| 研究課題/領域番号 |
21K12817
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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90150:医療福祉工学関連
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| 研究機関 | 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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研究代表者 |
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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| 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 |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | 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 / 筋骨格系 / シミュレーション / 受動歩行 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、二足歩行を対象に、片方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少ない補助による歩行アシスト方法を目指すものである。そのため他の部位の運動と連動して自然と動いてしまうように運動を促す身体部位の役割の解明とその際の筋の負担を評価するために、準受動的なシミュレーションと冗長な筋骨格系のシミュレーションを併用し、系のダイナミクスを活用した安全で効果的なアシスト方法の設計に取り組む試みである。
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| 研究実績の概要 |
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、介護・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このようなシステムでは、ある部位の運動をアシストするにあたって、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といった無理のない安全な力発揮を目指すことが重要であると考える。
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、昨年度の股関節の剛性と上体の運動方向が歩容に与える影響に加えて、上体の姿勢角度が歩容に与える影響についても数値的に解析した。
また、このような歩容が人体の筋活動に及ぼす影響や負担を評価するため、筋張力の推定を行うための筋骨格系シミュレータを実行するために、上述の二足歩行シミュレーションモデルと骨格系モデルの足部モデルの補正について検討した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本研究では、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・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。過去の研究から、歩行中の上体の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種類に設定した場合の各上体の運動が、股関節に剛性をもたせたモデルの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、片側の脚の運動を自然と誘発・変化させる新たな要素として、歩行開始時の上体の姿勢角を前傾、後傾させた場合に、上体の運動が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。これまでと同様に、上体の運動方向を３種類設定し、姿勢角度と運動方向の２つの側面から上体が歩容に及ぼす影響を研究した。
一方で、歩行モデルでは随意的な駆動を避けるため、足部を円弧上の剛体として、その足部の転がり効果を利用しているが、このような足部は人体には見られないため、筋骨格系にて扱えるように足部モデルの補正方法について検討している。
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| 今後の研究の推進方策 |
足部モデルの補正を行い、これまでの数値シミュレーションによって得た歩容を筋骨格系シミュレーションで模した場合の各筋の負担などを推定、評価し、筋の力発揮の観点から負担の少ない歩容や適切なアシスト力の設計を試みる。
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