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1995 年度 実績報告書

生体関節力学機能試験ロボットシステムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 07557099
研究種目

試験研究(B)

研究機関北里大学

研究代表者

塚本 行男  北里大学, 医学部, 教授 (40050398)

研究分担者 藤田 正弘  三菱電機, 産業システム研究所, 課長
藤江 裕道  北里大学, 医学部, 助手 (20199300)
馬渕 清資  北里大学, 医療衛生学部, 教授 (70118842)
キーワード生体関節 / 力学機能試験 / ロボットシステム / 同次変換 / ヤコビアン
研究概要

診断用ロボットシステム(昭和62年度文部省科学研究費試験研究により既設)を用いた切断膝関節の前後方試験(最大荷重100N)および内外反試験(最大モーメント10Nm)を行ったときの,マニピュレータ(6軸多関節型)の各部に生じる荷重とモーメントをシミュレーションにより計算した。その結果,それらがマニピュレータ各軸の許容力,許容モーメントに近いことが分かった。このことから新型ロボットシステムでは,より強固なマニピュレータの機構が必要であることが分かった。また,機構学的なシミュレーションにより,マニピュレータの最終軸の回転中心を,試験関節の屈曲伸展軸に一致させる構造が望ましいと判断された。以上から,直道3自由度機構の先に,回転3自由度機構を付加した6自由度構造のマニピュレータを設計した。可搬重量を大きくするために,それぞれの関節部分には6個のACサーボモータを用いることとした。。それぞれのモータは独立したコントローラを存し,アナログ変換された制御コンピュータからの制御出力に応じて出力変位を発揮する。
これとは別に,生体関節機構の数学的な記述のために,すでに記述を終えた膝関節以外に,股関節,肩関節,肘関節,足関節の機構モデルを構築した。それぞれに対して変位および力とモーメントを記述するために,同次変換およびヤコビアンを求めた。これらの記述を搭載した,生体関節力学機能試験のための制御プログラムを作成した。

  • 研究成果

    (8件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (8件)

  • [文献書誌] 塚本 行男,他: "高分子ヒアルロン酸ナトリウム(NRD101)の変形性膝関節症に対する臨床効果と関節液分析" 臨床リウマチ. 6(1). 18-32 (1994)

  • [文献書誌] Kiyoshi Mabuchi, et al.: "The Effect of Additive Hyaluronic Acid on Annimal Juints with Experiwontally Recluced Lubricating Ability" Joumal of Biomedical Material Research. 28. 865-870 (1994)

  • [文献書誌] Hiromichi Fujie, et al.: "The Use of a Universal Force-Momant Sensor to Detennine In-Situ Forces in Ligaments : A New Methodology" Joumal of Biomechanical Engineering. 117(1). 1-7 (1995)

  • [文献書誌] 藤江 裕道,他: "膝関節動揺性試験における膝靱帯の張力分布-ロボティクスを用いた計測" 日本機械学会論文集C編. 61(586). 2521-2526 (1995)

  • [文献書誌] Kiyoshi Mabuchi, et al.: "The Use of Robotics Technology to Measure the Friction in Annimal Joints" Clinical Biomechanics. (in press). (1996)

  • [文献書誌] Hiromichi Fujie, et al.: "Forces and Moment in 6-DOF at the Human Knee Joint : Mathematical Discription for Contrcl" Journal of Biomechanics. (in press). (1996)

  • [文献書誌] 塚本 行男: "臨床整形外科手術全書(第3巻)炎症に対する手術;第5章その他の関節疾患(分担執筆)" 金原出版, 308(285-308) (1994)

  • [文献書誌] 塚本 行男: "新図説臨床整形外科講座-股関節; Protrusio Acetabuli(分担執筆)" メディカルレビュー社, 294(214-215) (1994)

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公開日: 1997-02-26   更新日: 2016-04-21  

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