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 elbow joint of the upper limb has a length of adjustment. The upper arm has a length of adjustment. The upper limb function is reproduced in the same way as that of the prosthetic hand in China. Elbow joint flexibility and reproduction, electric elbow joint hand realization, artificial hand function and upward one layer of progress. The safety requirements for the use of electric hand-operated machines are as follows: The quantitative assurance of safety is that the maximum output of the output shaft is limited by the maximum output of the output shaft, and the speed of the output shaft is limited by the low inertia. This study focuses on the characteristics of functional fluids and the application of MR fluids in the development of small and electric devices. The proposal is that the body of the small MR fluid should be used in the transmission part of the MR fluid mechanism, and the ultrasonic wave should be used in the transmission part of the MR fluid mechanism. In addition to ultrasonic waves, permanent magnets move in two directions, and MR fluids move in two directions, magnetic fields move in two directions, magnetic field move in two directions, and magnetic field move in two directions. The MR fluid inside the mechanism has a voltage drop, a breaking force, and a magnetic field. The MR fluid passes through the brake shaft. The research results show that the permanent magnet and the magnetic field excitation mechanism are tested. In the meantime, the ultrasonic wave and other components are combined to test the braking characteristics of the test machine. The design and trial operation of a simple upper tendon control system are carried out in the construction of a steel tendon control system, and the application of the system is verified by three persons working together.