空気式パラレルマニピュレータを用いた手首部リハビリ支援装置の開発－多自由度リハビリ動作の実現

摘要

本研究では手首のリハビリ動作に着目し，これを支援するロボットシステムの開発を目的とする．在宅でも訓練できることを考え，装置自体の小型·軽量化，および低コスト化をはかる．手首関節部はFig.1(a)に示すように，凸凹形状をした関節骨同士で構成されている．これら関節骨は骨膜により覆われ，骨膜内は潤滑の役目をする骨液で満たされている．理学療法士によると，手首部のリハビリ動作では関節骨同士の摩擦を防ぐために図中に示すように腕の軸方向に常に引張力を与えながら訓練動作を行うことが重要とのことである．また，Fig.1(b)に示す屈曲/伸展動作においては，屈曲/伸展方向へ単にモーメントを与えるだけでなく，手根骨を正しい位置に留めておくように押し込み力を加えながら行うことが要求される．このように手首部のリハビリ装置には，手首の運動に対応する自由度（回転3自由度）を有するだけでなく，手首特有の訓練動作を実行するために，望ましい軸方向に力および位置制御を実施できる機能が要求される．手首に疾患を有する患者の多くは関節部が拘縮した状態にあり，患者自らが連続的に力を増減させるような動作は容易でなく，急激に発生力を変化させてしまう場合もある．このような場合は，支援装置側において反力の吸収機能が不可女となる．空気圧アクチュエータは，空気の圧縮性のため位置サーボ系を構成した場合でも高周波の外力に対して低インピーダンスとなり，高周波域の反力を吸収する機能をそれ自身有しており本支援装置のアクチュエータとして有用である．そこで本研究では，コンパクトな構造ながら多自由度を駆動できる空気式パラレルマニピュレータを用いた手首部リハビリ支援装置を開発する．上記に示す多自由度特性を活用したリハビリ訓練動作の実現可能性について実験により検証したので報告する．