劣悪環境下で使用可能な非モータ形多条バネ式多関節アームの開発と挙動評価

• 研究課題/領域番号: 18K04026
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
• 研究機関: 東北学院大学
• 研究代表者: 菜嶋 理 東北学院大学, 工学部, 准教授 (00265183)
• 研究分担者: 松浦 寛 東北学院大学, 工学部, 教授 (30612767)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2018年度)
• 配分額: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2019年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2018年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: 多条バネ / 多関節アーム / 有限要素法 / 構造解析 / 制御プログラム / 劣悪環境 / 放射線耐性 / 耐水性 / 耐久性

研究実績の概要

本研究は多条バネとレリーズを用いた新しいタイプの多関節アームを開発することを目的とするものである。平成30年度においては、「多条バネの構造最適化」、「多関節機構の設計と挙動解析」および「制御プログラムの作成」について研究を進めた。
「多条バネの構造最適化」については菜嶋が担当した。本研究で開発する多条バネ式多関節アームの関節部は極座標型アームのように全方位角に対して 仰角方向の姿勢制御が可能となっているが、その動作は回転・旋回によるものではなく3本のレリーズの圧力と周囲を覆うバネの弾性力のバランスで成立している。多関節アームの関節部において方位角毎に仰角方向の曲がりやすさに不均一が生じることがないように、有限要素法により全方位角に対して仰角方向の動作が一様になめらかな挙動を示すように多条バネの構造を最適化を行った。
「多関節機構の設計と挙動解析」については菜嶋が担当した。本研究で開発するアーム関節部の動作機構は回転・旋回型のアームと比較して複雑なものとなるため、多関節化した場合のエンドエフェクタ位置ならびに姿勢の制御については一般的なモデルに対して修正が必要となる。多関節機構制御のための知見を得るために、上述した多条バネ構造解析と連携して多条バネ式アームを多関節化した場合のエンドエフェクタ位置と姿勢の挙動解析を行った。
「制御プログラムの作成」については菜嶋と松浦が担当した。本研究に先行して松浦が「柔構造アーム」を試作済みであり、この「柔構造アーム」を用いてLabViewによる制御プログラム開発を行った。