2013 Fiscal Year Annual Research Report
重力補償機構を利用した低出力高耐荷重の人共存ロボットシステムの設計論構築と開発
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23560295
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
武居 直行 首都大学東京, システムデザイン研究科, 准教授 (70324803)
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| Keywords | 機構 / 省エネルギー / パワーアシスト / 制御 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は，実環境で頑強に動作し，可搬性と省エネルギー性を有する人共存ロボットシステムの実現であり，その基本要素としての弾性体による重力補償機構の力学的特徴を明らかにし，設計論を構築することである．
高い可搬性と省エネルギー性を付与するために，弾性体へのポテンシャルエネルギーの蓄積・解放に基づき，弾性体の平衡点を移動することによる対応荷重可変な重力補償機構を活用し，平衡点移動を低出力モータで実現する手法を検討するとともに，3kgおよび20kgを昇降可能なパワーアシスト昇降機および3kgを可搬できる3自由度ロボットアームの開発を行った．
3kg可搬の昇降機では，装置内のばねによる補償力を詳細に調べ，理論値との比較を行い，おおむね設計した補償力が得られていることを示した．さらに，外力推定値と操作力検知により，ワーク荷重に応じて自動で重力補償料を調整し，省エネルギーなパワーアシスト装置を構築した．その結果を踏まえ，20kg可搬の昇降機の設計には，選択可能な多数のばねから，設計仕様と制約条件から利用可能なばねを系統的に求める定式化を行った．これによりばねの選定が容易になった．
また，可変重力補償機構を用いたロボットアームでは，カムによる対応荷重可変機構の詳細な特性調査を行った．ウォーム・ホイールギアを用いた場合は効率低下があることが明らかになったが，可変用モータの大幅な増加を抑えることが可能となった．開発したロボットアームによりさまざまな環境下での動作実験を行い，ワーク荷重が突発的に変化した場合でも，安定して動作し続けることができることを示した．
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