顎運動の動的制御機構の定量的解析を目的とする咀嚼ロボットの開発

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06557096
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 中村 嘉男 東京医科歯科大学, 歯学部, 教授 (10010026)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高西 淳夫 早稲田大学, 理工学部, 助教授 (50179462) ; 相馬 邦道 東京医科歯科大学, 歯学部, 教授 (10014200)
• Keywords: 咀嚼 / ロボット / 顎運動 / 顎筋 / 筋電図 / 運動軌跡 / 最適制御 / 評価関数

Research Abstract

今年度は、(1)ヒトの自発性顎運動および咀嚼時の顎運動をシミュレートする咀嚼ロボットの設計・製作するとともに、(2)正常咬合者ならびに不正咬合者の自発性顎運動および咀嚼時の顎運動の三次元の軌道および顎筋の筋電図活動、咬合力の記録を行った。
ヒトの自発性顎運動および咀嚼時の顎運動をシミュレートする人間形工学モデルである咀嚼ロボットの設計においては、歯科医学における知見を基礎として、骨格系・筋系・感覚器系・中枢制御系の4系に注目した。ロボットの骨格系としてヒトの頭蓋模型をもちいたことで複雑な顎運動を視覚的に理解しやすくなった。筋系としてヒトの咀嚼筋に相当する筋アクチュエータを直流モータとワイヤを用いて開発し、咀嚼筋の配置を考慮して頭蓋模型の周囲に9個装備した。感覚器系としてヒトの筋紡錘・ゴルジ腱器官・歯根膜機械受容器をはじめとする感覚受容器に相当する位置・速度・力のセンサを装備した。中枢制御系としては、咀嚼運動を2段階の階層構造をもつ制御系により駆動されると仮定して、随意性・反射性の顎運動を遂行できる咀嚼運動アルゴリズムを開発して、実際に顎運動が遂行できることを確認した。
また、ヒト被験者における自発性顎運動時の顎筋筋電図・顎運動軌跡の記録に基づいて、躍度最小モデルを利用して顎運動の最適制御の評価関数の発見を試み、実際の顎運動の躍度と躍度最小値との差を正常咬合者と不正咬合者とで比較し、不正咬合の程度を定量化する可能性に挑戦しているが、未だ明瞭な結果を得る段階には至っていない。

Research Products

• [Publications] Takanobu,H,: "Control of a mastication robot for reduction of jaw joint force fiocusing on musculus temporalis" IEEE/RSJ International Conferece on Intelligent Robots and Svstems '94. 3. 1824-1831 (1994)
• [Publications] Takanobu.H.: "Adaptive iaw motion using iaw position and biting force information" IEEE International Conference on Multisensor Fusion and Integration for Intelligent Systems. MFI'94. 360-365 (1994)