| 研究課題/領域番号 |
18H03558
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| 研究機関 | 神奈川工科大学 |
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研究代表者 |
三枝 亮 神奈川工科大学, 創造工学部, 准教授 (80386606)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 歩行支援 / リハビリ工学 / 知能ロボット |
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| 研究実績の概要 |
本研究では手つなぎ歩行を工学的に実現して歩行支援に適用することを目的とする。本研究の目的達成に向け、今年度は手つなぎが歩行の認知運動機能に与える効果を計測評価し、歩行を誘導するためのロボットのハードウェア要件を中心に設計開発した。ロボット本体の外装については、利用者が手つなぎ歩行訓練時に直感的にロボットを使用できるように、プロダクトデザイナーの協力を得て人間工学的な特性を考慮した外装を設計し、柔軟素材や樹脂材料を用いてロボットの表面部や利用者が握るハンドル部を造形してロボット本体に実装した。ロボット内部には歩行時の生理情報を取得するために脈波計測装置を搭載してハンドル部に計測プローブを配線し、手つなぎ時に利用者がハンドル部を握って歩行を誘導する際に脈波計測を同時に行うシステムを実装した。また、歩行支援の形態が手つなぎ状態から手放し状態に移行しても継続して体温や呼吸を計測できるように、非接触な体温呼吸計測システムを実装した。
これらの機能開発に関して、移動ロボットの全体機能は研究実績に挙げた図書で研究成果を発表し、非接触な体温呼吸計測システムについては研究実績に挙げた国際会議で発表した。移動ロボットのハードウェア要件については、ロボット本体、ロボットコントロール部、ロボットアーム部の機構や方式を研究実績に挙げた特許として出願した。手つなぎ歩行支援は、医療施設のリハビリテーションのみならず高齢者施設や障害者施設などにおいても、運動機能の維持やコミュニケーションの活性化などの効果が見込める。今年度は提案装置が医療・介護・福祉の現場に幅広く導入できるよう現場の責任者や専門職員を訪問し、実際に現場にロボットを持ち込んでヒアリング調査を行った。これらの現場調査の成果については、研究実績に挙げた福祉分野の研究会や教育分野の研究会で発表した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究の目的達成に向けて、研究はおおむね順調に進展している。研究を実施する上で基盤となる手つなぎ歩行支援ロボットの機能開発について、ロボット本体、ロボット外装、計測システムの実装がおおむね完了している。ロボット本体には全方向駆動機能を実装し、利用者の歩行意図に柔軟に対応した誘導経路の生成や利用者の姿勢に応じた手つなぎが可能となっている。ロボットの外装全周に接触検知機能を実装し、利用者や歩行環境にある障害物等がロボット表面に接触しても速やかに検知して、停止や後退などの動作が可能である。計測システムには手つなぎによる接触を活用してハンドル部から脈波を計測し、手放し状態でも非接触で体温や呼吸を計測することが可能である。体温については計測対象の検出に機械学習を用いることで、歩行時にロボットと利用者の相対的な距離や姿勢が変化しても対象領域を追跡して連続的な計測が可能である。呼吸については対象者の体変動の時系列情報をオンラインで周波数分析しパターン認識することで、利用者の呼吸の有無や呼吸数に加え呼吸異常なども検出することができる。
手つなぎ歩行支援ロボットの機能検証には、病院や介護施設との連携が必須である。これまでに歩行研究で実績のある医療研究機関、及び、高齢者施設や障害者施設を有する社会福祉法人との協力体制を築き、現場でのヒアリング調査を実施している。医師や作業療法士が行っている支援方法を観察して、手つなぎ歩行や手放し歩行の支援に都合の良いロボットデザインを検討したり、現場に歩行支援ロボットを持ち込んで改良が必要な項目の検討を進めている。利用者が手つなぎ歩行支援ロボットを利用するにあたり、聞き取りや声掛けなどのコミュニケーション機能やモチベーション向上のための達成度の可視化等が必要であり、これらのシステムデザインに着手している。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究では、これまでに実装した機構やシステムの改良と医療介護施設での被験者試験を優先して推進する。手つなぎ歩行時に利用者が握りやすい多自由度アームハンドを試作し、歩行支援ロボットに実装した。本ロボットを用いた歩行支援とリハビリ従事者の人手による歩行支援を比較して現行の多自由度アームハンドの機能を評価し、歩行動作への介入状態が制御しやすい機構に改良する。握り部についても、手すりのように把持状態が安定しやすい形状や、人との手つなぎのように手放しがしやすい形状など、複数の把持形態を想定したハンド部を検討する。歩行支援ロボットの移動制御には、利用者の運動状態と多自由度アームハンドへの荷重に基づいて利用者への介入状態を制御するアルゴリズムを検討する。現時点で利用者の運動状態の評価は全身動作の計測と足の着地推定に基づいているが、今後は手つなぎ状態から手放し状態への支援形態の移行を想定して、杖などの補助器具を物体認識して運動状態を評価できるようなシステムに改良する。
利用者から取得する運動情報と生理情報の統合方法についても検討する。歩行支援ロボットと多自由度アームアンドを一体のシステムとして機能させ、利用者の運動、力、接触、生理の状態を統合的に認識して、ロボットへの力学的な依存度や歩行時の身体的な負荷量を推定する。例えば、利用者からの力が小さい場合は力を和らげるようにアームハンドを駆動制御し、利用者からの力が大きい場合は反発して利用者を支持するようにロボットを駆動制御する。また、利用者への身体的な負荷量を維持して手つなぎ歩行を継続させるようなリハビリ方式を検討し、医療従事者と協力して被験者試験を行ってリハビリ効果を評価する。
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