| 研究課題/領域番号 |
16K06202
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| 研究機関 | 岡山理科大学 |
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研究代表者 |
赤木 徹也 岡山理科大学, 工学部, 教授 (50311072)
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| 研究分担者 |
堂田 周治郎 岡山理科大学, 工学部, 教授 (10090218) [辞退]
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 屈曲チューブを利用した5ポート型サーボ弁 / 低コスト伸長型アクチュエータ / 四面体型リハビリテーション機器 / センサ内蔵型ポータブル上肢リハビリテーション機器 / ウェアラブル手首リハビリテーション機器 / 組込みコントローラ / 低コストホームリハビリテーション機器 |
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| 研究実績の概要 |
使い捨て可能な低コスト・ウェアラブル空気圧制御機器の開発と改良として，本年度は，屈曲チューブを用いた低コストサーボ弁の低コスト化および省スペース化をめざした改良を行った．具体的には，従来2つの屈曲チューブの屈曲角を1つのRCサーボモータで変えることで，給気・排気の流量調整を行う3ポート型サーボ弁を，2組の給気・排気用屈曲チューブを1つのサーボモータで駆動する5ポート型弁に改良した．この改良により，1つのサーボ弁で2つの圧力室を有する複動式の空気圧アクチュエータの駆動・制御が可能となり，駆動に必要な弁個数の削減や省スペース化を実現した．また，この試作弁を用いた複動式の空気圧シリンダの位置決め制御を行い，試作弁の有効性を確認した．さらに，軸方向のみに伸縮する蛇腹構造の網目を有する被服チューブを用いた安価な伸長型の空気圧アクチュエータを開発し，このアクチュエータを用いたリハビリテーション機器を開発した．１つは，試作アクチュエータを3つ並列に配置した伸長・湾曲可能な柔軟ロボットアームを開発し，手の他動運動を促す機器を開発した．このロボットアームは，オンオフ弁を用いた疑似サーボ弁や，昨年度開発した安価なワイヤ式リニアポテンショメータやマイクロコンピュータを組み込んだ一体型の機器である．また，アルミパイプを使った正4面体フレームの各頂点にこのアクチュエータを配置し，重心部分にある樹脂製ボールの3次元位置を制御する機器を提案・試作し，ボールを持つことで，肩関節に他動運動を加えることのできる機器を開発した．また，ポータブルリハビリテーション機器の改良として，昨年度開発した低コスト3次元位置計測機器をコンパクト化し，柔軟な空気圧シリンダを用いた球面アクチュエータの2つの保持ステージの座標計測機器としてアクチュエータ内部に組み込んだ機器を開発し，座標情報のフィードバックによる姿勢制御を行った．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
使い捨て可能な低コスト・ウェアラブル空気圧制御機器の開発と改良をテーマとした本研究の進捗状況は以下の通りである．現在のところ，研究実績の概要にも述べたように，空気圧駆動システムで最も高価な機器である弁の低コスト化のため，１つのサーボモータで複数のポートの制御が可能な弁の開発を行い，従来，複動式の空気圧アクチュエータの駆動に必要な弁の個数を2個から1個へと低減でき，省スペース化も実現した．さらに，昨年度改良を行った柔軟空気圧シリンダの改良だけでなく，新たな低コストアクチュエータである伸長型柔軟アクチュエータを開発した．このアクチュエータは，水道用のホースとして市販されている「魔法のホース」の被服部分を利用した安価に製作できるソフトアクチュエータであり，使い捨てに耐え得る材料費のアクチュエータである．また，このアクチュエータや本研究室が有している安価なセンサの開発技術や組込みコントローラの技術を活用することで，低コストなリハビリテーション機器の開発が行えた．また，この開発した伸長型柔軟アクチュエータを用いた配管検査ロボットの開発なども行えた．以上の研究内容は，昨年度，研究協力者（指導学生など）により複数の国際会議で十数件の研究成果を行っている，以上のように．本研究の目的であるウェアラブル空気圧制御機器の「低コスト化」とそれに向けた新たなアクチュエータやリハビリテーション機器の開発などに関して多くの研究成果が得られており，本研究は計画通りに順調に進んでいるものと自負する．
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の計画としては以下の通りである．まず，今年度開発した低コストで製作できる伸長型柔軟アクチュエータを用いたリハビリテーション機器の開発をめざす．具体的には，従来，柔軟な空気圧シリンダを用いて構成していた球面アクチュエータやウェアラブル手首リハビリテーション機器をこのアクチュエータを用いて構成する予定である．これらの機器を構成する際，アクチュエータ無加圧時の曲げ剛性の低さが問題となるが，無加圧時のアクチュエータの収縮力でスポンジを圧縮することで，柔軟な構造と曲げ剛性の両方を確保できる機器の開発をめざす．また，本年度の研究概要では述べなかったが，一昨年から開発を行っている柔軟チューブを持ち替えながら，大きな力とロングストロークの押出，引込み動作が可能なリニアステッピング型柔軟アクチュエータを用いて，下肢，特に膝や股関節のリハビリテーションを行う機器の開発についても検討する．さらに，自宅で使用する機器の開発を考慮し，水道圧を利用したリハビリテーション機器の開発についても昨年度と同様に検討する．水道圧は，家庭で簡単に入手できる流体圧力源であり，その圧力の利用には，防錆性のある弁が必要になる．そこで，昨年度改良したチューブの屈曲角をサーボモータで制御する弁を用いて，リハビリテーション機器の水道圧を利用した制御システムの開発を行う．特に，試作サーボ弁は気体／液体の両方流体の流量を制御できる弁であり，通常のサーボ弁のように金属製の摺動部を有しないことから，錆の心配がなく使用できるメリットがある．また，昨年度開発した安価な伸長型柔軟アクチュエータと組合せることで，本研究の目的である「使い捨て可能な低コスト・ウェアラブル空気圧制御機器」の実現ができるものと考える．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当該年度の年度末3/17-19の期間のおける国際会議の出張に関して，大学の公務等のため，当初予定していた出張日程を短くする必要があったことと，航空機のスケジュールなどからLCCなどの格安航空機を使用せざるおえない状況にあったため，当初計画していた予算より経費が安くなったため，当該年度の予算が残った．
この予算の残は，来年度計画している研究成果報告等の旅費もしくは学会参加費に使用する予定である．
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