Cycle-to-Cycle制御によるFES歩行再建手法の開発

実用的で有効性の高いCycle-to-Cycle制御による閉ループFES歩行制御手法を開発するための研究を行い,本年度は以下の成果を得た.(1)筋骨格モデルを,股関節も制御可能にするように改良し,さらに,両側下肢の運動を表現できるようにして,片麻痺者を想定したモデルシミュレーションを実行可能にした.これにより,片麻痺者の健側を健常者の歩行動作計測から得た関節角度軌跡をもとに動作させながら,遊脚期のFES制御を検討することが,計算機シミュレーションで可能になった.(2)上記の改良した筋骨格モデルを用いた計算機シミュレーションにより,cycle-to-cycle制御による歩行の遊脚期のFES制御を,ファジー制御器を用いることで比較的容易に実現できることを示した.また,cycle-to-cycle制御で必要となる各筋への刺激タイミング表の設計指針を計算機シミュレーションで検討した.健常者の歩行中の筋電図(EMG)のパターンだけではFES制御は困難であり,筋の機能や筋骨格系の運動学的な知見を反映させて刺激タイミング表を作成することが有効であることを示した.(3)製作したプログラマブル電気刺激装置について,ポータブル化を考慮して新しく設計した刺激回路による電気刺激の効果を試験した.運動発現のための刺激効果は十分であったが,パルス振幅の安定性と,刺激データやセンサ計測データの通信速度の改善が必要であったことから,刺激装置内のマイクロコントローラのプログラム等を修正し,実用的に使用できるように改善した.(4)ジャイロを用いた簡便な下肢関節角度の計測センサの製作,下肢運動制御実験用器具の設計・製作を行い,上記の刺激装置とあわせて,下肢FES制御の実験システムを構築した.健常者での基礎実験を通して,実験システムの評価を行い,充分機能することを確認した.

実用的で有効性の高いCycle-to-Cycle制御による閉ループFES歩行制御手法を開発するための研究を行い,本年度は以下の成果を得た.(1)筋骨格モデルを,股関節も制御可能にするように改良し,さらに,両側下肢の運動を表現できるようにして,片麻痺者を想定したモデルシミュレーションを実行可能にした.これにより,片麻痺者の健側を健常者の歩行動作計測から得た関節角度軌跡をもとに動作させながら,遊脚期のFES制御を検討することが,計算機シミュレーションで可能になった.(2)上記の改良した筋骨格モデルを用いた計算機シミュレーションにより,cycle-to-cycle制御による歩行の遊脚期のFES制御を,ファジー制御器を用いることで比較的容易に実現できることを示した.また,cycle-to-cycle制御で必要となる各筋への刺激タイミング表の設計指針を計算機シミュレーションで検討した.健常者の歩行中の筋電図(EMG)のパターンだけではFES制御は困難であり,筋の機能や筋骨格系の運動学的な知見を反映させて刺激タイミング表を作成することが有効であることを示した.(3)製作したプログラマブル電気刺激装置について,ポータブル化を考慮して新しく設計した刺激回路による電気刺激の効果を試験した.運動発現のための刺激効果は十分であったが,パルス振幅の安定性と,刺激データやセンサ計測データの通信速度の改善が必要であったことから,刺激装置内のマイクロコントローラのプログラム等を修正し,実用的に使用できるように改善した.(4)ジャイロを用いた簡便な下肢関節角度の計測センサの製作,下肢運動制御実験用器具の設計・製作を行い,上記の刺激装置とあわせて,下肢FES制御の実験システムを構築した.健常者での基礎実験を通して,実験システムの評価を行い,充分機能することを確認した.