| Project/Area Number |
24K07385
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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 20010:Mechanics and mechatronics-related
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
北山 文矢 茨城大学, 応用理工学野, 講師 (50774197)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 磁気式波動歯車 / トルク推定 / ひずみセンサ / 力・位置ハイブリッド制御 |
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| Outline of Research at the Start |
下肢障碍者への支援技術として、アクチュエータによって姿勢維持や歩行補助を行う脚支援機器の開発が進んでいる。麻痺脚をアクチュエータの強力なトルクで補助できる一方で，衝突時に対人・対物に損害を与える危険性が残されている。本研究では，申請者らが開発した磁気式波動歯車を使うことで，力センサやばね要素を追加せずに位置・力のハイブリッド制御を実現し，対人・対物に損害を与えない軽量な脚支援機器の確立を目指す。
機構構造解析・磁場解析・制御解析・モックならびに脚支援機器を用いた実機評価により磁気式波動歯車の力情報取得手法，位置・力のハイブリッド制御の効果を検証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年は，磁気式波動歯車を用いた力センサ・トルクセンサレスのトルク推定法を考案し，磁場解析・機構構造解析により力推定精度を調査し，実機でのトルク推定に向けた実験環境を構築した。
磁気式波動歯車では，磁石の付いた磁気式ウェーブジェネレータ(磁気式W/G，入力軸)，磁性弾性体外歯車であるフレクススプライン(F/S，出力軸)，剛体内歯車であるサーキュラスプライン(C/S，固定軸)から構成される。本トルク推定法では，まずF/S上の複数の点のひずみ情報ならびにF/Sの角度情報を取得する。ひずみと角度情報を位置情報に変換する。位置情報を楕円方程式に代入して，楕円方程式係数を逆行列もしくは疑似逆行列から計算する。楕円方程式係数からF/Sの変形形状情報(変形楕円の傾き)を推定する。それから変形形状－トルク関係式に基づき，トルクを推定する。磁気式W/G静止時かつ一定トルク1.5Nm付与時に6点の情報を用いてトルクを推定したところ，1.49Nmとなった。同条件で3点の情報を用いてトルクを推定したところ，1.45Nmとなり推定精度は低下した。また，磁気式W/G回転時かつ一定トルク1.5Nm付与時には推定トルクが脈動し，正確に推定ができなかった。そのため，磁気式W/Gの回転角度に応じた補正係数の付与などの推定方法改良が必要と判断した。
磁気式波動歯車試作機のF/Sにトルク真値測定用トルク計ならびに推定用ひずみセンサを取り付けた実験系を構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初は磁場解析・機構構造解析でのトルク推定，試作機でのトルク推定実験を実施する予定であった。しかし，回転時のトルク推定精度が低かったため，推定実験実施までには至らなかった。そのため，計画よりやや遅れていると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず，回転時の動的なトルクの推定精度を高めるために，補正係数導入ならびに推定式の見直しを進める。それから，実機でトルク推定を実施し，推定精度を検証する。それから，当初の予定通り，推定トルクを用いた位置・力ハイブリッド制御をMatlam/simulinkおよびdSPACEを用いて解析モデルおよび実験系に実装する。磁気式波動歯車出力軸に外部物体から力を与えた時にも，外部物体を損傷させることなく制御可能かを調査する。
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