| 研究課題/領域番号 |
18360202
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
宇野 洋二 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10203572)
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| 研究分担者 |
香川 高弘 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教 (30445457)
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| キーワード | リハビリテーション / 知能ロボティクス / 下肢麻痺患者 / 歩行再建 / 予測的制御 / 装具歩行 / 補助ロボット / 転倒防止 |
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| 研究概要 |
これまでの歩行再建システムのセンサ・制御系を見直して、下肢麻痺患者の望む歩様を実現するためのインターフェースと、床反力センサを用いた転倒防止制御の機構を開発した。主な成果は以下の通りである。
1.腕運動の予測に基づく歩行補助ロボットの制御
下肢麻痺患者の初期動作のセンサ情報から、患者の望む歩様を推定して歩行補助ロボットを予測的に制御するシステムを改良した。まず、慣性センサを歩行器に取り付けて歩行器の運動途中までの加速度データから多項式近似することによって、ユーザ(患者)の意図する下肢の移動距離を推定した。運動途中で歩幅を予測することにより、その時点から補助ロボットの制御を開始することが可能となった。予備実験で適切な予測運動時間と予測開始時刻を決定することによって、ユーザの歩幅を高い精度で予測できることがわかった。次に健常者によるシステムの動作テストにより、予測した歩行器の移動距離に応じて補助ロボットの歩幅が制御されていることを確認した。
2.床反力センサを用いた転倒防止制御
歩行中の床反力のセンサ情報に基づいてユーザの運動状態を検出し、後方転倒を防止する制御機構を開発した。まず、歩行補助ロボットの足底に小型力覚センサをアルミ板で挟み込み、さらに計測回路も組み込んで床反力センサを製作した。これは僅か15mmの薄さで、3軸方向の床反力と圧中心を精度よく計測できる。この床反力情報からゼロモーメントポイント(ZMP)を算出し、ZMPに基づくステップ動作開始条件を導出するとともに、両脚支持期における体重移動の動作パターンを歩行制御に適用した。動作テストにより、補助ロボットが安定にステップを開始できる状態を検出して動作を開始し、ユーザの前方への体重移動を適切に制御・補助することを確認した。
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