2011 Fiscal Year Annual Research Report
先進複合構造による高機能ロボット構造と制御系設計に関する研究
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22560215
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
小林 幸徳 北海道大学, 大学院・工学研究院, 教授 (10186778)
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| Keywords | 柔軟ロボットアーム / 複合材料 / 投球動作 / 最適剛性 / サーボモーター / 動ひずみ / シミュレーション |
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| Research Abstract |
1リンク柔軟ロボットアームおよび2リンク剛体一柔軟ロボットアームに関して,アーム先端のハンドからボールを投げる運動を実現する解析モデルを確立し,シミュレーションによって部材の弾性特性とボールの初速度の関係を調べた.また,柔軟アームの変形が大きくなる場合にも適応可能な基礎式の導出を行い,基礎実験との比較によってその有用性を確認した.シミュレーションの実現には,ボールを把持しているアームモデルと投球後にボールが離れたアームモデルを連続的に接続する必要がある.23年度の研究においては,関節への入力トルクあるいはアーム動作の軌道の設計に最適化の手法であるParticle Swarm Optimization (PSO)を用いた.これによって多変数空間における最適化を効率よく実施できることが分かった.
実験に関しては,薄い鋼製はりおよびFRPで補強されたはりを用いた実験装置を製作した.薄い鋼製はりを用いた実験では,柔軟アームの変形が過大となり,大変形を考慮したモデルによるシミュレーションでも大きな差異が認められた.ある程度の速度での投球動作には,十分な剛性を有する柔軟アームが適することから,FRPで補強されたはりを用いて実験装置を再構築した.現在,新たな実験装置のための制御系の再設計を行っている.また,簡単なボール把持部を製作し,指関節の駆動には軽量な空気人工筋を導入して基本動作の確認を行った.さらに,水平多関節ロボットアームの基本設計を行い,一部製作を開始した.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2リンクロボットアームに関する理論解析や基本となる機構要素に関する実験についてはほぼ順調に進展しているが,最終目標としている5自由度ロボットアームや高速投球を可能とするハンド機構の開発が遅れている.これは,柔軟アームの大変形を考慮した解析が煩雑であったためである.これにも一定の目処が立ったので,最終年度は目標達成に向けて精力的に取り組む計画である.
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| Strategy for Future Research Activity |
2リンク5自由度ロボットアームに必要な関節機構の設計製作を早急に実施する.柔軟アームには複合材料を適用するが,最適な構造設計と制御系設計を同時に行うためには,新たなソフトコンピューティングの手法の導入が有効と考えられる.これに関しては前年度までに十分な調査を行ってきたので,実際のシミュレーションに早い段階で取り組む予定である.ハンド機構については,材料と構造の剛性を再検討する必要があるので,これに取り組んで目標とするリリース速度での的確な動作の実現を目指す.
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