Development of mechanical arms with safety for care in consideration with biomechanical reactions using complex functions
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21K03929
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
山口 誉夫 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (90323328)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤井 雄作 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (80357904)
神尾 ちひろ 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (60945327)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 機械力学・制御 / シミュレーション工学 / 計測工学 / 医療・福祉 / モデル化 |
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| Outline of Research at the Start |
介護機械やロボットが施設や家庭へ普及し、非健常者、老人、子供がこれらと接触する機会が増えそうである。そのために生体との接触を考慮した安全安心な設計が望まれる。柔らかい材料や衝撃吸収機構を持つ介護用機械と反応を含む生体との連成を考慮した動的設計が望まれる。人体ではあわてた動作や予見して身構え筋肉を緊張させる動作などが出現し衝突挙動が変化することが考えられ、その特性も視覚情報の有無，意識の有無で変化しうる。本研究では、独自に提案する複素関数で生体反応を考慮する。これを反応を含まない人体の従来の有限要素数値解析モデルの関節部の接合要素や筋肉要素に検討し、安全性を高めた介護用機械システムを開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度までに，手, 指, 腕などに運動物体が軽衝突した問題について，視覚情報の有無での動的応答の変化が表現できるような計算法と計算プログラムの開発と検証ができている．2022年度では，生体反応を含まない人体の有限要素数値解析モデルに,独自に提案する非線形複素復元力を用いた生体反応関数を組み込む検討を行った.汎用のFEMソルバーでは通常, 生体筋肉要素にHillモデルが用いられている.Hillモデル中の受動要素の非線形減衰項の減衰係数として筋肉の伸び率(stretch ratio)のべき級数の関数にするように定式化した. この時, Hillモデル中の受動要素の非線形復元力項のばね定数も筋肉の伸び率(stretch ratio)のべき級数の関数にするように定式化した. Hillモデル中の能動要素は, そのまま利用する. 非線形減衰項の減衰係数と非線形復元力項のばね定数は非線形複素復元力と等価になるように定式化した.
今まで得られてきた研究成果に関連して，「International Conference on Technology and Social Science 2022 (ICTSS 2022):2021年テクノロジーと社会科学に関する国際会議」で招待講演として「Numerical computation of dynamic responses for hard/soft structures conflicting with living human bodies with reaction」のタイトルで発表した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
申請時の当初の計画では，2022年度,2023年度は,生体反応を含まない人体の有限要素数値解析モデルに,独自に提案する生体反応関数(複素関数)数(複素関数)を組み込む検討を行う予定であった.筋肉要素に生体反応を表現する独自に提案の複素関数を組み込む定式化ができた.以上の理由により達成度として「おおむね順調に進展している．」とした．
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度までに，手, 指, 腕などに運動物体が軽衝突した問題について，視覚情報の有無での動的応答の変化が表現できるような計算法と計算プログラムの開発と検証ができている．2022年度では，生体反応を含まない人体の有限要素数値解析モデルに,独自に提案する非線形複素復元力を用いた生体反応関数を組み込むための定式化を行った.2023年度では，定式化した筋肉モデルを汎用FEMソルバー(ex.LSDYNA)に適用し, 過去の生体と運動物体との軽衝突問題を題材にしてモデルの妥当性について検証する.さらに介護機械用のロボットアームモデルや介護用移動機械モデルと人体モデルとの接触問題について検討し安全生を高めた次世代介護機械システム（介護機械用のロボットアームや介護用移動機械など）を提案する.
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Report
(2 results)
Research Products
(2 results)
