視覚装置(3次元LSI、MIMD/SPMD、同期／非同期)、局所並列画像処理(多色分類、文字抽出)、3自由度回転システム(人工眼球、自在雲台、手先効果器)、盲導犬ロボット（携帯、カメラ、プロジェクタ、視聴触力覚ナビゲーション）、ホムンクルス

【解説】3自由度回転システムの干渉駆動

読者の皆様へ

（株）エッチャンデスの味岡です。
先日、某バイオ関連企業の方とお話をする機会があったのですが、
その際、有機溶剤と水溶液を混合するのに
3自由度回転システムが役に立つのではないかということでした。
一般に有機溶剤と水溶液は分離してしまうので、
撹拌コマを利用しても中々うまく混ざりません。
人間がフラスコを振ると溶解物を混ぜることができるので、
人間の振り方を再現するような加振装置ができると嬉しいそうです。
テレビではよく往復運動をする加振装置を見ることはありますが、
3自由度回転の加振装置というのは見たことがないので、
人間が振るように振動方法を制御すれば、
有用な加振装置ができると思われます。
もしかしたら、溶剤毎に溶解時間を最短にできる
振動方法に特徴があるのかも知れませんね。

ところで、先日営業に行ったところ、
3自由度回転システムは干渉駆動ではないのかという質問を受けました。
確かにガイドレールの組み合せによっては干渉駆動と言えなくもないのですが、
これには少し考察が必要です。
基本的なことですが、3自由度回転システムの場合、
4つのガイドレールを入れ子で組み合わせて、
指示棒が2つのガイドレールの交点をスライドし、
スライダが残り2つのガイドレールの交点をスライドするようにしてやれば
球面軸受の回転可動範囲の限界までロータを制御することができます。
このとき指示棒周りの回転は干渉駆動となります。
但し、残りの回転は干渉駆動と言えるのか難しいところです。

ここから球面軸受の回転可動範囲を制限していくと、
ガイドレールの数と組み合せ方が変ってきます。
このとき、組み合せの数は色々とあるのですが、
経済合理性、つまりコストパフォーマンスの観点から、
一般にガイドレールは3つになります。
但し、ガイドレールを3つにした場合、
回転可動範囲と制御可能範囲にずれが生じる場合があります。
例えば、2つのスライダがそれぞれ平行する2つのガイドレールをスライドする
ような場合が想定されます。
このとき、2つのガイドレールを一緒に回転させると、
ロータはガイドレールと一緒に回転しますが、
2つのガイドレールを反対方向に回転させると、
ロータは指示棒周りに回転します。
このような場合、ロータの回転は干渉駆動と言えるでしょう。
但し、ロータは指示棒周りに約180度回転することができますが、
制御できるのはこのうち最大で約90度までとなります。

なお、2つのスライダと指示棒を結ぶ直線が
2つのガイドレールに対して直交する場合、制御不可能となります。
ここを特異点と言いますが、
これを避けるためには幾つかの工夫が必要です。
例えば、2つのガイドレールの回転角度を物理的に制限することが有効です。
これにより、特異点を回避できるばかりか、
ロータの回転可動範囲そのものを制限することができます。
勿論、物理的には何もしないで、
代りにアクチュエータを用いて強制的に特異点を回避することもできます。
この場合、プログラム次第で、
ロータの回転可動範囲を随時変更することができます。
要は、用途によりコストパフォーマンスで選ぶことになります。

さて、現在3自由度回転システムを用いた
次世代産業用ロボットの6自由度ユーザインターフェースの開発案件があります。
最終的には3D CADなどの民生用ユーザインターフェースを経て、
盲導犬ロボットの遠隔操作インターフェースにしたいと考えています。
これからプレゼンテーションの準備を始めるのですが、
当社単独では実行不可能であるので、
ご協力を頂ける方がおりましたら、ご連絡を頂ければ幸いです。

それでは。

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                                        （株）エッチャンデス
                                                味岡
                                        ajioka@cyberdoc.co.jp

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