Development of Safe Tele-Rehabilitation System using Electrical Stimulation for Muscle Fatigue

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18K04220
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21040:Control and system engineering-related
• Research Institution: Ishikawa National College of Technology
• Principal Investigator: Kawai Yasunori 石川工業高等専門学校, 電気工学科, 准教授 (90413765)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 越野 亮 石川工業高等専門学校, 電子情報工学科, 准教授 (90369968) ; 三好 孝典 長岡技術科学大学, 技術経営研究科, 教授 (10345952)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 遠隔制御 / 電気刺激 / 筋肉疲労

Outline of Final Research Achievements

This research considers the development of a safe tele-rehabilitation system using electrical stimulation for muscle fatigue.
First, we propose the electromyography, disturbance observer, and Gaussian process regression for the estimation of muscle fatigue and safety mechanisms. Next, an improved scattering transform and time domain passivity control are proposed for the stabilization mechanism against muscle fatigue. Next, the tele-rehabilitation through HTTP communication using a Web server is constructed for the development of a cloud system with high speed and fault tolerance. Finally, we implement the experiment between National Institute of Technology, Ishikawa College and the commercial server.

Free Research Field

制御工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は，電気刺激によるバイラテラルの遠隔リハビリテーションシステムの制御を行っている。しかし，人体はモータで動くロボットとは異なり「疲労」による制御性能の劣化が大きな問題である。このとき，通信時間遅れによる理学療法士の判断遅れや遠隔制御の閉ループの不安定化により患者が怪我をする可能性がある。そこで本研究の手法を用いることで，患者の筋肉疲労を推定することができ，筋肉疲労が入っても不安定化を防ぐことができる。また，Webサーバーを用いた通信により通信の高速化と耐故障性を向上させることができる。