筋の力学的特性を規範とするインナー型インフレータブルアシスト技術の開発
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21K12808
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90150:Medical assistive technology-related
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| Research Institution | National Center for Geriatrics and Gerontology (2023)
Shinshu University (2021-2022) |
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Principal Investigator |
塚原 淳 国立研究開発法人国立長寿医療研究センター, 研究所 健康長寿支援ロボットセンター, 室長 (70601128)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | インフレータブルアクチュエータ / 表面筋電位信号 / アシストスロージング / 運動支援 / インフレータブル / 筋特性 / 歩行 |
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| Outline of Research at the Start |
不要不急の外出を極端に避けざるを得ない状況によって生じる運動不足問題を解消するためには、限りなく衣服に近い着用感で、日常生活での歩行を支援するアシストスーツの実現は急務といえる。本研究では、関節運動とそれに伴う筋の形状変化の関係性を明らかにすることで、筋電位計測用電極を用いることなく運動状態を推定する手法を構築し、さらに関節運動／筋収縮特性の情報を規範として、これまでに開発してきた薄膜構造体のインフレータブルアクチュエータ(IfA: Inflatable actuator)を機能的に制御することで、歩行時の遊脚運動を支援する「インナー型」アシストスーツを開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、軽量で柔軟なインフレータブルアクチュエータ（IfA: Inflatable actuator）を搭載したインナー型インフレータブルアシストスロージングを開発し、筋活動時の電気的変化を利用してIfAに供給する圧縮空気量を調整する随意制御法を提案した。インフレータブルアシストスロージングには、コンプレッサー機能付き直流真空ポンプから圧縮空気を供給することで収縮力を発生させ、膝の屈伸を補助するIfAを大腿部に搭載させた。
提案手法である表面筋電位信号に基づいた制御アルゴリズムでは、表面筋電位信号の変位量を基に、DCポンプから個々のIfAに供給すべき目標空気量を推定し、推定された空気量に追従するようにフィードバック制御を行った。制御アルゴリズムに含まれる目標収縮力-目標空気量プロファイル（C-A profile）および内圧-空気量プロファイル（I-A profile）は、IfAの等尺性収縮実験の結果を用いて構築した。
当該年度は、大腿直筋から計測した表面筋電位信号を用いて、IfAに対して吐出する圧縮空気量を随意的に変化させることができるかについて、制御検証実験を行った。その結果、実際のIfA内部空気量と目標空気量との間の平均絶対誤差と平均絶対パーセンテージ誤差は、それぞれ3.03 mLと6.85%であった。また、最も特筆すべき点は、アシストスロージングに組み込んだ制御アルゴリズムによって、表面筋電位信号の変位に基づいてIfAの内部空気量を制御しつつ、目標の空気量に追従したを確認できたことである。それに伴い、測定したIfAの収縮力も、圧縮空気の変化量に依存した挙動を確認することができた。
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Report
(3 results)
Research Products
(8 results)
