2021 Fiscal Year Research-status Report

Parallel wire suspension system using four wires for large space movement

Research Project

Project/Area Number	20K04383
Research Institution	Chuo University
Principal Investigator	大隅久中央大学, 理工学部, 教授 (00203779)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	ワイヤ懸垂系 / パラレルワイヤ / カウンタウェイト / 位置決め制御 / 振動制御
Outline of Annual Research Achievements	天井の4隅から張られた4本のワイヤを制御することで，懸垂されたベースの空間上での位置決めを行うシステム開発が研究課題である。懸垂ベースには8枚のプロペラとカウンタウェイトが搭載されている。令和2年度は，ベースに発生する振動をIMUにより計測し，プロペラの推力にフィードバックすることで，ベースの振動抑制を実現した。令和3年度は，同じくベースに搭載されたカウンタウェイトのベース上での位置を制御することで，懸垂ベースが部屋の隅に移動した場合でも水平を保つことのできる制御システムを構築した。本システムのように懸垂部にカウンタウェイトを設けて，それを移動させることで懸垂部全体の重心を変化させるには，懸垂部におけるカウンタウェイトの重量比率が十分に高い必要がある。そこで，カウンタウェイトを駆動するモータ自体をカウンタウェイトの一部として利用する。ベース上に片端の固定された4本のワイヤの他端をそれぞれモータ駆動されるリールに巻きつけ，リールの回転によりベース上でのカウンタウェイトの位置を制御する機構を設計，開発した。これを利用し，懸垂ベースの目標位置に応じた目標重心位置を実現することで，目標位置においてベースを水平とすることができた。ただし，カウンタウェイトのベース上でのわずかな位置誤差により，ベースが傾くため，ベースの許容傾き範囲に対するカウンタウェイトの許容位置誤差を求めた。最後に，可動領域の中央からベースを水平方向に移動させ，カウンタウェイト，プロペラの制御系を構築し実験を行ったところ，揺れを抑えながらベースを水平に移動できることが確認できた。ただし，実験は可動範囲中央付近のみで行っており，ベース振動モデルも可動領域中央でのものを利用しているため，可動領域の端側での制振モデルを求め，それに応じた制御系を設計していくことが残された課題である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究課題期間は3年であり，1年目でシステムのモデル化を，2年目でシステムを完成させて振動抑制を実現，最終年度で懸垂部の空間での位置決めと対象物のピックアップ動作を予定している。現在までの所，システムが完成し，振動抑制，及び位置決めの基本的な部分を達成しており，当初予定よりも若干進んでいる。一方，モデル化については近似モデルに留まっており，詳細な検討を要する部分が若干残されている。ピックアップ部は最終年度の課題となっており，スケジュール的にはほぼ予定通りと言える。
Strategy for Future Research Activity	最終年度は，可動部の端部近傍における制御性能の検討，及びモデル化とそれに基づいたシステムの制御性を明らかにし，システムを完成させると共に，小型グリッパを搭載して対象物の位置決めを行う。懸垂部が可動領域端部に近づくと，懸垂部の振動が振幅が大きい場合に非対称となることから，線形化に基づいたレギュレータによる振動制御がどの程度有効となるのかを見極めることが必要となる。また，懸垂部の可動領域として，水平面内での鉛直軸回りの回転方向の自由度が，位置決めされる位置に依存して大きく変化することがいくつかの計算結果より明らかとなった。この特性を理論的に明らかにし，姿勢の回転を含めた可動領域を分かりやすく示すと共に，これを実験で検証していく。また，小型グリッパが搭載された際への制御システムのモデル化を行い，空間上での振動抑制，位置決め制御を実現する。
Causes of Carryover	コロナの影響により，参加を予定していた国際会議等が全てオンラインとなったことに伴い，学会参加のための旅費が不要となったこと，ピックアップ部の検討がこれからとなっており，装置開発費が若干未使用であることなどによる。未使用分はピックアップ部の開発費，研究課題完了に向けた追加部品等の消耗品費，学会参加，発表の費用に充てる予定である。