静電容量検出による浮揚機構の浮上量推定

摘要

近年、様々な製品の小型化に伴い、微小な機械部品の製作が必要となってくる。そのため、微小かつ精密動作が可能なロボットを用いる必要がある。現在、高精度で微小動作が可能なロボットは大型の機構が多く使用されている。これにより、広いスペースや大きなエネルギーが必要となる。これらの問題を改善するためマイクロロボットに注目した。マイクロロボットの微小動作には数十nmの微小変位の発生が可能で、高応答性に優れている圧電素子を用いる。筆者らは、スクイーズ膜効果を用いた浮上型マイクロロボットを提案した。このロボットは図1に示すように慣性体と圧電素子と動作基板で構成されている。圧電素子を振動させることにより、動作基板と接地面との間に空気の膜を形成しロボットを浮上させる。この原理を用いた摩擦制御型マイクロロボットの動作精度の向上に努めてきた。マイクロロボットの動作を確認するため光学系や電気系の変位センサを用いて変位計測を行ってきた。しかし、マイクロロボットの構造の複雑化や動作範囲の拡大に伴いこれらの変位センサによる測定が困難となってきた。そこで、筆者らは動作基板と接地面の静電容量を測定しロボットの浮上量を推定することを提案する。本研究ではロボットの動作基板間と接地面との静電容量を検出し浮上量の推定について報告する。