2021 Fiscal Year Research-status Report
| Project/Area Number |
20K04401
|
|---|
| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
高嶋 一登 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 准教授 (30435656)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | ソフトメカニクス / ロボットアーム / 形状記憶ポリマー / 可変剛性 / 人工筋肉 / 力覚センサ / 触覚センサ / 知能機械 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、研究代表者が開発してきた形状記憶ポリマー（SMP）の温度による剛性変化を利用したロボットアームを発展させ、「全身の剛性と感度を可変のロボット」を開発する。3年計画の2年目である2021年度には、前年度に引き続き、以下の（実施項目１）を実施し、（実施項目２）にも着手した。
【実施項目１－１：SMPのみを用いたロボットアームの改良】これまで開発してきた個別の要素技術（人工筋肉、触覚・力覚センサ）の改良をした。例えば、人工筋肉ではSMPシートを分割してワイヤで繋ぎ、曲げやすい形状にすることによって、湾曲角度の増大を図った。まず、作製したシートの引張試験や曲げ試験等を行い、機械的特性を評価した。さらに、実際に先行研究で作製した人工筋肉に貼り付けて評価し、湾曲角度が大きくなることを確認した。
触覚センサでは、測定したい対象物の形状に応じて、センサ表面にセンシングしやすい形状を固定することが考えられるが、センサの実用化に向け、SMPシートの形状固定方法の改良や、SMPシートの厚さの影響の評価を行った。
力覚センサでは、前年度に提案したばねやダッシュポットの数を増やした粘弾性モデルを用いた伝達関数について、実験方法やデータ処理方法、推定プログラムを改良し、適合率を上昇させた。
【実施項目１－２：SMP以外の各要素技術の個別開発】これまで使用していなかった形状記憶合金ワイヤとジャミング転移現象を用いた可変剛性リンクを設計・作製した。試作リンクの特性を評価し、提案したコンセプトの有効性を示せた。また前年度に作製したSMPを用いた試作リンクと比べ、剛性、応答性ともに大幅に改善した。
【実施項目２：項目１の成果を組み合わせたロボットアームの開発】（実施項目１）で得られた結果を組み合わせたアームの開発に向けて、市販のロボットアームを購入し、各要素技術を搭載したときの基礎検討に着手した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
「研究実績の概要」に記載のように、おおむね当初の計画通り【実施項目１－１：SMPのみを用いたロボットアームの改良】、【実施項目１－２：SMP以外の各要素技術の個別開発】を進めることができたため。また、開発を行ってきたSMPを用いた力覚センサから着想を得た、別の形式の力覚センサについて、特許も出願することができた。ただし、【実施項目２：項目１の成果を組み合わせたロボットアームの開発】については着手したばかりなので、次年度は重点的に評価していきたい。
|
| Strategy for Future Research Activity |
「全身の剛性と感度を可変のロボット」の実現に向けて、本研究では、人間の腕程度の大きさのロボットアームを開発する。3年計画の最終年度である2022年度には、2021年度に引き続き、以下の項目を実施する。
【実施項目１】人工筋肉の同じ側面に貼り付けたSMPシートの温度は同じであったが、シートの温度を変えることによってSMPシートを分割していない人工筋肉ではできない動きを検討していく。また、触覚センサでは、形状固定を行う際の条件をさらに検討していく。力覚センサでは、2021年度に特許を出願した新しい形式のものについて、詳しく評価していく。可変剛性リンクでは、内部の形状記憶合金の構造などについて改良を図っていく。
さらに、（実施項目２）の結果を基に、各要素技術の改良を図っていく。また、必要があれば、これまで使用していなかった別の手法（低融点金属など）の追加、置き換えを図る。
【実施項目２】（実施項目１）で得られた結果を組み合わせたアームを作製し、そのアームを用いて新しいロボットの動き・用途を提案・検証する。具体的には、使用状況に応じて剛性、感度、形状を変えながら、対象物の持ち上げ、保持、センシングなどを行う。また、（実施項目１）の結果を随時、反映し、アーム全体の改良を図っていく。
|
| Causes of Carryover |
コロナ禍により、学会や研究打ち合わせがオンライン開催となり、旅費が不要になったため。今後、対面式の学会開催も増えていくため、次年度の旅費として活用していく予定である。
|
