内部力補償により微小操作力のみで変位を極高把持力へ超連続的変換可能なグリッパ機構
| Project/Area Number |
20J20184
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
清水 杜織 東北大学, 情報科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2021: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
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| Keywords | ロボティクス / 災害対応 / 補償機構 / 磁気機構 / グリッパ / 把持機構 / 負荷感応機構 / 機構学 / アクチュエータ / 可変剛性 / ロボットグリッパ / 電磁ブレーキ |
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| Outline of Research at the Start |
ロボットグリッパの理想的動作は、把持指が対象物に接触するまでは高速に接近し、接触後は高把持力状態にて位置を維持することである。
複雑な制御に依らない手法として、接触に伴い自発的に作動するトグルを用いた負荷感応機構が提案されてきたが、2値状態しか取れず把持力調整が困難である課題を有した。
そこで本研究では、永久磁石の吸着による無電源で維持可能な押し付け動作を活用し、吸着距離の制御により把持力を無段階に調整可能な自発的増力機能を有するグリッパ機構を構築する。
強力な磁石を小型・軽量・低減速アクチュエータで駆動可能とし、変形による把持力生成モデルの解析と、増力性能の従来手法との比較を目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、最終年度として、これまで試作してきた原理機の挙動の観察を通じて明らかとなった要改善点の知見を集成し、完成機の研究開発を行った。
◎より厳密なモデル化が可能な構造への改良 ・・・前年度において、「補償機構の要である非線形ばねが永久磁石の変位-力特性に基づいて設計される一方で、その実際の動作がグリッパの指間距離に依存するため把持対象物形状との把持幅差によって把持力が変動してしまう」点が把持力の増幅メカニズムのモデル化を行うに際しての課題と判明した。本年度では、新たに考案した、グリッパの指部に格納された磁気吸着機構を構造的に分離するレバー式の無段階クラッチ構造を原理機に組み込むことで、指の接触動作が完了してから吸着動作が開始することで把持幅によらず同等の把持力補助が得られるものとした。これによって、考案した「永久磁石の吸着による無電源で維持可能な押し付け動作を活用し、吸着距離の制御により把持力を無段階に調整可能」とするグリッパの構造が完成した。
◎動作モデルの洗練 ・・・考案機構の原案においては、磁石接近による吸着力増大とばね圧縮による補償力増大、そして把持指・対象物の変形による弾性力増大とが相互作用的にアクチュエータ負荷を増減させつつ把持過程が進行するものであったため、把持動作モデルの立式が複雑なものであった。上記クラッチの導入によって、対象物形状・指送り量から生成把持力を独立させる把持幅-把持力特性の線形化を達成し、アクチュエータによる操作入力と把持力の相関の推移を予測可能とした。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(11 results)
