運動障害児に対する自立歩行獲得のための骨盤6自由度動作アシスト技術の開発

• 研究課題/領域番号: 18H01403
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分20020:ロボティクスおよび知能機械システム関連
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 河本 浩明 筑波大学, システム情報系, 准教授 (00400713)
• 研究分担者: 渡邉 大貴 筑波大学, 医学医療系, 研究員 (00779572) ; 清水 如代 筑波大学, 医学医療系, 准教授 (40620993) ; 丸島 愛樹 筑波大学, 医学医療系, 講師 (40722525) ; 羽田 康司 筑波大学, 医学医療系, 教授 (80317700)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2020年度)
• 配分額: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円); 2020年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2019年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2018年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
• キーワード: 歩行アシスト / 自立歩行支援 / ハビリテーション / 医療・福祉 / 自立歩行獲得

研究実績の概要

脳性麻痺や神経筋疾患など生まれながら疾患を有する小児に対して，早期治療を実施することで，小児は障害を乗り越える新しい方法を獲得することが指摘されている．そのため，運動障害児に対して，自立歩行を獲得するため可能な限り早く開始できる歩行支援方法が求められている．本研究では，小児の早期の歩行動作に見られる脚を左右に広げ，立位姿勢を容易にしながら，片脚に体重をのせ左右の脚交互に体重移動を繰り返して進むといった左右側方の身体揺動（往復）運動を実現するため，骨盤の空間的動作に着目した運動障害児の自立歩 行獲得のための骨盤6自由度動作アシスト技術を開発する.1)健常小児の歩行運動を解析し，開発機器の要求仕様，及び性能評価のための指標を決定する. 2)得られた要求仕様を基に骨盤6自由度動作ア シスト機構による歩行支援機器を開発する. 3)運動障害児への適用から本機器を性能評価し，抽出された技術課題から改良を行っていく. 本研 究開発技術によって，歩行を体重移動による全身運動として捉えた支援が可能となり，運動障害児の歩行獲得支援(ハビリテーション)と共に ，運動障害者の歩行リハビリテーションへの応用も期待される.
当該年度は，骨盤を保持するサドルに対して，早期歩行時の揺動運動をアシストするためのセラピストのハンドル操作により骨盤の回旋運動支援，挙上運動支援を実現する機構の開発を進め，ダミー人形を使用した実験とリハビリテーション医師との議論を通じて，問題点の抽出，アシスト機構の改良を実施した.

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

昨年度のダミー人形による基礎試験，及びリハビリリテーション医師との議論から，実際の揺動動作の支援には，セラピストなどが小児の歩行状態を常にモニタリングしながら適宜揺動動作を操作したほうが安全に歩行支援できるとの意見があったことから，本年度はセラピストが骨盤動作の操作が可能なハンドル機構を取り付けた骨盤動作支援機構を開発した．
(1)骨盤外転-内転支援機構：小児の前額面方向の歩行動作のアシストを実現させるために，セラピストが前額面方向のステアリングハンドルの左右操作に応じて，2点接触する骨格構造（V字型の逆）が左右に1点接触するように揺動することで，骨盤の挙上運動(揺動運動)を実現させることを可能した．
(2)骨盤回旋支援機構: ハンドルの回旋操作に応じてとサドル機構が回旋するリンク機構を開発することで，セラピストのハンドル回旋操作によって骨盤の回旋運動の支援を可能にした．さらに，開発したサドル機構の土台にホイールを設置し，セラピストがステアリングハンドルを前方へ押すことによって前進移動が可能となる歩行支援機器とした．

今後の研究の推進方策

本年度は，昨年度まで開発してきた支援機構を改良し，実験機を開発する．この実験機によるダミー人形，実証試験により評価を行い，当該システムの実現可能性を明らかにする．
(1)骨盤外転-内転支援機構：試作機で開発した骨盤外転-内転支援機構に対して，サイズの最適化を行うと共に，安全性を高めた機構とする．サイズの最適化では，セラピストが実際に操作することが容易となるステアリングのサイズとする．
(2)骨盤回旋支援機構：操作性を高める改良を行うと共に安全性を高めた機構を開発する．これまで，操作ステアリングの回転運動を利用して骨盤を回旋させるメカニズムとして四節リンクを応用した機構を提案した．本年度は，使用対象者の体重を考慮した支援操作性の高い機構設計を行い実機に実装する．
(3)実験機の開発：開発した骨盤外転-内転支援機構，及び回旋支援機構を組み合わせ，歩行支援に関する機能・性能評価が可能な実験機を開発する．市販の歩行器のホイールベースを基盤に開発した支援機構を組み込む．実際の利用を想定した安全率の高い強度設計を実施，実証試験に使用可能な安全性を十分高めた実験機とする.
(4) ダミー人形，実証試験による評価：開発した早期歩行支援システム実験機の機能，及び性能評価を行う．機能評価では，開発した支援システムの支援機能となる骨盤外転-内転支援機構，及び骨盤回旋支援機構が仕様通り機能するかを評価する．性能評価では，本支援システムによって片脚側への交互体重移動，及び脚の振り出し動作がどこまで可能かを評価する．操作性評価では，骨盤外転-内転動作支援，及び骨盤回旋支援に関する本支援システムの操作性を評価する．以上の評価をまとめ，早期歩行支援システムの実現可能性を評価する．