2021 Fiscal Year Research-status Report
伸縮双方向の動作特性をアクティブに調節できる新しい空気圧人工筋肉の開発
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21K03839
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| Research Institution | Akita Prefectural University |
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Principal Investigator |
齋藤 直樹 秋田県立大学, システム科学技術学部, 教授 (60315645)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 俊之 秋田県立大学, システム科学技術学部, 准教授 (40315635)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 空気圧 / 人工筋肉 / ヒステリシス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究で提案する，新しい空気圧人工筋肉である複動型人工筋肉の試作を行うことができた．構造の検討として，当初の計画通りラバーレス人工筋肉の外側に空気袋を被せ，ラバーレス人工筋肉内に内圧を与える流路と，ラバーレス人工筋肉と外側空気袋の間に外圧を与える流路をもつアタッチメントも試作した．
本実験用に新たに人工筋肉垂直配置型の特性評価システムを構築した．このシステムは，今後予定している粘弾性評価および特性可変実験を行うためのシステムであり，実験システムにおける摩擦や慣性力の影響を極力除いた特性評価が可能なシステムである．
この実験システムと試作した複動型人工筋肉により，内圧と外圧の調節によって伸縮動作におけるヒステリシスの低減が確認できた．具体的には，これまでの研究で検証してきた力学平衡モデルによって内圧と収縮力および収縮量の関係が表現できる圧力増加側の関係を理想的な特性とし，圧力減少側の特性を外圧により調節して，ヒステリシスの低減を目指すということにした．ヒステリシスの効果的な低減を目的とした外圧印加パターンについていくつか方法を試した．その結果，内圧減少時のみ外圧を印加することが基本的な方法として有効であることがわかった．その上で，外圧を一定にする場合や収縮量に応じて外圧を変化させるモデルを適用したがあまり良い結果は得られず，人工筋肉にかかる外力に依存して適切な外圧の条件が変わるということが分かった．
構造の検討は継続していくが，ヒステリシス低減を目的とした場合，外圧は50kPa程度と比較的低圧でよいため，外側の空気袋が及ぼす伸縮動作への影響を考慮しながら，なるべく柔軟性のある素材での構成を考えている．
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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
提案する複動型人工筋肉の試作と粘弾性評価を行うための実験システムの構築ができていて，特性評価試験が行えていることから，研究推進のための環境が構築できている．また，粘弾性評価についてはこれまでの研究でも行ってきており，解析手法やそれに必要なプログラムなども揃っていることから，実験条件を整理して特性評価を始める準備が整っているといえる．
ヒステリシス低減のための外圧調整方法については傾向が分かっているが，まだ具体的に実現できたわけではなく，次の特性評価である粘弾性特性の調節とも親和性の良い外圧調整方法を検討する必要があるため，ヒステリシスのない特性を次年度の早い段階で実現したいと考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
まずはヒステリシスのない特性の実現を目指す．その次に粘弾性特性の計測を行い，内圧と外圧の調節による粘弾性特性の操作を試みる．
まずは様々な内圧と外圧の条件での粘弾性特性を調査する必要がある．従来の空気圧人工筋肉では入力が1系統だったので条件はある程度絞ることができるが，複動型人工筋肉は入力が2系統となることから条件が多くなってしまうため，適切かつ効果的な実験条件を整理して取り組む必要があると考えている．
この特性調査実験の過程で可変粘弾性モデルの検討も必要になると考える．このモデルを提案することで希望の粘弾性特性を設定することが可能になり，ロボットアームなどのアプリケーションへの展開ができるようになると考えている．
それらが揃ったところで，拮抗駆動による力や変位の調節へと展開していく予定である．
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| Causes of Carryover |
半導体不足による実験システム用機器やPCの調達ができなかったことと，コロナ禍で学会がオンライン開催になったために旅費としての計上がなかったため，計画通りの予算利用とならなかった．実験システム用機器については研究室で所有する既存の機器を借用している状態のため，これら機器の供給が回復しつつあることから，順次購入して置き換えていく予定である．
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Research Products
(3 results)
