2015 Fiscal Year Research-status Report
脳卒中上肢リハビリ支援のためのバイラテラルマスタスレーブ型ロボット装具の開発
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15K01462
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
坂井 伸朗 九州工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60346814)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 脳卒中 / リハビリテーション / ロボット装具 / バイラテラル制御 / 到達把持運動 / 骨盤運動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，脳卒中後における運動療法という力覚を特に使用する医療手技を，双方向力覚フィードバックを用いてロボット化するシステムを開発することである．特に到達把持運動は体幹運動を含む運動と捉え，骨盤運動を基軸とした到達把持運動のリハビリ支援ロボットを開発する．
まず、Ｈ２７年度実施予定である力覚センサ併用の加速度型バイラテラル制御の導入に関して、外乱オブザーバ等の実装に有利な低減速比のアクチュエータならびに高分解能のエンコーダ（回転角度計）を用いたロボット装具を開発し、自作のコンパクトな力センサを用いることで、既存マスタハンドルとの間で加速度型バイラテラル制御実装した。また、旧骨盤ロボット装具についても改良を加え、２台のロボット装具間での力覚フィードバックマスタスレーブを実現するとともに、ハンドルと併せて３者間同時でのマルチラテラル制御を実装した。これら３者間は互いに同時に運動の提示が可能であり、観察者、療法士、患者の３者の力覚を同時測定可能なシステムである。
次に、到達把持のための加速度センサならびにタッチセンサ内装の無線化把持物についても、専用の電子基板を開発するとともに、省電力化を検討し、10ms間隔のリアルタイムかつ多量のデータ通信を行ないながら、300点程度への到達把持運動の連続試験が可能となった。また運動開始合図のランプが組込まれており、制御コンピュータよりリアルタイムでの制御が可能である。
以上まとめると、①加速度制御型バイラテラル制御による双方向力覚提示可能なマスタスレーブロボット装具の開発、②運動開始ランプ、３軸加速度センサ、タッチセンサ内装の無線化把持物の開発、を実現するとともに、Ｈ２７年度に開発過程において療法士等とともに新規に見いだした、③マスタハンドル、療法士用ロボット装具、患者用ロボット装具における３者間マルチラテラル制御の実装を行なった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の申請書において予定された、力覚センサ併用の加速度型バイラテラル制御をマスタスレーブロボット装具に実装するとともに、到達把持リハビリ用のセンサ内装無線化把持物の開発を行なった。これらは当初の予定通り実施された。申請書に記したように療法士らは双方向力覚提示型ロボット装具を、療法士の感覚増強デバイスとする見方も示しており、その際には、反力だけでなく運動大きさの拡大提示が重要であると考えている。現在は予備試験により、運動角度を拡大することも一つの感覚増強となり得る見識を得ており、今後とも的確な運動提示方法を検討する。この運動提示方法は初年度であるＨ２７年度末より開始したが引続き検討すべき項目である。
また、センサ内装無線化把持物は単体での運用により、到達把持平面の場所と各種運動時間パラメータを健常者で取得した。これにより健常者での運動のばらつきなどの知見を得た。脳卒中後の運動では空間認識能力の障害による運動への影響も大きいと考えられており、今後とも定量化把持物によるリハビリの解析は発展すると期待される。
本ロボット装具の開発にあたり、マスタハンドルと患者用スレーブだけでなく、新たに療法士への装着の可能性を見いだした。療法士は患者の側面や前面において到達把持運動リハビリを行なうがその際に患者が療法士の運動を見て、動作に関するミラーニューロンが賦活する可能性がある。療法士が動作を患者に見せながらロボットにより患者の力覚を把握するとともに力覚提示することが可能となり、このような試みは本ロボット装具を用いて始めて可能となるものであると考えている。申請時点では考慮していなかったがこの新たな試みについても、本研究で進めていく予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
Ｈ２７年度は力覚センサ併用の加速度型バイラテラル制御をマスタスレーブロボット装具に実装するとともに、到達把持リハビリ用のセンサ内装無線化把持物の開発を行なった。本研究では初年度はロボットのハードウェアの開発を行なったが、脳卒中リハビリは感覚運動のリハビリであり、このロボット装具を用いたリハビリの解析および高度化こそが真の目的である。現在、操作用マスタハンドル、療法士装着用ロボット装具、患者用ロボット装具の３者間マルチラテラルによる同時力覚提示可能なシステムを構成したが、これらを用いて実際の到達把持時における療法士らのハンドリング手法の解析を進める必要が有る。自明であるが、療法士等はハンドリング手法については非常に洗練された技術を持つ。一方、これらの技術の向上ならびに伝承は療法士等の一つの課題であると考えられる。本システムはロボット制御している故、力覚まで含めたリハビリ様式の定量化ならびにグラフ等による視覚化が可能であり、脳卒中リハビリ技術の高度化に寄与すると期待される。
申請者等は、過去に肩甲骨運動を起点としたロボット装具を開発したが、肩甲骨を支える部位、さらにそれを支える部位をロボットを拡張すると骨盤運動に帰着し、実際にリハビリ現場では骨盤運動はリハビリメニューの初期段階に位置する重要な項目である。よって骨盤運動促通のためのロボット装具として改めて再構築を試みるのが本研究の視点であるが、次は、骨盤から胸郭部位への拡張が期待される。これまで得られた療法士等のキーポイントと呼ばれるハンドリング位置による運動介入手法のロボットへの実装により、骨盤から胸郭などへの拡張を今後検討する。
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[Presentation] The musculoskeletal walking simulator2015
Author(s)
Nobuo Sakai, Masanori Matsui, Ryo Fujii, Mochimitsu Komori and Teruo Murakami
Organizer
International Conference on Bioelectronics, Biosensors Biomedical Devices, BioMEMS/MEMS and Applications 2015
Place of Presentation
福岡
Year and Date
2015-12-09 – 2015-12-09
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