歩行の観点から人体脚の物理学的特性の解析と評価を行なう手法の開発

膝装具のロボット技術を用いたインテリジェント化は,義足に比べて大きく遅れている.本研究では歩行に応じて膝継ぎ手の粘性・弾性・摩擦といった機械的インピーダンスを変化させる設計手法の開発を目的としている.本年度の研究では,膝関節の安定性獲得を支援することを目的として,膝関節横剛性と膝靱帯張力の関係を定式化し,最適な膝関節横剛性を得るための靱帯初期張力を医師に提示する膝関節モデルを構築した.構築したモデルは,靭帯初期張力を入力として,膝関節の横剛性を出力とした.膝関節縦方向に作用する靭帯張力と横剛性の関係を定式化するために弾性定数間の関係を利用した.また術中での使用において必要である靭帯の初期ひずみ(張力)も考慮した.構築したモデルの評価と最適化を行うために,ブタ膝を用いて入力パラメータである靭帯の縦弾性と初期張力の計測実験を行った.まずブタ膝関節に対してxyzマニピュレータを使用して膝関節の縦弾性の計測を行った.次に引張試験によって左右側副靭帯の縦弾性の計測を行った.以上の二点より左右靭帯の縦弾性と初期ひずみの算出を行った.そして膝関節モデルの評価においては,計測したパラメータを入力することによって出力される横剛性のモデル値とブタ膝からxyzマニピュレータを使用して計測した横剛性の実測値の比較を行った.その結果,モデル値の誤差は1.9[N/mm2]となり,先行研究より算出した要求仕様の誤差範囲である2.5[N/mm2]を満たした.

膝装具のロボット技術を用いたインテリジェント化は,義足に比べて大きく遅れている.本研究では歩行に応じて膝継ぎ手の粘性・弾性・摩擦といった機械的インピーダンスを変化させる設計手法の開発を目的としている.本年度の研究では,膝関節の安定性獲得を支援することを目的として,膝関節横剛性と膝靱帯張力の関係を定式化し,最適な膝関節横剛性を得るための靱帯初期張力を医師に提示する膝関節モデルを構築した.構築したモデルは,靭帯初期張力を入力として,膝関節の横剛性を出力とした.膝関節縦方向に作用する靭帯張力と横剛性の関係を定式化するために弾性定数間の関係を利用した.また術中での使用において必要である靭帯の初期ひずみ(張力)も考慮した.構築したモデルの評価と最適化を行うために,ブタ膝を用いて入力パラメータである靭帯の縦弾性と初期張力の計測実験を行った.まずブタ膝関節に対してxyzマニピュレータを使用して膝関節の縦弾性の計測を行った.次に引張試験によって左右側副靭帯の縦弾性の計測を行った.以上の二点より左右靭帯の縦弾性と初期ひずみの算出を行った.そして膝関節モデルの評価においては,計測したパラメータを入力することによって出力される横剛性のモデル値とブタ膝からxyzマニピュレータを使用して計測した横剛性の実測値の比較を行った.その結果,モデル値の誤差は1.9[N/mm2]となり,先行研究より算出した要求仕様の誤差範囲である2.5[N/mm2]を満たした.