宇宙空間及び高真空用ロボットマニピュレータのためのアクチュエータの開発

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02650110
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture & Technology
• Principal Investigator: 遠山 茂樹 東京農工大学, 工学部, 助教授 (20143381)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 永井 正夫 東京農工大学, 工学部, 教授 (10111634) ; 仁田 周一 東京農工大学, 工学部, 教授 (00180670) ; 高野 政晴 東京大学, 工学部, 教授 (60010691)
• Keywords: 超音波モータ / ロボット / 位置決め機構 / アクチュエータ

Research Abstract

球面モータは、1関節で多自由度の駆動が出来るので関節の数が少なくでき、その結果小スペースで軽量なアクチュエータが可能になる。宇宙空間で使用する場合この小型、軽量というのは有効である。また、小型、軽量という点から、従来の電磁モータを使った球面モータは構造が複雑になり、大型で重い物になってしまうので向いていない。そこで回転軸が必要でなく低速で高トルクを発生するため減速機構のいらない超音波モータが球面モータには向いている。また、軸が必要でなく駆動する対象物を直接駆動するため潤滑する部分がないので真空中にも向いている。
従来の平面型の超音波モータのステータでは、球状のロータを駆動できないため、まずロータとの接解面を球状にしたステータの開発から始めた。ステータ、ロータの条件をいろいろ変えて実験を行った結果、平面型とほぼ同じトルク特性が得られた。また、回転数一駆動トルク特性のモデルを、摩擦係数がロータとステータのすべりに比例すると仮定してたてた結果、実験値とよく合ったものが得られた。
次にこれらの結果を基に実際にロータ上に2対のステータを配した2軸駆動の可能な球面モータを試作し、実験を行った。ステータ間の干渉を減らし駆動できるようにした結果、ステータの直径が30mm、ロータ45mmのもので約500g・cmのトルクを得た。トルクの増大と精密な位置の制御は今後の課題であるが、他に類を見ない小型軽量の球面モータの開発に成功した。また超音波モータは、平面モータによる実験で共振周波数よりずれた周波数で極低速駆動することにより、精密な位置決めが可能であるという結果を得たので、これを球面超音波モータにも応用すると、超精密な位置決めのできる球面モータが期待できる。

Research Products

• [Publications] 遠山 茂樹: "“超音波モータを用いたロボットマニピュレータ用アクチュエータの開発"(第1報 ステータの開発)" 日本ロボット学会誌. 10巻6号. 771-780 (1992)
• [Publications] Sigeki Toyama: "“Multi-degree of Freedom Spherical Ultrasonic motor"" '92 ASEM JAPAN/USA Symposium on Flexible Automation. 1. 169-176 (1992)
• [Publications] Sigeki Toyama: "“Development of multi-degree of freedom spherical ultrasonic motor"" '91 I.C.A.R. Robots in Unstructured Environments. 55-60 (1991)