Development of hybrid ultrasonic levitation system for 6-DOF acrobatic manupilation

用于六自由度杂技操作的混合超声悬浮系统的开发

• 批准号: 21H01268
• 负责人: 青柳 学
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: Muroran Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01268/
• 关键词: 浮揚; 超音波; マニピュレーション; 多自由度; 保持力; 定在波; 板状物体; 音響放射圧; 非接触搬送

本研究では近距離場音波浮揚（NFAL）による６自由度非接触操作可能な安定で実用的な非接触搬送システムの構築を目的としている。具体的には，浮揚物体の縦回転や飛び上がり後に振動面上に非接触で受け止めること，また板状物体の定在波音場浮揚(SWAL)の設計，NFALからSWALへの移行を行った。本年度の研究成果は以下の通りである。●テーマ１：６自由度動作システムの開発（Z軸方向移動）音響放射面に窪み（音響キャビティ）を適切に設けると，NFAL状態から音響キャビティの共振状態に移行し，大きな音響放射力が浮揚物体に印加され物体は突然跳躍する。浮揚物体の重心から離れた位置に力が作用すると縦回転ができる。振動面上に非接触で受け止める実験の結果，浮揚物体と振動面間で発生する定在波共振では大きな音響放射力を受けるため，振動面への接近が困難であり，振動面から離れた位置では姿勢保持が困難であった。浮揚物体の位置による振動振幅制御が必要であり，また複数の振動面で受け止める構成の着想を得た。さらに，小径穴付き板を振動面近傍に配置した際に発生する音響ジェットを利用した新たな非接触操作の着想も得られた。●テーマ２：板状物体の定在波音場浮揚の安定化に関する研究昨年に引き続いて，板状物体のSWALと安定な保持力を得るために有限要素解析により音場設計を行った。基本構成は同じであるが，1次元搬送のため長方形振動面を採用した結果，振動子設計が比較的容易になった。また，振動面間隙間の搬送への影響を調査した結果，浮揚物体が落下しない程度のはみ出しと同程度であれば問題は無かった。さらに，NFALからSWALへの乗り継ぎ方法について研究計画を前倒しで行い，浮揚物体を上下から振動面で挟むことでNFALの保持力が消滅することを解析および実験で明らかにした。NFALからSWALへの移行は重要な技術であるため大きな進展が得られた。

This study aims to construct a non-contact transport system for the possible stability of 6-DOF non-contact operation in NFAL. Specifically, floating objects are designed to fly back and forth and vibrate on a non-contact surface. Plate objects are designed to float in Boeing Field (SWAL). NFAL is designed to move SWAL. This year's research results are as follows.● 1:6 degrees of freedom of movement of sound emission surface (Z-axis direction movement) appropriate settings, NFAL state, resonance state of sound emission, large sound emission force, floating objects, objects suddenly jump. The gravity of a floating object changes from position to position. As a result of non-contact on the vibration surface, floating objects and vibration surfaces are generated at a fixed time. Wave resonance is generated. Acoustic radiation force is received. It is difficult to approach the vibration surface. It is difficult to maintain the posture of the vibration surface. The vibration amplitude control of the floating object is necessary, and the structure of the vibration surface is obtained. The small diameter hole is close to the vibration surface, and the sound is generated by the new non-contact operation. 2. Research on the Stability of Plate Objects in Boeing Field The basic structure is the same as that of the rectangular vibration surface. As a result, the vibrator design is relatively easy. As a result of the investigation of the influence of the gap between the vibrating surfaces, the floating object falls to the same extent as the floating object. In addition, the NFAL is not only a new method for the study of SWAL, but also a new method for the analysis of the NFAL's retention force. NFAL is moving forward with great progress.

项目成果

振動面近傍に配置した小径穴付き円筒からの噴出流の流入出部分離による流量計測

通过在靠近振动表面放置小直径孔的圆柱体分离射流的流入和流出部分来测量流量

• 发表时间: 2023
• 作者: Yoshiki Yamamoto;Shinya Tabata;Yusuke Kuwata;Kazuhiko Suga;青野浩平，孔徳卿，松本大樹，青柳学
• 通讯作者: 青野浩平，孔徳卿，松本大樹，青柳学

Effect of eigenmode in cavity on acoustic radiation force in near-field acoustic levitation

近场声悬浮腔内本征模对声辐射力的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: Kohei Aono;Deqing Kong;Manabu Aoyagi
• 通讯作者: Manabu Aoyagi

小径穴付き円筒から噴出する流体による浮揚時に円筒に作用する保持力特性

由于从小直径孔的气缸喷出流体，在悬浮过程中作用于气缸的保持力特性

• 发表时间: 2021
• 作者: Naoki Ito;Masaru Takeuchi;Katsuhiro Tokutake;Tadayoshi Aoyama;Sota Saeki;Shigeru Kurimoto;Hitoshi Hirata;Yasuhisa Hasegawa;青野浩平，孔徳卿，青柳学
• 通讯作者: 青野浩平，孔徳卿，青柳学

曲げ振動板間の乗り継ぎ特性，－近距離場音波浮揚による非接触ステッピング搬送(19)－

弯曲膜片之间的传输特性，-使用近场声波悬浮的非接触式步进传送（19）-

• 发表时间: 2023
• 作者: 矢ヶ崎 航;桑田 祐丞;須賀 一彦;西雄太郎，青野浩平，孔徳卿，梶原秀一，青柳学
• 通讯作者: 西雄太郎，青野浩平，孔徳卿，梶原秀一，青柳学

Non-contact flip motion of planer levitated object using acoustic jumping phenomenon

利用声跳跃现象实现平面悬浮物体的非接触翻转运动

• 发表时间: 2022
• 作者: Kohei Aono;Deqing Kong;Manabu Aoyagi
• 通讯作者: Manabu Aoyagi