Human- friendly leg support system using magnetic strain wave gear

2024 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 24K07385
• Research Institution: Ibaraki University
• Principal Investigator: 北山 文矢 茨城大学, 応用理工学野, 講師 (50774197)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2027-03-31
• Keywords: 磁気式波動歯車 / トルク推定 / ひずみセンサ

Outline of Annual Research Achievements

本年は，磁気式波動歯車を用いた力センサ・トルクセンサレスのトルク推定法を考案し，磁場解析・機構構造解析により力推定精度を調査し，実機でのトルク推定に向けた実験環境を構築した。
磁気式波動歯車では，磁石の付いた磁気式ウェーブジェネレータ(磁気式W/G，入力軸)，磁性弾性体外歯車であるフレクススプライン(F/S，出力軸)，剛体内歯車であるサーキュラスプライン(C/S，固定軸)から構成される。本トルク推定法では，まずF/S上の複数の点のひずみ情報ならびにF/Sの角度情報を取得する。ひずみと角度情報を位置情報に変換する。位置情報を楕円方程式に代入して，楕円方程式係数を逆行列もしくは疑似逆行列から計算する。楕円方程式係数からF/Sの変形形状情報(変形楕円の傾き)を推定する。それから変形形状－トルク関係式に基づき，トルクを推定する。磁気式W/G静止時かつ一定トルク1.5Nm付与時に6点の情報を用いてトルクを推定したところ，1.49Nmとなった。同条件で3点の情報を用いてトルクを推定したところ，1.45Nmとなり推定精度は低下した。また，磁気式W/G回転時かつ一定トルク1.5Nm付与時には推定トルクが脈動し，正確に推定ができなかった。そのため，磁気式W/Gの回転角度に応じた補正係数の付与などの推定方法改良が必要と判断した。
磁気式波動歯車試作機のF/Sにトルク真値測定用トルク計ならびに推定用ひずみセンサを取り付けた実験系を構築した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初は磁場解析・機構構造解析でのトルク推定，試作機でのトルク推定実験を実施する予定であった。しかし，回転時のトルク推定精度が低かったため，推定実験実施までには至らなかった。そのため，計画よりやや遅れていると判断した。

Strategy for Future Research Activity

まず，回転時の動的なトルクの推定精度を高めるために，補正係数導入ならびに推定式の見直しを進める。それから，実機でトルク推定を実施し，推定精度を検証する。それから，当初の予定通り，推定トルクを用いた位置・力ハイブリッド制御をMatlam/simulinkおよびdSPACEを用いて解析モデルおよび実験系に実装する。磁気式波動歯車出力軸に外部物体から力を与えた時にも，外部物体を損傷させることなく制御可能かを調査する。

Causes of Carryover

本年度は当初予定していたトルク推定実験実施まで至らなかった。そのため，推定実験実施後の治具改良費用が生じなかった。
次年度の治具改良時に本費用を使用する予定である。