2018 Fiscal Year Research-status Report
細径マッキベン型空気圧人工筋肉を用いた前腕欠損児のための動力義手の開発
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18K10694
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
谷口 浩成 大阪工業大学, ロボティクス&デザイン工学部, 准教授 (00508955)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
脇元 修一 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (40452560)
森永 浩介 広島国際大学, 総合リハビリテーション学部, 助教 (40734760)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 前腕動力義手 / 小児 / 細径マッキベン型空気圧人工筋肉 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，アクチュエータに細径マッキベン型空気圧人工筋肉を用いることで，小型かつ軽量で高い安全性と機能性を有する小児用前腕動力義手を開発することである．そして，欠損児に試作した義手を使ってもらい，日常生活を想定したモデルケースにおいて，動力義手の操作性や耐久性などを総合的に評価し，その結果を踏まえて義手の改良を行う．これらの内容により，提案する義手の有用性を実証し，実用化への基盤を構築する．
2018年度は，動力義手の試作と機械的な基本性能を評価した．すなわち，小児用動力義手の手部，手首，前腕を試作し，肘から先を補う前腕動力義手を試作した．５指は，屈曲および伸展動作を可能とし，アクチュエータの駆動により指の屈曲動作を行う．アクチュエータを停止すると，指関節に配置されているゴム部品の弾性力を利用して伸展を行う．前腕部には，アクチュエータおよびマニフォールドを格納した．空圧源には，小型ポンプとディスポーサブルボンベのどちらも用いることができるように構築した．また，アクチュエータへの空圧供給制御は，小型電磁弁にて行い，電磁弁の駆動制御にはマイコンを用いた．そして，筋電情報を動作の入力信号に利用して義手をコントロールする入力インターフェースを試作した．
試作した義手に，シリコンゴム製の装飾用グローブを着用して，物体の把持実験を行った．把持する物体は，日常的に把持する可能性があり，かつ大きさや形に差がある物体とし，チョコレート，ボール，ホッチキス，ミニカー，霧吹き，メガネケースとした．実験の結果，複数種類の物体を把持可能であることが明らかとなった．これは，柔軟な関節構造を採用したことにより，形状の異なる物体に適応できるような把持動作が可能となったためであると考えられる．しかしながら，床においた薄い物体や細い物体は把持することが出来なかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画では，2018年度の目標は，小児用動力義手の試作と機械的な基本特性評価であった．義手の試作では，指の構造を改善し，様々な物体が把持できることを確認した．そして，筋電システムを構築し，本システムによる駆動を実現した．また，試作した義手を前腕欠損児に使用してもらう機会を設け，義手に関する意見交換を実施した．これは，2019年度前半に予定していた実施内容であり，2018年度の段階で実施できたことにより，さらに改善すべき点が明らかとなった．これらのことから，当初の計画以上に進展していると判断している．
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度は，2018年度の評価結果に基づき，義手の改良を進め，広島国際大学森永浩介氏（研究分担者）の協力のもと，前腕欠損児の切断部に試作した動力義手を取り付けて，簡易上肢機能評価テストキットSTEFおよびSHAPによる動作評価試験を行う．STEF・SHAPは，各種ブロックのつまみ動作，移動作業により義手の機能を定量的に評価することができる．
次に，STEF・SHAPによる動作評価試験の結果を踏まえ，より実用に耐えうるための改良を施す．そして，日常生活を想定したモデルケースにおいて，動力義手の操作性や耐久性などを総合的に評価する．モデルケースとして，コップを掴んで飲む，ボールを掴んで投げる，机に義手をついて起き上がるなどを想定している．
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| Causes of Carryover |
当初計画では、設備備品として３Dプリンタを計上していたが、科研費以外の予算にて導入できた。このことが、次年度使用額が生じた理由である。2019年度分の予算と合わせて、研究成果発表の旅費および義手改良に伴う消耗品費に使用する予定である。
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