2021 Fiscal Year Research-status Report
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19K04291
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
関 啓明 金沢大学, フロンティア工学系, 教授 (20270887)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
辻 徳生 金沢大学, フロンティア工学系, 准教授 (30403588)
平光 立拓 金沢大学, フロンティア工学系, 助教 (70845536)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 油圧駆動 / ２段変速 / ロボットアーム / 油圧源シリンダ / 位置制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
介護ロボットやレスキューロボットなどには、状況により高速に動く動作（高速駆動）と大きな力を出す動作（高圧駆動）が求められるが、その両立はなかなか困難である。本研究では、そのような人間共存型ロボットアーム用のスマートな油圧駆動機構を提案し、実証することが目的である。アイデアとしては、制御性の良い油圧源として、モータやボールネジで駆動される油圧シリンダを持ち、そのピストンの両側間のオイルの移動を弁で切り替えることで、送り出すオイルの流量と圧力を２段階に変えて大きく変速させる。
これまで、予備実験装置により提案する２段変速の原理を確認し、システムの効率化のため、損失について検討した。特に、油圧源シリンダのピストンの両側のオイルを行き来させる配管の損失をその改善した。また、油圧源シリンダの摩擦を低減するため、油圧源シリンダのロッドを回転させながら押し込む方法を考え、大きく摩擦を減らした。さらに、複数の出力シリンダの位置を制御する方法を構築した。
本研究の提案手法が基本的に有効であることが示せたため、本年度は、この油圧駆動機構を採用した多自由度ロボットアームの試作に着手した。油圧シリンダの直動を生かせるような３自由度の平面アームを設計し、それを高さ方向に昇降させる構造とした。グリッパハンドも油圧シリンダで駆動できる構造とし、把持する間隔が小さくなるほど力が出せるような機構を考えた。試作を行って、環境に固定したペットボトルのふたを効率よく開けたり閉めたりできるデモを行い、改めて、提案する２段変速が有効であることを確認した。
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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
油圧源シリンダのピストン両側のオイルの行き来を電磁弁で制御することにより簡単に２段変速させるというのが本研究の基本アイデアである。
これまで、この提案原理を基礎的な実験装置を試作して確認した。また、この油圧駆動システムを有効にするには、油圧駆動の大きな問題である損失がの改善が欠かせないが、油圧源シリンダの両側のオイルを行き来させる配管の損失が大きいことを明らかにして、それを改善した。油圧源シリンダの摩擦も大きく、シリンダのロッドを回転させながら直動させることで摩擦を小さくした。さらに、複数の出力シリンダの制御する方法を構築した。
提案する油圧システムの有効性が示され、損失もある程度改善できたことから、応用面に着手した。すなわち、多自由度ロボットアームの試作とそのデモである。単に油圧システム化するだけでなく、油圧シリンダによる駆動に適したアーム構造を検討し、完全ではないが、ある程度デモを行うことができた。
以上のように、予定していた計画をほぼ順調に進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでのところ、研究計画は順調に進んでおり、大幅な変更をする必要はない。
提案する油圧駆動システムを応用した多自由度ロボットアームの試作とデモについては、現在、単腕にとどまっている。ペットボトルのふたを開けたり閉めたりするデモをおこなっているものの、ペットボトルは環境に固定している。これを改善するため、今試作されているアームをもう１本追加し、双腕のアームを試作する。両手を使って、ゆっくりと大きな力が必要な部分と速く小さな力で動かす部分の両方の動作があるような日常的な作業のデモを行うことができるようになる。そのようなデモで、本研究の効果を示したいと考えている。
また、最終年となることから、研究成果の発表にも力を入れたい。
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| Causes of Carryover |
購入品の予定見積と実際の費用の少額な差である。次年度に合算して、物品費として使用する予定である。
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