| 研究課題/領域番号 |
21K03947
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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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 | 京都工芸繊維大学 |
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研究代表者 |
澤田 祐一 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 教授 (80273548)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | ソフトアクチュエータ / 負圧駆動 / 屈曲型アクチュエータ / 導電性ゴム / 接触検知 / 直動型アクチュエータ / 人工筋肉 / 5指ハンド / ブリッジセンサ / ソフトロボット |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は，センサを統合した触覚を有する負圧駆動型ソフトアクチュエータの基本構造を確立し，その動特性を明らかにし力制御の基本手法を確立することが主目的である．これを達成するため，ソフトアクチュエータの内圧と形状変化を測定し，これを基に数学モデルを確立する．これを受けて，変形量とセンサ出力との関係性を明らかにするとともに，力学特性の解析結果に基づいて力制御系を設計し，触覚センシングに基づく力制御系の確立を目指す．また，確立できたソフトアクチュエータシステムを基本要素とした応用に関する研究も行う．
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| 研究実績の概要 |
令和5年度には以下の研究項目について結果を得た．（１）多リンクマニピュレータモデルによる，屈曲型負圧アクチュエータのモデリングと数値シミュレーションおよびパラメータ同定．（２）導電性ゴムによる屈曲角センサの改良とこれによる接触検知システムの開発．（３）接触検知システムを内蔵したハンド機構の開発と試作，動作検証．（４）複数の直動型負圧アクチュエータによるハンド移動機構の開発．（５）直動型負圧アクチュエータを人工筋肉として用いた剛体リンクマニピュレータの制御装置の開発試作．（６）屈曲型負圧アクチュエータを用いた5指ハンド機構の開発．
（１）の結果では，一般には有限要素法などによりソフトアクチュエータの動作シミュレーションは行われてきたが，本研究で取り扱う屈曲型では多リンクマニピュレータと同構造をしていることから，このモデルにより動作の模擬が可能となった．ただし，力学特性が非線形であることから，非線形ダンパ―や非線形ばねを想定する必要があったが，パラメータ同定も行うことで，実アクチュエータとの高い一致性を実現した．（２）～（４）はハンド機構とその移動機構を構成し，自動で物体を把持するシステムを構成して個々の要素技術の検証を行い，接触検知機能をハンドに組み込むことで物体把持の確実性を向上させることができた．また，ハンドの移動機構もソフトアクチュエータで実現した．（５）においては，負圧直動型ソフトアクチュエータが非常に大きな力を発生できることから，これを人工筋肉として用い通常はモータで駆動する1リンクアームを負圧型ソフトアクチュエータで駆動し角度制御することができた．（６）では，屈曲型ソフトアクチュエータのセグメントを人の指と同じ3節とすることで，ほぼ人の手と同じ構造のハンド機構を構成することができた．また，拇指の屈曲を実際の指と同じように取ることで，様々な物体の把持に成功した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
科研費での研究期間と同時期に，所属部門である機械工学系において学部教育の責任者である機械工学課程長を指名されたことから非常に学内業務が多忙となり，十分な研究時間を確保できなかったため研究の進捗に遅れが生じてしまった．
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| 今後の研究の推進方策 |
ソフトアクチュエータの力学特性は非線形性が強いことがわかっており，そのアクチュエータの屈曲制御や力制御において効果的なフィードバック制御を行うためには，その非線形性を考慮する必要がある．これを念頭に置いた負圧屈曲型ソフトアクチュエータのフィードバック制御系の確立を目指す．
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