2014 Fiscal Year Research-status Report
実用的な筋電義手実現のための上肢切断者を考慮した動作・速度推定システムの構築
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24700593
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
末光 厚夫 北陸先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 助教 (20422199)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 医療・福祉 / 生体機能代行 / 筋電義手 / ニューラルネット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，実用性をより向上させることを重視し，さらに多くの動作へ対応することを目的として，動作速度に代わって，表面筋電位（EMG）から関節の速度を推定する手法について検討した．従来の手法で関節角度を推定し，それを微分して速度を求める方法では，動作中の角度推定の誤差が大きいという問題がある．また，微分する場合，ノイズの影響を軽減するよう平滑化の処理が必要となるが，これによって生じる遅延のためEMG信号の利点が大きく損なわれる．同様に，関節にかかるトルクを推定し，それを積分して速度を求めるという方法は，トルクの推定精度が良くないケースがある上に，積分によって推定誤差が蓄積されるという問題がある．そのため，EMG信号から直接間接の角速度を推定する方法が有効であると考え，優れた関数近似能力をもつ選択的不感化ニューラルネットを用いて，多チャンネルのEMG信号から関節の速度を推定するシステムを構築した．手首関節のピッチ軸回転（屈曲伸展方向）とロール軸回転（回内回外方向）を対象とし，数名の被験者からEMG信号と関節の角速度を同時に計測し，構築したシステムを用いて検証実験を行った結果，ピッチ軸周り，ロール軸周りの角速度を平均二乗誤差60～140deg/sで推定できることがわかった．また，予測性能に関して，16ms前までのEMG信号であれば，同程度の推定精度を実現できることもわかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の計画で確立した手法では，実現できる動作にどうしても限界が生じてしまうため（最初に設定した動作のみしか扱うことができない），自由な動作を実現することを目的として，EMG信号から関節の速度を推定する手法の検討に取り組んだ．そのため，動作速度推定システムを完成させ，それを用いて十分な実験データを収集し，研究全体の成果をまとめることが先送りとなってしまった．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，構築した関節速度推定システムの特性や問題点を明らかにするために，手首関節（ピッチ軸周り，ロール軸周り）以外の前腕の主要な関節についても，多くの被験者からさまざまなスピードで動作している際の関節の角速度とEMG信号を計測し，システムを用いてシミュレーション実験を行う．シミュレーションを繰り返し行いながら，システムで用いる特徴量およびパラメータの最適化を図り，システムを最終的に完成させる．そして，3DCGハンドに合わせて動作している際のEMG信号から複数の関節の角速度を推定する評価実験を行うことによって，提案システムの有効性を検証し，得られた成果をまとめて発表する．
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| Causes of Carryover |
構築したシステムを用いて，刺激提示にあわせたデータ計測と計測したEMGから動作とその速度を推定する実験を行い，その結果をまとめて発表する予定であったが，学会等で頂いた実用的な観点からのコメントを重視し，関連する関節の角速度を直接推定することおよびそれに有用なデータを収集するための刺激提示方法の改良を行うこととしたため，旅費などに未使用額が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度は，必要なデータの計測および改良したシステムによるシミュレーションと評価を行い，その結果を国内・国際会議で発表する予定である．そのために必要となる謝金，消耗品費および旅費に充てることとしたい．
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