2017 Fiscal Year Research-status Report

使用者自身が駆動する歩容の変化に対応した歩行補助システムの開発

Research Project

Project/Area Number	15K05752
Research Institution	Yamagata University
Principal Investigator	南後淳山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (50250957)
Project Period (FY)	2015-04-01 – 2019-03-31
Keywords	評価実験 / 機構設計 / 運動伝達性
Outline of Annual Research Achievements	平成28年度までに、杖を用いて歩行する動作における腕部の運動を模した動作を入力として、歩行補助を行う装置の概要を完成させていた。腕部による駆動力と，それによって得られる出力について、解析と実験の両方で検証することができた。それら2つの方法から得られた結果には類似した傾向がみられ、解析でも十分に駆動力と出力の関係を検証することが可能で、この解析手法は、設計段階で有効であることを示した。ただし、キャスタ付きフレームを用いていたため、汎用性に難点があった。そこで平成29年度においては、フレームを不要とするため、装置自身での自立に配慮して試作を行った。装置全体の構造は簡素なものとなったが、キャスタ付きフレームを使用していたものと比べると動作の滑らかさに欠ける結果となった。キャスタ付きフレームをはずし、杖先で装置を支持する形式を検討してきたが、この方法による装置の支持が不十分なため、足関節での負担の増加が懸念されている。表面筋電位による使用者の筋活動量を測定した結果、前述のような状況を確認することとなった。股関節あるいは膝関節の伸展および屈曲では、装置を使用することによる負担軽減も認められたので、足関節での負担増加については対策を講じる必要がある。この状況は被験者2名という限られた評価ではあるが、これら2名に共通して見られたことである。対策のひとつとして、腕部の杖つき動作から得られる回転運動を，補助装置の入力運動として用いる際、歯車列を使用して、回転方向を反転させることも試みた。しかし、杖先の描く軌跡は床面からの反力を、推進力として得られやすいものになったものの、装置の安定化と滑らかな駆動を実現させるにはあまり有効ではなかった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason フレームを外し、使用者への装着する形式に変更を試みたが、装置の滑らかな動作が得られにくくなった。装置が自立するための評価指数、設計段階で考慮すべきパラメータの検討が十分でなかった。また、装置を使用した歩行の左右の揺動も生じている。これは使用者が装置の重量を支えるためにバランスをとっているためと考えられ、装置の関節部分に冗長自由度を設定するなど、検討の余地がまだあるように思われる。また、歩容の変化に対応するために装置を構成する部品を交換しなければならない問題を、前年度から解決せず繰り越してしまっている。
Strategy for Future Research Activity	二足歩行ロボットの制御で見られるようなゼロモーメントポイントを、本装置の設計に応用できないか検討する。そのうえで装置の再設計（パラメータ数値の修正）を試みる。また、回転軸を球ジョイントに変更するなどして冗長自由度を与え、使用時のバランスを取りやすい構造とする。また、滑らかな動作を妨げる要因の推定を確実に行う。現状では装置が使用者の体重を支持したことにより負荷が増加し、その負荷に抗する十分な出力が腕部の入力では与えられていないことが考えられる。より小さな入力トルクで駆動するための検討を設計モデルでシミュレーションを行わなければならない。装置を駆動するレバーを杖に見立て、その杖つき動作を入力動作としているが、そのレバーを実際の杖のごとく延長し、その先端（杖の先端）を床面に接して装置を支持するよう検討してきた。ところがその杖先が接地するタイミングが，適切でないため，使用者のバランス保持に杖先の接触が有効に機能していない。このタイミングを適切になものに変更することができれば、床反力を装置の駆動力に有効に用いることも期待できる。
Causes of Carryover	試作した装置に対し、評価を行うためにロードセル等を用いた力覚測定を検討していたが、試作装置では十分な性能が得られなかったためである。その評価を行うための装置は次年度製作する。