Basic Study for Realization of 2D Haptic Display

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本研究は、二次元平面の触覚情報を伝達することができる触覚ディスプレイの実現である。実現には小型・軽量かつ位置および力の情報が取得可能なアクチュエータが必要であり、昨年は、小型のデュアルソレノイドアクチュエータ（DSA）をセンサレス駆動に取り組み、センサレス位置制御の実装に成功した。今年度は初めに、上記の小型DSAのセンサレス力制御の実装に取り組んだ。センサレス力推定には反力推定オブザーバを使用し、実験により20Hz以下の正弦波指令に-2.6dB以上のゲイン特性で追従可能であることを確認した。研究成果は国際会議IECON2019に論文投稿し発表した。次に、更なる制御性能向上のために小型回転モータと円筒カムを組み合わせた小型アクチュエータを開発した。回転モータの回転角の取得にはロータリエンコーダが必要であるが、アクチュエータの水平投影面積を大きくすることなく取り付けが可能である。そのため、小型DSAと同等の水平投影面積のアクチュエータを作成でき、触覚ディスプレイを集積密度を低下させることなく実現できる。小型DSAはセンサレス位置・力推定周波数が1kHzであったが、新たに作成したアクチュエータは駆動インバータのスイッチング周波数20kHzで位置検出が可能であるため、位置制御周波数応答を改善できる。実験により20Hzまでの正弦波位置指令に追従可能であることを確認した。また、反力推定オブザーバを使用した力制御の実装にも成功し、ステップ応答により制御性能を確認し指令値に追従可能であることを確認した。研究成果は国際会議AMC2020に論文投稿し採択され発表予定である。今年度は製作した小型アクチュエータを2次元平面に配列し平面アクチュエータを構築し制御することを目標としていたが、2019年6月に就職し特別研究員を辞退したため、目標達成までに至らなかった。