| 研究概要 |
マッキベン型人工筋肉は,人間の行動を補助するウェアラブルロボットや歩行支援機を始めとした介護・補助機器に多用されている. しかし, 従来の設計・制御方法は, ほとんどが試行錯誤的な手法に基づいているうえに, 人工筋肉の挙動は強い非線形性を示すため, その制御には困難を伴う. そこで本研究では, エネルギーのつり合いに基づいてチューブの幾何形状と収縮率, ゴム膜内圧, 引張り力(負荷)などの理論関係式の導出を試みた. 具体的には, 人工筋肉の仕事速度と内圧による膨張の仕事速度に加え, 各種エネルギーの損失項目を付加した理論解析手法を新たに提案した. これらの各項目は, 人工筋肉の幾何形状および材料条件の関数として表されるため, エネルギーのつり合いに基づく本理論解析法により, 収縮率・内圧・引張り力の経時変化の算出が可能となった. またこれを用いたパラメトリックスタディを行い, マッキベン型人工筋肉の各種設計変数の最適値(例えば, 人工筋肉を構成する各種部材の幾何形状や材料特性の選定)を評価可能であることを示した. 他方, 編み込み接触構造を有する人工筋肉において, 摩擦挙動の精緻なモデル化は不可欠である. そこで, 速度依存性摩擦モデルを提案するとともに, 具体的な境界値問題への適用をおこなった. 以上のように, 本年度の研究により, マッキベン型人工筋肉の収縮率アップなどに関する最適設計法の提案や編み込み構造の摩擦挙動のモデル化などの成果が得られた.
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