電気エネルギーを使用しない 軽量・安価な流体駆動 …...3...
TRANSCRIPT
1
平成31年1月10日（木）
電気エネルギーを使用しない軽量・安価な流体駆動義手
津山工業高等専門学校 総合理工学科
機械システム系 助教
西川 弘太郎
2
Open Bionics Handiii Coyote
Rehand
軽量・安価な筋電義手を提供するための3Dプリンタを利用した義手開発プロジェクト
・重量およびコスト削減は限界（多くの機械・電子部品から構成）・電気エネルギーが不可欠（バッテリーが必要であり，使用時間は制限）・対象物の柔軟把持が困難
駆動源にフルードパワーを用いた電気エネルギーを使用しない流体駆動義手の提案
発明の背景・従来技術・問題点
DMC Plus
筋電義手
日本において上肢切断者は約8.2万人
上記プロジェクトの筋電義手の問題点
重い・高い
3
なぜ，義手を流体駆動（空気圧）するのか？
1. 出力/重量比が高い 義手の軽量化
2. 構造がシンプル
3. バックドライバビリティに優れる
義手の低コスト化
空気の圧縮性を利用し，剛性の低い対象物の柔軟把持が可能
DCサーボモータ: 83 N/kg
1. 多くの外部機器が必要（空気圧部品，電子部品，PC等）2. 外部機器を駆動するための，電気エネルギーが不可欠
重量増加・高コスト化の問題により，流体駆動義手の実用化はされていない
外部機器の例（コンプレッサ）
しかし，従来の空気圧システムでは・・・
ベローズアクチュエータ：15700 N/kg at 100kPa
4
使用者の回外動作を利用した無動力型流体駆動義手の提案
開発済みの空気圧駆動ロボットハンドに基づいた，全く新しい無動力デバイスを提案
使用者の回外/回内動作により圧縮空気を生成し，駆動する従来の外部機器・電気エネルギー不要！
大幅な軽量・低コスト化の実現！
無動力型流体駆動義手空気圧駆動ロボットハンド
実時間Linuxによるリアルタイム制御
空気圧駆動であるが，外部機器や電気エネルギーを必要としていた
5
無動力型流体駆動義手の動作原理
• 駆動源からアクチュエータを義手に組込んでいる（外部機器不要）• 円筒リブカムがホルダーの回転運動を直線運動へ変換• 回外動作で圧縮空気を生成（電気エネルギー不要）• 単純な空気圧回路で信頼性が高い
無動力型流体駆動義手の構造・動作原理
6
(a) 指部正面 (b) 指部側面
(c) 外観
• プロトタイプの2指義手• 指部駆動部，ソケット部から構成• 単純な樹脂パーツを3Dプリンタにより製作
(d) 取付例
流体駆動義手（プロトタイプ）の仕様
Weight 574 g(Finger part: 88 g Other part: 486 g)
Maximum pressure Approx. 80 kPa
Maximum angle of joint Approx. 0.9 rad
Size H 165.0 mm x W 100.5 mm x L 645.0 mm
無動力型流体駆動義手の構造・動作原理
7
無動力型流体駆動義手の構造・動作原理
8
ベローズを用いた義手指関節の駆動原理
・ベローズは柔軟であり，指の屈曲/伸展の適しているため，指関節に直接組込める・圧力印加時に長手方向のみ膨張するため，対象物との干渉がない
9
無動力型流体駆動義手の性能（回外角度とベローズ圧力（把持力））
• 各屈曲角度において，ホルダーの回外角度で把持力の調整が可能• 把持力は回外角度に比例しており，筋電義手よりも容易な操作が可能
●負荷時（対象物を把持している状態を模擬）
示指の負荷特性
10
回外角速度と指先速度特性
市販の筋電義手の6倍以上の指先速度を有するため，対象物の素早い把持/解放が可能
無動力型流体駆動義手の性能（指先速度）
11
ペットボトルの把持実験
12
ペットボトルの把持実験
本義手は，筋電義手のような• モーター駆動音なし• 水に濡れてもショートの心配なし• 筋電センサーの位置調整の煩わし
さなし，汗による故障なし
(A) (B) (C) (D) (E)
ペットボトル把持時の回外角度とベローズ圧力
回外角度を一定に保持し，安定した把持を実現
（筋電義手ではできない）
13
柔軟物を含む対象物の把持が可能
(c) 紙コップ
(b) ゴムボール(a) 消しゴム
14
• 従来の重量があり高価な筋電義手にかわる軽量・安価な義手として期待される。
• 本発明は軽量・安価な無動力システムであり，果実収穫用のロボットハンドや手術ロボット用のハンドとして，農業・医療分野への応用も見込まれる。
想定される用途
15
• 2指のプロトタイプのため，実用化には，優れ
たデザイン性の検討，多指化，義手使用者による把持試験，耐久試験が課題である。
• 義手の基本的な制御性能や把持性能の実験結果から，従来技術のものよりも優れていることを確認済みであり，上記課題は，比較的容易にクリアすることが可能と考える。
実用化に向けた課題
16
ロボット（制御機器）を製造されている企業，
医療・福祉分野への製品応用・事業展開を予定されている企業との共同研究を希望します。
企業への期待
17
• 発明の名称 ：能動義手
• 出願番号 ：特願2018-020975• 出願人 ：独立行政法人国立高等専門学校機構，
国立大学法人岡山大学
• 発明者 ：西川弘太郎，平田健太郎，高岩昌弘
本技術に関する知的財産
