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

基于数字孪生的康复机器人最优支持方法研究

• 批准号: 21K03966
• 负责人: 川合 忠雄
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022)Osaka City University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03966/
• 关键词: デジタルツイン; リハビリ支援; リハビリテーション; シミュレーション; 機能回復

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。

This study で は デ ジ タ ル ツ イ ン の exam え party を リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン に applicable す る こ と に よ り rehabilitation の unseen high を め る こ と を refers し て い る. デ ジ タ ル ツ イ ン と は, be の world シ ス テ ム を コ ン ピ ュ ー タ on に モ デ ル と し て reappearance し, be の world intelligence を モ デ ル に reflect す る こ と に よ り, be シ ス テ ム の state を モ デ ル か ら speculation す る exam え party で あ る. Projections を appropriate に be シ ス テ ム に reflect す る こ と に よ り, be シ ス テ ム を よ り に sharper rates apply す る な ど の optimal れ た unseen fruit を expect で き る. This study で は, written を be presently す る た め の foundation な take り group み と し て, elbow の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン を like と seaborne し て, (1) the body と リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン を subsidies す る support ロ ボ ッ ト の コ ン ピ ュ ー タ モ デ ル を construction, (ii) ロ ボ ッ ト を design, production, and (iii) と ロ ボ ッ ト の dynamic き や mutual に and ぼ す force (イ ン タ ラ ク シ ョ ン) を measuring し, モ デ ル か ら wrist の dynamic き を や load speculation し て, ロ ボ ッ ト が appropriate な support line を っ て い る か review 価, (iv) written の review 価 に base づ い て よ り have sharper な support method を め, ロ ボ ッ ト を suppression す を line う る research. This year, ロボット, (I)ロボット, コ, コ, ピュ, タモデ, <s:1>, と, と, と, と, と, と, と, と, と, んだ, んだ, んだ. Support ロ ボ ッ ト の ア ク チ ュ エ ー タ で あ る empty 気 圧 artificial muscle の モ デ ル パ ラ メ ー タ を チ ュ ー ニ ン グ し, support ロ ボ ッ ト の 駆 dynamic の physical モ デ ル を build し て target section masato ト ル ク お よ び target Angle の be presently に necessary な suppression into force を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン し た. シ ミ ュ レ ー シ ョ ン results を い て support ロ ボ ッ ト を 駆 し, フ ィ ー ド フ ォ ワ ー ド under the system of imperial で の quantitative evaluation 価 を お こ な っ た. Youdaoplaceholder0, objective ト ト なった なった <s:1> に implementation に necessary な駆 motion system design パラメ タ タ <s:1> derivation をお をお なった なった. Example と し て masato section プ ー リ diameter を export し, ら れ た diameter の プ ー リ を making し て be 験 review 価 を お こ な っ た. モ デ ル change が residual error る が, support ロ ボ ッ ト の 駆 move is の デ ジ タ ル ツ イ ン モ デ ル を making す る こ と が で き た.

项目成果

脊髄損傷者のプッシュアップ動作をアシストする機器の駆動系の検討

辅助脊髓损伤者俯卧撑运动设备驱动系统研究

• 发表时间: 2023
• 作者: 張ハンウェイ;野口遥平;小野晋太郎;川崎洋;寺西悠稀，藤川太郎;阪口都雲,高井飛鳥,野田智之,寺前達也,川合忠雄
• 通讯作者: 阪口都雲,高井飛鳥,野田智之,寺前達也,川合忠雄

Modelicaモデルを用いた起立支援装置の移動機構部の設計

基于Modelica模型的站立支撑装置运动机构设计

• 发表时间: 2022
• 作者: Muhammad Labiyb Afakh;Hidaka Sato and Naoyuki Takesue;有川敬輔;市川優，喜岡輝，河合悠登，藤川太郎;高井飛鳥,裴凱強,新谷篤彦,川合忠雄
• 通讯作者: 高井飛鳥,裴凱強,新谷篤彦,川合忠雄