Abstracts
研究テーマ（山田宏尚）
１．VR（バーチャルリアリティ）
- VRによる臨場感提示・建設ロボットの研究（論文abstract）
- 建設ロボットシステムのマスタ・スレーブ制御
（論文abstract）
- TCP/IPプロトコルによる建設ロボットの遠隔制御
- パラレルリンク型力覚ディスプレイの開発
（論文abstract）
- ＶＲシステムにおける３自由度揺動装置を用いた臨場感提示法の研究（論文abstract）
- バリアフリー住宅設計支援システムの開発
２．生体に学ぶソフトなメカ
- 人間の視覚機能を模擬した視覚センサの開発（論文abstract）
- 双腕ロボットの協調制御（論文abstract）
- 柔軟構造を持つロボットアームの制御（論文abstract）
- 油圧サーボ系のニューロ・ファジィ制御に関する研究（論文abstract）
３．システム制御/メカトロニクス
- 油圧アクティブサスペンションのディジタル制御（論文abstract）
- ＰＺＴ素子を用いた超高速油圧ディジタル弁の開発(積層型)
（論文abstract）
- バイモルフ型ＰＺＴ素子を用いた高速油圧ディジタル弁の開発
（論文abstract）
- インクジェットプリンタの印字性能に関する研究（論文abstract）
- ３自由度揺動装置のロバスト制御に関する研究（論文abstract）
- 高速ON/OFF電磁弁を用いた油圧テーブル位置制御に関する研究（論文abstract）
- その他の研究（武藤研の研究テーマ）
１．VR（バーチャルリアリティ）
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災害現場での復旧作業や，宇宙，海中，大深度地下等の極限環境での作業は危険が伴うことから，作業ロボットを遠隔操作することが必要となる．一般に，惑星と地上間での遠隔操作や，衛星回線を用いて遠隔操作を行う場合，信号の時間的遅れを避け難い．また，回線自体も十分な信頼性が保証されない場合があり得る．このような状況下においても，ロバストな遠隔操作を行うための一手法として，遠隔操作ロボット自体をある程度自律化させ，オペレータのユーザインタフェースにVR（Virtual Reality：バーチャルリアリティ）技術を導入することが考えられる．すなわち，オペレータに提示する仮想空間内のロボットの挙動を，時間的遅れを考慮したものにすることにより，遠隔操作を安全かつ快適に行えるシステムの実現の可能性が開かれる．
本研究では，まずインターネットプロトコルであるTCP/IPを用いた遠隔操作システムを構築した．また，時間遅れや通信トラブルに対しても比較的高効率な遠隔操作が可能となるシステムの実現を目的として，上記のシステムにVR技術を導入し，仮想空間を提示する遠隔操作システムを構成するとともに，実験による基礎的検討を行った．
Development of a Telerobotics System for Construction Robot Using Virtual Reality(H. Yamada, T. Muto and G. Ohashi), European Control Conference ECC'99, CD-ROM,1999
In this study, we have developed a bilateral telerobotics system for a construction robot using virtual reality. The system consists of a servo-controlled construction robot, two joysticks for operation of the robot from a remote place, and a 3 degrees of freedom motion base. The operator of the robot sits on the motion base and controls the robot bilaterally from a remote place. The role of the motion base is to realistically simulate the motion of the construction robot. In this study, we propose a new method of master-slave control in order to better control the hydraulic actuators which are used for actuating the construction robot. We also developed the tele-operation control system for the construction robot using the TCP/IP protocol and computer graphics. The usefulness of the system is confirmed by the experiments in this study.
本研究では，遠隔操作建設ロボットにＶＲ技術を導入し，オペレータに作業現場の十分な臨場感を与えるとともに，コンピュータの支援に基づく高度かつ精密な作業を人間に優しいインターフェースにより実現するシステムの構築を目的とする．本報では，油圧システムに対するマスタ・スレーブ制御法として，可変ゲイン位置対称型マスタ・スレーブ制御を提案し，力覚提示についての検討を行った結果について報告する．
Construction Telerobot System with Virtual Reality(Development of a bilateral construction robot)
(Hironao YAMADA, Shinji MUKOTA, Dingxuan ZHAO and Takayoshi MUTO),
Proc. of VSMM98, Vol.1, pp.152-157,1998
A remote control system using bilateral control is useful for restoration work in a stricken area and also in extreme environments, such as space, the seabed, deep underground, etc. Recently, several types of telerobotic construction systems with 3D video feedback have been tested by construction companies. However, the reported working efficiency of remote operation was only 30% to 50% of the working efficiency in direct operation.
The aim of this study was to develop a telerobotic construction system which convey an adequate enough sense of the operation field to the operator by using virtual reality technology. The bilateral construction robot that we constructed consists of a servo-controlled construction robot, two joysticks for bilateral control, a microphone, and a pair of stereo CCD cameras for remote control. The two joysticks control four hydraulic actuators via a computer. The system also has a 3-degree-of-freedom (DOF) motion base with a 3D vision system. The motion base simulates the motion of the robot system so that the operator can get a realistic sense of the operation field. The robot system is controlled bilaterally from a remote place.
In the process of constructing this system, we developed a new method of master-slave control for a hydraulic system which can be used for construction robots. We also developed a tele-manipulation system using the TCP/IP protocol which is widely used for the internet. As a result the validity of the proposed system is confirmed by experiment. The following experiments demonstrate the usefulness of our method of master-slave control.
本研究では，操作者に作業反力（力覚）の提示を可能とする油圧駆動方式パラレルリンク型力覚ディスプレイを開発する．通常，油圧システムでは，バックドライバビリティ性の問題が生じ，操作，指令装置として機能することが困難であるが，本研究では力覚センサで検出した操作者の力信号をもとにピストンを駆動させることにより，入力装置として用いることを可能とした．本報では，１自由度系（１軸）に簡素化した油圧力覚ディスプレイと油圧サーボ系でマスタ・スレーブシステムを構成し，実際のばねに接触したときの力フィードバックを行うことにより力覚ディスプレイとしての有効性を実験により検討した．
Development of a Hydraulic Master-slave System for Tele-robotics (Haptic display device for a usage of hydraulic servo-system) Shigeki KUDOMI, Hironao YAMADA; Takayoshi MUTO, 1st FPNI - PhD Symposium Hamburg 2000 20.-22. September 2000, Hamburg, Germany (in print)
In this study, we deal with a bilateral master-slave system for tele-robotics composed of electro-hydraulic servo-systems. In a teleoperated master-slave system, the master has to play two roles, firstly as a reference input device to the slave and secondly as a haptic display device. The haptic display means a function that the operator can feel a force fed back from the slave. In order to produce a haptic-display composed of hydraulic servo-system, we must solve a problem called back-drivability, for which an actuator in hydraulic servo-system cannot be operated freely by means of manual force. As a practical solution for this problem, we propose a driving method of actuator by adopting a force sensor attached to the actuator. Furthermore, in this study, we propose an improved type of parallel control method suitable to control the bilateral master-slave system composed of electro-hydraulic servo-systems.
●ＶＲシステムにおける３自由度揺動装置を用いた臨場感提示法の研究
近年，人間が立ち入るには困難かつ危険な場所において，高度で正確な作業を行うことができるシステムへの要求が高まっている．著者らは，図１に示す臨場感提示遠隔操作建設ロボット（以下，ＶＲシステムと呼ぶ）を提案し，オペレータが安全な場所にいながら遠隔操作し，危険な場所で建設機械に作業をさせるシステムの研究を進めている．ＶＲシステムは，図に示すように，建設ロボットとそれを遠隔操作する操作者，操作者が座る椅子を揺動するための揺動装置（３自由度の油圧駆動方式），ステレオ視画像を映し出すスクリーンなどから構成されている．このようなシステムでは，建設ロボット側の作業環境を高度な臨場感によって操作者に伝えることが必須の課題となる．本報では，操作者の揺動体感に注目し，建設ロボットの姿勢を三つの加速度センサを用いて計測して提示する手法を提案し，実験による検討を行った．
趙丁選，山田 宏尚，向田 慎二，武藤 高義：ＶＲシステムにおける３自由度揺動装置を用いた臨場感提示法の研究，JSME 昇降機・遊戯施設等の最近の技術と進歩技術講演会講演論文集，13-16,(1999)
趙丁選，山田 宏尚，武藤 高義，向田 慎二：ＶＲシステムにおける３自由度揺動装置を用いた臨場感提示法の研究（第２報，加速度センサを用いた目標位置算出法に関する検討），日本機械学会東海支部第４８期総会・講演会講演論文集，395-396,(1999)
Control method of a 3-degree-of-freedom motion base for VR system
In this research, we deal with a construction tele-robotic system which can be used, for example, for restoration works in a stricken area. The system consists of a servo-controlled construction robot, two joysticks for operation of the robot from a remote place, and a 3 degree-of-freedom motion base. The operator in this system sits on a chair, which is set up on the motion base. An important problem to be solved in such a system is how the operator can feel the presence of working fields in a high quality. In order to solve the problem, in this study, we propose a method that the operator on a motion base of 3-DOF can feel the presence as if it was brought about from a 6-DOF motion base.
２．生体に学ぶソフトなメカ
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視覚情報は，移動ロボット，ＡＧＶ，複雑な物体の把握・搬送などの制御に不可欠であるが，通常のＣＣＤカメラと画像処理装置による視覚情報入力装置は，その画素分布，濃度階調ともに視野平面内ですべて一様であり，１画面当りの情報量が非常に大きく，画像の取り込みやデータの処理に時間を要する．一方，人間の視覚には，視野の中に中心窩と呼ばれる高い視力をもつ領域が存在しており，広い視野範囲をもちながら，脳が処理すべき画像情報を大幅に削減している．
本研究では人間の視覚機能の特徴を活かした新しい視覚センサを提案する．これは，視野内に高解像度の注目点である中心窩をもち，必要に応じて注目点の移動を行うことで，広い視野を保ちつつ処理に必要な画像情報量を大幅に削減できる視覚センサを実現しようとするものである．本視覚センサは，通常のマトリクスＣＣＤカメラと視野の中心を拡大し視野の周辺を圧縮する非球面レンズから構成される．本報では，本視覚システムで中心的な要素である広角高歪曲レンズの試作および，その性能評価を行った．また，本視覚システムを用いた画像処理プロセスについても検討を加えた．
中心窩を有する新しい視覚センサの開発─広角高歪曲レンズの開発─（末松良一，山田宏尚）,計測自動制御学会論文集，31巻10号，pp.1556-1563(1995)
A Wide Angle Vision Sensor with Fovea (Design of Distortion Lens and the Simulated Images) (Y. Suematsu, H. Yamada and T. Ueda), IEEE International Industrial Electronics Conference, USA, pp.1770-1773 (1993).
In this paper a new concept of a vision sensor with fovea is presented and the possibilityof the application for on-line machine control is demonstrated. The proposed vision sensor is designed approximate to the visual mechanism of the human eye, which has a fovea (high resolution attention zone) in its field of view and executes the necessary movements of viewpoint. A distortionlens plays an important role in the system, which enlarges the image in the attention zone and compresses the one in the peripheral zone. The lens has been designed in order to realize thesystem. The specification and characteristics are presented in detail. The results show that the proposed system will work well to recognize the environments of mobile robots.
本研究では，パラレルリンク型双腕ロボットを用いて，１本の腕では同時に位置制御と力制御を満たすことができなくても，人間が持つ利き腕，非利き腕の機能・役割を導入すること，つまり，２本の腕で相異なる性能を与えて役割分担をすることで，スムーズで安定な協調作業を行わせることを目的とする．利き腕として，コンプライアンス制御タイプのインピーダンス制御を適用し，アーム先端の柔らかさや力を制御し，非利き腕として，物体の位置，姿勢を制御するために位置制御として，積分型サーボ系を適用することを提案し，実験によりその有用性を検討した．
Cooperative control of dual-arm robot(Control strategy considering function of human arm), (H.Yamada, T.Muto and Y.Suematsu),international Journal of ROBOTICS&AUTOMATION, Vol.14-3,pp.89-95,(1999)
This paper deals with a cooperative control of dual-arm robot which consists of three degrees of freedom parallel links. As is experienced in human arms for manipulating a certain object, the cooperative control is usually realized in such a manner that the main-arm (normally right arm) takes partial charge of force control, by getting a support by the sub-arm (normally left arm) . Inspired by such an individual role for two arms, we intend to adopt a cooperative control algorithm to dual-arm robot. In a practice of control, a method of impedance control is applied to the main-arm for increasing flexibility and stability. On the other hand, a method of integral control is applied to the sub-arm for making easier to support an object. Control performance of the dual-arm robot is tested for two different tasks. Consequently, it is confirmed that the proposed control method is effective for cooperative control of dual-arm robot.
本研究では，板バネと剛体で構成されたフレキシブルロボットアーム系に対し，固有振動数の低い2つの振動モードまでを考慮して集中定数系モデルを構成し，その制御を行った．また，このモデルを用いて実在系の挙動をよく模擬するシミュレーションを作成した．本研究では特に，ロボットアームの関節軸部に働くクーロン摩擦の対策について検討を行った．その結果，アームの駆動軸部に発生するクーロン摩擦力に対しては，制御入力に摩擦補償を加えることで打ち消すことが可能であること．また，その摩擦力を状態変数と制御入力の関係が記述されている状態方程式から推定し，リカーシブアルゴリズムに基づく平均法を用いることで実際に測定することが困難な摩擦力の補償を行った．その結果，リアルタイムに摩擦が推定され，良好な制御性能が得られた．
Control of Flexible Arm Robot with Friction Compensation (H.Yamada, T.Muto, Y.SUEMATSU),Proc. of the 3rd APCCM98, pp.355-359,1998
In this study, the control of a flexible arm robot was examined by considering a lumped constant model. We proposed a compensation method that can sequentially estimate Coulomb friction disturbance that occurs on the drive shaft. In the friction compensation algorithm, Coulomb friction was estimated by a state equation with a recursive algorithm that is used as a sort of low-pass filter. The system’s performance was evaluated through experiments. Employing on-line estimation of and compensation for Coulomb friction, a linear quadratic control was successfully applied to stabilize the system.
本研究では，ファジィ制御器において重要視される３個のゲインに対して，それらを最適調整するためのファジィ自己調整器を設計し，その電気・油圧サーボ系への適用を試みた．本ファジィ自己調整器は，システムの応答波形に関する特徴量をオーバーシュート率，振幅減衰率，正規化立ち上がり時間率に基づいて評価しながら，ファジィ推論によって最適な状態に自己調整しようとするものである．次に，ファジィ自己調整器に内在する特徴抽出の煩雑さや，自己調整ファジィ規則設定の経験を必要とする難点の克服を目指して，ファジィ自己調整器に代えて，ニューラルネットワークによるファジィ制御器ゲインの自己調整機能を備えたニューロ自己調整器を構成し，その電気・油圧サーボ系への適用を試みた．本ニューロ自己調整器は，評価関数に基づいてニューラルネットワークの結合荷重を学習させながら，ニューロ推論によって最適な状態にゲイン自己調整しようとするものである．
電気・油圧サーボ系の自己調整ファジィ制御（武藤高義，于平，武田善晴，山田宏尚），油圧と空気圧，27(4), pp.550-557, (1996)
于平，山田宏尚，武藤高義：電気・油圧サーボ系の自己調整ファジィ制御（第２報，ニューラルネットワークによる自己調整），日本油空圧学会論文集，29巻2号，39-45(1998)
Self-tuning Fuzzy Control of Electro-hydraulic Servo System (Takayoshi Muto,Ping Yu, Yoshiharu Takeda and Hironao Yamada, Proceedings of the Third JHPSInternational Symposium on Fluid Power, pp.189/194,(1996)
This study deals with a self-tuning fuzzy controller (STFC) applied to an electro-hydraulic servo system. The STFC has a hierarchical structure consisting of an algorithm which is identical to a fuzzy controller in the lower loop, with a tuning algorithm assisting the performance evaluation and parameter modification function in the upper loop. As for the algorithm for tuning in the upper loop, another fuzzy logic was adopted for constructing a fuzzy self-tuner. The whole procedure of STFC was repeatedly performed until an acceptable control level could be achieved. The STFC must be able to assess its performance in order to improve its control strategy. The second part of this study deals with a neuro self-tuning fuzzy controller (NSFC) applied to an electro-hydraulic servo system. The NSFC has a hierarchical structure consisting of a fuzzy algorithm which is identical to the fuzzy controller in the lower loop, with a neural network algorithm being adopted for constructing the neuro self-tuner in the upper loop. The whole procedure of NSFC was repeatedly performed by tuning the input and output gains of the fuzzy controller with the neuro self-tuner, until an acceptable control level was achieved. It could be verified by experiment and digital simulation that STFC and NSFC developed in this study were useful and effective for the control of electro-hydraulic servo system.
３．システム制御/メカトロニクス
本研究では乗用車の油圧アクティブサスペンションシステムの高信頼性化，低価格化を目的とし，従来用いられている圧力比例弁に代えて，高速オンオフ電磁弁を用いたシステムを提案する．本報では，主に路面からの比較的低周波の入力を制振するバウンシング制御の性能について検討する．実験装置では，実車に用いられているアクティブサスペンションを用いて１輪ベンチシステムを構成し，実験とシミュレーションとの両面より性能の評価を行った．その結果，提案されたシステムは比例弁を用いたシステムとほぼ同等の制振性能を示し，高速オンオフ電磁弁のアクティブサスペンションへの適用可能性が確認された．
山田宏尚，末松良一，武藤高義，劉少軍：高速オンオフ電磁弁を用いた油圧アクティブサスペンションのＰＷＭ制御，日本機械学会論文集，Ｃ編，65巻626号,pp.3847-3853(1998)
Sky-hook Control of Active Suspension System Composed of High Speed ON/OFFValves(H.Yamada,Y.Suematsu,T.Muto), 10.Fachtagung Hydraulik und Pneumatik, pp.551-564,(1995)
PWM Control of Hydraulic Active Suspension with High-speed On/Off Valves
In this study, a new system of an active control hydro-pneumatic suspension for automobile is proposed and its dynamic performance is tested. The proposed system is composed of high speed On/Off solenoid valves, in stead of a proportional valve or servo-valve in conventional use. As a method for driving the On/Off valves, the pulse width modulation (PWM) method is adopted. Since the choice of On/Off valves driven in digital mode, such as the PWM method, leads the system to an economical and reliable one, it is expected that the proposed system can realize high reliability and cost reduction. The dynamic characteristics of the system are investigated by experiment and digital simulation. These results are compared with those obtained from a conventional system composed of a pressure control valve, and the availability of the proposed system is confirmed.
現在，市場に普及しているディジタル弁の多くは，駆動部に電磁式アクチュエータを採用しているため，原理上，高速化には限界がある．そこで，小型で高速，発生力が大きい圧電素子を用いたディジタル弁の開発に注目が集まっている．一般に，ＰＺＴアクチュエータは変位量が小さいため，何らかの変位拡大機構を採用する必要がある．本研究では，ドイツ・アーヘン工科大学との共同研究により，積層型ＰＺＴアクチュエータを用い，油圧による変位拡大機構を有する高速ON/OFF弁を試作した．変位拡大機構として油圧を用いた場合，温度による変位の変動が問題となる．そこで，本試作弁では油のリークを積極的に利用した温度補償法を採用した．
Development of a High-Speed On/Off Digital Valve for Hydraulic Control Systems Using a Multilayered PZT Actuator(H.YAMADA, Guy WENNMACHER,T.MUTO, Y.SUEMATSU), Proceedings of the Third JHPS International Symposiumon Fluid Power,Japan,pp.331/336,(1996)
Prototyp eines dynamischen Schnellschaltventiles mit piezoelektrischer Ansteuerung (G. Wennmacher and H. Yamada), Olhydraulik und Pneumatik, Vol.37,No.10, pp.794-797 (1993).
In this study, a high-speed on/off digital valve was developed for use in a hydraulic control system. The device basically consists of a poppet valve acting as the main valve, and a multilayered piezoelectric (PZT) actuator for driving the poppet valve. A hydraulic amplifier was adopted to increase the actuation of the PZT actuator to the poppet valve. A compensation mechanism was set up to reduce this temperature effect in the hydraulic actuation of the PZT actuator. This problem arises when the oil temperature increases and causes the valve displacement to fluctuate slightly.
The static and dynamic characteristics of the device were investigated by experiment and digital simulation. As a result, we found that the switching time of the valve is less than 0.7 ms. Moreover, the valve can be driven by a PWM carrier wave using frequencies of up to 500 Hz . Additionally, the validity of the temperature compensation mechanism was confirmed. Hence this valve may be determined as feasible device.
積層型ピエゾ素子は変位量が小さく，高価格という問題点を有する．そこで，この点の克服を目的として，バイモルフ型ピエゾ素子を用いた新たなON/OFFディジタル弁の開発を行った．本研究で試作された弁の構造は，きわめて単純であり，弁スプールおよび，バイモルフ形ＰＺＴ素子とノズルからなるノズルフラッパ機構から構成される．実験およびシミュレーションにより弁特性の解析を行ったところ，搬送波周波数２００Ｈｚでの駆動が可能であることが確認された．
Development of a Low Cost High-Speed On/Off Digital Valve using a Bimorph PZT Actuator (Hironao YAMADA, Sojiro TSUCHIYA, Takayoshi MUTO and Yoshikazu SUEMATSU), Proceedings of the Fourth JHPS International Symposium on Fluid Power, Japan, pp.591/596,(1999)
In the previous paper based on this study, the authors proposed a high-speed ON/OFF digital valve driven by a laminated piezoelectric (PZT) actuator. One drawback of this digital valve was that the PZT actuator could not produce enough displacement in order to actuate the main valve. Additionally, it may be pointed out that the laminated PZT actuator is considerably expensive for general consumer use. In this study, for the purpose of overcoming such drawbacks, an improved type of high-speed digital valve was developed by adopting a bimorph PZT actuator in place of a laminated actuator. The bimorph PZT is cost-effective to produce and can realize a large displacement; the valve will be financially practical and capable of high performance. To actuate the poppet valve, a nozzle-and-flapper mechanism was adopted in the proposed valve. The static and dynamic characteristics of the new device were investigated by experiment and digital simulation. As a result, we found that the valve could be driven by frequencies of a PWM carrier wave as high as 200 Hz.
パワーマッチ制御とは，油圧ポンプの出力動力を，負荷アクチュエータが必要とするパワーに常に一致するように制御することである．本研究では，より高性能・高機能なパワーマッチ制御系を構築するための準備として，電子・油圧制御による圧力マッチ制御システムについて検討した．従来の圧力マッチ制御システムでは，油圧的なフィードバック回路が存在するため，応答が不安定になるなどの問題があった．本研究では，油圧フィードバック回路を電気的なフィードバック回路に換え，さらにポンプ制御のために，差動ＰＷＭ法によって駆動されるロータリアクチュエータを使用した．実験によれば良好な応答性能がえられその有用性が検証された．
山田宏尚，北出雄二郎，清水陽一郎，武藤高義：Kyzer型インクジェットプリンタの動特性シミュレーション，日本機械学会論文集，Ｃ編，64巻623号,pp.2476-2481(1998)
Simulation of Fluid Dynamics Caused in Kyser Type Ink-jet Head
This paper deals with fluid dynamics caused in Kyser type ink-jet head. The system of the ink-jet head fundamentally consists of an ink-reservoir, pipe line elements, a ink-chamber and a nozzle. In order to execute a simulation analysis of dynamic performance of the system, we construct a mathematical model of the system. As a mathematical model for the pipe line elements, we adopt a modal model which was proposed by the authors for simulating transient response of hydraulic transmission lines in high accuracy. A main interest of this study is, therefore, to investigate applicability of the modal model into a miniature pipe lines such as used in ink-jet head. In the simulation, pressure responses caused in the ink-chamber are calculated. The results are compared with the measured responses to confirm the validity of the simulation analysis.
本研究では，ピッチ・ロール・ヒーブの３自由度を有する油圧式パラレルマニピュレータを対象として，エンドエフェクタの軌跡制御を試みた．本マニピュレータは３つの電気・油圧サーボ系によって構成・駆動されるため，サーボ弁の中立点ずれや各サーボ弁の特性個体差，エンドエフェクタの姿勢変動などの外乱に起因して特性が少なからず変動する．そのため，通常のＰＤ制御などでは，望みの追従特性を得ることが難しい．そこで本研究では，外乱オブザーバを併用したスライディングモード制御を適用した．本手法によれば，通常のスライディングモード制御において問題となるチャタリングや，外乱の影響による定常偏差の発生を効果的に低減することが期待できる．実験結果によれば，本制御器の有効性が確認された．
Sliding Mode Control Using a Disturbance Observer for an Electrohydraulic Servo System(K. TAKEICHI, H.YAMADA and T. MUTO) ,The 3rd International Conference on Advanced Mechatronics ICAM98,524-529(1998)
武市教児，山田宏尚，武藤高義：油圧式3軸パラレルマニピュレータのロバスト制御，第１７回流体計測第１４回流体制御合同シンポジウム,75-78(1999)
Sliding Mode Control Using a Disturbance Observer for an Electro-hydraulic Servo System
(Robust Control for 3-D.O.F. Hydraulic Parallel Mechanism)
This paper deals with a trajectory control for the three degree-of-freedom hydraulic parallel mechanism. The hydraulic parallel mechanism can be expected to use in a field that needs the power and accuracy. Since this parallel mechanism is composed of three electro hydraulic servo systems, the characteristics of the parallel mechanism are influenced by many nonlinear elements or disturbances in electro hydraulic servo system, for example the dead time characteristics and an initial shift of the neutral position of servo valve. In this study, we applied the sliding mode control using disturbance observer as a robust control. As a result, it was confirmed through the experiment and simulation that the validity of the dead time compensation for the sliding mode control and that the influence of the disturbance such as the steady-state error and chattering were notably reduced compared to PD control and conventional sliding mode control.
●高速ON/OFF電磁弁を用いた油圧テーブル位置制御に関する研究
「小さな部品は小さな設備で」という自明の合理に基づき，机の上に載るほどの小型形状でありながら，高い精度と加工能力を有するマイクロ加工機の開発が強く望まれている．このような工作機械を実現するためには，小さなスペースに組み込め，簡素で大パワーを発生するアクチュエータが不可欠である．そこで，従来の電動式装置が占める設置スペースを大幅に縮小しつつ，電動式に匹敵またはそれを上回る精度と加工能力を有するマイクロ加工機が簡素で安価なものとして開発・実現されることが望まれる．すなわち，パワー／容積比を高くとれる油圧駆動方式を採用しながら，小型・高出力と高い制御性を兼ね備えたテーブル駆動システムの実現が期待される．本研究では，（株）デンソーとの共同研究により，上記のシステムを実現するための第一段階として，4個の高速ON/OFF電磁弁と油圧シリンダから成るテーブル駆動システムを試作した．
A Precision Driving System Using Hydraulic Cylinder and High-speed ON/OFF Valves
In manufacturing technology, it is a dominant tendency in recent years that machine tools for machining, grinding and so on, employ electric operated actuators such as a servo-motor equipped with a ball screw. Problems of these electric driving systems are, they are excessively large-sized with complex machineries and expensive, as seen in their application to, for example, NC-machine. In order to solve these problems, this study aims to develop a precision driving system actuated by a hydraulic cylinder. The hydraulic driving system consists of a cylinder and four ON/OFF solenoid valves. The valves are the ones diverted from fuel injector of automobile and thus are able of high speed switching times as large as 1.5 ms. It was confirmed in experiments that the developed system had a moving resolution of 1.2 μm and, as a result, was applicable to a precision driving table for micro processing.
発明の名称：鋳造用中子ハンドリングロボット
出願日：平成１１年２月２２日
出願番号：特願平１１−４３７０１号
発明の名称：パラレルリンク型力覚入出力装置
出願日：平成１１年５月２６日
出願番号：特願平１１−１４５８３１号
発明の名称：ディジタル弁（岐大研２２の６号）
（バイモルフ型PZT素子を用いた高速油圧ディジタル弁の開発）
出願日：平成１１年９月１７日
出願番号：特願平１１−２６４２１８号
発明の名称：油圧システムパラメータ同定方法（岐大研２２の３号）
出願日：平成１１年１０月２２日
出願番号：特願平１１ー３０１０１１号
