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振動モードの選択的励振に基づく多自由度超音波モータの研究

基于振动模式选择性激励的多自由度超声电机研究

基本信息

批准号：
15760093
负责人：
竹村研治郎
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

従来の多自由度超音波モータは,複数の振動モードが縮退する振動子を用いて振動子表面に任意軸回りの楕円運動を生成するモータであった.これに対し,本研究では,球状回転子と振動子からなり,回転子の直交3軸回りの運動を,各振動子1つの振動モードの組み合わせによって実現する多自由度超音波モータを開発した.はじめに,単一振動モードにより往復運動する振動子上の突起と回転子との接触部を離散的な接触点と線形ばねによってモデル化し,振動子・回転子間の摩擦力を考慮した数値解析モデルを構築した.本モデルを用いて振動子上の突起部における振動方向,振幅などをパラメータとして回転子の駆動特性を計算した結果,単一振動モードによって回転子を駆動できることが明らかになり,突起部での振動方向が駆動特性に大きく影響することがわかった.つぎに,上記の数値解析の結果をもとに,振動子の3つの振動モードを選択的に励振することにより,球状回転子の多自由度回転運動を実現する多自由度超音波モータを設計した.本モータはマトリクス状に配置された4つの平板状振動子と,その上に置かれた球状回転子から構成されている.上記数値解析をもとに,各振動子に励振すべき振動モードの組み合わせを決定した結果,回転子に多自由度運動を実現し回転軸を制御できることを確認した.駆動実験の結果,最大トルク15mNmであった.複数の振動子にそれぞれ1つの振動モードを励振し,選択的に組み合わせることにより多自由度運動を実現する超音波モータを開発した.すなわち,単一振動子による回転子の駆動状態を推定する数値解析手法を確立し,その結果から多自由度超音波モータのプロトタイプを試作した.

The multi-degree-of-freedom ultrasonic wave is generated by the vibration of a plurality of vibrators. In this paper, the spherical oscillator and the vibrator are separated, and the orthogonal 3-axis rotation of the oscillator is realized. The friction force between the vibrator and the commutator is taken into account in the numerical analysis of the structure of the contact part of the vibrator and the contact part of the vibrator. The vibration direction and amplitude of the protrusion on the vibrator are calculated. As a result, the vibration direction and amplitude of the protrusion on the vibrator are greatly affected by the vibration characteristics of the vibrator. In this paper, the results of numerical analysis mentioned above are discussed. The vibration mode of the vibrator is selected from the excitation mode. The multi-degree-of-freedom ultrasonic motion of the spherical gyroscope is realized. The present invention is composed of four plate-shaped vibrators arranged in a circular shape, and spherical vibrators arranged on top of each other. The upper part of the number analysis is determined by the combination of the excitation and vibration of each oscillator, and the multi-degree-of-freedom motion of the oscillator is determined by the control of the rotation axis. The maximum value of the test results is 15mNm. The vibration of a plurality of vibrators is excited, and the combination of the selected vibrators is realized by ultrasonic vibration. The numerical analysis method for estimating the motion state of a single oscillator is established, and the results are as follows: