2023 Fiscal Year Research-status Report
上半身・支持脚の協調運動と系のダイナミクスに基づいた歩行アシスト手法の開発
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21K12817
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
本城 豊之 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 助教 (20710643)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 二足歩行 / 歩行アシスト / 歩行シミュレーション / 筋骨格シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二足歩行は日常生活において基本的でありながら重要な要素である。また、高齢社会を迎えている日本において、「歩行能力の維持・向上」は寝たきりといったQOLを低下させうる状況を回避し、介助者不足を軽減する上でも重大な課題となっている。近年、歩行支援を含む軽労化のための様々なアシストシステムが研究・開発されており、有効な運動アシスト方法が望まれている。
人体と機械要素のインタラクションを要するアシストシステムでは、ある特定の部位の運動をアシストするにあたって、安全性の確保だけでなく過度なアシストを避けること等が求められる。そのためには、身体がその構造上有している固有のダイナミクスに基づき、複数の部位との協調によって自然と運動が誘発・変化される状況等を利用することが有効であると考える。
本研究では、二足歩行を対象に、運動に制約のある片側の脚の運動をもう一方の脚と上半身の運動によって自然と誘発し、効率的な補助による歩行アシスト方法を目指すものである。そのため、円弧上の足部や傾斜路を利用し、遊脚側の運動における随意的な力発揮を避け、支持脚と上体間の股関節にのみ力発揮を許可することで、遊脚の運動が支持脚と上体間の制御入力と系のダイナミクスによって自動的に定まるような二足歩行系のシミュレーションを実施してきた。このシミュレーションから、上体の姿勢角度と運動方向の組み合わせが股関節に剛性を有する系の歩容に与える影響について数値的に解析し、股関節剛性と上体姿勢の前傾において適した上体の運動方向が存在することを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では、運動に制約のある片側の脚の運動を制約のないもう一方の脚と上半身の運動によって自然と誘発・変化させる方法について研究し、系のダイナミクスに基づいたアシスト方法を検討することを目的としている。過去の研究では、歩行中の上体の運動として、運動方向を前傾から始まる正弦波状の前後傾運動、後傾から始まる正弦波状の前後傾運動、歩行中一定角度に維持するという3種類の運動方向が股関節に剛性を有するモデルの遊脚の振り出しに与える影響と、上体姿勢角の前後傾量が股関節に剛性のないモデルにおける遊脚の振り出しに与える影響を準受動歩行系を規範とした歩行シミュレーションから検証してきた。
今年度は、上述の２つの上体の運動要素である運動方向と姿勢角の影響をモデルに取り入れ、上体の姿勢角が前傾及び後傾している状況からそれぞれの運動方向へと揺動させた場合に、片方の脚の股関節に剛性を有するモデルの歩容に与える影響について、準受動歩行系を規範とした歩行シミュレーションから検証してきた。結果として、股関節の剛性と上体の前傾により歩行周期の短い歩容が生成されるため、高い股関節剛性をもつ系において上体を前傾させる場合には、後傾から始まる正弦波状の前後傾運動のような歩行周期の短い歩容を生成する上体の運動方向が、劣駆動の動的二足歩行系における安定性の関点から適していることを確認した。
また、このような歩容が人体の筋活動に及ぼす影響を評価するため、上述の二足歩行シミュレーションモデルを人体モデルへと適用し、下肢の筋張力の推定を行うための手法について検討している。
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| Strategy for Future Research Activity |
筋骨格系シミュレーションを介して、これまでの数値シミュレーションによって得た歩容の下肢の筋の筋張力を推定し、筋の力発揮の観点からの評価を試みる。
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| Causes of Carryover |
学会等の参加予定が変更となったためであり，以降の研究成果の発表等に充填する。
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