2015 Fiscal Year Annual Research Report
障害者スポーツのための義肢装具のデザイン及び設計製作手法の研究
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26282004
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山中 俊治 東京大学, 大学院情報学環, 教授 (60528917)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
仰木 裕嗣 慶應義塾大学, 政策・メディア研究科, 准教授 (90317313)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | デザイン / 義足 / バイオメカニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はロンドンパラリンピック日本代表選手(1名)を対象としドライカーボン製陸上競技用義足の制作，走行データの計測および解析を基にした設計要件の設定，および製作した義足の構造解析，強度試験を行い，次期モデル制作のための設計検討を行った．また，研究内容を社会に提示するため，製作した義足の展示を行った．その詳細を以下に示す．
１）前年度に作成したデザインデータを用いて，パラリンピックT44日本代表の高桑早生選手のための義足を製作した．従来用いていた素材よりも軽量なCFRP成型手法を用いてソケットを製作した．また，チタンを用いてソケットのデザインに合わせたアタッチメント機構を製作した．開発したソケットと既成品である板バネを接合する部分も，金属部品を新たに設計し，製作した．
２）前年度に行ったモーションキャプチャーのデータや，高速度カメラで撮影したデータから，走行時義足にかかる力の強さや方向を推定し，走行可能な義足のための必要強度推定を行った．
３）本研究ではじめて用いたソケットの製造方法の問題点を明らかにするため，製作したソケットの強度試験を設計，治具を開発し，破壊試験を行った．新たに開発したアタッチメント部品の問題点やCFRPと金属の接合方法の問題点などを明らかにし，次期モデルの設計要件を検討した．
４）義肢装具士の手作業によってつくられる内部形状とデザイナーがCADを用いて設計した外観を組み合わせた，セミオートクチュールの設計手法によって実現する義足のデザインを社会に提示するため，展示発表を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的は，広く障害者に機能的で美しい義肢装具を供給するために，バイオメカニクスの基礎研究を行い，先端技術を駆使したセミオートクチュールの設計開発手法を確立することである．本年度はドライカーボンとチタンを用いた，セミオートクチュールの設計開発手法による最初のプロトタイプ製作を行った．製作と平行して行った走行データの解析により，ソケットに対して当初の予想より強い力がかかっていることが判明したため，試走実験よりも強度試験の優先度を高くし，研究を行った．そのため，本年度中の試走は出来なかったが，ソケットの成型方法の問題点や，新たに開発したアタッチメント部品の問題点など，次期モデルにおける改善点を明らかにすることが出来た．また，本年度製作した一次試作の展示発表を行ったことで，研究が広く認知され，次年度の海外での展示が決定したり，他の被験者が決定するなどの効果が得られた．これらの理由から，本研究はおおむね順調に進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
機能と美しさを併せ持つ義足の設計手法を確立するため，前年度に引き続き下記の研究を推進する．
１）ドライカーボン製陸上競技用下腿義足の二次試作の製作：被験者である高桑選手が短距離走と共に得意種目としている走り幅跳びにも対応するため，より強度の高いソケットの製作手法および金属部品の設計を研究する．高桑選手がこれまで使っていた義足より軽量で，かつ実際に競技で使用するうえでの必要強度を持った義足の製作を目指す．
２）より詳細な走行データの取得・解析：機能面の強化として，実用に耐えうる強度を実現しながら更に軽量化を行うため，ソケットの製作および金属部品の設計要件をより詳細にする．具体的な方法として，現在一般的に用いられている義肢装具士の手作業によって製作されたソケットに対しても強度試験を行う．また，一昨年度行った実験より詳細なデータを取得するための走行実験を行い，運動時にかかる力の強さや方向をより詳細に解析する．
３）部位および用途の異なる義足への設計手法の応用：新たに得られた被験者のために，セミオートクチュールの設計手法を用いた自転車競技用大腿義足のソケットを製作する．これまでの研究で確立した，義肢装具士の手作業による内部形状とデザイナーによる外観デザインを組み合わせる製作手法を用いながら，装着部位や用途の違いによって生まれる問題点も明らかにし，これを解決する設計手法を開発する．
４）デザイン手法の確立：これまでの研究で製作した陸上競技用下腿義足の設計プロセスにおいて得られた知見と，次年度に行う自転車競技用大腿義足の設計で得られた知見から，軽量で美しい義足のデザイン手法を整理し，ドキュメント化する．
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| Causes of Carryover |
走行データの解析によって，当初の予想より大きな力がソケットにかかっていることが判明した．それに伴い，構造解析および破壊試験を行ったところ，現在の設計ではチタンのアタッチメント部品および，ソケットのCFRPと金属の接合部分に安全率が充分に取れない構造があることが判明した．このため，被験者の安全を考慮し，試走を行うための二次試作の製作を遅らせることを決定した．上記理由により，次年度への繰越額が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
より安全が保証された状態で試走実験を行うため，実際に競技で使用されているものと同じ製作方法を用いたソケットの製作を義肢装具士に依頼し，破壊試験を行いデータを得る．これらの結果を踏まえ，金属のアタッチメント部品およびCFRPと金属の接合部分の再設計を行い，今年度製作を見送った試走用の二次試作の製作を行う．
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Research Products
(1 results)
