2021 Fiscal Year Research-status Report
Realization of smart artificial muscles by braider technology and their applications to soft robots
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20K04240
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
脇元 修一 岡山大学, 自然科学学域, 准教授 (40452560)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ソフトアクチュエータ / スマート人工筋 / ソフトロボット / 光ファイバセンサ / McKibben型人工筋 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
柔軟材料から構成されるソフトロボットの開発が盛んになってくるとともにソフトアクチュエータの高機能化への期待が高くなっている。研究代表者は空気圧駆動のソフトアクチュエータであるMcKibben型人工筋をベースとし、これにセンサを一体化したスマート人工筋を開発している。スマート人工筋は、アクチュエータとしての構成要素である繊維の一部を光ファイバに置き換えることで実現できる。光ファイバは製紐機（せいちゅうき）と呼ばれる装置を用いることで人工筋の製作プロセスと同時に複合させることが可能である。本研究では、収縮型・湾曲型のスマート人工筋の製作手法の確立や特性の改善を行い、それぞれソフトロボットアーム、ソフトロボットハンドへ適用することで有効性を示す。
2021年度に実施した研究は下記となる。
収縮型スマート人工筋に関しては、ソフトロボットアームの要素機構として前年度に試作した収縮型人工筋を並列接合した湾曲メカニズムの基礎特性を実験的に計測した。２本の収縮型スマート人工筋に複合された光ファイバセンサの差分をとることで湾曲方向・湾曲量が推定できる可能性を示した。一方で、収縮型の人工筋に湾曲変形を生じさせる本機構では人工筋の耐久性に問題がみられた。人工筋のスリーブを2重構造にする新たな構造を導入することでこれを解決した。湾曲型スマート人工筋に関しては、光ファイバ表面の加工幅を変えながら湾曲量に対するセンサ出力の線形性が高くなる加工条件を実験的に明らかにするとともに、湾曲型スマート人工筋をフィンガとしたロボットハンドを構築し、その駆動を確認した。
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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
収縮型スマート人工筋では、これを２つ用いた湾曲メカニズムにおいて人工筋に搭載した光ファイバセンサの出力の差分を利用することで、湾曲メカニズムの湾曲方向・湾曲量を推定できることが確認できた。また、耐久性が向上する構造を実現した。湾曲型スマート人工筋では、人工筋の湾曲量に対して線形性が高いセンサ出力を実現する光ファイバの表面加工条件を実験的に導出できた。さらにロボットハンドの構築を達成した。以上のことから、本研究は、おおむね順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
収縮型・湾曲型の両スマート人工筋ともセンサ・アクチュエータ要素として機能していることが確認できている。引き続き両スマート人工筋の構造と特性の改善を行うとともにソフトロボットアーム（湾曲メカニズム）やソフトロボットハンドとして適用した際のスマート人工筋の有効性を明らかにしていく。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響により出張できなかったことが大きな要因となり次年度使用額が生じている。消耗品費・実験装置費・旅費として次年度に使用する予定である。
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