筋の力学的特性を規範とするインナー型インフレータブルアシスト技術の開発

基于肌肉力学特性的内式充气辅助技术开发

• 批准号: 21K12808
• 负责人: 塚原 淳
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Shinshu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K12808/
• 关键词: 表面筋電位信号; インフレータブルアクチュエータ; アシストスロージング; 運動支援; インフレータブル; 筋特性; 歩行

本研究の目的は、歩行に付随して発生する筋の電気的・機械的活動の変化から、インフレータブルアクチュエータ（IfA）に供給する空気量を制御し、機能的に遊脚動作を支援する「インナー型」インフレータブルアシストスーツを開発することである。今年度では、収縮型IfA、BESセンサー、内圧センサー、IMU、コントロールユニットで構成されたインフレータブルアシストスーツを試作した。さらに、筋の電気的活動量（表面筋電位信号）の変化に基づき、DCポンプからIfAに供給する空気量を調整できる制御アルゴリズムの提案と検証実験を行った。提案する制御アルゴリズムは、計測した表面筋電位信号からIfAの目標収縮力を推定する「IfA収縮力変換器」、IfAの目標収縮力から目標空気量を推定する「IfA目標収縮力-IfA目標空気量プロファイル」、IfAの内圧値から空気量を推定する「IfA内圧-空気量プロファイル」から構成され、空気量のフィードバック制御を行うことによりIfAの収縮量を随意的に調整する制御方式である。提案する制御アルゴリズムの有用性を評価するために、本手法を搭載したインフレータブルアシストスーツを用いて、座位姿勢の健常者を対象に膝の屈伸実験を実施した。その結果、本提案手法が、健常者の大腿直筋から計測された表面筋電位信号に基づいてIfAに供給するための目標空気量を首尾よく推定し、IfA収縮量を随意的に制御できることを確認した。

这项研究的目的是根据行走过程中肌肉电活动和机械活动的变化来控制供应到充气致动器（IfA）的空气量，并开发一种在功能上支持摆动运动的“内部致动器”。目的是开发一种充气辅助服。今年，我们制作了一款充气辅助服原型，由可伸缩的 IfA、BES 传感器、内部压力传感器、IMU 和控制单元组成。此外，我们提出了一种控制算法并进行了验证实验，该算法可以根据肌肉电活动（表面肌电位信号）的变化来调整从直流泵供应到IfA的空气量。所提出的控制算法由“IfA收缩力转换器”和“IfA目标收缩力-IfA目标空气转换器”组成，前者根据测量的表面肌电势信号估计IfA的目标收缩力，后者根据测量的表面肌电势信号估计目标空气量。 IfA的目标收缩力是通过空气量的反馈控制来任意调整IfA的收缩量的控制方法。为了评估所提出的控制算法的实用性，我们使用配备该方法的充气辅助服对坐姿的健康受试者进行了膝关节屈曲和伸展实验。结果，该方法成功地根据健康受试者股直肌测量的表面肌电势信号估计了向IfA供应的目标空气量，并可以随意控制IfA的收缩量。

项目成果

下肢関節の協調歩行運動を支援するハイブリッド型インフレータブルアシストクロージングの開発-股関節部における受動型アシストに最適な運動学的パラメータの解明-

开发支持下肢关节协调行走运动的混合充气辅助服装 - 阐明髋关节被动辅助的最佳运动参数 -

• 发表时间: 2022
• 作者: 二間瀬颯;塚原淳
• 通讯作者: 塚原淳

筋の電気的活動に基づくインフレータブルアクチュエータの随意的制御手法の開発

基于肌电活动的充气执行器自主控制方法开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 山本修太;塚原淳
• 通讯作者: 塚原淳