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2018 年度 実績報告書

脳卒中のリハビリを目指した粘弾性の予測と制御ができるパワーアシストと臨床応用

研究課題

研究課題/領域番号 16K01572
研究機関東京工芸大学

研究代表者

辛 徳  東京工芸大学, 工学部, 准教授 (00431982)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードパワーアシスト / 人口筋肉 / 空気圧ゴム / リニアモータ
研究実績の概要

本研究は皮質脳波から念じた運動に関する各関節の運動情報(関節角度、角速度など)と力学情報(関節トルク、関節の粘弾性など)を同時に予測する手法を提案し、それを用いてパワーアシストの粘弾性を制御する新たなリハビリテーションの基盤技術の構築することである。
平成28年度では大阪大学病院から患者のデータを入手して解析を行い、皮質脳波から運動情報と力学情報を同時に予測することに成功した。3人の被験者は重さが異なる3種類のペットボトルを指定した経由点を通過する2点間の到達運動を行なった。提案手法を用いて皮質脳波から力学情報(筋電信号)と運動情報(軌道)を再現することができた。この結果をScientific Reports誌に発表した。
平成29年度では物体とのインタラクションが可能なパワーアシストの製作を行った。3Dプリンターを導入することでロボットアームの設計とプロトタイプのパワーアシストが製作できた。パワーアシストに人間のような粘弾性の性質を持たせるため、空気圧の人口筋肉とリニアモータが直列で繋がっているシリアル型ハイブリッド人工筋肉を考案した。この人工筋肉は空気圧によって粘弾性の調節を、リニアモータによって筋肉の長さを制御する。さらに、パワーアシストに筋電信号の電極を埋め込む必要があるため柔らかい電極の開発もパワーアシスト製作と同時に設計を行った。この結果を国内外に発表を行った。
平成30年度では患者の皮質脳波は治療の目的で1週間しか入れないことと、運動野まで電極を入れるケースがかなり少ないため、サルの皮質脳波を用いて関節角度を推定し、4DOFのロボットアームの制御を行った。この結果をComputational Intelligence and Neuroscience誌に発表した。さらに、皮質脳波の代わりに定常状態視覚誘発電位(SSVEP)を用いてロボットアームの制御も行った。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Development of a Prosthetic Hand Based on Human Anatomy2019

    • 著者名/発表者名
      Zixun He, Aya Wakabayashi, Rezenko Roman Yurievich, Masayuki Sekiguchi, Yousun Kang, Yuta Ogai, Duk Shin
    • 雑誌名

      International Journal of Information and Electronics Engineering

      巻: - ページ: -

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of a support robot hand system using SSVEP2018

    • 著者名/発表者名
      Zixun He, Yuusuke Watanabe, Rezenko Roman Yurievich, Yousun Kang, Yuta Ogai, Duk Shin
    • 雑誌名

      IT CoNvergence PRActice (INPRA)

      巻: 6 ページ: 1-11

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Control of a Robot Arm using decoded Joint angles from Electrocorticograms in Primate2018

    • 著者名/発表者名
      Duk Shin, Hiroyuki Kambara, Natsue Yoshimura, Yasuharu Koike
    • 雑誌名

      Computational Intelligence and Neuroscience

      巻: 2018 ページ: 1-10

    • DOI

      https://doi.org/10.1155/2018/2580165

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Electromyogram refinement using muscle synergy based regulation of uncertain information2018

    • 著者名/発表者名
      Kyuengbo Min, Duk Shin, Jongho Lee, Shinji Kakei
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanics

      巻: 72 ページ: 125-133

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2018.03.020

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Development of a Prosthetic Hand Based on Human Anatomy2019

    • 著者名/発表者名
      Zixun He, Aya Wakabayashi, Rezenko Roman Yurievich, Masayuki Sekiguchi, Yousun Kang, Duk Shin
    • 学会等名
      ICMCR2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Brain network analysis of hand motor execution and imagination based on Granger causality2019

    • 著者名/発表者名
      Jiaxin Zhang, Rui Xu, Abdelkader Nasreddine Belkacem, Duk Shin, Kun Wang, Zhongpeng Wang, Bin Hao, Lu Yu, Zhifeng Qiao, Changming Wang, Chao Chen
    • 学会等名
      IMBioC2019
    • 国際学会
  • [学会発表] EEG Controlled Automated Writing Robotic Arm Based on Steady State Visually Evoked Potential2019

    • 著者名/発表者名
      Xuequan Zhu, Meng Mu, Abdelkader Nasreddine Belkacem, Duk Shin, Rui Xu, Kun Wang, Zhongpeng Wang, Changming Wang, Chao Chen
    • 学会等名
      CIVEMSA2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Classification of EEG Multiple Imagination Tasks Based on Independent Component Analysis and Relevant Vector Machines2019

    • 著者名/発表者名
      Shanting Zhang, Rui Xu, Abdelkader Nasreddine Belkacem, Duk Shin, Kun Wang, Zhongpeng Wang, Bin Hao, Lu Yu, Zhifeng Qiao, Changming Wang, Chao Chen
    • 学会等名
      IMBioC2019
    • 国際学会
  • [学会発表] 筋電信号を計測する柔らかいアクティブセンサの開発2018

    • 著者名/発表者名
      渡辺 雄介, 何 梓遜, 米山 光, 辛 徳
    • 学会等名
      日本知能情報ファジィ学会 ファジィ システム シンポジウム
  • [学会発表] SSVEPを用いたロボットハンド支援システムの開発2018

    • 著者名/発表者名
      何 梓遜, 渡辺 雄介, 米山 光, 辛 徳
    • 学会等名
      日本知能情報ファジィ学会 ファジィ システム シンポジウム
  • [備考] Control of a Robot Arm

    • URL

      https://dukshin.wixsite.com/home/research-blog

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公開日: 2019-12-27  

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