2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Active Orthosis Using Pneumatic Flexible Actuators
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17K01598
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| Research Institution | Okayama University of Science |
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Principal Investigator |
藤本 真作 岡山理科大学, 工学部, 教授 (00278912)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 亘 岡山理科大学, 工学部, 講師 (00780389)
赤木 徹也 岡山理科大学, 工学部, 教授 (50311072)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 空気圧アクチュエータ / 補装具 / 腰痛 / QOL向上 / 制御系設計 / 変位・姿勢角センサ / 下腿装具 / システム同定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題研究の目的は高齢者のQOL向上および、身体的・精神的負担を軽減化するために、使用者の個別仕様化を実現したアクティブ補装具の開発とその制御方法を確立することである。今年度は本課題で開発した空気圧繊維状アクチュエータ（PRA: Pneumatic Rubber-fiber constricted Actuatorと略す。）を利用したアクティブ補装具の変位センサを改良することにした。腰部や下肢を対象としたアクティブ補装具には人体の複雑な形状にフィットさせた（PRAが湾曲した）状態でPRAの変位を計測することが難しいという問題が生じた。そこで３つの磁気（ホール効果）センサとリング状の磁石を利用することでPRAの変位だけでなく、２つの姿勢角を同時に計測できるセンサを開発することにした。２つの姿勢角は人体形状によるPRAの傾きを計測することを目指している。この傾き（姿勢角）を計測することで変位をより正確に計測できると考えた。
磁気センサの基本的な静特性を調べるために、リング状の磁石との距離とセンサ出力電圧の関係を調べた。その結果、磁石の極性（S極・N極）に関わらず指数関数でモデル化できることを確認した。このモデル式によってPRAが変形していない状態では変位を計測できる。しかしながら上述した通りPRAは湾曲するため、変形した状態でも変位が計測できなくてはならない。そこでPRAの変位を変更すると同時に２方向（姿勢角：ピッチ・ヨー角）に湾曲させながら、３つの磁気センサの出力電圧を計測した。計測結果から変位に従って出力強度（振幅）が異なるものの姿勢角と電圧との関係は、原則として指数関数モデルで近似できることも分かった。このセンサが開発されたことでアクチュエータ補装具を位置制御することができる。また本課題で提案した外力推定法を利用することによって負荷荷重やアシスト力を推定することができる。
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