Smart hydraulic mechanism for driving robot arm

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K04291
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: Seki Hiroaki 金沢大学, フロンティア工学系, 教授 (20270887)
• 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)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 油圧駆動 / ２段変速 / 双腕ロボットアーム / 油圧源シリンダ / 開栓作業

Outline of Final Research Achievements

Care and rescue robots are required to move at high speed (high speed drive) and generate large force (high pressure drive) depending on the situation, however it is quite difficult to achieve both. In this research, we proposed a smart hydraulic drive mechanism for such human coexistence robots and demonstrated it with a prototype dual robot arm. The idea is to have a hydraulic cylinder driven by a motor and ball screw as a hydraulic source with good controllability, and to switch the movement of oil between the two sides of the piston with a valve to change the flow rate and pressure of the oil to be delivered in two stages and vary the speed significantly. After studying hydraulic losses, controlling the position of multiple cylinders, and working on parallelization of hydraulic sources, the usefulness of the proposed system was confirmed through a demonstration of a bottle-opening operation by the dual-arm robot.

Free Research Field

ロボット工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

油圧駆動は古くからの技術であり、建設機械等には普通に採用されているシステムである。しかしながら、油圧駆動ロボットの研究開発は、ロボット研究の黎明期に検討されていたものの、重くて損失が大きく制御性が悪く、オイルが漏れやすいというデメリットから、少なくとも、屋内で動作するロボットにはあまり採用されてこなかった。ところが、油圧の要素技術や部品が進歩してきたことから、近年、ロボットにも用いられることが増えてきた。本研究は、これらの油圧駆動システムをさらに高機能化するものである。大きな力を出す動作と高速な動作を簡単に切り替えられるという点が新しく、人間共存型ロボットの新たな駆動機構として貢献できる。