2023 Fiscal Year Research-status Report
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23K13237
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
神保 康紀 東京電機大学, 工学部, 助教 (70963841)
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2023-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 積層造形 / アディティブマニュファクチャリング / 材料押出法 / 移動型造形 / 造形パス / ロボット積層造形 / 加工経路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請課題は積層造形法の造形サイズの制約を解決するため，インチワーム（尺取り虫）型ロボットに着目した移動型造形装置の開発とその加工経路計画法の確立を目指すものである．積層造形法を用いた機械部品一体製作による，組立工程の削減やサプライチェーンの短縮を目標としている．
製作物の寸法が大きくなるほど造形精度および生産効率が低下するという従来の造形装置の課題に対し，造形装置が製作対象の周りを移動しながら造形する移動型造形装置に着目した．本申請課題では，この造形装置を使用した大型部品一体製作のための造形装置の開発，加工経路計画アルゴリズムの実装，実際の造形による課題解決に対する提案手法の有効性の評価を行う．具体的な造形装置の構想は，インチワーム型ロボットに材料押出ノズルを搭載し，積層造形と装置の移動を同一の機構で達成するものである．
本年度はまず，装置の移動を実現する手段として六脚ロボットを採用し移動型装置における造形可能寸法と造形精度について研究を行った．実際に装置を開発して造形実験を行った結果，装置の移動時のわずかな姿勢変化によって押出ノズルと材料付加の対象物体の角度が変化し，大きな造形誤差につながるとことを明らかにした．また，自身の造形物が移動における障害になり，これが原因で造形精度が低下することも分かった．さらに，加工計画計画のアルゴリズムについて，六脚ロボットを前提として加工経路計画法を複数提案し，経路計画による造形精度への影響について実験を行った．この実験の成果は，国際会議（JSST2023）で発表した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は造形装置の開発および加工経路計画アルゴリズムの構築を予定していた．
まず造形装置の開発について述べる．研究開始時に予定してたロボットアームおよび制御マイコン等の電子機器の想定していた経路からの購入がかなわず，装置の移動手段として代替機構の選定などが必要となった．このため，インチワーム型造形装置の開発の大半を次年度行うこととする．代替機として本年度は六脚ロボットを購入し，実験に使用した．
次に加工経路計画アルゴリズムについて述べる．加工経路計画方法を複数提案し，六脚ロボットを使用して実際に造形実験を行った．実験の結果，造形装置の姿勢の誤差が，造形精度に大きく影響することが分かった．この結果は研究の目的である，インチワームロボットを使用した移動型造形装置の加工経路計画アルゴリズムを作成するために有用である．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度（令和6年度）は，主に以下の2つについて取り組む．①インチワームロボットを使用した移動型装置の開発，および移動と造形の基礎実験を行う．②経路計画アルゴリズムの実装と造形実験．
①では，５自由度ロボットアームを使用して移動型造形装置を開発する．また，自身の造形物上への移動，造形までを行う移動と造形の基礎実験を行う．②では，①の基礎実験で得られたインチワームロボットの特徴を考慮した加工経路計画アルゴリズムを提案，実装する．この際，ロボットアームを車輪で移動させる造形機構で採用されている加工経路計画方法を参考に，アルゴリズムを構築する．
最終年度（令和7年度）は研究開始時の予定通り，開発したインチワームロボットの移動型造形機と提案した加工経路アルゴリズムを使用した造形実験を行い，提案手法の評価を行う．
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| Causes of Carryover |
世界的な半導体不足の影響もあり，研究開始時に予定してたロボットアームおよび制御マイコン等の電子機器を，予定価格で購入することが困難であった．このため，本年度は安価な代替機を使用して実験を行うこととした．また，これにより成果発表も遅れることになった．
現在では多少の価格変動があるものの，想定機器の購入が可能である．次年度は予定していた機器購入および学会等での成果発表のために，繰り越した研究費を支出する予定である．
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