神経系の仕組みを考慮した訓練を要さないパワーアシスト装置・義手

考虑神经系统机制且无需训练的助力装置/假臂

基本信息

批准号：
09J08906
负责人：
川瀬利弘
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、筋電信号からの運動情報推定を用いたリハビリテーション用装置に関し、以下のように研究を進めた。1.前年度までの成果と、提案したアシスト手法に関する新たな考察をまとめ、原著論文として発表した。新たな考察では、筋電信号から平衡位置とスティフネスを推定しスティフネスを仮想的に増やすアシスト手法に関し、アシスト中の平衡位置が使用者の筋骨格系の平衡位置に十分近くなることを数式的に示した。これは、使用者がこの装置を随意的に動かせることを、これまでより明確に裏付けるものである。2.開発したアシスト装置が、使用者と環境が相互作用するときにおいてどのように働くかを、力覚提示機能を備えた仮想現実環境で仮想のボールを受け取るタスクによって調べた。実験の結果、従来型のアシスト手法では、使用者の予測的な運動制御が変化してしまったのに対し、本研究で提案した手法ではこのような予測的制御が正しく働き、数回のトライアルを経て安定した受け取り動作ができるようになった。3.本研究のアシスト手法を多関節・多自由度の動作に対応させることを目的とし、多自由度の運動を表現できる筋骨格モデルを構成した。そしてこのモデルから得られた平衡位置推定モデルを、肩・肘の動作におけるデータにフィッティングさせた。その結果、狭い角度範囲ではモデルは実際の運動を表現できるが、広い角度範囲のデータに対して当てはめるためには、筋のモーメントアームの関節角度依存性を表現する必要があることが示唆された。4.本研究の提案手法をリハビリテーション用途に使用することを目指し、脊髄損傷患者の筋電信号から平衡位置を推定する試みを行った。その結果、提案手法をそのまま適用するためには筋骨格モデルの改良が必要だが、ニューラルネットを用いた推定の結果から、患者の筋電信号に運動を再現するために必要な情報が含まれていることが示唆された。

今年，我们对利用肌电信号估计运动信息的康复设备进行了如下研究。 1.总结了上一年取得的成果以及对所提出的辅助方法的新思考，并作为原始论文发表。在一项新的研究中，关于根据肌电信号估计平衡位置和刚度并虚拟地增加刚度的辅助方法，我们通过数学计算得出辅助期间的平衡位置足够接近用户肌肉骨骼系统的平衡位置。这比以往任何时候都更清楚地证实用户可以随意移动设备。 2.我们研究了所开发的辅助设备在用户与环境交互时如何工作，在配备力传感显示功能的虚拟现实环境中接收虚拟球的任务。实验结果表明，使用传统的辅助方法，用户的预测运动控制发生了变化，但使用本研究提出的方法，这种预测控制工作正常，并且经过多次试验后，用户的预测控制发生了变化。稳定的接收操作成为可能。 3.为了使本研究的辅助方法适应多关节、多自由度运动，我们构建了一个能够表达多自由度运动的肌肉骨骼模型。然后将从该模型获得的平衡位置估计模型拟合到肩部和肘部运动的数据。结果表明，该模型可以表示较窄角度范围内的实际运动，但为了拟合较宽角度范围内的数据，有必要表示肌肉力臂的关节角度依赖性。 4.为了将本研究提出的方法用于康复目的，我们尝试根据脊髓损伤患者的肌电信号来估计平衡位置。结果，尽管需要改进肌肉骨骼模型以便按原样应用所提出的方法，但使用神经网络的估计结果表明患者的肌电信号包含再现运动所需的信息。有。