| 研究課題/領域番号 |
21K03966
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 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
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| 研究機関 | 大阪公立大学 (2022-2023)
大阪市立大学 (2021) |
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研究代表者 |
川合 忠雄 大阪公立大学, 都市科学・防災研究センター, 特任教授 (20177637)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | デジタルツイン / シミュレーション / 身体モデル / リハビリテーション支援 / リハビリ支援 / リハビリテーション / 機能回復 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
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次のシステムを構築する。
１．作業・理学療法士が経験に基づき行っていた訓練課題の設定を蓄積したデータベースに基づいて設定する。
２．訓練の補助は支援ロボットが行い、訓練中の患者の状態を計測し、訓練が効果的に行われているかどうかをモデルから評価してより適切な訓練内容をモデルから推測し、訓練内容を逐次更新する。
３．評価した訓練の善し悪しを患者に伝え、患者のモチベーションを高めて、より大きな効果が得られるようにする。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、リハビリを支援するロボットによる機能回復効果向上を目指し、身体および支援ロボットをコンピュータ上に再現し、実世界の状態を推測できるデジタルツインを構築した。身体モデルを構築するため、関節運動の主動筋を特定する計測実験を行った。ロボットモデル構築では、空気圧人工筋肉を使用したロボットを製作し、実験によりモデルパラメータを特定した。また、ロボットモデルを用いたシミュレーション結果を用いて実ロボットを制御した。最後に、実ロボットで身体支援を行い身体と支援ロボットの間の相互作用力を計測し、デジタルツインモデル間を連結するバネダンパモデルのパラメータを同定して、相互作用力を推定可能にした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
支援ロボットの研究においては、支援の効果を臨床指標による定性的な機能変化で評価しているものが多い。また、支援中の使用者の運動状態が適切であるか計測・評価するには筋骨格モデルを用いた負荷解析が一般に行われているが、反力データ等を測定することが不可欠となっており、このような測定機器がないと解析することができない。本研究では、使用者と支援ロボットの物理モデルを用い、支援されている使用者の運動状態が適切であるかシミュレーション評価できるデジタルツインの開発を目指した。使用者の状態をモデルで推定・評価し、より適切な状態をモデルから推測した支援法を逐次更新可能となれば、使用者の機能回復の効果を高られる。
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