球面連鎖を用いた手首関節機構搭載の多関節型アームロボットシステムの試作

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05555078
• Research Institution: Sendai National College of Technology
• Principal Investigator: 大泉 哲哉 仙台電波工業高等専門学校, 電子制御工学科, 助教授 (70152048)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 服部 正行 仙台電波工業高等専門学校, 電子制御工学科, 教授 (00007022)
• Keywords: 球面連鎖 / 等速自在継手 / 手首関節 / アームロボット / 障害物回避 / 機構設計 / パラレルメカニズム / フックス継手

Research Abstract

フックス継手を変形した球面リンク機構を3重に組み合わせた等速自在継手を、シェル状のフックス継手の中に組み込んで、独特な関節機構を開発してきた。これまでの機構は、外側のシェル状フックス継手の中間部にプッシュ/プルロッドを二本取り付けて駆動する。そのため、操作性に優れていたが、外部にロッドが露出していて衝突などの事故に対する信頼性に問題があった。また、内部の等速自在継手は外部のシェル状フックス継手の姿勢を保つ働きをなすが、この構造は力学解析するには複雑すぎる。そこで本研究では基本構造を根本的に見直して、外部のシェル状フックス継手を取り去り、内部の等速自在継手の基部側のリンクに直接プッシュ/プルロッドを取り付けて駆動するモデルを試作第3号機として提案した。この構造では、関節機構を搭載するアームの内部にプッシュ/プルロッドを納めることができる。そのため外部への重要部品の突起がなく、また、3重連鎖の各連鎖へアクチュエータを計3つ取り付けることによって、アクチュエータの小型化ができパラレルリンク機構としての特長を活かすことができる。2自由度に対し3つのアクチュエータという冗長性のゆえに信頼性が大きく向上している。本年度は、この試作第3号機の設計と製作を行った。設計では、まず、アクチュエータでリンクを直接駆動するために生じる新たな動作限界を明らかにした。また、リンク間干渉の吟味から各リンクの最大肉厚を求めた。この試作第3号機の対偶部にはガタを取り除くためにボールベアリングを用いる。この最大径も同様にして求めた。最適構造設計のために、各対偶に働く対偶力やモーメントを市販の機構設計用CAEを用いて求め、その結果をもとに構造解析用CAEで形状を確認しながら設計を進めている。不確定要素の少なかったアクチュエータ部分はすでに加工・組立を完了した。今後、CAEの結果の正しさを他の計算プログラムによって確認次第、関節機構本体の製作を行い、これと並行して制御システムの設計製作を行う計画である。

Research Products

• [Publications] 大泉・堀井・三品: "球面連鎖を用いた関節機構に関する研究(試作第3号機に関する機構解析)" 日本機械学会東北支部第28期総会講演論文集. 931-1. 156-158 (1993)
• [Publications] 大泉・三品・高橋: "球面連鎖を用いた関節機構に関する研究(試作第3号機に関する機構解析その2)" 日本機械学会ROBOMEC'93講演論文集. 930-40. 602-604 (1993)
• [Publications] 菅原・千葉・大泉: "球面連鎖を用いた関節機構に関する研究(第3報、リンク間干渉とリンク形状)" 日本機械学会講演論文集. 931-2. 210-212 (1993)
• [Publications] 大泉・熊谷・千葉・三品: "球面連鎖を用いた関節機構に関する研究(第4報、試作第3号機に関する研究)" 日本機械学会第71期通常総会講演会発表予定. (1994)