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圧電素子のオンオフ制御を用いた3自由度ミニチュアロボットの動作解析

利用压电元件开关控制的三自由度微型机器人运动分析

基本信息

批准号：
15760185
负责人：
鳥井昭宏
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Aichi 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 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、積層型圧電素子を正三角形状に組み合わせたミニチュアロボットの動作原理を解明することにある。このミニチュアロボットは圧電素子の伸縮により生じる振動や、静摩擦力と動摩擦力の差によって、直進変位と回転変位を行うと考えられている。圧電素子への制御波形は、基本的にはオンオフ波形の方形波とするが、圧電素子の伸縮がミニチュアロボットの機構に与える影響を検討するために、基本波成分である正弦波も与えた。最初に、三相正弦波を圧電素子に与えたときの回転情況を観察し、回転を行う周波数と回転を行わない周波数を求め、回転を行う場合の制御周波数と回転速度の関係を明らかにした。次にロボットを支える3個の足の動作を計測した。回転を行う場合にはそれぞれの足が楕円軌跡を描いたが、回転を行わない場合には単純な往復運動になっていることを明らかにした。そこで、圧電素子への印加電圧を制御し、楕円軌跡が得られる印加電圧とした。また接着剤を用いて接続した圧電素子の接合部分を調整した。これにより、足の軌跡を楕円にすることができた。制御信号の位相を変更し、回転方向を時計回り・反時計回りと変更させたときは、足の描く楕円軌跡の回転方向が逆転した。正弦波の実験結果を踏まえて方形波を用いた実験を行った。実験では3相の方形波であるが、同時に2個の圧電素子を伸縮させない波形とし、一周期は6ステップによって構成される。ロボットの各足の変位を計測したところ時計回りと反時計回りの六角形を描いた。六角形の長軸の傾きと圧電素子の伸縮のタイミングの関係を求めたが、現在のところ、長軸の傾きと回転方向・制御周波数に明確な因果関係が見られていない。今後、圧電素子の伸縮により生じる各足の瞬間的な移動方向と、ミニチュアロボットの回転動作の関係を明らかにする。

The purpose of this study is to clarify the principle of action of multilayer voltage elements in a regular triangle. The vibration, static friction and dynamic friction of the voltage element are different, and the linear rotation is different. The control waveform of the voltage element, the square wave of the basic wave, the expansion and contraction of the voltage element, the mechanism and the influence of the basic wave component are discussed. First, the three-phase sine wave voltage element and the return condition are observed, and the return cycle number and the return cycle speed are determined. The next step is to measure the movement of three feet. In case of backward movement, it is necessary to make a clear movement. The voltage of the battery is controlled by the voltage of the battery. The bonding part of the voltage element is adjusted by the bonding agent. This is the first time that I've seen you. The phase of the control signal is changed, the direction of the return is changed, and the direction of the return is changed. The sine wave is the result of a square wave. Three phases of square wave, two voltage elements at the same time, six phases of wave, one period of wave. The position of each foot is measured in the hexagon. The inclination of the long axis of the hexagon and the expansion and contraction of the voltage element are determined by the causal relationship between the inclination and the rotation direction of the long axis and the number of control cycles. In the future, the relationship between the instantaneous movement direction of each foot and the return movement of the voltage element is clearly defined.