新しい液圧アクチュエータを応用した極限環境用マニピュレータの開発

使用新型液压执行器开发适用于极端环境的机械手

基本信息

批准号：
05650158
负责人：
横田眞一
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

ここで用いている著者らの開発したフレキシブルハイドロウリックアクチュエータ(FHA)は液圧の大きな弱点となりうる漏れがなく,また摺動部がないため潤滑の必要がないという優れた特長をもち、ほかのアクチュエータと比較して出力/自重比の点でもはるかに優れている.この利点を生かして、試作した2本のFHAを用いた1自由度回転関節形マニピュレータの概略図を示す.この場合内圧の立ち上がりがシステムの動特性を大きく支配するので内圧制御が重要になる.FHAを応用したマニピュレータシステムの回転角度制御に際し,FHAの体積変化による流量補償を加えた内圧制御を付加することによる制御系の安定化を行ない、変位フィードバックのみの制御に比べ内圧および変位の応答性が十分に改善されることを確かめている(文献1参照).またマニピュレータの姿勢変化およびハンドリング負荷の有無による関節周りの慣性モーメントの変化などによるシステムの大きな特性変動に対して影響を受けない制御系を実現するために,外乱オブザーバを用いた外乱推定補償形ロバスト制御系を本マニピュレータシステムに適用し,実験とシミュレーションを通じて、サーボ弁の中立点ずれ、ループゲインの大幅な変化(100%)、また関節周りの慣性負荷の3倍の変化などにこの制御手法が有効に働くことを確かめている(文献1参照).さらに、真空のような極限環境で使用可能な液圧マニピュレータ用アクチュエータの駆動には漏れのない高速弁が必要となるため、ここでは両側をベローズで封印したスプール弁を,申請者らが高速弁の駆動に用いている積層ピエゾ素子で駆動する新たな高速3方弁の試作を行った.スプール駆動用のピエゾ素子に起因するヒステリシスなどの非線形特性の影響を低減するため外乱オブザーバを用いたロバスト制御と推定速度フィードバックをマイナーな部分にも応用して、300Hzの高応答性を実現している(文献2参照).

作者在这里开发的柔性液压执行器（FHA）具有无泄漏的出色特征，这可能是液压压力的主要弱点，并且由于没有滑动零件而不需要润滑，并且与其他执行器相比，输出/权重比方面要好得多。利用这一优势，我们提出了使用两个原型FHA的一级旋转关节操纵器的示意图。在这种情况下，内部压力的升高极大地控制了系统的动态特征。因此，内部压力控制变得很重要。当使用FHA控制操纵器系统的旋转角时，通过添加内部压力控制和由于FHA的体积变化而导致流量补偿来稳定控制系统，并且已经证实，与仅使用位移反馈的控制相比，与仅使用对照相比，内部压力和位移响应得到了足够的改进（参见参考文献1）。此外，由于操纵器的姿势发生变化以及由于存在或不存在处理负荷而导致关节周围惯性的变化，因此该系统的变化很大。为了实现不受特征波动影响的控制系统，使用干扰观察者的障碍估计赔偿类型可靠的控制系统适用于该操纵器系统，并且通过实验和模拟，该控制方法有效地用于中性点，用于伺服阀的中性点偏差，伺服上的重大变化（100％）围绕1％和三倍的关注（均为三倍）（均为三倍）（均为三倍），并参考（均为三倍）（均为三倍）（均呈现出偏置的参考）（均为临时的参考）。此外，可以在真空等极端环境中使用的液压操纵器的执行器。由于要驱动巨魔需要一个不泄漏的高速阀，因此我们创建了一个新的高速三向阀，该阀使用双方密封的线轴阀用波纹管密封，该阀由申请人用来驱动高速阀的层压压电元素驱动。为了减少非线性特征的影响，例如由压电元素引起的磁滞，用于驱动线轴的磁滞，使用扰动观察者和估计的速度反馈适用于次要部分，可实现300Hz的较高响应（请参阅参考文献2）。