| Project/Area Number |
23K03648
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 18040:Machine elements and tribology-related
|
|---|
| Research Institution | Tohoku Gakuin University |
|---|
Principal Investigator |
矢口 博之 東北学院大学, 工学部, 教授 (70192383)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
|
|---|
| Keywords | アクチュエータ / 位相制御 / 非線形振動解析 / 位相制御型アクチュエータ / 計測システム / 橋梁検査 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
近年，交通量の増加に伴い，橋梁の疲労が問題となっている．現在，橋げたの検査は，点検車と作業用ゴンドラを組み合わせて人間が行っているが，人員確保が困難なうえに，作業に危険が伴う．申請者は，電磁力とメカニカルな共振を融合させ，鋼鉄上を新たな動作原理で走行する位相制御型のアクチュエータを考案し，橋げたの検査に適用できる可能性を見いだした．本研究では，位相制御型アクチュエータの動作を理論的に解明したうえで，橋梁検査で要求される『行く・視る・検出する・戻る』動作を可能とするインフラ維持・管理用の計測システム群を新たに構築し，人間の操作によって安全に検査を行うことができる装置を具現化する．
|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，1辺の長さ11cmの正方形アクリル製フレーム外に，摩擦係数の高いゴム製の永久磁石が接着され，フレーム内に4個の振動コンポーネント A, B, C, D が直交配置された位相制御型のアクチュエータを試作した．鋼鉄製の構造物内に，アクチュエータを挿入し，対面に配置されたコンポーネント A, B と C, D を 1 セットとして振動させ，両者の位相差を調整した．本アクチュエータは，鋼鉄構造物内の底面，壁面，天井面の各平面において，殆ど同じ速度での往復移動が確認された．また，本アクチュエータの推進特性の検討を行った．アクチュエータに，130g(1.3N)の負荷質量を搭載した場合，4.4 mm/sの速度で上昇移動可能であることが確かめられた．さらに，上述のフレーム構造のアクチュエータを柔軟なシリコンゴム材により2個連結されたアクチュエータシステムが試作された．本アクチュエータシステムに，260g(2.6N)の負荷質量を搭載した場合，4.3 mm/sの速度で上昇移動可能であることが確かめられた．アクチュエータを連結することで，走行速度を維持しながら牽引力を増加できる手法が確立された．また，推進特性を改善する目的で，上述の構造と異なるアクチュエータを試作した．さらに，振動コンポーネントを構成するばねの非線形性を考慮した振動解析を行い，実機試験により得られた結果と比較検討している．得られた成果は，査読付き国際会議プロシーディングス2編および論文1編としてまとめた．プロシーディングスは，2編とも Best Paper Awardを受賞した．ただし，1編のプロシーディングスは，学会の論文にアップされたため，2024年度に出版される予定となった．更に，採択された1編の論文も2024年5月に出版予定である．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本アクチュエータを橋梁検査に用いる場合，自動打音装置などのセンサーを搭載したうえで，鉄製構造物内の底面，壁面および天井面における往復移動と，検査効率を考慮して，150 mm/s 以上の走行速度を達成する必要がある．現在のアクチュエータシステムにおける最大牽引力は，上記に示したように2.6Nであり，目標値である16Nは, 今年度は達成できなかった．現在，振動コンポーネントの磁気回路と構造を変更し，15N程度の推進特性を発揮するアクチュエータを開発している．本アクチュエータにおいて，1000g(10N)の負荷質量を搭載しても走行可能であることが確認された．このため，本アクチュエータを2個連結することで， 20N程度の推進力を得られることが予想され，目標値の15N以上の牽引力は，十分達成できると考えられる．ただし，移動速度については，150 mm/sの走行速度はまだ達成していないため，アクチュエータの保持部に電磁石を搭載した構造に変更し，アクチュエータの保持力を可変構造にするなどの検討を行っている．さらに，アクチュエータの直進移動に関して，振動コンポーネントを構成するばねの非線形性を考慮した振動解析による理論結果と，実機試験により得られた結果はおおむね一致することが確認された．これらを鑑みて，本研究は概ね順調に進捗していると考えられる．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後，新たな磁気回路および構造を有するフレーム型アクチュエータの動作を完全に確立させたうえで，これらを2個連結されたアクチュエータシステムを試作する必要がある．また，走行条件に応じて保持力を可変できるアクチュエータシステムを開発し，本装置と自動打音装置およびセンサーなどの検査用機器を，搭載可能な筐体を設計する必要がある．さらに，アクチュエータの回転移動に関して，振動コンポーネントを構成するばねの非線形性を考慮した振動解析を行い，実機試験により得られた結果と比較することで，アクチュエータの動作を理論的に解明する必要がある．アクチュエータの動作原理と理論的な解析法を完全に確立することで，走行特性を計算のみで予測できれば，実機による試作も効率的に設計できる．
|
