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

2001 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: 外骨格 / パワードスーツ / パワーアシスト制御 / 歩行支援 / 下肢 / 筋電位 / HAL / 歩行障害者

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)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ことを目的としている。本研究達成のため、当該研究期間に、下記の研究を行った。
1)外骨格部を軽金属で製作し、また、着脱部を装着感を重視した樹脂シェルによって製作することによって、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-3(HAL:Hybrid Assistive Leg)の本体を開発・改良した。
2)モータドライバ、筋電計測用アンプ、分散化小型コンピュータ、通信・計測・制御用サーバ(RT-Linux)、電源をすべてバックパックに収納し、HAL-3完全自律システムとして一体化した。また、センサ系に関しては、力・トルクセンサ、筋電センサ、足底加重センサ、角速度、加速度センサなどをHALの構造を考慮して開発し、本体に実装した。
3)筋電位を用いて人間の意思を反映したパワーアシスト機能に加え、自律制御機構として動作フェーズのつながりを考慮したフェーズシーケンス法を組み、自律系とパワーアシストの両機能を複合したシステムを構築した。
4)歩行動作・自動装着のための自律・パワーアシスト制御のための基本アルゴリズムの検証するとともに、階段の昇り降り動作の実験を行い、完全に一体化したシステムとしてHALシステムの有効性を確認した。
当該研究が達成した研究成果は、現時点で世界最高水準であることを実証することができた。

研究成果

• [文献書誌] KASAOKA K., SANKAI Y.: "Predictive Control Estimating Operator's Intention for Stepping-up Motion"Proc. of IEEE/RSJ,IROS. vol.1. 1578-1583 (2001)
• [文献書誌] KAWAMOTO H., SANKAI Y.: "EMG-based Hybrid Assistive Leg for Walking Aid using Feedforward Controller"Proc. of ICCAS2001. vol.1. 190-193 (2001)
• [文献書誌] Lee S., SANKAI Y.: "Power Assist Control for Walking Aid by HAL Based on Phase Sequence and EMG"Proc. of ICCAS2001. vol.1. 353-357 (2001)
• [文献書誌] Nakai T., Lee S., Kawamoto M., Sankai Y.: "Development of Power Assistive Leg for Walking Aid using EMG and Linux"Proc. of ASIAR2001. vol.1. 295-300 (2001)
• [文献書誌] Yasunobu S., Yamasaki H.: "Evolutionary Control Method and Swing Up and Stabilization Control of Inverted Pendulum"Proc. of 9th IFSA World Congress. vol.1. 2078-2083 (2001)
• [文献書誌] Gotoh T., Yasunobu S.: "知的制御システム構築支援方法の開発"第17回ファジィ・ワークショップ. vol.1. 79-82 (2001)