1994 Fiscal Year Annual Research Report
圧電素子を動力源とする油圧式アクチュエータの研究開発
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05805024
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
小西 克信 徳島大学, 工学部, 教授 (20035653)
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| Keywords | 圧電アクチュエータ / 油圧アクチュエータ / 位置制御 / 外乱オブザーバ / 油圧共振 |
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| Research Abstract |
本研究では、ロボットやメカトロニクス用の小型軽量のアクチュエータの開発を目的として、圧電素子を動力源とする油圧式アクチュエータを研究した。具体的研究成果は次の3点に要約される。
1.圧電ポンプの出力の増大
本研究費を申請する以前に圧電ポンプを試作し、出力34Wを得ていたが、これを増大する方法として次の3点が有効であることを実験によって試行錯誤的に確認した。すなわち、(a)油圧共振の活用、(b)ダイヤフラム面積の最適化、(c)ポンプ弁の開口面積の増大、である。これらの改良を施した結果、出力は62Wに増加し、効率も上昇した。
2.往復運動アクチュエータとしての制御性能の確認
上記の圧電ポンプを内径12mm、ロッド径6mmの油圧シリンダと結合し、ポンプ吐出口とアキュレータとの連結管を自動開閉する制御弁を組み込むことによって、アクチュエータシステムを構成した。そして実験により次の結果を得た。(a)このアクチュエータシステムは、圧電ポンプ駆動電圧を唯一の入力として、ピストンロッドの前進・後退の速度を制御できる。そして、速度のステップ応答の時定数は約15msecと高速である。(b)外乱オブザーバを用いることにより、定常偏差10μm程度、応答周波数10Hzの制御性能が得られる。
3.シミュレーションのための数学モデルの作成
小型アクチュエータを設計するための指針とするため、制御回路を含むアクチュエータシステム全体の数学モデルを作成し、シミュレーションを行った。その結果、(a)シミュレーション結果は上記1.及び2.で得られた実験結果とよく一致する、(b)圧電ポンプの最大出力は、最適化によって現在値の2倍以上に増加できる、などの事が分かった。
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