| 研究課題/領域番号 |
21K03972
|
|---|
| 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20020:ロボティクスおよび知能機械システム関連
|
|---|
| 研究機関 | 愛知工業大学 |
|---|
研究代表者 |
鳥井 昭宏 愛知工業大学, 工学部, 教授 (70267889)
|
|---|
| 研究分担者 |
道木 加絵 愛知工業大学, 工学部, 教授 (00350942)
元谷 卓 愛知工業大学, 工学部, 准教授 (80733443)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
|
| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
|
|---|
| キーワード | マイクロロボット / 小型自走機械 / 圧電素子 / 位置計測 / 画像処理 / 自律移動 / 通信 / ワイヤレス給電 / 多自由度 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、多自由度アクチュエータを大型機械の一部に組み込んで使用するのではなく、大型機械から解放して単独の小型移動機械として運転する。本研究の目的は、1mストロークの小型自走機械を自律的に制御し、1ミクロンの分解能で位置決めすることである。それによって1ナノメートルの微小動作を可能にする。本課題では、(1)移動範囲全体を見渡すグローバル位置計測システムと自走機械に搭載したローカル位置計測システムの連携と(2)ワイヤレス給電と情報通信技術を応用する。さらに、小型であるがゆえに必要となる電力効率を最大化する多自由度アクチュエータのエネルギーマネジメントを導入した新しい制御技術を明らかにする。
|
| 研究実績の概要 |
小型自走機械（マイクロロボット）は圧電素子と電磁石によって構成される。圧電素子を用いるため微小動作が可能で、精密位置決めに用いられる。電磁石の電磁力によって位置を保持するため、案内機構を持たない。これらの協調により、インチワームの原理によって平面上で並進・回転できる。インチワームの原理を用いるため、動作範囲に制限がない。動作範囲が広い場合には、移動時間の短縮が実装上の課題となる。さらに、小型であるがゆえに、軽量で外乱の影響を受けやすい。そこで、以下に取り組んだ。
磁界結合共振を用いたワイヤレス給電を試みた。給電側とマイクロロボットに共振コイルを用い、マイクロロボットの駆動に必要な電力をワイヤレス給電した。共振コイル同士の相対位置の変化によって送電電力や受電電圧が変動するため、それらの変動が生じない制御方法を適用した。
マイクロロボットは、自身が獲得する位置情報や搭載したセンサ情報を外部に通信する必要がある。そこで、QRコードを用いた情報通信の可能性を明らかにした。マイクロロボットの大きさにふさわしい小型マイコン、小型ディスプレイを搭載した。小型ディスプレイにQRコードを表示し、外部に自身の情報を提供した。
配線を用いないマイクロロボットの一つとして、電池駆動のマイクロロボットを実現した。市販の乾電池を用いて圧電素子の伸縮させるための昇圧回路を実現した。圧電素子と電磁石を乾電池によって駆動した。
マイクロロボットの高速化を目指し、制御周波数とマイクロロボットの移動速度の関係を明らかにした。電磁石の磁性体コアの大きさと電磁石の時定数の関係を明らかにし、マイクロロボットの最高速度を実験的に明らかにした。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
マイクロロボットの制御、マイクロロボットへのワイヤレス給電、電池を搭載した自律移動マイクロロボット、QRコードを用いたマイクロロボットからの情報発信、スクイーズ膜効果を用いた浮上による摩擦低減など、各サブテーマに関して、大学院生の研究協力が得られ、国内学会での発表、国際会議での発表、学会誌への掲載が順調に進んでいる。
|
| 今後の研究の推進方策 |
これまでのところ、マイクロロボットに関する多くの課題を、一つずつ解決している。それらの課題はマイクロロボットの動作・通信・エネルギーに関するものである。広い範囲をより速く、より精密に、より低消費電力で、などマイクロロボットの実用化によって得られる利点を最大化する試みを行う。
|
