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下肢の筋特性を考慮したFES交互屈伸運動システムの構築と評価法に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 18K04214
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分21040:制御およびシステム工学関連
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, 教授 (70410298)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード交互屈伸運動 / 機能的電気刺激 / リハビリシステム / 運動制御
研究成果の概要

本研究では機能的電気刺激を用いた FES ペダリング運動と FES ローイング運動の利点を兼ね備えた FES 交互屈伸運動による新しい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左右の脚を交互に屈伸運動させる制御則と,適切な速度でトライクを走行させ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チェーン・プーリギア機構と直線運動を回転運動に変換する機構の2つをリカンベントトライクに加えることでリハビリテーションシステムを構築し,健常者を被験者とする検証実験により提案手法の有用性を検証した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で提案した FES 下肢交互屈伸運動は,従来の FES ペダリング運動でみられたデッドゾーンが存在しない運動であり,筋力が弱い患者でも運動の実現可能性が得られる点が大きな特徴である.下肢を含むシステムをラグランジュの運動方程式で表現し,屈伸運動ならびにトライクの移動モデルに対して理論的に安定性を保証する安定化制御則を提案している点に学術的意義があると考えられる.本研究で得られた結果は新しいリハビリテーション手法に繋がる可能性が高いため,社会的意義があると考えられる.

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 8件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] RISE制御によるFES下肢交互屈伸トライクシステムの構築と実験的検証2020

    • 著者名/発表者名
      Kushima Yoshihiro、Kawai Hiroyuki、Murao Toshiyuki、Kawai Yasunori、Kishitani Miyako、Suzuki Ryoichi
    • 雑誌名

      電気学会論文誌C(電子・情報・システム部門誌)

      巻: 140 号: 2 ページ: 227-234

    • DOI

      10.1541/ieejeiss.140.227

    • NAID

      130007793797

    • ISSN
      0385-4221, 1348-8155
    • 年月日
      2020-02-01
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 片麻痺患者のリハビリテーションに向けたFESによるペダリング運動の速度制御2018

    • 著者名/発表者名
      Kushima Yoshihiro、Kawai Hiroyuki、Murao Toshiyuki、Kawai Yasunori、Kishitani Miyako、Suzuki Ryoichi、Fujita Masayuki
    • 雑誌名

      電気学会論文誌C(電子・情報・システム部門誌)

      巻: 138 号: 11 ページ: 1391-1398

    • DOI

      10.1541/ieejeiss.138.1391

    • NAID

      40021726635

    • ISSN
      0385-4221, 1348-8155
    • 年月日
      2018-11-01
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Closed-Loop Position and Cadence Tracking Control for FES-Cycling Exploiting Pedal Force Direction With Antagonistic Biarticular Muscles2017

    • 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

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Tracking Control of FES Alternate Knee Bending and Stretching Trike in Consideration of Running Velocity2020

    • 著者名/発表者名
      D. Horiki, H. Kawai, Y. Kushima, T. Murao, Y. Kawai, and M. Kishitani
    • 学会等名
      46th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Iterative Learning Control for FES-Cycling With Antagonistic Biarticular Muscles2020

    • 著者名/発表者名
      M. Nagumo, H. Kawai, Y. Kushima, T. Murao, Y. Kawai, and M. Kishitani
    • 学会等名
      46th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Velocity Tracking Control of Recumbent Trike with Functional Electrical Stimulation2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Kushima, Y. Araki, H. Kawai, T. Murao, Y. Kawai, and M. Kishitani
    • 学会等名
      3rd IFAC Conference on Cyber-Physical & Human Systems
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 車速を考慮した機能的電気刺激による下肢交互屈伸運動に関する研究2020

    • 著者名/発表者名
      堀木大地, 久島康嘉, 河合宏之, 村尾俊幸, 河合康典, 岸谷都
    • 学会等名
      第63回自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] リハビリシステム構築に向けた機能的電気刺激による下肢の運動制御2020

    • 著者名/発表者名
      河合宏之
    • 学会等名
      MSCS2020 ワークショップ「Cyber-Physical & Human/Social Systemの最前線」
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Bilateral Tele-Rehabilitation System with Electrical Stimulation by using AWS IoT2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Kawai, K. Houga, H. Kawai, and T. Miyoshi
    • 学会等名
      Proc. of 2020 the 12th International Conference on Future Computer and Communication
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 自動変速機を有するFES下肢交互屈伸トライクシステムの構築2019

    • 著者名/発表者名
      堀木大地, 久島康嘉, 河合宏之, 村尾俊幸, 河合康典, 岸谷都
    • 学会等名
      計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 車速を考慮した機能的電気刺激による下肢のペダリング制御に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      荒木雄大郎,久島康嘉,河合宏之,村尾俊幸,河合康典,岸谷都
    • 学会等名
      第62回自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Bilateral Tele-Rehabilitation System using Electrical Stimulation applying Modulated Time-Domain Passivity Control2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kawai, K. Shibano, H. Kawai, T. Miyoshi, and M. Fujita
    • 学会等名
      Proc. of the Joint 8th IFAC Symposium on Mechatronic Systems and 11th IFAC Symposium on Nonlinear Control Systems, (Joint Mechatronics 2019 & NolCoS 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] FES-assisted Control for Standing-up Motion from Squatting Position2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kushima, K. Nakamura, H. Kawai, T. Murao, Y. Kawai, M. Kishitani, R. Suzuki, and M. Fujita
    • 学会等名
      Proc. of the Joint 8th IFAC Symposium on Mechatronic Systems and 11th IFAC Symposium on Nonlinear Control Systems, (Joint Mechatronics 2019 & NolCoS 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] RISE-based Anti-Windup Control of Human Lower Limb using Electrical Stimulation2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kawai, Y. Miyamoto, and H. Kawai
    • 学会等名
      2019 the 11th International Conference on Future Computer and Communication
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Bilateral Tele-Rehabilitation System for Human Lower Limb based on Scattering Matrix with New Gain2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Kawai, K. Honda, H. Kawai, and T. Miyoshi
    • 学会等名
      SICE Annual Conference 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 車速を考慮したFESトライクシステムの構築と実験検証2018

    • 著者名/発表者名
      荒木雄大郎,久島康嘉,村尾俊幸,河合康典,河合宏之
    • 学会等名
      計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 改良型スキャッタリング変換を用いた下肢のテレリハビリテーションの制御2018

    • 著者名/発表者名
      河合康典,本多健也,河合宏之
    • 学会等名
      計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 筋骨格シミュレーションによる歩行支援装置の評価2018

    • 著者名/発表者名
      堀純菜, 澤田隆之, 村尾俊幸, 河合宏之, 鈴木亮一
    • 学会等名
      平成30年度 電気関係学会 北陸支部連合大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] リハビリテーションに向けた機能的電気刺激による下肢の運動制御2018

    • 著者名/発表者名
      河合宏之
    • 学会等名
      平成30年度 電気関係学会北陸支部連合大会 日本生体医工学会 招待講演
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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