2020 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment of design theory for tendon-driven mechanism using synthetic fiber ropes, and its application to ultra light weight arm with gravity compensation by propellers
| Project/Area Number |
18K04044
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
遠藤 玄 東京工業大学, 工学院, 教授 (70395135)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 高強度化学繊維 / 腱駆動 / 摩擦熱 / 耐久性 / 製紐法 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，高強度化学繊維ワイヤの（１）摩擦熱に対する耐久性，（２）繊維原糸の編み方による出力最大化，（３）ロープ径のスケーラビリティの３点を検討した．さらに高強度化学繊維ワイヤを用いてプロペラで自重を補償する超軽量アームの実現可能性について検討した．以下，成果を記す．
１．繊維原糸の構成法によって屈曲耐久性がどのように変化するのか，系統的に調べた．ロープを構成する各種のパラメータを最適化することで，従来に比して２倍の屈曲耐久性をもつロープの構成法を明らかにした．
２．前年度までは直径２ｍｍのロープを対象としていたが，３～６ｍｍのロープに対して繰り返し曲げ試験を実施し，曲げによる強度低下を計測することで屈曲に対する耐久性を評価した．
３．プロペラ自重補償型超軽量アームを開発した．まず初めにプロペラ自重補償でどの程度の長尺化が可能であるか検討するために，軽量の炭素繊維強化プラスチック製の薄肉パイプ材を用いて平行リンクを構成する機構を検討した．この場合，長尺化に伴いリンク軸周りのねじれが発生し，これによりアーム関節の制御が困難になる．そこで，ねじれを計測する慣性センサを各節に搭載し，左右のプロペラ推力を調節することでねじれを抑制する手法を開発した．これにより，全長12.4m, 質量19.2kgの超軽量アームを実現し浮上させることに成功した．一方で，関節角度の制御性には課題が残った．そこで，リンク長軸周りの剛性を高めるため，大径の薄肉パイプ材の内部に，化学繊維ロープとプーリによる等価平行リンクを構成する機構を導入した．全長3.0m, 質量5.8kgの試作機により関節制御が可能であることを確かめた．さらに着脱可能なプロペラユニットにより水平多関節アーム出力を向上させる手法も数値的に検討した．
|
