ダイナミックペアの提案とこれによる人間－支援機械システムの新たな機構学の創出

• 研究課題/領域番号: 17H03162
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 設計工学・機械機能要素・トライボロジー
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 武田 行生 東京工業大学, 工学院, 教授 (20216914)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2019年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2018年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2017年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
• キーワード: 機械設計 / 機構学 / ダイナミックペア

研究成果の概要

パワーアシストスーツ，関節リハビリ装置など，使用者の身体の一部に直接設置される装着形動作支援装置において，支援装置と人体の結合部などの挙動をモデル化した効果的な動作支援を行う装置の設計を可能とするために，ダイナミックペアの導入を提案した．具体的な支援装置を取り上げ，ダイナミックペアを用いた動作支援装置－人間系の運動力学モデルを示し，解析を行うとともに，設計への展開について考察を行った．その結果，本手法により，従来方法では設計の初期段階において検討が困難であった，人間と機械のインターフェース部分の挙動を考慮した支援装置の機構構造の単純化設計が可能となるなど，新たな知見を得ることができた．

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では，人の動作支援やリハビリテーションを行う装置等のように，使用者の身体の一部に直接設置される装着形動作支援装置を対象として，支援装置と人体の結合部などの挙動をモデル化して人間－支援装置系を統一的に扱った解析・設計を可能とするものであり，新たな学問の創出とともに，使用者が快適に使用でき，かつ効率的な支援動作を実現する支援装置の開発に貢献する．

研究成果

• [雑誌論文] ダイナミックペアを適用したモデルに基づく高齢者の歩行時の転倒防止に着目した前方杖先位置の評価法の提案 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松田聡一郎，武田行生
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 86
  • NAID: 130007846344
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Kineto-Static Analysis of a Wrist Rehabilitation Robot with Compliance and Passive Joints for Joint Misalignment Compensation (2020)
  • 著者名/発表者名: Ying-Chi Liu and Yukio Takeda
  • 雑誌名: MDPI Journal of Machines 巻: 8 号: 2 ページ: 23-23
  • DOI: 10.3390/machines8020023
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 部材の干渉と変形を考慮した Origami Spring の実挙動の機構学的考察 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松尾博史，松浦大輔，菅原雄介，武田行生
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 85 号: 873 ページ: 19-00005-19-00005
  • DOI: 10.1299/transjsme.19-00005
  • NAID: 130007653307
  • ISSN: 2187-9761
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Modeling and Displacement Analysis of Origami Spring Considering Collision and Deformation of Components (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsuo Hiroshi、Matsuura Daisuke、Sugahara Yusuke、Takeda Yukio
  • 雑誌名: Mechanisms and Machine Science, 巻: 73 ページ: 329-336
  • DOI: 10.1007/978-3-030-20131-9_33
  • ISBN: 9783030201302, 9783030201319
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a Novel SMA-Driven Compliant Rotary Actuator Based on a Double Helical Structure (2019)
  • 著者名/発表者名: Rasheed Kittinanthapanya, Yusuke Sugahara, Daisuke Matsuura, Yukio Takeda
  • 雑誌名: Robotics 巻: 8 号: 1 ページ: 12-12
  • DOI: 10.3390/robotics8010012
  • 査読あり
• [雑誌論文] 対偶すき間を有するパラレルロボットにおける対偶作用力モデルに基づく運動誤差の高速計算法 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大野 真澄，武田 行生
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 84 号: 864 ページ: 18-00057-18-00057
  • DOI: 10.1299/transjsme.18-00057
  • NAID: 130007439268
  • ISSN: 2187-9761
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kinematic design of a footplate drive mechanism using a 3-DOF parallel mechanism for walking rehabilitation device (2018)
  • 著者名/発表者名: Chu ZHANG, Bluest LAN, Daisuke MATSUURA, Celine MOUGENOT, Yusuke SUGAHARA, Yukio TAKEDA
  • 雑誌名: Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing 巻: 12 号: 1 ページ: JAMDSM0017-JAMDSM0017
  • DOI: 10.1299/jamdsm.2018jamdsm0017
  • NAID: 130006340361
  • ISSN: 1881-3054
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] ダイナミックペアに基づく装着形動作支援装置のモデル化と運動力学解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 武田 行生
  • 学会等名: 日本機械学会2019年度年次大会
• [学会発表] ダイナミックペアを適用したモデルを使用した高齢者の杖歩行の動力学解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松田聡一郎
  • 学会等名: The Second International Jc-IFToMM Symposium
• [学会発表] Static Analysis of a Wrist Rehabilitation Robot with Consideration to the Compliance and Joint Misalignment Between the Robot and Human Hand (2019)
  • 著者名/発表者名: Ying-Chi Liu
  • 学会等名: 第37回日本ロボット学会学術講演会
• [学会発表] 把持対象物の弾性を考慮した劣駆動箸型グリッパの力学解析と把持計画 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡朋宏
  • 学会等名: 第37回日本ロボット学会学術講演会
• [学会発表] Introduction of research activity in Mechanical Systems Design Laboratory in Tokyo Institute of Technology: Kinematic design of assistive devices and parallel robots (2019)
  • 著者名/発表者名: Yukio Takeda
  • 学会等名: 13. Kolloquium Getriebetechnik
  • 国際学会
• [学会発表] KINETO-STATIC ANALYSIS OF A WRIST REHABILITATION ROBOT WITH COMPLIANT ELEMENTS AND SUPPLEMENTARY PASSIVE JOINTS TO COMPENSATE THE JOINT MISALIGNMENT (2019)
  • 著者名/発表者名: YING-CHI LIU
  • 学会等名: The Second International Jc-IFToMM Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] IMPROVEMENT OF AN ORIGAMI BASED EXTENDABLE MECHANISM WITH A MODIFICATION OF FOLDING DIAGRAM (2019)
  • 著者名/発表者名: HIROSHI MATSUO
  • 学会等名: The Second International Jc-IFToMM Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Modeling and Displacement Analysis of Origami Spring Considering Collision and Deformation of Components (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsuo Hiroshi
  • 学会等名: IFToMM World Congress 2019
  • 国際学会
• [学会発表] A novel scalable SMA actuator using thermally conductive fluid: Its concept and basic characterization (2019)
  • 著者名/発表者名: Andres OSORIO
  • 学会等名: 第37回日本ロボット学会学術講演会
• [学会発表] 食べ物への馴染み機能を有する箸型グリッパの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡朋宏, 松浦大輔, 菅原雄介, Jorge Solis, Ann-Lo uise Lindberg, 武田行生
  • 学会等名: 日本機械学会 機素潤滑設計部門講演会
• [学会発表] 折り紙に基づく伸縮機構の安定性を考慮した挙動解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松尾博史, 松浦大輔, 菅原雄介, 武田行生
  • 学会等名: 第24回日本IFToMM会議シンポジウム
• [学会発表] Chopstick-type Gripper Mechanism for Meal-Assistance Robot Capable of Adapting to Size and Elasticity of Foods (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Oka, D. Matsuura, Y. Sugahara, J. Solis, A. L. Lindborg, Y. Takeda
  • 学会等名: The 4th IFToMM Symposium on Mechanism Design for Robotics (MEDER2018)
  • 国際学会
• [学会発表] A Novel SMA Driven Compliant Rotary Actuator Based on Double Helical Structure (2018)
  • 著者名/発表者名: Rasheed Kittinanthapanya, Yusuke Sugahara, Daisuke Matsuura, Yukio Takeda
  • 学会等名: The 4th IFToMM Symposium on Mechanism Design for Robotics (MEDER2018)
  • 国際学会
• [学会発表] 対偶すき間を有するパラレルロボットにおける対偶作用力モデルに基づく運動誤差の高速計算法 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大野真澄，武田行生
  • 学会等名: 第23回ロボティクスシンポジア
• [学会発表] Identification of Joint Clearances in Parallel Robots by Using Embedded Sensors (2018)
  • 著者名/発表者名: Masumi Ohno and Yukio Takeda
  • 学会等名: IFToMM D-A-CH Konferenz 2018
  • 国際学会
• [学会発表] An exoskeletal mechanism for rehabilitation of the CMC joint (2017)
  • 著者名/発表者名: Woo hyeok Choi, Daisuke Matsuura, Yusuke Sugahara, Yukio Takeda
  • 学会等名: 7th International Conference on Manufacturing, Machine Design and Tribology
  • 国際学会
• [学会発表] Modeling and Characterization of the Double Helical Compliant Joint (2017)
  • 著者名/発表者名: Rasheed Kittinanthapanya, Yusuke Sugahara, Daisuke Matsuura, Yukio Takeda
  • 学会等名: 5th International Symposium on Robotics & Mechatronics
  • 国際学会
• [学会発表] 高齢者の安定歩行支援のための住環境評価を目的としたバランス復帰特性に基づく単一支持物の評価指標の提案 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松田 聡一郎，松浦 大輔，菅原 雄介，武田 行生
  • 学会等名: 日本機械学会・シンポジウム：スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス2017
• [備考] 東京工業大学 武田・菅原研究室
  • URL: http://www.msd.mech.e.titech.ac.jp/jp/