弾性値選択モデルによる流体駆動ソフトアクチュエータの設計法の提案

Research Project

Project/Area Number	19K14951
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
Research Institution	Ritsumeikan University
Principal Investigator	和田晃立命館大学, 理工学部, 助教 (60802121)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status	Discontinued (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000) Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords	流体圧柔軟アクチュエータのシミュレーション / 流体圧柔軟アクチュエータの設計プロセス / 空気圧ソフトアクチュエータ
Outline of Research at the Start	ゴム材料などを利用する流体駆動型ソフトアクチュエータ（Fluidic soft actuator: FSA）の設計/開発は，従来，経験的に実施されてきた．一方で近年，柔軟体と剛体のように粘弾性値の異なる組み合わせを複合造形可能なマルチマテリアル３Dプリンタ（Multi-material 3D printer: M3P）が開発され，FSA製造にも利用可能になった．本研究では，このM3Pの特長を活かし，FSAの運動，発生力，粘/弾性などを目標値として制御可能なFSAの設計法を確立する．目的を実現するFSAの各部分の弾性異方性設計法を提案して，解析/実験結果と照合し，FSA設計法を一般化する．
Outline of Annual Research Achievements	昨年度までは，マルチマテリアル３Dプリンタを利用してアクチュエータを構成することを前提としていた．この場合において，現状では材料強度が低く，また，材料選択には制約があり実現できる設計は限定的であることがわかった．また，複雑な形状が成形できたとしてもサポート材を取り外せる構造にする必要があるなどの特殊な制約もある．具体的には，実用可能な耐久性を確保するためには構造体にある一定以上の厚みが必要となること，材料の耐久性が低いためソフトアクチュエータを大きく変形させることが困難になるなどの大きな制約がある．その結果，重要となるアクチュエータの変位特性を十分に計測することが困難といった問題が起きている．今年度は上記のような制約がかからない条件下において本研究の根幹となる原理を明確にすることを目標とした．アクチュエータの変位特性を十分に把握するためにアクチュエータの構成法を再検討した．製造法をマルチマテリアル３Dプリンタに限定せず，高耐久の高強度繊維や柔軟膜などを剛体治具によって機械的に拘束する方法に切り替えた．対象とする流体圧柔軟アクチュエータを面アクチュエータとして設計法の解明に取り組んだ．専用の実験システム構築において，従来の流体圧バルジ試験の方法などを参考にして高い信頼性を確保できるようにした．目標運動を満足するために必要な高強度繊維，柔軟膜を流体圧バルジ試験などにより実験的に決定した．高強度繊維の配置と柔軟膜の材料を設計パラメータとした数種類の基本的な条件設定においてその変位特性を実験的に解明した．