Complete wireless micromanipulator using opto-thermomagnetical servoactuator

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H02052
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: 佐藤 海二 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00215766)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 感温磁性体 / 磁力 / ワイヤレス / マニピュレータ / アクチュエータ / 光熱磁気駆動 / サーボ

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題のアクチュエータは熱磁気駆動型で，加熱はレーザにより能動的に行うのに対し，冷却は現在のところ自然冷却である．応答性の向上には，効果的な冷却が有効と考えるが，必要な冷却機能は明らかではなかった．そこで熱の影響を考慮するための基礎情報を得るために，次の課題に取り組んだ．
過熱を抑制する駆動方法とその効果：実験装置を改良し，ビジュアルサーボ系のサンプリング周期を0.2秒まで短縮可能として，照射時間と非照射時間（冷却時間）を調整し，その効果を調べた．その結果，その時間の比率が駆動特性に与える影響は大きく，適宜調整することが望ましいことが示唆された．さらに熱の照射時間を詳細に調整できる方法を検討中である．
温度分布が駆動特性に与える影響：本アクチュエータは，温度差に起因する磁気特性の差を利用して駆動力を発生する．全体の温度が上昇すると，温度差によって生じる駆動力が低下し，精密運動の障害となる現象が観測された．したがって制御系を構成する場合，この特性を考慮する必要があると考えられる．今後は温度情報を利用する方法の検討を進める予定である．
微小球の分布の影響：並進機能部の感温磁性体板と可動子の間には，摩擦力低減のために微小球が散布している．簡単さを重視して単に散布しているため，分布が偏ることがしばしばおこる．その影響を実験的に調べた．その結果，分布量が駆動性能に影響を与える傾向が見られた．ただし分布量を数値で評価するまでには至っておらず，明確化することは今後の検討課題である．微小球は摩擦力低減には効果が大きいが，温度計測や利便性の向上の障害になる面もあり，多角的な視点で改良を検討する予定である．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

研究計画に沿って，一通りの取り組みは行っているが，実験による基礎データの収集や材料調査，各部の改良に想定以上の労力と時間を要している．本研究は，磁気特性や熱特性，流体特性など様々な物性が絡み，組立・調整作業にこれまでに例のない取り組みをし，支援用のサーボ系も従来にない機能を実現する必要がある．そのため，細かな点まで研究者が行う必要があり，予想以上の困難さが生じている．個別の装置を取り上げると，複雑なわけではないが，同等の機能を持つ製品や部品が存在せず，現状では試作や特注を必要とし，簡単に入手できない．これらのことが進捗の大きな妨げになっている．

Strategy for Future Research Activity

方針に関しては，変更を迫られるような研究上の新たな問題は生じていないが，設計試作が必要な事項が予想よりも多いため，設計試作の要件を緩め，原理検証を進められるように，工夫することを検討する．また本研究で扱う装置は，これまでにない機能を実現するために，支援用のレーザ照射サーボ機構の設計試作から，試作に必要な組立用の治具の試作まで行ってきた．今後は外部の協力を得る方法を検討して，その労力の低減を図りたいと考えている．