2018 Fiscal Year Annual Research Report
超フレキシブル超音波モータの開発と大腸内視鏡への応用
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17J04776
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
金田 礼人 豊橋技術科学大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | ソフトアクチュエータ / 超音波モータ / ソフトロボット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
柔軟な連続体ロボットは従来の剛体リンク型ロボットとは異なり、柔らかく細長い体を生かして様々な環境を探索出来るため、産業、宇宙、医療分野での関心が高まっている。これらのソフトアクチュエーションには空気圧チャンバ、形状記憶合金、流体強化エラストマー、マッキベン筋肉などの駆動原理が用いられてきたが、動作が遅い、ストロークが短い、駆動源が扱いにくいなどの問題があった。
これを解決するために伝統的な電気駆動モータに柔軟性を与える2つのソフトアクチュエータを開発した。1つはフレキシブル超音波モータである。超音波モータは圧電素子が発生する微小な振動により、ステータ内の出力軸を駆動するモータであり、小型・高応答を特長とする。このモータの出力軸に柔軟性を持たせることで、素早く精確に動作するソフトアクチュエータの開発を目指した。そこで申請者が考案した手法が「コイル型出力軸」である。コイルばねはステータ中央の穴に挿入することで、その内周面と強く接触し振動を伝達できる。昨年度の報告ではモータの試作からコイルに予圧の計算、出力などの基本性能の評価またセンサの開発について報告した。本年度はこの結果をまとめ、トップジャーナルのTransaction on Mechatronicsに投稿した。
もう1つはトライチューブアクチュエータである。超音波モータは小型化に有利であるが、高出力化が難しい。そこで高出力化が容易な電磁モータを用いて柔らかいチューブを動作させるメカニズムを考案した。螺旋状の溝を有するチューブは、ギアが噛み合うことで前後に移動することが出来る。これを3つ重ねることで自由な方向に伸縮・曲げを可能にする。私は本年度の4月から10月の間、イギリスのケンブリッジ大学に留学し、このアクチュエータの応用研究に従事した。この成果はロボティクス関連雑誌で最もIFの高いSoft Roboticsにて採択された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
フレキシブル超音波モータを小型化し内視鏡サイズにする計画は、超音波モータの出力が思ったより向上しなかったため遅れている。しかし、そこから派生した技術であるトライチューブアクチュエータはサイズに捕らわれずスケーラブルに設計できるため、より広い範囲での応用が期待される。また、どちらの研究もトップジャーナルへ投稿しており（内1つは掲載済み）、全体としておおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は2つの研究を進める。1つはフレキシブル超音波モータを3つ重ねて、直径10～20mmの内視鏡ロボット試作機を完成させ、そのデモを行う。もう1つはトライチューブアクチュエータを用いた直径100mm以上の大型索状ロボットの開発である。それぞれのアクチュエータを用いて、体を大きく伸長できる索状ロボットがスケールによらず有用であることを示す。
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