球面超音波モータを用いた宇宙空間及び高真空用マニピュレータの開発

使用球形超声波电机的空间和高真空机械手的开发

基本信息

批准号：
08650310
负责人：
遠山茂樹
金额：
$ 1.28万
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 Scientific Research (C)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究において製作した宇宙空間及び高真空空間用マニピュレータは各関節部に摩擦駆動である超音波モータを使用している。これは従来の電磁モータに比べ構造が簡単で低速・高トルクという特性があるからである。また、超音波モータのロータ形状を球にして2〜4枚のステ-タで挟み込むことによって1関節あたり最大3自由度を持たせる事に成功した。従来型の球面超音波モータでは摩擦駆動で在るにもかかわらず高い押付圧を負荷する事ができないでいた。これはステ-タの櫛歯の付け根の剛性が低いために高い押付圧を負荷すると変形を起こしてしまい駆動力がロータに伝わらない為であった。本研究においては従来のBsBmよりも剛性の高いSUSを使用する事で従来のものより4割増しの駆動トルクを得るに至った。また、ステ-タの形状はロータと密接するように設計されていた従来型では内側の回転が負荷の役割を果たしてしまう事が判明したので内側を削り取った新型を採用した。これにより従来型の4倍の駆動力をロータに与える事が可能となった。宇宙空間・高真空状態において留意しておかなければならない点は、まず重力は存在しないが慣性力は存在するので、急激な運動エネルギ変化を生じさせるような駆動方法は使用できない。そこで速度制御用のパラメータの位相差を起動・停止・方向変換時に変化させるようにプログラムを組んだ。太陽風等の影響は減速器が必要の無いぶん、小型化できるので影響を受け難くできるものと思われる。また、高真空状態での留意点は潤滑が全く効かない事と対流が存在しないために内部の熱が問題となる事である。しかし、超音波モータは摩擦駆動なので潤滑の必要がない。熱問題からは逃げる事ができないが、ステ-タ・ロータの最適材質・最適設計を行う事で実用レベルにまでに達した。故に球面超音波モータを利用した宇宙空間用マニピュレータは極めて有効であると結論付けられる。

本研究创建的用于太空和高真空空间的机械手在每个关节处都采用了摩擦驱动的超声波电机。这是因为与传统电磁电机相比，它们结构更简单，并且具有低速、高扭矩的特点。此外，通过将超声波电机的转子制成球体并将其夹在两到四个定子之间，我们成功地赋予每个关节最大的三个自由度。传统的球形超声波电机即使是摩擦驱动的，也无法施加高压力。这是因为定子梳齿基部的刚性较低，在施加高压力时会导致变形，从而阻碍驱动力传递到转子。在这项研究中，通过使用比传统 BsBm 具有更高刚性的 SUS，我们能够获得比传统 BsBm 高 40% 的驱动扭矩。此外，传统的定子形状设计为与转子紧密接触，但发现内部旋转会产生负载，因此采用了内侧被削去的新模型。与传统型号相比，这使得可以向转子施加四倍的驱动力。在外太空和高真空条件下需要记住的一件事是，虽然不存在重力，但惯性力确实存在，因此不能使用引起动能突然变化的驱动方法。因此，创建了一个程序来改变启动、停止和方向改变期间速度控制参数的相位差。由于不需要减速器并且可以使装置变得更小，因此认为它不易受到太阳风等的影响。另外，在高真空条件下要记住的一点是，润滑根本不起作用，而且由于没有对流，内部热量会成为问题。然而，由于超声波电机是摩擦驱动的，因此不需要润滑。虽然无法摆脱散热问题，但我们通过优化定子和转子的材料和设计，已经达到了实用的水平。因此，可以得出结论，使用球形超声电机的空间操纵器是非常有效的。