【技術】減速比１００：１でも逆駆動可能なギヤ開発 動力伝達効率が飛躍的に向上 横浜国立大学など
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2019年2月4日
減速比100：1でも逆駆動可能なギヤ、横浜国立大学などが開発
大学ジャーナルオンライン
https://univ-journal.jp/24648/
新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）と横浜国立大学は、減速機の構成要素を最適化することで動力伝達効率を飛躍的に高め、従来不可能であった100：1を超える高い減速比の減速機でも、逆駆動が可能となるギヤを世界で初めて開発した。
近年、人とロボットが共存する社会が期待されているが、両者の意図しない接触で危険が生じるおそれがある。それはロボットの関節に使用する減速機が外力に対して柔軟に動く逆駆動性がなく、接触の衝撃を吸収できないため人の安全を十分に確保できないことだ。
しかもロボットの中核部品である減速機の研究は数多く、大きな改善の余地はないと考えられていた。
今回、横浜国立大学は減速機の一つである「複合遊星歯車機構」の動力伝達効率を最大化するために歯車の歯数や転移係数などの構成要素を最適化し、動力伝達効率を飛躍的に高めることに成功。
従来不可能であった100：1を超える高い減速比の減速機でも、柔軟に逆駆動できるギヤ（バイラテラル・ドライブ・ギヤ）を開発した。
試作したギヤは、従来の減速機よりも逆駆動動力伝達効率は約30％向上し、増速起動トルク（逆駆動トルク）は約1／300に低減した。
この機構は逆駆動に特徴があり、ロボットの関節が外力に対して柔軟に動ける。また、逆駆動による制動時の熱を電気エネルギーとして回収すること（エネルギー回生）を効率化し、モーター情報による負荷トルクの推定を可能とした。
小型軽量化・低コスト化・省エネ化を同時に実現できるため、今後、協働ロボット、アシストロボット、移動ロボットなどの関節部材や、電気自動車（EV）、電動自転車の変速機などへの展開が期待できるとしている。
参考：【国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構】世界初、100：1の減速比でも逆駆動可能なギヤを開発
https://www.nedo.go.jp/news/press/AA5_101064.html ジャップ、
いいからその技術をウリ達に教えるニダ。 駆動軸の歯車にかなりの負荷がかかりそうな構造だな、素材選びが大変じゃないか 人間でいう反射みたいな挙動をさせることができるってこと？ 遊星ギアで、ギアの間をカツカツにしても
スムーズに回るよ！って事かね？
どこらにポイントがあるんだろ >>15
ギヤを100回したら，その100倍の10000万回わるってこと
普通ならモーター焼けちゃう >>2
ソース元に概要が書いてあります
今後予想されるロボットと人間の共存社会では
人とロボットの意図しない接触により危険が生じるおそれがあります。
ロボットの関節に使用されている減速機が外力に対して柔軟に動く逆
駆動性がないため、接触の衝撃を吸収できず、結果として人の安全を
十分に確保することができませんでした。さらにロボットの中核部品
である減速機は、高効率と高い減速比を要求されるのですが、古くか
ら数多く研究されてきているため、大きな改善の余地はないと考えら
れていました。
上記の条件を満たすべく横浜国立大学が研究開発を進めた結果、まず
減速機の一つである複合遊星歯車機構の動力伝達効率の最大化を図る
ために歯車の歯数や転移係数などの構成要素を最適化することで、動
力伝達効率を飛躍的に高めることに成功しました。これにより、従来
不可能であった100：1を超えるような高い減速比の減速機でも、柔
軟な逆駆動が可能となるギヤ（バイラテラル・ドライブ・ギヤ）を開
発できました。
これは、ロボットの関節が外力に対して柔軟に動くことを可能とする
だけでなく、エネルギー回生の効率化を図るとともに、モーター情報
による負荷トルク推定を可能とし、小型軽量化・低コスト化・省エネ
化を同時に実現できるため、今後、協働ロボット、アシストロボット
移動ロボットなどの関節部材や、電気自動車（EV）の変速機などへの
展開が期待できます。 >>19
あーなるほど、そういうことか！
うんうん、これなら行けるわ！ よく分からないけど、ロボットに付けたら、膝カックンして歩けなさそう…… >>20
遊星で同軸に二段並んでるじゃない。
通常の入出力だと初段で減速。
押し返されると通常はやや遊んでる二段目が結合して初段が離脱。
二段目は減速比が逆向きだから大トルクを掛けなくてもスムーズに逆転させられる。
と、書くのは簡単だけど今の今まで実現してなかった。 高減速比だと高トルクになるけど、外力で逆転するって事？
スリッパークラッチとかじゃ代用できないのか？ >>32
え、入力の方向によって、動力を伝道させる時に利用する遊星ギアが違うってこと？
凄いな！しかもギア比も変わるんか！あり得ない！！
こういうのは良いなぁ 人間にぶつかっても柔軟に押し戻されるロボットアームが作れるってことか
さらに運動エネルギーの損失も低減できると・・
なるほどわからん さすが横浜や、サムスンやフッサンの研究所があるだけに海外の優秀な技術をパクれる 落っこちて来た人をフワリと受け止めれたりするのかね 簡単にいうと、外力が生じた際に、正方向に対して1/100以上の減速に耐えうる逆駆動ギヤを開発したということ？ >>33
クラッチの出番はないよ。
トルクが掛かったままだと変速できない（機構破損）から、入出力を一時的に切り離すわけで。
エンジンはトルクバンドが限られてるから多段変速が必要
けどモーターは始動が最大トルクだから。
第一スリーパークラッチで滑らせて熱損じゃ意味ない。
回生が出来ないし、バックトルクの微調整も必要で、すさまじく高価な上に短寿命。 レベルの違いすぎる腕相撲でも腕が折れないみたいなこと？ どなたかエンジニアリングに疎いボクにガンダムに例えて説明してください。 これほどわかりにくい開発もないなあ
実物見ないとさっぱりわからん よくわかんないけどこれってどのぐらいすごいことなん？ >>47
ロボット相手に勝てる可能性が出てきた
そういやゲーセンにあった腕相撲のゲーム機はエアでも使っていたのかな だからガンダムならいいけど
従来型関節では動いているメイドロボがうっかり人間に触れると吹き飛ばされるおそれがあった
この関節を使えばふんわり動作を止めることができる >>36
だから二段目の詳細はCG図解でも見せてくれないでしょ。
両方が常に直結してたら効率以前の問題。
なの遊びは、どちらも大きいはず。
ただ遊星だから応力は分散出来る（もしかしたら星は三つじゃないのかも）
万一、出力がロックするような異常時だけ二段目が噛み合う。
良くみると同軸なのに内歯車は初段・二段ともわずかにズレてるよね。
そしてプラネタリーが二段歯車になってるので、双方は全く逆性の減速比。（のはず）
これ考えた人は本格的に頭がおかしいw >>50
心配ないよw
差動のデフだったり、ATでトルコン以下の変速機構が理解できるんなら、中国で破れかぶれにダイレクトドライブで恐ろしく低効率なEVとかやってないから。 >>42
ATは任意に制御できないトルコンなクラッチが挟まるんで無理 >>58
試作始める前にタミヤの遊星歯車キットであーでもないこーでもないしたんだろうな >>5
エンブレを1/300にできたってことじゃね？ >>58
この構成自体は昔からあったけど最適化計算できてなかったから効率の問題で実用に至らなかった
ここの最適化設計ができるようになった結果こんな減速比でもやれちゃうよってことらしい >>57
吹き飛ばされるじゃなくて、重すぎて戻らないんだよね。
センサー類で検知して止めても棒を殴るようなもの。
誤ってぶつかったら、大ケガだっのがあいた！で済む。
もちろん万能ではなく、自動車のエンジンみたく大出力なら勝ち目はない。
この場合は、過回転でクラッチで切り離してるのを常用の回転数で回せるから回生吸収の効率が凄いことになるという効能が得られる。 >>58
>>65
なる程、ギア比変更は内歯車と遊星ギアが動力の伝達方向によって変わるなら出来る気がするなーありがとう。
イメージレベルで何となく掴めたわ。
いやぁ、ギアでコレだけ興奮したのはデフ以来だ。
発想は前からあったけど、「計算でこのレベルまで実現できるようになりましたよ！」ってのもロマンあるなぁ これ普通の人だとなにがすごいかわからない見出しになってるな >>66
どっちかというとチョロQ的なものにつけた方が
特性がわかりやすいと思う >>65
いや、間違いなく最適化設計だけで実現するようなものじゃないっすよ。
少なくとも、容易には解析できないし模倣も出来ない、それでなければここまで仔細に明かさないだろうと。
（もっともプラネタリーギヤの量産なんて数ヶ国しかやってないけれど） >>52
マブチの540モーターとピニオンギヤ。
空圧シリンダじゃ無理っす。 モーターがブン回ってても
手で回転止めたり逆に回せるってこと？
空回りしないのかな 入力側モーターの慣性が小さくならないと
あまり意味はないなあ >>47
そういえばゲーセンの腕相撲で骨折者が続出して回収くらったという話が昔あったな 出力軸から回すと百倍重くなるってことだから
入力軸モーターのローターが10gなら
1kgのモーターを回すのと同じ。
動力伝達効率とはあまり関係がない。 チャリンコのリアハブの中に入ってる変速機ってこんな感じじゃなかったっけ >>58
何か、数年前に、ボルトだかナットだかの
構成要素か何かを徹底的に分析して
これまでにない仕組みで、外れないボルトだか
ナットだかを発明したとかニュースあったな
その発明者が大学とか出てなくて、職人みたいな奴で
産業革新機構みたいな組織から資金まで与えられてたとか
続報が無いけど、どうなってるんだろ？
こういうのって、エジソン的な発想が重要なのかな
理論的に解析みたいな理工系の大学・院に進む人より
現場で機械いじりしてて気が付くこともあるかもしれんわな >>69
ほう
中々面白いね
機械工学系出身じゃないんで
この手の機械要素とか全く分からんのだが
電気回路みたいな図は何なの？ 流体継手なら別に難しいことでもなさそうな気がするが，すごいことなのかな。 生体を真似た骨格に人工筋肉とかの方が介護には向いてそう アシモがテーブルの上から ワインボトルが落下した時に 床スレスレでキャッチできる反射神経をゲットしたって事かな？ youtubeに動画あるから置いとくね
キモになりそうな式の導出は省かれてるけど、論文当たれば多分わかるでしょう
https://youtu.be/36Y2qqH6zvA 押して巻くチョロQか、バックも出来るチョロQか
本命は回生だろうけど… 任天堂の決算説明であった
回らない3つのギア思い出した んーなかなかおもろいなコレ
センサー回路はどんな感じなるんじゃろ 使い道があるのだろうか？
大きな荷重や衝撃受けた時、モータが逆回転するとまずい思うんだけど ロボットアームとかだと強い負荷がかかったら
適度に戻って力を吸収しなければ壊れちゃうけど
ギヤ比が高いとモーターが逆回転しにくいので
戻らずに壊れちゃう。
それをどうにかしたんだろうけどね。 ■ このスレッドは過去ログ倉庫に格納されています
