感情・疲労のリアルタイム自動的推定に基づく歩行困難者向け運動促進リハ補助システム

基于情绪和疲劳实时自动估计的步行困难者运动促进康复支持系统

• 批准号: 22H03997
• 负责人: 田中 英一郎
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H03997/
• 关键词: 歩行補助; 感情評価; 疲労評価; 運動促進; リアルタイム感情疲労評価; 人間状態モデル; 人に寄り添う自動チューニング; 底背屈動作補助; 筋疲労評価; 歩行制御

高齢者およびフレイルを対象として，脳卒中を防止するために運動促進が必要である．従来の動作補助ロボットは，物理的に補助するだけのものが大半であったが，本人のモチベーション維持が重要であり，対象者の感情や疲労の状態をリアルタイムに評価できることが必要であった．そのため，感情を快－不快，覚醒－睡眠の２軸で表し，現時点での対象者の感情位置を脳波と心拍よりニューラルネットワークを用いて推定可能とした．DNN，ResNet，DenceNetを用いたときの精度の比較を行い，DenceNetを用いた結果では，快－不快は86％，覚醒－睡眠は84％の精度を得ることができた．さらに筋疲労推定には，従来筋電の平均パワー周波数を使用していたが，光を当てるだけで評価できるNIRSを使用し，筋電結果と同様の変化傾向が得られること，ウォーミングアップ，疲労の周期を推定できることを確認した．また，２軸を感情評価，３軸目を筋疲労評価として，３次元人間状態モデルを構築し，快かつ覚醒状態でも早い速度で疲労が増えていれば危険であること，例え感情が快かつ覚醒から平常に落ち着いても速度を下げると疲労状態は下がらないことを確認し，これらを基に感情と疲労に応じて人に寄り添いながら歩行補助機を自動チューニングする手法を提案した．本手法を用いて歩行補助機を用いて実験したところ，６名中全員の３回目の疲労までの運動時間が増え，４名が歩行距離も延びており，有効性が示唆された．しかし本手法は１分に１度の比較的長い周期で目標値を変えているが，１歩ずつの適切な歩行周期や歩幅は異なる．そこで，短周期的に次の１歩の歩行周期と歩幅を予測し，今歩いている状態に即座に自動調整され，かつ各歩行位相では装置が装着者より少し速く動いて歩行運動を促進する手法を提案し，精度良く予測できることを確認した．また，底背屈を補助する歩行補助機の新たな構造も検討した．

High school students are required to take part in sports activities. The motion of the object is supported by the physical object, and most of the objects are supported by the physical object. The object is important to maintain the object, and the object is necessary to evaluate the emotional state of the object. 2-axis table of fast-unhappy, awake-sleep, current point of object's emotional position, wave of heart beat, frequency of occurrence, accuracy of use, DenceNet, result of use, fast-unhappy 86%, awake-sleep 84%, accuracy of use. In addition, for the estimation of fatigue, the average weekly wave number of the past electrical energy is used, and the NIRS can be used to evaluate the current situation. Therefore, it is confirmed that the fatigue results and the same variation tendency can be obtained. 2-axis emotional evaluation, 3-axis eye fatigue evaluation, 3-dimensional human state This is the first time I've ever seen a person who's been working on a project. This method is used to improve the walking distance of all the 6 students. This technique is 1 minute, 1 degree, and 1 degree. The target value is 1 minute, 1 degree, and 1 degree. The appropriate travel period is 1 minute, 1 degree, and 1 degree. For example, the short cycle of the first step and the step amplitude are predicted. In the middle of the current step, the position is automatically adjusted. Each step phase is installed with the device. The speed is low. The walking movement is promoted. The method is proposed. The accuracy is good. The prediction is confirmed. The new structure of the support machine is discussed.

项目成果

A Real-Time and Two-Dimensional Emotion Recognition System Based on EEG and HRV using Machine Learning

基于 EEG 和 HRV 的机器学习实时二维情绪识别系统

• 发表时间: 2023
• 作者: Yongxin Wei;Yunfan Li;Mingyang Xu;Yifan Hua;Yukai Gong;Keisuke Osawa;Eiichiro Tanaka
• 通讯作者: Eiichiro Tanaka

Development of a Motor-Less Walking Assistive Device Using Spring Element and Link Mechanism

一种采用弹簧元件和连杆机构的无电机行走辅助装置的研制

• 发表时间: 2023
• 作者: XIUYUAN WU;YUNTIAN WANG;KEISUKE OSAWA;EIICHIRO TANAKA
• 通讯作者: EIICHIRO TANAKA

リアルタイム感情・疲労評価に基づく自動歩行補助システムの開発

基于实时情绪/疲劳评估的自动行走辅助系统开发

• 发表时间: 2022
• 作者: E. Tanaka;Y. Gong;Y. Li;J. Yang;J. Zhuang;K. Osawa;田中英一郎・井手浅樹・周家琪・莊俊融・大澤啓介;田中英一郎・Hui-Yuan DUAN・大澤啓介・中川慧・李羲頡・弓削類;大澤啓介・李雲帆・徐銘陽・中川慧・李羲頡・弓削類・田中英一郎
• 通讯作者: 大澤啓介・李雲帆・徐銘陽・中川慧・李羲頡・弓削類・田中英一郎

Development of Automatic Controlled Walking Assistive Device Based on Fatigue and Emotion Detection

基于疲劳和情绪检测的自控行走辅助装置研制

• DOI: 10.20965/jrm.2022.p1383
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Robotics and Mechatronics
• 影响因子: 1.1
• 作者: Yunfan Li;Yukai Gong;Jyun-Rong Zhuang;Junyan Yang;Keisuke Osawa;Kei Nakagawa;Hee-hyol Lee;Louis Yuge;Eiichiro Tanaka
• 通讯作者: Eiichiro Tanaka

Gait-adaptive Method of an Ankle-assist Robot for Walking Promotion

步行促进踝辅助机器人的步态自适应方法

• 发表时间: 2023
• 作者: Yi-Fan Hua;Ming-Yang Xu;Keisuke Osawa;Eiichiro Tanaka
• 通讯作者: Eiichiro Tanaka