| Project/Area Number |
24K06369
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 09080:Science education-related
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| Research Institution | Gifu National College of Technology |
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Principal Investigator |
小林 義光 岐阜工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (40509270)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2029-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2028: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2027: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2025: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 制御工学教育 / 物理的考察力 / 磁気浮上 / 移動ロボット / 機械学習応用 |
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| Outline of Research at the Start |
現在の生産技術にはAI（人口知能）やロボットの導入されており，教育現場においてもAI・ロボットの教育が進められている．従来の生産技術にAI・ロボットを導入する場合には，既存の電気・機械システムの物理特性や制御性能を考慮して実装する必要がある．そこで，本研究は，生産現場でのAI・ロボットの導入の敷居を下げることを目的に，磁気浮上の磁束特性や移動ロボットの摩擦特性を題材にして，電気・機械システムの物理的考察力を向上させ，それらの物理特性を理解しながら制御設計や機械学習が導入できる制御工学教材の開発を進め，学生実験などにより開発教材の評価を行う．
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| Outline of Annual Research Achievements |
従来の生産技術にAI・ロボットを導入する場合は，現状の産業機械の電気・機械システムの物理特性や制御性能を十分に理解して実装することが重要であることから，本研究の目的は，電気・機械システムの代表的な対象として，移動ロボットと磁気浮上搬送の物理特性に着目して，制御対象の物理特性の理解を主体として効果的にAI・制御設計を進める教材開発を進め，学生実験や企業での人材育成に導入して教育効果を評価することを目的とする．そこで，当該年度では，教材として扱やすく量産しやすい磁気浮上制御装置の設計と製作を実施した．磁気浮上制御は教材向けとして，磁束の遅れを利用して単純な比例フィードバックで磁気浮上を実現することを検討し，電磁石は磁束遅れが発生しやすいソリッド型の鉄心を採用し，抵抗値と非線形特性の影響を小さくするために電磁石の巻き数を配慮した．学生実験でも扱いやすいように電源は乾電池で駆動し，基板回路は汎用部品で構成した．電磁石の磁極部にホール素子を配置して，電磁石の電流と磁束（ホール電圧）を，基板回路を経由して制御マイコンで計測し，比例フィードバックで電磁石の入力電圧を調整し，磁気浮上制御を実現する．制御マイコンは安価なArduinoマイコンを採用し，変位センサも使用しないため，実験装置として小型でメンテナンス性の良い実験装置を構築することができた．磁気浮上制御は一般に制御理論を学習してから浮上制御を試みるが，本研究では磁束の遅れを利用して，単純な比例フォードバックの調整のみで安定浮上が実現できるため，制御工学の知識がなくても比例フィードバックゲインの調整のみで安定浮上が実現できることを製作した実験装置で検証することができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
実験装置の設計と部品調達に時間がかかり，2024年度の磁気浮上制御の実験装置の製作と動作確認は計画通り実施できたが，学生実験の評価ための実験資料の準備が遅れたため，2025年度に計画した学生実験への導入は遅れる予定である．そこで2025年度は実験資料の準備を進め，同時に課外活動に導入することで実験装置の扱いやすさを評価する．一方で移動ロボットの物理特性を考慮した走行制御の実験の検討を進めることができ，2026年度の予定である移動ロボットの実験装置の準備を先行して進めることができた．よって，「やや遅れている」と判断する．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究計画としては2024年度の研究成果の学会発表および論文投稿する．2025年度は磁気浮上装置の学生実験への導入準備を進めると同時に，学生の課外活動や基礎研究に導入して実験装置の扱いやすさを評価する．2025年度は磁気浮上制御の磁束遅れの比例フィードバックによる安定化の物理特性を整理し，実験データから制御性能を更新する手法を検討する．具体的には，磁束の遅れを考慮した磁気浮上制御系の数式モデルの導出を試みて，実験結果と比較することで，磁束遅れを考慮した電流と磁束のフィードバック制御のどの要素が安定化と関係してるかを考察し，教材として実験から理論が考察できる仕組みを構築する．合わせて実験データから安定化を実現できるフィードバックゲインの導出が可能であるかを検証し，機械学習への応用を検討する．
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