2018 Fiscal Year Research-status Report
使い捨て可能な低コスト・ウェアラブル空気圧制御機器の開発と改良
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16K06202
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| Research Institution | Okayama University of Science |
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Principal Investigator |
赤木 徹也 岡山理科大学, 工学部, 教授 (50311072)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
堂田 周治郎 岡山理科大学, 工学部, 教授 (10090218) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 屈曲チューブを利用した4ポート型サーボ弁 / 低コスト伸長型柔軟空気圧アクチュエータ / 水道水圧駆動ポータブル上肢リハビリテーション機器 / ウェアラブル手首リハビリテーション機器 / 組込みコントローラ / 低コストホームリハビリテーション機器 / 空気圧駆動リニアステッピングアクチュエータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
使い捨て可能な低コスト・ウェアラブル空気圧制御機器の開発と改良として，本年度は，昨年度開発した低コストで製作できる伸長型柔軟空気圧アクチュエータを用いたリハビリテーション機器の開発を行った．具体的には，従来，柔軟な空気圧シリンダを用いて構成していた球面アクチュエータやウェアラブル手首リハビリテーション機器をこのアクチュエータを用いて構成した．これらの機器を構成する際，アクチュエータ無加圧時の曲げ剛性の低さが問題となるが，無加圧時のアクチュエータの収縮力でスポンジを圧縮することで，柔軟な構造と曲げ剛性の両方を確保できる機器の開発を行った．また，以前から開発を行っている柔軟チューブを持ち替えながら，大きな力とロングストロークの押出，引込み動作が可能なリニアステッピング型柔軟アクチュエータを用いて，下肢，特に膝関節のCPM装置の開発を行った．さらに，自宅で使用する機器の開発を考慮し，水道圧を利用したリハビリテーション機器の開発についても検討した．水道圧は，家庭で簡単に入手できる流体圧力源であり，その圧力の利用には，防錆性のある弁が必要になる．そこで，昨年度開発したチューブの屈曲角をサーボモータで制御する4ポート型低コストサーボ弁を、柔軟空気圧シリンダを用いたポータブルリハビリテーション機器に搭載し、水道水圧による機器の姿勢制御を実現した．このサーボ弁は気体／液体の両方流体の流量を制御できる弁であり，金属製の摺動部や錆の心配がなく使用できるメリットがある．さらに，伸長型柔軟空気圧アクチュエータを用いた柔軟な配管検査ロボットへの応用や，ロングストロークのリニアステッピングアクチュエータを用いた汚染環境で使用する柔軟ロボットアームの開発を行うなど当初予定していなった研究成果も得られた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
現在のところ，研究実績の概要にも述べたように，安価な伸長型柔軟空気圧アクチュエータを用いて、両手に持って上肢に他動運動を加えることのできるポータブル上肢リハビリテーション機器を開発した．また，本研究室が有している安価なリニアポテンショメータの要素技術や組込みコントローラの技術を活用することで，弁・コントローラ一体型のリハビリテーション機器の開発を行った．さらに，この開発した伸長型柔軟アクチュエータを用いた水分環境下での配管検査ロボットの開発や改良についても検討した．また、家庭での使用を考慮する上で，水道水圧は最も身近に入手可能な流体圧力源である．そこで，従来高価な水圧制御弁の代わりに，昨年度開発した復動式アクチュエータを1つの弁で駆動できる4ポート型の安価な屈曲チューブを用いたサーボ弁を用い，この弁を球面アクチュエータに搭載した一体型の水道水圧制御式のポータブルリハビリテーション機器を開発し，安価な3次元位置計測装置を用いた姿勢制御を実現した．さらに，柔軟チューブを持ち替えながら，大きな力とロングストロークの押出，引込み動作が可能なリニアステッピング型柔軟アクチュエータを用いた膝関節のCPM装置の開発を行った．また，そのアクチュエータの応用として汚染環境下での使用後に一部を廃棄できる検査用の柔軟ロボットアームの開発が行えるなど、当初の予定になかった研究成果も得られた．以上の研究内容は，研究代表者及び研究協力者（指導学生など）により複数の国内外の学会で研究成果報告を行っている，以上のように．本研究の目的であるウェアラブル空気圧制御機器の「低コスト化」とそれに向けた新たなアクチュエータやリハビリテーション機器の開発および家庭での使用を考慮した水道水圧を利用した駆動システムの試作などに関して多くの研究成果が得られており，本研究は計画通りに順調に進んでいるものと自負する．
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度は、本助成の期間中に次年度にあたる2019年5月3日～5日の期間にシンガポールで開催される国際会議2019 IEEE the 5th International Conference on Mechatronics System and Robots (ICMSR 2019)において，当該研究に関連した"Development of Home Rehabilitation Devices Using Various Pneumatic Soft Actuators"のタイトルでの待講演（Plenary Speaker）の依頼があった．この発表内容は，当該研究内容に非常に一致した内容であり，招待講演は非常に名誉なことでもあるため，，本研究助成の成果として計上するため研究期間の延長の申請を行い，今年度は，本助成期間の研究成果をまとめて当該学会で研究成果報告を行う予定である．
また、本研究の内容は平成31年度（令和元年度）の科学研究費助成事業 基盤研究(C)（一般）「使い捨て可能な低コスト・ウェアラブル空気圧制御機器の開発とその応用」として新規(課題番号1 9 K 0 4 2 6 5)に採択されたため，継続して研究を遂行する予定である．
具体的には，この研究期間の最後に検討した水道水圧を利用したホームリハビリテーション機器への応用や，その機器の低コスト化により，使い捨てが可能な機器開発について検討する．
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| Causes of Carryover |
申請期間中である2018年の秋に，当初の助成期間(2019年3月まで）をこえた2019年5月にシンガポールで開催予定の国際会議2019 IEEE the 5th International Conference on Mechatronics System and Robots (ICMSR 2019)にて，当該研究に関連した"Development of Home Rehabilitation Devices Using Various Pneumatic Soft Actuators"のタイトルで招待講演（Plenary Speaker）を依頼された．国際会議での招待講演は名誉なことであり，当該研究の研究業績として重要であると考え，この講演を当該助成研究の研究業績として計上するため，研究期間の延長を申請し，次年度繰り越し予算を当該学会参加のための費用として使用することとした．
さらに，その旅程の支出後に，計上した予算が残った場合，当該研究に係わる研究動向調査や研究成果報告の予算として使用する予定である．
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