2015 Fiscal Year Annual Research Report
柔軟な体幹を有するリニア電磁アクチュエータ駆動人型上半身ロボットの身体協調運動
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26700026
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
仲田 佳弘 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (80720664)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | リニア電磁アクチュエータ / リニアバーニアモータ / ヒューマノイドロボット / 力制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，粘弾性を制御可能な小型・高出力の電磁アクチュエータであるリニアバーニアモータで駆動される，双腕と体幹部を有する人型上半身ロボットの開発と制御に関するものである．最終的に，リニアバーニアモータを複数搭載したロボットを用い，体幹からエンドエフェクタにかけての各アクチュエータを順に連携して駆動させ，エンドエフェクタのダイナミックな動作を引き出す運動連鎖の効果により，全身の身体協調運動を実現する．
今年度は，前年度に必要数を準備できなかったリニアバーニアモータを追加で作製した．上半身ロボットは，複数のモータで駆動するため，システムの小型化および実験を簡単に行うことができるよう，モータドライバ，電源回路およびドライバの制御回路を一体化した小型基板を開発した．開発した基板は，動作原理が類似の3相リニアモータにて動作確認済みである．
リニアバーニアモータの作製と並行して，ロボットの機構設計および運動連鎖のためのロボットの動作作成の検討を行った．アクチュエータにはシステムの構築が容易で，リニアバーニアモータと同形状の空気圧シリンダを用いた．運動連鎖を用いるため，各シリンダの空気室を，チューブを使って連結することで，関節同士を物理的に拘束し，一方に加わった力を他方に伝達し，関節を連動するシステムを提案した．連結の効果を実機で確認し，この成果を学術論文として発表した．また，電磁モータ駆動の2関節ロボットアームに，空気圧シリンダによる二関節筋機構を実装し，空気室に接続されたバルブの開閉によって関節間の拘束条件を切り替えることが可能なシステムを開発した．拘束条件により，タスクの達成度が変化することを確認し，国内の学会にて発表した．ここでは，空気圧シリンダを受動的な空気ばねとして用いるため，空気の供給源は必要ない．そこで，今後はリニアバーニアモータ駆動の上半身ロボットへの実装も検討する．
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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
今年度の目標は，試作したリニアバーニアモータを複数搭載した人型上半身ロボットの開発とその制御システムの構築であった．リニアバーニアモータの試作の遅れがあったが，空気圧シリンダを活用し，ロボットの構造設計・検討を並行して進めることができた．このロボット開発では，運動連鎖を利用するためのアクチュエータシステムの研究開発を行うことができ，この研究開発において，論文投稿や学会発表など成果を残すことができた．また，制御システムの構築では，システムの小型化に欠かせない基板の開発を行うことができた．以上のことから，順調に進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度には，人型上半身ロボットをリニアバーニアモータで駆動させ，体幹から手先にかけての運動連鎖を利用した動作を行い，その効果を評価する．モータ制御には，昨年度開発した小型モータドライバ基板を用い，この基板に加えて制御基板，センサ，制御用PCを統合したシステムの構築および改良を行う．ロボットの状態を計測するため，各関節の回転角度センサや，リンク部の加速度センサを用いる．これらの情報をフィードバックし，各モータの励磁電流を制御することで，発生力の調整を行う．この成果をまとめ，国際学会で発表するとともに，学術論文を投稿予定である．
ロボットの運動性能を高めるため，関節などの構造部品へのエンジニアリングプラスチックの適用を検討する．
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| Causes of Carryover |
リニアバーニアモータおよびロボットの試作の過程で，支持機構や材料強度などを追加で検討する必要があることが分かった．平成28年度にはロボットにモータを搭載した状態での評価実験を実施するが，モータの動作方向以外へのモーメントが発生するなど，モータ単体の評価では判断できない理由での故障や材料の摩耗が生じることが考えられる．平成27年度に，これらの状況を想定した組込状態での機構や強度の検討を実施できなかったため研究費に未使用額が生じたが，平成28年度には評価実験と並行して実施し，当初の予定通りの計画で研究を進めていく．評価実験と並行して実施することにより，ロボットの信頼性を高めながら，効率よく実験を進めることが可能となると考えられる．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度には，平成27年度に試作したリニアバーニアモータの評価およびロボットの改良・評価を行う．実際に動作させて実験を行う中で，故障や材料の摩耗が発生することが考えられるため，それらを修繕するための材料費として用いる．
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