2021 Fiscal Year Research-status Report
囲い込み制御理論の進展と安全接触可能な高応答多リンクシステムの開発と応用
| Project/Area Number |
20K05016
|
|---|
| Research Institution | Kurume National College of Technology |
|---|
Principal Investigator |
南山 靖博 久留米工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (20549688)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 受動制御 / MR流体 / MRブレーキ / 安全接触 / 本質的安全設計方策 / 空気圧ゴム人工筋 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
市販されていたMRブレーキは種類が少なく大型であり，また，生産が中止されたため，独自にMRブレーキを設計し，各実験装置に適したMRブレーキの作製を行っている．固定円盤と本体，回転円盤と軸にそれぞれにキーを入れ大きなブレーキトルクを得ることができ，強磁性体と非磁性体を効率よく配置することで，MR流体に磁束密度を集中させることができた．非磁性体の部品作製に３Dプリンタを使用し複雑な形状の部品を作製している．
そのMRブレーキを使用し，軸を持ち上げ方向に回転させ，本体にアームと錘を取り付けることで，電圧を上げるとアームが持ち上げ方向に回転し，電圧を下げると重力により下げられる実験装置を作成し，連続位置決めと正弦波軌道追従制御の実験を行い，良好な結果が得られた．
また， MRブレーキ２つを作製して組み合わせ，軸に水平方向の２つの異なる回転をそれぞれに与え，各ブレーキの印加電圧を制御することにより，水平方向の回転を制御する拮抗揺動型MRアクチュエータを作製し，制御実験を行った．さらにこのシステムを2リンクに拡張させ，円軌道追従制御を行っている．
その他，MRブレーキと空気圧ゴム人工筋を使用し，1対（2本）の人工筋で2軸の制御が可能な装置においては，人工筋の強力な張力に耐えられる高い制動力を持つMRブレーキを作製し，各軸の連続位置決めを行った．通常，1軸に対してそれぞれ1対以上の人工筋が必要なため，2軸を駆動させるためには2対（4本）の人工筋が必要であるが，２つMRブレーキによって駆動させる軸を切り替えることによって1対の人工筋で2軸を駆動させる．市販のMRブレーキと同等の結果を得ることが出来ているが，ブレーキを掛けていない状態でのトルクが大きいため，現在新たなMRブレーキを設計中である．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
昨年度も新しく配属された学生を中心に，これまで作製したMRブレーキの問題点などを基に新たなMRブレーキの作製を行ったが，作製や調整の時間が取れず思い通りのMRブレーキとならず，実験についても良好なデータは得られなかった．
２リンクの実験装置を作製し実験を行う予定であったが，コロナにより学校への登校が制限され，実験装置の作製が遅れている．以前まではArduino Unoを使用し実験していたが，昨年から処理速度の高いArduino Dueを使用した．これにより，処理速度が5倍ほど上がった．
アームの持ち上げ装置については，Arduino Dueを使用した1リンクの追加実験を行った．処理速度は上がったが，MRブレーキのブレーキ力が以前より弱くなっており，以前とあまり変わらない結果となった．その後2リンクの装置の作製を行っているが完成に至っていない．
拮抗揺動型MRアクチュエータは2リンク装置を作製したものの，2つの軸がずれるなど不具合があり，まだ思うように動かせていない．
空気圧ゴム人工筋の実験装置は2リンクの装置が完成しているが，1対の人工筋で2リンクを制御するのは難しく，プログラムを調整しながら実験しているが，時間が足らず良好な結果が得られていない．
|
| Strategy for Future Research Activity |
MRブレーキの作製に関しては学生は使わず，自分で仕様設定から一人で行い，一つ基準となるMRブレーキの作製を行う．現在設計中である．
完成したMRブレーキは揺動型空気圧アクチュエータのリンクシステムに取り付け，1リンクの実験を行い，結果を基に改良等を行った2つ目のMRブレーキを作製し，2リンク装置に適応させる．今年度中に終わらせるため，5月中に設計を完成させ，7月中に1つ目を作製，8月中に実験，9月（夏季休業），10月中に2つ目を作製，1１月中に実験を行う予定である．
アームの持ち上げ装置については2リンク装置を完成させ，各種追従制御を行う．拮抗揺動型MRアクチュエータは軸がずれなどを修正し，各種軌道追従制御を行い，本装置の有効性を検討する．
空気圧ゴム人工筋の実験は学生を使わず，自分で実験を行う．ある程度の制御性能が得られれば，微調整を学生にお願いするかもしれない．
これまでの実験成果を基に提案している囲い込み制御の理論を進展させ，安全制御理論を進展させる．
|
| Causes of Carryover |
当初，実験は制御則をMATLAB/Simulinkによってプログラミングし，MATLABコントローラによって実装する予定だったが，1セット150万円するため，複数購入することが困難であった．実装の装置が1台のみであると，異なる実験を同時に行うことが不可能であり，違う実験をするために配線を繋ぎ変えるのは大変であるため，実験の小型化も考慮し，Arduino Uno，Arduino Dueを複数個購入し実装した．Arduinoは１つ3000円ほどなので，予算を大きく余らせてしまう事となった．
また，コロナの影響により学会発表が遠隔で行われたため，全体的に旅費の使用額が少なくなっている．
使用計画としては，当初の計画通り安全性の検証のための力センサや動ひずみ測定器を購入する．また，2軸拡張や新たなMRブレーキ作製に必要なアクチュエータや部材を購入する．そして，磁束密度の解析を行うために磁場解析ソフトを購入する．
|
Research Products
(3 results)
