2018 Fiscal Year Research-status Report

装着型ロボットの転倒時アシストの可能性およびそれによる転倒リスク軽減効果の評価

Research Project

Project/Area Number	17K01293
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	秋山靖博名古屋大学, 工学研究科, 助教 (00610536)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords	機械安全 / 装着型ロボット / 歩行アシスト / 転倒
Outline of Annual Research Achievements	装着型ロボット使用中の転倒はその危害リスクの高さから対策が求められている．現在では装着型ロボットに内在する転倒要因が転倒リスクに与える影響の評価も十分に行われておらず，その分析が急がれる．本研究では，ロボット装着による動作拘束下における装着者の挙動を実地に計測し，動作戦略およびその性能の定量化を行い，人間の転倒回避のメカニズムをより詳細に解明する．また，転倒リスク低減につながる機構要素・アシストパターン等を特定し転倒防止方策の開発を行う．これまで，転倒模擬実験システムを用い，装着型ロボットによる動作拘束が転倒回避動作に与える影響を計測した．具体的には，免荷装置，プロテクター等により被験者の安全が確保された実験環境内で，歩行中に転倒のきっかけを与え，その後の転倒回避動作を計測した．つまずき発生時にアシストパターンを変化させることで装着者の転倒回避動作を改善することを目的としてアルゴリズムを開発し，試験を行った．これにより，転倒時のアルゴリズムが転倒回避動作に与える影響が，バランスの回復の速さおよび程度によって定量化された．同時に，回避動作の特徴も明らかになった．また，装着型ロボットのアシストアルゴリズムおよび関節自由度が特に非定常歩行に与える歩行安定性を検証するため，装置の改修を行った．装着型ロボットの関節自由度は，関節自体に加えリンクの剛性が影響するため，統制には剛性および装着者への固定方法の改善が不可欠である．改修によって実験環境が安定したことが予備実験で確認できたため，実験に着手した．実験では，関節自由度の差が歩容に与える影響について，歩行安定性と歩容の両面から解析・評価を行う．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度計画で予定されていた，転倒時アルゴリズムの開発およびその実験による検証を行った．具体的には，免荷装置，プロテクター等により被験者の安全が確保された実験環境内で，歩行中につまずきを発生させ，それに対する回復動作を計測・解析した．つまずき発生後に印加されるアシストトルクパターンを複数用意し，それらをランダムに発生させることで，転倒時アルゴリズムが回復動作に与える影響を明らかにした．これにより，つまずきからの回復動作を支援するアルゴリズムの存在が示唆される結果を得た．また，装着型ロボットの関節自由度が旋回動作に与える影響およびその際の安定性の変化について実験を実施し，その影響を検証した．関節自由度の拘束方法の改善により，より安定性の高い実験が可能となり，結果の信頼性が高まった．
Strategy for Future Research Activity	転倒回避時の特徴的な動作パターンについて，広範囲の条件において実験およびシミュレータを用いた解析を行い，転倒時アシストの総合的な評価を行う．具体的には，下肢動作に次いで転倒動作を代表する指標である前転モーメントに着目し，転倒までの時間的余裕を始めとした転倒回避可能性を推定し，それに対するアシストの影響を評価する．これには，アシストとの不整合によるリスクの拡大および転倒回避アシストによるリスクの抑制の双方が含まれる．また，関節自由度による安定性への影響についても同様に検証し，定量的に評価する．その際，追加自由度の実装は機構の複雑化を伴うため，実用上の負担を考慮して股関節回旋に対象を限定し，構造の複雑化を最低限にとどめつつ効果的な転倒対策を実現する