| Project/Area Number |
24K07387
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
我妻 広明 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 教授 (60392180)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤原 正幸 公立小松大学, 生産システム科学部, 助教 (50982203)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2026: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | マルチボディダイナミクス / 粘弾性接触モデル / CAE解析 / 外骨格型力支援装具 / アクティブ義足 / コンプライアントメカニズム / 関節負担軽減装具 / 3D構造同定 |
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| Outline of Research at the Start |
3Dデジタル技術で個別ニーズに即したデザイン・ものづくりが可能になった一方，リハビリ・障がい者支援具やパラスポーツ競技具開発では，力学特性を無視したデバイス製作は意味をなさない．本研究では，運動中の可動性が重要な関節症やパラスポーツのための装着型デバイスに注目し，人―装具―環境の三者関係から身体適合性と目的の力学特性を満たす最適設計理論を構築する．特に，コンプライアントメカニズム設計のトポロジー最適化と，剛体と柔軟体の力学を包括的に解析する柔軟体マルチボディダイナミクス理論を融合して，大変形を伴うシステムの構造力学デザインの枠組みを革新する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は, 人―装具―環境の三者関係から身体適合性と目的の力学特性を満たす最適設計理論を構築し, CAE解析と実デバイスとの比較検証で有効性を評価することである．
本研究は特に以下に注目する． 1）身体特性と目的機能を入力とし，力学特性を満たす最適デバイス形状を出力とする理論とCAE評価．2）高い身体適応性と機能を満たす装具の設計原理の構築で，リハビリ臨床，パラスポーツにおける3Dプリンタなどを活用した低価格デバイスの提供を可能にする方法論の構築．
実施計画）モーションキャプチャ（3D動作計測器），床反力計等を用いて歩容計測について，動作中の身体各部，特に脚部動作と歩行の推進力となる床反力の分析．マルチボティダイナミクス（MBD）により人歩容モデルを構成し，各関節のトルク推定．デバイス装着時の分析については，モデルの関節部に弾性要素や柔軟体を組み込み，ふれくfMBD導入で可能にする．装着デバイスは，コンプライアントメカニズム（CM）設計で力学特性を推定し，CM形状変更による評価を，ロボット人工足で，接地や関節部評価を可能にする．初年度は， 2次元モデルを想定して計測に注力し，人工足の評価から得られた数値でfMBD解析結果を補正，精度検証を可能にする．
研究実績）人間の関節機構における接触力モデルとマルチボディダイナミクス解析の統合と粘弾性接地の影響について解析を行った．粘弾性接触モデルと柔軟要素を備えたMBDベースの動的解析のフレームワークを構成し，人間のパワーアシストデバイスへの応用についての基盤を構築．また，エネルギー効率の高いアクティブ膝義足に向けたマルチボディ ダイナミクスによる歩行分析を行い，動的安定性と歩行の最適化に向けた膝関節義足の適応制御方法についても提案を行った．外骨格型力支援装具開発に向けた取り組みの一般理論についても設計指針を提案した．
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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
上述の研究実績において，交付申請書に記載した「研究の目的」、「研究実施計画」の中核成果として位置付けられる研究成果が，査読付き雑誌論文２報，査読付き会議論文５報，
解説および技術報告7報，招待講演２件が得られている．関連する研究成果（実験・モデリング・解析などについての手法の提案等）についても，査読付き雑誌論文3報，査読付き会議論文６報，解説および技術報告４報が得られている．
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| Strategy for Future Research Activity |
床反力計等を用いて歩容計測について，動作中の身体各部，特に脚部動作と歩行の推進力となる床反力の分析について，実験データ取得に力を入れる．マルチボティダイナミクス理論解析では，人歩容モデルの各関節のトルク推定の精度を向上させる．装着デバイスについては，コンプライアントメカニズム（CM）設計のシステム化を図り，多種デバイスの力学特性検証を可能にする．ロボット人工足については，接地や関節部評価の精度を向上させる．
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