平成11年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

下肢リハビリ支援システムの開発
後藤和弘・池田喜一☆
機械電子部・★九州工業技術研究所

Developmentoflowerli皿brehabilitationsupportsystem
KazuhiroGOTOH中KiichiIKEDA＊
Mechanics＆ElectronicsDivision・＊KyushuNationalIndustrialResearchInstituteがあるが，人を運ぶためのものであり，歩行訓練には適1．はじめに将来の高齢化社会が問題となっているが，一般に高齢していない．

化が進むにつれて身体機能が低下していく．特に下肢機能の低下は行動範囲の制限につながることから∫ 精神面

3．下肢g」ハビリ支援システム

でも不安定になる可能性がある一 このような高齢者や事

3．て システムの概要

故などによる下肢不自由者が，下枝機能の低下予防，維水中における歩行訓練では常に訓練者の真上に浮力が持♪ 回復訓練を目的として歩行訓練装置を利用すること作用し，下肢へCつ負担が少ない状況で訓練ができる，太で，これらの問題を軽減することができる．

研究では，これと同様の効果が得られるように常に訓練

そこで本研究では，高齢者や下肢不自由者を対象とし者の身体を真上から支持し，下肢への負担を軽減しつつた下肢リハビリ支援システムの開発を目標として，訓練下肢へ与える負荷を調節しながら訓練可能な下肢リハヒ者の下肢の負担を軽減するように，下肢への負荷を調節リ支援システムの開発を目標とする．

段差やスロープ等を含む生活環境に近い状況で訓練をする身体支持機構について検討する．

行う場合）下肢機能が低下していると段差等に足をひっかけることや歩行中に足元が不安定になる可能性がある．

2．従来の研究

その結果，転倒などにより打撲等の二次的な障害につな患者の歩行を支援する簡易な器具としては，Flg．1のような4脚式または車輪つきの歩行器などがあるが，上肢がる恐れがある．また，目標の訓練経路に沿って歩けずで体重を支える力が必要になる．また，段差等の乗り越身体が左右にふらつくことも想定される一−えは困難であり，平地での訓練においても転倒しないよ

これらの点を考覆し，Flg．2に示すシステムを設計した．

身体支持機構から吊り下げたワイヤで訓練者の身体を支うに注意を要する，などの問題点がある．
アクチュエータをもつ歩行訓練装置としては，吊り上持し，カメラでマーカの位置を検出して訓練者の動きにげ式の歩行訓練装置りや訓練評価機能を持ったフィード追従するよう支持機構を制御する．訓練者がふらついた

バック型歩行訓練装置2′などがあるが，いずれも動作可場合など小さな移動については支持機構だけを制御して能領域が限られている．藤江らJ）による歩行介助システ

常に訓練者を真上から支持できるようにする．また，歩ムは室内の広い範囲を移動できるが，装置は比較的大き行によって室内を大きく移動する場合にはガイドレールい構造となっている．これらのシステムでは斜面や段差を用いて誘導する．下肢へ与える負荷を調節するには，などを含むような実際の日常生活環境に近い訓練環境を床反力計などをもとに支持機構を制御する．

自由に構成することができない．

一方，吊り上げ式の装置としては天井走行型リフター

Fg．2下肢リハビリ支援システムの概念宜Frg．1歩行邑絹斎器具の例−24−平成11年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

ここ＼／／／／

ベルト等を用いて身体を支持することで転倒を防止する．

4底

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また，下肢への過度の負担を避けるために下肢に与えるC2︒■4︒朝潮Ⅷ12ロ■■ここ＼祁m山紅∴軋瓜∴㍑︹

3．2身体支持機構
支持機構部では，訓練者の頭上からワイヤを吊り下げ，t（s曽C）（1）1つのモータだけを駆動︑ニ！二﹁．

そこで，身体の支持機構として3自由度をもつパラレ

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乱打仰二㍑〇

動きに追従して支持機構を制御する．

釣仰1二．こ＼場合でも身体を常に真上から支持できるように訓練者の20m幻机相田0

負荷を調節するとともに，水平方向へのふらつきがある

c 1 2 「 4 5 6

C 1 2 3 4 5 6 7 8

ルリンク機構を使用する．下肢への負荷を調節するには，

こ毎L・J（2）2つのモータを同時に駆動

パラレルリンク機構を垂直方向に制御し，訓練者が前後，三三F左右にふらつく場合には機構を水平方向に制御して追従舎○ ←／／

し，常に真上から身体を支持する．

60「；…」。」 ⊥⊥3．3パラレルリンク機構〇パラ′レルリンク機構は複数の腕（リンク）で先端部（エコ 3 ヰ 5 6ノ／

800 4 5 6 7tこs曽′−、ンドエフェクタ）を支持する構造で，動作領域は狭いもt（s匂C）（3）3つのモータを同時に駆動のの）比較的軽量な構造で構成でき，剛性が高く，先端F†g．4パラレルリンク機構先端部の軌跡部に大きな力を発生できるという特長をもつ．また，複一夕，3つのモータを同時に駆動した場合の結果である，数のリンクは構造が同一であり，その構成部晶に同じもいずれの場合にも先端部を滑らかに移動できていて，水のを使用できるため，共通化による実現コストの低減が平方向への移動（結果（1））や垂直方向への移動（結果（3））

可能となる．本研究で開発する支持機構は室内環境で用がこの機構によって可能であることを確認できた．

いるため小型であることが要求されると同時に，訓練者を支持するために大きな力を必要とする．パラレルリン

5．まとめ

ク機構の特長はこれらの要求にうまく合致している．

下肢リハビリ支援システムの開発を目標として，身体今回は機構を検証することを目的として，Fig．3に示す支持機構の概念設計を行った．支持機構部にパラレルリ小型のパラレルリンク機構を試作した．それぞれのリンンク機構を用いることで，水平方向への自由度を持たせクを各々1つのステッピングモータで制御し，全体としるとともに，垂直方向の吊り上げ位置を制御できるようて3自由度をもつ．すなわち並進移動のみが可能で，支にした・そして∫ 試作した機構の先端部を制御する動作

持機構のベース部と先端部を常に平行に保ったまま先端実験によって，その可能性を確認した．

部を移動できる．

今後は支持機構の詳細な制御方策を検討するとともに】訓練者の肩口に取りつけたマーカの動きをカメラ等で検4．システムの検討出し，それに追従して身体支持機構を制御する身体追試作したパラレルリンク機構を評価するため，パソコ跡・誘導システムの設計，ンでリンク先端部を制御し，3次元動作計測装置により試作を行う予定である．

なお，本研究は通産省産業科学技術研究開発制度によ先端部の動作を計測した．Fig．4はこの結果で，先端部のるものである．

Ⅹ軸方軋z軸方向の時間軌跡を表している．図の（1）はモ岬夕を1つだけ駆動した場合，（2），（3）はそれぞれ2つのモ

参考文献
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学会記＼＼Tol．8N0．5、73−78，1990
2）井橋，斎藤，上靴 浅阻 佐藤，辻：フィードバック型歩行訓練装置に関する研免1998年蟹精密工学会春季大会学術講演会講演論文集，614，1998

3）藤江：21世紀の長寿社会を支援するロボット
Genontecbnoユogさ￣S）▼mposium2000講演予稿集，48−50、
2000

Flg】3試作したパラレルリンク機描−25岬