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電気刺激を用いた触覚通信制御による触覚臨場感コミュニケーションの実現

Research Project

Project/Area Number 18J14704
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Human interface and interaction
Research InstitutionSaitama University
Research Fellow 北村 知也  埼玉大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords機能的電気刺激 / バイラテラル制御 / ヒューマンインタフェース
Outline of Annual Research Achievements

本研究では多自由度遠隔操作システムの構築に向けて、機能的電気刺激を用いた触覚双方向制御システムの実現を研究目標としている。
本年度では前年度に提案した人の動特性推定手法をもとに得られたモデルを用いて、機能的電気刺激を用いた関節角度制御性能の向上手法を提案した。
前年度に得られた結果より、人の動特性はむだ時間を含む1次遅れ系で近似できることを示した。本結果は、入力に高周波のキャリア周波数を有するPWM変調を用いることでキャリア周波数の影響を抑制し、制御性能が向上することを示唆している。現に機能的電気刺激を用いた身体制御分野では振戦と呼ばれる関節の振動が問題とされており、これはキャリア周波数が低周波(20~50 Hz)であるため起こるものである。本研究ではキャリア周波数が1 kHzの高周波刺激装置を作成し、その際の制御性能を検証した。結果では、キャリア周波数の影響による振動を抑制し、所望の周波数の運動を実現できることが示された。加えて、筋疲労を抑制できる示唆が得られた。これはキャリア周波数の成分が不要な筋収縮を促し、筋疲労を加速させていたが、提案手法ではそれを抑制することで筋疲労を抑制できたと考察した。
加えて、機能的電気刺激を用いた人とロボットの3自由度バイラテラル制御を提案した。検証実験では刺激による反力伝達により操作者の作業効率が向上し、成功率の向上、作業時間の短縮を示した。
本研究成果は国際論文誌、および査読付き国際学会に採択され、学術的な新規性・有用性を評価された。従って、本年度の研究成果は機能的電気刺激を用いた触覚双方通信制御の実現という課題に対して大きく貢献するものであり、大いに成果を得ることができた。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(7 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Journal Article] Bilateral Control of Elbow and Shoulder Joints Using Functional Electrical Stimulation Between Humans and Robots2020

    • Author(s)
      Hasegawa Yuu、Kitamura Tomoya、Sakaino Sho、Tsuji Toshiaki
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: 8 Pages: 15792-15799

    • DOI

      10.1109/access.2020.2967466

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Control Using High-carrier Frequency PWM in Functional Electrical Stimulation2019

    • Author(s)
      Kitamura Tomoya、Hasegawa Yuu、Tsuji Toshiaki、Sakaino Sho
    • Organizer
      45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Bilateral Control of Elbow and Shoulder Joints Using Functional Electrical Stimulation Between Human and Robot2019

    • Author(s)
      Hasegawa Yuu Kitamura Tomoya Sakaino Sho Tsuji Toshiaki
    • Organizer
      2019年電気学会電子・情報・システム部門大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Estimation of Relationship between Stimulating Current and Exerted Force Considering Muscle Length2019

    • Author(s)
      Tomoya Kitamura Yuu Hasegawa Sho Sakaino Toshiaki Tsuji
    • Organizer
      the 5th IEEJ international workshop on Sensing, Actuation, Motion Control, and Optimization (SAMCON2019)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Control with Adjusted Pulse Frequency and Amplitude in Functional Electrical Stimulation2018

    • Author(s)
      Kitamura Tomoya、Mizukami Naoto、Mizoguchi Hiroto、Sakaino Sho、Tsuji Toshiaki
    • Organizer
      2018 40th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Estimation of Relationship Between Stimulation Current and Force Exerted During Isometric Contraction2018

    • Author(s)
      Kitamura Tomoya、Sakaino Sho、Hasegawa Yuu、Tsuji Toshiaki
    • Organizer
      IECON 2018 - 44th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Bilateral Control of Two Finger Joints Using Functional Electrical Stimulation2018

    • Author(s)
      Hasegawa Yuu、Kitamura Tomova、Sakaino Sho、Tsuji Toshiaki
    • Organizer
      IECON 2018 - 44th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-05-01   Modified: 2021-01-27  

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