2008 Fiscal Year Annual Research Report
力触覚提示に適した電磁-圧電・ハイブリッドアクチュエータシステムの開発
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18360109
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| Research Institution | Muroran Institute of Technology |
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Principal Investigator |
青柳 学 Muroran Institute of Technology, 工学部, 准教授 (80231786)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
富川 義朗 山形大学, 工学部, 客員教授 (80007004)
高野 剛浩 東北工業大学, 工学部, 教授 (50085411)
広瀬 精二 山形大学, 工学部, 教授 (70007201)
田村 英樹 山形大学, 工学部, 助教 (90396581)
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| Keywords | 圧電アクチュエータ / 圧電ブレーキ / クラッチ / 変位拡大 / ハイブリッド / 予圧制御 / ハプティックス / フォースフィードバック |
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| Research Abstract |
1. 静的クラッチ機能内蔵超音波モータによる予圧制御の検討
本システムは回転軸をステータ外部に有するロータの外側から予圧制御して駆動する構成である. 積層圧電アクチュエータ(MPA)と変位拡大機構による予圧機構によって, 予圧を電気的に高速にゼロまで変化できる. 本構成を力学モデルで表わし, 理論的に予圧ゼロにできる条件を明らかにした.
また, 変位拡大機構のロータ接触側に小型MPAをV字状に配置した超音波モータを設け, 予圧制御可能な超音波モータを実現した. 予圧を電気的に制御することでロータへの回転力伝達の制御が可能になり, 力触覚提示に必要な3つの状態(トルクフリー状態, ブレーキ(反力)状態, 反発力発生状態)を実現した.
2. 予圧のPID制御と力触覚提示への応用
ロータとステータの圧接力, 動摩擦力および回転速度はMPAによる電気的予圧調整により一定値にPID制御可能であった. また, ロータの回転速度を監視し, 目標停止位置に到達する前にブレーキをかけるように制御することで停止位置の誤差を±0.1deg以内に抑えることができた. 更に, 本力触覚提示システムを用いて, 様々な感触の提示モデルを作成し, 被験者からの感想を基に本システムの力触覚提示能力を試験した. その結果, 硬い感触や粗い感触などをリアルに再現できることがわかった. しかし, 柔らかい感触の再現に問題があり, 本システムの改良が必要であることがわかった. 超音波モータが摩擦駆動であり, 応答が速過ぎるためと思われる. 弾性的な反発力の提示については電磁モータが適していると思われ, 電磁・圧電モータのハイブリット化が最も有効であると思われる.
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