WO2014200084A1 - 重力制御装置 - Google Patents

重力制御装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2014200084A1
WO2014200084A1 PCT/JP2014/065704 JP2014065704W WO2014200084A1 WO 2014200084 A1 WO2014200084 A1 WO 2014200084A1 JP 2014065704 W JP2014065704 W JP 2014065704W WO 2014200084 A1 WO2014200084 A1 WO 2014200084A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotating body
driving
acceleration
axis
control device
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/065704
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
弓削　類
裕美 河原
文敬 山崎
Original Assignee
株式会社スペース・バイオ・ラボラトリーズ
株式会社イクシスリサーチ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社スペース・バイオ・ラボラトリーズ, 株式会社イクシスリサーチ filed Critical 株式会社スペース・バイオ・ラボラトリーズ
Priority to CN201480032605.7A priority Critical patent/CN105283537A/zh
Priority to DK14811696.5T priority patent/DK3009499T3/en
Priority to EP14811696.5A priority patent/EP3009499B1/en
Priority to CA2912843A priority patent/CA2912843C/en
Priority to US14/893,041 priority patent/US9494949B2/en
Publication of WO2014200084A1 publication Critical patent/WO2014200084A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D13/00—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover
    • G05D13/08—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover without auxiliary power
    • G05D13/10—Centrifugal governors with fly-weights
    • G05D13/26—Centrifugal governors with fly-weights with provision for modulating the degree of non-uniformity of speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G7/00—Simulating cosmonautic conditions, e.g. for conditioning crews
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/10—Rotating vessel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M35/00—Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
    • C12M35/04—Mechanical means, e.g. sonic waves, stretching forces, pressure or shear stimuli
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/40—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of pressure
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D13/00—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover
    • G05D13/08—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover without auxiliary power
    • G05D13/10—Centrifugal governors with fly-weights
    • G05D13/12—Details
    • G05D13/14—Fly weights; Mountings thereof; Adjusting equipment for limits, e.g. temporarily

Definitions

  • the present invention relates to a gravity control device.
  • devices capable of controlling gravity have been proposed. For example, it is known from the cell culture experiments in space that the growth of living organisms is greatly affected by gravity, and gravity is controlled so that cell culture experiments can be performed on the earth in a zero-gravity environment or a low-gravity environment. There has been proposed an apparatus capable of generating microgravity in a pseudo manner by changing it.
  • Patent Document 1 it is composed of a first rotating body that rotates around a first rotating shaft and a second rotating body that rotates around a second rotating shaft that is orthogonal to the first rotating shaft, There is an apparatus for rotating a culture vessel three-dimensionally.
  • Patent Document 1 since the rotation of the first rotating body and the second rotating body is controlled based on a complicated calculation formula, there is a problem that the manufacturing cost of the apparatus becomes high.
  • the present invention has been made in view of the above matters, and an object of the present invention is to provide a gravity control device capable of controlling the rotation of the first rotating body and the second rotating body based on simple processing and reducing the manufacturing cost. It is to provide.
  • the gravity control device is: A first rotating body that rotates around a first axis by driving of the first driving device; A second rotating body that rotates around a second axis orthogonal to the first axis in an inner region of the rotation area of the first rotating body by driving the second driving device; An acceleration detection device installed at an arbitrary position of the second rotating body to detect acceleration; A control device for controlling the driving of the first driving device and the second driving device, The control device controls driving of the first drive device and the second drive device based on acceleration data detected by the acceleration detection device; It is characterized by that.
  • control device calculates an acceleration vector from the following equation 1, and controls the driving of the first driving device and the second driving device so that the integration of the acceleration vector per predetermined time becomes a predetermined value. It is preferable.
  • A, g, r, and ⁇ are respectively calculated from an acceleration vector at an arbitrary point P of the second rotating body, a gravitational acceleration vector at the point P, and an intersection of the first axis and the second axis. The distance vector to the point P and the angular velocity vector at the point P are represented.
  • the rotation of the first rotating body and the second rotating body can be controlled by a simple process, so that the manufacturing cost can be reduced.
  • the gravity control device 1 includes a first rotating device 10, first shafts 11 a and 11 b, a first driving device 12 housed in a first driving device housing portion 32, and a second rotating body 20.
  • Support members 31a and 31b are erected from the support base 30 so as to face each other.
  • the first rotating body 10, the second rotating body 20, and the like are supported between the support members 31a and 31b.
  • the first rotating body 10 is pivotally supported by the first shafts 11a and 11b.
  • the first shafts 11a and 11b are arranged on the same axis.
  • One end of the first shaft 11 a is connected to the first rotating body 10, and the other end is connected to the output shaft 12 a of the first driving device 12.
  • the first shaft 11b is fixed to the support member 31a and the first rotating body 10 is slidable, the first shaft 11b is fixed to the first rotating body 10 and slidable with respect to the support member 31a. There may be.
  • the first driving device 12 is driven, the first shaft 11a connected to the output shaft 12a rotates, and the first rotating body 10 rotates around the first shafts 11a and 11b.
  • the first rotating body 10 is a rectangular frame, and the inner area of the rotating area of the first rotating body 10 has a space that allows the second rotating body 20 to be disposed and rotated. .
  • the second shafts 21a and 21b are attached to the opposing frames of the first rotating body 10, respectively.
  • the second shafts 21a and 21b are arranged on the same axis.
  • the second rotating body 20 is attached to the second shafts 21a and 21b.
  • One end of the second shaft 21 a is connected to the second rotating body 20, and the other end is connected to the bevel gear 28.
  • the bevel gear 28 rotates, the second rotating body 20 rotates in the inner region of the first rotating body 10.
  • One end of the second shaft 21 b is connected to the second rotating body 20, and the other end is slidably attached to the first rotating body 10.
  • the second rotating body 20 is a place where things to be placed in various gravitational environments such as a microgravity environment and an overgravity environment are attached.
  • a sealed culture vessel for cell culture is attached to the second rotating body 20, and cell culture experiments can be performed under various gravitational environments such as a microgravity environment and an overgravity environment.
  • the culture vessel is attached to the second rotating body 20 by being fixed to an arbitrary portion of the second rotating body 20 using a string, rubber, a fixture or the like.
  • the second rotating body 20 may be formed with an attachment portion for attaching the cell container.
  • the second drive device 22 is installed on the support member 31a.
  • An output shaft 22a of the second drive device 22 is installed in parallel with the first shafts 11a and 11b, and a gear 23 is installed on the output shaft 22a.
  • the gear 23 is installed so as to mesh with a gear 24 slidably attached to the first shaft 11b.
  • the gear 24 is formed integrally with a bevel gear 25 disposed inside the first rotating body 10.
  • the first shaft 11b passes through the gear 24 and the bevel gear 25, and the gear 24 and the bevel gear 25 are configured to be slidable with respect to the first shaft 11b.
  • Rotational force transmitting members 26 and 27 for transmitting the driving force from the second driving device 22 to the second shaft 21a are arranged inside the first rotating body 10.
  • Rotational force transmitting member 26 is configured by attaching bevel gears 26a and 26c to both ends of shaft 26b.
  • the shaft 26b is slidably installed on the first rotating body 10, and is installed perpendicular to the first shaft 11a (parallel to the second shafts 21a and 21b).
  • the rotational force transmitting member 27 is configured by attaching bevel gears 27a and 27c to both ends of a shaft 27b.
  • the shaft 27b is slidably disposed on the first rotating body 10, and is disposed in parallel to the first shaft 11a (perpendicular to the second shafts 21a and 21b).
  • the bevel gear 26c of the rotational force transmission member 26 is meshed with the bevel gear 25 attached to the first shaft 11b. Further, the bevel gear 26 a meshes with the bevel gear 27 a of the rotational force transmission member 27. Further, the bevel gear 27 c meshes with a bevel gear 28 attached to the second shaft 21 a connected to the second rotating body 20.
  • an electric driving device capable of supplying a rotational force to the first rotating body 10 and the second rotating body 20 is used.
  • the rotation of the output shafts 12a and 22a is increased.
  • Motors such as servo motors and stepping motors that can be accurately controlled are used.
  • the acceleration detection device 40 is installed at an arbitrary position of the second rotating body 20 and detects an acceleration at an arbitrary position of the second rotating body 20.
  • a three-axis acceleration sensor that can detect accelerations in three directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis is used.
  • the control device 50 controls the rotational speeds of the first driving device 12 and the second driving device 22 and controls the rotational speeds of the first rotating body 10 and the second rotating body 20.
  • the control device 50 controls the driving of the first drive device 12 and the second drive device 22 based on the acceleration data detected by the acceleration detection device 40.
  • the acceleration detection device 40 and the control device 50 have a form in which acceleration data can be communicated wirelessly.
  • the acceleration detection device 40 includes a wireless transmission unit
  • the one control device 50 includes a wireless reception unit.
  • the acceleration detection device 40 is preferably provided with a built-in storage battery, and can receive acceleration and transmit the acceleration to the control device 50 wirelessly from the outside.
  • a device capable of transmitting power to the acceleration detection device 40 is provided at an arbitrary location such as the support base 30 and the support members 31a and 31.
  • a power transmission method a known method such as a radio wave method, an electromagnetic induction method, or an electromagnetic resonance method may be used.
  • the acceleration detecting device 40 continuously detects the acceleration in the three-axis directions. To do.
  • the detected acceleration data is transmitted to the control device 50.
  • the control device 50 calculates an acceleration vector using Equation 1 based on the transmitted acceleration data.
  • A, g, r, and ⁇ in Equation 1 are the acceleration vector at the point P, the gravitational acceleration vector at the point P, and the second rotating body, respectively.
  • a distance vector from the center (intersection of the first axes 11a and 11b and the second axes 21a and 21b) to the point P and an angular velocity vector at the point P are shown.
  • the acceleration detection device 40 obtains acceleration data in each of the three axial directions, and the control device 50 obtains angular velocity vectors ( ⁇ 1 ) around the first axes 11a and 11b at the point P from the obtained acceleration data.
  • the angular velocity vector ( ⁇ 2 ) around the second axes 21a and 21b and the gravitational acceleration vector (g) are subjected to component analysis. Further, the angular velocity vector ( ⁇ ) at the point P is analyzed from the angular velocity vector ( ⁇ 1 ) around the first axes 11a and 11b and the angular velocity vector ( ⁇ 2 ) around the second axes 21a and 21b.
  • An acceleration vector at P is calculated.
  • the above analysis can be performed by any method.
  • the angular velocity vector ( ⁇ 1 ) around the first axes 11a and 11b and the angular velocity vector ( ⁇ 2 ) around the second axes 21a and 21b at arbitrary points may be based on detection by the rotation speed detection device. The calculation may be made from the rotational speeds of the first drive device 12 and the second drive device 22.
  • the acceleration vector of the point P is calculated continuously, and integration of the acceleration vector per predetermined time (for example, 10 minutes) is pseudo zero gravity.
  • the driving of the first driving device 12 and the second driving device 22 is controlled by feedback so that the state (approximately 1/1000 G) is obtained. Thereby, a microgravity environment can be generated in a pseudo manner.
  • the ratio of the angular velocity of the first rotator 10 and the angular velocity of the second rotator 20 is set as a specific ratio, and the first driving device 12 is configured to rotate the first rotator 10 and the second rotator 20 at an equal angular velocity.
  • the driving of the second driving device 22 may be controlled.
  • control device 50 controls the rotation of the first rotating body 10 and the second rotating body 20 so that the integral of the acceleration vector at the point P per predetermined time becomes 1 / 6G, whereby the gravity environment in the moon is controlled.
  • various gravitational environments such as 2G and 3G overgravity environments exceeding 1G.
  • the space in the second rotating body 20 can be changed to various gravity environments in addition to the microgravity environment by a simple process. Cost can be reduced.
  • the second driving device 22 is described as being disposed outside the first rotating body 10, but the second driving device 22 is installed on the first rotating body 10, and the slip ring and the brush are used. Control can be similarly performed even in a form in which the second drive device 22 is driven by supplying electric power by a contact-type power supply mechanism such as a configured coupling.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Toys (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Gear Transmission (AREA)
  • Motorcycle And Bicycle Frame (AREA)

Abstract

　重力制御装置（１）は、第１駆動装置の駆動によって第１軸（１１ａ）のまわりを回転する第１回転体（１０）と、第２駆動装置の駆動によって、第１回転体（１０）の回転領域の内側領域にて、第１軸（１１ａ）に直交する第２軸の回りを回転する第２回転体（２０）と、第２回転体（２０）の任意の位置に設置されて加速度を検出する加速度検出装置（４０）と、第１駆動装置及び第２駆動装置の駆動を制御する制御装置（５０）とを備える。制御装置（５０）は、加速度検出装置（４０）で検出された加速度データに基づいて、第１駆動装置及び第２駆動装置の駆動を制御する。

Description

重力制御装置
　本発明は、重力制御装置に関する。
　種々の分野において、重力を制御可能な装置が提案されている。例えば、宇宙での細胞培養実験等から生物の成長は重力に大きく影響を受けることが知られており、地球上においても無重力環境下或いは低重力環境下で細胞培養実験を行い得るよう、重力を変動させて擬似的に微小重力を発生させ得る装置が提案されている。
　例えば、特許文献１に開示されているように、第１回転軸まわりに回転する第１回転体と第１回転軸に直交する第２回転軸まわりに回転する第２回転体とから構成され、３次元的に培養容器を回転させる装置がある。
特開２０１０－１９３９１０号公報
　特許文献１では、複雑な計算式に基づいて第１回転体及び第２回転体の回転を制御しているため、装置の製造コストが高くなるという課題を有する。
　本発明は上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な処理に基づいて第１回転体及び第２回転体の回転を制御可能で製造コストの低減が可能な重力制御装置を提供することにある。
　本発明に係る重力制御装置は、
　第１駆動装置の駆動によって第１軸のまわりを回転する第１回転体と、
　第２駆動装置の駆動によって、前記第１回転体の回転領域の内側領域にて、前記第１軸に直交する第２軸のまわりを回転する第２回転体と、
　前記第２回転体の任意の位置に設置されて加速度を検出する加速度検出装置と、
　前記第１駆動装置及び前記第２駆動装置の駆動を制御する制御装置と、を備え、
　前記制御装置は、前記加速度検出装置で検出された加速度データに基づいて、前記第１駆動装置及び前記第２駆動装置の駆動を制御する、
　ことを特徴とする。
　また、前記制御装置は、下式１から加速度ベクトルを算出し、所定時間当たりの前記加速度ベクトルの積分が所定の値となるように前記第１駆動装置及び前記第２駆動装置の駆動を制御することが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
（式１中、Ａ、ｇ、ｒ及びωは、それぞれ、前記第２回転体の任意の点Ｐにおける加速度ベクトル、前記点Ｐにおける重力加速度ベクトル、前記第１軸及び前記第２軸の交点から前記点Ｐへの距離ベクトル及び前記点Ｐにおける角速度ベクトルを表す。）
　本発明に係る重力制御装置では、簡易な処理で第１回転体及び第２回転体の回転を制御可能であることから、製造コストの低減が可能である。
重力制御装置が作動している状態を示す斜視図である。 重力制御装置の内部構造を示す部分断面図である。
　以下、図を参照しつつ、本実施の形態に係る重力制御装置について説明する。重力制御装置１は、図１、２に示すように、第１回転体１０、第１軸１１ａ、１１ｂ、第１駆動装置収容部３２に収容された第１駆動装置１２、第２回転体２０、第２軸２１ａ、２１ｂ、第２駆動装置収容部３３に収容された第２駆動装置２２、支持台３０、支持部材３１ａ、３１ｂ、加速度検出装置４０、制御装置５０を備える。
　支持台３０から支持部材３１ａ、３１ｂが対向して立設している。この支持部材３１ａ、３１ｂの間に第１回転体１０、第２回転体２０等が支持されている。
　第１回転体１０は、第１軸１１ａ、１１ｂに軸支されている。第１軸１１ａ、１１ｂは同軸上に配置されている。第１軸１１ａの一端が第１回転体１０と連結しており、また、他端が第１駆動装置１２の出力軸１２ａに連結している。第１軸１１ｂは、支持部材３１ａに固定されて第１回転体１０が摺動可能な形態であっても、第１回転体１０に固定されて支持部材３１ａに対して摺動可能な形態であってもよい。このような構成により、第１駆動装置１２が駆動すると出力軸１２ａに連結した第１軸１１ａが回転し、第１回転体１０が第１軸１１ａ、１１ｂまわりに回転する。
　第１回転体１０は、ここでは矩形の枠体であり、第１回転体１０の回転領域の内側領域には、第２回転体２０が配置されて回転可能な程度の空間を有している。
　第１回転体１０の対向する枠それぞれに、第２軸２１ａ、２１ｂがそれぞれ取り付けられている。第２軸２１ａ、２１ｂは同軸上に配置されている。この第２軸２１ａ、２１ｂに第２回転体２０が取り付けられている。
　第２軸２１ａの一端は第２回転体２０に連結しており、また、他端が傘歯車２８に連結している。傘歯車２８が回転すると、第２回転体２０は第１回転体１０の内側領域にて回転する。第２軸２１ｂは、一端が第２回転体２０に連結しており、また、他端は第１回転体１０に摺動可能に取り付けられている。
　第２回転体２０は、微小重力環境や過重力環境等、種々の重力環境下におきたいものが取り付けられる場である。例えば、第２回転体２０には、細胞培養用の密封型の培養容器が取り付けられ、微小重力環境や過重力環境等、種々の重力環境下にて細胞の培養実験を行うことができる。第２回転体２０への培養容器の取り付けは、第２回転体２０の任意の箇所に紐やゴム、固定具などを用いて固定される。また、第２回転体２０には、細胞容器取り付け用の取り付け部が形成されていてもよい。
　第２駆動装置２２は、支持部材３１ａに設置されている。第２駆動装置２２の出力軸２２ａが第１軸１１ａ、１１ｂと平行に設置されており、出力軸２２ａには、歯車２３が設置されている。歯車２３は、第１軸１１ｂに摺動可能に取り付けられた歯車２４と噛み合うよう設置されている。
　歯車２４は第１回転体１０の内部に配置される傘歯車２５と一体的に形成されている。歯車２４及び傘歯車２５には第１軸１１ｂが貫通しており、歯車２４及び傘歯車２５が第１軸１１ｂに対して摺動可能に構成されている。
　第１回転体１０の内部には、第２駆動装置２２からの駆動力を第２軸２１ａへ伝達する回転力伝達部材２６、２７が配置されている。
　回転力伝達部材２６は、シャフト２６ｂの両端に傘歯車２６ａ、２６ｃがそれぞれ取り付けられて構成されている。シャフト２６ｂは、第１回転体１０に摺動可能に設置されるとともに、第１軸１１ａに対して垂直に（第２軸２１ａ、２１ｂに対して平行に）設置されている。
　一方、回転力伝達部材２７は、シャフト２７ｂの両端に傘歯車２７ａ、２７ｃがそれぞれ取り付けられて構成されている。シャフト２７ｂは、第１回転体１０に摺動可能に設置されるとともに、第１軸１１ａに対して平行に（第２軸２１ａ、２１ｂに対して垂直に）設置されている。
　回転力伝達部材２６の傘歯車２６ｃは第１軸１１ｂに取り付けられている傘歯車２５と噛み合っている。また、傘歯車２６ａは、回転力伝達部材２７の傘歯車２７ａと噛み合っている。また、傘歯車２７ｃは第２回転体２０に連結している第２軸２１ａに取り付けられた傘歯車２８と噛み合っている。
　第１駆動装置１２及び第２駆動装置２２は、第１回転体１０、第２回転体２０に回転力を供給可能な電動の駆動装置が用いられ、例えば、出力軸１２ａ、２２ａの回転を高精度に制御可能なサーボモータ、ステッピングモータ等のモータが用いられる。
　加速度検出装置４０は、第２回転体２０の任意の位置に設置され、第２回転体２０の任意の位置の加速度を検出する。加速度検出装置４０として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３方向の加速度をそれぞれ検出可能な３軸加速度センサが用いられる。
　制御装置５０は、第１駆動装置１２及び第２駆動装置２２のそれぞれの回転数を制御し、第１回転体１０及び第２回転体２０の回転数を制御する。
　制御装置５０は、加速度検出装置４０で検出された加速度データに基づき、第１駆動装置１２及び第２駆動装置２２の駆動を制御する。
　なお、加速度検出装置４０と制御装置５０とは、無線で加速度データを通信可能な形態であることが好ましい。この場合、加速度検出装置４０が無線送信部を備え、一方の制御装置５０が無線受信部を備える。
　また、加速度検出装置４０は、内蔵の蓄電池を備え、外部から無線で電力伝送を受けて、加速度の検出及び制御装置５０への送信を行い得る形態であることが好ましい。この場合、支持台３０や支持部材３１ａ、３１等、任意の箇所に加速度検出装置４０に電力伝送を行い得る装置を備える。電力伝送の方式として、電波方式、電磁誘導方式、電磁界共鳴方式など公知の方式が用いられ得る。
　続いて、制御装置５０による第１回転体１０、第２回転体２０の回転制御について説明する。
　第１駆動装置１２及び第２駆動装置２２が駆動して、第１回転体１０及び第２回転体２０がそれぞれ回転している間、継続的に加速度検出装置４０が３軸方向の加速度を検出する。
　この検出された加速度データは、制御装置５０に送信される。制御装置５０では、送信された加速度データに基づき、式１を用いて加速度ベクトルを算出する。加速度検出装置４０が設置されている箇所を点Ｐとした場合、式１中のＡ、ｇ、ｒ及びωは、それぞれ、点Ｐにおける加速度ベクトル、点Ｐにおける重力加速度ベクトル、第２回転体の中心（第１軸１１ａ、１１ｂ及び第２軸２１ａ、２１ｂの交点）から点Ｐへの距離ベクトル及び点Ｐにおける角速度ベクトルを表している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　加速度検出装置４０では、３軸方向のそれぞれの方向の加速度データが得られ、制御装置５０では、得られたそれぞれの加速度データから点Ｐにおける第１軸１１ａ、１１ｂまわりの角速度ベクトル（ω１）、第２軸２１ａ、２１ｂまわりの角速度ベクトル（ω２）、並びに重力加速度ベクトル（ｇ）が成分解析される。また、第１軸１１ａ、１１ｂまわりの角速度ベクトル（ω１）及び第２軸２１ａ、２１ｂまわりの角速度ベクトル（ω２）から点Ｐにおける角速度ベクトル（ω）が解析され、式１に基づいて点Ｐにおける加速度ベクトルを算出する。なお、上記の解析は任意の手法で行い得る。また、任意の点における第１軸１１ａ、１１ｂまわりの角速度ベクトル（ω１）、第２軸２１ａ、２１ｂまわりの角速度ベクトル（ω２）は、回転数検出装置による検出に基づく形態であっても、第１駆動装置１２及び第２駆動装置２２の回転数から算出する形態であってもよい。
　そして、第１回転体１０及び第２回転体２０が回転している最中、継続して点Ｐの加速度ベクトルが算出され、所定時間あたり（例えば、１０分間）の加速度ベクトルの積分が擬似無重力状態（およそ１／１０００Ｇ）となるように、フィードバックして第１駆動装置１２及び第２駆動装置２２の駆動を制御する。これにより、擬似的に微小重力環境を生成させ得る。例えば、第１回転体１０の角速度と第２回転体２０の角速度の比を特定の比とし、第１回転体１０及び第２回転体２０をそれぞれ等角速度で回転させるよう、第１駆動装置１２及び第２駆動装置２２の駆動を制御してもよい。
　また、制御装置５０が所定時間あたりの点Ｐにおける加速度ベクトルの積分が１／６Ｇとなるよう、第１回転体１０及び第２回転体２０のそれぞれの回転を制御することで月における重力環境の再現のほか、２Ｇや３Ｇなど１Ｇを超える過重力環境など多彩な重力環境を擬似的に再現することも行い得る。
　このように、本実施の形態に係る重力制御装置１では、簡易な処理で第２回転体２０内の空間を微小重力環境のほか、種々の重力環境にすることができ、重力制御装置１のコストの低減が可能である。
　なお、上記では、第２駆動装置２２が第１回転体１０の外部に配置された例をとって説明したが、第２駆動装置２２が第１回転体１０に設置され、スリップリング及びブラシから構成されるカップリング等の接触式給電機構によって電力を供給して第２駆動装置２２を駆動させる形態であっても同様に制御可能である。
　本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
　本出願は、２０１３年６月１３日に出願された日本国特許出願２０１３－１２４７７７号に基づく。本明細書中に、日本国特許出願２０１３－１２４７７７号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
　　１　　重力制御装置
　１０　　第１回転体
　１１ａ、１１ｂ　第１軸
　１２　　第１駆動装置
　１２ａ　出力軸
　２０　　第２回転体
　２１ａ、２１ｂ　第２軸
　２２　　第２駆動装置
　２２ａ　出力軸
　２３　　歯車
　２４　　歯車
　２５　　傘歯車
　２６　　回転力伝達部材
　２６ａ　傘歯車
　２６ｂ　シャフト
　２６ｃ　傘歯車
　２７　　回転力伝達部材
　２７ａ　傘歯車
　２７ｂ　シャフト
　２７ｃ　傘歯車
　２８　　傘歯車
　３０　　支持台
　３１ａ、３１ｂ　支持部材
　３２　　第１駆動装置収容部
　３３　　第２駆動装置収容部
　４０　　加速度検出装置
　５０　　制御装置

Claims (2)

  1. 　第１駆動装置の駆動によって第１軸のまわりを回転する第１回転体と、
    　第２駆動装置の駆動によって、前記第１回転体の回転領域の内側領域にて、前記第１軸に直交する第２軸のまわりを回転する第２回転体と、
    　前記第２回転体の任意の位置に設置されて加速度を検出する加速度検出装置と、
    　前記第１駆動装置及び前記第２駆動装置の駆動を制御する制御装置と、を備え、
    　前記制御装置は、前記加速度検出装置で検出された加速度データに基づいて、前記第１駆動装置及び前記第２駆動装置の駆動を制御する、
    　ことを特徴とする重力制御装置。
  2. 　前記制御装置は、下式１から加速度ベクトルを算出し、所定時間当たりの前記加速度ベクトルの積分が所定の値となるように前記第１駆動装置及び前記第２駆動装置の駆動を制御する、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
    （式１中、Ａ、ｇ、ｒ及びωは、それぞれ、前記第２回転体の任意の点Ｐにおける加速度ベクトル、前記点Ｐにおける重力加速度ベクトル、前記第１軸及び前記第２軸の交点から前記点Ｐへの距離ベクトル及び前記点Ｐにおける角速度ベクトルを表す。）
    　ことを特徴とする請求項１に記載の重力制御装置。
PCT/JP2014/065704 2013-06-13 2014-06-13 重力制御装置 WO2014200084A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201480032605.7A CN105283537A (zh) 2013-06-13 2014-06-13 重力控制装置
DK14811696.5T DK3009499T3 (en) 2013-06-13 2014-06-13 GRAVITY CONTROL DEVICES
EP14811696.5A EP3009499B1 (en) 2013-06-13 2014-06-13 Gravity control device
CA2912843A CA2912843C (en) 2013-06-13 2014-06-13 Gravity control device
US14/893,041 US9494949B2 (en) 2013-06-13 2014-06-13 Gravity control device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013-124777 2013-06-13
JP2013124777A JP6230097B2 (ja) 2013-06-13 2013-06-13 重力制御装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014200084A1 true WO2014200084A1 (ja) 2014-12-18

Family

ID=52022370

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/065704 WO2014200084A1 (ja) 2013-06-13 2014-06-13 重力制御装置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9494949B2 (ja)
EP (1) EP3009499B1 (ja)
JP (1) JP6230097B2 (ja)
CN (1) CN105283537A (ja)
CA (1) CA2912843C (ja)
DK (1) DK3009499T3 (ja)
WO (1) WO2014200084A1 (ja)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101737048B1 (ko) 2016-03-21 2017-05-17 서울대학교 산학협력단 3차원 회전기의 중력모사방법
CN107521724B (zh) * 2017-08-11 2019-07-05 慈维昊 加速度平衡装置
WO2019202178A1 (es) 2018-04-18 2019-10-24 Ingesea Automation Sl Aparato y método para la generación de microgravedad
JP7116417B2 (ja) * 2018-05-30 2022-08-10 国立大学法人 東京大学 青果物の鮮度保持方法
KR102119315B1 (ko) * 2018-09-12 2020-06-04 한국산업기술대학교산학협력단 미소중력 모사 장치
CN109229427B (zh) * 2018-10-29 2020-05-22 浙江大学 一种皮卫星太阳能帆板双自由度转动模拟装置
CN110004046B (zh) * 2019-03-27 2023-11-24 中国人民解放军第四军医大学 一种基于三维旋转的变重力细胞实验装置
KR20220023200A (ko) 2020-08-20 2022-03-02 주식회사 엘엑스세미콘 입출력 비례 아날로그 디지털 변환 회로
WO2023091640A1 (en) * 2021-11-19 2023-05-25 The University Of Toledo Adjustable gravity simulator for tissue and organ culturing

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62185698U (ja) * 1986-05-20 1987-11-26
JPH0436000U (ja) * 1990-07-24 1992-03-25
JP2000079900A (ja) * 1998-07-09 2000-03-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 軌道生成装置及び擬似無重力状態生成装置
JP2007131261A (ja) * 2005-11-14 2007-05-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 擬似無重力状態生成装置、及び、擬似無重力状態生成装置の調整方法
JP2008273276A (ja) * 2007-04-26 2008-11-13 Nagao System:Kk クリノスタット
JP2010193910A (ja) 2010-06-14 2010-09-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 多能性幹細胞の培養方法、多能性幹細胞の培養システム、及び多能性幹細胞培養装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3597598A (en) * 1964-12-14 1971-08-03 North American Rockwell Method and means for transforming the acceleration signals generated by accelerometers in a first coordinate system into acceleration signals in a second coordinate system
US6729197B2 (en) * 2001-05-15 2004-05-04 Willis A. Adcock Gyroscopic torque converter
JP2003070458A (ja) * 2001-09-04 2003-03-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ３次元クリノスタット、細胞培養装置、生物育成装置、及び材料形成装置
JP4817362B2 (ja) * 2003-08-19 2011-11-16 独立行政法人国立循環器病研究センター 立体表面を有する基質への均一な細胞播種装置および方法
JP4719066B2 (ja) * 2006-04-20 2011-07-06 三菱重工業株式会社 擬似無重力状態生成装置及び制御方法
WO2009068994A2 (en) * 2007-11-26 2009-06-04 Ultrathera Technologies, Inc. Vestibular stimulation systems and methods of use
JP5455191B2 (ja) * 2009-04-08 2014-03-26 任天堂株式会社 姿勢算出装置、姿勢算出プログラム、姿勢算出システム、および姿勢算出方法
JPWO2011114620A1 (ja) * 2010-03-16 2013-06-27 日本電気株式会社 関心度計測システム
JP2011213138A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Sumitomo Precision Prod Co Ltd 擬似無重力生成装置
JP5511088B2 (ja) * 2011-03-30 2014-06-04 Ｋｄｄｉ株式会社 自律測位に用いる重力ベクトルを補正する携帯装置、プログラム及び方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62185698U (ja) * 1986-05-20 1987-11-26
JPH0436000U (ja) * 1990-07-24 1992-03-25
JP2000079900A (ja) * 1998-07-09 2000-03-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 軌道生成装置及び擬似無重力状態生成装置
JP2007131261A (ja) * 2005-11-14 2007-05-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 擬似無重力状態生成装置、及び、擬似無重力状態生成装置の調整方法
JP2008273276A (ja) * 2007-04-26 2008-11-13 Nagao System:Kk クリノスタット
JP2010193910A (ja) 2010-06-14 2010-09-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 多能性幹細胞の培養方法、多能性幹細胞の培養システム、及び多能性幹細胞培養装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NAOTAKA KOMATSU ET AL.: "The Development of 3D Clinostat in Mitsubishi Heavy Industries", BIOLOGICAL SCIENCES IN SPACE, vol. 12, no. 3, 1998, pages 316 - 317, XP008182028 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3009499B1 (en) 2018-04-25
CA2912843A1 (en) 2014-12-18
US9494949B2 (en) 2016-11-15
DK3009499T3 (en) 2018-07-16
JP2015000008A (ja) 2015-01-05
EP3009499A4 (en) 2016-12-07
CA2912843C (en) 2019-03-19
JP6230097B2 (ja) 2017-11-15
CN105283537A (zh) 2016-01-27
US20160103454A1 (en) 2016-04-14
EP3009499A1 (en) 2016-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6230097B2 (ja) 重力制御装置
JP6310569B2 (ja) 支持機構
Wright et al. The spherical-actuator-magnet manipulator: A permanent-magnet robotic end-effector
US9527207B2 (en) Dexterous telemanipulator system
JP6249361B2 (ja) 細胞培養用重力変動装置
JP2016519624A (ja) ペイロード搭載プラットフォーム
JP5640716B2 (ja) 情報処理装置及び情報処理システム
JP2014205196A (ja) ロボット、ロボット制御装置およびロボットシステム
US8904900B2 (en) Articulated mechanical arm equipped with a passive device for compensation for gravity
Kivrak Design of control systems for a quadrotor flight vehicle equipped with inertial sensors
WO2015025229A3 (en) Apparatus for single degree of freedom inertial measurement unit platform rate isolation
Wright et al. A spherical-magnet end-effector for robotic magnetic manipulation
US10633083B2 (en) Unmanned aerial vehicle and method for driving an unmanned aerial vehicle
Ioi et al. Development of a compact and rapid wall-climber
Zevering et al. Luna-a laser-mapping unidirectional navigation actuator
Toyoshima et al. Spin acceleration mechanism for wave energy converter using gyroscopic effect and geared feedback
Nohmi et al. Simulation analysis of a tethered space robot for space experiment on sounding rocket by JAXA/ISAS
KR101996465B1 (ko) 3자유도 회전 운동 구현 장치
JP2012023869A (ja) アクチュエータ
US20150053024A1 (en) Torque measuring apparatus using magnetic bodies
RU149512U1 (ru) Шасси для робота
WO2014207263A1 (es) Generador de par giroscópico y conjunto medidor de par dinámico
JP6228837B2 (ja) マニピュレータ駆動制御装置
JP2007202284A (ja) 作用力発生装置
Meyhofer et al. CHIMP: CMU Highly Intelligent Mobile Platform

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201480032605.7

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14811696

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2912843

Country of ref document: CA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14893041

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014811696

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE