2014 Fiscal Year Research-status Report
ＮＭＥＳによる３対６筋を考慮した下肢の閉ループ系による協調制御システムの開発
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25820188
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| Research Institution | Ishikawa National College of Technology |
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Principal Investigator |
河合 康典 石川工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (90413765)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 神経筋の電気刺激 / 協調制御 / ロバスト制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，「NMESによる3対6筋を考慮した下肢の閉ループ系による協調制御システムの開発」において，(1)「シミュレーション解析」，(2)「実験装置の製作と日本での実験」を実施した。予定していた (3)「University of Floridaでの実験」は，1年目の報告書に書いたとおり，我々の研究室で実験装置の製作が完了したために実施しなかった。
はじめに，シミュレーション解析では，拮抗2関節筋を用いた3対6筋からなる協調制御モデルを考えた。しかし，実際の電気刺激の実験では，体の深部にある大腰筋と小さくて他の筋肉と区別しにくい大腿二頭筋短頭への電気刺激が困難であることから，4つの筋肉について考えた。解析では，レッグエクステンションを用いた下肢の数式モデルについて，RISEに基づく制御器を用いて，下肢の閉ループシステムが安定であることを確認した。また，外乱抑制があり，目標値追従することを確認して，さらに制御器のパラメータを調整した。
次に，実験装置の製作では，昨年度に製作した装置に，電気刺激による力の大きさと向きを測定する装置を追加した。これは，過去の文献などで人間の各筋肉が働く力の向きなどは知られているが，電気刺激で測定した結果でないことから必要であった。予定していた医療機関に持ち込んでの実験はできなかったが，我々の研究室で自分を被験者にして各筋肉が働く力の向きと大きさを測定でき，各筋肉の働かせ方について検討することができた。また，主動筋と拮抗筋を同時に働かせる共収縮を用いて，過渡応答の改善をおこなった。
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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
本研究の目的は，拮抗2関節筋を含む3対6筋をNMESでRISE制御することにより，人間の動きに近い動作をさせることである。そのために，安定性・ロバスト性解析を行い，シミュレーション，実験による検証を行う。
2年目は (1)シミュレーション解析，(2)実験装置の製作と日本での実験，(3)University of Floridaでの実験，の3つを計画した。不必要になった(3)を除く2つを達成することができた。これにより，研究期間内で明らかにする事項の中で，「シミュレーションにより安定性，ロバスト性，追従性能を検証する。」と「NMESによる下肢の3対6筋を用いた閉ループ系での協調制御実験を完成させる。」の1部を達成することができた。また，1年目に残った医療機関と実験についての検討，が引き続き課題として残っているが，本研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の3年目の計画は，当初，(1)実験，(2)まとめ，の2つである。
実験では，2年目に行った電気刺激によって各筋肉に働く力の向きと大きさの情報を用いて，4つの筋肉を強調させる動作を実現する予定である。これまでは，レッグエクステンションを用いていたが，多くの筋肉が必要なさまざまな動作で検証実験を行う予定である。
まとめについては，実験結果をまとめて論文に投稿する予定である。
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| Causes of Carryover |
2年目はほぼ計画とおりで，1年目の残額がほぼそのまま残ったためである。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
各種検証実験を行うため，それに使用する予定である。
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