報吉日 2015 年 (平成 27 午)
報告者

6戸 8日

津山エ業高等専門学校 電子制御工学科 准教授
谷口 浩成

I・研究概要(和文)(I)課題名 (日本語)
作業療法士の施術方法を実現する空正式ハンドリハビリテーションシステムの試作研究(2)研究者氏名（谷口浩成津山エ業高等専門学校電子制御エ学科准教授(3)研究概要(日本文)事故による怪我や，脳卒中などの病気による身体麻痩により拘縮が発症することがある・これを予防するために，作業療法士や理学療法モらの介助者によるリハビリが施術される・しかしながら，今後介助者が患者に対して不足することが懸余されており，十分なリハビリを行うことが困難になることが予想される，そこで，本棚究では，作業療法士が行う手指の拘縮を防ぐ関節可動助訓練動作と，筋肉をもみほぐす筋リラクゼーション動作の両方を可能とする空圧式ハンドリハビリテーションシステムを提案した・実験より，関節可動域に制限のない人に対して，3種類の関節可動助訓練および筋リラクゼーションが行えることを確認しその有用性を示し
たし・︵(4)キーワード

空気圧ソフトアクチュエータ，拘縮予防，リハビリ，作業療法士(l) Research title
Development of a Rehabilitation System to Prevent a Contracture for Finger
Joints using Pneumatic Soft Actuators(2) Name ofresearcher with title of position
Hironari Taniguchi, Associate Professor, NationalInstitute of Technology,
Tsuyama College

(3) Summary
There has been increased interestin use of pneumatic actuators in many fields,such as medical care and welfare.In particular, proposed pneumatic soft actuatorwith soft material has many advantages such as low mass,flexibility, safety anduser-friendliness. We therefore focus on the pneumatic actuators as a drive

source of a rehabilitation device. The purpose ofthis work is to develop arehabilitation system to prevent contracture ofthe fingerjoints using thepneumatic soft actuators. We prototyped the system and measured the flexure
angle and the extension angle in the rehabilitation test. As a result, we confirmed
the problem ofrehabilitation system with unlimited to the jointrange of motion.

（(4) Key Words
Pneumatic Soft Actuator, Prevent Joint Contracture, Rehabilitation System,
Occupational Therapist

2・木研究の意義・特色，
病気や事故が原因で体が麻陣すると，関節の拘縮(関節の動く範囲が狭くなる現象)が始まる・拘縮が重症化すると，正常な状態にまで同役することは難しいため，拘縮を予防することが最も大事であると言われている・通常，拘縮を予防するためには，作業療法士により，リハビリ運動が施術される・しかし，作業療法士が患者につき添える時間が限られており，患者は十分なリハビリを受けられないことがある・特に手指は，複雑なリハビリが必要となるため，十分なリハビリを行うことが困難である場合が多い・

そこで本研究は，作業療法士が手指に施術するリハビリ運動を提供できる，空圧式ハン（ドリハビリテーションシステムを開発することである・すなわち，患者の緊張や筋肉のこわばりを取り除く筋リラクゼーション運動と，関節可動域運動をIつの装置で実現できる点に特色がある・これにより，早期での社会および日常生活への復帰を支接することを目指す・特にこのような問題は，高齢者が対象である場合が多いため，高齢者の自立支援につながるものでもあると考えられる・

3. 実施した研究の具体的内容，結果(本文)
3・Ⅰ空圧式ハンドリハビリテーションシステムの構造と試作
昨年度まで，著者らの研究グループでは，アクチュエータを取り付けた台をステッピングモータによって移動させ，その2つを制御することで，屈曲・伸展動作，筋リラクゼーションの8種類のリハビリ運動を行う装置を製作した・そして，屈曲・伸展動作の関節可動域(以下，ROM と記す)訓練実験を行ったところ，屈曲動作ではMP 関節の屈曲角度が，目標値に対し約4o%程度，伸展動作ではMp 関節の伸展角度が，目標値に対し約7o%程度

で，どちらの動作もMⅡ関節の動作が不十分のため，目標値を達成することができなかった・このような結果となったのは，手首の固定が不十分であったこと，屈曲方法や伸展方法が悪かったこと，といった問題のためであった・またアクチュエータの形状上，特に第5指にアクチュエータが作用しておらず，リハビリ動作も右手しか行うことができなかった・
そこで本研究では，これまでの装置の改良点として，ROM訓練の精度向上と指の内外転動作運動の追加を試みた・そして，それらの実現のため，袋型空気圧アクチュエータの改良とスポイト型空気圧アクチュエ一夕を新たに開発し，装置を試作した・
袋型空気圧アクチュエータの構造を図1(a)に示す・これは，手指圧迫用や高さ調節用として用いた・また，本アクチュエータは，アルミフィルムを接着することで袋型にし複数組み会わせ，その周りを帆布で覆った・次に，スポイト型空気圧アクチュエータを図1(b)に示す・これは，手指i本に対して屈曲および伸展運動を行うために用いられた，このア（

クチュエータは8つのケミカルスポイトの蛇腹部分を切り抜き，ホットボンドで接看して製作した・また本アクチュエータは，手指に直接作用させるため，すべりや柔軟性を考慮し先端にスポンジを付けた・

よ

甲Ⅰ二上ポ
"""ぎ!:Ⅰ!二日!一「@ⅠⅠⅠ二@ⅠⅡニ@二。ン"@"

一袋状のアルミフイルムホットボンド"

二(a) "'てi空気圧ソフスポンジ"ふⅠ(b) スポイト型

トアクチュエータ︵次に，ハンドリハビリテーションシステムの外観を図2に，屈曲動作の様子を図3に示す・装置全体の寸法は240mm X 410mm X 300mm，重量は5.35kg (コンプレッサーや周辺機器を除く)である・この装置ではROM運動(屈曲・伸展・内積・外伝04動作)および筋リラクゼーション運動を行うことができる・屈曲と伸展動作は，手の周りに配置されたスポイト型アクチュエータで行う・この時，手甲から手首にかけての固定を行っていないと，その後の関節可動域訓練で充分な運動を行うことができない・そのため，第1指から手腕までの手腕固定台を取り付けた・そして手甲と掌を袋型アクチュエータで挟み込むことで固定した・また，手指の間に袋型アクチュエータを配置し空気圧を中加させ，膨張させることで内外転動作を行う，この内外転用アクチュエータは，スポイト型アクチ
ュエータの横ずれを抑制することができ，ガイドの役割を果たしている・筋リラクゼーシ

ョン動作は，指の腹側と背側の2方向から手指を圧迫することと，指先から順に圧迫するために，スポイト型アクチュニータを用いた・このリハビリ装置の特徴として，第2措から第5指の指を一本ずつ，左右どちらの手でもリハビリが行えるような構造にした・そのためアクチュエータは左右対称的に配置されており，手腕固定台も左右に親指の置き場を設置した・

ハ

図2 手指関節用リソヘビリ装置︵

3. 2 評価実験の結果と考察
RoM運動の動作実験では，Mp 関節，pip 関節，Dip 関節の屈曲・伸展角度，内外転動作での指間距離，および筋リラクゼーション動作の効果の検証として，山流速度の変化を測定した・表iから3に各ROM運動試験の結果を示す・これらの実験結果より，屈曲動作
では，MPおよびPIP関節において，目標値の士lo%以内の精度で実現した・・また，伸展動作ではDIPおよびPIP関節において，目標値を達成した・内外転動作は目標値となる参考可動域が明示されていないので，自動運動 (自分自身で動かしてみて最大どこまで動かすことができるか)と比較することで評価した・その結果，自動運動と同程度の結果を得た・さらに，筋リラクゼーション動作では施術前後で最大面流速度が約2倍となることをわかり，このことから筋リラクゼーションの効果が表れていることを確認した・
表1・屈曲試験の結果
測定値
本装置1日装置
左手右手右手ⅠⅠⅠⅠ。""
MP関節90

屈曲角度
Ldeg]

pip 関節100
Dip 関節8083

8148(90%)

(90%)

(53%)

10610591(106%)(105%)

(91%)

3435

71(43%)

(44%)

(89%)

表2・伸展試験の結果

ⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠ

測定値
目標値

本装置1日装置
左手右手右手MP関節45
伸展角度

[deg]

pip 関節0

Dip 関節033

2934(73%)

(65%)

(76%)

(100%)(100%)(100%)(100%)(97%)(100%)（

表3・内外伝試験の結果

へへへへへへへⅡ左手右手
測定値[mm]
自動運動

測定値[mm]

達成度
達成度
本業置自動運動本装置

第2指一第3指73.770.896が074.273.499%
第8指-第4指57.268.8120%58.269.9120%
第4指-第5指65.865.299%65.963.697%

4・本棚究を実施したグループに属するおもな研究者の氏名・役職名︵谷口浩成津山エ業高等専門学校・准教授"

5. 研究実施時期
20 14年(平成2 6年) 38 1 日から20 15年(平成2 7年) 48 3 O目
6・木研究に関連して発表した主な論文等
Ⅲ谷口浩成，脇元修一，鈴森康一，"作業療法士の施術を目指した手指関節用リハビリ装置の開発(空気圧ソフトアクチュエータによる筋リラクゼーション運動と関節可動域訓練の検討)"，日本機械学会論文集№1・80，N0・820，2014・[2] Hironari TANIGUCHI and Yusuke NAITO, "Hand rehabilitation device to prevent
contracture forfingerjoints using pneumatic soft actuators",International JournalofInnovations in Engineering and Technology 掲載決定) .

[3] 全旦造成，"作業療法士の施術を再現する 医療福祉機器の開発 (空気圧 ソ フ トア ク チュ
エータ に よ る 手指関節 リ ハ ビ リ 装置の提案)"， 油空圧技術 2014 年 12 月 号，669, VO1・53，No.13.

[4] Hironari TANIGUCHI and Yusuke NAITO, "Design and development of a handrehabilitation device to prevent contracture forfingerjoints using pneumatic soft
actuators", Proceedings of1st Asian Conference on ElectricalInstallation &Applied Technology 3rd Japan-Thailand Friendship International Workshop onScience, Technology & Education (Technology, Hand-making, Engineering, Energy& Environmental), pp.2932. 2014.
︵[5] Hironari Taniguchi and Yusuke Naito,"A Prototype of Multifunctional Finger Joints
Rehabilitation Device Using Pneumatic Soft Actuators", Proceedings of The 6thInternational Conference on Manufacturing, Machine Design and Tribology(ICMDT2015), pp.132-133.(2015)

7・内外における関連研究の状況
手指関節を対象としたリハビリ装置の研究開発は多くの研究者によって行われているⅢ・[3]・例えば，大庄アクチュエータを用いた指リハビリ装置の開発[4]では，アクチュエータから押し出された水圧で蛇腹を膨張させ，このときに発生する力を，リンクを介して五指の下方向に伝え屈曲動作を行う・また，指肱のリハビリテーションを目的としたパラレルメカニズム式ウェアラブルハンドの基礎研究[5]の研究では，バラレルメカニズム式ウ︵ェアラプルハンドと呼ぼれる装着型のロボットハンドを用い，その機構の運動特性を利用することで屈曲・伸展動作を行う・[1] Fuhai, Z., Lei, H., YⅢ，R, Hongwei, C. and Shuguo, W., Design and development ofa hand exoskeleton もrrehabilitation of hand injuries, Mechanism and Machine
Theory, 73 (2014), pp.103-116.
[2] Jamshed,I., Hamza, K., Nkos, G. T. and Darwin, G. C., A novel exoskeleton robotic

system for hand rehabilitation - Conceptualization to prototyping, Biocybernetics
and biomedical engineering, 34 (2014), pp. 7989.

[3] Takaiwa, M., Nohtsugu, T.,Ito, N. and Sasak・D., Wrist Rehabilitation Device
Using Pneumatic Parallel Manipulator Based on EMG Signal,International
Journal of Automation Technology, Vol. 5, No. 4 (2011), pp. 472-477.

[4]清大洋和，由里俗-，加賀屋弘樹，大庄アクチュエータを用いた指リハビリ装置の開発，
日本機械学会2009 年度年次大会議演論文集(2009), pp.263-264.

@@[5]山本英悟，立夫家，佐野巌根，パラレルメカニズムを用いた手指のリハビリテーション用装着型ハンドの開発，日本機械学会北陸信越支部第43期総会議演会議演論文集(2006)，pp・187，I88・8・今後の発展に対する希望

・

本年度は，目標の動作に対して改善が確認されたが，一郎改善されなかった動作もあった・また，作業療法士による装置の評価が実施できなかったため，これらについて早急に実施する必要がある・今後，さらに発展させるためには，木研究で開発するリハビリシステムが，有効性の商いリハビリを実証できるかがポイントとなる・そのため，さらなる装置の改善を行い，実証誠敬へと展開していく必要がある・，
ハくハ