2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study of the specification of the micro miniature drive mechanism for wearable human motion assistance device
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16K14140
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
田中 英一郎 早稲田大学, 理工学術院(情報生産システム研究科・センター), 教授 (10369952)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 人間動作補助 / 装着型ロボット / 多条ウォーム＋ヘリカルギヤ / 摩耗量 / トルクリミッタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
人間動作補助を目的とした衣服内装着型ロボットの小型軽量化を検討し，その駆動部の最適方法を検討した．まず，多条ウォーム＋ヘリカルギヤによる高効率かつセルフロックレスの駆動部について検討した．アルミ青銅ALBCと，日本軽金属のLT625にてヘリカルギヤを製造し，これらの違いによる摩耗量の変化を確認した．人間の歩行中の足関節に使用することを想定し，可動範囲は65deg，歩行周期1secと仮定し，負荷を30Wモータ定格の4.7Nmと設定し，繰り返し試験を実施した．グリスは一般的な鉱油＋リチウム石鹸とし，角度バックラッシの変化を確認した．足関節から屈の爪先までを25cmとしたときに足先に1cmのガタが出る概算より，正逆の平均値が2.3degを超える回数を確認したところ，ALBCは30万回に対し，LT625は60万回であり，ALBCの倍以上の耐摩耗性を確認できた．しかし，約160時間程度の連続使用で交換必要があり，モータ込みで約400gの重量があることから，同程度のトルクと角速度を確保し低ながら重量は約100gと超軽量小形であり，かつ安価なホビー用サーボモータに着目した．しかし当モータはセルフロックレスだが定格トルク以上の過負荷が衝撃的に逆入力されると減速歯車が小さく内部破損を起こすため，意図的に最終段の従動歯車の歯が折損するよう設計されている．そこで，歯車に内臓可能な超小形トルクリミッタを開発した．2枚の円板で樹脂材を挟み，半割れのギヤボックスで両側から固定するため，外観，重量共に従来と変わらない．各種樹脂材にて最大伝達トルクおよび衝撃負荷トルクと繰り返し数のSN曲線を得たところNBRは負荷トルクは定格を満たすが寿命が短く，PVCは負荷トルクが低いが寿命はNBRより長かった．今後長寿命の樹脂材を検討する．
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