日本ロボット学会誌 Vol. xx No. xx, pp.1〜8, 201x

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学術・技術論文

高齢者の運動機能と認知機能の維持を目的とした手指・腕の複合
トレーニング装置の開発
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Integrated training system of ﬁngers and upper limb for maintaining motor and cognitive
functions of elderly
Mikiya Kubota∗1 , Hiromi Shimizu∗1 , Tomotaka Ito∗2 and Mizue Suzuki∗3
In recent years, rehabilitation has become increasingly important due to the aging of the population. Althoughmany assistive devices have been developed, most of them are designed for gross movements of the upper and lower
limbs in order to recover from diseases such as paralysis. However, complex and ﬁne movements of ﬁngers and arms,
such as turning a knob to open a door or opening the lid of a plastic bottle, are also indispensable in daily life, andthe deterioration of their movements leads to a decline in quality of life (QOL). In this research, we developed an
integrated training system of ﬁngers and upper limb for maintaining motor and cognitive functions of Elderly. The
proposed system enables to train the gross motion and the ﬁne motion simultaneously according to the instructions
presented on the monitor display. And MR ﬂuid-based variable damping devices give the user the changeable reaction
force and feeling during the training tasks. In this paper, we will explain the designed structures and the control
system of the proposed training system and show the results of the performance evaluation.
Key Words: Rehabilitation, Fingers and upper limb, Motor and cognitive functions, Elderly, MR ﬂuid, Control

らの機能を効果的かつ積極的に維持・向上できるような新しい

1. は じ め に

リハビリテーションの在り方が重要であると考えられる．

近年，日本の高齢化は顕著で，令和 4 年版高齢社会白書によリハビリテーションの方法やその効果に関しては，これまで

ると高齢者割合は 28.9 ％に達している．高齢になると転倒などの研究によって多くの知見が得られている．例えば，脳神経系による怪我や脳卒中等の疾病のリスクが高まるため，いかにしも含めた運動機能の回復に関しては，CI 療法が広く知られていて生活の質（QOL）の低下を防ぐかが現代社会の大きな課題のる．CI 療法は，主に片麻痺からの回復を目的とし，非麻痺側の一つとなっている．怪我や疾病後の機能回復に関しては様々な使用を制限して麻痺側上肢を使わせることで随意運動の機能回リハビリテーション法が実施され効果を上げているが，近年は，復を図る療法である．S.L.Wolf ら [1] や KC Lin ら [2] は，ラ

加齢に伴う筋力や器用さなどの機能低下により，ペットボトル

ンダム化比較試験によって CI 療法の有用性を明らかにしていのふたを開けたり，ドアノブをひねったりといった生活に必要る．P.Langhorne ら [3] は，多くの実験結果のメタアナリシス

な動作に支障をきたす「生活の中での不自由」が大きな問題とを実施し，CI 療法の有効性をレビューしている．細見ら [4] は，なっている．これらは一般に日常生活動作（ADL）と呼ばれ，患者の機能障害を評価した上で生活動作で困っていることを聞

ADL 能力の低下は QOL の低下に直結する．さらに，加齢によき取り，個別に適切な上肢機能訓練を設定して CI 療法を行う

る認知機能の低下も深刻な問題となっており，これらを効果的ことで，麻痺側上肢に有意な改善が認められたことを報告してに解決する方策が求められている．そのためには，従来のよういる．また，D.M.Morris ら [5] は，CI 療法において日常生活な疾病後の機能回復を目的としたリハビリテーションだけでなの中で麻痺側上肢を意識的に使うことで機能回復の効果が高め

く，日常生活に必要な運動機能と認知機能の両方を日頃から手られることを示している．

軽にチェックし，トレーニングを継続することによって，それ原稿受付
静岡大学大学院工学専攻∗2
静岡大学工学部機械工学科∗3
浜松医科大学医学部∗1
Graduate School of Integrated Science and Technology, Shizuoka
University∗2
Dept. of Mechanical Engineering, Shizuoka University∗3
Hamamatsu University School of Medicine∗1

認知機能低下への対策としては，パズルやボードゲームなどの脳トレの他に，近年，認知訓練と運動を同時に実施するトレー
ニングである「コグニサイズ」が効果的であることが国立長寿医療研究センターによって提唱されている．同センターの土井ら [6] は，ランダム化比較試験によりコグニサイズに代表される身体運動を行いながらの認知トレーニングによって，認知機能の維持・向上の効果が高められると報告している．
上記のような運動機能や認知機能のトレーニングを気軽に行うことができれば，高齢者の QOL 低下問題に対する効果的な

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アプローチになると考えられる．しかし，これらのトレーニン
グは病院や介護福祉施設などで理学療法士や作業療法士の指導の下で行われるのが普通で，利用者にとっては時間や場所が限られてしまう他，指導者にとっても個人毎のトレーニングプロ
グラムの作成や個々の状態の把握などの負担が大きい．そのため，近年，デジタル技術や電子技術，ロボット技術などを用いてリハビリテーションやトレーニングを支援する機器が多く開発されるようになってきた．例えば，岡橋ら [7] は，ペグボードを(a) Overall view

電子デバイス化した電子ペグボード（e-Peg）を開発し，色合わ(b) Structure of device

Fig. 1: Concept of proposed training system

せタスクや比較タスク，記憶タスクにおいて，挿入の正誤判定の自動化や経過時間・スコアの記録などの機能を実現した．機械技術やロボット技術を用いて能動的な動作や可動域の拡大，負荷訓練などの実現を目指したものとしては，古荘らが開発した

PLEMO [8]〜[10] やオージー技研（株）の BE-Well [11] などがある．PLEMO は脳卒中患者を対象とした上肢リハビリ支援シ
ステムで，ユーザーは椅子に座って装置のハンドル部分を握り，モニタに表示されたアプリケーションの指示に沿って腕を動かすことでリハビリテーションを行う．電気粘性流体（ER 流体）を用いることで使用時に様々な訓練負荷を与えることも可能にしており，それによってリハビリ効果を高めている．BE-Well(a) Overall view

は，椅子もしくは車椅子に着座したままで上肢と下肢のトレー(b) Twisting mechanism

ニングを行うことができる有酸素運動エルゴメータで，筋力ト
レーニングやリハビリテーションに利用されている．最近では，
トヨタ自動車（株）が開発したウェルウォーク [12]，[13] などの脳卒中片麻痺患者の歩行練習を能動的にアシストするような機器も開発されてきている．しかしながら，機械やロボット技術を用いたトレーニング機器の多くは下肢や上肢の大きな動きが対象となっており，負荷を変えながら指先の巧緻動作の訓練も可能とする機器は存在しないため，腕だけでなく手や手指も同時に訓練ができるような新しいロボット機器が必要とされている [14]．
そこで，本研究では指先の細かな動作と上肢の大きな動きを(c) Operation device

複合的にトレーニングでき，かつ，訓練アプリの指示に従ってFig. 2: Training device

運動機能だけでなく認知機能も同時に活性化できるような新しい訓練機器の開発を行うことにした．本システムでは，上肢の動きに加えて，日常生活で必要になる手首のひねりや指の屈曲・

2. 提案する複合トレーニング装置の概要

伸展などを複合的に用いた訓練を可能にする．装置の可動部には，磁気粘性流体（MR 流体）[15] [16] を用いた可変負荷発生器

提案する手指と腕の複合トレーニング装置の概要について説を内蔵し，訓練時の負荷調整に加えて，硬いものや柔らかいもの明する．Fig.1 に開発するシステムの構想図を示す．トレーニを握った感覚など，操作時のフィーリングを変えることも可能

ング装置は，3 自由度アームの先端に使用者が握って動かす操作にする．生活を送る上では感覚や知覚の機能と運動機能の統合

デバイスが取り付けられた構造となっている．使用者はこの操が重要で [17]，それらを含めた複合トレーニング装置を目指す．

作デバイスを握り，画面に提示された訓練アプリの指示に沿っ

本装置は，地域の高齢者向けの介護福祉施設や交流センター等て装置を動かすことで訓練を行う．操作デバイスのグリップ部に設置することで高齢者の方々に楽しみながら訓練してもらう

は，各指を独立して屈曲させて握ることができる構造となっておことを初期目標に置いている．健常な高齢者であれば運動・認り，対象物をつまんだり指毎に握る力を調整したりといった指知機能の自己チェックに，ケアプログラムに参加されている方

先の細かな動作を入力することができる．本システムには，安等であれば施設スタッフと共に利用することで機能維持のため

全性の観点からモータ等の能動的な駆動要素を配置せず，代わの訓練や日々の状態分析に活用できると考える．以下，第 2 章

りに指部分とアームの関節部分に MR 流体を用いた独自の可変では提案するトレーニング装置のコンセプトや構造について説

負荷発生器を用いた構造とする．それにより，訓練内容や個人明する．第 3 章では開発したトレーニング装置を構成する機器の状態に応じて負荷を使用者に与えることができる．また，負の開発について説明する．第 4 章では訓練負荷やフィーリング

荷抵抗をリアルタイムに制御することによって場面に応じた操の制御法を説明する．第 5 章では訓練のために開発したアプリ

作フィーリングを使用者に与えることも可能なため，握っていとその試用評価の結果を報告する．第 6 章では全体のまとめとるものの硬さや疑似的なバイブレーション（押し込む際の負荷

今後の展望について述べる．

の強弱の切り替え，詳細は 4. 2 で記述）を感じさせたり，力覚を取り入れた認知・運動訓練に利用したりといった感覚提示デ

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高齢者の運動機能と認知機能の維持を目的とした手指・腕の複合トレーニング装置の開発

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バイスとしての応用も可能である．本システムでは，訓練中のこの抵抗トルクはアーム設計後の先端に発生する抵抗力をもと装置の動きや装置を握る力等を電子データとして保存しておくに評価するため，詳細は 4. 1 に記述する．

ことができるため，長期使用による訓練効果の分析や認知・運動機能の変調の検出などの機能を搭載することで，施設スタッ
フや家族による包括的なケアや見守りに活用できる．
なお，本装置は筋力トレーニングをさせることが目的ではな
く，感覚トレーニングや作業中の負荷を変化させることを目的としているため，高齢者が操作デバイスを動かすときの抵抗力の変化としてアームの姿勢・力の向きによらず 10 N，装置を握った際の指一本あたりの抵抗力の変化が 5 N は発生できることをプロトタイプの開発目標として可変負荷発生器を設計した．

3. 開発したトレーニング装置
実際に開発したトレーニング装置を Fig.2(a) に示す．回転(a) Appearance

型可変負荷発生器 R1 と R2 は直接アーム関節軸に取り付けられており，アーム手先の並進動作に対して抵抗を発生する．回転型可変負荷発生器 R3 は Fig.2(b) のように手先から少し離れた位置（第２リンク上）に配置してベルトとプーリで操作デバイ
ス下部中央の回転軸に回転抵抗を伝えている．これによって使用者の手首のひねりに対して負荷を与える．なお，ベルトが緩まないようにプーリ間距離を調整できるテンション機構も内蔵している．アーム先端には Fig.2(c) のようなパームレスト付
きの操作デバイスが取り付けられ，使用者はここに手を置いて操作する．操作デバイスには直動型可変負荷発生器 P1,P2,P3を配置し，指への負荷やフィーリングの調整をしている．以下，
回転型可変負荷発生器，直動型可変負荷発生器，操作デバイスの開発及び 3 自由度アームの設計について順に詳細を説明する．

3. 1 回転型可変負荷発生器の開発
本節では開発した回転型可変負荷発生器の構造と負荷特性について述べる．

(b) Internal Structure

3. 1. 1 装置の構造
回転型可変負荷発生器の外観を Fig.3(a) に示す．小型の流Fig. 3: Variable load generator (Rotary type)

体用ロータリーアクチュエータの入出力ポートを自作の負荷発生ユニットに接続し，Fig.3(b) のように閉じた流路を形成している．内部には MR 流体 (LORD 社 MRF-132DG) を封入し，コイルで磁界を印加することで流動抵抗を発生させる．少ない
電流で強い抵抗を発生させるため，コイルの向きが交互になる
ように配置し，図に示す磁気回路を構成している．さらに，図中で示したように流路の一部を 0.5 mm 厚の狭流路とすること
で，垂直磁界によって効果的に大きな抵抗を発生する構造にしている．磁界の強さをリアルタイムに調整することで回転に対する抵抗感の制御が可能となる．

Fig. 4: Measuring equipment

3. 1. 2 負荷特性の測定製作した可変負荷発生器の性能を確認するために，負荷特性の測定を行った．Fig.4 に測定装置の外観を示す．可変負荷発生器の回転軸にレバーを取り付け，その先端に 6 軸力覚センサ(サンエテック SFT200D) を配置した．コイルに電流を流した状態でレバーを押す力を徐々に強めていき，動き出した瞬間の抵抗トルクを力覚センサの値から算出した．
結果を Fig.5 に示す．グラフの横軸はコイル一つあたりの電流値で，銅線の許容値内で 0 A から 0.3 A まで 0.05 A 刻みで変化させた．縦軸は各電流条件での抵抗トルクで，三回ずつ測定した結果を掲載している．図より電流とともに抵抗トルクが増加している．0.3 A 時に飽和の傾向がみられるが，今回の装置で 8.7 Nm 強の抵抗トルクを発生できることが確認できた．

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Fig. 5: Output characteristics of resistance torque201x 年 xx 月

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3. 2 直動型可変負荷発生器の開発
操作デバイスを握った際の負荷やフィーリングを変化させることを目的として，直動型可変負荷発生器の開発を行った．本
節では開発した直動型可変負荷発生器の構造と負荷特性について述べる．

3. 2. 1 装置の構造
直動型可変負荷発生器の外観を Fig.6(a) に，MR 流体の流れ
及び基本構造をそれぞれ Fig.6(b) と Fig.6(c) に示す．2 つのベローズを流路でつなぎ，そこにコイルを配置した構造で，内部を MR 流体（LOAD 社 MRF-122EG）で満たしている．図の左側は指で押す押下部，右側はリザーバで，押下部を指で押すと(a) Appearance

内部の流体がリザーバに移動する．押下部には戻しばねが取り付けられており，指を離すと元に戻る．コイルに電流を流してMR 流体に磁界を印加すると，流動抵抗が増加し，指先に負荷を発生できる．この構造は研究室で開発したロボット杖 [18] [19]を小型化したもので，磁界を強めるためにコイル部分の流路に鉄心を配置したり，コイルの巻き数を増やしたり（2500 巻）する工夫を行っている．操作デバイスに組み込む際には，Fig.6(b)のように MR 流体の流路を折り返す構造にして高さを抑え，押下部の指置きには訓練中の指先力の情報を測定するために圧力センサ（ニッタ株式会社 FlexiForce A201-1）を内蔵している．

3. 2. 2 負荷特性の測定
実用的な電流値で指先にどの程度の抵抗力を発生できるか確認を行った．前節と同様に，力センサに押下部を押し付けて動(b) MRF ﬂow path

き出しの抵抗力を測定したところ，0.3 A のときに 7.5 N の抵抗力を発生できることが分かった．流体が入っていない状態の戻しばねとベローズの段階では柔らかめの押しボタンスイッチと同程度の復元力に設計しており，初期段階で 1.35 N，完全に押し込むと約 4 N の復元力がかかるようになっている．また，前項で示した抵抗力 7.5 N はベローズのストロークがゼロの状態で測定したものであるが，復元力 1.35 N を差し引いても単体で 6 N 強の抵抗力を発生させることができる．この 6 N 強の抵抗力はストロークによらず発生できるため，元々のボタン
スイッチの特性に加えて 6 N 強までの抵抗力を付加することが(c) Basic structure

でき，各指に抵抗感覚を提示するには十分な変化量であると判断した．

Fig. 6: Variable load generator (Linear type)

3. 3 操作デバイスの開発
直動型可変負荷発生器を用いて操作デバイスを製作した．

Fig.7 に示すように，親指，人差し指，中指＋薬指の 3 箇所の独立した屈曲運動を実現するために，それぞれに直動型可変負荷発生器を配置した構造とした．操作デバイスのプロトタイプの形状や指の配置は，学生十数名の指の付き方を参考に指先の屈曲方向と位置を決定し，サイズは高齢者向けに一番手の小さい学生に合わせることで，全員が違和感なく扱えるものとした．

3. 4 3 自由度アームの設計
3 自由度アームのリンクの長さと原点位置の検討を行った．プ
ロトタイプでは高齢者が無理なく動かせて，訓練アプリ上で操Fig. 7: Conﬁguration of operation device

作を行うのに狭すぎないように，操作範囲を 30 [cm] × 30 [cm]に決定した．アームの各関節の可動範囲や机の上に置くことができる大きさの制約を考慮しながら，ロボットにとっても無理なく実現できる原点位置とアームの長さを運動学計算に基づいを Table 1 にまとめる．図中の四角形が操作範囲であり，アーて決定した．採用したアーム長さと原点位置から算出したアームの可動範囲に対して余裕があるため，使用者にもロボットにム先端の可動範囲を Fig.8 に示し，その際に用いたパラメータも無理なく動かせる範囲である．

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高齢者の運動機能と認知機能の維持を目的とした手指・腕の複合トレーニング装置の開発

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Table 1: Parameters for kinematic calculation
Length of Link1 [cm]35
Length of Link2 [cm]35
Range of operation
30 cm × 30 cm
Possible range of θ1 [deg]70 〜 160
Possible range of θ2 [deg]-150 〜 -30

Fig. 10: Resistance force at each point

Fig. 8: Operation range of 3-DOF arm

Fig. 9: System conﬁguration
Fig. 11: Relationship (resistance force and speed)

4. トレーニング装置の制御
本装置は訓練アプリの入力デバイスとしての意味と訓練負荷やフィーリングを使用者に提示する出力デバイスとしての意味を持つ．本装置の制御システムの構成を Fig.9 に示す．制御部はトレーニング装置側の制御ボックスに集約されており，ア
プリをインストールした PC と USB 接続をするだけで手軽に使用できるようにしている．制御ボックスに内蔵したマイコン（STM32 NUCLEO）は，センサ情報の取得と負荷発生器の電Fig. 12: Control of slip feeling

磁コイルの制御を担う．本節では訓練負荷やフィーリングの制御法を説明する．

4. 1 手先抵抗力の制御
使用者に提示する x,y 方向と手首のひねりの抵抗力は，アームの回転関節に取り付けられた回転型可変負荷発生器の抵抗トルクを制御することで実現している．抵抗トルクの制御は，duty
比 100 ％で 0.3 A の電流が流れるように調整した PWM 制御
によって行っている．
訓練アプリでは，例えば，壁があってその方向に行きにくい
状況や物を掴んで運ぶときに抵抗力をかけて重く感じさせるな
どの使い方を想定して，次の式を用いて提示したい手先抵抗力

F に対して関節で発生すべき抵抗トルク τ を算出することにした．ここで，J はヤコビ行列である．
τ = JT Fの手先抵抗力は，特異点に近い Fig.8 の左下付近でも約 4.2 Nであり，操作範囲内のすべての位置と方向において，電流ゼロの状態に対して 10 N 以上の抵抗力を付加できるため，前述の開発目標を満たすと判断した．
ただし，MR 流体は基本的に粘性抵抗として働くため，速度に応じて手先抵抗力は増加する．Fig.11 は，Fig.8 の操作範
囲中央部で Eq.(1) の目標手先抵抗力 F を一定にするように制御した状態で，手先部に 6 軸力覚センサを取り付けて速度と手先抵抗力の関係を実際の装置で実測したものである．ここでは4 種類の目標手先抵抗力（F1 〜F4 ）を設定した場合に手先速度（1）（横軸）に応じて抵抗力（縦軸）がどのように変化するかを示し

Eq.(1) と最大電流（duty 比 100 ％ = 0.3 A）での抵抗トル
ク 8.7 Nm を用いて，操作範囲の代表的な位置で各方向に発生できる手先抵抗力を計算すると Fig.10 のようになる．図中の日本ロボット学会誌 xx 巻 xx 号

円は半径 15 N の円を表しており，操作範囲内ですべての方向に少なくとも 15 N の抵抗を発生できることが分かる．0 A 時ており，図中の直線はそれぞれの近似直線である．ニュートン
流体の場合には静止状態の抵抗はゼロで速度と抵抗力の関係は比例するが，MR 流体はビンガム流体の特性を示すため，磁界—5—201x 年 xx 月

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Fig. 15: Training experiment for elderly staﬀ
Fig. 13: Unlocking game2 種類作成した．訓練アプリとしては，使用者のモチベーションの向上につながり，楽しくトレーニングできるようなものが望ましい．そこで，今回は「鍵開けゲーム」と「指先力調整ゲー
ム」というゲーム性を持った訓練アプリを作成した．そして，通所介護施設の高齢スタッフに本装置を体験してもらい，システ
ムの評価を行った．本節では各訓練アプリの説明と試用してもらった結果について述べる．

5. 1 訓練アプリの作成
Fig.13 は鍵開けゲームの画面で，フィールド内に使用者の手と鍵，ゴール（鍵穴），障害物（仮想的な沼地）が配置されている．手を鍵の上までもっていき操作デバイスを握ると鍵を把Fig. 14: Fingertip force control game

持することができる．その状態で鍵穴まで運搬して，鍵をひねをかけると静止状態でも手先抵抗力が存在し，Fig.11 のようる要領でデバイスをひねるとスコアが加算されるゲームである．

な特性になる．Eq.(1) は PWM に基づく抵抗トルクの制御に

沼地に見立てた障害物領域の上を通ろうとすると手先に抵抗力

よって比較的速度の小さい領域での発生力を制御するもので，が与えられて動きづらくなるため，戦略的に上手く沼を避けて図の実測結果のように訓練アプリ内で自由に設定ができる．速効率的なルートを通る必要がある．本アプリでは，指で握る動度を上げていくと図のように粘性による抵抗力が付加されてい作，手首のひねり，腕の粗大動作を複合的に訓練することがでくが，傾きは目標手先抵抗力によらずほぼ一定である．今回のきる．

トレーニング装置では粘性抵抗分は速度に比例した訓練負荷とFig.14 に指先力調整ゲームの提示画面を示す．画面中の 3

して働き，Eq.(1) に基づいて設定した目標手先抵抗力の分だ

本の棒は各指の力の大きさによって伸び縮みするようになってけ抵抗力を底上げする（グラフを上方向にシフトする）ようにおり，これを 3 本同時に目標の範囲（2 本の横棒の間）に収め使われる．なお，操作範囲内において静止状態のときの実際のて保つことで得点できる．この訓練アプリを行うことで，各指手先抵抗力のばらつきを測定したところ，トレーニング装置可の力を各々異なる目標値に近づける必要があるため，指先の独動部の摩擦などによる影響も含めても，提示したい手先抵抗力

立動作の訓練と合わせて脳機能の活性化が期待できる．

5. 2 通所型介護施設での試用に対して 1 割程度に収まる精度であることを確認した．

4. 2 指先フィーリングの制御

倫理委員会の審査と静岡大学学長の承認（静岡大学倫理許可

直動型可変負荷発生器の抵抗力を制御することで操作デバイ

番号 No.22-9）のもと，通所型介護施設の 60 歳から 72 歳の高スを握った際の負荷や多彩なフィーリングを発生させる．例え

齢スタッフ男女 10 名に本トレーニング装置を試してもらった

ば，電磁コイルに流す電流の duty 比を変化させることで柔ら様子を Fig.15 に示す．本システムのコンセプトや装置についかい感触から硬い感触まで実現できる．また，負荷の強弱を周ての説明を行った後，各訓練アプリの体験をしてもらった．体期的に切り替えることで，押し込む際に振動を感じさせること

験後，実際の通所者に使ってもらうことを踏まえて，使用感やができ，切り替え周期を調整することで 100 Hz 程度の細かなアプリ内容についてディスカッションを行った．

振動から 10 Hz 程度の粗い振動まで実現できる．さらに，指先

鍵開けゲーム，指先力調整ゲームともに点数を競い合うようの力センサの情報を用いることで，Fig.12 中の a→b→c のよに楽しく体験してくれたことが印象的であった．鍵開けゲーム

うに押さえる力を強めていき，ある一定値に達した瞬間に負荷については，Fig.16 に示すように，滑らかな曲線軌道を描くが突然無くなるスリップ感覚 (d) を提示することもできる．こ人が多かったが，中には角ばった軌道になる人もいた．共通しのように，日常ではあまり体験できないような感覚についてもて，訓練としては手軽で扱いやすく運動効果や脳の活性化の効提示が可能である．

果が期待できるという評価であった．指先力調整ゲームについては，頭をすごく使うが楽しいというのが共通意見で，日常生

5. 訓練アプリの作成と装置の評価

活では滅多に行わない動作であるため，新鮮で楽しめたとのこ

開発したトレーニング装置を用いた訓練アプリのサンプルを

JRSJ Vol. xx No. xxとであった．Fig.17 は，ある被験者の中指＋薬指の指先力調整—6—xx, 201x

高齢者の運動機能と認知機能の維持を目的とした手指・腕の複合トレーニング装置の開発

7の通所者に長期間使用してもらい分析することで，高齢者に対する訓練効果を明らかにしていく予定である．既に 5 種類の訓練アプリを作成して装置の改良も行っており，訓練データの詳細分析結果と訓練効果については第二報として報告する予定である．
謝 辞

本研究は，公益社団法人ふじのくに地域・大学コンソーシアムの令和 3, 4 年度助成および令和 5 年度科学研究費補助金（基盤研究 C）No.E23K102010 を受けて行われました．
深く感謝申し上げます．また，実験に協力していただいた通所型介護施設のスタッフの方々に心より感謝申し上げます．

Fig. 16: Device trajectory

参

Fig. 17: Middle & Ring ﬁnger force during the gameの様子である．図のように目標範囲に頑張って力を合わせようとしているのが見受けられる．被験者のうち楽器経験などがある方は素早く目標に合わせられる傾向が見られた．
装置を使った訓練は全体的に好評で，通所者にとっても楽しみながら訓練できる良いトレーニング装置であるという感想を多く頂いた．繰り返し訓練を行うことで効果がありそうで，訓練の記録を残してスコアの改善や動きの変化を見られることは，
施設スタッフにとって非常にありがたいとのことであった．使
用者に応じて難易度や反力の大きさを調整でき，手が小さい人や左利きの人でも使いやすいようなデバイスができればより実用的であるという意見もいただいた．今後は訓練アプリの追加・改良や装置形状の改善を行っていく予定である．また，実際の通所者に使用してもらい，長期間の訓練効果の確認を行ってい
きたいと考える．

6. お わ り に
本論文では，指先の細かな動作と上肢の大きな動きを複合的にトレーニングできる装置の開発を行った．装置はアームの先端に使用者が握る操作デバイスが設置された構造で，回転関節と操作デバイスのグリップ部分に MR 流体を用いた独自の可変負荷発生器を内蔵しているため，使用者が操作デバイスを動かすときに負荷を発生させたり，握ったときに柔らかい感触や硬い感触などの指先の感覚を提示させたりすることができる．開発した訓練アプリ 2 種類を通所型介護施設の高齢スタッフに試用してもらい，脳機能と運動機能を同時に活性化させる装置として実際の通所者にも使用できそうであるという見込みやそれに向けた今後の改善点に関する知見が得られた．今後は，施設

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考

文

献

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[11] オージー技研株式会社， Be-Well シリーズ WE-100 / WE-110 ，オージーウェルネス，https://www.og-wellness.jp/product/rehabilitation/we100-110，2023 年（2023 年 6 月アクセス）[12] 平野 哲，才藤 栄一，角田 哲也，他， 歩行練習アシスト（GEAR）と運動学習 ，The Japanese Journal of Rehabilitation Medicine（リハビリテーション医学），54 巻，1 号，pp.9-13，2017 年．
[13] 山内 実，今井田 昌幸， 藤掛 祥則，他： 片麻痺患者向け歩行練習支
援ロボット「ウェルウォーク WW-1000」，日本ロボット学会誌，37
巻，1 号，pp.65-66，2019 年．
[14] 才藤 栄一，生駒 一憲，他： 片麻痺上肢への革新的治療法 ，TheJapanese Journal of Rehabilitation Medicine（リハビリテーショ
ン医学），48 巻，3 号，pp.184-205，2011 年．
[15] J D Carlson, M R Jolly:
MR ﬂuid, foam and elastomer devices, Mechatronics, vol.10, pp.555-569, 2000.
[16] 菊池 武士： MR 流体のロボティクス・メカトロニクスへの応用方
法 ，日本ロボット学会誌，31 巻，5 号，pp.469-472，2013．
[17] 稲富 惇一，桂 雅俊，萩原 賢二，他： 感覚障害へのリハビリテーショ
ン ，高知県作業療法，1 巻，pp.37-42，2021 年．

201x 年 xx 月

久保田

8

幹 也

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藤

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孝

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[18] 兼子 翔輔，賀 懌哲，伊藤 友孝： 高齢者の不整地での歩行を支援する
ロボット杖の開発 ，日本ロボット学会誌，37 巻，3 号，pp.253-263，
2019 年[19] 伊藤 友孝，兼子 翔輔，賀 懌哲： 安定な歩行を支援するロボット杖の開発−特性評価とスマートフォンとの連携機能の開発− ，地域ケ
アリング，23 巻，4 号，pp.75-80，2019 年.

久保田幹也（Mikiya Kubota）
2022 年静岡大学工学部機械工学科卒業．同年，静岡大学総合科学技術研究科工学専攻博士前期課程入学，現在に至る．高齢者向けの複合トレーニング装置の MR 流体デバイスおよびシステム開発に従事．
日本機械学会学生会員．

清水大海（Hiromi Shimizu）
2023 年静岡大学総合科学技術研究科工学専攻博士前期課程修了．同年，シンフォニアテクノロジー株
式会社に入社，現在に至る．在学中は高齢者向けの複合トレーニング装置の MR 流体デバイスおよびシステム開発に従事．

伊藤友孝（Tomotaka Ito）
1994 年名古屋大学大学院工学研究科電子機械工学専攻修了．博士（工学）．静岡大学工学部機械工学科助手，同講師，助教授を経て，2007 年より准教
授．人間機械系や医療・福祉関連のロボット研究に従事．IEEE, 日本機械学会，日本生体医工学会，日本早期認知症学会，計測自動制御学会の会員．
（日本ロボット学会正会員）

鈴木みずえ（Mizue Suzuki）
1992 年 筑 波 大 学 大 学 院 医 科 学 研 究 科 医 科 学
専 攻 修 士 課 程 入 学 卒 業 ，1996 年 同 大 学 院 医
学研究科環境生態系専攻博士課程入学卒業，2016 年 浜 松 医 科 大 学 臨 床 看 護 学 講 座 教 授 ，現在 に 至 る ．高 齢 者 ケ ア の 質 向 上 ，特 に 転 倒・認 知 症 予 防 の た め の 研 究 に 従 事 ，日 本 転 倒 予
防 学 会 ，日 本 早 期 認 知 症 学 会 ，日 本 認 知 症 ケ ア 学 会 各 会 員 ．

JRSJ Vol. xx No. xx—8—xx, 201x