Development of an assistive instrument for upper lib with three-linkage type parallel mechanism

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K01559
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: 寺田 英嗣 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (40262646)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 牧野 浩二 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (60560159) ; 石田 和義 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (70324176)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 3リンク / パラレルリンク / くさび / ソレノイド / 姿勢保持機構 / アシスト装具 / 上肢 / 介護機器

Outline of Annual Research Achievements

電磁ソレノイドと金属ブロックのくさび効果を利用したメカニカルロック機構から構成される，上肢支持リンクのハイブリッドロック機構を開発し，この試験機による特性評価を行い有効性と安全性を検証した．その結果，１か所あたり２．１Ｎ・ｍの静止トルクを発生することができ，片腕あたり３か所のロックを行うことを考慮すれば，上肢姿勢を保持するのに十分なトルクを発生できることを確認した．更に装着型アシスト装具に搭載できる小型機構の設計・製作を行い，両腕の姿勢保持が可能であることを実験用装具で確認することができた．特にソレノイド数を片側２個合計４個に削減することにより昨年までの機構よりも電力消費を２／３に抑制できるようになった．また総重量も駆動用バッテリーを含めても２．８ｋｇｆ未満にすることができた．
またこのロック機構を能動的に制御するために，マイクロフォン経由の音声認識によるロック/ロック解除が可能な４ソレノイド制御システムを構築した．特に制御応答性を重視するため音声の言語把握をせずに特定音域の音量による閾値判定によりソレノイドを動作している．またこれを用いた試作機により実機動作が可能であることも確認した．これらによりロック機構については特許出願をすることになり，現在願文を作成しているとともに，学会発表に関する原稿についても作成中である．
なお今回のロック角度が４５度刻みであるために，より細かな姿勢制御を行う際にはその中間で停止する必要があることから，ロック機構の溝間隔を１５度刻みにする必要がある．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初計画していたロック機構の性能評価により，動作検証ができたとともに，装具に組み込む設計もでき，実機組み込みおよび制御手法も確立できたことから，ほぼ予定通りに研究が進んでいると判断できる．

Strategy for Future Research Activity

より細かな姿勢制御を行う際にはその中間で停止する必要があることから，ロック機構の溝間隔を１５度刻みにする改良を行うとともに，実際の介護支援動作を行い，筋力低減が可能かどうか特性評価を行うととともに，介護施設において使用実験を実施する．

Causes of Carryover

試作部品を他の廃棄した装置から流用することにより費用を節約できた．節約した分は成果発表のための海外出張旅費および参加費の一部に充当する．