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上肢運動計測ロボットの周期非周期運動制御による高次脳機能障害診断

研究課題

研究課題/領域番号 19J11506
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分21040:制御およびシステム工学関連
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

村松 久圭  慶應義塾大学, 理工学部, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2020年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2019年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード周期/非周期分離フィルタ / 周期/非周期分離制御 / モーションコントロール / 運動学習 / 周期/非周期運動制御
研究開始時の研究の概要

超高齢化社会への突入に伴い脳損傷による高次脳機能障害数は増加の一途にある。本研究は脳損傷による運動障害へ着目し,失った運動機能を再獲得するメカニズムを検討する運動学習研究(神経心理学)とロボットの運動制御研究(制御工学)の複合領域研究を行う。
本研究は以下2点を実施する。【A】周期非周期運動制御を提案し,周期的なリハビリ運動と人間における非周期的な運動へ異なる制御を実現する。次に上肢運動計測ロボットを開発する。これを用いて,【B】健常者(若年)・健常者(高齢)・患者の順番で,運動制御手法を比較する運動学習実験を実施し,ロボットにおける運動制御の運動学習に対する効果を明らかにする。

研究実績の概要

超高齢化社会への突入に伴い脳損傷による高次脳機能障害者数は増加の一途にある.本研究は脳損傷による運動障害へ着目し,失った運動機能を再獲得するメカニズムを検討する運動学習研究(神経心理学)とロボットの運動制御研究(制御工学)の複合領域研究を行った.
2020年度は研究開始時に計画していた運動学習研究に向けた実験を,COVID-19に伴う昨今の状況を踏まえ保留とした.代わりに,運動制御研究へ重点をおいて研究を実施した.
運動制御研究では,これまでに,周期/非周期分離フィルタを用いた周期/非周期運動制御のフレームワーク構築し,周期運動と非周期運動の分離制御を実現した.これに伴い,6種類の周期/非周期運動制御手法(1. 周期位置/非周期力制御,2. 周期位置/非周期インピーダンス制御,3. 周期力/非周期位置制御,4. 周期力/非周期インピーダンス制御,5. 周期インピーダンス/非周期位置制御,6. 周期インピーダンス/非周期力制御)を提案した.さらに,周期/非周期分離フィルタを改良し,雑音下における信号の周期信号と非周期信号への分離を実現した.
運動学習研究では,2019年度までに実施した若年健常者140名を対象とした運動学習実験結果を用いて,解析を行った.書字運動の上達度より,健常者の螺旋書字学習では,ロボットアシストを利用しないことで良好な学習が行われる可能性が示唆された.
更なる実験に向けて,ダイレクトドライブモータおよびリニアモータを用いた広帯域力推定が可能な3自由度上肢運動計測ロボットを設計・開発した.本ロボットへ周期/非周期運動制御を実装し,その有効性を確認した.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 6件)

  • [雑誌論文] Periodic/Aperiodic Motion Control Using Periodic/Aperiodic Separation Filter2020

    • 著者名/発表者名
      Hisayoshi Muramatsu, Seiichiro Katsura
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Industrial Electronics

      巻: 67, 9 号: 9 ページ: 7649-7658

    • DOI

      10.1109/tie.2019.2942535

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] An Enhanced Periodic-Disturbance Observer for Improving Aperiodic-Disturbance Suppression Performance2019

    • 著者名/発表者名
      Hisayoshi Muramatsu, Seiichiro Katsura
    • 雑誌名

      IEEJ Journal of Industry Applications

      巻: 8 号: 2 ページ: 177-184

    • DOI

      10.1541/ieejjia.8.177

    • NAID

      130007606525

    • ISSN
      2187-1094, 2187-1108
    • 年月日
      2019-03-01
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Periodic-Disturbance Observer2020

    • 著者名/発表者名
      Hisayoshi Muramatsu and Seiichiro Katsura
    • 学会等名
      The 2nd International Symposium on Applied Abstraction and Integrated Design
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect Examination of Four-Type Robot-Assisted Training on Motor Learning2020

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Ebato, Hisayoshi Muramatsu, Yoshihiro Itaguchi, Hiroshi Yoshizawa, Kazuyoshi Fukuzawa, and Seiichiro Katsura
    • 学会等名
      The 2nd International Symposium on Applied Abstraction and Integrated Design
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Parameter Adjustment Based on Genetic Algorithm for Adaptive Periodic-Disturbance Observer2020

    • 著者名/発表者名
      Xiao Feng, Hisayoshi Muramatsu, and Seiichiro Katsura
    • 学会等名
      The 2nd International Symposium on Applied Abstraction and Integrated Design
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Periodic/Aperiodic Processing of Haptic Information for Package Leak Detection2020

    • 著者名/発表者名
      Yuta Kakimi, Hisayoshi Muramatsu, and Seiichiro Katsura
    • 学会等名
      The 2nd International Symposium on Applied Abstraction and Integrated Design
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Parameter Adjustment Based on Genetic Algorithm for Adaptive Periodic-Disturbance Observer2020

    • 著者名/発表者名
      Xiao Feng, Hisayoshi Muramatsu, and Seiichiro Katsura
    • 学会等名
      The 45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 周期信号抽出の観点におけるコムフィルタと周期非周期分離フィルタの性能比較2020

    • 著者名/発表者名
      垣見宥太, 村松 久圭, 桂 誠一郎
    • 学会等名
      令和2年電気学会全国大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Motor Learning with Four Types of Robot Controls2019

    • 著者名/発表者名
      Hisayoshi Muramatsu, Yoshihiro Itaguchi, Chiharu Yamada, Hiroshi Yoshizawa, Kazuyoshi Fukuzawa, and Seiichiro Katsura
    • 学会等名
      Neural Control of Movement 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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