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2014 年度 実施状況報告書

仮想壁で姿勢を安定化:仮想インピーダンスと振動刺激による歩行時立位姿勢の保持支援

研究課題

研究課題/領域番号 25870242
研究機関横浜国立大学

研究代表者

島 圭介  横浜国立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50649754)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード立位姿勢保持支援 / ライトタッチコンタクト / 振動刺激 / ニューラルネット / 倒立振子モデル
研究実績の概要

前年度までに確立させた仮想ライトタッチコンタクト法に基づき,倒立真摯を用いた人間の立位制御モデルを構築するとともに,モデルパラメータに基づいて立位機能を評価するためのインデックス定義を目指して研究を行った.
具体的には,倒立振子モデルにライトタッチコンタクト(LTC)による反力入力,ならびにヒトの位置覚特性を考慮したモデルを構築し,動力学シミュレーションによってLTCの再現を可能とした[電子情報通信学会口頭発表].また,仮想LTC法に含まれるインピーダンスパラメータを変化させた際に被験者の立位状態と重心動揺に与える影響を調査し,それらの関係性をモデル化するとともに,加速度パラメータのみでLTCの効果を与えられることを明らかにした.また,加速度センサを用いた新しい仮想LTCシステムを提案し,有効性を検証した[電子情報通信学会口頭発表].さらに,仮想LTCを用いた立位機能評価システムの提案を行った[SI2014口頭発表].
また,評価指標などから立位機能を定量化するためには,特徴量から運動機能状態を正確に推定する方法が必要である.本年度は,特徴ベクトルから未学習クラスを推定可能な新しいニューラルネットを提案し,有効性を示した[ロボット学会誌論文掲載].

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

仮想的な壁を被験者の周りに設置するための基礎理論ならびに機会インピーダンスモデルに基づく仮想反力の推定歩法を既に確立しており,推定反力を小型振動子制御に用いることでLTCの効果を与えられる事実を既に明らかにしている.また,LTCの現象解明に向け,新たなヒト立位モデルの構築や立位機能評価の新しい方法論確立に取り組んで成果を挙げており,これらは高齢者の転倒予防実現に向けて大いに寄与するものである.

今後の研究の推進方策

基礎理論は既に確立済みであるため,前年度までに構築した仮想LTCモデルおよび立位支援システムについて被験者を増加させて論文誌へ投稿する.また,ヒト立位モデルならびに立位機能評価システムについても被験者増加と理論の検証,成果発表を推し進める.さらに,小型ウェアラブルデバイスによる歩行支援デバイスの開発を目指す.

次年度使用額が生じた理由

学会発表時に想定していた金額より少ない費用で対応することができたため.

次年度使用額の使用計画

繰り越し分は,今年度分の物品使用費と併せて消耗品の購入に使用する.

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (5件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 未学習クラス推定ニューラルネットの提案と筋電義手制御への応用2015

    • 著者名/発表者名
      島 圭介,今儀 潤一,早志 英朗,芝軒 太郎,栗田 雄一,辻 敏夫
    • 雑誌名

      日本ロボット学会誌

      巻: 33 ページ: 1-10

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Recurrent Probabilistic Neural Network with Dimensionality Reduction Based on Time-series Discriminant Component Analysis2015

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Hayashi, Taro Shibanoki, Keisuke Shima, Yuichi Kurita, and Toshio Tsuji
    • 雑誌名

      EEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems

      巻: - ページ: 1-8

    • DOI

      10.1109/TNNLS.2015.2400448

    • 査読あり
  • [学会発表] 仮想ライトタッチコンタクトを利用した立位機能評価システム2014

    • 著者名/発表者名
      坂田 茉実,白樫 公介,島 圭介,島谷 康司
    • 学会等名
      第15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
    • 発表場所
      東京ビッグサイト
    • 年月日
      2014-12-17
  • [学会発表] 未学習クラス推定ニューラルネットを用いた筋電パターン識別システム2014

    • 著者名/発表者名
      青木 貴裕,島 圭介
    • 学会等名
      第15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
    • 発表場所
      東京ビッグサイト
    • 年月日
      2014-12-17
  • [学会発表] A Novel Classification Method with Unlearned-class Detection Based on a Gaussian Mixture Model2014

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Shima and Takahiro Aoki
    • 学会等名
      2014 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics
    • 発表場所
      San Diego
    • 年月日
      2014-10-05 – 2014-10-08
  • [学会発表] 余事象分布を導入した混合正規分布に基づく未学習クラス推定ニューラルネット2014

    • 著者名/発表者名
      青木 貴裕,島 圭介
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2014
    • 発表場所
      富山市総合体育館
    • 年月日
      2014-05-26
  • [学会発表] 振動刺激を利用した仮想ライトタッチコンタクトによる歩行支援法2014

    • 著者名/発表者名
      島 圭介,白樫 公介,島谷 康司
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2014
    • 発表場所
      富山市総合体育館
    • 年月日
      2014-05-26
  • [備考] 横浜国立大学 島研究室

    • URL

      http://www.bmer.ynu.ac.jp/

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公開日: 2016-06-01  

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