2021 Fiscal Year Research-status Report
大移動量を可能とする対向面磁石列配置によるパラメカの高速高精度位置決め装置の開発
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21K03941
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| Research Institution | National Institute of Technology, Toyota College |
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Principal Investigator |
田中 淑晴 豊田工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (70455137)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原野 智哉 阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 教授 (20332067)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 磁気駆動 / パラレルメカニズム / 位置決め |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度は，磁気歯車と磁石プレートを用いた位置決め装置の設計，製作および駆動試験を実施した．磁気歯車と磁石プレートは，右ねじと左ねじのようにかみ合いに対して組合せがある．そのため，これらの組合せが駆動する際の動力伝達特性に及ぼす影響について調査した．
駆動はACサーボモータを用い，磁気歯車の外径35mm，磁石プレート250mm，磁気歯車と磁石プレートのエアギャップを1mmとした．このときの最大伝達トルクは約0.84Nmとなり，磁石プレートの推力は約47.9Nとなることが期待できる．
駆動試験においては，オープンループ制御にてサーボモータから0.1Nm，5Hzの正弦波トルクを与える．これらの値は，振幅が大きいまたは周波数が小さいとストローク限界まで駆動してしまうため，これらの値を設定した．試験結果として，磁石プレートを二枚用いると磁石プレート一枚のときと比較して，プレートの変位が小さくなることが分かった．これはエネルギー保存則により磁石一枚あたりの仕事が小さくなったものと考えられる．また，直動転がり案内の推力と変位との関係に見られる非線形ばね特性と呼ばれる非線形特性についても検討を行った．サーボモータに取り付けられているロータリエンコーダの回転角度とトルクの関係およびロータリエンコーダの回転角度と磁石プレートの変位の関係について，直動転がり案内同様に非線形な特性を示すことが分かった．一般的な使用法である磁気歯車1個に対して磁石プレート1枚と比較して，磁石プレートを2枚使用すると変位量が小さくなるため非線形な特性も小さくなることが分かった．また，研究対象の磁気歯車2個と磁石プレート2個における非線形特性の把握ができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初計画の設計による初号機を完成させ，特性把握のための実験を実施した．実験では順調にデータを取得できた．その一方で，パラレルメカニズムの直動ジョイントとして採用させるとき，装置の重量や剛性に課題点が見つかったため，再度設計と製作を行い，2号機の製作を行ったため，全体の工程からやや遅れが生じてしまった．また，購入したコントローラの取り扱いに難儀したため，この面もやや遅れる要因となった．
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| Strategy for Future Research Activity |
直動ジョイントを3機製作し，パラレルメカニズムの直動ジョイントとして組み込んだ機構の設計製作を行う．また，制御するためのコントローラが性能は基準を満たしているが，取り扱いが不便であるため，コントローラの変更を含め対応策を検討している．
パラレルメカニズムでの取り付けを想定した直動ジョイントの位置決め性能を評価するため，レーザ変位計による位置決め精度の評価を実施予定である．
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| Causes of Carryover |
直動ジョイント3機分の製作費を見込んでいたが，研究の進度がやや遅れているため，2機分のみ購入したため次年度使用が生じた．次年度に繰り越して3機目に必要な物品費にて使用予定である．また，予定の学会発表がオンラインであったおよび発表を予定していた学会での発表を行わなかった等により旅費に次年度使用が生じた．研究の成果は出ているので，次年度に繰り越して学会発表等を実施する予定である．
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