Low DOF representation of hand movements and precise control of a multi-fingered robot hand based on muscle synergies

基于肌肉协同作用的手部运动的低自由度表示和多指机器人手的精确控制

• 批准号: 21K14125
• 负责人: 山野井 佑介
• 金额: $ 3万
• 依托单位: The University of Electro-Communications
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14125/
• 关键词: 筋電義手; 運動機能解析

人の手は20関節24自由度あると言われており，汎用性高く巧緻な作業を行うのに適している．筋電義手や人工拡張肢など，近年，人の手を模したウェアラブルロボットが急速に進歩しているが，未だ健常の手とは比し難く機能が制限されている．このような試みにおいて複雑な機構の再現も然ることながら，生体信号からの多自由度の制御法の確立が大きな課題となっている．そこで本研究では多くの動作意図を抽出可能で他の運動を阻害しにくい筋電位を対象として，筋シナジー仮説に着目し，人の手の運動機能解析と多自由度ロボットハンドでの手指運動の連続制御を目指す．本研究を行うにあたり，以下の4つの小目標を定めた．a)筋活動と手指運動の同時計測による筋シナジーの解明，b)基底となる筋シナジーを用いた義手制御モデルの機械学習的獲得，c)健常者と切断者の筋活動の相関解析，d)実機・シミュレーションでのオンライン評価．1年目にあたる令和3年度では，大規模なネットワークであることからハイパーパラメータの設定に苦労し，筋活動と関節角度の対応関係の解析に遅れが生じていたが，2年目にあたる令和4年度では，GANにより筋電位を入力として関節角度を出力する推定器の学習に成功した．これにより，前年度の成果と組み合わせて筋電位を入力として5指駆動型筋電義手を制御することができている．構築した手指角度推定器の対象動作数の向上や被験者数の増加によってモデルの改良を続けつつ，並行して獲得したモデルを用いて筋活動と手指運動の筋シナジーの解析を進めている．

The human hand has 20 joints and 24 degrees of freedom, and it is easy to express and has high versatility. The electromechanical prosthetic hand is an artificial limb-opening device. In recent years, the human hand has been used to create artificial limbs. It's fast, it's fast, it's fast, it's hard, it's not easy, it's hard, it's hard, it's not functional, it's limited.このようなtrialみにおいてFU雑な社のappearanceもRANることながら,生The establishment of a multi-degree-of-freedom control method for body signals is a large project.そこでThis research is based on the possibility of pulling out the movement of the movement and the hindrance of the movement of the muscle.ー仮说に目し, the motion function analysis of the human hand and the multi-degree-of-freedom finger movement control をocular finger す. The purpose of this research is to implement the following four small goals: a) Simultaneous measurement of tendon activity and finger movement, によるsuji シナジーの解clarification, b) basal となるるシナジーを, using いた prosthetic hand to control モデルAcquisition of mechanical learning, c) Related analysis of tendon activity in healthy people and amputees, d) Comments on 実机・シミュレーションでのオンライン価. 1st year's order and 3rd year's order, large-scale orderらハイパーパラメータのsettingに労し, the relationship between tendon activity and joint angle Analyzing the raw material, the 2nd year target and the 4th year user, GAN's muscle potential, input force, joint angle, output force, estimator, learning success, etc.これにより, the result of the previous year was the combination of the み合わせて skew electric potential を input force と し て 5-finger movable type muscle electric prosthetic hand を control す る こ と が で き て い る． The finger angle estimator is constructed and the number of target actions is increased and the number of subjects is increased and improved.つつ, parallel して obtained したモデルを use いてsuji activity と finger movement のsuji シナジーのanalyze を advance めている.

项目成果

筋電センサシステム

肌电传感器系统

• 发表时间: 2021

Conditiaonal Generative Adversarial Network-based Finger Position Estimation for Controlling Multi-Degrees-of-Freedom Myoelectric Prosthetic Hands

基于条件生成对抗网络的手指位置估计，用于控制多自由度肌电假手

• 发表时间: 2023
• 作者: Hai Jiang;Yusuke Yamanoi;Yuki Kuroda;Peiji Chen;Shunta Togo;Hiroshi Yokoi
• 通讯作者: Hiroshi Yokoi

小児手掌欠損者に対する筋電義手の開発

手掌缺损儿童肌电假手的研制

• 发表时间: 2021
• 作者: 黒田勇幹，山野井佑介，島田岳佳，Hai Jiang;矢吹佳子，Dianchun Bai;髙木岳彦，Yinlai Jiang，横井浩史;千田知広，島田岳佳，黒田勇幹，矢吹佳子，山野井佑介，横井浩史，髙木岳彦;井上祐希，島田岳佳，高橋明丈，千田知広，大谷俊介，黒田勇幹，山野井佑介，矢吹佳子，髙木岳彦，横井浩史
• 通讯作者: 井上祐希，島田岳佳，高橋明丈，千田知広，大谷俊介，黒田勇幹，山野井佑介，矢吹佳子，髙木岳彦，横井浩史

個性適応型学習機能を有した他自由度筋電義手の臨床適応と性能評価

具有个体自适应学习功能的多自由度肌电假手的临床应用及性能评价

• 发表时间: 2021
• 作者: 黒田勇幹，山野井佑介，島田岳佳，Hai Jiang;矢吹佳子，Dianchun Bai;髙木岳彦，Yinlai Jiang，横井浩史
• 通讯作者: 髙木岳彦，Yinlai Jiang，横井浩史

義手

假手

• 发表时间: 2023