三自由度ロボット関節アクチュエータの開発

• 研究課題/領域番号: 23656200
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 電力工学・電力変換・電気機器
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 平田 勝弘 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00403139)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2013年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2012年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2011年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 三自由度アクチュエータ / フィードバック制御 / ロボット / 電磁場解析 / 有限要素法 / アウターロータ / PID制御 / ベクトル制御 / アクチュエータ / 多自由度 / 電磁力

研究概要

本研究では，有限要素法による数値解析を用いて提案したアウターロータ型三自由度球面アクチュエータの動作メカニズムを明らかにし，本アクチュエータの有用性を示した。更にイメージセンサセンサを用いた可動子の位置検知法と新しいフィードバック制御法を開発した。解析により磁気回路パラメータ及び制御ゲインを最適化し，優れた性能を実現した。更に，得られた解析結果をもとに試作機を製作した。今後、本機を用いた実験検証を行っていく予定。

研究成果

• [雑誌論文] Analysis of 2-Degree of Freedom Outer Rotor Spherical Actuator Employing 3-D Finite Element Method (2013)
  • 著者名/発表者名: Masahito Tsukano, Yo Sakaidani, Katsuhiro Hirata, Noboru Niguchi, Shuhei Maeda, and Ariff Zaini
  • 雑誌名: IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS 巻: VOL.49, NO.5 ページ: 2233-2236
• [雑誌論文] Dynamic Analysis of an Independently Controllable Electromagnetic Spherical Actuator (2013)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Maeda, Katsuhiro Hirata, and Noboru Niguchi
  • 雑誌名: IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS 巻: VOL.49, NO.5 ページ: 2263-2266
• [雑誌論文] アウターロータ型球面アクチュエータに関する研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 塚野聖仁, 平田勝弘, 前田修平, 佟明宇, 新口昇
  • 雑誌名: 電気学会論文誌 巻: Vol.133, No.1 ページ: 639-644
  • NAID: 10029800825
• [雑誌論文] 広角駆動可能な二自由度球面電磁アクチュエータ (2013)
  • 著者名/発表者名: 堺谷洋, 平田勝弘, 新口昇, 佟明宇, 前田修平
  • 雑誌名: 電気学会論文誌 巻: Vol.133, No.1 ページ: 64-68
  • NAID: 10029800813
• [雑誌論文] Analysis of 2-Degree of Freedom Outer Rotor Spherical Actuator Employing 3-D Finite Element Method (2013)
  • 著者名/発表者名: Masahito Tsukano, Yo Sakaidani, Katsuhiro Hirata, Noboru Niguchi, Shuhei Maeda, and Ariff Zaini
  • 雑誌名: IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, 巻: VOL.49, NO.5 号: 5 ページ: 2233-2236
  • DOI: 10.1109/tmag.2012.2237390
  • 査読あり
• [雑誌論文] Feedback Control of the 2-DOF Actuator Specialized for 2-Axes Rotation (2013)
  • 著者名/発表者名: Yo Sakaidani, Katsuhiro Hirata, Shuhei Maeda, and Noboru Niguchi
  • 雑誌名: IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS 巻: VOL.49, NO.5 号: 5 ページ: 2245-2248
  • DOI: 10.1109/tmag.2013.2238515
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic Analysis of 3 DOF Actuator Employing 3 D Finite Element Method (2011)
  • 著者名/発表者名: Mingyu Tong, Katsuhiro Hirata, Shuhei Maeda
  • 雑誌名: 電気学会論文誌 巻: VOL.131, No.10 ページ: 1240-1245
  • NAID: 10030531224
• [雑誌論文] "Dynamic Analysis of 3 DOF Actuator Employing 3 D Finite Element Method" (2011)
  • 著者名/発表者名: Mingyu Tong, Katsuhiro Hirata, Shuhei Maeda
  • 雑誌名: 電気学会論文誌 巻: VOL.131, No.10, ページ: 1240-1245
  • NAID: 10030531224
  • 査読あり
• [学会発表] 三次元有限要素法を用いたアウターロータ型三自由度球面電磁アクチュエータの特性解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大矢桂資, 平田勝弘, 新口昇, 前田修平, 堺谷洋
  • 学会等名: 電気学会回転機・リニアドライブ・家電・民生合同研究会
• [学会発表] カラーセンサを用いた球面アクチュエータの回転角度センシング (2013)
  • 著者名/発表者名: 前田修平, 平田勝弘
  • 学会等名: 電気学会回転機・リニアドライブ・家電・民生合同研究会
• [学会発表] FEEDBACK CONTROL OF THE 2-DEGREE-OF-FREEDOM OUTER ROTOR SPHERICAL ACTUATOR (2013)
  • 著者名/発表者名: Yo Sakaidani, Katsuhiro Hirata, Noboru Niguchi, Masahito Tsukano, Shuhei Maeda
  • 学会等名: ISEF2013(XVI International Symposium on Electromagnetic Fields in Mechatronics, Electrical and Electronic Engineering)
  • 発表場所: Metropol Lake Resort, Ohrid, Macedonia
• [学会発表] OPERATING CHARACTERISTICS VERIFICATION OF AN INDEPENDENTLY CONTROLLABLE SPHERICAL ACTUATOR (2013)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Maeda, Katsuhiro Hirata, Noboru Niguchi
  • 学会等名: ISEF2013(XVI International Symposium on Electromagnetic Fields in Mechatronics, Electrical and Electronic Engineering)
  • 発表場所: Metropol Lake Resort, Ohrid, Macedonia
• [学会発表] Feedback Control of Outer Rotor Spherical Actuator Using Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (2013)
  • 著者名/発表者名: Junghyun Chu, Noboru Niguchi, Katsuhiro Hirata
  • 学会等名: The Seventh International Conference on Sensing Technology
  • 発表場所: Massey University Wellington campus
• [学会発表] アウターロータ型三自由度球面電磁アクチュエータに関する研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大矢桂資，堺谷洋，前田修平，新口昇，平田勝弘
  • 学会等名: 第25回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム
  • 発表場所: 箱根ホテル小涌園
• [学会発表] 二自由度球面電磁アクチュエータのフィードバック制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 堺谷洋，平田勝弘，新口昇，前田修平
  • 学会等名: 第25回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム
  • 発表場所: 箱根ホテル小涌園
• [学会発表] カラーセンサを用いた球面アクチュエータの回転角度センシング (2013)
  • 著者名/発表者名: 前田修平，平田勝弘
  • 学会等名: 電気学会回転機・リニアドライブ・家電・民生合同研究会
  • 発表場所: 大阪工業大学
• [学会発表] 三次元有限要素法を用いたアウターロータ型三自由度球面電磁アクチュエータの特性解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大矢桂資，平田勝弘，新口昇，前田修平，堺谷洋
  • 学会等名: 電気学会回転機・リニアドライブ・家電・民生合同研究会
  • 発表場所: 大阪工業大学
• [学会発表] 二自由度アウターロータ型アクチュエータのトルク制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 堺谷洋，平田勝弘，新口昇，前田修平，塚野聖仁
  • 学会等名: 電気学会回転機・リニアドライブ・家電・民生合同研究会
  • 発表場所: 大阪工業大学
• [学会発表] 色情報を用いた球面アクチュエータ回転角度センシング技術開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 前田修平，平田勝弘
  • 学会等名: 電気学会リニアドライブ研究会
  • 発表場所: 北海道大学
• [学会発表] アウターロータ型球面アクチュエータのフィードバック制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 塚野聖仁, 平田勝弘, 新口昇, 堺谷洋, 前田修平
  • 学会等名: 電気学会静止器・回転機合同研究会
• [学会発表] Independently Controllable Electromagnetic Spherical Actuator (2012)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Maeda, Katsuhiro Hirata, Noboru Niguchi
  • 学会等名: Proceedings of the International Conference on Electorical Machines (ICEM2012)
  • 発表場所: France
• [学会発表] 2-DOF Electromagnetic Spherical Actuator with Wide Rotation Angle (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakaidani, K. Hirata, N. Niguchi, T. Mingyu, S. Maeda
  • 学会等名: IEEE International Magnetics Conference
  • 発表場所: Vancouver, Canada
• [学会発表] Independently Controllable Electromagnetic Spherical Actuator (2012)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Maeda, Katsuhiro Hirata, Noboru Niguchi
  • 学会等名: The International Conference on Electorical Machines (ICEM2012)
  • 発表場所: France
• [学会発表] Dynamic Analysis of an Independently Controllable Electromagnetic Spherical Actuator (2012)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Maeda, Katsuhiro Hirata, and Noboru Niguchi
  • 学会等名: 15th Biennial IEEE CEFC (Conference on Electromagnetic Field Computation)
  • 発表場所: Oita, Japan
• [学会発表] New Electromagnetic Spherical Actuator Specialized for 2-Degree-of-Freedom Rotation (2012)
  • 著者名/発表者名: Yo Sakaidani, Katsuhiro Hirata, Noboru Niguchi, Shuhei Maeda
  • 学会等名: 15th Biennial IEEE CEFC (Conference on Electromagnetic Field Computation),
  • 発表場所: Oita, Japan
• [学会発表] アウターロータ式三自由度電磁球面アクチュエータの提案 (2012)
  • 著者名/発表者名: 堺谷洋，前田修平，平田勝弘，塚野聖仁，新口昇，佟明宇
  • 学会等名: 第24回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム
  • 発表場所: 富山市
• [学会発表] アウターロータ型球面アクチュエータの開発と制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 塚野聖仁，平田勝弘，新口昇，堺谷洋，前田修平
  • 学会等名: 電気学会回転機・リニアドライブ・家電・民生合同研究会
  • 発表場所: 大阪市
• [学会発表] 三軸独立制御可能な球面電磁アクチュエータの位置フィードバック制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 前田修平，平田勝弘，新口昇
  • 学会等名: 電気学会回転機・リニアドライブ・家電・民生合同研究会
  • 発表場所: 大阪市
• [学会発表] ２軸独立制御可能な球面電磁アクチュエータのフィードバック制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 堺谷洋，平田勝弘，新口昇，前田修平
  • 学会等名: 電気学会回転機・リニアドライブ・家電・民生合同研究会
  • 発表場所: 大阪市
• [学会発表] アウターロータ型球面アクチュエータのフィードバック制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 塚野聖仁，平田勝弘，新口昇，堺谷洋，前田修平
  • 学会等名: 電気学会静止器・回転機合同研究会
  • 発表場所: 函館市
• [学会発表] Characteristics Analysis of a New Spherical Actuator Employing 3-D FEM (2011)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Maeda, Katsuhiro Hirata
  • 学会等名: Proceedings of IEEE COMPUMAG 2011
  • 発表場所: Sydney, Australia
• [学会発表] "Characteristics Analysis of a New Spherical Actuator Employing 3-D FEM" (2011)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Maeda, Katsuhiro Hirata
  • 学会等名: IEEE COMPUMAG 2011, Sydney, Australia
  • 発表場所: シドニーコンベンションホール
• [学会発表] "三軸独立制御可能な球面電磁アクチュエータの開発" (2011)
  • 著者名/発表者名: 前田修平，平田勝弘，新口昇
  • 学会等名: 電気学会モータドライブリニアドライブ合同研究会
  • 発表場所: 静岡大学浜松キャンパス