ナノスケールサーボ

- ハードディスク装置(HDD)のナノスケールサーボ制御

HDDは全世界で年間に数億台生産され数兆円の市場規模を有しますが,HDDレコーダなど情報家電や携帯電話・自動車等への需要が急増し,成長し続けています。そのヘッドの位置決め精度はナノメートルの領域に達しつつあり年率2倍という驚異的な速度で記録密度が増え続けています。我々は国内外のメーカの協力を得て'99年から新しい制御技術を次々に提案。実際に研究室で設計したコントローラは製品に実装され,世界最高性能を誇っています。この厳しい競争の世界はまた,新技術にも非常に開放的であり,良いものでさえあれば卒論の成果も実用化される可能性あり。

- AFMによるナノスケールサーボとナノスケールロボティクス

原子間力顕微鏡(AFM)とはナノスケールの針とフィードバック技術により物体表面を測定する装置ですが,この高速高精度化の研究を行い,ナノスケールでのマニピュレーション技術を確立します。これによりDNA操作はもちろん原子レベルの制御の夢も開けます。医療や材料分野へのモーションコントロールの貢献は,本研究室から始まります。

- ステージの位置決め制御

超高速ナノスケールサーボの研究を行うために、実験用の超精密ステージを試作しました。リニアモータ+エアガイド駆動のステージ。ナノスケールでの位置決めを実現するために分解能1 nmのリニアエンコーダを搭載。駆動側であるスライダ部と負荷側であるステージ部は板ばねで繋がれており共振特性を変えることができ,両部を固定することでステージ全体を1慣性システムとすることもできます。制御用のDSPのキャリア周期は0.1 msに対し,数〜十数キャリア周期以内のナノスケール超高速位置決めを目標とします。

サブマイクロステージ,2007年度後半には世界最高性能を目指したナノステージが完成の予定

ロボット

- ロボットの制御・ビジュアルサーボ

企業や研究所が次々に,目を見張るようなヒューマノイドロボットを開発する中,工場だけでなく身の回りの生活にもロボットが入り込む日は近い将来に近づいています。しかし,視覚情報に基づきアームを制御するというだけでも,実はまだ解決されていない問題が山積しているのです。例えば,高速なロボットの制御において,カメラのサンプリングや画像処理に伴う遅れをどう解決するか,など基礎的な問題が未解決で,このようなテーマこそ大学での研究が重要なのです。これ以上の詳細は配属されるまで丸秘ですが,大学ならではのアプローチでユニークな研究を展開します。その他,ハンドや福祉向けロボットに挑戦。

パワーエレクトロニクス

- PMモータの高性能制御

マルチレートPWMという研究室独自の方式によるPMモータの超高速高精度な位置決め制御, 高速電流応答制御,高調波電流抑制などの研究を行っています。

- マルチレートPWMに基づくインバータ制御

電気自動車等の発達により、これからはよりインバータの制御が重要になってきます。 従来からインバータの高速、高性能制御系にディジタル制御が行われています。 しかし、従来法では任意の指令値に対して完全に追従することは不可能でした。 我々の研究室では、マルチレートPWMという方式を用いて、任意の電圧、電流を出力することを研究しています。

近年、各種パワエレ機器が発生する高調波が問題になっています。 高調波は余分な損失を増やしたり、機器の損傷等を引き起こす可能性があります。 そのために、我々はアクティブフィルタを用いることで高調波を除去することを目指しています。 電圧型インバータを用いて電流を制御し、アクティブフィルタから高調波と逆位相の電流を流すことで 高調波をキャンセルできます。

EV

- 電気自動車の運動制御

近年,環境・エネルギー問題の対策としてハイブリッド車や燃料電池車を含む広い意味での電気自動車が注目されていますが,我々の視点はその先の「制御技術」にあります。モータの制御応答はエンジンよりも100倍程度速いことから,高速なフィードバック制御をかけることができ,例えば雪道のような低μ路でも安定に走行する自動車を作る事ができます。また電流に比例したトルクを出すという,モータならではのシンプルなトルク特性から路面状態を正確に把握することもできます。制御を駆使した自動車の研究に一緒に取り組みませんか?主に昨年度完成したオリジナルの2号機を使って実験中。3号機の改造にも着手。自動車メーカとの共同研究によるテストコースでの制御実験もあり。

EV2に取り付けられたダイレクトドライブ(ギヤレス)構造のアウターローター型インホイールモータ。出力max340Nmのこのモータが後輪二輪にそれぞれついています。インホイールモータにより安定した走行の実現を目指します。

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