低融点合金の相変化を利用した浸水リスクゼロの水中マニピュレータ

利用低熔点合金相变实现零浸水风险的水下机械手

• 批准号: 21K14120
• 负责人: 情野 瑛
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14120/
• 关键词: 水中ロボット; ロボット機構; 低融点合金; 誘導加熱

水中ロボット設計において必ず避けなければならないリスクは浸水であり，浸水による故障によりロボットは水中で動かなくなり回収が難しくなる．特に資源のサンプル回収等の調査のために水中ロボットに搭載されるマニピュレータは，可動部が外部（水中）に露出しているため浸水のリスクが大きい．従来の水中マニピュレータは，浸水を防ぐためにケースやパッキン等で関節を密閉して防水処理を施し，水中で駆動させている．そこで本研究では，関節の防水処理を施さずに水中で利用できる新しい水中マニピュレータの実現を目的として研究を実施した．令和３年度では，１関節モデルを用いた要素技術の設計に取り組んだ．水中で使用可能な関節構造を設計するために，ガラスエポキシを用いてロボットフレームを構成し，関節に強磁性体であるブリキ板，低融点合金としてはんだを用いた簡易的な１関節モデルを作成した．コイルによる誘導加熱が水中で可能か確認するために，まず始めに作成した１関節モデルを水に濡らした状態で誘導加熱を行い，関節の相変化が可能か確認を行ったところ，問題なく相変化が可能であることを確認した．次の段階の実験として，１関節モデルを水没させた状態で誘導加熱を行った．関節の温度上昇は確認されたが，はんだに相変化を起こすほどの大きな加熱を行うことができなかったため，関節から熱が水中へ逃げていかないような断熱設計やコイルの最適化を行う必要があることがわかった．

Water ロ ボ ッ ト design に お い て would ず け な け れ ば な ら な い リ ス ク は flooding で あ り, flooding に よ る fault に よ り ロ ボ ッ ト で は water dynamic か な く な り back 収 が difficult し く な る. Special に resources の サ ン プ ル back 収 の survey such as の た め に water ロ ボ ッ ト に carry さ れ る マ ニ ピ ュ レ ー タ は, movable part が external (water) に reveal し て い る た め flooding の リ ス ク が big き い. 従 to の water マ ニ ピ ュ レ ー タ は, flooding を anti ぐ た め に ケ ー ス や パ ッ キ ン etc で masato section を airtight し て waterproof 処 Richard を し, water で 駆 dynamic さ せ て い る. そ こ で this study で は, masato の waterproof 処 Richard を shi さ ず で に water use で き る new し い water マ ニ ピ ュ レ ー タ の purpose be presently を と し て research を be applied し た. In the third year of the Reiwa era, で で, and the first section モデ た を を designed に to take a set of んだ using the <s:1> た element technology <s:1>. Water で use may な masato を section structure design す る た め に, ガ ラ ス エ ポ キ シ を with い て ロ ボ ッ ト フ レ ー ム を し, masato section に strong magnetic body で あ る ブ リ キ board, low melting point alloy と し て は ん だ を with い た simple な section 1 masato モ デ ル を made し た. コ イ ル に よ で が る induction heating the water may か confirm す る た め に, ま ず beginning め に made し た section 1 masato モ デ ル を water に ら speech &drama し で induction heating line を い た status, masato section の phase - change が may か confirm を line っ た と こ ろ, problem な く phase - change が may で あ る こ と を confirm し た. The second-order <s:1> experiment と て て, 1 stage モデ を を water without させた state で induced heating を row った. Masato section の temperature rise は confirm さ れ た が, は ん だ に phase - change since を こ す ほ ど の big き な line heating を う こ と が で き な か っ た た め, masato section か ら へ が hot water escape げ て い か な い よ う な break hot design や コ イ ル の line optimization を う necessary が あ る こ と が わ か っ た.