Development of Integrated Controlled Fluid-Driven Prosthetic Hand Capable of High-Function Grasp Force Control Using Supination of Forearm

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K14954
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
• Research Institution: Tsuyama National College of Technology
• Principal Investigator: Nishikawa Kotaro 津山工業高等専門学校, 総合理工学科, 准教授 (90824532)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 空気圧 / 義手 / 柔軟把持 / バックドライバビリティ / 無動力 / 統合制御

Outline of Final Research Achievements

Recently, myoelectric hand prostheses produced by the combination of 3D-CAD and printer have gained attention. However, when an electric actuator with reduction gears is used as the driving source of the hand prosthesis, the joint rigidity becomes high; therefore, compliance control is required to grasp soft target objects. In this study, I propose a pneumatically driven hand prosthesis using a flexible bellows actuator. The hand prosthesis is lightweight and inexpensive
because it is self-powered and generates compressed air through the supination motion of the user’s forearm instead of an external compressor, which is essential for conventional pneumatic systems. Stable flexible grasping of the target object was achieved by driving a five-finger hand using this system.

Free Research Field

メカトロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来の筋電義手の重量が大きくコストが高いという問題に対して、3Dプリンタを利用した義手が提案されている。筐体の軽量・低コスト化は実現できているものの、駆動源の電動アクチュエータは関節剛性が高いためにバックドライバビリティがない。したがって、外力や把持対象物からの接触力に対して受動的な把持ができず、コンプライアンス制御が必要になる。これに対して本研究では、空気圧アクチュエータを採用することによって、空気の圧縮性を活かした受動的な把持を実現した。また、無動力システムの採用によって、外部コンプレッサなしでの駆動も実現した。