腱駆動メカニズム設計

腱駆動メカニズムの基礎

腱駆動(Tendon-driven)システムは、遠隔地に配置されたアクチュエータからの引張力を、腱（線）を通じて関節に伝達して駆動する方式である [S9]。生物学的な指の腱構造を模倣し、アクチュエータを手のひらや前腕に移動させることで、指自体の質量を減らし、精巧な動きを実現できる [S10]。

1. 腱の選択および張力伝達

本設計では、高強度・低伸長繊維であるDyneema SK78を使用する [S16]。この材料は直径 1.5 mmで 230 daN(約 230 kgf)の破断荷重を有し、作動伸び率が 1% 未満であり、精密な位置制御に適している [S16]。

2. 機械的利得と駆動機の選定

XM430-W350-T スマートアクチュエータは、ストールトルク 4.1 N·mを提供する [S11]。腱は回転軸からキャプスタン半径を通じて力を変換するため、アクチュエータのトルク出力は腱の張力に置換される。システム全体で 11台のアクチュエータを使用し、ピーク電流合計は約 25.3 Aに達する可能性がある [S11]。ヒューズと負荷・電源定格の比較のみで、安全性や動作順序を保証するものではない。ヒューズメーカーのタイム・電流曲線と電源OCP特性を併せて検討し、保護協調を確認する [S15, S24, S25]。

3. 安全および保護設計

各 12 V 電源分岐は、独立したヒューズを介して運用される [S15, S24]。 3個の電源アダプタはそれぞれ 11.5 A 定格であり、合計電流容量は 34.5 Aに達し、システムピーク電流である 25.3 Aを十分に許容する [S11, S15]。分岐合計定格がアクチュエータの総ピーク電流を上回るように設計し、運用安全性を確保する。