炭素繊維強化プラスチックを活用した中腰作業支援システムの開発

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K14376
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 武田 伊織 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任研究員 (70792266)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: CFRP / 中腰作業支援

Outline of Annual Research Achievements

本年度は，当該研究の主たる目的である中腰作業支援システムの開発を行い，数名の被験者にご協力いただき，性能の検証を行った．まず，使用するCFRPの厚さや配置に関する検討を実施した．厚いCFRPほど屈曲した際の復元力が強くなると期待できるが，そもそもの屈曲自体が困難になる可能性がある．ただし，この厚さの至適条件は使用者の体重や筋肉量に依存すると考えられる．そこで，性能評価の際には数種類のCFRPを用いることとした．
全体の構成は，当初CFRPと靴とを金属パーツで固定していたが，重かった．そこで，安全靴のプラスチック先芯にCFRPを固定することで，軽量化を図った．下腿との接触部分に関して，靴からの距離と筋使用量との関係を調査したところ，靴に近い条件の方が使用量が減少することがわかった．また，歩行の際に邪魔にならないよう，歩行時の足関節の背屈角を調査し，CFRPと下腿とが干渉しないよう設計し直した．
評価対象とする動作は次の通りである．直立姿勢から開始し，床上50 cm程度の位置に置いた10 kgの重量物を中腰姿勢をとって把持する．もとの体制に復帰した後，重量物を元の位置に戻し，再度体勢復帰する．動作中の筋使用量を筋電の計測によって評価した．モーションキャプチャを用いることで，どの動作の時にどの筋肉を使用しているか，区間ごとに分析した．
ご縁があり，パワーリフティングの日本記録保持者である渋谷優輝さんご夫妻に使用感等を伺う機会があった．頂いたアドバイスをまとめると，次の通りである．安全靴は一般的な靴と違い，底部が厚く屈曲しづらい．結果的に，中腰姿勢をとった際に，通常ならMP関節が屈曲することでバランスがとれるはずが，それができない．また，歩行の邪魔にならないような配置だと，中腰姿勢ではあまりCFRPを屈曲させることができない．
今後は，いただいたアドバイスを参考に更に改善していきたい．

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究で対象とする装具について，当初予定から多少変更があったが，より実際の使用に適した構成になった．使用するCFRPの形状等も概ね決定したので，今後はそのブラッシュアップと効果の検証を実施する予定である．
なお，外部の方からの上記のようなアドバイスを受けることができ，再度構成を詰める必要があるので，まずはこれを重点的に行う．

Strategy for Future Research Activity

本研究で対象とする装具は，所望の効果を発揮するためにはパワーポジション（パワーリフティング等における，腰を屈曲させず下肢のみを屈曲させる理想的な姿勢）が必要となる．そのパワーポジションのスペシャリストに実際に装着していただき，具体的な使用感や問題点を伺うことが出来たので，これを参考にしながら最終的な構成を固める．したがって，今年度は①装具構成の見直し（再設計）と②中腰作業試験を繰り返すこととなる．所属が異動となり，授業を3つほど受け持つことになったため，幸いにして②に関しては学生の協力を要請しやすい環境にある．