Basic Research on Torque Sensorless and Sealless Amphibious Flexible Actuator
| Project/Area Number |
23K22727
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| Project/Area Number (Other) |
22H01456 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
加古川 篤 立命館大学, 理工学部, 准教授 (50755486)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂上 憲光 龍谷大学, 先端理工学部, 教授 (20373102)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
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| Keywords | 水中ロボット / 柔軟アクチュエータ / 接触作業 / 力（トルク）制御 / 水没型モータ / 力／トルクセンサレス / 防水シールレス / 潤滑油レス / 力制御 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，力／トルクセンサレス且つ防水シールレスでありながら水没可能な水陸両用柔軟アクチュエータを開発し，センサレス水中トルク制御技術の実現を目指す．そのたためには，電流値からトルク推定するための駆動系の低損失性やバックドライバビリティが重要となる．これを低摩擦ギアード電動モータによる方法によって定量的に評価するとともに，水没型電動モータ自体が水冷であることを利用した出力トルクの最大化，高分子材料利用による減速機部の低摩擦化や軽量化を図る．最後に，本研究で考案した関節ユニットを用いて多自由度ロボットを構成し，センサレス力／トルク制御性や水冷によるトルク増大性能などを実験により検証する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度では，引き続き水没型ギアード電動サーボモータ（高分子材料エスベアを用いた無潤滑で高摺動性を持つ3-K型遊星歯車減速機に防錆処理を施したブラシレスDCモータと非接触磁気エンコーダを組み合わせた防水シールレスかつ潤滑油レスのアクチュエータ）を用いて以下の研究を行った．
（１）水没型ギアード電動サーボモータ単体の性能評価：減速機の効率は1000rpmの定速回転時に約60～70％であることが判明し，特に出力軸換算で5Nmに達すると70％を超える結果となった．モータのトルク計測実験に関しては定格トルクの40％以上で使用すると1000rpmの定速回転時の司令トルクと実測トルクがほとんど一致することがわかった．また，静止状態の検証実験でもややばらつきが大きかったものの同様の結果が得られた．以上から力／トルクセンサを用いずに電流制御のみで本研究の水没型ギアード電動サーボモータのトルクを制御する場合，モータ定格トルクの約40％以上で利用することが望ましいことが明らかとなった．
（２）防水シールレス・潤滑油レス水中ヘビ型ロボットの開発：本研究で開発した水没型ギアード電動サーボモータを4個連結した平面ヘビ型ロボットを試作し，関節に防水シールや潤滑油を用いない新しいヘビ型ロボットを提案した．上記（１）と本成果をまとめ，2023年12月にタイのサムイ島で開発された国際会議ROBIO2023で発表した．
（３）短腕型吸着式水中作業ロボットアームの開発：水中環境でセンサレス力制御が可能となれば，様々な水中ロボットへの利用可能性が広がる．これを探るため，本研究ではスラスタで移動と吸着の両方を行い，その先に付いたマニピュレータによって水中環境で接触作業を行うためのロボットを製作した．本成果は2024年5月に宇都宮市で開催される日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会 2024にて報告予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
水中柔軟アクチュエータを実現するために水没型ギアードモータ単体のトルク制御特性を実験的に明らかにしたほか，水中ヘビ型ロボットや遊泳可能なロボットアームなども製作したため．センサレスで水中トルク制御が可能になれば，インピーダンス制御などへの応用可能性が広がり，水中において柔軟な作業の実現が期待できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで開発した水中ヘビ型ロボットや遊泳可能なロボットアームは基本的な動作を達成しただけであり，接触作業を実現していない．今後はヘビ型ロボットが水中の円柱状物体に巻き付いたときのセンサレス把持力制御を目指す．このために運動学を利用して目標把持力に対する各関節の必要トルクを計算する．さらに遊泳可能なロボットアームが流体環境下で壁などに吸着しながら接触作業を行うためのスラスタの回転数をアームの関節トルクの値に応じて適切に制御する方法や水中で位置誤差を許容しなければならないような作業（例えば，ドア開け，組み立てなど）を行うための力制御などの検証を実験的に行う．
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Report
(2 results)
Research Products
(34 results)
