身体情報フィードバックを用いた人の起立運動改善システムの構築

• Project/Area Number: 12J08702
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Intelligent mechanics/Mechanical systems
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 安 琪 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2012: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 起立動作 / 筋シナジー / 神経筋骨格モデル / リハビリテーション / 最小可知差異 / バイオフィードバック / 高齢化社会 / シナジー解析

Outline of Annual Research Achievements

我が国の高齢者人口は20%を超え，社会保障費の増大や介護者への負担，生活の質の低下が問題となっている．その状況を改善するため本研究では，ヒトの日常生活動作の起点となるヒト起立動作に着目した．ヒトは異なる座面高においても運動速度を調整しながら起立を達成することができる．これはヒトの身体に含まれる冗長性に起因するものであるが，運動中にヒトがどのようにこの冗長な筋をいかに制御しているのか十分に解明されていない．そのため本研究では特に筋シナジーと呼ばれる複数筋の協調という運動単位に注目した解析を行い，ヒトの起立動作中にどのような筋シナジー構造があって，異なる運動に対していかに適応的に運動を達成するのかを明らかにした．
ヒト被験者に対する計測実験では，運動中の身体軌道・床反力・筋活動を計測し，それらのデータから非負値行列因子分解を用いることで，筋シナジーを抽出する．身体軌道と床反力のデータはそれぞれ起立における4つのフェーズを同定するために用いた（上体の前屈，離床，全身の伸展，姿勢制御）．特に異なる座面高と運動速度が異なる起立動作に対しても，4つの非常に類似した筋シナジーの空間パターンが存在し，異なる座面高に対してはその振幅を調整し，異なる運動速度に対しては継続時間を調整することで個別の筋を制御することなく適応的な動作が生成されることを示すことができた．

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Analysis of Human Motor Skill in Dart Throwing Motion at Different Distance (2015)
  • Author(s): J. Nakagawa, Q. An, Y. Ishikawa, H. Oka, K. T.akakusaki, H. Yamakawa, A. Yamashita, H. Asama
  • Journal Title: SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration Volume: 8 Pages: 79-85
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 膝関節実形状模型を用いたヒトの起立動作時の負荷計測システムの開発 (2015)
  • Author(s): 花谷耕平, 山川博司, 石川雄己, Qi An, 山下淳, 淺間一
  • Journal Title: 精密工学会誌 Volume: 81 Pages: 99-104
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 座面高と速度の異なるヒト起立動作における筋シナジー解析 (2014)
  • Author(s): Q. An, 石川雄己, 舩戸徹郎, 青井伸也, 岡敬之, 山川博司, 山下淳, 淺間一,
  • Journal Title: 計測自動制御学会論文集 Volume: 50 Pages: 560-568
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synergy Analysis of Sit-to-Stand in Young and Elderly People (2013)
  • Author(s): Qi An, Yusuke Ikemoto, and Hajime Asama
  • Journal Title: Journal of Robotics and Mechatronics Volume: 25 Pages: 1038-1049
• [Presentation] 筋シナジーの時間パターンがヒト起立動作に与える影響の神経筋骨格モデルを用いた解明 (2015)
  • Author(s): Q. An, 石川雄己, 青井伸也, 舩戸徹郎, 岡敬之, 山川博司, 山下淳, 淺間一
  • Organizer: 第20回ロボティクスシンポジア
  • Place of Presentation: 軽井沢プリンスホテルウエスト，北佐久郡，長野県
  • Year and Date: 2015-03-15 – 2015-03-16
• [Presentation] ローイング動作におけるスキルの抽出と教示 (2015)
  • Author(s): 柳井香史朗, Q. An, 中川純希, 温文, 山川博司, 山下淳, 淺間一
  • Organizer: 第20回ロボティクスシンポジア
  • Place of Presentation: 軽井沢プリンスホテルウエスト，北佐久郡，長野県
  • Year and Date: 2015-03-15 – 2015-03-16
• [Presentation] Muscle Synergy Analysis of Human Standing-up Motion Using Forward Dynamic Simulation with Four Body Segment Model (2014)
  • Author(s): Q. An, Y. Ishikawa, T. Funato, S. Aoi, H. Oka, H. Yamakawa, A. Yamashita and H. Asama
  • Organizer: 12th International Symposium on Distributed Autonomous Robotic Systems (DARS2014)
  • Place of Presentation: Daejeon, Korea
  • Year and Date: 2014-11-02 – 2014-11-05
• [Presentation] Extraction and Evaluation of Proficiency in Bed Care Motion for Education Service of Nursing Skill (2014)
  • Author(s): J. Nakagawa, Q. An, Y. Ishikawa, K. Yanai, H. Yamakawa, J. Yasuda, A. Yamashita, H. Asama
  • Organizer: International Conference on Serviceology (ICServ2014)
  • Place of Presentation: 慶応大学，横浜市，神奈川県
  • Year and Date: 2014-09-14 – 2014-09-16
• [Presentation] Visualization of Muscle Activity during Squat Motion for Skill Education (2014)
  • Author(s): K. Yanai, Q. An, Y. Ishikawa, J. Nakagawa, W. Wen, H. Yamakawa, A. Yamashita, and H. Asama
  • Organizer: International Conference on Servicology (ICServ2014)
  • Place of Presentation: 慶応大学，横浜市，神奈川県
  • Year and Date: 2014-09-14 – 2014-09-16
• [Presentation] Elevation angleの近似平面を用いた変形性膝関節症患者の歩容解析 (2014)
  • Author(s): 石川雄己, Q. An, 中川純希, 戸島美智生, 安井哲郎, 岡敬之, 芳賀信彦, 山下淳, 淺間一
  • Organizer: 日本機械学会2014年度年次大会
  • Place of Presentation: 東京電気大学，足立区，東京都
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] シートを使ったベッド上介助動作を対象とした教育サービスのための技能の優先順位付け (2014)
  • Author(s): 中川純希, Q. An, 石川雄己, 柳井香史朗, 保田淳子, 温文, 山川博司, 山下淳, 淺間一
  • Organizer: 第32回日本ロボット学会学術講演会
  • Place of Presentation: 九州産業大学，福岡市，福岡県
  • Year and Date: 2014-09-04 – 2014-09-06
• [Presentation] Generation of Human Standing-up Motion with Muscle Synergies Using Forward Dynamic Simulation (2014)
  • Author(s): Q. An, Y. Ishikawa, T. Funato, S. Aoi, H. Oka, H. Yamakawa, A. Yamashita, and H. Asama
  • Organizer: 2014 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA2014)
  • Place of Presentation: Hong Kong, China
  • Year and Date: 2014-05-31 – 2014-06-07
• [Presentation] シートを使ったベッド上介助動作における技能抽出 (2014)
  • Author(s): 中川純希, Qi An, 石川雄己, 柳井香史朗, 山川博司, 保田淳子, 山下淳, 淺間一
  • Organizer: 第2回サービス学会
  • Place of Presentation: 公立はこだて未来大学，函館市，北海道
  • Year and Date: 2014-04-28 – 2014-04-29
• [Presentation] Effect Of Varus Gait On Anterior Cruciate Ligament: To Clarify Mechanism Of Pathogenesis of Knee Osteoarthritis (2014)
  • Author(s): Y. Ishikawa, Q. An, J. Nakagawa, H. Oka, A. Yamashita and H. Asama
  • Organizer: 2014 World Congress on Osteoarthritis (OARSI2014)
  • Place of Presentation: Paris, France
  • Year and Date: 2014-04-24 – 2014-04-27
• [Presentation] 起立アシスト装置開発のためのヒューマノイドロボットを用いた立ち上がり動作の解析 -アシスト力の位置とタイミングが膝関節に与える影響の解析- (2014)
  • Author(s): 林鍾勲, 石川雄己, Qi An, 山川博司, 山下淳, 淺間一
  • Organizer: 2013年度精密工学会春季大会
  • Place of Presentation: 東京大学，文京区，東京都
  • Year and Date: 2014-03-13 – 2014-03-15
• [Presentation] スクワット動作におけるコツの可視化” (2014)
  • Author(s): 柳井香史朗, Qi An, 石川雄己, 山川博司, 山下淳, 淺間一
  • Organizer: 2013年度精密工学会春季大会
  • Place of Presentation: 東京大学，文京区，東京都
  • Year and Date: 2014-03-13 – 2014-03-15
• [Presentation] Elevation angleを用いた膝疾患患者術前後歩容の解析 (2014)
  • Author(s): 石川雄己, Qi An, 中川純希, 戸島美智雄, 岡敬之, 安井哲郎, 山下淳, 淺間一
  • Organizer: 2013年度精密工学会春季大会
  • Place of Presentation: 東京大学，文京区，東京都
  • Year and Date: 2014-03-13 – 2014-03-15
• [Presentation] 膝関節実形状模型を用いたヒトの起立動作時の負荷計測 (2014)
  • Author(s): 花谷耕平, 山川博司, 石川雄己, Qi An, 山下淳，淺間一
  • Organizer: 2013年度精密工学会春季大会
  • Place of Presentation: 東京大学，文京区，東京都
  • Year and Date: 2014-03-13 – 2014-03-15
• [Presentation] 若手研究者によるブレインストーミングと実践から垣間見る表面筋電信号計測・解析システムの応用可能性 -第19回創発システムシンポジウムワークショップにおける成果 (2013)
  • Author(s): 松下光次郎, 成岡健一, 西川鋭, 築地原里樹, 安部祐一, 安琪, 大脇大
  • Organizer: 計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会2013
  • Place of Presentation: ピアザ淡海，大津市，滋賀県
  • Year and Date: 2013-11-18 – 2013-11-20
• [Presentation] UCM解析を用いたダーツ投擲動作における関節間協調の解明 (2013)
  • Author(s): 中川純希, Qi An, 石川雄己, 岡敬之, 高草木薫, 山川博司, 山下淳, 淺間一
  • Organizer: 計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会2013
  • Place of Presentation: ピアザ淡海，大津市，滋賀県
  • Year and Date: 2013-11-18 – 2013-11-20
• [Presentation] Analysis of Contribution of Muscle Synergies on Sit-to-Stand Motion Using Musculoskeletal Model (2013)
  • Author(s): Qi An, Yuki Ishikawa, Junki Nakagawa, Hiroyuki Oka, Hiroshi Yamakawa, Atsushi Yamashita, and Hajime Asama
  • Organizer: IEEE Workshop on Advanced Robotics and its Social Impacts (ARSO 2013)
  • Place of Presentation: 芝浦工業大学，江東区，東京都
  • Year and Date: 2013-11-07 – 2013-11-09
• [Presentation] Muscle Synergy Analysis of Human Standing-up Motion with Different Chair Heights and Different Motion Speed (2013)
  • Author(s): Qi An, Yuki Ishikawa, Junki Nakagawa, Hiroyuki Oka, Hiroshi Yamakawa, Atsushi Yamashita, and Hajime Asama
  • Organizer: IEEE International Conference on System, Man, and Cybernetics (SMC 2013)
  • Place of Presentation: Manchester, United Kingdom
  • Year and Date: 2013-10-13 – 2013-10-16
• [Presentation] Analysis of Coordination between Arm Activity and Postural Control in Dart Throwing Motion (2013)
  • Author(s): Junki Nakagawa, Qi An, Yuki Ishikawa, Hiroyuki Oka, Hiroshi Yamakawa, Atsushi Yamashita, and Hajime Asama
  • Organizer: IEEE International Conference on System, Man, and Cybernetics (SMC 2013)
  • Place of Presentation: Manchester, United Kingdom
  • Year and Date: 2013-10-13 – 2013-10-16
• [Presentation] 順動力学計算を用いた筋シナジーによるヒトの起立動作の生成 (2013)
  • Author(s): 安琪, 石川雄己, 舩戸徹郎, 青井伸也, 岡敬之, 山川博司, 山下淳, 淺間一
  • Organizer: 第31回ロボット学会学術講演会
  • Place of Presentation: 首都大学東京，八王子市，東京都
  • Year and Date: 2013-09-04 – 2013-09-06
• [Presentation] 順動力学計算を用いた筋シナジーによるヒトの起立動作の生成 (2013)
  • Author(s): 安琪, 石川雄己, 舩戸徹郎, 青井伸也, 岡敬之, 山川博司, 山下淳, 淺間一
  • Organizer: 第19回創発シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪アカデミア，大阪市，大阪府
  • Year and Date: 2013-08-31 – 2013-09-02
• [Presentation] 健常者におけるダーツ投擲動作のUCM解析による関節間協調の解明 (2013)
  • Author(s): 中川純希, 安琪, 石川雄己, 岡敬之, 山川博司, 山下淳, 淺間一
  • Organizer: ロボティクス・メカトロニクス講演会2013
  • Place of Presentation: 筑波大学，つくば市，茨城県
  • Year and Date: 2013-05-22 – 2013-05-25
• [Presentation] 筋骨格モデルを用いた健常若年者の起立動作のシナジー解析 (2013)
  • Author(s): 安 琪
  • Organizer: 第18回ロボティクスシンポジア
  • Place of Presentation: 山形, 古窯
  • Year and Date: 2013-03-15
• [Presentation] アシスト装置開発のための股関節角度の最小可知差異の測定 (2012)
  • Author(s): 安 琪
  • Organizer: 日本ロボット学会第30回講演会
  • Place of Presentation: 北海道, 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2012-09-20
• [Presentation] Evaluation of Wearable Gyroscope and Accelerometer Sensor (PocketIMU2) during Walking and Sit-to-Stand Motions (2012)
  • Author(s): Qi An
  • Organizer: 21st IEEE International Symposium on Robot and Human Interactive Communication
  • Place of Presentation: Paris, France
  • Year and Date: 2012-09-11
• [Presentation] Continuous Vocalization Control of a Full-Scale Assistive Robot (2012)
  • Author(s): Qi An
  • Organizer: IEEE International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics
  • Place of Presentation: Rome, Italy
  • Year and Date: 2012-06-27
• [Presentation] Effect of Vibrotactile Feedback on Robotic Object Manipulation (2012)
  • Author(s): Qi An
  • Organizer: IEEE International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics
  • Place of Presentation: Rome, Italy
  • Year and Date: 2012-06-25
• [Presentation] 感覚器フィードバックを用いた起立動作誘導システムの設計 (2012)
  • Author(s): 安 瑛
  • Organizer: ロボティクスメカトロニクス講演会2012
  • Place of Presentation: 静岡, アクトシティ浜松
  • Year and Date: 2012-05-28