論文の概要: Magnetically Self-Sealed MR Haptic Actuator With PWM-Based Excitation and High-Fidelity Torque Control
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.19635v1
- Date: Thu, 20 Aug 2026 05:04:25 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-21 20:28:51.452227
- Title: Magnetically Self-Sealed MR Haptic Actuator With PWM-Based Excitation and High-Fidelity Torque Control
- Title（参考訳）: PWMを用いた磁気自己シーリングMRハプティックアクチュエータと高忠実トルク制御
- Abstract要約: 磁気流体(MRF)ベースのアクチュエータは、触覚フィードバックのためのコンパクトで迅速に制御可能なソリューションを提供する。
実用化には、信頼性のある流体封止、低ヒステリシス、正確なトルク制御、安定した長期運転が必要である。
本稿では,コンパクトな磁気自己シール回転アクチュエータを備えたMRF触覚システムについて述べる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.326757545448457
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Accurate and stable torque rendering is essential for safe and perceptive human--machine interaction. Magnetorheological fluid (MRF)-based actuators offer a compact and rapidly controllable solution for haptic feedback, but their practical implementation requires reliable fluid sealing, low-hysteresis excitation, accurate torque control, and stable long-duration operation. This article presents an integrated MRF haptic system featuring a compact magnetically self-sealed rotary actuator, low-hysteresis PWM operation, high-fidelity model-based torque rendering, and stable performance during long-time operation. Magnetostatic simulation guides the arrangement of magnetic and nonmagnetic materials to focus flux in the multidisk torque and permanent-magnet sealing regions, enabling a maximum 600 N$\cdot$mm/A output. Experiments show that higher PWM frequencies reduce hysteresis and improve repeatability. At 10 kHz, the response is represented by a nonlinear model that varies with the direction and speed of torque change. The real-time controller combines feedforward, hysteresis compensation, PI feedback, and sliding-mode correction. Compared with PID, it reduces square-wave overshoot, undershoot, and steady-state RMSE by 77.4\%, 61.9\%, and 68.3\%, respectively. It tracks sinusoidal and biomechanics-model-based references, and a 1.5-h test shows only a 2.5 $^\circ$C rise near the coil with no clear tracking loss. This high-fidelity torque rendering will fundamentally transform human--robot collaboration by making interactions safer, more efficient, and more intuitive.
- Abstract（参考訳）: 正確かつ安定したトルクレンダリングは、安全かつ知覚的な人間-機械の相互作用に不可欠である。
磁気流体(MRF)ベースのアクチュエータは、触覚フィードバックのためのコンパクトで迅速な制御可能なソリューションを提供するが、その実践には信頼性の高い流体封止、低ヒステリシス励起、正確なトルク制御、安定した長期操作が必要である。
本稿では,コンパクトな磁気自己シール型回転アクチュエータ,低ヒステリシスPWM動作,高忠実度モデルに基づくトルクレンダリング,長時間動作時の安定した性能を備えたMRF触覚システムを提案する。
静磁場シミュレーションは、磁気材料と非磁性材料の配置を誘導し、マルチディスクトルクと永久磁石シール領域のフラックスに集中させ、最大600N$\cdot$mm/A出力を可能にした。
実験により、高いPWM周波数はヒステリシスを減少させ、再現性を向上させることが示された。
10kHzでは、応答はトルク変化の方向と速度に応じて変化する非線形モデルで表される。
リアルタイムコントローラはフィードフォワード、ヒステリシス補償、PIフィードバック、スライディングモード補正を組み合わせる。
PIDと比較して、正方波オーバーシュート、アンダーシュート、定常状態RMSEをそれぞれ77.4\%、61.9\%、68.3\%減少させる。
正弦波および生体力学モデルに基づく参照を追跡し、1.5-h試験では、コイル付近で2.5ドル^\circ$Cの上昇しか追跡できない。
この高忠実度トルクレンダリングは、対話をより安全で効率よく、直感的にすることで、人間とロボットのコラボレーションを根本的に変える。
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