超フレキシブル超音波モータの開発と大腸内視鏡への応用

点击翻译按钮获取中文摘要

柔軟な連続体ロボットは従来の剛体リンク型ロボットとは異なり,柔らかく細長い体を生かして様々な環境を探索出来るため,産業,宇宙,医療分野での関心が高まっている.例えば低侵襲診断および治療において,ソフトアクチュエータを用いたロボット内視鏡は固有のコンプライアンス(受動性)のため,組織を誤って穿刺したり裂けたりするりスクを抑えることが出来る.これらのソフトアクチユエーションには空気圧チャンバ,形状記憶合金,流体強化エラストマー,マッキベン筋肉などの駆動原理が用いられてきたが,動作が遅い,ストローク（ひずみまたは移動距離）が短い,駆動源が扱いにくいなどの問題があった．これを解決するためにフレキシブル超音波モータを開発した.超音波モータは圧電素子が発生する微小な振動により,ステータ内の出力軸を駆動するモータであり,小型・高応答を特長とする.このモータの出力軸に柔軟性を持たせることで,素早く精確に動作するソフトアクチュエータの開発を目指した.そこで申請者が考案した手法「コイル型出力軸」である.コイルばねは円周方向の剛性が高く,ステータ中央の穴に挿入することで,その内周面と強く接触し振動を伝達できる(ゴムのような全体が柔らかい出力軸では、振動を吸収して動作しない)．今年度は，モータの試作，コイルばねによる予圧のモデル化，出力や速度等の基本性能の評価などの研究成果をまとめた論文がIEEE/ASME Transaction on Mechatronicsに採択された．また，出力軸のコイルばねを可変抵抗と見なすことで，位置セルフセンシングを行う手法を提案した．このセルフセンシングモータを複数個用いた連続体ロボットを構築し，フィードバック制御下で目標軌跡を追従できることを確認した．この研究成果をIEEE Robotics and Automation Letters (RA-L)に投稿した．