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教員紹介

計測・制御工学

計測・制御工学

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堀 憲之 / HORI, Noriyuki TRIOS
ディジタル制御研究室
研究テーマ:
離散時間モデリングと電気、機械、航空宇宙システムへの応用

システムの性能を最大限に引き出すためにアナログ制御からディジタル制御へと主流が移りましたが、その設計にはディジタル特有の感覚が必要であり、またその実行は高性能演算素子の使用が前提となっています。そのため、ディジタル制御技術が隅々にまで浸透するに至っておらず、できるだけアナログ感覚で行える設計手法と、必要に応じた演算頻度で済む実行法が望まれています。本研究室ではアナログ感覚でディジタル制御系を設計できるような理論整備と、小規模な実機実験(フルディジタルドライバによるステッピングモータの多機能化、ディジタルコントローラによる小型電源の高性能化、空気ジェットのディジタル制御による小型無人浮揚体の姿勢制御など)による検証を行っています。

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藪野 浩司 / YABUNO, Hiroshi TRIOS
機械システム研究室
研究テーマ:
機械システム、力学系理論、非線形現象の解析と制御と利用、ナノ・マイクロマシーン

Hiroshi_YABUNO_study

一般に機械システムは非線形特性を持ち、(複数の平衡点が存在し、それらの安定性も様々で、)予測不可能な非線形挙動を示す可能性がある。安全性や信頼性を確保するために、非線形挙動が生じないよう、高剛性な(その結果重量化してしまう)機械システムが、狭い動作範囲(振り子でいえば近似sinθ≒θが成り立つ狭い動作範囲)で利用されてきた。しかしながら近年の、機械システムの高機能・高機能化への期待は、柔軟化・軽量化や非線形挙動が生じるような広い範囲(振り子でいえば近似sinθ≒θが成り立たない範囲)への動作拡張を要請し、もはや無視できなくなったシステムの非線形性といかに向きあい、安全性や信頼性を確保し続けるかが重要な課題になっている。このような状況の中、ナノスケール(エネルギーハーベスターなど)からマクロスケール(鉄道車両など)まで幅広い機械システムを対象とし、これまでの発想とは逆に、元々システムに内在する非線形性によって生じる非線形現象の複雑性や多様性を積極的に利用して、従来不可能であった運動制御を実現する手法を、数理物理学に立脚した理論的アプローチと実験により研究している。

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伊達 央 / DATE, Hisashi TRIOS
制御・ロボティクス研究室
研究テーマ:
非線形制御,ロボット制御(自律移動ロボット,蛇型ロボット)

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「制御しづらいものを実際に制御してみせる」をメインテーマとして,主にロボットを対象とした制御の問題に取り組みます.制御しづらい対象の多くが非線形性を持っています.非線形性とは,挙動がその時の状態や入力の大きさに対して比例しない性質です.例えば自転車で右に倒れそうになった時右にハンドルを回すことで転倒を防ぎますが,ハンドル回し続けるとやがて左右が反転し,逆の操作をしなければ走り続けることができなくなります.これは極端な例ですが,身の回りには程度の差こそあれ非線形性を持つものであふれています.その中でも特にロボットは様々な非線形性を有していて制御しがいあるものばかりです.
 制御のしづらさを克服するには,数学を中心とした制御理論で頑張るか,機械構造の工夫で解決するか,あるいはソフトウェアのアルゴリズムの工夫で乗り切るなど,様々なアプローチがありますが,あくまでも「実際に制御してみせる」ことが目標ですので,方法にこだわらず手を尽くして問題に臨みます.限られたセンサ情報から適切に行動しなければならない自律移動ロボットの制御,非常に多数の関節を持つ蛇型ロボットを巧みに制御する問題に取り組んでいきます.

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若槻 尚斗 / WAKATSUKI, Naoto TRIOS
音響システム研究室
研究テーマ:
振動センサ、音楽音響、音響イメージング、音響工学、逆問題、数値シミュレーション

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本研究室では、音波や振動を対象とする音響工学分野の研究を、シミュレーションと実験の両面から行っています。研究対象には、音楽・話し声・警告音・異常音のように音そのものが持つ情報を利用するもの、超音波診断装置・ソーナー・超音波風向風速計のように音が伝わる空間の情報を取得するためのプローブとして媒質と音波のインタラクション(相互作用)を利用するもの、さらに弾性表面波(SAW)フィルタのように電子部品を高機能化するために内部的に振動を利用し入出力には音波が陽に現れないようなものがあります。最近実施した(あるいは進行中の)研究テーマには、音楽音響関係では管・弦・打楽器などの特性計測にもとづく発音機構のモデル化および電子楽器への応用など、可視化(イメージング)関係では超音波による金属材料の非破壊検査法、時間反転波のシミュレーションあるいはCT法による音源や物体の可視化など、センサ関係では単純な構造で液体の密度・粘度を一度に測定できるセンサなどがあります。当研究室には、好奇心旺盛で何でもやってみないと気が済まない人、ハード・ソフトを問わずモノ作りが好きな人、探究心旺盛な人などが多数在籍しています。

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前田 祐佳 / MAEDA, Yuka TRIOS
生体計測システム研究室
研究テーマ:
生体計測、在宅健康モニタリング、光電脈波、ウェアラブルデバイス

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生体計測システム研究室では、生命の維持はもちろんのこと高いQOL(Quality of Life:生活の質)やROL(Respect of Living:尊厳ある生活)を維持したまま生活を送るための支援技術・機器に関する研究を行っています。
日常生活の妨げとならないシステムの構築を目指し、また生体に傷をつけない新たな非侵襲計測の実現に向け、光や超音波などを用いた非接触計測法の基礎的な研究も実施しています。
 現在は生体情報モニタリングに向けたウェアラブル脈波計開発を主に行っています。脈波とは心臓の拍動に伴う血管内の血圧や体積の変化のことを指し、血液が光を吸収する特性を利用して皮膚表層から非侵襲的に計測することができます。これまでは生体内の透過性に優れた近赤外域の光を用いた脈波計測が行われてきましたが、近年の光デバイスの向上により可視光域での計測も可能となりました。可視光は近赤外光に比べ皮膚深部まで到達しないため、従来の計測範囲よりも表層部の末梢血流情報を得ることが可能と考えられ、その特徴を生かしたウェアラブル脈拍計の開発を行っています。

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山口 友之 / YAMAGUCHI, Tomoyuki TRIOS
計測情報工学研究室
研究テーマ:
マルチメディアセンシング、小型移動ロボティクス、身体的音響メディア技術

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身体を含んだ人間の機能と感覚の工学的な知見に基づき,人間―機械,機械―機械,人間―人間の新しい関係を築くことにより,安全かつ安心な社会環境を実現することを目指しています.これまで,視覚,聴覚,体性感覚などに注目し,画像信号を扱った画像処理と画像計測手法の研究,音響信号を用いた音響計測や音響表現の研究,そして身体計測を行うことで身体表現の研究を行い,これらに付随した移動ロボット制御やコミュニケーション技術などの研究開発も行っています.これらのシステムを構築する上で不可欠な計測技術は,マイクロコンピュータを応用することでセンシング技術として飛躍的に進歩していますが,システムに要求される精度と速度を考慮した適切なセンシング手法の選択や,センシングデータの高度な情報処理が必要となります.また,そのシステムが人の介在する場所での適用か否かによっても,アプローチの仕方が異なります.そこで,本研究では建造物などの人間の介在が困難な場所において,計測・検査を自動化する自動計測ロボットの研究と,人間が常に介在している状況である対面コミュニケーション計測の研究に着目し,これらの研究成果を社会に還元できる技術革新を図ります.