Development of Artificial Leg synchronizing with A Healthy One

2023 Fiscal Year Annual Research 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 – 2024-03-31
• 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

下肢切断者にとって義足は生活の質向上のために必須である。高機能駆動義足は、健常者に近い歩行を実現可能にしている。海外の限られたメーカのみから提供されており、非常に高価である上に保険適用外であることから、一般の下肢切断者が利用することが難しいのが現実である。構造をシンプルにし、足部の上下動に工業用の小型シリンダモータを、また市販のセンサを使用することで、低コスト化をめざした。
当初からの株式会社岩手テクノに加えて、駆動義足の商用化に興味を持った株式会社イーアールアイと共にプロジェクトを進めた。模擬義足を利用した評価実験に加えて、義足使用者による評価テストを行った。当初は健足に取り付けたセンサのみでの制御を目指したが、評価テストの結果、義足側の動きをモニターする必要があることが分かったことから、義足の脛部にセンサを取り付けることにした。制御アルゴリズムを開発し、適切なタイミングで床を蹴るおよびその後の爪先上げる制御が可能となった。その一方、床を蹴る際の速度の適正化および、踵を床に着いた後の膝を前に持っていく動作についてもアシスト必要なことが明らかとなった。
踵上げをアシストするHeel-up springユニットについては、障がい者の体重と筋力アシストに最適なバネ定数の関係について、正の相関があることを明らかにした。続いて、体重で圧縮したバネの解放タイミングを機械的に制御したユニットを開発し、従来のモデル以上のアシスト効果があることを明らかにした。
研究論文等としては、国際会議4件、国際ジャーナル1件、特許1件である。
今後は、駆動義足の商用化に向け、制御アルゴリズムの改善を進めると共に、研究パートナーである岩手テクノとイーアールアイを中心に商品企画、試作モデルの設計・製作とフィールドテストを行う予定である。