柔軟指によるロボットマニピュレーションと文字手書きにおける人体補助具への応用

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02F00823
• 研究機関: 立命館大学
• 研究代表者: 平井 慎一 立命館大学, 理工学部, 教授
• 研究分担者: VAZ Joseph Anand 立命館大学, 理工学部, 外国人特別研究員
• キーワード: 物体操作 / 柔軟指 / 人工装具 / モデリング / ボンドグラフ / ダイナミクス / シミュレーション / 手指

研究概要

ロボットマニュピレーションの最も実用的な応用のひとつは,障害者のリハビリテーションのための補助具である.我々は,指の補助具に関して,簡単で実用的な手法を提案した.特に,親指の損失に関するリハビリテーション用のメカニズムを構築した.この補助具は,残った指と失った指を代行するメカニカルな指の巧みな連動動作を実現する.これにより,最も日常的な作業を行う能力,たとえば文字を書く動作を実行することができる.この補助具は一部の指を失った手にグローブとして着用することができる.また安価でシンプルであり,障害者が簡単に装着することができる.
本年度はコンセプト,デザイン,モデリング,シミュレーション,義指のメカニズムの開発を,体系的に統合した.ボンドグラフの技術は義指のモデルやメカニズムのダイナミクスのシミュレーションに使われてきた.特に,関節における動作や柔軟指による物体把持,相互接触に有効である.腱駆動やそのダンピング,また関節における摩擦をモデル化しシミュレーションを行った.我々はベクトルボンドグラフを使って人の骨格ダイナミクスをモデル化した.提案手法は手の補助具のメカニズムだけでなく,人の体の他の部分にも応用できる.補助具システムにおいて,駆動関節から受動関節への動作の伝達は,関節軸の位置関係が固定されていないため,モデリングが困難であった.ベクトルボンドグラフを使うことにより,このメカニズムを表すことに成功した.さらに,ボンドグラフオブジェクトモジュールのコンセプトを発展させ,補助具システムのモデリングを容易にした.これにより,数値シミュレーションを実現すること,システムを深く理解することが,容易になる.

研究成果

• [文献書誌] Anand Vaz, Shinichi Hirai: "Actuation of a Thumb Prosthesis using Remaining Natural Fingers"proceedings of 2003 IEEE/RSJ Int.Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS2003). 1998-2003 (2003)
• [文献書誌] Anand Vaz, Shinichi Hirai: "Modeling Contact Interaction of a Hand Prosthesis with Soft Tissue at the Interface"proceedings of 2003 IEEE Int.Conf. on Systems, Man, and Cybernetics (SMC2003). 4508-4513 (2003)
• [文献書誌] Anand Vaz, Shinichi Hirai: "Bond Graph Modelling of a Hand Prosthesis during Contact Interaction"proceedings of 2003 IASTED Int.Conf. on Applied Simulation and Modeling (ASM2003). 313-318 (2003)
• [文献書誌] Anand Vaz, Shinichi Hirai: "Application of Vector Bond Graphs to the Modeling of a Class of Hand Prostheses"7th Biennial ASME Conference Engineering Systems Design Analysis - ESDA 2004. 2004
• [文献書誌] Anand Vaz, Shinichi Hirai: "Bond Graph Object Modules for a Hand Prosthesis"The 1^<th> International Conference on Integrated Modeling and Analysis in Applied Control and Automation - IMAACA 2004. (2004)