高トルク高精度マイクロハンドリングミニロボットの開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750114
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: EKO Purwanto 東京農工大学, 工学部, 助手 (90332634)
• Keywords: ステータ / ロータ / 超音波モータ / 摩擦材 / 摩耗 / 積層サンドイッチ型超音波モータ / 高トル

Research Abstract

マイクロマシンの分野では,ミニサイズでも大きな駆動力を得ることができるアクチュエータの開発がきわめて重要であるので,本研究は高トルク高精度マイクロハンドリングミニロボットのアクチュエータとして超音波モータを使用することを提案した.これまでにモータの出力トルクを増大させるために,ロータの硬度と弾性率のバランスを調整したり,ロータ表面に摩擦係数の大きい金属メッキを施したりすることで行われてきたが,超音波モータは,圧電素子を用いた摩擦モータであるので,高精度に制御することができるが,大きなトルクが出ると同時に摩擦による摩耗も発生する.また,摩耗により摺動面の接触面積が不均一となり摩擦係数が変化してしまうため,トルクを一定に保つことが困難となる.そこで本研究では,ミニサイズでも安定した高トルク高精度であるマイクロハンドリングロボットの開発を目的とし,以下の実績を報告する.
(1)トルクの安定化にペーパ摩擦材を使用した.このペーパ摩擦材は耐摩耗性に優れ,摩擦材に含有するフェノール樹脂の充填率や摩擦材の厚さ方向の分布より硬度変化できる特徴を持っているので,ロータの表面にペーパ摩擦材を貼り付けることにより,時間経過によるトルクの変動を抑えることができることを確認した.
(2)トルクの向上化に超音波モータを複数重ねた構造の積層サンドイッチ型超音波モータを提案した.試作した積層サンドイッチ型超音波モータはφ30mmのステータを8枚用いて,サンドイッチ構造(1枚のロータを2枚のステータで挟み込む構造)を4段積み重ねた仕組みになっている.実験より,サンドイッチ型超音波モータの数に対して出力トルクが線形的に増加したことを確認した.
(3)高精度の実現に波数による制御方法を提案した.これにより,1/1000°の分解能で位置決めが可能となったことを確認した.
以上のことから,本研究の目的が達成されたことを確認した.

Research Products

• [Publications] E.Purwanto, S.Toyama: "Development of an Ultrasonic Motor as a Fine-Orienting Stage"IEEE Transactions on Robotics and Automation. Vol.17,No.4. 464-471 (2001)
• [Publications] E.Purwanto, S.Toyama, N.Toyoda, H.Murakami: "Control Method of Spherical Ultrasonic Motor with Magnetized Rotor"Proceedings of The Fourth International Conference on Machine Automation ICMA'02. 387-394 (2002)