人工筋肉を目指した非線形格子アクチュエ-タの基礎研究

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現在の産業用ロボットは運動の自由度が最大でも6であるのが普通であり、微妙な動作が困難である。また、知能ロボット化しても運動の自由度が増えない限り、器用さに欠けることになる。生物の持つ微妙な動作を実現するためには先端の持つ剛体の6自由度だけでなくロボットア-ム自体にある程度の運動の自由度を持たせることが肝要となる。一つの運動の自由度は一つ以上のアクチュエ-タを必要とし、かつ限られた体積内にそのアクチュエ-タを収納せねばならないので、必然的に極小アクチュエ-タを組み合わせる技術が必要となる。多くの生物はこのような機構として筋組織を持っており、それが微妙な動作を可能としている。これを模した、格子に組み合わせた小さなアクチュエ-タの制御技術の基礎的研究が本研究の課題であり、現在のところ、個々のアクチュエ-タが持つべき制御機能はロバスト性とコンプライアンス性に集約できると考えられる。前者を制御的に実現するため個々のアクチュエ-タの加速度の制御が必要となる。具体的な実現には、外乱推定器を持つ制御器で充分であることが分かった。後者の実現には非線形ポテンシャルをもつコンプライアンスが必要である。この非線形ポテンシャルにより力がソリトンとなって伝達され、キネマティクスにより決まる運動を制御できる。これを計算機シミュレ-ションにより実証し、n個の2のべき乗で決まるソリトン波を制御すれば2^<-n>の精度で力制御が可能となることを示した。また、実験的な検証をマクロモデルで行うために64個の電磁アクチュエ-タを用いて平面運動を行わせたところx方向、y方向とz軸回りの運動が独立に制御できることが確かめられた。更に立体構造の構成による3次元的運動の制御も行い、一種の人工筋肉としての運動が可能であることを検証した。以上より、非線形格子アクチュエ-タが人工筋運動の実現に有力であることが明かとなった。