(57)【要約】      （修正有）【課題】能動的な振動減衰のためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】機械的システムの結合部１００で振動を検出することと、検出された振動に基づいて反振動を生成することと、反振動が生成しながら機械的システムを動かすことを含む。【選択図】図１
2020122571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的システムにおける振動を減衰させる方法であって、
前記機械的システムの結合部で振動を検出することと、
検出された前記振動に基づいて反振動を生成することと、
前記反振動を生成しながら前記機械的システムを動かすこと
を含む、方法。       
【請求項２】
前記結合部での前記振動の大きさ及び振動数を決定することをさらに含み、
前記反振動を生成することは、前記検出された振動の前記大きさ及び前記振動数に基づいて、前記結合部において振動エンジンを駆動することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記振動の前記大きさ及び前記振動数を決定することは、
前記結合部に配置された圧電センサにおける抵抗の変化を検出することと、
経時的な前記抵抗の変化に基づいて、前記大きさ及び前記振動数を計算することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記振動を検出する前に前記振動エンジンを駆動して、前記結合部において結合する相補的な振動を生成し、その際前記結合部を変位させないことをさらに含む、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記振動エンジンを駆動することは、前記結合部に配置されたフライホイールに対して磁力を印加することを含む、請求項２から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記磁力は、前記反振動を生成するために、前記フライホイールに対して断続的に印加される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記振動エンジンを駆動することが、前記結合部に配置されたソレノイドモータに電気エネルギーを与えることを含むことをさらに含む、請求項２から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記電気エネルギーは、或る周波数で前記ソレノイドモータに与えられ、前記ソレノイドモータは、前記周波数で前記反振動を生成させられる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記振動エンジンを駆動することは、前記結合部の内部の環状部に沿って様々な角度位置で配置されたフライホイールを選択的に回転させることを含む、請求項２から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
プログラミングされた命令を具現化する非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記プログラミングされた命令は、プロセッサによって実行されると、機械的システムにおける振動を減衰させる方法を実施するために動作可能であり、
前記方法は、
前記機械的システムの結合部で振動を検出することと、
検出された前記振動に基づいて反振動を生成することと、
前記反振動を生成しながら前記機械的システムを動かすこと
を含む、非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１１】
前記方法は、
前記結合部での前記振動の大きさ及び振動数を決定することをさらに含み、
前記反振動を生成することは、前記検出された振動の前記大きさ及び前記振動数に基づいて、前記結合部において振動エンジンを駆動することを含む、請求項１０に記載の媒体。
【請求項１２】
前記振動の前記大きさ及び前記振動数を決定することは、
前記結合部に配置された圧電センサでの抵抗の変化を検出することと、
経時的な前記抵抗の変化に基づいて、前記大きさ及び前記振動数を計算することを含む、請求項１１に記載の媒体。
【請求項１３】
前記方法は、
前記振動を検出する前に前記振動エンジンを駆動して、前記結合部で結合する相補的な振動を生成し、その際前記結合部を変位させないことをさらに含む、請求項１１又は１２に記載の媒体。
【請求項１４】
前記振動エンジンを駆動することは、前記結合部に配置されたフライホイールに磁力を印加することを含み、任意に、
前記磁力は、前記反振動を生成するために前記フライホイールに対して断続的に印加される、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の媒体。
【請求項１５】
前記方法は、
前記振動エンジンを駆動することが、前記結合部に配置されたソレノイドモータに電気エネルギーを与えることを含むこと
をさらに含む、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の媒体。
【請求項１６】
前記電気エネルギーは、或る周波数で前記ソレノイドモータに与えられ、前記ソレノイドモータは、前記周波数で前記反振動を生成させられる、請求項１５に記載の媒体。
【請求項１７】
前記振動エンジンを駆動することは、前記結合部の内部の環状部に沿って様々な角度位置で配置されたフライホイールを選択的に回転させることを含む、請求項１１から１６のいずれか一項に記載の媒体。
【請求項１８】
機械的システムにおける振動を減衰させる装置であって、前記装置は結合部を含み、
前記結合部は、
前記結合部における振動検出センサと、
前記結合部における振動エンジンと、
前記振動センサ及び前記振動エンジンとの通信のために接続されたコントローラであって、前記振動検出センサにより検出された振動の大きさ及び振動数を決定し、前記大きさ及び前記振動数に基づいて、反振動を生成するよう前記振動エンジンに指示するよう構成されたコントローラと
を含む、装置。
【請求項１９】
前記振動エンジンは、複数の環状部に配置されており、各環状部が、様々な角度位置で配置された振動エンジンを備える、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記振動エンジンに磁力を印加するパルス生成器を更に備え、任意に、
各パルス生成器は、異なる振動エンジンに磁力を印加し、
前記装置は、各振動エンジン及び対応するパルス生成器を、他のエンジン及びパルス生成器から分離する磁気シールドをさらに含む、請求項１８又は１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、安定化の分野に関し、特に、機械的振動を減衰させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
機械的振動は、様々な車両及び製造環境において直面しうる。例えば、製造環境にあるロボットは、近くの重量が重い車両による移動から結果的に発生する振動に直面し、製造環境で稼働している発電機又は他の機械が引き起こす振動に直面し、さらに、自身の内部の部品が引き起こした振動にさえ直面しうる。これらの振動は、ロボットの本体からロボットの運動連鎖に沿って、エンドイフェクタまで伝えられる。エンドイフェクタに達すると、振動が、エンドイフェクタを変位させうる。このことは、エンドイフェクタの配置の正確さに不利な影響を与え、又は、そうでなければ、効率良く動作するというエンドイフェクタの能力を妨害しうる。上記振動の多くは予期されぬものであり、上記振動の振動数及び振幅の範囲は、大きく変化しうる。
【０００３】
機械的振動はまた、自動車から、移動式の病院用ベッドにまで至る車両においても直面しうる。このような車両のために機械的振動を減衰させることは、上記車両の快適性及び安定性の高さを向上させる。機械的振動は、原子間顕微法（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）装置の先端部といった、科学的装置でさえも直面しうる。このような環境では、装置の精度を上げるために、エンドイフェクタへの予期されぬ振動の伝達を低減又は制御することが望ましい。
【０００４】
従って、先に検討した問題のうちの少なくとも幾つか及び他の想定される問題を考慮した方法及び装置を有していることが望ましいであろう。
【発明の概要】
【０００５】
本明細書に記載の実施形態では、機械的振動を、振動エンジン（例えば、磁気的に作動されるフライホイール、ソレノイドモータ等）を利用する結合部を介して能動的に検出して減衰し、検出された振動に応じて反振動を生成する。上記反振動によって、結合部が直面する振動が減衰させられ、このことにより、結合部（例えば、エンドイフェクタ）に固定されている装置を安定させ、予期せぬ振動から守ることが可能となる。
【０００６】
一実施形態は、機械的システムにおける振動を減衰させる方法である。本方法は、機械的システムの結合部で振動を検出することと、検出された振動に基づいて反振動を生成することと、反振動を生成しながら機械的システムを動かすことを含む。
【０００７】
更なる実施形態は、プログラミングされた命令を具現化する非一時的コンピュータ可読媒体であって、命令は、プロセッサによって実行されると、機械的システムにおける振動を減衰させる方法を実施するために動作可能である。本方法は、機械的システムの結合部で振動を検出することと、検出された振動に基づいて反振動を生成することと、反振動が生成しながら機械的システムを動かすことを含む。
【０００８】
さらに別の実施形態は、機械的システムにおける振動を減衰させる装置である。本装置は結合部を含み、結合部は、
結合部における振動検出センサと、
結合部における振動エンジンと、
振動センサ及び振動エンジンとの通信のために接続されたコントローラであって、振動検出センサにより検出された振動の大きさ及び振動数を決定し、大きさ及び振動数に基づいて、反振動を生成するよう振動エンジンに指示するよう構成されたコントローラと
を備える。
【０００９】
他の例示的な実施形態（例えば、上述の実施形態に関係する方法及びコンピュータ可読媒体）が、以下に記載されうる。検討してきた特徴、機能及び利点は、様々な実施形態において個別に実現可能であり、又は、以下の説明及び図面を参照してさらなる詳細が理解され得る、さらに別の実施形態において組み合わされてもよい。
【００１０】
ここで本開示の幾つかの実施形態が、例示のためだけに、添付図面を参照して説明される。全ての図面において、同じ参照番号は同じ要素又は同じ種類の要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】例示的な一実施形態における、振動を能動的に減衰させる結合部の斜視図である。
【図２】例示の実施形態における、図１の結合部を操作する方法を示すフロー図である。
【図３】例示的な実施形態における、ケーシングが外されている図１の結合部の斜視図である。
【図４】例示的な実施形態における、図１の結合部の内部の振動エンジンの一構成の斜視図である。
【図５】例示的な実施形態における、図１の結合部の側方から見た断面図である。
【図６】例示的な実施形態における、図１の結合部の前方から見た断面図である。
【図７】例示的な実施形態における、アダプタを伴う結合部の分解斜視図である。
【図８】例示的な実施形態における、アダプタを伴う図１の結合部の斜視図である。
【図９】例示的な実施形態における、結合部を利用しているロボットを示す図である。
【図１０Ａ】例示的な実施形態における、振動に応じて揺動する結合部の内部のセンサを示す図である。
【図１０Ｂ】例示的な実施形態における、振動に応じて揺動する結合部の内部のセンサを示す図である。
【図１１】例示的な実施形態における、反振動を動的に生成するための、結合部への電気的制御を示すフロー図である。
【図１２】例示的な実施形態における、磁気的に駆動される偏心フライホイールを示す図である。
【図１３】例示的な実施形態における、様々なポジションの偏心フライホイールにより印加される力の垂直成分を示す図である。
【図１４】例示的な実施形態における、相補的な偏心フライホイールを示す図である。
【図１５】例示的な実施形態における、製造環境における結合部のブロック図である。
【図１６】例示的な実施形態における、航空機の製造及び保守方法を示すフロー図である。
【図１７】例示的な実施形態における、航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面及び以下の明細書の記載により、本開示の特定の例示的な実施形態が提供される。従って、当業者は、本明細書で明示的に記載又は図示されない様々な構成を考案して本開示の原理を具体的に実現することができるが、それらは本開示の範囲に含まれることを理解されたい。更に、本明細書に記載のいかなる実施例も、本開示の原理の理解を助けることを意図したものであり、具体的に記載された実施例や諸条件に限定されないという解釈がなされるべきである。この結果、本開示を限定するものは、下記の特定の実施形態又は実施例ではなく、特許請求項の範囲及びその均等物である。
【００１３】
図１は、例示的な一実施形態における、機械的振動を能動的に減衰させる結合部１００の斜視図である。結合部１００は、稼働している機械的システム（例えばロボット）における機械的振動を能動的に検出して減衰させるよう動作可能なあらゆるシステム、装置、又はコンポーネントを含む。多数のゴムといった受動的な減衰の仕組みとは異なって、結合部１００は、入って来た振動を検出して、検出された振動を無効にする反振動を生成することが出来る。このことによって、結合部が、受け取った外部からの振動に応じて動かされることが防止される。例えば、反振動は、検出された振動の振動数及び大きさと一致しうるが、反対方向に印加されうる。本例では結合部での反振動は、任意の所与の瞬間に、結合部が、閾値の変位量よりも小さく（例えば、１ミリメータよりも小さい、振動の本来の大きさの１０パーセントよりも小さい等）変位を経験するように、生成される。
【００１４】
本実施形態において、結合部１００は、ケーシング１１０を備え、このケーシング１１０は、駆動ユニット１２０を機械的に保護して収容している。結合部１００に設けられた振動検出センサ１６０が、入って来た振動の振動数、方向、及び／又は大きさを検出しうる。駆動ユニット１２０は、モータ１３２のコア１３０、及び、複数の環状部１５０に配置された振動エンジン１４０を含んでいる。振動が駆動ユニット１２０によって検出されると、モータ１３２が、振動エンジン１４０を選択的に駆動するために作動されて、反振動を生成する（これにより結果的に、振動が無効にされる）。振動エンジン１４０は、電磁的に作動されるフライホイール、ＥＲＭ（Ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ  Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｍａｓｓ、偏心回転質量）振動モータ、ＬＲＡ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ａｃｔｕａｔｏｒ、リニア共振アクチュエータ）振動モータ、ソレノイド振動モータ等を含みうる。モータ１３２は、振動エンジン１４０にトルクを印加する磁界発生器、又は、振動エンジン１４０を駆動する力を印加する他の構成要素を含みうる。
【００１５】
結合部１００の動作の例示的な詳細が、図２に関して説明される。本実施形態について、結合部１００は、ロボットの形態による機械的システムに取り付けられていると仮定する。例えば、結合部１００は、ロボットの本体とロボットのエンドイフェクタとの間に配置することが可能であり、これにより、ロボットの本体で受け取られた振動が、エンドイフェクタに伝わることが防止される。ロボットは、或るパーツの精確な位置において作業を行うことが意図されている。さらに、ロボットは、車両又は他の機器を動かすことにより引き起こされる振動に晒された工場の中に位置していると仮定する。振動は、ロボットの本体から結合部を通ってエンドイフェクタへと伝わり、これにより、稼働中にエンドイフェクタの位置の正確さに影響が与えられる。
【００１６】
図２は、例示の実施形態における、図１の結合部を操作する方法２００を示すフロー図である。方法２００のステップが、図１の結合部１００を参照して記載されるが、当業者であれば、方法２００が他のシステムで実施されうることを理解するであろう。本明細書に記載のフロー図のステップは、網羅的なものではなく、図示していない他のステップを含みうる。本明細書に記載のステップは、代替的な順序でも実施されうる。
【００１７】
ステップ２０２において、駆動ユニット１２０が、結合部１００で振動を検出する。例えば、駆動ユニット１２０は、（例えば図１０に示すような）結合部１００の内部に配置された１つ以上の片持ち状の圧電センサでの、抵抗の変化を検知しうる。
【００１８】
ステップ２０４において、駆動ユニット１２０はさらに、結合部１００での振動の大きさ及び振動数を決定する。振動数は、結合部１００を通じた振動が繰り返されるレートであり、大きさは、振動によりそのピークで引き起こされる力又は変位量である。駆動ユニット１２０はさらに、（例えば図１０に関して記載するような）センサからの入力に基づいて、振動の方向を決定しうる。この情報に基づいて、駆動ユニット１２０は、検出された振動を無効にする反振動を特定する。
【００１９】
ステップ２０６において、駆動ユニット１２０は、検出された振動に基づいて、反振動を生成する。例えば、駆動ユニット１２０は、結合部１００に設けられた振動エンジン１４０を駆動しうる。駆動されている間、振動エンジン１４０は、反振動であって、振動の大きさ及び振動数に対応しており（例えば一致しており）、さらには振動の方向とは反対方向の反振動を生成する。反振動の大きさ及び振動数はまた、当該反振動を制御するために、結合部１００の任意のセンサによって、反振動の継続中にも検出されうる。
【００２０】
反振動は上記振動と結合して、結合部が、稼働中に変位することを防止する。具体的には、反振動によって、結合部１００において、振動が引き起した力を無効にする力が生成される。このことが、進行中のプロセスにおいて継続し、これにより、振動が経験される瞬間ごとに、駆動ユニット１２０が、変位を防止するために反振動を生成する。所望の方向の反振動が、振動エンジン１４０群をその空間的な配置に基づき選択的に稼働することによって、生成される。所望の振動数の反振動が、振動エンジン１４０をその振動数で動かすことによって生成される。例えば、振動が既知のレートで、垂直方向に上方に向かって続き、その後で下方に向かって続く場合には、振動エンジンは、同じレートで上記振動と同期させて、垂直方向に下方に力を印加し、その後で上方に力を印加するよう操作されうる。一実施形態において、このことは、モータ１３２（例えば、ソレノイドモータ）に継続的に或る周波数で電気エネルギーを与えることを含み、モータが、上記或る周波数で反振動を生成させられる。僅かな遅延（例えば、数マイクロ秒又は数ミリ秒）が、振動の検出と反振動の生成との間に存在しうるが、上記技術は、経時的に受け取られる振動の減衰させる際に有効であり続ける。従って、結合部１００は、入って来た振動を検出し、解析し、減衰させる応答システムとして動作する。
【００２１】
ステップ２０８において、機械的システム（即ちロボット）は、反振動が生成されている間（例えば、振動エンジン１４０が駆動されている間）に操作される。振動エンジン１４０によって減衰が提供されるため、機械的システムは、外部からの振動による影響を受けることなく稼働しうる。例えば、ロボットは、振動エンジン１４０が駆動されている間に、エンドイフェクタを介して穿孔を行うことが可能である。このことは、機械的システムが、機械的振動によりエンドイフェクタを変位させずにエンドイフェクタを操作することを可能とすることで、技術的な利点を提供する。本明細書に記載する原則は、エンドイフェクタにより引き起こされた振動を減衰させるためにも利用することが可能であり、これにより、エンドイフェクタがロボットの本体で振動を生じさせることが防止される。このことは、複数のエンドイフェクタを一度に利用するロボットにとって特に有益でありうる。
【００２２】
図３は、図１の結合部の斜視図であり、例示的な実施形態において、ケーシング１１０が外されている。図３は、図１の図面矢印３に対応している。図３に示すように、駆動ユニット１２０は、少なくとも２つの環状部１５０を含んでいる。各環状部１５０は、振動エンジン１４０を含んでいる。環状部１５０によって、様々な方向から受け取られる振動の減衰を可能とする振動エンジン１４０の形状的構成が可能となる。各環状部１５０に沿った振動エンジン１４０が、様々な角度位置で配置されている。各振動エンジン１４０は、（例えば、図４の偏心フライホイール４５０により示されるような）偏心フライホイール、又はカムの形状により描かれている。各振動エンジン１４０は、シールド３１０によって、他の振動エンジン１４０から磁気的に遮蔽されている。これにより、各振動エンジン１４０が、モータ１３２のうちの異なるモータ１３２によって、独立して駆動されることが可能となる。シールド３１０は、鋼又は鉄−ニッケル合金といった、磁界を通さないあらゆる適切な材料で作製されうる。シールド３１０は、様々な潜在的角度による磁界の進入をそらすために矩形をしている。例えば、シールド３１０は、図３に描かれたモータ１３２からの磁気パルスＭをそらすことが可能であり、磁気パルスＭが、１つより多くの振動エンジンを駆動することを防止する。結合部の重量を低減するため、シールド３１０は薄い。
【００２３】
駆動ユニット１２０の軸方向の長さＬに沿って前後に振動を生成するために、両環状部１５０から選択された振動エンジン１４０が、同期をとって時計回り又は反時計回りに駆動されうる。代替的に、駆動ユニット１２０を軸方向に前後に動かさずに振動を生成するために、一方の環状部１５０の振動エンジン１４０が、他方の環状部１５０の振動エンジン１４０とは反対方向に、同じレートで駆動されうる。即ち、一方の環状部１５０の振動エンジン１４０が、時計回り３２０に駆動され、他方の環状部の振動エンジン１４０が、同じレートで反時計回り３３０に駆動されうる。このことによって、振動エンジン１４０が、駆動ユニット１２０の軸方向の長さＬに沿って力を生成することが防止される。類似した技術が、軸方向の長さＬに対して直交する方向３４０における変位を制御するために、環状部１５０の中の振動エンジン１４０のために利用されうる。簡潔に言えば、１つの振動エンジン１４０により生成された振動の成分が、他の振動エンジン１４０のアクションにより抗され又は増幅させられて、所望の方向、振動数、及び振幅による反振動が生成される。振動エンジン１４０の選択的な作動によって、駆動ユニット１２０が、制御されたやり方で、結合部１００に対して、変位のみならず、トルクも印加することが可能となる。
【００２４】
図４は、例示的な実施形態における、図１の結合部１００の内部の振動エンジン１４０の一構成の斜視図である。図４は、図１の図面矢印３に対応している。本図は、図３）で示した他の構造的要素が無い状態の、振動エンジン１４０を示している。図４では、各振動エンジン１４０は、偏心フライホイール４５０を含んでおり、偏心フライホイール４５０は、先端部４１０及び本体４２０を有する磁気的部分を有している。偏心フライホイール１５０が取り付けられている環状部１５０は、分かり易くなるように省略されていることに注意されたい。本体４２０は、環状部１５０を受容するための孔４４０を含んでいる。先端部４１０は、孔４４０からは離れており、従って、偏心フライホイール４５０が操作されたときには、環状部１５０の周りを回転する。偏心フライホイール４５０の回転を開始し、回転を停止し、又は回転方向を変更するために、先端部４１０は、磁力を受け取りうる磁気的部分４３０を含んでいる。稼働時には、１の偏心フライホイール４５０が１の方向に回転し、隣のフライホイールが、同じ方向又は異なる方向に回転しうる。
【００２５】
図５は、例示的な実施形態における、図１の結合部１００の側方から見た断面図である。図５は、図１の矢印５に対応しており、ケーシング１１０の内部のモータ１３２、振動エンジン１４０、及びシールド３１０を異なる視点から示している。図６は、例示的な実施形態における、図１の結合部の前方から見た断面図である。図６は、図５の図面矢印６に対応している。図６は、振動エンジン１４０が、環状部１５０の中に対称的に配置されていることを示している。例えば、第１の振動エンジン６１０と第２の振動エンジン６２０とは、コア１３０に対して対称的に配置されている。従って、第１の振動エンジン６１０と第２の振動エンジン６２０とは、方向Ｄに沿って又は方向Ｄに向かって反振動を加えるために、調和した形で利用されうる。本紙面の中への又は本紙面から外への、第１の振動エンジン６１０及び第２の振動エンジン６２０により生成された力が、他の環状部１５０の中の、同様に方向付けされた振動エンジンの対によって補償されうる。
【００２６】
図７は、例示的な実施形態における、アダプタ７１０及びアダプタ７３０を伴う図１の結合部の分解斜視図である。アダプタ７１０及びアダプタ７３０によって、結合部７００を、ロボット又は他の機械的システムの運動連鎖と、エンドイフェクタと、の間に取り付ける（例えば、ロボットアームに組み込む）ことが可能となり、これらの要素間の機械的振動の減衰が行われる。しかしながら、更なる実施形態において、結合部１００は、いかなる適切な機械的システの中のいかなる位置でも、振動を減衰させるために配置されうる。例えば、結合部は、一実施形態において、ロボットの本体の下に配置されうる。図７は、様々な取付孔７２０も示しており、この取付孔７２０は、ファスナアダプタ７１０及びアダプタ７３０を結合部１００に固定し及び／又はアダプタ７１０とアダプタ７３０とを互いに固定するために、ボルト又は他の留め具を収容しうる。図８では、アダプタ７１０及びアダプタ７３０が、機械的システムの内部での結合部１００の統合を容易にするために、結合部７００に取り付けられている。
【００２７】
図９は、例示的な実施形態における、結合部を利用するロボット９１０を示す図である。ロボット９１０は、製造環境９００に配置されており、パーツに対して、当該パーツを製造するために作業を行う。例えば、ロボット９１０は、エンドイフェクタ９１６を介して、穿孔、溶接、リベット締め等を行いうる。ロボット９１０が稼働している間に、車両９２０により引き起こされ製造環境９００の中を通る振動９１４が、運動連鎖９１２に沿って伝達されてエンドイフェクタ９１６に向かって進む。振動９１４は、ロボット９１０で生じたあらゆる振動と結合して、結果的に振動９１５となり、この振動９１５が結合部９１８に達する。このことは、エンドイフェクタ９１６での位置的制御に作用する可能性があり、これにより、稼働中に、エンドイフェクタ９１６の精度に影響が与えられ、又はそうでなければ、作業が行われているパーツの製造品質が損なわれうる。結合部９１８は、運動連鎖９１２の要素とエンドイフェクタ９１６との間に配置されており、振動９１５を減衰させる反振動９３０を生成する。このことにより、エンドイフェクタ９１６が、当該エンドイフェクタ９１６の変位を防止することにより、安定させられる。
【００２８】
図１０Ａは、結合部の内部で使用されうるセンサのさらなる詳細を示している。結合部によって、機械的振動が能動的に減衰させられる。具体的には、図１０は、結合部１０００の内部のセンサ１０１０を示す図である。センサ１０１０は、例示的な実施形態な実施形態において、振動に応じて揺動する（１０１４）。本実施形態において、センサ１０１０は、片持ち状の圧電ヘアセンサ１０１６を含み、この片持ち状の圧電ヘアセンサ１０１６は、本体１０２０から突出しており、その先端部１０１２のたわみに応じて、電気抵抗Ｒの変化量を示す。センサ１０１０は、例えば、ホイートストンブリッジ（Ｗｈｅａｔｓｔｏｎｅ  ｂｒｉｄｇｅ）に組み込まれうる。機械的振動が結合部を通って進むと、その振動によって、先端部１０１２が、図１０Ｂに示す量Ｄの分だけたわんで、電流経路１０３０の抵抗がＲ２に変化する。要するに、ヘアセンサが振動すると、その抵抗が変化する。適切に設計されたシステムでは、このことは、電流経路１０３０に沿った電流の変化に繋がる。電流の増大によって、磁気パルス生成器が、振動エンジンに対してより大きな力を印加させられ、振動エンジンは、より大きな磁力が自身の先端部に印加されるため、より速く回転する。
【００２９】
結合部１０００の内部の様々な位置及向きの複数のセンサ１０１０により引き起こされる抵抗の変化は、入って来た振動の大きさ及び震度数を決定するために、電気的検出され解析されうる。センサ１０１０の向きは、結合部の内部では既知であるため、様々な向きのセンサ１０１０からの振動量が、振動が起きている方向を決定するために比較されうる。その後で、この情報は、結合部に配置された振動エンジンを駆動するために利用されうる。
【００３０】
さらなる実施形態において、結合部は、自身の振動に応じた自励を防止するよう構成されている。例えば、外部からの振動が存在せず、振動エンジンが、定常状態で回転するフライホイールを備えており、当該フライホイールのうちの１つのバランスが崩れた状態になった場合には、自励が起こりうる。このような状況において、バランスが崩れたフライホイールの振動が、ヘアセンサによって外部からのものとして感知される可能性があり、このことにより、バランスの崩れたフライホイールの速度が上がる可能性があり、結果的に、振動がさらに増大することになる。
【００３１】
このような自励状態を防止するために、一実施形態において、振動エンジンの総数よりも多い３つのヘアセンサが存在する。上記の追加的なヘアセンサは、結合部の内部の残りの駆動ユニットに供給される全電流を統制する。ヘアセンサ各々は、結合部で振動がそれに沿って受け取られる３つの軸のうちの１つを監視するよう方向付けられており、外部からの振動を、内部の自励振動と区別するために利用されうる。例えば、図１に示した振動検出センサ１６０の各々は、様々な軸に沿った振動を監視することが可能であり、図１中のモータ１３２の各々は、自身の内部センサを備えうる。駆動ユニットに供給される全電流は、振動検出センサ１６０からの入力によって制御され、個別モータは、自身の内部のセンサにより制御されうる。
【００３２】
図１１は、例示の実施形態における、反振動を動的に生成するための結合部の電気的制御の方法１１００を示すフロー図である。本実施形態について、結合部のコアの内部のモータは、先に図１０で示したようなセンサと電気的に接続されていると仮定される。ステップ１１０２において、１つ以上の上記センサが、自身を振動させる機械的振動を受け取り、結果的に、抵抗が揺動変化する。ステップ１１０４において、結合部に設けられた１つ以上のモータが、センサの振動のレートに対応するレートで、磁気パルスを生成する。ステップ１１０６において、磁気パルスによって、偏心フライホイールが、受け取られた機械的振動のレートで、受け取られた機械的振動とは反対の方向に回転させられる。これにより結果的に、結合部を安定させる反振動が得られる。センサからの入力は、反振動をその継続中に調整するために利用される。従って、センサのサンプリングレートは、少なくとも、結合部の振動エンジンが揺動しうるレートとなるよう選択されうる。例えば、センサは、毎秒数１００回のレートで、又は、毎秒数十万回のレートでサンプリングを行いうる。
【００３３】
図１２は、例示的な実施形態における、磁気的に駆動される偏心フライホイールを示す図１２００である。偏心フライホイール４５０は、磁気的部分４３０を含み、かつ環状部１５０に取り付けられており、磁気パルスを生成するモータ１３２によって駆動されて動かされる。電界発生器１２３０からのパルス状の磁力Ｐに応じて、偏心フライホイール４５０が方向１２５０に回転すると、偏心フライホイール４５０は、結合部で検出された振動に抗する振動Ｖを、制御されたやり方で生成する。モータ１３２は、電力供給１２４０により電力が供給される。
【００３４】
図１３は、例示的な実施形態における、様々なポジションにある偏心フライホイール４５０により印加された力Ｆの垂直成分１３１０を示す図１３００である。図１３は、偏心フライホイールが回転している間に、偏心フライホイールが、垂直方向に揺動力を生成することを示している。
【００３５】
図１４は、例示的な実施形態における、補完的な偏心フライホイールを示す図１４００である。図１４は特に、補完的なフライホイールがどのようにして、特定の方向への力を生成するために同期を取って回転しうるかを示している。図１４は、力Ｆ１を左側に下方に向かって生成するフライホイール１４１０と、力Ｆ２を左側に上方に向かって生成するフライホイール１４２０と、を示している。フライホイール１４１０は反時計回りに回転して、結果的にモーメントＡが得られ、フライホイール１４２０は時計回りに回転して、結果的に、同じ大きさのモーメントＢが得られる。図１４で示すように同期が取られているときには、このことは、フライホイール同士が互いのモーメントを無効にし合い、さらに加えて、回転中に、力Ｆ１及び力Ｆ２で構成される合力Ｆ１＋Ｆ２を生成することを意味している。合力Ｆ１＋Ｆ２は、揺動した形態による、本紙面の左側に向かって横方向に純粋なモーメントを生成する。上記の原則は、あらゆる所望の方向への振動をプログラムにより生成するために、図１の結合部１００といった結合部にも拡大適用されうる。
【００３６】
実施例
以下の実施例では、追加のプロセス、システム、及び方法が、機械的振動を能動的に減衰させる結合部に関連して説明される。
【００３７】
図１５は、例示的な実施形態における結合部１５００のブロック図である。結合部１５００は、駆動ユニット１５２０を取り囲むケーシング１５１０を含んでいる。駆動ユニット１５２０のコア１５３０の内部のモータ１５３２は、振動エンジン１５４０を駆動するために利用される。振動エンジン１５４０は、環状部１５５０に配置されており、シールド１５６０によって隔てられている。振動エンジン１５４０は、例えばフライホイールとして実現されうる。シールド１５６０によって、モータ１５３２が複数の振動エンジン１５４０を一度に駆動しないことが防止され、従って、振動エンジン１５４０を別々に制御することが可能となる。コントローラ１５７０は、センサ１５８０から入力を受信し、この入力に基づいて、反振動を生成するためにモータ１５３２の動作を制御する。例えば、コントローラ１５７０は、センサ１５８０からの入力に基づいて、結合部１５００で受信された振動の大きさ、方向、及び振動数を決定しうる。コントローラ１５７０はさらに、上記振動数と等しいレートで、上記振動の方向とは反対の方向に補完的なフライホイールを駆動して、上記振動に抗しうる。コントローラ１５７０は例えば、カスタム回路として、プログラムされた命令を実行するハードウェアプロセッサとして、又はこれらの何らかの組み合わせとして実装され得る。
【００３８】
より具体的に図面を参照すると、本開示の実施形態を、図１６に示すような航空機の製造及び保守方法１６００、及び図１７に示すような航空機１６０２に関連して説明することができる。製造前の段階では、方法１６００は、航空機１６０２の仕様及び設計１６０４と、材料調達１６０６とを含みうる。製造段階では、航空機１６０２のコンポーネント及びサブアセンブリの製造１６０８と、システムイ統合１６１０とが行われる。その後、航空機１６０２は、認可及び納品１６１２を経て、運航１６１４に供されうる。顧客により運航される間に、航空機１６０２は定期的な整備及び保守１６１６（改造、再設定、改修なども含みうる）が予定されている。本明細書で具現化される装置及び方法は、方法１６００で記載される製造及び保守のうちの１つ以上の任意の適切な段階（例えば、仕様及び設計１６０４、材料の調達１６０６、コンポーネント及びサブアセンブリの製造１６０８、システムイ統合１６１０、認可及び納品１６１２、運航１６１４、整備及び保守１６１６）及び／又は航空機１６０２の任意の適切なコンポーネント（例えば、機体１６１８、システム１６２０、内装１６２２、推進システム１６２４、電気システム１６２６、油圧システム１６２８、環境システム１６３０）で採用され得る。例えば、本明細書で記載する装置は、運航中の航空機の内部での、システム１６２０同士の互いの振動からの隔離を促進することが可能であり、製造時及び運航時等の振動を減衰するために利用されうる。
【００３９】
方法１６００の各プロセスは、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例えば顧客）によって実施又は実行され得る。本明細書の目的のために、システムインテグレータは、任意の数の航空機製造業者及び主要システム下請業者を含みうるがそれらに限定されず、第三者は、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含みうるがそれらに限定されず、かつ、オペレータとは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などでありうる。
【００４０】
図１７に示すように、方法１６００によって製造された航空機１６０２は、複数のシステム１６２０及び内装１６２２を備えた機体１６１８を含み得る。システム１６２０の例は、推進システム１６２４、電気システム１６２６、油圧システム１６２８、及び環境システム１６３０の１つ以上を含む。任意の数の他のシステムも含まれてよい。航空宇宙の例が示されているが、本発明の原理は、自動車産業などの他の産業にも適用され得る。
【００４１】
上述のように、本明細書で具現化される装置及び方法は、方法１６００において記載される製造及び保守の任意の１つ以上の段階で採用され得る。例えば、コンポーネント及びサブアセンブリの製造１６０８に対応するコンポーネント又はサブアセンブリは、航空機１６０２の運航中に製造されるコンポーネント又はサブアセンブリと同様のやり方で製作又は製造され得る。また、１つ以上の装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせは、例えば、航空機１６０２の組立てを実質的に効率化するか、又は航空機１６２０のコストを削減することにより、サブアセンブリの製造１６０８及びシステム統合１６１０の段階で利用することができる。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせのうちの１つ以上を、航空機１６０２の運航中、例えば、限定しないが、整備及び保守１６１６の間に利用することができる。例えば、本明細書に記載の技術及びシステムは、材料の調達１６０６、コンポーネント及びサブアセンブリの製造１６０８、システム統合１６１０、運航１６１４、及び／又は整備及び保守１６１６のために利用され、及び／又は、機体１６１８及び／又は内装１６２２のために使用されうる。これらの技術及びシステムは、例えば、推進システム１６２４、電気システム１６２６、油圧１６２８、及び／又は環境システム１６３０を含むシステム１６２０のためにも利用されうる。
【００４２】
一実施形態では、或るパーツは、機体１６１８の一部を含み、コンポーネント及びサブアセンブリの製造１６０８中に製造される。このパーツは、この場合システム統合１６１０において航空機を形成するように組み立てられ、その後、摩耗により部品が使用不可となるまで運航１６１４において利用され得る。その後、整備及び保守１６１６において、そのパーツは廃棄され、新たに製造されたパーツと交換され得る。新しいパーツを製造するために、コンポーネント及びサブアセンブリの製造１６０８の期間中にわたって、創意に富んだ構成要素及び方法が利用され得る。
【００４３】
本明細書で図示又は記載された様々な制御要素（例えば電気又は電子コンポーネント）のいずれもが、ハードウェア、プロセッサ実装ソフトウェア、プロセッサ実装ファームウェア、又はこれらの何らかの組み合わせとして実装され得る。例えば、或る要素は、専用ハードウェアとして実装され得る。専用ハードウェア要素は、「プロセッサ」、「コントローラ」、又は、同様の何らかの用語で称されうる。プロセッサによって提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、又は、幾つかが共有であり得る複数の個別のプロセッサによって提供され得る。さらに、「プロセッサ」又は「コントローラ」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアのみを表わすと解釈されるべきでなく、限定するものではないが、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ハードウェア、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）又はその他の回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ）、ソフトウェア格納用の読み出し専用メモリ（ＲＯＭ：ｒｅａｄ  ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ：ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）、不揮発性記憶装置、ロジック部、又は、何らかの他の物理ハードウェアコンポーネント若しくはモジュールが黙示的に含まれてもよい。
【００４４】
また、制御要素は、プロセッサ又はコンピュータによって実行可能な命令として実装されて、その要素の機能を実行することができる。命令の幾つかの例は、ソフトウェア、プログラムコード、及びファームウェアである。命令は、プロセッサによって実行されると動作可能になって、その要素の機能を実行するようにプロセッサに指示する。命令は、プロセッサによって可読な記憶装置に格納されうる。記憶装置の幾つかの例は、デジタル若しくはソリッドステートメモリ、磁気ディスク及び磁気テープなどの磁気記憶媒体、ハードドライブ、又は光学的に可読なデジタルデータ記憶媒体である。
【００４５】
条項１．機械的システムにおける振動を減衰させる方法であって、機械的システムの結合部で振動を検出することと、検出された振動に基づいて反振動を生成することと、反振動を生成しながら機械的システムを動かすことを含む、方法。
【００４６】
条項２．結合部での振動の大きさ及び振動数を決定することをさらに含み、
反振動を生成することは、検出された振動の大きさ及び振動数に基づいて、結合部において振動エンジンを駆動することを含む、条項１に記載の方法。
【００４７】
条項３．振動の大きさ及び振動数を決定することは、結合部に配置された圧電センサでの抵抗の変化を検出することと、経時的な抵抗の変化に基づいて、大きさ及び振動数を計算することを含む、条項２に記載の方法。
【００４８】
条項４．振動を検出する前に振動エンジンを駆動して、結合部で結合する相補的な振動を生成し、その際結合部を変位させないことをさらに含む、条項２又は３に記載の方法。
【００４９】
条項５．振動エンジンを駆動することは、結合部に配置されたフライホイールに対して磁力を印加することを含む、条項２から４のいずれか一項に記載の方法。
【００５０】
条項６．磁力は、反振動を生成するためにフライホイールに対して断続的に印加される、条項５に記載の方法。
【００５１】
条項７．振動エンジンを駆動することは、結合部に配置されたソレノイドモータに電気エネルギーを与えること含むこと
をさらに含む、条項２から６のいずれか一項に記載の方法。
【００５２】
条項８．電気エネルギーは、或る周波数でソレノイドモータに与えられ、ソレノイドモータは、或る振動数で反振動を生成させられる、条項７に記載の方法。
【００５３】
条項９．振動エンジンを駆動することは、結合部の内部の環状部に沿って様々な角度位置で配置されたフライホイールを選択的に回転させることを含む、条項２から８のいずれか一項に記載の方法。
【００５４】
条項１０．条項１から９のいずれか一項に従って組み立てられた航空機の一部。
【００５５】
条項１１．プログラミングされた命令を具現化する非一時的コンピュータ可読媒体であって、プログラミングされた命令は、プロセッサによって実行されると、機械的システムにおける振動を減衰させる方法を実施するために動作可能であり、
方法は、
機械的システムの結合部で振動を検出することと、
検出された振動に基づいて反振動を生成することと、
反振動を生成しながら機械的システムを動かすこと
を含む、非一時的コンピュータ可読媒体。
【００５６】
条項１２．方法は、結合部での振動の大きさ及び振動数を決定することをさらに含み、反振動を生成することは、検出された振動の大きさ及び振動数に基づいて、結合部において振動エンジンを駆動することを含む、条項１１に記載の媒体。
【００５７】
条項１３．振動の大きさ及び振動数を決定することは、結合部に配置された圧電センサでの抵抗の変化を検出することと、経時的な抵抗の変化に基づいて、大きさ及び振動数を計算することを含む、条項１２に記載の媒体。
【００５８】
条項１４．方法は、振動を検出する前に振動エンジンを駆動して、結合部で結合する相補的な振動を生成し、その際に結合部を変位させないことをさらに含む、条項１２又は１３に記載の媒体。
【００５９】
条項１５．振動エンジンを駆動することは、結合部に配置されたフライホイールに対して磁力を印加することを含む、条項１２から１４のいずれか一項に記載の媒体。
【００６０】
条項１６．磁力は、反振動を生成するためにフライホイールに対して断続的に印加される、条項１５に記載の媒体。
【００６１】
条項１７．方法は、振動エンジンを駆動することが、結合部に配置されたソレノイドモータに電気エネルギーを与えることを含むこと
をさらに含む、条項１２から１６のいずれか一項に記載の媒体。
【００６２】
条項１８．電気エネルギーは、或る周波数でソレノイドモータに与えられ、ソレノイドモータは、或る周波数で反振動を生成させられる、条項１７に記載の媒体。
【００６３】
条項１９．振動エンジンを駆動することは、結合部の内部の環状部に沿って様々な角度位置で配置されたフライホイールを選択的に回転させることを含む、条項１２から１８のいずれか一項に記載の媒体。
【００６４】
条項２０．条項１１から１９のいずれか一項に記載のコンピュータ可読媒体に格納された命令により定められる方法に従って組み立てられた航空機の一部。
【００６５】
条項２１．機械的システムにおける振動を減衰させる装置であって、装置は結合部を含み、
結合部は、
結合部における振動検出センサと、
結合における部振動エンジンと、
振動センサ及び振動エンジンとの通信のために接続されたコントローラであって、振動検出センサにより検出された振動の大きさ及び振動数を決定し、大きさ及び振動数に基づいて、反振動を生成するよう振動エンジンに指示するよう構成されたコンとローラと
を備える、装置。
【００６６】
条項２２．振動エンジンは、複数の環状部に配置されており、各環状部が、様々な角度位置で配置された振動エンジンを備える、条項２１に記載の装置。
【００６７】
条項２３．振動エンジンに磁力を印加するパルス生成器をさらに含む、条項２１又は２２に記載の装置。
【００６８】
条項２４．各パルス生成器が、異なる振動エンジンに磁力を印加し、装置は、各振動エンジン及び対応するパルス生成器を、他のエンジン及びパルス生成器から分離する磁気シールドをさらに含む、条項２３に記載の装置。
【００６９】
条項２５．条項２１から２４のいずれか一項に記載の装置を用いた、航空機の一部の作製。
【００７０】
特定の実施形態が本明細書に記載されているが、本開示の範囲は、これらの特定の実施形態に限定されない。本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲及びそのいずれの均等物により定められる。
【図１】
2020122571.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020122571.tif 000009
【図８】
2020122571.tif 000010
【図９】
2020122571.tif 000011
【図１０Ａ】
2020122571.tif 000012
【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
2020122571.tif 000015
【図１３】
2020122571.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
2020122571.tif 000018
【図１６】
2020122571.tif 000019
【図１７】
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【外国語明細書】
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2020122571000002.pdf
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