2013 Fiscal Year Annual Research Report

運動機能再建のための統合化リハビリテーションシステム

Research Project

Project/Area Number	24300206
Research Institution	Ritsumeikan University
Principal Investigator	永井清立命館大学, 理工学部, 教授 (40198289)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	伊藤宏司立命館大学, 理工学部, 教授 (30023310) 土橋宏規立命館大学, 理工学部, 助教 (50634490)
Project Period (FY)	2012-04-01 – 2015-03-31
Keywords	リハビリロボット / ロボットセラピー / 脳波 / 運動意図 / 擬似磁気浮上 / 浮上機構 / 運動機能の再建 / 機能回復訓練
Research Abstract	本研究の目的は、運動意図の生成に合わせて体性感覚を刺激する運動想起ロボットセラピー法の開発、および運動生成の補助と体性感覚の刺激を行う浮上型リハビリロボットの開発、さらにこれらの研究成果に基づく統合化リハビリテーションシステムの構築である。平成２５年度には、次の二つの研究課題に取り組み、それぞれ研究成果を得た。１．浮上型リハビリロボットの開発本研究課題については、永久磁石と拘束機構を組み合わせた受動的浮上機構に電磁石を導入し、浮上動作の能動的な制御を可能とする浮上機構の設計と試作を行った。平成２５年度には、この浮上機構をロボットアームの先端に装着し、ロボット手先の可変なコンプライアンス動作(外力に対する順応動作)を広範囲に生成できるような、浮上型リハビリロボットの設計と試作を行った。本課題にかかわり、コンプライアント動作の実現のためにアクチュエータの性能限界を考慮する手法を提案している。２．運動想起ロボットセラピー法の開発本研究課題については、運動生成の前に運動生成意図の情報が脳波(EEG)に現れることに着目し、その運動生成意図のタイミングを検出することに取り組んでいる。平成２５年度には、運動想起時の脳波の自己相関を用いて、実際の運動生成の前に人の運動意図の生成タイミングを検出する手法を確立することを試みた。運動計測機能を有するロボットアームを上肢に装着した実験により本手法の妥当性が検証できたので、論文として報告している。なお、この実験は、研究代表者と研究分担者の所属大学の倫理審査委員会で事前承認を受けて実施した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究の目的を達成度を「おおむね順調に進展している」とした理由は、要素技術として位置づけられる以下の二つの研究課題についての着実な進展が見られるためである。１．浮上型リハビリロボットの開発について本ロボットは、リハビリ(運動機能回復訓練)において人の腕に装着するものであるが、高い周波数帯域までのコンプライアント動作(外力に対する順応動作)の生成のためには、ロボット機構の低慣性化と低摩擦化が重要となる。この問題に対して永久磁石等による反発力と拘束機構を用いた浮上機構の構成方法は、良好な特性を実現する手法として有用である。また、アクチュエータの性能限界を考慮する方法は、コンプライアント動作の実現性を議論するための基本的な手法として有用である。２．運動想起ロボットセラピー法の開発について本セラピー法においては、実際の運動生成の前に、運動生成の意図を検出することが不可欠なものであるが、脳波の自己相関関数が運動意図の生成に応じて変化することに着目した手法(Zero-Crossing Time法)を提案し、実際の運動生成の前に運動意図を検出することが可能であることが実験で確認できている。
Strategy for Future Research Activity	１．浮上型リハビリロボットの開発平成２６年度には、浮上機構をロボットアーム先端に装着した浮上型リハビリロボットを対象とし、浮上機構とロボット関節の連携制御法を確立する。このことにより、微小動作と微小力の検出機能のほか、手先の可変なコンプライアント動作(外力に対する順応動作)の広範囲な生成機能を有する浮上型リハビリロボットの構成法を確立する。本ロボットは、リハビリ(運動機能回復訓練)において人の腕に装着するものであるが、高い周波数帯域までのコンプライアント動作の生成のためにはロボット機構の低慣性化と低摩擦化が重要となる。また、本年度には、研究代表者らがすでに提案している冗長駆動法をもとに、一つの関節に対して２台のモータを用いて、本浮上型リハビリロボットと同様に低慣性かつ低摩擦な特性を有する冗長駆動ロボットを開発することを試みる。２．運動想起ロボットセラピー法の開発と統合化リハビリテーションシステムの構築平成２６年度には、脳波(EEG)を用いた運動意図の検出法の改善に取り組むこととし、運動意図の識別率の向上と誤検出率の低減、および運動意図識別の時間精度の向上に取り組む。本研究課題についてはすでに、脳波の自己相関関数が運動意図の生成に応じて変化することに着目した手法(Zero-Crossing Time法)を確立しているが、本年度にはさらに、脳波のパワースペクトルに着目した別の手法(代表周波数法(仮称))についても取り組み、上記の識別率と誤検出率および時間精度のさらなる改善を試みる。また、本研究の脳波(EEG)を用いた運動意図の検出法をもとに運動想起ロボットセラピー法を構成し、上記の浮上型リハビリロボットあるいは冗長駆動ロボットと統合化して、脳波により検出した運動意図の生成タイミングを用いて浮上型リハビリロボットを動作させるような、統合化リハビリテーションシステムを構築することを試みる。
Expenditure Plans for the Next FY Research Funding	当該助成金が生じた理由は、当初計画してポスドクの雇用が適切な該当者が見つからずに取りやめたこと、物品費にかかわり想定した実験が既存の研究設備を用いて行えることがわかったこと、および、人件費・謝金にかかわり被験者等に支払う謝金の必要総額が少なくなったためである。繰り越した助成金については、本年度の国際会議等での発表機会の増加に伴う旅費の増額に充てる予定である。