咀嚼ロボット用非線形粘弾性アクチュエータの開発

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07838041
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 高西 淳夫 早稲田大学, 理工学部, 助教授 (50179462)
• Keywords: ロボット / 咀嚼 / アクチュエータ / 粘弾性

Research Abstract

平成8年度は,非線形粘弾性アクチュエータの実機構築および基礎特性の実験をおこなった.ヒトの筋の力学モデルは基本的には収縮要素と直列弾性要素の2要素モデルで表現でき,収縮要素には弾性要素とともに粘性要素も含まれている.ヒトがかたい食物を噛む際には食物を破砕するために大きな張力を発生し筋がかたくなり,同時に食物の破砕による急速な閉口運動を防ぐために粘性も大きくなる.またやわらかい食物を噛むときには大きな張力を発生する必要がなく,急速な閉口運動もないため筋はやわらかいままであると考えられる.このような筋の特性に着目し,非線形な粘弾性特性を有するアクチュエータを開発することを目指した.
実機の構築:「<」形をした実機を製作した.粘性要素に相当するロータリーダンパの回転軸を,弾性要素に相当するねじりコイルばねの中心軸として使用し,それらを「<」形に配置した2枚のジュラルミン板の交差部分に設置した.この機構はねじりコイルばねの中心と,ねじりコイルばねの両端をつないだワイヤを直流モータで引っ張る機構であり,ばねダンパ機構は自重や床面との摩擦の影響を考慮して直動リニヤガイドの上に搭載した.ねじりコイルばねは筋の弾性要素に,ロータリーダンパは粘性要素に,直流モータは収縮要素にそれぞれ対応する関係となっている.ねじりコイルばねとロータリーダンパは回転方向に関して線形な特性を理論上有しているため,これらの力発生方向をワイヤを用いた機構で直線方向に変換することにより,所望の非線形性が得られることになる.
基礎特性の実験:製作した本機構の力--変位-速度特性を調べた結果,変位が増大するにつれて弾性係数・粘性係数jともに増大し,開発した筋アクチュエータが非線形な粘弾性特性を有していることを実験的に確認した.
いじょうにより,咀嚼ロボット用非線形粘弾性アクチュエータを開発した.

Research Products

• [Publications] Hideaki Takanobu: "Biomechanical aspest of a mastication robot" Eleventh CISM-IFToMM Symposium on Theory and Practice of Robots and Manipulators. (印刷中).
• [Publications] 高信英明: "咀嚼ロボットの開発-咀嚼効率の向上を目指した顎運動制御-" 第14回日本ロボット学会学術講演会予稿集. No.3. 1109-1110 (1996)