Yu Laboratry

千葉大学
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日常生活用義手

リハビリテーション機器

 

多様な運動のためのソフトハンドリハビリテーション装置の開発

問題提起 近年,剛体システムの代替として,リハビリテーションとパワーアシストの向けのソフトロボティクスへの関心が高まっている.
しかし,これまでに開発されたソフトグローブデバイスは,指の内転-外転を含む手関節の様々な動きをサポートすることができない.
目標 繊維強化ソフトアクチュエータと機能的電気刺激(FES)を組み合わせた,安価で持ち運び可能な家庭用リハビリグローブを開発することで,様々な上肢リハビリテーションを可能にすることを目標とする.
進捗 空気圧式繊維強化ソフトアクチュエータの製造方法を確立し,人間の関節をより高度に制御できるマルチポケット構造を作る方法を開発している.
現在,アクチュエータを五指のグローブと接続し,その制御装置とインターフェースを開発している.
また,リハビリの専門家や片麻痺患者と協働して,デバイス操作の直感性を高め,使いやすさを向上させている.

脳波と筋電図を用いた3次元連続手運動再構成のためのBCI最適化

目的  この研究の主な目的は,脳波や筋電などの非侵襲的な方法を用いて人工上肢の操作をすることである.現在,危険を伴う手術をする方法でしか信頼できる操作システムを得られない.複雑な予測器とバイオフィードバックを用いて,侵襲的な方法と同等の操作精度を達成することを目指す.
最終応用目標  手術を必要とせず,高い精度での義肢を操作を可能にする.
現在までの結果  研究室内の健常被験者において,脳波と筋電を用いることで高い精度を達成できることを示した.これから実験を上肢が不自由な方に適用し,実験室外で検討をする必要がある.
 

ソフト空気圧アクチュエータを用いた手のリハビリテーションシステムの開発

問題提起 拇指は手の機能の4割を占めるにも関わらず,拇指を含めた握力補助機器の研究数が少ない.
近年ソフト空気圧アクチュエータと呼ばれる軽くて柔らかい装置の研究が盛ん.
目標 ソフト空気圧アクチュエータを用いて拇指を含めた,軽くて安全な握力補助機器の作成
進捗 拇指の複雑な動作に合わせた補助が可能
在宅型に改良.
 

生体信号を用いた両手協調動作の推定

問題提起 肩切断者は残存筋肉が少ないため多自由度を持った肩義手を操作することが困難である.
目標 両手協調動作を推定し,自動で肩義手に両手協調動作を行わせる.
進捗 生体信号を用いた両手協調動作の推定を行っている.

健常肢と義肢の2者協調制御のための視覚に基づく3次元軌道推定の研究

目的 主な目的は,3D RGB-D Visionセンサを用いて非侵襲性義肢3D軌道を開発することである. この軌道は,健常肢と義肢の間の二者間の調整を制御できなければならない.
また、特にものが密集した環境で義肢が空間に到達し把持する際の物体識別や,障害回避におけるビジョンセンサーカメラの最適な使用法を探求する.
最終応用目標 システムが,利用者の活動を把握し,健常肢と義肢での日常生活での負担を軽減する.
現在までの結果 視覚センサは、3D軌道を推定することが可能であることが示された. しかし,現在の結果は,健常肢と義肢に対してはうまくテストされていません.
視覚センサはまた,物体と手の位置を検出,推定することのできない生体信号などのその他の方法に対する優位性も示した.

聴覚に基づく補綴器具のための感覚機能置換

目的 聴覚ディスプレイを用いて補綴器具のための非侵襲性感覚機能置換機器を開発すること.
また,この感覚的置換機器の使用が,パフォーマンス,作業負荷,注意,および感情の観点から人間とロボットとの相互作用にどのように影響しているかを調べる.
最終応用目標 開発されたシステムをトレーニングまたはサポートツールとして使用して,肢切断者の感覚システムと人工器官を動的に結合させて,毎日の物体までの手の到達および把持活動のための運動制御を改善する.
現在までの結果 聴覚フィードバック案が,動作に到達して握る際のパフォーマンスを大幅に向上させるのに有効であった.被験者が視力のみに依存する場合は,提案手法と比べ,より高い精神的努力が必要であった.
聴覚フィードバックが,人間と機械の相互作用に加えられた.また、精神生理学的手法と自己評価アンケートを使用し,精神的負荷,注意力の要求,および人工器官に対する感情を評価することで,提案手法の利点と欠点を示した.

義手への適用を目指した上肢の反射反応に関する研究

目的  到達動作中の多方向外乱に対する上肢の反射の計測(筋電位・加速度・動作軌跡)・検討
最終応用目標  義手制御に有用な反射反応の解明検討を行い、反射機能を付加することで義手の安全性・安定性の向上を目指す
 
現在までの結果 反射には、外乱の方向に依存して強度が変化するという特徴があることを示唆

空気圧アクチュエータを用いた多節パラレルリンク型肩義手の開発

目的  上肢切断者の自立支援のために,実用的な筋電肩義手を開発する.空気圧アクチュエータをリンクごとに並列配置にすることで軽量化し,構造のバックボーンをゴム素材にすることより柔軟性の向上と可動範囲の広域化を目指す.
最終応用目標  CAEを用いてバックボーンの応力・変形解析し,可動範囲の広域化にゴム素材を用いることが有効か検証する.
現在までの結果  1リンク目のバックボーンの解析結果より,バックボーンをゴム素材にした際の可動範囲に広域化が見られたため,今後は2リンク目の解析および複数の素材や負荷力を考慮した選定を行う.
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上肢動作識別のための生体信号選定とセンサハーネスの開発

目的 上肢切断者が切断の程度によらずに電動義手を使用できるようにし,QOL(Quality of Life)の向上に役立てる.
最終応用目標  肩や背中における,上肢動作の識別に有用な生体信号を選定する.また,選定した生体信号を電動義手の制御に応用し,装着型センサハーネスを作製する.
現在までの結果  手・手首を動作させたときの前腕の体表の起伏を計測した.その際,圧電フィルム(図)を前腕に貼り使用した.今後,動作間の計測データの相違を確認し,肩や背中での計測を行う.

筋電義手におけるオンライン学習法に関する研究

目的 表面筋電位から上腕・前腕の動作を識別する識別器をオンライン学習により構築することを目的とする.
最終応用目標 使用者の筋電位の特性変化に応じて,リアルタイムで識別器の更新が行えるシステムを構築し,筋電義手への適用を目指す.
現在までの結果 肩近傍の筋電位を用いてオフライン学習による識別器の構築と、構築した識別器を使用しリアルタイムで動作識別を行うことに成功した.