(57)【要約】【課題】本発明の目的は、高速運転が可能な擬似無重力状態生成装置を提供することである。【解決手段】本発明による擬似無重力状態生成装置は、外側フレーム回転軸（Ｘ１軸）まわりに回転駆動される外側フレーム（２００）と、前記外側フレーム回転軸と交点Ｐで直交する内側フレーム回転軸（Ｙ２軸）まわりに前記外側フレームに対して回転駆動される内側フレーム（３００）と、前記交点Ｐにおいて前記内側フレーム回転軸と直交する第１軸（Ｘ２軸）に沿って移動可能な第１バランスウエイト対（３１１）と、前記交点Ｐにおいて前記内側フレーム回転軸及び前記第１軸と直交する第２軸（Ｚ２軸）に沿って移動可能な第２バランスウエイト対（３２１）とを具備する。ここで、前記第１軸及び前記第２軸は、前記内側フレームに対して固定されている。【選択図】図１
2007131261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側フレーム回転軸まわりに回転駆動される外側フレームと、
前記外側フレーム回転軸と交点Ｐで直交する内側フレーム回転軸まわりに前記外側フレームに対して回転駆動される内側フレームと、
前記交点Ｐにおいて前記内側フレーム回転軸と直交する第１軸に沿って移動可能な第１バランスウエイト対と、
前記交点Ｐにおいて前記内側フレーム回転軸及び前記第１軸と直交する第２軸に沿って移動可能な第２バランスウエイト対と
を具備し、
前記第１軸及び前記第２軸は、前記内側フレームに対して固定されている
擬似無重力状態生成装置。
【請求項２】
請求項１の擬似無重力状態生成装置であって、
前記第１バランスウエイト対の重心位置を前記交点Ｐに保ちながら前記第１バランスウエイト対を前記第１軸に沿って移動させ、前記第２バランスウエイト対の重心位置を前記交点Ｐに保ちながら前記第２バランスウエイト対を前記第２軸に沿って移動させるバランスウエイト駆動部を具備する
擬似無重力状態生成装置。
【請求項３】
請求項２の擬似無重力状態生成装置であって、
回転指令に基づいて、前記外側フレームに回転トルクτ１を与えて前記外側フレームを前記外側フレーム回転軸まわりに回転駆動し、前記内側フレームに回転トルクτ２を与えて前記内側フレームを前記内側フレーム回転軸まわりに回転駆動するサーボユニットを具備する
擬似無重力状態生成装置。
【請求項４】
請求項３の擬似無重力状態生成装置であって、
前記回転指令を出力する制御装置と、
前記第１バランスウエイト対の前記第１軸に沿う配置を示すバランスウエイト位置ＬＸを検出して前記バランスウエイト位置ＬＸを示すバランスウエイト位置信号ＬＸＳを前記制御装置に対して出力し、前記第２バランスウエイト対の前記第２軸に沿う配置を示すバランスウエイト位置ＬＺを検出して前記バランスウエイト位置ＬＺを示すバランスウエイト位置信号ＬＺＳを前記制御装置に対して出力するバランスウエイト位置検出器と
を具備する
擬似無重力状態生成装置。
【請求項５】
請求項４の擬似無重力状態生成装置であって、
前記外側フレームの前記外側フレーム回転軸まわりの回転角加速度α１を検出し、前記回転角加速度α１を示す回転角加速度信号α１Ｓを出力する第１回転角度検出器と、
前記回転トルクτ１を検出し、前記回転トルクτ１を示す回転トルク信号τ１Ｓを出力する第１トルク検出器と
を具備し、
前記制御装置は、
前記回転角加速度信号α１Ｓと、前記回転トルク信号τ１Ｓと、前記バランスウエイト位置信号ＬＸＳとに基づいて、第１バランスウエイト位置調節指令を出力し、
前記バランスウエイト駆動部は、前記第１バランスウエイト位置調節指令に基づいて、前記第１バランスウエイト対又は前記第２バランスウエイト対を移動させる
擬似無重力状態生成装置。
【請求項６】
請求項４又は５の擬似無重力状態生成装置であって、
前記内側フレームの前記内側フレーム回転軸まわりの回転角加速度α２を検出し、前記回転角加速度α２を示す回転角加速度信号α２Ｓを出力する第２回転角度検出器と、
前記回転トルクτ２を検出し、前記回転トルクτ２を示す回転トルク信号τ２Ｓを出力する第２トルク検出器と
を具備し、
前記制御装置は、
前記回転角加速度信号α２Ｓと、前記回転トルク信号τ２Ｓと、前記バランスウエイト位置信号ＬＸＳと、前記バランスウエイト位置信号ＬＺＳとに基づいて、第２バランスウエイト位置調節指令を出力し、
前記バランスウエイト駆動部は、前記第２バランスウエイト位置調節指令に基づいて、前記第１バランスウエイト対又は前記第２バランスウエイト対を移動させる
擬似無重力状態生成装置。
【請求項７】
外側フレーム回転軸まわりに回転駆動される外側フレームと、
前記外側フレーム回転軸と交点Ｐで直交する内側フレーム回転軸まわりに前記外側フレームに対して回転駆動される内側フレームとを具備し、
前記交点Ｐにおいて前記内側フレーム回転軸と直交し、前記内側フレームに対して固定された第１軸が定義され、
前記交点Ｐにおいて前記内側フレーム回転軸及び前記第１軸と直交し、前記内側フレームに対して固定された第２軸が定義され、
前記内側フレームは、前記内側フレームの重心位置Ｇを前記交点Ｐに保ちながら前記内側フレームの前記第２軸まわりの慣性モーメントを調節する第１慣性モーメント調節機構と、前記重心位置Ｇを前記交点Ｐに保ちながら前記内側フレームの前記第１軸まわりの慣性モーメントを調節する第２慣性モーメント調節機構とを有する
擬似無重力状態生成装置。
【請求項８】
外側フレーム回転軸まわりに回転駆動される外側フレームと、
前記外側フレーム回転軸と交点Ｐで直交する内側フレーム回転軸まわりに前記外側フレームに対して回転駆動される内側フレームとを具備し、
前記交点Ｐにおいて前記内側フレーム回転軸と直交し、前記内側フレームに対して固定された第１軸が定義され、
前記交点Ｐにおいて前記内側フレーム回転軸及び前記第１軸と直交し、前記内側フレームに対して固定された第２軸が定義され、
前記内側フレームは、前記第１軸に沿って移動可能な第１バランスウエイト対と、前記第２軸に沿って移動可能な第２バランスウエイト対とを備える
擬似無重力状態生成装置の調整方法であって、
前記外側フレームを前記外側フレーム回転軸まわりに角速度ω１で回転させ、同時に、前記内側フレームを前記内側フレーム回転軸まわりに前記外側フレームに対して前記角速度ω１で回転させるように、前記外側フレームに前記外側フレーム回転軸まわりの回転トルクτ１を与え、前記内側フレームに前記内側フレーム回転軸まわりの回転トルクτ２を与え、このときの前記回転トルクτ１及び前記外側フレームの前記外側フレーム回転軸まわりの回転角加速度α１を検出する第１検出ステップと、
前記外側フレームの前記外側フレーム回転軸まわりの慣性モーメントである外側フレーム慣性モーメントＪ〜Ｘ１と、前記内側フレームの前記第２軸まわりの慣性モーメントである内側フレーム慣性モーメントＪ〜Ｚ２との和である合成慣性モーメントの現在値を示す合成慣性モーメント現在値と、前記回転トルクτ１と、前記回転角加速度α１とに基づいて、前記第１バランスウエイト対の位置又は前記第２バランスウエイト対の位置を調節するバランスウエイト位置調節ステップとを含む
擬似無重力状態生成装置の調整方法。
【請求項９】
請求項８の擬似無重力状態生成装置の調整方法であって、
前記第１バランスウエイト対が初期位置ＬＸ０に配置され、前記第２バランスウエイト対が初期位置ＬＺ０に配置された初期状態における前記合成慣性モーメントを示す合成慣性モーメント初期値と、前記初期位置ＬＸ０と、前記第１バランスウエイト対の現在位置ＬＸとに基づいて、前記合成慣性モーメント現在値を演算する合成慣性モーメント現在値演算ステップを含む
擬似無重力状態生成装置の調整方法。
【請求項１０】
請求項９の擬似無重力状態生成装置の調整方法であって、
前記初期状態において、前記第２軸と前記外側フレーム回転軸とが一致するように前記内側フレームを前記外側フレームに固定し、前記外側フレームに大きさが０でない前記外側フレーム回転軸まわりの回転角加速度α１’が生じるように前記外側フレームに前記外側フレーム回転軸まわりの回転トルクτ１’を与え、このときの前記回転角加速度α１’及び前記回転トルクτ１’を検出する第２検出ステップと、
前記回転角加速度α１’及び前記回転トルクτ１’に基づいて前記合成慣性モーメント初期値を演算する合成慣性モーメント初期値演算ステップとを含む
擬似無重力状態生成装置の調整方法。
【請求項１１】
請求項８乃至１０から選択される１請求項の擬似無重力状態生成装置の調整方法であって、
前記外側フレームを前記外側フレーム回転軸まわりに前記角速度ω１の場合よりも高速回転となる角速度ω１’’で回転させ、同時に、前記内側フレームを前記内側フレーム回転軸まわりに前記外側フレームに対して前記角速度ω１’’で回転させるように、前記外側フレームに前記外側フレーム回転軸まわりの回転トルクτ１’’を与え、前記内側フレームに前記内側フレーム回転軸まわりの回転トルクτ２’’を与え、このときの前記回転トルクτ１’’及び前記外側フレームの前記外側フレーム回転軸まわりの回転角加速度α１’’を検出する他の第１検出ステップと、
前記合成慣性モーメント現在値と、前記回転トルクτ１’’と、前記回転角加速度α１’’とに基づいて、前記第１バランスウエイト対の位置又は前記第２バランスウエイト対の位置を調節する他のバランスウエイト位置調節ステップとを含む
擬似無重力状態生成装置の調整方法。
【請求項１２】
架台に対して固定された外側フレーム回転軸まわりに回転駆動される外側フレームと、
前記外側フレーム回転軸と交点Ｐで直交する内側フレーム回転軸まわりに前記外側フレームに対して回転駆動される内側フレームとを具備し、
前記交点Ｐにおいて前記内側フレーム回転軸と直交し、前記内側フレームに対して固定された第１軸が定義され、
前記交点Ｐにおいて前記内側フレーム回転軸及び前記第１軸と直交し、前記内側フレームに対して固定された第２軸が定義され、
前記内側フレームは、前記第１軸に沿って移動可能な第１バランスウエイト対と、前記第２軸に沿って移動可能な第２バランスウエイト対とを備える
擬似無重力状態生成装置の調整方法であって、
前記外側フレームを前記外側フレーム回転軸まわりに角速度ω１で回転させ、同時に、前記内側フレームを前記内側フレーム回転軸まわりに前記外側フレームに対して前記角速度ω１で回転させるように、前記外側フレームに前記外側フレーム回転軸まわりの回転トルクτ１を与え、前記内側フレームに前記内側フレーム回転軸まわりの回転トルクτ２を与え、このときの前記回転トルクτ２及び前記内側フレームの前記内側フレーム回転軸まわりの回転角加速度α２を検出する第１検出ステップと、
前記内側フレームの前記内側フレーム回転軸まわりの慣性モーメントである内側フレーム慣性モーメントＪ〜Ｙ２の現在値を示す内側フレーム慣性モーメント現在値Ｊ〜Ｙ２ｅと、前記回転トルクτ２と、前記回転角加速度α２とに基づいて、前記第１バランスウエイト対の位置又は前記第２バランスウエイト対の位置を調節するバランスウエイト位置調節ステップとを含む
擬似無重力状態生成装置の調整方法。
【請求項１３】
請求項１２の擬似無重力状態生成装置の調整方法であって、
前記第１バランスウエイト対が初期位置ＬＸ０に配置され、前記第２バランスウエイト対が初期位置ＬＺ０に配置された初期状態における前記内側フレーム慣性モーメントＪ〜Ｙ２を示す内側フレーム慣性モーメント初期値Ｊ〜Ｙ２ｅ０と、前記初期位置ＬＸ０と、前記初期位置ＬＺ０と、前記第１バランスウエイト対の現在位置ＬＸと、前記第２バランスウエイト対の現在位置ＬＺとに基づいて、前記内側フレーム慣性モーメント現在値Ｊ〜Ｙ２ｅを演算する内側フレーム慣性モーメント現在値演算ステップを含む
擬似無重力状態生成装置の調整方法。
【請求項１４】
請求項１３の擬似無重力状態生成装置の調整方法であって、
前記初期状態において、前記外側フレームを前記架台に対して固定し、前記内側フレームに大きさが０でない前記内側フレーム回転軸まわりの回転角加速度α２’が生じるように前記内側フレームに前記内側フレーム回転軸まわりの回転トルクτ２’を与え、このときの前記回転角加速度α２’及び前記回転トルクτ２’を検出する第２検出ステップと、
前記回転角加速度α２’及び前記回転トルクτ２’に基づいて前記内側フレーム慣性モーメント初期値Ｊ〜Ｙ２ｅ０を演算する内側フレーム慣性モーメント初期値演算ステップとを含む
擬似無重力状態生成装置の調整方法。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４から選択される１請求項の擬似無重力状態生成装置の調整方法であって、
前記外側フレームを前記外側フレーム回転軸まわりに前記角速度ω１の場合よりも高速回転となる角速度ω１’’で回転させ、同時に、前記内側フレームを前記内側フレーム回転軸まわりに前記外側フレームに対して前記角速度ω１’’で回転させるように、前記外側フレームに前記外側フレーム回転軸まわりの回転トルクτ１’’を与え、前記内側フレームに前記内側フレーム回転軸まわりの回転トルクτ２’’を与え、このときの前記回転トルクτ２’’及び前記内側フレームの前記内側フレーム回転軸まわりの回転角加速度α２’’を検出する他の第１検出ステップと、
前記内側フレーム慣性モーメント現在値Ｊ〜Ｙ２ｅと、前記回転トルクτ２’’と、前記回転角加速度α２’’とに基づいて、前記第１バランスウエイト対の位置又は前記第２バランスウエイト対の位置を調節する他のバランスウエイト位置調節ステップとを含む
擬似無重力状態生成装置の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供試体の２軸まわりの回転により、時間的な平均としての重力方向の影響を相殺し、擬似的な無重力状態を生成する擬似無重力状態生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生物の成長には重力が大きな影響を及ぼしており、主に学術的な目的のために、無重力状態における生物の成長に関する試験が要望されている。ここで、宇宙空間で試験を行なうことは費用負担が大きいため、無重力状態における生物の成長に関する試験を地上で行なうことが可能な擬似無重力状態生成装置が利用されている。
【０００３】
従来の擬似無重力状態生成装置が特許文献１に開示されている。従来の擬似無重力状態生成装置を図１２に示す。擬似無重力状態生成装置は、架台１と、架台１に対して回転する外側フレーム２と、外側フレーム２に対して回転する内側フレーム３と、内側フレーム３に固定されたステージ１１と、外側フレーム２を回転させる外側モータ１２と、内側フレーム３を回転させる内側モータ１３と、外側フレーム２の回転角度φを検出する外側フレーム角度検出器２１と、内側フレーム３の回転角度θを検出する内側フレーム角度検出器２２と、軌道計算部２８と、補償器２５とを具備している。軌道計算部２８は、ステージ１１に作用する重力加速度ベクトルのｘ、ｙ、ｚ成分に統計的に偏りが発生しないように外側モータ角度指令信号φｒ及び内側モータ角度指令信号θｒを計算し出力する。補償器２５は、外側モータ角度指令信号φｒと回転角度φとの偏差δφを零にするように外側モータ速度指令信号ｖφを外側モータ１２に対して出力し、内側モータ角度指令信号θｒと回転角度θとの偏差δθを零にするように内側モータ速度指令信号ｖθを内側モータ１３に対して出力する。
【０００４】
また、特許文献２は、サーボ装置の慣性モーメントを同定するときに、駆動軸に作用するクーロン摩擦のような定値外乱の影響を除去して同定する方法を開示している。
【特許文献１】特許第３６５９８１６号公報
【特許文献２】特許第２８５１４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、高速運転が可能な擬似無重力状態生成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下に、（発明を実施するための最良の形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための最良の形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００７】
本発明による擬似無重力状態生成装置は、外側フレーム回転軸（Ｘ１軸）まわりに回転駆動される外側フレーム（２００）と、前記外側フレーム回転軸と交点Ｐで直交する内側フレーム回転軸（Ｙ２軸）まわりに前記外側フレームに対して回転駆動される内側フレーム（３００）と、前記交点Ｐにおいて前記内側フレーム回転軸と直交する第１軸（Ｘ２軸）に沿って移動可能な第１バランスウエイト対（３１１）と、前記交点Ｐにおいて前記内側フレーム回転軸及び前記第１軸と直交する第２軸（Ｚ２軸）に沿って移動可能な第２バランスウエイト対（３２１）とを具備する。ここで、前記第１軸及び前記第２軸は、前記内側フレームに対して固定されている。
【０００８】
本発明による擬似無重力状態生成装置は、前記第１バランスウエイト対の重心位置を前記交点Ｐに保ちながら前記第１バランスウエイト対を前記第１軸に沿って移動させ、前記第２バランスウエイト対の重心位置を前記交点Ｐに保ちながら前記第２バランスウエイト対を前記第２軸に沿って移動させるバランスウエイト駆動部（３１３、３２３）を具備している。
【０００９】
本発明による擬似無重力状態生成装置は、回転指令に基づいて、前記外側フレームに回転トルクτ１を与えて前記外側フレームを前記外側フレーム回転軸まわりに回転駆動し、前記内側フレームに回転トルクτ２を与えて前記内側フレームを前記内側フレーム回転軸まわりに回転駆動するサーボユニット（４００、１０１、２０１）を具備する。
【００１０】
本発明による擬似無重力状態生成装置は、前記回転指令を出力する制御装置（５００）と、前記第１バランスウエイト対の前記第１軸に沿う配置を示すバランスウエイト位置ＬＸを検出して前記バランスウエイト位置ＬＸを示すバランスウエイト位置信号ＬＸＳを前記制御装置に対して出力し、前記第２バランスウエイト対の前記第２軸に沿う配置を示すバランスウエイト位置ＬＺを検出して前記バランスウエイト位置ＬＺを示すバランスウエイト位置信号ＬＺＳを前記制御装置に対して出力するバランスウエイト位置検出器（３１４、３２４）とを具備する。
【００１１】
本発明による擬似無重力状態生成装置は、前記外側フレームの前記外側フレーム回転軸まわりの回転角加速度α１を検出し、前記回転角加速度α１を示す回転角加速度信号α１Ｓを出力する第１回転角度検出器（１０２）と、前記回転トルクτ１を検出し、前記回転トルクτ１を示す回転トルク信号τ１Ｓを出力する第１トルク検出器（１０３）とを具備する。ここで、前記制御装置は、前記回転角加速度信号α１Ｓと、前記回転トルク信号τ１Ｓと、前記バランスウエイト位置信号ＬＸＳとに基づいて、第１バランスウエイト位置調節指令を出力する。前記バランスウエイト駆動部は、前記第１バランスウエイト位置調節指令に基づいて、前記第１バランスウエイト対又は前記第２バランスウエイト対を移動される。
【００１２】
本発明による擬似無重力状態生成装置は、前記内側フレームの前記内側フレーム回転軸まわりの回転角加速度α２を検出し、前記回転角加速度α２を示す回転角加速度信号α２Ｓを出力する第２回転角度検出器（２０２）と、前記回転トルクτ２を検出し、前記回転トルクτ２を示す回転トルク信号τ２Ｓを出力する第２トルク検出器（２０３）とを具備する。ここで、前記制御装置は、前記回転角加速度信号α２Ｓと、前記回転トルク信号τ２Ｓと、前記バランスウエイト位置信号ＬＸＳと、前記バランスウエイト位置信号ＬＺＳとに基づいて、第２バランスウエイト位置調節指令を出力する。前記バランスウエイト駆動部は、前記第２バランスウエイト位置調節指令に基づいて、前記第１バランスウエイト対又は前記第２バランスウエイト対を移動される。
【００１３】
本発明による擬似無重力状態生成装置は、外側フレーム回転軸（Ｘ１軸）まわりに回転駆動される外側フレーム（２００）と、前記外側フレーム回転軸と交点Ｐで直交する内側フレーム回転軸（Ｙ２軸）まわりに前記外側フレームに対して回転駆動される内側フレーム（３００）とを具備する。ここで、前記交点Ｐにおいて前記内側フレーム回転軸と直交し、前記内側フレームに対して固定された第１軸（Ｘ２軸）が定義される。前記交点Ｐにおいて前記内側フレーム回転軸及び前記第１軸と直交し、前記内側フレームに対して固定された第２軸（Ｚ２軸）が定義される。前記内側フレームは、前記内側フレームの重心位置Ｇを前記交点Ｐに保ちながら前記内側フレームの前記第２軸まわりの慣性モーメントを調節する第１慣性モーメント調節機構（３１０）と、前記重心位置Ｇを前記交点Ｐに保ちながら前記内側フレームの前記第１軸まわりの慣性モーメントを調節する第２慣性モーメント調節機構（３２０）とを有する。
【００１４】
本発明による外擬似無重力状態生成装置の調整方法は、外側フレーム回転軸（Ｘ１軸）まわりに回転駆動される外側フレーム（２００）と、前記外側フレーム回転軸と交点Ｐで直交する内側フレーム回転軸（Ｙ２軸）まわりに前記外側フレームに対して回転駆動される内側フレーム（３００）とを具備する擬似無重力状態生成装置の調整方法である。ここで、前記交点Ｐにおいて前記内側フレーム回転軸と直交し、前記内側フレームに対して固定された第１軸（Ｘ２軸）が定義される。前記交点Ｐにおいて前記内側フレーム回転軸及び前記第１軸と直交し、前記内側フレームに対して固定された第２軸（Ｚ２軸）が定義される。前記内側フレームは、前記第１軸に沿って移動可能な第１バランスウエイト対（３１１）と、前記第２軸に沿って移動可能な第２バランスウエイト対（３２１）とを備える。
【００１５】
そして、本発明による外擬似無重力状態生成装置の調整方法側は、前記外側フレームを前記外側フレーム回転軸まわりに角速度ω１で回転させ、同時に、前記内側フレームを前記内側フレーム回転軸まわりに前記外側フレームに対して前記角速度ω１で回転させるように、前記外側フレームに前記外側フレーム回転軸まわりの回転トルクτ１を与え、前記内側フレームに前記内側フレーム回転軸まわりの回転トルクτ２を与え、このときの前記回転トルクτ１及び前記外側フレームの前記外側フレーム回転軸まわりの回転角加速度α１を検出する第１検出ステップ（Ｓ４２）と、前記外側フレームの前記外側フレーム回転軸まわりの慣性モーメントである外側フレーム慣性モーメントＪ〜Ｘ１と、前記内側フレームの前記第２軸まわりの慣性モーメントである内側フレーム慣性モーメントＪ〜Ｚ２との和である合成慣性モーメント（Ｊ〜Ｘ１＋Ｊ〜Ｚ２）の現在値を示す合成慣性モーメント現在値（（Ｊ〜Ｘ１＋Ｊ〜Ｚ２）ｅ）と、前記回転トルクτ１と、前記回転角加速度α１とに基づいて、前記第１バランスウエイト対の位置又は前記第２バランスウエイト対の位置を調節するバランスウエイト位置調節ステップ（Ｓ４５）とを含む。
【００１６】
本発明による擬似無重力状態生成装置の調整方法は、前記第１バランスウエイト対が初期位置ＬＸ０に配置され、前記第２バランスウエイト対が初期位置ＬＺ０に配置された初期状態における前記合成慣性モーメントを示す合成慣性モーメント初期値（（Ｊ〜Ｘ１＋Ｊ〜Ｚ２）ｅ０）と、前記初期位置ＬＸ０と、前記第１バランスウエイト対の現在位置ＬＸとに基づいて、前記合成慣性モーメント現在値を演算する合成慣性モーメント現在値演算ステップ（Ｓ４１）を含む。
【００１７】
本発明による擬似無重力状態生成装置の調整方法は、前記初期状態において、前記第２軸と前記外側フレーム回転軸とが一致するように前記内側フレームを前記外側フレームに固定し、前記外側フレームに大きさが０でない前記外側フレーム回転軸まわりの回転角加速度α１’が生じるように前記外側フレームに前記外側フレーム回転軸まわりの回転トルクτ１’を与え、このときの前記回転角加速度α１’及び前記回転トルクτ１’を検出する第２検出ステップ（Ｓ３１）と、前記回転角加速度α１’及び前記回転トルクτ１’に基づいて前記合成慣性モーメント初期値を演算する合成慣性モーメント初期値演算ステップ（Ｓ３２）とを含む。
【００１８】
本発明による擬似無重力状態生成装置の調整方法は、前記外側フレームを前記外側フレーム回転軸まわりに前記角速度ω１の場合よりも高速回転となる角速度ω１’で回転させ、同時に、前記内側フレームを前記内側フレーム回転軸まわりに前記外側フレームに対して前記角速度ω１’’で回転させるように、前記外側フレームに前記外側フレーム回転軸まわりの回転トルクτ１’’を与え、前記内側フレームに前記内側フレーム回転軸まわりの回転トルクτ２’を与え、このときの前記回転トルクτ１’’及び前記外側フレームの前記外側フレーム回転軸まわりの回転角加速度α１’’を検出する他の第１検出ステップ（Ｓ４２）と、前記合成慣性モーメント現在値と、前記回転トルクτ１’’と、前記回転角加速度α１’’とに基づいて、前記第１バランスウエイト対の位置又は前記第２バランスウエイト対の位置を調節する他のバランスウエイト位置調節ステップ（Ｓ４５）とを含む。
【００１９】
本発明による擬似無重力状態生成装置の調整方法は、架台（１００）に対して固定された外側フレーム回転軸（Ｘ１軸）まわりに回転駆動される外側フレーム（２００）と、前記外側フレーム回転軸と交点Ｐで直交する内側フレーム回転軸（Ｙ２軸）まわりに前記外側フレームに対して回転駆動される内側フレーム（３００）とを具備する擬似無重力状態生成装置の調整方法である。ここで、前記交点Ｐにおいて前記内側フレーム回転軸と直交し、前記内側フレームに対して固定された第１軸（Ｘ２軸）が定義される。前記交点Ｐにおいて前記内側フレーム回転軸及び前記第１軸と直交し、前記内側フレームに対して固定された第２軸（Ｚ２軸）が定義される。前記内側フレームは、前記第１軸に沿って移動可能な第１バランスウエイト（３１１）対と、前記第２軸に沿って移動可能な第２バランスウエイト対（３２１）とを備える。
【００２０】
そして、本発明による擬似無重力状態生成装置の調整方法は、前記外側フレームを前記外側フレーム回転軸まわりに角速度ω１で回転させ、同時に、前記内側フレームを前記内側フレーム回転軸まわりに前記外側フレームに対して前記角速度ω１で回転させるように、前記外側フレームに前記外側フレーム回転軸まわりの回転トルクτ１を与え、前記内側フレームに前記内側フレーム回転軸まわりの回転トルクτ２を与え、このときの前記回転トルクτ２及び前記内側フレームの前記内側フレーム回転軸まわりの回転角加速度α２を検出する第１検出ステップ（Ｓ４０２）と、前記内側フレームの前記内側フレーム回転軸まわりの慣性モーメントである内側フレーム慣性モーメントＪ〜Ｙ２の現在値を示す内側フレーム慣性モーメント現在値Ｊ〜Ｙ２ｅと、前記回転トルクτ２と、前記回転角加速度α２とに基づいて、前記第１バランスウエイト対の位置又は前記第２バランスウエイト対の位置を調節するバランスウエイト位置調節ステップと（Ｓ４０５）を含む。
【００２１】
本発明による擬似無重力状態生成装置の調整方法は、前記第１バランスウエイト対が初期位置ＬＸ０に配置され、前記第２バランスウエイト対が初期位置ＬＺ０に配置された初期状態における前記内側フレーム慣性モーメントＪ〜Ｙ２を示す内側フレーム慣性モーメント初期値Ｊ〜Ｙ２ｅ０と、前記初期位置ＬＸ０と、前記初期位置ＬＺ０と、前記第１バランスウエイト対の現在位置ＬＸと、前記第２バランスウエイト対の現在位置ＬＺとに基づいて、前記内側フレーム慣性モーメント現在値Ｊ〜Ｙ２ｅを演算する内側フレーム慣性モーメント現在値演算ステップ（Ｓ４０１）を含む。
【００２２】
本発明による擬似無重力状態生成装置の調整方法は、前記初期状態において、前記外側フレームを前記架台に対して固定し、前記内側フレームに大きさが０でない前記内側フレーム回転軸まわりの回転角加速度α２’が生じるように前記内側フレームに前記内側フレーム回転軸まわりの回転トルクτ２’を与え、このときの前記回転角加速度α２’及び前記回転トルクτ２’を検出する第２検出ステップ（Ｓ３０１）と、前記回転角加速度α２’及び前記回転トルクτ２’に基づいて前記内側フレーム慣性モーメント初期値Ｊ〜Ｙ２ｅ０を演算する内側フレーム慣性モーメント初期値演算ステップ（Ｓ３０２）とを含む。
【００２３】
本発明による擬似無重力状態生成装置の調整方法は、前記外側フレームを前記外側フレーム回転軸まわりに前記角速度ω１の場合よりも高速回転となる角速度ω１’’で回転させ、同時に、前記内側フレームを前記内側フレーム回転軸まわりに前記外側フレームに対して前記角速度ω１’’で回転させるように、前記外側フレームに前記外側フレーム回転軸まわりの回転トルクτ１’’を与え、前記内側フレームに前記内側フレーム回転軸まわりの回転トルクτ２’’を与え、このときの前記回転トルクτ２’’及び前記内側フレームの前記内側フレーム回転軸まわりの回転角加速度α２’’を検出する他の第１検出ステップ（Ｓ４０２）と、前記内側フレーム慣性モーメント現在値Ｊ〜Ｙ２ｅと、前記回転トルクτ２’’と、前記回転角加速度α２’’とに基づいて、前記第１バランスウエイト対の位置又は前記第２バランスウエイト対の位置を調節する他のバランスウエイト位置調節ステップ（Ｓ４０５）とを含む。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、高速運転が可能な擬似無重力状態生成装置が提供される。
【００２５】
高速運転が可能となるため、短期間においても重力方向の時間平均が相殺され、成長が早い生物を対象とした擬似無重力条件での試験が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
添付図面を参照して、本発明による擬似無重力状態生成装置及びその調整方法を実施するための最良の形態を以下に説明する。
【００２７】
（擬似無重力状態生成装置の全体の構成）
図１に本発明の実施形態に係る擬似無重力状態生成装置９００の駆動装置８００を示す。駆動装置８００は、架台１００と、外側フレーム２００と、内側フレーム３００とを具備している。架台１００は、地球に対して固定されている。外側フレーム２００は、外側フレーム回転軸２０４まわりに回転可能なように架台１００に取り付けられている。内側フレーム３００は、内側フレーム回転軸３０４まわりに回転可能なように外側フレーム２００に取り付けられている。内側フレーム３００は、供試体を固定するためのステージ部３３０と、第１移動軸３１２に沿って移動可能な第１バランスウエイト対３１１と、第２移動軸３２２に沿って移動可能な第２バランスウエイト対３２１とを具備している。第１バランスウエイト対３１１はバランスウエイト３１１ａ及びバランスウエイト３１１ｂを有し、第２バランスウエイト対３２１はバランスウエイト３２１ａ及びバランスウエイト３２１ｂを有している。
【００２８】
架台１００に対して右手系である｛Ｐ０，Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０｝直交座標系を定義する。｛Ｐ０，Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０｝直交座標系は、架台１００に対して固定されている。ここで、外側フレーム回転軸２０４と一致しているＸ０軸と、Ｙ０軸とは水平方向を向いており、Ｚ０軸は鉛直上方を向いている。外側フレーム２００に対して右手系である｛Ｐ１，Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１｝直交座標系を定義する。｛Ｐ１，Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１｝直交座標系は、外側フレーム２００に対して固定されている。ここで、Ｘ１軸は外側フレーム回転軸２０４と一致し、Ｙ１軸は内側フレーム回転軸３０４と一致し、Ｚ１軸は外側フレーム２００が張る平面に垂直である。内側フレーム３００に対して右手系である｛Ｐ２，Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２｝直交座標系を定義する。｛Ｐ２，Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２｝直交座標系は、内側フレーム３００に対して固定されている。ここで、原点Ｐ２にステージ部３３０が配置され、Ｘ２軸は第１移動軸３１２と一致し、Ｙ２軸は内側フレーム回転軸３０４と一致し、Ｚ２軸は第２移動軸３２２と一致し、且つ、Ｚ２軸は内側フレーム３００が張る平面に垂直である。各座標系の原点は同じ位置にあるので、Ｐ０＝Ｐ１＝Ｐ２である。外側フレーム２００の架台１００に対する回転角度θ１は、Ｘ０軸及びＸ１軸の負の方向を見たときのＹ０軸に対するＹ１軸の角度を反時計回りに測った角度として定義され、Ｙ０軸とＹ１軸とが一致するときθ１＝０である。内側フレーム３００の外側フレーム２００に対する回転角度θ２は、Ｙ１軸及びＹ２軸の負の方向を見たときのＺ１軸に対するＺ２軸の角度を反時計回りに測った角度として定義され、Ｚ１軸とＺ２軸とが一致しているときθ２＝０である。
【００２９】
図２（ａ）に第１バランスウエイト対３１１を示す。第１バランスウエイト対３１１は、質量ｍの円板であるバランスウエイト３１１ａとバランスウエイト３１１ｂとを備えている。バランスウエイト３１１ａとバランスウエイト３１１ｂとは、バランスウエイト３１１ａの重心位置とバランスウエイト３１１ｂの重心位置との中点が原点Ｐ２に一致するようにＸ２軸上に配置されている。バランスウエイト３１１ａの重心と原点Ｐ２との距離と、バランスウエイト３１１ｂの重心と原点Ｐ２との距離とがＬＸのときの第１バランスウエイト対３１１の配置は、バランスウエイト位置ＬＸで表される。バランスウエイト３１１ａとバランスウエイト３１１ｂとは、後述する第１駆動部３１３によりＸ２軸に沿って移動される。このとき、バランスウエイト３１１ａ及び３１１ｂの円板軸は、Ｘ２軸と一致した状態に保たれる。ここで、円板軸は、バランスウエイトの円板面に垂直であり、バランスウエイトの重心を通る。
【００３０】
図２（ｂ）に第２バランスウエイト対３２１を示す。第２バランスウエイト対３２１は、質量ｍの円板であるバランスウエイト３２１ａとバランスウエイト３２１ｂとを備えている。バランスウエイト３２１ａとバランスウエイト３２１ｂとは、バランスウエイト３２１ａの重心位置とバランスウエイト３２１ｂの重心位置との中点が原点Ｐ２に一致するようにＺ２軸上に配置されている。バランスウエイト３２１ａの重心と原点Ｐ２との距離と、バランスウエイト３２１ｂの重心と原点Ｐ２との距離とがＬＺのときの第２バランスウエイト対３２１の配置は、バランスウエイト位置ＬＺで表される。バランスウエイト３２１ａとバランスウエイト３２１ｂとは、後述する第２駆動部３２３によりＺ２軸に沿って移動される。このとき、バランスウエイト３２１ａ及び３２１ｂの円板軸は、Ｚ２軸と一致した状態に保たれる。ここで、円板軸は、バランスウエイトの円板面に垂直であり、バランスウエイトの重心を通る。
【００３１】
図２（ｃ）に示すように、バランスウエイト３１１ａ、３１１ｂ、３２１ａ、３２１ｂにおいては、それぞれの円板軸まわりの慣性モーメントがＩＡで表され、それぞれの重心で円板軸と直交する任意の軸まわりの慣性モーメントがＩＢ表される。
【００３２】
本発明の実施形態に係る擬似無重力状態生成装置９００の全体構成について、図３及び図４を用いて説明する。擬似無重力状態生成装置９００は、架台１００、外側フレーム２００、内側フレーム３００を有する駆動装置８００と、サーボコントローラ４００と、制御装置５００とを備えている。
【００３３】
架台１００は、第１サーボドライバ１０１と、第１回転検出器１０２と、第１トルク検出器１０３とを備えている。第１サーボドライバ１０１は、外側フレーム２００を回転させるモータを有しており、サーボコントローラ４００からの回転トルク指令τ１＊に基づいて、回転トルクτ１を与えて外側フレーム２００を外側フレーム回転軸２０４まわりに回転させる。第１回転検出器１０２は、回転角度θ１を検出するロータリーエンコーダを有し、回転角度θ１を示す回転角度信号θ１Ｓ、外側フレーム２００の回転角速度ｄθ１／ｄｔを示す回転角速度信号ｄθ１／ｄｔＳ、外側フレーム２００の回転角加速度ｄ２θ１／ｄｔ２を示す回転角加速度信号ｄ２θ１／ｄｔ２Ｓをサーボコントローラ４００に対して出力し、回転角加速度信号ｄ２θ１／ｄｔ２Ｓを制御装置５００に対して出力する。ここで、回転角速度信号ｄθ１／ｄｔＳ、及び、回転角加速度信号ｄ２θ１／ｄｔ２ｓは、検出した回転角度θ１を順次微分することで得られる。第１トルク検出器１０３は、回転トルクτ１を検出し、回転トルクτ１を示す回転トルク信号τ１Ｓを制御装置５００に対して出力する。
【００３４】
ここで、第１回転検出器１０２は、回転角速度ｄθ１／ｄｔから回転角加速度ｄ２θ１／ｄｔ２を求めるときに、近似微分を行なうことでノイズの少ない回転角加速度信号ｄ２θ１／ｄｔ２Ｓを出力することができる。
【００３５】
また、第１トルク検出器１０３は、回転トルク指令τ１＊に基づいて回転トルクτ１を検出しても良く、モータ電流から回転トルクτ１を検出しても良い。回転トルク指令τ１＊から回転トルクτ１を検出すればノイズの少ない回転トルク信号τ１Ｓが出力される。さらに、回転トルク信号τ１Ｓをローパスフィルタで処理すれば、ノイズはさらに低減される。
【００３６】
外側フレーム２００は、第２サーボドライバ２０１と、第２回転検出器２０２と、第２トルク検出器２０３とを備えている。第２サーボドライバ２０１は、内側フレーム３００を回転させるモータを有しており、サーボコントローラ４００からの回転トルク指令τ２＊に基づいて、回転トルクτ２を与えて内側フレーム３００を内側フレーム回転軸３０４まわりに回転させる。第２回転検出器２０２は、回転角度θ２を検出するロータリーエンコーダを有し、回転角度θ２を示す回転角度信号θ２Ｓ、内側フレーム３００の回転角速度ｄθ２／ｄｔを示す回転角速度信号ｄθ２／ｄｔＳ、内側フレーム３００の回転角加速度ｄ２θ２／ｄｔ２を示す回転角加速度信号ｄ２θ２／ｄｔ２Ｓをサーボコントローラ４００に対して出力し、回転角加速度信号ｄ２θ２／ｄｔ２Ｓを制御装置５００に対して出力する。ここで、回転角速度信号ｄθ２／ｄｔＳ、及び、回転角加速度信号ｄ２θ２／ｄｔ２Ｓは、検出した回転角度θ２を順次微分することで得られる。第２トルク検出器２０３は、回転トルクτ２を検出し、回転トルクτ２を示す回転トルク信号τ２Ｓを制御装置５００に対して出力する。
【００３７】
ここで、第２回転検出器２０２は、回転角速度ｄθ２／ｄｔから回転角加速度ｄ２θ２／ｄｔ２を求めるときに、近似微分を行なうことでノイズの少ない回転角加速度信号ｄ２θ２／ｄｔ２Ｓを出力することができる。
【００３８】
また、第２トルク検出器２０３は、回転トルク指令τ２＊に基づいて回転トルクτ２を検出しても良く、モータ電流から回転トルクτ２を検出しても良い。回転トルク指令τ２＊から回転トルクτ２を検出すればノイズの少ない回転トルク信号τ２Ｓが出力される。さらに、回転トルク信号τ２Ｓをローパスフィルタで処理すれば、ノイズはさらに低減される。
【００３９】
内側フレーム３００は、第１慣性モーメント調節機構３１０と、第２慣性モーメント調節機構３２０とを備えている。第１慣性モーメント調節機構３１０は、制御装置５００からのバランスウエイト位置調節指令ΔＬＸ＊に基づいて、バランスウエイト位置ＬＸを調節し、バランスウエイト位置ＬＸを示すバランスウエイト位置信号ＬＸＳを制御装置５００に対して出力する。第２慣性モーメント調節機構３２０は、制御装置５００からのバランスウエイト位置調節指令ΔＬＺ＊に基づいて、バランスウエイト位置ＬＺを調節し、バランスウエイト位置ＬＺを示すバランスウエイト位置信号ＬＺＳを制御装置５００に対して出力する。
【００４０】
第１慣性モーメント調節機構３１０は、図４（ａ）に示すように、第１バランスウエイト対３１１と、第１駆動部３１３と、第１位置検出器３１４とを備えている。第１位置検出器３１４は、バランスウエイト位置ＬＸを検出し、バランスウエイト位置ＬＸを示すバランスウエイト位置信号ＬＸＳを第１駆動部３１３と制御装置５００とに対して出力する。第１駆動部３１３は、第１位置検出器３１４からのバランスウエイト位置信号ＬＸＳをモニタしながら、バランスウエイト位置ＬＸがバランスウエイト位置調節指令ΔＬＸ＊が指定する距離だけ変化するように第１バランスウエイト対３１１を第１移動軸３１２（Ｘ２軸）に沿って移動させる。第１慣性モーメント調節機構３１０は、内側フレーム３００の重心位置と、内側フレーム３００のＸ２軸まわりの慣性モーメントＪ〜Ｘ２とを変化させずに、内側フレーム３００のＺ２軸まわりの慣性モーメントＪ〜Ｚ２を調節することが可能である。
【００４１】
第２慣性モーメント調節機構３２０は、図４（ｂ）に示すように、第２バランスウエイト対３２１と、第２駆動部３２３と、第２位置検出器３２４とを備えている。第２位置検出器３２４は、バランスウエイト位置ＬＺを検出し、バランスウエイト位置ＬＺを示すバランスウエイト位置信号ＬＺＳを第２駆動部３２３と制御装置５００とに対して出力する。第２駆動部３２３は、第２位置検出器３２４からのバランスウエイト位置信号ＬＺＳをモニタしながら、バランスウエイト位置ＬＺがバランスウエイト位置調節指令ΔＬＺ＊が指定する距離だけ変化するように第２バランスウエイト対３２１を第２移動軸３２２（Ｚ２軸）に沿って移動させる。第２慣性モーメント調節機構３２０は、内側フレーム３００の重心位置と、慣性モーメントＪ〜Ｚ２とを変化させずに、慣性モーメントＪ〜Ｘ２を調節することが可能である。
【００４２】
なお、第１移動軸３１２と第２移動軸３２２とが直角以外の角度で交わる場合であっても、第１慣性モーメント調節機構３１０及び第２慣性モーメント調節機構３２０は、慣性モーメントＪ〜Ｘ２と慣性モーメントＪ〜Ｚ２とを一致させることが可能である。
【００４３】
サーボコントローラ４００は、制御装置５００からの回転角度指令θ１＊、回転角速度指令ｄθ１／ｄｔ＊、回転角加速度指令ｄ２θ１／ｄｔ２＊、回転角度指令θ２＊、回転角速度指令ｄθ２／ｄｔ＊、及び回転角加速度指令ｄ２θ２／ｄｔ２＊と、第１回転検出器１０２からの回転角度信号θ１Ｓ、回転角速度信号ｄθ１／ｄｔＳ、及び回転角加速度信号ｄ２θ１／ｄｔ２Ｓと、第２回転検出器２０２からの回転角度信号θ２Ｓ、回転角速度信号ｄθ２／ｄｔＳ、及び回転角加速度信号ｄ２θ２／ｄｔ２Ｓとに基づいて、対応する指令と信号とが一致するように、回転トルク指令τ１＊を第１サーボドライバ１０１に対して出力し、回転トルク指令τ２＊を第２サーボドライバ２０１に対して出力する。
【００４４】
制御装置５００は、回転角度指令θ１＊、回転角速度指令ｄθ１／ｄｔ＊、回転角加速度指令ｄ２θ１／ｄｔ２＊、回転角度指令θ２＊、回転角速度指令ｄθ２／ｄｔ＊、及び回転角加速度指令ｄ２θ２／ｄｔ２＊とをサーボコントローラ４００に対して出力する。制御装置５００は、第１回転検出器１０２からの回転角加速度信号ｄ２θ１／ｄｔ２Ｓと、第１トルク検出器１０３からの回転トルク信号τ１Ｓと、第２回転検出器２０２からの回転角加速度信号ｄ２θ２／ｄｔ２Ｓと、第２トルク検出器２０３からの回転トルク信号τ２Ｓと、第１慣性モーメント調節機構３１０からのバランスウエイト位置信号ＬＸＳと、第２慣性モーメント調節機構３２０からのバランスウエイト位置信号ＬＺＳとに基づいて、慣性モーメントＪ〜Ｘ２と慣性モーメントＪ〜Ｚ２とを一致させるように、バランスウエイト位置調節指令ΔＬＸ＊を第１慣性モーメント調節機構３１０に対して出力し、バランスウエイト位置調節指令ΔＬＺ＊を第２慣性モーメント調節機構３２０に対して出力する。
【００４５】
慣性モーメントＪ〜Ｘ２と慣性モーメントＪ〜Ｚ２とを一致させるか、近い値とすることにより、外側フレーム２００及び内側フレーム３００は高速運転時においても滑らかに回転する。
【００４６】
（擬似無重力状態生成装置の高速運転を可能とするための理論）
慣性モーメントＪ〜Ｘ２と慣性モーメントＪ〜Ｚ２とを一致させるか、近い値とすることにより、擬似無重力状態生成装置９００の高速運転が可能となることについて以下に説明する。
【００４７】
外側フレーム２００と内側フレーム３００とから構成される系１においては、供試体をステージ部３３０に取り付けた後に実行するマスバランス調整により、外側フレーム２００の重心位置と、系１の重心位置とは、原点Ｐ０に極めて近いところに持っていくことができるため、重心のずれは無視できる。
【００４８】
系１の運動は、並進運動を含まず、回転運動のみである。また、粘性抵抗も小さいために無視できる。したがって、系１の運動エネルギＴは数式（１）で表される。
【数１】
2007131261.tif 000003
【００４９】
ここで、慣性モーメントＪ〜Ｘ１は、外側フレーム２００のＸ１軸まわりの慣性モーメントを示す。そして、慣性モーメントＪ〜Ｘ２、慣性モーメントＪ〜Ｙ２、及び、慣性モーメントＪ〜Ｚ２は、内側フレーム３００のＸ２軸まわりの慣性モーメント、内側フレーム３００のＹ２軸まわりの慣性モーメント、及び、内側フレーム３００のＺ２軸まわりの慣性モーメントをそれぞれ示す。ここで、外側フレーム２００、及び内側フレーム３００は、供試体や、マスバランス調整用ウエイトを含んでいる。
【００５０】
また、系１のポテンシャルエネルギＵは、回転角度θ１及び回転角度θ２の影響を受けないから、数式（２）が成り立つ。
【数２】
2007131261.tif 000004
【００５１】
よって、系１についてのラグランジュの運動方程式は数式（３）で表される。
【数３】
2007131261.tif 000005
【００５２】
上述の数式から、外側フレーム２００についての運動方程式として数式（４）が得られ、内側フレーム３００についての運動方程式として数式（５）が得られる。
【数４】
2007131261.tif 000006
【数５】
2007131261.tif 000007
【００５３】
ここで、外乱ｄ１及び外乱ｄ２を数式（６）及び数式（７）でそれぞれ定義すれば、数式（４）及び数式（５）から数式（８）及び数式（９）がそれぞれ得られる。
【数６】
2007131261.tif 000008
【数７】
2007131261.tif 000009
【数８】
2007131261.tif 000010
【数９】
2007131261.tif 000011
【００５４】
数式（８）及び数式（９）から明らかなように、外側フレーム２００及び内側フレーム３００には、外乱ｄ１及び外乱ｄ２それぞれ作用している。特に高速回転時においては、数式（６）及び数式（７）から明らかなように、外乱ｄ１及び外乱ｄ２は振幅が大きくなり、その周波数も高くなる。したがって、高速回転領域においては、サーボコントローラ４００と、第１サーボドライバ１０１と、第２サーボドライバ２０１とを有するサーボユニットのみにより、外側フレーム２００と内側フレームとを回転指令通りに回転させることは難しい。
【００５５】
ところで、内側フレーム３００から第１バランスウエイト対３１１及び第２バランスウエイト対３２１を除いた部分のＸ２軸、Ｙ２軸、Ｚ２軸まわりの慣性モーメントをそれぞれＪＸ２、ＪＹ２、ＪＺ２とすれば、内側フレーム３００の各軸まわりの慣性モーメントは、バランスウエイト位置ＬＸ及びバランスウエイト位置ＬＺを用いて数式（１０）〜数式（１２）で表される。
【数１０】
2007131261.tif 000012
【数１１】
2007131261.tif 000013
【数１２】
2007131261.tif 000014
【００５６】
ここで、数式（１０）及び数式（１２）から数式（１３）が得られる。
【数１３】
2007131261.tif 000015
【００５７】
数式（１３）から明らかなように、ＬＺ＾２−ＬＸ＾２を調節することでＪ〜Ｘ２−Ｊ〜Ｚ２→０が実現される。このとき、数式（６）及び数式（７）から明らかなように、外乱ｄ１及び外乱ｄ２がともに０となるので、外側フレーム２００の回転と内側フレーム３００の回転との相互干渉がなくなる。したがって、外側フレーム２００及び内側フレーム３００の滑らかな高速回転が可能となる。
【００５８】
なお、マスバランス調整後の初期状態においては、バランスウエイト位置ＬＸ及びバランスウエイト位置ＬＺは、第１バランスウエイト対３１１及び第２バランスウエイト対３２１が最も原点Ｐ２に近くなるように配置されている。初期状態においては、ＬＸ＝ＬＸ０、且つ、ＬＺ＝ＬＺ０である。
【００５９】
（制御装置が実行する処理）
図５に制御装置５００の内部構成を示す。制御装置５００は、慣性モーメント初期値演算部５１０と、慣性モーメント補正値演算部５２０と、加算器５２１と、加算器５２２と、外乱演算部５３０と、慣性モーメント調節機構制御部５４０と、回転指令出力部５５０とを備えている。
【００６０】
慣性モーメント初期値演算部５１０は、回転角加速度信号ｄ２θ１／ｄｔ２Ｓ及び回転トルク信号τ１Ｓとに基づいて、数式（１４）から慣性モーメント（Ｊ〜Ｘ１＋Ｊ〜Ｚ２）のマスバランス調整後の初期状態における値である慣性モーメント初期値推定値（Ｊ〜Ｘ１＋Ｊ〜Ｚ２）ｅ０を演算する。
【数１４】
2007131261.tif 000016
【００６１】
ここで、数式（１４）は、数式（４）においてθ２＝π／２とすることで得られる。
【００６２】
また、慣性モーメント初期値演算部５１０は、回転角加速度信号ｄ２θ２／ｄｔ２Ｓ及び回転トルク信号τ２Ｓとに基づいて、数式（１５）から慣性モーメントＪ〜Ｙ２のマスバランス調整後の初期状態における値である慣性モーメント初期値推定値Ｊ〜Ｙ２ｅ０を演算する。
【数１５】
2007131261.tif 000017
【００６３】
ここで、数式（１５）は、数式（５）においてｄθ１／ｄｔ＝０とすることで得られる。
【００６４】
慣性モーメント補正値演算部５２０は、バランスウエイト位置信号ＬＸＳに基づいて、数式（１６）から慣性モーメント補正値Δ（Ｊ〜Ｘ１＋Ｊ〜Ｚ２）を示す慣性モーメント補正値推定値Δ（Ｊ〜Ｘ１＋Ｊ〜Ｚ２）ｅを演算する。
【数１６】
2007131261.tif 000018
【００６５】
ここで、慣性モーメント補正値Δ（Ｊ〜Ｘ１＋Ｊ〜Ｚ２）は、バランスウエイト位置を初期状態から移動し、ＬＸ０→ＬＸとしたときの慣性モーメント（Ｊ〜Ｘ１＋Ｊ〜Ｚ２）の変化分を示す。なお、数式（１６）は数式（１２）から容易に導くことができる。
【００６６】
また、慣性モーメント補正値演算部５２０は、バランスウエイト位置信号ＬＸＳ及びバランスウエイト位置信号ＬＺＳに基づいて、数式（１７）から慣性モーメント補正値ΔＪ〜Ｙ２を示す慣性モーメント補正値推定値ΔＪ〜Ｙ２ｅを演算する。
【数１７】
2007131261.tif 000019
【００６７】
ここで、慣性モーメント補正値ΔＪ〜Ｙ２は、バランスウエイト位置を初期状態から移動し、ＬＸ０→ＬＸ、ＬＺ０→ＬＺとしたときの慣性モーメントＪ〜Ｙ２の変化分を示す。なお、数式（１７）は数式（１１）から容易に導くことができる。
【００６８】
加算器５２１は、慣性モーメント初期値推定値（Ｊ〜Ｘ１＋Ｊ〜Ｚ２）ｅ０に慣性モーメント補正値推定値Δ（Ｊ〜Ｘ１＋Ｊ〜Ｚ２）ｅを加えて慣性モーメント推定値（Ｊ〜Ｘ１＋Ｊ〜Ｚ２）ｅを出力する。
【００６９】
加算器５２２は、慣性モーメント初期値推定値Ｊ〜Ｙ２ｅ０に慣性モーメント補正値推定値ΔＪ〜Ｙ２ｅを加えて慣性モーメント推定値Ｊ〜Ｙ２ｅを出力する。
【００７０】
外乱演算部５３０は、慣性モーメント推定値（Ｊ〜Ｘ１＋Ｊ〜Ｚ２）ｅと、回転角加速度信号ｄ２θ１／ｄｔ２Ｓと、回転トルク信号τ１Ｓとに基づいて、数式（１８）から外乱推定値ｄ１ｅを演算する。
【数１８】
2007131261.tif 000020
【００７１】
ここで、数式（１８）は数式（８）を外乱ｄ１について解いたものである。
【００７２】
また、外乱演算部５３０は、慣性モーメント推定値Ｊ〜Ｙ２ｅと、回転角加速度信号ｄ２θ２／ｄｔ２Ｓと、回転トルク信号τ２Ｓとに基づいて、数式（１９）から外乱推定値ｄ２ｅを演算する。
【数１９】
2007131261.tif 000021
【００７３】
ここで、数式（１９）は数式（９）を外乱ｄ２について解いたものである。
【００７４】
回転指令出力部５５０は、回転指令θ１＊、ｄθ１／ｄｔ＊、ｄ２θ１／ｄｔ２＊、θ２、ｄθ２／ｄｔ＊、ｄ２θ２／ｄｔ２＊をサーボコントローラ４００に対して出力する。また、回転指令出力部５５０は、回転指令としてｄθ１／ｄｔ＊＝ｄθ２／ｄｔ＊＝ω、θ１＊＝θ２＊＝ωｔをサーボコントローラ４００に対して出力するときは、同内容の信号を慣性モーメント調節機構制御部５４０に対して出力する。ここで、角速度ωは一定値である。
【００７５】
慣性モーメント調節機構制御部５４０は、図６に示すように、バンドパスフィルタ５４１と、絶対値演算部５４２と、平滑用ローパスフィルタ５４３と、バランスウエイト位置調節指令演算部５４４と、極性パラメータ演算部５４５を備えている。
【００７６】
バンドパスフィルタ５４１は、回転指令出力部５５０からの信号に含まれている角速度ωに基づいて、外乱推定値ｄ１ｅから２ωの周波数を持つ成分を信号ｄ１ｅ’として抽出し、外乱推定値ｄ２ｅから２ωの周波数を持つ成分を信号ｄ２ｅ’として抽出する。なお、バンドパスフィルタ５４１は、角速度ωに応じて抽出する周波数帯を変えることが可能である。
【００７７】
数式（６）及び数式（７）から明らかなように、外側フレーム２００が回転角度θ１＝ωｔで回転し、内側フレーム３００が回転角度θ２＝ωｔで回転する場合には、外乱ｄ１及び外乱ｄ２は２ωの周波数成分が支配的となる。したがって、２ωにピークを持つバンドパスフィルタを通すことにより、それ以外の周波数成分、例えば、クーロン摩擦のような定値外乱を外乱推定値ｄ１ｅ及び外乱推定値ｄ２ｅから除去することができる。
【００７８】
絶対値演算部５４２は、信号ｄ１ｅ’に対して絶対値処理を行なって信号｜ｄ１ｅ’｜を出力し、信号ｄ２ｅ’に対して絶対値処理を行なって信号｜ｄ２ｅ’｜を出力する
【００７９】
平滑用ローパスフィルタ５４３は、信号｜ｄ１ｅ’｜に対して平滑用のローパス処理を行ない、正の符号を持つ誤差信号δ１ｅを出力し、信号｜ｄ２ｅ’｜に対して平滑用のローパス処理を行ない、正の符号を持つ誤差信号δ２ｅを出力する。
【００８０】
極性パラメータ演算部５４５は、外乱推定値ｄ１ｅと、回転指令出力部５５０からの角周波数ω及び位相ωｔを示す信号とに基づいて、数式（２０）から極性パラメータｓｉｇｎ１を演算する。
【数２０】
2007131261.tif 000022
【００８１】
数式（６）を参照すれば明らかなように、θ１＝θ２＝ωｔのとき、極性パラメータｓｉｇｎ１の正負からＪ〜Ｘ２−Ｊ〜Ｚ２の正負が判定できる。
【００８２】
また、極性パラメータ演算部５４５は、外乱推定値ｄ２ｅと、回転指令出力部５５０からの角周波数ω及び位相ωｔを示す信号とに基づいて、数式（２１）から極性パラメータｓｉｇｎ２を演算する。
【数２１】
2007131261.tif 000023
【００８３】
数式（７）を参照すれば明らかなように、θ１＝θ２＝ωｔのとき、極性パラメータｓｉｇｎ２の正負からＪ〜Ｘ２−Ｊ〜Ｚ２の正負が判定できる。
【００８４】
バランスウエイト位置調節指令演算部５４４は、ｓｉｇｎ１＞０のとき、Ｊ〜Ｘ２−Ｊ〜Ｚ２＞０であると判定する。この場合、Ｊ〜Ｘ２−Ｊ〜Ｚ２を０に近づけるためには、バランスウエイト位置ＬＸを大きくすれば良いことが数式（１３）から明らかである。バランスウエイト位置調節指令演算部５４４は、数式（２２）によりバランスウエイト位置調節指令ΔＬＸ＊を演算して第１慣性モーメント調節機構３１０に対して出力する。
【数２２】
2007131261.tif 000024
【００８５】
ここで、ｋは調整ゲインである。
【００８６】
バランスウエイト位置調節指令演算部５４４は、ｓｉｇｎ１＜０のとき、Ｊ〜Ｘ２−Ｊ〜Ｚ２＜０であると判定する。この場合、Ｊ〜Ｘ２−Ｊ〜Ｚ２を０に近づけるためには、バランスウエイト位置ＬＺを大きくすれば良いことが数式（１３）から明らかである。バランスウエイト位置調節指令演算部５４４は、数式（２３）によりバランスウエイト位置調節指令ΔＬＺ＊を演算して第２慣性モーメント調節機構３２０に対して出力する。
【数２３】
2007131261.tif 000025
【００８７】
バランスウエイト位置調節指令演算部５４４は、ｓｉｇｎ２＞０のとき、Ｊ〜Ｘ２−Ｊ〜Ｚ２＞０であると判定する。この場合、Ｊ〜Ｘ２−Ｊ〜Ｚ２を０に近づけるためには、バランスウエイト位置ＬＸを大きくすれば良いことが数式（１３）から明らかである。バランスウエイト位置調節指令演算部５４４は、数式（２４）によりバランスウエイト位置調節指令ΔＬＸ＊を演算して第１慣性モーメント調節機構３１０に対して出力する。
【数２４】
2007131261.tif 000026
【００８８】
バランスウエイト位置調節指令演算部５４４は、ｓｉｇｎ２＜０のとき、Ｊ〜Ｘ２−Ｊ〜Ｚ２＜０であると判定する。この場合、Ｊ〜Ｘ２−Ｊ〜Ｚ２を０に近づけるためには、バランスウエイト位置ＬＺを大きくすれば良いことが数式（１３）から明らかである。バランスウエイト位置調節指令演算部５４４は、数式（２５）によりバランスウエイト位置調節指令ΔＬＺ＊を演算して第１慣性モーメント調節機構３１０に対して出力する。
【数２５】
2007131261.tif 000027
【００８９】
（擬似無重力状態生成装置の使用方法）
擬似無重力状態生成装置９００の使用方法のフローチャートを図７に示す。
【００９０】
供試体をセットするステップＳ１においては、供試体をステージ部３３０にセットする。
【００９１】
マスバランス調整を実行するステップＳ２においては、内側フレーム３００の重心位置と、外側フレーム２００と内側フレーム３００とから構成される系１の重心位置とを、原点Ｐ０に合わせる。
【００９２】
マスバランス調整後の初期状態においては、バランスウエイト位置ＬＸ及びバランスウエイト位置ＬＺは、第１バランスウエイト対３１１及び第２バランスウエイト対３２１が最も原点Ｐ２に近くなるように配置されている。初期状態においては、ＬＸ＝ＬＸ０、且つ、ＬＺ＝ＬＺ０である。
【００９３】
慣性モーメント初期値を同定するステップＳ３においては、マスバランス調整後の初期状態における慣性モーメントである慣性モーメント初期値を同定する。ステップＳ３の詳細については後述する。
【００９４】
慣性モーメントを調整するステップＳ４においては、慣性モーメントＪ〜Ｘ２と慣性モーメントＪ〜Ｚ２とをバランスさせる。ステップＳ４の詳細については後述する。
【００９５】
擬似無重力状態を生成するステップＳ５においては、回転指令出力部５５０は、ステージ部３３０に作用する重力加速度ベクトルのＸ２、Ｙ２、Ｚ２成分に統計的に偏りが発生しないように回転角度指令θ１＊及び回転角度指令θ２＊をサーボコントローラ４００に対して出力する。したがって、ステージ部３３０にセットされている供試体に作用する重力方向の影響が時間的な平均として相殺される。ここで、慣性モーメントＪ〜Ｘ２と慣性モーメントＪ〜Ｚ２とがバランスされているため、擬似無重力状態生成装置９００は滑らかな高速運転が可能である。
【００９６】
ステップＳ３として実行する慣性モーメントを同定する一の方法のフローチャートを図８に示す。
【００９７】
ステップＳ３１においては、回転指令出力部５５０は、回転角度指令θ２＊＝π／２と、回転角度指令θ１＊＝ｆ（ｔ）とをサーボコントローラ４００に対して出力する。内側フレーム３００は回転角度θ２＝π／２で固定され、外側フレーム２００は、θ１＝ｆ（ｔ）となるように回転する。ここで、ｆ（ｔ）は、正弦関数のような、外側フレーム２００の回転に０でない角加速度が発生する関数である。
【００９８】
そして、第１回転検出器１０２は、このときの回転角加速度ｄ２θ１／ｄｔ２を検出し、回転角加速度信号ｄ２θ１／ｄｔ２Ｓとして出力する。第１トルク検出器１０３は、このときの回転トルクτ１を検出し、回転トルク信号τ１Ｓとして出力する。
【００９９】
ステップＳ３２においては、慣性モーメント初期値演算部５１０は、ステップＳ３１で得られた回転角加速度信号ｄ２θ１／ｄｔ２Ｓ及び回転トルク信号τ１Ｓに基づいて、数式（１４）から慣性モーメント初期値推定値（Ｊ〜Ｘ１＋Ｊ〜Ｚ２）ｅ０を演算する。
【０１００】
このとき、駆動軸に作用するクーロン摩擦のような定値外乱の影響を除去して慣性モーメント初期値を同定することは可能である。
【０１０１】
ステップＳ４として実行する慣性モーメントを調整する一の方法のフローチャートを図９に示す。
【０１０２】
ステップＳ４１においては、慣性モーメント補正値演算部５２０は、バランスウエイトの質量ｍと、リアルタイムのバランスウエイト位置信号ＬＸＳと、初期状態におけるバランスウエイト位置ＬＸ０とに基づいて、数式（１６）から慣性モーメント補正値推定値Δ（Ｊ〜Ｘ１＋Ｊ〜Ｚ２）ｅを演算して出力し、加算器５２１は、ステップＳ３２で得られたバランスウエイト初期値推定値（Ｊ〜Ｘ１＋Ｊ〜Ｚ２）ｅ０に慣性モーメント補正値推定値Δ（Ｊ〜Ｘ１＋Ｊ〜Ｚ２）ｅを加えて慣性モーメント推定値（Ｊ〜Ｘ１＋Ｊ〜Ｚ２）ｅを演算する。
【０１０３】
ステップＳ４２においては、回転指令出力部５５０は、回転角度指令θ１＊＝ωｔと、回転角度指令θ２＊＝ωｔとをサーボコントローラ４００に対して出力する。外側フレーム２００及び内側フレーム３００は、θ１＝θ２＝ωｔで回転する。ここで、角速度ωは、サーボコントローラ４００と、第１サーボドライバ１０１と、第２サーボドライバ２０１とを有するサーボユニットが、回転角度θ１及び回転角度θ２を指令値通りに制御することが可能な一定角速度である。
【０１０４】
ステップＳ４３においては、外乱演算部５３０は、ステップＳ４１で得られた慣性モーメント推定値（Ｊ〜Ｘ１＋Ｊ〜Ｚ２）ｅと、ステップＳ４２で得られた回転角加速度信号ｄ２θ１／ｄｔ２Ｓ及び回転トルク信号τ１Ｓとに基づいて、数式（１８）から外乱推定値ｄ１ｅを演算し、慣性モーメント調節機構制御部５４０の内部回路５４１、５４２、及び５４３は、外乱推定値ｄ１ｅから２ωの周波数を持つ信号を抽出し、さらに、絶対値処理と、平滑用のローパス処理を実行して正の符号を持つ誤差信号δ１ｅを出力する。
【０１０５】
ステップＳ４４においては、誤差信号δ１ｅが所定の値Ｄより小さいか否かが判定され、小さい場合（「ＹＥＳ］）にはステップＳ４６に進み、そうでない場合（「ＮＯ］）にはステップＳ４５に進む。
【０１０６】
Ｓ４５においては、バランスウエイト位置調節指令演算部５４４は、極性パラメータ演算部５４５から出力された極性パラメータｓｉｇｎ１と、ステップＳ４３で得られた誤差信号δ１ｅとに基づいて、誤差信号δ１ｅを小さくするように、バランスウエイト位置調節指令ΔＬＸ＊又はバランスウエイト位置調節指令ΔＬＺ＊を出力し、バランスウエイト位置ＬＸ又はバランスウエイト位置ＬＺを調節する。例えば、ｓｉｇｎ１＞０のとき、バランスウエイト位置調節指令演算部５４４は、誤差信号δ１ｅに基づいて数式（２２）からバランスウエイト位置調節指令ΔＬＸ＊を演算し、第１慣性モーメント調節機構３１０に対して出力する。ｓｉｇｎ１＜０のとき、バランスウエイト位置調節指令演算部５４４は、誤差信号δ１ｅに基づいて数式（２３）からバランスウエイト位置調節指令ΔＬＺ＊を演算し、第２慣性モーメント調節機構３２０に対して出力する。これにより、Ｊ〜Ｘ２−Ｊ〜Ｚ２の値が０に接近する。
【０１０７】
ここで、極性パラメータｓｉｇｎ１は、ステップＳ４３で求めた外乱推定値ｄ１ｅと、角速度ωとに基づいて数式（２０）により極性パラメータ演算部５４５が演算したものである。
【０１０８】
ステップＳ４５における他の処理として、バランスウエイト位置調節指令演算部５４４は、バランスウエイト位置ＬＸ又はＬＺを小さくすることで誤差信号δ１ｅを小さくすることが可能な場合は、バランスウエイト位置ＬＸ又はＬＺを小さくするように指令を出力し、第１バランスウエイト対３１１又は第２バランスウエイト対３２１の可動範囲の制限によりバランスウエイト位置ＬＸ又はＬＺを小さくすることができない場合に限って、バランスウエイト位置ＬＸ又はＬＺを大きくするように指令を出力しても良い。この場合は、内側フレーム３００の慣性モーメントＪ〜Ｘ２、Ｊ〜Ｙ２、Ｊ〜Ｚ２が不必要に増加することが良好に防がれるため、内側フレーム３００及び外側フレーム２００の回転制御が容易となる。
【０１０９】
ステップＳ４５の後、ステップＳ４１に戻る。
【０１１０】
ステップＳ４６においては、角速度ωが所定の角速度Ωより大きいか否かが判定され、大きい場合（「ＹＥＳ］）にはステップＳ５に進み、そうでない場合（「ＮＯ］）にはステップＳ４７に進む。
【０１１１】
ステップＳ４７においては、回転指令出力部５５０は、角速度ωの設定値を増加させる。
【０１１２】
ステップｓ４７の後、ステップＳ４２に戻る。
【０１１３】
ステップＳ３として実行する慣性モーメントを同定する他の方法のフローチャートを図１０に示す。
【０１１４】
ステップＳ３０１においては、回転指令出力部５５０は、回転角速度指令ｄθ１／ｄｔ＊＝０と、回転角度指令θ２＊＝ｆ（ｔ）とをサーボコントローラ４００に対して出力する。外側フレーム２００は回転しないように固定され、内側フレーム３００は、θ２＝ｆ（ｔ）となるように回転する。ここで、ｆ（ｔ）は、正弦関数のような、内側フレーム３００の回転に０でない角加速度が発生する関数である。
【０１１５】
そして、第２回転検出器２０２は、このときの回転角加速度ｄ２θ２／ｄｔ２を検出し、回転角加速度信号ｄ２θ２／ｄｔ２Ｓとして出力する。第２トルク検出器２０３は、このときの回転トルクτ２を検出し、回転トルク信号τ２Ｓとして出力する。
【０１１６】
ステップＳ３０２においては、慣性モーメント初期値演算部５１０は、ステップＳ３０１で得られた回転角加速度信号ｄ２θ２／ｄｔ２Ｓ及び回転トルク信号τ２Ｓに基づいて、数式（１５）から慣性モーメント初期値推定値Ｊ〜Ｙ２ｅ０を演算する。
【０１１７】
このとき、駆動軸に作用するクーロン摩擦のような定値外乱の影響を除去して慣性モーメント初期値を同定することが可能である。
【０１１８】
ステップＳ４として実行する慣性モーメントを調整する他の方法のフローチャートを図１１に示す。
【０１１９】
ステップＳ４０１においては、慣性モーメント補正値演算部５２０は、バランスウエイトの質量ｍと、リアルタイムのバランスウエイト位置信号ＬＸＳ及びバランスウエイト位置信号ＬＺＳと、初期状態におけるバランスウエイト位置ＬＸ０及びバランスウエイト位置ＬＺ０とに基づいて、数式（１７）から慣性モーメント補正値推定値ΔＪ〜Ｙ２ｅを演算して出力し、加算器５２２は、ステップＳ３０２で得られたバランスウエイト初期値推定値Ｊ〜Ｙ２ｅ０に慣性モーメント補正値推定値ΔＪ〜Ｙ２ｅを加えて慣性モーメント推定値Ｊ〜Ｙ２ｅを演算する。
【０１２０】
ステップＳ４０２においては、回転指令出力部５５０は、回転角度指令θ１＊＝ωｔと、回転角度指令θ２＊＝ωｔとをサーボコントローラ４００に対して出力する。外側フレーム２００及び内側フレーム３００は、θ１＝θ２＝ωｔで回転する。ここで、角速度ωは、サーボコントローラ４００と、第１サーボドライバ１０１と、第２サーボドライバ２０１とを有するサーボユニットが、回転角度θ１及び回転角度θ２を指令値通りに制御することが可能な一定角速度である。
【０１２１】
Ｓ４０３においては、外乱演算部５３０は、ステップＳ４０１で得られた慣性モーメント推定値Ｊ〜Ｙ２ｅと、ステップＳ４０２で得られた回転角加速度信号ｄ２θ２／ｄｔ２Ｓと、回転トルク信号τ２Ｓとに基づいて、数式（１９）から外乱推定値ｄ２ｅを演算し、慣性モーメント調節機構制御部５４０の内部回路５４１、５４２、及び５４３は、外乱推定値ｄ２ｅから２ωの周波数を持つ信号を抽出し、さらに、絶対値処理と、平滑用のローパス処理を実行して正の符号を持つ誤差信号δ２ｅを出力する。
【０１２２】
ステップＳ４０４においては、誤差信号δ２ｅが所定の値Ｄより小さいか否かが判定され、小さい場合（「ＹＥＳ］）にはステップＳ４０６に進み、そうでない場合（「ＮＯ］）にはステップＳ４０５に進む。
【０１２３】
ステップＳ４０５においては、バランスウエイト位置調節指令演算部５４４は、極性パラメータ演算部５４５から出力された極性パラメータｓｉｇｎ２と、ステップＳ４０３で得られた誤差信号δ２ｅとに基づいて、誤差信号δ２ｅを小さくするように、バランスウエイト位置調節指令ΔＬＸ＊又はバランスウエイト位置調節指令ΔＬＺ＊を出力し、バランスウエイト位置ＬＸ又はバランスウエイト位置ＬＺを調節する。例えば、ｓｉｇｎ２＞０のとき、バランスウエイト位置調節指令演算部５４４は、誤差信号δ２ｅに基づいて数式（２４）からバランスウエイト位置調節指令ΔＬＸ＊を演算し、第１慣性モーメント調節機構３１０に対して出力する。ｓｉｇｎ２＜０のとき、バランスウエイト位置調節指令演算部５４４は、誤差信号δ２ｅに基づいて数式（２５）からバランスウエイト位置調節指令ΔＬＺ＊を演算し、第２慣性モーメント調節機構３２０に対して出力する。これにより、Ｊ〜Ｘ２−Ｊ〜Ｚ２の値が０に接近する。
【０１２４】
ここで、極性パラメータｓｉｇｎ２は、ステップＳ４０３で求めた外乱推定値ｄ１ｅと、角速度ωとに基づいて数式（２１）により極性パラメータ演算部５４５が演算したものである。
【０１２５】
ステップＳ４０５における他の処理として、バランスウエイト位置調節指令演算部５４４は、バランスウエイト位置ＬＸ又はＬＺを小さくすることで誤差信号δ２ｅを小さくすることが可能な場合は、バランスウエイト位置ＬＸ又はＬＺを小さくするように指令を出力し、第１バランスウエイト対３１１又は第２バランスウエイト対３２１の可動範囲の制限によりバランスウエイト位置ＬＸ又はＬＺを小さくすることができない場合に限って、バランスウエイト位置ＬＸ又はＬＺを大きくするように指令を出力しても良い。この場合は、内側フレーム３００の慣性モーメントＪ〜Ｘ２、Ｊ〜Ｙ２、Ｊ〜Ｚ２が増加することが良好に防がれるため、内側フレーム３００及び外側フレーム２００の回転制御が容易となる。
【０１２６】
ステップＳ４０５の後、ステップＳ４０１に戻る。
【０１２７】
ステップＳ４０６においては、角速度ωが所定の角速度Ωより大きいか否かが判定され、大きい場合（「ＹＥＳ］）にはステップＳ５に進み、そうでない場合（「ＮＯ］）にはステップＳ４０７に進む。
【０１２８】
ステップＳ４０７においては、回転指令出力部５５０は、角速度ωの設定値を増加させる。
【０１２９】
ステップｓ４０７の後、ステップＳ４０２に戻る。
【０１３０】
なお、ステップ３として図８に示す処理と図１０に示す処理の両方を実行し、ステップ４として図９に示す処理と図１１に示す処理を合体して実行しても良い。この場合、一例としては、ステップＳ４１から処理を開始し、ステップＳ４６において「ＮＯ］と判定された場合にステップＳ４７に進まずにステップＳ４０１に進むこととし、ステップＳ４０７において角速度ωの設定値を増加させた後にステップＳ４１に戻ることとする。この場合の他の例としては、ステップＳ４０１から処理を開始し、ステップＳ４０６において「ＮＯ］と判定された場合にステップＳ４０７に進まずにステップＳ４１に進むこととし、ステップＳ４７において角速度ωの設定値を増加させた後にステップＳ４０１に戻ることとする。
【０１３１】
上述のように角速度ωをステップ状に増加させながらバランスウエイト位置を調節するかわりに、角速度ωをランプ状に増加させながらバランスウエイト位置を調節することも可能である。
【０１３２】
角速度ωを増加させながら漸進的にバランスウエイト位置を調節することにより、慣性モーメントＪ〜Ｘ２と慣性モーメントＪ〜Ｚ２とが厳密にバランスされ、擬似無重力状態生成装置９００の高速運転が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】図１は、擬似無重力状態生成装置の駆動機構について示す図である。
【図２】図２（ａ）は第１バランスウエイト対について示す図である。図２（ｂ）は第２バランスウエイト対について示す図である。図２（ｃ）はバランスウエイトの慣性モーメントについて説明するための図である。
【図３】図３は、擬似無重力状態生成装置について示すブロック図である。
【図４】図４（ａ）は第１慣性モーメント調節機構について示すブロック図である。図４（ｂ）は第２慣性モーメント調節機構について示すブロック図である。
【図５】図５は擬似無重力状態生成装置の制御装置について示すブロック図である。
【図６】図６は慣性モーメント調節機構制御部について示すブロック図である。
【図７】図７は、擬似無重力状態生成装置の使用方法を示すフローチャートである。
【図８】図８は、慣性モーメント初期値を同定する一の方法について示すフローチャートである。
【図９】図９は、慣性モーメントを調整する一の方法について示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、慣性モーメント初期値を同定する他の方法について示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、慣性モーメントを調整する他の方法について示すフローチャートである。
【図１２】図１２は従来の擬似無重力状態生成装置について示す図である。
【符号の説明】
【０１３４】
１…架台
２…外側フレーム
３…内側フレーム
１１…ステージ
１２…外側モータ
１３…内側モータ
２１…外側フレーム角度検出器
２２…内側フレーム角度検出器
２５…補償器
２８…軌道計算部
１００…架台
１０１…第１サーボドライバ
１０２…第１回転検出器
１０３…第１トルク検出器
２００…外側フレーム
２０１…第２サーボドライバ
２０２…第２回転検出器
２０３…第２トルク検出器
２０４…外側フレーム回転軸
３００…内側フレーム
３０４…内側フレーム回転軸
３１０…第１慣性モーメント調節機構
３１１…第１バランスウエイト対
３１１ａ、３１１ｂ…バランスウエイト
３１２…第１移動軸
３１３…第１駆動部
３１４…第１位置検出器
３２０…第２慣性モーメント調節機構
３２１…第２バランスウエイト対
３２１ａ、３２１ｂ…バランスウエイト
３２２…第２移動軸
３２３…第２駆動部
３２４…第２位置検出器
３３０…ステージ部
４００…サーボコントローラ
５００…制御装置
５１０…慣性モーメント初期値演算部
５２０…慣性モーメント補正値演算部
５２１、５２２…加算器
５３０…外乱演算部
５４０…慣性モーメント調節機構制御部
５４１…バンドパスフィルタ
５４２…絶対値演算部
５４３…平滑用ローパスフィルタ
５４４…バランスウエイト位置調節指令演算部
５４５…極性パラメータ演算部
５５０…回転指令出力部
８００…駆動機構
９００…擬似無重力状態生成装置
【図１】
2007131261.tif 000028
【図２】
2007131261.tif 000029
【図３】
2007131261.tif 000030
【図４】
2007131261.tif 000031
【図５】
2007131261.tif 000032
【図６】
2007131261.tif 000033
【図７】
2007131261.tif 000034
【図８】
2007131261.tif 000035
【図９】
2007131261.tif 000036
【図１０】
2007131261.tif 000037
【図１１】
2007131261.tif 000038
【図１２】
2007131261.tif 000039