東京工業大学

機能システム学分野　武田・菅原研究室

機械運動システム・機械要素の解析・設計・最適化手法

(1) パラレルメカニズムの運動学・動力学解析，運動伝達性の評価および機構総合

　当研究室では，エンドエフェクタが複数の連鎖により並列に支持・駆動される機構（パラレルメカニズム）を対象として，運動学的および力学的に優れた特性を有する機構の設計と運用を可能とするために，運動伝達性の評価，特異点解析，機構の構造および量の総合，機構キャリブレーション，剛性解析，動力学解析などの手法およびこれらに基づく機構設計について研究を行ってきました．現在は，特に，6自由度未満のパラレルメカニズム（低自由度パラレルメカニズム）を対象として，次の内容について研究を行っています．

低自由度パラレルメカニズムの運動伝達性の評価

文献

  • Xinghai Liang, Yukio Takeda: Transmission Index of a Class of Parallel Manipulators with 3-RS(SR) Primary Structures Based on Pressure Angle and Equivalent Mechanism with 2-SS Chains Replacing RS Chain, Mechanism and Machine Theory, Vol. 139, pp. 359-378, Sep., 2019.
  • Matteo Russo, Marco Ceccarelli, Yukio Takeda: Force transmission and constraint analysis of a 3-SPR parallel manipulator, Proc. IMechE, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, Vol. 232, pp. 4399-4409, Dec., 2018.
  • J. Brinker, B. Corves, Y. Takeda: Kinematic performance evaluation of high-speed Delta parallel robots based on motion/force transmission indices, Mechanism and Machine Theory, Vol. 125, pp. 111-125, Jul., 2018.
  • J. Brinker, B. Corves, Y. Takeda: Kinematic and Dynamic Dimensional Synthesis of Extended Delta Parallel Robots, Robotics and Mechatronics. Proceeding of the Fifth IFToMM International Symposium on Robotics & Mechatronics (ISRM 2017), Mechanisms and Machine Science, vol 72, pp. 119-129, 2019.
  • M.Russo, M. Ceccarelli, Y. Takeda: Comparison of motion/force transmissibility in a 3-SPR parallel manipulator and a 6-SPS equivalent mechanism, Proceeding of the Fifth IFToMM International Symposium on Robotics & Mechatronics (ISRM 2017), Mechanisms and Machine Science, vol 72, pp. 131-143, 2019.

低自由度パラレルメカニズムの剛性解析

文献

  • Christian Mirz, Olaf Uzsynski, Jorge Angeles, Yukio Takeda and Burkhard Corves, Stiffness Optimization of Delta Robots, In: Venture G., Solis J., Takeda Y., Konno A. (eds) ROMANSY 23 – Robot Design, Dynamics and Control. ROMANSY 2020. CISM International Centre for Mechanical Sciences (Courses and Lectures), vol 601. Springer, Cham, pp 396-404. https://doi.org/10.1007/978-3-030-58380-4_48.
  • Burkhard Corves, Christian Mirz, Jan Brinker, Daisuke Matsuura, Yukio Takeda: Stiffness Analysis of Delta Parallel Robots Combining the Virtual Joint Method with an FEA Stiffness Model, ROMANSY22 – Robot Design, Dynamics and Control, Proceedings of the 22nd CISM IFToMM Symposium, pp. 347-354, June, 2018.

低自由度パラレルロボットの運動・動力学解析と設計

文献

  • Mirz, C., Hüsing, M., Takeda, Y., Corves, B. (2022). Low Cost Delta Robot for the Experimental Validation of Frame Vibration Reduction Methods. In: Kecskeméthy, A., Parenti-Castelli, V. (eds) ROMANSY 24 – Robot Design, Dynamics and Control. ROMANSY 2022. CISM International Centre for Mechanical Sciences, vol 606. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-06409-8_35.
  • Christian Mirz, Mathias Huesing, Yukio Takeda, and Burkhard Corves. (2023). Active Dynamic Balancing of Delta Robots in Pick and Place Tasks. In: Okada, M. (eds) Advances in Mechanism and Machine Science. IFToMM WC 2023. Mechanisms and Machine Science, vol 148. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-45770-8_26.
  • Xinghai Liang, Yukio Takeda: An iterative method for the inverse kinematics of lower-mobility parallel mechanism with three RS or SR chains based on kinematically equivalent mechanism, Mechanism and Machine Theory, Vol. 141, pp. 40-51, Nov. 2019.
  • https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2019.06.033
  • Jan Brinker, Maximilian Schmitz, Yukio Takeda, Burkhard Corves: Dynamic Modeling of Functionally Extended Delta-Like Parallel Robots with Virtual Tree Structures, ROMANSY22 – Robot Design, Dynamics and Control, Proceedings of the 22nd CISM IFToMM Symposium, pp. 171-179, Jun. 2018.
  • Jan Brinker, Dominic Ring, Marco Luebbecke, Yukio Takeda, Burkhard Corves: Optimization of the Reconfiguration Planning of Cyber-Physical Production Systems with Delta-Like Architecture, Proceedings of ReMAR 2018 – International Conference on Reconfigurable Mechanisms & Robots, June, 2018.
  • Jan Brinker, Marco Luebbecke, Yukio Takeda, Burkhard Corves: Optimization of the Reconfiguration Planning of Handling Systems Based on Parallel Manipulators With Delta-Like Architecture, IEEE ROBOTICS AND AUTOMATION LETTERS, Vol. 2, No. 3, pp. 1802-1808, Aug. 2017.
  • J. Brinker, N. Funk, P. Ingenlath, Y. Takeda, B. Corves: Comparative Study of Serial-Parallel Delta Robots with Full Orientation Capabilities, IEEE Robotics and Automation Letters, Vol. 2, No. 2, May, 2017.

(2) パラレルロボットの対偶すきまを考慮した動力学解析

　球面ジョイントを複数有するパラレルロボットを対象として，対偶素の接触状態を考慮した対偶すきまのモデル化およびこれらを用いた動力学解析手法，これに基づく対偶すきまの同定手法，対偶すきまの状態に応じた高精度・高速運動を実現するための運動計画などに関する研究を行っています．

文献

  • 大野　真澄，武田行生，球対偶を有するパラレルロボットの対偶すきまを考慮した動力学解析，日本機械学会論文集，88 巻 (2022) 906 号，p. 21-00188, https://doi.org/10.1299/transjsme.21-00188.
  • Masumi Ohno and Yukio Takeda, Design of target trajectories for the detection of joint clearances in parallel robot based on the actuation torque measurement, Mechanism and Machine Theory, Volume 155, January 2021, https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2020.104081.
  • 大野真澄, 武田行生：駆動トルク測定に基づくパラレルロボットにおける過大な対偶すき間の検出のための軌道設計，第24回ロボティクスシンポジア講演論文集，2019年3月．
  • 大野真澄, 武田行生：対偶すき間を有するパラレルロボットにおける対偶作用力モデルに基づく運動誤差の高速計算法，日本機械学会論文集，84巻864号，18-00057, 2018年8月．

(3) 折り紙の運動解析モデルと特性解析

変形可能な折り紙の構造をもとにして，コンパクトに折り畳まれた状態から大きく伸展することができる装置に適用可能な機構を設計・開発することを可能とするために，既存の折り紙について，構成部材の変形や部材間の干渉などを考慮したモデル化・解析を行い，その特性解明を行っています．また，その解析を適用し多自由度剛体伸展アームを設計・開発しています． [詳細]

文献

  • H. Matsuo, H. H. Asada and Y. Takeda: Design of a Novel Mutliple-DOF Extendable Arm With Rigid Components Inspired by a Deployable Origami Structure, IEEE Robotics and Automation Letters, vol. 5, no. 2, pp. 2730-2737, April 2020. doi: 10.1109/LRA.2020.2970976
  • 松尾 博史, 松浦 大輔, 菅原 雄介, 武田 行生：部材の干渉と変形を考慮したOrigami Springの実挙動の機構学的考察，日本機械学会論文集，85巻873号，2019年4月．

(4) ワイヤ駆動系のキャリブレーション手法