渕脇 大海 (フチワキ オオミ)

FUCHIWAKI Ohmi

所属組織

大学院工学研究院 システムの創生部門

職名

准教授

生年

1975年

研究分野・キーワード

マイクロロボット、ホロノミック精密自走機構、マイクロマニピュレーション、顕微作業、ホロノミック、nm、μm、動作補正、圧電アクチュエーター、電磁アクチュエーター、ロボットファクトリ、協調制御、群制御システム

ホームページ

http://www.fuchilab.ynu.ac.jp/index.html



ORCID  https://orcid.org/0000-0003-2357-2899

直近の代表的な業績 (過去5年) 【 表示 / 非表示

出身学校 【 表示 / 非表示

  •  
    -
    1999年

    筑波大学   基礎工学部   物理工学   卒業

出身大学院 【 表示 / 非表示

  •  
    -
    2004年

    電気通信大学  電気通信学研究科  機械制御工学科  博士課程  修了

  •  
    -
    2001年

    電気通信大学  電気通信学研究科  機械制御工学科  修士課程(博士前期課程)  修了

取得学位 【 表示 / 非表示

  • 修士(工学) -  電気通信大学

  • 博士(工学) -  電気通信大学

学内所属歴 【 表示 / 非表示

  • 2012年04月
    -
    継続中

    専任   横浜国立大学   大学院工学研究院   システムの創生部門   准教授  

  • 2007年11月
    -
    2012年03月

    専任   横浜国立大学   学際プロジェクト研究センター   特任教員(助教)  

  • 2018年04月
    -
    継続中

    併任   横浜国立大学   大学院理工学府   機械・材料・海洋系工学専攻   准教授  

  • 2017年04月
    -
    継続中

    併任   横浜国立大学   理工学部   機械・材料・海洋系学科   准教授  

  • 2012年04月
    -
    継続中

    併任   横浜国立大学   理工学部   機械工学・材料系学科   准教授  

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学外略歴 【 表示 / 非表示

  • 2007年04月
    -
    2007年10月

      電気通信大学   電気通信学部   助教

  • 2004年04月
    -
    2007年03月

      電気通信大学   電気通信学部   助手

  • 2003年04月
    -
    2004年03月

      日本学術振興会   日本学術振興会特別研究員

所属学会 【 表示 / 非表示

  • 2007年04月
    -
    継続中
     

    IEEE

  • 2001年04月
    -
    継続中
     

    精密工学会

  •  
     
     
     

    ASPE

  •  
     
     
     

    日本ロボット学会

  •  
     
     
     

    日本機械学会

専門分野(科研費分類) 【 表示 / 非表示

  • 機械力学・制御

  • 知能機械学・機械システム

  • ナノマイクロシステム

  • 制御・システム工学

 

研究経歴 【 表示 / 非表示

  • インテリジェンス・マイクロロボット・ファクトリの実現

    その他の研究制度  

    研究期間:  - 

  • 顕微鏡下マイクロ・プロセッシング

    研究期間:  - 

  • 多機能マイクロロボットの開発

    研究期間:  - 

  • ナノロボティクス技術を用いたナノマニピュレーター

    その他の研究制度  

    研究期間:  - 

  • チップ部品実装用自走式精密位置決め機構の開発

    科学研究費補助金  

    研究期間:  - 

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著書 【 表示 / 非表示

  • ロボット制御学ハンドブック

    編集幹事会( 松野文俊(主査),大須賀公一(幹事),松原 仁, 野田五十樹,稲見昌彦) (担当: 分担執筆 )

    近代科学社  2017年12月 ISBN: 9784764904736

  • 次世代センサハンドブック

    藍 光郎 他 (担当: 共著 , 担当範囲: 基礎編10章4節「電磁・磁歪アクチュエータ」 )

    培風館  2008年

学位論文 【 表示 / 非表示

  • 多機能超小型ロボットの開発と顕微鏡下マイクロ・プロセッシンググ

    渕脇 大海

      2004年03月

    学位論文(博士)   単著

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    電気通信大学 電気通信学研究科 機械制御工学専攻 XYθ軸の三自由度をもつ5cm3のホロノミック型自走式精密位置決め機構の開発と,四つの積層型圧電素子への入力電圧について説明している。、繰り返し補正法により、任意軸の直進動作、任意点を中心とする回転動作が可能である事を実験により示している。また、自走機構に搭載する球面アクチュエータの設計、試作、実験結果を報告している。応用実験として3台の自走機構と二台の球面アクチュエータによる微小パイプの操作、小型の羽虫の解体作業について報告している。

  • 多機能マイクロロボットの開発と電顕内マイクロ・プロセッシング

    渕脇 大海

      2001年03月

    学位論文(修士)   単著

     概要を見る

    電気通信大学 電気通信学研究科 機械制御工学専攻 Xθ軸の二自由度をもつ2cm3の自走式精密位置決め機構の開発と,4台による走査電子顕微鏡の真空チャンバ内での静電気力によるピック&プレース、YAGレーザー加工実験について報告している。さらに、二自由度の自走機構の経路生成の限界について述べ、XYθの独立三自由度を有する自走式精密位置決め機構が必要であることを,背景技術を参照しながら説明した。提案した三自由度の新機構の基本構成と動作原理の説明、設計、開発、実験結果について説明している。

論文 【 表示 / 非表示

  • Transformable Electrocardiograph Using Robust Liquid-Solid Heteroconnector

    Takaya Maika, Matsuda Ryosuke, Inamori Go, Kamoto Umihiro, Isoda Yutaka, Tachibana Daiki, Nakamura … 全著者表示

    ACS SENSORS   6 ( 1 ) 212 - 219   2021年01月  [査読有り]

    共著

    Web of Science DOI

  • Development of a Delta-Type Mobile Robot Driven by Three Standing-Wave-Type Piezoelectric Ultrasonic Motors

    Zhou Juntian, Suzuki Masaki, Takahashi Ryoma, Tanabe Kengo, Nishiyama Yuki, Sugiuchi Hajime, Maeda … 全著者表示

    IEEE ROBOTICS AND AUTOMATION LETTERS   5 ( 4 ) 6717 - 6723   2020年10月  [査読有り]

    共著

    Web of Science DOI

  • ELECTRICALLY CONTROLLED GEL ACTUATOR USING LIQUID METAL ELECTRODE

    Matsubara Ken, Tanaka Yoshimi, Fuchiwaki Ohmi, Ota Hiroki

    2020 33RD IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEMS (MEMS 2020)     501 - 504   2020年04月  [査読有り]

    共著

    Web of Science DOI

  • Hydrogel Actuator with a Built-In Stimulator Using Liquid Metal for Local Control

    Ken Matsubara, Daiki Tachibana, Ryosuke Matsuda, Hiroaki Onoe, Ohmi Fuchiwaki, and Hiroki Ota

    Adv. Intell. Syst. 2020     2020年03月  [査読有り]

    共著

     概要を見る

    Hydrogelactuators,comprisinggelsthatconvertexternalstimuliintomechanical motion for actuation, are attracting attention for their promising applications, such as in robotics. The driving force is the absorption or release of water or another solvent, which results in swelling and shrinking motions, leading in turn to more complex functionalities. However, practical hydrogel actuators that canbecontrolledlocally,suchasonesthatallowlocalactuationaroundthejoints in rigid-bodied robots, do not exist. Herein, the driving target of a thermoresponsive hydrogel, poly( N -isopropyl acrylamide), is integrated with the stimulation module using a liquid metal. The stimulation module provides heat as an externalstimulustothehydrogelactuator.Themotionoftheactuatoristriggered by the heat supplied by an ultrasoft hydrogel coil, with liquid metal surrounding thedrivingtarget.Theheatgeneratedbycurrentflowingthroughtheliquidmetal changes the temperature only around the desired part of the actuator, which enables the electrical control of an individual part of the hydrogel actuator. The concept of integrating the driving target and stimulator is expected to facilitate functional movementofactuatorsandexpand therangeofpotentialapplications of hydrogels.

    DOI

  • 3D Helical Micromixer Fabricated by Micro Lost-Wax Casting

    Tachibana Daiki, Matsubara Ken, Matsuda Ryosuke, Furukawa Taichi, Maruo Shoji, Tanaka Yoshimi, Fuch … 全著者表示

    ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGIES   5 ( 1 )   2020年01月

    共著

    Web of Science DOI

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総説・解説記事 【 表示 / 非表示

  • ソフトマターによる小型ロボット技術

    渕脇 大海

    日本設計工学会誌 ( 日本設計工学 )  56 ( 9 ) 445 - 448   2021年09月  [査読有り]

    総説・解説(学術雑誌)   単著

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    本解説では,最近活発化している昆虫・微生物の柔軟性を目指したソフトロボット技術の研究活動について概説を述べる.ソフトロボットの小型化技術は,「内力駆動型」と「外力駆動型」の2つに大別できる. 以下ではそれぞれについて例を示しながら特徴を説明する.

  • デスクトップ・マイクロロボット・ファクトリにおける精密位置計測-ナノテクノロジーを支える生産システムに向けて-

    電気学会誌   124-E ( 12 ) 449 - 553   2004年

    総説・解説(大学・研究所紀要)   単著

  • デスクトップマイクロロボットファクトリの構築, 研究室紹介記事

    精密工学会誌   70 ( 8 ) 1049 - 1050   2004年

    総説・解説(大学・研究所紀要)   単著

工業所有権 【 表示 / 非表示

  • マイクロ流体デバイス、及びその製造方法

    特願 特願2019_147423 

    太田 裕貴, 渕脇 大海, 橘 大毅, 田中 良巳

     概要を見る

    本実施形態にかかるマイクロ流体デバイスの製造方法は、らせん溝が形成されたらせん 部を有するワックス型を3Dプリンタにより作製するステップと、前記ワックス型の周り を造形材料で固めるステップと、前記ワックス型を溶かして、造形材料から取り出すステ ップと、を備えたものである。このようにすることで、効率よく流体を混合することがで きる。

  • AMPLE MOVEMENT CONTROL UNIT, SAMPLE MOVEMENT PARAMETERS ACQUISITION METHOD, AND SAMPLE MOVEMENT CONTROL METHOD

    特願 2,577,280(Canada), 2006-531248(Japan), 1 

    Ohmi Fuchiwaki, Naoto Chiba, Hisayuki Aoyama

  • 移動装置及びプログラム

    特許 特許第6168592号

    渕脇大海, 八釼学

     概要を見る

    近年、情報機器や半導体デバイス等の製品の小型化が進むに連れ、これら小型製品の量産を支える基盤技術として、微小な移動を制御できる小型移動装置の需要が高まっている 。このような背景から、従来、圧電アクチュエータを駆動源とした精密自走機構(移動装置)の研究が行われている(特許文献1、非特許文献1)。 【0003】 この研究では、一対のU字型のフレームを電磁石として交互に強磁性体性の走行面に吸着させ、アクチュエータの伸縮と同期させることで連続微動する尺取虫型の四点接地型移動装置の開発が進められている。これにより移動装置の小型化、軽量化を促進し、省エネルギー、低振動、定床面積、独立三自由度の経路生成を特長とする精密作業の実現が期待されている。

  • 保持部材及び実装装置

    特願 特願2016-041572 

    田中良巳, 今井健一郎,小林航也, 毛利紀之, 渕脇大海

     概要を見る

    微小コイルに水を毛細管現象で保持する事で 微小な部品を液架橋力により好適に保持可能な保持部材及び実装装置

  • 移動装置

    特願 特願2013-059013 

    渕脇大海, 大井章生

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学術関係受賞 【 表示 / 非表示

  • 最優秀論文賞

    2014年11月14日   アジア精密工学会  

    受賞者:  青野弘幸, 渕脇大海

     概要を見る

    ボルタ電池の原理で電気エネルギーを自己発電し、Combアクチュエータにより自己推進する液中マイクロロボットの理論解析に関する研究です。電気回路モデルと動力学モデルの連成解析により、必要機能や課題について詳細に検証されている事、テーマの斬新性、プレゼンテーションの内容等から、優秀な論文内容・発表技術を有すると評価され受賞に至った。

  • 2002年度精密工学会春季大会学術講演会ベストプレゼンテーション賞

    2003年    

科研費(文科省・学振)獲得実績 【 表示 / 非表示

  • ピラミッド型CSV姿勢制御装置による人工衛星の小型化

    基盤研究(C)

    研究期間:  2020年04月  -  2023年03月  代表者:  樋口丈浩

  • 小型自走ロボットとロボットアームによる分散協調型フレキシブル精密生産法の創出

    基盤研究(C)

    研究期間:  2016年04月  -  2019年03月  代表者:  渕脇 大海

  • 自己発電かつ自律推進する液中マイクロロボットの開発

    萌芽研究

    研究期間:  2012年04月  -  2015年03月 

  • チップ部品実装用自走式精密位置決め機構の開発

    若手研究(B)

    研究期間:  2010年04月  -  2012年03月  代表者:  渕脇 大海

その他競争的資金獲得・外部資金受入状況 【 表示 / 非表示

  • 運動機能とセンシング機能を併せ持つ「フレキシブル・エレクトロニクス」の実現

    提供機関:  民間財団等  電子回路基板技術振興財団研究助成

    研究期間: 2021年04月  -  2022年03月  代表者:  渕脇 大海

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    [目的] 「フレキシブルエレクトロニクス」に「運動機能」と「センシング機能」を付与するのに必要なゲル上への10µmの分解能での液体金属の配線技術の確立. <内容> [アクチュエータ技術の現状と問題点] <超柔軟かつ超高精細な人工筋肉アクチュエータとセンシング機能の実現の必要性> 人体には大小含めて600を超える筋肉が存在する.人工的に筋肉を造形し,運動機能だけでなく,センシング機能を付与する技術は,フレキシブルエレクトロニクス・バイオメカニクス分野の最重要課題の一つである.しかし,既存のアクチュエータ技術では,生体筋肉の小型軽量性,柔軟性,複雑形状性を実現できない. 表1に主なソフト・アクチュエータの比較を示す.申請者らの提案する「液体金属ゲル」アクチュエータは,ゲル内部に液体金属の配線を封入し,電流を流すことで発生するローレンツ力で駆動する.液体金属の超柔軟性により生体筋肉と同レベルの柔軟性・複雑形状性・高速応答性・小型軽量性を持ち,生体適合性も高いため,「人工筋肉」として理想的な特性を有している.また超柔軟なゲルの変形により液体金属の電気特性の変化を増幅する事で圧力,液体成分の高感度なセンシング機能・「人工神経系」を付与できる. 本申請では,人工臓器に運動機能とセンシング機能を付与するのに必要な10µmの分解能での液体金属のゲル上への配線技術の確立を目的とする.

  • 小型精密自走ロボットのXYΘ精密位置決め制御の高速化とAFMへの応用

    提供機関:  民間財団等  スズキ財団 一般科学技術研究助成金

    研究期間: 2020年04月  -  2021年03月  代表者:  渕脇大海

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    精密機械工場の小型軽量化につながるインチワーム型ホロノミック精密自走ロボットに複数個のエンコーダにより構成される内界センサを搭載し, XYθ変位の精密制御を高速化することを第一の目的とする。第二の目的として,原子間力顕微鏡(AFM)のスキャナーとカンチレバーを2台に搭載し,AFMの観察範囲の拡大と自在化を実現する.

  • 未来の精密機械工場 のフレキシブル化・ 軽量化に つながる XYθ精密自走ロボットの 位置決め精度向上と速度向上

    提供機関:  民間財団等  公益財団法人マザック財団 研究開発助成

    研究期間: 2020年04月  -  2021年03月  代表者:  渕脇 大海

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    <目的>  XYθ精密自走ロボットの速度向上と位置決め精度の向上 <新規性・独創性>  XYθ精密自走ロボット群を自在に任意軌道で制御できるようになれば,任意の位置・姿勢による複数のツールによる高度な精密作業が可能となり,変量多品種化に必要な作業システムの再編成への適応力が飛躍的に向上する.産業的・学術的に,これまでに自走ロボット群をXYθ並列に超精密位置決め制御する研究は他に類を見ない.本研究により,速度向上と位置決め精度向上を実現すれば,さらにXYθ精密自走ロボットの産業用ロボットとしての実用性・有用性が向上する.

  • ネジ型流路によるμミキサーに関する研究発表および議論,マイクロTAS分野の研究調査

    提供機関:  公益財団法人 スズキ財団  公益財団法人 スズキ財団 研究者海外研修助成金

    研究期間: 2019年10月  -  2019年10月  代表者:  渕脇 大海

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     µTAS2019(微小流路デバイスに関する国際会議、バーゼル国際会議場、バーゼル、スイス)に参加し、次のような活動を行った。 <日程と活動内容> 10月26日 ・研究成果発表会の発表準備・資料の事前調査 10月27日~30日 ・研究成果発表会への参加(ポスターセッション,講演発表) 10月29日・研究成果の口頭発表(英語)への参加 ・同分野の研究者とのディスカッションへの参加 <成果> 10月27日~30日の研究成果発表会では、微小流路デバイス(µTAS)に関する様々な最新技術の調査と、その問題点について学ぶことができた。 10月29日の研究成果のポスター発表では、今回研究したネジ型μミキサーの作成・設計・モデル化・解析・実験結果について発表を行った。様々な研究分野の研究者に研究内容を説明し、様々な角度から大変有意義な議論を行うことができた。 <公表した講演論文> 題名:3D HELICAL MICROMIXER BY LOST WAX CASTING 著者:Daiki Tachibana, Ken Matsubara, Yoshimi Tanaka, Hiroki Ota, and Ohmi Fuchiwaki 掲載誌:Proceedings of 2019 Int. Conf. on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (µTAS 2019) ページ番号: pp.574 - 575 開催年月日:October 27-31, 2019. Basel, SWITZERLAND <謝辞> 貴助成金により、航空チケット代、ホテル代の一部を拠出させていただき、充実した海外研修を行う事が出来ました。ありがとうございました。この研修の成果を、今後の研究および教育活動にも還元させていただく所存です。

  • μTASの飛躍的な高機能化に寄与する 三次元マイクロミキサーの開発と細胞回転機能の実現

    提供機関:  公益財団法人 天野工業技術研究所  天野工業技術研究所 研究助成金

    研究期間: 2019年04月  -  2020年03月  代表者:  渕脇 大海

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    μTAS(micro total analysis system)とは,MEMS 技術を用いてチップ上に微小流路や混合・反応装置を設けることで,1チップ上で試料分析を実現する装置である.微小化により,試料・コストの低減,反応時間の短縮,発生熱量の低減を同時に実現できる.生物,医療分野を中心に発展している分野であるが,二次元形状の流路パターンが主流であり,らせん流・渦流などに代表される三次元的な流れの発生には外部のアクチュエータの付与が必要となり,装置全体のサイズが大型化してしまう課題がある.装着型の医療デバイス,高密度チップの実現のためには,流路の形状を自在な三次元形状とすることで,液体を流すための圧送エネルギーを,らせん流.渦流などの”二次流れ”発生のために有効利用する必要がある. 申請者らは,今年度,ロストワックス法を応用することで,複雑な三次元構造を持つマイクロ流路の生成に成功した.従来と比較して,複雑な三次元形状をもつマイクロ流路を高い生産効率かつ低コストで生成できる特長を持つ.本申請では,提案法のさらなる発展のため次の課題に取組む. ① ネジ型流路の溝形状を変化させて,マイクロミキサーの混合効率を CFD ・ 実験により評価する. ② 微粒子や細胞を「らせん流」により回転させて,顕微鏡で多面観察する機能を開発する. データ取得の際は,液体混合の流線模様や粒子の軌道を,専門知識のない一般の方々でも直感的に理解できるように,蛍光マーキング法,全焦点法などを駆使して,視覚的に美しく,知的好奇心をくすぐる映像を作成する.従来の生産技術では困難とされてきた自在な断面形状を持つ流路及び三次元網目構造の生成法への突破口を開き,その有効性をビジュアル的に証明する.

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研究発表 【 表示 / 非表示

  • インチワーム型精密位置決め機構のFF/FB制御による星形離散目標点への位置決め制御

    田邉健冴, 塩田雅人, 楠井瑛士, 渕脇大海

    2021年度精密工学会秋季大会学術講演会  (神戸大学大学院工学研究科)  2021年09月21日   精密工学会

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    近年IoTの普及により携帯電話やウェアラブル端末などの各種電子機器の小型化が進み,それに伴って内部部品には高性能であることと同時に小型であることが求められる.この需要に従って内部部品の小型化が進み1)2),現在量産されている最小の0201コンデンサは(0.25×0.125×0.125[mm])となっており,組立には機械でのアセンブリが必須なサイズとなっている.このため現在では,精密位置決めに関する研究が多く行われており,固定式位置決め機構や自走式位置決め機構などの分類ごとに様々な機構が開発されている.本研究室では圧電アクチュエータと電磁石を用いて目標位置に機体を正確に位置決めすることで,より高精度な位置決め性能を持つ自走機構を開発した3). また,数多くの変位センサも開発が進んでいる4).本研究室では\theta4つの光学式リニアエンコーダを用いたXY\theta変位センサを開発し,FPGAにより信号処理することで計測周期0.1μsの高速な変位計測システムを構築している5). 先行研究では直線軌道についてのみ制御実験を行っていた. しかし,微小部品のアセンブリをする上では直線だけでなく離散的な目標点を持つ位置決め制御が求められる.本研究では離散的な目標点の例として星形経路での制御実験を行った.五芒星の各頂点に目標点を設けることで軌道の始点と終点だけでなく途中においても位置決め制御できるようにした.また,フィードフォワード(FF)制御とフィードバック(FB)制御を併用するとともに,粗動用と微動用の2種類の歩幅を用いることで目標点までの距離に応じて適切な歩幅を選択できるようにアルゴリズムを構築した.

  • 圧電駆動型ホロノミック自走ロボットのPID制御によるXYθ軸の精密位置決め制御

    楠井瑛士,塩田雅人,澁谷瑛亮, 田邉健冴, 渕脇大海

    2021年度精密工学会秋季大会学術講演会  (神戸大学大学院工学研究科)  2021年09月21日   精密工学会

     概要を見る

    近年,携帯電話の薄型・高性能化,ウェアラブル端末やIoTなどの発展が目覚ましく,それに伴って内蔵されている電子部品の小型化が進んでいる.回路基板への実装機の,位置決め精度は年々向上している.さらには,少子化による人工授精の需要増加,医療分野の進歩から,高精度での細胞の操作が求められており,電気・機械分野に限らず精密位置決め技術の応用先は多岐にわたっている. 既存の精密位置決め装置として,リニア同期モータ型,ボールねじ型などの固定式の精密ステージが主に使用されている.本研究室では,既存の精密機器や顕微鏡ステージ等の狭所においても容易に設置可能な,汎用性の高い小型軽量な精密位置決め装置の実現を目指して,XYθの三自由度を持つ自走式精密位置決め機構の開発を行っている. 田邉らの先行研究では,インチワーム型精密自走機構の開ループ制御時の位置決め誤差の低減手法として,圧電変位と入力電圧の間に線形性があると仮定し,誤差を繰り返し低減する動作補正システムを開発した.一歩における位置決め誤差を0201サイズの電子部品の短辺の1%である1 [μm]まで低減できることを確認した[1].しかし,6 [mm]の経路長では100歩動作する必要があり,最大で0.1 [mm]程の位置決め誤差が生じてしまう事から,最後の一歩内の動作を,誤差±1 [μm]以内へ精密位置決めする閉ループ制御が必要である. 八釼らの先行研究において,一歩内の動作においてPID制御を実施し,整定時間70 [ms]で誤差±1 [μm]以内への位置決めに成功したが2つの課題があった[2].一つ目は,支持脚の固定法が床面とのねじ止めであり,支持脚の慣性力による滑りの影響が考慮されていない事.二つ目は,精密作業の弊害となるオーバーシュートを抑制できなかった事である. 本研究では,上記の二つの課題の解決法として,「1.支持脚の固定方式を電磁石による吸着方式に変更する.」,「2.目標とする位置姿勢を放物線形状に連続的に変化させ,オーバーシュートを抑制する.」の二つを目的とする.

  • 交互三点接地歩行型ホロノミック精密自走ロボットの開発

    鈴木正樹, 髙橋涼真, 飯田遥平, 飯塚寛太, 草間弾, 渕脇大海

    2021年度精密工学会秋季大会学術講演会  (神戸大学大学院工学研究科)  2021年09月21日   精密工学会

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    近年スマートフォンやPCなどの携帯型電子機器の小型化や,生物・医療分野の進展に伴い,多自由度で精密なマニピュレーション技術に対する需要が高まっている.現在使用されている主な精密位置決め機構としてボールねじを使用したXY軸精密ステージ(神津精機;YA10A-L2) があり,最高速度10mm/s,最小位置決め分解能0.1µmで位置決めが可能である.本研究室ではこのような精密ステージに代わる機構として,自走型ロボットによる精密位置決め機構の開発を目指している.先行研究で開発した六点接地型自走機構(1)は,高分解能・高応答性を特徴とする圧電アクチュエータを駆動源とし,2組のY字型電磁石を磁性面に交互に吸着させることで尺取り虫動作を行い,XY\thetaの独立三自由度の位置決めが可能である.しかし,移動時に床面との間に摩擦を生じ,脚先の摩耗により位置決め再現性が低下するといった課題や,駆動環境が精密研磨された強磁性体の駆動面上のみに制約される問題があった.  これらの課題解決のため,非磁性面でも駆動が可能で,ずり脚動作を伴わない,三点接地歩行型の自走機構の開発に取り組んでいる.提案法は昆虫の交互三脚歩行の2組の可動な三点支持脚のうち一方を固定して,他方のみを駆動する歩行方式に相当する.先行研究(2)では,従来よりも三脚先端の垂直変位を拡大する事に成功したが,各変位の偏差が大きく,三点接地での支持脚と遊歩脚の切り替えを実現できなかった.  本研究では, Ansysを用いた構造解析を行い,定量的な根拠に基づく機構の設計・製作を行った.最後に,試作機による歩行実験を行い,位置決め精度の評価を行った.

  • 一体型XYθ変位ステージの周波数応答解析と動作実験

    飯田遥平,高橋涼真,草間弾,渕脇大海

    2021年度精密工学会秋季大会学術講演会  (神戸大学大学院工学研究科)  2021年09月21日   精密工学会

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    スマートフォンやパソコンなどの各種電子機器の高性能化により,セラミックコンデンサやMEMS装置のような内部の電子部品の小型化が進んだ.このような小型電子部品の電子機器への実装や人工授精における卵細胞の機械操作など,様々な場面で高速で高精度な位置決め装置が必要となっている.既存の精密位置決め機構はいくつかあるが,ピエゾステージに分類される機構はサイズ・重量が50 x 50 x 25[mm]・0.1~1[kg]程度と小型軽量であり,nmスケールの高い分解能という長所があるが,変位量が0.01~0.1[mm]程度と駆動範囲が小さいという短所がある.ボールねじ型XYステージに分類される機構は,数百[mm]の広い位置決め範囲を実現でき,0.5[µm]程度の高い繰り返し位置決め精度という長所を持つが,サイズ・重量は300 x 300 x 100[mm]・1~10[kg]程度と小型軽量化に制限があり,0.1[µm]程度の分解能に限られるという短所がある.つまり,2つの位置決め機構はどちらも一長一短がある. 本研究室では上記二つの機構の長所を合わせもつ機構として,インチワーム型自走機構を開発している.インチワーム型自走機構は,86 x 86 x 11[mm]・0.1[kg]と小型軽量でありながら,XYθの独立三自由度でnmスケールの微動,300 x 300[mm]の広範囲での粗動が可能であり,省スペースで使用する位置決め機構として優位性がある.しかし,最大速度は10[mm/s]程度であり,速度向上が課題となっている.速度向上には歩幅の拡大が重要であるため,XYθ変位ステージの開発を行っているが,先行研究では,静力学的な条件下での変位拡大を重視し,動的な条件での動作実験は未着手であった. 本研究では,XYθ変位ステージのFEM解析ソフト(ANSYS)による周波数応答解析に基づく再設計,実機による周波数応答のデータ取得を行い,設計値と実験値の定量比較を行うことを目的とする.

  • 4つのエンコーダと二次元スケールを用いた変位計測センサのθ軸変位の計測性能の検証

    塩田雅人,田邉健冴,楠井瑛士,飯塚寛太,渕脇大海

    2021年度精密工学会秋季大会学術講演会  (神戸大学大学院工学研究科)  2021年09月21日   精密工学会

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    近年スマートフォンなどの携帯端末の薄型・小型化が進み,それに伴って内部部品が小型かつ高性能であることが求められている(1).現在量産されている最小のセラミックコンデンサのサイズは(0.25\times0.125\times0.125[mm])であり,精密位置決め装置による位置決めが必要な大きさである.この需要に応えるため現在は精密位置決めに関する研究が盛んに行われている.精密位置決めに用いられるセンサは,用途や使用環境などに応じた多種多様なものが開発されており(2),対象や環境に適した計測装置を選択することが肝要である.  本研究室では,リニアエンコーダを4つ組み合わせることでXYθの3軸を精密計測できるセンサとしてXYθ変位センサを開発し,リアルタイムな計測環境を構築した.先行研究では,XYθ変位センサのXY軸の性能評価を行ったがθ軸の計測性能については課題となっていた(3).  また,本研究室は圧電アクチュエータと電磁石を用いることでXYθ軸の精密位置決めを実現できるホロノミック自走機構を開発している.先行研究では,この自走機構を用いて開ループ制御での並進動作の補正を実現した(4). 本研究の目的は二つある.一つ目は,XYθ変位センサのθ軸の計測性能の評価を行い,XYθ変位センサの計測範囲の拡張を行う事.二つ目は,本研究室の自走機構の開ループ制御での自転動作の補正の実現である. 上記の二つの目的が達成されれば,自走機構はXYθの3軸において開ループ制御での精密位置決めが可能となり,ツールを搭載してマニピュレーションを行うことや他の位置決め装置との共同作業を実現するための計測に関する基盤技術を確立することが出来る.

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共同・受託研究情報 【 表示 / 非表示

  • YAGレーザーによる電顕内プロセッシングシステム

    研究期間:  -   

 

担当授業科目(学内) 【 表示 / 非表示

  • 大学院理工学府  マイクロマニピュレーション特論

  • 大学院理工学府  統合システム製作B

  • 大学院理工学府  統合システム製作A

  • 大学院理工学府  統合システム設計B

  • 大学院理工学府  統合システム設計A

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その他教育活動及び特記事項 【 表示 / 非表示

  • 2020年10月
     
     
    若手優秀講演賞   (学生の学会賞等の受賞実績)

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    受賞者:橘大毅(横浜国立大学大学院理工学府博士課程前期2年) 指導教員:渕脇大海 准教授 受賞論文:「水中での多様な高速動作を可能とする電磁ゲルアクチュエータの開発」 (橘大毅(発表),神崎崇志,村上航輝,太田裕貴,渕脇大海) 授与団体:日本機械学会 受賞年月:2020(R2)年10月 その他:第11回マイクロナノ工学シンポジウム講演論文集,オンライン開催,27A2-MN1-1

  • 2020年09月
     
     
    アドバンスト・ベストプレゼンテーション賞   (学生の学会賞等の受賞実績)

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    受賞者:田邉健冴(横浜国立大学大学院理工学府博士課程前期1年) 指導教員:渕脇大海 准教授 受賞論文:「インチワーム型精密位置決め自走機構の圧電アクチュエータへの入力電圧調整による動作補正」 (田邉健冴(発表)),塩田雅人,渕脇大海) 授与団体:精密工学会秋季大会学術講演会 受賞年月:2020(R2)年9月1-7日 その他:2020精密工学会秋季大会,講演論文,発表番号C0102,pp. 261-262.,オンデマンド開催

 

学外審議会・委員会等 【 表示 / 非表示

  • 精密工学会

    2020年04月
    -
    継続中

    学協会   第1次選考委員(論文賞等)

  • 日本機械学会・マイクロ・ナノ工学部門

    2020年04月
    -
    継続中

    学協会   代議員,運営委員

  • 精密工学会

    2018年04月
    -
    継続中

    学協会   校閲委員

  • 2009年日本ロボット学会年次大会

    2008年03月
    -
    2009年09月

    その他   幹事(機器展示担当)

社会活動(公開講座等) 【 表示 / 非表示

  • 出張講義

    多摩高校  (神奈川県立多摩高校) 

    2019年11月
     
     

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    講義名:「レゴで学ぶ機構学」 多摩高校二年生: <概要> 機構とは,エンジン,自動車のワイパー,歯車装置などのように,複数の部品が互いに限定された相対運動を行い,所望の機能を果たすように設計された機械の基本要素である. 本講義では、身の回りにある代表的な機構のレゴ教材を配布し,受講者が動く仕組みを観察したり,機構を手で動かしたりすることで,機構の動作を観察・体験する事を目的とする.

  • レゴで学ぶ機構学

    横浜国立大学  (横浜国立大学) 

    2019年06月
     
     

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    機構とは,エンジン,自動車のワイパー,歯車装置などのように,複数の部品が互いに限定された相対運動を行い,所望の機能を果たすように設計された機械の基本要素である. 本講義では、身の回りにある代表的な機構のレゴ教材を配布し,受講者が動く仕組みを観察したり,機構を手で動かしたりすることで,機構の動作を観察・体験する事を目的とする.

  • 出張講義

    立川国際中等教育学校  (立川国際中等教育学校) 

    2014年10月
     
     

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    機構とは,エンジン,自動車のワイパー,歯車装置などのように,複数の部品が互いに限定された相対運動を行い,所望の機能を果たすように設計された機械の基本要素である. 本講義では、身の回りにある代表的な機構のレゴ教材を配布し,受講者が動く仕組みを観察したり,機構を手で動かしたりすることで,機構の動作を観察・体験する事を目的とする.

  • 出張講義

    希望ヶ丘高校  (神奈川県立希望が丘高校) 

    2013年07月
     
     

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    機構とは,エンジン,自動車のワイパー,歯車装置などのように,複数の部品が互いに限定された相対運動を行い,所望の機能を果たすように設計された機械の基本要素である. 本講義では、身の回りにある代表的な機構のレゴ教材を配布し,受講者が動く仕組みを観察したり,機構を手で動かしたりすることで,機構の動作を観察・体験する事を目的とする.