上水道を利用した電源不要な水圧式駆動源の開発とその応用

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昨年度にはリハビリテーションシステムについて検討し、PTの作業を完全に代替するシステムのような自動化ではなく、PTの作業を補助するシステムの開発に関する基礎的な研究を行ってきた。具体的には、重力補償制御による下肢保持の有効性を確認し、下肢を模擬した１関節ロボットアームによる実機検証実験を行っている。また、提案システムの設計に取り組み、高剛性のフレームを直接患者に装着しない補助システムの設計として、患者がベッドに横たわった状態で人工筋を大腿部にベルトを用いて装着する簡易なシステムを実現した。今年度は昨年度取り組む予定であった増圧器の改良について検討した。増圧器は基本的な構造や原理は明らかになっている一方、ストロークエンドにおける切り替えには電磁弁を用いており水道水圧駆動システムのメリットを損なっていた。そこで、今年度は電磁弁などの電気駆動での切り替えから純水圧駆動での切り替えを実現するため、流体スイッチング素子を組み合わせた流体発振器の設計について検討した。具体的には、OpenFOAMと呼ばれる熱流体解析ソフトを用いて切り替え原理の確認および切り替え可能な設計について検討し、これらの結果に基づいた試作を行った。動作確認実験では制御ノズルからの流量を切り替えることによりメインノズルの流路切り替えが確認され、その有用性が示され水圧駆動のみで動作する増圧器の実現可能性が示唆された。これにより、昨年度得られたリハビリテーションシステムと今年度得られた増圧器を組み合わせることにより、本研究で提案する電源不要な水圧式駆動源とその応用先であるシステムが実現される。