過負荷防止機構を有する高指向性力覚センサはりの研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650268
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 阿部 幸勇 東北大学, 大学院・工学研究科, 教務職員 (80261600)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 妻木 勇一 弘前大学, 理工学部, 助教授 (50270814) ; 近野 敦 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90250688) ; 内山 勝 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30125504) ; 佐藤 大祐 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40344692)
• Keywords: 力覚センサ / センサ用はり / H型溝付きはり / 応力集中 / FEM

Research Abstract

本研究は、特定の方向に敏感で、その他の方向には剛性のある、指向性の強い力覚センサの開発を行う際に重要なポイントとなる、力やモーメントを弾性ひずみに変換するセンサ構造体の形状について研究を行うことを目的としている。
本年は,方向分離性と剛性を満足するセンサ用はりとして提案をしている,H型溝付きはりのFEMによる構造解析を行った。H型溝つきはりは平行平板はりの特徴に加え、Y軸方向の剛性があがり、取り出せる歪はより大きい。また、X軸周りのねじれ剛性を格段に大きくできる。しかし、はり中間部が固有値を下げる原因になるので、その軽量化を考慮しなければならないことがわかった。また、応力集中部を意図的に作っているH型溝付きはりの場合には、センサはり部の塑性変形を防ぐうえでも、また,ひずみゲージの破損を防ぐうえでも、過負荷に対する対策は重要である。そこで、H型溝付はりの溝部の形状における最大応力と平均応力の大きさをFEMを用いて解析し、楕円の短軸を小さくしたものが、簡便で有効な溝形状であることを確かめた。また、いずれの形状でも、溝部の体積と大きく関連していることがわかった。今後,溝部の体積を一定とした上での解析が必要である。
また、これらの成果の応用として、ヒューマノイドロボットの足底センサを設計し、現在実験を行っている。
これまでの研究成果について、計測自動制御学会連合講演会,機械学会ロボティクスメカトロニクス講演会において発表した。

Research Products

• [Publications] 阿部幸勇, 佐藤大祐, 近野敦, 内山勝: "指向性を持った力覚センサ用はりの研究"第45回自動制御連合講演会論文集. 1A1-A4. 9-10 (2002)
• [Publications] 谷田悠介, 阿部幸勇, 近野敦, 内山勝: "H型溝付はりを用いた足底力センサの設計"第45回自動制御連合講演会論文集. 1P1-A4. 113-114 (2002)
• [Publications] 阿部幸勇, 谷田悠介, 内山勝: "指向性のある力覚センサ用はり形状のFEMによる解析"ロボティクス・メカトロニクス講演会2003. (発表予定). (2003)