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Basic Study for Realization of 2D Haptic Display

Research Project

Project/Area Number 18J15488
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Power engineering/Power conversion/Electric machinery
Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

永井 栄寿  横浜国立大学, 大学院工学府, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywordsデュアルソレノイドアクチュエータ / センサレス制御 / 小型化 / 力制御 / 並列演算
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、二次元平面の触覚情報を伝達することができる触覚ディスプレイの実現である。実現には小型・軽量かつ位置および力の情報が取得可能なアクチュエータが必要であり、昨年は、小型のデュアルソレノイドアクチュエータ(DSA)をセンサレス駆動に取り組み、センサレス位置制御の実装に成功した。
今年度は初めに、上記の小型DSAのセンサレス力制御の実装に取り組んだ。センサレス力推定には反力推定オブザーバを使用し、実験により20Hz以下の正弦波指令に-2.6dB以上のゲイン特性で追従可能であることを確認した。研究成果は国際会議IECON2019に論文投稿し発表した。
次に、更なる制御性能向上のために小型回転モータと円筒カムを組み合わせた小型アクチュエータを開発した。回転モータの回転角の取得にはロータリエンコーダが必要であるが、アクチュエータの水平投影面積を大きくすることなく取り付けが可能である。そのため、小型DSAと同等の水平投影面積のアクチュエータを作成でき、触覚ディスプレイを集積密度を低下させることなく実現できる。小型DSAはセンサレス位置・力推定周波数が1kHzであったが、新たに作成したアクチュエータは駆動インバータのスイッチング周波数20kHzで位置検出が可能であるため、位置制御周波数応答を改善できる。実験により20Hzまでの正弦波位置指令に追従可能であることを確認した。また、反力推定オブザーバを使用した力制御の実装にも成功し、ステップ応答により制御性能を確認し指令値に追従可能であることを確認した。研究成果は国際会議AMC2020に論文投稿し採択され発表予定である。
今年度は製作した小型アクチュエータを2次元平面に配列し平面アクチュエータを構築し制御することを目標としていたが、2019年6月に就職し特別研究員を辞退したため、目標達成までに至らなかった。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2020 2019 2018

All Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results)

  • [Presentation] Development of Compact Linear Actuator Combining DC motor and Cylindrical Cam for Tactile Display2020

    • Author(s)
      S. Nagai and A. Kawamura
    • Organizer
      IEEE 16th International Workshop on Advanced Motion Control
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Position/Force Sensorless Force Control Using Reaction Force Observer for Compact Dual Solenoid Actuator2019

    • Author(s)
      S. Nagai and A. Kawamura
    • Organizer
      The 45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Sensorless Position Control for Compact Dual Solenoid Actuator Using Disturbance Observer2019

    • Author(s)
      S. Nagai and A. Kawmaura
    • Organizer
      IEEE 2019 International Conference on Mechatronics
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Position Sensorless Position Control for Dual Solenoid Actuator2018

    • Author(s)
      S. Nagai and A. Kawmaura
    • Organizer
      The 2018 International Power Electronics conference
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Sensorless Position Estimation with Thermal Compensation for Compact Dual Solenoid Actuator2018

    • Author(s)
      S. Nagai and A. Kawmaura
    • Organizer
      The 44rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Study on Simultaneous Multiple Actuators Control Using FPGA to Realize 2D Tactile Display2018

    • Author(s)
      A. Shimazu, S. Nagai, H. Obara, and A. Kawamura
    • Organizer
      5th Symposium on Semiconductor Power Conversion
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 2次元触覚ディスプレイ実現に向けたアクチュエータの同時制御のための計算時間に関する基礎検討2018

    • Author(s)
      島津晃大,永井栄寿,河村篤男
    • Organizer
      平成30年電気学会産業応用部門大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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