デジタルツインを用いたリハビリテーション用ロボットの最適支援手法の研究

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究ではデジタルツインの考え方をリハビリテーションに適用することにより機能回復の効果を高めることを目指している。デジタルツインとは、実世界のシステムをコンピュータ上にモデルとして再現し、実世界の情報をモデルに反映することにより、実システムの状態をモデルから推測する考え方である。推測結果を適切に実システムに反映することにより、実システムをより効率的に運用するなどの優れた効果を期待できる。本研究では、上記を実現するための基礎的な取り組みとして、肘のリハビリテーションを対象として、(ⅰ)人体とリハビリテーションを補助する支援ロボットのコンピュータモデルを構築、(ⅱ)ロボットを設計・製作、(ⅲ)人とロボットの動きや相互に及ぼす力（インタラクション）を計測し、モデルから腕の動きや負荷を推測して、ロボットが適切な支援を行っているか評価、(ⅳ)上記の評価に基づいてより有効な支援方法を求め、ロボットを制御する研究を行う。本年度は、(ⅰ)ロボットのコンピュータモデルの改良と（iii）ロボットの制御実験、に取り組んだ。支援ロボットのアクチュエータである空気圧人工筋のモデルパラメータをチューニングし、支援ロボットの駆動系の物理モデルを構築して目標関節トルクおよび目標角度の実現に必要な制御入力をシミュレーションした。シミュレーション結果を用いて支援ロボットを駆動し、フィードフォワード制御下での定量的評価をおこなった。また、目標トルクの実現に必要な駆動系設計パラメータの導出をおこなった。例として関節プーリ直径を導出し、得られた直径のプーリを製作して実験評価をおこなった。モデル化誤差が残るが、支援ロボットの駆動系のデジタルツインモデルを製作することができた。