遊星歯車機構を用いたバックドライバビリティを有するアクチュエータの基礎検討

摘要

近年メカトロ技術の応用分野が拡大し，運動機能の一部を物理的にアシストする機器や機能を回復させるためのリハビリテーション機器の開発が多く行われている．このような機器に使用されるアクチュエータとしては，高減速機付きモータ，人工筋空圧ゴムアクチュエータや油圧アクチュエータが用いられている．ロボット用アクチュエータとして広く採用されている高減速機付きモータは，トルクと重量の制約からモータ単体ではトルク不足となるために高減速比の減速機と組み合わせて用いられている．減速機は減速比が大きくなると高い摩擦によって力の逆伝達が阻害されバックドライバビリティが低下する．アクチュエータでは等価慣性の増大やバックドライバビリティの低下が発生しまう．安全確保が必要とされる用途では，出力軸での力や接触が検知できるように力センサなどを用いる必要がある．また，バックドライバビリティを向上させる方法として，直列弾性アクチュエータ（弾性要素）を減速機の出力と負荷の間に挿入し，その変位を測定することでトルク制御を可能にするものがある．この方法はトルク制御の性能がセンサ帯域に依存してしまい，センサ故障時に安全確保が難しい課題がある．一方，弾性要素やセンサを付加しないで減速機のバックドライバビリティを高める研究が行われている．そこで，筆者は高減速比でもバックドライバビリティを有している3K型不思議遊星歯車減速機に着目し，機構的なアプローチで高バックドライバビリティを実現するアクチュエータの研究を進めている．本研究では提案する差動機能と減速機能を一体化した歯車機構の構成について報告する．