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

2003 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溝付きはり / 応力集中 / FEM / 平行はり

Research Abstract

力覚センサの開発では,力やモーメントを弾性ひずみに変換するセンサ構造体をいかに設計するかが重要なポイントとなる.これまで多くの力覚センサが考案され製品化をされているが,その多くは測定時の不要な力による剛性の低下については考慮されていない.このようなセンサで特定方向の微小力を測定しようとする場合には,測定に不要な方向の力によってセンサ出力部以降の姿勢を変化させることになり,これまでの力覚センサでは対処できない.そこで,これらの要求を満たすため,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はりの開発が求められている.
研究代表者らは,特定の方向に敏感で他の方向には大きな剛性を持つH溝付きはりを提案し,その基礎となっている平行平板はりと合わせ,その特徴をFEMによる解析と実験により明らかにしてきた.H15年度は,H溝付きはりの基礎となっている平行平板はりの構造で,これまであまり着目されていなかった2枚のはり間距離がたわみやすさとどう関わっているのかについて調べた.解析用はり(t=2mm)においては,はり間距離がはり長の13パーセント付近を過ぎたあたりから,そのまげ剛性は大きく変わらない.ねじり剛性は,はり間距離が増えるに従って大きくなる.H溝付きはりは中間部の恩恵から,平行平板はりに比べ全体的に剛性が高い.しかし,中間部厚さが固有値を下げる原因となることが新たに判明した.また,H溝付きはりの溝部への応力集中が及ぼす影響とその応力分散について,いくつかの溝形状を提案し解析を行った.さらに,平行平板構造を平行移動機構などへ応用する際に重要となる可変形性と,それが端面の沈み込みや傾きとどう関わっているのかについて調べた.H溝付きはりの応用としてヒューマノイドロボットの足底センサを取り上げ,その開発と性能解析を行った.これらの研究で得た成果を国内外の学会に発表した.

Research Products

• [Publications] Koyu Abe, Yusuke Tanida, Atsushi Konno, Masaru Uchiyama: "FEM Analysis of a Directional Deflection Sensor Beam Structure for Small Force/Torque Measurement"International Conference on Precision Engineering 2003/04. (To be published). (2004)
• [Publications] 阿部幸勇: "指向性のある弾性変形はりの応用と課題"平成15年度高エネルギー加速器研究機構技術研究会予稿集. 3-013. (2004)
• [Publications] 谷田悠介, 阿部幸勇, 近野敦, 内山勝: "力覚センサ用H溝型はりのモデル化と解析"計測自動制御学会東北支部第213回合同研究会. 資料番号213-2. (2003)
• [Publications] Koyu Abe, Yusuke Tanida, Atsushi Konno, Masaru Uchiyama: "A Directional Deflection Sensor Beam for Very Small Force/Torque Measurement"IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS 2003). 1056-1061 (2003)
• [Publications] 谷田悠介, 阿部幸勇, 近野敦, 内山勝: "H型溝付きはりを用いた足底力センサの開発および性能評価"日本ロボット学会第21回学術講演会講演論文集. 3D1a. (2003)
• [Publications] 阿部幸勇, 谷田悠介, 内山勝: "指向性を持った力覚センサ用はり形状のFEMによる解析"日本機会学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'03講演論文集. 1A13FB8. (2003)