SMAと柔軟プレートを組み合わせた四脚移動ロボットの開発

西田麻美

摘要

温度変化により元の形状に回復する機能を持つ形状記憶合金（SMA）は，軽量小型化が可能で，形状回復ひずみや駆動温度範囲が大きく，耐食性や耐疲労性にも優れていることから温度センサを兼ねるアクチュエータ材料として生活·家電製品，医療用品を始め，多くのロボットに利用されている．例えば，チタン（Ti）とニッケル（Ni）を成分とするSMAを用いたロボットは，手術用のマニピュレータやロボットハンドなどに多く応用されており，数は少ないが，移動機構にSMAを用いたロボットの研究などその活躍は多岐に渡っている．通常，SMAをアクチュエータとして利用する場合，加熱·冷却による応答性が課題となるが，線径や表面積を小さくすることで応答速度の向上を試みた研究のや温度制御のための熱伝導モデルを用いた解析など改善が進められている．一方で，Ti-Ni系合金における形状記憶合金の実用化が1980年代に始まって以来，形状記憶合金の形状回復温度は約353K程度に制限されていた．そのため，比較的高い周囲温度下で利用することは原理的に不可能であった．この問題に対し，近年では，Ti-Pt，Ti-Auなどの白金族やジルコニウムを含む形状記憶材料に着目し，超急冷法により機械的特性を向上させた高温形状記憶合金が開発されてきている．仮に，高低温領域で利用できる腐食性に優れたロボットが実現できれば，高温·冷帯地域における環境探査やガス·液体を分析調査するマシンとして期待できる．そこで筆者は，高耐熱性および非導電性のポリエチレンプレート（板厚0.35mm）とプレートを湾曲駆動するための駆動源（SMAアクチュェータ）を組み合わせたFlexible Flat Plate（FFP）アクチュエータを製作した．次に，移動機構を実現するため，FPPアクチュェータを脚およびボディとして一体化し，ボディの内側へとプレートを可変させることで推進力を得られる四脚移動ロボットを試作した（図1）．本論文では，ロボットの構成ならびに歩行原理について説明するとともに，単純なON-OFF制御によって，前進·後退運動を実現できる脚式ロボットの歩行実験とその結果について報告する．

SMAと柔軟プレートを組み合わせた四脚移動ロボットの開発

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