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空電ハイブリッド多自由度アクチュエータによる高出力柔軟マニピュレータの実現

利用气动混合多自由度执行器实现高输出柔性机械手

基本信息

批准号：
22K14223
负责人：
部矢明
金额：
$ 3万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本年度は，空圧力と電磁力の2駆動源によって2自由度回転を実現する2自由度空電ハイブリッドアクチュエータの構造および動作原理を提案した。空圧力は120度間隔で配置した空圧蛇腹の伸縮量を圧力制御弁により調整することで生成する。2自由度回転支持された可動子にこれらの蛇腹を取り付けることで，空圧力による2自由度回転を可能とする。また，電磁力は可動子に永久磁石を120度間隔で取り付け，その外側に配置したコイルをすることで生み出す。この構造により，3コイルに印可する電流の大きさと方向を調整することで磁気吸引・反発力とローレンツ力による2自由度回転が可能となる。本アクチュエータではこれらの空圧力・電磁力発生機構を一体化し，可動子に対して両者が働くよう構成したものである。提案した2自由度空電ハイブリッドアクチュエータのトルク特性を解析から算出した。空圧力によって得られる静トルクは蛇腹の受圧面積と内圧から求めた。電磁力によって得られる静トルクは3次元有限要素法を用いた磁場解析から求めた。そして，運動方程式を導出し，回路方程式，トルク発生式から電磁力により生まれるダイナミクスを計算可能な動的モデルを作成した。この動的モデルに空圧系を追加し，電流制御器と圧力制御器を用いることで，ハイブリッド駆動系を構築した。加えて，閉ループの姿勢制御系を設計し，単軸まわりおよび複数軸まわりへの目標軌道追従から，姿勢制御が可能であることを確認した。また，従来の球面電磁アクチュエータと比較して，提案アクチュエータのトルク密度は約7倍程度であった。

This year, the structure and operation principle of 2-DOF air-to-electric power system were proposed. The air pressure is arranged at intervals of 120 degrees, and the amount of expansion and contraction of the air pressure bellows is adjusted according to the pressure control function. 2-DOF return support is available for both movers and free springs. Air pressure is available for 2-DOF return. The electromagnetic force is applied to the movable permanent magnets at intervals of 120 degrees, and the magnetic force is applied to the outer side of the movable permanent magnets. The structure of the device can adjust the direction of the current, the magnetic attraction, the reaction force, and the two degrees of freedom. This is the integration of the air pressure and electromagnetic force generation mechanisms. 2 degrees of freedom in space and electricity Air pressure, pressure. Electromagnetic force analysis is a three-dimensional finite element method. The equation of motion is derived, and the equation of the loop is created. The current controller and the voltage controller are used to construct the power system. Add to this the design of the attitude control system of the closed loop, the single axis and the multiple axis, and the target trajectory tracking, and the attitude control is possible. The density of the proposed spherical electromagnetic field is about 7 times higher than that of the proposed spherical electromagnetic field.