人のような空間認識能力を持つ多自由度アクチュエータ駆動二眼カメラシステムの開発

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本研究ではこれまで，人の眼球のように小型で高い運動性能を持つ眼球アクチュエータを開発し，視覚インタフェースへの応用を検討してきた。眼球アクチュエータは電磁力により1台で3自由度回転動作を生成する多自由度電磁アクチュエータである。人の眼球と同等サイズであり，人以上の角加速度特性を有することを試作検証により明らかとした。また，汎用モータドライバを用いて駆動可能であり，簡素な制御装置で多自由度動作を生成できる。一般的な多自由度駆動機構では，複数のモータとリンクを組み合わせて多自由度動作を生成する必要があった。また，従来の多自由度アクチュエータは構造が複雑であり，大型な制御装置により駆動されるものであった。そこで申請者は3つの電磁アクチュエータの磁気回路を集積回路のように小球体積内に集積化した3次元の新しい磁気回路を提案した。これにより，制御装置の圧倒的な簡素化を実現するとともに，高い運動性能を達成した。本年度においては，眼球アクチュエータを狭小な人型ロボット頭部に集約させるためには，さらなる構成部品数の削減とドライバの簡素化が必要となることに着目し，新しい眼球アクチュエータの構造を提案した。従来構造では，1自由度につき1個のHブリッジ回路を用いて，合計3個のHブリッジ回路により3自由度運動を生成していた。これは3軸まわりのトルクを1相で制御する原理を採用していたためである。新構造においては，コイル通電時に発生する力ベクトルの合成により3自由度運動を生成する新原理を提案した。これにより4相ハーフブリッジ回路による3自由度運動の生成が可能となり，スイッチング素子の数を3分の2に削減した。また，半分のコイル・永久磁石数での構成を可能とした。提案アクチュエータは3自由度アクチュエータとして最小構成であり，ロボット眼球のみならず産業用途をはじめとして様々な分野での応用が期待できる。