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。

本研究的目标是利用功能性电刺激实现触觉交互控制系统，旨在构建多自由度远程控制系统。今年，我们提出了一种利用功能性电刺激来提高关节角度控制性能的方法，该方法使用的是基于前一年提出的人体动态特征估计方法获得的模型。去年获得的结果表明，人体动态特性可以通过包含死区时间的一阶滞后系统来近似。该结果表明，使用高载波频率输入的 PWM 调制可以抑制载波频率的影响并提高控制性能。在使用功能性电刺激的身体控制领域中，由于载波频率低（20至50Hz），被称为震颤的关节振动是一个问题。在本研究中，我们创建了一种载波频率为1 kHz的高频刺激装置并验证了其控制性能。结果表明，可以抑制由于载波频率的影响而产生的振动，并实现所需频率的运动。此外，有人认为可以抑制肌肉疲劳。这是因为载波频率成分促进了不必要的肌肉收缩，加速了肌肉疲劳，但所提出的方法能够通过抑制这种情况来抑制肌肉疲劳。此外，我们提出了使用功能性电刺激对人类和机器人进行三自由度双边控制。验证实验表明，通过刺激传递反作用力，提高了操作者的工作效率，提高了成功率，缩短了工作时间。该研究成果被国际期刊和同行评审的国际会议接受，并评价其学术新颖性和实用性。因此，今年的研究成果将极大地有助于利用功能性电刺激实现双向触觉通信控制的挑战，并且我们能够取得很好的成果。

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