パラレルワイヤ駆動機構の解析・評価・設計・制御システム

• 研究課題/領域番号: 11750115
• 研究種目: 奨励研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 設計工学・機械要素・トライボロジー
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 武田 行生 東工大, 工学部, 助教授 (20216914)
• 研究期間 (年度): 1999 – 2000
• 研究課題ステータス: 完了 (2000年度)
• 配分額: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円); 2000年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 1999年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
• キーワード: ロボット工学 / 機構学 / パラレルワイヤ駆動 / 機構総合 / 力伝達特性 / 力覚提示デバイス

研究概要

本研究は、ワイヤ、形状記憶合金、ゴム人工筋等のように引張力のみが発生できる駆動伝達要素(ワイヤと総称する)により構成される多自由度機構(パラレルワイヤ駆動機構と呼ぶ)を取り上げ、機構学的および力学的特性ならびに制御性に優れた機構の開発を可能とすることを目的としている。本年度の研究においては、7本のワイヤを並列に配置した6自由度空間パラレルワイヤ駆動機構を取り上げ、まず、各ワイヤの長さ・張力およびサーボ剛性と出力の変位・力・剛性の関係を明らかにするために、順運動学解析および静力学解析のシステムを構築した。次に、機構の寸法(ワイヤ取付位置)と出力筋ポーズが与えられた場合に、各ワイヤから出力筋への引張力の伝達特性を定量的に評価するための指標を提案し、提案指標の数値と出力筋付加に対するワイヤ張力の大きさの関係を具体的に調べたところ、提案指標とワイヤ張力の間には強い相関があることが確認され、提案指標の力伝達特性の評価指数としての有効性を確認した。そして、作業領域、精度、力、剛性等に関する設計仕様に適合する最適なパラレルワイヤ駆動機構の寸法諸元および駆動源諸元を決定するための設計システムを開発した。以上の研究成果に基づき、パラレルワイヤ駆動機構を操作者にスポーツの擬似源諸元を決定するための力覚提示デバイスに適用するための機構総合を行うとともに駆動源の諸元を具体的に決定し、試作を行うとともに力覚提示デバイスとしての基本的な制御系を構築し、パラレルワイヤ駆動機構としての基本特性と力覚提示デバイスとしての基本特性を把握するための実験を行い、検討を加えた。