成果報告書詳細
管理番号20170000000051
タイトル平成27年度―平成28年度成果報告書 次世代ロボット中核技術開発/(革新的ロボット要素技術分野)次世代機能性材料/安全・小型・軽量なマン・マシン・インタフェースの開発
公開日2017/2/17
報告書年度2015 - 2016
委託先名株式会社栗本鐵工所
プロジェクト番号P15009
部署名ロボット・AI部
和文要約「次世代ロボット中核技術開発/(革新的ロボット要素技術分野)次世代機能性材料/安全・小型・軽量なマン・マシン・インタフェースの開発」に係る成果報告書(平成27年度―平成28年度)

 本調査研究ではナノMR流体を用いた、マン・マシン・インタフェースの開発を目的として以下の項目に取り組んだ。
1) ナノMR流体の安定生産と品質管理
 ナノMR流体を実験室レベルではなくパイロットプラントを用いて、各プロセスにおける管理手法及び品質評価手法を確立しながら、ナノMR流体を安定的に、且つ、実験室レベルと同等の安定な品質で製造した。
2) ナノMR流体を用いた力触覚提示用小型MRデバイスの開発とその評価
 MRデバイスでは流体を僅かな隙間に充填して使用する。MRデバイスの加工に精密な加工法を採用し、高い信頼性を確保しながらMRデバイスを小型化した。また、力触覚を提示するデバイスは人の動作速度で稼働するため、MRデバイスの低回転速度(10―100 rpm)におけるトルク挙動を評価する必要がある。本研究では、超音波モータを採用した新規な評価装置を開発し、低速回転におけるトルク特性を精密に評価した。
3) 力触覚提示のための制御技術の開発
 人が感じる触覚を提示するためには、200Hz以上の周波数でMR流体の粘性を変化させる必要がある。本研究開発では、リニアサーボアンプを利用することによって高速応答の電源及び電源制御装置を開発した。結果、400Hzまでの触覚を感じることができた。
4) ナノMR流体の力触覚評価技術の開発
 ナノMR流体に印加する磁場の強さや周波数を変化させることによって、流体が発現する力触覚を評価した。矩形波や正弦波など単純な電流波形であっても、周波数の変化に伴って得られる力触覚が変化した。MRデバイスが発現する力触覚と測定される物理パラメータとの相関を確認した。
5) ナノMR流体の安全性の確認
 MR流体を使用し続けた場合、流体がどの様な変化を示すのかを確認した。市販のMR流体は短時間で溶媒が蒸発し鉄粒子が酸化したのに対して、ナノMR流体は同一条件下において市販MR流体の5倍を超える耐久時間を示した。長時間使用すれば、溶媒蒸発によってナノMR流体のトルクは低減するが、粒子の酸化や飛散などが起こらないことを確認した。
6) 力触覚フィードバック装置の試作と評価
 医療ロボットの鉗子を模して、把持する力触覚を提示する装置を開発した。また、把持の力触覚をナノMR流体の粘性変化によって再現する物理パラメータを得た。柔らかいもの、硬いもの、粘着テープのように粘りを持ったものを把持した場合、或いは、紙を切断したときの力触覚をナノMR流体の粘性変化で再現することができた。
英文要約Title: Strategic Advancement of Multi-Purpose Ultra-Human Robot and Artificial Intelligence Technologies / Research and development of innovative robot structure component using next generation functional materials and its effective utilization methods
 To develop the man-machine-Interface using nano-MR fluid, 6 subjects below were considered by this study.
1) Stable production and quality control of nano-MR fluid
Nano-MR fluid was produced by the pilot plant in our company. In this study, the management technique and quality evaluation technique were established in each process of the pilot plant. The stable quality equal to the laboratory level was possible to produce in the pilot plant.
2) Development of a small MR device for haptics and its evaluation
MR device was miniaturized by the precision processing and the devices was getting a highly reliability. Haptics device are requested the performance of torque stability. Therefore, it is necessary to estimate torque behavior in low rotational speed of MR device. The evaluation equipment which can estimate the torque precisely has developed.
3) Development of control technique for haptics MR device
It's necessary to change the viscosity of the MR fluid by more than 200 Hz of frequency to tactile sense by MR device. Both of fast response and a power control have been developed by using a linear servo amplifier by this research and development. It was possible to feel the tactile sense until 400Hz.
4) Development for touch evaluation technique with nano-MR fluid
The tactile sense were estimated by impressing the external magnetic field variously to the nano-MR fluid. Even if it is a simple waveform of coil current, the tactile sense obtained with a change in a frequency changed. The evaluation of laboratory equipment and obtained tactile sense were confirmed. And the correlation between output of MR device and measured physical parameter was confirmed. In the evaluation of the tactile sense for nano-MRF, tactile sense were confirmed clearly. And the correlation between output of MR device and measured physical parameter was confirmed.
5) Confirmation of safety of nano MR fluid
The equipment to estimate the life expectancy of the MR fluid has been developed in this study.
As a result, The Torque of the conventional MR fluid was degraded in a short time, and the solvent evaporated and iron particles oxidized. However, nano-MR fluid indicated the durability beyond five times of the conventional MR fluid, and iron nanoparticle wasn't oxidation.
6) Development and evaluation of tactile feedback equipment
The equipment to indicate the tactile sense of grip to the operator of medical robot was developed. It was investigated the relation between the tactile sense of grip and the physical parameters. The viscosity change of nano-MR fluid indicated the tactile sense of cutting, softness, stiffness, stickiness, and so on.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る