人のような空間認識能力を持つ多自由度アクチュエータ駆動二眼カメラシステムの開発

• Project/Area Number: 18J20150
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Power engineering/Power conversion/Electric machinery
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 部矢 明 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 多自由度アクチュエータ / 電磁アクチュエータ

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではこれまで，人の眼球のように小型で高い運動性能を持つ眼球アクチュエータを開発し，視覚インタフェースへの応用を検討してきた。眼球アクチュエータは電磁力により1台で3自由度回転動作を生成する多自由度電磁アクチュエータである。人の眼球と同等サイズであり，人以上の角加速度特性を有することを試作検証により明らかとした。また，汎用モータドライバを用いて駆動可能であり，簡素な制御装置で多自由度動作を生成できる。一般的な多自由度駆動機構では，複数のモータとリンクを組み合わせて多自由度動作を生成する必要があった。また，従来の多自由度アクチュエータは構造が複雑であり，大型な制御装置により駆動されるものであった。そこで申請者は3つの電磁アクチュエータの磁気回路を集積回路のように小球体積内に集積化した3次元の新しい磁気回路を提案した。これにより，制御装置の圧倒的な簡素化を実現するとともに，高い運動性能を達成した。
本年度においては，眼球アクチュエータを狭小な人型ロボット頭部に集約させるためには，さらなる構成部品数の削減とドライバの簡素化が必要となることに着目し，新しい眼球アクチュエータの構造を提案した。従来構造では，1自由度につき1個のHブリッジ回路を用いて，合計3個のHブリッジ回路により3自由度運動を生成していた。これは3軸まわりのトルクを1相で制御する原理を採用していたためである。新構造においては，コイル通電時に発生する力ベクトルの合成により3自由度運動を生成する新原理を提案した。これにより4相ハーフブリッジ回路による3自由度運動の生成が可能となり，スイッチング素子の数を3分の2に削減した。また，半分のコイル・永久磁石数での構成を可能とした。提案アクチュエータは3自由度アクチュエータとして最小構成であり，ロボット眼球のみならず産業用途をはじめとして様々な分野での応用が期待できる。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] ボイスコイル型多自由度アクチュエータの基礎検討 (2021)
  • Author(s): 部矢明，平田勝弘
  • Journal Title: 日本AEM学会誌 Volume: 29,2
  • NAID: 130008082866
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 短ストローク6自由度アクチュエータの実験評価 (2021)
  • Author(s): 元辻友彰，部矢明，平田勝弘
  • Journal Title: 日本AEM学会誌 Volume: 29, 2
  • NAID: 130008082831
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 支持機構の内包による力覚提示デバイス用3自由度振動アクチュエータの基礎検討 (2021)
  • Author(s): 中村亮介，部矢明，平田勝弘
  • Journal Title: 日本AEM学会誌 Volume: 29, 2
  • NAID: 130008082862
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sensorless Attitude Estimation of Three-Degree-of-Freedom Actuator for Image Stabilization (2021)
  • Author(s): Akira Heya, Katsuhiro Hirata
  • Journal Title: International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics Volume: 66, 2 Issue: 2 Pages: 249-263
  • DOI: 10.3233/jae-201537
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural Simplicity and Performance Comparison of Magnetic Lead Screws without Spiral Permanent Magnets (2021)
  • Author(s): Akira Heya, Yoshihiro Nakata, Hiroshi Ishiguro, Katsuhiro Hirata
  • Journal Title: IEEJ Transactions on Electrical and Electronics Engineering Volume: 16, 3 Issue: 3 Pages: 464-469
  • DOI: 10.1002/tee.23317
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 3軸一体能動制御磁気軸受における非線形補償器特性による位置制御性評価 (2021)
  • Author(s): 西出圭吾， 部矢明 ，平田勝弘
  • Journal Title: 日本AEM学会誌 Volume: 29, 1 Pages: 124-129
  • NAID: 130008037220
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 横磁束構造を用いたダブルギャップ型Zθアクチュエータの研究 (2021)
  • Author(s): 森田真仁， 部矢明 ，高原一晶，平田勝弘
  • Journal Title: 日本AEM学会誌 Volume: 29, 1
  • NAID: 130008082807
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Amplitude Control for Linear Resonance Actuator Using Sensorless Load Estimation Method (2020)
  • Author(s): 元辻友彰，加藤雅之， 部矢明 ，平田勝弘
  • Journal Title: IEEJ Transactions on Industry Applications Volume: 140 Issue: 7 Pages: 534-541
  • DOI: 10.1541/ieejias.140.534
  • NAID: 130007867900
  • ISSN: 0913-6339, 1348-8163
  • Year and Date: 2020-07-01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interference suppression of triaxial active control magnetic bearing using nonlinear compensator (2020)
  • Author(s): 西出圭吾， 部矢明 ，平田勝弘
  • Journal Title: Journal of the Japan Society of Applied Electromagnetics and Mechanics Volume: 28 Issue: 3 Pages: 219-224
  • DOI: 10.14243/jsaem.28.219
  • NAID: 130007981062
  • ISSN: 0919-4452, 2187-9257
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Edge Effect of Multi-degree-of-freedom Oscillatory Actuator Driven by Vector Control (2020)
  • Author(s): Masayuki Kato, Katsuhiro Hirata, Tomoaki Mototsuji, and Akira Heya
  • Journal Title: Open Physics Volume: 18 Issue: 1 Pages: 346-351
  • DOI: 10.1515/phys-2020-0169
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Design and Analysis of a Three-Degree-of-Freedom Linear Oscillatory Actuator (2020)
  • Author(s): Heya Akira、Hirata Katsuhiro、Matsushita Takahiro、Kono Yoshinori
  • Journal Title: IEEE Transactions on Magnetics Volume: 52, 2 Issue: 2 Pages: 1-4
  • DOI: 10.1109/tmag.2019.2952473
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Linear Vernier actuator with two movers (2020)
  • Author(s): Heya Akira、Hirata Katsuhiro、Niguchi Noboru
  • Journal Title: Transportation Systems and Technology Volume: 6 Issue: 1 Pages: 63-79
  • DOI: 10.17816/transsyst20206163-79
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Experimental Verification of Three-Degree-of-Freedom Electromagnetic Actuator for Image Stabilization (2020)
  • Author(s): Heya Akira、Hirata Katsuhiro
  • Journal Title: Sensors Volume: 20 Issue: 9 Pages: 2485-2485
  • DOI: 10.3390/s20092485
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dynamic Modeling and Control of Three-Degree-of-Freedom Electromagnetic Actuator for Image Stabilization (2018)
  • Author(s): Heya Akira、Hirata Katsuhiro、Niguchi Noboru
  • Journal Title: IEEE Transactions on Magnetics Volume: 54 Issue: 11 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1109/tmag.2018.2845438
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Force Estimation Method for a Magnetic Lead-Screw-Driven Linear Actuator (2018)
  • Author(s): Heya Akira、Nakata Yoshihiro、Sakai Masahiko、Ishiguro Hiroshi、Hirata Katsuhiro
  • Journal Title: IEEE Transactions on Magnetics Volume: 54 Issue: 11 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1109/tmag.2018.2845455
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamic Modeling of Three-Degree-of-Freedom Actuator for Image Stabilization (2018)
  • Author(s): HEYA Akira、HIRATA Katsuhiro、NIGUCHI Noboru、YOSHIMOTO Takamichi、OTA Tomohiro
  • Journal Title: Journal of the Japan Society of Applied Electromagnetics and Mechanics Volume: 26 Issue: 2 Pages: 280-285
  • DOI: 10.14243/jsaem.26.280
  • NAID: 130007438789
  • ISSN: 0919-4452, 2187-9257
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Proposal of Novel Multiple-Degree-of-Freedom Voice Coil Actuator (2021)
  • Author(s): Akira Heya and Katsuhiro Hirata
  • Organizer: 2021 IEEE International Magnetics Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Design and Analysis of a Three-Degree-of-Freedom Linear Oscillatory Actuator Integrated with Support Mechanism (2021)
  • Author(s): Ryosuke Nakamura, Akira Heya, and Katsuhiro Hirata
  • Organizer: 2021 IEEE International Magnetics Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ボイスコイル型多自由度アクチュエータの基礎検討 (2020)
  • Author(s): 部矢明，平田勝弘
  • Organizer: 第29回MAGDAコンファレンス
• [Presentation] 短ストローク6自由度アクチュエータの実験評価 (2020)
  • Author(s): 元辻友彰，部矢明，平田勝弘
  • Organizer: 第29回MAGDAコンファレンス
• [Presentation] 支持機構の内包による力覚提示デバイス用3自由度振動アクチュエータの小型化検討 (2020)
  • Author(s): 中村亮介，部矢明，平田勝弘
  • Organizer: 第29回MAGDAコンファレンス
• [Presentation] Two-Degree-of-Freedom Actuator for Robotic Eyes (2020)
  • Author(s): Akira Heya, Yoshihiro Nakata, Hiroshi Ishiguro, Katsuhiro Hirata
  • Organizer: 2020 International Conference on Electrical Machines
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Proposal of a Six-Degree-of-Freedom Actuator using Lorentz Force (2020)
  • Author(s): Akira Heya, Katsuhiro Hirata
  • Organizer: 2020 IEEE International Magnetics Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 5自由度振動アクチュエータの提案 (2020)
  • Author(s): 部矢明，平田勝弘
  • Organizer: 電気学会 交通・電気鉄道 リニアドライブ合同研究会
• [Presentation] 横磁束構造を用いたダブルギャップ型Zθアクチュエータの研究 (2020)
  • Author(s): 森田真仁，部矢明，高原一晶，新口昇，平田勝弘
  • Organizer: 令和2年電気学会全国大会
• [Presentation] 横磁束構造を用いたダブルギャップ型Zθアクチュエータの研究 (2020)
  • Author(s): 森田真仁，部矢明，高原一晶，新口昇，平田勝弘
  • Organizer: 第32回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム
• [Presentation] 3軸一体能動制御磁気軸受における非線形補償器特性による位置制御性の比較 (2020)
  • Author(s): 西出圭吾，部矢明，平田勝弘
  • Organizer: 令和2年電気学会全国大会
• [Presentation] 3軸一体能動制御磁気軸受における非線形補償器特性による位置制御性評価 (2020)
  • Author(s): 西出圭吾，部矢明，平田勝弘
  • Organizer: 第32回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム
• [Presentation] ローレンツ力を用いた6自由度振動アクチュエータの提案 (2020)
  • Author(s): 部矢明，平田勝弘
  • Organizer: 第32回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム
• [Presentation] Analysis of a Motor Integrated Magnetically Levitated Lead Screw (2019)
  • Author(s): Akira Heya, Yoshihiro Nakata, Hiroshi Ishiguro, Katsuhiro Hirata
  • Organizer: 18th Biennial IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A Magnetically Levitated Lead Screw for Complete Non-Contact Power Transmission (2019)
  • Author(s): Akira Heya, Yoshihiro Nakata, Hiroshi Ishiguro, Katsuhiro Hirata
  • Organizer: 45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Experimental Verification of Three-Degree-of-Freedom Electromagnetic Actuator for Image stabilization (2019)
  • Author(s): Akira Heya, Katsuhiro Hirata
  • Organizer: 19th International Symposium on Electromagnetic Fields in Mechatronics, Electrical and Electronic Engineering
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Edge Effect of Multi-degree-of-freedom Oscillatory Actuator Driven by Vector Control (2019)
  • Author(s): Masayuki Kato, Katsuhiro Hirata, Tomoaki Mototsuji, Akira Heya
  • Organizer: 19th International Symposium on Electromagnetic Fields in Mechatronics, Electrical and Electronic Engineering
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of Triaxial Active Control Magnetic Bearing with Asymmetric Structure (2019)
  • Author(s): Akira Heya, Katsuhiro Hirata, Noboru Niguchi, Atsushi Nakajima
  • Organizer: 22th International Conference on Electrical Machines and Systems
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Experimental Verification of a Consequent-Pole Magnetic Lead Screw (2019)
  • Author(s): Abe Tetsuya, Akira Heya, Yoshihiro Nakata, Katsuhiro Hirata, Hiroshi Ishiguro
  • Organizer: 22th International Conference on Electrical Machines and Systems
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Design and Analysis of a Six-Degree-of-Freedom Oscillatory Actuator (2019)
  • Author(s): Tomoaki Mototsuji, Akira Heya, Katsuhiro Hirata
  • Organizer: 22th International Conference on Electrical Machines and Systems
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Design and Analysis of a Three-Degree-of-Freedom Linear Oscillatory Actuator (2019)
  • Author(s): Akira Heya, Katsuhiro Hirata, Takahiro Matsushita, Yoshinori Kono
  • Organizer: 22nd International Conference on the Computation of Electromagnetic Fields
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A Magnetic Lead Screw with Variable Stiffness Mechanism (2019)
  • Author(s): Akira Heya, Yoshihiro Nakata, Katsuhiro Hirata, Hiroshi Ishiguro
  • Organizer: 12th International Symposium on Linear Drives for Industry Applications
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 磁気浮上ねじの提案 (2019)
  • Author(s): 部矢明，仲田佳弘，石黒浩，平田勝弘
  • Organizer: 電気学会 回転機・リニアドライブ・家電・民生合同研究会
• [Presentation] 3軸一体能動制御磁気軸受における非線形補償器を用いた干渉抑制 (2019)
  • Author(s): 西出圭吾，部矢明，平田勝弘
  • Organizer: 第28回MAGDAコンファレンスin 大分
• [Presentation] 3自由度振動アクチュエータの提案 (2019)
  • Author(s): 部矢明，平田勝弘，松下峻大，河野吉紀
  • Organizer: 電気学会 回転機・リニアドライブ・家電・民生合同研究会
• [Presentation] Dynamic Modeling and Control of Three-Degree-of-Freedom Electromagnetic Actuator for Image Stabilization (2018)
  • Author(s): Akira Heya, Katsuhiro Hirata, Noboru Niguchi
  • Organizer: IEEE International Magnetics Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Force Estimation Method for a Magnetic Lead-Screw-Driven Linear Actuator (2018)
  • Author(s): Akira Heya, Yoshihiro Nakata, Masahiko Sakai, Hiroshi Ishiguro, Katsuhiro Hirata
  • Organizer: IEEE International Magnetics Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Linear Vernier Actuator with Two Movers (2018)
  • Author(s): Akira Heya, Katsuhiro Hirata, Noboru Niguchi
  • Organizer: MAGLEV 2018 Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of a Consequent-Pole Magnetic Lead Screw (2018)
  • Author(s): Akira Heya, Yoshihiro Nakata, Masahiko Sakai, Hiroshi Ishiguro, Katsuhiro Hirata
  • Organizer: 18th Biennial IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 部分空間法を用いた振れ補正用3自由度電磁アクチュエータのシステム固定 (2018)
  • Author(s): 部矢明，平田勝弘
  • Organizer: 電気学会 回転機・リニアドライブ・家電・民生合同研究会
• [Patent(Industrial Property Rights)] 磁気式動力伝達構造体 (2018)
  • Inventor(s): 仲田佳弘，石黒浩，平田勝弘，酒井昌彦，部矢明，阿部哲也
  • Industrial Property Rights Holder: 仲田佳弘，石黒浩，平田勝弘，酒井昌彦，部矢明，阿部哲也
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2018-202245
  • Filing Date: 2018