超高加速高速メカニズムとその応用

超高加速高速リニアモータ

運動機械の基本かつ重要な性能である加速度,速度性能に関し,従来の性能(高速機械の多くは,数G,数m/s以下)を大幅に超える次世代の超高速・高精度ロボット,超高速・高精度産業機械の実現のために,その基礎として100G (= 980m/s2),10m/sを達成できるハードウェア性能を有し,ミクロンオーダ以下の高精度での位置・軌跡制御を可能とするリニアサーボ機構の実現を目指して,研究を進めています.

これまでに4.56×103Nの大推力を発生するリニアモータを設計・試作し,実験により1,000m/s2,11m/sを超える超高加速度,高速度を達成し,その機構を利用して精度と分解能が500nmの超高速・精密位置決めを実現しています,さらに学習制御則やゲインスケジューリングなどを組み合わせた制御方法により,最大加速度16Gの正弦波入力に対し追従誤差2µm以下という高加速・高精度運動も実現しています.

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図 100Gを達成した試作リニアモータ

図 開ループ動作

図 ステップ位置決め動作

主要論文

[1]
Kaiji Sato, Masato Katori and Akira Shimokohbe: Ultrahigh-Acceleration Moving-Permanent-Magnet Linear-Synchronous-Motor with a Long Working Range, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol.18, No.1, (2013) pp.307-315.
[2]
Kaiji Sato: Thrust Ripple Reduction in Ultrahigh-Acceleration Moving-Permanent-Magnet Linear Synchronous Motor, IEEE Transactions on Magnetics, Vol.48, No.12, (2012) pp.4866-4873.