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本研究プログラムにおける中心研究者(山海嘉之)が『サイバニクス』技術を駆使した最先端人支援技術研究を推進する上で必要な研究テーマをそれぞれの分野の先生に加わっていただき、推進しています。

上肢・下肢の運動支援機器および操作インタフェース

長谷川泰久

システム情報系 准教授(サイバニクス研究センター、知能機能工学域) 

最先端サイバニクス研究にて、運動支援機器の研究および次世代リハビリテーション支援技術の研究を担当し、運動支援機器の研究に関し下記の3項目の研究を進めている。
a) 舌を用いた操作インタフェースの研究開発
b) 指を用いた歩行支援機器操作インタフェースの研究開発
c) 脊髄性筋委縮症患者用机上作業支援機器の研究開発

また、次世代リハビリテーション支援技術の研究に関して下記の2項目について研究を進めている。
d) 鍵盤楽器演奏支援システムによる上肢運動訓練効果の検証
e) 下肢感覚刺激・運動支援システムによる脳活動計測および評価

舌を用いた操作インタフェースと鍵盤楽器演奏支援システムによる上肢運動訓練装置について報告する。

手足の運動機能を失った人でも支援機器を容易に操作できる操作インタフェースの開発を目的として、口腔外から計測した生体電位信号をもとに舌運動の検出を行う操作インタフェースを提案した。生体電位信号は前頸部にアレイ状に多数の電極(図1)配置することで口腔外から計測し、動作検出には主成分分析による次元の縮退後、SVM (Support Vector Machine)を用いた。提案した検出手法による動作検出の精度は、オフラインによる実験より、全体平均で92%、最低でも80.2%の精度で検出できることが確認できた。また、訓練を重ねることで、より検出精度が向上することも確認した。この手法および製作したインタフェースを用いてPCモニター上のカーソルポインタの位置・クリック操作実験を行い、操作性を評価した。製作したインタフェースの操作性は脳波を用いたインタフェースよりも優れた結果を得た。今後、研究テーマ(c)の机上作業支援機器の操作に利用し、作業支援機器の有用性向上を目指す。

これまでに受動運動によるタッピング動作学習の効果を確認し、また、複数タスクの受動運動学習において学習の干渉がおこることを確認してきた。これらの実験で扱ったタッピング順序のみならずリズムおよび運指を伴うより機能的な鍵盤楽器演奏動作支援による訓練効果について本プロジェクトにて取り組んでいる。現在、鍵盤楽器演奏動作提示用の装着型教示装置を設計し、その手指打鍵部と手首、前腕部(図2)の製作を行った。各指80[gf]以上の鍵盤押し付け力を発揮し、8[Hz]での打鍵が可能であり、電子ピアノへの打鍵が行えることを確認した(図3)。また、電子ピアノの演奏支援を外部入力と同期して行うインタフェースの開発を行った。今後、手首位置の教示装置の準備を行い、支援動作の評価実験を行い、支援による演奏上達効果について比較・評価を行う。

図1 前頸部アレイ電極

図2 手指拘束部

図3 打鍵力計測実験

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