CN105283537A - 重力控制装置 - Google Patents

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河原裕美
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Abstract

本发明的重力控制装置(1)，具备：第1旋转体(10)，通过第1驱动装置的驱动绕第1轴(11a)旋转；第2旋转体(20)，通过第2驱动装置的驱动在第1旋转体(10)的旋转区域的内侧区域绕第2轴旋转，该第2轴与第1轴(11a)正交；加速度检测装置(40)，设置在第2旋转体(20)的任意位置上来检测加速度；以及控制装置(50)，用于控制第1驱动装置及第2控制装置的驱动。控制装置(50)根据由加速度检测装置(40)检测出的加速度数据来控制第1驱动装置及第2控制装置的驱动。

Description

重力控制装置
技术领域
本发明涉及重力控制装置。
背景技术
在各种领域中，提出了能够控制重力的装置。例如，根据宇宙中的细胞培养实验等可知生物的成长受重力影响很大，提出了一种能够使重力改变从而模拟地产生微重力以使在地球上也能够在无重力环境下或低重力环境下进行细胞培养实验的装置。
例如，专利文献1中公开的那样，由绕第1旋转轴旋转的第1旋转体和绕与第1旋转轴正交的第2旋转轴旋转的第2旋转体构成，并使培养容器三维旋转的装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-193910号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1中，由于根据复杂的计算公式来控制第1旋转体及第2旋转体的旋转，因此存在装置的制造成本增加的课题。
本发明是鉴于上述事项而作出的发明，其目的在于提供基于简易的处理能够控制第1旋转体及第2旋转体的旋转从而能够降低制造成本的重力控制装置。
用于解决课题的手段
本发明所涉及的重力控制装置的特征在于，具备：第1旋转体，通过第1驱动装置的驱动绕第1轴旋转；第2旋转体，通过第2驱动装置的驱动在上述第1旋转体的旋转区域的内侧区域绕第2轴旋转，该第2轴与上述第1轴正交；加速度检测装置，设置在上述第2旋转体的任意位置上来检测加速度；以及控制装置，用于控制上述第1驱动装置及上述第2控制装置的驱动，上述控制装置根据由上述加速度检测装置检测出的加速度数据来控制上述第1驱动装置及上述第2控制装置的驱动。
另外，优选地，上述控制装置根据下式1算出加速度矢量，并控制上述第1驱动装置及上述第2控制装置的驱动以使每规定时间的上述加速度矢量的积分成为规定的值。
[数式1]
A＝g+rω2…(式1）
(式1中，A、g、r以及ω分别表示上述第2旋转体的任意点P的加速度矢量、上述点P的重力加速度矢量、从上述第1轴与上述第2轴的交点到上述点P的距离矢量以及上述点P的角速度矢量。)
发明的效果
在本发明所涉及的重力控制装置中，能够通过简易的处理控制第1旋转体及第2旋转体的旋转，因此能够降低制造成本。
附图说明
图1是表示重力控制装置运转中的状态的立体图。
图2是表示重力控制装置的内部结构的局部剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图对本实施方式所涉及的重力控制装置进行说明。如图1、图2所示，重力控制装置1具备：第1旋转体10；第1轴11a、11b；收纳在第1驱动装置收纳部32中的第1驱动装置12；第2旋转体20；第2轴21a、21b；收纳在第2驱动装置收纳部33中的第2驱动装置22；支承底座30；支承部件31a、31b；加速度检测装置40；以及控制装置50。
支承部件31a、31b以对置的方式从支承底座30直立设置。第1旋转体10、第2旋转体20等被支承在该支承部件31a、31b之间。
第1旋转体10轴支承在第1轴11a、11b上。第1轴11a、11b配置在同一轴上。第1轴11a的一端连接在第1旋转体10上，且另一端连接在第1驱动装置12的输出轴12a上。第1轴11b可以为固定在支承部件31a上而第1旋转体10能滑动的形态，也可以为固定在第1旋转体10上而相对于支承部件31a能滑动的形态。通过这样的结构，当第1驱动装置12进行驱动时，连接在输出轴12a上的第1轴11a旋转，第1旋转体10绕第1轴11a、11b旋转。
第1旋转体10在此为矩形的框体，在第1旋转体10的旋转区域的内侧区域，存在配置第2旋转体20且其能够进行旋转的程度的空间。
在第1旋转体10的对置的各框上，分别安装有第2轴21a、21b。第2轴21a、21b配置在同一轴上。在该第2轴21a、21b上安装有第2旋转体20。
第2轴21a的一端连接在第2旋转体20上，且另一端连接在伞齿轮28上。当伞齿轮28旋转时，第2旋转体20在第1旋转体10的内侧区域旋转。第2轴21b的一端连接在第2旋转体20上，且其另一端能滑动地安装在第1旋转体10上。
第2旋转体20为用于安装想要放置在微重力环境、过重力环境等各种重力环境下的物体的地方。例如，在第2旋转体20上安装细胞培养用的密封型的培养容器，能够在微重力环境、过重力环境等各种重力环境下进行细胞的培养实验。关于向第2旋转体20安装培养容器，可使用细绳或橡皮、固定工具等固定在第2旋转体20的任意位置。另外，也可以在第2旋转体20上形成细胞容器安装用的安装部。
第2驱动装置22设置在支承部件31a上。第2驱动装置22的输出轴22a与第1轴11a、11b平行地设置，在输出轴22a上设置有齿轮23。齿轮23设置为与能滑动地安装在第1轴11b上的齿轮24啮合。
齿轮24与配置在第1旋转体10的内部的伞齿轮25一体地形成。第1轴11b贯通齿轮24及伞齿轮25，齿轮24及伞齿轮25以相对于第1轴11b能滑动的方式构成。
在第1旋转体10的内部配置有旋转力传达部件26、27，该旋转力传达部件26、27用于将来自第2驱动装置22的驱动力向第2轴21a传达。
旋转力传达部件26构成为在轴26b的两端分别安装有伞齿轮26a、26c。轴26b能滑动地设置在第1旋转体10上，并且相对于第1轴11a垂直地(相对于第2轴21a、21b平行地)设置。
另一方面，旋转力传达部件27构成为在轴27b的两端分别安装有伞齿轮27a、27c。轴27b能滑动地设置在第1旋转体10上，并且相对于第1轴11a平行地(相对于第2轴21a、21b垂直地)设置。
旋转力传达部件26的伞齿轮26c与安装在第1轴11b上的伞齿轮25啮合。另外，伞齿轮26a与旋转力传达部件27的伞齿轮27a啮合。另外，伞齿轮27c与安装在第2轴21a上的伞齿轮28啮合，该第2轴21a连接在第2旋转体20上。
关于第1驱动装置12及第2驱动装置22，可以使用能够对第1旋转体10、第2旋转体20供给旋转力的电动的驱动装置，例如可以使用能够高精度地控制输出轴12a、22a的旋转的伺服电动机、步进电动机等电动机。
加速度检测装置40设置在第2旋转体20的任意位置，用于检测第2旋转体20的任意位置的加速度。作为加速度检测装置40，可以使用能够分别检测X轴、Y轴、Z轴3方向的加速度的3轴加速度传感器。
控制装置50控制第1驱动装置12及第2驱动装置22各自的转速，并控制第1旋转体10及第2旋转体20的转速。
控制装置50根据由加速度检测装置40检测出的加速度数据来控制第1驱动装置12及第2驱动装置22的驱动。
另外，优选地，加速度检测装置40与控制装置50处于通过无线能够进行加速度数据的通信的形态。在该情况下，加速度检测装置40具备无线发送部，另一方的控制装置50具备无线接收部。
另外，优选地，加速度检测装置40具备内置的蓄电池，处于通过无线从外部接收电力传输从而能够进行加速度的检测和对控制装置50的发送的形态。在该情况下，具备能够在支承底座30、支承部件31a、31等任意位置对加速度检测装置40进行电力传输的装置。作为电力传输的方式，可以使用电波方式、电磁感应方式、电磁场共振方式等公知的方式。
接着，关于利用控制装置50控制第1旋转体10、第2旋转体20的旋转进行说明。
在第1驱动装置12及第2驱动装置22进行驱动，而第1旋转体10及第2旋转体20分别旋转的期间，加速度检测装置40连续地检测3轴方向的加速度。
该被检测出的加速度数据被发送至控制装置50。在控制装置50中，根据被发送来的加速度数据，使用式1算出加速度矢量。在将设置有加速度检测装置40的位置设为点P的情况下，式1中的A、g、r以及ω分别表示点P的加速度矢量、点P的重力加速度矢量、从第2旋转体的中心(第1轴11a、11b与第2轴21a、21b的交点)到点P的距离矢量以及点P的角速度矢量。
[数式2]
A＝g+rω2…(式1)
在加速度检测装置40中，得到3轴方向的各个方向的加速度数据，在控制装置50中，根据得到的各个加速度数据，对点P的绕第1轴11a、11b的角速度矢量(ω1)、绕第2轴21a、21b的角速度矢量(ω2)、以及重力加速度矢量(g)进行成分解析。并且，根据绕第1轴11a、11b的角速度矢量(ω1)以及绕第2轴21a、21b的角速度矢量(ω2)对点P的角速度矢量(ω)进行解析，根据式1算出点P的加速度矢量。另外，上述的解析可以通过任意的手段进行。另外，关于任意点的绕第1轴11a、11b的角速度矢量(ω1)、绕第2轴21a、21b的角速度矢量(ω2)，可以为基于使用了转速检测装置的检测的形态，也可以为根据第1驱动装置12及第2驱动装置22的转速算出的形态。
而且，在第1旋转体10及第2旋转体20旋转的最高峰，连续地算出点P的加速度矢量，进行反馈并控制第1驱动装置12及第2驱动装置22的驱动，以使每规定时间(例如10分钟)的加速度矢量的积分成为模拟无重力状态(约1/1000G)。由此，能够模拟地生成微重力环境。例如，也可以将第1旋转体10的角速度与第2旋转体20的角速度的比设为特定的比，控制第1驱动装置12及第2驱动装置22的驱动以使第1旋转体10和第2旋转体20分别以等角速度旋转。
另外，控制装置50控制第1旋转体10及第2旋转体20各自的旋转以使每规定时间的点P的加速度矢量的积分成为1/6G，由此来再现月球中的重力环境，除此之外，还能够进行2G、3G等超过1G的过重力环境等多彩的重力环境的模拟再现。
这样，在本实施方式所涉及的重力控制装置1中，能够通过简易的处理使第2旋转体20内的空间成为微重力环境，除此之外，还能使其成为各种重力环境，能够降低重力控制装置1的成本。
另外，虽然在以上内容中，以第2驱动装置22配置在第1旋转体10的外部为例进行了说明，但在将第2驱动装置22设置在第1旋转体10上，通过由滑环和电刷构成的连接器等接触式供电机构供给电力使第2驱动装置22驱动的形态下，同样能够进行控制。
关于本发明，在不脱离本发明的广义的精神和范围的情况下，可以做出各种实施方式及变形。另外，上述的实施方式用于说明本发明，并不限定本发明的范围。即，本发明的范围并不是通过实施方式来表示，而是通过权利要求书来表示。而且，在权利要求书及与其同等的发明意义的范围内实施的各种变形应该被视为本发明的范围内。
本申请基于2013年6月13日提出申请的日本专利申请2013-124777号。日本专利申请2013-124777号的说明书、权利要求书、所有附图作为参考被并入本说明书中。
符号说明
1-重力控制装置，10-第1旋转体，11a、11b-第1轴，12-第1驱动装置，12a-输出轴，20-第2旋转体，21a、21b-第2轴，22-第2驱动装置，22a-输出轴，23-齿轮，24-齿轮，25-伞齿轮，26-旋转力传达部件，26a-伞齿轮，26b-轴，26c-伞齿轮，27-旋转力传达部件，27a-伞齿轮，27b-轴，27c-伞齿轮，28-伞齿轮，30-支承底座，31a、31b-支承部件，32-第1驱动装置收纳部，33-第2驱动装置收纳部，40-加速度检测装置，50-控制装置。

Claims (2)

1.一种重力控制装置，其特征在于，具备：
第1旋转体，通过第1驱动装置的驱动绕第1轴旋转；
第2旋转体，通过第2驱动装置的驱动在上述第1旋转体的旋转区域的内侧区域绕第2轴旋转，该第2轴与上述第1轴正交；
加速度检测装置，设置在上述第2旋转体的任意位置上来检测加速度；以及
控制装置，用于控制上述第1驱动装置及上述第2控制装置的驱动，
上述控制装置根据由上述加速度检测装置检测出的加速度数据来控制上述第1驱动装置及上述第2控制装置的驱动。
2.根据权利要求1所述的重力控制装置，其特征在于，
上述控制装置根据下式1算出加速度矢量，并控制上述第1驱动装置及上述第2控制装置的驱动以使每规定时间的上述加速度矢量的积分成为规定的值，
数式1
A＝g+rω2…(式1）
式1中，A、g、r以及ω分别表示上述第2旋转体的任意点P的加速度矢量、上述点P的重力加速度矢量、从上述第1轴与上述第2轴的交点到上述点P的距离矢量以及上述点P的角速度矢量。
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