Development of Artificial Leg synchronizing with A Healthy One

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K11326
• Research Institution: Iwate Prefectural University
• Principal Investigator: 村田 嘉利 岩手県立大学, その他部局等, 特命教授 (80444925)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西村 行秀 岩手医科大学, 医学部, 教授 (20464117)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 義足 / 駆動義足 / 健足同期 / 歩行 / アシスト / 歩行障害 / SACH

Outline of Annual Research Achievements

2021年度も、駆動義足を構成する、シリンダモータにより足部を上下させるInstep Push/Pullユニットおよびコイルスプリングにより踵上げをアシストするHeel-raisingユニット（従来はHeel-up springユニットと呼んでいたが、変更した）の開発を行った。
2019年度に試作したInstep Push/Pullユニットは、テストしたシリンダモータのトルクが足りず、足部をゆっくりしか動かせなかった。シリンダモータを変更する必要があり、協力いただける会社を捜した結果、ヴィッテンシュタイン・ターナリ社に協力いただけることになり、シリンダモータ　TLMA146AFX-302NF2-001-FF1Cを使ったものを試作した。研究協力者である装具士の岩手テクノ　牛崎社長と協議した結果、その試作モデルは義足利用者にとって大き過ぎ・重過ぎということで、2021年度は小型・軽量化を図った。その結果、従来モデルが1750gであったものが1000gとなった。
2019年度に試作したコイルスプリングのリリースタイミングを適正化したHeel-raisingユニット（改良モデル）の評価実験を行った。被験者数は4名に対して筋電位を測定した結果、いずれの被検者についても、踵上げ時の筋電位は、Heel-raisingユニット無し時およびコイルスプリングのリリースタイミング制御無しモデル（従来モデル）に対して小さいという結果となった。また、姿勢への影響として、頭部と腰部の上下左右の振れ幅をMicrosoft KINECTを使って計測した結果、従来モデルおよび改良モデル共に歩行姿勢に影響を与えないという結果となった。計測結果を国際会議IARIA, eTELEMED 2022に投稿し、アクセプトされた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

Instep Push/Pullユニットを義足本体に取り付けるリンク部分の見直しとヴィッテンシュタイン・ターナリ社からTLMA146AFX-302NF2-001-FF1Cのモータ部分のみの提供を受けた結果、義足装着時の重量は、従来1750gあったものが1000gとなり、750g軽量化できた。その一方、健足の動作をセンサで取得し、そのデータを基にシリンダモータを制御するプログラムについては、コロナの影響もあり、制御プログラムを依頼した担当とのコミュニケーションがうまくいかず、2022年度に持ち越しとなった。そのため、ジャーナルへの推薦を受けていたが、投稿できていない。
Heel-raisingユニットについては、コイルスプリングのリリースタイミング制御を組み込んだモデル（改良モデル）については、ほぼ予定通り進捗した。評価実験をおこなった結果を国際会議IARIA, eTELEMED 2022に投稿し、アクセプトされた。
Heel-raisingユニットの従来モデルを組み込んだリハビリシューズの試作を計画していたが、４つのシューズメーカに試作依頼したが、協力を得られなかった。試作品の評価を国際会議に投稿する予定であったが、実現できていない。

Strategy for Future Research Activity

Instep Push/Pullユニットの制御プログラムについては、一関工業高等専門学校 未来創造工学科 機械・知能系 教授 藤原康宣先生の協力を得られなかったことから、2022年度は、岩手県立大学の大学院生が企業した滝沢ロボティクス合同会社に開発を依頼する。具体的には、2021年度に小型化したInstep Push/Pullユニットを組み込んだ駆動義足を利用して、PCを介してセンサで駆動できるようにする。また、昨年度出来なかった脚部切断者の協力を得た評価実験を行い、研究成果をIARIA　Journalに投稿したいと考えている。
Heel-raisingユニットの従来モデルを組み込んだリハビリシューズの試作をいくつかのシューズメーカに依頼したが、協力を得られなかった。そのため、今年度は装具士の岩手テクノの協力を得て、市販の靴にHeel-raising機能の組込みを依頼する方向に方針転換する。後期高齢者あるいは歩行リハビリ中の方に対して靴を製作し、アシスト効果を評価する。
なお、Heel-raisingユニットの改良モデルについては、製造の難しさに比べてアシスト効果が小さいことから、商用化に向けた開発は見送る。

Causes of Carryover

コロナ感染拡大により、自宅から研究拠点の岩手県立大学までの出張がほとんどできなかった。それにより、研究が思うように進まなかった。外国出張を予定していたが、コロナ感染拡大による研究進捗遅延と相まって海外出張出来なかった。
Heel-raisingユニットの従来モデルを組み込んだリハビリシューズの試作を計画していたが、４つのシューズメーカに試作依頼したが、協力を得られなかった。今年度、研究協力者に依頼して、既存の靴を被験者個々に向けに改造する計画だる。シューズメーカへの試作費を改造費に充てる。
また、出張費の一部を駆動義足・制御プログラムの業者発注に充てる。