装着型ロボット/Wearable Robot

ロボット装着時の転倒リスク軽減/
Fall of wearable robot

装着型ロボットは装着者の歩行のアシストを目的としており, アシストのずれや関節可動域の制限によって不安定や転倒を招いては本末転倒です. 特に,つまずきや急減速等の非定常な動作をしたときにそのリスクが高まります. 装着型ロボットを使用しての歩行中にそのような外乱を発生させ,それに対する挙動を計測することで, 人間の転倒回避戦略,能力に対するロボットの影響を評価します.

Although wearable robots aim to improve human gait performance, they perhaps interfere their wearers owing to the mismatch of assist timing, limitation of the range of motion, and so on. In particular, it potentially happens when tripping, sudden deceleration, or other gait instability occur. We evaluate the effect of the wearable robot on the fall avoidance strategy and performance of the wearer by measuring the reaction motion against disturbance of gait.

発表論文/Publiation: [日本語], [English]





ロボット装着時の安定的な旋回の実現/
Curving motion of wearable robots

直線歩行路やルームランナー上でのリハビリと異なり, 装着型ロボットが生活環境で使用されるようになると廊下を曲がったり家具をよける動作が必要になります. 一方,自由度の追加はロボットを複雑にするため,機能の絞り込みが必要です. 装着状態での旋回動作のスムーズさ,バランスを評価すると共に,必要十分な関節自由度とアシストを開発します.

Wearable robots have to accommodate to the daily living environment in society, which differ from the environment of rehabilitation fields. Curving is representative motion of such newly required motions. However, it is not acceptable to make the robot too complex or heavy. Thus, we evaluate the performance and safety of curving gait and develop a mechanism which can achieve curving with minimum complexity.

発表論文/Publiation: [日本語], [English 1], [English 2]


筋力伝達式装着型アシストデバイスの開発/
Gait assist suits utilizing muscle force

装着者の体幹部の動作を下肢に伝え,アクチュエータなしで歩行をアシストするデバイスを開発しています. 人間は歩行時に足だけでなく腰や上体も動かしているため, ワイヤーでアシスト部位と体幹をつなぐと歩行リズムに合わせてワイヤーが引かれることになります. これを利用して,つなぐ部位やワイヤーの配置を適切に調整することでアシストタイミングおよび強さを最適化しています. さらに,使用感の向上により,軽量,着脱容易,安価で実用的なデバイスを目指しています.

A gait assist suits, which does not equip any actuator, is developed. This device works by connecting assisted part such as foot and source of assist power such as torso using strings. The body motion associated with gait such as twist and sway of body applies tension to strings periodically. By Optimizing the layout of string path on the body surface, the timing and strength of assist can be adjusted.

発表論文/Publiation: [日本語], [English]

腰痛発生リスク推定のための生体力学的モデルの開発/
Biomechanical model for evaluating low back pain

腰痛は日常的に腰に負荷がかかる介護者にとって一般的な症状である.腰痛は,腰椎に過剰な圧縮力が負荷されることにより発生する. そのため,我々は前屈時の腰部負荷を推定する動力学シミュレータを開発している. 動作時の腰痛リスクを推定することで高リスクの動作を避け,腰部負荷の少ない動作を習得することが期待される.

Low back pain (LBP) is very prevalent in caregivers for their bending movement in the regular tasks. This motion forces the human body exerts a great compressive force at lumbar spine which causes the lumbar injury. So we build a dynamic model to estimate the compressive force in the forward flexion. The accuracy of the estimation is evaluated by the previous in vivo measurements. This research leads to adjust the behavior of caregivers to help them protect their lumbar spine.

発表論文/Publiation: [English]



転倒時骨折リスクの検証
Risk of bone fracture caused by forward fall

前方転倒は上肢への深刻な危害,特に手首骨折を招く恐れがある.骨折に至る生体工学的な危険因子を解明するため,人間の自然な反応を観察・計測する. 転倒の最終段階を再現した低高度からの転倒実験により,上肢の衝撃力およびエネルギ伝達を計測した.数学モデルとシミュレーションにより実験結果を再現し,転倒接地時の圧力分布および衝撃力を分析している.

Forward fall often leads to severe injury to the upper extremity especially wrist fracture due to high impact loading to the hand(s). To understand the biomechanical factors which influence the risk of fracture, we evaluate the natural human reactions during the forward fall. We also carry out laboratory experiments to measure the impact force and energy transmitted to the upper extremity during low-height forward falls. Appropriate mathematical models and well-validated biomechanical simulations of falling motion are used to predict the body's impact response and pressure distribution for a real forward fall.

発表論文/Publiation: [English]



ロボット装着時の皮膚創傷に対する安全性評価方法/
Contact safety from the view of skin burden

人に密着・固定して使用するアシストロボットは,必然的にその固定部で使用者の皮膚・皮下組織に力を加えます. そのため,長時間の使用によって繰り返し負荷がかかり,装着部において水疱や擦過傷といった創傷を招く恐れがあります. 装着部におけるリスクを評価するため,ロボット使用時に生じる接触状態の直接計測, 計測された負荷のダミー皮膚に対する再現,皮膚の負荷耐性値の推定等を実施しています. また,それらの成果を元に,創傷に対する安全性評価方法の開発を行っています.

Wearable robots unavoidably apply interaction force to the fixation part of the wearer such as cuff. Long term and repetitive load on the skin and soft tissue of the contact area cause skin injuries such as blister and scratch. Thus, we develop a safety test process to evaluate the risk of skin injuries. This process consists of the measurement of contact state during assisted motion, the reproduction of the relative motion and force applied to the contact area using dummy tissue and manipulated robotic cuff, and estimation of safety threshold of skin injuries.

発表論文/Publication: [日本語 1], [日本語 2], [English 1], [English 2]



ロボットと人体の関節不整合によるリスク/
Mismatch of joint alignment between robot and human

人間の膝関節は回転角度に対応して回転中心が移動する複雑な機構のため, 多くの装着型ロボットが採用する一軸の回転ジョイントとは回転中心が一致しません. また,装着時にもある程度ずれが発生する可能性があります. 装着型ロボットと人体の機構的不整合によって装着者に生じる負担に注目し,人体の特徴を模擬した下肢ダミーの開発と, それを用いた装着型ロボットの安全性評価方法の検討を行いました.

The difference of the joint mechanism between human and robot causes mismatch of the alignment. In particular, the center of rotation of human knee joint moves during flexion because it rotates and slides at the same time. We evaluated the burden of the wearer caused by the mismatch of the wearable robot using dummy which mimics the change of the rotation center of human.

発表論文/Publication: [English]