機構・要素と制御法の開発

目次:

  1. 3-RPSRパラレルメカニズム形パイプベンダとパイプ送り機構
  2. 良好な運動特性を有するパラレルメカニズム
  3. 弾性ヒンジを用いた真空対応・無発塵ロボット
  4. キャリブレーション法
  5. キャスティングマニピュレータ

1. 3-RPSRパラレルメカニズム形パイプベンダとパイプ送り機構

 任意断面形状を有するパイプを複雑な3次元形状に曲げ加工でき,多品種少量生産に対応可能なパイプベンダーを開発するため,静止節と出力節が3本の3-RPSR(回転[Rebolute] - 直進[Prismatic] - 球[Spherical] - 回転[Revolute])運動連鎖により連結されたパラレル機構を用いた装置を開発しています.
 開発した装置は,「出力節がパイプ送り軸周りに無限回転可能」・「高剛性」・「大きな姿勢角変化を実現可能」等のパイプ曲げに適した特性を有していることが実証されています.

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試作ベンダー2号機の概観
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試作ベンダー1号機の概観
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機構の3次元CAD図 パイプベンダー

文献(パイプベンダ):

  1. Yukio Takeda, Xiao Xiao, Kazuya Hirose, Yoshiki Yoshida, Ken Ichiryu, Kinematic analysis and design of 3-RPSR parallel mechanism with triple revolute joints on the base, International Journal of Automation Technology, Vol. 4, No. 4, 2010, pp. 346-354.
  2. 武田行生・肖 逍・広瀬和也・好田祥基・一柳 健,静止節上に三重回転対偶を有する3-RPSR形6自由度空間パラレルメカニズム,日本機械学会・ロボティクスメカトロニクス講演会2010講演論文集, 1A2-G20.

文献(パイプ把持・送り装置):

  1. 樋口勝,石井利絵,武田行生(Masaru HIGUCHI, Rie ISHII and Yukio TAKEDA):パイプの3次元曲げ加工機用大発生力把持機構の開発,日本機械学会・ロボティクスメカトロニクス講演会2009講演論文集,2A2-A17.
  2. 稲田諭・樋口勝・武田行生・一柳健,パイプの3次元曲げ加工機用大発生力把持機構の開発(大きな曲率で2次元形状に曲げられたパイプ用の把持機構の提案),日本機械学会[No.10-10]第10回機素潤滑設計部門講演会講演論文集,2010-4-19-20, 新潟,pp.177-180.

2. 良好な運動特性を有するパラレルメカニズム

 近年ではコンピュータ制御技術が急速に発展していますが,制御対象である機構の運動特性が優れていなければその恩恵を十分に享受することはできません.当研究室では,高精度・大出力変位幅・省入力自由度等の実用性に優れた多種類のロボット機構およびその運動制御手法・キャリブレーション手法の開発を行い,加工機や福祉機器の開発に役立てています.

(1) 並進パラレルメカニズム

  3-RUU形機構

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試作機概観 1本の連結連鎖の構造
rrrrr.jpg形機構
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試作機概観 1本の連結連鎖の構造

文献:

  1. Syamsul Huda and Yukio Takeda, Mobility and Workspace of a 3-5R Translational Parallel Mechanism, Proceedings of IDETC/CIE 2006 ASME 2006 International Design Engineering Technical Conferences & Computers and Information in Engineering Conference, September 10-13, 2006, Philadelphia, Pennsylvania, USA., in CD-ROM, DETC2006-99340.
  2. Masataka Tanabe, Yukio Takeda and Syamsul Huda, Utility workspace of 3-5R translational parallel mechanism, Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, Vol. 2, No. 6, 2008, pp. 998-1010.
  3. 田邊雅隆・武田行生:姿勢補償性を有する並進パラレルマニピュレータ,日本機械学会論文集C編,76巻763号(2010-3),pp. 727-733.
  4. 小俣正輝・武田行生・ユンホーツォイ,インピーダンス制御系を用いた位置・姿勢分離形パラレルマニピュレータによるペグインホール作業実験,日本機械学会[No.10-10]第10回機素潤滑設計部門講演会講演論文集,2010-4-19-20, 新潟,pp.181-182.

(2) 回転パラレルメカニズム

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3-URU形機構 回転中心の位置誤差の補償機能を有する2自由度回転パラレルメカニズム

文献:

  1. Syamsul Huda and Yukio Takeda, Kinematic Analysis and Synthesis of a 3-URU Pure Rotational Parallel Mechanism with Respect to Singularity and Workspace, Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, Vol. 1, No. 1, 2007, pp. 81-92.
  2. Syamsul Huda and Yukio Takeda, Kinematic design of 3-URU pure rotational parallel mechanism to minimize uncompensatable error, Proceedings of the seventeenth CISM-IFToMM Symposium on ROMANSY 17, Robot Design, Dynamics, and Control, Edited by A. Tananishi, Y. Nakamura and B. Heimann, July 5-9, 2008, Tokyo, Japan, pp.443-450.
  3. Syamsul HUDA and Yukio TAKEDA, Kinematic Design of 3-URU Pure Rotational Parallel Mechanism with Consideration of Uncompensatable Error, Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, Vol. 2, No. 5, 2008, pp. 874-886.
  4. Syamsul Huda, Yukio Takeda and Shuta Hanagasaki, Kinematic design of 3-URU pure rotational parallel mechanism to perform precise motion within a large workspace, Proceedings of the second international workshop on fundamental issues and future research directions for parallel mechanisms and manipulators, September 21-22, Montpellier, France, 2008, pp. 49-56.
  5. Gieseppe Carbone, Yukio Takeda, Marco Ceccarelli, Syamsul Huda, Error and Stiffness Analysis of 3-URU Pure Rotational Parallel Mechanism, Proceedings of the ISRM2009, 1. International Symposium on Robotics and Mechatronics, 2009, pp. 67-72, 2009.9.21-23, Hanoi, Vietnam.
  6. Syamsul Huda, Yukio Takeda and Shuta Hanagasaki, Kinematic design of 3-URU pure rotational parallel mechanism to perform precise motion within a large workspace, Meccanica, Vol. 46, 2011, pp. 89-100(DOI 10.1007/s11012-010-9400-2).
  7. 松田聡一郎,武田行生,樋口勝:誤差補償装置を搭載した3-URU形3自由度回転パラレルメカニズムの開発,第15回日本IFToMM会議シンポジウム前刷集,pp.1-8.
  8. 岡村 潤・花ヶ崎 秀太・武田 行生:誤差の検出・補償機能を有する2自由度回転パラレルメカニズムの総合,日本IFToMM会議シンポジウム前刷集(第16回), 2010, pp.29-36.
  9. 岡村 潤,花ヶ崎秀太,武田行生,出力の回転中心を直接支持する要素を持たない高精度2自由度回転パラレルメカニズムの総合,第16回ロボティクス・シンポジア論文集,2011年3月14日~15日・鹿児島,2011, pp. 283-290.

(3) 並列粗微動駆動形ハイブリッドパラレルマニピュレータ

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試作マニピュレータの概観 実験結果の例

仕様:

  • 分解能: 10nm,0.2μrad
  • ストローク: 80×80×40mm,20°×20°×20°
  • 大きさ: 540×540×600 mm
  • 駆動系: ACサーボモータ(粗動)+ピエゾアクチュエータ(微動)各6台

文献:

  1. Yukio Takeda, Kazuki Ichikawa, Hiroaki Funabashi and Kazuya Hirose, An In-Parallel Actuated Manipulator with Redundant Actuators for Gross and Fine Motions, Proc. 2003 IEEE International Conf. on Robotics and Automation, Taipei, Taiwan, September 14-19, 2003, pp.749-754, 2003.
  2. 武田行生・郭 巍,並列粗微動駆動形6自由度空間位置決め機構の位置決め分解能の向上,2005年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集,2005.9.15-17,京都,pp.1205-1206.
  3. Yukio Takeda and Wei Guo, “Realization of fine positioning by a redundant parallel manipulator”, Proceedings of 2006 International Symposium on Flexible Automation, Osaka, Japan, July 10-12, 2006, pp.999-1004.
  4. Yukio TAKEDA, Kazuki ICHIKAWA and Wei GUO, A Spatial Six-Dof Parallel Manipulator with Redundant Actuators for Gross and Fine Motions, Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, Vol. 4, No.2, 2010, pp.444-456.

3. 弾性ヒンジを用いた真空対応・無発塵ロボット

 通常,回転対偶にはボールベアリングや滑り軸受けが用いられます.
しかし,これらの機械要素には構成部品間で摩耗紛が生じたり潤滑が不可欠である等の問題があり,特に異物の混入や高真空の維持が必要な用途では障害となっていました.そこで,相対運動する部品間を弾性変形する部材で接続し,その弾性変形を利用して回転運動を創り出す弾性ヒンジの研究が近年注目されています.
 当研究室では,二重らせん形弾性回転ヒンジを提案し,試作品を用いた実験検証により大きな回転運動変位と高い荷重支持剛性を両立できることを確かめています.

4. キャリブレーション法

 装置の設計パラメータと実際にできあがった製品の間には,加工工程や組み立て工程,部材の弾性変形等に由来する誤差が生じます.この誤差を検出・補正し,所望の目的運動を高精度に達成するためのキャリブレーション手法を研究・開発しています.

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パラレルメカニズムを応用した6自由度ワークテーブル 開発手法の効果

文献:

  1. 武田行生・舟橋宏明・木村正史・廣瀬和也:転がり球面軸受を用いた6自由度空間パラレルメカニズム形ワークテーブルの開発,日本機械学会論文集C編,67巻664号(2001-12),pp.4025-4031.
  2. 武田行生・沈崗・舟橋宏明:フーリエ級数を用いたパラレルメカニズムのキャリブレーション(第1報,キャリブレーション法および測定運動の選定法の提案),日本機械学会論文集C編,68巻673号, 2002, pp.2762-2769.
  3. 沈崗・武田行生・舟橋宏明:フーリエ級数を用いたパラレルメカニズムのキャリブレーション(第2報,実験的検討),日本機械学会論文集C編,69巻,682号,2003, pp.1691-1698.(平成17年度 ファナックFAロボット財団論文賞受賞)
  4. Yukio TAKEDA, Gang SHEN and Hiroaki FUNABASHI, A DBB Based Kinematic Calibration Method for In-Parallel Actuated Mechanisms Using a Fourier Series, Transactions of the ASME, Journal of Mechanical Design, Vol. 126, September 2004, pp.856-865.
  5. E. Castillo-Castaneda and Yukio Takeda, Improving path accuracy of a crank-type 6-dof parallel mechanism by stiction compensation, Mechanism and Machine Theory, Vol. 43, No.1, 2008, pp.104-114.
  6. 井本淳一・武田行生・斎藤秀伸・一柳 健,最大位置決め誤差推定に基づくロボットの最適機構キャリブレーション,日本機械学会論文集(C編),74巻748号(2008), pp.3069-3076.
  7. Junichi Imoto, Yukio Takeda, Hidenobu Saito and Ken Ichiryu, Optimal kinematic calibration of robots based on maximum positioning-error estimation (Theory and application to a parallel-mechanism pipe bender), Proceedings of the 5th International Workshop on Computational Kinematics, pp.133-140, Duisburg, Germany, 2009, A. Kecskemethy and A. Mueller Editors, Springer-Verlarg.
    2008, pp.104-114.

5. キャスティングマニピュレータ

 遠く離れた場所へエンドエフェクタを投射・回収するキャスティングマニピュレータは,災害現場や惑星探査等の用途に効果的であると考えられます.エンドエフェクタを所望の場所へ精度良く投射したり,空中での姿勢を制御するためには,与える運動量やブレーキ力を高精度に制御可能な投射機構やブレーキ機構が不可欠です.当研究室では,こうした機構の開発と制御手法の開発を行っています.

文献:

  1. 有隅 仁・武田行生・横井一仁,キャスティングマニピュレーションによる物体回収動作の生成,日本機械学会・ロボティクスメカトロニクス講演会2010講演論文集, 2A2-A29.
  2. 塩見飛鳥・樋口勝・有隅仁・武田行生,キャスティングマニピュレータの大ダイナミックレンジ張力制御特性を有するワイヤ繰り出し機構の開発,日本機械学会・ロボティクスメカトロニクス講演会2010講演論文集, 2A2-B10
  3. Asuka SHIOMI, Masaru HIGUCHI, Yukio TAKEDA and Hitoshi ARISUMI, “Development of a Reel-out Mechanism with Large Dynamic Range Tension Control Characteristics for Casting Manipulator”, Proc. the First IFToMM Asian Conference on Mechanism and Machine Science, October 21 - 25, 2010, Taipei, Taiwan (CD-ROM proc.).