| 研究課題/領域番号 |
22KJ2769
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| 補助金の研究課題番号 |
21J22331 (2021-2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2021-2022) |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 中央大学 |
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研究代表者 |
伊藤 文臣 (2021, 2023) 中央大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 特別研究員 |
伊藤 文臣 (2022) 中央大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2023年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2022年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2021年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
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| キーワード | モンハナシャコ / 高速打撃機構 / キャビテーション / 外骨格の弾性要素 / 空気圧人工筋肉 / 生物模倣 / ソフトアクチュエータ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，生物にみられる外骨格の弾性要素を規範とし，空気圧人工筋肉の拮抗関節に弾性要素を取り入れることで，瞬発的な動作が可能であり，コントローラブルな高応答人工筋肉機構を構築する．まず本研究の根幹となる高応答人工筋肉機構の静的および動的モデルを構築し，実機によりモデルの妥当性を検討する．次に，構築したモデルより筋肉と外骨格ばねの剛性や粘性，力の発生タイミングを設計パラメータとし，拮抗駆動と瞬発的駆動の観点から応用先の環境に適した高応答人工筋肉モジュールの設計論を構築する．さらに，構築した設計論をもとに，水の抵抗や浮力，水の相変化を考慮した水中における高速駆動ロボットを開発する．
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| 研究実績の概要 |
本研究では，モンハナシャコの打撃機構を規範とした高速打撃機構の開発に取り組んできた．モンハナシャコは，キャビテーションを発生することで，1度の打撃において2度の発生力を生み出し，打撃による効果を向上するといわれている．2022年度は，開発した機構がキャビテーションの発生により2度の発生力を生成する可能性を，簡易的な発生力計測によって示した，2023年度は，水中における打撃発生力とハイスピードカメラ映像の同期撮影によって，開発した機構がキャビテーションを発生し，1度の打撃動作において2回の衝撃を発生させることを検証した．さらに，モンハナシャコの捕脚（モンハナシャコが打撃する腕）構造を考慮に入れ，アームの硬度を変化させた場合の打撃における発生力を計測した．検証の結果，開発した機構は，モンハナシャコの打撃における発生力と同様に，1度打撃において0.6 msと非常に短時間に2度の打撃における発生力を発生することが分かった．また，アームの硬度に応じてキャビテーションの発生力も増減することが分かり，打撃による効果を高めるために適切なアームの硬度が存在することが分かった．
以上より，本研究における成果を応用し，モンハナシャコの打撃動作を規範とした高速打撃機構における外骨格の弾性要素の多目的最適化設計，打撃動作に対する抗力によるエネルギ損失の軽減，キャビテーション現象の抑制とその利用による2連続の発生力生成が可能になり，打撃における発生力の強化に貢献することに期待できる．
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