(1990〜)関節数が多いマニピュレータは多関節マニピュレータと呼ばれ、ロボットに様々な仕事をさせることができるため広く研究されている。しかし実際に設計するとき、自重増加という問題が生じる。節数が増えるにつれ重量増加によりアクチュエータ負荷トルクが増大し、それがアクチュエータ大型化を誘起し、さらに重量が増加するという悪循環が起きる。そのため構造を軽くする、アクチュエータを根元節に集中させるといった対策がなされてきたが、どれも十分な効果は得られていなかった。

　そこで本研究室ではばねと平行リンク機構を組み合わせた自重補償機構を持つ多関節マニピュレータ(Float Arm III,IV)を開発した(Fig.1)。平行リンク機構を採用したのは、必要な自重補償効果がある節の前節の姿勢変化に依存しないためである(Fig.2)。しかし根元節でのばねの質量が無視し得ないことが新たな問題点として残された。これを解決する手段として、ワイヤーによる自重補償機構を持つFloat Arm V (Fig.3)を開発した。これはワイヤー張力による自重補償を行うことで、ばね方式のような質量増加が起きない機構を持つ。その特徴は、1:ワイヤーによる自重補償機構、2:二重プーリによる張力調整、3:ワイヤーをヨー軸に添わせる、の3点である(Fig.4)。ワイヤーを節から節へとかけているため節ごとに張力を調整する必要があるが、それは二重プーリの半径比で調整可能である。またマニピュレータの動作に従いワイヤーも運動するが、ヨー軸に沿わせることによりその影響を最小にすることができる。またアプリケーションとして階段昇降車両Zero Carrierへの搭載を行い、移動作業型ロボットの基本性能を獲得し、その有効性を確認した。

　そこでこのFloat Arm Vをより実用的なものにするために性能向上を図り、FloatArm�Y（Fig.5）を開発した。その特徴は、シングルプーリによる自重補償機構の改良（Fig.6）である。自重補償力の調整はレバー長さを変えることによって調整可能とし、二重プーリを用いた機構よりメンテナンス性が向上した。またアプリケーションとして近接センサーを搭載し、障害物回避法の検討を行った。

References:

1. 桑原裕之,広瀬茂男,”重力補償型多関節アームに関する基本的考察”,1994年第12回日本ロボット学会学術講演会予稿集,3,pp1109-1110
2. 葉石敦生,石井智之,広瀬茂男,”フロートアーム5の開発 ?新しい多関節自重補償機構の導入-”,第19回日本ロボット学会学術講演会　CD-ROM,pp683-684(2001)
3. 第20回日本ロボット学会予稿集CD-ROM, ”ワイヤーと二重プーリによる自重補償機構の説明とFloat Arm Vの性能評価”
4. 石井智之,葉石敦生,広瀬茂男,”ワイヤー張力による自重補償機構を備えたFloat Arm の性能評価”，2003年第8回ロボティックスシンポジア,P-216-P-221
5. S. Hirose, R. Chu; “Development of a Lightweight Torque Limiting M-Drive Actuator for Hyper-Redundant Manipulator Float Arm”, ICRA 1999, pp.2831-2836