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2019 年度 実績報告書

筋シナジーと動的プリミティブの運動理論に基づく歩行訓練とロボット療法

研究課題

研究課題/領域番号 19H02111
研究機関大阪大学

研究代表者

平井 宏明  大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (60388147)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードリハビリテーション / 脳神経疾患 / 人間機械システム / 知能機械
研究実績の概要

本研究では,脳卒中リハビリテーションを「身体協調に基づく中枢神経系の機能回復」と捉え,患者の身体協調の再獲得と保持を促進する歩行再建のためのロボット訓練法の開発を行う.筋シナジーと動的プリミティブの新しい運動理論に基づく運動介入(身体協調に基づくインピーダンスと平衡点の調整訓練)が下肢ロボット療法として効果的であることを臨床研究を通じて検証する.
具体的には,以下の3つの小課題を克服することにより,課題の達成を目指す.
(1)診断 ― 異常な身体協調の定量化
(2)治療 ― 正常な身体協調の再獲得を促進する運動介入
(3)効果 ― 臨床試験による介入効果の科学的根拠の獲得
初年度は,上記(1)診断,(2)治療の課題に取り組んだ.離散運動と周期運動の異なる動的プリミティブに対し,筋シナジー,インピーダンス,平衡点の観点から運動解析を行うとともに,個別のプリミティブを訓練するロボットシステムを開発した.また,機能的電気刺激によるインピーダンス変調と介入のバランス能力への効果について検証を行った.一連の成果と関連技術は,学術論文3件,学会発表9件(国外3件,国内6件),書籍2件,特許取得2件(国外1件,国内1件)にまとめられている.なお,取得特許については,出願日が前身研究の期間内であるため,下記には記載されていない.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

現在のところ,研究を遂行する上で大きな問題を生じていないため.

今後の研究の推進方策

本年度に得られた成果に基づき,来年度も計画通り研究を進めていく予定である.

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件) 図書 (2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Massachusetts Institute of Technology(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Massachusetts Institute of Technology
  • [雑誌論文] Equilibrium point-based control of muscle-driven anthropomorphic legs reveals modularity of human motor control during pedaling2020

    • 著者名/発表者名
      E. Watanabe, H. Hirai, and H. I. Krebs
    • 雑誌名

      Advanced Robotics

      巻: 34(5) ページ: 328

    • DOI

      https://doi.org/10.1080/01691864.2019.1708790

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Standing and stepping control with switching rules for bipedal robots based on angular momentum around ankle2019

    • 著者名/発表者名
      M. Uemura and H. Hirai
    • 雑誌名

      International Journal of Humanoid Robotics

      巻: 16(5) ページ: 1950022-1

    • DOI

      https://doi.org/10.1142/S0219843619500221

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 起立から歩行にいたる一連の動作の位相面解析2019

    • 著者名/発表者名
      鎌田一平, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
    • 雑誌名

      電気学会論文誌C(電子・情報・システム部門誌)

      巻: 139(9) ページ: 1020

    • DOI

      https://doi.org/10.1541/ieejeiss.139.1020

    • 査読あり
  • [学会発表] Exploiting the invariant structure for controlling multiple muscles in anthropomorphic legs: III. reproducing hemiparetic walking from equilibrium point-based synergies2019

    • 著者名/発表者名
      E. Watanabe, K. Kozasa, R. Fujihara, H. Hirai, K. Yoshida, H. Naritomi, H. I. Krebs
    • 学会等名
      2019 IEEE 16th International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Virtual trajectory in human walking and running: dynamic patterns depended on gait speed2019

    • 著者名/発表者名
      R. Fujihara, H. Hirai, K. Kozasa, E. Watanabe, A. Nishikawa, D. Kogawa, H. Nagao, Y. Kaneko, H. I. Krebs
    • 学会等名
      41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Modeling of metacarpophalangeal joint movement using functional electrical stimulation by controlling the equilibrium-point2019

    • 著者名/発表者名
      M. Nagai, K. Atsuumi, K. Taniguchi, K. Matsui, H. Hirai, A. Nishikawa
    • 学会等名
      41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] 機能的電気刺激を用いたヒト足関節インピーダンス変調 ―立位バランス制御への影響―2019

    • 著者名/発表者名
      小笹航平, 平井宏明, 堀開登, 丹羽英人, 藤原諒, 渡邉英知, 西川敦, Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      第20回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2019)
  • [学会発表] 中長距離ランナーの走行時の下肢仮想軌道の推定 ―運動速度に依存した動的パターンの形成―2019

    • 著者名/発表者名
      藤原諒, 平井宏明, 古川大輔, 長尾裕史, 金子靖仙, 小笹航平, 山口修平, 肥川知樹, 渡邉英知, 西川敦, Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      第20回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2019)
  • [学会発表] 機能的電気刺激によるヒト足関節のインピーダンス変調2019

    • 著者名/発表者名
      小笹航平, 平井宏明, 堀開登, 丹羽英人, 藤原諒, 渡邉英知, 西川敦, Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      第37回日本ロボット学会学術講演会(RSJ2019)
  • [学会発表] ヒト歩行・走行運動における下肢仮想軌道の推定2019

    • 著者名/発表者名
      藤原諒, 平井宏明, 小笹航平, 渡邉英知, 山口修平, 肥川知樹, 西川敦, 古川大輔, 長尾裕史, 金子靖仙, Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      第37回日本ロボット学会学術講演会(RSJ2019)
  • [学会発表] ヒト運動制御戦略に基づく機能的電気刺激を用いた中手指節関節運動制御モデルの同定と評価2019

    • 著者名/発表者名
      永井美和, 松居和寛, 厚海慶太, 谷口和弘, 平井宏明, 西川敦
    • 学会等名
      生体医工学シンポジウム2019
  • [学会発表] 機能的電気刺激における噛み締め動作を利用した制御入力機器の提案2019

    • 著者名/発表者名
      大野正太朗, 松居和寛, 谷口和弘, 厚海慶太, 平井宏明, 西川敦
    • 学会等名
      生体医工学シンポジウム2019
  • [図書] Applications of Synergies in Human Machine Interfaces2019

    • 著者名/発表者名
      R. Vinjamuri, Z.-H. Mao, and A. Maybhate eds.
    • 総ページ数
      148
    • 出版者
      Lausanne: Frontiers Media
    • ISBN
      978-2-88945-897-4
  • [図書] 身体運動とロボティクス2019

    • 著者名/発表者名
      川村貞夫, 小澤隆太, 塩澤成弘, 吉岡伸輔, 伊坂忠夫, 平井宏明, 宮崎文夫
    • 総ページ数
      144
    • 出版者
      コロナ社
    • ISBN
      978-4-339-04529-1
  • [備考] 大阪大学大学院基礎工学研究科 身体運動制御学グループ 西川研究室

    • URL

      http://hmc.me.es.osaka-u.ac.jp

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公開日: 2021-01-27  

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