JP2659653B2 - Robot hand control device - Google Patents

Robot hand control device

Info

Publication number
JP2659653B2
JP2659653B2 JP4199364A JP19936492A JP2659653B2 JP 2659653 B2 JP2659653 B2 JP 2659653B2 JP 4199364 A JP4199364 A JP 4199364A JP 19936492 A JP19936492 A JP 19936492A JP 2659653 B2 JP2659653 B2 JP 2659653B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pattern
finger bending
teacher
finger
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP4199364A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0639754A (en
Inventor
明 平岩
典佳 内田
曽根原  登
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP4199364A priority Critical patent/JP2659653B2/en
Publication of JPH0639754A publication Critical patent/JPH0639754A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2659653B2 publication Critical patent/JP2659653B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、皮膚表面電極から検出
される筋電信号に基づいてロボットハンドの動作制御を
行うようにしたロボットハンド制御装置に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a robot hand control device for controlling the operation of a robot hand based on myoelectric signals detected from skin surface electrodes.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、皮膚表面に設けられる電極等から
検出される筋電信号によって、人工の手としてのロボッ
トハンド若しくは義手を制御する着想は、N.Wine
rによって1948年に発表され(文献1.N.Win
er,Cybernetics(1948))、その
後、数々の装置が実際に開発されている。この筋電信号
によって制御される筋電義手について鑑みれば、腕の切
断部位断端の筋電位により義手の操作を制御する方法で
あり、通常、断端から数対の皮膚表面電極を介して、1
00ないし1000マイクロボルト程度の筋電位を検出
し、増幅器で増幅した後、整流、平滑化等の電気的前処
理を行い、処理後の信号を認識、識別することにより、
義手の手先具の手指或いは、間接継手の動作を制御する
ものであり、世界的に普及している。
2. Description of the Related Art Conventionally, the idea of controlling a robot hand or an artificial hand as an artificial hand by an electromyographic signal detected from an electrode or the like provided on the skin surface has been proposed by N.I. Wine
r in 1948 (Reference 1. N. Win)
er, Cybernetics (1948)), and subsequently a number of devices have been developed in practice. In view of the myoelectric prosthesis controlled by this myoelectric signal, it is a method of controlling the operation of the prosthesis by the myoelectric potential of the stump of the arm, usually through a few pairs of skin surface electrodes from the stump, 1
After detecting a myoelectric potential of about 00 to 1000 microvolts and amplifying it with an amplifier, it performs electrical preprocessing such as rectification and smoothing, and recognizes and identifies the processed signal.
It controls the fingers of the prosthetic hand or the operation of the indirect joint, and is widely used worldwide.

【0003】従来の筋電義手は、研究レベル、実用レベ
ルを問わず、動作制御の対象とする目的において2種類
に大別される。
[0003] Conventional myoelectric prostheses are broadly classified into two types for the purpose of operation control, regardless of the research level or the practical level.

【0004】第一は、検出された筋電信号から制御する
対象として、前腕用手先具の動作を目的とするもので、
通常、機能を1自由度に限定して、義手(手先具)の手
指の動作の開閉を行うことを対象とする。
[0004] The first is to control the forearm hand device as an object to be controlled from the detected myoelectric signal.
Usually, the function is limited to one degree of freedom, and it is intended to open and close the operation of the finger of the prosthetic hand (hand tool).

【0005】1自由度の制御方法は、オンオフ制御方
式、比例制御方式の2種が代表的である。
[0005] As the control method with one degree of freedom, two types of an on-off control method and a proportional control method are representative.

【0006】オンオフ制御方式では、断端部の残存屈筋
と伸筋の2ヶ所の電極から検出された筋電信号から、同
相のノイズ信号を除き、整流平滑化した2つの信号から
差信号を作り、義手手指の開閉を行うものである(文献
2.日本整形外科学会,日本リハビリテーション医学会
編集,義肢装具のチェックポイント(1987),pp
59−68)。
In the on / off control method, a difference signal is formed from two signals that are rectified and smoothed by removing an in-phase noise signal from myoelectric signals detected from two electrodes of a residual flexor and an extensor at a stump. Open and close the prosthesis and fingers (Reference 2. Edited by the Japanese Society of Orthopedic Surgery and the Japanese Society of Rehabilitation Medicine, Checkpoint for Prosthetics and Orthotics (1987), pp.
59-68).

【0007】比例制御方式は、積分した筋電信号と筋緊
張の間には、ほぼ比例関係がなりたつという神経生理学
的に公知の事実を利用して、義手手指の開閉速度、把持
力の調整を行う方法である。この比例制御方式は、パル
ス幅変調を利用するもので、筋電信号が弱いと義手開閉
動作用モータは、わずかな時間オンになり、筋収縮が増
すとオンの時間が長く、パルス幅も大きくなり、モータ
回転数がより増して義手手指の開閉速度が速くなるもの
である。
In the proportional control method, the opening and closing speed of the artificial hand and the gripping force are adjusted by utilizing a neurophysiologically well-known fact that an approximated proportional relationship is established between the integrated myoelectric signal and muscle tone. How to do it. This proportional control method uses pulse width modulation.If the myoelectric signal is weak, the prosthetic hand opening / closing operation motor is turned on for a short time, and if the muscle contraction increases, the on time is long and the pulse width is large. That is, the rotational speed of the motor is further increased, and the opening / closing speed of the artificial hand is increased.

【0008】上記オンオフ制御方式、比例制御方式とも
に、整流、平滑化された筋電信号に対して、域値を設定
して、スイッチングするものであって、装着時に域値を
設定してしまうと、装着者の体調や、切断後の時間経過
にともなう筋電信号のレベル変化に対応出来ずに、装着
者の意図通り動かないことがあり課題となっていた。
In both the on-off control method and the proportional control method, a threshold value is set for the rectified and smoothed myoelectric signal and switching is performed. In addition, since the wearer's physical condition and the level change of the myoelectric signal with the passage of time after the disconnection cannot be handled, the wearer may not be able to move as intended.

【0009】通常、筋電義手の装着までの訓練課程にお
いて、幻肢の手関節の屈曲運動を行う。例えば、片側切
断では、健側上肢、切断肢ともに前に出して、手関節の
屈曲運動を行わせる。そして、筋電検出計を装着予定者
に観察させながら、義手の筋電識別回路の認識するレベ
ルに適合する筋電信号が出力されるようになるまで訓練
が行われる。しかし、訓練しても屈筋、伸筋の2チャン
ネルの筋電信号が、別々に弁別して発生することのでき
ない筋電義手の装着予定者は、筋電義手装着の対象とは
ならない。すなわち、このことは前腕切断者にとっては
死活問題とさえいえるものである。
Normally, in the training process until the wearing of the myoelectric prosthesis, the wrist joint of the phantom limb is bent. For example, in the unilateral amputation, both the unaffected upper limb and the amputated limb are put forward, and the wrist joint is bent. Then, while allowing the person to be wearing the myoelectricity detector to observe, training is performed until the myoelectric signal suitable for the level recognized by the myoelectric identification circuit of the artificial hand is output. However, a person who intends to wear a myoelectric hand that cannot generate the myoelectric signals of the two channels of flexor and extensor muscles even after training cannot be separately subjected to myoelectric prosthesis mounting. In other words, this is even a matter of life and death for forearm amputees.

【0010】第二は、検出された筋電信号から同時に何
自由度制御するかに重点をおく方法であり、肩甲胸郭切
断等の高位切断者を対象とした上腕用義手の制御を目的
とするものである。
The second method is to emphasize how many degrees of freedom are simultaneously controlled based on the detected myoelectric signals. The second method aims at controlling the upper arm prosthesis for a high amputee such as a scapulothoracic amputee. Is what you do.

【0011】多自由度制御のための筋電識別方法の1つ
に、多電極から検出された筋電信号を平滑整流して、一
定時間毎に時間平均した信号を、パ−セプトロンに入力
し、動作を教師信号として与えて学習させた例がある
(文献3 鈴木良次,末松辰美,Link−8を用いた
筋電流パタンの学習識別,医用電子と生体工学,第7
巻,第1号(1969),pp47−48)。この例で
は、皮膚表面電極を相異なる3ヶ所の筋肉の直上に装着
して、7種類の動作を識別させることを可能としたが、
パーセプトロンの線型分離不可能なパターン分離ができ
ないという性質により、電極の装着位置や、動作の種類
が増すと実用的に、動作識別が出来ないという問題があ
った。
In one of the myoelectric identification methods for multi-degree-of-freedom control, a myoelectric signal detected from the multiple electrodes is smoothed and rectified, and a time-averaged signal is input to a perceptron at regular intervals. There is an example of learning by giving an action as a teacher signal (Reference 3 Ryoji Suzuki, Tatsumi Suematsu, Learning and Identification of Myoelectric Current Pattern Using Link-8, Medical Electronics and Biotechnology, No. 7)
Vol. 1, No. 1969, pp. 47-48). In this example, the skin surface electrodes were mounted immediately above three different muscles, enabling seven types of motion to be identified.
Due to the property of perceptrons that pattern separation that cannot be performed by linear separation cannot be performed, there has been a problem that operation discrimination cannot be practically performed when the mounting position of the electrode or the type of operation increases.

【0012】また、多自由度制御のための筋電識別方法
の他の例としては、前記と同様に、相異なる4ヶ所の筋
肉の直上に、皮膚表面電極を装着して、整流平滑処理し
た筋電信号に対して、1次の線形識別関数によって、肩
の5種の動作識別を試みた例(文献4 谷 和男 ほか
7名,義手制御のための筋電パターン識別学習,バイオ
メカニズム5,東京大学出版会(1980),pp88
−95)があるが、学習筋電パターンが多くなると識別
関数の収束に時間がかかり、線形分離できない場合が多
くなる。また、学習パターン、認識用パターンともに、
ノイズがはいると、学習が収束しない、もしくは、動作
を認識できないという問題があった。
As another example of a myoelectric identification method for multi-degree-of-freedom control, a skin surface electrode is mounted immediately above four different muscles and rectified and smoothed as described above. Example of attempting to identify five types of shoulder motions using a first-order linear discriminant function for myoelectric signals (Reference 4, Kazuo Tani, et al., 7, Myoelectric Pattern Discrimination Learning for Prosthetic Hand Control, Biomechanism 5, The University of Tokyo Press (1980), pp88
However, if the number of learning myoelectric patterns increases, it takes time to converge the discriminant function, and linear separation cannot be performed in many cases. In addition, both the learning pattern and the recognition pattern
If there is noise, there is a problem that learning does not converge or the operation cannot be recognized.

【0013】さらに、前記2者の方法では、多動作識別
において、多チャンネルの電極の装着を必要とする問題
が共通してある。
Further, the two methods have a common problem that multi-channel identification requires mounting of multi-channel electrodes.

【0014】多自由度制御のための筋電識別方法の3つ
めの従来の技術としては、同一部位からの筋電信号が動
作により相異なる周波数特性を示す事実を利用して、前
腕とう側手根屈筋から検出した1チャンネルの筋電信号
に帯域フィルタをかけて、10分割した筋電信号の周波
数スペクトルに対して、1次および2次の線形識別関数
によって4種類の前腕の動作識別を試みた例がある(文
献5 榊原久司 ほか3名,筋電信号の周波数情報を用
いた多機能前腕義手の制御,バイオメカニズム4(19
78),pp131−138)。
As a third conventional technique of the myoelectric identification method for multi-degree-of-freedom control, the fact that the myoelectric signals from the same site exhibit different frequency characteristics due to the operation makes use of the fact that the forearm's lateral hand is A band filter is applied to the one-channel myoelectric signal detected from the root flexor muscle, and four types of forearm motions are discriminated by a first-order and second-order linear discriminant function on the frequency spectrum of the ten-divided myoelectric signal. (Reference 5 Hisashi Sakakibara and three others, control of multifunctional forearm prosthesis using frequency information of myoelectric signal, biomechanism 4 (19
78), pp 131-138).

【0015】しかし、これは線形識別関数を使っている
ために、識別関数の学習用筋電パターンを作成するにあ
たって、通常、協調動作で行われている手の動作を単純
な動作に分解して、手の動作を行うように、被験者が訓
練しなければならないという問題があった。ただし、本
例では、筋電信号の周波数特性が筋収縮力の強弱、筋疲
労によっての変化が小さいという特性を利用しているの
で、動作識別における再現性がよいという利点がある。
However, since this uses a linear discriminant function, when creating a myoelectric pattern for learning the discriminant function, the hand motion normally performed in a cooperative motion is decomposed into a simple motion. However, there is a problem that the subject must be trained to perform hand movements. However, in the present example, since the frequency characteristic of the myoelectric signal uses the characteristic that the muscle contraction force is weak and the change due to muscle fatigue is small, there is an advantage that the reproducibility in the motion identification is good.

【0016】以上、手指開閉動作制御を目的とした1自
由度の制御方法及び、上腕もしくは、前腕の動作を目的
とした多自由度の制御方法ともに、従来の学習能力のな
い筋電の認識、識別方法によって動作させる方法では、
装着者自身が、認識、識別装置に適合する筋電信号が発
生できるように、自分自身が既に形成したボディイメー
ジ、すなわち成長によって獲得された、自分の意思に応
じて体の各部位の筋肉の協調動作を無意識的に行う能力
を再構成しなおさねばならない。
As described above, both the one-degree-of-freedom control method for controlling the finger opening / closing operation and the multi-degree-of-freedom control method for controlling the upper arm or the forearm can be used for the conventional electromyography without learning ability. In the method operated by the identification method,
The wearer himself can generate a myoelectric signal suitable for the recognition and identification device, so that the body image that he has already formed, that is, the muscle of each part of the body according to his own intention, acquired by growth. The ability to unconsciously cooperate must be reconfigured.

【0017】また、筋電信号を認識、識別して手の動作
パターンに変換する過程に学習機能を持たせた従来の線
型識別関数もしくは、パーセプトロンによる方法では、
識別すべき動作パターンが多くなるとパターンが線型分
離出来ない確率が高くなり、動作パターンの既知な筋電
信号の学習時に、学習が収束しない場合が多く、特に節
電データにノイズが入ると、学習が永遠に収束しない
(文献4 谷 和男 ほか7名,義手制御のための筋電
パターン識別学習,バイオメカニズム5,東京大学出版
会(1980),pp88−95)ために実用的でなか
った。
In a conventional linear discriminant function or perceptron method in which a learning function is provided in the process of recognizing and identifying myoelectric signals and converting them into hand movement patterns,
As the number of motion patterns to be identified increases, the probability that the patterns cannot be linearly separated increases.In learning the EMG signals with known motion patterns, learning often does not converge, especially when power saving data contains noise. It was not practical because it did not converge forever (Reference 4 Kazuo Tani and 7 others, myoelectric pattern discrimination learning for prosthetic hand control, biomechanism 5, University of Tokyo Press (1980), pp. 88-95).

【0018】また、学習が収束しても筋電信号のアーチ
ファクト等、ノイズが混入した場合には、識別が不可能
であるという問題があった。
Further, even if the learning is converged, if noise such as an artifact of a myoelectric signal is mixed, there is a problem that the identification is impossible.

【0019】さらに、認識、識別する動作パターンが多
くなると、装着すべき電極が多すぎて実用的でなかっ
た。
Further, if the number of operation patterns for recognition and identification increases, the number of electrodes to be mounted is too large to be practical.

【0020】また、手指動作の開閉だけでない各指の動
作を分離して認識、識別することは、従来の筋電信号の
識別では、不可能であった。
In addition, it is not possible to separate and recognize and identify the movement of each finger other than the opening and closing of the finger movement by the conventional myoelectric signal identification.

【0021】こうした問題点を解決する手段として、F
FT処理された筋電パターンをパターンの非線型分離能
力を有する神経回路網(バックプロパゲーション法)で
認識する筋電制御学習型ロボットハンドが提案されてい
る(平岩ほか,”筋電制御学習型ロボットハンド”,特
願平1−114215)。この神経回路網による認識
は、どの指を曲げたか曲げないかの2値の弁別を定常的
な状況で各指について行うもので、各指の動的かつ連続
した動作を、連続した指曲げ角度の認識として行うもの
でなかった。
As means for solving such a problem, F
A myoelectric control learning type robot hand that recognizes an FT processed myoelectric pattern by a neural network (back propagation method) having a non-linear separation capability of the pattern has been proposed (Hiraiwa et al., “Electromyographic control learning type”). Robot Hand ", Japanese Patent Application No. 1-114215. Recognition by the neural network is to perform binary discrimination of which finger is bent or not to be bent for each finger in a steady state, and to perform dynamic and continuous operation of each finger at a continuous finger bending angle. Was not something to do as recognition.

【0022】そこで、神経回路網の学習に用いる教師信
号パターンの生成をユーザの手指動作から連続して時系
列的に検出して行い、各指の動的かつ連続した動作を、
連続した指曲げ角度の認識として行う学習型筋電パター
ン認識ロボットハンドが提案されている(平岩ほか,”
学習型筋電パターン認識ロボットハンド”,特願平3−
274167)。前記筋電制御学習型ロボットハンドの
認識部がユーザの筋電と、指曲げ角度の関係を学習する
段階では、前記出願記載の第1の実施例では、ユーザは
認識部への教師信号を作製するために、手に手袋状の指
曲げ角度検出センサを装着する必要があり、筋電信号に
よるロボットハンド操作時には通常は必要としない手袋
状センサを、認識部の学習段階のために準備しておかな
ければならず、無駄が大きいという欠点があった。
Therefore, the generation of a teacher signal pattern used for learning of the neural network is detected by detecting the user's finger motion continuously and in time series, and the dynamic and continuous motion of each finger is calculated as follows.
A learning-type electromyogram pattern recognition robot hand that recognizes continuous finger bending angles has been proposed (Hiraiwa et al., “
Learning type electromyogram pattern recognition robot hand ”, Heihei 3-
274167). At the stage where the recognition unit of the myoelectric control learning type robot hand learns the relationship between the user's myoelectricity and the finger bending angle, in the first embodiment described in the application, the user generates a teacher signal to the recognition unit. Glove-like finger bending angle detection sensor on the hand, and a glove-like sensor that is not normally required when operating the robot hand with myoelectric signals should be prepared for the learning stage of the recognition unit. There is a disadvantage that waste is large.

【0023】また、手袋状のセンサでは、ユーザごと
に、指の太さや関節と関節の間隔長さが異なるので、教
師信号として検出される指曲げ角度の値に誤差が避けら
れなかった。さらに、手袋状のセンサを使用すると、例
えば手袋に装着された光ファイバのたわみを光ファイバ
の透過光量から検出するデータグローブ(商品名)や、
手袋に装着された歪みゲージから指曲げ関節角度を検出
するシステムでは、ファイバのたわみや、歪みゲージの
たわみに力を有するので、ユーザが手袋を装着した時
と、装着しないで筋電信号でロボットハンドを制御する
場合では、たわみに要する力分だけ、指曲げ関節角度認
識に理論的に誤差が避けられないという問題があった。
Further, in the glove-shaped sensor, since the thickness of the finger and the interval length between the joints differ for each user, an error cannot be avoided in the value of the finger bending angle detected as the teacher signal. Furthermore, if a glove-like sensor is used, for example, a data glove (trade name) that detects the deflection of the optical fiber attached to the glove from the amount of transmitted light of the optical fiber,
The system that detects the finger bending joint angle from the strain gauge attached to the glove has a force on the deflection of the fiber and the strain gauge.Therefore, when the user wears the glove, the robot uses myoelectric signals without wearing the glove. In the case of controlling the hand, there is a problem that an error in theoretically recognizing the finger bending joint angle cannot be avoided by the force required for the deflection.

【0024】また、前記出願記載の第2の実施例では、
認識部の学習段階に認識部への教師信号を作製するため
に、ユーザの手指画像を画像処理して関節曲げ角度を検
出しなければならないので、画像処理に関わる計算機資
源が大きなものとなる問題があった。
In the second embodiment described in the above-mentioned application,
In order to generate a teacher signal to the recognition unit at the learning stage of the recognition unit, the user's finger image must be image-processed and the joint bending angle must be detected. was there.

【0025】[0025]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記課題に鑑
みなされたもので、下記に記載の目的を達成し得るロボ
ットハンド制御装置を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of the above problems, and has as its object to provide a robot hand control device capable of achieving the following objects.

【0026】すなわち、認識部に学習性と雑音に強い処
理機構である神経回路網を導入して、義手装着者自身
の、ボディイメージの再構成や、筋電発生訓練を必要と
することなく、小数の皮膚表面電極から検出された筋電
信号から、他種類の動作識別が可能で、装着者の体動や
皮膚表面電極の位置ずれ等による、筋電信号のアーチフ
ァクトに対しても誤動作の少ない、皮膚表面電極から検
出された筋電信号を認識、識別して動作するロボットハ
ンド制御装置である。
That is, a neural network, which is a processing mechanism that is strong in learning and noise, is introduced into the recognition unit so that the prosthetic wearer does not need to reconstruct the body image of the prosthesis wearer or to perform myoelectric generation training. Other types of motions can be identified from myoelectric signals detected from a small number of skin surface electrodes, and there are few malfunctions against myoelectric signal artifacts due to body movement of the wearer or displacement of the skin surface electrodes. Is a robot hand control device that operates by recognizing and identifying myoelectric signals detected from skin surface electrodes.

【0027】具体的には、各指の動的かつ連続した動作
を、皮膚表面筋電信号から連続した指曲げ角度の認識と
して行うもので、神経回路網の学習段階に用いる教師信
号パターンを指曲げ教師信号パターン記憶部にあらかじ
め時系列的に記憶し、記憶した指曲げパターンを、ユー
ザにコンピュータグラフィックス(以下、単にCGと略
記する)による手指画像若しくは、実画像によって視覚
的に呈示し、神経回路網による認識部へは、ユーザに呈
示する手指曲げパターンと同じ信号を同時に教師信号と
して与えることによって、認識部の学習段階において、
手袋状の指曲げ角度検出センサや、画像処理による指曲
げ角度検出装置のいらない学習型筋電パターン認識ロボ
ットハンド制御装置を提供することにある。
More specifically, the dynamic and continuous operation of each finger is performed as recognition of a continuous finger bending angle from skin surface electromyogram signals. The finger bending pattern stored in a bending teacher signal pattern storage unit in time series in advance, and the stored finger bending pattern is visually presented to the user by a finger image or an actual image by computer graphics (hereinafter simply abbreviated as CG), By giving the same signal as the finger bending pattern presented to the user as a teacher signal at the same time to the recognition unit by the neural network, in the learning stage of the recognition unit,
An object of the present invention is to provide a learning-type electromyographic pattern recognition robot hand control device that does not require a glove-like finger bending angle detection sensor or a finger bending angle detection device by image processing.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願第1の発明は、皮膚表面に設けられる皮膚表面電極
と、この皮膚表面電極から検出された筋電信号の周波数
解析を行う周波数解析手段と、指曲げ教師パターンを時
系列的に記憶する指曲げ教師パターン記憶手段と、この
指曲げ教師パターン記憶手段に記憶される指曲げ教師パ
ターンを表示出力する表示手段と、複数のユニットと重
み付きリンクによって学習機能を有する神経回路網で構
成され、前記周波数解析手段で周波数解析された筋電信
号と、前記指曲げ教師パターン記憶手段から出力される
指曲げ教師パターンとを当該複数のユニットの入力とし
て、これら入力の一致を計る学習を行うと共に、この学
習結果に基づいて前記周波数解析手段で周波数解析され
た筋電信号によるロボットハンドの駆動データを出力す
る認識手段と、この認識手段から出力される駆動データ
に基づく動作指令信号を出力するロボットハンド制御手
段と、このロボットハンド制御手段から出力される動作
指令信号に基づいて動作するロボットハンドとを有する
ことを要旨とする。また、本願第2の発明は、皮膚表面
に設けられる皮膚表面電極と、この皮膚表面電極から検
出された筋電信号の周波数解析を行う周波数解析手段
と、指曲げ教師パターンを時系列的に記憶する指曲げ教
師パターン記憶手段と、指曲げ教師パターンと同期用音
声タイミング信号をあらかじめ録画したビデオテープを
再生する再生手段と、この再生手段で再生される教師パ
ターン画像を表示する表示手段と、前記再生手段で音声
信号として再生される同期用音声タイミング信号を検出
するマイクと、複数のユニットと重み付きリンクによっ
て学習機能を有する神経回路網で構成され、前記周波数
解析手段で周波数解析された筋電信号と、マイクで検出
された同期用音声タイミング信号に同期させて前記指曲
げ教師パターン記憶手段から出力される指曲げ教師パタ
ーンとを当該複数のユニットの入力として、これら入力
の一致を計る学習を行うと共に、この学習結果に基づい
て前記周波数解析手段で周波数解析された筋電信号によ
るロボットハンドの駆動データを出力する認識手段と、
この認識手段から出力される駆動データに基づく動作指
令信号を出力するロボットハンド制御手段と、このロボ
ットハンド制御手段から出力される動作指令信号に基づ
いて動作するロボットハンドとを有することを要旨とす
る。
Means for Solving the Problems To achieve the above object, a first invention of the present application provides a skin surface electrode provided on a skin surface, and a frequency analysis for performing frequency analysis of a myoelectric signal detected from the skin surface electrode. Means, finger bending teacher pattern storage means for storing the finger bending teacher pattern in time series, display means for displaying and outputting the finger bending teacher pattern stored in the finger bending teacher pattern storage means, a plurality of units and weights. A neural network having a learning function by a linked link, and a myoelectric signal subjected to frequency analysis by the frequency analysis means, and a finger bending teacher pattern output from the finger bending teacher pattern storage means. As input, learning for measuring the coincidence of these inputs is performed, and based on the myoelectric signal frequency-analyzed by the frequency analyzing means based on the learning result. Recognition means for outputting drive data of the bot hand, robot hand control means for outputting an operation command signal based on the drive data output from the recognition means, and based on the operation command signal output from the robot hand control means The gist of the present invention is to have an operating robot hand. Further, the second invention of the present application includes a skin surface electrode provided on the skin surface, a frequency analysis means for performing frequency analysis of a myoelectric signal detected from the skin surface electrode, and a finger bending teacher pattern stored in time series. A finger bending teacher pattern storing means, a reproducing means for reproducing a video tape in which a finger bending teacher pattern and a synchronization audio timing signal are recorded in advance, a display means for displaying a teacher pattern image reproduced by the reproducing means, A microphone for detecting a synchronization audio timing signal reproduced as an audio signal by the reproduction means, a neural network having a learning function by a plurality of units and weighted links, and a myoelectric signal frequency-analyzed by the frequency analysis means; Output from the finger bending teacher pattern storage means in synchronization with the signal and the synchronization audio timing signal detected by the microphone. Using the bending teacher pattern as an input of the plurality of units, learning to measure the coincidence of these inputs is performed, and drive data of the robot hand is output based on the myoelectric signal frequency-analyzed by the frequency analyzing means based on the learning result. Recognition means to
The gist comprises a robot hand control means for outputting an operation command signal based on the drive data output from the recognition means, and a robot hand which operates based on the operation command signal output from the robot hand control means. .

【0029】[0029]

【作用】上述の如く構成すれば、本発明のロボットハン
ド制御装置は、健常者若しくは前腕切断者が、自分自身
の意図する手の運動において生じる筋電信号を、運動に
関与する筋肉の近傍に装着した皮膚表面電極によって検
出し、この検出した筋電信号を例えば高速フーリエ変換
して周波数解析する。この周波数解析した線型分離不可
能なパターンを認識手段の神経回路網に、複数回、教師
あり学習させ、ロボットハンドの対応する駆動量、例え
ば手指の曲げ角度を認識、識別して動作させる。
With the above-described configuration, the robot hand control device of the present invention enables a healthy person or a forearm amputee to transmit a myoelectric signal generated in the movement of a hand intended by himself / herself to the vicinity of a muscle involved in the movement. It is detected by the attached skin surface electrode, and the detected myoelectric signal is subjected to, for example, fast Fourier transform to analyze the frequency. The frequency-analyzed linear non-separable pattern is supervisedly learned a plurality of times by the neural network of the recognizing means, and the corresponding driving amount of the robot hand, for example, the bending angle of the finger is recognized, identified and operated.

【0030】また、手指のパターンと手指の曲げ角度と
の関係を神経回路網に学習させる過程において、神経回
路網の学習過程に用いる教師値を、教師値記憶手段にあ
らかじめ時系列的に記憶し、記憶した教師値としての指
曲げ教師パターンを元に、ユーザに例えばCGによる手
指画像若しくは実画像、さらには指曲げ教師パターンを
あらかじめ録画したビデオテープによって視覚的に呈示
し、神経回路網による認識手段へは、ユーザに視覚的に
呈示する指曲げ教師パターンと同じ信号を同期して教師
信号として与えることから、認識手段の学習段階におい
て手袋状の指曲げ角度検出センサや画像処理による指曲
げ角度検出装置が不要となる。従って、手袋状指曲げ角
度検出センサが不要であることから、両手切断者に対し
ても、本発明の筋電パターン学習による義手を提供でき
る。
In the process of learning the relationship between the finger pattern and the bending angle of the finger in the neural network, the teacher values used in the learning process of the neural network are stored in the teacher value storage means in a time-series manner. On the basis of the stored finger bending teacher pattern as a teacher value, the finger image or actual image by, for example, CG, and furthermore, the finger bending teacher pattern is visually presented on a video tape recorded in advance, and is recognized by the neural network. Since the same signal as the finger bending teacher pattern visually presented to the user is given to the means as a teacher signal in synchronization, the glove-like finger bending angle detection sensor or the finger bending angle by image processing is used in the learning step of the recognition means. No detection device is required. Therefore, since a glove-like finger bending angle detection sensor is unnecessary, it is possible to provide a prosthetic hand by the myoelectric pattern learning of the present invention even for a two-hand amputee.

【0031】また、このとき動作指令信号に基づいて動
作するロボットハンドは、機械的な実在のロボットハン
ドであっても良く、コンピュータグラフィックスによる
仮想のロボットハンドであっても良い。
At this time, the robot hand that operates based on the operation command signal may be an actual mechanical robot hand or a virtual robot hand using computer graphics.

【0032】[0032]

【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る一実施例
を説明する。
An embodiment according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0033】図1は、本発明に係るロボットハンド制御
装置の構成を示したブロック図である。まず、認識部の
学習モード(A)と、発生した筋電から意図する手の指
曲げ角度を認識する認識モード(B)の2つに大別し
て、本実施例の説明を行う。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a robot hand control device according to the present invention. First, the present embodiment will be described by roughly dividing into a learning mode (A) of the recognition unit and a recognition mode (B) of recognizing an intended finger bending angle from the generated electromyogram.

【0034】まず、認識部の学習モード(A)から説明
を行う。本実施例では、2チャンネルの皮膚表面筋電を
検出して、片側の手の指の第1、第2関節の曲げ角度合
計10関節の指曲げ角度を認識する例について説明す
る。
First, the learning mode (A) of the recognition unit will be described. In the present embodiment, an example will be described in which the skin surface electromyogram of two channels is detected, and the bending angles of the first and second joints of the fingers of one hand, that is, the finger bending angles of a total of 10 joints are recognized.

【0035】まず、皮膚表面電極1,3を手首の総指伸
筋の付近に、皮膚表面電極5,7を手首の浅指屈筋の付
近に装着する。これら電極の装着後、該ロボットハンド
制御装置の電源をオンにすると、指曲げ教師パターン記
憶部37に記憶された指曲げ教師パターンが、指曲げ教
師値呈示インタフェース部31をへてディスプレイモニ
タ59にコンピュータグラフィックス画像として呈示さ
れる。
First, the skin surface electrodes 1, 3 are mounted near the total finger extensor of the wrist, and the skin surface electrodes 5, 7 are mounted near the superficial flexor of the wrist. After the electrodes are mounted, when the power of the robot hand control device is turned on, the finger bending teacher pattern stored in the finger bending teacher pattern storage unit 37 is transferred to the display monitor 59 via the finger bending teacher value presentation interface unit 31. Presented as a computer graphics image.

【0036】図12は、ディスプレイモニタ59にコン
ピュータグラフィックスで呈示される指曲げ教師パター
ンの例である。このコンピュータグラフィックスによる
手指は、手指の斜投影図的に図示され、同時に補助的に
画面下側に指曲げ関節角度が棒グラフで表示される。こ
のとき、ユーザが健常者の場合は、ディスプレイモニタ
59に呈示された指曲げ動作をみながら、その画像の指
曲げ動作をまねて実際に手指を動かし、前腕切断者の場
合は、幻肢として、手指の動作を頭の中でイメージして
もらうか、あるいは皮膚表面電極の装着された反対側の
健常腕と実際には存在しない切断側の手をイメージ上で
左右対称に動かすようにする。この動作の最中に、図1
の皮膚表面電極1,3,5,7によって検出された信号
1 ,a2 は、増幅器9,11により増幅され、時系列
筋電信号bとして、ローカットフィルタ13,15を通
して、信号cとなり、さらにハイカットフィルタ17,
19を通して信号dとなる。
FIG. 12 is an example of a finger bending teacher pattern presented on the display monitor 59 by computer graphics. The finger by the computer graphics is shown in an oblique projection view of the finger, and at the same time, the finger bending joint angle is displayed as a bar graph on the lower side of the screen. At this time, if the user is a healthy person, he or she actually moves his / her finger by mimicking the finger bending operation of the image while watching the finger bending operation presented on the display monitor 59. Then, the movement of the finger is imaged in the head, or the healthy arm on the opposite side to which the skin surface electrode is attached and the hand on the cut side which does not actually exist are moved symmetrically on the image. During this operation, FIG.
The signals a 1 and a 2 detected by the skin surface electrodes 1, 3, 5, and 7 are amplified by the amplifiers 9 and 11, and become a signal c through the low-cut filters 13 and 15 as a time-series myoelectric signal b. Furthermore, the high cut filter 17,
A signal d is obtained through the signal 19.

【0037】時系列筋電信号dは、各指の動作中の状態
において、FFT21,23にとりこまれ、それぞれの
状態において検出された信号dの1/3オクターブ周波
数解析されたパターンeに変換される。
The time-series myoelectric signal d is taken into the FFTs 21 and 23 in the state where each finger is moving, and is converted into a pattern e obtained by analyzing the signal d detected in each state by 3 octave frequency. You.

【0038】図9は、手の動作中のある一瞬におけるパ
ターンeの一例である。パターンeは、マトリクスパタ
ーン変換手段により、各バンド幅ごとに、その信号成分
レベルが数値マトリクスfに変換される。図9は、その
一例であり、前記図中inputの次の横1行が1動作
のパターンに対応する。
FIG. 9 is an example of a pattern e at a certain moment during the movement of the hand. The signal component level of the pattern e is converted into a numerical value matrix f for each bandwidth by the matrix pattern conversion means. FIG. 9 shows an example, and one horizontal row next to input in the above figure corresponds to one operation pattern.

【0039】数値マトリクスパターンfは、認識部29
に入力される。同時に認識部29には、fのパターンに
対応した動作が教師信号データgとして与えられる。
The numeric matrix pattern f
Is input to At the same time, an operation corresponding to the pattern of f is given to the recognition unit 29 as teacher signal data g.

【0040】いまここで、認識部29に入力される数値
マトリクスパターンfと、教師信号データgのタイミン
グの対応について図4,5,9,10を参照して説明す
る。ここでは、時系列筋電信号に対してフレーム長50
0msec、フレーム周期250msecでFFTし、
一方、指曲げ角度教師値のサンプリングは、毎秒32点
で行う例について説明する。時系列筋電信号は、ハイカ
ット周波数3000Hz,ローカット周波数50Hzで
漉波し、FFTは1/3オクターブ分析を10バンド
(中心周波数63,80,100,125,160,2
00,250,315,400,500Hz)で解析す
る。
Here, the correspondence between the numerical matrix pattern f input to the recognition unit 29 and the timing of the teacher signal data g will be described with reference to FIGS. Here, a frame length of 50 with respect to the time-series myoelectric signal is used.
0 msec, FFT with a frame cycle of 250 msec,
On the other hand, an example will be described in which sampling of the finger bending angle teacher value is performed at 32 points per second. The time-series myoelectric signal is filtered at a high cut frequency of 3000 Hz and a low cut frequency of 50 Hz, and the FFT performs 1/3 octave analysis on 10 bands (center frequencies 63, 80, 100, 125, 160, 2).
(00, 250, 315, 400, 500 Hz).

【0041】まず、図10に示すように、前述の条件下
では、毎秒4点のパターンについて認識部29は認識を
行うものである。時系列の筋電信号、教師の各信号は、
図10に示すように、両者の観測窓が一致するように開
き、それぞれが、認識部29に与えられる。時系列筋電
信号は、図10に示すように500msecの観測窓を
開いてFFT21,23にとりこんだものが、図4乃至
図8に示されるような、FFTパターンとなる。
First, as shown in FIG. 10, under the above-described conditions, the recognizing section 29 recognizes four patterns per second. Time-series EMG signals and teacher signals are
As shown in FIG. 10, both observation windows are opened so as to coincide with each other, and each is provided to the recognition unit 29. The time-series myoelectric signals obtained by opening the observation window of 500 msec as shown in FIG. 10 and taking in the FFTs 21 and 23 have the FFT patterns as shown in FIGS.

【0042】さらに、これをマトリクスパターン変換部
27によって、図9のinputの次の横一列の数値パ
ターンに変換する。筋電EMG(1)のときには、時間
的に対応する指曲げ角度教師値は、図10のTeach
er(1)が対応する。図10中、EMG(2),EM
G(3)の時も同様にそれぞれのTeacher
(2)、Teacher(3)が対応する。このとき、
各指、各関節の指曲げ角度教師値は指曲げ角度教師値呈
示インタフェース部でCGによる手指画像に変換され
る。
Further, this is converted by the matrix pattern conversion unit 27 into a numerical pattern in a horizontal row next to the input in FIG. In the case of the myoelectric EMG (1), the finger bending angle teacher value corresponding to the time is Teach in FIG.
er (1) corresponds. In FIG. 10, EMG (2), EM
In the case of G (3), each Teacher
(2) and Teacher (3) correspond. At this time,
The finger bending angle teacher value of each finger and each joint is converted into a finger image by CG in the finger bending angle teacher value presentation interface unit.

【0043】また、指曲げ角度教師値のサンプリングレ
ートは、認識部29のサンプリングレートとは異なるの
で、両者のサンプリングレートが一致するように、指曲
げ角度教師値を時間平均する。いま、その処理を図11
に示す。
Since the sampling rate of the finger bending angle teacher value is different from the sampling rate of the recognition unit 29, the finger bending angle teacher value is time-averaged so that the two sampling rates match. Now, the processing is shown in FIG.
Shown in

【0044】図11に示すように、毎秒32点サンプリ
ングしている指曲げ角度教師値に対して、FFT処理す
る時系列筋電信号と同じ長さの時間窓をひらき、16点
の信号をとりこみ、1/16して時間平均する。こうし
た指曲げ角度教師値の処理は指曲げ角度教師値呈示イン
タフェース部31で信号統括部25の同期信号j,k,
l,mに基づいて筋電信号の処理と図10に示すように
同期をとりながら行う。図10に示す通り、図10中、
t(1)の認識部29に対しては、図5のt(1)のと
きの指曲げ教師値を与え、t(2)に対してはそれぞれ
対応するt(2)のときの値を与えるものとする。指曲
げ角度教師値を指曲げ角度教師値呈示インタフェース部
31で変換したgと、対応するFFTされた数値マトリ
クス筋電パターンfを認識部29の学習用入出力パター
ンとしたものを図9に示す。いま、図9のTeache
rの次の行一列が、変換された指曲げ角度教師数値パタ
ーンである。変換は、本例では、指曲げ角度0度から1
20度を、数値−0.5から+0.5に比例的に変換し
た。
As shown in FIG. 11, a time window of the same length as the time-series myoelectric signal to be subjected to the FFT processing is opened for the finger bending angle teaching value sampled at 32 points per second, and 16 point signals are taken. , 1/16 and time averaged. The processing of the finger bending angle teacher value is performed by the finger bending angle teacher value presentation interface unit 31 using the synchronization signals j, k,
The processing is performed while synchronizing the processing of the myoelectric signal based on l and m as shown in FIG. As shown in FIG. 10, in FIG.
The finger bending teacher value at the time of t (1) in FIG. 5 is given to the recognition unit 29 of t (1), and the corresponding value at the time of t (2) is given to t (2). Shall be given. FIG. 9 shows g obtained by converting the finger bending angle teacher value by the finger bending angle teacher value presentation interface unit 31 and the corresponding input / output pattern for learning of the recognition unit 29 using the FFT-valued numerical matrix EMG pattern f. . Now, the Teache of FIG.
The next row and column of r is the converted finger bending angle teaching value pattern. In this example, the conversion is from the finger bending angle of 0 degree to 1
Twenty degrees was converted proportionally from the value -0.5 to +0.5.

【0045】認識部29の神経回路網の学習は、図13
のフローチャートに示すように行う。
The learning of the neural network by the recognition unit 29 is performed as shown in FIG.
This is performed as shown in the flowchart of FIG.

【0046】まず、ステップ110で認識部7の神経回
路網の各ユニット間の重みと、各ユニットのオフセット
を乱数で初期化する。次に、ステップ120でユーザは
ディスプレイモニタ59の画面に呈示される指曲げ教師
パターンとしてのCG画像を真似た手の動作を数分間繰
り返し、ステップ130では前述した処理された筋電信
号と指曲げ角度教師値の入出力パターンのペアを認識部
29の入出力パターン記憶部39にとりこみ、ステップ
140での手の動作終了後、ステップ150において、
入出力パターン記憶部39から入出力パターンのペアを
引き出して、神経回路網の学習を、例えばバックプロパ
ゲーション法(文献、中野馨監修,”ニューロコンピュ
ータ”,技術評論社,p47、1989)によって行
い、ステップ160で神経回路網の各ユニット間の重み
の更新と、各ユニットのオフセットの更新を行う。具体
的には図9に示した、入出力パターンのペアを上から下
へ順々と神経回路網に与えて学習を行い、最後の入出力
ペアにきたら、またはじめのペアから学習を再度繰り返
すものとする(ステップ170)。
First, in step 110, the weight between each unit of the neural network of the recognition unit 7 and the offset of each unit are initialized with random numbers. Next, in step 120, the user repeats for several minutes a hand motion imitating the CG image as the finger bending teacher pattern presented on the screen of the display monitor 59, and in step 130, the processed myoelectric signal and the finger bending The input / output pattern pair of the angle teacher value is taken into the input / output pattern storage unit 39 of the recognizing unit 29, and after the end of the hand operation in step 140, in step 150,
A pair of input / output patterns is extracted from the input / output pattern storage unit 39, and learning of the neural network is performed by, for example, a back propagation method (literature, supervised by Kaoru Nakano, "Neurocomputer", Technical Review, p47, 1989). In step 160, the weight of each unit of the neural network is updated, and the offset of each unit is updated. More specifically, learning is performed by sequentially giving the input / output pattern pairs shown in FIG. 9 from top to bottom to the neural network, and when the last input / output pair comes, learning is repeated again from the first pair. (Step 170).

【0047】あらかじめ、指定した学習回数を越えたら
学習を終了する(ステップ190,200)。以上で、
学習モード(A)を終了する。
When the number of times of learning exceeds the designated number of times, the learning is terminated (steps 190 and 200). Above,
The learning mode (A) ends.

【0048】次に、神経回路網の認識モード(B)につ
いて説明する。認識モード(B)とは、皮膚表面電極を
装着して、ロボットハンド若しくは仮想のCGハンドを
制御するモードである。
Next, the recognition mode (B) of the neural network will be described. The recognition mode (B) is a mode in which a skin surface electrode is mounted and a robot hand or a virtual CG hand is controlled.

【0049】ユーザが、健常者の場合には、電極装着側
の手を動かし、切断者の場合には、幻肢により、頭のな
かで手を動かすことをイメージする。
When the user is a healthy person, the hand on the electrode mounting side is moved, and when the user is an amputee, the hand is moved in the head by the phantom limb.

【0050】この動作若しくは、イメージ中に検出され
た時系列筋電信号は、学習モード時と同じ条件下で時間
軸上に開いたFFTの時間窓ごとに、離散化して周波数
解析され、マトリクスパターン変換部27にパターンe
として入力される。
This operation or the time-series myoelectric signal detected in the image is discretized and frequency-analyzed for each FFT time window opened on the time axis under the same conditions as in the learning mode, and the matrix pattern is analyzed. Pattern e
Is entered as

【0051】パターンeは学習モード(A)時と同様に
マトリクスパターン変換部27でパターンfとして変換
される。
The pattern e is converted as a pattern f by the matrix pattern converter 27 in the same manner as in the learning mode (A).

【0052】パターンfは、学習モード(A)で既に学
習されたパターンに基づき、対応する指の曲げ角度値を
指の曲げ角度データhとして、ロボットハンド制御部3
3に出力する。
The pattern f is based on the pattern already learned in the learning mode (A), and the robot hand controller 3 sets the corresponding finger bending angle value as the finger bending angle data h.
Output to 3.

【0053】ロボットハンド制御部33は、ロボットハ
ンド35に動作指令信号iを出力し、ロボットハンド3
5は、動作指令信号iに基づいて指の曲げ動作を再現す
る。
The robot hand controller 33 outputs an operation command signal i to the robot hand 35,
5 reproduces the bending operation of the finger based on the operation command signal i.

【0054】図15は、学習済みの認識部29に対し
て、未学習の手の指曲げ動作の2チャンネルの筋電パタ
ーンを認識したときの、人差し指第1関節の指曲げ角度
の、筋電パターンによる指曲げ認識値と、同時に手袋状
の指曲げ関節角度検出装置(商品名:データグローブ)
によって測定した指曲げ角度の真の値を時系列的に示し
た認識の実施の一例を示す。本発明による筋電信号から
認識した指曲げ角度と、真の指曲げ角度はよく一致して
おり、本発明の有効性が示される。
FIG. 15 shows the electromyogram of the finger bending angle of the first finger of the forefinger when the two-channel electromyogram pattern of the finger bending motion of the unlearned hand is recognized by the learned recognition unit 29. Finger bending recognition value by pattern and at the same time glove-shaped finger bending joint angle detection device (product name: Data Glove)
1 shows an example of implementation of recognition in which true values of finger bending angles measured in a time series are shown in time series. The finger bending angle recognized from the myoelectric signal according to the present invention and the true finger bending angle are in good agreement, indicating the effectiveness of the present invention.

【0055】図11は、学習済みの認識部に対して、未
学習の手の指曲げ動作の2チャンネルの筋電パターンを
認識したときの、人差し指第1関節の指曲げ角度の、筋
電パターンによる指曲げ認識値と、同時にデータグロー
ブによって測定した指曲げ角度の真の値との相関関係を
示した認識の実施の一例を示す。両者の相関は図に示す
通りであり、本実施例における有効性が示される。
FIG. 11 shows the electromyogram pattern of the finger bending angle of the first finger of the index finger when the two-channel electromyogram pattern of the finger bending motion of the unlearned hand is recognized by the learned recognition unit. 1 shows an example of recognition execution showing a correlation between a finger bending recognition value according to the present invention and a true value of a finger bending angle measured by a data glove at the same time. The correlation between the two is as shown in the figure, indicating the effectiveness in this embodiment.

【0056】図17は、学習済みの認識部に対して、未
学習の手の指曲げ動作の2チャンネルの筋電パターンを
認識したときの、各指の第1、第2関節の指曲げ角度
の、筋電パターンによる指曲げ認識値と、同時にデータ
グローブによって測定した指曲げ角度の真の値とのRo
ot Mean Square Errorを示すもの
であり、本実施例における有効性が示される。
FIG. 17 shows the finger bending angles of the first and second joints of each finger when a two-channel myoelectric pattern of a finger bending operation of an unlearned hand is recognized by the learned recognition unit. Of the finger bending recognition value based on the myoelectric pattern and the true value of the finger bending angle measured by the data glove at the same time
5 shows an ot Mean Square Error, and shows the effectiveness in the present embodiment.

【0057】神経回路網は、入力層20ユニット、中間
層20ユニット、出力層10ユニットで、入力層に入力
されたバンド幅別レベルパターンに対して、出力層10
ユニットが発火する。神経回路網の神経細胞ユニットの
構造及び、前記ユニットの入出力関数特性を図3に示
す。出力層は、それぞれ、各指の第1、第2関節の指曲
げ角度に出力が対応し、5本指各2関節で合計10関節
である。
The neural network is composed of 20 units of the input layer, 20 units of the intermediate layer, and 10 units of the output layer.
Unit ignites. FIG. 3 shows the structure of the nerve cell unit of the neural network and the input / output function characteristics of the unit. The output of the output layer corresponds to the finger bending angles of the first and second joints of each finger, and each of the five fingers has two joints for a total of 10 joints.

【0058】本実施例では、検出する筋電信号が2チャ
ンネルで、手指に対して適用した例を示すが、下記に記
載の各変更が可能である。
In the present embodiment, an example is shown in which the myoelectric signal to be detected is two channels and is applied to a finger, but the following modifications are possible.

【0059】すなわち、皮膚表面電極の対の数を増し
て、各電極からの信号をFFT処理して、バンド別レベ
ル数値パターンに変換にして、前記神経回路網の入力層
のユニット数を増して、2対の2チャンネルの電極から
だけでなく、数対の電極からのパターンを同時に入力す
ること、電極の大きさや形状を種々の形とすること、F
FT処理のバンド幅、バンド数を変更すること、FFT
の代わりに多バンド帯域フィルタを使用すること、人体
の他の部位の運動に適用すること、バックプロパゲーシ
ョン型神経回路網以外の、線型分離不可能なパターン
を、パターンの属性別に分離する能力を有する神経回路
網を用いること、あらかじめ不特定多数のユーザに適合
した認識部の神経回路網の重みとオフセットを固定し
て、学習モード(A)の機能を省いた、装置を提供する
ことである。
That is, the number of pairs of skin surface electrodes is increased, the signal from each electrode is subjected to FFT processing, converted into a level numerical pattern for each band, and the number of units in the input layer of the neural network is increased. Inputting patterns from not only two pairs of two-channel electrodes but also several pairs of electrodes at the same time, various sizes and shapes of electrodes, F
Changing the bandwidth and the number of bands for FT processing, FFT
Instead of using a multiband bandpass filter, applying it to the motion of other parts of the human body, and the ability to separate non-separable linear patterns other than back-propagation neural networks by pattern attributes. An object of the present invention is to provide a device in which a neural network having a learning mode (A) is omitted by fixing a weight and an offset of a neural network of a recognition unit suitable for an unspecified number of users in advance and using a neural network. .

【0060】また、上記は、それぞれ独立に実施行うこ
とが同様に可能であり、前記実施例に限定されるもので
なく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更
が可能である。
Further, the above can be similarly carried out independently of each other, and is not limited to the above embodiment, and various changes can be made without departing from the gist of the invention.

【0061】次に、本発明に係る第2の実施例について
説明する。本第2の実施例が前述の第1の実施例と異な
るのは、図18からも明らかなように、指曲げ角度教師
値呈示インタフェース部31からCGによる指曲げ教師
パターン画像を呈示するかわりに、指曲げ教師パターン
と同期用音声タイミング信号をあらかじめ録画したビデ
オテープ55をビデオデッキ57で再生することによっ
て、ユーザに指曲げ教師パターンを呈示しながら、同期
した指曲げ角度教師値を指曲げ角度教師値呈示インタフ
ェース部31で認識部29にあたえる部分である。
Next, a second embodiment according to the present invention will be described. The second embodiment differs from the first embodiment in that the finger bending angle teacher value presenting interface unit 31 instead of displaying the finger bending teacher pattern image by CG as shown in FIG. By reproducing the video tape 55 pre-recorded with the finger bending teacher pattern and the synchronization audio timing signal on the VCR 57, the synchronized finger bending angle teacher value is displayed while the finger bending teacher pattern is presented to the user. This is a part given to the recognition unit 29 in the teacher value presentation interface unit 31.

【0062】本実施例においては、図19に示すよう
に、テレビモニタ59に呈示する指曲げ教師パターン
と、認識部に呈示される指曲げ角度教師パターンの信号
の同期をとるために、指曲げ教師パターン録画フィルム
55の音声トラックには、指曲げ教師パターン画像再生
開始ポイントに、一定周波数の純音が録音されており、
フィルムを再生すると、純音はテレビモニタ59のスピ
ーカから再生され、本装置のマイク53によって検出さ
れる。マイク53で検出された音は、前記純音の周波数
のみ通すバンドパスフィルタ51によって検出され、検
出信号を全波整流平滑化して、トリガ信号として信号統
括部25に送られる。
In this embodiment, as shown in FIG. 19, in order to synchronize the signals of the finger bending teacher pattern presented on the television monitor 59 and the finger bending angle teacher pattern presented on the recognition unit, the finger bending is performed. In the audio track of the teacher pattern recording film 55, a pure tone of a certain frequency is recorded at the finger bending teacher pattern image reproduction start point.
When the film is played, the pure tone is played from the speaker of the television monitor 59 and detected by the microphone 53 of the apparatus. The sound detected by the microphone 53 is detected by the band-pass filter 51 that passes only the frequency of the pure sound, and the detection signal is full-wave rectified and smoothed, and is sent to the signal control unit 25 as a trigger signal.

【0063】指曲げ教師パターン記憶部37に記憶さ
れ、指曲げ教師値呈示インタフェース部31に送られる
信号は、信号統括部25に送られた前記トリガ信号によ
って送信開始タイミングが制御され、テレビモニタ59
に呈示される指曲げ動作パターンと、認識部29に教師
値として呈示される指曲げ動作パターンの同期がとられ
る。
The transmission start timing of the signal stored in the finger bending teacher pattern storage unit 37 and sent to the finger bending teacher value presentation interface unit 31 is controlled by the trigger signal sent to the signal control unit 25, and the television monitor 59
Is synchronized with the finger bending operation pattern presented as the teacher value to the recognition unit 29.

【0064】認識部29の学習は、ユーザがテレビモニ
タ59に呈示される指曲げ動作パターンのCGもしく
は、実手指画像にあわせて手指を動かし、学習終了後
は、テレビモニタ59、VTR57、ビデオフィルム5
5と無関係に、筋電認識によって、ロボットハンド35
若しくは、仮想のCGハンドを制御するものである。
In the learning of the recognition unit 29, the user moves his / her finger in accordance with the CG of the finger bending operation pattern presented on the television monitor 59 or the actual finger image, and after the learning is completed, the television monitor 59, the VTR 57 and the video film. 5
5, the robot hand 35
Alternatively, it controls a virtual CG hand.

【0065】上述してきたように、本実施例は、まず皮
膚表面電極からの筋電信号をFFT処理した線型分離不
可能なパターンを、パターンの属性別に識別する能力と
学習機能とを有する神経回路網によって、手の動作種類
別に「教師あり学習」するようにしている。次に、この
「教師あり学習」の後に神経回路網によって、皮膚表面
電極を装着したロボットハンド操縦者からの筋電を認識
して前記ロボットハンドを制御するようにしている。
As described above, in this embodiment, the neural circuit having the ability to identify the linear non-separable pattern obtained by performing the FFT processing on the myoelectric signal from the skin surface electrode by the attribute of the pattern and the learning function. The network provides "supervised learning" for each type of hand movement. Next, after this "supervised learning", the neural network recognizes the myoelectricity from the robot hand operator wearing the skin surface electrode and controls the robot hand.

【0066】従って、神経回路網のパターン特徴の自動
抽出、類似パターンの高識別化及び高耐性能力から、前
記学習モード時に、電極が手の動作に直接関与する筋肉
の直上に位置していない場合、学習用パターンが多い場
合、さらには学習用パターンにノイズが混入している場
合であっても学習が収束する。同様に、認識モード時
に、電極の位置ずれが生じている場合、筋電信号にノイ
ズやアーチファクトが混入している場合、数種の筋群が
協調して動作して動く手の動作時に、手の動作に直接関
与する筋肉の直上に電極が位置していない場合であって
も、数種の筋群から発生する筋電位が同時に非線形に干
渉、混合、クロストークして皮膚表面に到達する皮膚表
面筋電から対応する手の指曲げ角度を認識できるので、
従来不可能であった、皮膚表面筋電からの手の指の曲げ
角度識別によるロボットハンドの指の曲げ角度の制御が
可能となる。
Therefore, due to the automatic extraction of the pattern features of the neural network, the high discrimination of similar patterns, and the high tolerance, when the electrode is not located directly above the muscle directly involved in the hand movement in the learning mode. However, learning converges even when there are many learning patterns, and even when noise is mixed in the learning patterns. Similarly, in the recognition mode, if electrode misalignment occurs, noise or artifacts are mixed in the myoelectric signal, or when several types of muscle groups move in coordination, Even when the electrodes are not located directly above the muscles directly involved in the movement of the skin, the myoelectric potentials generated from several muscle groups simultaneously simultaneously nonlinearly interfere, mix, and crosstalk to reach the skin surface Since the finger bending angle of the corresponding hand can be recognized from the surface EMG,
It becomes possible to control the finger bending angle of the robot hand by discriminating the finger bending angle from the skin surface myoelectricity, which was conventionally impossible.

【0067】さらに、従来の方法では、認識部の学習に
あたり、手袋状の指曲げ関節角度センサや、画像処理に
よる指曲げ角度検出装置が必要だったのを、不要なもの
とした。
Further, in the conventional method, a glove-like finger bending joint angle sensor and a finger bending angle detecting device by image processing are required for learning of the recognition unit, but are unnecessary.

【0068】また、体調の変化や、年齢の変化に伴う発
生筋電の変化に対しては、本発明のロボットハンドを使
用前、もしくは、使用の最中にときどき使用を中断し
て、前記学習モードを行うことにより、より発生筋電に
適合した状態で使用することが可能となる。
Further, with respect to a change in physical condition or a change in the generated myoelectricity due to a change in age, the use of the robot hand of the present invention is interrupted before or during use, and the learning is interrupted. By performing the mode, the device can be used in a state more suitable for the generated myoelectricity.

【0069】一方、応用分野としては、前腕切断者用の
筋電義手、他部位切断者用の義手、義足等の動力義手と
しての福祉分野への利用がある。また、健常者を操縦者
とした、宇宙空間、原子力発電所格納容器内、深海、火
災現場、毒性を有する微生物の培養容器内作業等の極限
作業用遠隔制御ロボットのロボットハンドの制御、遠隔
手術時のロボットハンドの医師によるオペレーション、
血管、眼球等の微小臓器の手術時のマイクロロボットハ
ンドの医師によるオペレーション、LSIデバイス等の
微小デバイスのハンドリングのためのロボットハンドの
有人オペレーション或いは無人電話局、無人電波中継施
設、隧道、無人変電所等の保守管理を要する施設の保守
管理にあたる遠隔操縦型ロボットのロボットハンドの有
人オペレーション、さらには航空機パイロットの操縦装
置への入力デバイス、コンピュータCGで作られた仮想
空間内のマニピュレーションへの応用、コンピュータキ
ーボードやマウスに代る入力装置、ピアノや楽器の鍵盤
の代行としての入力装置、手話の機械翻訳のための入力
装置、文字認識によるペン入力時にペン入力で書かれた
文字を機械が認識するにあたり同時に筋電パターンを認
識して文字認識率を補助的に高める装置、等が考えられ
る。
On the other hand, as an application field, there is a use in a welfare field as a power prosthesis such as a myoelectric prosthesis for a forearm amputee, a prosthesis for another amputee, and a prosthesis. In addition, control of the robot hand of a remote control robot for extreme work, such as work in outer space, inside the containment vessel of a nuclear power plant, deep sea, fire scene, culture vessel of toxic microorganisms, using a healthy person as the pilot, remote surgery Operation by the doctor of the robot hand at the time,
Operation of micro robot hand by doctor at the operation of micro organs such as blood vessels and eyeballs, manned operation of robot hand for handling micro devices such as LSI devices or unmanned telephone station, unmanned radio wave relay facility, tunnel, unmanned substation Manned operation of a robotic hand of a remote-controlled robot that performs maintenance management of facilities that require maintenance management, etc., furthermore, an input device to an aircraft pilot's control device, application to manipulation in a virtual space created by a computer CG, computer An input device that substitutes for a keyboard or mouse, an input device that acts as a substitute for the keyboard of a piano or musical instrument, an input device for machine translation of sign language, and a machine that recognizes characters written by pen input when pen input is performed by character recognition. Character recognition rate by simultaneously recognizing myoelectric patterns Auxiliary enhance device, etc. are conceivable.

【0070】[0070]

【発明の効果】以上、説明したように本発明のロボット
ハンド制御装置は、皮膚表面電極から検出された筋電信
号の認識、識別に、学習性を有し、かつ雑音に強い神経
回路網を用いるようにしたので、小数の皮膚表面電極か
ら検出された筋電信号であっても動作する等の効果を奏
するものである。
As described above, the robot hand control device of the present invention provides a neural network which has learning properties and is strong in noise in recognizing and identifying myoelectric signals detected from skin surface electrodes. Since it is used, an effect such as operation is obtained even with a myoelectric signal detected from a small number of skin surface electrodes.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のロボットハンド制御装置に係る一実施
例の概略の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of one embodiment according to a robot hand control device of the present invention.

【図2】図1に示した認識部の神経回路網による構成例
を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a recognition unit illustrated in FIG. 1 using a neural network.

【図3】認識部の神経細胞ユニットの入出力関係と神経
回路網ユニットの構造とを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an input / output relationship of a neural cell unit of a recognition unit and a structure of a neural network unit.

【図4】5本指の全てを曲げた状態の筋電信号をFFT
処理して得られた筋電パターンを示す図である。
FIG. 4 is an FFT of an EMG signal in a state where all five fingers are bent.
It is a figure showing a myoelectric pattern obtained by processing.

【図5】人差し指のみを曲げた状態の筋電信号をFFT
処理して得られた筋電パターンを示す図である。
FIG. 5 shows an FFT of an EMG signal in a state where only the index finger is bent.
It is a figure showing a myoelectric pattern obtained by processing.

【図6】中指のみを曲げた状態の筋電信号をFFT処理
して得られた筋電パターンを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a myoelectric pattern obtained by performing FFT processing on the myoelectric signal in a state where only the middle finger is bent.

【図7】親指のみを曲げた状態の筋電信号をFFT処理
して得られた筋電パターンを示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an EMG pattern obtained by performing FFT processing on an EMG signal in a state where only the thumb is bent.

【図8】全ての指を開いた状態の筋電信号をFFT処理
して得られた筋電パターンを示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a myoelectric pattern obtained by performing FFT processing on myoelectric signals in a state where all fingers are opened.

【図9】周波数解析された筋電信号のバンド幅別の信号
成分レベルである入力パターンと手の指曲げ角度教師パ
ターンからなる認識部の学習パターンとを示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram illustrating an input pattern, which is a signal component level for each bandwidth of a myoelectric signal subjected to frequency analysis, and a learning pattern of a recognition unit including a finger bending angle teacher pattern;

【図10】認識部の学習モード時の入出力パターンのタ
イミングチャートを示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a timing chart of an input / output pattern in a learning mode of the recognition unit.

【図11】認識部の学習モード時の指曲げ角度教師値の
サンプリングと時間平均の処理手順との関係を示す図で
ある。
FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship between sampling of a finger bending angle teacher value and a processing procedure of time averaging in a learning mode of a recognition unit.

【図12】画面に呈示される指曲げ教師パターンとして
の手指のCG画像を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a CG image of a finger as a finger bending teacher pattern presented on the screen.

【図13】認識部の学習モード時のフローチャートを示
す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a flowchart in a learning mode of the recognition unit.

【図14】認識部の認識モード時のフローチャートを示
す図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating a flowchart of a recognition unit in a recognition mode.

【図15】学習済みの認識部に対して、未学習の手の指
曲げ動作の2チャンネルの筋電パターンを認識したとき
の人差し指第1関節の指曲げ角度の筋電パターンによる
指曲げ認識値と、データグローブによって測定した指曲
げ角度の真の値を時系列的に示した認識結果を示す図で
ある。
FIG. 15 shows a finger bending recognition value based on the myoelectric pattern of the finger bending angle of the first finger of the index finger when a two-channel electromyographic pattern of a finger bending motion of an unlearned hand is recognized by a learned recognition unit. FIG. 7 is a diagram showing recognition results in which true values of finger bending angles measured by a data glove are shown in time series.

【図16】学習済みの認識部に対して、未学習の手の指
曲げ動作の2チャンネルの筋電パターンを認識したとき
の人差し指第1関節の指曲げ角度の筋電パターンによる
指曲げ認識値と、データグローブによって測定した指曲
げ角度の真の値との相関関係を示した認識結果を示す図
である。
FIG. 16 shows a finger bending recognition value based on a myoelectric pattern of the finger bending angle of the first finger of the index finger when a two-channel myoelectric pattern of a finger bending operation of an unlearned hand is recognized by a learned recognition unit. FIG. 9 is a diagram illustrating a recognition result indicating a correlation between the data and a true value of a finger bending angle measured by a data glove.

【図17】学習済みの認識部に対して、未学習の手の指
曲げ動作の2チャンネルの筋電パターンを認識したとき
の、各指の第1、第2関節の指曲げ角度の、筋電パター
ンによる指曲げ認識値と、データグローブによって測定
した指曲げ角度の真の値とのRootMean Squ
are Errorを示す図である。
FIG. 17 is a graph showing muscle bending of the finger bending angles of the first and second joints of each finger when a two-channel myoelectric pattern of a finger bending motion of an unlearned hand is recognized by a learned recognition unit; Root Mean Squ of the finger bending recognition value by the electric pattern and the true value of the finger bending angle measured by the data glove
It is a figure which shows are Error.

【図18】本発明のロボットハンド制御装置に係る第2
の実施例の概略の構成を示すブロック図である。
FIG. 18 shows a second example of the robot hand control device according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the embodiment.

【図19】図18に示す第2の実施例における同期信号
音の処理過程を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing a process of processing a synchronization signal tone in the second embodiment shown in FIG. 18;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 皮膚表面電極 3 皮膚表面電極 5 皮膚表面電極 7 皮膚表面電極 9 増幅器 11 増幅器 13 ローカットフィルタ 15 ローカットフィルタ 17 ハイカットフィルタ 19 ハイカットフィルタ 21 高速フーリエ変換部 23 高速フーリエ変換部 25 信号統括部 27 マトリクスパターン変換部 29 認識部 31 指曲げ角度教師値呈示インタフェース部 33 ロボットハンド制御部 35 ロボットハンド 37 指曲げ教師パターン記憶部 39 入出力パターン記憶部 41 認識入力パターン 43 出力パターン 45 学習用教師信号パターン 47 神経回路網の入力層 49 神経回路網の中間層 51 神経回路網の出力層 59 ディスプレイモニタ a1 皮膚表面電極の検出信号 a2 皮膚表面電極の検出信号 b 筋電信号 c 筋電信号(低周波成分遮断) d 筋電信号(高周波成分遮断) e 筋電信号(FFT変換後) f 筋電信号の数値マトリクスパターン g 指曲げ角度教師信号パターン h 手の指曲げ角度動作データ i ロボットハンド指曲げ角度動作指令信号 j タイミング信号 k タイミング信号 m タイミング信号 n タイミング信号 p 指曲げ教師パターン信号 q 指曲げ教師パターンCG画像信号 Reference Signs List 1 skin surface electrode 3 skin surface electrode 5 skin surface electrode 7 skin surface electrode 9 amplifier 11 amplifier 13 low cut filter 15 low cut filter 17 high cut filter 19 high cut filter 21 fast Fourier transform section 23 fast Fourier transform section 25 signal control section 27 matrix pattern transform Unit 29 recognition unit 31 finger bending angle teacher value presentation interface unit 33 robot hand control unit 35 robot hand 37 finger bending teacher pattern storage unit 39 input / output pattern storage unit 41 recognition input pattern 43 output pattern 45 learning teacher signal pattern 47 neural circuit Input layer of network 49 Intermediate layer of neural network 51 Output layer of neural network 59 Display monitor a1 Detection signal of skin surface electrode a2 Detection signal of skin surface electrode b Myoelectric signal c Myoelectric signal (low frequency component) E) Myoelectric signal (after FFT conversion) f Numerical matrix pattern of myoelectric signal g Finger bending angle teacher signal pattern h Finger bending angle operation data i Robot hand finger bending angle operation Command signal j Timing signal k Timing signal m Timing signal n Timing signal p Finger bending teacher pattern signal q Finger bending teacher pattern CG image signal

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 皮膚表面に設けられる皮膚表面電極と、 この皮膚表面電極から検出された筋電信号の周波数解析
を行う周波数解析手段と、 指曲げ教師パターンを時系列的に記憶する指曲げ教師パ
ターン記憶手段と、 この指曲げ教師パターン記憶手段に記憶される指曲げ教
師パターンを表示出力する表示手段と、 複数のユニットと重み付きリンクによって学習機能を有
する神経回路網で構成され、前記周波数解析手段で周波
数解析された筋電信号と、前記指曲げ教師パターン記憶
手段から出力される指曲げ教師パターンとを当該複数の
ユニットの入力として、これら入力の一致を計る学習を
行うと共に、この学習結果に基づいて前記周波数解析手
段で周波数解析された筋電信号によるロボットハンドの
駆動データを出力する認識手段と、 この認識手段から出力される駆動データに基づく動作指
令信号を出力するロボットハンド制御手段と、 このロボットハンド制御手段から出力される動作指令信
号に基づいて動作するロボットハンドとを有することを
特徴とするロボットハンド制御装置。
1. A skin surface electrode provided on a skin surface, a frequency analysis means for performing frequency analysis of a myoelectric signal detected from the skin surface electrode, and a finger bending teacher for storing a finger bending teacher pattern in time series A pattern storage means, a display means for displaying and outputting the finger bending teacher pattern stored in the finger bending teacher pattern storage means, a neural network having a learning function by a plurality of units and weighted links, The myoelectric signal subjected to the frequency analysis by the means and the finger bending teacher pattern output from the finger bending teacher pattern storage means are input to the plurality of units, and learning is performed to measure the coincidence of these inputs. Recognition means for outputting drive data of the robot hand based on the myoelectric signal frequency-analyzed by the frequency analysis means based on A robot hand control means for outputting an operation command signal based on drive data output from the recognition means; and a robot hand operating based on the operation command signal output from the robot hand control means. Hand control device.
【請求項2】 皮膚表面に設けられる皮膚表面電極と、 この皮膚表面電極から検出された筋電信号の周波数解析
を行う周波数解析手段と、 指曲げ教師パターンを時系列的に記憶する指曲げ教師パ
ターン記憶手段と、 指曲げ教師パターンと同期用音声タイミング信号をあら
かじめ録画したビデオテープを再生する再生手段と、 この再生手段で再生される教師パターン画像を表示する
表示手段と、 前記再生手段で音声信号として再生される同期用音声タ
イミング信号を検出するマイクと、 複数のユニットと重み付きリンクによって学習機能を有
する神経回路網で構成され、前記周波数解析手段で周波
数解析された筋電信号と、マイクで検出された同期用音
声タイミング信号に同期させて前記指曲げ教師パターン
記憶手段から出力される指曲げ教師パターンとを当該複
数のユニットの入力として、これら入力の一致を計る学
習を行うと共に、この学習結果に基づいて前記周波数解
析手段で周波数解析された筋電信号によるロボットハン
ドの駆動データを出力する認識手段と、 この認識手段から出力される駆動データに基づく動作指
令信号を出力するロボットハンド制御手段と、 このロボットハンド制御手段から出力される動作指令信
号に基づいて動作するロボットハンドとを有することを
特徴とするロボットハンド制御装置。
2. A skin surface electrode provided on a skin surface, frequency analysis means for performing frequency analysis of a myoelectric signal detected from the skin surface electrode, and a finger bending teacher for storing a finger bending teacher pattern in time series. Pattern storage means; reproducing means for reproducing a videotape in which a finger bending teacher pattern and a synchronization audio timing signal are recorded in advance; display means for displaying a teacher pattern image reproduced by the reproducing means; A microphone for detecting a synchronization audio timing signal reproduced as a signal; a neural network having a learning function by a plurality of units and weighted links; a myoelectric signal frequency-analyzed by the frequency analysis means; Finger bending teaching output from the finger bending teaching pattern storage means in synchronization with the synchronization audio timing signal detected in step (b). Using the master pattern as an input of the plurality of units, learning to measure the coincidence of these inputs is performed, and driving data of the robot hand is output based on the myoelectric signal frequency-analyzed by the frequency analysis unit based on the learning result. Recognition means; robot hand control means for outputting an operation command signal based on drive data output from the recognition means; and a robot hand operating based on the operation command signal output from the robot hand control means. A robot hand control device characterized by the above-mentioned.
JP4199364A 1992-07-27 1992-07-27 Robot hand control device Expired - Lifetime JP2659653B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4199364A JP2659653B2 (en) 1992-07-27 1992-07-27 Robot hand control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4199364A JP2659653B2 (en) 1992-07-27 1992-07-27 Robot hand control device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0639754A JPH0639754A (en) 1994-02-15
JP2659653B2 true JP2659653B2 (en) 1997-09-30

Family

ID=16406533

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4199364A Expired - Lifetime JP2659653B2 (en) 1992-07-27 1992-07-27 Robot hand control device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2659653B2 (en)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3523007B2 (en) * 1997-03-25 2004-04-26 中沢 弘 Satisfaction measurement system and feedback device
JP3660887B2 (en) * 2001-03-19 2005-06-15 株式会社日立製作所 Surgery support device
JP2007195592A (en) * 2006-01-24 2007-08-09 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Safety system for myoelectric interface
JP2011110620A (en) * 2009-11-24 2011-06-09 Toyota Industries Corp Method of controlling action of robot, and robot system
JP5467268B2 (en) * 2010-03-18 2014-04-09 学校法人早稲田大学 Involuntary movement suppression system, movement recognition apparatus, and movement recognition apparatus program
KR102170321B1 (en) 2013-06-17 2020-10-26 삼성전자주식회사 System, method and device to recognize motion using gripped object
CN104760042A (en) * 2015-03-20 2015-07-08 西安超人高仿真机器人科技有限公司 Simulation robot control system
WO2017187658A1 (en) * 2016-04-28 2017-11-02 ボッシュ株式会社 Motion assist device
US11961494B1 (en) 2019-03-29 2024-04-16 Meta Platforms Technologies, Llc Electromagnetic interference reduction in extended reality environments
US11907423B2 (en) 2019-11-25 2024-02-20 Meta Platforms Technologies, Llc Systems and methods for contextualized interactions with an environment
WO2019180916A1 (en) * 2018-03-23 2019-09-26 三菱電機株式会社 Robot control device
US11797087B2 (en) 2018-11-27 2023-10-24 Meta Platforms Technologies, Llc Methods and apparatus for autocalibration of a wearable electrode sensor system
CN110850979B (en) * 2019-11-07 2023-05-09 中国航天员科研训练中心 Gesture recognition man-machine interaction method based on spaceflight medical supervision and medical insurance signal
CN114800442B (en) * 2022-03-22 2023-07-25 华南理工大学 Robot dragging teaching system and method based on electromyographic signals and kinematic redundancy

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63196388A (en) * 1987-02-06 1988-08-15 株式会社東芝 Teaching device for remote control robot
JP2507043B2 (en) * 1989-05-09 1996-06-12 日本電信電話株式会社 Myoelectric control learning robot hand

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0639754A (en) 1994-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2913611B2 (en) Learning type electromyogram pattern recognition robot hand controller
JP2659653B2 (en) Robot hand control device
US8437844B2 (en) Method, system and apparatus for real-time classification of muscle signals from self-selected intentional movements
Graupe et al. Functional separation of EMG signals via ARMA identification methods for prosthesis control purposes
US20190343662A1 (en) Multi-dimensional surface electromyogram signal prosthetic hand control method based on principal component analysis
RU2415642C1 (en) Method of classification of electroencephalographic signals in interface brain-computer
Wojtczak et al. Hand movement recognition based on biosignal analysis
Ison et al. Simultaneous myoelectric control of a robot arm using muscle synergy-inspired inputs from high-density electrode grids
WO2001086406A1 (en) Communication method and apparatus
KR100994408B1 (en) Method and device for deducting pinch force, method and device for discriminating muscle to deduct pinch force
CN113730190A (en) Upper limb rehabilitation robot system with three-dimensional space motion
Chen et al. Robot arm control method using forearm EMG signals
Cho et al. Estimating simultaneous and proportional finger force intention based on sEMG using a constrained autoencoder
Mahmoudi et al. Single-channel EEG-based prosthetic hand grasp control for amputee subjects
JP3816762B2 (en) Neural network, neural network system, and neural network processing program
Dwivedi et al. High-density electromyography based control of robotic devices: On the execution of dexterous manipulation tasks
JP2507043B2 (en) Myoelectric control learning robot hand
Lim et al. Convolutional neural network based electroencephalogram controlled robotic arm
Idowu et al. Bio-inspired algorithms for optimal feature selection in motor imagery-based brain-computer interface
CN111522435A (en) Mechanical arm interaction method based on surface electromyogram signal
Roy et al. The enhancement of interaction for people with severe speech and physical impairment through the computer recognition of gesture and manipulation
Kæseler et al. Brain patterns generated while using a tongue control interface: a preliminary study with two individuals with ALS
Jiralerspong et al. Identification of three mental states using a motor imagery based brain machine interface
Younes et al. Design and Implementation of Myoelectric Controlled Arm
González et al. Multichannel audio aided dynamical perception for prosthetic hand biofeedback

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090606

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090606

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100606

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100606

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110606

Year of fee payment: 14

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120606

Year of fee payment: 15

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130606

Year of fee payment: 16

EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130606

Year of fee payment: 16