| 研究課題/領域番号 |
21K14133
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分20020:ロボティクスおよび知能機械システム関連
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| 研究機関 | 岡山理科大学 |
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研究代表者 |
小林 亘 岡山理科大学, 情報理工学部, 講師 (00780389)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | 純水圧駆動システム / 流体発振器 / フルイディクス / CFD / SAM / 水道水圧増圧器 / 流体発振器の解析 / 下肢保持システムの提案 / 下肢を模したロボットアームの重力補償制御実験 / 水道水圧駆動型人工筋の制御系設計 / 水圧駆動システム |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、ソフトロボティクス分野における新しい駆動源の開発を目的とし、電源（電動機）不要なパッシブ型システムを構築するため、水道水圧のみで駆動でき3倍程度増圧可能な増圧器を開発する。
また、開発した増圧器を上水道を利用した水道水圧システムに適用し、その有用性を確認する。具体的には、機器を身体に直接装着する水圧駆動式リハビリテーション機器に適用し、従来の空気圧システムで問題となっていたコンプレッサの騒音や振動の解決を図る。
さらに、上記の電源不要なシステムが実現されれば、非常用駆動源としての運用も期待されるため、停電時などに使用可能な非常用の駆動源としての可能性についても検討する。
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| 研究実績の概要 |
昨年度は水圧式増圧器の改良について検討し、電磁弁などの電気駆動での切り替えから純水圧駆動での切り替えを実現するための流体スイッチング素子を組み合わせた流体発振器の設計について検討した。具体的には、OpenFOAMと呼ばれる熱流体解析ソフトを用いて切り替え原理の確認および切り替え可能な設計について検討し、これらの結果に基づいた試作を行った。
今年度は上記の結果に基づき、流体発振器の設計パラメータが発振周期や圧力・流速変動に与える影響に関して検証を行った。流体発振器を構成する重要な要素としてスイッチング素子が挙げられるが、スイッチング素子の設計では側壁傾斜角、オフセット距離、スプリット距離といった設計パラメータが前述の発振器の性能に大きく影響することが想定される。そこで、上記を検証可能なシミュレーションモデルを作成し、これを用いてパラメータ変動が与える影響について検証した。一方で、発振器の構成にはスイッチング素子に加えて、タンクや絞りが必要となっている。しかしながら、実用上はこれらを接続する配管や継手なども使用しなければならず、解析により得られた最適設計を再現することが難しい。フルイディクスの特性上少しの寸法のずれが発振特性に与える影響は大きく、これを解決する方法として一体型流体発振器について検討した。タンクや絞りに加えて、これらを接続する配管や継手部等も３Dプリンタを利用して一体成形することで解析モデルで得られた特性を比較的容易に実現できる流体発振器が期待される。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
増圧器の切り替えを実現する流体スイッチング素子および流体発振器の解析は一定の成果が得られたと考えられるが、一方でこれらを組み込んだ純水圧駆動システムの実現には至らなかった。これは、流体発振器単体での駆動が実現されたものの、負荷が接続された際にその発振特性が大きく変わってしまうことが原因である。そのため、今後はシステム全体での設計について検討する必要がある。
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| 今後の研究の推進方策 |
上述のように必要となる基礎的な研究成果が得られつつあるが、今年度はこれらを統合したシステムとして研究を進めていく必要がある。流体発振器としての基本特性は概ね明らかになったため、この知見を生かしてシステム全体について検証していく予定である。
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