東京工業大学在学中の研究

化学繊維ロープを用いた腱駆動機構

ワイヤやロープなどで動力伝達する機構を腱駆動機構と言います．クレーンやエレベータ，生物の筋肉を模倣したロボットも腱駆動機構と言えます．

この腱駆動機構の腱として化学繊維ロープに着目した研究を行っています．

ポリエチレンやポリアミドといった高分子の繊維はロープにすると同じ直径の鋼鉄製ワイヤに比して強度が大きいだけでなく非常に軽いという特徴があります．図１は化学繊維ロープのサンプルです．

この特徴を活かして従来にない高耐荷重，軽量なロボットが期待できます．

しかし，化学繊維ロープは樹脂，組み紐であるため大きく伸びます．これは腱駆動機構の要素として欠点となり得ると考えられます．具体的にはロボットの関節をどれだけ素早く駆動できるか駆動帯域に注目して研究を行っています．

種々の化学繊維ロープの伸び特性のモデル化や関節を模擬した試験装置（図２）による駆動帯域測定に取り組んでいます．

References:

1. A. Takata, G. Endo, K. Suzumori, H. Nabae, Y. Mizutani, Y. Suzuki. Modeling of Synthetic Fiber Ropes and Frequency Response of Long-distance Cable-Pulley System, IEEE RA Letters, volume 3, no. 3, pp. 1743 - 1750, Feb. 2018.

2. 高田 敦, 遠藤 玄, 兼清 真人, 鈴森 康一, 難波江 裕之. 高強度化学繊維によるワイヤ駆動のための基礎的検討 ―第六報：熱延伸されたUHMWPEロープの繰り返し曲げ耐久性―, 日本機械学会ROBOMECH2018, 2A1-J11, 北九州, Jun. 2018.

3. 高田 敦, 遠藤玄, 鈴森康一, 難波江裕之, 水谷義弘, 鈴木良郎. 高強度化学繊維によるワイヤ駆動のための基礎的検討 ―第四報：長軸間距離試験機の製作と周波数応答―, 日本機械学会ROBOMECH2017, 1P2-G08, 郡山, May. 2017.

4. 高田 敦, 遠藤玄, 鈴森康一, 難波江裕之. 高強度化学繊維によるワイヤ駆動のための基礎的検討 ―第三報：クリープ特性試験機の製作と初期実験―, 日本機械学会ROBOMECH2017, 1P2-G07, 郡山, May. 2017.

ワイヤ干渉駆動型長尺マニピュレータの制御

ワイヤ干渉駆動機構とは広瀬茂男，馬書根によって1990年に提案された腱駆動機構です．

私たちの研究グループは上記の化学繊維ロープをワイヤ干渉駆動機構に適用し，全長10 m, 最大直径0.2 m, 10関節という細長く，長大な世界に類を見ないマニピュレータを開発しました．

（図３）

現在はこのマニピュレータの制御に取り組んでいます．上記の化学繊維ロープの研究で得た知見をロボットアームの制御に活用します．

ワイヤ干渉駆動機構は人の指と力学的なアナロジがあります．ワイヤ干渉駆動機構の原理を図４に示します．指関節が腱で指の根元から駆動されるように，根本側の関節ほど多くの腱で支えることができる機構となっています．

全長が長いマニピュレータは自重による負荷を関節で支えることが重大な設計課題であるため，

ワイヤ干渉駆動機構は長いマニピュレータに有用です．

References:

1. 遠藤玄, 高田敦, 堀米篤史. ワイヤ干渉駆動型超長尺多関節アームSuper Dragonの開発, 日本機械学会論文集, vol. 85, no. 875, Jun. 2019.

2. G.Endo, A. Horigome, A. Takata. Super Dragon: A 10-m-Long-Coupled Tendon-Driven Articulated Manipulator, IEEE RA Letter, vol. 4, no. 2, pp. 934-941, Jan. 2019.

3. 遠藤玄, 堀米篤史, 高田敦. 化学繊維ワイヤによる干渉駆動を用いた超長尺多関節アーム, 第24回ロボティクスシンポジア, 2A4, 黒部, Mar. 2019.

4. 高田 敦, 遠藤玄, 鈴森康一, 難波江裕之. ワイヤ干渉駆動型超長尺多関節アームSuper Dragonの手先位置決め精度の検討, 日本機械学会ROBOMECH2019, 1A1-R10, 広島, Jun. 2019.