義手制御を目的とした筋電操作トレーニングシステム

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1、論文義手制御を目的とした筋電操作トレーニングシステム辻敏夫†福田修††大塚彰†††金子真†ATrainingSystemforEMGManipulationofProstheticArmsToshioTSUJI†,OsamuFUKUDA††,AkiraOTSUKA†††,andMakotoKANEKO†あらまし本論文では，義手制御を目的とした筋電操作トレーニング法を提案するとともに，トレーニングシステムのプロトタイプを開発した．このシステムは，訓練者の(1)筋収縮，(2)筋の協調，(3)筋収縮のタイミングという3種類の筋活動能力を訓練することを目的とし，計測した筋電位信号に基

2、づくトレーニングを行うことができる．筋電位信号の処理には，統計構造を内包したニューラルネットを利用しており，訓練者ごとの個人差，電極位置，疲労などに起因した信号の特性変化に適応可能である．訓練中は，筋電位信号から抽出した情報をディスプレイから訓練者にフィードバックする．プロトタイプの有効性を示すために，5日間の訓練を実施した．被験者は51歳男性の前腕切断者で，切断から33年が経過している．この実験の結果から，本システムの訓練効果を確認することができた．キーワード筋電位，義手，リハビリテーション，バイオフィードバック，ニューラルネット力により障害者の筋電位パターンの特性に適応で

3、きる1.まえがきというメリットがある．我々もこれまでに，ニューラ上肢を切断した障害者のほとんどは，日常生活におルネットによる筋電位パターンの識別を行い，それをいて何らかの義手を使用することになる[1]．この義電動義手やマニピュレータの制御に利用することを研手の制御入力として筋電位を利用することが古くから究してきた[7]～[11]．研究されている．人間の筋収縮レベルに応じて発生す筋電位を利用した動力義手に関する技術は確実に発る筋電位は，どのような動作をどのくらいの力で行う展しているが，現段階ではまだ実用のレベルに達してか，筋の粘弾性はどの程度かなどの有益な情報を多くいるとは言い

4、がたい．これには，大きく分けて二つの含んでいる．切断者の場合でも残存する筋からこれら要因が考えられる．一つは装置に関する問題で，重量の情報を抽出できれば，義手などのインタフェース手による身体への負担や大規模な信号処理装置，駆動時段として利用できる可能性がある．早稲田大学のワセの騒音などが挙げられる．もう一つは，操作者に関すダハンド[2]，MITのボストンアーム[3]，ユタ州立大る問題である．筋電位を利用した動力義手を使用する学のユタアーム[4]などはその先駆的な試みである．まためには，筋活動のリハビリテーション訓練や筋電操た最近では，筋電位パターンの動作識別にニューラル作にお

5、ける制御訓練を行う必要がある．しかしながらネットを用いることが盛んに試みられている[5]～[11]．現在までの研究では，電極や信号処理装置についてのニューラルネットを利用したシステムは，その学習能改善や超音波モータ使用による駆動音のカットなど，装置側の問題に焦点が当てられることが多く，操作者†広島大学工学部，東広島市側の問題はあまり考慮されなかった．本論文では，こDepartmentoftheIndustrialandSystemsEngineer-の両方の問題をバランス良く克服することを考える．ing,HiroshimaUniversity,Higashi-Hiroshim

6、a-shi,739–8527Japan障害者を対象としたリハビリテーションシステムに††通産省工業技術院機械技術研究所，つくば市関する研究は，これまでにも数多く行われている[12]．MechanicalEngineeringLaboratory,AgencyofIndustrialIBMのウェブサイトである“こころweb”では，障ScienceandTechnology,MinistryofInternationalTradeandIndustry,Tsukuba-shi,305–8564Japan害に応じた様々なリハビリテーションソフトウェアが†††広島県立保健福祉大学，三

7、原市紹介されている[13]．パーソナルコンピュータやインHiroshimaPrefecturalCollegeofHealthandWelfare,Mihara-shi,723–0053Japan2030電子情報通信学会論文誌D–IIVol.J83–D–IINo.10pp.2030–20392000年10月論文／義手制御を目的とした筋電操作トレーニングシステムターネットが各家庭に普及した現状を考えると，このようなアプローチは全く新しい在宅治療を実現できる可能性を秘めている．一方，筋電位を利用した動力義手