機能性材料を用いたインテリジェント足部義足の開発に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14655103
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 古荘 純次 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70107134)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小柳 健一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30335377) ; 森本 正治 岡山理科大学, 工学部, 教授 (40341078) ; 中川 昭夫 兵庫県立福祉のまちづくり工学研究所, 研究第4課, 主任研究員兼課長
• Keywords: 機能性材料 / MR流体 / 義足 / 足継手 / ブレーキ / メカトロニクス / バイオメカニズム

Research Abstract

義足は下肢の切断位置によって,下腿義足,大腿義足,股義足など使用する義足が異なるが,義足足部についてはすべての義足使用者が必要とする.しかし,実際の人間の足部より軽量である必要があることや不自然な機械音がしてはいけない反面,大きな衝撃力を受ける条件下で高信頼性を実現する必要があるというある種のトレードオフがある.そのため,歩行時にその特性を実時間で制御できる足部義足はまだ開発されていない.
近年,磁場の印加によりみかけの粘性を制御できるMR流体を,様々なメカトロ機器へ応用しようとする研究が準んでいる.そこで本研究では,新しいメカトロニクス技術であるMR流体等を用いた高速かつ制御性の良いブレーキおよびこれらのデバイスを組み込むことにより,状況に応じて適した特性を実現するインテリジェント義足足継手の開発を目指す.
平成15年度の研究成果を以下に示す.
(1)MR流体を用いて,小型かつ軽量で制御性の良いMR流体ブレーキの設計・解析・開発を行った.昨年度開発したものと比べ,より小型軽量なものとした.また,用いる流体シールを見直すことで,連続使用耐久性を向上させた.
(2)MR流体ブレーキを既存の足部義足に取り付けるためのアタッチメント部を開発した.また,義足足継手部の回転角度検出センサ,およびその情報を用いたMRブレーキの制御を行うソフトウェアの開発も行い,インテリジェント義足足継手としての一次試作機を構築した.
(3)上記の一次試作機を用いて,実際に左足下腿義足を使用している方の協力を得て,歩行実験を行った.その結果,MR流体ブレーキへの供給電流を調整することにより,義足が支持脚相から遊脚相に遷移する際に急速に底屈することを防ぐことができていることが分かった.これにより,爪先が衝突することなく遊脚を前方に振り出すことも可能になる.

Research Products

• [Publications] 中垣聡子, 武居直行, 古荘純次, 津田剛志, 中川昭夫, 森本正治: "義足のインテリジェント足継手のためのリニア型MRブレーキの特性実験"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2003講演論文集. 2A1-2F-D4 (2003)
• [Publications] 菊池武士, 木村真也, 山口雄平, 古荘純次: "高速・高トルクMRブレーキ・アクチュエータの開発に関する研究"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2003講演論文集. 1P1-2F-F6 (2003)
• [Publications] 中垣聡子, 落合公大, 李成求, 古荘純次, 小柳健一, 森本正治, 中川昭夫, 赤澤康史: "リニア型MRブレーキを用いた義足のインテリジェント足継手一次試作機の開発及び実験"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2004講演論文集. (印刷中). (2004)