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囲い込み制御理論の進展と安全接触可能な高応答多リンクシステムの開発と応用

研究課題

研究課題/領域番号 20K05016
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分25020:安全工学関連
研究機関久留米工業高等専門学校

研究代表者

南山 靖博  久留米工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (20549688)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード受動制御 / MR流体 / MRブレーキ / 安全接触 / 本質的安全設計方策 / 空気圧ゴム人工筋 / 安全工学
研究開始時の研究の概要

研究代表者が中心となって提案している「囲い込み制御」は,ブレーキにより制御対象の安全領域からの逸脱を防ぐ,高い安全性を有する制御方式である.本研究では,まず,囲い込み制御の要であるMRブレーキを磁束密度などを計算し用途に応じて独自に開発し,性能評価を行う.次に,開発したMRブレーキを取り付けた揺動型空気圧アクチュエータのリンクシステムを開発し,囲い込み制御の実用化の可能性を広げる.それらの結果を基に安全制御理論をさらに進展させる.

研究成果の概要

市販されているMRブレーキは種類が少なく大型であり,また生産が中止されたため,独自に小型軽量及び組み立て段階でMR流体が漏れない構造で,各実験装置に適したMRブレーキを設計・作製を行った.
これまでのMRブレーキの設計を見直し,無駄を省き,最後にねじで締め付けると全体が締まる構造にしたところMR流体の漏れが無くなり,従来のMRブレーキよりも大きなブレーキトルクを発生させることが出来た.
アームの持ち上げ装置・拮抗揺動型MRアクチュエータ・空気圧ゴム人工筋・揺動空気圧アクチュエータそれぞれの実験装置において追従制御を行い,良好な結果を得ることができた.

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまで人間と機械との接触は危険とされ,工場等では人間と機械とを隔てることで安全を確保してきた.しかし,人間共存型ロボットは人間と接触して仕事をするのが作業の一つとなるため,接触を禁止することはできない.
本研究ではMR流体を利用したブレーキ機構を積極的に活用した新たな駆動システムを開発し,精密な力制御による高剛性(力強い動作)と低剛性(柔らかい動作)との切り換えを可能にし,人間との安全な接触が実現できるロボットアームシステムを構築し,実験により制御性能に関しても問題ないことを確認した.
本ロボットアームをスタンダードとして確立させることで,人間共存型ロボットの普及を促進させることが可能である.

報告書

(5件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] 国際安全規格に基づく機械システム制御法2021

    • 著者名/発表者名
      南山靖博
    • 雑誌名

      機械設計

      巻: 第65巻 第10号 ページ: 37-42

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 人工筋と開発したMRブレーキによる軌道追従制御2024

    • 著者名/発表者名
      南山靖博,草場進太郎,田村拓摩,清田高徳,杉本旭
    • 学会等名
      日本機械学会九州支部第77期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Two-link Manipulator Driven by a Pair of Antagonistic Rubber Artificial Muscle2023

    • 著者名/発表者名
      南山靖博,清田高徳,杉本旭
    • 学会等名
      The 22nd World Congress of the International Federation of Automatic Control
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 揺動型空気圧アクチュエータと開発したMRブレーキによる追従制御2023

    • 著者名/発表者名
      南山靖博,清田高徳
    • 学会等名
      第41回日本ロボット学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 開発したMRブレーキを用いた揺動型空気圧マニュピュレータ2022

    • 著者名/発表者名
      南山靖博,清田高徳,杉本旭
    • 学会等名
      第65回 自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] MRブレーキによって駆動軸を切り換える空気圧人工筋2リンクマニピュレータ2022

    • 著者名/発表者名
      南山靖博,岩里旭真,岡温人,清田高徳,杉本旭
    • 学会等名
      第23回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] MR流体による揺動型2リンクマニピュレータの受動制御2022

    • 著者名/発表者名
      髙橋良志,南山靖博,清田高徳,杉本旭
    • 学会等名
      日本機械学会九州支部第76期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] MR流体を用いた2リンク持ち上げ操作の受動制御2022

    • 著者名/発表者名
      江田直希,南山靖博,清田高徳,杉本旭
    • 学会等名
      日本機械学会九州支部第76期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 開発したMRブレーキを用いた受動制御によるアームの持ち上げ操作2021

    • 著者名/発表者名
      南山靖博
    • 学会等名
      第39回日本ロボット学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Application of Basic Passive Dynamic Control Having High Safety to Pneumatic Artificial Muscle Manipulators2021

    • 著者名/発表者名
      南山靖博
    • 学会等名
      Proc. of the 2021 International Conference on Mechatronics
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] MR流体を用いた持ち上げ操作の受動制御2020

    • 著者名/発表者名
      南山靖博, 村上奨, 清田高徳, 杉本旭
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 小型MRブレーキによる倒立振子の振り上げ制御2020

    • 著者名/発表者名
      南山靖博,西津裕一郎,清田高徳,杉本旭
    • 学会等名
      第38回日本ロボット学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] MRブレーキによる揺動型空気マニュピュレータの制御2020

    • 著者名/発表者名
      轟晴彦,南山靖博,清田高徳
    • 学会等名
      日本機械学会九州支部第74期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 人工筋とMRブレーキによる直線軌道追従制御2020

    • 著者名/発表者名
      鬼塚優弥,石橋拓巳,南山靖博,清田高徳
    • 学会等名
      日本機械学会九州支部第74期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 人工筋とMRブレーキによる円軌道追従制御2020

    • 著者名/発表者名
      石橋拓巳,鬼塚優弥,南山靖博,清田高徳
    • 学会等名
      日本機械学会九州支部第74期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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