高分子液晶を用いたメカトロニクス機器の高速・高精度制御に関する研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09650292
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 古荘 純次 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70107134)
• 研究分担者: 坂口 正道 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (60283727)
• キーワード: メカトロニクス / 高精度制御 / 振動制御 / 機能性流体 / ロボティクス / フレキシブルアーム / ダイレクトドライブシステム

研究概要

近年,電場によってそのレオロジー特性が制御可能なER流体の一つとして,高分子液晶が開発された.この高分子液晶は,電場によってニュートン流体としての粘性が制御可能であり,その特性は線形性が良く,精密な制御に適する.そこで,本研究ではこの高分子液晶を封入したダンパを用いることにより,制御状態に応じた適切なダンピングを機械システムに対して与えることにより,より高精度な制御が可能となることを実証した.平成10年度に得られた結果は,以下のとおりである.
(1) レーザ距離センサおよび高分解能ロータリーエンコーダを用いて高速・高精度位置決め制御実験を行った.高速移動時には,ERダンパへの印可電圧を制御してダンピングを最小とし,精密位置決め時にはダンピングが最大となるようにする.制御器はロバスト制御理論により決定した.
(2) 外力を推定してフィードフォワードすると,外力の影響を受けにくいシステムが構成できる.ただし,駆動系に弾性を有するシステムにこの方式を適用すると系が振動的となる.このようなシステムにERダンパを付加すると,サーボ剛性が非常に高くかつ安定性の良いシステムが得られることを実験により示し,その特性を解析した.
(3) ダイレクトドライブ方式のサーボ剛性の向上は,高精度なメカトロニクスシステムを構成するための今後の一つの大きな課題である.これを達成するためには,ERダンパの使用が有効な方法であることを実験および解析により示した.

研究成果

• [文献書誌] N. Takesue, et al.: "Precise Position Control of Robot Arms Using a Homogeneous ER Fluid" Proc. of the IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation. Vol.3. 2470-2475 (1998)
• [文献書誌] N. Takesue, et al.: "Motion Control of 2-Inertia System Using Liquid Crystalline Polymers" Proc. of the 3rd Int. Conf. on Advanced Mechatronics. Vol.2. 721-726 (1998)
• [文献書誌] N. Takesue, et al.: "Precise Position Control of Robot Arms Using a Homogeneous ER Fluid" IEEE Control Systems. 印刷中. (1999)
• [文献書誌] N. Takesue, et al.: "High Stiffness Control of Direct-Drive Motor System by a Homogeneous ER Fluid" Proc. of the IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation. 印刷中. (1999)