宇宙空間及び高真空用ロボットのための球面超音波モータの開発

空间及高真空机器人用球形超声波电机的研制

基本信息

批准号：
06650296
负责人：
遠山茂樹
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-06650296/
关键词：
球面超音波モータアクチュエータホール素子

项目摘要

1関節で多自由度駆動できる球面モータを実現するために、2自由度の球面超音波モータを製作しその特性を測定した。出力軸先端の軌跡制御を行い測定装置の分解能の精度(約0.3mm)で軌跡を描くことができた。しかしロータリエンコーダを用いた位置検出機構では機械的なガタが生じ、また小型化が難しいといった問題がある。このため、非接触で小型化が可能な位置センサが必要となる。そこでホール素子と永久磁石を用いた非接触位置検出機構を製作しその特性を測定した。また、まだ実現できていない3自由度駆動方式を検討した。以下にその結果を示す。(1)ホール素子による位置検出機構ホール素子による超音波モータの姿勢検出の概念図を図1に示す。出力軸先端に取り付けた磁石が発生する磁界を、ロータ周りに取り付けたホール素子により検出することで超音波モータの姿勢を測定することができる。ホール素子の特性を調べるため1自由度の実験装置を用いた。ホール素子の出力は出力軸の傾きに対して非線形性を伴い、空間磁界による理論解析から得られる出力軸の姿勢と比較を行うと、傾きが大きくなるにつれて誤差が大きくなる。そこで、ニューラルネットワークを用いた学習制御を行うことで約0.8度の誤差で測定可能なことが分かり、ホール素子による位置検出機構の可能性を示すことができた。(2)3自由度球面超音波モータ2自由度球面超音波モータは、ロータ球を2対のステ-タで挟み込む構造であった。この対になたステ-タに角度を持たせることで、ロータ周りの自転運動を可能にすることができる。ステ-タの配置を図2に示す。対になったロータを傾けたときに発生する駆動トルクと摩擦トルクを理論計算を行なったところ、水平の位置より約30°傾けることで駆動トルクが摩擦トルクを上回り、自転運動が可能なことが分かった。

为了实现一种单关节驱动多自由度的球形电机，我们制作了一种二自由度的球形超声电机并测量了其特性。通过控制输出轴尖端的轨迹，我们能够以测量设备分辨率（约0.3毫米）的精度绘制轨迹。然而，使用旋转编码器的位置检测机构存在诸如机械间隙和难以使机构小型化等问题。因此，需要一种非接触式且能够小型化的位置传感器。因此，我们使用霍尔元件和永磁体创建了非接触位置检测机构，并测量了其特性。我们还考虑过三自由度驱动系统，目前尚未实现。结果如下所示。 (1)使用霍尔元件的位置检测机构图1示出了使用霍尔元件的超声波电机的位置检测的概念图。超声波电机的姿态可以通过使用安装在转子周围的霍尔元件检测安装在输出轴尖端的磁体产生的磁场来测量。使用一个自由度的实验装置来研究霍尔元件的特性。霍尔元件的输出相对于输出轴的倾斜度具有非线性，与利用空间磁场进行理论分析而得到的输出轴的姿态相比，误差随着倾斜度的增大而增大。因此，通过使用神经网络进行学习控制，发现可以进行约0.8度误差的测量，证明了使用霍尔元件的位置检测机构的可能性。 (2)三自由度球形超声电机二自由度球形超声电机具有转子球体夹在两对定子之间的结构。通过使该对定子具有角度，能够以转子为中心进行旋转运动。图 2 显示了定子布置。对一对转子倾斜时产生的驱动扭矩和摩擦扭矩的理论计算表明，通过将转子从水平位置倾斜约30度，驱动扭矩超过摩擦扭矩并且可以进行旋转运动。