感性を考慮した歩行支援器の動力学(人間・制御・機構連成系の重力解析および実験)

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10650251
• Research Institution: Kochi University of Technology
• Principal Investigator: 井上 喜雄 高知工科大学, 工学部, 教授 (50299369)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松久 寛 京都大学, 工学研究科, 教授 (00109034) ; 河田 耕一 高知工科大学, 工学部, 教授 (90299371) ; 王 碩玉 高知工科大学, 工学部, 助教授 (90250951) ; 山本 博司 高知医科大学, 教授 (90035709)
• Keywords: リハビリテーション / 動力学 / ヒューマンダイナミクス / マルチボディシステム / 歩行 / バイオメカニズム / 人間・機械系 / モデリング

Research Abstract

歩行リハビリテーションを支援し、理学療法士の負担を大幅に軽減することができるインテリジェントな歩行支援器の開発が望まれている。人にやさしい歩行支援器を開発するためには、人間・機械・制御系の動力学的相互作用を把握することが必要となる。本研究では、そのための手法として、マルチボディシステムに対する解析手法を用いることを試みた。
歩行支援器と人間の相互作用は、複雑な現象であるので、まず、より簡単な人間・機器系であるゴルフスイングにおける人間の腕と機器の相互作用のシミュレーションを行った。その結果、ゴルフスイングは、人間と用具の相互作用にかなり影響されること、また、かなり簡単化したモデリングでも、ある程度現象を表現できることがわかった。また、ゴルフクラブを選定する場合のスイングしやすさという感性とのかかわりについての検討にもシミュレーションが有効であることを示した。
次に、歩行リハビリテーションにおけるモデリングを検討した。歩行支援器で最も問題になるのは、患者の安全であり、転倒を未然にふせぐような人にやさしい制御が必要となるため、転倒現象のモデリングを試みた。まず、模擬転倒実験により転倒のパターンを大きく2つに整理した。パターン1は、進行方向での不安定による転倒で、パターン2は、患者の膝が折れ垂直方向にくずれ落ちるタイプである。このような現象に対して、できるだけ簡単化したマルチボディシステムでモデル化して計算した結果、定性的に転倒現象をかなりよく表し得ることがわかった。得られたモデリング手法を用いて、機器のパラメータを変更してシミュレーションを行った結果、人にやさしい転倒防止制御に関する見通しを得た。

Research Products

• [Publications] 井上喜雄,甲斐義弘,河田耕一 他3名: "歩行リハビリテーションの動力学に関する研究"日本機械学会中国四国支部講演論文集. No.005-1. 295-296 (2000)
• [Publications] 河田耕一,井上喜雄,小林和彦 他6名: "歩行リハビリテーション支援装置"精密工学会知能メカトロニクス講演論文集. 4-921073-03-1. 32-35 (1999)
• [Publications] 井上喜雄,甲斐義弘,広岡栄子 他2名: "ゴルフスイングの動力学に関する一考察(シャフト剛性と振りやすさ)"日本機械学会ジョイントシンポジウム講演論文集. 99-7(I)B. 347-350 (1999)
• [Publications] 谷岡哲也,甲斐義弘,井上喜雄 他2名: "介助動作の力学的解析の必要性(移動および移乗介助を中心として)"第20回バイオメカニズム学術講演会論文集. SOBIM'99. 220-229 (1999)
• [Publications] 井上喜雄,河田耕一: "ゴルフスイングの動力学に関する一考察(スイングしやすさの予備検討)"日本機械学会ジョイントシンポジウム講演論文集. 98-8(I)B. 73-77 (1998)