脊柱を模した空気式半外骨格型装置による促通反復療法に基づいた歩行支援に関する研究

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今年度は，空気圧ソフトアクチュエータである空気圧ベローズとMcKibben型空気圧ゴム人工筋，ベアリング構造を内蔵した樹脂ブロックを用いた脊柱型可変剛性機構を開発した．この可変剛性機構は，人工筋が自然長の時には樹脂ブロックが非連結状態となっており柔軟であるが，圧縮空気を人工筋に供給することで，予め設計した樹脂ブロックの接触面形状に対応した形状に固定される．また，人工筋内圧を変化させることで，樹脂ブロック間の収縮力を制御でき，曲げ剛性を調節することができる．この曲げ剛性を力センサ等無しで調節することを目標に，人工筋の収縮量と内圧を変数とした数理モデルを構築した．樹脂ブロックの連結時には，空気圧ベローズに圧縮空気を供給することで，機構全体をねじるような動作を実現できる．本研究では，提案する機構を体幹部の動作支援機構として応用する．これにより，軽量かつ簡便な構造で体幹部の姿勢矯正と歩行時の回旋運動の支援を同時に実現できると考えた．予め，開発する機構の要求性能を設定するために予備実験を実施し，体幹を回旋させるために2.0-4.0[Nm]程度のトルクが必要であることを確認した．なお，本実験は香川大学創造工学部研究倫理審査委員会の承認に基づき実施した（承認番号：03-004）．また，歩行時の回旋支援を行うためには，歩行サイクルに合わせて装置を駆動する必要があることから，人間の平均的なの歩行サイクル程度までの速度で駆動させることが可能かを検証した．装置の性能評価では，ベローズに100[kPa]の圧縮空気を供給した時に最大で約2.5[Nm]のトルクの発生が可能であることを確認した．また，駆動速度に関しては人間の歩行サイクルに十分に対応可能な速度での駆動が可能であることが明らかとなった．以上の結果から，本機構を用いた姿勢矯正と回旋支援の実現可能性を示唆する結果が得られた．