2019 Fiscal Year Research-status Report
本質安全制御の確立とそのパワーアシストシステムへの適用
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19K04924
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| Research Institution | The University of Kitakyushu |
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Principal Investigator |
清田 高徳 北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (00195405)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
南山 靖博 久留米工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (20549688)
岡田 伸廣 北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (80224020)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 安全工学 / パワーアシスト / 人間機械系 / 制御工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
人間との共存が必要となる機械においては、人間の本質安全構造に基づいた制御により本質安全要求に応えることができるという考えに基づいた本質安全制御が提唱されている。本研究の目的は、本質安全制御を確立し、実システムへの適用を実現することである。実施計画に対する当該年度の研究成果は、以下の通りである。
１）本質安全制御の確立：通常の機械システムの操作では、常にシステムの正常性を監視し、正常性が確認できないときは直ちに運転を停止することで安全が確保される。これに対して、開発中のパワーアシストシステムは、安全な平衡状態を基本とし、人の手の力により崩れた平衡状態を回復するためにモータが動作する。すなわち、アクチュエータは常に安全状態を取り戻すために動作し、結果として目的制御（アシスト）が実現される。この考え方を示し、その原理に基づいたシステム開発を行った。
２）パワーアシストシステムの開発：本研究で開発中のパワーアシストシステムは、重量物を直接手で操作できるダイレクトハンドリング装置であり、ばねによるバランス状態を基本状態とすることで、人の力を変位として検出する。ばねの再設計により装置自体の小型化を行い、Arduinoを用いることで制御システムの小型化を図った。さらに、操作性と安全性の向上を検討した。
３）パワーアシスト台車の開発：ダイレクトハンドリング装置を適用した台車は、負荷が変わっも常にばねによって平衡状態を作り出し、人の操作力によって崩れたバランス状態を取り戻そうとすることで移動が生じる。モータの交換などを行うことで、これまでの不具合を解消した。屋外での試験により、前進・後退、上昇・下降、傾斜角の変化などに対する有効性を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
２）パワーアシストシステムの開発：小型化はほぼ計画通りに進んでいるが、予定していた水平方向の移動は検討段階であり、やや遅れている。
３）パワーアシスト台車の開発：改造した装置の評価を行った後、改良型の設計を行っているが、予定よりやや遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）本質安全制御の確立：本質安全制御は、これまで申請者らが研究を進めてきたパッシブダイナミック制御の上位にある概念と位置付けることができると考えている。そこでまず、パッシブダイナミック制御に監視構造を持たせる。この考えを発展させ、本質安全制御の確立を目指す。以下の２つのシステムの実用的開発を通して、その結果をフィードバックすることで本質安全制御の有効性を立証する形で研究を進める。
２）パワーアシストシステムの開発：引き続き、操作性の向上とシステム全体の小型軽量化を検討し、基本構造から再設計を行い、改良型の開発を進める。フェールセーフの実現、水平方向の移動付加について検討する。
３）パワーアシスト台車の開発：当初の問題点は解決できたので、改良型を設計して試作し、評価を行う。制御にはArduinoを用いる。摩擦面の変化など、環境変化への対応を調べた後、操作性の向上、システム全体の小型軽量化、安全システムの構築に取り組む。
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| Causes of Carryover |
年度初めに計画していた国際会議への参加を見送ったため、繰り越しが生じた。次年度以降に参加して、使用する予定である。
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