アシスト技術を支えるロボット・メカトロ技術一覧

テーマ「アシスト技術を支えるロボット・メカトロ技術」では、以下の7つの技術を研究しています。各技術へのお問い合わせは、研究室リンクよりお願いします。

重労働作業支援技術

従事者の身体的負担を軽減させる重労働作業支援ロボットの開発を行っています。日本では他国が経験したことのない速さで少子高齢化が進行しており、それに伴い工業や農業分野では後継者不足と高齢化が深刻な問題となっています。このため、重労働を支援するロボットが必要とされていますが、それらは悪環境下での作業が多く、従来型のロボット技術では未だ解決できていない問題も多くあります。この問題を解決するための技術開発を行っています。

メカトロニクス研究室

人間の特性に近い剛性可変アーム

筋は力を発揮するほど剛性が増加する特性を持ち、人は作業に応じて剛性を調節していると言われています。一方、日本は急速な少子化によって労働力不足となっています。そのため、人間環境で人と同じ作業が行えるロボットが必要となっています。その実現のためには、接触によって危害を加えない安全性と、人間のように外界を認識して様々な作業を行えることが必要です。その実現を目指して、軽量で柔軟性のある剛性可変腱駆動駆動アームを対象として、作業に合わせて剛性を調整でき、人と同じ2つのカメラを備え、様々なセンサ情報を組み合わせた制御手法の開発を行っています。

電機システム研究室

モーションコントロール技術

政府が提唱しているSociety5.0では、まずフィジカル空間のセンサからの膨大な情報がサイバー空間に集積されます。サイバー空間ではこのビッグデータを人工知能(AI)が解析し、その結果がロボットなどを通してフィジカル空間の人間に様々な形でフィードバックされます。一方で、「動きの制御」を意味するモーションコントロールでは、まずカメラなどのセンサからフィジカル空間の情報がサイバー空間に集積されます。サイバー空間ではこの情報をコントローラが解析し、その結果がフィジカル空間の機械(ロボット、モビリティ、デジタル家電など)の「動き」にフィードバックされます。

上記のようにSociety 5.0とモーションコントロールは明白なアナロジーを持つため、モーションコントロール技術は今後ますます重要になると予想されます。

制御システム研究室

特定成分のみを除去する電気モータの振動抑制制御

本技術では電気モータの機械的な振動成分に着目、特定成分のみを電流制御によって除去する振動抑制制御を扱います。これまでの成果では、フーリエ変換などを用いて特定の周波数成分を抽出、これを打ち消すような電流/トルク指令を生成することにより振動成分のみを除去することに成功しています。しかし、フーリエ変換を利用するが故に過渡解析などが困難となり、制御設計が試行錯誤的になるという欠点を有していました。現在はフーリエ変換を含めた制御器特性を同定、線形化することにより特性解析を行っており、妥当性検証を行っているほか、これらの結果を踏まえた最適設計法の開発に取り組んでいます。

電機システム研究室

小型高推力直動モータの開発

本研究では横浜国立大学 藤本康孝教授との共同研究により、従来の円柱型直動モータと比べ、約2倍から数倍程度の推力密度を有する小型高推力な直動モータ(スパイラルモータ)の制御方式・駆動装置に関する研究を現在は行っています。今後、モータ設計なども着手していく予定です。このモータはらせん状に巻線、永久磁石を配置することで、単位体積あたりの電磁力発生面積を向上させることで、高推力密度化を実現しています。また、構造はボールねじと似ているものの、雄ねじに相当する可動子は電磁力、磁気吸引力によって磁気浮上しており、摩擦は軸受けなどのみです。外力が損失なくモータに伝達されるため、モータ側位置・電流検出器からこれを推定、安全な制御が可能です。

 

電機システム研究室

制御系設計技術

アシスト技術などの高度なロボット・メカトロニクス技術を実現する基本要素の一つとして、高速・高精度な制御系の実現が挙げられます。高速・高精度な制御系を実現するためには制御したい対象の精密な数学モデルを基に制御方策を決定する必要があります。しかし、複雑なシステムであればあるほど対象の精密な数学モデルを得ることが困難になります。対象の数学モデルは対象から得られる入出力データから同定を行うが、本技術では数学モデルを同定することなく、入出力データから直接制御系を設計することを可能にします。本技術によりモデル化に係る困難さを回避し、また最適化手法により制御器の調整を行うことで調整の手間を軽減することができます。

制御システム研究室

指触覚インタフェース

任意の方向、任意の速さ、任意の長さの滑りを指先の指腹部に提示することを目指し、水平な中心軸の周りで回転する小ホイール(直径20㎜)の回転の角度と角速度、そして鉛直な軸周りでのホイール中心軸の旋回の角度を制御できるアクティブホイール式指触覚インタフェースを提案しました。

プロセス解析研究室