速度に基づく機械的安全装置を用いた膝関節アシストスーツの開発．制御方法と実験

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Enferm Clin.2020 Feb;30 Suppl 1:23-26. S1130-8621(19)30578-9. doi: 10.1016/j.enfcli.2019.12.006.

速度に基づく機械的安全装置を用いた膝関節アシストスーツの開発．制御方法と実験

Development of a knee joint assist suit with a velocity-based mechanical safety device: Control method and experiments.

Keisuke Ikeda
Tsubasa Kaneda
Yoshihiro Kai
Kenichi Sugawara
Tetsuya Tanioka
Masayoshi Tomizuka
Yueren Zhao
Kensaku Takase
Michael Joseph S Dino

PMID: 32115161 DOI: 10.1016/j.enfcli.2019.12.006.

抄録

本研究の目的は、下肢の自力での移動が困難な患者に対して、速度ベース機械的安全装置(VBMSD)を用いたアシストスーツの提案制御方法を検討することである。提案するアシストスーツの制御方法は，無重力下で患者が膝関節を動かすように患者をアシストするものである．物理シミュレーションモデルを用いて、被験者の下肢と足の重力トルクがアシストスーツが発生させるトルクによって打ち消されるかどうかを検討した。実験の結果、被験者の下肢・足の重力トルクがアシストスーツの発生トルクによって打ち消されることが示された。アシストスーツの制御は、VBMSDの影響を受けませんでした。つまり、VBMSDがアシストスーツの制御を妨げることはなかった。提案した制御方法では、無重力環境下で患者の膝関節の動きをアシストする。しかし、実験では実際の患者の代わりに3kgの体重を使用しています。提案した制御方法の臨床での有効性を検証するためには、実際の患者を用いた実験を行う必要がある。さらに、患者の一般的な状態や症状を考慮する必要がある。

The aim of this study is to examine the proposed control method of the assist suit with a Velocity-Based Mechanical Safety Device (VBMSD) for patients with difficulty moving their lower legs by themselves. The proposed control method for the assist suit assists the patients as if the patients move their knee joint under zero gravity. A physical simulation model is used to examine whether the gravitational torque of the subject's lower leg and foot was canceled by the torque generated by the assist suit. Experimental results indicated that the gravitational torque of the subject's lower leg and foot is canceled by the torque generated by the assist suit. The control of the assist suit was not adversely influenced by the VBMSD. That is, the VBMSD did not prevent the control of the assist suit. The proposed control method makes the assist suit assist the patient in moving his/her knee joint in a zero gravity-like environment. However, a weight of 3kg was used instead of an actual patient in the experiment. Experiments with actual patients should be conducted to verify the effectiveness of the proposed control method in clinical use. Furthermore, it will be necessary to take into consideration the patients' general conditions and symptoms.