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筋電肩義手の開発

東郷研究室では，ヒト型ロボットアームの応用として，筋電肩義手の開発を行っています．筋電肩義手とは，肩から先を離檀した人の腕運動を，生体信号の一つである筋電情報に基づいて制御されるロボットアームで再建する，電動義手の一種です．ロボットアーム，ハンド，センサシステム，制御系など全てを研究対象としています．現在は下記の研究課題に取り組んでいます．

  • マルチモーダル生体情報に基づいた，多自由度電動肩義手の知的制御法の開発
  • 超軽量・高出力なロボットアームの開発
  • 知的な物体の把持操作を可能とするロボットハンドの開発


    • 本研究で開発している筋電肩義手は実際に，両肩離断の方に使用感などを評価していただいています．筋電肩義手の使用に興味がありましたら，遠慮なくご連絡ください．

    多自由度筋電肩義手の開発 （2020 〜 現在）

    研究概要

    本研究では，簡易筋電肩義手ではできなかった，多くの日常生活動作を実行するために，軽量・高出力なロボットアームと知的制御法を開発し，多自由度筋電肩義手を構築する．

    技術的特徴

  • ワイヤ干渉駆動機構を適用し，軽量・高出力なロボットアームを実現
  • ヒトと同等な７自由度を持つロボットアームを身体に装着可能
  • 画像認識に基づいた，物体への到達把持運動が可能

    • スペック

  • 本体重量：約2.6 [kg]
  • 可搬重量：約1.5 [kg]
  • 制御方式：学習制御，半自動制御


    • 研究の成果

    身体に装着可能で，軽量・高出力な７自由度ロボットアームを開発しました

    カメラ情報から把持対象物を推定し，自動で到達把持運動を行う制御系を開発しました

    身体に装着可能な，全軸干渉駆動機構ロボットアームを開発しました（木更津高専と共同研究中）


    関連研究実績

    査読付き学術論文
  • Wenyang Li, Peng Chen, Dianchun Bai, Xiaoxiao Zhu, Shunta Togo, Hiroshi Yokoi, Yinlai Jiang, “Modularization of 2- and 3-DoF coupled tendon-driven joints,” IEEE Transactions on Robotics, Vol.37, No.3, pp.905-917, 2020. doi: 10.1109/TRO.2020.3038687
  • 姜 銀来，李 文揚，陳 鵬，東郷 俊太，横井 浩史，“モジュール化したワイヤ干渉駆動型ヒューマノイド・ロボットアーム”，日本ロボット学会誌，Vol.38，No.7，pp.657–666，2020．doi: 10.7210/jrsj.38.657
    • 学会発表
  • Yuko Nakamura, Yinlai Jiang, Hiroshi Yokoi and Shunta Togo, “Development of a 7 DOF electric shoulder disarticulation prosthesis using a return routing tendon driven mechanism,” 2022 IEEE 4th Global Conference on Life Science and Technologies (LifeTech2022), Osaka, Japan, 7-9 Mar. 2022.
  • Jiazhen Guo, Peng Chen, Yinlai Jiang, Hiroshi Yokoi and Shunta Togo, “Real-time object detection with deep learning for robot vision on mixed reality device,” 2021 IEEE3rd Global Conference on Life Science and Technologies (LifeTech2021), pp. 82–83, Nara, Japan, 9–11 Mar. 2021. ※IEEE LifeTech 2021 Outstanding Paper Awards for Demo! Presentation
  • Wenyang Li, Peng Chen, Dianchun Bai, Xiaoxiao Zhu, Shunta Togo, Hiroshi Yokoi and Yinlai Jiang, “Design of a 2 motor 2 degrees-of-freedom coupled tendon-driven joint module,” 2018 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2018), pp.943–948, Madrid Spain, 1–5 Oct. 2018.
  • Wenyang Li, Peng Chen, Yinlai Jiang, Dianchun Bai, Shunta Togo and Hiroshi Yokoi, “Structure design of a tendon-driven robotic arm considering safety and durability,” 2018 IEEE International Conference on Intelligence and Safety for Robotics (ISR 2018), pp.71–76, Shenyang China, 24–27 Aug. 2018.
  • 中村 優子，姜 銀来，横井 浩史，東郷 俊太，“折り返しワイヤ干渉駆動機構を用いた７自由度筋電肩義手の開発”，第42回バイオメカニズム学術講演会，C8-2，オンライン，2021年11月27-28日．
  • 君塚 進，東郷 俊太，姜 銀来，横井 浩史，“筋電肩義手のための全軸干渉型ロボットアームの開発”，第39回日本ロボット学会学術講演会，2I2-05，オンライン，2021年9月8–11日
  • 関 美咲，姜 銀来，横井 浩史，東郷 俊太，“多軸干渉駆動機構のためのワイヤ滑り関節機構の開発”，第39回日本ロボット学会学術講演会，2I2-04，オンライン，2021年9月8–11日．
  • 島田 孝太，姜 銀来，横井 浩史，東郷 俊太，“ドラム押付型ワイヤ無限巻取り機構における最大牽引力とトルクリミッタの検証”，2021年度精密工学会春季大会学術講演会，C0337，オンライン開催，2021年3月16–22日．
  • 宮崎 健太，姜 銀来，横井 浩史，東郷 俊太，“体幹筋電から上肢運動の動作意図を抽出するシステムの開発”，第41回バイオメカニズム学術講演会，1B3-1オンライン開催，2020年12月5–6日．
  • 君塚 進，東郷 俊太，姜 銀来，横井 浩史，“全軸ワイヤ干渉駆動機構を用いたロボットアームの開発”，第37回日本ロボット学会学術講演会，3E3-02，早稲田大学早稲田キャンパス，2019年9月3–7日
  • 李 文揚，姜 銀来，陳 鵬，東郷 俊太，横井 浩史，“３自由度干渉駆動関節モジュールの解析”，第37回日本ロボット学会学術講演会，1I1-08，早稲田大学早稲田キャンパス，2019年9月3–7日．
    • 外部資金
  • 本研究は以下の外部資金により実施されました．ここに感謝いたします．
  • 公益財団法人JKA 機械振興補助事業 （代表）「軽量かつ高操作性を有する筋電肩義手の研究開発補助事業」[2020.04.01 – 2022.03.31]

    • 簡易筋電肩義手の開発 （2016 〜 2020）

    研究概要

    筋電肩義手は，少数の制御入力で多様な上肢運動を制御しなければならない問題がある．本研究ではロボットアームの自由度を2自由度に低減することで，この問題を解決する．

    技術的特徴

  • 機構を単純化したため，非常に軽量
  • 学習制御系により，非常に短時間で筋電と義手動作の対応関係を学習
  • 手の握り・開き，腕の上昇下降の動作が実行可能

    • スペック

  • 本体重量：片腕約1.6 [kg]
  • 可搬重量：約500 [g]（短時間）
  • 制御方式：学習制御，半自動制御

    • 研究の成果

    学習制御系により，壁に貼り付けたボールの把持移動ができるようになりました

    MRデバイスを利用して，使用者の視線の先に手先を半自動で移動させる制御系を構築しました

    シリコーンで電極および基盤を覆うことで，防水の筋電センサを開発しました

    関連研究実績

    査読付き学術論文
  • Shunta Togo, Kazuaki Matsumoto, Susumu Kimizuka, Yinlai Jiang, Hiroshi Yokoi, “Semi-automated control system for reaching movements in EMG shoulder disarticulation prosthesis based on mixed reality device,” IEEE Open Journal of Engineering in Medicine and Biology, Vol. 2, pp. 55–64, 2021. doi: 10.1109/OJEMB.2021.3058036
  • Susumu Kimizuka, Yohei Tanaka, Shunta Togo, Yinlai Jiang, Hiroshi Yokoi, “Development of a shoulder disarticulation prosthesis system intuitively controlled with the trunk surface electromyogram,” Frontiers in Neurorobotics, Vol.14, No.542033, pp.1–10, 2020. doi: 10.3389/fnbot.2020.542033
  • 君塚 進，日吉 祐太郎，叶 鶴松，田中 洋平，東郷 俊太，姜 銀来，横井 浩史，“体幹部の表面筋電位を用いた直感操作型肩義手システムの開発”，バイオメカニズム学会誌，Vol.43，No.4，pp.248–255，2019．
    • 学会発表
  • Susumu Kimizuka, Yutaro Hiyoshi, Hesong Ye, Shunta Togo, Youhei Tanaka, Yinlai Jiang and Hiroshi Yokoi, “Development of an intuitive operation type shoulder prosthesis hand system using the surface myoelectric potential of trunk,” 2018 IEEE International Conference on Cyborg and Bionic Systems (CBS 2018), pp.597–602, Shenzhen China, 25–27 Oct. 2018.
  • Kazuaki Matsumoto, Susumu Kimizuka, Shunta Togo, Yinlai Jiang and Hiroshi Yokoi, “Reduction of malfunction of myoelectric shoulder prosthesis by removing ECG noise,” 2018 IEEE International Conference on Cyborg and Bionic Systems (CBS 2018), pp.489–493, Shenzhen China, 25–27 Oct. 2018.
  • 中村 優子，姜 銀来，横井 浩史，東郷 俊太，“肩義手のための腕の手先位置のフィードバックシステムに適した振動刺激の検討”，第38回日本ロボット学会学術講演会，2I3–01，オンライン，2020年10月9-11日．
  • 松本 一朗，君塚 進，東郷 俊太，姜 銀来，横井 浩史，“心電ノイズ除去による筋電肩義手の誤動作の低減”，第39回バイオメカニズム学術講演会，1C-2-1，筑波大学，2018年11月10–11日．
  • 君塚 進，日吉 祐太郎，叶 鶴松，田中 洋平，東郷 俊太，姜 銀来，横井 浩史，“体幹部の表面筋電位を用いた直感操作型肩義手システムの開発”，第36回日本ロボット学会学術講演会，3P2-04，中部大学春日井キャンパス，2018年9月4–7日．
  • 君塚 進，日吉 祐太郎，東郷 俊太，田中 洋平，姜 銀来，横井 浩史，“両肩離断者のための表面筋電位を用いた電動肩義手の開発”，第38回バイオメカニズム学術講演会，pp.167–170，別府国際コンベンションセンター，2017年11月4–5日．
  • 君塚 進，叶 鶴松，日吉 祐太郎，田中 洋平，東郷 俊太，姜 銀来，横井 浩史，“多点計測手法を用いた肩周辺筋群の独立筋活動パターンの解析および適切な計測箇所の特定”，第29回自律分散システム・シンポジウム，2B3-3，調布クレストンホテル，2017年1月30–31日．
  • 君塚 進，叶 鶴松，日吉 祐太郎，谷 直行，馮 翔，田中 洋平，森下 壮一郎，東郷 俊太，姜 銀来，横井 浩史，“多点計測手法を用いた肩周りの筋群における独立筋活動パターンの解析”，LIFE2016，2A2-B02，東北大学青葉山キャンパス，2016年9月4–6日．
    • 外部資金
  • 本研究は以下の外部資金により実施されました．ここに感謝いたします．
  • 科学研究費助成事業 若手研究（B）（代表）「随意独立活性に着目したヒトの多筋制御システムのモデル化と筋電肩義手制御への応用」（17K17724）[2017.04.01 – 2019.03.31]


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