2019 Fiscal Year Annual Research Report
3-DOF Meal Support Robot using Passive Elements for safety
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18K13726
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
小塚 裕明 金沢大学, フロンティア工学系, 助教 (80707589)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 動作補助 / 受動関節 / 位置制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで医療技術が発達してきたが，事故や病気などの後遺症として，麻痺などが残ることがある．また，パーキンソン病によって，手に震え（振戦）が生じることがある．そこで本研究では，このような患者に，介助者の代わって動作支援を行い，食事動作などを補助することを目的とし，2つの動作補助ロボットアームを開発した．
まず提案したのは，受動関節を有した5自由度を有するロボットアームである．同アームでは，受動関節が回転することで人が機構の出力点に直接位置入力をし，同入力をもとに位置制御を行うアクチュエータを用いて動作軌跡への位置決めを行う．同アームは3つのアクチュエータを備えており，これらで手先空間位置を補正する．動作中は目標軌跡方向およびアーム姿勢に合わせアクチュエータの励磁を切り替え，駆動関節と受動関節を切り替えながら動作する．以上の原理により人と協調動作しながら，空間内での軌跡や平面への補助動作を可能にする．
また，前述の装置を応用し，本研究課題である食事支援装置の基礎装置として，前腕の軌跡補助を行う2自由度の装着形パラレルワイヤ式動作補助装置を開発した．機構はベースに設置した2自由度の対偶を介して支柱で連結する出力部を，3本のワイヤの伸縮で2軸周りに回転する．装置の出力部が，あらかじめ設定した目標軌跡上に位置している場合は，全てのモータが受動状態となり，ワイヤは低荷重ばねにより自動的に巻き取られる．しかし，出力部が目標となる軌跡から逸れた場合，3個のモータの中の1個または2個が駆動状態となり，目標軌跡上に出力部を戻す制御が行われる．この状態を随時切り替えることによって，人を主体とした動作補助を可能とする．
これらを用いて設定した目標軌跡に対し，人の前腕動作を高精度に補助可能なことが確認されたとともに，振戦を抑制する補助が実現し，食事支援装置としての基礎的手法を確立した．
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