2005 Fiscal Year Annual Research Report
高速SMAアクチュエータを用いた3自由度干渉駆動関節の開発
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17656083
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
横井 浩史 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (90271634)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上田 隆一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (20376502)
太田 順 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (50233127)
新井 民夫 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40111463)
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| Keywords | 形状記憶合金(SMA) / 自然放熱 / 高速応答性 / ジュール熱過熱 / 干渉駆動関節 / 温度コントロール / PWM制御 / アクチュエータ |
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| Research Abstract |
本研究は,ロボットハンドの拇指MP関節といった限られたスペースに,多自由度・高出力の関節機構を実現することを目的として,高速SMAアクチュエータを用いた冗長自由度干渉駆動関節の開発を行った.
平成17年度の成果は,主にSMAの制御応答性を向上させるための機構と制御の開発に集約される.
(1)機構開発:自然放熱メカニズムを実装した高速SMAアクチュエータ
-SMAの放熱性を改善する自然放熱メカニズムの構築
SMA表面に放熱材を付着させ,それを熱伝導率の高い金属チューブに挿入した自然放熱メカニズムを構築した.放熱財は熱伝導率の向上,金属チューブは熱通過面積の拡大による放熱効率を向上させることが確認された.
-高性能小型コントローラ(M32C開発キット)と計測システム(サーミスタ・電流センサ・変位センサ)による制御器の設計をおこなった.また,シミュレーション結果に基づく非線形制御理論を構築し,これをマイクロコントローラ上へ実装した.
(2)SMA物理モデル及び非定常熱拡散理論を用いたシミュレーションによる制御理論の構築
-SMAアクチュエータの放熱モデルを用いた自然放熱メカニズムの評価と改良をおこなった.
-PWMジュール熱加熱と温度制御を用いることによって,牽引力3kgf,応答周波数1Hzを実現した.
(3)応答性評価のための干渉駆動関節の試作とその評価を行うために,手首部に相当する大型の実験機を製作した.
1方向SMAアクチュエータ(加熱による収縮速度>冷却による伸張速度)を屈・伸筋として実装したロボットハンド用の関節機構を試作し,試作機によるSMAアクチュエータの応答性の評価を行うとともに,有効性の検証を行った.その結果,1Hzの応答性は達成されたが,駆動トルク不足などの問題点が明らかとなった.
これら,研究成果を国際会議論文として投稿し発表を行った.
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