山川 宏 (ヤマカワ ヒロシ)

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所属

理工学術院

職名

名誉教授

ホームページ

http://www.yamakawa.mech.waseda.ac.jp

学位 【 表示 / 非表示

  • 早稲田大学   博士(工学)

所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    人工知能学会

  •  
     
     

    土木学会

  •  
     
     

    計測自動制御学会

  •  
     
     

    自動車技術会

  •  
     
     

    日本設計工学会

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研究分野 【 表示 / 非表示

  • 機械力学、メカトロニクス

  • 機械要素、トライボロジー

  • 設計工学

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • 設計工学、振動学、振動制御、機械要素、トライボロジー

論文 【 表示 / 非表示

  • Bio-inspired wing-folding mechanism of micro air vehicle (MAV)

    Tomohiro Jitsukawa, Hisaya Adachi, Takamichi Abe, Hiroshi Yamakawa, Shinjiro Umezu

    Artificial Life and Robotics   22 ( 2 ) 203 - 208  2017年06月

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    Over the past few years, many researchers have shown an interest in micro air vehicle (MAV), since it can be used for rescue mission and investigation of danger zone which is difficult for human being to enter. In recent years, many researchers try to develop high-performance MAVs, but a little attention has been given to the wing-folding mechanism of wings. When the bird and the flying insects land, they usually fold their wings. If they do not fold their wings, their movement area is limited. In this paper, we focused on the artificial wing-folding mechanism. We designed a new artificial wing that has link mechanism. With the wing-folding mechanism, the wing span was reduced to 15%. In addition, we set feathers separately on the end of wings like those of real birds. The wings make thrust force by the change of the shape of the feathers. However, the wings could not produce enough lift force to lift it. Therefore, we have come to the conclusion that it is necessary to optimize the wings design to get stronger lift force by flapping.

    DOI

  • Membrane Space Structure with Sterical Support of Booms and Cables

    Ayako Torisaka, Yoshitaka Satoh, Takeshi Akita, M.C Natori, Hiroshi Yamakawa, Tomoyuki Miyashita

    AIAA Science and Technology Forum and Exposition (SciTech2016)    2016年01月

  • Shape Control of the Stewart Platform with Elastic Hinge Utilizing Artificial Thermal Expansion

    Ryo Koyama, Kosei Ishimura, Akira Iino, Yusuke Funakoshi, Hiroshi Yamakawa

    Proceeding of ICAST2015   051  2015年10月

  • 光学架台の高精度ポインティング制御の基盤技術開発

    石村康生(ISAS/JAXA, 山川宏, 飯野晶, 小山遼

    第30回宇宙構造・材料シンポジウム    2014年12月

  • 3次元空間内の多関節ロボットアームの最適な関節数,リンク長,軌道に関する研究

    金亨俊, 山川宏

    第57回 自動制御連合講演会    2014年11月

    DOI

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共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 増分伝達マトリクス法と動的応答実験を併用した計算システムに関する研究

    一般研究(C)

  • 実験とAI技術に基づく機械構造の動的問題における対話型最適設計システムの開発

    一般研究(C)

  • 実験とニューラルネットワーク及び遺伝的アルゴリズムを用いた最適設計法の開発

    一般研究(C)

  • 機構系を含む機械構造系の同時最適設計に関する研究

    一般研究(C)

  • 実験とニューラルネットワークを併用した構造系の同定と構造系と制御系の同時最適設計

    一般研究(C)

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特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • 術中情報の循環による自律型手術支援システム

    2014年   藤江 正克, 宮下 朋之, 小林 洋

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     従来のコンピュータ支援外科技術の枠組みでは,個人差や手術中の状態変化により術前計画からずれた際の対応は医師の経験・ノウハウにゆだねられており,コンピュータの長所である定量性・再現性が十分に生かされなかった.この問題に対し,コンピュータ・医師に術中情報を循環させながら,個体差や手術中に発生する状態変化に対してコンピュータが調整・適応する自律型手術支援システムを提案する.本研究では,ラジオ波焼灼療法を対象手技として,臓器の機械・熱力学・電磁気学特性の変化を記述した臓器数理モデルを規範とした手術マニピュレータの制御システムを構築することを目指す.本申請では,臓器数理モデルの基礎データとして,電極針からの電流で組織に発生する熱量に対し,電極針が組織を穿孔する力(破断荷重)の変化の関係を,ブタ心筋組織を対象としたin vitro実験にて取得した.実験の結果,発熱量の増加に伴い,破断荷重は減少する傾向にあることが示された.今後は,発熱量に依存して破断荷重が変化する心筋組織の変形モデルを構築する.

  • 手術手技の工学的解明に基づく手術支援ロボットの知能構築と統合システム開発

    2010年  

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    本提案では,肺の転移性がんに対する内視鏡手術をモデルケースとし,患者個人が持つ形状や物性に応じた手術ロボティックシステムの開発を目指した.システム開発にあたり,各研究者がこれまで十分な実績がある専門分野において研究を遂行し,各機関が繋がりを有した形で肺虚脱前後におけるがん位置同定システムの開発を実施した.まず,小林・星らは,肺の詳細な力学モデルを構築するため,定量的なCT撮像を実施した.具体的には,肺の変形量が多い10~20[kPa]について,従来よりも撮像の刻み幅を小さくし連続的な画像データを取得した.これにより,従来不明であった10~20[kPa]における肺の変形形態について詳細なCTデータが取得され,より高精度の解析モデルの構築が可能となった.さらに佐藤・中本らは,解析モデルを作成する際のレジストレーションに関する検討を行った.具体的には,従来,面等の一部形状が一致しても局所解のためにレジストレーション精度が向上できなかったが,新しくXiao Han の手法を適用することで,精度向上を図った.最後に計算力学・シミュレーション技術を用いた手術手技の最適化手法に特化する山川・宮下らは,マルチスライスCTを用い,ブタ肺を用いた虚脱実験を実施し,シミュレーションによる解析結果との比較検証を行った.モデル構築にあたっては,25[kPa]印加時のCT画像を基に,3次元画像処理ソフトMimincによってCT画像からブタ肺の肺実質部分と気管支部分の必要領域を抽出した.各測定点の最終的な移動点について実測値と解析値を比較すると,固定点に近い点では誤差が20[mm]以下で小さいものの,固定点から遠い点では,70[mm]以上の誤差が生じ,大きな誤差が生じていたことが分かった.以上より,第一分岐気管支に近い点では今回の解析方法で肺構造の虚脱変形挙動の推定が有効であることが分かった.

  • 患者テーラーメイドモデルを用いた定量的な治療を実現する医用システムの開発

    2009年   藤江 正克, 高西 淳夫, 宮下 朋之

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    本研究課題では、患者個人が持つ身体的形状や物性に応じた外科治療を行う医用システムを開発するため、核となる2つの要素技術「(1)患者テーラーメイド臓器物理モデルの構築技術」と「(2)臓器変形の数値シミュレーション技術」について、肺がん治療をモデルケースとした研究を行った。(1)患者テーラーメイド臓器物理モデルの構築技術: 外科手術中に生じる臓器変形を定量的に解析する際に必要となる「臓器物理モデル」を患者毎に構築する技術について、肺臓をモデルケースとした研究開発を行った。具体的には、(a)医用X線CT画像から細部血管と細径気管支まで含む詳細な肺形状の抽出、(b)肺組織が有する力学的な粘弾性特性の取得、(c)実測された形状と力学的特性に基づく高精度な肺臓の「臓器物理モデル」構築、のそれぞれについて実現した。(2)臓器変形の数値シミュレーション技術: 外科手術中に生じる臓器変形を定量的に解析するための数値シミュレーション技術について、肺虚脱時のがん位置同定をモデルケースとした研究開発を行った。具体的には、(1)項において開発した肺臓の「臓器物理モデル」を活用し、汎用非線形構造解析ソフトウェアを用いた有限要素解析を実施した。その結果、従来考えられていたよりも肺虚脱時のがん部の移動量が小さいことが示されるなど、本研究課題において新たな知見を得るにいたった。今後はこれら本研究課題で得られた2つの要素技術を基盤として、継続的・発展的に研究開発を実施することを計画している。本研究課題を実施する過程において現在までに、研究代表者・連携研究者・研究協力者・学外の関連研究者らが十分連携した研究協力体制を構築してきており、今後さらなる共同研究成果発信や共同研究プロジェクト新規提案などの活動が見込まれている。

  • 重力下および微小重力下において回転しながら伸展する柔軟構造体に関する研究

    2006年   宮下 朋之

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    宇宙構造物の小型化・軽量化・低コスト化が宇住空間での機械構造物が備える重要な特性であり,巨大アンテナや大面積の太陽電池パネルなど宇宙構造物の大型化の需要も増加している.そこで,宇宙空間で大型構造物を実現し,輸送ロケットで運搬するため搭載時の体積や重量の制約を満たす収納効率の高い軽量構造物の実現が必要である.このためには,いくつかの構成部品を展開して大型化するため展開時の挙動の影響を十分に把握した設計を実現することが重要である.そこで,本研究では,宇宙空間において,自転を有する人工衛星を想定し,そこから棒を生成し進展する構造物の実験的及び解析的に評価を行うことを目的とした.実験は,地上及び航空機落下などにより生成した微小重力環境において行い,解析にはプログラムを作成し計算機実験を行った.計算に先立ち必要となる力学モデルを軸長が時間変化する弾性端を有する弾性回転軸として,運動方程式の導出を行った.ここでは,コリオリ力や遠心力の影響が見いだされ,そのモデルより数値計算を行った.先端軌跡と本研究で得られた数値解析結果を比較することで数値解析結果の妥当性を確認でき,振動の周期は伸展により変化する固有振動数の変化と共に変化しながら回転中心に収束していくことが確認できた.また伸展終了後はその伸展長での固有振動数の周期で振動しながら回転していることを確認し,回転を有する柔軟構造物の挙動の基礎的な知見をえることができた.よって,弾性回転軸を用いた簡易モデルにおいても安定した伸展をさせるための伸展速度・伸展加速度・伸展中の回転数判別や逆に不安定になる条件判別をすることができることが可能となり,動的挙動の検討や条件判別は解析的にも簡明で把握し易いため初期設計の段階において活用できると考えられる.

  • フレキシブルマニピュレータの軌道・形状・制御パラメータの同時最適化

    2000年  

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     ロボットマニピュレータは、駆動エネルギの低減や宇宙空間における利用のため軽量化が強く望まれている一方で、その操作性や精度の向上が望まれる。一般に、軽量化されたロボットアームは低剛性となり、いわゆる柔軟構造物となる。このような柔軟構造物の操作性を向上させるため、構造系の設計、軌道の設計および制御系の設計を行う必要があり、構造系の設計と制御系の設計が複合した設計となる。技術分野が複合している場合には、これらの設計目標を高度に達成するために別々に検討して設計するよりも複合して設計することが必要とされる。 本研究では、軽量化され低剛性となるロボットアーム、すなわち、フレキシブルロボットアームを対象として、その形状及び制御パラメータの設計を行うと同時に、その制御性すなわち軌道設計及び軌道制御を実現することを目的とする。そのため、まず、剛体ロボットアームに適用されている理論を拡張して、フレキシブルロボットアームの構造解析法、動特性算出法、軌道制御法を検討した。さらに、複数の設計目標が存在する場合において多目的最適化手法を活用し軌道・形状・制御パラメータの同時に決定する手法を提案し、軌道上に障害物が存在し、それらを回避し所定の位置にロボットアームの先端部を位置させることを想定した計算例及び実験により検討を加えた。構造部のみの設計結果や構造部と制御部を同時に設計した結果を検討し、制御部を含めて設計を行う場合に設計指標が向上することが認められた。特に、制御エネルギを低減させることは工場の生産ラインで消費する電力の低減に大きく貢献し、本研究のように複数のパラメータを同時に最適化設計することにより、使用エネルギ、軌道追随性が向上することが認められ、本研究の有効性が示された。

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