回転するアームの非線形干渉力を利用した推力発生機構に関する研究

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研究代表者は、台車-単リンク系について、その運動方程式の楕円積分を解析的に得ることに成功し、それにもとづく系の運動解析のための新しい方法を提案してきた。本年度は、まず台車-単リンク系で提案した方法が多の系についても同様に適用できることを確認するために、2リンクアーム系の自由運動と強制運動のそれぞれについて段階的に検討を行った。まず自由運動では、台車-単リンク系とのアナロジにより第一積分を得ることに成功し、それに基づく解析を行った。その結果、自由運動は振動モードと回転モードの二つに分類でき、運動がどちらのモードをとるかは第一積分に含まれる積分定数(軌道パラメータ)の値により決定されることが明らかになった。また強制運動では、リンク間の間接部にアクチュエータを持つ場合について検討を行った。その結果、系は非可制御であるが出力可制御であることが明らかになった。また、静止状態からの運動では、回転モードのみが生じ、振動モードは決して現れないことを理論的に示した。そしてこれらの結果に基づき、2リンクアーム系のための制御則を求める方法を提案し、その有効性をコンピューターシュミレーションおよび実験により確認した。さて、台車-単リンク系および2リンク系の解析結果を利用して直進運動が可能な台車を設計した。車輪にはブレーキを操作するタイミングをとるためのロータリーエンコーダを取り付けてある。アームの質量は50g、重心の回転半径は0.05m、アームを含む台車の総重量は約1kgである。この仕様で、アーム1回転当たりの移動量は0.005mとなる。したがってアームの回転速度を20rpsとすれば、台車の移動速度は0.1m/sとなる屡この台車は現在製作中である。