機能的電気刺激による下肢リハビリシステムのペダリング運動制御に関する研究

• 研究課題/領域番号: 15K06156
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 制御・システム工学
• 研究機関: 金沢工業大学
• 研究代表者: 河合 宏之 金沢工業大学, 工学部, 准教授 (70410298)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2015年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: ペダリング運動 / 機能的電気刺激 / リハビリシステム / 速度制御 / ローイング運動

研究成果の概要

本研究では下肢に問題を抱える人のリハビリテーション手法を提案した．特に，機能的電気刺激を用いて片麻痺患者のペダリング運動を実現するための制御則を提案し，理論的な安定性解析をおこなった．実用面からの貢献としてエアロバイクとリカンベントトライクを用いた２種類のリハビリテーションシステムを構築し，健常者ならびに片麻痺患者による検証実験により提案手法の有用性を検証した．

研究成果

• [雑誌論文] Closed-Loop Position and Cadence Tracking Control for FES-Cycling Exploiting Pedal Force Direction With Antagonistic Biarticular Muscles (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kawai, Matthew J. Bellman, Ryan J. Downey, Warren E. Dixon
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Control Systems Technology 巻: 印刷中 号: 2 ページ: 730-742
  • DOI: 10.1109/tcst.2017.2771727
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 電気刺激を用いたリハビリシステムに関する研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 河合宏之
  • 雑誌名: 北陸経済研究 巻: 441 ページ: 44-45
• [雑誌論文] Comparing the Induced Muscle Fatigue Between Asynchronous and Synchronous Electrical Stimulation in Able-bodied and Spinal Cord Injured Populations (2015)
  • 著者名/発表者名: R. J. Downey, M. J. Bellman, H. Kawai, C. M. Gregory, and W. E. Dixon
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering 巻: 23-6 号: 6 ページ: 964-972
  • DOI: 10.1109/tnsre.2014.2364735
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] FES-assisted Cycling with Velocity Tracking Control for Hemiparesis Rehabilitation (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Kushima, H. Kawai, T. Murao, Y. Kawai, M. Kishitani, R. Suzuki, and M. Fujita
  • 学会等名: Proc. of the 2017 IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics
  • 国際学会
• [学会発表] Tele-Rehabilitation System for Human Lower Limb using Electrical Stimulation based on Bilateral Teleoperation (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawai, K. Honda, H. Kawai, T. Miyoshi, and M. Fujita
  • 学会等名: Proc. of the 2017 IEEE Conference on Control Technology and Applications
  • 国際学会
• [学会発表] Bilateral Control of Nonlinear Teleoperation for 2DOF Robot Manipulators with Antagonistic Bi-articular Muscles (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Murao, H. Kawai, K. Hirata, and M. Fujita
  • 学会等名: Proc. of the 11th Asian Control Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 機能的電気刺激を用いた立ち上がり動作のリハビリシステム構築に関する研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中村光一, 河合宏之, 村尾俊幸, 河合康典
  • 学会等名: 第18回 SICE システムインテグレーション部門 講演会論文集
• [学会発表] 機能的電気刺激によるペダリング運動の速度制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 久島康嘉, 河合宏之, 岸谷都
  • 学会等名: 第17回 SICE システムインテグレーション部門 講演会論文集
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2016-12-17
• [学会発表] Tracking Control using Muscle Contraction Model for Human Lower Limb (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawai, K. Ejiri, and H. Kawai
  • 学会等名: Proc. of the SICE Annual Conference 2016
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2016-09-23
  • 国際学会
• [学会発表] Development of FES Alternate Knee Bending and Stretching System with RISE-based Control (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamazaki, Y. Kushima, H. Kawai, Y. Kawai, T Murao, and R. Suzuki
  • 学会等名: Proc. of the SICE Annual Conference 2016
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2016-09-22
  • 国際学会
• [学会発表] Co-Contraction of Antagonist Muscles of Human Limb using Neural Network-based Control (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawai, K. Ejiri, and H. Kawai
  • 学会等名: Proc. of the 2015 IEEE/SICE International Symposium on System Integration
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-12-12
  • 国際学会
• [学会発表] FES Knee Bending and Stretching System with RISE-based Tracking Control for Human Limb (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Kushima, K. Kawataka, H. Kawai, Y. Kawai, and W. E. Dixon
  • 学会等名: Proc. of the 2015 IEEE Multi-conference on Systems and Control
  • 発表場所: Sydney, Australia
  • 年月日: 2015-09-22
  • 国際学会