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

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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。