2019 Fiscal Year Research-status Report

動作に伴う人体の形状変化を考慮したウェアラブルロボット用装具に関する研究

Research Project

Project/Area Number	17K06285
Research Institution	Suzuka National College of Technology
Principal Investigator	打田正樹鈴鹿工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (80454437)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2021-03-31
Keywords	ウェアラブルロボット / 筋電位 / 上肢アシストロボット
Outline of Annual Research Achievements	平成３１年度の研究目的は、ウェアラブルロボット用装具の詳細設計を行い、被験者実験から主観評価を行うことであった。また、医学的な観点からその評価を行うことであった。平成３０年度に製作した肘関節アシスト用のウェアラブルロボットでは、装着自体および自らで肘関節を屈曲進展動作させた際の圧迫感は低減できていたものの、アシストを行う制御系の問題から、アクチュエータによりアシスト力が付与された場合において違和感や圧迫感、不安感が高くなる結果となった。その原因は、非装着者の意図推定が不十分であったからであった。よって、平成３１年度はその制御手法の改善を行った。具体的には、高応答性かつ安価なトルクセンサをもとにした、非装着者の意図推定手法を提案し、それを用いることで、ロボットの初期応答を改善し、違和感等の改善を図った。さらに、肘関節の状態により、制御手法を切り替えるハイブリット制御系を提案し、さらなる違和感の改善を図った。前者に関しては、主観評価により違和感が改善されたことを確認した。一方、肩関節と膝関節をアシストするウェアラブルロボット用装具の試作と改良を行い、被験者実験と評価を行うことでその設計指針を明らかにすることができた。膝関節用の装具に関しては、新たな需要から非装着者の体重をある程度免荷できる機構を追加することとなった。また、肩関節に関しては、アシスト制御系を構築するための知見を得るため、筋電位の計測を行った。複数個所の筋電位の同時計測を行い。筋電位と肩関節の運動との相関関係をある程度見出すことができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 平成31年度の当初の目的は、ウェアラブルロボット用装具の設計、製作、改良を行うこと、その装具を用いたウェアラブルロボットを設計すること、医学的な観点からその評価を行うことであった。肩関節及び膝関節用の装具はほぼ完成している。また、肘関節に関しては、制御系の構築まで完了している。一方、医学的な観点からの評価に関しては未完了である。
Strategy for Future Research Activity	平成31年度の研究実績は、１．人体の形状変化を考慮した装具とアクチュエータを搭載し、アシスト力を人体に付与する肘用のウェアラブルロボット試作機を製作できたこと。２．それを用いた実験から、非装着者の意図を読み取る制御系を構築できたこと。３．肩関節と膝関節の装具に関しても試作改良を行い、その設計指針を明らかにできたこと。４．肩関節の筋電位計測により、筋活動と動作の相関性をある程度明らかにできたこと等があげられる。今後、上述の肘関節アシスト用制御系を基本とする制御系を肩関節と膝関節に適用し、アクチュエータにより肩関節と膝関節の動作をアシストするウェアラブルロボットを構築し、その評価を行う予定である。さらに、当初の予定である医学的な観点からの評価が実施できなかったためそれにも取り組む。最終的には、それぞれのウェアラブルロボットの自重を免荷するために、それぞれを連結し、全身にわたるウェアラブルロボットを実現する予定である。また、装着者のスマートフォン等と連携可能なウェアラブルロボットとすることで、本研究のウェアラブルロボットを全身の主要な関節に対してアシスト力が付与可能なスマートデバイスに発展させる予定である。
Causes of Carryover	試作用部品の仕様変更や、接着剤等の変更によりこのような次年度使用額が生じた。次年度ウェアラブルロボットの試作用部品のために充てる予定である。