二関節筋を模倣したバイラテラルサーボによる下肢動力装具の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14350134
• 研究機関: 東京電機大学
• 研究代表者: 斎藤 之男 東京電機大学, 理工学部, 教授 (50057238)
• 研究分担者: 大島 徹 富山県立大学, 工学部, 助教授 (60223806) ; 羽根吉 寿正 東京電機大学, 理工学部, 教授 (90120120) ; 音琴 浩 東京電機大学, フロンティア共同研究センター, 助手 (90349803) ; 鈴木 英二 埼玉医科大学, リハビリテーション科, 講師 (00255118) ; 藤川 智彦 富山商船高等専門学校, 電子制御工学科, 助手 (80321420)
• キーワード: バイラテラルサーボ / 拮抗モータ / 下肢動力装具 / 二関節筋 / 福祉用ロボット

研究概要

通常のロボットや動力装具は、一関節部に一モータが付き駆動している。これまでの動物学などの生態系では、二関節にまたがった筋、いわゆる二関節筋が強力なジャンプや走行を支える筋であることが分かり、かつ、簡単な制御で安定した動作が得られる結果がある。本研究は、このような特性を有する拮抗アクチュエータ、即ち、二関節駆動アクチュエータを下肢動力装具に応用し、これまで不可能であった下肢メカニズムをバイラテラルサーボ系による制御する方式を確立することにある。
平成15年度の成果として、(1)二関節筋を下肢動力源とすることで、極めて単純な下肢動力装具の設計・試作を進め、現在、細部にわたり、加工部品の調整を行っている。このような設計は、全く前例が無く、これまでの実用性が無いと判断されていた下肢機構として可能なことが証明された。(担当:斎藤、音琴)
(2)下肢動力装具の工学的評価として、ソフトウェア上のシミュレーションと実験的評価を設計グループで協力して進めている。このことからも下肢動力化が可能であることが証明されている。(担当:大島、藤川)
(3)拮抗作用を含むアクチュエータとしてモータへの応用は全く前例が無く、駆動実験とシミュレーションにより、モータによる制御も可能であることが解析によって求まった。特に、モータをマルチで制御した場合、これまでのロボットなどで使用されているNC用モータが加速、減速時に振動を伴っていたものが、拮抗作用により制御できることが分かった。(担当:羽根吉)
(4)障害者を具体的に選び出し、これらのシステムを保持する保持具など、リハビリテーション医の指導で進めた。(担当:鈴木)

研究成果

• [文献書誌] Yuji Urushima, Yukio Saito, Hiroshi Negoto: "Study of Bi-articular Muscle type Hydraulic Bilateral Servo System in Upper Extremity Orthotics"Proceedings of 6th Japan-France Congress on Mechatronics / 4th Asia-Europe Congress on Mechatronics. 392-397 (2003)
• [文献書誌] Kengo Ohnishi, Hiroumi Miyagawa, Yukio Saito: "Rehabilitation System for Arm-eye Coordination of the Palsy Arm"Proceedings of 6th Japan-France Congress on Mechatronics / 4th Asia-Europe Congress on Mechatronics. 117-122 (2003)
• [文献書誌] Yukio Saito, Kengo Ohnishi Tohru Ohshima, et al.: "Study on Intelligent Hand and Mechanisms for Children"Proceedings of 6th Japan-France Congress on Mechatronics / 4th Asia-Europe Congress on Mechatronics. 67-72 (2003)
• [文献書誌] Hiroshi Negoto, Yukio Saito, Takamitsu Tajima: "Measurement of the Articulatio Coxae by X-ray Robot and Evaluation of Its Shape"Proceedings of 6th Japan-France Congress on Mechatronics / 4th Asia-Europe Congress on Mechatronics. 586-590 (2003)
• [文献書誌] Kengo Ohnishi, Hiromi Miyagawa, Yukio Saito: "Analysis on the Joint Structure Function of an Anthropomorphic Robotic Hand"Proceedings of the ICORR2003 (The 8th International Congress on Rehabilitation Robotics). 246-249 (2003)
• [文献書誌] Hirohshi Negoto, Yukio Saito, Takamitsu Tajima: "Measurement of Articulation Coxae by X-ray Robot and Evaluation of Its Shape"Proceedings of the ICORR2003 (The 8th International Congress on Rehabilitation Robotics). 67-72 (2003)
• [文献書誌] T.Yokoyama, Y.Igarashi, T.Haneyoshi, T.Izumi: "Study of Digital Instantaneous Value Control with Filter Capacitor Current Compensation for the PWM inverter"Trans.on Industry Applications. 123・5. 500-506 (2003)
• [文献書誌] A.Umemura, T.Haneyoshi: "A Pulse Width Calculation Method for MFC PWM Inverter with High Resonance-Frequency the PWM inverter"Proceedings of 6th Japan - France Congress on Mechatronics and 4th Asia-Europe Congress on Mechatronic. 5-23. 623-628 (2003)
• [文献書誌] 斎藤之男: "機会仕掛けの義手からインテリジェント義手メカニズムへの歴史"日本生活支援工学会誌. 3・1. 11-18 (2003)