| 研究課題/領域番号 |
19J21092
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 豊橋技術科学大学 |
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研究代表者 |
出原 俊介 豊橋技術科学大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2019年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
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| キーワード | 圧電アクチュエータ / 超音波モータ / マイクロアクチュエータ / ビジュアルフィードバック / オートフォーカス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，これまで開発してきた大きさ約2 mm立方のマイクロリニア超音波モータの高推力化および高効率化を行い，これを駆動源とした，位置決め精度，応答性，把持力に優れた脳外科手術のためのマイクロロボットハンドの実現を目的とする．
超音波モータは，より高いモータ出力が得られるようにステータ形状や材料を検討し，性能を表す指標となるQ値や結合係数で評価する．また，モータ制御のためのセンサシステムも開発する．最終的には，マイクロリニア超音波モータとロボットフィンガを組み合わせて，直径10 mm，長さ20 mmの円筒内に収まる大きさのマイクロロボットハンドの開発を行う．
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| 研究実績の概要 |
本研究はマイクロ多指ハンドのアクチュエータとして，二種類のマイクロリニア超音波モータを開発し，その基本的な性能評価を行った．
一つ目のリニアモータは，ステータが高さと幅が2.6mm，長さが2.2mmの直方体型リニア超音波モータである．ステータは，駆動原理である振動モードの振動振幅が大きくなるように電流値やQ値，k値を基に設計を行った．モータの性能はスライダ速度の過渡応答で評価し，印加電圧100Vppで推力約15mN，速度約70mm/sであることを確認した．また，このモータは優れた分解能を有しており，スライダを約1μmの微小変位で動かすことが可能である．
二つ目のリニアモータは，ステータが高さと幅が4.5mm，厚さが0.9mmの薄型リニア超音波モータである．このモータは駆動原理に平板の固有振動モードを使用しており，従来のリニア超音波モータより駆動方向に薄く（短く）設計することができる．このモータの性能は電圧100Vppで約13mNの推力と約90mm/sの速度でスライダを動かすことができる．さらに，このモータに小型のレンズユニットを取り付けて，イメージセンサの前に設置し，オートフォーカスをさせるデモンストレーションも実施している．
マイクロリニア超音波モータを制御するために，ハイスピードカメラを用いたビジュアルフィードバックシステムを構築した．超音波モータは印加する交流電圧の周波数，電圧振幅，位相差によって制御することができ，スライダを数マイクロメータ単位で任意の位置に移動させることができる．
開発したマイクロリニア超音波モータは，マイクロ多指ロボットハンドのアクチュエータとして十分な性能を示しており，試作した全長約10mmのロボットフィンガを駆動させることに成功している．
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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