2017 Fiscal Year Research-status Report
二関節筋構造を考慮した下肢の電動義肢装具の制御に関する研究
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16K06431
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| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
村尾 俊幸 金沢工業大学, 工学部, 講師 (00447038)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 制御工学 / 電動大腿義足 / 二関節筋 / 電動長下肢装具 / 機械力学・制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，電動大腿義足などに代表される大腿部に対する電動義肢装具に対して，二関節筋構造を考慮した制御手法を提案することを目的としている．
今年度は，これまでに導出していた二関節筋を有する2自由度の下肢モデルに対して，股関節，膝関節，足関節を意識した3自由度の下肢モデルへと発展させた．具体的には，二関節筋を有する3自由度マニピュレータダイナミクスをオイラー・ラグランジュシステムとして捉えたモデリングを行った．さらに受動性に基づく安定化制御則を提案し，MATLAB/Simulinkによるシミュレーションを通じてその有効性の検証を行った．
一方で，前年度に製作した二関節筋を有する電動義足の試作機に対して，光エンコーダとポテンショメータを取り付け，ベルトの破損の防止とより正確な制御を行えるように改良した．さらに筋電位センサを有するシステムへ発展させ，残存している脚部から測定される筋電位により，電動義足を制御できるようにし，試作機を用いて実験検証を行った．
また，今年度は電動装具を新たに設計し，試作機を製作した．機構面ではタイミングベルト，タイミングプーリを用いることで，電動短下肢装具の小型化と慣性モーメントの低減を計った．装具の足裏部分に取り付けた圧力センサにより，足の地面への接地状態を測り，足の蹴り出し動作を補助できるように，接地状態に応じた装具の関節角度の制御を試みた．健常者に装具を装着させ，蹴り出し動作に関する検証実験を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では電動大腿義足などに代表される大腿部に対する電動義肢装具に対して，二関節筋構造を考慮した制御手法を提案することに取り組んでいる．当初の計画では，今年度までに，パルスオキシメータ等を購入し，計測環境を構築する予定であったが，購入が間に合わず，来年度の購入となる．電動大腿義足および電動装具の試作機の製作は行えているものの，全体としてはやはり遅れていると判断せざるを得ない．来年度しっかり挽回していきたい．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度検討した二関節筋を考慮した3自由度の下肢モデルを発展させ，歩行モデルを導出する．本研究では人間の運動に対しても自然となる，システム内部でエネルギーが消費されるという受動性という性質を保存する形で二関節筋を考慮した下肢の歩行モデルを表現する．さらに，歩行モデルを元に二関節筋電動義肢装具のダイナミクスの定式化まで目指す．その後，ダイナミクスに関するパラメータの最適化を考慮しつつ，歩行運動におけるリミットサイクルが安定となるような制御手法の設計を行う．そして，提案する制御手法を検討するために，制御系設計用のソフトウェアであるMATLAB/Simulinkを用いて制御系を設計し，歩行するときに困難な環境を設定したうえで，制御手法のロバスト性に関するシミュレーション検証を行う．一方で，今年度製作した電動装具は二関節筋を取り入れる機構とはなっていないために，二関節筋機構を考慮した電動長下肢装具の製作も進めていく．その電動長下肢装具を用いた，健常者に対する上記提案手法の検証実験を行うことを目指し，さらにより良いものに改良していく．
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| Causes of Carryover |
（理由）当初の計画では，これまでにパルスオキシメータ等を購入し，計測環境を検討する予定であったが，よりふさわしい実験環境を整えようと選定に時間をかけているために，今年度中の購入が間に合わず，来年度に購入することにした．モーションキャプチャカメラ観測システムのカメラの台数も増やし，歩行運動に際し広範囲を計測する予定であったために，それらの購入も急ぐ．
（使用計画）パルスオキシメータやモーションキャプチャカメラ観測システムのカメラとともに電動長下肢装具および電動大腿義足に必要なロボット用部材を購入していく．また成果発表にも使用する．
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Research Products
(4 results)
