人間支援のための高度システムエネルギー変換

現在のところ,視覚情報および聴覚情報については大変多くの研究開発が行われており,視聴覚情報の保存や再現,伝送,共有を行うことが可能となっている。一方で,触覚・力覚情報の研究は十分になされているとは言い難い状況にある。そこで,研究代表者らはこれまでに実世界の触覚・力覚情報の保存や再現を行う技術としてモーションコピーシステムを提案している。本システムにより時間と空間を越えて人間の位置情報と力加減,すなわち人間の繊細な動作の保存と再現を実現できる。本研究の目的は,パワーエレクトロニクス・モータドライブ・モーションコントロールの知見を活用し,高精細な触覚・力覚情報の保存と再現をモーションコピーシステムにより実現することにある。モーションコピーシステムは力制御および位置制御により構成されるが,力制御および位置制御はアクチュエータの電流制御が基礎となっており,この電流制御の制御性能はモータ駆動回路の性能に大きく依存する。従って,モータ駆動性能は触覚・力覚の保存・再現性能に直結する。そこで本研究では,現在主流となっている電力効率のみを重視したPWM・PDMインバータによるモータ駆動ではなく,MOSFETの飽和領域と能動領域を適宜利用するG級電力増幅器を新たに開発した。G級電力増幅器はPWMの三角波キャリア周波数に拘束されないためFPGAによる高速演算に最適であり,またスイッチングノイズが一切出力されないので低雑音であるとともに,従来のリニアアンプよりも電力効率が高い。従って,広帯域且つ高効率・低雑音なモータ駆動を可能とし,繊細な触覚・力覚情報の保存と再現を実現した。本システムは産業分野・医療分野・原子力分野における応用が期待されており,熟練技能者や高度な技術を持つ手術の術者,原子力発電所での高線量地域における作業員の動作保存・動作再現に利用可能であるため本研究の意義は大きい。

現在のところ,視覚情報および聴覚情報については大変多くの研究開発が行われており,視聴覚情報の保存や再現,伝送,共有を行うことが可能となっている。一方で,触覚・力覚情報の研究は十分になされているとは言い難い状況にある。そこで,研究代表者らはこれまでに実世界の触覚・力覚情報の保存や再現を行う技術としてモーションコピーシステムを提案している。本システムにより時間と空間を越えて人間の位置情報と力加減,すなわち人間の繊細な動作の保存と再現を実現できる。本研究の目的は,パワーエレクトロニクス・モータドライブ・モーションコントロールの知見を活用し,高精細な触覚・力覚情報の保存と再現をモーションコピーシステムにより実現することにある。モーションコピーシステムは力制御および位置制御により構成されるが,力制御および位置制御はアクチュエータの電流制御が基礎となっており,この電流制御の制御性能はモータ駆動回路の性能に大きく依存する。従って,モータ駆動性能は触覚・力覚の保存・再現性能に直結する。そこで本研究では,現在主流となっている電力効率のみを重視したPWM・PDMインバータによるモータ駆動ではなく,MOSFETの飽和領域と能動領域を適宜利用するG級電力増幅器を新たに開発した。G級電力増幅器はPWMの三角波キャリア周波数に拘束されないためFPGAによる高速演算に最適であり,またスイッチングノイズが一切出力されないので低雑音であるとともに,従来のリニアアンプよりも電力効率が高い。従って,広帯域且つ高効率・低雑音なモータ駆動を可能とし,繊細な触覚・力覚情報の保存と再現を実現した。本システムは産業分野・医療分野・原子力分野における応用が期待されており,熟練技能者や高度な技術を持つ手術の術者,原子力発電所での高線量地域における作業員の動作保存・動作再現に利用可能であるため本研究の意義は大きい。