ロボットを用いた関節の摩擦係数・形状測定装置の開発

使用机器人开发关节摩擦系数和形状测量装置

• 批准号: 01570846
• 负责人: 塚本 行男
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Kitasato University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1989
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1989 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01570846/
• 关键词: ロボット; 摩擦係数; 関節表面形状; 生体関節; 関節軟骨; 潤滑性; 力フィ-ドバック

正常な生体関節の摩擦係数は千分の一台である。このアイススケ-ト並みの低摩擦の理由は関節表面を構成する関節軟骨にある。また,関節軟骨の表面は非常になめらかである。表面のうねりやあらさの小さいことが関節の優れた潤滑性を保証している。ところがこの関節軟骨に変形や破壊が生じると、潤滑性が低下し、摩擦係数が増大する。表面のうねりやあらさが増大する。このことを逆に考えると関節の摩擦係数と表面形状が測定できれば,関節軟骨,関節全体の変形,破壊の程度を推定できることになる。本研究はロボットを応用して,生体関節の摩擦係数,表面形状を測定できる装置を開発した。複雑な形状,性状を有する生体関節の摩擦係数を計測する場合の,計測装置の備えるべき機能は以下の2つである。(1)関節面に加わる三次元の荷重を一度に測定し,試験装置に力フィ-ドバックさせること。(2)関節の回転中心を自動的に認識しながら関節を摩擦させること。この2つの機能を備えたモデル実験用の摩擦試験機,臨床応用用の摩擦試験機を,ユニバ-サルフォ-スセンサ,ロボットおよびコンピュ-タで構成した。モデル実験において,ヒト膝関節と同様の形状を持つ関節モデルを高分子材料で作成し,測定を行なった。関節モデルの摩擦係数は0.3であった。この数値はモデルの構成材料である高分子の摩擦係数としては適当な値だった。関節の形状を認識しつつ,なめらかに関節モデルを摩擦できるよう,計測システムを改良した。臨床実験において,ヒト膝関節の摩擦係数を測定した。膝関節の臨床診断にきわめて大きな効果を有することが判った。

The <s:1> friction coefficient of the joint of a normal な organism な thousandths <e:1> is used for one である. <s:1> ア ススケ ススケ-ト and み <s:1> low-friction <e:1> reason する joint surface を constitutes する joint cartilage にある. Youdaoplaceholder0, the surface of the articular cartilaginous gland is very になめら である である. The surface <s:1> うね うね やあらさ <s:1> small <s:1> さ <s:1> <s:1> とが とが joint <s:1> excellent れた lubricity を ensures <s:1> て る る る る る. Cartilage に と こ ろ が こ の masato section - shaped や broken 壊 が raw じ る と, lubricity が し, low friction coefficient が raised large す る. The surface うね うね やあらさが increases する. こ の こ と を inverse に exam え る と masato section の が と surface shape determination of friction coefficient で き れ ば, masato cartilage, masato section all の variations, broken 壊 の degree を presumption で き る こ と に な る. In this study, ロボットを応 ロボットを応 was used to determine the <s:1> friction coefficient of the biological joint and the surface shape を using the で る る る device を for the measurement of the surface shape. After 雑 な shape, traits are す を る raw body section masato の を friction coefficient measuring す の る situations, a measuring device の prepared え る べ き function は の below 2 つ で あ る. Section (1) masato に add わ る three-d の load を once に し, force test device に フ ィ - ド バ ッ ク さ せ る こ と. (2) The <s:1> return of the joint to the 転 center を automatically に recognizes the ながら joint を friction させる させる と と. こ の 2 つ を の function for え た モ デ ル be 験 の friction test machine, clinical 応 use の を friction test machine, ユ ニ バ - サ ル フ ォ - ス セ ン サ, ロ ボ ッ ト お よ び コ ン ピ ュ - タ で constitute し た. モ デ ル be 験 に お い て, ヒ ト knee masato section と with others の shape を hold つ masato section モ デ ル を polymer で し consummate, determination of line を な っ た. Joint モデ <s:1> coefficient of friction モデ 0.3であった. The coefficient of friction of the である polymer <e:1> that makes up the <s:1> <s:1> number is と モデ モデ である appropriate な value だった. Masato section shape の を know し つ つ, な め ら か に masato section モ デ ル を friction で き る よ う, measuring シ ス テ ム を improved し た. Clinical experiment: にお にお て て,ヒト knee joint <s:1> friction coefficient を determination た. The clinical diagnosis of the knee joint is に に わめて わめて, large な な, and the effect is を with する とが とが and とが.

项目成果

塚本行男(分担): "バイオトライボロジ-関節の摩擦と潤滑" 産業図書, 206(29-61) (1988)

Yukio Tsukamoto（贡献者）：“生物摩擦学 - 关节的摩擦和润滑” Sangyo Tosho，206（29-61）（1988）

藤江裕道: "多関節ロボットの膝関節動揺性試験への応用" 整形外科バイオメカニクス. 9. 105-110 (1987)

Hiromichi Fujie：“多关节机器人在膝关节稳定性测试中的应用”骨科生物力学 9. 105-110 (1987)。

塚本行男: "関節メカニズムと生体工学" 理学療法学. 14(2). 93-102 (1987)

Yukio Tsukamoto：“关节机制和生物工程”物理治疗14（2）（1987）。

藤江裕道: "膝力学試験ロボットの試作" 整形外科バイオメカニクス.

Hiromichi Fujie：“膝关节力学测试机器人原型”骨科生物力学。

藤江裕道: "ロボットによる靱帯損傷の診断" 臨床スポ-ツ医学. 6(12). 1309-1314 (1989)

Hiromichi Fujie：“使用机器人诊断韧带损伤”临床运动医学 6（12）1309-1314（1989）。