歩行障害者のための自律・パワーアシスタント複合型外骨格歩行支援システムHALの開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12555120
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 山海 嘉之 筑波大学, 機能工学系, 助教授 (30183833)
• 研究分担者: 京藤 康正 筑波大学, 機能工学系, 助教授 (80282341) ; 安信 誠二 筑波大学, 機能工学系, 教授 (00241795)
• キーワード: 歩行障害 / 自律 / パワーアシスト / 外骨格 / HAL / 筋電

研究概要

本研究は、歩行障害者(要歩行リハビリ者、寝たきり高齢者、脊髄損傷者、筋力低下者)の方を対象として、自律制御およびパワーアシスト制御の両機能を有する軽量外骨格系パワードスーツを開発し、歩行動作支援を達成する事を目的としている。本研究達成のため、平成12年度は下記の研究を行った。
1)軽量化された自律・パワーアシスト複合型外骨格歩行支援システム(HAL : Hybrid Assistive Leg)として、外骨格部を軽金属で製作し、着脱部を装着感を重視した樹脂シェルによって製作した。駆動機構としては、ボールねじ機構(HAL-1B)ならびにハーモニックドライブ機構(HAL2)を採用した。両システムとも、俊敏な動きではなく、むしろ、確実な動作機構として開発されている。
2)自律制御系としては、足裏に取り付けられた重心センサーからの情報を基に、転倒回避アルゴリズム、突発外乱印加時の姿勢制御アルゴリズム、段差上り基礎動作アルゴリズムを開発し、HALシステムに投入した。フィードフォワード制御とフィードバック制御が混在した制御系を構成する事により、即応性と安定性を実現する機構となっている。転倒回避などの安全機構として重要な機構で有る事がわかった。
3)筋電位(EMG)を用いて、装着者の生成トルクを推定し、これを用いたパワーアシストを実施する事により、操作者の意思を反映した制御法を確立することができた。特に、予測制御を組み込む事により、操作者が殆ど力を出さなくても操作者の意思を反映させることができたため、本手法を更に発展させる事が極めて重要で有る事がわかった。
上記のように、所望の成果が得られたので、研究計画に添って今後の展開が可能である.

研究成果

• [文献書誌] Nozawa M.,Sankai Y.: "A Basic Study on Emergent Motion Control System Considering Interactive Reactions and Experiences"ICCHP 2000 (International Conference on Computers Helping People with Special Needs). 1. 625-632 (2000)
• [文献書誌] Kawamoto H.,Sankai Y.: "Quantitative Analysis Method of Control System in Motion Learning Process of Human"ICCHP 2000 (International Conference on Computers Helping People with Special Needs). 1. 633-640 (2000)
• [文献書誌] Kawamoto H.,Sankai Y.: "Function Analysis Method of Human's Motion Control System"IEEE SMC (IEEE International Conference on System, Man and Cybernetics). 1. 3877-3882 (2000)
• [文献書誌] 川村祐一郎,山海嘉之: "外骨格パワーアシストHALによる歩行支援に関する研究"第18回日本ロボット学会学術講演会. 18(1). 453-454 (2000)
• [文献書誌] 山海,川村,岡村,李: "筋電位を用いた歩行支援のための外骨格パワーアシストシステムHAL-1に関する研究"日本機械学会茨城講演会. 000-3. 269-270 (2000)