ソフト・生体模倣マイクロ操作ロボットシステム

• 研究課題/領域番号: 22KF0099
• 補助金の研究課題番号: 22F31357 (2022)
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 基金 (2023); 補助金 (2022)
• 応募区分: 外国
• 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: 東京大学
• 研究代表者: 新井 史人 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90221051)
• 研究分担者: ZHENG XINGWEN 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 外国人特別研究員
• 研究期間 (年度): 2023-03-08 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2023年度)
• 配分額: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円); 2024年度: 100千円 (直接経費: 100千円); 2023年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2022年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: 機械力学 / ロボティクス / ソフトメカニズム / アクチュエータ / 微細作業

研究開始時の研究の概要

人手では作業が困難な微細な作業は，微細作業と呼ばれている．近年，ロボットを知能化，自律化する試みが，国内外で盛んに行われている．また，ロボットの計測（センサ）・駆動（アクチュエータ）技術は大幅に向上しているが，微細作業を行うには，いまだ多くの研究課題を有している．特に，三次元空間での微細作業においては，ロボットの構造や制御に関して課題が多い．そこで，本研究では，生体を模倣して，ソフトながら微細な作業を顕微鏡下で行うことで，ロボットの適用範囲を微細空間に拡大するために必要な，革新的な操作システムをデザインし，制御理論を構築する．

研究実績の概要

サイズが小さく，柔らかいものから硬いものまで様々な対象を高速かつ正確に操作することは未だに困難である．人手では作業が困難な微細な作業は，微細作業と呼ばれている．近年，ロボットを知能化，自律化する試みが，国内外で盛んに行われている．また，ロボットの計測（センサ）・駆動（アクチュエータ）技術は大幅に向上しているが，ハードウェアとして，いまだ多くの研究課題を有している．特に，三次元空間での微細作業においては，ロボットの構造や制御に関して課題が多い．例えば，多様な作業を実行するには，作業ツールを使い分ける必要があり，三次元で，精密な位置や力の制御を行って，ツールをたくみに操作することは難しい．そこで，本研究では，生体を模倣して，ソフトながら微細な作業を顕微鏡下で行うことで，ロボットの適用範囲を微細空間に拡大するために必要な，革新的な操作システムをデザインし，制御理論を構築することを目的とした．
まず，作業ツールを使って微細な作業を行うことが可能なソフト・生体模倣マイクロ操作ロボットシステムの基本設計を行った．空気圧駆動による姿勢，位置決め機構をデザインした．また，この機構の先端にとりつけるエンドエフェクタとして，空気圧駆動による把持機構をデザインした．4本の可動指を有し，作業ツールを把持することが可能となった．この可動指は，ソフトな構造で変形能を有し，空気圧駆動による小型アクチュエータによって変形することを特色とする．この作業指を用いて，作業ツールを持ち替え，固定する機能を設計した．可動指の基本構造，FEMを用いた構造解析，加工プロセスデザイン，制御系を中心に設計を行った．実際に，３Dプリンタを用いて可動指を加工し，実際に試作したプロトタイプによって基本的な動作を確認した．提案したシステムは，マイクロマニピュレーションのためのロボットとして，顕微鏡下での微細操作の自動化に貢献できる．