| 研究課題/領域番号 |
19H02105
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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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| 審査区分 |
小区分20020:ロボティクスおよび知能機械システム関連
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
塚越 秀行 東京工業大学, 工学院, 教授 (50313333)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2021年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2020年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2019年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
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| キーワード | ソフトロボット / ソフトアクチュエータ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
空圧エネルギーで誘発される自励振動現象に着目し、アクチュエータの内圧を自動的に切換えるチューブ形振動子を導入して、スリムな空圧駆動系の設計手法を構築する。
本構成により電磁弁や切換弁の使用が不要となり、配管や配線の簡素化・完全無電力化・空圧システム全体の小型柔軟化が可能となる。その実現に向けて、下記の項目を研究する。
i)自励振動の周波数と切換圧力に影響を及ぼす設計パラメータの解析。
ii)チューブ形振動子の設計方法および自励振動式空圧駆動システムの構成方法の確立。
iii)進行波の生成を想定し、３つ以上に出力ポート数にも対応可能な拡張振動子の展開。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、空圧エネルギーで誘発される自励振動現象に着目し、アクチュエータの内圧を自動的に切換えるチューブ形振動子を導入して、スリムな空圧駆動系の設計手法の構築を目指す。その初年度の研究として、今年度はチューブ形振動子の振動特性の解析および設計方法の確立を目標とした。
まず、自励振動の切換圧力および周波数を決定づける振動子の設計パラメータの解析を行った。切換圧力を定める物理量として、永久磁石の吸着力・振動幅・および偏平チューブの受圧面積に着目し、それらの関係を数理的に明らかにした。また、これまでの予備実験により、供給圧力が変動しても、(1)切換圧力は設定値を維持できること、(2)供給圧力が高くなると流量が増すため振動数も増えること、などを確認済みであった。これらの知見をもとに、偏平チューブの設計パラメータ（長さ・幅・粘性係数）、拘束部における拘束具合の影響が振動条件に与える影響を実験的に明らかにした。その結果、磁石を離脱させる切替圧力は、当初の予想と反し、単に磁石の吸着力とチューブの長さ・幅だけでなく、チューブ両端を拘束する距離によっても影響されることが明らかとなった。
次に、チューブ形振動子の設計方法の確立に挑んだ。自励振動の目標切換圧力と目標周波数が与えられたとき、磁石の吸着力・チューブの長さ・幅・拘束距離を定める設計のアルゴリズムを構築した。本手法をもとに試作したバルブは、目標値から5-15%程度の誤差はあるものの、概ね目標と動作を生成できることが実験的に明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
切替圧力の設定に影響を及ぼす設計パラメータに関して、当初の予想とは異なる結果が生じたものの、年度初めに掲げた研究項目を9割程度実施することができたから。
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| 今後の研究の推進方策 |
ｎポート(ｎ≧3)に接続可能な構成への展開
3個以上の空圧アクチュエータに自励振動を生成するための振動子を検討する予定である。具体的には、まず新たな振動子として、１つ前のステップで駆動されるアクチュエータの内圧を検知する構成を導入する。本構成により、当該アクチュエータの内圧上昇がトリガとなり、次のステップのアクチュエータが加圧されると期待できる。また、上記振動子を30mm立方内の小型サイズに収めるため、チューブの積層構造による実現を図る。さらに、螺旋状チューブアクチュエータと上述の振動子の融合により、進行波を生成可能なことを実験的に確かめる。そして、ｋ進行波の進行方向の反転機能も有する高機能型チューブ振動子の開発を目指す。
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