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超音波モータを指にもつロボットハンドのPWM把持力制御

研究課題

研究課題/領域番号 12650257
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 知能機械学・機械システム
研究機関大同工業大学

研究代表者

西堀 賢司  大同工業大学, 工学部, 教授 (50115614)

研究期間 (年度) 2000 – 2001
研究課題ステータス 完了 (2001年度)
配分額 *注記
3,300千円 (直接経費: 3,300千円)
2001年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2000年度: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
キーワード超音波モータ / ロボットハンド / 把持力 / パルス幅変調(PWM) / 自己保持力 / 摩擦力
研究概要

超音波モータ(USM)は小形軽量,低速で高トルク,高応答性などの特徴をもち,ステータとロータが密着していることから静止時において摩擦力による自己保持特性をもつ.このUSMをロボットハンド用アクチュエータとして用いると,物体を把持したまま力を調節する機能が期待できる.しかし,USMのもつ自己保持力に着目した力制御に関する報告は少ない.本研究では三個の振動片形超音波モータで円柱状物体をつかんで回す際に,進行波形超音波モータによる把持力の制御を目的として実験を行い,以下の結果を得た.
進行波形超音波モータのトルク制御にON-OFF形のPWM(パルス幅変調)方式を用いると,USM特有の大きな自己保持トルクが活用できるが,一周期中のON時間(進行波)の割合であるデューティ比αに対するトルクの関係は非線形で,ヒステリシスも大きい.また,スイッチング周波数が高いfs=10kHzでは,小さいデューティ比αにおいて出力トルクが零に近くなる不感帯を生じることがわかった.このため,PWMのOFF時に定在波を導入する方式を提案する.PWMのOFF時に定在波を導入すると,摩擦力による自己保持力が低減されて進行波のデューティ比αに対するトルク特性は線形性を示すことが明らかとなった.
しかし,スイッチング周波数によって,超音波モータの駆動特性は異なることが確かめられた.スイッチング周波数が低いfs=100Hzでは,モータ自体の振動が激しく,ハンド部が振動して物体の把持に適していない.fs≧1kHzでは,デューティ比αに対するトルク特性は良好な線形性を示すが,fs=500Hzの場合,定在波がモータの駆動力を低減させてしまうことが明らかとなった.この場合,OFF時に導入する定在波の振幅を抑えると,トルク特性は良好な線形性を示した.また,物体を回転させる振動片形超音波モータの駆動特性を安定化させるため,駆動周波数を共振周波数に追従させる方式を考案した.

報告書

(3件)
  • 2001 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2000 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (7件)

  • [文献書誌] 西堀賢司, 近藤節哉, 小宮博一: "超音波モータを指にもつロボットハンドの把持力制御(定在波導入PWMの検討)"日木機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会講演論文集. No.01-4. 1A1-M8(1)-1A1-M8(2) (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 西堀賢司, 近藤節哉, 長澤正明: "超音波振動子を指にもつロボットハンドの駆動特性の安定化"日木機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会講演論文集. (発表予定). (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kenji Nishibori, Setsuya Kondo and Kazuhiro Komiya: "Grasping Force Control of Robot Hand with Fingers using Ultrasonic Motors (Introduction of Standing Wave to Pulse Width Modulation)"Proc. of 2001 JSME Conference on Robotics and Mechatromcs. No. 01-4. 1A1-M8(1)-(2) (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kenji Nishibori, Setsuya Kondo and Masaaki Nagasawa: "Stabilization of Driving Characteristic of Robot Hand with Fingers Using Langevin-Type Ultrasonic Motors"Proc. of 2002 JSME Conference on Robotics and Mechatronics. (to be presented). (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 西堀賢司, 近藤節哉, 小宮一博: "超音波モータを指にもつロボットハンドの把持力制御(定在波導入PWMの検討)"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会講演論文集. No.01-4. 1A1-M8(1)-1A1-M8(2) (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 西堀賢司, 近藤節哉, 長澤正明: "超音波振動子を指にもつロボットハンドの駆動特性の安定化"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会講演論文集. (発表予定). (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 西堀賢司,近藤節哉,小宮一博: "超音波モータを指にもつロボットハンドの把持力制御(定在波導入PWMの検討)"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2001. (発表予定). (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書

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公開日: 2000-04-01   更新日: 2016-04-21  

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