ロボット装着部における創傷発生機序の解明および装着部安全性試験装置の開発

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H03134
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 山田 陽滋 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (90166744)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 秋山 靖博 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (00610536) ; 岡本 正吾 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (10579064) ; 伊藤 安海 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (40356184)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 装着型ロボット / 接触安全 / 創傷リスク

Outline of Annual Research Achievements

装着型ロボット-皮膚接触面における皮膚側応力分布を計測するため，接触面直下に配置する応力センサの開発を行った．応力センサはPVDFフィルムの両面にアルミ蒸着で電極を形成したものであり，応力により生じる変形を検出できる．今回，再現性の観点からセンサ素子を埋め込む母材としてゲルを用い，表面負荷に対応する信号計測を実施した．モータで駆動される水平往復機構を用い，ゲル表面に繰り返しせん断変形を与え，その際の変形量・変形速度・センサ位置によるセンサ出力への影響を計測・評価した．これにより，微小変形時の線形傾向，装着型ロボット模擬接触端子端部周辺における不均一な変形状態等が確認された．また，センサ埋め込み深さの影響についても検証を行い，埋め込み位置が浅い場合，ゲル表面特性に影響を与え，正常に計測が行えない場合があることを確認した．また，センサの変形によりフィルムに生じる負荷を説明する力学モデルおよび負荷に対するフィルムの帯電を説明する電気的モデルを組み合わせ，センサの変形と出力の関係を表すモデルを構築した．
実用に際しては表面負荷，内部応力とセンサ出力の関係式を求め校正を実施する必要があるため，力覚センサ・光干渉法等を用いて表面およびゲル内部の負荷・応力を計測し，本研究において開発中のセンサによる出力と比較する必要がある．そのため，今後はセンサの小型・薄型化による特性の改善とともに，妥当性確認を実施する予定である．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

PVDFフィルムの両面にアルミ蒸着により電極を形成した素子をゲルに埋め込み，ゲルに与えられるせん断変形を計測した．これにより，センサ特性の取得およびせん断応力分布の計測を行った．ゲルに埋め込んだセンサによる変形の検出の成功は，本研究の目的である，母材内部に生ずる応力分布および表面負荷を計測・推定可能な埋め込み式センサの開発に向けた大きな進捗である．また，母材変形とセンサ出力の関係のモデル化を行ったことで解析的な検証が可能となり，シミュレーションによる結果の妥当性評価についても進展がみられた．

Strategy for Future Research Activity

センサの小型・薄型化を進めてきたが，現状においても埋め込み深度が浅い場合，表面特性に影響を与えることがあることが明らかとなっている．そのため，より低剛性，薄型のセンサとするため設計の改良を行う．一方，極度に低剛性とすると計測対象母材への埋め込みが現行の方法では困難となることが予想されるため，埋め込み方法についても再考する．
センサの校正のため，表面負荷および内部応力の計測を開発中のセンサとは異なる方法で行い，結果を比較する．表面負荷についてはせん断装置に力覚センサを実装することで行い，内部応力については透明ゲルによる変形の可視化およびFEMシミュレーションにより行う．