人間の足関節は、バランスを保ち、衝撃を吸収し、歩行の推進力を与えるなど、人間の歩行サイクルにおいて重要な役割を担っています。 しかし、脳卒中や筋ジストロフィーなどの神経損傷の患者さんでは、足底背筋の衰えによる運動障害に悩まされることも少なくありません。
足関節装具（ankle–foot orthosis，AFO）は、患者さんの足首のアライメントを矯正するために使用される装着型の医療機器です。 合肥工業大学の研究者らは、足首のリハビリテーションのために、電気モーターとフレキシブルアクチュエータを直列に駆動し、足首関節の背屈および足底屈方向の補助を行う足関節足部装具外骨格を開発しました。 この外骨格は、磁気レオロジーブレーキ（MR）を備えたタンデム型フレキシブルアクチュエータ（SEA）で駆動され、SEAのモータで電気エネルギーを生成して足首のリハビリテーション期に電力を供給するエネルギーハーベスティングモードで動作します。
設計・開発した足部装具ロボットの性能を評価するために、健常者5名を対象とした歩行実験を行った。 以下の条件で計4組の実験を行った。
1)AFOを着用しないでください
2)AFOを着用しますが、起動しません
3)AFOを装着して起動しますが、磁気レオロジーブレーキは使用しません
4)磁気レオロジーブレーキを使用してAFOを着用し、起動します
第1グループの実験では、被験者は運動時にAFOを装着せず、通常の歩行を行った。その際の足首の動きに関するデータを正確に取得するため、被験者の下肢に反射型マーカードットを取り付け、フィールドに配置したNOKOV光学式モーションキャプチャシステムで取得した。第2、第3、第4グループの実験では、AFOを装着し、AFOのセンサーでデータを取得した。
実験結果を図に示します。 実験の結果、足首装具外骨格は、制御性足関節屈曲（CD）期には装着者の足首を足関節屈曲に制動してエネルギーを回収し、消散性足関節屈曲（PP）期には装着者の身体が前に進むための足関節屈曲トルクを提供し、遊脚相ではつま先の踏み込み量を維持できることを明らかにした。 外骨格は、足首の背屈・底屈方向の補助に有効です。
実験結果：（a）CD期の平均足首角速度、（b）CD期の平均パワー、（c）PP期の平均足首角変位、（d）遊脚相の平均足首角
参考文献。[1]Chen B, Zi B, Wang Z, et al. Development of Robotic Ankle–Foot Orthosis With Series Elastic Actuator and Magneto-Rheological Brake[J]. Journal of Mechanisms and Robotics, 2021, 13(1).
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