2022 Fiscal Year Annual Research 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 – 2023-03-31
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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。最終年度は、主にパワーアシストシステムを適用した台車の改良と介助式車いすの開発を行った。実施計画に対する研究成果は、以下の通りである。
１）本質安全制御の確立：機械システムにおいて、まず、受動素子を用いて安全な平衡状態を作り出し、それを基本状態と定める。アクチュエータは、崩れた平衡状態を回復するためだけに動作し、その結果として目的制御が実現される。本研究では、この考え方が本質安全制御のひとつの実装方法であることを示し、開発したパワーアシストシステムへの適用によって、その有効性を示した。
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、ばねを用いて重力との平衡状態作り出し、人の手の力でその平衡状態を崩すことでモータが回転する。MATLABコントローラを用いたシステムからArduinoを用いたシステムに移行することで小型軽量化を実現し、コイルばねの設計に関する検討を行った。ばねの違いによる制御性の差違を調べ、閾値の設定などの指針を示し、得られた知見をシステムの改良設計に生かした。
３）パワーアシスト台車の開発：本台車は、上り坂では傾斜角の増加に伴って増大する負荷の分だけをモータでアシストすることで、傾斜角によらずに同程度の人の力で台車を移動させるシステムである。試作機の改良を行い、評価実験によりシステムの有効性を示した。さらに、パワーアシストシステムを介助用車いすへ適用し、試作機の評価実験により、基本動作の確認を行った。
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