機能的電気刺激システムのための頭部動作を用いた制御命令入力装置に関する研究

功能性电刺激系统头部运动控制指令输入装置的研究

• 批准号: 13780688
• 负责人: 比嘉 広樹
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: University of the Ryukyus
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13780688/
• 关键词: 機能的電気刺激(FES); 制御命令入力; ジャイロセンサ; ニューラルネットワーク

機能的電気刺激(FES)システムの制御命令入力装置として,ジャイロを用いて頭部動作を検出する入力装置を試作したが,その入力装置で検出される頭部の角度には誤差が生じた.そこで,本研究では試作した制御命令入力装置にニューラルネットワーク(NN)を適用し,画像解析により得られた頭部の角度データを教師信号とした学習を行わせた.NNの構造は3層パーセプトロン型,結合荷重の学習は誤差逆伝播法を用い,被験者は健常者1名(23歳男性)とした.具体的には,まず頭部動作の画像計測を行い,画像解析ソフトWINanalyzeを用いて,頭部の角度データを求めた.次に,ジャイロによる検出角度を入力信号,画像解析による頭部の角度データを教師信号として,NNの学習を行った.そして,制御命令入力装置の評価実験として,NNの学習前と学習後のそれぞれにおいて,制御信号を目標信号(正弦波と折線波)に追従させるように頭部動作を行ってもらった.ここで,被験者に大きな頭部動作を行わせるために,両信号を液晶プロジェクタを介してスクリーンに投影した.実験結果より,目標信号と制御信号の平均誤差を算出した結果,目標信号が正弦波の場合,NNの学習前と牛較して学習後には47.3%の誤差が低減された.また折線波の場合,平坦部のみの平均誤差を求めると,NNの学習後には86.2%の誤差の低減が示された.FESによる上肢の動作再建の場合には,必ず動作を保持する必要が生じるため,確実な動作の保持が重要となる.このような観点から,NNを制御命令入力装置に適用することはFESシステムの操作性の向上につながり,本入力装置は有用であると考えられる.

The function of electrical stimulation (FES) is to control the command of the force input device and to test the head movement of the force input device. The angle error of the head movement is caused by the force input device. In this study, we tried to control the input force of the device, and the image analysis method was used to obtain the angle of the head. The structure of the NN was three-layer, and the error inverse propagation method was used in combination with the load. Specifically, the head movement profile measurement, profile analysis software WINanalyze, head angle measurement. Next, the angle of the head is detected by the input signal, and the angle of the head is detected by the input signal, and the NN is detected by the input signal. In addition, the evaluation of the control command input device is carried out before and after the NN is learned, and the control signal is the target signal (sine wave and folding wave). This is the first time that a person's head has been moved. As a result, the average error of the target signal and the control signal is calculated. As a result, when the target signal is sinusoidal, the error of NN before learning is reduced by 47.3% compared with that after learning. In the case of folding wave, the average error of the flat part is calculated, and the error of NN after learning is reduced by 86.2%. In the case of FES, the upper limb movement reconstruction is necessary, and the movement maintenance is important. The command input device is applicable to the operation of the FES system, and the input device is useful.

项目成果

比嘉広樹, 山城嘉樹, 仲村郁夫, 星宮望, 半田康延: "機能的電気刺激システムのための新しい制御命令入力装置に関する検討〜第2報:ニューラルネットワークを用いた制御命令入力法の改善〜"電子情報通信学会技術研究報告 ヒューマン情報処理研究会. HIP2001-78. 1-6 (2002)

Hiroki Higa、Yoshiki Yamashiro、Ikuo Nakamura、Nozomi Hoshimiya、Yasunobu Handa：“功能性电刺激系统的新型控制命令输入装置的研究 - 第 2 部分：使用神经网络改进控制命令输入方法”IEICE 技术研究报告人类信息处理研究组。HIP2001-78。

比嘉広樹, 山城喜樹, 仲村郁夫, 星宮望: "機能的電気刺激システムのための制御命令入力装置に関する検討-第3報;頭部動作の検出角度の誤差低減-"2003年電子情報通信学会総合大会講演論文集. A-19-8. 373 (2003)

Hiroki Higa、Yoshiki Yamashiro、Ikuo Nakamura、Nozomi Hoshimiya：“功能性电刺激系统的控制命令输入装置的研究 - 第 3 次报告；减少头部运动检测角度的误差 -” 2003 年电子信息通信工程师学会论文集大会 A-19-8。