| 研究課題/領域番号 |
25289020
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
武田 行生 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (20216914)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 機械設計 / ロボット工学 / 機構学 / 弾性ジョイント / パラレルマニピュレータ / 剛性解析 |
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| 研究概要 |
本研究では，広い作業領域を有し，スムーズ，低発塵，高精度かつ長時間の安定した動作が実現可能な，弾性回転ジョイントからなる5自由度の並進・回転運動分離形パラレルロボットを開発することを目的とし，本年度は，このパラレルロボットの機構と弾性ジョイントの設計法について検討を行った．まず，並進3自由度＋回転2自由度の運動を出力運動とするパラレル機構として，出力リンクの回転中心の位置を制御する連鎖（回転中心制御用連鎖）と回転中心まわりの回転運動を制御する連鎖（回転運動制御用連鎖）の2種類の連鎖からなる機構を対象として，それぞれの連鎖が満たすべき自由度，拘束成分等の条件について検討を行った．その結果，1形式の回転中心制御用連鎖および24形式の回転運動制御用連鎖の構造を具体的に明らかにした．そのうちの1形式の組み合わせについて，変位，速度および力の解析を可能とし，作業領域の評価を行った．弾性ジョイントについては，2つのフレーム間に薄板ばねを2重らせん状に配置した弾性回転ジョイントについて，フレーム間に回転軸まわり以外の方向の力とモーメントを種々に与えた場合の有限要素解析を行い，各方向の剛性を明らかにした．また，この結果を踏まえて本弾性ジョイントを試作するとともに，他の研究機関で開発している弾性回転ジョイントも試作して定性的な特性比較を行った．さらに，弾性回転ジョイントのフレーム間に任意方向の力を作用させつつジョイントに強制的な回転変位を与えてジョイントのフレーム間の変位および作用力を測定することを可能とするために，オルダム継手機構を応用した試験装置を設計・試作した．さらに，弾性ジョイントを有するパラレル機構について，仮想対偶を用いた剛性解析手法を開発し，これを1形式の空間閉ループ機構に応用して理論解析を行うとともに実験的検討を行った．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
年度当初予定していた研究項目は，①並進・回転運動分離形5自由度パラレル機構の解析・総合システムの開発と②弾性回転ジョイントの特性解析と構造の最適化である．項目①のうち，根幹となる機構構造の体系的な総合および有用な形式に対する運動解析と特性評価までは達成しており，最適設計が実施できる段階にまで至っている．項目②については，弾性ジョイントの有限要素解析による剛性特性解析と実験解析のための試験装置の開発までは達成しているが，試験装置の調整に時間を要しているため，ジョイントの実験的評価とこれに基づく最適化までには至っていない．しかし，次年度の早期には試験装置による評価が実施できるものと想定している．また，弾性ジョイントを有するパラレルロボットの剛性特性の解析法の開発については，基本的な内容について，理論解析および実験的検討を先行して実施することができた．このことにより，次年度の研究遂行がスムーズに行えると考えている．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成25年度の実績を踏まえ，平成26年度の研究では，①並進・回転運動分離形5自由度パラレル機構の設計，②弾性ジョイントの特性評価と比較，③弾性ジョイントからなるパラレルロボットの特性評価と設計・試作を進める．特に大幅な研究方針の変更はない．
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