自己適応メカニズム

自己適応機構は、工学では単に適応機構と呼ばれることもあり、環境に適応できる劣駆動機構です。このタイプの機構の最もよく知られた例の 1 つは、劣駆動指、グリッパー、およびロボットハンドです。動作がシステムのダイナミクスによって制御される標準的な劣駆動機構とは異なり、自己適応機構の動作は、通常、機構内に巧みに配置された柔軟な要素によって制約されます。

意味

劣駆動機構では、アクチュエータの数が自由度 (DOF) の数よりも少なくなります。2次元平面では、機構は最大 3 つの DOF (2 つの並進、1 つの回転) を持つことができ、3 次元ユークリッド空間では最大 6 つの DOF (3 つの並進、3 つの回転) を持つことができます。自己適応機構の場合、アクチュエータの不足は、システムの動きを制限する受動要素によって補われます。スプリングはそのような要素の良い例ですが、機構の種類に応じて他の要素を使用することもできます。

自己適応機構の最も初期の例の一つは、レオナルド・ダ・ヴィンチがアトランティック手稿で提案した羽ばたき翼である。^[1]

アンダーアクチュエーションハンド

最初に一般に知られるアンダーアクチュエーションフィンガーは、1970年代後半に広瀬茂雄氏が設計したソフトグリッパーである。 ^[2]自己適応型ハンドで使用される最も一般的なタイプの伝達機構は、リンクと腱である。^[3]

運動学的安定性

アンダーアクチュエーションされた指と手は、通常、システムのダイナミクスではなく、運動静力学 (無視できる運動エネルギー、運動中の機構の静的解析) に基づいて解析されます。これは、これらのシステムの運動エネルギーが、受動要素に蓄えられた位置エネルギーと比較して一般に無視できるためです。アンダーアクチュエーションされた指の各指節によって加えられる力は、次の式で計算できます。

$\mathbf {F} =\mathbf {J} ^{-T}\mathbf {T} ^{*T}\mathbf {t}$

ここで、Fは加えられた力のベクトル、Jは指のヤコビ行列、 T ^*は伝達行列、tは作られたトルクベクトル（アクチュエータと受動要素）である。^[4]

アプリケーション

自己適応型ロボットハンド、SARAH（Self-Adaptive Robot Auxiliary Hand）は、Dextreのツールボックスの一部として設計および構築されました。Dextreは、国際宇宙ステーションのCANADARM-2の端にあるロボット遠隔操作装置です。^[5] Yale OpenHandは、オンラインで見つけることができるオープンソースの自己適応メカニズムの例です。^[6]いくつかの企業は、産業目的で自己適応型ハンドも販売しています。^[7]義肢は、自己適応型ハンドのもう1つの用途です。よく知られている例としては、SPRING（Self-Adaptive Prosthesis for Restoring Natural Grassping）ハンドがあります。^[8]

その他の例

自己適応機構は歩行ロボットなどの他の用途にも利用できる。^[9]^[10]

コンプライアントメカニズムは自己適応メカニズムのもう一つの例であり、受動要素と伝達機構が単一のモノリシックブロックで構成されています。^[11]

参考文献

^ バーグレン、ライオネル。「羽ばたく翼から劣駆動指、そしてその先へ：自己適応メカニズムの幅広い考察」（PDF）。
^ 広瀬茂雄; 梅谷洋二 (1978-01-01). 「多用途ロボットハンド用ソフトグリッパーの開発」.機構と機械理論. 13 (3): 351–359. doi :10.1016/0094-114X(78)90059-9. ISSN 0094-114X.
^ アンダーアクチュエーションロボットハンド | Lionel Birglen | Springer.
^ 「アンダーアクチュエーション指の剛性解析と固有受容性触覚センシングへの応用 - IEEE Journals & Magazine」。doi : 10.1109/TMECH.2016.2589546. S2CID 27465071。 {{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です
^ 「バディシステム」。ポピュラーサイエンス。2018年8月14日閲覧。
^ 「Yale OpenHand プロジェクト」。
^ 「Robotiq: アダプティブグリッパー」.
^ ポンズ、ホセ・L. (2008)。ウェアラブルロボット：バイオメカトロニック外骨格。ジョン・ワイリー・アンド・サンズ。pp. 269–278。ISBN 978-0470987650。
^ 「トリガー付きコンプライアント要素を使用した自己適応型ロボット脚の設計 - IEEE Journals & Magazine」。doi :10.1109/ LRA.2017.2670678。S2CID 9935863 。 {{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です
^ ICI.Radio-Canada.ca、ゾーンサイエンス - (2018 年 6 月 15 日)。「ロボット・ド・ドメインの完璧主義者」。Radio-Canada.ca (カナダフランス語) 。2018年8月15日に取得。
^ ハウエル、ラリー L. (2001-08-03). コンプライアンスメカニズム. ジョン・ワイリー・アンド・サンズ. ISBN 9780471384786。

[1] バーグレン、ライオネル。「羽ばたく翼から劣駆動指、そしてその先へ：自己適応メカニズムの幅広い考察」（PDF）。

[2] 広瀬茂雄; 梅谷洋二 (1978-01-01). 「多用途ロボットハンド用ソフトグリッパーの開発」.機構と機械理論. 13 (3): 351–359. doi :10.1016/0094-114X(78)90059-9. ISSN 0094-114X.

[3] アンダーアクチュエーションロボットハンド | Lionel Birglen | Springer.

[4] 「アンダーアクチュエーション指の剛性解析と固有受容性触覚センシングへの応用 - IEEE Journals & Magazine」。doi : 10.1109/TMECH.2016.2589546. S2CID 27465071。 {{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です

[5] 「バディシステム」。ポピュラーサイエンス。2018年8月14日閲覧。

[6] 「Yale OpenHand プロジェクト」。

[7] 「Robotiq: アダプティブグリッパー」.

[8] ポンズ、ホセ・L. (2008)。ウェアラブルロボット：バイオメカトロニック外骨格。ジョン・ワイリー・アンド・サンズ。pp. 269–278。ISBN 978-0470987650。

[9] 「トリガー付きコンプライアント要素を使用した自己適応型ロボット脚の設計 - IEEE Journals & Magazine」。doi :10.1109/ LRA.2017.2670678。S2CID 9935863 。 {{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です

[10] ICI.Radio-Canada.ca、ゾーンサイエンス - (2018 年 6 月 15 日)。「ロボット・ド・ドメインの完璧主義者」。Radio-Canada.ca (カナダフランス語) 。2018年8月15日に取得。

[11] ハウエル、ラリー L. (2001-08-03). コンプライアンスメカニズム. ジョン・ワイリー・アンド・サンズ. ISBN 9780471384786。