2021 Fiscal Year Annual Research Report
圧電フィルムによる形状変形を活用した柔軟マニピュレータの省エネルギー駆動法の確立
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19K04301
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| Research Institution | Asahikawa National College of Technology |
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Principal Investigator |
阿部 晶 旭川工業高等専門学校, システム制御情報工学科, 教授 (30313729)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 柔軟マニピュレータ / 圧電フィルム / 振動制御 / フィードフォワード制御 / 省エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，2つのアクチュエータの駆動から内在する柔軟性を積極的に活用することで，柔軟マニピュレータの省エネルギー駆動におけるブレークスルーを創出することを目的とする．具体的には，サーボモータと貼付された圧電フィルムの2つのアクチュエータから構成される柔軟マニピュレータの位置決め制御問題を扱い，省エネルギー，かつ，残留振動が抑制させる新たなフィードフォワード制御法の確立を目指す．補助事業期間全体を通じての研究実績は以下のとおりである．
はじめに，圧電フィルムが貼付された柔軟マニピュレータの実験装置を開発した．理論解析およびパラメータ同定実験からこのマニピュレータの数学モデルを求めた．
次いで，数値シミュレーションを実施し，位置決め制御時に残留振動が抑制されるサーボモータの旋回軌道と圧電フィルムの入力電圧波形を求めた．この結果から，サーボモータの単体駆動よりも2つのアクチュエータの同時最適化の方がマニピュレータ旋回中の変位が抑制でき，制御性能が向上することを明らかとした．さらに，モデル実験を実施してシミュレーション結果の妥当性を検証した．モデル実験においても同様な結果を得ることができ，シミュレーションの実現性を確認した．
最後に，残留振動抑制と駆動エネルギー最小化を両立するマニピュレータの位置決め制御に関する研究を実施した．数値シミュレーションから，サーボモータの旋回軌道と圧電フィルムの入力電圧波形の同時最適化は，サーボモータの単体駆動よりも省エネルギー化が図られることを確認した．また，シミュレーションの旋回駆動と入力電圧波形を用いてモデル実験を実施したところ，同様な結果が得られることを確認した．ゆえに，本研究で目的としている2つのアクチュエータの駆動による省エネルギーフィードフォワード制御法を確立することができた．
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