電気刺激を用いた触覚通信制御による触覚臨場感コミュニケーションの実現

通过使用电刺激的触觉通信控制实现触觉存在通信

基本信息

批准号：
18J14704
负责人：
北村知也
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Saitama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J14704/
关键词：
機能的電気刺激バイラテラル制御ヒューマンインタフェース

项目摘要

本研究では多自由度遠隔操作システムの構築に向けて、機能的電気刺激を用いた触覚双方向制御システムの実現を研究目標としている。本年度では前年度に提案した人の動特性推定手法をもとに得られたモデルを用いて、機能的電気刺激を用いた関節角度制御性能の向上手法を提案した。前年度に得られた結果より、人の動特性はむだ時間を含む１次遅れ系で近似できることを示した。本結果は、入力に高周波のキャリア周波数を有するPWM変調を用いることでキャリア周波数の影響を抑制し、制御性能が向上することを示唆している。現に機能的電気刺激を用いた身体制御分野では振戦と呼ばれる関節の振動が問題とされており、これはキャリア周波数が低周波(20~50 Hz)であるため起こるものである。本研究ではキャリア周波数が1 kHzの高周波刺激装置を作成し、その際の制御性能を検証した。結果では、キャリア周波数の影響による振動を抑制し、所望の周波数の運動を実現できることが示された。加えて、筋疲労を抑制できる示唆が得られた。これはキャリア周波数の成分が不要な筋収縮を促し、筋疲労を加速させていたが、提案手法ではそれを抑制することで筋疲労を抑制できたと考察した。加えて、機能的電気刺激を用いた人とロボットの３自由度バイラテラル制御を提案した。検証実験では刺激による反力伝達により操作者の作業効率が向上し、成功率の向上、作業時間の短縮を示した。本研究成果は国際論文誌、および査読付き国際学会に採択され、学術的な新規性・有用性を評価された。従って、本年度の研究成果は機能的電気刺激を用いた触覚双方通信制御の実現という課題に対して大きく貢献するものであり、大いに成果を得ることができた。

这项研究旨在使用功能性电刺激实现触觉双向控制系统，以构建多度自由度的遥控系统。在今年，我们提出了一种使用功能电气刺激来改善关节角度控制性能的方法，该模型是基于上一年提出的动态特征估计方法获得的模型。上一年获得的结果表明，人类动力学可以通过包括废物时间在内的一阶延迟系统近似。结果表明，在输入下使用高频载体频率使用PWM调制抑制了载体频率的影响并改善了控制性能。在使用功能性电刺激的人体控制领域中，当前称为震颤的关节振动是一个问题，因为载体频率较低（20-50 Hz）。在这项研究中，创建了具有1 kHz的载体频率的高频刺激器，并验证了控制性能。结果表明，可以抑制由载体频率的影响引起的振动，并且可以以所需的频率进行运动。此外，还提出了可以抑制肌肉疲劳的建议。这是因为载体频率成分促进了不必要的肌肉收缩和加速的肌肉疲劳，但是提出的方法认为抑制这种方法可以抑制肌肉疲劳。此外，我们提出了使用功能性电刺激对人和机器人的三个自由度对照。在验证实验中，通过刺激引起的反作用力传播提高了操作员的工作效率，并提高了成功率并减少了工作时间。这项研究结果是由国际期刊和经过同行评审的国际会议选择的，并因其学术新颖性和有用性而进行了评估。因此，今年的研究结果为实现功能电刺激实现触觉通信控制的挑战做出了重大贡献，我们取得了良好的成果。

项目成果

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专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Bilateral Control of Two Finger Joints Using Functional Electrical Stimulation

使用功能性电刺激对两个手指关节进行双边控制

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hasegawa Yuu;Kitamura Tomova;Sakaino Sho;Tsuji Toshiaki
通讯作者：
Tsuji Toshiaki

Control Using High-carrier Frequency PWM in Functional Electrical Stimulation

功能性电刺激中使用高载波频率 PWM 的控制

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kitamura Tomoya;Hasegawa Yuu;Tsuji Toshiaki;Sakaino Sho
通讯作者：
Sakaino Sho

Bilateral Control of Elbow and Shoulder Joints Using Functional Electrical Stimulation Between Human and Robot

使用人类和机器人之间的功能性电刺激对肘关节和肩关节进行双边控制

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kitamura Tomoya;Hasegawa Yuu;Tsuji Toshiaki;Sakaino Sho;Hasegawa Yuu Kitamura Tomoya Sakaino Sho Tsuji Toshiaki
通讯作者：
Hasegawa Yuu Kitamura Tomoya Sakaino Sho Tsuji Toshiaki

Control with Adjusted Pulse Frequency and Amplitude in Functional Electrical Stimulation

功能性电刺激中调节脉冲频率和幅度的控制