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

肩关节/肩胛骨周围运动辅助康复机器人系统的开发

基本信息

批准号：
22K12934
负责人：
寺田英嗣
金额：
$ 2.41万
依托单位：
University of Yamanashi
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

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．

基于肩关节和肩胛骨康复运动过程中的运动仿真分析结果，我们首先设计了一种跟随身体的上臂辅助机器人机构，具有绕肩胛骨运动的两个轴和绕上臂运动的两个轴制造了原型机。在此设计中，致动器放置在肩胛骨后部附近，以便上臂驱动致动器不会干扰运动。特别是，我们设计了一种新的旋转机构，使其可以与右臂或左臂一起使用，并且我们还将肩胛骨区域的结构更改为可以与双臂一起使用的形状。另外，在肩胛骨驱动机构的设计中，由于采用了平行连杆机构，因此避免奇点非常重要，因此我们进行了奇点分析，在该原型机中，我们研究了操作范围内出现奇点的可能性我们提出了一种方法，从数学上判断不发生，并通过计算证明没有问题。此外，我们确认样机的实际运行没有任何问题。此外，为了降低跌倒风险，还进行了安全改进，例如在使用时将辅助机器人与椅子集成在一起，并添加紧急停止系统，以便在发生跌倒时人可以自行停止设备。我做了紧急情况。此外，为了实现一种控制方法，让机器人通过物理治疗师进行正常康复来学习动作并自动生成各种设置，我们使用了四个可以直接示教执行动作的执行器构建了一个控制。可以获取和再现信息的算法。