Development of MR fluid clutch mechanism equipped with small-lightweight and flexibility, and application to electric elbow prosthesis

小型、轻量、灵活的MR流体离合器机构的开发及在电动肘假肢上的应用

• 批准号: 21K12779
• 负责人: 矢野 順彦
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Nara National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K12779/
• 关键词: MR流体クラッチ機構; 電動肘継手

ヒトの肘関節は，上肢の体幹と手先との有効長を調節する器官であり，上腕切断者はこの機能を失う．この上肢機能を再現するために，国内では義肢装具士により義手が処方されるが，ヒトのような連続的な柔軟性をもつものは見当たらない．肘関節の柔らかさが再現できる電動肘継手が実現化すれば，義手の機能の向上が一層進むと考えられる．また，電動義手のように直接ヒトと接触しながら使用するメカトロニクス機器のアクチュエータには安全性が要求される．この安全性の定量的な確保のために，アクチュエータ出力にクラッチ機構を付けることで，出力軸の最大出力を機構的に制限し，ヒトが出力軸を駆動する際には速度制限を受けずに低慣性で動かすことができる．本研究は，機能性流体のレオロジー特性に着目し，MR流体を伝達媒体としたクラッチ機構付き小型アクチュエータの開発および電動肘継手への応用を目的とする．提案する小型アクチュエータ本体は，MR流体をクラッチ機構の伝達部に用いたもので，超音波モータ1の回転入力を，ハーモニックギアを通じて伝達することでシステム出力を取り出す．また，別の超音波モータ2による駆動で永久磁石を動かして，MR流体に印加する磁場を連続的に変化させる磁場印加機構を含む．クラッチ機構内部のMR流体の降伏せん断応力は印加する磁場により変化できるため，MR流体を通じた出力軸の制動トルク制御がハードウェア上で可能となる．ここまでの研究実績としては，MR流体を封入したクラッチ機構と，永久磁石と超音波モータを用いて磁場を励磁する磁場印加機構を試作した．さらに超音波モータ等を組み合わせて小型アクチュエータの試作を行い，試作機の制動トルクについて特性試験を実施した．また簡易的な上腕筋電義手の設計・試作を行い，既に構築されている筋電制御システムを適用した検証実験を被験者3名のご協力により実施した．

The ヒト elbow joint ヒト, upper limb limb limb limb trunk と hand first と has the function of long-term を regulation of the する organ であ, and the function of the <s:1> と limb is を impaired う in patients with upper wrist amputation. こ の upper limb function を reappearance す る た め に, domestic で は prosthesis fitting and に よ り righteous hand が 処 party さ れ る が, ヒ ト の よ う な even 続 な softness を も つ も の は see when た ら な い. Elbow masato section の soft ら か さ が reappearance で き る electric elbow 継 hand が be modern す れ ば, righteous hand の function の が up a layer into む と exam え ら れ る. ま た, electric hand righteousness の よ う に directly ヒ ト と contact し な が ら use す る メ カ ト ロ ニ ク ス machine の ア ク チ ュ エ ー タ に は が safety requirements さ れ る. こ の の quantitative な ensure safety の た め に, ア ク チ ュ エ ー タ output に ク ラ ッ チ institutions pay け を る こ と で, output shaft の maximum output を institutions, the limitations of に し ヒ ト が output shaft を 駆 dynamic す る interstate に は speed limitations を by け ず に low inertia で move か す こ と が で き る. は, functional fluid の レ オ ロ ジ ー features に mesh し, MR fluid を 伝 of media と し た ク ラ ッ チ institutions pay き small ア ク チ ュ エ ー タ の open 発 お よ び electric elbow 継 hand へ の 応 purpose を と す る. Proposal す る small ア ク チ ュ エ ー は タ ontology, MR fluid を ク ラ ッ チ institutions の に 伝 of department with い た も の で, ultrasound モ ー タ 1 を の planning back into the force, ハ ー モ ニ ッ ク ギ ア を tong じ て 伝 da す る こ と で シ ス テ ム output を take り す. ま た, don't の ultrasound モ ー タ 2 に よ る 駆 で permanent magnet を move か し て, MR fluid に Inca す を る magnetic field even 続 に variations change さ せ る magnetic field contains を む Inca institutions. ク ラ ッ チ in-house の MR fluid の subjugate せ ん break 応 force は Inca す る magnetic に よ り variations change で き る た め, MR fluid を tong じ た の output shaft brake ト ル ク suppression が ハ ー ド ウ ェ ア で may と な る. こ こ ま で の research be performance と し て は, MR fluid sealed を し た ク ラ ッ と チ institutions, permanent magnet と ultrasound モ ー タ を with い を て magnetic field excitation す る magnetic Inca institutions を attempt し た. さ ら に ultrasound モ ー タ を groups such as み close わ せ て small ア ク チ ュ エ ー タ の attempt を い, attempt の braking ト ル ク に つ い て characteristics test を be applied し た. ま た righteous hand wrist tendons on simple な electricity line を い の design, test, both に build さ れ て い る jin electric system royal シ ス テ ム を applicable し た 検 card be 験 を by 験 three の ご together に よ り be applied し た.