| Project/Area Number |
22K04015
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
|
|---|
| Research Institution | Teikyo University |
|---|
Principal Investigator |
池俣 吉人 帝京大学, 理工学部, 准教授 (70467356)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
|
|---|
| Keywords | 受動歩行 / 歩行ロボット / 歩行原理 / 歩行支援機 / 原理 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
受動歩行はヒトの歩行に近いとよく言われる．ヒトは「受動歩行」のような力学現象を巧く利用して歩いているものと考えられる．研究代表者は20年以上に亘って受動歩行やヒト歩行の研究を行っており，様々な歩行の基礎原理を発見した．本研究は，原理発見から工学応用へと発展させた研究であり，受動歩行に基づいた歩行ロボットの開発，その歩行ロボットの原理に基づいた歩行支援機の開発を目的とする．受動歩行に基づくことで，移動効率が大変高い歩行ロボットが実現できるものと考えられる．また，原理に従うことで，安心・安全・安価な歩行支援機が実現できるものと考えられる．
|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，水平面歩行が可能な2D受動歩行ロボットを改良して実験を行った．その成果の概要は以下のようになっている．
昨年度の研究では，受動歩行ロボットの膝をおもりの付いた紐で牽引することで，水平面歩行を実現することに成功した．本年度は，より高効率な歩行の実現を目指して，受動歩行ロボットの膝および腰におもりの付いた紐を取り付けて，トレッドミル上で実験を行ったところ，水平面歩行を実現することに成功した．最低歩行速度は1.9[km/h]，最高歩行速度は2.6[km/h]となった．膝のみの牽引に比べて，おもりの全質量が小さくなった．この原因は，支持脚の足の接地点まわりのトルクが効率的に発生できたためと考えられる．Specific cost of transport（移動コストの無次元量，以下SCTと呼ぶ）で歩行を評価すると，膝のみの牽引の場合よりも良い結果となった．
膝および腰の牽引による水平面歩行の場合，歩行速度が変化しても，おもりの質量が変化しないという興味深い現象がみられた．これらの歩行をSCTで評価しても同じ値となって，互いを評価することができない．歩行が平衡状態（定常状態）となる場合，供給エネルギーと損失エネルギーは等しくなる．すなわち，仕事はされないことから，内燃機関のような効率評価（供給に対してどれだけ仕事をしたのか）は難しい．そこで，本研究では，エネルギー損失係数から歩行を評価することにした．エネルギー損失係数の観点からみると，歩行速度は大きい方が効率な良い歩行となっていた．また，ヒトと同レベルのエネルギー損失係数であった．
さらに本年度は，歩行メカニズムの知見をより深めるために，ヒト歩行の床反力に関する実験を行った．実験スペースの制約上，トレッドミル上で歩行実験を行った．床反力の解析および考察は来年度行う予定である．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では，受動歩行ロボットの腰および膝をおもりで牽引することだけで水平面歩行を行えることを示した．膝だけを牽引する場合よりも，腰および膝を牽引した方が高効率な歩行であることを示した．また，歩行ロボットの分野でよく使用されている無次元量 Specific cost of transport だけでは，歩行評価ができなかったため，エネルギー損失係数から評価した．以上のことから，おおむね順調に進展していると考えている．
|
| Strategy for Future Research Activity |
2023年度で得られたヒト歩行の実験データから，ヒト歩行の床反力の垂直分力のメカニズムについて解析および考察を行う．同メカニズムの知見，ならびに2022・2023年度の歩行ロボットで得られた知見に基づいて，歩行支援機を開発する．
大学や企業で股関節運動をアシストする様々な装置が開発されている．その中で，完成度が高いのは，Honda歩行アシスト（本田技術工業（株）製）と思われるが，同装置は2020年末ごろに販売を終了した．歩行支援機の実用化・普及の問題として，コストと安全性の二つが考えられる．これらの問題を解決するためには，支援機はできる限り簡易なものとする．
|
