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

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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。