| 研究課題/領域番号 |
14350115
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
機械力学・制御
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
羅 雲 東北大学, 先進医工学研究機構, 助教授 (40302228)
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| 研究分担者 |
高木 敏行 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20197065)
圓山 重直 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (80173962)
長南 征二 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20005424)
比嘉 昌 東北大学, 先進医工学研究機構, 助手 (90375197)
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| 研究期間 (年度) |
2002 – 2005
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| 研究課題ステータス |
完了 (2005年度)
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| 配分額 *注記 |
16,800千円 (直接経費: 16,800千円)
2005年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2004年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2003年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2002年度: 10,100千円 (直接経費: 10,100千円)
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| キーワード | マニピュレータ / 形状記憶合金 / 熱電素子 / モデリング / 相変態 / 義肢 / 人工筋肉 |
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| 研究概要 |
熱電駆動型形状記憶合金運動素子を用いて、従来のものより軽量かつ早い応答特性を有する新たなマニピュレータシステムの創製を目指して研究を展開した。
・形状記憶合金の変態に伴う回復力の温度、拘束条件への依存性について実験的な考察を行った。相変態に誘起される形状記憶効果を形状記憶合金内部に時効処理時の拘束歪みに依存した分布応力場として表し、回復力のモデリングに関するモデルを提案した。また、形状記憶合金の複合的現象をともなう変態挙動を表現するために、変態領域にそれぞれ独立した分率を定義してモデルの改良を行い、実験結果との比較よりモデルの妥当性を検証した。本研究で用いる形状記憶合金板に対して、変態温度やヤング率などを考慮した曲げモーメントモデルを回復力のシミュレーションに適用した。これにより温度のみで形状記憶合金マニピュレータの力学出力を制御することが可能となった。
・相変態分率の変化を考慮したアクチュエータの自由変形モデルを構築し、温度履歴に依存した形状記憶合金アクチュエータの変形量の予測を可能にした。また、温度履歴と変態履歴の両方に依存した変形量のヒステリシス特性についてもシミュレーションを可能にした。これにより形状記憶合金アクチュエータの変形量の制御が自由変形モデルに基づいた温度制御で可能となった。
・形状記憶合金のリボンに複数熱電素子を装着したような簡単な構造を有するマニピュレータ試作し、その出力をコントロールするためにフィードバック制御システムを構築した。温度制御系はPID制御のより、室温付近から目標温度までの加熱時間が短く、目標温度に達したときのオーバーシュート量および定常偏差が小さな温度制御を実現した。周囲温度が安定している環境で精確な力学出力ができた。試作した義肢用具(人工指)サイズのマニピュレータは自重の10倍以上の重量を把持できるものであり、熱電素子を用いた強制冷却で自然冷却の3倍以上の冷却速度が得られた。
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