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2012 Fiscal Year Annual Research Report

注湯プロセスの数理解析とシステム統合に基づく高精度注湯制御システムの開発

Research Project

Project/Area Number 23760205
Research InstitutionUniversity of Yamanashi

Principal Investigator

野田 善之  山梨大学, 医学工学総合研究部, 准教授 (60426492)

Keywords自動注湯ロボット / 流量制御 / カルマンフィルタ / フラットネスベースド制御 / 充填重量制御 / 落下位置制御 / 液体カメラ計測
Research Abstract

本研究では、鋳造業で用いられる取鍋傾動式自動注湯ロボットの高速高精度化を実現する注湯流量制御をベースとした注湯制御システムを開発した。まず、自動注湯ロボットではロードセルを用いて取鍋から流出する液体の流出重量の計測が可能である。そこで、計測流出重量から拡張カルマンフィルタを用いて注湯流量を推定する注湯流量推定システムを開発した。そして、推定注湯流量を所望の流量に追従させる注湯流量制御を提案した。本研究では、非線形特性を有する制御対象に2自由度制御システムを構成できるフラットネスベースド制御を用いて、注湯流量制御を構築している。注湯実験により、開発した注湯流量制御システムは、スラグ付着などの外乱が生じた場合でも注湯流量の高精度化が実現できることを確認した。更に、開発した注湯流量制御をベースとした注湯充填重量制御を開発した。その結果、流量のばらつきが減少し、充填重量の高精度化を実現した。特に、従来の充填重量制御では、目標充填重量が少ない場合の充填重量の高精度化が困難であったが、注湯流量制御に基づく充填重量制御によって、少ない目標充填重量での高精度化が可能となった。
また、カメラシステムによる取鍋から流出する液体の落下位置計測システムを開発し、流出液体の落下軌跡モデルを提案した。落下位置計測実験により、従来の落下軌跡モデルでは出湯口での液体断面収縮による流速増加が考慮されていないために、実際の落下位置よりも手前に落下することが確認された。そこで、出湯口での断面収縮による流速増加を考慮した落下軌跡モデルを構築し、このモデルを基づいた落下位置制御を開発した。
本研究の成果として、注湯制御システムで要求される充填重量、落下位置などの注湯パラメータ全体の高精度化を実現した。本研究では対象液体を水とした注湯実験を行ったが、今後は実用化を踏まえて溶融金属での注湯制御の有用性を検討していく。

  • Research Products

    (13 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (9 results) (of which Invited: 2 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] 液体容器搬送システムにおける振動予測手法を用いた傾動をともなう制振搬送2013

    • Author(s)
      渋谷涼太
    • Journal Title

      計測自動制御学会論文集

      Volume: 49(1) Pages: 134-141

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 取鍋傾動式自動注湯機における取鍋から流出する液体の落下位置制御2012

    • Author(s)
      野田善之
    • Journal Title

      日本機械学会論文集(C編)

      Volume: 78 Pages: 3446-3458

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 取鍋傾動式自動注湯機のプロセス解析と高精度化2013

    • Author(s)
      野田善之
    • Organizer
      日本鋳造工学会第162回全国講演大会
    • Place of Presentation
      山梨大学(甲府市)
    • Year and Date
      20130525-20130526
    • Invited
  • [Presentation] 取鍋傾動式自動注湯機のパラメータオンライン同定と注湯制御の高精度化2013

    • Author(s)
      辻高明
    • Organizer
      日本鋳造工学会第162回全国講演大会
    • Place of Presentation
      山梨大学(甲府市)
    • Year and Date
      20130525-20130526
  • [Presentation] 自動注湯機における注湯流量制御2012

    • Author(s)
      野田善之
    • Organizer
      日本鋳造工学会第161回全国講演大会
    • Place of Presentation
      いわて県民情報交流センター(盛岡市)
    • Year and Date
      20121013-20121014
  • [Presentation] 取鍋出湯口形状を考慮した低位置注湯動作の生成と液体落下位置制御2012

    • Author(s)
      伊藤敦
    • Organizer
      日本鋳造工学会第161回全国講演大会
    • Place of Presentation
      いわて県民情報交流センター(盛岡市)
    • Year and Date
      20121013-20121014
  • [Presentation] 取鍋傾動式自動注湯機の高精度化を実現する制御技術2012

    • Author(s)
      野田善之
    • Organizer
      日本鋳造工学会関東支部講演会
    • Place of Presentation
      山梨大学(甲府)
    • Year and Date
      20120823-20120823
    • Invited
  • [Presentation] Simplified Flow Rate Estimation by Decentralization of Kalman Filters in Automatic Pouring Robot2012

    • Author(s)
      Yoshiyuki Noda
    • Organizer
      SICE Annual Conference 2012
    • Place of Presentation
      Akita University (Akita, Japan)
    • Year and Date
      20120820-20120823
  • [Presentation] Sloshing Suppression Control by using Physical Boundary Element Model and Predictive Control in Liquid Container Transfer System2012

    • Author(s)
      Hisashi Okatsuka
    • Organizer
      9th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics
    • Place of Presentation
      Roma, Italy
    • Year and Date
      20120728-20120731
  • [Presentation] 傾動式自動注湯機における低位置注湯と鋳型衝突回避を考慮した溶湯落下位置制御2012

    • Author(s)
      伊藤敦
    • Organizer
      日本鋳造工学会第160回全国講演大会
    • Place of Presentation
      名古屋市中小企業振興会館(名古屋市)
    • Year and Date
      20120528-20120529
  • [Presentation] High-precision Falling Position Control to Outflow Liquid from Ladle in Automatic Pouring Machine2012

    • Author(s)
      Yoshiyuki Noda
    • Organizer
      World Foundry Congress 2012
    • Place of Presentation
      Monterrey, Mexico
    • Year and Date
      20120425-20120427
  • [Remarks] 研究室ホームページ

    • URL

      http://www.me.yamanashi.ac.jp/lab/noda/

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 注湯制御方法及びコンピュータを注湯制御手段として機能させるためのプログラムを記憶した記憶媒体2013

    • Inventor(s)
      野田善之
    • Industrial Property Rights Holder
      山梨大学,新東工業
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2013-094810
    • Filing Date
      2013-04-27

URL: 

Published: 2014-07-24  

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