受動型直交座標系新規３次元上肢リハビリ支援システムとその各種リハビリ手法との融合

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K04303
• 研究機関: 一般財団法人ファジィシステム研究所
• 研究代表者: 古荘 純次 一般財団法人ファジィシステム研究所, 研究部, 特別研究員 (70107134)
• 研究分担者: 池田 篤俊 近畿大学, 理工学部, 講師 (20609903) ; 川平 和美 鹿児島大学, 医歯学総合研究科, 客員研究員 (20117493) ; 菅 俊光 関西医科大学, 医学部, 教授 (40288816) ; 畑迫 健一 産業技術短期大学, その他部局等, 教授 (30735527) ; 原田 孝 近畿大学, 理工学部, 教授 (80434851) ; 森岡 周 畿央大学, 健康科学部, 教授 (20388903) ; 原口 真 大阪工業大学, 工学部, 講師 (80467547)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 脳卒中を主な対象とした上肢リハビリ支援システム / ブレーキを用いた力覚提示 / 直交型3次元、2次元、1次元システム / 受動型上肢リハビリ支援システム / Pleasure / Motivation / 慣性力の影響 / 非麻痺側による補助

研究実績の概要

脳卒中を主な対象とする上肢リハビリ支援システムの本格的実用化を目指して研究を行った。力覚の提示にはアクチュエータを用いないでブレーキを用いており、本質安全性を有し、医療機器としてクラスⅠとなる。力覚の提示にブレーキを用いた3次元、2次元、1次元の直交座標型システムの研究開発を行った。直交座標型であるため、把持部の運動方向の逆方向の力が常に提示できる。
3次元システムについては、ロボット本体の低慣性化のために，金属部品を樹脂部品(3Dプリンタ)また、SUS(ステンレス)構造部品をアルミ構造部品へ設計変更した。またネジ摺動部の設計変更を行い、低摺動差動ネジ機構を開発した。
２次元システムについては、２次試作機を開発した。タイミングベルトを水平面 1本，鉛直面 2 本の 3 つの部位に付けることで、ベルトを短尺化することに成功した。その結果、システムの摩擦が低減し、正確な力覚提示ができるようになった。また、代表的な2自由度差動ベルト駆動ロボットを対象として、マルチボディシステムダイナミクスを用いて内部機構を含む運動方程式の導出と動的非干渉化設計を行った。
１次元システムについては、同側型非麻痺側補助システム、鏡面対称型非麻痺側補助システムの研究開発を行った。開発したシステムは、軽量コンパクトであり、医療従事者でなくとも扱え、かつ訓練意欲を維持しやすい自宅用のリハビリ機器としても使うことができる。
リハビリでは、つらい訓練を行う必要があるため、動機づけ(Motivation)と楽しさ(Pleasure)が必要である。2次元システム、１次元システムでは、モグラ叩き、スカッシュなどのゲーム性のあるリハビリ訓練ソフトを研究開発した。モグラ叩きはスペーシング訓練が主な目的となっており、タイミング訓練の要素も含まれている。コロナがなかなか収まらなかったため、臨床評価には至らなかった。

研究成果

• [雑誌論文] マルチボディシステムダイナミクスを用いた2自由度平面差動ベルト駆動ロボットの動的非干渉化設計 (2022)
  • 著者名/発表者名: 原田孝
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 88 ページ: -
  • DOI: 10.1299/transjsme.21-00367
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 非麻痺側補助による鏡面運動型上肢リハビリ支援システムの開発(1A1-E12) (2023)
  • 著者名/発表者名: 島田珠希、武居直行、古荘純次
  • 学会等名: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス 講演会 2023 愛知県・名古屋市
• [学会発表] 上肢リハビリ支援システムPLEMOシリーズにおける新規システムの研究開発（回転 plus リニア型システム、およびリニア型システム）(2A2-C02)) (2022)
  • 著者名/発表者名: 古荘純次
  • 学会等名: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス 講演会 2022 北海道・札幌市
• [学会発表] Simscape Multibodyを用いた4自由度作動ベルト・差動ネジ駆動パラレルロボットの動力学解析(S113-08) (2022)
  • 著者名/発表者名: 原田孝、古荘純次
  • 学会等名: 日本機械学会 2022年度年次大会 富山県・富山市
• [学会発表] 直交リニアガイドを用いた上肢機能訓練システムおよびその操作性評価(1P2-F18) (2022)
  • 著者名/発表者名: 花井嵩大、市川直理、原口真、古荘純次
  • 学会等名: 第23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 SI2022 千葉県・千葉市
• [備考] Researchmap 古荘純次
  • URL: https://researchmap.jp/Furusho_Junji
• [備考] 古荘純次大阪大学名誉教授のリハビリ関係のホームページ
  • URL: http://www.eonet.ne.jp/~furusho-reha22/index.html
• [備考] （一財）ファジィシステム研究所の古荘純次の個人ページ
  • URL: http://flsi.cird.or.jp/personal_page/furusho/index.html
• [備考] 日本学術振興会 科研費 古荘純次
  • URL: https://nrid.nii.ac.jp/nrid/1000070107134/
• [備考] J-GLOBAL 古荘純次
  • URL: https://jglobal.jst.go.jp/detail?JGLOBAL_ID=201801020398857029