2018 Fiscal Year Annual Research Report
ロボットの能動的接触による表面分布インピーダンスの可視化とその利用
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17H04698
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
仲田 佳弘 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (80720664)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 一体構造空電ハイブリッド直動アクチュエータ / 能動的接触 / インピーダンス / 物理的インタラクション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ロボットが人・物体との安全な物理的インタラクションの実現には，接触対象の変形方向や硬さの認識が不可欠であり，人が未知対象に対して行う触探索のような機能の実現が重要であると考えられる．本研究課題では，ロボティックアームの先端に広い範囲で緻密に力を制御可能な一体構造空電ハイブリッド直動アクチュエータを搭載し，ロボットがこのアクチュエータを介して能動的接触を行うことで，接触対象の表面の分布インピーダンスを計測・可視化できるスキャンシステムの開発と評価を行う．
本年度は，前年度に実施した設計・試作検証結果に基づき，ロボティックアームに搭載するための一体構造空電ハイブリッド直動アクチュエータの製作を行った．ハイブリッド駆動を行う前に，各アクチュエータ要素の動作を確認した．空気による力の制御については，圧力制御バルブを用い，出力可能な力の範囲で，任意の力が発生できることを確認した．電磁力の制御では，本アクチュエータ用に開発しているモータドライバ基板を用いて，コイルへの印加電圧を調整することで，指定の力を発生できることを確認した．各アクチュエータ要素の制御基板は，EthernetによってリアルタイムOSをインストールしたコンピュータと通信できる．発生力の指令，アクチュエータの状態のモニタリングができるようにシステムを構築した．ロボティックアームへの搭載については，当初予定していたロボティックアームでは，アーム先端の保持力が小さいため，アクチュエータを保持して物体に接触するという動作を行うことが困難であることが判明したため，ロボティックアームの再選定をして，次年度にシステムの完成を目指すことにした．
電磁力駆動要素の高推力密度化の検討では，磁気構造が簡易な磁気送りねじの試作を行い，伝達力特性について調べた．事前に実施したシミュレーションとよく一致する結果が得られ，成果をまとめて発表を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前年度の設計・試作検証結果を基に，ロボティックアームに搭載するためのアクチュエータを製作した．設計変更を経て製作した結果，当初予定していたロボティックアームでは，アーム先端の保持力が小さいために，アクチュエータを搭載した状態で動作させること，アクチュエータを介して物体に接触することが難しく，実験に必要な接触条件を設定することが困難であることが判明した．そのため，システムを構成するロボティックアームを再度選定し，提案するスキャンシステムを実現するために必要なアクチュエータとロボティックアームの接続部品等の設計作業を行った．そのため，年度内にスキャンシステムを開発するというスケジュールに遅れが生じた．一方で，システムの動作に必要なプログラムの開発を先行して行った．アクチュエータに対し指令を出すだけでなく，センサデータを収集し，グラフ化することで，アクチュエータの状態や，接触状況を確認することが可能になった．また，各制御基板と配線を小さくまとめ，ロボティックアームとのシステム統合，実験時の取り扱いのしやすさを改善した．これらの準備によって，来年度以降の評価実験・研究を加速できると考えられることから，順調に進展していると評価している．
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| Strategy for Future Research Activity |
ロボティックアームの先端に一体構造空電ハイブリッド直動アクチュエータを搭載した，インピーダンススキャンシステムを完成させる．アクチュエータは開発した制御装置によって，環境との接触の状態によらず一定の力を発生できるように調整する．具体的には，圧力制御バルブによって，一定の力を実現し，機械摩擦によって生じる偏差を電磁力で補償する．摩擦力は実測し，データに基づいてモデルを構築し，アクチュエータの制御に組み込む予定である．摩擦補償は速度とシリンダ内の圧力依存の摩擦について取り扱う．ロボティックアームを位置制御することで，アクチュエータの先端を周囲の環境と接触させ，その時のアクチュエータ先端の接触力をロードセルで計測し，システムの性能評価を行う．同時に，空圧のみで一定力を実現する条件でも実験を行い，開発したハイブリッドアクチュエータとハイブリッド駆動システムの特性についても明らかにする．
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