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2012 Fiscal Year Annual Research Report

三自由度球面電磁アクチュエータに関する研究

Research Project

Project/Area Number 12J00682
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

前田 修平  大阪大学, 大学院・工学研究科, 特別研究員(DC1)

Keywords球面アクチュエータ / 三次元有限要素法 / 電磁界解析 / 多自由度センシング
Research Abstract

産業用ロボットアームをはじめとする従来の多自由度駆動機構は、多くのモータを組み合わせることにより実現されており、それによりシステムの大型化やエネルギー効率の低下を招いていた。一台でモータ三台分の三自由度駆動が可能な球面アクチュエータを用いることで、これらの問題を改善することが可能であり、その実現が期待されているが高トルク化や位置センシング等の課題が残されている。
ロボット関節部へ適用可能な高出力、広角駆動、ロバスト性の高い制御が可能な球面電磁アクチュエータを開発のため、当該年度は、多自由度アクチュエータでありながら各軸の駆動を独立して制御可能なアクチュエータの磁路構成決定を目標として開発を行ってきた。実際には磁路構成の決定を完了し、三次元有限要素法を用いた電磁界解析によりアクチュエータの特性を把握し、三軸の同軸動画可能であることを確認することができた。
また当該年度は、アクチュエータの適切なフィードバックを行うために必要な、可動子絶対回転角度の検出システムの開発も行った。現在までにイメージセンサを用いた位置検出を実現させているが、累積誤差が発生するなどの課題が残されていたため、この問題を解決可能な絶対位置検出法の提案、実装を行った。具体的にはホール素子を用いた方法、カラーセンサを用いた方法の二つについて検証を行った。ホール素子を用いた方法については、電磁界解析によりアクチュエータ可動子角度と周囲の磁界強度の関係を求めた。その結果、適切な測定には可動子に大型機構の追加が必要であることがわかり、センサシステムの小型化のため、カラーセンサを用いた方法について検証することを決定した。アクチュエータにカラーセンサを実装し検証実験を行った結果、三軸の回転角度を測定可能であることを確認できた。球面アクチュエータに適用可能な有効な角度測定法として期待されるものである。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

球面アクチュエータの基本磁路構成決定および特性解析、カラーセンサによる角度測定法の検証を完了し、それぞれの有効性を確認することができた。これらは当初の目標とほぼ一致しており、本研究はおおむね順調に進展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

アクチュエータ開発については、試作機を用いた実機検証を行う予定である。そのためにアクチュエータの回転角度を測定可能な測定器の設計、製作を行う。その後アクチュエータをオープンループ駆動およびクローズドループ駆動させた際の動作特性の測定を行い、提案アクチュエータの有効性および動作特性解析の妥当性を明らかにする。
センシングシステム開発については、カラーセンサによる角度測定の精度向上を目指し、可動子の着色方法、センサの設置方法および設置位置、センサ出力の処理方法等の検討を進めていく予定である。

  • Research Products

    (7 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (5 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Dynamic Analysis of an Independently Controllable Electromagnetic Spherical Actuator2013

    • Author(s)
      Shuhei Maeda
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Magnetics

      Volume: Vol.49(掲載確定)

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 球面電磁アクチュエータの動作特性検証2013

    • Author(s)
      前田修平
    • Organizer
      第25回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム(SEAD25)
    • Place of Presentation
      箱根ホテル小涌園(神奈川県)(発表確定)
    • Year and Date
      2013-05-16
  • [Presentation] Dynamic Analysis of an Independently Controllable Electromagnetic Spherical Actuator2012

    • Author(s)
      Shuhei Maeda
    • Organizer
      IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation (CEFC2012)
    • Place of Presentation
      大分オアシスタワーホテル(大分県)
    • Year and Date
      2012-11-12
  • [Presentation] Independently Controllable Electromagnetic Spherical Actuator2012

    • Author(s)
      Shuhei Maeda
    • Organizer
      International Conference on Electrical Machines (ICEM'2012)
    • Place of Presentation
      Palais des Congres et des Expositions de Marseille(France)
    • Year and Date
      2012-09-04
  • [Presentation] 三軸独立制御可能な球面電磁アクチュエータの位置フィードバック制御2012

    • Author(s)
      前田修平
    • Organizer
      回転機/リニアドライブ/家電・民生合同研究会
    • Place of Presentation
      大阪工業大学大阪センター(大阪府)
    • Year and Date
      2012-08-08
  • [Presentation] アウターロータ式三自由度電磁球面アクチュエータの提案2012

    • Author(s)
      前田修平
    • Organizer
      第24回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム(SEAD24)
    • Place of Presentation
      富山国際会議場(富山県)
    • Year and Date
      2012-05-17
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.amp.ams.eng.osaka-u.ac.jp

URL: 

Published: 2014-07-16  

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