ギャップ制御形磁気浮上機構によるマイクロマニピュレーション

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450099
• Research Institution: Kochi University of Technology
• Principal Investigator: 岡 宏一 高知工科大学, 工学部, 助教授 (10160649)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 善雄 高知工科大学, 工学部, 教授 (50299369)
• Keywords: 磁気浮上 / 永久磁石 / 運動制御 / マイクロマニピュレーション / 多自由度 / 非接触

Research Abstract

本年度は,微小物体の浮上に関する研究と多自由度のマニピュレーションに関する研究を行った.研究実績の概要は以下のとおりである.
I.微小体を浮上させるためには,アクチュエータに即応性が求められるという知見を得ていたため,今回の試作ではアクチュエータとしてピエゾ素子を用いた.浮上対象物はベアリングボールとし,浮上対象位置および永久磁石位置をPSDを用いた光学センサーによって検出した.コントローラにはDSPを用いたデジタル制御により行い,D/A変換器の出力にフィルタを介してアンプに接続する構成とした.この装置により種々の大きさのボールを浮上させ,最小直径2mmのボールを浮上させることができた.
II.多自由度の制御が可能なマニピュレーションを行うために,永久磁石の数を3つに増やした装置を試作した.この永久磁石の配置を決めるために有限要素法を用いて磁力の解析を行った.この結果,隣り合う永久磁石の磁極面を異極にすることにより,吸引力の制御が行いやすく,安定点を決めやすいことがわかった.この結果を参考に試作装置の製作を行った.
III.試作装置を用いて非接触マニピュレーションの実験を行った.アクチュエータとしてボイスコイルモータを用い、センサーとして2自由度同時計測の可能な光学式のセンサを用いた.フィードバックゲインは装置のモデル化を行い・線形制御理論から求めた値を用いた.浮上体は16mmの鉄球を用いた.この結果,4mmのステップ応答,および4Hz程度の応答周波数が可能であることが確認できた.上に述べたように,微小物体の浮上と多自由度の非接触での操りという2つのテーマで研究を進めてきた.今後はこれらのテーマを統一し,微小物体の多自由度操りを行う予定である.

Research Products

• [Publications] Takeshi Morita: "A Miniaturized Levitation System with Motion Control Using a Piezoelectric Actuator"IEEE Trans. on Control Systems Technology. 10・5. 666-670 (2002)
• [Publications] Koichi Oka: "Bearingless Motor with Rectifier Circuits"Proceedings of the 8th Int.Symp. on Magnetic Bearings. 271-276 (2002)
• [Publications] Koichi Oka: "Vibration Control with Linear Actuated Permanent Magnet"Proceedings of the 6th Int.Conf. on Motion and Vibration Control. 678-683 (2002)
• [Publications] Koichi Oka: "Noncontact Manipulation with Permanent Magnet Motion Control"Proceedings of the 4th Int.Symp. on Linear Drives for Industry Applications. (to be appeared). (2003)
• [Publications] 政木慶次: "永久磁石の運動制御を用いた2自由度磁気浮上システムの開発"機械学会中国四国支部第41期講演会講演論文集. 287-288 (2003)
• [Publications] 吉田佑介: "永久磁石を用いた懸垂形磁気浮上装置の開発(第2報 VCMを用いた磁気浮上ンステム)"機械学会中国四国支部第41期講演会講演論文集. 289-290 (2003)