2004 Fiscal Year Annual Research Report
バイオメカニクスに基づく高機能CPMにおけるフレキシブル力制御系の研究
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16360213
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
川路 茂保 熊本大学, 工学部, 教授 (30040421)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松永 信智 熊本大学, 工学部, 助教授 (10363508)
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| Keywords | CPM / リハビリ / バイオメカニクス / 上腕骨格 / 痛みモデル / 外乱オブザーバー |
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| Research Abstract |
高齢化、少子化の進展が著しい中で、人間の生活を支援・補助するロボット技術の開発が緊急課題となっている。特に補助用途においては人間や環境との干渉を避けることはできず、この干渉を積極的に考慮したロボット技術は新たな領域である。このような、人間と機械の干渉の典型的な事例として、医用CPM装置がある。CPM (Continuous Passive Motion、持続的他動運動)は、外傷後或いは手術後の関節を外部から連続的に動かして回復を促進させる整形外科における治療法である。従来のギブスで固定する治療法に比し、拘縮の予防・関節可動域の確保、損傷関節組織の治癒の促進など動物実験や下肢疾患の臨床例で効果が確認されているが、上肢疾患用の臨床例はない。また、従来のCPM装置は自由度の低い運動機構を有するものが多く、装置の設置位置を適宜変えることにより人の関節との整合をとった回復訓練が行なわれている。
平成16年度の研究においては、人間との干渉を観点において、より効果的な回復治療を行うバイオメカニクスに基づく高機能CPMシステムの研究・開発を目的として、主に次の基礎的な研究を行った。
1.バイオメカニクスに基づく動作分析と上腕用CPMの構想設計:
人間の立ちあがり、持ち上げなどの全身運動の動作分析を行い、特徴的な動作相に分解できることを示した。また、人間の上腕骨格構造に注目し、CPM動作における各関節の動作、関節稼動域の分析を行い、関節機構をベースとしたCPM装置の検討を行った。また、構造的にコンプライアンスを有する空気圧アクチュエータを用いた基礎実験により、CPM動作実験を行った。
2.人の痛みの工学的表現とモデル化:
表面痛を対象に人の痛みに関する認知実験を行い、外圧や刺激が入力された際に人工的に人間の痛みを模擬できる痛みモデルを構築した。また、CPMにおける骨折点への応力を計算により求めることで、痛みモデルとの融合を図った。また、外乱オブザーバを用いた外力の推定に関する研究を行った。
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