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宇宙エレベーター昇降機
momonGa-6。の開発
-趣味から始める宇宙開発-
2015/03/22(日)
高専カンファレンス in DMM.makeAkiba
チーム奥澤 奥澤 翔
茨城高専OB
自
己
紹
介
氏名 奥澤 翔
Twitter (@oku_zawa)
出身校 茨城工業高等専門学校(機械科)
卒業年度 2005年
基本情報
本業
電機メーカにてレーザープリンターの開発
副業?(趣味)
宇宙エレベーターの開発
技術開発もろもろ
チーム奥澤とは
宇宙エレベーター実現を目指す社会人有志団体
(日)夜開発を行う、日曜大工的開発チーム
自
己
紹
介
チーム概要
設立 :2009年4月~
資本金:各人のお小遣い
奥澤(代表・メカ担当)
夏目(メカ担当)
益田(電気担当)
飯田(ソフト担当)
メンバー
地上と宇宙
を繋ぐ交通機関
(画像著作権者:Booyabazooka<http://en.wikipedia.org/wiki/Space_elevator>)
宇宙エレベーター
カウンターウエイト
静止軌道
クライマー
テザー
静止軌道
基地
地上と宇宙
を繋ぐケーブル
全長10万km
(画像著作権者:Booyabazooka<http://en.wikipedia.org/wiki/Space_elevator>)
カウンターウエイト
静止軌道
クライマー
テザー
静止軌道
基地
テザー
テザーを昇降する
エレベーターの
カゴ
(画像著作権者:Booyabazooka<http://en.wikipedia.org/wiki/Space_elevator>)
クライマー
カウンターウエイト
静止軌道
クライマー
テザー
静止軌道
基地
Carbon
Nano
Tube(画像著作権者:Simetrical<http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_nanotube>)
夢を現実に変える材料
Carui
Nagai
Tuyoi(画像著作権者:Simetrical<http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_nanotube>)
夢を現実に変える材料
地上と宇宙
を繋ぐ交通機関
(画像著作権者:Booyabazooka<http://en.wikipedia.org/wiki/Space_elevator>)
宇宙エレベーター
カウンターウエイト
静止軌道
クライマー
テザー
静止軌道
基地
うまいことやると
遠心力と引力が釣り合う
基本式
(m:衛星の質量、v:衛星の速度、r:地球の中心からの距離、G:万有引力定数、M:地球の質量)
解釈
(遠心力) (引力)
宇
宙
エ
レ
ベ
ー
タ
ー
式がわからない人は
説明している時間がないので、高専の物理を読みなおしてください。
(和達 三樹・小暮 陽三、高専の物理 第5版、森北出版 、2000、表紙)
宇
宙
エ
レ
ベ
ー
タ
ー
宇
宙
エ
レ
ベ
ー
タ
ー
宇宙エレベーターの詳細は
宇宙エレベーターの本(アスペクト刊)
を御覧ください
宇
宙
エ
レ
ベ
ー
タ
ー
13番目をやってます
宇
宙
エ
レ
ベ
ー
タ
ー
チ
ャ
レ
ン
ジ
と
は
夢物語のような開発テーマ
高専生
&
高専OB
に何ができる?
宇
宙
エ
レ
ベ
ー
タ
ー
チ
ャ
レ
ン
ジ
と
は
気球から垂らしたテザーを
自作のクライマーで昇降し
実証試験を行うイベント
※2009年150[m]⇒2014年1200[m]
だれでも参加可能です。
一般社団法人
宇宙エレベーター
協会主催
大型バルーンに
テザーを結んで
宇
宙
エ
レ
ベ
ー
タ
ー
チ
ャ
レ
ン
ジ
と
は
1200[m]
空から垂らす
宇
宙
エ
レ
ベ
ー
タ
ー
チ
ャ
レ
ン
ジ
と
は
©斎藤茂郎
昇降する
宇
宙
エ
レ
ベ
ー
タ
ー
チ
ャ
レ
ン
ジ
と
は
宇
宙
エ
レ
ベ
ー
タ
チ
ャ
レ
ン
ジ
と
は
①地表付近のデータ収集
②自律昇降機の技術開発
<従来技術との差異>
上まで昇る機械
⇒上がある
⇒上から引っ張れる
(クレーン/エレベータ/etc...)
自力で昇降するシステムは必要なかった。
宇宙エレベーターチャレンジの目的
momonGa。シリーズ
150[m]級クライマー
momonGa。(2009年)
300[m]級クライマー
momonGa-2。(2010年)
1200[m]級クライマー
momonGa-4。(2012年)
600[m]級クライマー
momonGa-3。(2011年)
1200[m]級クライマー
momonGa-5。(2013年)
momonGa。シリーズ
1200[m]級クライマー
momonGa-5。(2013年)
せ
っ
か
く
の
DMM
な
の
で
その1
その2
2400[m]昇降
1200[m]昇降を連続2回実施します。
クライマーに2400[m]分のバッテリーを搭載し、
1200[m]の昇降を2回行うことで、
2400[m]相当の負荷試験を実施します。
※2400[m]用の大型バッテリーは高かったので新規購入を見送りました。
1200[m]用バッテリー2本を積んで昇降させて、降りてきたらコネクタを差し替えます。
今
年
の
目
標
データ採取
MPの他に、クライマー内蔵センサ、テザー張力測定装置
などを搭載し、1200[m]で測定を行います。
momonGa-6。
仕様
第六世代型 2400[m]超級 昇降機
特徴
サイズ :800×300×200[mm]
重 量 :11[kg]
積載量 :5[kg]
速 度 :4[m/s]
総工費 :30万円以上 ※人件費別
・2400[m]の安定昇降を目標
⇒昇降開始時の過負荷低減用遊星歯車クラッチ
⇒ベルト式動力伝達駆動による負荷低減
⇒自由落下防止のため渦電流ブレーキ搭載
⇒サーボモータの電流値制御による破損防止
・環境測定能力
⇒MP同等以上の測定機能をクライマーに内蔵
⇒積載量を活かし、様々なペイロードを搭載可能
仕
様
従来機の構成(momonGa-4。⇒ momonGa-5。)
テザーへの動力伝達を、ローラ(線接触)から
ベルト(面接触)へ変更し、搬送力の向上
シンプル軽量な構成で多輪駆動と同等の搬送力
ベ
ル
ト
式
動
力
伝
達
旧:momonGa-4。 新:momonGa-5。
momonGa-6。の構成
テザー接触面積の大型化(3倍)
⇒搬送力向上(15kg⇒20kg以上)
⇒接触面を増やし、各部品への負荷軽減
ベ
ル
ト
式
動
力
伝
達
オフセット配置 or 対向配置の切替が可能
駆動ベルト
従動ローラ
・オフセット配置
・対向配置
遊
星
歯
車
ク
ラ
ッ
チ
目的
クライマー昇降時の初動を安定化する。
・モータは回転しないと出力が出ない
⇒昇降可能な出力までモータを回転させてから
動力をクライマーに伝達する。
ジョンソンエレクトリックHPより引用
http://www.johnsonelectric.com/jp/resources-for-engineers/automotive-applications/motion-technology/ec-motor-brushless.html
クラッチ有り:トルクが十分で垂直始動可能
クラッチ無し:トルクが足りないので、始動しない
機構概要
遊星歯車減速機を利用し、クラッチとする。遊
星
歯
車
ク
ラ
ッ
チ
クラッチ接続時⇒外側の内歯車が固定され、動力が伝達される
クラッチ未接続時⇒外側の内歯車がフリーなので、内歯車が空転する
Motor 駆動輪
Motor 駆動輪
遊
星
歯
車
ク
ラ
ッ
チ
実際の構成
・遊星歯車減速機
マテックス(株)製LGU75-5PADを採用
・クラッチの切替
遊星歯車減速機の内歯車外周に設けた
ブレーキディスクを自転車用ブレーキで開閉
Motor
Clutch disk
Planetary gear mechanism
Clutch disk brake
目的は自由落下防止 + 発電
クライマー故障時の自由落下を防止するために、
渦電流ブレーキを搭載、運動を熱に変換する。
ワンウェイクラッチにより、メカ的に下降時に動作。
更に、熱電変換素子を搭載し発電を行う
◯ブレーキ効果
4[m/s]で落下時に200[W]ほどの効果
う
ず
電
流
ブ
レ
ー
キ
うず電流ブレーキとは
日本ガイシ株式会社HPより引用
http://site.ngk.co.jp/lab/no64/
電流値 出力
[A] [W]
渦電流あり 9.08513 201.6899
渦電流なし 0.614037 13.63163
停止時 0 0
渦電流効果 8.471093 188.0583
条件
熱電発電素子
ゼーベック効果により熱エネルギーを電力エネルギーに変換する
⇒秋月で売っているペルチェ素子@700円
これの表裏に温度差を与えることで、発電します。
うず電流効果によってアルミ円盤が発熱するので、
その熱で発電を行います。
う
ず
電
流
ブ
レ
ー
キ
磁石
クライマー
駆動ローラ
ワンウェイ
クラッチ
実際の構成
熱電発電素子
発熱側アルミ板
発熱側アルミ板
600[s]で30度⇒80度
電流値制御の利点
・位置制御(普通のRCサーボ)
⇒位置を制御している。
位置を合わせようとして無理に動くので、過負荷になりやすい
・電流値制御
⇒電流値を制御している。
位置ではなく、力を制御しているので、過負荷になりにくい
電
流
値
制
御
サーボ
サーボが燃える
ブレーキの制御をサーボで行っている
⇒よく燃えた!
・原因 :設定ミス/過負荷/etc…
安定性を高めるためには、
燃えないサーボが必須。
測定の目的
テ
ザ
ー
張
力
測
定
概要
テ
ザ
ー
張
力
測
定
仕様
サイズ :300×300×200[mm]
重 量 :3.0[kg]
測定荷重 :0~1000[kg]
※破壊荷重2000 [kg]
詳細
・ロードセル
メーカ :共和電業
型式 :LC-100KN
・計装アンプ
メーカ :Texas Instruments
型式 :INA128
システム構成
測定の目的
テ
ザ
ー
張
力
測
定
クライマー連結部
・ロッドエンドベアリング
従動ローラ
・SUS304/φ12
測定ローラ
・SUS304/φ12
ロードセル
・100[kgf]
挑
戦
会社を休んで、
5日間の富士山ごもり
挑
戦
ここで動画を再生する
https://www.youtube.com/wa
tch?v=R77UEaB7Tp4
結
果
1200[m]×2回
2400[m]相当の昇降を達成!
結
果
1200[m]×2回
2400[m]相当の昇降を達成!
世界新記録!
※以前の世界記録は1100[m](2013年チーム奥澤)
結
果 GPS
制御信号
移動距離
ローラ回転数
加速度
角速度
研
究
開
発
方
法
よく聞かれること
どうやって開発してるの?
・予算は?
⇒お小遣い
・時間は?
⇒平日22-26時or土日
開発環境は?
⇒
研
究
開
発
方
法
賃貸アパート(6畳+4.5畳 月65000円@神奈川県横浜市)
研
究
開
発
方
法
賃貸アパート(6畳+4.5畳 月65000円@神奈川県横浜市)
研
究
開
発
方
法
賃貸アパート(6畳+4.5畳 月65000円@神奈川県横浜市)
工私混同
研
究
開
発
方
法
賃貸アパート(6畳+4.5畳 月65000円@神奈川県横浜市)
工私混同
研
究
開
発
方
法
賃貸アパート(6畳+4.5畳 月65000円@神奈川県横浜市)
工私混同
もっと広い部屋を借りれば
大丈夫!
研
究
開
発
方
法
賃貸アパート(6畳+6畳 月58000円@東京都八王子市)
研
究
開
発
方
法
賃貸アパート(6畳+6畳 月58000円@東京都八王子市)
研
究
開
発
方
法
賃貸アパート(6畳+6畳 月58000円@東京都八王子市)
研
究
開
発
方
法
またしても
工私混同
布団にアルミの切子が入ってると
切なくなる。
賃貸アパート(6畳+6畳 月58000円@東京都八王子市)
研
究
開
発
方
法
またしても工私混同
社会人5年目にして、
工場と住居の両立は難しいと気づ
く!
布団にアルミの切子が入ってると切
なくなる。
賃貸アパート(6畳+6畳 月58000円@東京都八王子市)
,j;;;;;j,. ---一、 ` ―--‐、_ l;;;;;;
{;;;;;;ゝ T辷iフ i f'辷jァ !i;;;;; 広い部屋を借りれば大丈夫・・・
ヾ;;;ハ ノ .::!lリ;;r゙
`Z;i 〈.,_..,. ノ;;;;;;;;> そんなふうに考えていた時期が
,;ぇハ、 、_,.ー-、_',. ,f゙: Y;;f. 俺にもありました
~''戈ヽ `二´ r'´:::. `!
研
究
開
発
方
法
またしても工私混同
社会人5年目にして、
工場と住居の両立は難しいと気づ
く!
布団にアルミの切子が入ってると切
なくなる。
賃貸アパート(6畳+6畳 月58000円@東京都八王子市)
広くてもダメだった!
研
究
開
発
方
法
またしても工私混同
社会人5年目にして、
工場と住居の両立は難しいと気づ
く!
布団にアルミの切子が入ってると切
なくなる。
賃貸アパート(6畳+6畳 月58000円@東京都八王子市)
工場と住居は両立しない!
ことに社会人5年目にして気づく・・・
研
究
開
発
方
法 近所にシェアアトリエが出来た!
けど、アート系・・・
研
究
開
発
方
法 床面積230㎡、天井高6m。床はコンクリート、鉄骨造。
工場地帯に位置しており騒音、粉塵の出る作業も問題なし。
敷地内に別棟で塗装ブースあり。
研
究
開
発
方
法
10人のアーティスト(木彫が多い)
研
究
開
発
方
法
10人のアーティスト+1人の技術者
研
究
開
発
方
法
10人のアーティスト+1人の技術者
研
究
開
発
方
法
うちにある機材
・定盤
・光学定盤
・レーザ変位計×4
・二次元レーザ変位計×1
・加速度測定装置(1軸)
・メモリハイコーダ
導入してほしい機材
・高速度カメラ
(キーエンスのVW-9000)
・加振装置(JAXA仕様)
・加速度測定装置(3軸以上)
・三次元測定機(FAROとか)
研
究
開
発
方
法
注)このように機材を自前で揃えると大変なので、
DMMさんを活用する事をおすすめします!
今
後
の
展
望
・クライマー&テザーの状態を記録する。
①2400[m]挑戦のためのデータ収集。
②シュミレータ開発のためのバックデータ。
技術開発
・気球の上昇高度は、50[km]が限界である。
50[km] = 成層圏の少し先(中間圏)
静止軌道36000[km]の、1/720までの実験しか行えない。
50[km]~36000[km]
の実試験は不可能
シミュレーション
での開発となる。
目指すは宇宙!
シミュレーションへ
高
専
生
の
挑
戦
◯教育機関
神奈川大学(5チーム)、静岡大学、山梨大学、明星大学、
チーム慶應&まんてんプロジェクト、ミュンヘン工科大学(ドイツ)、
湘南工科大学&大林組JV、日本大学(3チーム)、 静岡理工科大学
阿南工業高等専門学校、川崎工科高校、
◯社会人
The 4th Laboratory ・重量挙げ世界記録(100[kg]/100[m])
チーム奥澤 ・昇降距離世界記録(1200[m]×2連続)
参加団体
参加団体の主は大学の研究室だが、
高専生チーム、高専OBチームが活躍している
高
専
O
B
へ
も
た
ら
す
も
の
・自身の技術力を高める場
⇒本業と異なる分野の技術習得
視野を広く持って、技術を会得できる
技術力の向上(仕事との交互作用)
社外との連携
・他社のメンバーと協力しての開発
⇒自身の仕事の仕方を見直す
・広報展示活動等への参加
⇒アウトプット(制作物)に対し、フィードバッ
クを直接受けることができ刺激になる。
私
感
我々の開発は、
直に宇宙へ結びつくものではない。
しかし、空想上の産物と認識されている
『宇宙エレベーター』を実際に研究し、
実証試験が行なわれている現状のPRとなる。
宇宙エレベーターは、企業、国家等の
既存の集合体では実現できないテーマであり、
世論の高まりによって世界が動くことで、実現
すると考えている。そのためのアウトリーチ活
動も兼ねている。
宇宙エレベーターのまとめ
その一歩を高専生が踏み出している!
宇宙エレベーターは
誰もが宇宙へ行ける
交通機関です
そして、誰もが挑戦できる
開発テーマです。
開発してみませんか?
~一歩ずつでも重力の外へ~
ま
と
め
NEXT CLIMBER
momonGa-7。
Coming soon
ま
と
め
宇宙行ってないじゃん
宇宙エレベーター(笑)
←1200[m]
ま
と
め
宇宙へ参ります
静岡大学
(能見研究室&山極研究室)
STARSプロジェクト
に参画
宇
宙
へ
STARSプロジェクト
軌道上での
テザー伸展
実験
宇
宙
へ
宇宙エレベーター
建設のための
基礎技術
STARSプロジェクト宇
宙
へ
平成28年度
きぼうから放出予定
乞うご期待!
宇
宙
へ
STARSプロジェクト
まとめ
ま
と
め
この発表で伝えたいこと
~その1~
宇宙エレベーターは
夢物語じゃない!
⇒真面目に研究開発し
ている人達がいます。
ま
と
め
この発表で伝えたいこと
~その2~
ま
と
め 趣味で開発してたら、
宇宙開発できました!
⇒どんどん挑戦しましょう、
チャンスはやってきます。
この研究の意義
一歩ずつでも
重力の外へ
ま
と
め
技術情報等をBlogで公開しております。
Blog:http://teamokuzawa.blog57.fc2.com/
本資料もSlideshareにて公開済みです
情
報
公
開
中
Thank you.
謝
辞

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