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2013 年度 実績報告書

二関節筋と並列弾性要素を有する大出力油圧脚機構の研究

研究課題

研究課題/領域番号 23760219
研究機関東京大学

研究代表者

神永 拓  東京大学, 情報理工学(系)研究科, 助教 (90571571)

キーワードロボットアクチュエータ / 力制御 / バックドライバビリティ / 電気静油圧アクチュエータ
研究概要

二脚ロボットを実環境で用いる上での最も大きな課題のひとつはアクチュエータの特性である.特に,力感受性,パワー密度,耐衝撃性,エネルギ蓄積能力は従来のロボットアクチュエータの構造に起因する本質的課題であり,ロボットの実用化に向けて避けて通れない.この問題は歯車減速機の力伝達原理およびバックドライバビリティの欠如に起因するところが大きく,油圧駆動系の一種である電気静油圧アクチュエータ(EHA)を用いると力感受性や耐衝撃性を飛躍的に向上できることがわかっていた.本研究の目的は高パワー密度を有する駆動系とバックドライバビリティ,エネルギ蓄積能力,制御性の向上の実現,またそのような駆動系を脚構造に適用することで新たな脚機構の設計論を展開し,その制御方法を確立することにより二脚ロボット駆動系の本質的な問題を解決することである.
そこで,弾性を有するEHAを並列に配置するEHA-PEを提案し,この基本概念に則って①機構の開発②制御手法の開発③評価手法の開発を行う計画であった.①脚用EHAとして膝に適した回転型,足首に適した直動型のアクチュエータを開発,また,エネルギ蓄積装置としての弾性差動アキュムレータを開発した.さらに,二関節筋・単関節筋併用脚構造の最適設計法を提案し,二関節筋・単関節筋併用脚構造の構造設計を行った.②トルクセンサを搭載したEHAを用いてバックドライバビリティの力感受性に与える影響を調査したほか,4点圧力計測を用いた摩擦補償制御ならびに速度制御によるEHAの力制御を提案した.③負荷条件下での応答を評価する質量負荷型アクチュエータ評価装置を開発し,直動型EHAの評価を行った結果,最大推力1.5kN,位置制御帯域2.5Hzの結果を得た.
これらによりEHA-PEを用いて大出力二脚ロボットを構成するための高性能アクチュエータ構成論,設計法,制御手法および評価手法を開発した.

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 高バックドライバビリティを実現する油圧駆動システム2013

    • 著者名/発表者名
      中村仁彦,神永拓
    • 雑誌名

      日本ロボッ ト学会誌

      巻: 31 ページ: 568-571

    • DOI

      10.7210/jrsj.31.568

    • 査読あり
  • [学会発表] 質量負荷を用いた小型直動電気静油圧アクチュエータの動特性評価2014

    • 著者名/発表者名
      神永拓,康天毅,大月智史,中村仁彦
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会
    • 発表場所
      富山市総合体育館,富山県
    • 年月日
      20140526-20140528
  • [学会発表] モータの速度制御を用いた電気静油圧アクチュエータの力制御2014

    • 著者名/発表者名
      神永拓,康天毅,中村仁彦
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会
    • 発表場所
      富山市総合体育館,富山県
    • 年月日
      20140526-20140528
  • [学会発表] 慣性負荷による直動型電気静油圧アクチュエータの動特性評価2014

    • 著者名/発表者名
      大月智史,神永拓,中村仁彦
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会
    • 発表場所
      富山市総合体育館,富山県
    • 年月日
      20140526-20140528
  • [学会発表] 足首関節機構のための直動型電気静油圧アクチュエータの開発2014

    • 著者名/発表者名
      大月智史,神永拓,中村仁彦
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会
    • 発表場所
      富山市総合体育館,富山県
    • 年月日
      20140526-20140528
  • [学会発表] Design of Multi-DOF Joint Mechanism with Redundantly Driven Electro-Hydrostatic Actuators2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Kaminaga
    • 学会等名
      Workshop "New Applications of Hydraulic Actuation for Fast, Powerful, Efficient, Compact, and Compliant Robots" of IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems
    • 発表場所
      Tokyo Big Sight, Tokyo, Japan
    • 年月日
      20131107-20131107
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of Parallel Ankle Joint Mechanism with Linear Electro-Hydrostatic Actuators2013

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Otsuki, Hiroshi Kaminaga, and Yoshihiko Nakamura
    • 学会等名
      Workshop "New Applications of Hydraulic Actuation for Fast, Powerful, Efficient, Compact, and Compliant Robots" of IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems
    • 発表場所
      Tokyo Big Sight, Tokyo, Japan
    • 年月日
      20131107-20131107
  • [学会発表] Evaluations on Contribution of Backdrivability and Force Measurement Performance on Force Sensitivity of Actuators2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Kaminaga, Kohei Odanaka, Yuta Ando, Satoshi Otsuki, and Yoshihiko Nakamura
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems
    • 発表場所
      Tokyo Big Sight, Tokyo, Japan
    • 年月日
      20131103-20131107
  • [学会発表] Design of an Ankle-Knee Joint System of a Humanoid Robot with a Linear Electro-Hydrostatic Actuator Driven Parallel Ankle Mechanism and Redundant Biarticular Actuators2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Kaminaga, Satoshi Otsuki, and Yoshihiko Nakamura
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Humanoid Robots
    • 発表場所
      Atlanta, USA
    • 年月日
      20131015-20131017
  • [学会発表] 電気静油圧アクチュエータのための外乱オブザーバ型 摩擦補償における出力軸運動量の使用2013

    • 著者名/発表者名
      神永拓,安藤雄太,中村仁彦
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会
    • 発表場所
      つくば国際会議場,茨城県
    • 年月日
      20130523-20130524
  • [学会発表] Design of Backdrivable Mechanisms with Electro-Hydrostatic Actuators2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Kaminaga and Yoshihiko Nakamura
    • 学会等名
      Workshop "Design and Control of High-Performance Hydraulic Robots: Recent Advances and Perspectives", of IEEE International Conference on Robotics and Automation
    • 発表場所
      Karlsruhe, Germany
    • 年月日
      20130510-20130510
    • 招待講演
  • [備考] Home Page of Kaminaga

    • URL

      http://www.ynl.t.u-tokyo.ac.jp/~kaminaga/

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公開日: 2015-05-28  

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