1998 Fiscal Year Annual Research Report
関節潤滑メカニズムの解明のための力覚制御ロボットアームによる摩擦測定
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10680801
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| Research Institution | Kitasato University |
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Principal Investigator |
馬渕 清資 北里大学, 医療衛生学部, 教授 (70118842)
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| Keywords | 関節 / 潤滑メカニズム / 力覚制御 / ロボット / 摩擦測定 / バイオトライボロジ |
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| Research Abstract |
関節の潤滑メカニズムの解明には,その摩擦測定が有力な手段となる.そこで,垂直多関節型ロボットアーム(三菱電機RV-E2)を主要な装置として,動物関節の摩擦測定システムを構築し,関節の病態や関節に加わる力学条件の変化といった,様々な潤滑に関わる因子の関節摩擦への影響について検討した.
測定手順を,摩擦面の認識動作と摩擦測定動作の2段階で構成した.いずれの動作も,摩擦面に加わる荷重を6軸力覚センサ(JR3,UFS2012A5)で検出し,それを制御信号としたフィードバック制御のもとで動作させた.摩擦面の認識動作においては,3次元形状測定を行い,関節の表面形状データを制御コンピュータに記憶した.それをもとに,測定段階におけるスムースな摩擦動作を実現した.
実験対象として成熟ウサギ膝5関節を用い,半月板を含む周囲の軟部組織をすべて切除した.実験条件として,(1)無侵襲(できるだけ正常に近い状態),(2)表面を生理的食塩液で洗浄(関節液の除去と軽度の表面損傷状態),(3)ヒアルロン酸(HA)添加(関節液物性の回復状態)の3種類の表面の状態について,荷重直後と静止荷重5分間後の起動摩擦係数を測定した.荷重はいずれも10Nとした.
荷重直後の条件では,摩擦係数が,(1)0.019±0.007,から(2)0.030+0.008に上昇し,(3)0.026±0.012と回復した.荷重5分間後の摩擦係数は,(1)0.258±0.122から(2)0.292±0.140に上昇し,(3)0.222±0.110まで低下した.この結果から,荷重時間が長い場合に,HAの効果が大きくなることが明らかになった.HAの効果の存在は,荷重時間による摩擦の増大が,流体潤滑膜の押しつぶしによるものであることを間接的に示し,さらに,関節の潤滑における流体潤滑膜の役割の大きさを示した.
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[Publications] Mabuchi,Kiyoshi: "Relationship between the conformity and the lubricating ability of synovial joints" Clinical Biomechanics. 13・4/5. 250-255 (1998)
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[Publications] Mabuchi,Kiyoshi: "Influence of loading duration on the start-up friction in synovial joints: Measurements using a robotic system" Clinical Biomechanics. 13・7. 492-494 (1998)
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[Publications] 馬渕清資: "関節軟骨の摩擦挙動に影響を及ぼす接触面の適合性" 日本臨床バイオメカニクス学会誌. 19. 259-262 (1998)
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[Publications] 品田尚孝: "骨梁構造変化の理論予測に基づいて開発した十字ステム人工股関節" 日本人工関節学会誌. 28. 177-178 (1998)
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[Publications] 馬渕清資: "骨・関節構造の功罪" 柔道整復・接骨医学. 6・4. 224-225 (1998)
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[Publications] Mabuchi Kiyoshi: "Molecular weight independence of the effect of additive hyaluronic acid on the lubricating characteristics of synovial joints with experimental deterioration" Clinical Biomechanics. 14(in press)未定. (1999)
