| 研究課題/領域番号 |
15K01229
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| 研究機関 | 北九州市立大学 |
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研究代表者 |
清田 高徳 北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (00195405)
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| 研究分担者 |
南山 靖博 久留米工業高等専門学校, 機械工学科, 講師 (20549688)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | メカトロニクス / パワーアシスト / 安全工学 / 制御工学 / 空気圧人工筋 |
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| 研究実績の概要 |
１．パッシブダイナミック制御（ＰＤＣ）理論の展開：ＰＤＣは、本質的安全設計の考え方を取り入れた機械システム制御法であり、移動操作と平衡操作を分けて行うなどの特徴がある。しかし、マニピュレータによる持ち上げ制御では、移動に伴って平衡状態が崩れてしまう。この問題への対策として、ＰＤＣにＰＩＤ制御を併用する改良ＰＤＣを提案し、空気圧ゴム人工筋２リンクマニピュレータ実験装置を用いて、その有効性を検証し、制御性の向上を行った。また、装置の改良設計を行った。さらに、１リンク装置を用いて、平衡装置と移動装置を別にすることで安全性を保ちつつ制御性の向上を図る方法を検討し、昨年よりも良好な成果が得られた。
２．上下方向パワーアシストシステムの開発：ＰＤＣの考え方を適用し、重量物に直接手で力を加えることで上下方向の移動を実現するダイレクトハンドリング可能な装置の開発を進めた。北九大で改良を重ねた巻きばねを用いる装置と、研究協力者が明治大学で開発したコイルばねを用いる装置の両方を用いて、安全性検証実験を行い、揺れや衝撃や電源喪失などに対しての有効性を確認した。さらに、小型化に関する検討を行った。
３．水平搬送システムの開発：開発したパワーアシストシステムを、水平方向の移動にも対応できるよう拡張する研究を行った。市販の台車に開発した装置を取り付けたパワーアシスト台車の試作機を製作した。本システムは、傾斜の増加に伴う負荷増加の分だけをばねとモータによって補償する構造であり、傾角が変わっても、平坦な水平面と同程度の操作力で操作できることに特徴がある。基本メカニズムの有効性を確認した。
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| 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
１．ＰＤＣを包含する安全な制御に関する理論の構築：従来のＰＤＣの問題に対し、対策を検討して、空気圧人工筋マニピュレータの持ち上げ制御実験により、効果を確認した。また、装置の問題点に対し、改良設計を行った。さらに、制御性の向上を検討中である。また、研究協力者らが提唱している本質安全制御とＰＤＣの関係について考察を行い、パワーアシスト装置への適用を検討した。
２．鉛直上下方向パワーアシストシステムの開発と評価：これまでに２種類のばねを用いた実験装置を開発し、力センサを用いるシステムに対する優位性を示すと共に、両タイプの比較を行った。現在は、制御性と操作性を向上させるための方法とシステム改良について検討を進めている。
３．パワーアシストシステムの搬送装置への応用：コイルばねを用いる基本システムを利用した、パワーアシスト台車の試作機を製作し、基本原理の有効性を確認した。ここまでは、おおむね計画通りに進んでいる。まだ検討すべき課題は多く、改造と改良型の設計について検討を進めている。
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| 今後の研究の推進方策 |
１．上下方向パワーアシスト装置の操作性向上と改良：ばねを用いる２タイプのダイレクトハンドリング装置に対し、操作性と制御性の向上を目的とする改造を行うと共に、小型化を目指した研究を進める。制御関連装置の小型化は既に検討を始めているが、さらにモータやばね部の小型化を検討し、改良型の設計を行い、できれば製作して完成させたい。
２．パワーアシスト台車の操作性向上と改良：昨年度までの成果に基づいて、問題点を洗い出すと共に、改良についての検討を進める。改造による操作性の向上を図りながら、改良型の試作に取り組む。
３．空気圧ゴム人工筋マニピュレータの重量物持ち上げ制御に関する研究：現在、２リンクマニピュレータに対して、問題点解決のための改良を行っている。早いうちに完成させて、重量物を取り付けた軌道追従制御実験により、改良ＰＤＣの有効性を評価する。さらに、平衡操作と移動操作を別々に行う方法に対しても、２リンクマニピュレータの開発を進める。
４．ＰＤＣを包含する安全な制御理論の構築：ダイレクトハンドリング装置とパワーアシスト台車は、どちらも制御によって安全を確保するシステムである。本質安全制御をＰＤＣの上位概念としてとらえ、実用的な安全制御理論の構築を目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
パワーアシスト装置の改良設計を行っているが、全てを製作することはできないので、どの装置を優先するか慎重に検討して、予算の使用を遅らせた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
今年度、改良品の製作に使用する。
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