最適免荷と自由歩行を実現する歩行訓練ロボット -ゼログラビティリハビリへの挑戦-

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 25560283
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 寺嶋 一彦 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60159043)
• 研究分担者: 鈴木 重行 名古屋大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (60179215) ; 南 哲人 豊橋技術科学大学, エレクトロニクス先端融合研究所, テニュアトラック准教授 (70415842)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 歩行訓練支援ロボット / 免荷式 / 全方向移動 / 免荷力の最適制御 / ゼログラビティ

研究概要

免荷式歩行訓練支援ロボットにkinectを取り付け、歩行訓練の様子をカメラで計測できるようにした。そして、体の重心位置を推定するアルゴリズムを構築した。これにより、歩行訓練中に転倒しそうな方向や、体の傾き具合を推定でき、それを基に、免荷式ロープを制御し、体の姿勢を安定化させる方法を考案した。従来は、脚の動きを、レーザセンサで計測し、それに基づき、免荷式歩行訓練ロボットを、訓練者の意図通りに、全方向に動けるアルゴリズムを構築していた。しかし、これでは、非健常者の場合、体が不安定になり、重心位置が変動し、歩行ロボットが点灯する可能性があり、今回提案した推定により、体の姿勢を推定し、これに対して、左右のロープを制御することで、安定に歩行訓練ができるようになった。
次に、免荷力の制御方式を構築した。脚力に応じて、左右のロープのつり上げ力を制御し、左右の足にかかる荷重を、常に一定に制御する方法を考えた。脚が地面に設置している状態と、脚が宙に浮いている遊脚時で、左右の免荷力を制御する。ただし、脚が、床に着地するのを判定する方法として、今回は、訓練者が自分で、ボタンを押し、それをトリガとして、免荷力を制御することとした。これにより良好な制御が実現できた。しかし、着地してから、免荷制御を開始したのでは、アクチュエータの遅れなどにより制御が遅れることが判明した。従い、今後は、遊脚時に予測して、速めに制御を開始する必要がある。また、脚にかかる負荷一定では、歩きにくく、歩行のリズムに合わせて、免荷力を、ある一定の範囲で、周期的に制御するほうが、歩行はしやすく、また、荷重もある範囲内という合理的な訓練ができると考えられる。さらに、歩行の快適さを、脳波測定により推定に行うことを考え、脳波測定により快適な歩行動作を究明していく。また最終的に、ゼログラビティの歩行訓練を行い、脳波により快適性を測定する。

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

人の意図通りロボットが動くようにできた。また体のバランスの不安定による転倒防止の対策を考えた。免荷力制御をおおむね実現した。今後は、免荷と歩行を同時に行い、また、歩きやすいことも考慮した免荷力制御を検討する。1年目としては、ここまでできたので、順調と考えた。

今後の研究の推進方策

今後は、脳波測定により快適度の推定、および、脳波のフィードバックによる快適な歩行の実現、さらに、ゼログラビティの制御を実施し、実験を行い、評価を行う。免荷力制御、歩行制御、そして　快適度制御の3つを満たす、歩行訓練支援ロボットを完成させる。

次年度の研究費の使用計画

コンピュータを購入予定していたが、他の費用でまかなうことができ、繰り越すことにした。
国内学会や国際会議などの旅費に使う予定である。