上水道を利用した電源不要な水圧式駆動源の開発とその応用
| Project/Area Number |
21K14133
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
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| Research Institution | Okayama University of Science |
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Principal Investigator |
小林 亘 岡山理科大学, 情報理工学部, 講師 (00780389)
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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 |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 純水圧駆動システム / 水道水圧増圧器 / 流体発振器の解析 / 下肢保持システムの提案 / 下肢を模したロボットアームの重力補償制御実験 / 水道水圧駆動型人工筋の制御系設計 / 水圧駆動システム |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、ソフトロボティクス分野における新しい駆動源の開発を目的とし、電源（電動機）不要なパッシブ型システムを構築するため、水道水圧のみで駆動でき3倍程度増圧可能な増圧器を開発する。
また、開発した増圧器を上水道を利用した水道水圧システムに適用し、その有用性を確認する。具体的には、機器を身体に直接装着する水圧駆動式リハビリテーション機器に適用し、従来の空気圧システムで問題となっていたコンプレッサの騒音や振動の解決を図る。
さらに、上記の電源不要なシステムが実現されれば、非常用駆動源としての運用も期待されるため、停電時などに使用可能な非常用の駆動源としての可能性についても検討する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度にはリハビリテーションシステムについて検討し、PTの作業を完全に代替するシステムのような自動化ではなく、PTの作業を補助するシステムの開発に関する基礎的な研究を行ってきた。具体的には、重力補償制御による下肢保持の有効性を確認し、下肢を模擬した１関節ロボットアームによる実機検証実験を行っている。また、提案システムの設計に取り組み、高剛性のフレームを直接患者に装着しない補助システムの設計として、患者がベッドに横たわった状態で人工筋を大腿部にベルトを用いて装着する簡易なシステムを実現した。
今年度は昨年度取り組む予定であった増圧器の改良について検討した。増圧器は基本的な構造や原理は明らかになっている一方、ストロークエンドにおける切り替えには電磁弁を用いており水道水圧駆動システムのメリットを損なっていた。そこで、今年度は電磁弁などの電気駆動での切り替えから純水圧駆動での切り替えを実現するため、流体スイッチング素子を組み合わせた流体発振器の設計について検討した。具体的には、OpenFOAMと呼ばれる熱流体解析ソフトを用いて切り替え原理の確認および切り替え可能な設計について検討し、これらの結果に基づいた試作を行った。動作確認実験では制御ノズルからの流量を切り替えることによりメインノズルの流路切り替えが確認され、その有用性が示され水圧駆動のみで動作する増圧器の実現可能性が示唆された。これにより、昨年度得られたリハビリテーションシステムと今年度得られた増圧器を組み合わせることにより、本研究で提案する電源不要な水圧式駆動源とその応用先であるシステムが実現される。
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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
電源を使用することなく水圧源を増圧する手法として、流体発振器を利用した手法の基礎的研究が順調に進みその有用性が確認された。昨年度の成果と合わせることで本研究で目的とする電源不要な駆動源とその応用先としてのリハビリテーションシステムの開発が予定通り進むと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述のように必要となる基礎的な研究成果が得られつつあり、最終年度となる今年度はこれらを統合して研究を進めていく必要がある。まず流体発振器を利用した増圧器の基本特性を明らかにした後、提案するリハビリテーションシステムに適用しその有用性について実験的に検証していく予定となっている。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
