月・惑星探査のための超音波振動子を利用した科学観測支援システムに関する研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650496
• 研究機関: 中央大学
• 研究代表者: 國井 康晴 中央大学, 理工学部, 助教授 (60297108)
• キーワード: 惑星探査 / ローバ / マニピュレータ / 超音波モータ / 宇宙仕様化 / 宇宙ロボット

研究概要

月、惑星表面において、無人探査機を用いて科学的な地質探査を行う際、表層に存在する岩などをマニピュレータなどで採取し、観測機器で分析することが要求される。しかし、試料には、レゴリスが付着し、かつ、太陽風、宇宙線などのため表面が汚染されている。このため、採取したサンプルは、各観測機で分析する前に、磨く、削るなどの前処理を施す必要があるが、重量、エネルギー、磨耗などのため、宇宙空間で実施することは、非常に難しいのが現状である。一方、近年、超音波振動を応用した加工技術や、アクチュエータが注目されている。超音波振動を与えることで、金属加工やモータなどが実現されて、今後の応用が期待されている。そこで、本研究では、超音波振動技術を応用し、地質サンプルを周辺から採取するための探査機搭載型マニピュレータ、及び、サンプルの観測前の準備加工技術に関して検討を進めている。
本年度は、開発したマニピュレータの各関節において、アクチュエータとして使用している超音波モータの宇宙環境対応、すなわち、宇宙仕様化に関して検討を行った。超音波モータを対象とすることは、超音波振動技術の基礎となる超音波振動子を扱うことになり、宇宙において今後の超音波技術応用の最初のステップとなると考えている。また、モータは、すべての探査システムの基礎となる部品である。
まず、民生品モータを用いて、打ち上げ環境に対応した「振動環境試験」、宇宙線などを対象とした「放射線曝露試験」、「熱環境試験」、「真空環境試験」、そして、「熱真空試験」を実施した。振動、放射線、真空環境試験では、ともに良好な結果が得られた。一方、熱、および、熱真空試験では、高温時に特性の劣化が確認された。原因を特定した結果、ロータ部とステイタ部の間の摩擦材の劣化が、電子顕微鏡などにおいて確認された。現在、材料試験を実施し、原因の特定を進めており、今後の課題となった。

研究成果

• [文献書誌] Yasuharu KUNII, Y.Kuroda, T.Kubota: "Development of micro-manipulator for tele-science by lunar rover : Micro5"Acta Astronautica, Elsevier Science. 52. 433-439 (2003)
• [文献書誌] 國井康晴: "SELENE-Bに向けた月面探査サイエンスローバの検討"第20回日本ロボット学会学術講演会予稿集. (CD-ROM). (2002)
• [文献書誌] 國井康晴, その他: "月面探査ローバによるテレサイエンス"第45回宇宙科学連合技術講演会予稿集. (CD-ROM). (2002)
• [文献書誌] Yasuharu KUNII, Taeko GOTOH: "Proposition of 3D Measurement method using Shadow for Planetary Surface Exploration"Proc. of International Conference on Intelligent Robot and Systems 2002. (CD-ROM). (2002)
• [文献書誌] 多田興平, 國井康晴, 指田年男, 久保田孝: "超音波モータの宇宙利用と真空特性実験"日本機械学会ロボテイクスメカトロニクス講演会予稿集. (CD-ROM). (2003)