電気刺激を用いた触覚通信制御による触覚臨場感コミュニケーションの実現

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本研究では多自由度遠隔操作システムの構築に向けて、機能的電気刺激を用いた触覚双方向制御システムの実現を研究目標としている。本年度では前年度に提案した人の動特性推定手法をもとに得られたモデルを用いて、機能的電気刺激を用いた関節角度制御性能の向上手法を提案した。前年度に得られた結果より、人の動特性はむだ時間を含む１次遅れ系で近似できることを示した。本結果は、入力に高周波のキャリア周波数を有するPWM変調を用いることでキャリア周波数の影響を抑制し、制御性能が向上することを示唆している。現に機能的電気刺激を用いた身体制御分野では振戦と呼ばれる関節の振動が問題とされており、これはキャリア周波数が低周波(20~50 Hz)であるため起こるものである。本研究ではキャリア周波数が1 kHzの高周波刺激装置を作成し、その際の制御性能を検証した。結果では、キャリア周波数の影響による振動を抑制し、所望の周波数の運動を実現できることが示された。加えて、筋疲労を抑制できる示唆が得られた。これはキャリア周波数の成分が不要な筋収縮を促し、筋疲労を加速させていたが、提案手法ではそれを抑制することで筋疲労を抑制できたと考察した。加えて、機能的電気刺激を用いた人とロボットの３自由度バイラテラル制御を提案した。検証実験では刺激による反力伝達により操作者の作業効率が向上し、成功率の向上、作業時間の短縮を示した。本研究成果は国際論文誌、および査読付き国際学会に採択され、学術的な新規性・有用性を評価された。従って、本年度の研究成果は機能的電気刺激を用いた触覚双方通信制御の実現という課題に対して大きく貢献するものであり、大いに成果を得ることができた。