低融点合金の相変化を利用した浸水リスクゼロの水中マニピュレータ

利用低熔点合金相变实现零浸水风险的水下机械手

• 批准号: 21K14120
• 负责人: 情野 瑛
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14120/
• 关键词: 水中ロボット; ロボット機構; 低融点合金; 誘導加熱

水中ロボット設計において必ず避けなければならないリスクは浸水であり，浸水による故障によりロボットは水中で動かなくなり回収が難しくなる．特に資源のサンプル回収等の調査のために水中ロボットに搭載されるマニピュレータは，可動部が外部（水中）に露出しているため浸水のリスクが大きい．従来の水中マニピュレータは，浸水を防ぐためにケースやパッキン等で関節を密閉して防水処理を施し，水中で駆動させている．そこで本研究では，関節の防水処理を施さずに水中で利用できる新しい水中マニピュレータの実現を目的として研究を実施した．令和３年度では，１関節モデルを用いた要素技術の設計に取り組んだ．水中で使用可能な関節構造を設計するために，ガラスエポキシを用いてロボットフレームを構成し，関節に強磁性体であるブリキ板，低融点合金としてはんだを用いた簡易的な１関節モデルを作成した．コイルによる誘導加熱が水中で可能か確認するために，まず始めに作成した１関節モデルを水に濡らした状態で誘導加熱を行い，関節の相変化が可能か確認を行ったところ，問題なく相変化が可能であることを確認した．次の段階の実験として，１関節モデルを水没させた状態で誘導加熱を行った．関節の温度上昇は確認されたが，はんだに相変化を起こすほどの大きな加熱を行うことができなかったため，関節から熱が水中へ逃げていかないような断熱設計やコイルの最適化を行う必要があることがわかった．

设计水下机器人时必须避免的一个风险是浸水，由于浸水而发生故障会导致机器人在水下无法移动，导致恢复困难。特别是安装在水下机器人上用于采集资源样本等调查的机械手，由于其运动部件暴露在外部（水下），因此发生洪水的风险很高。传统的水下机械手在水下操作时，通过用外壳或填料密封接头以防止水进入。因此，在本研究中，我们进行了研究，目的是创造一种可以在水下使用而无需对接头进行防水的新型水下机械手。 2021 财年，我们致力于使用单关节模型设计基本技术。为了设计一种可以在水下使用的关节结构，我们使用玻璃环氧树脂构建了一个机器人框架，并使用铁磁锡板和焊料作为关节的低熔点合金创建了一个简单的单关节模型。为了确认是否可以在水下使用线圈进行感应加热，我们首先对我们制作的单关节模型进行感应加热，同时将其用水润湿，以确认是否可以进行关节的相变。改变是可能的。作为实验的下一步，我们对浸入水中的单关节模型进行感应加热。尽管确认了接头温度升高，但无法充分加热焊料以引起相变，因此有必要优化绝缘设计和线圈，以防止热量从接头逸散到水中。出一些东西。