衝突安全性と機敏な接触安定性を兼ね備えたロボットアーム用関節機構

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本年度は，(1)圧縮空気による可変剛性機構の改良，(2)非ニュートン流体を用いたダンパーによる制振性の確認，(3)脆性を有するリンク部の検討，の3つについて研究を進めた．まず(1)の圧縮空気による可変剛性機構の改良については，前年度に検討した，可動範囲を狭めることによる剛性の強化，ならびに，耐圧性に優れたホースを使うことによる使用空気圧力の上昇，の2つの改良を行い，良好な結果を得た．以前試作していたものでは，空気圧が0MPa～0.3MPaで，剛性は0.05Nm/deg～0.1Nm/deg程度であった．これに対し，本年度のものは，0MPa～0.5MPaで，剛性は0.23Nm/deg～1.3Nm/deg程度と，最大の剛性で10倍以上の結果が得られた．(2)の非ニュートン流体を用いたダンパーについては，ビンガム流体という，せん断力が小さいときには粘性が高く，せん断力が大きくなると粘性が低くなる性質を持つ流体を利用し，負荷トルクが小さいときにはほぼロック状態となり，大きな負荷トルクがかかるとダンパーとして働く性質を持つ機構の開発を行った．実際にはロック状態となる負荷トルクの範囲は狭く，完全なロックとして使用することは困難だが，粘性については内部構造の工夫で大きく取れることが判明した．(3)は，関節構造での安全性確保という観点から拡大し，リンク部に脆性を加えることで，過大な負荷が加わった際に，人間でいう「骨折」のようにリンク部が折れる構造を開発した．セラミックのような脆性材料を用いる方法も考えられるが，今回はクラッチのように，ばねで抑えられているロックが過大な負荷で外れるという機構を作成した．概ね想定通りの挙動を得ることはできたが，負荷の力で考えると当たる場所により骨折する荷重が異なる，ロックが外れるまである程度の弾性を示す，などの性質も明らかになった．