永久磁石を内蔵した魚型マイクロロボットとそのケーブルレス駆動法の開発

Research Project

Project/Area Number	12750224
Research Category	Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Research Field	Intelligent mechanics/Mechanical systems
Research Institution	Kyushu Institute of Technology
Principal Investigator	本田崇九州工業大学, 工学部, 助教授 (70295004)
Project Period (FY)	2000 – 2001
Project Status	Completed (Fiscal Year 2001)
Budget Amount *help	¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000) Fiscal Year 2001: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000) Fiscal Year 2000: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords	マイクロロボット / ケーブルレス駆動 / 永久磁石 / 磁気トルク / 泳動機構 / 搬送デバイス
Research Abstract	マイクロマシンの応用として、プラント内の細管内を動き回り検査を行うマイクロロボットが期待されている。本研究では、配管内が液体で満たされている場合が多いことに着目し、泳いで移動する魚型マイクロロボットの開発とそのケーブルレス駆動法の提案を行った。開発したマイクロロボットは永久磁石(NdFeB磁石、φ5mm×3mm)と弾性板(ポリイミドフイルム、t=125μm)から構成される極めて単純なもので、外部から交流磁界を印加すると磁石がトルクを受け振動し弾性板を屈曲させて推進する。本素子は配管の外側に緩く巻いたコイルの発生する交流磁界によってケーブルレス駆動が可能である。本年度は、前年度までの成果を基に本素子に搬送機能を新たに付与することを試みた。これは、弾性板の形状を細長くすると、屈曲波が従来の定在波(定在波型)ではなく、後端に向かい減衰する進行波(進行波型)になる性質に着目したものである。すなわち、振動が減衰した後端部に積載物を搭載することで、屈曲波の動きを妨げずに済むと期待される。そこで1gの分銅を弾性板の後端に搭載し、定在波型と進行波型に対して泳動実験を行った。その結果、定在波型がまったく泳動できなくなったのに対し、進行波型では30cm/sもの高速で移動することでき、提案した積載方法が極めて有用であることが実証された。続いて、配管の分岐における方向転換に関する検討を行った。まず駆動用コイルの磁界だけで誘導することを試みたが、高速の場合素子の慣性が勝り誘導が困難であった。そこで、配管外部に永久磁石を配置し誘導することを試みた。その結果、Y字管では分岐直前の誘導、丁字管では分岐直後の誘導が効果的であり、適切な磁石の配置によりほぼ100%の成功率を達成した。以上の結果より、センサ等を搭載したマイクロロボットが複雑な配管の中を自在に移動するための基礎的な技術が確立できたと考えられる。