流体のみにより動作・制御される自己推進柔軟マニピュレータの３次元化

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K05922
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 伊達 央 筑波大学, システム情報系, 准教授 (50531985)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: ヘビ型アクチュエータ / 油空圧駆動 / 連続体蛇行理論 / 工業内視鏡

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、電気を用いずに圧縮空気や油水圧等の加圧流体のみによって駆動及び制御される３次元自己推進マニピュレータを開発することである。
目指しているマニピュレータは、狭い空間に入り込んだ際に、壁面に接触するとヘビのように壁面を押すことで推進力を発生する一方で、少し広い空間に到達した際には象の鼻のように大きな円弧を描いて屈曲できるものである。一般に普及している工業内視鏡では先端部分しか屈曲せず、また推進は後方から押し込む力のみによるため、本機構が実現すればより複雑な形状の狭隘空洞をより深く探索できることが期待される。
本研究は、曲率微分に比例した曲げ力を作用させることで、ヘビのような運動が実現できるという連続体蛇行理論が基礎となっており、先行研究において平歯車とリンク機構を用いることで、電気モータや電子回路を用いずにこの機能を実現する方法を技術検証している。具体的には、先行関節の角度を歯車により後続の関節に伝え、その回転により弁を作動させ流路を変化させることで、結果として先行関節と同じ角度になるという流体サーボの原理を応用している。平歯車を使用すると回転軸が平行でなければならないという制約を受けるために２次元運動のみしか実現していなかった。
この制約を取り払い３次元運動においても同様の機能を実現するのが本研究の主目的であり、同時に最大の課題であるが、昨年度において歯車を用いずに柔軟な構造物を導入することで同様の機能を実現する画期的な機構を考案した。本年度は、その機構を具現化するための素材、構造および製造方法について試作を行いながら検討した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度は計画に従い、以下の手順で進めた。
1)要素技術の基本原理を検証する実験
2)外部委託により製造した高精度試作の機能検証
高精度試作の機能検証において基礎的な要素において当初予期していた性能が得られないことが判明し、当初目的の達成には機構及び製造方法の改善が必要とされるため、上記区分と判断した。

Strategy for Future Research Activity

当初計画では、２８年度の結果を分析した結果を受けて改善を含めた試作機を新たに作成し、評価実験を実施する予定であった。この計画はこの通りに実施する予定である。
実施にあたっては、２８年度の評価の結果、基礎的な要素ににおける改善が重要であることが判明したため、改善案検討から試作までのサイクルを短縮して回数を増やし、性能向上に務める。これと並行し、研究成果の公表を順次進める。