従来の微小位置決めプラットフォームにおける運動範囲の狭さ、寄生運動および交差軸の結合による運動精度の低下という問題を解決するために、音響コイルモーター駆動の全リーフ型大行程・空間多自由度並列柔軟デカップリング微小位置決めプラットフォームを提案した。まず、リーフ型柔軟球面ヒンジを含む大行程多自由度並列柔軟機構の構造と変形原理を紹介した。次に、空間三自由度を例に動プラットフォームの運動学方程式を導出し、機構の入力剛性モデルを確立した。また、柔軟度マトリックス法に基づいて柔軟球面ヒンジの柔軟度モデリングと設計を行い、微小位置決めプラットフォームのパラメータを決定した。さらに、三自由度方向ごとにシステム動力学モデルの同定を行い、モデルに基づいて位相進みPIフィードバック制御とスライディングモードフィードフォワード制御を組み合わせた複合制御器を設計した。最後に、プラットフォーム実験システムを構築し、その軌跡追従性能を検証した。実験結果は、従来のPID制御と比較して本複合制御手法が軌跡追従性能を95%以上向上させ、追加したスライディングモードフィードフォワード制御が単純なフィードバック制御で発生する位相遅れを効果的に除去できることを示した。さらに、提案した多自由度微小位置決めプラットフォームは±3.23 mm×±21.50 mrad×±20.30 mradの運動範囲を実現可能であり、大行程、高安定性、高精度という特徴を持ち、多くの大行程高精度な空間位置決め場面に応用できる。

並列柔軟機構;音響コイルモーター;大行程;リーフ型柔軟球面ヒンジ;位相進みPI制御;スライディングモード制御