JP5264656B2 - Multi-DOF active vibration control device - Google Patents
Multi-DOF active vibration control device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5264656B2 JP5264656B2 JP2009201426A JP2009201426A JP5264656B2 JP 5264656 B2 JP5264656 B2 JP 5264656B2 JP 2009201426 A JP2009201426 A JP 2009201426A JP 2009201426 A JP2009201426 A JP 2009201426A JP 5264656 B2 JP5264656 B2 JP 5264656B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibration
- movable mass
- degree
- linear motion
- freedom
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
Description
この発明は、高精度観測機器に伝達する複数自由度の振動を除去するために用いられる、多自由度アクティブ制振装置に関するものである。 The present invention relates to a multi-degree-of-freedom active vibration damping device that is used to remove vibrations having multiple degrees of freedom transmitted to a high-precision observation instrument.
高精度観測機器において、外部から僅かでも振動が伝達する場合、観測分解能が劣化することで観測結果に大きな支障をきたすことがある。そこで従来では、防振ゴム、バネ・ダンパ系等を使用した除振台を介して、床等の設置筐体と高精度観測機器を結合することで、設置筐体から高精度観測機器に伝達する振動を除去する方法が用いられている。この場合、設置筐体からの振動は除去することができる反面、除振台上に設置した機器が発生する振動のように、設置筐体以外から高精度観測機器に伝達する振動は除去することができない。そこで、振動を発生する機器に対して、その発生振動を相殺するような制振力を作用させることにより、振動エネルギを吸収するようにしたアクティブ制振装置も開発されている。 In a high-precision observation instrument, when vibration is transmitted even from the outside, the observation resolution may deteriorate and the observation result may be greatly hindered. Therefore, conventionally, the installation housing such as the floor and the high-precision observation equipment are connected to the high-precision observation equipment via the vibration isolation table using vibration-proof rubber, spring / damper system, etc. A method for removing the vibrations is used. In this case, vibrations from the installation housing can be removed, but vibrations transmitted from other than the installation housing to the high-precision observation equipment, such as vibrations generated by equipment installed on the vibration isolation table, should be removed. I can't. Therefore, an active vibration damping device has been developed that absorbs vibration energy by applying a vibration damping force that cancels the generated vibration to a device that generates vibration.
多くの場合、このアクティブ制振装置は質量Mの可動マス(可動体)に対して、1軸方向の加速度αを与えることで慣性力F=Mαを発生させ、制振対象である機器の発生振動を当該慣性力で相殺することにより、1軸方向(可動マス駆動方向)の振動を除去する1自由度アクティブ制振装置となっている。このような1自由度アクティブ制振装置によって複数自由度の振動を除去するためには、除去すべき振動の自由度に応じて複数台の1自由度アクティブ制振装置を設ける必要があり、装置全体が大型化する問題があった。 In many cases, this active vibration damping device generates an inertial force F = Mα by applying a uniaxial acceleration α to a movable mass (movable body) of mass M, and generates a device to be controlled. By canceling the vibration with the inertial force, a one-degree-of-freedom active vibration damping device that removes vibration in one axial direction (movable mass driving direction) is obtained. In order to remove vibrations having a plurality of degrees of freedom with such a one-degree-of-freedom active vibration damping device, it is necessary to provide a plurality of one-degree-of-freedom active vibration damping devices according to the degree of freedom of vibration to be removed. There was a problem that the whole was enlarged.
このような問題に対して、1台のアクティブ制振装置で複数自由度の制振力及び制振トルクを発生可能な多自由度アクティブ制振装置も開発されている。従来の多自由度アクティブ制振装置(例えば下記特許文献1に記載)では、互いに直交する3軸の直交点に配置された可動マスを、3軸各方向に変位可能な変位部材により支持している。その上で、制振対象に対して上記多自由度アクティブ制振装置を載置し、外部から制振対象に伝達する振動、又は制振対象が発生する振動に対して、3軸各方向の振動を打ち消すように変位部材に反力を発生させるようにしている。これにより、変位部材で支持された可動マスに対して3軸方向の加速度を与えることで、3軸各方向に慣性力を発生させ、制振対象の振動を当該慣性力で相殺することで、制振対象における3自由度の直動振動を除去するようにしている。
In response to such a problem, a multi-degree-of-freedom active vibration control device capable of generating a vibration control force and vibration control torque having a plurality of degrees of freedom with a single active vibration control device has been developed. In a conventional multi-degree-of-freedom active vibration damping device (for example, described in
また、従来の多自由度アクティブ制振装置のもう一つの例(例えば下記特許文献2に記載)として、制振対象に取付けられるベース・プレートと、ベース・プレートの一方面に立設され印加電圧に応じて各々所定方向へ伸縮可能な6本の直動リンクと、各直動リンクの一端部に支持された可動マスと、ベース・プレートに生じる振動成分を検出する振動検出手段と、その検出した振動成分に応じて各直動リンクを駆動する制御手段とを備えた多自由度アクティブ制振装置がある。上記多自由度アクティブ制振装置では、制振対象に発生した振動が振動検出手段で検出されると、制御手段により振動成分に応じて振動を抑制する制御量が求められ、当該制御量で各直動リンクが駆動制御される。6本の直動リンクが駆動されることにより、当該リンクで支持された可動マスに3軸方向の慣性力及び3軸方向の慣性トルクが発生し、当該慣性力及び慣性トルクが各直動リンクを介して制振対象に取付けられたベース・プレートに作用することで、制振対象の3自由度直動振動及び3自由度回転振動を除去するようにしている。 As another example of a conventional multi-degree-of-freedom active vibration damping device (for example, described in Patent Document 2 below), a base plate attached to a vibration damping target and an applied voltage provided upright on one surface of the base plate 6 linear motion links that can be expanded and contracted in a predetermined direction, a movable mass supported at one end of each linear motion link, vibration detection means for detecting vibration components generated in the base plate, and detection thereof There is a multi-degree-of-freedom active vibration control device including control means for driving each linear link in accordance with the vibration component. In the multi-degree-of-freedom active vibration control device, when vibration generated in the vibration suppression target is detected by the vibration detection means, a control amount for suppressing the vibration according to the vibration component is obtained by the control means, The linear link is driven and controlled. By driving the six linear motion links, a triaxial inertial force and a triaxial inertial torque are generated in the movable mass supported by the link, and the inertial force and the inertial torque are applied to each linear motion link. The three-degree-of-freedom linear motion vibration and the three-degree-of-freedom rotational vibration of the object to be controlled are removed by acting on the base plate attached to the object to be controlled via
上記特許文献1に示す従来の多自由度アクティブ制振装置では、可動マスに3軸方向作用力を発生させることで、当該アクティブ制振装置と制振対象との設置面において、当該作用力の符号反転値が3軸方向の制振力として作用するため、制振対象における3自由度の直動振動を除去することができる。
In the conventional multi-degree-of-freedom active vibration damping device shown in
しかしながら、上記多自由度アクティブ制振装置の可動マスは、上記設置面と所定距離を隔てて変位部材で支持されるため、設置面の面内方向にそれぞれ直交するX軸及びY軸、面外方向にZ軸をとった場合、特に面内X軸方向(Y軸方向)の直動振動を除去するために可動マスに対してX軸方向(Y軸方向)作用力を発生させると、上記設置面にはX軸方向(Y軸方向)の制振力に加えて、X軸方向(Y軸方向)作用力と設置面中心から可動マス質量中心までの位置ベクトルとの外積で与えられるY軸方向(X軸方向)の制振トルクが作用することになる。したがって、制振対象の3自由度直動振動を除去することができても、設置面の面内2自由度回転振動は逆に励起されることになり、制振対象の振動を厳密に除去することは困難であるという問題があった。 However, since the movable mass of the multi-degree-of-freedom active vibration damping device is supported by a displacement member at a predetermined distance from the installation surface, the X-axis and Y-axis, which are orthogonal to the in-plane direction of the installation surface, respectively, are out of plane. When the Z-axis is taken in the direction, particularly when an acting force in the X-axis direction (Y-axis direction) is generated on the movable mass in order to remove the linear motion vibration in the in-plane X-axis direction (Y-axis direction), In addition to the vibration damping force in the X-axis direction (Y-axis direction), the installation surface is given by the outer product of the acting force in the X-axis direction (Y-axis direction) and the position vector from the center of the installation surface to the center of the movable mass. The damping torque in the axial direction (X-axis direction) acts. Therefore, even if the three-degree-of-freedom linear motion vibration of the vibration control target can be removed, the in-plane two-degree-of-freedom rotational vibration of the installation surface is excited in reverse, and the vibration of the vibration control target is strictly removed. There was a problem that it was difficult to do.
一方、上記特許文献2に示す従来の多自由度アクティブ制振装置では、可動マスに3軸方向作用力及び3軸方向作用トルクを発生させることで、制振対象における3自由度の直動振動に加えて、3自由度の回転振動も除去することが可能となる。このとき、制振対象に作用する3軸方向の制振力は、上記特許文献1に示す多自由度アクティブ制振装置と同様、可動マスに発生させる3軸方向作用力の符号反転値が対応する。
On the other hand, in the conventional multi-degree-of-freedom active vibration damping device disclosed in Patent Document 2, a 3-axis degree of direct acting vibration in a vibration-damping target is generated by generating a triaxial acting force and a triaxial acting torque on the movable mass. In addition to this, it is also possible to remove rotational vibration with three degrees of freedom. At this time, as in the multi-degree-of-freedom active vibration control device disclosed in
しかしながら、制振対象に作用する3軸方向の制振トルクは、可動マスに発生させる3軸方向作用トルクの符号反転値に対して、可動マスに発生させる3軸方向作用力と設置面中心から可動マス質量中心までの位置ベクトルとの外積を重畳した成分が対応する。したがって、制振対象に対して所望の制振トルクを作用させるためには、上記作用力と位置ベクトルとの外積を陽に考慮した上で、可動マスへの作用トルクを制御しなければならないという問題があった。 However, the three-axis vibration damping torque acting on the object to be damped is based on the three-axis acting force generated on the movable mass and the center of the installation surface with respect to the sign inversion value of the three-axis acting torque generated on the movable mass. The component which overlaps the outer product with the position vector to the movable mass mass center corresponds. Therefore, in order to apply a desired damping torque to the damping object, it is necessary to control the acting torque on the movable mass after explicitly considering the outer product of the acting force and the position vector. There was a problem.
加えて、一般にアクティブ制振装置において可動マスに発生可能な最大作用力及び最大作用トルクは、可動マスの可動範囲及び可動周波数で制約を受けるが、設置面と可動マス質量中心との距離に比例して、上記作用力と位置ベクトルとの外積成分が大きくなるため、当該外積成分の影響で制振対象に作用可能な最大制振力及び最大制振トルクが小さくなるという問題があった。特に上記特許文献2に示す従来の多自由度アクティブ制振装置のように、ベース・プレート、可動マス、及び6本の直動リンクでスチュワート・プラットフォームを構成した場合、必然的に設置面と可動マス質量中心との距離が大きくなるため、上記問題は顕著となる。 In addition, in general, the maximum acting force and maximum acting torque that can be generated on a movable mass in an active vibration control device are limited by the movable range and frequency of the movable mass, but are proportional to the distance between the installation surface and the center of the movable mass. Since the outer product component of the acting force and the position vector is increased, there is a problem that the maximum damping force and the maximum damping torque that can be applied to the vibration suppression target are reduced due to the influence of the outer product component. Especially when the Stewart platform is composed of a base plate, a movable mass, and six linear motion links as in the conventional multi-degree-of-freedom active vibration control device shown in Patent Document 2, the installation surface and the movable surface are inevitably movable. Since the distance from the mass center is large, the above problem becomes significant.
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、制振対象に作用可能な最大制振力及び最大制振トルクを拡大させることができる多自由度アクティブ制振装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a multi-degree-of-freedom active vibration damping device capable of expanding the maximum vibration damping force and the maximum vibration damping torque that can be applied to a vibration damping target. For the purpose.
この発明は、制振対象に発生する3自由度の直動振動又は3自由度の直動振動と3自由度の回転振動を相殺する3軸方向制振力及び3軸方向制振トルクを前記制振対象に印加して制振する多自由度アクティブ制振装置において、前記制振対象に取付けられるベース・プレートと、前記ベース・プレートに一端部が変位拘束で固定され各々所定方向へ伸縮可能な6本の直動リンクと、前記各直動リンクの他端部と変位拘束で支持された可動マスと、前記各直動リンクの伸縮量を検出する変位検出手段と、前記制振対象に発生する振動成分を検出する振動検出手段と、前記変位検出手段で検出した伸縮量及び前記振動検出手段で検出した振動成分に応じて前記各直動リンクの伸縮動作を制御する制御手段と、を備え、前記ベース・プレートと前記可動マスとの距離が小さくなるように、前記6本の直動リンクが、前記ベース・プレート及び前記可動マスの中心軸からの距離が大きい第1の距離になる前記ベース・プレート及び前記可動マスに対する固定点を有する3本の直動リンクと、前記ベース・プレート及び前記可動マスの中心軸からの距離が前記第1の距離より短い第2の距離になる前記ベース・プレート及び前記可動マスに対する固定点を有する3本の直動リンクと、を前記中心軸を中心とする円周方向に交互に配置してなることを特徴とする多自由度アクティブ制振装置にある。 According to the present invention, a three-degree-of-freedom linear motion vibration or a three-degree-of-freedom direct-motion vibration generated in a vibration-suppressed object and a three-axis direction damping force and a three-axis direction damping torque canceling out the three-degree-of-freedom rotational vibration In a multi-degree-of-freedom active vibration control device that applies vibration control to a vibration suppression object, the base plate attached to the vibration suppression object, and one end of the base plate is fixed by displacement restraint, and each can expand and contract in a predetermined direction 6 linear motion links, a movable mass supported by the other end of each linear motion link and displacement restraint, displacement detection means for detecting the amount of expansion / contraction of each linear motion link, and the vibration control target Vibration detecting means for detecting a generated vibration component, and control means for controlling the expansion / contraction operation of each linear link in accordance with the amount of expansion / contraction detected by the displacement detection means and the vibration component detected by the vibration detection means, The base plate and the As the distance between the moving mass is reduced, the six linear link, the base plate and the movable mass becomes the first distance range is greater from the central axis of the base plate and the moving mass Three linear motion links having a fixed point with respect to the base plate, and the base plate and the movable mass with respect to the base plate and the movable mass, the distance from the central axis of the base plate and the movable mass being a second distance shorter than the first distance. In the multi-degree-of-freedom active vibration damping device, three linear motion links having fixed points are alternately arranged in a circumferential direction around the central axis .
この発明では、制振対象に作用可能な最大制振力及び最大制振トルクを拡大させた多自由度アクティブ制振装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a multi-degree-of-freedom active vibration damping device that expands the maximum vibration damping force and the maximum vibration damping torque that can be applied to the vibration damping target.
この発明による多自由度アクティブ制振装置では、設置面と可動マス質量中心との距離を抑制することで、可動マスへの3軸方向作用力と設置面中心から可動マス質量中心までの位置ベクトルとの外積成分を減少させ、制振対象に作用可能な最大制振力及び最大制振トルクを拡大させる多自由度アクティブ制振装置を得ること、及び上記外積成分を陽に考慮した上で、制振対象に作用する3軸方向制振力及び3軸方向制振トルクを正確に制御することで、制振対象の3自由度直動振動及び3自由度回転振動を厳密に除去することができる。 In the multi-degree-of-freedom active vibration damping device according to the present invention, by suppressing the distance between the installation surface and the movable mass mass center, the three-axis acting force on the movable mass and the position vector from the installation surface center to the movable mass mass center And obtaining a multi-degree-of-freedom active vibration damping device that expands the maximum damping force and the maximum damping torque that can be applied to the damping target, and explicitly considering the outer product component, By accurately controlling the three-axis direction damping force and the three-axis direction damping torque acting on the damping target, the three-degree-of-freedom linear motion vibration and the three-degree-of-freedom rotational vibration of the damping target can be strictly removed. it can.
以下、この発明による多自由度アクティブ制振装置を好適な各実施の形態に基づき図面を用いて説明する。なお、各実施の形態で同一もしくは相当する部分は同一符号で示し重複する説明は省略する。 Hereinafter, a multi-degree-of-freedom active vibration damping device according to the present invention will be described with reference to the drawings based on preferred embodiments. Note that the same or corresponding parts in the respective embodiments are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted.
実施の形態1.
この発明の実施の形態1による多自由度アクティブ制振装置を図1から図6に従って説明する。図1はこの発明による多自由度アクティブ制振装置のパラレルリンク機構の構成の一例を示す斜視図、図2及び図3は図1のパラレルリンク機構の上面図及び側面図である。
A multi-degree-of-freedom active vibration damping device according to
図1のパラレルリンク機構20は、制振対象に取付けられるベース・プレート1と、一端部が変位拘束でベース・プレート1に固定点B1〜B6で固定され各々長手方向へ伸縮可能な6本の直動リンク2a〜2fと、これらの直動リンク2a〜2fの他端部と固定点M1〜M6において変位拘束で支持された可動マス3で構成されている。この直動リンク2a〜2fの固定点は、図2及び図3に示すように共通の中心軸Oを有するベース・プレート1及び可動マス3の当該中心軸Oからの距離が大きく(第1の所定距離)なるように設定した3本の直動リンク2b、2d、2fの組と、距離が小さく(上記第1の所定距離より短い第2の所定距離)なるように設定した3本の直動リンク2a、2c、2eの組において、中心軸Oに対して直動リンク2b、2d、2f(又は直動リンク2a、2c、2e)が、各組毎に中心軸Oを中心とする同一円周上の周方向に120度の等間隔で均等配置となり、更に直動リンク2a、2c、2eが直動リンク2b、2d、2fとそれぞれ60度ずれて周方向に交互に配置されるように、ベース・プレート1に対する直動リンク2a〜2fの固定点B1〜B6、及び可動マス3に対する直動リンク2a〜2fの固定点M1〜M6を配置している。
The
図4はこの発明の実施の形態1による多自由度アクティブ制振装置の振動検出手段(加速度センサ・ユニット)の空間配置を示すもので、(a)は上面図、(b)は(a)の上面図の紙面の下側から見た側面図である。図4に示したように、ベース・プレート1が取り付けられる制振対象4に発生する振動成分を検出する振動検出手段として、単体で直交3軸方向の各々に感度を有する3個の3軸加速度センサ・ユニット5a〜5cを用いる。3軸加速度センサ・ユニット5a〜5cの各々は、制振対象4に対するベース・プレート1の設置面中心(中心軸Oと同じ)を中心とした同一円周上で120度間隔の制振対象4上の3点に、当該中心に対して均等配置され、各3軸加速度センサ・ユニット5a〜5cの検出軸XAj、YAj、ZAj(j=1、2、3)が、軸XAjが設置面中心からの放射方向、軸YAjが上記同一円周上の接線方向、軸ZAjが設置面に垂直な方向となるように配置されている。
FIG. 4 shows a spatial arrangement of vibration detecting means (acceleration sensor unit) of the multi-DOF active vibration damping device according to
図5はこの発明の実施の形態1による多自由度アクティブ制振装置の制御系の構成を示すブロック図である。図5に示したように、この実施の形態1の多自由度アクティブ制振装置では、直動リンク2a〜2fの各々に対して、その伸縮量を検出する変位検出手段10a〜10f(歪みゲージ式変位センサ等)が配置されており、変位検出手段10a〜10fで検出した直動リンク2a〜2fの伸縮量、及び振動検出手段である3軸加速度センサ・ユニット5a〜5cで検出した制振対象4の振動成分に応じて、制御手段13によって直動リンク2a〜2fの伸縮動作を制御する。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the control system of the multi-degree-of-freedom active vibration damping device according to
この制御手段13は、3軸加速度センサ・ユニット5a〜5cで検出した振動成分を、制振対象4の3軸加速度及び3軸角加速度に変換する振動成分変換器9、振動成分変換器9で算出された制振対象4の3軸加速度及び3軸角加速度に基づいて、制振対象4に発生する3自由度直動振動及び3自由度回転振動を相殺するように、可動マス3に対する3軸方向作用力及び3軸方向作用トルクを算出する作用力・作用トルク変換器11、作用力・作用トルク変換器11で算出された可動マス3に対する3軸方向作用力及び3軸方向作用トルク、及び変位検出手段10a〜10fで検出した直動リンク2a〜2fの伸縮量に基づいて、可動マス3に対して3軸方向作用力及び3軸方向作用トルクが実際に作用するように、直動リンク2a〜2fの伸縮動作を制御する直動リンク制御器12で構成される。
The control means 13 includes a vibration component converter 9 and a vibration component converter 9 that convert the vibration components detected by the three-axis
また振動成分変換器9は、3軸加速度センサ・ユニット5a〜5cで検出した振動成分を、所定周波数よりも高周波領域で積分する不完全積分器6a〜6c、不完全積分器6a〜6cの出力を、制振対象4の3軸速度及び3軸角速度に変換する速度・角速度変換器7、3軸加速度センサ・ユニット5a〜5cで検出した振動成分、及び速度・角速度変換器7で算出された制振対象4の3軸速度及び3軸角速度に基づいて、制振対象4の3軸加速度及び3軸角加速度を算出する加速度・角加速度変換器8を備えている。
The vibration component converter 9 outputs the
図6はこの発明の実施の形態1による多自由度アクティブ制振装置の機械系の構成を示す概略構成図である。設置剛性を模擬したバネ・ダンパ系14で支持された制振対象4に対して、制振対象4に発生する振動成分を3軸加速度センサ・ユニット5a〜5cで検出し、変位検出手段10a〜10f(図5参照)で検出した直動リンク2a〜2fの伸縮量と合わせて、これらに基づき、制御手段13(図5参照)によって制振対象4上に配置したパラレルリンク機構20を制御することで、制振対象4に発生する3自由度直動振動及び3自由度回転振動を相殺するような3軸方向制振力及び3軸方向制振トルクを制振対象4に印加して制振する。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the mechanical system of the multi-degree-of-freedom active vibration damping device according to
また図9から図11は、従来の多自由度アクティブ制振装置におけるパラレルリンク機構の構成を示すそれぞれ斜視図、上面図及び側面図である。 FIGS. 9 to 11 are a perspective view, a top view, and a side view, respectively, showing the configuration of the parallel link mechanism in the conventional multi-degree-of-freedom active vibration damping device.
次に、この発明による多自由度アクティブ制振装置の動作について説明する。例えば上記特許文献2に開示された従来の多自由度アクティブ制振装置におけるパラレルリンク機構は、図9に示したように制振対象に取付けられるベース・プレート1、このベース・プレート1にその一端部が変位拘束で固定点B1〜B6に固定され、各々長手方向へ伸縮可能な6本の直動リンク2a〜2f、これらの直動リンク2a〜2fの他端部が固定点M1〜M6において変位拘束で支持された可動マス3で、スチュワート・プラットフォームを構成している。
Next, the operation of the multi-degree-of-freedom active vibration damping device according to the present invention will be described. For example, the parallel link mechanism in the conventional multi-degree-of-freedom active vibration damping device disclosed in Patent Document 2 includes a
このスチュワート・プラットフォームにおける直動リンク2a〜2fの固定点は、図10及び図11に示すように(特に図10の上面図で見た場合)、ベース・プレート1及び可動マス3の中心軸Oを中心とした共通の円周上で、互いに120度ずれた箇所にベース・プレート1に対する直動リンク2a〜2fの固定点(B1、B6)、(B2、B3)、(B4、B5)を配置し(120度間隔の均等配置)、更に上記共通の円周上で互いに120度ずれ(120度間隔の均等配置)、かつ固定点(B1、B6)、(B2、B3)、(B4、B5)の配置箇所からそれぞれ60度回転させた(ずれた)箇所に可動マス3に対する直動リンク2a〜2fの固定点(M1、M2)、(M3、M4)、(M5、M6)を配置している。
As shown in FIGS. 10 and 11 (particularly when viewed from the top view of FIG. 10), the fixed points of the
このようなパラレルリンク機構によって多自由度アクティブ制振を実現する場合、制振対象4に発生する振動成分を振動検出手段で検出し、当該振動を相殺するような3軸方向制振力fB及び3軸方向制振トルクτBを、制振対象4に対して印加する必要がある。しかしながら、一般にアクティブ制振装置における制御量は可動マス3に発生させる3軸方向作用力fM及び3軸方向作用トルクτMであり、両者の関係は制振対象4におけるベース・プレート1の設置面中心から可動マス3の質量中心までの位置ベクトルをγMBとして、式(1)で与えられる。
When the multi-DOF active vibration suppression is realized by such a parallel link mechanism, the vibration component generated in the vibration suppression target 4 is detected by the vibration detection means, and the three-axis direction vibration suppression force f B that cancels the vibration. In addition, it is necessary to apply the three-axis direction damping torque τ B to the damping target 4. However, in general, the amount of control in the active vibration damping device is the triaxial action force f M and the triaxial action torque τ M generated in the
ただし However,
H:制振対象におけるベース・プレート設置面から可動マス質量中心までの高さ H: Height from base plate installation surface to center of mass of movable mass
このように、制振対象4に作用する3軸方向制振力fBには、可動マス3に発生させる3軸方向作用力fMの符号反転値が対応するが、3軸方向制振トルクτBには、3軸方向作用トルクτMの符号反転値に対して、3軸方向作用力fMと設置面中心から可動マス質量中心までの位置ベクトルγMBとの外積を重畳した成分が対応する。
Thus, the three-axis direction damping force f B acting on the damping target 4 corresponds to the sign inversion value of the three-axis direction acting force f M generated on the
一般に、アクティブ制振装置において可動マス3に発生可能な最大作用力max(fM)及び最大作用トルクmax(τM)は、可動マス3の可動範囲及び可動周波数で制約を受けるが、設置面から可動マス質量中心までの高さHに比例して式(1)の第2式右辺第2項が大きくなるため、当該外積成分の影響で制振対象4に作用可能な最大制振力max(fB)及び最大制振トルクmax(τB)は小さくなる。
In general, the maximum acting force max (f M ) and the maximum acting torque max (τ M ) that can be generated in the
特に、直動リンク(2)はその最大伸張量に対して所定のリンク長さを必要とするため、従来の多自由度アクティブ制振装置のようにパラレルリンク機構をスチュワート・プラットフォームで構成した場合、必然的に設置面から可動マス質量中心までの高さHが大きくなり、上記問題が顕著となる。 In particular, the linear link (2) requires a predetermined link length with respect to its maximum extension, so when the parallel link mechanism is configured with a Stewart platform like the conventional multi-degree-of-freedom active vibration control device. Inevitably, the height H from the installation surface to the center of mass of the movable mass increases, and the above problem becomes remarkable.
例えば、直動リンク(2)に
最大伸張量:80μm
リンク長さ:92mm(固定点B1〜B6から固定点M1〜M6までの距離)
のピエゾ・アクチュエータを適用し、
可動マス3に
質量:1.51kg
面内方向主慣性モーメント:1.19×10−3kgm2
面外方向主慣性モーメント:2.28×10−3kgm2
の円柱形状を用いた場合、多自由度アクティブ制振装置として制振対象4に作用可能な所定単軸方向(残り5自由度の制振力・制振トルク=0)の最大制振力及び最大制振トルクは、動作周波数50Hzにおいて表1に示すとおりとなる。
For example, the maximum extension of the linear motion link (2): 80 μm
Link length: 92 mm (distance from fixed points B1 to B6 to fixed points M1 to M6)
Apply the piezo actuator of
In
Mass: 1.51 kg
In-plane direction main moment of inertia: 1.19 × 10 −3 kgm 2
Out-of-plane main moment of inertia: 2.28 × 10 −3 kgm 2
When the cylindrical shape is used, the maximum damping force in the predetermined single axis direction (the remaining 5 degrees of freedom damping force / damping torque = 0) that can act on the damping target 4 as a multi-degree-of-freedom active damping device and The maximum vibration damping torque is as shown in Table 1 at an operating frequency of 50 Hz.
そこでこの発明による多自由度アクティブ制振装置では、図1から図3に示したように、パラレルリンク機構20においてベース・プレート1及び可動マス3の中心軸Oからの距離が大きくなるように設定した3本の直動リンク2b、2d、2fと、距離が小さくなるように設定した3本の直動リンク2a、2c、2eのそれぞれの組において、当該中心軸に対して直動リンク2b、2d、2f(直動リンク2a、2c、2e)が互いに120度ずれた対称配置となり(同一円周上の周方向に120度の等間隔で均等配置)、更に直動リンク2a、2c、2eが直動リンク2b、2d、2fとそれぞれ60度ずれて周方向に交互に配置されるように、ベース・プレート1に対する直動リンク2a〜2fの固定点B1〜B6、及び可動マス3に対する直動リンク2a〜2fの固定点M1〜M6を配置している。
Therefore, in the multi-degree-of-freedom active vibration damping device according to the present invention, as shown in FIGS. 1 to 3, the
このようなパラレルリンク機構20とすることで、ベース・プレート1と可動マス3との距離が抑制され、式(1)の第2式右辺第2項で与えられる外積成分が減少することで、制振対象4に作用可能な最大制振力max(fB)及び最大制振トルクmax(τB)を拡大させている。
By using such a
例として、表1における設定と同一の直動リンク(2)及び可動マス3を適用した場合の、制振対象4に作用可能な所定単軸方向(残り5自由度の制振力・制振トルク=0)の最大制振力及び最大制振トルクは、動作周波数50Hzにおいて表2に示すとおりとなる。
As an example, when the same linear motion link (2) and
表1との比較より、この発明によるパラレルリンク機構20を適用することで、面外方向制振トルクを除く5自由度で最大制振力max(fB)及び最大制振トルクmax(τB)が拡大していることが分かる。またこのパラレルリンク機構20では、従来のスチュワート・プラットフォームと同様、直動リンク2a〜2fの空間配置において対称性を維持しているため(中心軸Oの周りの直動リンク2a〜2fの均等配置)、可動マス3の制御性において特定自由度の制御性を劣化させることなく、その対称性が保たれていることも、特徴の1つとなる。
From comparison with Table 1, by applying the
次に多自由度アクティブ制振装置では、制振対象4に発生する3自由度直動振動及び3自由度回転振動を正確に計測し、当該振動を相殺するような制振対象4への3軸方向制振力fB及び3軸方向制振トルクτB、当該制振力及び制振トルクを実現するような可動マス3への3軸方向作用力fM及び3軸方向作用トルクτMを決定し、当該作用力及び作用トルクを実現するように、直動リンク2a〜2fの伸縮動作を制御する必要がある。
Next, in the multi-degree-of-freedom active vibration control device, the three-degree-of-freedom linear motion vibration and the three-degree-of-freedom rotational vibration generated in the vibration control target 4 are accurately measured, and the 3 Axial damping force f B and triaxial damping torque τ B , triaxial acting force f M and triaxial acting torque τ M to the
そこでこの発明による多自由度アクティブ制振装置では、図4に示すように制振対象4に発生する振動成分を検出する振動検出手段として、単体で直交3軸方向の各々に感度を有する3個の3軸加速度センサ・ユニット5a〜5cを、設置面中心(中心軸Oと同じ)を中心とした同一円周上で互いに120度ずれた(120度均等間隔の)制振対象4上の3点に、各センサ・ユニットの検出軸XAj、YAj、ZAj(j=1、2、3)が設置面中心に対して対称となるように配置している。
Therefore, in the multi-degree-of-freedom active vibration damping device according to the present invention, as a vibration detecting means for detecting a vibration component generated in the vibration damping object 4 as shown in FIG. Of the three-axis
上記構成により、制振対象4に発生する3自由度直動振動及び3自由度回転振動に関する情報を、必要最小限の加速度センサ・ユニットで検出することが可能となる。このとき、各3軸加速度センサ・ユニット5a〜5cの検出値は、当該ユニットが感度を有する直交3軸XAj、YAj、ZAj(j=1、2、3)を座標軸とし、各ユニットに固定された加速度センサ座標系をΣAj(j=1、2、3)、慣性座標系ΣUから見た加速度センサ座標系ΣAj(j=1、2、3)の位置ベクトルをγAjU、変数を表現する座標系及び変数の時間微分を、それぞれ変数の左上添字及び(・)で表現するとして、
With the above configuration, it is possible to detect information related to the three-degree-of-freedom linear motion vibration and the three-degree-of-freedom rotational vibration generated in the vibration suppression target 4 with the minimum necessary acceleration sensor unit. At this time, the detection values of the three-axis
で与えられる。各3軸加速度センサ・ユニット5a〜5cで検出した振動成分
Given in. Vibration component detected by each triaxial
は、図5に示すように振動成分変換器9によって制振対象4の3軸加速度 5 is a three-axis acceleration of the object 4 to be controlled by the vibration component converter 9 as shown in FIG.
及び3軸角加速度 And 3-axis angular acceleration
に変換される。なお、ここでは設置面中心を原点とし、面内方向に互いに直交するXc、Yc軸、面外方向にZc軸として、制振対象4に固定されたコンポーネント座標系をΣC、慣性座標系ΣUから見たコンポーネント座標系ΣCの位置ベクトルをγCU、角速度ベクトルをωCUとしている。 Is converted to It should be noted that here, the component coordinate system fixed to the vibration suppression target 4 is Σ C , the inertial coordinate system Σ, with the center of the installation surface as the origin, the Xc and Yc axes orthogonal to each other in the in-plane direction, and the Zc axis in the out-of-plane direction. The position vector of the component coordinate system Σ C viewed from U is γ CU , and the angular velocity vector is ω CU .
具体的には、周波数ωCよりも高周波領域で積分する不完全積分器6a〜6cによって、ドリフトの影響を除去した上で振動成分
Specifically, the
を積分し、不完全積分器6a〜6cの出力
, And outputs of
を、速度・角速度変換器7において式(3)に基づいて制振対象4の3軸速度 In the speed / angular velocity converter 7 based on the equation (3),
及び3軸角速度CωCUに変換する。 And a triaxial angular velocity C ω CU .
ただし
A∈R6×9:コンポーネント座標系ΣCに対する加速度センサ座標系ΣAj
(j=1、2、3)の位置CγAjCと姿勢CRAjで決定する変換行列
However A∈R 6 × 9: Aj acceleration sensor coordinate system sigma for the component coordinate system sigma C
Transformation matrix determined by position C γ AjC and posture C R Aj (j = 1, 2, 3)
その上で、3軸加速度センサ・ユニット5a〜5cで検出した振動成分
In addition, vibration components detected by the three-axis
、及び速度・角速度変換器7で算出された制振対象4の3軸速度 , And the triaxial speed of the vibration control target 4 calculated by the speed / angular speed converter 7
及び3軸角速度CωCUを入力として、加速度・角加速度変換器8で式(4)に基づいて制振対象4の3軸加速度
And the triaxial angular velocity C ω CU as input, the triaxial acceleration of the object 4 to be controlled by the acceleration /
及び3軸角加速度 And 3-axis angular acceleration
を算出する。 Is calculated.
上記構成により、制振対象4に発生する3自由度直動振動及び3自由度回転振動を、加速度センサ出力のみから正確に導出することが可能となる。 With the above configuration, it is possible to accurately derive the three-degree-of-freedom linear motion vibration and the three-degree-of-freedom rotational vibration generated in the vibration suppression target 4 from only the acceleration sensor output.
こうして算出された制振対象4の3軸加速度 The triaxial acceleration of the vibration suppression target 4 calculated in this way
及び3軸角加速度 And 3-axis angular acceleration
は、作用力・作用トルク変換器11において当該加速度及び角加速度が零となるような制振対象4への3軸方向制振力fB及び3軸方向制振トルクτBに変換し、次いで可動マス3への3軸方向作用力fMを、3軸方向制振力fBの符号反転値となるように式(5)に基づいて決定する。
Is converted into a three-axis direction damping force f B and a three-axis direction damping torque τ B to the damping target 4 such that the acceleration and the angular acceleration become zero in the acting force /
更に、可動マス3への3軸方向作用トルクτMを、3軸方向制振トルクτBの符号反転値に対して、式(5)で決定した3軸方向作用力fMと、制振対象4におけるベース・プレート1の設置面中心から可動マス3の質量中心までの位置ベクトルγMBとの外積を重畳した値として式(6)に基づいて決定する。
Further, the three-axis direction acting torque τ M to the
直動リンク制御器12は、こうして決定した可動マス3への3軸方向作用力fM及び3軸方向作用トルクτM、及び変位検出手段10a〜10fで検出した直動リンク2a〜2fの伸縮量に基づいて、可動マス3に対して上記作用力及び作用トルクが実際に作用するように、直動リンク2a〜2fの伸縮動作を制御する。
Linear
上記構成により、図6に示すように制振対象4の振動成分を3軸加速度センサ・ユニット5a〜5cで検出し、制御手段13(図5参照)によってパラレルリンク機構20を制御することで、制振対象4に作用する3軸方向制振力fB及び3軸方向制振トルクτBを正確に制御することが可能となり、制振対象4に発生する3自由度直動振動及び3自由度回転振動を厳密に除去することができる。
With the above configuration, as shown in FIG. 6, the vibration component of the vibration suppression target 4 is detected by the triaxial
このように、この実施の形態1の多自由度アクティブ制振装置により、直動リンク2の空間配置において対称性を維持したまま、ベース・プレート1の設置面と可動マス3の質量中心との距離を抑制することができ、したがって可動マス3の制御性において対称性を維持したまま、可動マス3への3軸方向作用力と設置面中心から可動マス質量中心までの位置ベクトルとの外積成分を減少させ、制振対象4に作用可能な最大制振力及び最大制振トルクを拡大させることができる。
As described above, the multi-degree-of-freedom active vibration damping device of the first embodiment maintains the symmetry in the spatial arrangement of the linear motion link 2 between the installation surface of the
また、制振対象に発生する3自由度の直動振動及び3自由度の回転振動を、必要最小限の加速度センサ・ユニットで検出し、この加速度センサ出力のみから制振対象の3自由度直動振動及び3自由度回転振動を正確に計測することができる。更に、制振対象4に作用する3軸方向制振力及び3軸方向制振トルクを正確に制御することが可能となり、制振対象の3自由度直動振動及び3自由度回転振動を厳密に除去することができる。 In addition, three-degree-of-freedom linear motion vibration and three-degree-of-freedom rotational vibration generated in the vibration suppression target are detected by the minimum necessary acceleration sensor unit, and the three-degree-of-freedom direct vibration control target is detected from this acceleration sensor output alone. Dynamic vibration and rotational vibration with three degrees of freedom can be accurately measured. Furthermore, it becomes possible to accurately control the three-axis direction damping force and the three-axis direction damping torque acting on the damping target 4, and strictly control the three-degree-of-freedom linear motion vibration and the three-degree-of-freedom rotational vibration of the damping target. Can be removed.
なお、この実施の形態1の多自由度アクティブ制振装置では、パラレルリンク機構20における直動リンクの空間配置を図1から図3に示す構成としたが、この発明はこれに限定するものではなく、ベース・プレート1と可動マス3との距離が抑制される構成であればよい。
In the multi-degree-of-freedom active vibration damping device of the first embodiment, the spatial arrangement of the linear motion links in the
また、この実施の形態1の多自由度アクティブ制振装置では、3軸加速度センサ・ユニット5a〜5cの空間配置を図4に示す構成としたが、この発明はこれに限定するものではなく、3軸加速度センサ・ユニット5a〜5cをベース・プレート1上に配置してもよく、更に3軸加速度センサ・ユニット5a〜5cの各検出軸XAj、YAj、ZAj(j=1、2、3)が全て平行となるように配置してもよい。加えて、3軸加速度センサ・ユニットは、その空間配置が同一直線状の1次元配置とならなければ任意の空間配置でよく、その個数も3個以上の任意の個数としてよい。
Further, in the multi-degree-of-freedom active vibration damping device of the first embodiment, the spatial arrangement of the three-axis
実施の形態2.
この発明の実施の形態2による多自由度アクティブ制振装置を図7から図8に従って説明する。図7はこの発明の実施の形態2による多自由度アクティブ制振装置の振動検出手段(加速度センサ・ユニット)の空間配置を示すもので、(a)は上面図、(b)は(a)の上面図の紙面の下側から見た側面図である。図7に示したように、この実施の形態2による多自由度アクティブ制振装置では、制振対象4に発生する振動成分を検出する振動検出手段として、単体で直交3軸方向の各々に感度を有する1個の3軸加速度センサ・ユニット5aを用いており、ベース・プレート1上の設置面中心(中心軸Oと同じ)に配置されている。図8はこの発明の実施の形態2による多自由度アクティブ制振装置の制御系の構成を示すブロック図である。
Embodiment 2. FIG.
A multi-degree-of-freedom active vibration damping device according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows a spatial arrangement of vibration detecting means (acceleration sensor unit) of the multi-DOF active vibration damping device according to Embodiment 2 of the present invention, where (a) is a top view and (b) is (a). It is the side view seen from the lower surface of the paper surface of the top view. As shown in FIG. 7, in the multi-degree-of-freedom active vibration damping device according to the second embodiment, as a vibration detection means for detecting the vibration component generated in the vibration damping object 4, the sensitivity is individually measured in each of the three orthogonal directions. The three-axis
図8に示したようにこの実施の形態2の多自由度アクティブ制振装置では、変位検出手段10a〜10fで検出した直動リンク2a〜2fの伸縮量、及び振動検出手段である3軸加速度センサ・ユニット5aで検出した制振対象4の振動成分に応じて、制御手段13によって直動リンク2a〜2fの伸縮動作を制御する。
As shown in FIG. 8, in the multi-degree-of-freedom active vibration damping device of the second embodiment, the amount of expansion / contraction of the
この制御手段13は、3軸加速度センサ・ユニット5aで検出した振動成分に基づいて、制振対象4に発生する3自由度直動振動を相殺するように、可動マス3に対する3軸方向作用力及び3軸方向作用トルクを算出する作用力・作用トルク変換器11a、作用力・作用トルク変換器11aで算出された可動マス3に対する3軸方向作用力及び3軸方向作用トルク、及び変位検出手段10a〜10fで検出した直動リンク2a〜2fの伸縮量に基づいて、可動マス3に対して3軸方向作用力及び3軸方向作用トルクが実際に作用するように、直動リンク2a〜2fの伸縮動作を制御する直動リンク制御器12で構成される。
This control means 13 is based on the vibration component detected by the three-axis
なお、この実施の形態2による多自由度アクティブ制振装置におけるパラレルリンク機構20の構成等は、それぞれ実施の形態1の図1から図3及び図6と同一である。
The configuration of the
次に、動作について説明する。実施の形態1では、制振対象4に発生する3自由度直動振動及び3自由度回転振動を厳密に除去することを目的としているが、実施の形態2では、3自由度回転振動を励起することなく、制振対象4に発生する3自由度直動振動を厳密に除去することを目的とした構成となっている。この場合、多自由度アクティブ制振装置では、制振対象4に発生する3自由度直動振動を正確に計測し、当該振動を相殺するような制振対象4への3軸方向制振力fB、当該制振力を実現するような可動マス3への3軸方向作用力fM及び3軸方向作用トルクτMを決定し、当該作用力及び作用トルクを実現するように、直動リンク2a〜2fの伸縮動作を制御する必要がある。
Next, the operation will be described. In the first embodiment, the purpose is to strictly remove the three-degree-of-freedom linear motion vibration and the three-degree-of-freedom rotational vibration generated in the vibration control target 4, but in the second embodiment, the three-degree-of-freedom rotational vibration is excited. Thus, the configuration is intended to strictly remove the three-degree-of-freedom linear motion vibration generated in the vibration suppression target 4. In this case, the multi-degree-of-freedom active vibration control device accurately measures the three-degree-of-freedom linear motion vibration generated in the vibration control target 4 and three-axis direction vibration control force on the vibration control target 4 that cancels the vibration. f B , a three-axis direction acting force f M and a three-axis direction acting torque τ M to the
そこでこの発明における実施の形態2の多自由度アクティブ制振装置では、図7に示すように制振対象4に発生する振動成分を検出する振動検出手段として、単体で直交3軸方向の各々に感度を有する1個の3軸加速度センサ・ユニット5aを、ベース・プレート1上の設置面中心に、加速度センサ座標系ΣA1の各座標軸がコンポーネント座標系ΣCと平行になるように配置している。
Therefore, in the multi-degree-of-freedom active vibration damping device according to the second embodiment of the present invention, as a vibration detection means for detecting the vibration component generated in the vibration suppression object 4 as shown in FIG. one 3-axis
このとき3軸加速度センサ・ユニット5aで検出した振動成分
Vibration component detected by the 3-axis
は、制振対象4の3軸角速度 Is the three-axis angular velocity of the vibration suppression object 4
という条件のもとで、制振対象4の3軸加速度 3 axis acceleration of the vibration control target 4
と大略等価であり、作用力・作用トルク変換器11aにおいて当該振動成分 In the acting force / acting torque converter 11a.
が零となるような制振対象4への3軸方向制振力fBに変換し、次いで可動マス3への3軸方向作用力fMを、3軸方向制振力fBの符号反転値となるように式(5)に基づいて決定する。更に、可動マス3への3軸方向作用トルクτMを、式(5)で決定した3軸方向作用力fMと、制振対象4におけるベース・プレート1の設置面中心から可動マス3の質量中心までの位置ベクトルγMBとの外積に基づいて式(7)で決定する。
Is converted into a three-axis direction damping force f B to the damping target 4 such that becomes zero, and then the three-axis direction acting force f M to the
直動リンク制御器12は、こうして決定した可動マス3への3軸方向作用力fM及び3軸方向作用トルクτM、及び変位検出手段10a〜10fで検出した直動リンク2a〜2fの伸縮量に基づいて、可動マス3に対して上記作用力及び作用トルクが実際に作用するように、直動リンク2a〜2fの伸縮動作を制御する。
Linear
上記構成により、制振対象4の振動成分を3軸加速度センサ・ユニット5aで検出し、制御手段13によってパラレルリンク機構20を制御することで、3自由度回転振動を励起することなく、制振対象4に作用する3軸方向制振力fBを正確に制御することが可能となり、制振対象4に発生する3自由度直動振動を厳密に除去することができる。
With the above configuration, the vibration component of the vibration suppression target 4 is detected by the three-axis
このように、この実施の形態2の多自由度アクティブ制振装置により、直動リンク2の空間配置において対称性を維持したまま、ベース・プレート1の設置面と可動マス3の質量中心との距離を抑制することができ、したがって可動マス3の制御性において対称性を維持したまま、可動マス3への3軸方向作用力と設置面中心から可動マス質量中心までの位置ベクトルとの外積成分を減少させ、制振対象4に作用可能な最大制振力及び最大制振トルクを拡大させることができる。
As described above, the multi-degree-of-freedom active vibration damping device of the second embodiment maintains the symmetry between the spatial arrangement of the linear motion links 2 between the installation surface of the
また、3自由度回転振動を励起することなく、制振対象4に作用する3軸方向制振力を正確に制御することが可能となり、制振対象に発生する3自由度直動振動を厳密に除去することができる。 Further, it is possible to accurately control the three-axis direction damping force acting on the vibration suppression target 4 without exciting the three-degree-of-freedom rotational vibration, and the three-degree-of-freedom linear vibration generated on the vibration suppression target can be strictly controlled. Can be removed.
なお、この実施の形態2では、3軸加速度センサ・ユニット5aの空間配置を図7に示す構成としたが、この発明はこれに限定するものではなく、3軸加速度センサ・ユニット5aを制振対象4上に配置してもよく、更に3軸加速度センサ・ユニット5aの検出軸XA1、YA1、ZA1が、コンポーネント座標系ΣCに対して所定の姿勢角を有するように配置してもよい。
In the second embodiment, the spatial arrangement of the three-axis
以上のようにこの発明による多自由度アクティブ制振装置では、制振対象に取付けられるベース・プレートと、ベース・プレートに一端部が変位拘束で固定され、各々所定方向へ伸縮可能な6本の直動リンクと、各直動リンクの他端部と変位拘束で支持された可動マスと、各直動リンクの伸縮量を検出する変位検出手段と、制振対象に発生する振動成分を検出する振動検出手段と、変位検出手段で検出した伸縮量及び振動検出手段で検出した振動成分に応じて各直動リンクの伸縮動作を制御する制御手段とで構成し、ベース・プレートと可動マスとの距離が小さくなるように、各直動リンクのベース・プレートに対する固定点及び可動マスに対する固定点を配置したので、多自由度アクティブ制振装置の設置面と可動マス質量中心との距離を抑制することで、可動マスへの3軸方向作用力と設置面中心から可動マス質量中心までの位置ベクトルとの外積成分を減少させ、制振対象に作用可能な最大制振力及び最大制振トルクを拡大させることができる。 As described above, in the multi-degree-of-freedom active vibration damping device according to the present invention, the base plate attached to the vibration damping target, and one end of the base plate fixed to the base plate with displacement restraint, each of which can expand and contract in a predetermined direction. A linear motion link, a movable mass supported by displacement restraint and the other end of each linear motion link, a displacement detection means for detecting the amount of expansion / contraction of each linear motion link, and a vibration component generated in a vibration control target. It comprises vibration detection means and control means for controlling the expansion / contraction operation of each linear link in accordance with the amount of expansion / contraction detected by the displacement detection means and the vibration component detected by the vibration detection means. Since the fixed point for the base plate of each linear link and the fixed point for the movable mass are arranged so that the distance becomes smaller, the distance between the installation surface of the multi-degree-of-freedom active vibration control device and the center of the movable mass is set. By controlling, the outer product component of the three-axis direction acting force on the movable mass and the position vector from the center of the installation surface to the movable mass center is reduced, and the maximum damping force and the largest damping force that can act on the damping target. Torque can be increased.
また、各直動リンクのベース・プレートに対する固定点及び可動マスに対する固定点を、ベース・プレート及び可動マスの中心軸からの距離が大きくなるように設定した3本の直動リンクと、中心軸からの距離が小さくなるように設定した3本の直動リンクとを、それぞれ交互に配置した構成により、直動リンクの空間配置において対称性を維持したまま、多自由度アクティブ制振装置の設置面と可動マス質量中心との距離を抑制することができ、したがって可動マスの制御性において対称性を維持したまま、可動マスへの3軸方向作用力と設置面中心から可動マス質量中心までの位置ベクトルとの外積成分を減少させ、制振対象に作用可能な最大制振力及び最大制振トルクを拡大させることができる。 In addition, the three linear motion links in which the fixed point with respect to the base plate and the movable mass of each linear motion link are set so that the distance from the central axis of the base plate and the movable mass is increased, and the central shaft Installation of multi-degree-of-freedom active vibration control devices while maintaining symmetry in the spatial arrangement of the linear motion links by the configuration in which the three linear motion links set so as to reduce the distance from each other are arranged alternately. The distance between the surface and the mass center of the movable mass can be suppressed, and therefore, the three-axis acting force on the movable mass and the center of the installation surface to the mass center of the movable mass are maintained while maintaining symmetry in the controllability of the movable mass. The outer product component with the position vector can be reduced, and the maximum damping force and the maximum damping torque that can be applied to the damping target can be increased.
また制御手段を、振動検出手段で検出した制振対象の振動成分に基づいて、可動マスに対する作用力を、制振対象に発生する3自由度の直動振動を相殺するような3軸方向制振力の符号反転値となるように決定し、更に可動マスに対する作用トルクを、制振対象に発生する3自由度の回転振動を相殺するような3軸方向制振トルクの符号反転値に対して、可動マスに対する作用力と、ベース・プレートの設置面中心から可動マス質量中心への位置ベクトルとの外積を重畳した値として決定する作用力・作用トルク変換器と、作用力・作用トルク変換器から出力される作用力及び作用トルクと、変位検出手段で検出した各直動リンクの伸縮量に基づいて、可動マスに対して作用力及び作用トルクが作用するように、各直動リンクの伸縮動作を制御する直動リンク制御器とで構成したことにより、制振対象に作用する3軸方向制振力及び3軸方向制振トルクを正確に制御することが可能となり、制振対象の3自由度直動振動及び3自由度回転振動を厳密に除去することができる。 Further, the control means is configured to control the three-axis direction such that the acting force on the movable mass cancels out the three-degree-of-freedom linear motion vibration generated in the vibration suppression object based on the vibration component of the vibration suppression object detected by the vibration detection means. It is determined to be a sign reversal value of the vibration force, and further, the acting torque on the movable mass is compared with the sign reversal value of the three-axis direction vibration damping torque that cancels the rotational vibration of three degrees of freedom generated in the vibration control target. And acting force / acting torque converter that determines the product of the outer product of the acting force on the movable mass and the position vector from the center of the base plate installation surface to the center of the moving mass, and acting force / acting torque conversion Based on the acting force and acting torque output from the device and the amount of expansion / contraction of each direct acting link detected by the displacement detecting means, the acting force and acting torque of each direct acting link act on the movable mass. Control expansion and contraction The three-axis direction damping force and the three-axis direction damping torque acting on the vibration control target can be accurately controlled, and the three-degree-of-freedom of the vibration control target can be directly controlled. Dynamic vibration and three-degree-of-freedom rotational vibration can be strictly eliminated.
また振動検出手段が、単体で直交3軸方向の各々に感度を有する複数個の3軸加速度センサ・ユニットで構成され、3軸加速度センサ・ユニットの各々を、ベース・プレート上又は制振対象上に、同一直線上の1次元配置とならないように配置したことにより、制振対象に発生する3自由度の直動振動及び3自由度の回転振動に関する情報を、加速度センサのみで検出することができる。 The vibration detecting means is composed of a plurality of three-axis acceleration sensor units each having sensitivity in each of three orthogonal directions, and each of the three-axis acceleration sensor units is mounted on a base plate or a vibration suppression target. In addition, by arranging so that it does not become a one-dimensional arrangement on the same straight line, it is possible to detect information relating to the three-degree-of-freedom linear motion vibration and the three-degree-of-freedom rotational vibration generated in the vibration control target only by the acceleration sensor. it can.
また振動検出手段が、単体で直交3軸方向の各々に感度を有する3個の3軸加速度センサ・ユニットで構成され、3軸加速度センサ・ユニットの各々を、ベース・プレートの設置面中心を中心とした同一円周上で互いに120度ずれたベース・プレート上又は制振対象上の3点に、設置面中心に関して対称に配置したことにより、制振対象に発生する3自由度の直動振動及び3自由度の回転振動に関する情報を、必要最小限の加速度センサ・ユニットで検出することができる。 In addition, the vibration detecting means is composed of three triaxial acceleration sensor units each having sensitivity in each of three orthogonal directions, and each of the triaxial acceleration sensor units is centered on the center of the base plate installation surface. The three-degree-of-freedom linear motion generated in the vibration control object is symmetrically arranged with respect to the center of the installation surface at the three points on the base plate or the vibration control object that are 120 degrees apart from each other on the same circumference. And information on rotational vibration of three degrees of freedom can be detected by a minimum necessary acceleration sensor unit.
また制御手段の、振動検出手段を構成する前記3軸加速度センサ・ユニットで検出した振動成分を、所定周波数よりも高周波領域で積分する不完全積分器と、不完全積分器の出力を、制振対象の3軸速度及び3軸角速度に変換する速度・角速度変換器と、3軸加速度センサ・ユニットで検出した振動成分及び速度・角速度変換器の出力に基づいて、制振対象の3軸加速度及び3軸角加速度に変換する加速度・角加速度変換器とで構成される振動成分変換器と、を含む構成により、制振対象に発生する3自由度の直動振動及び3自由度の回転振動を、加速度センサ出力のみから正確に導出することができる。 The control means integrates the vibration component detected by the three-axis acceleration sensor unit constituting the vibration detection means in a frequency region higher than a predetermined frequency, and outputs the output of the incomplete integrator. Based on the velocity / angular velocity converter that converts the target three-axis velocity and the three-axis angular velocity, the vibration component detected by the three-axis acceleration sensor unit, and the output of the velocity / angular velocity converter, With a configuration including a vibration component converter composed of an acceleration / angular acceleration converter that converts to triaxial angular acceleration, three-degree-of-freedom linear motion vibration and three-degree-of-freedom rotational vibration generated in the vibration control target It can be accurately derived from only the acceleration sensor output.
1 ベース・プレート、2a〜2f 直動リンク、3 可動マス、4 制振対象、5a〜5c 3軸加速度センサ・ユニット、6a〜6c 不完全積分器、7 速度・角速度変換器、8 加速度・角加速度変換器、9 振動成分変換器、10a〜10f 変位検出手段、11,11a 作用力・作用トルク変換器、12 直動リンク制御器、13 制御手段、14 バネ・ダンパ系、20 パラレルリンク機構。 1 base plate, 2a to 2f linear motion link, 3 movable mass, 4 vibration suppression target, 5a to 5c 3-axis acceleration sensor unit, 6a to 6c incomplete integrator, 7 speed / angular velocity converter, 8 acceleration / angle Acceleration converter, 9 vibration component converter, 10a to 10f displacement detection means, 11, 11a action force / action torque converter, 12 linear motion link controller, 13 control means, 14 spring / damper system, 20 parallel link mechanism.
Claims (6)
前記制振対象に取付けられるベース・プレートと、
前記ベース・プレートに一端部が変位拘束で固定され各々所定方向へ伸縮可能な6本の直動リンクと、
前記各直動リンクの他端部と変位拘束で支持された可動マスと、
前記各直動リンクの伸縮量を検出する変位検出手段と、
前記制振対象に発生する振動成分を検出する振動検出手段と、
前記変位検出手段で検出した伸縮量及び前記振動検出手段で検出した振動成分に応じて前記各直動リンクの伸縮動作を制御する制御手段と、
を備え、
前記ベース・プレートと前記可動マスとの距離が小さくなるように、前記6本の直動リンクが、前記ベース・プレート及び前記可動マスの中心軸からの距離が大きい第1の距離になる前記ベース・プレート及び前記可動マスに対する固定点を有する3本の直動リンクと、前記ベース・プレート及び前記可動マスの中心軸からの距離が前記第1の距離より短い第2の距離になる前記ベース・プレート及び前記可動マスに対する固定点を有する3本の直動リンクと、を前記中心軸を中心とする円周方向に交互に配置してなることを特徴とする多自由度アクティブ制振装置。 The three-degree-of-freedom linear motion vibration or the three-degree-of-freedom linear motion vibration and the three-degree-of-freedom rotational vibration generated in the vibration control target are set as the vibration control target. In a multi-degree-of-freedom active vibration control device that applies vibration suppression,
A base plate attached to the object to be damped;
Six linear motion links, each of which is fixed to the base plate by displacement restraint and can be expanded and contracted in a predetermined direction;
A movable mass supported by the other end of each linear link and displacement restraint;
Displacement detecting means for detecting the amount of expansion / contraction of each linear link;
Vibration detecting means for detecting a vibration component generated in the vibration suppression target;
Control means for controlling the expansion / contraction operation of each linear link in accordance with the amount of expansion / contraction detected by the displacement detection means and the vibration component detected by the vibration detection means;
With
The six linear motion links are such that the distance between the base plate and the movable mass becomes a first distance that is large from the central axis of the movable mass so that the distance between the base plate and the movable mass is small. Three linear motion links having fixed points with respect to the plate and the movable mass, and the base having a second distance that is shorter than the first distance from the central axis of the base plate and the movable mass. 3. A multi-degree-of-freedom active vibration damping device comprising: three linear motion links having fixed points with respect to a plate and the movable mass; and alternately arranged in a circumferential direction around the central axis .
前記振動検出手段で検出した制振対象の振動成分に基づき、前記可動マスに対する作用力を、前記制振対象に発生する3自由度の直動振動を相殺するような3軸方向制振力の符号反転値となるように決定し、更に前記可動マスに対する作用トルクを、前記可動マスに対する前記作用力と、前記ベース・プレートの設置面中心から可動マス質量中心への位置ベクトルとの外積に基づいて決定する作用力・作用トルク変換器と、
前記作用力・作用トルク変換器から出力される前記作用力及び前記作用トルクと、前記変位検出手段で検出した各直動リンクの伸縮量に基づき、前記可動マスに対して前記作用力及び前記作用トルクが作用するように前記各直動リンクの伸縮動作を制御する直動リンク制御器と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の多自由度アクティブ制振装置。 The control means is
Based on the vibration component of the vibration suppression object detected by the vibration detection means, the acting force on the movable mass is a three-axis direction vibration suppression force that cancels out the three-degree-of-freedom linear vibration generated in the vibration suppression object. Further, the acting torque on the movable mass is determined based on the outer product of the acting force on the movable mass and the position vector from the center of the base plate to the movable mass mass center. An acting force / acting torque converter determined by
Based on the action force and the action torque output from the action force / action torque converter, and the amount of expansion / contraction of each linear link detected by the displacement detection means, the action force and the action on the movable mass. A linear motion link controller that controls the expansion and contraction of each linear motion link so that torque acts;
The multi-degree-of-freedom active vibration damping device according to claim 1 , comprising:
前記制御手段が、
前記振動検出手段を構成する前記各3軸加速度センサ・ユニットで検出した振動成分を、所定周波数よりも高周波領域で積分する不完全積分器、前記不完全積分器の出力を前記制振対象の3軸速度及び3軸角速度に変換する速度・角速度変換器、前記3軸加速度センサ・ユニットで検出した振動成分及び前記速度・角速度変換器の出力に基づき前記制振対象の3軸加速度及び3軸角加速度を算出する加速度・角加速度変換器、を有する振動成分変換器と、
前記振動成分変換器の加速度・角加速度変換器で算出した前記制振対象の3軸加速度及び3軸角加速度に基づき、前記可動マスに対する作用力を、前記制振対象に発生する3自由度の直動振動を相殺するような3軸方向制振力の符号反転値となるように決定し、更に前記可動マスに対する作用トルクを、前記制振対象に発生する3自由度の回転振動を相殺するような3軸方向制振トルクの符号反転値に対し、前記可動マスに対する前記作用力と、前記ベース・プレートの設置面中心から可動マス質量中心への位置ベクトルとの外積を重畳した値として決定する作用力・作用トルク変換器と、
前記作用力・作用トルク変換器から出力される前記作用力及び前記作用トルクと、前記変位検出手段で検出した各直動リンクの伸縮量に基づき、前記可動マスに対して前記作用力及び前記作用トルクが作用するように前記各直動リンクの伸縮動作を制御する直動リンク制御器と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の多自由度アクティブ制振装置。 The vibration detecting means is composed of three or more three-axis acceleration sensor units each having sensitivity in each of orthogonal three-axis directions, and each of the three-axis acceleration sensor units is mounted on the base plate or the Arranged on the vibration suppression object so as not to be one-dimensional arrangement on the same straight line,
The control means is
An incomplete integrator that integrates vibration components detected by each of the three-axis acceleration sensor units constituting the vibration detecting means in a higher frequency region than a predetermined frequency, and the output of the incomplete integrator is 3 A speed / angular velocity converter for converting to an axial velocity and a triaxial angular velocity, a vibration component detected by the triaxial acceleration sensor unit, and an output of the velocity / angular velocity transducer, and a triaxial acceleration and a triaxial angle of the object to be controlled A vibration component converter having an acceleration / angular acceleration converter for calculating acceleration;
Based on the three-axis acceleration and the three-axis angular acceleration of the vibration control object calculated by the acceleration / angular acceleration converter of the vibration component converter, the acting force on the movable mass is generated with three degrees of freedom. It is determined to be a sign-inverted value of the three-axis direction damping force that cancels the linear motion vibration, and further, the torque acting on the movable mass is canceled out the three-degree-of-freedom rotational vibration generated in the damping target. The value obtained by superposing the outer product of the acting force on the movable mass and the position vector from the center of the base plate installation surface to the center of the movable mass is determined with respect to the sign inversion value of the three-axis direction damping torque. Acting force / acting torque converter,
Based on the action force and the action torque output from the action force / action torque converter, and the amount of expansion / contraction of each linear link detected by the displacement detection means, the action force and the action on the movable mass. A linear motion link controller that controls the expansion and contraction of each linear motion link so that torque acts;
The multi-degree-of-freedom active vibration damping device according to claim 1 , comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009201426A JP5264656B2 (en) | 2009-09-01 | 2009-09-01 | Multi-DOF active vibration control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009201426A JP5264656B2 (en) | 2009-09-01 | 2009-09-01 | Multi-DOF active vibration control device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011052738A JP2011052738A (en) | 2011-03-17 |
| JP5264656B2 true JP5264656B2 (en) | 2013-08-14 |
Family
ID=43941959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009201426A Expired - Fee Related JP5264656B2 (en) | 2009-09-01 | 2009-09-01 | Multi-DOF active vibration control device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5264656B2 (en) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102189544A (en) * | 2011-04-27 | 2011-09-21 | 南京航空航天大学 | Elliptical six-degree-of-freedom parallel connection mechanism |
| JP6151927B2 (en) * | 2012-02-17 | 2017-06-21 | キヤノン株式会社 | Active vibration isolator |
| CN107144301B (en) * | 2017-04-17 | 2019-09-06 | 北京航天控制仪器研究所 | A simulation test turntable for multi-degree-of-freedom combined motion simulation |
| JP7520229B2 (en) * | 2021-06-04 | 2024-07-22 | 三菱電機株式会社 | Vibration Isolation Unit |
| CN116518022B (en) * | 2023-06-12 | 2025-11-07 | 福州大学 | Multi-degree-of-freedom and large-deformation-resistant metal damping vibration isolation device and working method thereof |
| CN117189812B (en) * | 2023-10-31 | 2026-02-24 | 中南大学 | Double-layer sandwich topological metamaterial plate and application thereof |
| CN117822512A (en) * | 2024-02-18 | 2024-04-05 | 应急管理部国家自然灾害防治研究院 | A protective device for a waterside slope protection wall |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3114358B2 (en) * | 1992-06-04 | 2000-12-04 | 株式会社日立製作所 | Structure vibration test apparatus and method |
| JPH06341486A (en) * | 1993-06-01 | 1994-12-13 | Olympus Optical Co Ltd | Active vibration resistant device |
| JP4586307B2 (en) * | 2001-06-27 | 2010-11-24 | 株式会社Ihi | Payload semi-active vibration damping device and its control device |
-
2009
- 2009-09-01 JP JP2009201426A patent/JP5264656B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2011052738A (en) | 2011-03-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5264656B2 (en) | Multi-DOF active vibration control device | |
| JP4853937B2 (en) | Dynamic sensitivity matrix measuring device for inertial sensor and measuring method thereof | |
| US7571793B2 (en) | Actuator arrangement for active vibration isolation using a payload as an inertial reference mass | |
| JP6277527B2 (en) | 3D 6 DOF shaking table device for centrifugal loading device | |
| CN105547274B (en) | A kind of active shake weakening control method for machine laser gyroscope shaking | |
| KR20100024516A (en) | Coriolis gyro | |
| JP2011213313A (en) | Spacecraft motion simulator | |
| JP2001508537A (en) | Solid state multi-axis gyroscope | |
| JP6075561B2 (en) | Torsional vibration attenuator measuring device and measuring method | |
| CN105387853A (en) | Shock-robust integrated multi-axis mems gyroscope | |
| Samewoi et al. | Computed Torque and Velocity Feedback Control of Cooperative Manipulators Handling a Flexible Beam. | |
| JP6151927B2 (en) | Active vibration isolator | |
| JP5202019B2 (en) | Angular velocity sensor | |
| JP2011220380A (en) | Actuator and robot | |
| JP5697149B2 (en) | Acceleration sensor characteristic evaluation method and program | |
| Yoshida et al. | Experimental research on impact dynamics of spaceborne manipulator systems | |
| JP4185485B2 (en) | Vibration control device | |
| US20200158747A1 (en) | Passive anti-vibration system for Inertial Measurement Unit (IMU) of Aerial vehicles | |
| Kumar et al. | Design and Analysis of a Low-g MEMS Accelerometer Utilizing Weakly Coupled Resonators | |
| Du et al. | Design and dynamic analysis of a novel six-DOF flexure-based compliant stage for micro-vibration | |
| Linjie et al. | Coupling analysis of shaking table and flexible centrifuge based on multibody dynamics | |
| Nguyen et al. | A New Ant-Inspired 2-DOF Compliant Mechanism with High Frequency and Large Workspace for Potential Application in Material Testing | |
| JP4936003B2 (en) | Multi-axis controller with auto-tuning function | |
| JP2025006138A (en) | Printing method and robot system | |
| Kim et al. | Multi-axis vibration control of a slender structure by using Stewart platform manipulator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20111007 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120731 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120828 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121010 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130402 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130430 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5264656 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |