Development of Six DOF Tubular Linear Motor for Three Dimensional Motion Control
| Project/Area Number |
21H01306
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
下野 誠通 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (90513292)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤本 康孝 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (60313475)
赤津 観 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (90361740)
小原 秀嶺 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (50772787)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
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| Keywords | 電気機器工学 / モーションコントロール / 制御工学 / モータドライブ / パワーエレクトロニクス |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、一台のモータでの三次元空間における位置と姿勢の制御を実現することを目指し、Ｘ、Ｙ、Ｚの三つの方向での推力と、ロール、ピッチ、ヨーの三つの回転方向でのトルクの発生を同時かつ独立に可能とする６自由度リニアモータを新たに創製する。考案モータの数理学的なモデルを確立すると共に、電磁界解析結果から構築理論の妥当性を確認する。さらに、実際に考案モータの試作開発を行い、実験によってその有用性を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和４年度では、まず「研究項目Ａ：６自由度リニアモータの三次元構造に関する数理学研究」において、前年度の成果を基に、試作開発を行う６自由度リニアモータの実機構造を反映させた三次元モデルを新たに改良作成し、シミュレータソフトを用いた有限要素法による電磁界解析を行った。６軸それぞれにおける出力特性を得られた数値結果から検証することで、考案モータの実現可能性を改めて確認することができた。この解析結果を受けて、「研究項目Ｂ：６自由度リニアモータの設計試作と駆動実験」では、昨年度のモータ設計結果を基にして、試作モータおよび試験装置の試作を完了した。そして、簡易的な動作試験を実施し、６軸に対して出力が可能であること、また、６つの出力軸の内、直動方向の推力と可動子軸周りの回転トルクの２つを独立に発生させることが可能であることまで実験結果から確認することができた。さらに、これらの２軸の推力特性およびトルク特性を計測することで、試作モータの基本特性を部分的に明らかにした。「研究項目Ｃ：運動制御の実装による有用性実証」では、６自由度リニアモータのためのモード駆動制御理論の研究に継続して取り組み、最終年度となる令和５年度に実施する制御実験に向けた準備として、運動制御アルゴリズムを実装するためのＦＰＧＡコントローラの基礎検討を行った。令和４年度においては、本研究に関連する多自由度リニアモータの開発研究成果を２件の招待講演の中で紹介し、国際的な成果還元に努めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和４年度の研究計画に記載した通り、昨年度の基礎検討結果を発展させて、実機での検証ステージへと円滑に移行することができた。６自由度リニアモータの試作と、基礎性能評価のための実験装置の製作まで完了し、試作モータに対する出力特性評価試験も段階的に実施することができた。研究期間最終年度となる令和５年度での最終評価試験に向けた準備として、運動制御アルゴリズムを実装するコントローラに関する検討も進んでおり、当初の研究目的を達成する十分な見込みが得られた。したがって、研究計画通りに順調に進展していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、令和４年度に試作を完了した６自由度リニアモータを用いることで、考案するモータ原理の最終実証ステージへと移行する。これまでの研究で、試作モータに対して電流を印加した際の６方向の推力およびトルクを計測する実験環境を構築し、基礎実験から直動方向の推力と可動子軸周りの回転トルクの２つを独立に発生させることが可能であることまで確認することができた。これを受けて、６自由度を独立に駆動可能なＦＰＧＡコントローラを開発し、すべての自由度が独立に制御可能であることを確認する。そして、考案モータの運動制御アルゴリズムを実装することで、モーションシステムとしての有用性まで明らかにする。以上の研究実施計画を遂行することで、当初の研究目的を達成する。なお、可動子の姿勢制御を担う４つの自由度については、永久磁石の磁束およびコイルターン数の関係で、モータ可動子の重量を支えるのに十分な出力が得られない可能性が想定される。その場合には、モータ可動子の自重を支持する補助機構を検討した上で、考案モータが６軸に独立かつ同時に出力可能であるという原理実証を達成することとする。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
