複数の固有振動の縮退に基づく多自由度超音波モータの開発

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ロボットアームやマニピュレー夕の高度化を実現するためには,多自由度運動を行いうる小型高精度アクチュエー夕の開発が不可欠である.超音波モータは,単位体積あたりの出力パワーが大きいこと,高保持トルク特性を有すること,高トルク特性を有すること,単純構造,静粛性,高制御性などの特徴を有することから,多自由度運動を行うロボットアームやマニビュレータの駆動用に適している.このため,本研究の1年目(平成9年度)には,単一の振動子によって球状の回転子を任意の軸周りに回転させることのできる3自由度超音波モータの構造を提案し,その基本特性を計測した.ただし,出力トルクが小さい,振動子の振動と回転子の回転の関係が不明である,制御法が確立されていないなどの問題があった.このため,本研究の2年目では,まず,回転子と振動子の間の接触状態を解析する手法を開発した.本手法によれば,まず,回転子・振動子間の固着・滑り状態を計算することができる.また,振動子の振動方向と回転子の回転軸方向の関係,回転速度と負荷トルクの関係,接触部における摺動損失,モータの効率などを求めることができる.これらのモータ基本特性のモータ設計変数変化に対する感度を計算することによって,モータの性能向上のための指針を得ることができた.なお,モータの速度負荷特性の計測も行い,解析結果と比較検討することによって,本解析の妥当性を確認した.今後は,本解析を用いて,接触部の弾性摩擦材構造の最適設計を行い,モータの出力パワーおよび効率の向上をめざす.