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2013 年度 実績報告書

低侵襲性外科手術シミュレータのための多自由度鉗子型ハプティックシステムの開発研究

研究課題

研究課題/領域番号 23686046
研究機関横浜国立大学

研究代表者

下野 誠通  横浜国立大学, 工学研究院, 准教授 (90513292)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2014-03-31
キーワードハプティクス / モーションコントロール / 制御工学 / 電気機器工学 / リニアモータ / パワーエレクトロニクス
研究概要

平成23年度の研究成果より、力覚フィードバック性能を損なうことなく鉗子型ハプティックシステムの更なる多自由度化を実現するためには、新しいダイレクトドライブアクチュエーション技術の開発が必要不可欠であることが明らかになった。そこで、昨年度では、多自由度鉗子型ハプティックシステムのピッチ自由度とヨー自由度を実現するための、円弧形シャフトモータの試作開発を行った。そして、円弧形シャフトモータ試作機の基本特性評価実験の結果から、この独創的なアクチュエーション技術は実世界ハプティクスへの応用が十分に可能であり、この技術をさらに発展させることで革新的な多自由度ハプティックシステムの実現が期待できるとの知見を得た。
このような大きな研究成果を得たことを受け、本年度ではまず円弧形シャフトモータのモーションコントロール技術の開発研究を行った。ロバストな角度制御、力センサを用いない広帯域での力制御、2台の円弧形シャフトモータ間での力覚フィードバック制御が実現できることを試作機を用いて実験実証した。
また、円弧形状の固定子パイプ内への装入に適した断面が台形形状をした円筒ネオジム磁石を設計試作し、可動子部のコイルと固定子部のネオジム磁石との間のギャップ設計についても改良を行うなど、円弧形シャフトモータの高推力化に向けた研究を併せて実施した。電磁界解析ソフトウェアを用いた数値解析結果と、今年度に試作した新構造の円弧形シャフトモータに対する基礎実験結果から、多自由度鉗子型ハプティックシステムへ実用するために十分に高い推力特性を獲得できたことを確認した。
これらの結果を受け、年度末においては高推力円弧形シャフトモータを実装した二自由度バイラテラルプラットフォームを開発し、鉗子型ハプティックシステムの多自由度化を実現するための新しいアクチュエーション技術を確立した。

現在までの達成度 (区分)
理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (13件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 作業空間オブザーバに基づく推定等価質量を用いた運動制御手法の有効性検証2014

    • 著者名/発表者名
      富樫信之,山下徹,下野誠通,元井直樹,小田尚樹
    • 雑誌名

      電気学会論文誌産業応用部門誌

      巻: Vol. 134-D, No. 2 ページ: 115-126

    • DOI

      10.1541/ieejias.134.115

    • 査読あり
  • [学会発表] Thrust Characteristics Improvement of a Circular Shaft Motor for Direct-Drive Applications2014

    • 著者名/発表者名
      M. Omura, T. Shimono, Y. Fujimoto
    • 学会等名
      The 2014 International Power Electronics Conference (IPEC-Hiroshima 2014)
    • 発表場所
      広島(日本)
    • 年月日
      20140518-20140521
  • [学会発表] Experimental Comparison of Design Methods for Equivalent Mass Matrix in Motion Control System Based on Workspace Observer2014

    • 著者名/発表者名
      N. Togashi, T. Shimono, N. Motoi, and N. Oda
    • 学会等名
      The IEEE 13th International Workshop on Advanced Motion Control (AMC2014)
    • 発表場所
      横浜(日本)
    • 年月日
      20140314-20140316
  • [学会発表] 円弧円筒形リニアモータのバイラテラル制御2014

    • 著者名/発表者名
      浅井洋,大村元紹,下野誠通,藤本康孝
    • 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
    • 発表場所
      東京(日本)
    • 年月日
      20140310-20140311
  • [学会発表] 実世界ハプティクスへの応用に向けた円弧形シャフトモータの推力特性向上2013

    • 著者名/発表者名
      大村元紹,下野誠通,藤本康孝
    • 学会等名
      電気学会メカトロニクス制御研究会
    • 発表場所
      長岡(日本)
    • 年月日
      20131122-20131123
  • [学会発表] 作業空間オブザーバに基づく運動制御における力参照値を生成する等価質量行列に関する比較実験2013

    • 著者名/発表者名
      富樫信之,下野誠通,元井直樹,小田尚樹
    • 学会等名
      第56回自動制御連合講演会
    • 発表場所
      新潟(日本)
    • 年月日
      20131116-20131117
  • [学会発表] Development of a Half-Circle-Shaped Tubular Permanent Magnet Machine2013

    • 著者名/発表者名
      M. Omura, T. Shimono, Y. Fujimoto
    • 学会等名
      The 39th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON2013)
    • 発表場所
      ウィーン(オーストリア)
    • 年月日
      20131110-20131113
  • [学会発表] 円弧型シャフトモータのロバストモーションコントロール2013

    • 著者名/発表者名
      下野誠通,大村元紹,浅井洋,藤本康孝
    • 学会等名
      第31回日本ロボット学会学術講演会
    • 発表場所
      東京(日本)
    • 年月日
      20130904-20130906
  • [学会発表] 異自由度バイラテラルシステムのための可操作度追従制御2013

    • 著者名/発表者名
      富樫信之,下野誠通,元井直樹
    • 学会等名
      第31回日本ロボット学会学術講演会
    • 発表場所
      東京(日本)
    • 年月日
      20130904-20130906
  • [学会発表] 第三軌条方式電気鉄道のための集電靴の接触力制御2013

    • 著者名/発表者名
      大堀真聖,下野誠通
    • 学会等名
      平成25年電気学会産業応用部門大会
    • 発表場所
      山口(日本)
    • 年月日
      20130828-20130830
  • [学会発表] モード分解理論に基づく複数台移動ロボットの隊列制御2013

    • 著者名/発表者名
      和田将季,下野誠通,元井直樹
    • 学会等名
      平成25年電気学会産業応用部門大会
    • 発表場所
      山口(日本)
    • 年月日
      20130828-20130830
  • [学会発表] 円弧型シャフトモータの開発2013

    • 著者名/発表者名
      大村元紹,下野誠通,藤本康孝
    • 学会等名
      平成25年電気学会産業応用部門大会
    • 発表場所
      山口(日本)
    • 年月日
      20130828-20130830
  • [学会発表] Experimental Evaluation for Individual Physical Function of Upper Limb Based on FEMS Theory2013

    • 著者名/発表者名
      T. Shimono, H. Ohkubo, C. Morito, Y. Hasegawa, Y. Sakurai, and S. Ishii
    • 学会等名
      IEEE Humanitarian Technology Conference (HTC2013)
    • 発表場所
      仙台(日本)
    • 年月日
      20130826-20130829
  • [学会発表] 運動情報と筋電位信号の統合解析による身体理解に向けた基礎実験

    • 著者名/発表者名
      下野誠通,大久保宏海,森藤力,長谷川由理,櫻井好美,石井慎一郎
    • 学会等名
      電気学会産業計測制御研究会
    • 発表場所
      東京(日本)
  • [備考] 下野研究室

    • URL

      http://www.tsl.ynu.ac.jp/

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公開日: 2015-05-28  

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