2022 Fiscal Year Research-status Report
デジタルツインを用いたリハビリテーション用ロボットの最適支援手法の研究
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21K03966
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University |
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Principal Investigator |
川合 忠雄 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (20177637)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高井 飛鳥 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 助教 (70769843)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | デジタルツイン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではデジタルツインの考え方をリハビリテーションに適用することにより機能回復の効果を高めることを目指している。デジタルツインとは、実世界のシステムをコンピュータ上にモデルとして再現し、実世界の情報をモデルに反映することにより、実システムの状態をモデルから推測する考え方である。推測結果を適切に実システムに反映することにより、実システムをより効率的に運用するなどの優れた効果を期待できる。
本研究では、上記を実現するための基礎的な取り組みとして、肘のリハビリテーションを対象として、(ⅰ)人体とリハビリテーションを補助する支援ロボットのコンピュータモデルを構築、(ⅱ)ロボットを設計・製作、(ⅲ)人とロボットの動きや相互に及ぼす力（インタラクション）を計測し、モデルから腕の動きや負荷を推測して、ロボットが適切な支援を行っているか評価、(ⅳ)上記の評価に基づいてより有効な支援方法を求め、ロボットを制御する研究を行う。
本年度は、(ⅰ)ロボットのコンピュータモデルの改良と（iii）ロボットの制御実験、に取り組んだ。支援ロボットのアクチュエータである空気圧人工筋のモデルパラメータをチューニングし、支援ロボットの駆動系の物理モデルを構築して目標関節トルクおよび目標角度の実現に必要な制御入力をシミュレーションした。シミュレーション結果を用いて支援ロボットを駆動し、フィードフォワード制御下での定量的評価をおこなった。また、目標トルクの実現に必要な駆動系設計パラメータの導出をおこなった。例として関節プーリ直径を導出し、得られた直径のプーリを製作して実験評価をおこなった。モデル化誤差が残るが、支援ロボットの駆動系のデジタルツインモデルを製作することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
今年度は支援ロボットを健常被験者で評価する予定であったが、ロボットのコンピュータモデルの検証に必要となるプーリの製作が予定より遅れたため、ロボット単独での制御実験を実施して年度末を向かえた。しかしこのプーリを用いた実験を行ったことで、目標関節トルクおよび目標角度の実現に必要なロボットの改修項目を特定する事ができた。次年度においてロボットのモデルパラメータの調整を行う必要があるが、ロボットの人工筋肉や関節構造などの機素をモデリングできたことで、本研究に用いるロボットのデジタルツインモデルを製作することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度特定したロボットの改修事項について設計と製作を進め、また必要機能を満たすセンサ等をロボットに搭載する。ロボットで補助した状態で若年健常被験者に動作を行ってもらい、ロボットと被験者とのインタラクションおよび動作状態の測定を目指す。また製作した腕とロボットのデジタルツインモデルにおいてもインタラクション解析を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
当初は令和四年度にロボットの改修が必要と予想していたが、試作ロボットにて検証できる項目であったため、年度中は検証実験を優先した。得られた実験データを元に、必要機能を満たすセンサ等を搭載した改修を令和五年度に実施するべく、ロボットの改修費(\248,843)を繰越す。
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