2014 Fiscal Year Annual Research Report
完全脱力モードを有するロボット関節用高出力多次元アクチュエータの開発
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26289023
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| Research Institution | Muroran Institute of Technology |
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Principal Investigator |
青柳 学 室蘭工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80231786)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梶原 秀一 室蘭工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00280313)
田村 英樹 東北工業大学, 工学部, 准教授 (90396581)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 球状ステータ / 多自由度 / 積層圧電アクチュエータ / サンドイッチ / トルクフリー / 球面アクチュエータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
サンドイッチ型球面超音波アクチュエータは，3軸回転方向に適した楕円変位が接触面に発生する２つの円環状ステータ振動子により球状ロータを挟み込む構成である。本構成はロータの保持機構が不要になり，また２つのステータの3軸方向の発生トルクの和が得られる特徴を有する。 小型ヒューマノイドの肩関節に用いる際には高トルク化が必要である。本年度は強力励振が可能なステータ振動子を有限要素法解析(FEM)により設計した。次の成果が得られている。
１．サンドイッチ型球面超音波アクチュエータ
高トルク化にはステータ振動子の励振強度を増大させる必要があり，積層圧電アクチュエータ(MPA)をステータに埋め込む構成を検討した。従来構成では圧電板をステータ表面に張り付け圧電横効果による励振方法であったが，MPAは圧電縦効果を用いているため，圧電横効果より約2倍の励振効率が得られ，さらに低電圧化が図られる。矩形状の屈曲振動子を試作して励振方法を比較検討した結果，MPAでは約2倍の動的電気機械結合係数が得られ，励振効率向上が確認された。
また，構造に関しては，ロータへ駆動力を伝達するためステータの接触部を従来型より高剛性化した。完全脱力モード（トルクフリー）を実現するために圧電クラッチを用いて予圧調整を行うため，3点支持可能な構造を検討した。直交した2軸に対称な振動モードに対して，3点支持構成は振動モードの乱れを引き起こすため，支持用のリングを新たに設け，支持の影響を受けない構成を見出した。設計された強力励振用ステータ振動子は製作中である。
２．球状ステータを用いたアウターロータ型球面超音波アクチュエータ
球状ステータ振動子を2つのリング状ロータで挟み込む構成（アウターロータ構成）を検討した。3軸回転に適した楕円変位を形成できる振動モードを見出した。球体表面にMPAを埋め込み，FEM解析および試作により励振効率の向上を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
サンドイッチ型球面超音波アクチュエータのステータ振動子および球状ステータの設計が遅れたため，期間中に試作が完了せず，実験が計画より進んでいない。また，球面超音波アクチュエータの製作の遅れに伴い，脱力モードの周期入力制御への応用も制御モデルのパラメータの設定が適切に行えず，シミュレーションおよび実験的検討が遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
サンドイッチ型および球状ステータを用いた球面超音波アクチュエータについては１次設計が完了し試作を行っているところであり，今後実験的に検討を行う予定である。基本的には研究実施計画通りに行う。脱力モードの周期入力制御への応用に関しては，球面超音波アクチュエータの試作・実験の進捗状況に合わせて検討を行う予定である。また，進捗の遅れに備えて，モータに連結させた球体を２つのリング状ロータと圧電クラッチにより挟み込み，球面超音波アクチュエータを模擬したモデルで脱力モードの周期入力制御への応用を並行して検討することも考える。
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| Causes of Carryover |
2015年3月の学会発表を行う際に要した旅費の精算額と概算額に差額が生じたためである。年度末であること，他に使用するには少額であることから次年度に繰り越しすることにした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
物品費または旅費に繰り入れて有効に使用する。
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