2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a FES Alternate Knee Bending and Stretching System by Considering Antagonistic Biarticular Muscles
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18K04214
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| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
河合 宏之 金沢工業大学, 工学部, 教授 (70410298)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 交互屈伸運動 / 機能的電気刺激 / リハビリシステム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，下肢の下肢の運動機能に問題を抱える人の残存する筋肉の筋力維持と運動特性の向上を目指し，機能的電気刺激(Function Electrical Stimulation，以下FESと呼ぶ)を用いた下肢リハビリテーションシステム(以下，下肢リハビリシステム)を提案することであり，具体的にはFESペダリング運動とFESローイング運動(ボート漕ぎ)の利点を兼ね備えたFES交互屈伸運動に対する制御手法の確立(課題 1)，リカンベントトライクを用いたリハビリシステムの構築(課題 2)ならびに評価方法の検討(課題 3)を実施することであった．
最終年度は構築した FES 交互屈伸リハビリシステムを用いて，提案する制御手法にて屋外走行を実現した(課題 1 と課題 2 の達成)．特に，FES 交互屈伸運動によりトライクを走行させるにあたり，提案する制御則とFES 交互屈伸運動モデルで構成される閉ループ系において，その平衡点に関して理論的な安定性解析を与えている点が学術的意義が高いと考えられる．また，トライク後輪のギアを適切に変更することで，FES 交互屈伸運動で得られる推進力のみで移動を可能にした．課題 3 における評価方法の検討として，筋疲労など関連づける定量的な評価までにはいたらなかったが，ペダルに固定した圧力センサと FES を制御する DSP を無線通信で繋げることで踏み込み状態を判断できるシステムを構築した．この筋疲労への対策として，FESペダリング運動に対してではあるが，反復学習を組み込んだ制御則を提案し，理論的な安定性解析をおこなった．従来法と比べると，同程度の制御性能を保ちつつ，筋刺激としての入力量を抑える結果が得られた．研究期間全体を通して，得られた成果の一部を学術雑誌や国際会議発表にて報告した．
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