2019 Fiscal Year Research-status Report

真空圧により剛性が変化する機械要素の力学モデルの構築

Research Project

Project/Area Number	18K04064
Research Institution	Ritsumeikan University
Principal Investigator	満田隆立命館大学, 情報理工学部, 教授 (30335591)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	可変剛性 / 粒子ジャミング / ソフトロボティクス / グリッパー / ロボットハンド
Outline of Annual Research Achievements	粒子が詰められた柔軟な袋の内部の空気を排出し真空化すると、大気の圧力により袋が縮み、粒子どうしが凝集して粒子の運動が阻害され、袋全体が硬くなる。袋に空気を戻して大気圧にすると元の柔らかい状態に戻る。この現象は粒子ジャミングと呼ばれ、柔らかい状態と硬い状態を空気圧で切り替えられる可変剛性要素として、医療用の身体固定具などに利用されている。本研究は、この要素の力学モデルの構築と性能改善を目的とする。本年度はまず、昨年度に開発した空気を抜くことで物体に巻き付くように変形すると同時に硬化する柔軟な機構の力学モデルを構築し、実験による検証を行った。また、この機構を利用したロボットグリッパーを開発した。このグリッパーはさまざまな形状の物体に巻き付いてから硬化するため、小さなグリップ力で重い物体を把持することができる。本研究の成果は学術誌に投稿する予定である。次に、この機構の開発過程で得られた知見をもとに空気圧を用いた新しいロボットグリッパーを考案し、2件の特許申請準備を行った(2020年度に申請予定)。これらのグリッパーは、2020年度日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会にて発表する。また、粒子ジャミングを利用した医療用身体固定具に関する共同研究を開始した。さらに積層ジャミングを利用した機械要素の力学モデルを構築した。研究費は、機構の力学特性の計測に必要となる圧力測定器、空気圧制御機器の購入費、機構の材料費、研究成果発表費用などに使用した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 本研究の主目的は粒子ジャミングを利用した機械要素の力学モデル構築である。これに対して、粒子ジャミングを使用した新しい機械要素の開発やその応用に関する研究は想定以上に進んでいるが、力学モデルの構築は、理論と実際の現象との間に乖離があり、やや遅れている。2020年4月より新型コロナウイルスの影響でキャンパスが封鎖され、実験が行えない状況となっていることから、今後の対応方法を検討している。
Strategy for Future Research Activity	新型コロナウイルスの影響で実験が行えない状況にあり、今後、いつ実験を再開できるかが見通せない。そこで、実験が再開できるまでの間は、物理シミュレーションの構築と、これまでの研究成果の発信に注力する。実験再開後は、新たに開発したロボットグリッパーと医療用身体固定具の実用化を進めるとともに、外膜が力学特性に与える影響について理論的考察を行う。
Causes of Carryover	ほぼ計画どおりに研究費を使用した。開発する機構の材料費、圧力計測フィルム（消耗品）などに使用する計画である。