リハビリテーション用肩関節・肩甲骨周辺動作アシストロボットシステムの開発

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肩関節および肩甲骨周辺のリハビリテーション動作時の運動シミュレーション解析結果に基づき，最初に体に沿うような肩甲骨部周囲可動軸2軸，上腕部可動軸2軸の上腕アシストロボット機構部を設計し，試作機を製作した．この設計では上腕部の駆動アクチュエータが動作に干渉しないように配置位置を肩甲骨部背面付近にアクチュエータを置いている．特に右腕・左腕どちらの腕でも対応可能なように，機構の回転機構を新たに考案し，また肩甲骨部にあたる箇所の構造を両腕に対応可能な形状に変更した．また肩甲骨部の駆動機構の設計においては，パラレルリンク機構を用いていることから，特異点回避が重要であることから，特異点解析を行い，本試作機においては動作範囲内での特異点の発生がないことを数学的に求める方法を提案し，計算により問題がないことを実証した．更に試作機の実際の動作でも問題ないことを確認した．加えて転倒リスクを低減するために，アシストロボットと使用時の椅子を一体化，また緊急時に対象者が自分で装置を停止することができるよう非常停止システムを追加する等，安全性向上の配慮を行った．また理学療法士が通常のリハビリテーションを行うことにより，ロボット側がその動作を学習し，各種設定が自動的に生成できる制御手法を実現するために，ダイレクトティーチングが可能なアクチュエータを4個用いて，動作情報の獲得と再現が可能な制御アルゴリズムを構築した．