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

使用模仿脊柱的气动半外骨骼装置进行基于重复促进治疗的步行支持研究

• 批准号: 20J14076
• 负责人: 八瀬 快人
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kagawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J14076/
• 关键词: ウェアラブル装置; 人工筋肉; 空気圧アクチュエータ; 歩行支援; ロボット

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．

Our は, empty 気 圧 ソ フ ト ア ク チ ュ エ ー タ で あ る empty 気 圧 ベ ロ ー ズ と McKibben type empty 気 圧 ゴ ム artificial muscle, ベ ア リ ン グ tectonic を 蔵 し た resin ブ ロ ッ ク を with い た type spine can - rigid institutions を open 発 し た. は こ の can - rigid institutions, artificial muscle が natural long の に は resin ブ ロ ッ ク が a link state と な っ て お り soft で あ る が, 圧 contraction cavity 気 を artificial muscle に supply す る こ と で, to design し め た resin ブ ロ ッ ク の interface shape に 応 seaborne し た shape に fixed さ れ る. ま た, artificial tendons within 圧 を variations change さ せ る こ と で, resin ブ ロ ッ ク between の 収 shrinkage force を suppression で き, curved rigid を げ adjust す る こ と が で き る. こ の curved rigid を げ force セ ン サ etc without し で adjust す る こ と を target に, artificial muscle の 収 drop-off in と 圧 を - several と し た mathematical モ デ ル を build し た. When resin ブ ロ ッ ク の link に は, empty 気 圧 ベ ロ ー ズ に 圧 contraction cavity 気 を supply す る こ と で, agency all を ね じ る よ う な action を be presently で き る. This study で で, proposal する agency を body cadres <s:1> motion support agency と て応 て応 use する. こ れ に よ り, 軽 か つ simple な tectonic で body cadres の と posture correction step row is の cyclotron motion の support を に at the same time be presently で き る と exam え た. To め, open 発 す る の requirements set performance を す る た め に reserve be 験 を be し, somatic を cyclotron さ せ る た め に 2.0 4.0 (Nm) degree の ト ル ク が necessary で あ る こ と を confirm し た. Youdaoplaceholder0, the research Ethics Review Committee of the Faculty of Creative Engineering, Kagawa University, なお, acknowledges に ki づ なお, the research ethics review committee of the faculty of Creative Engineering, Kagawa University, た (recognition number: 03-004). ま た, step row is の cyclotron support line を う た め に は, step line サ イ ク ル に close わ せ て device を 駆 dynamic す る necessary が あ る こ と か ら, human の average な の step line サ イ ク ル degree ま で の speed で 駆 dynamic さ せ る こ と が may か を 検 card し た. の performance evaluation 価 で は, ベ ロ ー ズ に 100 [kPa] の 圧 contraction cavity 気 を supply し た に で largest when about 2.5 (Nm) の ト ル ク の 発 が で possible あ る こ と を confirm し た. ま た, dynamic speed に 駆 masato し て は human の step line サ イ ク ル に very に 応 seaborne may な speed で の 駆 still が might で あ る こ と が Ming ら か と な っ た. The above <s:1> result と ら, our institution を uses ら た posture correction と to support the realistic possibility of <s:1> を to suggest that the する result が is られた.

项目成果

体幹回旋支援を目的としたソフトアクチュエータ駆動型ウェアラブル装置の開発

开发软执行器驱动的可穿戴设备以支持躯干旋转

• 发表时间: 2021
• 作者: 長沼大樹;横田理央;八瀬快人，佐々木大輔，門脇惇，木村泰嘉，日下隆太郎
• 通讯作者: 八瀬快人，佐々木大輔，門脇惇，木村泰嘉，日下隆太郎

McKibben type pneumatic artificial muscle model based on rubber physical characteristics

基于橡胶物理特性的McKibben型气动人工肌肉模型

• DOI: 10.1299/transjsme.21-00286
• 发表时间: 2022
• 期刊: Transactions of the JSME (in Japanese)
• 作者: 長沼大樹;井手達朗;横田理央;八瀬快人，佐々木大輔，門脇惇，馬場優作
• 通讯作者: 八瀬快人，佐々木大輔，門脇惇，馬場優作

Consideration about Structure of Gait Motion Assist Device for Trunk Using McKibben Type Pneumatic Artificial Muscle

McKibben型气动人工肌肉躯干步态运动辅助装置的结构思考

• 发表时间: 2021
• 作者: 姜銀来,李文揚;陳鵬,東郷俊太;横井浩史;10.1109/IEEECONF49454.2021.9382615
• 通讯作者: 10.1109/IEEECONF49454.2021.9382615