2019 Fiscal Year Research-status Report
ハイブリッド力覚提示による腕手リハビリテーションロボット
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19K04313
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| Research Institution | Toyama Prefectural University |
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Principal Investigator |
小柳 健一 富山県立大学, 工学部, 教授 (30335377)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉岡 健一 富山県立大学, 工学部, 准教授 (80438233)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | リハビリロボット / 力覚提示 / 機能性材料 / パッシブロボティクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，リハビリロボットに必要な運動の自由度を，肩肘(2)・前腕(1)・手指(5)で合わせて8自由度に低減しても，十分な訓練動作ができると仮定する．それにより開発コストを低くし，かつ高いリアリティを持つ訓練環境を提供する，維持期上肢リハビリテーション支援ロボットの開発を目的としている．
研究期間短縮のため，肩・肘には既に有する2次元パッシブ型リハビリロボットSEMULを転用する．比較用に3次元型のEMULも転用する．前腕には，過去に開発したERゲルベルト機構を，パッシブ力覚提示要素として転用する．手指には，アクティブ・パッシブな力発生要素を兼ね備えたハイブリッド力覚提示グローブ（HBG）を新たに開発する．制御性の高い機能性材料を用いたもので，低開発コストと高い安全性を併せ持つ．
1年度目はハードウェア開発が主であり，SEMULおよびEMULの整備，EHD電極形状の最適化，EHD流体アクチュエータの設計を行った．HBGに用いるEHD流体アクチュエータは，EHDポンプを内蔵し，そこにEHD電極があるが，先行研究で製作したものはグローブ型力覚デバイスに利用できる小型なものであったが，発生圧力が10mPaと非常に小さかった．そこで，EHDポンプ内で起こる現象を把握するため，OpenFOAMを用いて内部の電場を明らかにした．その知見に基づき，電極形状を最適化し，得られた結果をもとに電極を作成した．ただし，なるべく形状は単純なものにして，安定して高出力が得られ製作がしやすい形状であるように留意した．また，製作性やメンテナンス性を加味してポンプ形状を設計し，試作機を製作した．ポンプ出力を測定したところ，発生圧力は17Paであり，先行研究のものに比べおよそ1000倍の向上に成功した．SEMULおよびEMULの整備のため，用いるER流体の改質に寄与する圧電粒子との混合に関する研究を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
EHDポンプの出力は，先行研究のものに比べて格段に向上した．しかし，本研究における発生圧力の目標値は10kPaには，さらに500倍以上の向上が必要である．また，ERゲルの劣化が確認できたため，手首力覚提示部の設計は行えていない．
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| Strategy for Future Research Activity |
EHDポンプの出力をさらに向上させるため，電場印加時の過渡応答の計測や流れ場の解析など，さらなる解析を行い問題を詳細に検証する．一方で，2年度目の当初予定は進行させる．すなわち，手首力覚提示部の設計開発，EHDポンプのHBGへの組み込み，SEMULとの合体などを行い，ハードウェア全体を構築する．
ただし，新型コロナウイルス問題のため，実機の製作が進展しづらい可能性がある．その場合は，シミュレーションや設計図面製作など行えることは積極的に行うとともに，3年度目に行う予定のソフトウェア開発を前倒しして実施する．
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| Causes of Carryover |
EHDポンプの出力が目標に届かなかったため，試作機の開発にとどまり，本設計に移れなかった．また，ERゲルの劣化が見られたため，手首部の設計開発を行えなかった．次年度には，これらを行ったうえで当初計画を進展させるために次年度使用額を用いる．
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