| 研究課題/領域番号 |
21K03961
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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 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
相山 康道 筑波大学, システム情報系, 教授 (60272374)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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 | マニピュレーション / 人間協働ロボット / 安全 / 衝突 / 可変剛性機構 / 衝突安全性 / ロボット / 接触安定性 / 非ニュートン流体 / 接触 / ロボットマニピュレータ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，軽量なロボット用可変剛性関節機構の開発，および，剛性制御系の導入による，次世代産業用ロボットの衝突・接触安全性を確立する．これは，人との衝突のみならず，テーブルにワークを置く，他のワークに組み付ける，装置の部品を取外す，等の環境接触作業時に，人間のようにある程度の速度での周辺環境との衝突を許容する，人間-機械協働のもとでの新たな作業効率改善手法となる研究である．空気圧を利用した低剛性な可変剛性関節機構に，非圧縮性流体を用いた高剛性の可変剛性機構を組み合わせ，さらにマクロ-マイクロ系の制御系を応用した関節制御手法を導入し，様々な衝突に適応可能なロボット関節システムを構築する．
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| 研究成果の概要 |
今回の研究期間で新たな空気圧を利用した可変剛性機構を開発した．ゴムホースをつぶす方向で使うことで剛性の高い空気袋を採用したこと，弾性部の可動範囲を狭めることで，剛性を以前に開発した機構の40倍程度に上げることに成功した．
この機構を使った1自由度ロボットアームを作製し，衝突時の撃力減少の効果とゴムホースの粘性を利用した振動抑制のモデル化および実機実験を行った．衝突時の撃力は弾性部より先の質量のみが影響するため，撃力の大きさが減少する．また弾性部があると衝突後に跳ね返り振動を起こすが，押し付け力を発生させる軌道生成を行うと，短時間で跳ね返りはなくなり安定することをモデル及び実機実験により示した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
近年，サービスロボット分野だけでなく，工場におけるロボットの利用においても人間とロボットの協働が重要となってきている．本研究では人間協働ロボットにおいて最も重要な安全性を確保するために制御だけに頼るのではなく機械的な本質安全を確保するために関節に可変剛性を導入することを提案した．可変剛性関節を導入することで人間や環境との接触時の撃力を低減することができるだけでなく，環境との衝突・接触時の振動の静定時間を短くできることを示した．これにより，人間が行っているようなてきぱきとしたピックアンドプレイス作業が可能となり，生産性の向上，サービスの質の向上（待たせる時間の短縮）などが期待できる．
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