人体の筋骨格構造のテンセグリティモデルに基づく外筋型服ロボットの設計手法の構築

基于人体肌肉骨骼结构张拉整体模型的外肌式服装机器人设计方法构建

• 批准号: 19H02112
• 负责人: 小林 洋
• 金额: $ 10.98万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H02112/
• 关键词: テンセグリティ; 筋骨格構造; 外筋型服ロボット; テンセグリティ; 筋骨格構造; 外筋型服ロボット

本研究では，人間の筋骨格の構造をテンセグリティと捉え，そのモデルによる解析を規範とした研究開発を実施する．人間との親和性が高い柔軟な装着型ロボットを開発するための方法論として，人体の構造のテンセグリティモデルを規範とする設計手法を構築することを本研究の目的とする．また，人体筋骨格モデルの中に，外筋型ロボットを模擬的な筋として組み込み，全体の力学的特性を最適化する設計手法を開発する．人体の筋骨格構造のテンセグリティモデルに基づく外筋型服ロボットの設計手法の構築にむけ，下記の3点を実施した．A) 人体テンセグリティモデルの構築： テンセグリティモデルにおいては，骨をストラット，筋（筋膜）と靭帯をケーブルと考え，各関節間の骨，筋（筋膜），靭帯を解剖学的な配置をもとに配置することで，モデルを構築する．肩関節から上肢にかけてのモデルを再検討し，モデルを用いた数値計算により，外部負荷をかけた際の骨頭位置の変化や筋の負荷分配の検討を再度行った．B) 最適設計手法の構築： 構築したテンセグリティモデルを用いて，外筋をつける配置，外筋の発揮力や物性を設計するための手法を開発する．最適化手法においては，目的とする条件（筋の負荷を減らすなど）を最適化するように外筋モデルの条件（配置，発揮力，物性）を変化させることを検討する．A)の改良に伴い、最適化手法の再度の検討を行った．C)プロトタイプ開発と評価： 外筋型服ロボットのプロトタイプを開発し，ハードウェアとしての有効性を検討すると共に，A)テンセグリティモデルとB)設計手法の評価を実施することを目指し，評価系のプロトタイプの開発を実施する．上肢を対象としたハードウェアの改良および評価実験を実施した．

在这项研究中，我们将将人类肌肉骨骼的结构视为紧张的结构，并使用模型作为规范进行分析进行研究和开发。这项研究的目的是使用人体结构的紧张模型来构建一种设计方法，以作为开发具有高亲和力的灵活可穿戴机器人的方法。此外，我们将开发一种设计方法，该方法将外部肌肉型机器人纳入人体肌肉骨骼模型中，作为模拟肌肉，并优化了整体机械性能。实施了以下三个点，以基于人体肌肉骨骼结构的紧张模型为外部肌肉型服装机器人构建设计方法。 a）人体紧张模型的构建：在紧张的模型中，骨骼被认为是支柱，肌肉（筋膜）和韧带作为电缆，模型是通过排列基于解剖学的骨骼，肌肉（筋膜）和每个关节之间的骨骼，肌肉（筋膜）和韧带来构建的。重新审查了从肩关节到上肢的模型，并使用模型的数值计算来检查股骨头位置的变化以及施加外部载​​荷时肌肉的负载分布。 b）最佳设计方法的构建：使用构造的张力模型，我们将开发设计外部肌肉放置以及外部肌肉的努力和物理特性的方法。在优化方法中，我们考虑更改外部肌肉模型的条件（定位，劳累力，物理特性），以优化所需的条件（例如减少肌肉负荷）。随着A）的改进，我们重新审查了优化方法。 C）原型开发和评估：我们将开发外部肌肉型服装机器人的原型，检查硬件的有效性，并为评估系统开发原型，旨在进行a）a）张力模型和b）评估设计方法。我们进行了针对上肢的硬件改进和评估实验。