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Vincent Systems 社、PTC 製品で高性能な義手を設計

によって Geoff Hedges

人 間の手は、複雑な作りをしています。指は 3 カ所で曲がり、親指を使って物をつまんだりつかんだりします。すべての指を丸めれば、握りこぶしができます。それに代わるものを実物の動きに近づけるに は、並外れた柔軟性のある機械を作るだけでなく、壊れやすい物を壊さずに持ち上げられると同時に、硬い瓶のふたも開けられるほどの力を備えたフィードバッ ク メカニズムを考案しなければなりません。

これこそ、Vincent Systems 社のチームが追及している設計です。2009 年以降、このドイツ企業のエンジニアたちは、これらの機能すべてを、重量わずか 250 グラムの、手よりも大きなスペースをとらないパッケージに詰め込む手法を模索してきました。この驚くべき義手の仕組みをここに示します。

Vincent Partial ハンド システムは “握る” 動作と “つかむ” 動作を解剖学的および生物力学的観点から正しく復元します。

正確なサイズを測るために、反対側の手もスキャンします。そのデジタル版が PTC Creo に取り込まれて反映され、新しい手の外寸法が確定されます。CEO のステファン・シュルツ博士 (Dr. Stefan Schulz) によれば、同社のチーム (PTC のパートナーである INNEO と連携) はこの手法によりわずか 5 歳の患者の義手を製造したということです。実際、同社は子供向けの義手を提供した初の企業であるそうです。

エンジニアリング チームは、義手の内側に最大 6 個のモーター セットをモデリングしています (各指に 1 個ずつ、親指に 2 個)。これらのモーターは同社独自技術であるギア システムを駆動させます。このシステムのサイズは直径わずか 10 mm ですが、2 Nm のトルクに対応できます。

VINCENTevolution 2 は、10 本の双方向モーター駆動軸を備えた、コンパクトで生物力学的に最適化された高強度アルミニウム合金の義手です。

その結果、いくつもの握りパターンに対応できる器具が完成しました。たとえば、3 本の指を閉じる動作 (2 本の指を親指に合わせる) や、ヒッチハイクのような親指を立てるしぐさなどが可能です。

重 量を増やし過ぎることなくエンジニアが求める強度を得るために、義手の素材にはカーボン ファイバーとポリウレタンを採用し、それをゴムとプラスチックで覆って、柔らかみのある人間的な感じを出しました。もう 1 つのモーターが装着者にフィードバックを送り、振動でどの程度の力がかかっているかを知らせます。

Vincent Systems 社の CEO、ステファン・シュルツ博士による企業紹介とビジョン説明のビデオをご覧ください。

注記: このビデオはドイツ語ですが、クローズド キャプションで字幕をご利用いただけます。ビデオ画面の下部にあるキャプション ボタンCCをクリックしてください。プルダウン矢印をクリックして「字幕を翻訳」を選択し、Englishを選択して「オン」をクリックします。

設計プロセス全体で、エンジニアは PTC

 

 


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