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静電ロボティクス・メカトロニクス


本研究室では,静電気力を駆動力源としたロボティクス・メカトロニクスの研究開発を行っています.静電気力の特徴を上手に活用すると,薄型・軽量な機構や,柔軟・透明なデバイスなどを実現できます.具体的には,シート素材をベースとし柔軟な構造を特徴とする静電モータ,静電気力を利用した全く新しいヒューマンインタフェース,静電気を利用して壁面に吸着する壁面移動機構,特殊環境での物体のハンドリングなどの研究を行っています.


左の写真は,シート素材をベースとして構成される静電モータです.軽量高出力で,かつ,写真のように柔軟に変形させて利用することが可能です.柔軟性を活かしてロボットの人工筋などとして活用することを検討しています.また,同期モータであるため制御性にも優れており,高精度の位置決め制御など,各種の制御用モータとしての利用も研究しています.

静電気力を発生する電極に透明導電体を用いることで,透明なメカトロニクスデバイスが実現できます.この特徴を利用して,環境埋め込み型のメカトロニクスデバイスと,それを用いた新しいヒューマンインタフェースの検討を行っています.例えば右の絵は,デスクの表面に埋め込む(もしくは,敷き詰める)ことで,デスク上の様々な操作を自動化しようという,デスクトップオートメーションの概念図です.静電気力を用いると,紙やプラスチックシートなどを直接搬送することができるため,全く新しいデスクトップインタフェースの実現が期待できます.

静電気力を用いた機構は,薄く・軽量に実現することが可能です.そこで,静電力を上手く活用した軽量なロボットの実現をめざしています.例えば,右の写真は静電気力を用いて壁面に吸着する壁面移動ロボットです.軽量・薄型な機構で壁面に吸着しながら上ることが可能です.これ以外にも,上述の静電モータを利用したロボットアームの開発なども行っています.


この他にも,静電気力を用いた機構は,特殊環境(低温/高温,強磁場,真空)での利用にも適していると考えられ,それら特殊環境への応用についても研究を進めています.


主な関連発表文献:

【静電モータ基礎】

  • "Modeling and Identification of an Electrostatic Motor", Precision Engineering, Vol. 30, Issue 1, pp. 104-113 (2006/1)
  • "An Electrostatic Impact Drive Actuator Operated by DC High Voltage", Proceedings of ACTUATOR 2006, pp. 697-700 (2006/6)
  • "A Built-in Displacement Sensor for an Electrostatic Film Motor", Measurement Science and Technology, Vol. 17, No. 10, pp. 2676-2682 (2006/10)
  • "Voltage-Induction Type Electrostatic Film Motor Driven by Two-Four-Phase AC Voltage and Electrostatic Induction", Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 140, Issue 2, pp. 239-250 (2007/11)
【ヒューマンインタフェース関連】
  • 「薄型静電アクチュエータを用いた皮膚感覚ディスプレイの開発」, 電気学会論文誌E,122 (10),pp. 474-479 (2002/10)
  • "A 2-DOF Electrostatic Sheet Conveyer Using Wire Mesh for Desktop Automation", Proceedings of IEEEICRA 2006, pp. 2208-2213 (2006/5)
【ロボット関連】
  • 「静電フィルムアクチュエータを用いた2自由度ロボットアームの開発」, 精密工学会誌,Vol. 71, No. 12, pp. 1574-1578 (2005/12)
  • "Wall Climbing Mechanisms Using Electrostatic Attraction Generated by Flexible Electrodes", Proceedings of IEEE MHS 2007, pp. 389-394 (2007/11)
  • "Electrostatically Actuated Robotics Fish: Design and Control for High-mobility Open-loop Swimming", IEEE Transactions on Robotics, Vol. 24, No. 1, pp. 118-129 (2008/2)
【特殊環境応用】
  • 「真空環境用静電リニアモータの開発」, 精密工学会誌, Vol. 69, No. 5, pp. 665-670 (2003/5)
  • "Evaluation of MR-compatibility of Electrostatic Linear Motor", Proceedings of IEEE ICRA 2005, pp. 3669-3674 (2005/4)
  • "Direct Electrostatic Transportation of Frozen Droplets in Liquid Nitrogen for Single Cryopreserved Cell Processing", Technical Digest of IEEE MEMS 2006, pp. 382-385 (2006/1)


関連の学術表彰:

  • LDIA 98, Best Paper Award
  • IEEE ICRA 2006, Best Automation Paper Award
  • IEEE MHS 2007, Best Paper Award


本研究の一部は,科学研究費補助金・奨励研究A(No. 12750205),特定領域研究「アクチュエータ」(No. 16078203),萌芽研究(No. 20656044)の助成などにより行われました.