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2019 年度 実績報告書

生体の関節運動を模擬した支援機器は身体負担を軽減できるか?

研究課題

研究課題/領域番号 19H04503
研究機関大分大学

研究代表者

菊池 武士  大分大学, 理工学部, 教授 (10372137)

研究分担者 池田 真一  大分大学, 医学部, 助教 (70444883)
福永 道彦  大分大学, 理工学部, 准教授 (90581710)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワード生体支援
研究実績の概要

これまでの身体支援機器は身体の解剖学的構造や柔軟性,多自由度性を十分に考慮しておらず,適用可能な動作範囲や使用者が限定される.例えば膝関節は,滑りと転がりによる軸移動が生じるため,通常のロボット関節(単軸機構)では,特に深屈曲で装置との「ズレ」が大きく,人間-機械接触面(表在)や生体関節内部(深部)に余計な負荷が生じる.この人間-機械間の「ズレ」による身体負担の定量評価法や,この負担を最小化する機器の設計手法は未解決である.そこで本研究では,真に人間親和性の高い生体支援機器を実現するために,① 人の運動軸と機器・器具の運動軸との「ズレ」が身体に与える負担の定量評価法の確立,②「ズレ」による負担を最小化し,補助効果を最大化する機器の設計手法の確立を目指す.まず①を達成するために,せん断力検出シートを用いる.本シートは,凹凸シート,着色シート,記録シートの3部材から構成され,シート間の相対運動によって転写される記録痕から,人間―機械間のせん断(ずり)方向の負担を推定する.これにより,既往研究で容易ではなかった,「靴ずれ」のようなせん断方向の負担を定量化できる.次に②を達成するために,生体膝模擬関節によるパワーアシスト機構,および非線形柔軟関節による足関節アシストを発展・応用する.2019年度においては,足関節の背屈運動を補助する三次元運動可能な歩行支援靴,および,生体関節の力学特性を規範としたパッシブアシスト装具の開発を行った.また,せん断力検出シートの性能向上を図るために,その記録のタイミングを制御可能な保護カバーの開発を行い,現在,特許出願中である.さらに,パッシブアシスト装具の軸アライメントが生体に与える負担のシミュレーションも行い,提案する軸移動型装具が皮膚表面におけるせん断方向の負担を軽減することを示した.

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

当初予定においては,既存の単軸型パワーアシスト装置,短下肢装具を対象として,負担評価法の開発を行うこととしていた.しかし,実際には,オリジナルなパッシブアシスト装具を開発し,これを評価することができた.これらの内容は,結果として2020年度の計画の一部を先行して実施することとなり,研究全体として順調に進行していることを示す.開発中のせん断力検出シートの精度精度に関しては,目標の最大誤差5%未満を達成するに至っていないが,誤差要因となる測定ノイズを低減するための新たな保護カバーの提案と試作まで行い,特許出願にまで至った.詳細の精度評価は今後実施する.以上の理由により,研究は計画通りおおむね順調に進展していると考えている.

今後の研究の推進方策

現在までの進捗状況にも記載した通り,生体関節の力学特性を規範としたパッシブアシスト装具に関しては計画より先行した形で開発を進められているが,せん断力検出シートの精度精度に関しては,2019年度目標を達成できていない.したがって2020年度に関しては,一部計画変更することとし,せん断力検出シートの精度精度に関する基礎的研究を継続して実施することとする.そうする場合でも,当初予定の2020年度の開発項目は期限内で実施することができる.なぜなら,上述のように,一部の開発を先行して実施しているからである.2020年度末までに,当初予定の2019および2020年度目標を同時に達成する.

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2020 2019

すべて 学会発表 (8件)

  • [学会発表] 意匠性の高い背屈支援シューズの開発,~フレイル高齢者へのヒアリングと力学シミュレーション~2020

    • 著者名/発表者名
      押本泰貴,阿部功,菊池武士,松本康史,田中健一朗,浅海靖恵
    • 学会等名
      第29回ライフサポート学会フロンティア講演会
  • [学会発表] 意匠性の高い背屈支援機能付きシューズに関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      押本泰貴, 阿部功, 菊池武士, 松本康史, 田中健一朗, 浅海靖恵
    • 学会等名
      第20回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
  • [学会発表] 足関節の背屈運動を補助する三次元運動可能な短下肢装具の提案2019

    • 著者名/発表者名
      押本泰貴, 菊池武士, 阿部功
    • 学会等名
      第20回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
  • [学会発表] パッシブ型バイオミメティック膝関節を用いた立ち上がり補助装具の開発2019

    • 著者名/発表者名
      福岡賢治, 増田拓海, 菊池武士
    • 学会等名
      第20回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
  • [学会発表] 介護者,被介護者の運動学的特徴を反映した介護動作の最適化のための計測系の開発2019

    • 著者名/発表者名
      島津宙翼, 菊池武士, 山本恭大, 中野 幹子, 一山幸子, 河合小百合, 折居明日香, 田邊伸一
    • 学会等名
      第20回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
  • [学会発表] パッシブ型バイオミメティック膝関節の開発2019

    • 著者名/発表者名
      増田拓海, 福岡賢治, 菊池武士
    • 学会等名
      第37回日本ロボット学会学術講演会学術講演会
  • [学会発表] 弾性体内蔵柔軟関節を有する足首サポートシューズの開発と歩行分析2019

    • 著者名/発表者名
      菊池武士,押本泰貴,阿部功,千々和直樹, 藪田智久, 田中健一朗, 浅海靖恵
    • 学会等名
      日本機械学会2019年ロボティクス/メカトロニクス講演会
  • [学会発表] 生体関節の力学特性を規範としたパッシブアシスト装具の開発に関する基礎研究2019

    • 著者名/発表者名
      福岡賢治,井上智晶,阿部功,菊池武士
    • 学会等名
      日本機械学会2019年ロボティクス/メカトロニクス講演会

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公開日: 2021-01-27  

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