Development of exoskeleton robot control guiding user to appropriate motion according to situation

开发外骨骼机器人控制，引导用户根据情况进行适当的运动

• 批准号: 21K17836
• 负责人: 古川 淳一朗
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 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-21K17836/
• 关键词: アシストロボット; 運動推定; 生体信号; 外骨格型ロボット; ヒト-ロボット協調; EMG; 画像処理

本研究の目的は、状況に応じた適切な動作へと導くアシストロボット制御手法の構築を目指す。本年度はアシスト機器による支援方策の違いがヒトの運動に与える影響を解析し、適切な動作へと導くアシスト戦略の検討を進めた。調査対象とした運動タスクはヒトの生成する運動のなかでも起点となり、さらには特に負担が高く支援が必要とされる立ち上がり動作に焦点を当てて進めた。運動解析のために、モーションキャプチャーシステム、筋電計測システムをロボット制御時に同時計測可能とするシステムを構築した。本実験では開発した椅子型支援機器を用いた。このアシスト機器は座面が前後・上下に移動することによりヒトの起立動作を支援する。これら構築したシステムを用いて複数の実験協力者により数種類のアシスト方策を適用し、立ち上がり動作における運動情報を取得するとともに実験協力者からの主観評価も実施した。アシストがヒトの運動に及ぼす影響を調査するために、モーションキャプチャーデータからは関節軌道を、筋活動データから筋シナジーの分析を行った。筋シナジーはヒトの複雑な筋制御を説明するための概念であり、ヒトは筋を個別に制御するのではなく、複数筋の協同発揮から構成される少数のモジュール（筋シナジー）を制御しているとするモデルである。これらの分析の結果、特に支援機器が駆動するスピードが変化するとヒトの関節軌道や主観評価が変化する一方で、筋シナジーパターンは大きく変化しないなどの結果を得た。これらから、アシスト機器によって適切な動作へと導く支援方策としては、筋シナジーパターンをできるだけ変化させないなどの戦略が一つの候補であることが示唆された。今後は立ち上がり動作だけでなく他の動作においても支援のヒトの運動に与える影響の調査を進めるとともに、今回得た知見を活かしたアシスト方策導出アルゴリズムの開発を進める。

The purpose of this study is to に応じた, the conditions are に応じた, the appropriate な movements are へと, the guidance is くアシストロボット, the otote method is to construct を, and the fingers are す. This year は ア シ ス ト machine に よ る support order の violations い が ヒ ト に の movement and え る effect を resolution し, appropriate な action へ と guide く ア シ ス ト 戦 slightly の beg を 検 into め た. Survey as と seaborne し た movement タ ス ク は ヒ ト の generated す る movement の な か で も starting point と な り, さ ら に は に burden が く tall support が necessary と さ れ る stand on ち が り action に focus を when て て in め た. Motion resolution の た め に, モ ー シ ョ ン キ ャ プ チ ャ ー シ ス テ ム, electric measuring シ ス テ ム を ロ ボ ッ ト suppression when に may at the same time measuring と す る シ ス テ ム を build し た. This experiment developed the た chair-type support machine を with で た. <s:1> アシスト アシスト machine する seat が front and back · up and down に movement する とによ とによ ヒト ヒト <s:1> standing action を support する. こ れ ら build し た シ ス テ ム を with い て plural の be 験 together those に よ り several kinds の ア シ ス ト order を し, vertical ち applies が り action に お け る sports intelligence を obtain す る と と も に be 験 together those か ら の main 観 review 価 も be applied し た. ア シ ス ト が ヒ ト の に and ぼ す impact を investigation す る た め に, モ ー シ ョ ン キ ャ プ チ ャ ー デ ー タ か ら は masato section rail を, muscle activity デ ー タ か ら reinforcement シ ナ ジ ー の line analysis を っ た. After reinforcement シ ナ ジ ー は ヒ ト の 雑 な reinforcement suppression を illustrate す る た め の concept で あ り, ヒ ト は reinforcement を individual に suppression す る の で は な く, plural jin の synergy 発 か ら constitute さ れ る minority の モ ジ ュ ー ル (jin シ ナ ジ ー) を suppression し て い る と す る モ デ ル で あ る. の こ れ ら の analysis results, に support machine が 駆 dynamic す る ス ピ ー ド が variations change す る と ヒ ト の masato section rail や main 観 review 価 が variations change す る で, jin シ ナ ジ ー パ タ ー ン は big き く variations change し な い な ど た を の results. こ れ ら か ら, ア シ ス ト machine に よ っ て appropriate な action へ と guide く support order と し て は, jin シ ナ ジ ー パ タ ー ン を で き る だ け variations change さ せ な い な ど の 戦 slightly が a つ の alternate で あ る こ と が in stopping さ れ た. On future は made ち が り action だ け で な く he の action に お い て も support の ヒ ト に の movement and え る influence を の investigation into め る と と も に, today back to た knowledge を live か し た ア シ ス ト order export ア ル ゴ リ ズ ム の open 発 を into め る.

项目成果

運動支援装置および動作支援方法

运动支持装置及运动支持方法

• 发表时间: 2022

Muscle Synergy Analysis Under Fast Sit-to-stand Assist : A Preliminary Study

快速坐站辅助下的肌肉协同分析：初步研究

• 发表时间: 2023
• 作者: Takahide Ito;Jun-ichiro Furukawa;Qi An;Jun Morimoto;Yuichi Nakamura
• 通讯作者: Yuichi Nakamura

Selective Assist Strategy by Using Lightweight Carbon Frame Exoskeleton Robot

轻量化碳框架外骨骼机器人的选择性辅助策略

• 发表时间: 2022
• 期刊: IEEE Robotics and Automation Letters
• 影响因子: 5.2
• 作者: Jun-ichiro Furukawa;Shotaro Okajima;Qi An;Yuichi Nakamura;Jun Morimoto
• 通讯作者: Jun Morimoto