| 研究課題/領域番号 |
24246032
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| 研究機関 | 近畿大学 |
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研究代表者 |
矢野 智昭 近畿大学, 次世代基盤技術研究所, 特任教授 (90358218)
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| 研究分担者 |
五福 明夫 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (20170475)
笠島 永吉 独立行政法人産業技術総合研究所, 先進製造プロセス研究部門, 主任研究員 (40356762)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 機能要素 / アクチュエータ / 球面 / 球対称 / 幾何学 |
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| 研究実績の概要 |
多面体にもとづいて球面センサ、球面支持機構、球面減速機を設計・試作し、球面アクチュエータと組み合わせて球面駆動システムを構築する。この過程で、従来のモータの設計・解析・制御理論を3次元ベクトル空間に拡張する。同時に、多面体幾何学を、一般的な電機機械システムの設計・解析・制御理論に拡張する。これらの研究目的に対し、これまでに以下の研究実績が上がっている。
球面センサは２個の光学センサを用いた相対姿勢センサ、ホール素子を用いた絶対姿勢センサ、CCDカメラを用いた絶対姿勢センサの開発を行い、フィードバック制御に成功した。球面支持機構は摩擦がある球体ベアリング方式が現状では最適と結論づけた。
球面減速機は摩擦球を使用する方式が次元の縮退現象を有していることがわかった。多面体にもとづく減速機の基礎原理を考案した。センサ、アクチュエータ、支持機構、球面減速機を組み合わせた球面駆動システムのプロトタイプを試作し、評価装置を用いて駆動実験を行った。
基底の取り替え行列を基本として球体姿勢を表現すると、センサ信号処理による姿勢表記が容易になること、球体回転子と電機子巻線の相対位置をパラメータとしてトルクマップを作成すれば球体ロータの姿勢制御が容易に行える。また、3次元空間内におけるPID制御は、1次元のPID制御の組み合わせとは異なることを示し、学位論文にまとめた。３次元空間内におけるPID制御理論が完成すれば、ロボットなどの多自由度システムの制御に適用して特性を大幅に改善できる可能性がある。
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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
本研究課題は、以下の２項目の大きな研究目標を達成するモデルケースとして球面駆動システムを組み上げ、研究目標が達成されたことを駆動実験により評価することである。
１．多面体幾何学にもとづく3次元空間内の制御理論を構築し、一般的な電機機械システムの設計・解析・制御理論に展開する。
２．トルクや材料特性をスカラー量としているモータの設計・解析・制御理論を3次元ベクトル空間に拡張する。
球面センサ、球面支持機構、球面減速機を多面体幾何学にもとづいて設計・試作し、球面アクチュエータと組み合わせて球面駆動システムを構築した。はじめにトルクや材料特性をスカラー量としているモータの設計・解析・制御理論を3次元ベクトル空間に拡張し、次に多面体幾何学にもとづいて3次元空間内の制御理論を構築し、構築した球面駆動システムの駆動実験により実証した。3次元空間におけるPID制御など、一般的な電機機械システムの設計・解析・制御理論に展開しつつある。
理論体系の構築は当初の想定以上に進展している。1次元空間におけるセンシング理論、減速機理論、PID制御理論のそれぞれが3次元空間に拡張するために直感的ではない数学的操作が必要になることを明らかにした。現在は、3次元空間におけるセンシング理論、PID制御理論の基礎的な体系化は完了し、減速機理論の体系化に取り組んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
トルクや材料特性をスカラー量としているモータの設計・解析・制御理論を3次元ベクトル空間に拡張し、多面体幾何学にもとづく3次元空間内の制御理論を構築し、一般的な電機機械システムの設計・解析・制御理論に展開するという大きな研究目的を達成するためのモデルケースとしての球面駆動システムの構築および評価システムの構築は順調に進んでいる。
平成27年度は、球面駆動システムの総合評価実験を行い、球面駆動システムのトルク／質量比を向上させるために高減速比減速機の構造の検討および球面アクチュエータの高トルク化に向けた方策の検討を行う。
3次元空間内における設計・解析・制御理論の基礎をまとめた。平成27年度に本プロジェクトの内容を単行本にまとめる。
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