ロボットや医療機器などへの応用を想定したセンサとモータに注目が集まる　――第15回 モーション・エンジニアリング展

　2006年4月19日～21日，幕張メッセ（千葉市美浜区）にて，開発設計者・生産技術者のための総合展示会「TECHNO-FRONTIER 2006」が開催された．その中の一つとして，機械要素・部品・システムに関する展示会「第15回 モーション・エンジニアリング展」が開催された（写真1）．会場では，ロボットや医療機器，ゲーム機などへの応用を想定した展示が多く見られた．例えば，ロボットの指先の力を検出するタッチ・センサやロボットの関節で利用可能な小型半球面モータによる多自由度アクチュエータなどが展示され，来場者の注目を集めた．

[写真1] 第15回 モーション・エンジニアリング展の会場内
2006年4月19日～21日，幕張メッセで開催された．

●手の動きを10個の変位センサで捉えるグローブ

　リベックスは手の動きをキャプチャし，モニタに3次元（3D）表示できるデータ・グローブ「ROMAN Glove R2」を展示した（写真2）．同社が開発した極細ワイヤによる10個の変位センサ「ワイヤ イン パルスコーダ」（変位量は10mm）と，韓国NT Research社が開発したリアルタイム3次元表示ソフトウェアから構成される．一つの手に対して10個の指関節のセンシングが可能．同社では，手話分析や遠隔操作，医療，ゲーム機，人型ロボットなどでの利用を見込んでいる．

[写真2] 変位センサを10個搭載したデータ・グローブ

●半球面モータを2個搭載した多自由度アクチュエータ

　産業技術総合研究所（産総研） 知能システム研究部門と安川電機は，小型球面モータによる多自由度アクチュエータを展示した（写真3）．同社では，人型ロボットのひじ関節などでの利用を見込んでいる．

　X軸方向とY軸方向に半球面のモータ（可動範囲は180°）を1個ずつ搭載する．アクチュエータには，ACサーボ・モータを2個使用したタイプとステッピング・モータを2個使用したタイプの2種類がある．ACサーボ・モータの保持トルクは，外側のモータが0.07Nm，内側が0.008Nm，位置決め精度は外側が0.879°，内側が0.16°．また，外形寸法は75mm×74mm×61mmである．ステッピング・モータの保持トルクは外側が0.2Nm，内側が0.03Nm，位置決め精度は外側，内側とも0.01°．また，外形寸法は70mm×70mm×68mmである．3年後を目安に，まずACサーボ・モータ・タイプを実用化する．

[写真3] 半球面モータを2個搭載した多自由度アクチュエータ
写真はACサーボ・モータ・タイプ．銅色の部分はロータリ・エンコーダ．

●指先に加わる力をXYZ方向で捉える触覚センサ

　名古屋大学大学院 大岡研究室は，XYZ方向の力を検出できる触覚センサを展示した（写真4）．同研究室ではロボットの指先などでの利用を想定している．

　本センサは，42本の突起をもつシリコン・ゴムやゴムの裏側に配置されるアクリル板，アクリル板の裏側に取り付けるCCDイメージ・センサ，外部光源からの光をアクリル板に均一に分配・入光する数十本の光ファイバ，CCDイメージ・センサから得られた画像を解析するボードとソフトウェアから構成される．力の検出では，アクリル板に押しつけられたシリコン・ゴムの面積（押しつけられたところが明るくなる）を，CCDイメージ・センサで読み取る．約2N（値はゴムの構造などで可変）までの力を検出できる．

[写真4] XYZ方向の力を検出できる触覚センサ
感度はシリコン・ゴムの構造で変えられる．

●デジカメのAF機構に採用された超音波モータ

　慶應義塾大学 前野研究室は，超音波モータを展示した．DCモータに比べて低速で高いトルクが得られる．そのため，減速機などが不要となり，小型・軽量化が可能である．例えば，ロボットの指関節や手術用の鉗子などに利用できる．また，ディジタル・カメラのAF機構に採用された実績がある．

　モータは，用途に合わせてさまざまな形状のものを用意できる．写真5に示す手のモデルでは，1本の指で5Nの持ち上げトルクを出力可能．1関節の応答性は10Hz以上，4関節では5Hzである．

[写真5] 各関節に超音波モータを搭載した手のモデル
DCモータに比べて低速で高いトルクが得られる．そのため，減速機などが不要となり，小型・軽量化が可能である．

●枕をひねる，引っ張るなどの力を検出できる力覚提示装置

　岡山大学大学院 鈴森・神田研究室は，力覚提示装置を展示した（写真6）．30本の1軸アクチュエータと30個のモータを組み合わせた20面体により，例えば両手で枕をひねる，引っ張る，押さえつけるなどの分散した力を検出できる．同研究室では研究が進めば，ゲーム機やリハビリ支援装置などへの応用が期待できるとする．

　アクチュエータは本装置のために開発したもので，米国Cypress Semiconductor社のPSoCマイコン「CY8C27243」やモータ・ドライバ，計装アンプ，同研究室で開発したマイクロ力センサなどを搭載している．

[写真6] 30本の1軸アクチュエータと30個のモータを組み合わせた力覚提示装置

●6本の空気圧シリンダによる手首のリハビリ支援装置

　岡山大学大学院 則次研究室は，手首のリハビリ支援装置を展示した（写真7）．6本の空気圧シリンダをStewart Platform型（パラレル・メカニズムの一つ．各シリンダには伸縮だけで曲げの負荷がかからないため，剛性が高い）に組み合わせることで，XYZ方向の運動とその軸を中心とした回転運動を発生させる．手根骨を押し込みながら手首を屈曲・伸展させるという，通常，理学療法士が行っている動作を再現できるという．

　本装置はパソコンのプログラムや専用のコントローラなどで制御可能．発生トルクは，X軸，Y軸，Z軸方向にそれぞれ±61N，±54N,±104N，X軸回り，Y軸回り，Z軸回りにそれぞれ±5.9Nm,±5.1Nm，±10Nmである．

[写真7] 空気圧シリンダを使った手首のリハビリ支援装置
6本の空気圧シリンダをStewart Platform型に組み合わせた．

●ノート・パソコンの冷却に応用できる電界共役流体

　東京工業大学 横田・吉田研究室は，電界共役流体（ECF：electro conjugate fluid）を展示した．ECFは水よりも粘性があり，およそ数kV，数μAの電圧・電流を加えることで活発な流動を発生する．例えば，写真8（a）のような専用のECFポンプを使えば，ECFを写真8（b）のように押し出せる．また，写真9のように電極間に高電圧を加えることで，モータを形成できる．トルクは数μN程度．ノート・パソコンの冷却液への応用などを見込んでいる．

（a）ECFポンプ

（b）ECFポンプを使いECFを噴射しているようす

[写真8] ECFに数kVの電圧を加えると活発な流動を発生する

[写真9] ECFによるモータ

●静電誘導で動くアクアリウム・ロボットを展示

　東京大学 樋口・山本研究室は，静電誘導を利用したアクチュエータで動作するアクアリウム・ロボットを展示した（写真11）．このうち，魚の形をしたロボットはリニア型のアクチュエータを用いており，泳ぐ方向を左右に変えられる．アクチュエータの大きさは15.7mm×17.6mm×0.16mm．推進力は43mN．印可電圧は2kV．同大学では，これらのアクアリウム・ロボットを開発するベンチャ企業を2年後に立ち上げる計画．

（a）リニア型の静電アクチュエータを用いた魚のロボット

［写真10] 静電アクチュエータの外観
(a)では，2枚の電極が位置関係を変えることにより，魚が左右に向きを変える．(b)は，内側と外側で回転速度を変えてある．