Development on Soft-Actuators Driven by Negative Pressure and Their Applications

令和3年度に実施した研究項目は，（１）Simscapeによる屈曲アクチュエータのモデリング，（２）導電性ゴムによるブリッジセンサの改良と角度センサへの応用，（３）導電性ゴムによるブリッジセンサによるアクチュエータの角度制御 であり，それぞれについて以下の結果を得た．（１）Multibodyアプローチによる屈曲型負圧アクチュエータのモデリング：令和2年度の研究により確立された静力学に基づく力学モデルに基づき，屈曲型負圧アクチュエータの屈曲シミュレーションモデルを確立した．ソフトアクチュエータの非線形性は，ばね要素および減衰要素に非線形特性を入れることで実現し，屈曲構造は多リンク構造を取ることにより実現した．屈曲シミュレーションモデルによる数値シミュレーションの結果は実験での屈曲との高い一致性を示しており，低速の屈曲動作をシミュレーションする上では問題ないことが確認できた．（２）導電性ゴムによるブリッジセンサの改良と角度センサへの応用：屈曲型負圧アクチュエータの屈曲角度を制御するためには，屈曲角度を内界センサにより計測する必要があるが，歪ゲージのような金属センサではシリコーンゴムとの剛性率のオーダーが違いすぎ，本研究で扱っているソフトアクチュエータには使用することができない．これに代わる導電性ゴムを用いたブリッジ型曲げセンサを屈曲型負圧アクチュエータ内部に組み込めるようにしたものを開発し評価を行い，良好な屈曲量の計測ができることを確認した．（３）導電性ゴムによるブリッジセンサによるアクチュエータの角度制御：前項で開発した導電性ゴムによるブリッジセンサを用いて，屈曲型負圧アクチュエータの角度制御を行うことを試み，PID制御によりフィードバック制御系を構築することで実現した．制御性能は実験により検証し，ステップ応答及びのこぎり波の変形参照入力には良好な追従性を示すことが確認された．

令和3年度に実施した研究項目は，（１）Simscapeによる屈曲アクチュエータのモデリング，（２）導電性ゴムによるブリッジセンサの改良と角度センサへの応用，（３）導電性ゴムによるブリッジセンサによるアクチュエータの角度制御 であり，それぞれについて以下の結果を得た．（１）Multibodyアプローチによる屈曲型負圧アクチュエータのモデリング：令和2年度の研究により確立された静力学に基づく力学モデルに基づき，屈曲型負圧アクチュエータの屈曲シミュレーションモデルを確立した．ソフトアクチュエータの非線形性は，ばね要素および減衰要素に非線形特性を入れることで実現し，屈曲構造は多リンク構造を取ることにより実現した．屈曲シミュレーションモデルによる数値シミュレーションの結果は実験での屈曲との高い一致性を示しており，低速の屈曲動作をシミュレーションする上では問題ないことが確認できた．（２）導電性ゴムによるブリッジセンサの改良と角度センサへの応用：屈曲型負圧アクチュエータの屈曲角度を制御するためには，屈曲角度を内界センサにより計測する必要があるが，歪ゲージのような金属センサではシリコーンゴムとの剛性率のオーダーが違いすぎ，本研究で扱っているソフトアクチュエータには使用することができない．これに代わる導電性ゴムを用いたブリッジ型曲げセンサを屈曲型負圧アクチュエータ内部に組み込めるようにしたものを開発し評価を行い，良好な屈曲量の計測ができることを確認した．（３）導電性ゴムによるブリッジセンサによるアクチュエータの角度制御：前項で開発した導電性ゴムによるブリッジセンサを用いて，屈曲型負圧アクチュエータの角度制御を行うことを試み，PID制御によりフィードバック制御系を構築することで実現した．制御性能は実験により検証し，ステップ応答及びのこぎり波の変形参照入力には良好な追従性を示すことが確認された．