内部力補償により微小操作力のみで変位を極高把持力へ超連続的変換可能なグリッパ機構

通过内力补偿，只需微小的操作力即可将超连续位移转换为极高的夹持力的夹持机构

基本信息

批准号：
20J20184
负责人：
清水杜織
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、最終年度として、これまで試作してきた原理機の挙動の観察を通じて明らかとなった要改善点の知見を集成し、完成機の研究開発を行った。◎より厳密なモデル化が可能な構造への改良・・・前年度において、「補償機構の要である非線形ばねが永久磁石の変位-力特性に基づいて設計される一方で、その実際の動作がグリッパの指間距離に依存するため把持対象物形状との把持幅差によって把持力が変動してしまう」点が把持力の増幅メカニズムのモデル化を行うに際しての課題と判明した。本年度では、新たに考案した、グリッパの指部に格納された磁気吸着機構を構造的に分離するレバー式の無段階クラッチ構造を原理機に組み込むことで、指の接触動作が完了してから吸着動作が開始することで把持幅によらず同等の把持力補助が得られるものとした。これによって、考案した「永久磁石の吸着による無電源で維持可能な押し付け動作を活用し、吸着距離の制御により把持力を無段階に調整可能」とするグリッパの構造が完成した。◎動作モデルの洗練・・・考案機構の原案においては、磁石接近による吸着力増大とばね圧縮による補償力増大、そして把持指・対象物の変形による弾性力増大とが相互作用的にアクチュエータ負荷を増減させつつ把持過程が進行するものであったため、把持動作モデルの立式が複雑なものであった。上記クラッチの導入によって、対象物形状・指送り量から生成把持力を独立させる把持幅-把持力特性の線形化を達成し、アクチュエータによる操作入力と把持力の相関の推移を予測可能とした。

今年是该项目的最后一年，我们收集了通过观察迄今为止原型机的行为而明确的需要改进的领域的知识，并对完成的机器进行了研究和开发。 ◎结构的改进，允许更严格的建模...去年，``虽然作为补偿机构核心的非线性弹簧是根据永磁体的位移-力特性设计的，但它的实际操作中，对夹持力放大机构进行建模的问题在于，夹持力取决于夹持器的手指之间的距离，因此夹持力会根据夹持宽度与要夹持的物体形状的差异而波动。今年，通过采用新设计的杠杆式无级离合器结构，将存储在夹爪手指中的磁性吸附机构在结构上分离到主机中，我们将能够在手指接触操作完成后将其吸附。假设通过开始操作，无论夹持宽度如何，都可以获得相同的夹持力辅助。至此，我们设计的机械手的结构就完成了，它利用了永磁体的吸引力，无需电源即可维持的推动运动，并且可以通过以下方式无级调节夹持力：控制吸引距离。 ◎ 操作模型的细化...在原有的机构中，由于磁铁接近而增加的吸附力、由于弹簧压缩而增加的补偿力、由于抓握手指与物体的变形而增加的弹力增加相互作用由于抓取过程是通过增加和减少量来进行的，因此抓取运动模型的制定很复杂。通过引入上述离合器，我们实现了握持宽度-握持力特性的线性化，使得所产生的握持力与物体形状和手指进给量无关，从而可以预测通过操作输入的操作输入之间的相关性的转变。致动器和夹紧力。

项目成果

期刊论文数量（11）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

ICRA2020受賞|TadoLab

ICRA2020 奖 | TadoLab

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Permanent-magnetically Amplified Brake Mechanism Compensated and Stroke-Shortened by a Multistage Nonlinear Spring

多级非线性弹簧补偿和缩短行程的永磁增强制动机构

DOI：
10.1109/lra.2022.3143231
发表时间：
2022
期刊：
IEEE Robotics and Automation Letters
影响因子：
5.2
作者：
Shimizu Tori;Tadakuma Kenjiro;Watanabe Masahiro;Abe Kazuki;Konyo Masashi;Tadokoro Satoshi
通讯作者：
Tadokoro Satoshi

Internally-Balanced Displacement-Force Converter for Stepless Control of Spring Deformation Compensated by Cam With Variable Pressure Angle

可变压力角凸轮补偿弹簧变形的内平衡位移力转换器

DOI：
10.1109/lra.2021.3060383
发表时间：
2021
期刊：
IEEE Robotics and Automation Letters
影响因子：
5.2
作者：
Shimizu Tori;Tadakuma Kenjiro;Watanabe Masahiro;Takane Eri;Konyo Masashi;Tadokoro Satoshi
通讯作者：
Tadokoro Satoshi

Internally-Balanced Magnetic Mechanisms Using a Magnetic Spring for Producing a Large Amplified Clamping Force

使用磁力弹簧的内部平衡磁性机构可产生大的放大夹紧力