球面連鎖を用いた高負荷用関節機構の開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555082
• 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, 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) ; 熊谷 和志 仙台電波工業高等専門学校, 電子制御工学科, 助教授 (40270201)
• Keywords: マニピュレータ / ロボット / 関節機構 / 等速自在継手 / フックス継手 / 低次対偶 / 3Dモデラ / 機構解析

Research Abstract

ロボットの手首関節機構は、作業確角度を自在に実現するために、立体角で2π[str]以上の可動範囲を付与することが普通である。本研究は、変形フックス継手を2つ連結し、その連鎖を3重にした等速自在継手を利用した関節機構を提案している。入力軸を固定節リンクAとし、B、C、D、そして出力軸を先端節Eとしたとき、リンクBにアクチュエータを付け、リンクBの遥動によって、先端部を駆動する。これまで、試作第3号機まで製作してきた。平成11年度は、平成10年度の設計・解析結果をふまえ、3D機構シミュレータを用いて、さらに詳細な検討を行って、設計を進めた。その結果、中間すなわちリンクCの中央に両端の対偶軸を含む平面に垂直に新たな回転対偶を設け、リンクCを2つの節からなる関連鎖とすることによって、機構内内力の発生を安定的に押さえることができるようになった。また、機構駆動用油圧システムの構築を検討し、具体的に油圧ユニットや制御弁の導入を行った。以下にこの他の主な成果を列記する。(1)リンクCの節変更によって、関節機構の構造が大きく変わり、Culverの特許で提案されている機構と本質的に異なる機構となった。(2)この節変更を行った機構の強度を動作シミュレーションによって評価した。その結果、アルミニウム合金製の機構で、5.8kNの先端許容負荷に耐える機構を設計できることを確認した。(3)油圧シリンダによる駆動は、シリンダの固定側の取り付け位置を、機構姿勢に合わせて、さらなるシリンダで移動させる方法をとれれば、駆動力と対偶負荷を軽減できることを確認できた。(4)対偶軸交点形成が、機構の運動の過程で行われることを確認できた。(5)機構開発過程で、球面六節閉連鎖を用いたあたらな関節機構を発明できた。

Research Products

• [Publications] 大泉、高橋、小杉、熊谷、服部: "四重球面連鎖を用いた関節機構に関する研究(第1報:機構学的考察)"日本機械学会第76期終期全国大会講演論文集. 98-3(V). 147-148 (1998)
• [Publications] 高橋、佐藤、大泉、熊谷: "球面連鎖を4重に用いた関節機構に関する研究"日本機械学会東北支部第34期総会・講演会. 991-1. 49-50 (1999)
• [Publications] 小杉、佐藤、大泉、熊谷: "球面連鎖を用いた高負荷用関節機構の開発(第1報:待遇軸受の負荷容量からの検討)"日本機械学会東北支部第34期総会・講演会. 991-1. 51-52 (1999)
• [Publications] 小杉、大泉、熊谷、服部: "球面連鎖を用いた高不可容量大型関節機構の設計"日本設計工学会東北支部講演会論文集. 12-15 (1999)
• [Publications] 佐藤、大泉、熊谷、服部、他1: "球面連鎖を用いた関節機構の開発"日本設計工学会東北支部講演会論文集. 16-19 (1999)
• [Publications] 大泉、熊谷、服部: "球面連鎖を用いた関節機構に関する研究(試作第3号機の機構学的考察)"仙台電波工業高等専門学校研究紀要. 29. 77-86 (1999)
• [Publications] 小杉、大泉、熊谷、服部: "球面連鎖を用いた高負荷容量大型関節機構に関する研究(3Dモデラと3D機構シミュレータを用いた設計)"仙台電波工業高等専門学校研究紀要. 29. 87-92 (1999)