下肢麻痺患者の自立歩行の範囲を広げる補助ロボットのセンサ・制御系の開発

• 研究課題/領域番号: 23560526
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 制御工学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 宇野 洋二 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10203572)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2013年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2012年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2011年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 装着型ロボット / 下肢麻痺患者 / 歩行補助 / 転倒予防 / 知能ロボティクス / 歩行器

研究概要

脊髄の損傷等で下肢機能が麻痺したために車椅子の生活を送っている患者に対して、立位歩行を可能にする装着型補助ロボットの開発を行った。特に、平地面だけでなく斜面や段差のある場所でも、バランスを崩すことなくスムーズな歩行を可能にするためのセンサ・制御系を構築した。歩行器に３軸角度センサと加速度センサを搭載するとともに、補助ロボットの足底に小型力覚センサを挟み込み、転倒予防の機構を組み込んだ。さらに、健常者に本システムを装着させて歩行実験を行った結果、足底の圧力情報に従って遊脚の動作パターンが選択され、転倒することなくスムーズな歩行が継続できることを確認した。

研究成果

• [雑誌論文] Efficient Planning of Humanoid Motions by Modifying Constraints (2013)
  • 著者名/発表者名: ChangHyun Sung，Takahiro Kagawa，Yoji Uno
  • 雑誌名: Journal of Behavioral Robotics 巻: 4 (1) 号: 1 ページ: 23-33
  • DOI: 10.2478/pjbr-2013-0002
  • NAID: 120005496470
  • 査読あり
• [雑誌論文] Whole-body motion planning for humanoid robots by specifying via-points (2013)
  • 著者名/発表者名: ChangHyun Sung,Takahiro Kagawa & Yoji Uno
  • 雑誌名: International Journal of Advanced Robotic Systems 巻: 10 号: 7 ページ: 1-12
  • DOI: 10.5772/56747
  • NAID: 120005496469
  • 査読あり
• [雑誌論文] 冗長関節アームの協調動作のためのUCM参照フィードバック制御法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 東郷俊太，香川高弘，宇野洋二
  • 雑誌名: 電子情報通信学会論文誌D 巻: J96-D ページ: 346-356
  • NAID: 110009577727
  • 査読あり
• [雑誌論文] 情報統合の神経回路モデルを用いたヒューマノイドの全身リーチング姿勢の決定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 杉村僚介，香川高弘，田地宏一，宇野洋二
  • 雑誌名: 電子情報通信学会論文誌D 巻: Vol. J96-D, No.4 ページ: 1048-1057
  • NAID: 110009596353
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient parametric excitation walking with delayed feedback control (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuji Harata, Fumihiko Asano, Kouichi Taji & Yoji Uno
  • 雑誌名: Nonlinear Dynamics 巻: Vol.67 ページ: 1327-1335
  • NAID: 120002277475
  • URL: http://link.springer.com/journal/11071
  • 査読あり
• [雑誌論文] 歩行中の手先振動抑制に対する視覚情報の役割 (2012)
  • 著者名/発表者名: 東郷俊太，香川高弘，宇野洋二
  • 雑誌名: 電子情報通信学会論文誌D 巻: J95-D ページ: 314-322
  • NAID: 120005496462
  • 査読あり
• [雑誌論文] 歩行補助ロボットによる段差歩行のためのセンサ制御系の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小田佑樹,香川高弘,宇野洋二
  • 雑誌名: 電気学会論文誌C 巻: Vol. 131
  • NAID: 10030528662
  • URL: http://www.iee.jp/eiss/?page_id=115
  • 査読あり
• [雑誌論文] 装着型ロボットの歩行補助における後方転倒予防のための一方策 (2011)
  • 著者名/発表者名: 北村仁,香川高弘,宇野洋二
  • 雑誌名: 電気学会論文誌 巻: Vol. 131
  • NAID: 10030528290
  • URL: http://www.iee.jp/eiss/?page_id=115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Parametric excitation -based inverse bending gait generation (2011)
  • 著者名/発表者名: Yuji Harata, Fumihiko Asano, Kouichi Taji & Yoji Uno
  • 雑誌名: Robotica 巻: Vol.29
  • NAID: 120005300495
  • URL: http://journals.cambridge.org/action/displayJournal?jid=ROB
  • 査読あり
• [雑誌論文] State­dependent corrective reactions for backward balance losses in human walking (2011)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kagawa, Yuji Ohta & Yoji Uno
  • 雑誌名: Human Movement Science 巻: Vol. 30
  • URL: http://www.journals.elsevier.com/human-movement-science/
  • 査読あり
• [雑誌論文] 装着型ロボットの歩行補助における後方転倒予防のための一方策 (2011)
  • 著者名/発表者名: 北村仁，香川高弘，宇野洋二
  • 雑誌名: 電気学会論文誌 巻: 131 ページ: 2000-2008
  • NAID: 10030528290
  • 査読あり
• [学会発表] 歩行補助ロボットの歩行速度向上のための軌道計画法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石川寛典,加藤高之,Chang-Hyun Sung,香川高弘,宇野洋二
  • 学会等名: 電子情報通信学会NC研究会
  • 発表場所: 玉川大学(東京都)
• [学会発表] 上肢運動と協調した装着型ロボットの起立動作補助 (2014)
  • 著者名/発表者名: 唐島田龍馬,香川高弘,宇野洋二
  • 学会等名: 日本機械学会東海支部第63期総会講演会
  • 発表場所: 大同大学(愛知県)
• [学会発表] 歩行補助ロボットの歩行速度の向上のための軌道計画法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石川寛典，加藤高之，ChangHyun Sung，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 電子情報通信学会 NC研究会
  • 発表場所: 玉川大学（東京都）
• [学会発表] センシング歩行器の開発とオンライン歩幅推定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 加藤高之,香川高弘,宇野洋二
  • 学会等名: 第14回計測自動制御学会SI部門講演会
  • 発表場所: 神戸国際会議場(兵庫県)
• [学会発表] 関節可動域を考慮した歩行補助ロボットのオンライン最適軌道生成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石川寛典,Chang-Hyun Sung,香川高弘,宇野洋二
  • 学会等名: 第31回日本ロボット学会学術講演会
  • 発表場所: 首都大学東京(東京都)
• [学会発表] Analysis of transient phase of balance recovery response in human locomotion (2013)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kagawa & Yoji Uno
  • 学会等名: The 5th International Symposium on Measurement, Analysis and Modeling of Human Function
  • 発表場所: University of British Columbia (Canada)
• [学会発表] Coordination between the stance and swing leg in perturbed walking (2013)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kagawa & Yoji Uno
  • 学会等名: 2nd Joint World Congress of ISPGR and Gait and Mental Function
  • 発表場所: 秋田ビューホテル(秋田県)
• [学会発表] 歩行補助ロボットの着地制御法の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 加藤高之,香川高弘,宇野洋二
  • 学会等名: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場(茨城県)
• [学会発表] 歩行補助ロボットの着地制御法の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 加藤高之，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県）
• [学会発表] 人間の関節間協調に着目した冗長ロボットアームの制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 磯部祐真，東郷俊太，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県）
• [学会発表] 経由点表現に基づくヒューマノイドロボットの全身動作の実時間計画 (2013)
  • 著者名/発表者名: ChangHyun Sung，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県）
• [学会発表] Coordination between the stance and swing leg in perturbed walking (2013)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kagawa，Yoji Uno
  • 学会等名: 2nd Joint World Congress of ISPGR and Gait and Mental Function
  • 発表場所: 秋田ビューホテル（秋田県)
• [学会発表] Analysis of transient phase of balance recovery response in human locomotion (2013)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kagawa，Yoji Uno
  • 学会等名: The 5th International Symposium on Measurement, Analysis and Modeling of Human Function
  • 発表場所: University of British Columbia（Canada）
• [学会発表] ヒューマノイドロボットのスローイング動作の生成と修正 (2013)
  • 著者名/発表者名: 後藤謙治，ChangHyun Sung，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第31回日本ロボット学会学術講演会
  • 発表場所: 首都大学東京（東京都）
• [学会発表] 関節可動域を考慮した歩行補助ロボットのオンライン最適軌道生成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石川寛典，加藤高之，ChangHyun Sung，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第31回日本ロボット学会学術講演会
  • 発表場所: 首都大学東京（東京都）
• [学会発表] Task and body constraints change joint coordination to dampen hand vibration (2013)
  • 著者名/発表者名: Shunta Togo, Takahiro Kagawa，Yoji Uno
  • 学会等名: SICE Annual Conference 2013
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県）
• [学会発表] センシング歩行器の開発とオンライン歩幅推定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 加藤高之，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 計測自動制御学会 SI2013
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県）
• [学会発表] 最適化手法に基づくヒューマノイドロボットの全身運動の総合 (2013)
  • 著者名/発表者名: ChangHyun Sung，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 計測自動制御学会 SI2013
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県）
• [学会発表] ヒトの関節間協調に着目したUCM 参照フィードバック制御法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 磯部祐真，東郷俊太，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 計測自動制御学会 SI2013
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県）
• [学会発表] Interlimb coordination to avoid backward falling in perturbed walking(外乱歩行における転倒回避のための脚間協調) (2012)
  • 著者名/発表者名: 香川高弘,宇野洋二
  • 学会等名: 第27回生体生理工学シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学(北海道)
• [学会発表] 床反力情報に基づく装着型ロボットによる起立動作補助 (2012)
  • 著者名/発表者名: 後藤謙治,香川高弘,宇野洋二
  • 学会等名: 電子情報通信学会MBE研究会
  • 発表場所: 玉川大学(東京都)
• [学会発表] 歩行補助ロボットのつまずきに対応するセンサ制御系の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 周広宇,香川高弘,宇野洋二
  • 学会等名: 電子情報通信学会NC研究会
  • 発表場所: 玉川大学(東京都)
• [学会発表] UCM analysis of human multi-joint coordination and mechanical arm impedance (2012)
  • 著者名/発表者名: Togo S, Kagawa T and Uno Y
  • 学会等名: Neural Control of Movement 22nd Annual Meeting
  • 発表場所: Venice, Italy
• [学会発表] Sensing and control system of a wearable robot for paraplegic patients (2012)
  • 著者名/発表者名: Kagawa T and Uno Y
  • 学会等名: 2012 International symposium on multi-scale intelligent systems
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] Togo S, Kagawa T and Uno Y (2012)
  • 著者名/発表者名: Coordinated motion control of a redundant joint arm using an Uncontrolled Manifold
  • 学会等名: The 22nd Annual Conference of Japanese Neural Network Society
  • 発表場所: 名古屋工業大学
• [学会発表] UCM空間を用いた冗長マニピュレータの協調制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 東郷俊太，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 日本ロボット学会第30回記念学術講演会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（札幌）
• [学会発表] 経由姿勢に基づくヒューマノイドロボットの全身運動計画の高速化 (2012)
  • 著者名/発表者名: ChangHyun Sung, 香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 日本ロボット学会第30回記念学術講演会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（札幌）
• [学会発表] Interlimb coordination to avoid backward falling in perturbed walking (2012)
  • 著者名/発表者名: 香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 第27回生体生理工学シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学
• [学会発表] 床反力情報に基づく装着型ロボットによる起立動作補助 (2012)
  • 著者名/発表者名: 後藤謙治，香川高弘，宇野洋二，阪口豊
  • 学会等名: 電子情報通信学会MBE研究会
  • 発表場所: 玉川大学（東京）
• [学会発表] 歩行補助ロボットのつまずきに対応するセンサ制御系の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 周広宇，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 電子情報通信学会MBE研究会
  • 発表場所: 玉川大学（東京）
• [学会発表] 外乱に対する補償動作に基づく歩行安定性の評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 橘鮎郎，香川高弘，宇野洋二
  • 学会等名: 電子情報通信学会MBE研究会
  • 発表場所: 玉川大学（東京）
• [学会発表] Posture adjustment of standing on a slope with a wearable robot (2011)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kagawa, Kenji Goto & Yoji Uno
  • 学会等名: The 8th International Conference on Ubiquitous Robots and Ambient Intelligence (URAI 2011)
  • 発表場所: Seoul(韓国)
• [学会発表] 傾斜面上における歩行補助ロボットの直立姿勢制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 後藤高彰,香川高弘,宇野洋二
  • 学会等名: 第54回自動制御連合講演会
  • 発表場所: 豊橋技術科学大学(愛知県)
• [学会発表] 歩行補助ロボットのつまずきに対する回復動作の制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 周広宇,香川高弘,宇野洋二
  • 学会等名: 第54回自動制御連合講演会
  • 発表場所: 豊橋技術科学大学(愛知県)
• [学会発表] Human interface of a wearable robot for walking on a step (2011)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kagawa, Yuki Oda & Yoji Uno
  • 学会等名: The 14th International Conference on Climbing and Walking Robots and the Support Technology for Mobile Machines
  • 発表場所: Paris(フランス)
• [学会発表] Posture adjustment of standing on a slope with a wearable robot (2011)
  • 著者名/発表者名: Kagawa T, Goto T and Uno Y
  • 学会等名: The 8th International Conference on Ubiquitous Robots and Ambient Intelligence (URAI 2011)
  • 発表場所: Seoul（韓国）
• [学会発表] Planning of kicking motion with via-point representation for humanoid robot (2011)
  • 著者名/発表者名: Sung CH, Kagawa T and Uno Y
  • 学会等名: The 8th International Conference on Ubiquitous Robots and Ambient Intelligence (URAI 2011)
  • 発表場所: Seoul（韓国）
• [図書] 下肢麻痺者用歩行補助ロボットのセンサ・制御系,Nagoya University eブックシリーズ1最先端メディカルエンジニアリング,名古屋大学最先端メディカルエンジニアリング編集委員会編 (2013)
  • 著者名/発表者名: 香川高弘,宇野洋二
  • 出版者: 一粒書房
• [図書] Evaluation of gait stability based on recovery steps in perturbed gait, in Treadmills : Kinematic Variability, Uses in Therapy and Effects on Muscle Activity (2013)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kagawa & Yoji Uno
  • 出版者: Nova Science Publishers, M. Lopez and A. Gillingham (eds.)
• [図書] Treadmills Chapter 3: Evaluation of gait stability based on recovery steps in perturbed gait (2012)
  • 著者名/発表者名: Kagawa T, Tachibana A and Uno Y
  • 出版者: Nova Science Publisher
• [図書] 最先端メディカルエンジニアリング: 下肢麻痺者用歩行補助ロボットのセンサ・制御系 (2012)
  • 著者名/発表者名: 香川高弘，宇野洋二
  • 出版者: 一粒書房
• [備考]
  • URL: http://www.uno.nuem.nagoya-u.ac.jp/index.html