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積載物および走行路面の状況に自動的に対応する無人搬送車用防振システムの開発

Research Project

Project/Area Number 21K03943
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
Research InstitutionSaitama University

Principal Investigator

山本 浩  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (20220494)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 成川 輝真  埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (50424205)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywords防振機構 / 空気ばね / ばね定数 / 減衰係数 / 高さ調整 / 振動制御
Outline of Research at the Start

無人搬送車に適用する,積載物の特性と外乱振動の特性に応じて防振特性を最適化する防振システムの開発を目的とする.そのために,剛性および減衰行列を独立に調整可能な,空気ばねを用いた多自由度防振構造を明らかにする.次に空気ばねをアクチュエータとして用いた,積載物特性の推定法を明らかにする.さらに空気ばねをセンサとして用いた,外乱振動特性の推定法を明らかにする.そして以上の成果を統合し,状況に応じ特性を最適調整する防振システムを実現し,その汎用的設計手法・設計指針を明確にする.

Outline of Annual Research Achievements

(1)2022年度までに設計製作しその基本的な特性を明らかにしている,円弧溝を有する円板と,それに対向する回転可能な減衰調整円板の組み合わせにより形成されるスリットの長さを調整することにより実現される減衰係数調整機構と,支持高さに応じて空気室に設けた給排気弁を開閉することにより空気室内の空気体積を変化させて支持高さを調整する高さ調整機構を有する空気ばねにおいて,単一周波数成分の外乱が基礎に加わった場合の外乱推定精度を高めるとともに,調整過程での過渡振動の発生を防止するべく連続的に特性を変化させることができる制御システムを構築し,実験によりその妥当性を明らかにした.
(2)この空気ばねの基礎にステップ状外乱が加わった場合についてその応答を理論的および実験的に明らかにするとともに,応答を最小化する観点での最適減衰係数を導出し,各設計パラメータが及ぼす応答に及ぼす影響を明らかにしたとともに,実験によりその妥当性を明らかにした.
(3)高さ調整用給排気弁の開度と高さ調整時間の関係を明らかにするとともに,高さ調整時間を短くするという観点での最適減衰係数を導出し,各設計パラメータが及ぼす応答に及ぼす影響を明らかにしたとともに,実験によりその妥当性を明らかにした.
(4)減衰係数調整機構を元にして,二つの空気室の間の流路を遮断することによりばね定数を切り替えることが可能な機構を提案し,複数の空気ばねの空気室圧力から得られる積載物の質量および重心位置の推定精度とともに,自由振動から得られる慣性モーメントの推定精度の向上を実現した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

(1)研究の根幹をなす積載物の特性変動に対応する減衰係数機構および高さ調整機構を有する空気ばね単体と特性の自動調整のための制御系を統合したシステムの構築および周期的な外乱のみならず過渡的な外乱に対して応答を最小化することが実現できている.ただ多自由度支持系への展開が十分では無いことから,完璧に計画通りに進展しているとは言い難い状況である.
(2)積載物特性の推定については並進と回転の自由度を有する簡単な2自由度系については概ね実現できている.ただ多自由度系への展開が十分では無いことから,完璧に計画通りに進展しているとは言い難い状況である.
(3)積載物の高さと姿勢を一定に調整するシステムを構築することはできているが,多自由度系への展開が十分ではないことから,完璧に計画通りに進展しているとは言い難い状況である.

Strategy for Future Research Activity

制御系を含む減衰係数調整機構および高さ調整機構を有する空気ばねおよびそれらを制御する制御系からなるシステムは実現できたので,様々な成分から構成されていると考えるべき外乱の推定精度をより高めてさらなる応答低減化を図り,防振機構としての設計手法・設計指針の確立を目指す.
それとともに,積載物特性の推定については多自由度系に展開し,より多くの特性の推定を目指す.
また積載物の重心位置が連続的に変化する場合にも適用可能な高さ調整および減衰係数調整システムの実現を目指す.
そして状態に応じて特性を自動的に調整可能な空気ばねと積載物特性および外乱を推定するシステムにより,積載物および走行路面の状況に自動的に対応する防振システムを実現する.

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] Development of a vibration isolation system using an air suspension with automatic damping adjustment mechanism2023

    • Author(s)
      髙浪裕樹,山本浩,成川輝真
    • Journal Title

      Transactions of the JSME (in Japanese)

      Volume: 89 Issue: 924 Pages: 23-00096-23-00096

    • DOI

      10.1299/transjsme.23-00096

    • ISSN
      2187-9761
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 自動調整機能を有する空気ばねの最適調整方法2023

    • Author(s)
      山本浩,髙浪裕樹,中野健太,成川輝真
    • Organizer
      日本機械学会Dynamics and Design Conference 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 空気ばねを用いた防振機構における積載物特性の推定2022

    • Author(s)
      中野健太,山本浩,成川輝真
    • Organizer
      日本機械学会Dynamics and Design Conference 2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 減衰調整機構を有する空気ばねを用いた防振システムの開発2021

    • Author(s)
      髙浪裕樹,山本浩,成川輝真
    • Organizer
      日本機械学会Dynamics and Design Conference 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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