計測自動制御学会東北支部

第 310 回研究集会（2017.7.21）

資料番号310-10軸方向波動伝播ギア機構
Axial Wave Motion Gear Mechanism○西村礼貴（1），藤本敏彰（1），鉄井光（1），藤田政宏（1），野村陽人（1），髙根英里（1），小松洋音（1），多田隈建二郎（1），昆陽雅司（1），田所諭（1）○Ayaki Nishimura(1)，Toshiaki Fujimoto(1)，Hikaru Tetsui(1)，Masahiro Fujita(1)，Akito Nomura(1)，Eri Takane(1)，Hirone Komatsu(1)，Kenjiro Tadakuma(1)，Masashi Konyo(1)，Satoshi Tadokoro(1)，（1）東北大学(1)Tohoku University
キーワード
波動伝播（Wave Motion），ギア機構（Gear Mechanism），全方向移動（Omnidirectional）
連絡先 〒980‐8579 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉 6－6－01
東北大学大学院情報科学研究科
Tel : 022-795-7025

応用情報科学専攻 西村礼貴

Fax : 022-795-7023 E-mail : nishimura.ayaki@rm.is.tohoku.ac.jp

1. はじめに波動伝播ユニットを円周状に配置し，車輪全方向移動は移動体自身の向きを変更する機構として活用した例は筆者らの知る限りなことなく，任意の方向へと移動できる利点をい．それ故，学術的な観点として，全方向移有する．そのため，旋回に必要な領域を確保

動．駆動機構の事例を増やすという意味ではしにくい狭小環境においても任意の方向へと体系化にもつながる．つまり，実用性の議論移動が可能となる．過去に様々な全方向移動とは別に，軸方向に波動伝搬を行う車輪機構車輪の例が報告されている[1][2]．また，筆者を考案し，その具現化を行うことは学術的にらは全方向駆動機構として，全方向歯車機構は価値のあるものであると考えて本研究課題の研究開発を行ってきた[5].さらに，筆者らはを設定する．また，この機構は移動機構だけ全方向移動の一つの機構として，軸方向波動でなく，動力伝達機構にも活用できる．しか伝播ホイールを考案した[3].図 1 にその概要

し，大きな力を発生させるとホイールの外部を示す.本研究に係る軸方向移動車輪は，車軸接触部が滑るという問題があった．本論文でに取り付けて使用される軸方向移動車輪であは上記の問題を鑑み，歯車の噛み合いによりって，外周面に沿ってリング状を成している．

摩擦接触以上に確実な動力伝達を可能とする

軸方向の移動は車輪機構円周上に波動伝播を軸方向波動ギア機構を考案，具現化したので行うことで軸方向への推進力を得る．

報告する．

本機構ではリンクが上下に移動する際，螺旋の谷部分で隣同士のリンクが干渉するといった問題が懸念された．この問題を解消するため，ⅰ)歯を互い違いに設計した 2 組のリンクを交互に組む方法，ⅱ）歯がついているリン(a)Front view(b)Side view

図 1 軸方向波動伝播ホイール

クとついていないものを交互に組むといった方法，ⅲ）前述の 2 つの方法を組み合わせる方法を考案した．本論では波動による推進力

2. 軸方向波動伝播ギア機構
図 2 に軸方向波動ギア機構の外観図を示す．とギア機構による駆動を確認することが目的であるため，ⅱ）の歯が付いているものと付い本機構では波動伝播方式に螺旋を用いた循環ていないものを交互に組む方法を具現化し，駆動式を活用する．この機構は回転力を波動任意方向への駆動の確認を行う．に変えて伝達する螺旋部と複数のリンクからなる[2]．内部の螺旋部を回転させることで，中空リンクが上下に動く．この動作が波のように伝播するため，波動による推進力を得る．
以上の循環駆動方式による駆動ユニットを複数円周状に配置することにより，断面が円状の歯車である平歯車機構を構成する．
図 3 実機設計（斜視図）

4. 実機実験
実験機外観を図 4 に示す.波動による軸方向駆動と歯車によるラックの駆動を確認するため，直動ガイドを垂直に組合せ配置させ，
図 2 軸方向波動ギア機構X-Y テーブルとし，歯車とラックを歯で噛み合わせ，接触させる状態とした.

3. 実機具現化

本実験の目的は歯車としての駆動と波動伝軸方向波動伝播ギア機構を CAD によって播による軸方向の駆動の基礎特性を確認する設計したものを図 3 に示す．第１次試作機にことにある．目的達成のため，本実験では 6

おいては製作容易性の観点から循環駆動方式

構成のうちの 1/6 あたる波動伝播ユニットを 1による波動駆動ユニットを６つ円周上に配置つ取り付けた実験機によって上記の基礎特性する構成とした．また，断面の形状を平歯車の確認を行う．とするため，リンクの外部接触面に歯を形成

図 5 にて本機の動作の様子を示す．①～③することによって実現した．歯車のモジュー

では平歯車機構動作，④～⑥では波動伝播動

ルは 2，歯数 80 の平歯車と同等とした．

作をそれぞれ視認できた．

擦力向上のための表面ゴム素材の検討も行う必要がある．また，波形状の凹凸に合わせたプレートを用意することで，軸方向にも噛み合わせ駆動を実現できる可能性の検討を行う．
今後の展望としては，リンク間での干渉回避のためのリンク形状の組み合わせによる駆動特性の比較を行う．
また，全方向駆動による学術的な例としてルービックキューブのエッジを落として全体
図 4 実験機外観構造を球体状とした 2 軸上分割式球状全方向1車軸を考案しており，事例追加によって全方向移動・駆動機構の体系化に寄与することを

4

目指す．

0.00sec
20.00sec
5

謝辞

2.20sec
30.87sec
68.05sec

本研究は，総合科学技術・イノベーション会議により制度設計された革新的研究開発プログラム（ImPACT）により，科学技術振興機構を通して委託されたものです．ここに謝意を示します．

1.90sec

図 5 本機の動作の様子

5. まとめ参考文献[1]開発”， 日本機械学会ロボティクス・メカトロニ

本稿においては，軸方向に波動伝播を行い，それと垂直方向には歯車による確実な噛み合

クス講演会 ’93 講演会論文集，pp.350-355，1993．
[2]International Conference on Biomedical Robotics andBiomechatronics, pp.946-952, 2006.

った．実験機器により，ギア機構としての駆[3]項目として，例えば，駆動部分の改善点とし波動伝播ホイール機構”，2A1-A10，ROBOMECH2017，2017.
[4]が加わることになるため，金属製への構成へ変更する必要がある．また，波動による駆動に関しては摩擦力による駆動であるため，摩David Zarrouk, Moshe Mann, Nir Degani, Tal Yehuda,
Nissan Jarbi and Amotz Hess，“Single actuator wave-likerobot(SAW):design, modeling, and experiments”,ては金属切削化による剛性向上が考えられる．
特に回転力を波に変える螺旋部には大きな力

藤田政宏，野村陽人，小松洋音，高根英里，多田隈理一郎，多田隈建二郎，昆陽雅司，田所諭，“軸方向原理の基本的な効果，動作が確認できた．
次段階の 6 ユニット構成版構築の後の遂行

Tadakuma, K.; ”Tetrahedral Mobile Robot with Novel
Ball Shape Wheel”, The First IEEE/RAS-EMBS

い伝達を行う機構を考案し，その具現化を行動，波動伝播による軸方向の駆動という考案

広瀬茂男，天野信一：“大荷重高効率全方向車両の[5]Bioinspir&Biomim, 11, 2016
多田隈理一郎，多田隈建二郎，井岡恭平，妻木勇一，
全方向駆動歯車機構 “Omni-Gear”，第28回日本ロボット学会学術講演会予稿集，3O3-1，2010．