超音波モータと磁気粘性流体を用いた肘筋電義手に関する基礎研究

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本研究では,肘筋電義手のコントローラに関して,(1)筋電信号の処理,(2)システム試作,(3)システム特性解析を中心に行った.(1)筋電信号の処理:ヒトの肘関節付近から発生する筋電信号を筋電アンプ(EMG-025)を用いて測定して処理方法について検討した.(2)システム試作:小型マイコンPSoCを採用し,超音波モータの筋電制御システムを試作した.(3)システム特性解析:試作システムについて特性試験を行い,有効性を検証した.PSoCマイコンを用いた超音波モータ筋電制御システムを構築し,検証実験にて動作可能であること確認した.しかし,筋電信号に混入する雑音の影響などによりシステムが正常に動作できない場合があった.今後は,これらの雑音の除去や肘運動速度を考慮した制御システムの構築を行う必要がある.これらの一連の結果ついては,日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会にて学会発表,および国際会議4thEuropean Medical and Biological Engineering Congress Engineering for Health(MBEC2008)での発表を行う予定である.また上記と並行して,平成18年度に試作したアクチュエータについて,トルク伝達機構に関する改良を行って伝達特性の改善をはかった.具体的には,クラッチ内部の伝達円盤の形式,磁気粘性流体の種類および磁場印加を行う永久磁石の数を変化させて,システム出力のトルク伝達率を測定した.第二試作機におけるトルク伝達率は0.120であり,第一試作機の0.067と比較して2倍近くの改善がみられた.また特性実験の結果より,アクチュエータのクラッチ部においては,伝達円盤の体積比を可能である限り大きくする,磁場印加時のせん断応力が大きい磁気粘性流体を使用する,永久磁石によるクラッチ内部の磁場範囲を大きくする,などがトルク伝達率の向上に有効であると考えられる.今後は,クラッチ部におけるトルク伝達率をさらに向上させるために,永久磁石による磁場がおよぼす部分での伝達円盤の体積を可能な限り増やすことで,磁気粘性流体がより鎖状化しやすい構造のクラッチケースおよび伝達円盤の設計,試作を行う必要がある.なお,第二試作機の特性試験の結果については,日本AEM学会へ論文投稿している.