
    • Place of Presentation
      Sao Paulo (Brazil)
    • Year and Date
      2014-08-12 – 2014-08-15
  • [Presentation] Tacit representation of muscle activities during coordination training: muscle synergy analysis to visualize motor enhancement in virtual trajectory of multi-joint arm movement2014

    • Author(s)
      Koba K, Murakami K, Oku T, Uno K, Phatiwuttipat P, Yamashita Y, Uemura M, Hirai H, Miyazaki F
    • Organizer
      5th IEEE RAS&EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob 2014)
    • Place of Presentation
      Sao Paulo (Brazil)
    • Year and Date
      2014-08-12 – 2014-08-15
  • [Presentation] 走行運動における足先平衡点軌道の推定と予測2014

    • Author(s)
      富永健太, 古場啓太郎, 宇野かんな, 奥貴紀, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
    • Organizer
      第8回 Motor Control 研究会
    • Place of Presentation
      筑波大学 (茨城県、つくば市)
    • Year and Date
      2014-08-07 – 2014-08-09
  • [Presentation] ヒト腕/脚運動に適用可能な新しい筋シナジー抽出法の提案 ― 数理モデルに基づく筋シナジーの物理的解釈 ―2014

    • Author(s)
      宇野かんな, 奥貴紀, 富永健太, 古場啓太郎, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
    • Organizer
      第8回 Motor Control 研究会
    • Place of Presentation
      筑波大学 (茨城県、つくば市)
    • Year and Date
      2014-08-07 – 2014-08-09
  • [Presentation] 片麻痺による筋シナジーの変化が平衡点軌道・手先剛性に与える影響について ― 水平面内における上肢リーチングタスクの運動戦略の解析 ―2014

    • Author(s)
      奥貴紀, 宇野かんな, 西知紀, 景山昌行, 古場啓太郎, 富永健太, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫, 成冨博章
    • Organizer
      第8回 Motor Control 研究会
    • Place of Presentation
      筑波大学 (茨城県、つくば市)
    • Year and Date
      2014-08-07 – 2014-08-09
  • [Presentation] 螺旋描画におけるヒト腕の運動学習と制御 ― 運動学習に伴う仮想軌道の洗練化 ―2014

    • Author(s)
      古場啓太郎, 宇野かんな, 奥貴紀, 富永健太, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
    • Organizer
      第8回 Motor Control 研究会
    • Place of Presentation
      筑波大学 (茨城県、つくば市)
    • Year and Date
      2014-08-07 – 2014-08-09
  • [Book] Motor Control Based on the Muscle Synergy Hypothesis, In Cognitive Neuroscience Robotics: Synthetic Approaches to Human Understanding2015

    • Author(s)
      Hirai H, Pham HTT, Ariga Y, Uno K, Miyazaki F; Ishiguro H, Osaka M, Fujikado T, Asada M (Eds.)
    • Total Pages
      未定
    • Publisher
      Springer
  • [Book] 身体運動とロボティクス2015

    • Author(s)
      小澤隆太, 平井宏明, 宮崎文夫, 伊坂忠夫, 有本卓
    • Total Pages
      未定
    • Publisher
      コロナ社
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 運動解析装置、運動解析方法及び運動解析プログラム2014

    • Inventor(s)
      宮崎文夫、平井宏明、植村充典、宇野かんな、奥貴紀
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人大阪大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2014/80764
    • Filing Date
      2014-11-20
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 脚相移行タイミング判定方法、脚相移行タイミング判定装置、歩行支援制御方法及び歩行支援装置2014

    • Inventor(s)
      植村充典、宮崎文夫、平井宏明
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人大阪大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2014-141865
    • Filing Date
      2014-07-10

URL: 

Published: 2016-06-10  

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