ロボット用パワー超音波モータの非線形特性解析と制御

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16078213
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 前野 隆司 慶應義塾大学, 大学院・システムデザイン・マネジメント研究科, 教授 (20276413)
• 研究分担者: 竹村 研治郎 慶應義塾大学, 理工学部, 専任講師 (90348821)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2008
• キーワード: 超音波モータ / 振動計測 / 解析 / 制御 / ロボットハンド / 触覚ディスプレイ

研究概要

超音波モータのスタート・ストップ時の過渡応答特性を精密計測するとともに,圧電変換・接触変換を含むモデルを作成することによって,超音波モータの特性を解析する手法を開発した。また,構築したモデルに基づき,超音波モータの非線形制御系を構築し,超音波モータのトルク制御を実現した。さらに、超音波モータを用いた5指ロボットハンドおよび義手、超音波振動子を用いた触覚ディスプレイを開発し、新たなロボットへのアプリケーション例を示した。

研究成果

• [雑誌論文] ヒトの把持力分布を模倣した5指なじみ機構を有する義手の開発 (2008)
  • 著者名/発表者名: 神川康久,前野隆司
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 74巻746号C編 ページ: 2542-2548
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of Multi-DOF Ultrasonic Actuator for Dexterous Surgical Instrument (2008)
  • 著者名/発表者名: Kenjiro Takemura, Shinsuk Park and Takashi Maeno
  • 雑誌名: Journal of Sound and Vibration 311 ページ: 652-666
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-linear Dynamic Analysis of Traveling-Wave-Type Ultrasonic Motors (2008)
  • 著者名/発表者名: Akira Saito, Yosuke Nakagawa and Takashi Maeno
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control Vol.55, No.3 ページ: 717-725
  • 査読あり
• [雑誌論文] 進行波型超音波モータの非線形動特性解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 中川洋祐,斎藤彰,前野隆司
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 73巻727号C編 ページ: 708-715
  • 査読あり
• [雑誌論文] 単層駆動型多自由度超音波モータ (2007)
  • 著者名/発表者名: 音川佳代,竹村研治郎,前野隆司
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 73巻726号C編 ページ: 577-582
  • 査読あり
• [雑誌論文] 摩擦接触モデルを用いた進行波型超音波モータのトルク制御 (2006)
  • 著者名/発表者名: 小河原洋一,前野隆司
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 72巻714号C編 ページ: 441-448
  • 査読あり
• [雑誌論文] 超音波モータと弾性要素を用いた5指ロボットハンド開発 (2005)
  • 著者名/発表者名: 山野郁男,前野隆司
  • 雑誌名: 日本ロボット学会誌 23巻8号 ページ: 977-985
  • 査読あり
• [雑誌論文] 超音波ブレーキの開発 (2005)
  • 著者名/発表者名: 小山辰也,竹村研治郎,前野隆司
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 71巻703号C編 ページ: 875-880
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of a Plate Type Multi-DOF Ultrasonic Motor and its Self-Oscillation Driving Circuit (2004)
  • 著者名/発表者名: Kenjiro Takemura, Yuji Ohno and Takashi Maeno
  • 雑誌名: IEEE/ASME Transactions on Mechatronics Vol.9, No.3 ページ: 474-480
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study on Multi-DOF Ultrasonic Actuator for Laparoscopic Instrument (2004)
  • 著者名/発表者名: Shinsuk Park, Kenjiro Takemura and Takashi Maeno
  • 雑誌名: Bulletin of JSME, Series C Vol.47, No.2 ページ: 574-581
  • 査読あり
• [学会発表] Dynamic Characteristics Analysis and Control of Power Ultrasonic Motors (2008)
  • 著者名/発表者名: Takashi Maeno
  • 学会等名: International Symposium on Next-Generation Actuator Leading Breakthroughs
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-12-08
• [学会発表] Invited Speech (2008)
  • 著者名/発表者名: Takashi Maeno, Haptics of Humans and Robots
  • 学会等名: 18th International Conference on Artificial Reality and Telexistence
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2008-12-03
• [学会発表] Underactuated Five-Finger Prosthetic Hand Inspired by Grasping Force Distribution of Humans, Proc IEEE/RSJ Intl. (2008)
  • 著者名/発表者名: Yasuhisa Kamikawa and Takashi Maeno
  • 学会等名: Conference on Intelligent Robots and Systems
  • 発表場所: ニース
  • 年月日: 2008-09-22
• [学会発表] Hybrid Display of Realistic Tactile Sense using Ultrasonic Vibrator and Force Display, Proc. IEEE/RSJ Intl. (2008)
  • 著者名/発表者名: Yuta Shiokawa, Atsushi Tazo, Masashi Konyo and Takashi Maeno
  • 学会等名: Conference on Intelligent Robots and Systems
  • 発表場所: ニース
  • 年月日: 2008-09-22
• [学会発表] Hybrid Display of Realistic Tactile Sense using Ultrasonic Vibrator and Force Display (2008)
  • 著者名/発表者名: Yuta Shiokawa, Atsushi Tazo, Masashi Konyo and Takashi Maeno
  • 学会等名: APCOSE
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2008-09-22
• [学会発表] 小型超音波モータ内蔵型20自由度ロボットハンド (2008)
  • 著者名/発表者名: 五味淳,前野隆司,川渕一郎
  • 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'08講演論文集
  • 発表場所: 長野
  • 年月日: 2008-06-06
• [学会発表] 超音波振動子と力覚呈示装置の統合に基づく複合触感呈示法 (2008)
  • 著者名/発表者名: 塩川雄太,前野隆司,昆陽雅司
  • 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'08講演論文集
  • 発表場所: 長野
  • 年月日: 2008-06-06
• [学会発表] Nonlinear Transient Response Analysis of Traveling-Wave-Type Ultrasonic Motors, Proc. (2008)
  • 著者名/発表者名: Akira Saito and Takashi Maeno
  • 学会等名: IEEE 7th International Symposium on Applications of Ferroelectrics
  • 発表場所: サンタフェ
  • 年月日: 2008-02-27
• [学会発表] Non-Linear Analysis and Control of Power Ultrasonic Motors (2007)
  • 著者名/発表者名: Takashi Maeno
  • 学会等名: International Symposium on Next-Generation Actuator Leading Breakthroughs
  • 発表場所: 那覇
  • 年月日: 2007-11-20
• [学会発表] Dynamic Characteristics Analysis and Control of Power Ultrasonic Motors (2007)
  • 著者名/発表者名: Takashi Maeno
  • 学会等名: International Symposium on Next-Generation Actuator Leading Breakthroughs
  • 発表場所: 那覇
  • 年月日: 2007-11-19
• [学会発表] Recent Progress of Ultrasonic Motors in Japan (2007)
  • 著者名/発表者名: Takashi Maeno
  • 学会等名: The 4th International Workshop on Piezoelectric Materials and Applications in Actuators
  • 発表場所: 南京
  • 年月日: 2007-09-13
• [学会発表] 超音波モータの最近の動向 (2007)
  • 著者名/発表者名: 前野隆司
  • 学会等名: 日本機械学会2007年度年次大会講演資料集
  • 発表場所: 吹田
  • 年月日: 2007-09-11
• [学会発表] Tactile Displaying Method using Ultrasonic Vibrator for Controlling Sense of Roughness and Softness (2007)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Tazo and Takashi Maeno
  • 学会等名: 19th International Congress on Acoustics
  • 発表場所: マドリッド
  • 年月日: 2007-09-03
• [学会発表] Design of a ring-type ultrasonic motor by use of mixed vibration modes for implovement of efficienct and life time by reduction of slippage (2007)
  • 著者名/発表者名: Makoto Toeda and Takashi Maeno
  • 学会等名: 19th International Congress on Acoustics
  • 発表場所: マドリッド
  • 年月日: 2007-09-03
• [学会発表] Design of a Multi-DOF Linear Ultrasonic Motor by use of a First Longitudinal Mode and Two First Bending Modes (2007)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Kanasugi and Takashi Maeno
  • 学会等名: 19th International Congress on Acoustics
  • 発表場所: マドリッド
  • 年月日: 2007-09-03
• [学会発表] 超音波振動を用いた触覚インターフェースのための小型振動子の開発 (2007)
  • 著者名/発表者名: 元木陽平,山田浩史,昆陽雅司,田所諭,前野隆司
  • 学会等名: 第12回ロボティクスシンポジア
  • 発表場所: 長岡
  • 年月日: 2007-03-12
• [学会発表] Novel Ultrasonic Motors and Their Applications (2006)
  • 著者名/発表者名: Takashi Maeno
  • 学会等名: 1st International Symposium on Next-Generation Actuator Leading Breakthroughs
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2006-12-18
• [学会発表] Tactile Display of Surface Texture by use of Amplitude Modulation of Ultrasonic Vibration (2006)
  • 著者名/発表者名: Takashi Maeno, Kayo Otokawa and Masashi Konyo
  • 学会等名: IEEE Ultrasonics Symposium
  • 発表場所: バンクーバー
  • 年月日: 2006-10-04
• [学会発表] 超音波振動の振幅変調を用いた人工触感呈示法 (2006)
  • 著者名/発表者名: 昆陽雅司,音川佳代,前野隆司
  • 学会等名: 第24回日本ロボット学会学術講演会講演論文集
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2006-09-14
• [学会発表] 高効率化のための低摺動リニア超音波モータの開発 (2006)
  • 著者名/発表者名: 戸枝誠,前野隆司
  • 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'06講演論文集
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2006-06-27
• [学会発表] 遺伝的アルゴリズムを用いた多自由度超音波モータの設計方法 (2006)
  • 著者名/発表者名: 田蔵淳史,前野隆司
  • 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'06講演論文集
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2006-06-27
• [学会発表] 複数の回転子を有する多自由度超音波モータの開発 (2006)
  • 著者名/発表者名: 金杉英明,前野隆司
  • 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'06講演論文集
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2006-06-27
• [学会発表] Design of a Slip-Free Linear Ultrasonic Motor for Efficiency Improvement, Proc. (2006)
  • 著者名/発表者名: M. Toeda and T. Maeno
  • 学会等名: 10th International Conference on New Actuators
  • 発表場所: ブレーメン
  • 年月日: 2006-06-15
• [学会発表] Development of a Multi-Degree-of-Freedom Ultrasonic Motor with Multiple Rotors, Proc. (2006)
  • 著者名/発表者名: H. Kanasugi and T. Maeno
  • 学会等名: 10th International Conference on New Actuators
  • 発表場所: ブレーメン
  • 年月日: 2006-06-15
• [学会発表] Design Method of a Multi-Degree-of-Freedom Ultrasonic Motor using Genetic Algorithm, Proc. (2006)
  • 著者名/発表者名: A. Tazo and T. Maeno
  • 学会等名: 10th International Conference on New Actuators
  • 発表場所: ブレーメン
  • 年月日: 2006-06-15
• [学会発表] 遺伝的アルゴリズムを用いた多自由度超音波モータの設計方法 (2006)
  • 著者名/発表者名: 田蔵淳史,前野隆司
  • 学会等名: 第6回日本機械学会機素潤滑設計部門講演会講演論文集
  • 発表場所: 松島
  • 年月日: 2006-05-30
• [学会発表] Takashi MaenoRecent Progress of Ultrasonic Motors (2005)
  • 著者名/発表者名: Takashi Maeno
  • 学会等名: The First International Workshop on Ultrasonic Motors and Actuators
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2005-11-14
• [学会発表] A Multi-Degree-of-Freedom Ultrasonic Motor using Plural Single-Phase-Drive-Type Vibrators (2005)
  • 著者名/発表者名: Kayo Otokawa, Kenjiro Takemura and Takashi Maeno
  • 学会等名: The First International Workshop on Ultrasonic Motors and Actuators
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2005-11-14
• [学会発表] Development of an Arrayed Multi-Degree-of-Freedom Ultrasonic Motor, Proc. (2005)
  • 著者名/発表者名: K. Otokawa, K. Takemura and T. Maeno
  • 学会等名: Fifth International Symposium on Linear Drives for Industry Applications
  • 発表場所: 淡路
  • 年月日: 2005-09-26
• [学会発表] A Multi-Degree-of-Freedom Ultrasonic Motor using Plural Single-Phase-Drive-Type Vibrators (2005)
  • 著者名/発表者名: K. Otokawa and T. Maeno
  • 学会等名: The 1st International Conference on Manufacturing, Machine Design and Tribology
  • 発表場所: ソウル
  • 年月日: 2005-06-23
• [学会発表] 超音波振動の振幅変調を用いた複合触覚呈示法 (2005)
  • 著者名/発表者名: 昆陽雅司,音川佳代,前野隆司
  • 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'05講演論文集
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2005-06-09
• [学会発表] 単相駆動型振動子を用いた多自由度超音波モータq (2005)
  • 著者名/発表者名: 音川佳代,竹村研治郎,前野隆司
  • 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'05講演論文集
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2005-06-09
• [学会発表] Transient Analysis of Bar-Type Ultrasonic Motors, Proc. IEEE/RSJ Intl. (2004)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Nakagawa, Akira Saito and Takashi Maeno
  • 学会等名: Conference on Intelligent Robots and Systems
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2004-10-01
• [学会発表] Development of an Arrayed-type Multi-Degree-of-Freedom Ultrasonic Motor Based on a Selection of Reciprocating Vibration Modes, Proc. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kayo Otokawa and Takashi Maeno
  • 学会等名: IEEE International Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control 50th Anniversary Joint Conference
  • 発表場所: エドモントン
  • 年月日: 2004-08-25
• [学会発表] Torque Control of a Traveling Wave Type Ultrasonic Motor Impressed High Load Torque in Low Speed Range, Proc. (2004)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Ogahara and Takashi Maeno
  • 学会等名: IEEE International Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control 50th Anniversary Joint Conference
  • 発表場所: エドモントン
  • 年月日: 2004-08-25
• [学会発表] 往復振動モードの選択的励振に基づく振動子複数配置型多自由度超音波モータの開発 (2004)
  • 著者名/発表者名: 音川佳代,竹村研治郎,前野隆司
  • 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'04講演論文集
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2004-06-09
• [学会発表] 超音波モータと弾性要素を用いた5指型ロボットハンドの開発 (2004)
  • 著者名/発表者名: 山野郁男,前野隆司
  • 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'04講演論文集
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2004-06-09
• [学会発表] How to Make High-Efficiency Ultrasonic Motors, Proc. (2004)
  • 著者名/発表者名: Takashi Maeno, Ichiro Okumura, Takayuki Tsukimoto and Takao Mori
  • 学会等名: Intl. Conf. Acoustics
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2004-04-05
• [学会発表] Development of a Multi-Degree-of-Freedom Ultrasonic Motor using Single Mode Vibrations, Proc. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kayo Otokawa, Kenjiro Takemura and Takashi Maeno
  • 学会等名: Intl. Conf. Acoustics
  • 発表場所: 20040405
  • 年月日: 2004-04-05
• [図書] 圧電材料の基礎と最新応用 (2008)
  • 著者名/発表者名: 塩嵜忠,前野隆司,他
  • 総ページ数: 199-206
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] モータの事典 (2007)
  • 著者名/発表者名: 曽根悟,松井信行,堀洋一,前野隆司,他
  • 総ページ数: 494
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] 未来型アクチュエータ材料・デバイス-その基盤技術と研究展望 (2006)
  • 著者名/発表者名: 樋口俊郎,前野隆司,他
  • 総ページ数: 384
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] エヌ・ティー・エス (2005)
  • 著者名/発表者名: 前野隆司,他
  • 総ページ数: 644
  • 出版者: パートナーロボット資料集成
• [図書] アクチュエータ工学 (2004)
  • 著者名/発表者名: 樋口俊郎,前野隆司,他
  • 総ページ数: 93-106
  • 出版者: 養賢堂