| 研究課題/領域番号 |
19K04291
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
関 啓明 金沢大学, フロンティア工学系, 教授 (20270887)
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| 研究分担者 |
辻 徳生 金沢大学, フロンティア工学系, 准教授 (30403588)
平光 立拓 金沢大学, フロンティア工学系, 助教 (70845536)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 油圧駆動 / ２段変速 / ロボットアーム / 油圧源シリンダ / 損失 |
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| 研究実績の概要 |
介護ロボットやレスキューロボットなどには、状況により高速に動く動作（高速駆動）と大きな力を出す動作（高圧駆動）が求められるが、その両立はなかなか困難である。本研究では、そのような人間共存型ロボットアーム用のスマートな油圧駆動機構を提案し、実証することが目的である。アイデアとしては、制御性の良い油圧源として、モータやボールネジで駆動される油圧シリンダを持ち、そのピストンの両側間のオイルの移動を弁で切り替えることで、送り出すオイルの流量と圧力を２段階に変えて大きく変速させる。
まずは、提案する２段変速の原理を確認し、損失を測定するため、基本的な予備実験装置を試作した。油圧弁を切り替えて駆動し、各部の変位や圧力を測定する実験により、所望の２段階変速動作が得られることを確認した。
また、提案する油圧駆動機構について、損失の少ない部品の組み合わせを調べた。その際、シリンダの摩擦や、電磁弁・配管等の流体抵抗などの各部の損失の特性を個別の実験によって測定しておき、高速駆動と高圧駆動に分けて、機構全体の損失や各部の損失割合をシミュレーションした。その結果、油圧源シリンダの摩擦の影響が大きいことや、高圧駆動においては、油圧源シリンダのピストンの両側のオイルを行き来させる配管の損失が大きいことが分かった。
後者については、実験装置において、その経路の配管や継手の径を大きくし、実際に損失が改善することができた。前者については、ある程度予想されていたことであり、油圧源シリンダのロッドを回転させながら押し込む方法について、検討や実験装置の設計を開始している。
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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
油圧源シリンダのピストン両側のオイルの行き来を電磁弁で制御することにより簡単に２段変速させるというのが本研究の基本アイデアである。この提案原理を基礎的な実験装置を試作して確認できた。
また、この油圧駆動システムを有効にするには、油圧駆動の大きな問題である損失の改善が欠かせない。その検討を予備実験やシミュレーションによって行い、大きな損失の部分を明らかにして、一部を改善することができた。残りも現在改善に向けて検討中である。
以上のように、予定していた計画を順調に進めている。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでのところ、研究計画は順調に進んでおり、大幅な変更をする必要はない。次のような予定している課題について、今後も推進していきたい。
・油圧源シリンダのロッドの回転による損失の改善（実験装置の試作と検証、最適化）
・複数の出力シリンダの同時駆動法（位置制御法）の確立（制御法の考案・シミュレーション、実験装置の試作と評価）
・油圧回路中の空気量の変更による柔軟性の付与（試算、実験装置の試作と検証）
・多自由度ロボットアームへの適用（アーム試作とデモ）
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| 次年度使用額が生じた理由 |
実験用の消耗品などの小さな端数により、次年度使用額が生じた。
実験装置の試作費として、部品類の購入にあてる。
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