2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of training machine for sarcopenia
| Project/Area Number |
17K01604
|
|---|
| Research Institution | Akita National College of Technology |
|---|
Principal Investigator |
宮脇 和人 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (00390906)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
島田 洋一 秋田大学, 医学系研究科, 教授 (90162685)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | バイオメカニクス / 機械力学・制御 / リハビリテーション |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の研究実績 新しく試作したサルコペニアを予防する運動補助機器を制御する電気設計とプログラムを構築した。この機器を利用することで中・高齢者が利用しやすく、スポーツ障害を引き起こすことが少なくなる。
サルコペニアを予防するために中・高齢者の衰えた全身の筋力を向上させる新しいシステムを開発する。ここで本年度は、筋力の増強に関しては力センサ、圧力センサ、加速度センサなど各種センサを用い中・高齢者の状況をモニタリングし、各個人の身体能力に適応した負荷変動を運動補助機器に取り入れた気設計とプログラムを作成した。
健康寿命を延ばすためにはスポーツが有効であるが、中・高齢者の場合はつい走りすぎたため膝を痛めるなどのスポーツ障害が急増している。そこで、中高齢者の全身運動をするために腕部や足部に負荷変動が可能な運動補助機器である。中・高齢者が全身運動を行っている時に、ランダムに負荷振動を発生させ、その振動に瞬時に反応する。また、本装置は座位での運動補助装置となっている。中・高齢者の場合は立位での運動においては転倒の危険性が考えられる。一方、座位での運動は転倒の危険性が大幅に低減されるため、中・高齢者にとっては安全な運動補助装置である。
試作した運動補助機が利用者にどの程度の効果があるかその有効性を示す必要があると考えられる。そこで、試作した運動補助機器を健常者が利用し、モーションキャプチャシステム（Vicon）と腕部・足部の力センサ情報を利用してその有効性を評価した。さらにこの評価手法を確立するために、これまでに構築した生体情報計測技術と、下肢運動に重要となる筋骨格モデルを利用したモデルベースシミュレーション技術により利用者の各関節や筋肉にどのような力が発生しているかを評価していく。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでユーザの能力を考慮した負荷変動を有する運動補助機器の実験機を試作した。今年度はこの実験機に負荷変動を制御する電気設計とプログラムを構築した。
負荷の大きさの変更と負荷をかけるタイミングをPCで制御できるプログラムを開発した。負荷の設定変更はパソコンから可能なようにGUI(グラフィカル・ユーザーインターフェース)を考慮してプログラムを作成した。このプログラムでは負荷の大きさやタイミングの数値をエクセルファイルを用いて容易に変更できる。負荷の大きさは0～100%、負荷をかけるタイミングは0.1秒間隔で荷重の変更が可能である。
実験機に対して、ユーザにどのような効果があるかを定量的に評価するために、モーションキャプチャー装置（赤外線カメラ8台のシステム）と力センサを利用した評価システムを構築した。今年度はボタンセンサを利用して全身運動補助装置を使用した際にハンドルを握るのにどの程度の力が加わっているかを測定した。有効センシングエリアが先端にある直径9.5mmの円のため、握った力がすべてこの円に加わるために3Ｄプリンターを利用してハンドル部に適合した測定治具を作成し、ハンドルを引く、押す、の二つの力をそれぞれ計測するためにボタンセンサを2つ設置した。モーションキャプチャー装置により利用者の各関節の動きを測定する。例えば上肢は肩の関節、肘の関節、手首の関節などの動きを計測し、下肢は足首の関節、膝の関節、腰の関節などの動きを計測した。
モーションキャプチャーによる各関節の動きと腕にかかる力、また、足部ペダルにかかる足の踏み込み力が測定できるシステムとした。
以上のように今年度は概ね順調に進展した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
これまでに運動補助機器の実験機を製作と運動負荷を微少振動する電気設計およびプログラムを構築した。今後は、モデルベースシミュレーション技術により利用者の各関節や筋肉にどのような力が発生しているかを評価する。
ユーザが運動補助器を利用した様子をこれまでに構築した各関節の軌跡と腕にかかる力と足部の蹴り力を計測するシステムを利用して、重心や関節軌跡・角度で評価する。また、剛体リンクモデルを用いて、足関節、膝関節、股関節等の負担となる関節モーメントを評価する手法を構築する。
|
| Causes of Carryover |
理由 本年度、運動補助機器を用いたトレーニング時に評価用として新しく開発した腕部の負荷を測定する圧力センサ部の測定治具を３Dプリンターを利用して自作したため物品費に未使用額が生じました。
使用計画 最終年度の評価実験を行う際に利用する計測システムの高精度化のために物品費として使用する予定です。
|
