| 研究課題/領域番号 |
18K12172
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| 研究機関 | 福井工業大学 |
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研究代表者 |
原口 真 福井工業大学, 工学部, 准教授 (80467547)
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| 研究分担者 |
石田 圭二 福井医療大学, 保健医療学部, 准教授 (20446157)
酒井 涼 福井医療短期大学, 医歯学系, 助教 (80771857)
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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 | 福祉工学 / リハビリ機器 / 機構設計 / バイオメカニクス / 人間工学 |
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| 研究実績の概要 |
膝と骨盤を多点支持することによって，安定的に起立訓練をすることが可能な起立支援機を開発している．現在までに製品化や研究されている起立支援機は膝の支持があっても，固定式であり，起立のリハビリテーションを行うことができていなかった（人間は安定して立つとき，膝の位置を動かしながら立ち上がる）．現在開発している装置は膝支持部を動かすことが出来るため，訓練者は充分なリハビリテーションを行うことが出来る．装置の後方から訓練者が入り込む歩行器型の一次試作機を製作していたが，研究分担者（福井医療短期大学）からの提案により，前方からの方が移乗しやすいのではないかという意見が出た．そのため，装置の前方から訓練者が入り込む車椅子型の二次試作機を製作した．車椅子型にしたことで，１）椅子が不要になった，２）椅子が後方に下がるので膝支持部と椅子との間で膝が挟まる恐れがなくなった，３）訓練者が尻餅をついても椅子が情報にもせり上がるので怪我をしにくい，などのメリットが発生した．
福井医療大学，福井医療短期大学の研究分担者とは月に1回集まり，機器の設計・製作状況を見せるなど，密接に情報交換を行った．共同研究者（福井医療大学）の調査により，起立動作には迅速戦略（膝を動かさずに慣性で立ち上がる）と安定戦略（足裏に重心を乗せてゆっくりと安定して立ち上がる）あることが分かった．本研究の装置は安定戦略の起立訓練を行うことが出来る．装置は高齢者や脳卒中患者などを対象としているので，研究の方向性は問題なく，指標をさらに具体的にすることができた．研究分担者（福井医療短期大学）から，骨盤支持部の後方に背もたれがあった方が利用者が安心するのではないかという提案があったため，背もたれ部を新たに設けることとした．さらに，背もたれ部の前方に利用者を取り囲む手すりを設けることで安心感を持たせる案も出たため，アルミフレームで検証した．
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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
3次元CADで設計を進め，製作図面を加工業者に渡し，加工品を組み立てた．設計不良の箇所が少々あるが，予想通りの動きをすることが可能な車椅子型の2次試作機が完成した．試作機は主要な構成材料としてアルミ角パイプを使用することで軽量化を図っている．膝支持部は平行リンクと１つのリニアアクチュエータで構成している．骨盤支持部は4節リンク機構と直角二等辺三角形リンク，１つのリニアアクチュエータにより構成した．接地部分には装置の移動を考えてキャスタを採用したが，装置使用時には回転をロックすることができる．背もたれ部を新たに設けたが，膝支持部と骨盤支持部でアクチュエータを既に2個利用しており，さらにアクチュエータが増加する（合計３つになる）恐れがあった．しかし骨盤支持部に平行リンク機構を新たに増設することにより，骨盤支持部のアクチュエータと兼用で背もたれ部を動かすことができるようになった．背もたれ部の板には軽量化を図って，ポリアセタールの板を採用した．
設計不良の箇所としては主に3点あり，１）骨盤支持部と背もたれ部を同時に動かしていることとアクチュエータの取付け箇所の問題で，アクチュエータにより十分な出力で骨盤部を動かせないこと，２）干渉箇所があるため可動椅子に座ることが出来ない，３）背もたれ部と骨盤部の距離が不適切，といった点である．二次試作機は研究分担者の適切なアドバイスと設計担当学生の努力により，順調に製作はできた．しかしながら上記の３つの問題により実用に耐えない．一方で膝と骨盤を多点支持することの有効性の検証を行うために，研究分担者の協力の下，歩行器型の一次試作機にて表面筋電を計測した．比較対象として，通常の起立と(株)モリトーが製造している免荷式リフトPOPOを使用している時の起立を選択した．その結果，POPOを使用している時と1次試作機を使用している時で大きな差異が見とめられた
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| 今後の研究の推進方策 |
二次試作機の問題点を改良していく．背もたれ部と骨盤部の設計を主に見直していく．アクチュエータの出力不足については，設置個所の見直しやアクチュエータの巨大化，個数を増やすなどである程度解決可能であるが，さらに発展的な解決手段として，ガススプリングを追加することを考慮していく．将来的に本研究開発品は製品化したいため，できるだけ，アクチュエータの出力は押さえておきたい（そうするとバッテリも含めてシステム全体を小型軽量安価にできる）．そのため，受動的な力発生機構であるガススプリングを採用することとする．通常のコイルばねでは力や可動域が不足するため，ガススプリングが好ましい．一方，現在採用しているアクチュエータのスピードが目標よりもかなり遅いため（目標よりも1/5のスピードしか出ない），力のみならず速度の十分出るアクチュエータを採用しなければならない．出力の関係上，力と速度を両方確保することはできない．そのため，やはり上記のガススプリングの採用がアクチュエータの小型化と高速化に大いに役立つことになる．当然ながら装置のヤコビ行列を計算することにより，機構学の観点からもこれらの課題の検証を行っていく．上記の課題が解決され，2次試作機が実用的になれば，角度計を追加し位置制御を行っていく．制御系が完成したならば，被験者を募り，筋電計測を行って二次試作機の有効性を検証していく．
研究代表者が福井工業大学から大阪工業大学に移ってしまったため，研究分担者との密接な打合せができなくなってしまった．隔月で研究代表者が福井に訪問する（もしくは研究分担者が大阪に来訪することで）ことは今後もしていくが，期間があいてしまうため，定期的な打合せはSkypeで行っていく．CADによる設計方針などはSkypeで打合せ可能であるが，実物が改良されて出来上がった場合は実際に装置を見ながら，打合せを行った方が確実によい．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究分担者が購入した物品が想定よりも安価に調達できたため．残額分は2019年度に研究分担者に出張費の一部として使用してもらうこととする．
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