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超フレキシブル超音波モータの開発と大腸内視鏡への応用

Research Project

Project/Area Number 17J04776
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Intelligent mechanics/Mechanical systems
Research InstitutionToyohashi University of Technology

Principal Investigator

金田 礼人  豊橋技術科学大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsソフトアクチュエータ / 超音波モータ / ソフトロボット / コイルばね
Outline of Annual Research Achievements

柔軟な連続体ロボットは従来の剛体リンク型ロボットとは異なり,柔らかく細長い体を生かして様々な環境を探索出来るため,産業,宇宙,医療分野での関心が高まっている.例えば低侵襲診断および治療において,ソフトアクチュエータを用いたロボット内視鏡は固有のコンプライアンス(受動性)のため,組織を誤って穿刺したり裂けたりするりスクを抑えることが出来る.これらのソフトアクチユエーションには空気圧チャンバ,形状記憶合金,流体強化エラストマー,マッキベン筋肉などの駆動原理が用いられてきたが,動作が遅い,ストローク(ひずみまたは移動距離)が短い,駆動源が扱いにくいなどの問題があった.
これを解決するためにフレキシブル超音波モータを開発した.超音波モータは圧電素子が発生する微小な振動により,ステータ内の出力軸を駆動するモータであり,小型・高応答を特長とする.このモータの出力軸に柔軟性を持たせることで,素早く精確に動作するソフトアクチュエータの開発を目指した.そこで申請者が考案した手法「コイル型出力軸」である.コイルばねは円周方向の剛性が高く,ステータ中央の穴に挿入することで,その内周面と強く接触し振動を伝達できる(ゴムのような全体が柔らかい出力軸では、振動を吸収して動作しない).今年度は,モータの試作,コイルばねによる予圧のモデル化,出力や速度等の基本性能の評価などの研究成果をまとめた論文がIEEE/ASME Transaction on Mechatronicsに採択された.また,出力軸のコイルばねを可変抵抗と見なすことで,位置セルフセンシングを行う手法を提案した.このセルフセンシングモータを複数個用いた連続体ロボットを構築し,フィードバック制御下で目標軌跡を追従できることを確認した.この研究成果をIEEE Robotics and Automation Letters (RA-L)に投稿した.

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2020 2019 2018 2017 Other

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Design and Experiments of Flexible Ultrasonic Motor Using a Coil Spring Slider2020

    • Author(s)
      Kanada Ayato、Mashimo Tomoaki
    • Journal Title

      IEEE/ASME Transactions on Mechatronics

      Volume: 25 Issue: 1 Pages: 468-476

    • DOI

      10.1109/tmech.2019.2959614

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reachability Improvement of a Climbing Robot Based on Large Deformations Induced by Tri-Tube Soft Actuators2019

    • Author(s)
      Kanada Ayato、Giardina Fabio、Howison Toby、Mashimo Tomoaki、Iida Fumiya
    • Journal Title

      Soft Robotics

      Volume: 印刷中 Issue: 4 Pages: 483-494

    • DOI

      10.1089/soro.2018.0115

    • Related Report
      2019 Annual Research Report 2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Large Deformation Improve Reachability of a Soft Climbing Robot2019

    • Author(s)
      Ayato Kanada
    • Organizer
      IEEE International Conference on Soft Robotics (RoboSoft)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] フレキシブル超音波モータの原理と設計2019

    • Author(s)
      金田礼人
    • Organizer
      日本ロボット学会学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 柔軟チューブによって駆動するヘビ状ロボットの開発2019

    • Author(s)
      金田礼人
    • Organizer
      日本ロボット学会学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 柔軟チューブによって駆動するヘビ状ロボットの開発2019

    • Author(s)
      金田礼人
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Large Deformations Improve Reachability of a Soft Climbing Robot2019

    • Author(s)
      金田礼人
    • Organizer
      RoboSoft
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mobile Continuum Robot with Unlimited Extensible Sections2018

    • Author(s)
      金田礼人
    • Organizer
      International Conference on Intelligent Robots and Systems
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Flexible Ultrasonic Motor using an Output Coil Spring2017

    • Author(s)
      Ayato Kanada
    • Organizer
      IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] コイルばねを出力軸と知るフレキシブル超音波モータの開発2017

    • Author(s)
      金田礼人
    • Organizer
      精密工学会春季大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 次世代型人工筋肉を目指したフレキシブル超音波モータの開発2017

    • Author(s)
      金田礼人
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Remarks] Research Activities| Ayato Kanada

    • URL

      http://eiiris.tut.ac.jp/mashimo/wordpress/members/ayato_achieve/

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 可撓性索状駆動装置2018

    • Inventor(s)
      金田礼人、真下智昭
    • Industrial Property Rights Holder
      金田礼人、真下智昭
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2018
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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