(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
６本のアクチュエータでテーブルを６自由度に加振するスチュワートプラットホーム型６自由度パラレルリンク振動台において、
前記６本のアクチュエータはそれぞれ、前進端側ピストンと、該前進端側ピストンに一体の後退端側ピストンと、前進端側ピストンの前後両側に形成された有効面積が等しい２つの油室と、後退端側ピストンの後に形成されたバランス用油室を有する油圧シリンダであること、
更に、前記油圧シリンダ毎に独立してバランス用油室に接続されたアキュムレータ及び圧力調整弁と、
前記圧力調整弁毎に独立して設けられ、圧力調整弁が接続された油圧シリンダの前記２つの油室の圧力差を基に圧力調整信号を生成し、該圧力調整弁に与える独立制御型の圧力調整器を備えることを特徴とする６自由度振動台。
【請求項２】
６本のアクチュエータでテーブルを６自由度に加振するスチュワートプラットホーム型６自由度パラレルリンク振動台において、
前記６本のアクチュエータはそれぞれ、前進端側ピストンと、該前進端側ピストンに一体の後退端側ピストンと、前進端側ピストンの前後両側に形成された有効面積が等しい２つの油室と、後退端側ピストンの後に形成されたバランス用油室を有する油圧シリンダであること、
更に、各油圧シリンダ共通にバランス用油室に接続されたアキュムレータ及び圧力調整弁と、
各油圧シリンダの前記２つの油室の圧力差の平均を求め、この平均値を基に圧力調整信号を生成し、前記圧力調整弁に与える複数同時制御型の圧力調整器を備えることを特徴とする６自由度振動台。
【請求項３】
６本の油圧シリンダでテーブルを揺動自在に支持した６自由度振動台において、
前記６本の油圧シリンダはそれぞれ、前進端側ピストンと、該前進端側ピストンに一体の後退端側ピストンと、前進端側ピストンの前後両側に形成された有効面積が等しい２つの油室と、後退端側ピストンの後に形成されたバランス用油室を有する油圧シリンダであること、
更に、前記油圧シリンダ毎に独立してバランス用油室に接続されたアキュムレータ及び圧力調整弁と、
前記圧力調整弁毎に独立して設けられ、圧力調整弁が接続された油圧シリンダの前記２つの油室の圧力差を基に圧力調整信号を生成し、該圧力調整弁に与える独立制御型の圧力調整器を備えることを特徴とする６自由度振動台。
【請求項４】
６本の油圧シリンダでテーブルを揺動自在に支持した６自由度振動台において、
前記６本の油圧シリンダはそれぞれ、前進端側ピストンと、該前進端側ピストンに一体の後退端側ピストンと、前進端側ピストンの前後両側に形成された有効面積が等しい２つの油室と、後退端側ピストンの後に形成されたバランス用油室を有する油圧シリンダであること、
更に、各油圧シリンダ共通にバランス用油室に接続されたアキュムレータ及び圧力調整弁と、
各油圧シリンダの前記２つの油室の圧力差の平均を求め、この平均値を基に圧力調整信号を生成し、前記圧力調整弁に与える複数同時制御型の圧力調整器を備えることを特徴とする６自由度振動台。
【請求項５】
前記テーブルの６自由度とは、その三次元位置、そのローリング角、ピッチング角及びヨーイング角であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の６自由度振動台。
【請求項６】
前記６自由度振動台は、地震波を再現できる構造物の耐振試験装置に適用することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の６自由度振動台。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テーブルを６自由度で振動させる振動台に関する。特に、応答性を向上させるよう改良したものである。
【０００２】
【従来の技術】
飛行機の運転を演習するためのフライトシミュレータとして、図４に示すようなスチュワートプラットホーム型６自由度パラレルリンク振動台が知られている。この振動台は６本のアクチュエータでテーブルを加振する６自由度振動台の一種であり、図４に示すように、基礎１００上に、アクチュエータ６として６本の加振機Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６でテーブル２００を揺動自在に支持しており、テーブル２００を６自由度で振動させることが可能である。加振機Ａ１〜Ａ６と基礎１００、テーブル２００とはそれぞれピン結合され、回動自在である。
【０００３】
つまり、エンドエフェクタ（テーブル２００）とベースプラットホーム（基礎１００）との間に、両端に自在継ぎ手（ジョイント）が付いた６本のリンクが並列に繋がれた構造のものであり、加振機Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６が６本のリンクとして作用し、それぞれの伸縮によりエンドエフェクタが６自由度で加振される。
【０００４】
各加振機Ａ１〜Ａ６としては、図２３に示すように、油圧シリンダが用いられ、各加振機Ａ１〜Ａ６へサーボバルブ３００を介して油圧が給排されるように構成されている。従って、６本の加振機Ａ１〜Ａ６のストロークを伸縮させることにより、テーブル２００の三次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）及びそのローリング角φ、ピッチング角θ、ヨーイング角ψを自在に変更することが可能である。例えば、図４に示すように直交三次元座標をとり、ローリング角φはｘ軸回りの揺れ角（横揺れ角）、ピッチング角θはｙ軸回りの揺れ角（縦揺れ角）、ヨーイング角ψはｚ軸回りの揺れ角（首振り角）とされる。
【０００５】
このような６自由度振動台の制御系を図３に示す。同図に示すように、制御系は制御演算装置４００、サーボアンプ５００から構成され、サーボ制御が行われている。
【０００６】
即ち、制御演算装置４００においては、演算ブロック４０１において６自由度目標指令値が加振機Ａ１〜Ａ６に対するストローク指令値へ変換され、Ｄ／Ａボード４０２を経由して、サーボアンプ５００へ出力される。６自由度目標指令値は、テーブル２００の６自由度の目標値を示すベクトルで表される。ストローク指令値は、各加振機Ａ１〜Ａ６へ出力される値を示すベクトルで表される。
【０００７】
サーボアンプ５００においては、制御演算装置４００で演算されたストローク指令値と、加振機Ａ１〜Ａ６のストロークとの偏差が求められ、更に、加振機比例制御ゲイン行列ＧSと掛け合わされた後、電流指令値としてサーボバルブ３００へ出力される。加振機Ａ１〜Ａ６のストロークは、各加振機Ａ１〜Ａ６にそれぞれストロークセンサ６００を設け、各ストロークセンサ６００で検出されたストローク出力を用いる。加振機比例制御ゲイン行列ＧSは、６×６の単位行列に任意のゲインを掛けたものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した６自由度振動台は、上述したようなフライトシミュレータ以外にも、構造物の耐振試験を行うことができるような装置（地震シミュレータ）にも応用されつつあるが、このような装置は地震波を再現するため、応答性を高める必要があった。応答性は、ある周波数の目標指令値を与えた場合に、テーブルがその周波数で目標指令値に追従できない周波数で示される。その周波数が低周波ほど応答性が低く、高周波ほど応答性が高いことを表す。
【０００９】
具体的には、図５〜図１０に示すように、各自由度に対するゲインにより表される。ゲインを或る任意の１つの自由度について２０ｌｏｇ10｜出力振幅／目標指令振幅｜で表すと、ゲインが０のときは、その目標指令値に対してテーブル２００の自由度が追従することを意味する。ゲインが−３ｄＢ以下となる周波数が応答周波数（Responce：レスポンス）と呼ばれ、応答性の目安となる。
【００１０】
図５はｘ座標の目標指令値に対して、その応答周波数が７．１２９Ｈｚであることを示している。同様に、図６はｙ座標の応答周波数が８．３９８Ｈｚ、図７はｚ座標の応答周波数が４．７５５Ｈｚ、図８はローリング角の応答周波数が４．１９９Ｈｚ、図９はピッチング角の応答周波数が４．２９７Ｈｚ、図１０はヨーイング角の応答周波数が４．４８２Ｈｚであることを示している。
【００１１】
図５のグラフ下部分における振幅はｘ座標の目標指令値に対するｘ座標以外の自由度の応答性を示しており、その振幅が大きいほど他の自由度への干渉が強いことを示している。図６〜図１０においても、同様である。
【００１２】
上述したように、従来の各応答周波数は４〜８Ｈｚ程度であり、フライトシミュレータでは十分な値であるが、地震シミュレータでは、更に、それ以上の応答周波数が求められていた。
【００１３】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、６自由度振動台における加速度歪を軽減することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る６自由度振動台は、６本のアクチュエータでテーブルを６自由度に加振するスチュワートプラットホーム型６自由度パラレルリンク振動台において、前記６本のアクチュエータはそれぞれ、前進端側ピストンと、該前進端側ピストンに一体の後退端側ピストンと、前進端側ピストンの前後両側に形成された有効面積が等しい２つの油室と、後退端側ピストンの後に形成されたバランス用油室を有する油圧シリンダであること、更に、前記油圧シリンダ毎に独立してバランス用油室に接続されたアキュムレータ及び圧力調整弁と、前記圧力調整弁毎に独立して設けられ、圧力調整弁が接続された油圧シリンダの前記２つの油室の圧力差を基に圧力調整信号を生成し、該圧力調整弁に与える独立制御型の圧力調整器を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、上記課題を解決する本発明の請求項２に係る６自由度振動台は、６本のアクチュエータでテーブルを６自由度に加振するスチュワートプラットホーム型６自由度パラレルリンク振動台において、前記６本のアクチュエータはそれぞれ、前進端側ピストンと、該前進端側ピストンに一体の後退端側ピストンと、前進端側ピストンの前後両側に形成された有効面積が等しい２つの油室と、後退端側ピストンの後に形成されたバランス用油室を有する油圧シリンダであること、更に、各油圧シリンダ共通にバランス用油室に接続されたアキュムレータ及び圧力調整弁と、各油圧シリンダの前記２つの油室の圧力差の平均を求め、この平均値を基に圧力調整信号を生成し、前記圧力調整弁に与える複数同時制御型の圧力調整器を備えることを特徴とする。
【００２１】
また、上記課題を解決する本発明の請求項３に係る６自由度振動台は、６本の油圧シリンダでテーブルを揺動自在に支持した６自由度振動台において、前記６本の油圧シリンダはそれぞれ、前進端側ピストンと、該前進端側ピストンに一体の後退端側ピストンと、前進端側ピストンの前後両側に形成された有効面積が等しい２つの油室と、後退端側ピストンの後に形成されたバランス用油室を有する油圧シリンダであること、更に、前記油圧シリンダ毎に独立してバランス用油室に接続されたアキュムレータ及び圧力調整弁と、前記圧力調整弁毎に独立して設けられ、圧力調整弁が接続された油圧シリンダの前記２つの油室の圧力差を基に圧力調整信号を生成し、該圧力調整弁に与える独立制御型の圧力調整器を備えることを特徴とする。
【００２２】
また、上記課題を解決する本発明の請求項４に係る６自由度振動台は、６本の油圧シリンダでテーブルを揺動自在に支持した６自由度振動台において、前記６本の油圧シリンダはそれぞれ、前進端側ピストンと、該前進端側ピストンに一体の後退端側ピストンと、前進端側ピストンの前後両側に形成された有効面積が等しい２つの油室と、後退端側ピストンの後に形成されたバランス用油室を有する油圧シリンダであること、更に、各油圧シリンダ共通にバランス用油室に接続されたアキュムレータ及び圧力調整弁と、各油圧シリンダの前記２つの油室の圧力差の平均を求め、この平均値を基に圧力調整信号を生成し、前記圧力調整弁に与える複数同時制御型の圧力調整器を備えることを特徴とする。
【００２３】
更に、上記課題を解決する本発明の請求項５に係る６自由度振動台は、請求項１乃至請求項４のいずれかにおいて、前記テーブルの６自由度として、その三次元位置、そのローリング角、ピッチング角及びヨーイング角を用いることを特徴とする。
【００２４】
更に、上記課題を解決する本発明の請求項６に係る６自由度振動台は、請求項１乃至請求項４のいずれかにおいて、前記６自由度振動台は、構造物の耐振試験装置に適用することを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
〔第１参考形態例〕
第１参考形態例に係る６自由度振動台を図１に示す。この６自由度振動台は図１に示すように、６本の加振機Ａ１〜Ａ６、制御演算装置４０及びサーボアンプ５０を備えたものである。具体的には、６本のアクチュエータでテーブルを６自由度に加振するように構成されたスチュワートプラットホーム型６自由度パラレルリンク振動台を例にしており、エンドエフェクタ（図２５のテーブル２０参照）とベースプラットホーム（図２５の基礎１０参照）との間に、両端に自在継ぎ手（ジョイント）が付いた６本のリンクが並列に繋がれた構造となっていて、加振機Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６が６本のリンクとして作用し、それぞれの伸縮によりエンドエフェクタが６自由度で加振される。
【００２８】
各加振機Ａ１〜Ａ６は図２４及び図２５に示すように、基礎１０とテーブル２０にそれぞれ回動可能にピン結合されて、基礎１０上にテーブル２０を揺動自在に支持している。
【００２９】
例えば、６本の加振機Ａ１〜Ａ６の基礎１０側のジョイントは交互に狭い間隔と広い間隔をおいて同一円周上に位置し、またテーブル２０側のジョイントも交互に狭い間隔と広い間隔をおいて同一円周上に位置している、そして、隣接する２本の加振機の基礎側ジョイント位置が狭い間隔であれば、テーブル側ではジョイント位置は広い間隔となり、逆に、隣接する２本の加振機の基礎側ジョイント位置が広い間隔であれば、テーブル側ではジョイント位置は狭い間隔となっている。
【００３０】
制御演算装置４０としては、図１に示すように、Ａ／Ｄボード４１、Ｄ／Ａボード４２及び演算手段４３〜４６を有している。また、サーボアンプ５０としては、演算手段５１、５２及びサーボバルブ３０を有している。
【００３１】
制御演算装置４０の演算手段４６における行列Ｃは、６自由度振動台が中立状態（例えば基礎１０とテーブル２０が平行な初期状態）にある場合のテーブル２０と基礎１０のジョイント位置から求まるものであり、テーブル２０の６自由度を表すベクトルＸと各加振機Ａ１〜Ａ６のストロークを表すベクトルＳaとの間の関係Ｓa＝ＣＸを与える。
【００３２】
具体例として、図２４、図２５に示すスチュワートプラットホーム型６自由度パラレルリンク振動台を例に挙げると、同振動台の中立状態における加振機Ａ１〜Ａ６とテーブル２０及び基礎２０との位置関係から次のようにして、行列Ｃが求められる。
【００３３】
ここで、ｉ＝１〜６とし、各加振機Ａｉのテーブル側ジョイントは、テーブル２０の重心位置（テーブル中心）を中心とする半径ｒ（図示省略）の円上で、かつ、ｘ軸から角度Θｉの位置に存在するものとする。
【００３４】
また、長さｌiは、加振機Ａｉの中立時のジョイント間長さを表し、中立以外の時のジョイント間の長さは｛ｌi＋ストローク｝となる。ストロークは、中立状態からの加振機の変位量（例えば、シリンダピストンの移動量）を表し、中立時は０となる。但し、ｌはアルファベット”エル”の小文字である。
【００３５】
更に、座標（ｃi，ｄi，ｈi）は、加振機Ａｉの基礎側ジョイントの中心を原点とする、テーブル側ジョイントの座標である。従って、加振機Ａ１については、基礎側ジョイントの中心を原点とするテーブル側ジョイントの座標を（ｃ1，ｄ1，ｈ1）で表す。他の加振機Ａ２〜Ａ６についても同様に、（ｃ2，ｄ2，ｈ2），（ｃ3，ｄ3，ｈ3），（ｃ4，ｄ4，ｈ4），（ｃ5，ｄ5，ｈ5），（ｃ6，ｄ6，ｈ6）で表す。
【００３６】
また、座標（0ＰJiX，0ＰJiy，0ＰJiz）は、テーブル側ジョイント中心を水平面とした場合の、テーブル中心を原点とする加振機Ａｉのテーブル側ジョイントの座標である。従って、加振機Ａ１については、テーブル側ジョイント中心を水平面とするテーブルの中心を原点としてテーブル側ジョイントの座標を(0ＰJ1X， 0ＰJ1y， 0ＰJ1z) で表す。他の加振機Ａ２〜Ａ６についても同様に、(0ＰJ2X， 0ＰJ2y， 0ＰJ2z），(0ＰJ3X， 0ＰJ3y， 0ＰJ3z），(0ＰJ4X， 0ＰJ4y， 0ＰJ4z），(0ＰJ5X， 0ＰJ5y， 0ＰJ5z），(0ＰJ6X， 0ＰJ6y， 0ＰJ6z）で表す。
【００３７】
これらの座標（ｃi，ｄi，ｈi）、座標(0ＰJiX， 0ＰJiy， 0ＰJiz）、半径ｒ、角度Θｉ及び長さｌiから、行列Ｃは数１に示す下式のように定義される。
【数１】
0004101406.tif 000002
【００３８】
Ｓa＝ＣＸ  ・・・（１）
におけるテーブル２０の６自由度を表すベクトルとは、下式（２）に示すように、その三次元位置及びそのローリング角、ピッチング角、ヨーイング角よりなる。
Ｘ＝（ｘ，ｙ，ｚ，φ，θ，ψ）  …（２）
但し、ｘはテーブルのｘ座標、
ｙはテーブルのｙ座標、
ｚはテーブルのｚ座標、
φはローリング角（ｘ軸回りの揺れ角）、
θはピッチング角（ｙ軸回りの揺れ角）、
ψはヨーイング角（ｚ軸回りの揺れ角）である。
【００３９】
また、ストロークを表すベクトルＳaは、下式（３）に示すように、各加振機Ａ１〜Ａ６にそれぞれ設けられた各ストロークセンサ６０で検出されたストローク出力Ｓa1、Ｓa2、Ｓa3、Ｓa4、Ｓa5、Ｓa6よりなるベクトルである。
【００４０】
Ｓa＝（Ｓa1，Ｓa2，Ｓa3，Ｓa4，Ｓa5，Ｓa6）    …（３）
制御演算装置４０のＡ／Ｄボード４１は各ストロークセンサ６０からのストロークベクトルＳaをデジタル信号に変換し、演算手段４３に与える。
【００４１】
演算手段４３は上記の行列Ｃの逆行列Ｃ-1に、Ａ／Ｄボード４１を介して入力されるストロークベクトルＳaを下式（４）のように掛け合わせてベクトルＸ*を求める。
Ｘ*＝Ｃ-1Ｓa  ・・・（４）
【００４２】
このようにして求められるベクトルＸ*は、加振機Ａ１〜Ａ６により振動されるテーブル２０の６自由度の出力値（ｘ，ｙ，ｘ，φ，θ，ψ）を示す値でありＸ*≒Ｘoということができる。Ｘoは６自由度目標指令値である。
【００４３】
引き続き、演算手段４４で下式（５）のように、ベクトルＸ*と、６自由度目標指令値Ｘ0との偏差ベクトルｅを求める。６自由度目標指令値Ｘ0は、上述のように、テーブルの６自由度の目標値を示すベクトルで表される。
ｅ＝Ｘ0−Ｘ*  ・・・（５）
【００４４】
このようにして求めた偏差ベクトルｅを演算手段４５で６自由度比例ゲイン行列Ｇpに掛け合わせ、更に、演算手段４６で行列Ｃに掛け合わせて、加振機ストロークの目標値となる。６自由度比例ゲイン行列Ｇpは、応答性を向上させるべく、適宜調整される。
【００４５】
そして、演算手段４６の演算結果がストローク指令値としてＤ／Ａボード４２を経由してアナログ信号に変換され、サーボアンプ５０へ出力される。ストローク指令値は、各加振機Ａ１〜Ａ６へ出力される値を示すベクトルで表される。
【００４６】
サーボアンプ５０においては、制御演算器４０で演算されたストローク指令値と、加振機Ａ１〜Ａ６のストロークとの偏差が演算手段５１で求められ、更に、演算手段５２で加振機比例制御ゲイン行列ＧSと演算された後、電流指令値としてサーボバルブ３０へ出力される。個々の加振機Ａ１〜Ａ６は、電流指令値に応じてサーボバルブ３０で駆動される。
【００４７】
上記構成を有する参考形態例の６自由度振動台における応答周波数を図１１〜１６に示す。図１１は、６自由度目標指令値のうち一つのｘ座標を目標指令値とする場合に、その出力ベクトルＸ*のうちのｘ座標ゲイン２０ｌｏｇ10｜ｘ座標出力振幅／目標指令振幅｜が−３ｄＢとなる応答周波数（レスポンス）が１５．４３Ｈｚであることを示している。同様に、図１２はｙ座標の応答周波数が１５．９２Ｈｚ、図１３はｚ座標の応答周波数が２１．２９Ｈｚ、図１４はローリング角の応答周波数が１２．９９Ｈｚ、図１５はピッチング角の応答周波数が１３．２８Ｈｚ、図１６はヨーイング角の応答周波数が１２．３Ｈｚであることを示している。
【００４８】
このように、本参考形態例では、各応答性周波数が１２〜１５Ｈｚの範囲にあり、応答性が向上していることが判る。
【００４９】
〔第２参考形態例〕
第２参考形態例に係る６自由度振動台として、スチュワートプラットホーム型６自由度パラレルリンク振動台に本発明を適用したものを図２に示す。本参考形態例は、テーブルの自由度間の干渉性を抑えるべく、図１に示した演算制御装置４０に、伝達関数Ｆ（ｓ）を持つ前置補償器４７を追加したものである。
【００５０】
即ち、前述した第１参考形態例では、応答性は向上するものの、図１４、図１５に示したように、ローリング角又はピッチング角を目標指令値とする場合に、他の自由度の振幅が大きく、干渉が残る問題があった。
【００５１】
そこで、本参考形態例は、前述した第１参考形態例の演算制御装置４０の前段に前置補償器４７を挿入して、テーブルのある任意の自由度を目標指令値とする場合に、他の自由度が干渉しないように前処理を行う構成としたものである。
【００５２】
ここで、前置補償器４７の伝達関数Ｆ（ｓ）としては、前述した第１参考形態例の制御系の入出力特性を数値化したモデルを用い、その特性が干渉を起こさないように目標とする伝達特性を規範として与え、それに合うように伝達関数を決定している。
【００５３】
前置補償器４７の伝達関数Ｆ（ｓ）で処理された６自由度目標指令値Ｘoは演算手段４４に与えられてテーブル出力のベクトルＸ*との差分がとられ、以降は、第１参考形態例と同じ処理が行われる。
【００５４】
本参考形態例における応答周波数を図１７〜２２に示す。図１７は、６自由度目標指令値のうち一つのｘ座標を目標指令値とする場合に、その出力のベクトルＸ*のうちのｘ座標ゲイン２０ｌｏｇ10｜ｘ座標出力振幅／目標指令振幅｜が−３ｄＢとなる応答周波数（レスポンス）が１５．３３Ｈｚであることを示している。同様に、図１８はｙ座標の応答周波数が２０．１２Ｈｚ、図１９はｚ座標の応答周波数が２０．６１Ｈｚ、図２０はローリング角の応答周波数が２０．３１Ｈｚ、図２１はピッチング角の応答周波数が２３．４４Ｈｚ、図２２はヨーイング角の応答周波数が２４．５１Ｈｚであることを示している。
【００５５】
このように、本参考形態例では、前置補償器４７の追加により、各応答性周波数が１５〜２４Ｈｚの範囲にあり、応答性が向上していることが判る。
【００５６】
更に、本参考形態例では、図２０、図２１に顕著に示されるように、前置補償器４７の追加により、ローリング角又はピッチング角を目標指令値とする場合に、他の自由度の振幅が小さく、その干渉が改善されていることが判る。
【００５７】
尚、本発明は、６本のアクチュエータでテーブルを６自由度に加振するスチュワートプラットホーム型６自由度パラレルリンク振動台であれば、フライトシミュレータや地震シミュレータ等に限るものではなく、また、その他の種々の用途にも広く適用できる。
【００５８】
また、本発明は、上述したようにスチュワートプラットホーム型６自由度パラレルリンク振動台に適用して有用であるが、これに限らず、６本のアクチュエータでテーブルを６自由度に加振する６自由度振動台であれば適用可能である。
【００５９】
更に、アクチュエータとしては、加振機のように油圧により制御されるものに限らず、その他の流体圧を利用するシリンダや、電磁式、電気式のアクチュエータ等も使用できる。
【００６０】
〔第１実施形態例〕
本発明の第１実施形態例として、スチュワートプラットホーム型６自由度パラレルリンク振動台等における加振機Ａ１〜Ａ６に用いる油圧シリンダの例を図２６、図２７に示す。
【００６１】
図２６に示す油圧シリンダ７０は差動式の複動型油圧シリンダであり、シリンダチューブ７１内にてピストン７２の両側に有効面積が異なる２つの油室７４、７５を有している。ストロークセンサ６０はシリンダチューブ７１の外側にて、シリンダチューブ７１とピストンロッド７３間に設けられている。
【００６２】
この油圧シリンダ７０を用いた場合は、例えばスチュワートプラットホーム型６自由度パラレルリンク振動台における負荷、テーブル及び加振機の総重量（以下、自重と呼ぶ）を両油室７４、７５間の圧力差で支えることになるので、この圧力差は得られるようにサーボアンプ５０を構成している。例えば、ストローク指令値に応じた電流に、自重を支えるのに必要な電流を加えたものを電流指令値としてサーボバルブ３０へ出力するように、サーボアンプ５０を構成する。
【００６３】
また、油圧シリンダ７０の有効面積に差があるため、加振の向き（シリンダの伸長と短縮）で圧力増加率に対する力の増加率が異なるので、これが加振機のアンバランスとなって加速度歪の原因となる。
【００６４】
図２７に示す油圧シリンダ８０は単動型油圧シリンダとシリンダの有効面積差がない複動型油圧シリンダとが一体化したものであり、シリンダチューブ８１内に一体化した２つのピストン８２、８７があり、前進端側のピストン８２の両側に有効面積が等しい２つの油室８４、８５を有し、後進端側のピストン８６の後にバランスシリンダ用の油室８６を有している。ストロークセンサ６０はシリンダチューブ７１内に設けられている。８３はピストンロッドを示す。
【００６５】
バランスシリンダ用油室８６を有する油圧シリンダ８０では、自重は、２つの油室８４、８５間の圧力差ではなく、油室８６に与える圧力で支えることができる。
【００６６】
例えば、油室８６にアキュムレータ８８と圧力調整弁８９を配管で繋ぎ、圧力調整弁８９に油圧源（図示省略）を繋いでおき、圧力調整信号で圧力調整弁８９を制御して、自重を支えるだけの圧力を油室８６に作用させる。所定の圧力を油室８６に作用させた後は、圧力調整弁８９を閉じ、アキュムレータ８８の作用で自重を支えることができる。
【００６７】
また、油圧シリンダ８０のようにシリンダの有効面積差がない場合は、加振の向きで圧力増加率に対する力の増加率は同一であり、加振機にアンバランスがないので加速度歪が生じ難い。
【００６８】
図示のアキュムレータ８８は空気だめ式のものであるが、任意の形式のアキュムレータが使用可能である。同様に、図示の圧力調整弁８９は電磁比例圧力調整弁であるが、任意の形式のものが使用可能である。手動式の圧力調整弁の場合は、圧力調整信号の代わりに、人間が操作すれば良い。
【００６９】
バランス用油室８６を有する油圧シリンダ８０を用いた場合の自重支持用の圧力調整例を、図２８、図２９に示す。
【００７０】
図２８に示す例は独立制御型の圧力調整方式であり、加振機としての各油圧シリンダ８０i（ｉ＝１〜６）毎に、アキュムレータ８８iと電磁比例調整弁８９iを取付けると共に独立制御型の圧力調整器９０Ａiを設けてある。各圧力調整器９０Ａiはシリンダ差圧ＰＡi−ＰＢiを算出する演算手段９１と、シリンダ差圧ＰＡi−ＰＢiに比例ゲインＫｃを掛ける演算手段９２と、演算手段９２の出力（Ｋｃ（ＰＡi−ＰＢi））を増幅して圧力調整信号とし、これを電磁比例圧力調整弁８９iに与える圧力調整弁アンプ９３を備えている。
【００７１】
自重支持の圧力調整に際しては、各圧力調整器９０Ａiは、６自由度振動台の初期状態など、テーブルが中立状態で且つそれに負荷が乗っている状態で、各油圧シリンダ８０iの２つの油室８４i、８５iの圧力ＰＡiとＰＢiを適宜なセンサで取り込み、その差ＰＡi−ＰＢiを演算手段９１で算出し、これに演算手段９２で比例ゲインＫｃを掛け、圧力調整弁アンプ９３で増幅して電磁比例圧力調整弁８９iに圧力調整信号を与える。その後、電磁比例圧力調整弁８９iを閉じる。各電磁比例圧力調整弁８９iが閉じてから、６自由度振動台を作動させる。
【００７２】
図２９に示す例は複数同時制御型の圧力調整方式であり、６個の油圧シリンダ８０i（ｉ＝１〜６）のバランス用油室８６iを配管で共通に繋ぎ、１つのアキュムレータ８８と１つの電磁比例調整弁８９を共通に取付けると共に１つの複数同時制御型圧力調整器９０Ｂを設けてある。圧力調整器９０Ｂは６本のシリンダ差圧の平均（（ＰＡ1−ＰＢ1）＋（ＰＡ2−ＰＢ2）＋（ＰＡ3−ＰＢ3）＋（ＰＡ4−ＰＢ4）＋（ＰＡ5−ＰＢ5）（ＰＡ6−ＰＢ6））／６を算出する演算手段９４と、シリンダ差圧の平均値に比例ゲインＫｃを掛ける演算手段９２と、演算手段９２の出力を増幅して圧力調整信号とし、これを共通の電磁比例圧力調整弁８９に与える圧力調整弁アンプ９３を備えている。
【００７３】
自重支持の圧力調整に際しては、６自由度振動台の初期状態など、テーブルが中立状態で且つそれに負荷が乗っている状態で、各油圧シリンダ８０iの２つの油室８４i、８５iの圧力ＰＡiとＰＢiを適宜なセンサで取り込み、そのシリンダ差圧の平均値を演算手段９１で算出し、これに演算手段９２で比例ゲインＫｃを掛け、圧力調整弁アンプ９３で増幅して電磁比例圧力調整弁８９に圧力調整信号を与える。その後、電磁比例圧力調整弁８９を閉じる。電磁比例圧力調整弁８９が閉じてから、６自由度振動台を作動させる。
【００７９】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る６自由度振動台は、６本のアクチュエータでテーブルを６自由度に加振するスチュワートプラットホーム型６自由度パラレルリンク振動台において、前記６本のアクチュエータはそれぞれ、前進端側ピストンと、該前進端側ピストンに一体の後退端側ピストンと、前進端側ピストンの前後両側に形成された有効面積が等しい２つの油室と、後退端側ピストンの後に形成されたバランス用油室を有する油圧シリンダであること、更に、前記油圧シリンダ毎に独立してバランス用油室に接続されたアキュムレータ及び圧力調整弁と、前記圧力調整弁毎に独立して設けられ、圧力調整弁が接続された油圧シリンダの前記２つの油室の圧力差を基に圧力調整信号を生成し、該圧力調整弁に与える独立制御型の圧力調整器を備えるので、スチュワートプラットホーム型６自由度パラレルリンク振動台における自重をアキュムレータの作用で支えることができるから、加速度歪が生じ難い。
【００８０】
また、本発明の請求項２に係る６自由度振動台は、６本のアクチュエータでテーブルを６自由度に加振するスチュワートプラットホーム型６自由度パラレルリンク振動台において、前記６本のアクチュエータはそれぞれ、前進端側ピストンと、該前進端側ピストンに一体の後退端側ピストンと、前進端側ピストンの前後両側に形成された有効面積が等しい２つの油室と、後退端側ピストンの後に形成されたバランス用油室を有する油圧シリンダであること、更に、各油圧シリンダ共通にバランス用油室に接続されたアキュムレータ及び圧力調整弁と、各油圧シリンダの前記２つの油室の圧力差の平均を求め、この平均値を基に圧力調整信号を生成し、前記圧力調整弁に与える複数同時制御型の圧力調整器を備えるので、スチュワートプラットホーム型６自由度パラレルリンク振動台における自重を各１つのアキュムレータ、圧力調整弁及び圧力調整器により支えることができるから、加速度歪が生じ難い。
【００８１】
また、本発明の請求項３に係る６自由度振動台は、６本の油圧シリンダでテーブルを揺動自在に支持した６自由度振動台において、前記６本の油圧シリンダはそれぞれ、前進端側ピストンと、該前進端側ピストンに一体の後退端側ピストンと、前進端側ピストンの前後両側に形成された有効面積が等しい２つの油室と、後退端側ピストンの後に形成されたバランス用油室を有する油圧シリンダであること、更に、前記油圧シリンダ毎に独立してバランス用油室に接続されたアキュムレータ及び圧力調整弁と、前記圧力調整弁毎に独立して設けられ、圧力調整弁が接続された油圧シリンダの前記２つの油室の圧力差を基に圧力調整信号を生成し、該圧力調整弁に与える独立制御型の圧力調整器を備えるので、任意の６自由度振動台における自重をアキュムレータの作用で支えることができるから、加速度歪が生じ難い。
【００８２】
また、本発明の請求項４に係る６自由度振動台は、６本の油圧シリンダでテーブルを揺動自在に支持した６自由度振動台において、前記６本の油圧シリンダはそれぞれ、前進端側ピストンと、該前進端側ピストンに一体の後退端側ピストンと、前進端側ピストンの前後両側に形成された有効面積が等しい２つの油室と、後退端側ピストンの後に形成されたバランス用油室を有する油圧シリンダであること、更に、各油圧シリンダ共通にバランス用油室に接続されたアキュムレータ及び圧力調整弁と、各油圧シリンダの前記２つの油室の圧力差の平均を求め、この平均値を基に圧力調整信号を生成し、前記圧力調整弁に与える複数同時制御型の圧力調整器を備えるので、任意の６自由度振動台における自重を各１つのアキュムレータ、圧力調整弁及び圧力調整器により支えることができるから、加速度歪が生じ難い。
【００８３】
更に、本発明の請求項５に係る６自由度振動台は、請求項１乃至請求項４のいずれかにおいて、前記テーブルの６自由度として、その三次元位置、そのローリング角、ピッチング角及びヨーイング角を用いることができる。
【００８４】
更に、本発明の請求項６に係る６自由度振動台は、請求項１乃至請求項４のいずれかにおいて、前記６自由度振動台は、地震波を再現できる構造物の耐振試験装置に適用することにより、応答性の良い地震を模擬できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１参考形態例に係る６自由度振動台の制御系統図である。
【図２】第２参考形態例に係る６自由度振動台の制御系統図である。
【図３】従来の６自由度振動台の制御系統図である。
【図４】スチュワートプラットホーム型6自由度パラレルリンク振動台の説明図である。
【図５】従来技術におけるｘ座標指令からテーブル出力までの周波数応答を示すグラフである。
【図６】従来技術におけるｙ座標指令からテーブル出力までの周波数応答を示すグラフである。
【図７】従来技術におけるｚ座標指令からテーブル出力までの周波数応答を示すグラフである。
【図８】従来技術におけるローリング角指令からテーブル出力までの周波数応答を示すグラフである。
【図９】従来技術におけるピッチング角指令からテーブル出力までの周波数応答を示すグラフである。
【図１０】従来技術におけるヨーイング角指令からテーブル出力までの周波数応答を示すグラフである。
【図１１】第１参考形態例におけるｘ座標指令からテーブル出力までの周波数応答を示すグラフである。
【図１２】第１参考形態例におけるｙ座標指令からテーブル出力までの周波数応答を示すグラフである。
【図１３】第１参考例形態におけるｚ座標指令からテーブル出力までの周波数応答を示すグラフである。
【図１４】第１参考形態例におけるローリング角指令からテーブル出力までの周波数応答を示すグラフである。
【図１５】第１参考形態例におけるピッチング角指令からテーブル出力までの周波数応答を示すグラフである。
【図１６】第１参考形態例におけるヨーイング角指令からテーブル出力までの周波数応答を示すグラフである。
【図１７】第２参考形態例におけるｘ座標指令からテーブル出力までの周波数応答を示すグラフである。
【図１８】第２参考形態例におけるｙ座標指令からテーブル出力までの周波数応答を示すグラフである。
【図１９】第２参考形態例におけるｚ座標指令からテーブル出力までの周波数応答を示すグラフである。
【図２０】第２参考形態例におけるローリング角指令からテーブル出力までの周波数応答を示すグラフである。
【図２１】第２参考形態例におけるピッチング角指令からテーブル出力までの周波数応答を示すグラフである。
【図２２】第２参考形態例におけるヨーイング角指令からテーブル出力までの周波数応答を示すグラフである。
【図２３】従来技術における駆動系統を示す説明図である。
【図２４】スチュワートプラットホーム型６自由度パラレルリンク振動台の中立状態での座標の定義を示す説明図である。
【図２５】図２４中のＡ方向側面図である。
【図２６】本発明の第１実施形態例として加振機に用いられる油圧シリンダの例を示す断面図である。
【図２７】本発明の第１実施形態例として加振機に用いられる油圧シリンダの他の例を示す断面図である。
【図２８】本発明の第１実施形態例として図２７に示す油圧シリンダのバランス用油室の独立制御型圧力調整方式を示す図である。
【図２９】本発明の第１実施形態例として図２７に示す油圧シリンダのバランス用油室の複数同時制御型圧力調整方式を示す図である。
【符号の説明】
１０ 基礎
２０ テーブル
３０ サーボバルブ
４０ 制御演算装置
４１ Ａ／Ｄボード
４２ Ｄ／Ａボード
４３、４４、４５、４６ 演算手段
４７ 前置補償器
５０ サーボアンプ
５１、５２ 演算手段
６０ ストロークセンサ
７０ 油圧シリンダ
８０、８０1、８０6、８０i 油圧シリンダ
８１ シリンダチューブ
８２、８７ ピストン
８３ ピストンロッド
８４、８４1、８４6、８４i、８５、８５1、８５6、８５i 油室
８６、８６1、８６6、８６i バランス用油室
８８、８８1、８８6、８８i アキュムレータ
８９、８９1、８９6、８９i 電磁比例圧力調整弁
９０Ａ、９０Ａ1、９０Ａ6、９０Ａi 独立制御型の圧力調整器
９０Ｂ 複数同時制御型の圧力調整器
９１、９２、９３、９４ 演算手段
Ａ１〜Ａ６ 加振機
ＰＡ1、ＰＡ6、ＰＡi、ＰＢ1、ＰＢ6、ＰＢi 油圧
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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