2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of an arm for care machines using dynamic behaviors and reactions of living bodies to realize safety for caregivers and care recievers
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26420167
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
山口 誉夫 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (90323328)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤井 雄作 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (80357904)
小木津 武樹 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (00621202)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 機械力学・制御 / 衝撃吸収 / 緩衝材 / 安全 / 介護機械 / 有限要素法 / 粘弾性 / 減衰 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体に接する介護用機械の動特性モデルを人間の視覚の有無や意識するかどうかまで考慮して衝撃応答を解析し，より安心安全な介護用機械のアームの材料，動特性を明らかにする検討を行った．有限要素法に非線形複素ばね要素を非線形複素接触力要素として拡張して用いることを提案した．これを導入し計算コードを開発した．この計算コードで、指で運動する物体を止める動作について解析した．力と変形の関係で部分的に変形が力よりも進む現象(予見した動作やあわてた動作で出現)を，偶数次の非線形ばね定数の虚数部の値をチューニングすることで，計算できる可能性を示した．この計算に対応する実験結果を，研究分担者の藤井が提案する浮上質量法で計測し得た．変形の進行にともなう動的な接触力の変化，視覚情報の有無による変化は，実験と計算で一致できた．さらに剣道で用いる竹刀をヒントにして、介護用機械を模擬したアームの衝突吸収性能向上を検討した. ここでも浮上質量法を用いた評価装置を作成して、その解析から高い衝撃吸収性能を有するアームを新たに考案した．考案したアームは炭素繊維強化樹脂(CFRP)を竹刀のような構造にしたものである.すなわち中空円形断面を有する心材（円筒のアーム）を持つ．その心材の円形断面を分割し，円筒のアームを長手方向に割っておく．長手方向に割った心材は円弧断面を持つ棒状の複数の部品アームから形成される．部品アームを適度にゆるく束ねる．衝撃力が作用した場合に，個々の部品アームの弾性変形と部品アーム間の相対運動による接触で発生する摩擦で衝撃を吸収する.CFRPを素材として使用しても、竹製のものと同様に断面分割による大きな衝撃緩和効果が得られた.
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