2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a zero stiffness soft manipulator based on helical motors
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16H02325
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
藤本 康孝 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (60313475)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河村 篤男 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (80186139)
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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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 電気機器工学 / 制御工学 / アクチュエータ / ロボティクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、ギヤなどの機械要素を介さずに大きな力を発生でき、かつ、位置や力を精密かつ高速に制御できるスパイラルモータにより関節を駆動することで、位置と力を精密かつ高速に制御可能なロボットマニピュレータを開発し、これまで困難だった組立作業などの複雑な高難易度タスク実現のための基盤技術を確立することを目指している。
２年目となる平成２９年度は、初年度に引き続き追加で４台のスパイラルモータの製作を行った。前年度に生じたステータの絶縁塗装（電着塗装）の膜厚が想定よりも厚かった問題について、ステータ絶縁塗装の剥離および再塗装を行った。しかし、これにより局所的な絶縁性の低下が確認された。そこで80μmの絶縁紙をカッティングマシンで螺旋形状に成形し使用することで改善を図った。並行して、初年度に設計した７自由度の閉リンクマニピュレータについて制御方式の精緻化を行った。エンコーダセンサの量子化ノイズを考慮した制御系について動力学シミュレーションにより検証を行い、最大手先誤差0.2mm以下、姿勢角誤差3分以下の精度での位置制御を実現した。さらに、スパイラルモータの最大出力を同定するため、固定子巻線を熱源とし、各パーツの熱抵抗を介してステータフレームから自然放熱するとして熱解析および実験を行った。有限要素法による熱解析シミュレーションおよびスパイラルモータを用いた実験の結果、モータ内部の温度が過渡応答も含め高精度に一致することを確認した。
以上の成果を、1件の論文誌論文（査読あり）2件の国際会議論文（査読あり）、1件の著書、１件の国内会議論文（査読なし）として発表した。
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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
２年目である2017年度は、前年度に引き続き小型スパイラルモータの開発と閉リンクロボットマニピュレータの制御系設計に注力しており、おおむね計画通りの進捗が見られた。
特に、開発の要となる巻線スロットの絶縁処理に目途が立ち、巻線スロット断面積および通電可能なアンペアターンに基づき、巻線を熱源としたときの実験時のモータの温度上昇特性を熱解析により精度よく再現できた点は重要である。これにより永久磁石の減磁を避ける温度範囲での駆動を見積もることができ、定格推力や瞬時最大推力を明らかにすることができる。
以上から、当初の計画通りに研究が進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、まずスパイラルモータ単体での制御の検討を行う。これまでに実績のある電流制御、加速度制御、ギャップ制御、位置・力制御からなる多重ループ制御に対して、全状態フィードバック制御や周波数整形に基づく制御について検討し、制御性能の比較を行う。並行して、７自由度閉リンクマニピュレータの試作を進め、駆動試験を行う。最終的に、作業空間の位置・力制御を実装し、手先の位置と力の制御精度および制御帯域を明らかにする。
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