2020 Fiscal Year Research-status Report
中小企業におけるスマートファクトリー実現のためのワイヤ駆動デルタロボットの開発
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19K04153
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| Research Institution | Nippon Institute of Technology |
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Principal Investigator |
樋口 勝 日本工業大学, 先進工学部, 教授 (40293039)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | パラレルメカニズム / 機構設計 / ワイヤ駆動機構 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
特異点の存在しないワイヤを用いた平行リンク機構として、２つのプーリが同軸であり、これらが互いに同期して反転する駆動を提案した。同期して反転させるために、プーリの軸とは別にタイミングベルトと歯車が接続された軸を用いる機構を提案し、試作を行った。
試作の結果、必要とされるモータトルクが大きく、当初予定していたステッピングモータでは駆動が困難であった。また、ばねを用いたタイミングベルトの巻取り機構、プーリ反転機構を含むために、チルト機構の質量が増大かつアンバランス化してしまったために、ワイヤ張力のみで、チルト機構の運動を行わせることができなかった。そこで、小型で必要なトルクを満たすモータとしてDDモータを再選定した。さらに、これを用いたチルト機構のアンバランス化を解決する方法として、ばね、ワイヤを介した釣合い錘、直接チルト機構に取り付けるバランサの３種類についての設計・試作を行い、バランサを用いた機構が最も効果がありシンプルな機構となることを明らかとした。
さらに、昨年度設計・試作した、２つのプーリが一致しない機構についても、チルト機構のバランサの取り付けや、機構の単純化による軽量化を行い、より高精度な運動を実現した。
ワイヤが平行な場合についての運動伝達性について、3対の平行ワイヤ部分単独の運動伝達性と、平行ワイヤ部分を１本のワイヤとし、出力を点として単純化した機構における運動伝達性とを組み合わせることで運動伝達性を評価する方法を提案し、実験機を用いて、提案した評価方法の妥当性を評価した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ワイヤ駆動とすることで、必要とされる軸トルクを小さくすることができ、減速機を使用せずに駆動できると考えていたが、直進案内と併用して駆動する３Dプリンタと異なりワイヤのみで出力節を支える必要があるパラレルワイヤ駆動機構では、想定以上の張力、つまり軸トルクが必要となったために、モータの再選定および駆動系の再設計が必要となった。
また、ワイヤ巻取り機構のチルト機構の質量が大きく、またアンバランスなために、ワイヤ張力のみでチルト動作を確実に行うことができず、ワイヤとプーリの位置関係（姿勢）に大きな誤差が生じてしまった。チルト機構のバランスをとるためのバランサーを設計する必要があり、ばね、ワイヤを介した釣合い重り、直接機構に取り付けたバランサの３種類についての設計を行った。
また、制御用ソフトをUnix上で動くプログラムを作成していたが、古いOSであったことから、サポートが切れており、新たにWindows上で動くプログラムを作成する必要があり、その構築に想定以上に時間が必要となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
プーリの軸が一致する機構は、当初の予定以上に複雑な機構となり、また、チルト機構のバランスをとるために、大きなバランサーが必要となる機構になってしまった。機構の単純化とバランスを取りやすい機構として、傘歯車を用いることで、最も質量の大きいモータの出力軸をチルト機構の回転軸と一致させる機構を提案し、その設計・試作を行うことで、問題点を解決した機構を実現する。その設計は終了しているために、それほど時間を必要とせずに試作機の改良を終了できると考える。
新たに作成したWindows上で動く制御プログラムは設定の変更が容易なために、ソフトの変更に必要とされる時間を短縮できるために、従来よりもソフト開発における時間短縮が図れると考える。
令和３年度の計画では、ステッピングモータをばねと角変位センサを用いて支持することで力制御を可能とする駆動系の提案・設計を行う予定であったが、ステッピングモータではトルクが不足して駆動が困難であったために、そのまま計画を進めることができない。チルト機構のバランスをとる方法として傘歯車を用いた機構を提案したが、この傘歯車に減速機能を持たせることが可能であることから、高価な高減速機の減速機は用いないが、安価な低減速比の減速機（傘歯車）を用いる機構に変更して研究を進める。
それ以外は、当初の計画通り研究を進める。まず、市販されている力制御可能なステッピングモータおよびACサーボモータとの性能(位置・力の精度、応答性など)の比較を行い、提案した機構の特徴を明らかとする。そして、パラレルワイヤ駆動機構を手先に取り付けて行うティーチング方法を参考に機構やセンサを追加することなくダイレクトティーチングを行う方法を提案し、現場にロボットを設置してその有効性を評価する。
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| Causes of Carryover |
過去に製作したロボットの部品を転用することや、自作部品を多用することで、実験機に必要とされる費用が想定よりも低く抑えることができたため。
繰越金は、令和３年度に行う試作機の再設計に伴う部品製作の費用に充てる予定。
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