超音波モータを用いた超高速・精緻なマスター・スレーブロボットハンド

これまでに開発した超音波モータを用いた5指ロボットハンドは,弾性ワイヤの取り付けが困難である,更なる小型化が困難である,といった問題点を有していた。このため,今年度は,二つの改良を行った。ひとつめは,弾性ワイヤの取り付け部の改良である。機構を工夫することにより,弾性ワイヤの取り付けは容易になった。また,弾性ワイヤを用いることの根本的な課題を解決するため,直径30mmのリング状超音波モータに代えて,直径12mmの棒状超音波モータを利用したロボットハンドの設計を行った。ここでは新たに超音波モータの支持軸を利用したトルクセンサも開発し,小型化を目指した。こちらのハンドは,モータの出力が小さい分,高速性は望めないが,ヒトの手とさほど変わらない速度は実現できる上,構造が単純であるため,応用展開が容易であると考えられる。また,超音波モータ制御の高度化のために,非線形性を考慮した動力学モデルの構築も行った。すなわち,圧電素子および振動子を2次系で近似し,回転子と振動子の接触部には離散的にばねおよびダッシュポットを配した解析モデルを構築した。数値計算結果を計測結果と比較した結果,計算結果は,モータの定常回転数および停止時間において計測結果とほぼ定量的に一致し,起動時における遅れ時間および行き過ぎ量も計測結果と定性的な一致を示した。今後は,作成したモータのモデルを用いて制御系を構築し,多自由度運動を行うロボットの制御を高度化する必要がある。

これまでに開発した超音波モータを用いた5指ロボットハンドは,弾性ワイヤの取り付けが困難である,更なる小型化が困難である,といった問題点を有していた。このため,今年度は,二つの改良を行った。ひとつめは,弾性ワイヤの取り付け部の改良である。機構を工夫することにより,弾性ワイヤの取り付けは容易になった。また,弾性ワイヤを用いることの根本的な課題を解決するため,直径30mmのリング状超音波モータに代えて,直径12mmの棒状超音波モータを利用したロボットハンドの設計を行った。ここでは新たに超音波モータの支持軸を利用したトルクセンサも開発し,小型化を目指した。こちらのハンドは,モータの出力が小さい分,高速性は望めないが,ヒトの手とさほど変わらない速度は実現できる上,構造が単純であるため,応用展開が容易であると考えられる。また,超音波モータ制御の高度化のために,非線形性を考慮した動力学モデルの構築も行った。すなわち,圧電素子および振動子を2次系で近似し,回転子と振動子の接触部には離散的にばねおよびダッシュポットを配した解析モデルを構築した。数値計算結果を計測結果と比較した結果,計算結果は,モータの定常回転数および停止時間において計測結果とほぼ定量的に一致し,起動時における遅れ時間および行き過ぎ量も計測結果と定性的な一致を示した。今後は,作成したモータのモデルを用いて制御系を構築し,多自由度運動を行うロボットの制御を高度化する必要がある。