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2023 Fiscal Year Annual Research Report

サイボーグプラットフォームのための制御機構モジュールの設計開発と評価

Research Project

Project/Area Number 23H00166
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) 山野井 佑介  東京理科大学, 工学部電気工学科, 助教 (40870184)
加藤 龍  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (70516905)
萩原 祐介  電気通信大学, 脳・医工学研究センター, 客員准教授 (00607103)
Matuttis H.G.  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (80361822)
姜 銀来  電気通信大学, 脳・医工学研究センター, 教授 (70508340)
東郷 俊太  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (30751523)
Project Period (FY) 2023-04-01 – 2028-03-31
Keywordsサイボーグ・プラットフォーム / 機械学習 / 持続性適応制御 / 義手 / 義手ソケット
Outline of Annual Research Achievements

本研究提案は,医療と工学の連携に基づき義肢装具の開発と適用を最適化する方法を明らかにすることを目的とし,学習適応機能を持つ制御システム,生活防水が考慮された機構システム,それらを適用する医療・リハビリテーション体制を構築し,小児から成人まで,手指欠損から肩離断までのすべての症例に対応するコア技術とそれらの適用体制を用意することを目標としている.
この目標達成のための具体的な研究実施項目は,1.医工連携チームとサイボーグプラットフォームの構築,2.持続的適応学習法理論の構築,3.自動装着型ソケットの開発である.
このうち,R5年度は,1について,幼児・小児の上肢欠損の補綴のための義手の適用順序の決定を行い,筋電義手へのスムーズな移行を目指す装飾義手を開発した.この装飾義手は,MP関節を他動的に動かすことができるため,自身の反対側の手で物品の形状に合わせて義指を曲げることにより,物をしっかり把持することができ,縄跳びを行うこともできる.義手の性能評価は,関節トルク試験,ソケットの引き抜き試験,縄跳びの柄の引き抜き試験によって行い,幼児から小児の形成不全児4名に適用して操作性と使いやすさの評価を行った.また,2においては,生体信号の時間的変遷に自動的に追従する適応学習理論の構築を行い,適応学習が搭載された義手のコントローラを開発し,成人多自由度筋電義手に実装した.さらに,3については,自動装着型ソケットの試作機を完成させ,健常者で装着評価を行い,周径の異なる男女に装着しても装着時のずれや挟み込みがなく,ノイズレスな筋電信号を取得でき,筋電義手を操作できることを確認した.今後,切断被験者に適用し,性能評価を行う.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

R5年度当初に掲げた到達目標を達成したこと,締付ソケットについては展示会などの体験を通して健常者において有用性を確認でき,装着の簡便さについて良い評価を得られていることから,当初の計画以上に進展している.

Strategy for Future Research Activity

令和6年度以降は,医工連携チームとの連携を深め,装飾義手のさらなる改良と持続性適応学習法の理論を用いた筋電信号による義手の制御課題において,その性能評価を行い,筋電義手の設計の改良へフィードバックを行うことを目指す.また,締付ソケットの切断被験者への装着を行い,その性能評価を進める.

  • Research Products

    (31 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 9 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (3 results) (of which Overseas: 1 results)

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

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      中国科学院深セン先進技術研究院
  • [Journal Article] A Robot Hand for Versatile Grasping With Tendon-Driven Telescopic Fingers2024

    • Author(s)
      Wang Yiwei、Kakino Kazuma、Li Wenyang、Togo Shunta、Yokoi Hiroshi、Jiang Yinlai
    • Journal Title

      IEEE Robotics and Automation Letters

      Volume: 9 Pages: 2957~2964

    • DOI

      10.1109/lra.2024.3362671

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Novel prosthesis with proximity sensor for upper extremity phocomelia2023

    • Author(s)
      Yamanoi Yusuke、Takagi Takehiko、Yokoi Hiroshi
    • Journal Title

      Journal of Hand Surgery (European Volume)

      Volume: 49 Pages: 375~376

    • DOI

      10.1177/17531934231209645

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 伸縮機構を備えたロボティック・フィンガーの開発2023

    • Author(s)
      Kakino Kazuma、Yamanoi Yusuke、Togo Shunta、Yokoi Hiroshi、Jiang Yinlai
    • Journal Title

      Journal of the Robotics Society of Japan

      Volume: 41 Pages: 885~888

    • DOI

      10.7210/jrsj.41.885

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Highly Anthropomorphic Finger Design With a Novel Friction Clutch for Achieving Human-Like Reach-and-Grasp Movements2023

    • Author(s)
      Yong Xu、Zhu Shanshan、Sun Zhenyu、Chen Shixiong、Togo Shunta、Yokoi Hiroshi、Jing Xiaobei、Li Guanglin
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering

      Volume: 31 Pages: 4942~4953

    • DOI

      10.1109/tnsre.2023.3340790

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A 3-DOF coupled tendon-driven humanoid waist2023

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

      Advanced Robotics

      Volume: 37 Pages: 1495~1506

    • DOI

      10.1080/01691864.2023.2289134

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 3M3Dワイヤ干渉駆動に基づくヒューマノイド腰関節の開発2023

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

      日本ロボット学会誌

      Volume: - Pages: -

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A Strain Gauge Based FMG Sensor for?sEMG-FMG Dual Modal Measurement of?Muscle Activity Associated with?Hand Gestures2023

    • Author(s)
      Tang Yifan、Wang Jiayi、Chen Peiji、Li Wenyang、Xu Haokang、Togo Shunta、Yokoi Hiroshi、Jiang Yinlai
    • Journal Title

      Intelligent Robotics and Applications

      Volume: - Pages: 185~194

    • DOI

      10.1007/978-981-99-6486-4_16

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A Layered sEMG?FMG Hybrid Sensor for Hand Motion Recognition From Forearm Muscle Activities2023

    • Author(s)
      Chen Peiji、Li Ziye、Togo Shunta、Yokoi Hiroshi、Jiang Yinlai
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Human-Machine Systems

      Volume: 53 Pages: 935~944

    • DOI

      10.1109/thms.2023.3287594

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Improvement of Precision Grasping Performance by Interaction Between Soft Finger Pulp and Hard Nail2023

    • Author(s)
      Kumagai Ayane、Obata Yoshinobu、Yabuki Yoshiko、Jiang Yinlai、Yokoi Hiroshi、Togo Shunta
    • Journal Title

      Soft Robotics

      Volume: 10 Pages: 345~353

    • DOI

      10.1089/soro.2021.0231

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 手掌部手首分離機能を備えた筋電義手の開発2023

    • Author(s)
      井上祐希; 黒田勇幹; 山野井佑介; 矢吹佳子; 横井浩史
    • Organizer
      第39回日本義肢装具学会学術大会
  • [Presentation] 子供用縄跳び手先具の開発と評価2023

    • Author(s)
      武藤輝樹; 井上祐希; 矢吹佳子; 横井浩史
    • Organizer
      日本義肢装具学会第39回学術大会(ポスター)
  • [Presentation] 機構的特異点の性質を用いたピンチ力増大機構を持つ幼児用筋電義手の開発2023

    • Author(s)
      飯塚達也; 黒田勇幹; 矢吹佳子; 井上祐希; 山野井佑介; 横井浩史
    • Organizer
      LIFE2023
  • [Presentation] PCA と 3 層ニューラルネットワークを組み合わせた識別器による筋電義手の性能向上へのアープローチ2023

    • Author(s)
      酒井健瑠; 黒田勇幹; 矢吹佳子; 山野井佑介; 横井浩史
    • Organizer
      LIFE2023
  • [Presentation] 手掌部手首分離機能を備えた筋電義手の制御方法の検討2023

    • Author(s)
      井上 祐希; 羽場 周平; 黒田 勇幹; 山野井 佑介; 矢吹 佳子; 横井 浩史
    • Organizer
      第41回日本ロボット学会学術講演会
  • [Presentation] 特徴量空間表示機能を用いたパターン識別制御型筋電義手の訓練手法の開発2023

    • Author(s)
      辻本 立樹, 山野井 佑介, 黒田 勇幹, 姜 銀来, 横井 浩史
    • Organizer
      第41回日本ロボット学会学術講演会(RSJ2023)
  • [Presentation] Development of a Hybrid Actuation Hand Exoskeleton with Redundant Compliant Mechanisms2023

    • Author(s)
      Shu Bairui、Sun Zhenyu、Zhang Xinyu、Yokoi Hiroshi、Jing Xiaobei、Li Guanglin、Yong Xu
    • Organizer
      2023 16th International Congress on Image and Signal Processing, BioMedical Engineering and Informatics (CISP-BMEI)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Estimation of Wrist Chattering Angle Based on Disturbance Observer2023

    • Author(s)
      Xinyu Zhang , Zhenyu Sun , Bairui Shu , Hiroshi Yokoi , Xu Yong , Guanglin Li , Xiaobei Jing
    • Organizer
      2023 16th International Congress on Image and Signal Processing, BioMedical Engineering and Informatics (CISP-BMEI)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 靱帯及び腱で拘束した人体模倣肩関節機構に関する研究2023

    • Author(s)
      梅澤 亮 , 姜 銀来 , 横井 浩史 , 東郷 俊太
    • Organizer
      第36回自律分散システム・シンポジウム
  • [Presentation] 剛性可変な拮抗筋関節構造に対する仮想軌道に基づく繰り返し制御の適用2023

    • Author(s)
      梅田 佳歩 , 姜 銀来 , 横井 浩史 , 東郷 俊太
    • Organizer
      第24回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2023)
  • [Presentation] SHAPを用いた多自由度筋電肩義手の上肢機能評価2023

    • Author(s)
      永山 泰弘 , 姜 銀来 , 横井 浩史 , 東郷 俊太
    • Organizer
      第24回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2023)
  • [Presentation] 人体の関節における液体潤滑を模倣した指関節構造の開発2023

    • Author(s)
      工藤 陸 , 姜 銀来 , 横井 浩史 , 東郷 俊太
    • Organizer
      第41回日本ロボット学会学術講演会
  • [Presentation] 足部形状・姿勢に依存した人体模倣足部の粘弾性変化2023

    • Author(s)
      橋本 悟 , 姜 銀来 , 横井 浩史 , 東郷 俊太
    • Organizer
      第41回日本ロボット学会学術講演会
  • [Presentation] Dynamic Label;Smoothingを用いた生体信号分類のための領域汎化2023

    • Author(s)
      陳 培基 , 東郷 俊太 , 横井 浩史 , 姜 銀来
    • Organizer
      第41回日本ロボット学会学術講演会
  • [Presentation] ギヤを用いた3自由度干渉駆動機構の開発2023

    • Author(s)
      東 直希 , 横井 浩史 , 東郷 俊太 , 姜 銀来
    • Organizer
      第41回日本ロボット学会学術講演会
  • [Presentation] 人体の筋骨格構造を模倣したロボット手首および前腕の開発2023

    • Author(s)
      小畑 承経 , 姜 銀来 , 横井 浩史 , 東郷 俊太
    • Organizer
      第41回日本ロボット学会学術講演会
  • [Presentation] Sensorless Tension Estimation in Tendon-Driven Mechanism Using Stainless Steel Wire2023

    • Author(s)
      Da Silva Bernardo , Neto Josef , Wenyang Li , Shunta Togo , Hiroshi Yokoi , Yinlai Jiang
    • Organizer
      第41回日本ロボット学会学術講演会
  • [Remarks] 電気通信大学横井・姜・東郷研究室

    • URL

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

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 義肢ソケット2023

    • Inventor(s)
      横井浩史 ,山野井佑介他
    • Industrial Property Rights Holder
      横井浩史 ,山野井佑介他
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2023/046121
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 処理プログラム及び処理装置2023

    • Inventor(s)
      横井浩史, 山野井佑介他
    • Industrial Property Rights Holder
      横井浩史, 山野井佑介他
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2023-206349
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 処理プログラムおよび処理装置2023

    • Inventor(s)
      横井 浩史 , 山野井 佑介他
    • Industrial Property Rights Holder
      横井 浩史 , 山野井 佑介他
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2023-149752

URL: 

Published: 2024-12-25  

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