Abstract
ロボットは目的に応じて様々な機構を有し，動作時には姿勢が変化することでその構造的強度が時々刻々変化する．特に，他物体との接触などによって外力を受けた場合，部材破損の可能性のある部位はその機構，姿勢，動作によって大きく変わる．しかし現状では，ロボットは完全剛体として扱われる場合が多く，機構を構成する部材の強度や安全性を加味した機構設計，動作計画，姿勢決定などの議論はあまりされていない．そのため，動作時や他物体との接触時などに，応力集中や衝撃波の伝播などにより，予期していない部位が破損してしまうという危険性がある．また，これにはひずみ系センサなどの貼付による対応手段もあるが，動的な荷重に対するセンサの校正法は未だ確立されておらず，周辺機器や環境に依存してその計測値に再現性が得られない，などの扱いにくさが存在する．このような状況を踏まえると，ロボット機構の強度的危険性を回避するために，それを数値モデル化し，機構内に生じる衝撃力や応力集中を数値的に把握するのも一つの解決手段であると考えられる．
本報告では，このような観点で開発された衝撃力予測手法に対し，被接触物体を表現するための2種類の手法，すなわち力積法およびギャップ要素法を付加した．そして，簡単なリンク機構での数値実験を行い，それぞれの手法での力積付加時間およびギャップ要素の物性値が解析結果に与える影響について検証した．さらに，実機に対し解析と同様の衝突動作をさせ，その際のセンサ出力値との比較を行った．
Generally, force sensors do not have high reliability in their detected values, especially for dynamic forces. We discuss a new methodology to obtain the distribution of impact forces in manipulators, by considering the numerical model of the mechanism. In this research, a prediction system of impact force using the Finite Element Method is developed, based upon the incremental equation of motion considering the volume force generated by the motion. Expression of contact is discussed, in this paper, on two ways; (a) the impulse method and (b) the gap-element method. A sensor output in an experiment and the numerical result are compared. Although further investigation on the impulse time is required, the peak values of the impact force are practically in good agreement.