Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

ソリトン / 多自由度アクチュエータ / 非線形ポテンシャル / ポリイミド / 力伝達機構 / 人工筋肉 / マイクロマシン / 力制御 / 多自由度格子 / アクチュエ-タ / 力伝達 / 半導体加工

人間の腕を模擬したロボットアームに代表される従来のロボットは,その自由度が高々6自由度程度であり,機構面において柔軟な動作を実現することが困難な状況にある.従って,より多機能でかつ柔軟な動作を行えるロボットを実現するには,ロボット自身の自由度をできるだけ多くする事が必要不可欠となる.人間の骨・筋肉機構を理想モデルとして,ロボットのリンク・アクチュエータ機構と比較した場合に,基本的に異なる事項はアクチュエータである.現在,様々な機構をもつアクチュエータが開発されているが,筋肉のように柔軟で,小型,軽量,そして出力/重量比の大きなアクチュエータは未だに開発されるに至っていない.そこで,本研究では筋肉を理想モデルとした多くの自由度を有する多自由度アクチュエータおよびその力制御手法の開発を行っている.製作においては,近年注目されている半導体加工技術を導入し,アクチュエータを集積化することで小型・軽量化を図った製作プロセスを提案している.
平成4年度では,平成3年度に引き続き多くの自由度を有するアクチュエータの基本構造を提案し,半導体加工技術を用いたマイクロアクチュエータの製作プロセスを明らにした.特に,アクチュエータを支持する弾性材料としてポリイミドを導入し,高分子材料を組み合わせた製作プロセスの技術開発(エッチング技術,電極配線技術等)を行い,マイクロアクチュエータの製作を行った.また,製作した多自由度アクチュエータを仮定した多自由度格子システムの力制御系の構成法を明らかにした.ここでは,平成3年度において明らかにした非線形ポテンシャルによるソリトン波を利用した力伝達機構を応用し,ソリトン波を用いた力制御法を提案している.提案する力制御系および力伝送アルゴリズムの有効性は,計算機シミュレーションを通して確認を行った.

アクチュエ-タ / 非線形ポテンシャル / ロバスト制御 / ソリトン / 人工筋肉 / ロボティクス / 格子 / キネマティクス

現在の産業用ロボットは運動の自由度が最大でも6であるのが普通であり、微妙な動作が困難である。また、知能ロボット化しても運動の自由度が増えない限り、器用さに欠けることになる。生物の持つ微妙な動作を実現するためには先端の持つ剛体の6自由度だけでなくロボットア-ム自体にある程度の運動の自由度を持たせることが肝要となる。
一つの運動の自由度は一つ以上のアクチュエ-タを必要とし、かつ限られた体積内にそのアクチュエ-タを収納せねばならないので、必然的に極小アクチュエ-タを組み合わせる技術が必要となる。多くの生物はこのような機構として筋組織を持っており、それが微妙な動作を可能としている。これを模した、格子に組み合わせた小さなアクチュエ-タの制御技術の基礎的研究が本研究の課題であり、現在のところ、個々のアクチュエ-タが持つべき制御機能はロバスト性とコンプライアンス性に集約できると考えられる。前者を制御的に実現するため個々のアクチュエ-タの加速度の制御が必要となる。具体的な実現には、外乱推定器を持つ制御器で充分であることが分かった。後者の実現には非線形ポテンシャルをもつコンプライアンスが必要である。この非線形ポテンシャルにより力がソリトンとなって伝達され、キネマティクスにより決まる運動を制御できる。これを計算機シミュレ-ションにより実証し、n個の2のべき乗で決まるソリトン波を制御すれば2^<-n>の精度で力制御が可能となることを示した。また、実験的な検証をマクロモデルで行うために64個の電磁アクチュエ-タを用いて平面運動を行わせたところx方向、y方向とz軸回りの運動が独立に制御できることが確かめられた。更に立体構造の構成による3次元的運動の制御も行い、一種の人工筋肉としての運動が可能であることを検証した。以上より、非線形格子アクチュエ-タが人工筋運動の実現に有力であることが明かとなった。