| 研究課題/領域番号 |
24656113
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| 研究機関 | 豊橋技術科学大学 |
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研究代表者 |
真下 智昭 豊橋技術科学大学, エレクトロニクス先端融合研究所, テニュアトラック助教 (20600654)
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| 研究分担者 |
三好 孝典 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10345952)
寺嶋 一彦 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60159043)
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| キーワード | 超音波モータ / アクチュエータ / 摩擦駆動 / トルク制御 |
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| 研究概要 |
高速度カメラと高倍率レンズによって超音波モータが発生する楕円運動を観察しながら，モータの出力であるトルクや回転数を測定できる実験装置の開発を行った．ステータとロータ間の与圧は性能に依存するため，与圧を自由に変えられる実験装置を作り，実験的に与圧を最適化した．クーロン摩擦を用いた超音波モータの出力モデルを構築し，そのモデルを実験で検証し，楕円運動の振幅とモータ出力の関係を明らかにした．また運動方程式を用いて，ステータ速度とロータ速度の相対速度を含んだ動力学モデルを構築し，実験で検証を行ったところ，結果はよく一致することを確認した．楕円運動振幅を実験で検証することができたことは世界で初めての研究成果である．
モータを高トルク化するためには，ステータの振動による内部損失（発熱）を抑えることが有効である．そこで，軽くてよく撓る低減衰材料であるチタン合金をステータ材料として用いて超音波モータの設計開発を行った．モデルと実験で，低与圧時においてチタン製ステータは高いQ値を示し，高与圧ではQ値が大きく減少することを明らかにし，接触時の運動量を解析することで出力と重量のトレードオフが明らかにした．
また超音波モータの安全制御手法およびそれを実現可能にするモータドライバ駆動システムの開発を行った．ドライバには外乱（日常の温度変化や経年変化など）に対処できるための周波数フィードバック機能と，スムーズなトルク制御を可能にする位相制御機能を取り入れた．超音波モータを用いたロボットアームを開発し，モータの駆動実験を行い，センサが危険を検出したときに，わずか数ミリ秒で急停止できることを確認にした．また瞬時にバックドライバブル状態（軽い力でリンクを押し返すことができる状態）にする制御も実現した．
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