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国内準優勝

F3Hand

F3Handは,湾曲型空気圧人工筋を骨格兼アクチュエータとして用いることで,軽量かつ柔軟な把持を実現した5指義手です.

  • F3Hand: 湾曲型空気圧人工筋により駆動する5指義手

  • F3Handによるさまざまな日用品の把持

  • F3Handの構成要素

  • F3Handのプロトタイプ

  • F3Handを装着したユーザのペットボトル把持

概要

従来の5指義手には,重量と柔軟な把持の課題がありました. F3Handは,湾曲型空気圧人工筋を骨格兼アクチュエータとして用いることで,軽量かつ柔軟な把持を実現した5指義手です.


経緯

前腕欠損者の生活を支援するため,様々な5指電動義手が開発されてきました. 5指電動義手は電動アクチュエータにより対象を把持できるものの,いくつかの課題があります.多数のアクチュエータと複雑な機構のため,ソケットを含む一般的な5指電動義手は900g以上になります.重い義手は,ユーザが義手の使用をあきらめる大きな要因となっています.また,剛性の高い指は,柔軟な把持を実現することが困難です. そこで,湾曲型空気圧人工筋を用いて駆動する義手を開発し,これらの問題を解決します.


機能

F3Handは,5指が人間の手と同様に配置されています.各指は,湾曲型空気圧人工筋の動きに追従できる2重関節を備えています.湾曲型空気圧人工筋は,ゴムチューブを伸縮性の異なる2種類の布で挟み込む構造であり,ポリウレタンチューブから人工筋に空気を送り込むと,人工筋は高伸縮の布と低伸縮の布の特性の違いにより一方向に湾曲します. 駆動ユニットには,小型CO2ボンベ,電磁バルブが内蔵されています.コントロールスイッチを押すことでソレノイドバルブが開き,空気が人工筋に送られます. 湾曲型空気圧人工筋を指の骨格兼アクチュエータとして用いることで軽量化し,柔軟な把持と自然な動作を達成しました.


開発過程

まず,5指電動義手に関する論文や製品を調査し,ユーザにインタビューを行いました.その結果,5指電動義手の課題は,重さと柔軟な把持であることがわかりました.調査後,湾曲型空気圧人工筋を骨格兼アクチュエータとして用いる義手を考案しました.次に,プロトタイプを開発しました.プロトタイプは,3DCADと3Dプリンタで製作しています.1次プロトタイプでは,指の関節が湾曲型人工筋に追従しないという問題がありました.そこで,2次プロトタイプでは,指の関節を2重関節にし,人工筋に追従するようにしました.また,2自由度の受動CM関節を開発し,様々な把持姿勢がとれるようにしました.その結果,F3Handは軽量(255g)で柔軟な把持を達成しました.最後に,前腕欠損者によるユーザ評価を実施しました.前腕欠損者は,上肢機能評価テスト(SHAP)と日用品の把持テストを行いました.テストの結果,F3Handは様々な日用品を把持できることがわかりました.テストの結果から,把持性能をさらに向上させるために,現在F3Handを改良中です.


差別化

一般的な5指電動義手は,900g以上の重量です.F3Handは,軽量な湾曲型空気圧人工筋をアクチュエータとして用いることで,255gの重量を達成しました.F3Handは,剛性の高い指を持つ従来の5指電動義手に比べて柔軟な把持を実現しました.人工筋を外観の一部とすることで,ハンドは装飾グローブで覆わずにスタイリッシュな外観を実現しました.


将来の計画

将来,ユーザが筋隆起センサに基づいた操作システムにより,F3Handを制御することができるように改良します.また,様々な把持姿勢を取るために,各指を独立して動かせるようにも改良を行う予定です.私たちは将来的にF3Handを製品化したいと考えています.


他アワードでの受賞歴


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