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2018 年度 実施状況報告書

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

研究課題

研究課題/領域番号 16K06202
研究機関岡山理科大学

研究代表者

赤木 徹也  岡山理科大学, 工学部, 教授 (50311072)

研究分担者 堂田 周治郎  岡山理科大学, 工学部, 教授 (10090218) [辞退]
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード屈曲チューブを利用した4ポート型サーボ弁 / 低コスト伸長型柔軟空気圧アクチュエータ / 水道水圧駆動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 / 空気圧駆動リニアステッピングアクチュエータ
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,昨年度開発した低コストで製作できる伸長型柔軟空気圧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行った.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した.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行った.また,以前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,特に膝関節のCPM装置の開発を行った.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検討した.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,昨年度開発したチューブの屈曲角をサーボモータで制御する4ポート型低コストサーボ弁を、柔軟空気圧シリンダを用いたポータブルリハビリテーション機器に搭載し、水道水圧による機器の姿勢制御を実現した.このサーボ弁は気体/液体の両方流体の流量を制御できる弁であり,金属製の摺動部や錆の心配がなく使用できるメリットがある.さらに,伸長型柔軟空気圧アクチュエータを用いた柔軟な配管検査ロボットへの応用や,ロングストロークのリニアステッピングアクチュエータを用いた汚染環境で使用する柔軟ロボットアームの開発を行うなど当初予定していなった研究成果も得られた.

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

現在のところ,研究実績の概要にも述べたように,安価な伸長型柔軟空気圧アクチュエータを用いて、両手に持って上肢に他動運動を加えることのできるポータブル上肢リハビリテーション機器を開発した.また,本研究室が有している安価なリニアポテンショメータの要素技術や組込みコントローラの技術を活用することで,弁・コントローラ一体型のリハビリテーション機器の開発を行った.さらに,この開発した伸長型柔軟アクチュエータを用いた水分環境下での配管検査ロボットの開発や改良についても検討した.また、家庭での使用を考慮する上で,水道水圧は最も身近に入手可能な流体圧力源である.そこで,従来高価な水圧制御弁の代わりに,昨年度開発した復動式アクチュエータを1つの弁で駆動できる4ポート型の安価な屈曲チューブを用いたサーボ弁を用い,この弁を球面アクチュエータに搭載した一体型の水道水圧制御式のポータブルリハビリテーション機器を開発し,安価な3次元位置計測装置を用いた姿勢制御を実現した.さらに,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た膝関節のCPM装置の開発を行った.また,そのアクチュエータの応用として汚染環境下での使用後に一部を廃棄できる検査用の柔軟ロボットアームの開発が行えるなど、当初の予定になかった研究成果も得られた.以上の研究内容は,研究代表者及び研究協力者(指導学生など)により複数の国内外の学会で研究成果報告を行っている,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および家庭での使用を考慮した水道水圧を利用した駆動システムの試作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.

今後の研究の推進方策

昨年度は、本助成の期間中に次年度にあたる2019年5月3日~5日の期間にシンガポールで開催される国際会議2019 IEEE the 5th International Conference on Mechatronics System and Robots (ICMSR 2019)において,当該研究に関連した"Development of Home Rehabilitation Devices Using Various Pneumatic Soft Actuators"のタイトルでの待講演(Plenary Speaker)の依頼があった.この発表内容は,当該研究内容に非常に一致した内容であり,招待講演は非常に名誉なことでもあるため,,本研究助成の成果として計上するため研究期間の延長の申請を行い,今年度は,本助成期間の研究成果をまとめて当該学会で研究成果報告を行う予定である.
また、本研究の内容は平成31年度(令和元年度)の科学研究費助成事業 基盤研究(C)(一般)「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その応用」として新規(課題番号1 9 K 0 4 2 6 5)に採択されたため,継続して研究を遂行する予定である.
具体的には,この研究期間の最後に検討した水道水圧を利用したホームリハビリテーション機器への応用や,その機器の低コスト化により,使い捨てが可能な機器開発について検討する.

次年度使用額が生じた理由

申請期間中である2018年の秋に,当初の助成期間(2019年3月まで)をこえた2019年5月にシンガポールで開催予定の国際会議2019 IEEE the 5th International Conference on Mechatronics System and Robots (ICMSR 2019)にて,当該研究に関連した"Development of Home Rehabilitation Devices Using Various Pneumatic Soft Actuators"のタイトルで招待講演(Plenary Speaker)を依頼された.国際会議での招待講演は名誉なことであり,当該研究の研究業績として重要であると考え,この講演を当該助成研究の研究業績として計上するため,研究期間の延長を申請し,次年度繰り越し予算を当該学会参加のための費用として使用することとした.
さらに,その旅程の支出後に,計上した予算が残った場合,当該研究に係わる研究動向調査や研究成果報告の予算として使用する予定である.

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Development of Pipe Holding Mechanism and Bending Unit Using Extension Type Flexible Actuator for Flexible Pipe Inspection Robot2019

    • 著者名/発表者名
      Keichi Kusunose, Tetsuya Akagi, Shujiro Dohta, Wataru Kobayashi, and Kengo Nakagawa
    • 雑誌名

      International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research

      巻: 8 ページ: 129-134

    • DOI

      10.18178/ijmerr.8.1.129-134

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 柔軟リニアステッピングアクチュエータの改良と応用2019

    • 著者名/発表者名
      福川 展弘 , 赤木 徹也 , 堂田 周治郎 , 小林亘,井上椋太
    • 雑誌名

      岡山理科大学紀要. A, 自然科学

      巻: 54 ページ: 51 - 57

  • [雑誌論文] Development of Flexible Spherical Actuator with 3D Coordinate Measuring Device2018

    • 著者名/発表者名
      Matsui Yasuko、Akagi Tetsuya、Dohta Shujiro、Kobayashi Wataru、Tamaki Hiroaki
    • 雑誌名

      Journal of Flow Control, Measurement & Visualization

      巻: 06 ページ: 95~106

    • DOI

      10.4236/jfcmv.2018.62009

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of Tetrahedral Type Rehabilitation Device Using Flexible Pneumatic Actuators2018

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Yoshio、Akagi Tetsuya、Dohta Shujiro、Kobayashi Wataru、Tamaki Hiroaki、Matsui Yasuko、Shimooka So
    • 雑誌名

      International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research

      巻: 7 ページ: 409~414

    • DOI

      10.18178/ijmerr.7.4.409-414

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of 5-Port Type Low Cost Servo Valve Using Buckled Tubes2018

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Obayashi, Tetsuya Akagi, Shujiro Dohta, Wataru Kobayashi, and Shota Harada
    • 雑誌名

      International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research

      巻: 7 ページ: 669-673

    • DOI

      10.18178/ijmerr.7.6.669-673

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of Portable Rehabilitation Device Using Flexible-Extension-Type Soft Actuator with Built-In Small-Sized Quasi-Servo Valve and Displacement Sensor2018

    • 著者名/発表者名
      SHIMOOKA So、DOHTA Shujiro、AKAGI Tetsuya、KOBAYASHI Wataru、YONEDA Masataka
    • 雑誌名

      JFPS International Journal of Fluid Power System

      巻: 11 ページ: 18~25

    • DOI

      https://doi.org/10.5739/jfpsij.11.18

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Development of Portable Flexible Robot Arm Using Flexible Linear Stepping Actuator2019

    • 著者名/発表者名
      Nobuhiro Fukukawa, Tetsuya Akagi, Shujiro Dohta and Ryota Inoue
    • 学会等名
      5th International Conference on Green Technology (ICGT 2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Improvement of Pipe Inspection Robot Using Extension Type Flexible Pneumatic Actuators2019

    • 著者名/発表者名
      Takashi Shinohara, Keichi Kusunose, Tetsuya Akagi, Shujiro Dohta, Wataru Kobayashi, Kengo Nakagawa and Mohd Aliff
    • 学会等名
      5th International Conference on Green Technology (ICGT 2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Pneumatic Soft Actuators and Sensors for Low-cost Home Rehabilitation Device2018

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Akagi
    • 学会等名
      2018 International Conference on Mechatronic Systems and Robots (ICMSR 2018)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of Portable Rehabilitation Device Driven by Low-Cost Servo Valve Using Tap Water2018

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Obayashi, Tetsuya Akagi, Shujiro Dohta, Wataru Kobayashi, Yasuko Matsui, So Shimooka and Takashi Shinohara
    • 学会等名
      2018 the 2nd International Conference on Automation and Mechatronics Engineering (ICAME 2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Flexible Pipe Inspection Robot Using Extension Type Flexible Actuators and Compact Valve Unit2018

    • 著者名/発表者名
      Kengo Nakagawa, Tetsuya Akagi, Shujiro Dohta, Wataru Kobayashi, Takashi Shinohara, Keichi Kusunose and Mohd Aliff
    • 学会等名
      2018 the 2nd International Conference on Automation and Mechatronics Engineering (ICAME 2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] 柔軟空気圧アクチュエータの開発とウェアラブル制御機器へ応用2018

    • 著者名/発表者名
      赤木 徹也
    • 学会等名
      日本機械学会 2018 年度年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 柔軟空気圧リニアステッピングクアチュエータの改良とロボットアームへ応用2018

    • 著者名/発表者名
      福川展弘,赤木徹也,堂田周治郎,藤本真作,小林 亘,篠原 隆,井上椋太
    • 学会等名
      平成30年秋季フルードパワーシステム講演会
  • [学会発表] 弁・センサ搭載型ポータブルリハビテーション機器の改良2018

    • 著者名/発表者名
      下岡 綜,赤木徹也,堂田周治郎,藤本真作,小林 亘,篠原 隆
    • 学会等名
      平成30年秋季フルードパワーシステム講演会
  • [学会発表] 屈曲チューブを用いた4ポート型低コストサーボ弁の試作と水道圧駆動ポータブルリハビテーション機器への応用2018

    • 著者名/発表者名
      大林秀幸,赤木徹也,堂田周治郎,藤本真作,小林 亘,篠原 隆,松井保子
    • 学会等名
      平成30年秋季フルードパワーシステム講演会
  • [学会発表] 空気圧駆動リニアステッピングアクチュエータを用いた簡易リハビリテーション機器の試作2018

    • 著者名/発表者名
      井上椋太,赤木徹也,堂田周治郎,藤本真作,小林 亘,篠原 隆,福川展弘
    • 学会等名
      平成30年秋季フルードパワーシステム講演会
  • [学会発表] 伸長型柔軟空気圧アクチュエータを用いた四面体リハビリテーション機器の試作2018

    • 著者名/発表者名
      鈴木善雄,赤木徹也,堂田周治郎,藤本真作,小林 亘,荒尾彬子
    • 学会等名
      平成30年秋季フルードパワーシステム講演会
  • [学会発表] 伸長型柔軟空気圧アクチュエータを用いた配管検査ロボットの試作と推進機構の単純化2018

    • 著者名/発表者名
      楠瀬系知,赤木徹也,堂田周治郎,藤本真作,小林 亘,中川兼吾,羽根 佑典
    • 学会等名
      平成30年秋季フルードパワーシステム講演会

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公開日: 2019-12-27  

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