2011 Fiscal Year Research-status Report
生体ハイブリッド信号に基づく動作補助ロボットの研究
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23560293
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
木口 量夫 佐賀大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90269548)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 喜章 佐賀大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30549134)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2014-03-31
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| Keywords | 知能機械 / バイオロボティクス / 生体信号 |
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| Research Abstract |
本研究では，筋電信号，脳波信号および近赤外光情報を合わせた生体ハイブリッド信号を基に装着者の意思通りのパワーアシスト（運動補助）を行うロボットの研究を目指しており，今年度は主にロボット装着者の動作意思とそれに対応する各生体信号の関連を解析する研究と各生体信号の有効な情報を融合させて各装着者の動作意思を推定する手法の研究を行った．まず最初に筋電信号計測システムと脳波信号計測システムを用いて人が日常生活動作等を行う際の生体信号（筋電信号および脳波信号）を計測した．また，実験の被験者は健常者とし，個人差を考慮して複数の被験者に対して実験を行った．計測した筋電信号および脳波信号と動作との関連を解明するための研究を進めた．その結果，まず脳波信号を基に前腕部の回内外動作を推定することに成功した．本推定には，有効な脳波信号を入力とし，推定した前腕部の回内外運動を出力する人工ニューラルネットワークを用いた．筋電信号を基にした前腕部の回内外運動の推定は既に行われているため，前腕部の回内外運動の筋電信号と脳波信号との関連を調べることが可能となった．ただし，個人差が比較的大きいことを考慮する必要があることも分かった．また，筋電信号を基にしたパワーアシスト中の認知アシストによる動作補正において，補正しようとする動作が正しいかどうかを脳波信号を基に判定できることを発見した．これにより，パワーアシスト等で補助する運動がロボット装着者の動作意思通りのものかどうかを脳波信号により判定することが可能となった．ただし，この場合も個人差を考慮する必要がある．
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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
当初は，筋電信号計測システム，脳波信号計測システム，および近赤外光計測システムを同時に用いて人が日常生活動作等を行う際の生体信号を計測することを予定していたが，近赤外光は時間遅れが他の生体信号よりも大きいため，今年度は，筋電信号計測システムと脳波信号計測システムを用いて人が日常生活動作等を行う際の生体信号（筋電信号および脳波信号）に重点を置いて計測した．なお，予定通り，実験の被験者は健常者とし，個人差を考慮して複数の被験者に対して実験を行った． 計測した筋電信号および脳波信号と動作との関連を解明するための研究を進め，前腕部の回内外動作時の筋電信号と脳波信号を関連付けることが出来た．この際，生体信号に基づいて動作推定を行うため，ソフトコンピューティング技術の一つである人工ニューラルネットワークを用いた．更には，他のソフトコンピューティング技術である遺伝的アルゴリズム（GA）や遺伝的プログラミング（GP）を用いた手法も試みた． また，筋電信号を基にパワーアシストする運動がロボット装着者の動作意思通りのものかどうかを脳波信号により判定することが可能となり，予定通り生体情報を融合させ，外骨格型パワーアシストロボット（これまでの研究で開発したロボット）を用いて健常者に対するパワーアシストを行うことが出来た．ただし，今後更なる融合および個人差に対する対策が必要である．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は筋電信号と脳波信号を中心とした生体信号と動作との関連を更に深く解明すると共に，実際の患者を対象とした研究にシフトさせることを試みる．まず生体信号計測実験においては，健常者に加え，脳卒中患者等，動作補助を必要とする実際の様々な患者を対象として，日常生活動作等を行おうとする際の筋電信号，脳波信号等の生体信号を計測する． また，生体信号計測実験で計測した筋電信号，脳波信号等の生体信号を基に，各患者別の特性を解析し，健常者の生体信号との違いを明らかにすると共に各疾患の生体信号の特徴を明らかにする．もし実験した全ての疾患別の生体信号の特徴を明らかにすることが困難であった場合は，対象の疾患を絞ることで対応する．また，脳卒中患者のように筋電信号が計測できない場合等は，計測可能な生体信号のみを解析するものとする． 解析した実際の患者の筋電信号，脳波信号等の生体信号を融合させ，患者別あるいは疾患別の生体ハイブリッド信号を生成する手法を提案する．ここでは，各患者の生体信号の特徴から，自動的に各患者の症状に適した生体ハイブリッド信号を生成するものとする．また，ここでもソフトコンピューティング技術を用いるものとする． 最後に，患者の症状に応じて適応する生体ハイブリッド信号を基に各患者に合わせたパワーアシストを行う制御アルゴリズムを提案し，外骨格型パワーアシストロボットを用いてパワーアシストを行うことを目指すものとする．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度の研究経費を用いて，これまでに用いてきた外骨格型パワーアシストロボットの保守・改良を行うための消耗品（加速度計やエンコーダ等のセンサ類，モータドライバやスイッチ等の電子部品類，電極や電極を貼り付ける際に用いるペースト等の実験消耗品類）を購入する予定である．また，実験に協力した学生や被験者として協力していただいた方への謝礼として実験協力費を使用する．更に，今年度および次年度に得られた研究成果を国内外の講演会等で発表するための旅費および参加費用にも使用する予定である．
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Research Products
(1 results)
