シリコン外殻型発泡ゴムアクチュエータの開発と福祉介護装置への応用

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550252
• Research Institution: Nara National College of Technology
• Principal Investigator: 早川 恭弘 奈良工業高等専門学校, 電気制御工学科, 助教授 (50180956)
• Keywords: 介護機器 / 空気圧 / ソフトメカニズム / シリコンゴム / 発砲ゴム / 人間親和性 / 負担度評価 / 心拍数

Research Abstract

本研究で提案するシリコン外殻型発泡ゴムアクチュエータは,発泡ゴムの外側をシリコンゴムでコーティングした構造であり,発泡ゴムの密度により無加圧時の固有剛性を調整することが可能なアクチュエータである.また,アクチュエータが破損し空気漏れが生じた際も,内部の発泡ゴムがクッションとなり,被介護者に対する安全性を確保することができる.さらに,印加する圧力によりアクチュエータの剛性及び形状が可変であると考えられ,発泡ゴムの密度,積層数及び形状により特性が異なる.
本研究では,アクチュエータの構造の違いによる動特性の比較を行った.すなわち,発泡ゴムが二層型の場合,内圧に対し形状変化することから,発泡ゴムの構造として,平板型,くり抜き型について検討を行った.そして,材質の異なる構造の発泡ゴムに対して,位置制御性能,軌道制御性能を明らかにした.制御則には,第一ステップとして位置の目標値に対する偏差のPID制御から目標圧力を導出し,第二ステップとして目標圧力に対する偏差からアクチュエータを駆動する弁への電圧を導出する階層フィードバック制御則を適用した.発泡ゴムの材質としてECZ及びEMMを使用した場合におけるステップ応答及び周波数応答実験を行った結果,平板型発泡ゴムを使用する場合は,発泡ゴムの材質により周波数特性に差が生じる結果となった.それに対し,くり抜き型の場合は,異なる発泡ゴムの材質にして,ほぼ同じ特性を示すことが明らかとなった.さらに,本アクチュエータを鬱血防止マットに応用するために,制御性能に関して検討を行った.その結果,外殻部が一層で内殻部が二層構造を有する外殻一層型を適用することにより良好な結果が得られることが明らかとなった.

Research Products

• [Publications] Y.Hayakawa: "Study on a New Mechanism of a Silicon Outer Fence Mold Actuator."7th International Symposium on Fluid Control, Measurement and Visualization. (2003)
• [Publications] Y.Hayakawa: "Cntrol Performance of a Pneumatic Silicon Outer Fence Mold Actuator"Proceedings of SICE Annual Conference in Fukui. (2003)
• [Publications] Y.Hayakawa: "Basic Characteristics of a Silicon Outer Fence Mold Actuator with Human Compatibility"1st International Conference on Computational Method in Fluid Power Technology. (2003)
• [Publications] 早川恭弘: "人間親和性を有するシリコン外殻型発砲ゴムアクチュエータ"日本フルードパワーシステム学会誌. Vol.34・No.5. 117-120 (2003)
• [Publications] 早川恭弘: "人間親和型柔軟アクチュエータ"油空圧技術. Vol.42・No.8. 40-44 (2003)
• [Publications] 早川恭弘: "シリコン外殻型発泡ゴムアクチュエータSOFMAの特性改善"日本フルードパワーシステム学会 春季フルードパワーシステム講演会. (2003)
• [Publications] 早川恭弘: "シリコン外殻型発砲ゴムアクチュエータの制御性能"ロボティクス・メカトロニクス講演会. (2003)
• [Publications] 早川恭弘: "人間親和性を有するシリコン外殻型発砲ゴムアクチュエータを用いた能動サポータ"バイオメカニズムシンポジウム. (2003)
• [Publications] 早川恭弘: "シリコン外穀型発砲ゴムアクチュエータの開発"精密工学会第8回知能メカトロニクスワークショップ. (2003)
• [Publications] 早川恭弘: "福祉介護にも応用可能な多機能人間親和型柔軟アクチュエータSOFMA"2003中小企業ビジネスフェアin KANSAI. (2003)
• [Publications] 早川恭弘: "シリコン外殻型発泡ゴムアクチュエータを用いた装具設計"日本機会学会 機械力学・計測制御部門講演会 Dynamics and Design Conference. (2003)
• [Publications] 早川恭弘: "シリコン外穀型発砲ゴムアクチュエータの人間支援要素への応用"第46回自動制御連合講演会. (2003)
• [Publications] 早川恭弘: "シリコン外殻型発泡ゴムアクチュエータを用いた床ずれ防止のマットの開発のための基礎研究"平成15年秋季フルードパワーシステム講演会. (2003)
• [Publications] 早川恭弘: "福祉介護用空気圧シリコン外殻型発砲ゴムアクチュエータの開発"第24回バイオメカニズム学術講演会. (2003)
• [Publications] 早川恭弘: "シリコン外殻型発泡ゴムアクチュエータを用いた鬱血防止のマットの開発のための基礎研究"計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会. (2003)
• [Publications] 早川恭弘: "空気圧シリコン外殻型発砲ゴムアクチュエータの開発"日本機械学会論文集 C編. 第70巻・第690号. 433-439 (2004)
• [Publications] 早川恭弘: "進展する省エネ化,高機能化 油圧・空気圧システム"日刊工業新聞. (2003)