2019 Fiscal Year Annual Research Report
Can the biomimetic assistive device reduce the undesired stress on skin?
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19H04503
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| Research Institution | Oita University |
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Principal Investigator |
菊池 武士 大分大学, 理工学部, 教授 (10372137)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池田 真一 大分大学, 医学部, 助教 (70444883)
福永 道彦 大分大学, 理工学部, 准教授 (90581710)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 生体支援 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの身体支援機器は身体の解剖学的構造や柔軟性，多自由度性を十分に考慮しておらず，適用可能な動作範囲や使用者が限定される．例えば膝関節は，滑りと転がりによる軸移動が生じるため，通常のロボット関節（単軸機構）では，特に深屈曲で装置との「ズレ」が大きく，人間－機械接触面（表在）や生体関節内部（深部）に余計な負荷が生じる．この人間－機械間の「ズレ」による身体負担の定量評価法や，この負担を最小化する機器の設計手法は未解決である．そこで本研究では，真に人間親和性の高い生体支援機器を実現するために，① 人の運動軸と機器・器具の運動軸との「ズレ」が身体に与える負担の定量評価法の確立，②「ズレ」による負担を最小化し，補助効果を最大化する機器の設計手法の確立を目指す．まず①を達成するために，せん断力検出シートを用いる．本シートは，凹凸シート，着色シート，記録シートの３部材から構成され，シート間の相対運動によって転写される記録痕から，人間―機械間のせん断（ずり）方向の負担を推定する．これにより，既往研究で容易ではなかった，「靴ずれ」のようなせん断方向の負担を定量化できる．次に②を達成するために，生体膝模擬関節によるパワーアシスト機構，および非線形柔軟関節による足関節アシストを発展・応用する．２０１９年度においては，足関節の背屈運動を補助する三次元運動可能な歩行支援靴，および，生体関節の力学特性を規範としたパッシブアシスト装具の開発を行った．また，せん断力検出シートの性能向上を図るために，その記録のタイミングを制御可能な保護カバーの開発を行い，現在，特許出願中である．さらに，パッシブアシスト装具の軸アライメントが生体に与える負担のシミュレーションも行い，提案する軸移動型装具が皮膚表面におけるせん断方向の負担を軽減することを示した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定においては，既存の単軸型パワーアシスト装置，短下肢装具を対象として，負担評価法の開発を行うこととしていた．しかし，実際には，オリジナルなパッシブアシスト装具を開発し，これを評価することができた．これらの内容は，結果として2020年度の計画の一部を先行して実施することとなり，研究全体として順調に進行していることを示す．開発中のせん断力検出シートの精度精度に関しては，目標の最大誤差5％未満を達成するに至っていないが，誤差要因となる測定ノイズを低減するための新たな保護カバーの提案と試作まで行い，特許出願にまで至った．詳細の精度評価は今後実施する．以上の理由により，研究は計画通りおおむね順調に進展していると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までの進捗状況にも記載した通り，生体関節の力学特性を規範としたパッシブアシスト装具に関しては計画より先行した形で開発を進められているが，せん断力検出シートの精度精度に関しては，2019年度目標を達成できていない．したがって2020年度に関しては，一部計画変更することとし，せん断力検出シートの精度精度に関する基礎的研究を継続して実施することとする．そうする場合でも，当初予定の2020年度の開発項目は期限内で実施することができる．なぜなら，上述のように，一部の開発を先行して実施しているからである．2020年度末までに，当初予定の2019および2020年度目標を同時に達成する．
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