| 研究課題/領域番号 |
21K04020
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| 研究機関 | 長岡技術科学大学 |
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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)
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| 研究分担者 |
大石 潔 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (40185187)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | モーションコントロール / モータドライブ / パワーエレクトロニクス / 加速度制御 / 力制御 |
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| 研究実績の概要 |
現在のところ，人間の生活領域において物理的な接触をともなう様々な作業を代替できる汎用性のある多関節ロボットは未だに見当たらない。その主たる原因は，従来の産業用ロボットの「力制御帯域の低さ」にあり，産業界で活躍中の位置制御のみに特化したロボットをそのまま生活領域汎用ロボットとしては適用できないことにある。力制御帯域とはロボットに加わる外力をどの周波数まで制御可能かを示す指標であり，産業用ロボットの力制御帯域を低下させている大きな要因として加速度次元の共振振動・永久磁石同期モータの遅い電流制御・遅いねじれトルク制御がある。そこで本研究では，それら３つの問題の解決を目的とし，位置制御と力制御との双方が広帯域に亘り可能な「負荷側加速度制御」を実現させることで，従来の産業用ロボットを生活領域汎用ロボットへと変生させることを目指している。
加速度制御の広帯域化の実現方法(1)では「負荷側加速度制御」を適用し，実現方法(2)では，高速スイッチング可能なインバータの開発と低レイテンシ空間ベクトル変調器の実装，積分器を廃した非積分形電流制御器をそれぞれ実装する。広帯域化の実現方法(3)では低レイテンシねじれトルクセンサを開発し，検出遅れを排除する。
初年度から2年目に掛けては、広帯域化の実現方法(3)と(2)を実施し，低レイテンシねじれトルクセンサと高速電流制御サーボアンプの理論解析・設計・製作・単体実験を行った。最終的に，核心をなす問いに対して「負荷側加速度制御」が強力な解答となることを明らかにする。
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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
4kHz以上の電流制御帯域を持つ高速電流制御を実現し，実機実験での実証を完了しており，ねじれトルクセンサの基本設計と初期実装，初期動作確認および静的特性の取得も完了済みであり，おおむね順調に進展しているといえる。また，負荷側加速度制御に必須となるねじれトルク制御の構成方法も新たに進展があり，従来のねじれトルク制御では積分器を2個使用したI-P-I-Pねじれトルク制御器と制振制御のための共振比制御を使用していたが，トータルのシステムの次数が4次となり，目標値伝達関数の相対次数が4ということもあり，大変制御帯域が低く遅い制御となっていた。一方で，新しい制御手法が最近になり考案でき，システムの次数と相対次数が2に低減できたことから，ねじれトルク制御の制御帯域の広帯域化が可能となってきたことが確かめられてきている。
ただし，近年の新型コロナウィルス感染症と国際情勢での問題に起因して，基本的な電子部品，半導体部品，コネクタなどが入手困難になっており，研究開発に必要なハードウェア開発に支障をきたし始めていることが懸念点になっている。
以上のことから、現在までの進捗状況はおおむね順調に進展しているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は開発した高速電流制御サーボアンプと低レイテンシねじれトルクセンサ，また最近になって新たに考案した広帯域化可能なねじれトルク制御系の構成方法の３つの要素技術を組み合わせることとで，まずはねじれトルク制御の実装と実機実験検証を行っていく。高速電流制御サーボアンプについては，ハードウェアおよびソフトウェア，FPGAロジックは完成しているが，低レイテンシねじれトルクセンサの方はハードウェアの改善の余地があるため，継続して開発を続ける。その後，負荷側加速度制御系の実装と実機実証を行っていく。しかしながら，前節で述べたように電子部品の入手困難性から多軸ロボットへの拡張が可能かどうかが問題となる可能性がある。本研究では最終段階として，負荷側加速度制御でのロボットの駆動を目指していく。
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