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2020 年度 実績報告書

人間との協働を可能にする高逆駆動性アームロボットの開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K13741
研究機関長岡技術科学大学

研究代表者

横倉 勇希  長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (70622364)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードモーションコントロール / モータドライブ / ロボティクス / 加速度制御 / 力制御 / バックドライバビリティ
研究実績の概要

様々なロボットが近年普及し用いられているが,人間の生活空間でロボットが物理的に何かの対象物体に対して直接接触し協働するような作業は全く行えていない現状がある。その主原因は,ロボットに搭載されているモータ駆動システムの「逆駆動性(バックドライバビリティ)の低さ」にあり,人間を傷つけてしまう事故が実際に起きていることにある。逆駆動性とはモータ駆動システムの外部からの動かしやすさを示し,現状のモータ駆動システムの逆駆動性を低下させている大きな要因として,減速機とオイルシールの摩擦,共振振動の抑制制御,位置制御や遅い力制御での駆動の3つが考えられ,高い逆駆動性とは程遠いモータ駆動システムの設計と制御がなされていることが挙げられる。
そこで本研究では,それら3つの問題の解決を目的として,先進的なモーションコントロール技術と最先端のモータドライブ技術を融合させ,ロボット各軸に搭載される減速機付きACサーボモータの逆駆動性を制御的および回路的に高める手法を開発している。逆駆動性の向上方法①の摩擦トルク成分の能動的アシスト手法と方法②逆駆動性を低下させない共振振動の抑制手法を開発しており,この方法①ではオイルシールの非線形摩擦をモデル化することなく補償可能なことを実機実験により明らかとした。逆駆動性の向上方法②の1軸の「負荷側加速度制御」を新たに提案しており,1軸から多軸ロボットへの展開について理論的検証を行っている。さらに,逆駆動性の向上方法③として広い制御帯域を持つ電流制御をベースにした広帯域力制御についても,本研究に適した専用ハードウェアおよび制御ソフトウェアを新規に開発した。
本研究の最終目的は,人間の生活空間で使用可能な協働ロボットのための高逆駆動性モータ駆動システムを開発することにあり,目的が達成されると社会的インパクトは絶大で意義は大きい。

  • 研究成果

    (27件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 10件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] High-Robust Force Control for Environmental Stiffness Variation Based on Duality of Two-Inertia System2021

    • 著者名/発表者名
      Kawai Yusuke、Yokokura Yuki、Ohishi Kiyoshi、Miyazaki Toshimasa
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Industrial Electronics

      巻: 68 ページ: 850~860

    • DOI

      10.1109/TIE.2020.3009591

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vibration Suppression Control Using Resonance Frequency Damping Disturbance Observer for Robot Servo System2021

    • 著者名/発表者名
      Yabuki Akinori、Ohishi Kiyoshi、Miyazaki Toshimasa、Yokokura Yuki、Kanmachi Toshiyuki、Ando Itaru
    • 雑誌名

      IEEJ Journal of Industry Applications

      巻: 10 ページ: 36~44

    • DOI

      10.1541/ieejjia.20003474

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Robust Estimation Method for Stator Temperature Based on Voltage Disturbance Observer Autotuning Resistance for SPMSM2020

    • 著者名/発表者名
      Iwata Hiroki、Ohishi Kiyoshi、Yokokura Yuki、Okada Yuji、Ide Yuji、Kuraishi Daigo、Takahashi Akihiko
    • 雑誌名

      IEEJ Journal of Industry Applications

      巻: 9 ページ: 341~350

    • DOI

      10.1541/ieejjia.9.341

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Quick Force Balance Control Based on Equilibrium Point Movement of Tie-bar Temperature Controllers for Injection Molding Machine2020

    • 著者名/発表者名
      Matsui Yuki、Yokokura Yuki、Ohishi Kiyoshi、Hotta Daigo、Morita Hiroshi
    • 雑誌名

      IEEJ Journal of Industry Applications

      巻: 9 ページ: 597~604

    • DOI

      10.1541/ieejjia.9.597

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Quick Torsion Torque Control Based on Model Error Compensator and Disturbance Observer with Torsion Torque Sensor2021

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Kawai, Sora Nagao, Yuki Yokokura, Kiyoshi Ohishi, Toshimasa Miyazaki
    • 学会等名
      IEEE/SICE International Symposium on System Integration, SII2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Wideband Backforward-Drivability Motor Drive Based on Fast Current Control of Geared SPMSM2021

    • 著者名/発表者名
      Yuki Yokokura, Kiyoshi Ohishi
    • 学会等名
      The IEEE International Conference on Mechatronics ICM2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Position Control Based on Robust Load-side Acceleration Control Using Instantaneous State Onserver2021

    • 著者名/発表者名
      Taiga Shinozaki, Yusuke Kawai, Yuki Yokokura, Kiyoshi Ohishi, Toshimasa Miyazaki
    • 学会等名
      The 7th IEEJ International Workshop on Sensing, Actuation, Motion Control, and Optimization SAMCON2021
    • 国際学会
  • [学会発表] High Efficient Motor Drive System by Voltage-Integral-based Reference Tracking Modulation with Voltage Prediction2021

    • 著者名/発表者名
      Yuto Kobayashi, Kiyoshi Ohishi, Yuki Yokokura, Tenjiro Hiwatari, Sota Sano, Akira Satake
    • 学会等名
      The 7th IEEJ International Workshop on Sensing, Actuation, Motion Control, and Optimization SAMCON2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Deep Learning Based Singular Spectrum Analysis for Realization of Wideband Force Sensing2021

    • 著者名/発表者名
      Thao Tran Phuong, Kiyoshi Ohishi, Yuki Yokokura
    • 学会等名
      The IEEE International Conference on Mechatronics ICM2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Stable Torsion Torque Control for Two-Inertia Systems with Backlash Based on Duality of Nonlinear Friction and Backlash2021

    • 著者名/発表者名
      Juan Padron, Yusuke Kawai, Yuki Yokokura, Kiyoshi Ohishi, Toshimasa Miyazaki
    • 学会等名
      The 7th IEEJ International Workshop on Sensing, Actuation, Motion Control, and Optimization SAMCON2021
    • 国際学会
  • [学会発表] クラッチを有する二慣性系の非線形モデル予測制御に基づくねじれトルク制御法2021

    • 著者名/発表者名
      井脇 隆議, 滝 智洋, 大石 潔, 横倉 勇希, 川合 勇輔
    • 学会等名
      電気学会 半導体電力変換モータドライブ合同研究会
  • [学会発表] 誘導電動機の位置センサレス駆動システムのための電解コンデンサレスインバータの電源電流高調波抑制制御 ー第二報ー2021

    • 著者名/発表者名
      品川 大成, 大石 潔, 阿部 晃大, 横倉 勇希, 井上 達貴
    • 学会等名
      電気学会 半導体電力変換モータドライブ合同研究会
  • [学会発表] スイッチング損失低減のためのLUTに基づく直接仮想磁束制御2021

    • 著者名/発表者名
      小林 勇斗, 大石 潔, 横倉 勇希, 樋渡 天次郎, 佐野 壮太, 佐竹 彰
    • 学会等名
      電気学会 半導体電力変換モータドライブ合同研究会
  • [学会発表] Fine Torsion Torque Control for Geared Motors by a State-Reference-Dependent Variable-Order Friction Observer2020

    • 著者名/発表者名
      Juan Padron, Yusuke Kawai, Yuki Yokokura, Kiyoshi Ohishi, Toshimasa Miyazaki
    • 学会等名
      The 29th IEEE International Symposium on Industrial Electronics ISIE2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Enhancement of Performance on Sensor-less Force Sensation Using Singular Spectrum Analysis Based Force Observers2020

    • 著者名/発表者名
      Thao Tran Phuong, Kiyoshi Ohishi, Yuki Yokokura
    • 学会等名
      IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics AIM2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Switching Controller-less Approach and Contact Controls Based on Force Impulse Regulator2020

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Kawai, Yuki Yokokura, Kiyoshi Ohishi, Toshimasa Miyazaki
    • 学会等名
      IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics AIM2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Harmonics Reduction Control of Source Current of Electrolytic Capacitorless Inverter for Position-Sensorless Drive System of Induction Motors2020

    • 著者名/発表者名
      Taisei Shinagawa, Kiyoshi Ohishi, Kodai Abe, Yuki Yokokura, Tatsuki Inoue
    • 学会等名
      The 23rd International Conference on Electrical Machines and Systems ICEMS2020
    • 国際学会
  • [学会発表] ドリフトフリー瞬時状態オブザーバを用いた2 慣性系の高精度力制御2020

    • 著者名/発表者名
      篠﨑 泰雅, 川合 勇輔, 横倉 勇希, 大石 潔, 宮﨑 敏昌
    • 学会等名
      電気学会 産業計測制御/メカトロニクス制御合同研究会
  • [学会発表] 動力学補償計算に基づく状態オブザーバによるロボットモーション制御2020

    • 著者名/発表者名
      溝 大貴, 大石 潔, 宮崎 敏昌, 横倉 勇希, 矢吹 明紀
    • 学会等名
      電気学会 産業計測制御/メカトロニクス制御合同研究会
  • [学会発表] 慣性モーメントのリアルタイム代入FDTD動力学補償器を用いた産業用ロボットの位置制御法の提案2020

    • 著者名/発表者名
      溝 大貴, 大石 潔, 宮崎 敏昌, 横倉 勇希, 矢吹 明紀
    • 学会等名
      第38回日本ロボット学会学術講演会
  • [学会発表] A switched torsion disturbance observer for improving the performance of torsion torque control in a two inertia system with backlash2020

    • 著者名/発表者名
      Juan Padron, Yusuke Kawai, Yuki Yokokura, Kiyoshi Ohishi, Toshimasa Miyazaki
    • 学会等名
      電気学会 産業計測制御/メカトロニクス制御合同研究会
  • [学会発表] 動力学外乱トルク入力型FDTDオブザーバを用いたロボット関節の状態推定2020

    • 著者名/発表者名
      溝 大貴, 大石 潔, 宮崎 敏昌, 横倉 勇希, 矢吹 明紀
    • 学会等名
      令和2年電気学会東京支部新潟支所研究発表会
  • [学会発表] クラッチを有する二慣性系サーボシステムのための特性評価2020

    • 著者名/発表者名
      井脇 隆議, 大石 潔, 横倉 勇希, 滝 智洋
    • 学会等名
      令和2年電気学会東京支部新潟支所研究発表会
  • [学会発表] 動力学外乱トルク入力型FDTDオブザーバを用いた産業用ロボットの位置制御2020

    • 著者名/発表者名
      溝 大貴, 大石 潔, 宮崎 敏昌, 横倉 勇希, 矢吹 明紀
    • 学会等名
      電気学会 メカトロニクス制御研究会
  • [学会発表] クラッチを有する二慣性系の非線形モデル予測制御に基づく駆動力制御法2020

    • 著者名/発表者名
      井脇 隆議, 滝 智洋, 大石 潔, 横倉 勇希, 川合 勇輔, 山口 晃, 波多野 崇
    • 学会等名
      電気学会 メカトロニクス制御研究会
  • [学会発表] クラッチを有する二慣性共振系の制約条件付きモデル予測制御に基づくハイブリッド自動車のスムーズな加速制御法2020

    • 著者名/発表者名
      滝 智洋, 井脇 隆議, 大石 潔, 横倉 勇希, 山口 晃, 波多野 崇
    • 学会等名
      電気学会 メカトロニクス制御研究会
  • [備考] Side Warehouse of Laboratory

    • URL

      http://www.sidewarehouse.net/

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公開日: 2021-12-27  

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