JPH11218471A - 運動試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全ての２次元平面内の運動について構造体の
運動機能を高精度に試験できる装置を、高い水平度や平
面度を必要としない簡潔な構造によって提供する。 【解決手段】 磁性体よりなり、おおむね水平な下面を
有する基準板200と、磁気吸引力によって基準板の下面
に接触支持され、下面に沿って２次元平面内を自由に移
動可能な移動子300と、移動子から下方に吊り下げられ
被試験体を懸架支持する懸架線310とを備え、移動子
は、磁気吸引力を発生する磁界発生手段320と、基準板
の下面と機械的に接触する接触保持手段330と、被試験
体と移動子との間の基準板に平行な平面内での相対的な
位置ずれ量を検出する位置ずれ検出手段350と、位置ず
れ検出手段によって検出された位置ずれ量を最小とする
ように基準板の下面に沿って移動子を駆動する能動的駆
動手段400とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、人工衛星搭載用
の展開構造物など、本来は無重力環境下で形状を変化さ
せたり運動したりすることによって機能を達成するよう
な構造物の動作、たとえば大型展開アンテナや太陽電池
パドルなどの展開構造物の展開運動等を地上で検証・試
験するために用いる、運動試験装置に係わるものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図１４は、文献（“Ground Test Equipm
ent with Suspension Wires for AdaptiveStructure
s”、Saburo Matsunaga, Michihiro Natori著、First J
oint U.S./Japan Conference on Adaptive Structures,
pp.917-927(1991))に記載された第１の従来技術による
運動試験装置（この文献においては可変構造物の地上試
験装置）を示す図である。図１４において、１はフレー
ム、２はフレーム１に支持された第一のレール、３は前
記第一のレール２に対して直交し第一のレール２上を移
動自在に設置された第二のレール、４は前記第二のレー
ル上を移動自在に設置されたスライダー機構、５はサス
ペンションワイヤ、６はサスペンションワイヤ５によっ
て懸架される被試験体であり、この例では、棒状の構造
体を回転駆動力を有するヒンジ機構で直列に結合した形
状可変構造物である。この被試験体６は、本来は宇宙環
境の無重力状態中で運用されることを想定したものであ
る。

【０００３】被試験体６は前記ヒンジ機構の駆動力によ
って、各ヒンジの回転角を変化させ、水平面内で各々の
棒状の構造体が相対運動し、さまざまに形状を変化させ
る。サスペンションワイヤ５は前記被試験体６を、各棒
状構造体の端部あるいは前記ヒンジ機構で懸架して支え
ており、その上端はスライダー機構４に結合されてい
る。スライダー機構４は、それぞれが、自身に結合され
たサスペンションワイヤー５の下端の水平面内位置に合
わせて、水平面内で追従運動をしなければならない。な
ぜならば、前記追従運動が実現されなければ前記サスペ
ンションワイヤー５が鉛直方向から傾き、これによっ
て、被試験体に対して水平面内に拘束力が作用するの
で、無重力中での運動の模擬試験という、この装置本来
の目的を十分に達成し得なくなるからである。前記のス
ライダー４の追従運動は、第二のレール３に対するスラ
イダー４の相対運動、第一のレール２に対する第二のレ
ール３の相対運動、および、円弧状のフレーム１に対す
る第一のレール２の回転運動の組み合わせによって実現
される。

【０００４】図１５および図１６は特願平８−１４６０
６４号明細書に記載された第２の従来技術による運動試
験装置（該特許では重力補償装置）を示す図である。図
１５において、運動試験の被試験体である対象物１２
は、支持体１０によってケーブル１９を介して支持され
る。同時に、支持体１０は、基準板１１に対して基準板
１１の鉛直下側で磁気支持制御によって非接触支持され
ている。基準板１１は鉄製である。この支持体１０のみ
を拡大したのが図１６である。図１６において、支持体
１０には、非接触型変位センサ１３、磁気吸引力発生用
の電磁アクチュエータ１４、変位センサ１３と電磁アク
チュエータ１４を所定の位置に固定するためのベースプ
レート１５、ケーブル１９、ケーブル１９の長さを制御
するモータ１６、モータ１６の回転軸を固定するための
ブレーキ１７、モータ１６の回転角を検出するエンコー
ダ１８、ケーブル１９の張力を検出するためのロードセ
ル２２、ロードセル２２とベースプレート１５をつなぐ
球面ジョイント２３、制御回路を載せた回路基板２５、
制御回路基板２５とロードセル２２およびモータ１６を
所定の位置関係に固定する固定板２４が取り付けられて
おり、ケーブル１９には衝撃吸収用のばね２０とダンパ
２１が取り付けられている。

【０００５】対象物１２はトラス型の展開構造物であ
り、トラスを結合するヒンジ部分に駆動力を発生するこ
とで３次元的に展開する。ケーブル１９は一端で対象物
１２を複数の点で吊り上げて、他端で支持体１０につな
がれている。支持体１０は基準板１１に対して磁気支持
制御により非接触支持されており、摩擦力などの水平方
向の力は原理的に発生しない。従って、対象物１２が水
平面内での２次元的な運動を行う場合、支持体１０は、
受動的ではあるが、常にケーブル１９が鉛直になるよう
に自由に運動する。つまり、支持体１０の非接触支持に
よって対象物１２の２次元的な運動を拘束することなく
支持している。さらに、ロードセル２２とモータ１６が
構成する能動的制御系により、ケーブル１９に働く張力
が常に所定の値になる。よって、対象物１２が鉛直方向
に運動するとき、ケーブル１９がモータ１６によって巻
き上げあるいは巻き下げられることで所定の張力を維持
する。従って、このケーブル１９の張力制御と支持体１
０の非接触支持により、対象物１２の３次元的な運動を
拘束することなく対象物１２を支持する。

【０００６】第２の従来技術では、上記のようにして被
試験体の無重力空間における３次元的な運動を地上で模
擬する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１４に示すような第
１の従来技術による運動試験装置では、複数ある第二の
レール３の順序を入れ替えられない構造であるので、第
二のレール３に設置されたスライダー機構４の順序もサ
スペンションワイヤ５の順序も入れ替え不能である。し
たがって、本従来技術による運動試験装置では、被試験
体６の運動のうちサスペンションワイヤ５の順序の入れ
替えが不要な運動しか試験することができない。もし仮
に第二のレール３の順序の入れ替えが可能な構造を第一
のレール２に対して施したとしても、サスペンションワ
イヤ５が第二のレール３の入れ替えを妨げるため、やは
り被試験体６の水平面内でのすべての運動を試験するこ
とはできない。

【０００８】また図１４の従来技術では、被試験体６を
各棒状構造体の端部またはヒンジ部においてサスペンシ
ョンワイヤ５で懸架しているので、被試験体を構成する
構造体の水平面内運動（すなわち水平移動および鉛直軸
まわりの回転運動）に対する追従のみしか実現できず、
３次元的運動たとえば水平軸まわりの回転運動を許容す
ることができないという問題があった。したがって、こ
のような運動試験装置では、水平軸まわりの構造体の回
転運動を伴うような展開構造物の運動試験を行うことが
できないという問題があった。

【０００９】図１５および図１６に示す第２の従来技術
による重力補償装置では、各支持体１０の２次元平面内
での運動は完全に受動的であり、その上電源線と通信線
が接続されているので、これらの配線が抵抗となって、
負荷吊り下げ用のケーブル１９を高精度に鉛直に保つこ
とは困難である。このケーブル１９を鉛直に保てないと
いうことは即ち、無重力空間における被試験体の３次元
的な運動が、図１５に示す従来の装置では精度よく模擬
できないことになる。また、支持体１０の２次元平面内
での運動が受動的であるため、対象物１２の運動が準静
的とみなせない速さで進行する場合、支持体１０の質量
による慣性力が無視できなくなるため、対象物１２の無
重力環境での運動挙動を高精度に再現させることは困難
である。さらに、磁気支持制御によって各支持体１０を
非接触浮上させるために、大きな電力を供給しなければ
ならない。

【００１０】また、図１５および図１６に示す第２の従
来技術による重力補償装置では、基準板１１に高い平面
度と高い水平度が必要である。なぜなら、支持体１０は
基準板１１の表面と平行を保つように制御されるため、
基準板１１が水平からわずかでも傾いていたり基準板１
１の表面に凹凸があれば、支持体１０に作用する重力の
基準板１１に平行な成分が発生する。すると、支持体１
０は対象物１２の運動と無関係に基準板１１の低いほう
へと移動し、ケーブル１９が鉛直から傾くので、対象物
１２の重力補償精度が悪くなる。したがって、本従来技
術では基準板１１に高い平面度と水平度が必要である。

【００１１】これらの問題点を考慮して、本発明の第１
の目的は、第１の従来技術における吊り点の入れ替えを
含む全ての２次元平面内の運動について構造体の運動機
能を高精度に試験できる装置を、高い水平度や平面度を
必要としない簡潔な構造によって提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、２次元平面内の運動のみ
にとどまらず、３次元的な回転運動を含む運動について
も高精度に試験できる装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る運動試
験装置は、磁性体よりなり、おおむね水平な下面を有す
る基準板と、磁気吸引力によって前記基準板の下面に接
触支持され、該下面に沿って２次元平面内を自由に移動
可能な移動子と、前記移動子から下方に吊り下げられ被
試験体を懸架支持する懸架線とを備え、前記移動子は、
前記磁気吸引力を発生する磁界発生手段と、前記基準板
の下面と機械的に接触する接触保持手段と、前記被試験
体と前記移動子との間の前記基準板に平行な平面内での
相対的な位置ずれ量を検出する位置ずれ検出手段と、前
記位置ずれ検出手段によって検出された位置ずれ量を最
小とするように前記基準板の下面に沿って前記移動子を
駆動する能動的駆動手段とを有するものである。

【００１３】第２の発明に係る運動試験装置は、第１の
発明において、前記移動子は、懸架線の長さを検出する
懸架線長さ検出手段と、前記懸架線の長さを制御する懸
架線長さ制御手段と、前記懸架線が被試験体を懸架する
力を検出する懸架線懸架力検出手段と、前記懸架線の懸
架力を制御する懸架線懸架力制御手段とを備えたもので
ある。

【００１４】第３の発明に係る運動試験装置は、第２の
発明において、前記懸架線長さ制御手段および懸架力制
御手段は、前記懸架線の長さおよび懸架力を調整するモ
ータを構成要素として含むものである。

【００１５】第４の発明に係る運動試験装置は、第１な
いし３の何れかの発明において、基準板の下面に対向す
る移動子の面に、磁界発生手段として少なくとも永久磁
石を配置し、かつ接触保持手段として、前記基準板の下
面と接触する球体を摩擦力低減手段により回動自在に支
持した少なくとも３台の自由輪を、同一直線上に並ばな
いように配置したものである。

【００１６】第５の発明に係る運動試験装置は、第１な
いし４の何れかの発明において、前記能動的駆動手段
は、前記懸架線の鉛直上方に配置された少なくとも１台
の駆動輪と、前記駆動輪を基準板の下面に対して押し付
ける圧縮ばね要素と、前記駆動輪を前記基準板の下面に
平行な２次元平面内で任意の方向に対して駆動する力を
発生する駆動方向調整手段とを有するものである。

【００１７】第６の発明に係る運動試験装置は、第１な
いし５の何れかの発明において、前記位置ずれ検出手段
は、移動子に配設され、懸架線の鉛直方向に対する傾き
を検出する傾き検出装置を備えたものである。

【００１８】第７の発明に係る運動試験装置は、第１な
いし５の何れかの発明において、前記位置ずれ検出手段
は、被試験体に設けられた光学的ターゲットと、移動子
に設けられ、前記光学的ターゲットの像の位置を検知す
る光学的監視装置とを備えたものである。

【００１９】第８の発明に係る運動試験装置は、第１な
いし５の何れかの発明において、前記位置ずれ検出手段
は、移動子に配設され、懸架線に作用する水平方向の力
を検出する水平力検出装置を備えたものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の一
実施の形態による運動試験装置の全体構成を概略的に示
す図である。図１において、展開アンテナ等の被試験体
１００は複数の移動子３００によって、ケーブル等の懸
架線３１０を介して支持される。同時に、各移動子３０
０は、鉄等の磁性体により形成されおおむね水平な下面
を有する基準板である支持平板２００に対して、支持平
板２００の鉛直下側で磁気吸引力によって接触支持され
ている。また、各移動子３００は電線５９０によって外
部制御装置５８０に接続されている。

【００２１】上記移動子３００のみを拡大して斜視図で
示したのが図２である。図２において、各移動子３００
は、支持平板２００に対して磁気吸引力を発生させる磁
界発生手段３２０と、支持平板２００と機械的な接触を
保持する接触保持手段としての自由輪３３０と、支持平
板２００に平行な平面内での移動子３００とこれに結合
されている被試験体１００との相対的な位置ずれ量を検
出する位置ずれ検出手段３５０と、位置ずれ検出手段３
５０から得られた位置ずれ量を最小とするように移動子
３００を支持平板２００の下面に沿って駆動する能動的
駆動手段としての駆動輪４００を備えている。また、懸
架線３１０の鉛直方向の長さを制御するモータ４３０
と、懸架線３１０の長さが変化しないようにモータ４３
０の回転軸を固定するためのブレーキ４３１と、モータ
４３０の回転角を検出して懸架線３１０の鉛直方向の長
さを検出するエンコーダ４２０と、懸架線３１０の張力
すなわち懸架力を検出するロードセル４４０とを備えて
いる。なお、モータ４３０は懸架線３１０の懸架力制御
手段を兼ねている。４６０は磁界発生手段３２０と自由
輪３３０と駆動輪４００を所定の位置に固定するための
上部固定板であり、４６１は上部固定板４６０とロード
セル４４０とを相対回転自在に連結する球面ジョイント
である。５００は後述する制御回路を搭載した制御回路
基板である。４７０は制御回路基板５００とロードセル
４４０とモータ４３０を所定の位置関係に固定する下部
固定板である。懸架線３１０の一端には衝撃吸収用のば
ね３１１とダンパ３１２が取り付けられフック３１３を
介して被試験体１００に接続されている。懸架線３１０
の他端は、位置ずれ検出手段３５０の中を通り、プーリ
（図示せず）を介してモータ４３０の軸に取り付けられ
たプーリ（図示せず）に巻き取られている。

【００２２】図示例では、上部固定板４６０は略三角形
状を呈し、３つの接触保持手段（自由輪）３３０が三角
形状の上部固定板４６０の各頂点に近接して配置され、
３つの磁界発生手段３２０が互いに隣接する２つの接触
保持手段３３０の略中間位置にそれぞれ配置されてい
る。３つの接触保持手段３３０により支持平板２００の
下面に対して上部固定板４６０が所定の間隔を保持して
おり、磁界発生手段３２０により略均等な磁気吸引力が
上部固定板４６０に作用する。三角形状の上部固定板４
６０の中央に能動的駆動手段４００が配置されており、
支持平板２００の下面に沿って上部固定板４６０すなわ
ち移動子３００を駆動する。ロードセル４４０の一端は
下部固定板４７０を介して懸架線３１０に連結されると
ともに、その他端は球面ジョイント４６１を介して上部
固定板４６０の重心位置に連結されている。

【００２３】図３は磁界発生手段３２０を拡大して示し
た断面図である。図３において、３２１は磁界を発生す
る永久磁石、３２２は永久磁石３２１によって発生され
る磁束、３２５は磁束３２２を通すためのヨーク、３２
８は間隙である。磁界発生手段３２０は、縦断面が略倒
立Ｅ字状で、外観が円筒状のヨーク３２５と、そのヨー
ク３２５の中央凸部に固着された円盤状の永久磁石３２
１とから構成される。磁束３２２はヨーク３２５と支持
平板２００および微小な間隙３２８によって構成される
磁気回路の中を流れるので、磁束３２２は磁界発生手段
３２０の外部にはほとんど漏れない。したがって永久磁
石３２１の発生する起磁力が間隙３２８における磁気吸
引力に効率よく変換される。一般に磁気吸引力は磁束３
２２の大きさの関数であるが磁束３２２の向きには依存
しない。つまり、永久磁石３２１の極性はＮとＳのどち
らを支持平板２００側にしてもよい。

【００２４】図４は接触保持手段３３０の構成を示す断
面図である。図４において、３３１は球形状の自由車
輪、３３２は自由車輪３３１を保持する保持台、３４０
は自由車輪３３１を自由に３軸回転可能となるようにす
なわち回動自在に支持するために自由車輪３３１と保持
台３３２の間に設けられた摩擦力低減手段としての例え
ばベアリングである。

【００２５】図５および図６はそれぞれ位置ずれ検出手
段３５０の構成を示す水平断面図および垂直断面図であ
る。図５および図６において、３５１は懸架線３１０の
ｘ軸方向のずれを検出するカメラ、３５２は懸架線３１
０のｙ軸方向のずれを検出するカメラ、３１４は懸架線
３１０が傾いたときの懸架線３１０の中心線、３５５は
カメラ３５１で検出した懸架線３１０の検出位置、３５
３はカメラ３５１で検出された位置ずれ量、３５９は位
置ずれ検出器外枠である。カメラ３５１および３５２は
位置ずれ検出器外枠３５９に取り付けられており、位置
ずれ検出器外枠３５９は下部固定板４７０に固定されて
いる。

【００２６】図７は能動的駆動手段４００の構成を模式
的に示す断面図である。図７において、４０１は駆動車
輪、４０２は駆動車輪に駆動力を与える駆動用モータ、
４０３は駆動車輪４０１と駆動用モータ４０２を保持す
る駆動車輪保持台、４０４は駆動車輪保持台４０３を回
転させる方向転換用モータ、４１０は駆動車輪４０１を
常に支持平板２００に接触させる圧縮ばねである。

【００２７】つぎに本実施の形態の動作を説明する。ま
ず、図１、２において、移動子３００は、３つの磁界発
生手段３２０によって純鉄製の支持平板２００に吸着し
ようとする。しかし移動子３００には同一直線上にない
３つの接触保持手段３３０が設けられているので、移動
子３００と支持平板２００とは、これらの３つの接触保
持手段３３０によって機械的に接触し、磁界発生手段３
２０と支持平板２００間には常に所定の隙間が保持され
る。図４に示すように、接触保持手段３３０は３軸回転
が自由に可能であり、さらに磁界発生手段３２０と支持
平板２００との間には微小な間隙３２８があるので、移
動子３００は支持平板２００に対して一定の姿勢を保ち
ながら支持平板２００に沿って自由に移動できる。この
一定の姿勢とは、例えば、移動子３００の鉛直方向の並
進変化をゼロに保ちつつ、支持平板２００に対する移動
子３００の２つの傾き角度をもゼロに保った姿勢のこと
である。

【００２８】被試験体１００の形状が変化すると、懸架
線３１０が鉛直から傾斜する。この懸架線３１０の傾斜
は位置ずれ検出手段３５０によって、次のように検出さ
れる。図５、６において、懸架線３１０は常にカメラ３
５１およびカメラ３５２で監視されており、懸架線３１
０が鉛直から傾いて３１１の様になるとカメラ３５１お
よびカメラ３５２に映る懸架線３１０の位置が変化す
る。例えばｘ軸方向の位置ずれ検出では、カメラ３５１
で検出位置３５５が検出され、位置ずれ量３５３が求め
られる。ｙ軸方向も同様にしてカメラ３５２によって検
出される。

【００２９】上記のように検出された懸架線３１０の傾
斜がゼロになるように制御回路５００にて制御指令を計
算し、能動的駆動手段４００を駆動する。図７に示した
ように、駆動車輪４０１は圧縮ばね要素４１０によって
常に支持平板２００に接触しており、駆動用モータ４０
２を駆動することで駆動車輪４０１が回り、移動子３０
０が移動する。移動子３００の移動の方向は方向転換用
モータ４０４を駆動することで任意に設定できる。した
がって、移動子３００は被試験体１００の形状が変化し
ても、常に懸架線３１０を鉛直に保つように支持平板２
００に沿って能動的に運動する。

【００３０】移動子３００の能動的駆動制御についてさ
らに詳細に説明する。移動子の能動的駆動制御のブロッ
ク図を図８に示す。図８において、６００は被試験体１
００の位置、６０１は移動子３００の位置をそれぞれ示
す信号である。５１０は位置ずれ信号変換装置、５５３
は第一補償器、５１５は第一増幅器、３０１は移動子３
００の動特性である。位置ずれ３５３は被試験体１００
の位置６００と移動子３００の位置６０１の差であり、
これを位置ずれ検出手段３５０で検出する。検出された
位置ずれ量は位置ずれ信号変換装置５１０で変換され、
さらに、移動子３００の能動的駆動制御の安定化補償が
第一補償器５５３によって行われる。安定化された駆動
指令は第一増幅器５１５で増幅されて能動的駆動手段４
００を駆動する。能動的駆動手段４００によって駆動さ
れた移動子３００は、移動子３００の動特性３０１に従
って運動し、移動子３００の位置６０１が変化する。

【００３１】この移動子３００の能動的な２次元平面内
での運動と同時に、懸架線３１０の懸架力を所定の値に
保つ張力制御を行うと、被試験体１００の形状が３次元
的に変化しても、被試験体１００の運動を拘束すること
なく被試験体１００を支えられる。懸架線３１０の懸架
力制御は次のように行われる。

【００３２】移動子３００の懸架線の長さおよび懸架力
の制御のブロック図を図９に示す。この制御は、懸架線
３１０の長さ６１１と懸架力６２１を同時に制御する方
式であり、「位置と力のハイブリッド制御」である。図
９において、６１０は懸架線長さ指令値、６１１は懸架
線長さ、６２０は懸架線懸架力指令値、６２１は懸架線
懸架力をそれぞれ示す信号である。５５０は信号処理装
置、５５１は第一フィルタ、５５５は第三補償器、５５
６は制限装置、５５４は第二補償器、５１６は第二増幅
器、５１１は懸架線長さ信号変換装置、５１２は懸架線
懸架力信号変換装置、５５２は第二フィルタである。

【００３３】まず、懸架線の長さ制御について説明す
る。懸架線長さ指令値６１０および懸架線懸架力指令値
６２０は外部制御装置５８０から逐次更新される。第一
フィルタ５５１は懸架線長さ指令値６１０の低周波成分
のみを出力する。この第一フィルタ５５１の出力と、懸
架線懸架力指令値６２０と懸架線懸架力６２１の差に対
して第三補償器５５５で制御補償されたものとの和は、
ハイブリッド制御のための等価指令値となる。この等価
指令値は制限装置５５６で上限値と下限値を制限され、
懸架線長さ６１１の検出値と比較され、その差が第二補
償器５５４にて補償される。そして第二増幅器５１６を
経て、懸架線長さ６１１と懸架線懸架力６２１を制御す
る手段であるモータ４３０を駆動する。モータ４３０が
回転すると懸架線３１０の長さ６１１が変化する。懸架
線長さ６１１の変化はエンコーダ４２０と懸架線長さ信
号変換装置５１１を経て制限装置５５６を経た等価指令
値と比較される。

【００３４】懸架線長さ６１１が変化すると、被試験体
１００を懸架する力も変化する。この懸架線長さ６１１
の変化と被試験体１００の剛性１０１によって変化した
懸架線懸架力６２１はロードセル４４０によって検出さ
れ、懸架線懸架力信号変換装置５１２および第二フィル
タ５５２を経て、懸架線懸架力指令値６２０との差が計
算される。この差は第三補償器５５５で補償され、懸架
線長さ指令値６１０との和が等価指令値となる。この等
価指令値は制限装置５５６に入力され、そこで懸架線長
さを所定範囲に制限するため等価指令値は所定の範囲内
に入るように制限を加えられて出力される。こうして懸
架線３１０の懸架力の変化によってもモータ４３０が駆
動され、懸架線の長さ制御と懸架力制御の両方が達成さ
れる。ここで、第二補償器５５４はＰＩＤ補償を行い、
第三補償器５５５はＩ（積分）補償を行う。また、第二
フィルタ５５２は第一フィルタと同様に入力の低周波成
分のみを出力する。なお、被試験体１００を本運動試験
装置に組み込んだり取り外したりするときは、懸架線３
１０の懸架力を制御せず、懸架線３１０の長さのみを制
御することによって、被試験体１００の組み込み、取り
外し作業が行い易い。また、被試験体１００の重力キャ
ンセルを高精度に行うためには、上記とは逆に、懸架線
３１０の長さを制御せずに懸架線３１０の張力のみを制
御すればよい。

【００３５】制御回路５００の周辺の信号の流れを図１
０に示す。図１０において、５５０は信号処理装置、５
６０は信号処理手順用メモリ、５７０は通信装置、５８
０は外部制御装置である。外部制御装置５８０は、移動
子３００に備えられた通信装置５７０を介して、移動子
３００に対して（１）能動的駆動制御の開始・停止指令
の送信、（２）懸架線長さ制御および懸架線懸架力制御
の開始・停止指令の送信、（３）懸架線長さ指令値６１
０および懸架線懸架力指令値６２０の送信、さらに
（４）移動子３００の動作状況の受信を行う。外部制御
装置５８０によって全ての移動子３００の動作が一括し
て遠隔操作でき、全ての移動子３００の動作状況が一括
してモニタできる。なお、ここでは通信装置５７０は外
部制御回路５８０に接続されているが、別の移動子３０
０の通信装置５７０に接続されてもよい。

【００３６】以上のようにして、本実施の形態では、す
べての移動子３００は懸架線３１０が常に鉛直となるよ
うに支持平板２００に平行な２次元平面内で独立に能動
的な運動を行うことにより、水平度と平面度が低い支持
平板を用いても、被試験体１００の支持平板２００に平
行な平面内での全ての２次元的運動を拘束することなく
被試験体１００を支持することができる。さらに、懸架
線３１０の長さと懸架力を検出し、それを制御するの
で、３次元的運動をも拘束することなく被試験体１００
を支持することができる。さらに、モータ４３０を懸架
線３１０の長さ制御と懸架力制御の両方に用いることに
より、部品点数を減らすことができる。

【００３７】なお、モータ４３０に電源が供給されてい
ないとき、懸架線３１０が被試験体１００の重力で引き
出されてしまうのを防ぐために、モータ４３０の軸を固
定するブレーキ４３１が取り付けられている。

【００３８】また、上部固定板４６０と懸架線張力検出
手段であるロードセル４４０との間には球面ジョイント
４６１が取り付けられているため、支持平板２００が水
平に保たれていない状態でも、ロードセル４４０よりも
鉛直下方の部分は水平面に対する姿勢を保つので、懸架
線３１０の鉛直からの傾きは位置ずれ検出手段３５０に
よって正確に検出される。

【００３９】さらに、懸架線３１０の鉛直下方にはばね
３１１が取り付けられており、フック３１３を介して吊
り下げられた被試験体１００の吊り下げ荷重が急激に変
化したり、予期できない外力が加わったりしたときで
も、被試験体１００を緩やかに支持できる。また、ばね
３１１の振動を抑えるためにダンパ３１２を取り付けて
いる。

【００４０】駆動用モータ４０２、回転用モータ４０
４、モータ４３０、ロードセル４４０、カメラ３５１、
カメラ３５２および制御回路５００は電源を必要とする
が、この電源は移動子３００にバッテリとして搭載する
ことも、外部から電線５９０で供給することも可能であ
る。

【００４１】複数の移動子３００に対して懸架線３１０
の懸架力指令値６２０を外部制御装置５８０から与える
ので、懸架線３１０の張力は被試験体１００の運動挙動
に応じて時系列で変更可能である。図１では外部制御装
置５８０と複数の移動子３００を電線５９０で接続して
いるが、無線を利用した通信を行うことも可能である。
さらに、同じ通信回線を利用して移動子３００の動作状
況を外部計算機でモニタすることも可能である。

【００４２】本実施の形態によれば、移動子３００は能
動的駆動手段４００によって能動的に駆動されているの
で、電源用の電線や有線通信回線があっても、これらの
配線による運動抵抗は相殺される。

【００４３】磁界発生手段３２０に永久磁石３２１を用
いることにより、移動子を支持平板に支持するための電
力が不要となるが、永久磁石３２１と同じ向きの磁束を
発生するような電磁石を併用することも可能であり、被
試験体１００の重力が大きくなった場合にも、電磁石も
補助的に使うことにより永久磁石３２１を交換する等の
大きな設計変更をしなくても対応できる。

【００４４】実施の形態２．実施の形態１では能動的駆
動手段４００を図７のように構成したが、図１１
（ａ）、（Ｂ）にそれぞれ垂直断面図および水平断面図
で示すように構成しても同様の効果が得られる。図１１
において、４０５はｘ軸駆動用モータ、４０６はｙ軸駆
動用モータ、４０７はｘ軸駆動ロータ、４０８はｙ軸駆
動ロータ、４０９はベアリングである。ｘ軸駆動ロータ
４０７はｘ軸駆動用モータ４０５に、ｙ軸駆動ロータ４
０８はｙ軸駆動用モータ４０６に、それぞれ固定されて
おり、さらにこの二つのモータ４０５および４０６は駆
動車輪保持台４０３に固定されている。駆動車輪４０１
は球形状であり、その中心が駆動車輪保持台４０３に対
して動かないように、駆動車輪保持台４０３にベアリン
グを介して固定されている。二つのモータ４０５と４０
６は独立に駆動できるので任意の方向に駆動力を得られ
る。

【００４５】実施の形態３．実施の形態１では位置ずれ
検出手段３５０を図５および図６のように構成したが、
図１２のように構成しても同様の効果が得られる。図１
２において、３６０は被試験体１００に取り付けられた
光学的ターゲット、３７０は移動子３００の下部固定板
４７０に取り付けられた光学的監視装置である。光学的
監視装置３７０は光学的ターゲット３６０を常にその視
野に入れており、被試験体１００が変形すると光学的タ
ーゲット３６０も被試験体１００と一緒に動き、被試験
体１００と移動子３００との水平面内での位置ずれが光
学的監視装置３７０で検出される。こうして検出された
被試験体１００と移動子３００の水平方向の位置ずれを
もとに能動的駆動装置４００を制御することで、移動子
３００を動かし、懸架線３１０が鉛直に保たれる。な
お、光学的監視装置３７０は懸架線３１０の端部のフッ
ク３１３の鉛直上方に位置し、かつ、光学的ターゲット
３６０はフック３１３の鉛直下方の被試験体１００表面
に取り付けられているとき、位置ずれの検出精度が最も
高くなる。

【００４６】実施の形態４．実施の形態１では位置ずれ
検出手段３５０を図５および図６のように構成したが、
図１３のように構成しても同様の効果が得られる。図１
３において、３８１は懸架線ガイド、３８２はｘ軸用弾
性体、３８３はｙ軸用弾性体、３８４はｘ軸水平力検出
装置、３８５はｙ軸水平力検出装置、３５９は位置ずれ
検出器外枠である。懸架線３１０は懸架線ガイド３８１
の中を通っており、懸架線ガイド３８１の内径と懸架線
３１０の外径ははめ合いの精度で一致している。懸架線
ガイド３８１はｘ軸用弾性体３８２およびｙ軸用弾性体
３８３を介してｘ軸水平力検出装置３８４およびｙ軸水
平力検出装置３８５と結合されている。懸架線３１０が
鉛直から傾くと、懸架線ガイド３８１が懸架線３１０と
共にｘ−ｙ平面上でずれ、ｘ軸用弾性体３８２およびｙ
軸用弾性体３８３に弾性変形が生じるので、この弾性変
形をｘ軸水平力検出装置３８４およびｙ軸水平力検出装
置３８５で力として検出する。こうして検出された力か
ら被試験体１００と移動子３００の水平方向の位置ずれ
を算出し、能動的駆動装置４００を制御することで、移
動子３００を動かし、懸架線３１０が鉛直に保たれる。
なお、実施の形態１で示した図２における懸架線３１０
の懸架力を検出するロードセル４４０を直交３軸の力を
検出可能な３軸ロードセルにすれば、水平力検出装置３
８４および３８５を省いて本実施の形態と同等の効果を
得ることができる。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、磁
性体よりなり、おおむね水平な下面を有する基準板と、
磁気吸引力によって前記基準板の下面に接触支持され、
該下面に沿って２次元平面内を自由に移動可能な移動子
と、前記移動子から下方に吊り下げられ被試験体を懸架
支持する懸架線とを備え、前記移動子は、前記磁気吸引
力を発生する磁界発生手段と、前記基準板の下面と機械
的に接触する接触保持手段と、前記被試験体と前記移動
子との間の前記基準板に平行な平面内での相対的な位置
ずれ量を検出する位置ずれ検出手段と、前記位置ずれ検
出手段によって検出された位置ずれ量を最小とするよう
に前記基準板の下面に沿って前記移動子を駆動する能動
的駆動手段とを有するので、磁界発生手段と接触保持手
段によって移動子を基準板下面に接触させつつ移動子自
体と被試験体の重力を支えることで、移動子と基準板下
面間に所定の間隔を保持するために電磁石によって磁気
吸引力を微調整しなくてもよく、永久磁石を用いること
ができるので電力は不要になる。また、位置ずれ検出手
段と能動的駆動手段によって被試験体の基準板下面に平
行な２次元平面内での運動に追従して移動子が基準板下
面を自由に移動できることにより、被試験体の基準板下
面に平行な平面内での２次元的運動を拘束することなく
被試験体を支持することが可能になる。さらに、基準板
下面の平面度および水平度が低くてもよい。

【００４８】第２の発明によれば、第１の発明におい
て、前記移動子は、懸架線の長さを検出する懸架線長さ
検出手段と、前記懸架線の長さを制御する懸架線長さ制
御手段と、前記懸架線が被試験体を懸架する力を検出す
る懸架線懸架力検出手段と、前記懸架線の懸架力を制御
する懸架線懸架力制御手段とを備えたので、被試験体の
３次元的な運動を拘束することなく、被試験体を支持す
ることができる。

【００４９】第３の発明によれば、第２の発明におい
て、前記懸架線長さ制御手段および懸架力制御手段は、
前記懸架線の長さおよび懸架力を調整するモータを構成
要素として含むので、懸架線の長さ調整と懸架力調整の
両方をモータで兼用でき、部品点数を減らすことができ
る。

【００５０】第４の発明によれば、第１ないし３の何れ
かの発明において、基準板の下面に対向する移動子の面
に、磁界発生手段として少なくとも永久磁石を配置し、
かつ接触保持手段として、前記基準板の下面と接触する
球体を摩擦力低減手段により回動自在に支持した少なく
とも３台の自由輪を、同一直線上に並ばないように配置
したので、簡単な構成により、移動子は基準板下面に対
して一定の姿勢を保ちながら基準板下面に沿って自由に
移動できる。

【００５１】第５の発明によれば、第１ないし４の何れ
かの発明において、前記能動的駆動手段は、前記懸架線
の鉛直上方に配置された少なくとも１台の駆動輪と、前
記駆動輪を基準板の下面に対して押し付ける圧縮ばね要
素と、前記駆動輪を前記基準板の下面に平行な２次元平
面内で任意の方向に対して駆動する力を発生する駆動方
向調整手段とを有するので、圧縮ばね要素によって駆動
輪が基準板下面に対して発生する駆動力を確実に伝達
し、駆動方向調整手段によって駆動輪が発生する駆動力
が基準板下面に沿った２次元平面内のすべての方向に対
して負荷可能になることで、移動子を基準板下面に沿っ
て確実に任意の位置に移動させることができる。

【００５２】第６の発明によれば、第１ないし５の何れ
かの発明において、前記位置ずれ検出手段は、移動子に
配設され、懸架線の鉛直方向に対する傾きを検出する傾
き検出装置を備えたので、検出された傾きを最小とする
ように移動子を移動させることにより、被試験体の基準
板下面に平行な２次元的運動を拘束することなく被試験
体を支持することができる。

【００５３】第７の発明によれば、第１ないし５の何れ
かの発明において、前記位置ずれ検出手段は、被試験体
に設けられた光学的ターゲットと、移動子に設けられ、
前記光学的ターゲットの像の位置を検知する光学的監視
装置とを備えたので、検知された像の位置ずれを最小と
するように移動子を移動させることにより、被試験体の
基準板下面に平行な２次元的運動を拘束することなく被
試験体を支持することができる。

【００５４】第８の発明によれば、第１ないし５の何れ
かの発明において、前記位置ずれ検出手段は、移動子に
配設され、懸架線に作用する水平方向の力を検出する水
平力検出装置を備えたので、検出された水平分力を最小
とするように移動子を移動させることにより、被試験体
の基準板下面に平行な２次元的運動を拘束することなく
被試験体を支持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１による運動試験装置の
全体構成を示す図である。

【図２】 本発明の実施の形態１による運動試験装置の
移動子の構成を拡大して示す斜視図である。

【図３】 本発明の実施の形態１による運動試験装置に
おける磁界発生手段を示す断面図である。

【図４】 本発明の実施の形態１による運動試験装置に
おける接触保持手段を示す断面図である。

【図５】 本発明の実施の形態１による運動試験装置に
おける位置ずれ検出手段を示す水平断面図である。

【図６】 本発明の実施の形態１による運動試験装置に
おける位置ずれ検出手段を示す垂直断面図である。

【図７】 本発明の実施の形態１による運動試験装置に
おける能動的駆動手段の構成を模式的に示す断面図であ
る。

【図８】 本発明の実施の形態１による運動試験装置に
おける能動的駆動制御のブロック図である。

【図９】 本発明の実施の形態１による運動試験装置に
おける懸架線長さおよび懸架線懸架力の制御のブロック
図である。

【図１０】 本発明の実施の形態１による運動試験装置
における回路基板の機能ブロック図である。

【図１１】 本発明の実施の形態２による運動試験装置
における能動的駆動手段の構成を示し、（ａ）は垂直断
面図、（ｂ）は水平断面図である。

【図１２】 本発明の実施の形態３による運動試験装置
における位置ずれ検出手段の構成を示す概略図である。

【図１３】 本発明の実施の形態４による運動試験装置
における位置ずれ検出手段の構成を示す斜視図である。

【図１４】 第１の従来技術による運動試験装置の概略
図である。

【図１５】 図１４とは別の第２の従来技術による運動
試験装置の概略図である。

【図１６】 図１５に示した第２の従来技術による運動
試験装置の要部を拡大して示す斜視図である。

【符号の説明】

１ フレーム、 ２ 第一のレール、 ３ 第二のレー
ル、 ４ スライダー機構、 ５ サスペンションワイ
ヤ、 ６ 被試験体、 １０ 支持体、 １１基準板、
１２ 対象物、 １３ 非接触型変位センサ、 １４
電磁アクチュエータ、 １５ ベースプレート、 １
６ モータ、 １７ ブレーキ、 １８ エンコーダ、
１９ ケーブル、 ２０ ばね、 ２１ ダンパ、
２２ロードセル、 ２３ 球面ジョイント、 ２４ 固
定板、 ２５ 制御回路、１００ 被試験体、 ２００
基準板、 ３００ 移動子、 ３１０ 懸架線、３１
１ ばね、 ３１２ ダンパ、 ３１３ フック、 ３
１４ 懸架線の中心線、 ３２０ 磁界発生手段、 ３
２１ 永久磁石、 ３２２ 磁束、 ３２５ マグネッ
トヨーク、 ３２８ 間隙、 ３３０ 接触保持手段、
３３１自由車輪、 ３３２ 保持台、 ３４０ ベア
リング、 ３５０ 位置ずれ検出手段、 ３５１ カメ
ラ、 ３５２ カメラ、 ３５３ 位置ずれ、 ３５５
検出位置、 ３５９ 位置ずれ検出器外枠、 ３６０
光学的ターゲット、 ３７０ 光学的監視装置、 ３８
０ 水平力検出装置、 ３８１ 懸架線ガイド、３８２
ｘ軸用弾性体、 ３８３ ｙ軸用弾性体、 ３８４
ｘ軸水平力検出装置、 ３８５ ｙ軸水平力検出装置、
４００ 能動的駆動手段、 ４０１駆動車輪、 ４０
２ 駆動用モータ、 ４０３ 駆動車輪保持台、 ４０
４ 方向転換用モータ、 ４０５ ｘ軸駆動用モータ、
４０６ ｙ軸駆動用モータ、４０７ ｘ軸駆動ロー
ラ、 ４０８ ｙ軸駆動ローラ、 ４０９ ベアリン
グ、 ４１０ 圧縮ばね要素、 ４２０ エンコーダ、
４３０ モータ、 ４３１ ブレーキ、 ４４０ ロ
ードセル、 ４６０ 上部固定板、 ４６１ 球面ジョ
イント、 ４７０ 下部固定板、 ５００ 制御回路、
５１０ 位置ずれ信号変換装置、 ５１１ 懸架線長
さ信号変換装置、 ５１２ 懸架線懸架力信号変換装
置、 ５１５ 第一増幅器、 ５１６ 第二増幅器、
５５０ 信号処理装置、 ５５１ 第一フィルタ、 ５
５２ 第二フィルタ、 ５５３ 第一補償器、 ５５４
第二補償器、 ５５５ 第三補償器、 ５５６ 制限
装置、５６０ 信号処理手順用メモリ、 ５７０ 通信
装置、 ５８０ 外部制御装置、 ５９０ 電線、 ６
００ 被試験体の位置、 ６０１ 移動子の位置、 ６
１０ 移動子の懸架線長さ指令値、 ６１１ 移動子の
懸架線長さ、 ６２０移動子の懸架線懸架力指令値、
６２１ 移動子の懸架線懸架力。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｎ 15/00 Ｈ０２Ｎ 15/00

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性体よりなり、おおむね水平な下面を
   有する基準板と、 磁気吸引力によって前記基準板の下面に接触支持され、
   該下面に沿って２次元平面内を自由に移動可能な移動子
   と、 前記移動子から下方に吊り下げられ被試験体を懸架支持
   する懸架線とを備え、 前記移動子は、 前記磁気吸引力を発生する磁界発生手段と、 前記基準板の下面と機械的に接触する接触保持手段と、 前記被試験体と前記移動子との間の前記基準板に平行な
   平面内での相対的な位置ずれ量を検出する位置ずれ検出
   手段と、 前記位置ずれ検出手段によって検出された位置ずれ量を
   最小とするように前記基準板の下面に沿って前記移動子
   を駆動する能動的駆動手段とを有することを特徴とする
   運動試験装置。
2. 【請求項２】 前記移動子は、 懸架線の長さを検出する懸架線長さ検出手段と、 前記懸架線の長さを制御する懸架線長さ制御手段と、 前記懸架線が被試験体を懸架する力を検出する懸架線懸
   架力検出手段と、 前記懸架線の懸架力を制御する懸架線懸架力制御手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の運動試験装
   置。
3. 【請求項３】 前記懸架線長さ制御手段および懸架力制
   御手段は、前記懸架線の長さおよび懸架力を調整するモ
   ータを構成要素として含むことを特徴とする請求項２記
   載の運動試験装置。
4. 【請求項４】 基準板の下面に対向する移動子の面に、
   磁界発生手段として少なくとも永久磁石を配置し、かつ
   接触保持手段として、前記基準板の下面と接触する球体
   を摩擦力低減手段により回動自在に支持した少なくとも
   ３台の自由輪を、同一直線上に並ばないように配置した
   ことを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の運
   動制御装置。
5. 【請求項５】 前記能動的駆動手段は、 前記懸架線の鉛直上方に配置された少なくとも１台の駆
   動輪と、 前記駆動輪を基準板の下面に対して押し付ける圧縮ばね
   要素と、 前記駆動輪を前記基準板の下面に平行な２次元平面内で
   任意の方向に対して駆動する力を発生する駆動方向調整
   手段とを有することを特徴とする請求項１ないし４の何
   れかに記載の運動試験装置。
6. 【請求項６】 前記位置ずれ検出手段は、移動子に配設
   され、懸架線の鉛直方向に対する傾きを検出する傾き検
   出装置を備えたこと特徴とする請求項１ないし５の何れ
   かに記載の運動試験装置。
7. 【請求項７】 前記位置ずれ検出手段は、被試験体に設
   けられた光学的ターゲットと、移動子に設けられ、前記
   光学的ターゲットの像の位置を検知する光学的監視装置
   とを備えたことを特徴とする請求項１ないし５の何れか
   に記載の運動試験装置。
8. 【請求項８】 前記位置ずれ検出手段は、移動子に配設
   され、懸架線に作用する水平方向の力を検出する水平力
   検出装置を備えたことを特徴とする請求項１ないし５の
   何れかに記載の運動試験装置。