瞬時負荷を許容するモータ熱制御と動作生成法によるヒューマノイドの瞬発力獲得

• Project/Area Number: 20K14689
• 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: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 菅井 文仁 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 特任講師 (30739256)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: ヒューマノイドロボット / モータ熱制御 / 瞬発力 / 動作生成

Outline of Research at the Start

ヒューマノイドロボットには人間の代わり様々な作業を行うことが期待されるが，現状のヒューマノイドロボットではモータの出力不足が問題となる．モータの冷却を強化することで発揮可能な出力を増加させる方法が提案されているが，冷却機構の追加による重量増加はモータへの更なる負担となる．
本研究では，ロボットに瞬発力を獲得させることを目的に，軽量な蓄熱デバイスをモータに取り付けることで瞬間的出力能力を向上させる方法を提案する．また，モータの瞬間的出力の能力を使い切るための動作計画法に関して研究を行う．

Outline of Annual Research Achievements

ヒューマノイドロボットには人間の代わりに様々なタスクを行わせることが期待される一方でアクチュエータの出力不足によって行えるタスクが制限されてしまっている．本研究では，この問題を解消するために，瞬時負荷許容熱制御機構と瞬間的出力を許容した動作計画法によりロボットに瞬発力を獲得させることでヒューマノイドロボットの適用範囲拡大を目的とする．
令和2年度は瞬時負荷許容熱制御機構の研究を行い，モータの瞬間的出力に伴う発熱をパラフィンのように潜熱の大きな物質により吸熱する手法の検討を行った．モータの発熱を模擬する発熱体の周囲にパラフィンを配置して，パラフィンの有無による温度変化のデータ取得を行った．パラフィンを発熱体に接触させることによりパラフィン無しの空気中に設置した発熱体よりも温度の上昇速度を抑制出来ることが確認できた．一方で，発熱体による加熱を停止し冷却している際には液体のパラフィンが固化した後の放熱がパラフィン無しの空気中の発熱体よりも悪化することが確認できた．これは固化したパラフィンにより放熱が阻害されていると考え，発熱体から空気中への熱伝達経路をヒートパイプにより別途確保した場合の検証を行った．今後はパラフィンへの吸熱と瞬間的出力発揮後の冷却を考慮して，モータ表面の一部にパラフィンを配置するといったパラフィンの最適配置を検討する必要がある．また，モータとパラフィンとの熱伝達を入り切りできる熱スイッチを活用することで効率的な熱の移動なども考えられる．