筋シナジーの抽出・予測に基づく人と機械の融合

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23360112
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 宮崎 文夫 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20133142)
• 研究分担者: 植村 充典 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (00512443) ; 西川 敦 信州大学, 繊維学部, 教授 (20283731) [辞退] ; 平井 宏明 大阪大学, 基礎工学研究科, 講師 (60388147)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: ロボティクス / 人間機械システム / リハビリテーション / コーチング

研究実績の概要

【研究目的】
本研究では、冗長筋骨格系を有する人およびロボットの運動制御や運動支援を「筋シナジー」の観点から解釈し、筋シナジーの抽出/予測結果をもとに人と機械の融合を考察する。ここでは、筋拮抗比・筋拮抗和の2つの新概念を導入し、冗長筋群の活動を運動タスク固有の筋シナジーと関連づけることで、身体の運動制御モデル（中枢において数少ないタスク変数で表現された運動指令が筋シナジーを介して多くの筋群の活動指令に変換されるモデル）を確立するとともに、マスタの運動意図をリアルタイムに読み取り、スレーブへの運動指令に自動変換を行う人と機械をつなぐ知的情報処理システムの開発を行う。

【研究成果】
本年度は、分担者毎に進めてきた3つのアプローチ（筋骨格構造体を包括的に統合するアプローチ、筋骨格ロボットの運動制御を主体とするアプローチ、人の運動支援を主体とするアプローチ）に則して研究成果をまとめ、筋骨格構造体の運動制御/運動支援法の体系化、筋シナジーに基づく制御法の確立と人との親和性に優れた筋骨格ロボットの実現、筋シナジーに基づく人の運動支援法の確立とその有効性の検証を行った。これにより、プロジェクト全体として、提案概念の体系化と幅広い実用応用例を示すことに成功した。これらの成果は、学術論文誌(5件)、学会発表(14件)及び特許出願(2件)等にまとめられている。また現在、国際会議へ論文(2件)を投稿中である。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Electrophysiological characteristics of task-specific tremor in 22 instrumentalists (2015)
  • 著者名/発表者名: Lee A, Tominaga K, Furuya S, Miyazaki F
  • 雑誌名: Journal of Neural Transmission 巻: 122(3) ページ: 393-401
  • DOI: 10.1007/s00702-014-1275-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] 水平面内におけるヒト上肢運動時のEMG信号を利用した筋シナジー、平衡点軌道および手先剛性の新しい評価法の提案 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宇野かんな、奥貴紀、古場啓太郎、植村充典、平井宏明、宮崎文夫
  • 雑誌名: 日本ロボット学会誌 巻: 32(7) ページ: 603-614
  • DOI: 10.7210/jrsj.32.603
  • 査読あり
• [雑誌論文] 多チャンネル型機能的電気刺激によるヒト肘関節運動の平衡点制御 ～等尺性環境下における検証～ (2014)
  • 著者名/発表者名: 松居和寛, 菱井康生, 前垣和也, 山下雄人, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
  • 雑誌名: 計測自動制御学会論文集 巻: 50(11) ページ: 755-762
  • DOI: 10.9746/sicetr.50.755
  • 査読あり
• [雑誌論文] Equilibrium-point control of human elbow-joint movement under isometric environment by using multichannel functional electrical stimulation (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsui K, Hishii Y, Maegaki K, Yamashita Y, Uemura M, Hirai H, Miyazaki F
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: 8 ページ: 164
  • DOI: 10.3389/fnins.2014.00164
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantification of a secondary task-specific tremor in a violinist after a temporal lobectomy (2014)
  • 著者名/発表者名: Lee A, Tominaga K, Furuya S, Miyazaki F
  • 雑誌名: Frontiers in Human Neuroscience 巻: 8 ページ: 559
  • DOI: 10.3389/fnhum.2014.00559
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Iterative Motion Learning with Stiffness Adaptation for Multi-joint Robots (2014)
  • 著者名/発表者名: Uemura M, Kawamura S, Hirai H, Miyazaki F
  • 学会等名: IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO2014)
  • 発表場所: Bali (Indonesia)
  • 年月日: 2014-12-05 – 2014-12-10
• [学会発表] Functional electrical stimulation for equilibrium-point control of human ankle movement: frequency domain system identification of human ankle dynamics (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamashita Y, Maegaki K, Matsui K, Oku T, Uno K, Koba K, Phatiwuttipat P, Murakami K, Uemura M, Hirai H, Miyazaki F
  • 学会等名: ASME 2014 Dynamic Systems and Control Conference (DSCC 2014)
  • 発表場所: San Antonio (USA)
  • 年月日: 2014-10-22 – 2014-10-24
• [学会発表] Abnormal muscle synergies significantly alter endpoint stiffness and virtual trajectory while drawing in a horizontal plane (2014)
  • 著者名/発表者名: Oku T, Uno K, Nishi T, Kageyama M, Phatiwuttipat P, Koba K, Yamashita Y, Uemura M, Hirai H, Miyazaki F, H. Naritomi
  • 学会等名: 1st Clinical Movement Analysis World Conference (ESMAC-SIAMOC 2014)
  • 発表場所: Rome (Italy)
  • 年月日: 2014-09-29 – 2014-10-04
• [学会発表] 非拘束環境下における多チャンネル型機能的電気刺激(FES)による平衡点制御モデルの解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松居和寛, 前垣和也, 山下雄人, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
  • 学会等名: 生体医工学シンポジウム2014
  • 発表場所: 東京農工大学 （東京都、小金井市）
  • 年月日: 2014-09-26 – 2014-09-27
• [学会発表] 筋シナジー解析に基づく歩行運動時の平衡点軌道及び足先剛性の推定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 北村貴志, 古場啓太郎, 富永健太, 宇野かんな, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
  • 学会等名: 生体医工学シンポジウム2014
  • 発表場所: 東京農工大学 （東京都、小金井市）
  • 年月日: 2014-09-26 – 2014-09-27
• [学会発表] ヒール靴着用時の歩行運動における足関節拮抗筋対の協調作用の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 辻真緒, 富永健太, 奥貴紀, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
  • 学会等名: 生体医工学シンポジウム2014
  • 発表場所: 東京農工大学 （東京都、小金井市）
  • 年月日: 2014-09-26 – 2014-09-27
• [学会発表] 非駆動関節を有するロボットに対する共振を利用した運動と関節剛性の調節法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
  • 学会等名: 第32回日本ロボット学会学術講演会
  • 発表場所: 九州産業大学 （福岡県、福岡市）
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-06
• [学会発表] Pilot study on quantitative assessment of muscle imbalance: differences of muscle synergies, equilibrium-point trajectories, and endpoint stiffness in normal and pathological upper-limb movements (2014)
  • 著者名/発表者名: Oku T, Uno K, Nishi T, Kageyama M, Phatiwuttipat P, Koba K, Yamashita Y, Murakami K, Uemura M, Hirai H, Miyazaki F, Naritomi H
  • 学会等名: 36th Annual International Conference on the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC 2014)
  • 発表場所: Chicago (USA)
  • 年月日: 2014-08-26 – 2014-08-30
• [学会発表] A novel muscle synergy extraction method to explain the equilibrium-point trajectory and endpoint stiffness during human upper-limb movements on a horizontal plane (2014)
  • 著者名/発表者名: Uno K, Oku T, Phatiwuttipat P, Koba K, Yamashita Y, Murakami K, Uemura M, Hirai H, Miyazaki F
  • 学会等名: 5th IEEE RAS&EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob 2014)
  • 発表場所: Sao Paulo (Brazil)
  • 年月日: 2014-08-12 – 2014-08-15
• [学会発表] Tacit representation of muscle activities during coordination training: muscle synergy analysis to visualize motor enhancement in virtual trajectory of multi-joint arm movement (2014)
  • 著者名/発表者名: Koba K, Murakami K, Oku T, Uno K, Phatiwuttipat P, Yamashita Y, Uemura M, Hirai H, Miyazaki F
  • 学会等名: 5th IEEE RAS&EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob 2014)
  • 発表場所: Sao Paulo (Brazil)
  • 年月日: 2014-08-12 – 2014-08-15
• [学会発表] 走行運動における足先平衡点軌道の推定と予測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 富永健太, 古場啓太郎, 宇野かんな, 奥貴紀, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
  • 学会等名: 第8回 Motor Control 研究会
  • 発表場所: 筑波大学 （茨城県、つくば市）
  • 年月日: 2014-08-07 – 2014-08-09
• [学会発表] ヒト腕/脚運動に適用可能な新しい筋シナジー抽出法の提案 ― 数理モデルに基づく筋シナジーの物理的解釈 ― (2014)
  • 著者名/発表者名: 宇野かんな, 奥貴紀, 富永健太, 古場啓太郎, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
  • 学会等名: 第8回 Motor Control 研究会
  • 発表場所: 筑波大学 （茨城県、つくば市）
  • 年月日: 2014-08-07 – 2014-08-09
• [学会発表] 片麻痺による筋シナジーの変化が平衡点軌道・手先剛性に与える影響について ― 水平面内における上肢リーチングタスクの運動戦略の解析 ― (2014)
  • 著者名/発表者名: 奥貴紀, 宇野かんな, 西知紀, 景山昌行, 古場啓太郎, 富永健太, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫, 成冨博章
  • 学会等名: 第8回 Motor Control 研究会
  • 発表場所: 筑波大学 （茨城県、つくば市）
  • 年月日: 2014-08-07 – 2014-08-09
• [学会発表] 螺旋描画におけるヒト腕の運動学習と制御 ― 運動学習に伴う仮想軌道の洗練化 ― (2014)
  • 著者名/発表者名: 古場啓太郎, 宇野かんな, 奥貴紀, 富永健太, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
  • 学会等名: 第8回 Motor Control 研究会
  • 発表場所: 筑波大学 （茨城県、つくば市）
  • 年月日: 2014-08-07 – 2014-08-09
• [図書] Motor Control Based on the Muscle Synergy Hypothesis, In Cognitive Neuroscience Robotics: Synthetic Approaches to Human Understanding (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirai H, Pham HTT, Ariga Y, Uno K, Miyazaki F; Ishiguro H, Osaka M, Fujikado T, Asada M (Eds.)
  • 総ページ数: 未定
  • 出版者: Springer
• [図書] 身体運動とロボティクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 小澤隆太, 平井宏明, 宮崎文夫, 伊坂忠夫, 有本卓
  • 総ページ数: 未定
  • 出版者: コロナ社
• [産業財産権] 運動解析装置、運動解析方法及び運動解析プログラム (2014)
  • 発明者名: 宮崎文夫、平井宏明、植村充典、宇野かんな、奥貴紀
  • 権利者名: 国立大学法人大阪大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: PCT/JP2014/80764
  • 出願年月日: 2014-11-20
  • 外国
• [産業財産権] 脚相移行タイミング判定方法、脚相移行タイミング判定装置、歩行支援制御方法及び歩行支援装置 (2014)
  • 発明者名: 植村充典、宮崎文夫、平井宏明
  • 権利者名: 国立大学法人大阪大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2014-141865
  • 出願年月日: 2014-07-10