2014 Fiscal Year Research-status Report
前腕切断者の作業を支援する筋電位を用いた機器制御手法に関する研究
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25350680
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
曲谷 一成 東海大学, 工学部, 教授 (00181610)
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2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 筋電位 / SEMG / 手指の動作推定 / 筋力の推定 / 義手制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々の研究目的は前腕切断者の残存筋に注目し、そこから導出した複数チャネルの筋電位を用いて前腕切断者の意志に従った動作を推定すること、およびその推定結果に従って機器を制御しその制御結果を切断者に感覚的にフィードバックできるようなマン・マシンインタフェースを構築することである。
今年度の目標は1) 我々の開発した96チャネルで構成された他チャネル筋電位測定装置を用い導出した複数チャネルの筋電位から手指動作を識別するための最適な導出手法の確立、2) 筋が動作している際の筋の発生している力を推定しこれを筋電位によってコントロール使用とする機器の力制御に利用する技術の開発、3) 筋電位によってコントロールされる機器(例えば電動義手やロボットハンド)が動作時に受ける反力を操作者にフィードバックする技術の開発である。
上記事項1)については、動作識別規則として正準判別分析法とサポートベクターマシン(SVM)を取り上げ、複数の被験者を用い実験を行い識別率や訓練による利便性の向上度を評価した。この結果複雑な動作を識別する場合にはSVMが有効であるが、多くの場合線形識別規則である正準判別分析法で十分な精度を得られることが確認された。
2)については以前の研究において筋電位の振幅の積分値が握力にほぼ比例することが確かめられている。この結果に基づき手の握りおよび回内、回外動作による発生筋力を評価した。この結果どのような動作においても発生する筋力は筋電位の振幅の積分値にほぼ比例することが確認され、この結果をロボットハンドに伝えるシステムを構築した。
3)についてはロボットハンドシステムの把持力を操作者の筋電位で制御するシステムを開発し、ハンドが物体を把持した場合にハンド部が受ける反力を操作者にフィードバックするシステムを試作した。この機器の評価については来年度に行う予定である。
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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
本研究の研究目標は前腕部より導出した筋電位から手指の動作を正確に識別する手法を確立するとともに、その際に筋から発生する力を推定する手法を開発し、これらを統合することにより前腕部筋電位により電動義手に代表される機器を制御するためのマン・マシンインタフェースを開発することである。助成金申請時の調書において、平成26年度以降の研究計画はおおむね以下の通りである。1) 識別した手指の動作を実際にコンピュータや動力義手等の入力動作に割付け、機器を制御するためのインタフェースの開発。2) 動力義手のようなアクチュエータを有する機器を制御する場合の、機器が発生する力とそれを利用者にフィードバックする制御システムの開発。
以上の目標に対して我々は平成26年度に次に述べる成果を上げた。1) 制御対象として多自由度を有するロボットハンドを取り上げ、これを筋電位の識別結果によりコントロールするシステムを構築した。ここで作り上げたシステムはハンド部の握り、開き、手首の回内、回外、掌屈、背屈動作を操作者の前腕から導出した筋電位に従って高精度で実現できることが確認された。また、この動作において特に握りの場合を取り上げ筋電位から推定した握力に基づきハンドの把持力を制御するシステムを開発し、実験によりほぼ人の握力に比例した把持力を提示できることを確認した。2) ロボットハンドのハンド部に圧力センサを取り付け、ハンドが物体を把持する際にハンドが受ける反力を検出する機構を開発した。これを利用者の握り動作に対して反力として提示する装置を試作しその評価を行った。また、前述の通り導出した筋電位から手指の動作を推定するための識別規則についても評価を行い線形識別規則である正準判別分析法が有効であることが確認できた。
このように当初目標とした事項に関してはほぼその内容を満足する研究成果が得られたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記のように当初目的とした平成26年度の研究目標はほぼ達成できたと考えている。ただし、電動義手やロボットハンドなど操作者が筋電位で操作する対象が動作によって受ける反力を提示する機構については、現段階では単純な機構を試作した段階であり、実用的なインタフェースを開発する場合には、多点での反力検出センサを開発すること、および検出した多点での反力を操作者にフィードバック提示するための機構を開発することが必須である。また、操作者を前腕切断者に限定した場合どのように反力を提示するかという問題についても考慮する必要がある。
平成27年度は、現在開発を行っている前腕切断者に対する反力提示機構について評価を行う予定である。具体的には検出する反力をハンド部に設置した圧力センサ1点とし、ここから検出した物体把持における反力を、操作者の上腕部に取り付けたマンシェット(血圧測定に使う上腕部圧迫用のゴム袋)に与える圧力の変化として提示する機構を用い、その評価を行う予定である。またハンド部の受ける反力は物体の形状によりその分布状況が異なるため、ハンド部に多点で反力を計測できるセンサを取り付ければ、より正確な把持物体の形状に応じた反力を得ることができると考える。そこで多点で反力を検出できるセンサの機構を構築するとともに、検出した多点の反力を操作者に提示するための圧力ディスプレイを試作し評価する予定である。
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| Causes of Carryover |
本来は学会発表にかかる旅費および論文発表にかかる費用を予定しておりましたが、研究者の体調不良により発表件数が予定したものより少なくなってしまいました。このため残金が発生しております。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度における物品費にプラスして物品の購入に充てる予定です。
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