Development of a wide range of motion miniature parallel robot equipped with a ultra small diameter and ultra long lead differential screw mechanism

开发配备超小直径、超长导程差动螺杆机构的大范围运动微型并联机器人

基本信息

批准号：
21K03987
负责人：
原田孝
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kindai University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2022年度は2021年度に第一試作を終えた極小径・超長リード・差動ネジ機構の搭載に適した新しいパラレルメカニズムの研究を行った．研究開始時には，3自由度DELTAロボットを上下2個配置して各可動子(MP)間に小型ネジ機構を搭載し，差動ネジ機構を用いて出力部のz軸周りの回転運動を生成する機構を着想していた．しかしながら，3自由度DELTA機構のMPはベースと平行となる制約があるために，平行なMPに対して出力部をxy軸周りに傾斜させる自在継手などをMPに組込む必要があり，機構設計が複雑となりロボット機構が大型化してしまう．この問題に対して，2022年度はMP本体を傾斜させる自由度を組込んだ新しいパラレルメカニズムを着想した．さらには，パラレルメカニズムの全関節を球面ジョイントにて構成することにより，関節部分を小型化する機構を考案した．グリュブラー方程式を用いて，提案したパラレルメカニズムが6自由度を有することを証明し，3Dプリンタを用いた試作機により，動作検証を行った．提案した機構に関して特許出願を行うと共に，日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス部門講演会にて学会講演を行った．マルチボディダイナミクス解析ソフトウエアを用いた動作検証シミュレーションを行うと共に，これとマイコンを連携し，新しいパラレルメカニズムを含むロボット制御システムの構築方法を確立し，国際学会SII2023にて学会講演を行った．極小径・超長リード・大アスペクト比差動ネジ機構に関しては，日本機械学会と韓国機械学会共同開催のICMDT2023にてキーノートスピーチを行った．関連する研究として差動ベルト機構に関してマルチボディダイナミクス動的非干渉設計方法を確立し，日本機械学会論文集に採択掲載された．また，本研究を差動ネジ機構を搭載したパラレルメカニズムへ展開し，日本機械学会年次大会にて学会講演を行った．

2022年，我们开展了适合安装超小直径、超长导程、差动螺杆机构的新型并联机构的研究，并于2021年完成了第一台样机。研究开始时，将放置两个3自由度DELTA机器人，一个在另一个之上，并且在每个可移动构件（MP）之间安装一个小型螺杆机构，并使用差动螺杆机构为了产生绕输出部分 z 轴的旋转运动，我正在考虑一种机制。然而，由于 3 自由度 DELTA 机构的 MP 被限制为与底座平行，因此需要在 MP 中加入万向节等，使输出部分绕 x 轴和 y 轴倾斜，相对于并联MP，机构设计变得复杂，机器人机构变大。为了解决这个问题，我们在 2022 年构思了一种新的并联机构，其中包含了 MP 主体倾斜的自由度。此外，我们设计了一种通过将并联机构的所有关节配置为球形关节来减小关节尺寸的机构。利用 Grübler 方程，我们证明了所提出的并联机构具有六个自由度，并使用 3D 打印机的原型验证了其操作。我们为所提出的机制提交了专利申请，并在日本机械工程师学会机器人和机电一体化分部讲座上进行了学术讲座。除了使用多体动力学分析软件进行运动验证模拟之外，我们还建立了一种通过与微控制器连接来构建包括新型并联机构的机器人控制系统的方法，并在国际会议SII2023上进行了学术演讲。关于超小直径、超长导程、大长径比差动螺杆机构，我们在日本机械工程学会和韩国机械工程学会联合举办的ICMDT2023上做了主题演讲。作为相关研究，我们建立了差速带机构的多体动力学动态无干涉设计方法，该方法被日本机械工程学会会议录接收并发表。我们还将这项研究发展成配备差动螺杆机构的并联机构，并在日本机械工程学会年会上做了学术演讲。