Cooperative control of multiple assistive devices according to synchronized muscle activation in human standing-up motion

根据人体站立运动同步肌肉激活的多个辅助装置的协同控制

• 批准号: 22H01452
• 负责人: 安 ち
• 金额: $ 10.82万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01452/
• 关键词: アシストロボット; 筋シナジー; 筋骨格シミュレーション; 起立動作; 運動の支援機器; 筋骨格モデル

超高齢社会において高齢者の身体機能を維持・改善することは重要な課題である。身体機能の低下に伴って、自分自身の力で目標を達成できるという自己効力感が低下してしまう。本研究では日常生活動作の起点となる起立動作に着目し、この起立動作を実現できるという自己効力感を与えることができる支援機器の開発を目指している。特に本研究では外骨格ロボットや椅子型の支援ロボットを組み合わせて動作の要所のみを支援する制御方策を確立することで使用者が自分自身の力をできるだけ活用して起立できるようにする。2022年度では外骨格ロボットと椅子型支援ロボットを開発し、それらを同時に制御するプロトコルを確立することができた。また使用者の上体の前屈動作に合わせて椅子型支援ロボットの座面を動作させ、離臀後に膝の伸展を補助する外骨格ロボットの制御の効果を健常若年者において検証した。椅子座面の移動速度を変化させた際には特に移動速度が速い際には人の上体の前屈が減り、また離臀に寄与する筋シナジー（複数筋の協同発揮現象）の振幅を減少させられることが分かり、支援の効果を検証することができた。さらに起立動作中に使用者の表面筋電図を用いて筋シナジーの推定を検討した研究では、やや推定誤差が存在するものの、現在の筋シナジーの活動からおおよそ100 ms後の活動が推定できることが示された。これによって使用者の姿勢情報だけではなく、筋シナジーを推定した上で支援機器の制御を行うことが今後期待される。

在超老龄社会中维持和改善老年人的身体功能是一个重要问题。随着身体功能的降低，能够自行实现目标的自我效能将减少。这项研究的重点是站立运动，这是日常活动的起点，旨在开发可以提供自我效能的支持设备以实现这一站立运动。特别是，这项研究旨在建立一种控制策略，该策略仅通过结合外骨骼机器人和椅子形的支撑机器人来支持运动点，从而使用户可以尽可能多地使用自己的力量来站起来。在2022年，我们能够开发外骨骼机器人和椅子型支持机器人，并建立同时控制它们的协议。此外，外骨骼机器人控制的有效性，该机器人根据用户的上半身前身体弯曲操作椅子形机器人的座椅表面，并在健康的年轻人中检查了屁股后的膝盖伸展。已经发现，当椅子座椅的运动速度变化时，可以减少该人上半身的前弯，尤其是当运动速度高时，并且肌肉协同作用的振幅（一种合作施加了多个肌肉的现象）有助于屁股的释放，并且可以证明支持的效果。此外，一项研究在常规运动过程中使用用户的表面肌电图检查肌肉协同作用的研究表明，尽管估计误差很小，但在当前肌肉协同活性后约100 ms的活性可以估算。将来，这不仅可以控制支撑装置，还可以估计肌肉协同作用。