2020 Fiscal Year Annual Research Report
板バネとＤＤモータによる周期運動のための高効率小型並列弾性アクチュエータの研究
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19K14949
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
加古川 篤 立命館大学, 理工学部, 講師 (50755486)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 並列弾性アクチュエータ / ダイレクトドライブモータ / 共振 / 板バネ / 周期運動 / 有限要素解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，効率の良い低摩擦ギアードモータと板バネを組み合わせることによりエネルギー損失を抑えた小型の並列弾性アクチュエータを考案し，それらを周期運動のひとつである蛇行運動へ応用した平面5自由度ヘビ型ロボットを開発した．また，運動効率を上げるための板バネの剛性を板バネの力学モデルやロボットの動力学解析により明らかにし，CoT（Cost of Transport）と呼ばれる評価指標によって実機実験によっても高効率化可能なことを明らかにした．移動速度によって結果は変化するが，最大で約50%のエネルギー効率向上を達成した．
板バネの力と形状の関係は，有限要素法（FEM）によってモデル化することができるが，計算負荷が大きい．そこで本研究では，RBSM（Rigid Body Spring Model）法と呼ばれる手法（板バネを剛体とねじりコイルバネの離散モデルとして扱い変形形状やバネ剛性を推定する方法）を用いて板バネの形状や曲げ剛性をモデル化した．さらに，得られた板バネ形状とバネ剛性の値を計測するための装置を開発し，実機によっても提案したモデルが実物と同様の傾向を示すことを明らかにした．
これらの成果内容を学術誌「IEEE/ASME Transactions on Mechatronics」へ投稿し，採択された．また，同様の研究論文がシステム制御情報学会論文誌にも採択されているほか，IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM 2019)でも研究発表を行った．国内では日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会 2020にて発表を行った．
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