NANO-SCALE STAGE

精密位置決めステージは，「人類史上最も精密な機械」といわれる半導体集積回路(IC)やフラットパネルディスプレイ(FPD)製造装置の中核部品です。ステージの位置決め精度とスループットが，ICやFPDの性能と価格を決定づけているため，「高速高精度位置決め」が常に求められています。

ところが，生産性向上のためにステージを高速駆動させると，1) 振動，2) 軸間干渉，3) アクチュエータの質量増大といった問題があります。そこで1) 高次共振まで考慮したフィードフォワード・フィードバック制御，2) 非干渉化制御，3) 新たなステージ構造の提案，などを行っています。その検証のため，エアガイドにより浮上し高分解能（1nm）のセンサを持ち，リニアモータにより駆動されるナノステージ１～３号機を用いて実験を行い，有効性が実証されました。

ステージの位置決め精度を高めるためには様々な外乱を除去する必要があります。機械共振は設計により，摩擦による外乱はエアガイドを用いることにより解決できますが，ステージを動かすためのモータや各種センサに電力を給電するためのケーブルによる外乱は除去することが難しいとされてきました。

そこで本研究室で研究されているワイヤレス給電技術をステージに適用し，モータ及びセンサをワイヤレス給電により動作させることを目指しています。これによりステージにおいて長年の課題であったケーブル外乱を完全に抜本的に解決することができます。

様々な機械部品・装置を創り出すことからマザーマシンと呼ばれる工作機械。工作機械の加工精度を左右するボールねじ駆動ステージの精密位置決め制御及び加工時における振動の抑制を行っています。

・高精度システム同定

最適マルチサイン加振を用いて高周波まで高いS/N比で同定する事ができます。位置やワークの質量の変化による伝達関数の変動を考慮したモデリングを研究しています。

・高精度摩擦同定

ボールねじとリニアガイドの摩擦を分離したモデリングの研究をしています。これを用いて高い精度の摩擦補償が可能になります。

このモータベンチは，2慣性系と呼ばれる1次の共振を表現する系にモデリングできます。2慣性系の制御問題は，その汎用性から古くて新しい問題として30年以上前から現在に至るまで，共振抑制制御，減速器によるバックラッシ等の非線形性の補償等，広く研究されてきました。

我々のグループでは，2慣性系にモデリングできる産業界の装置（工作機械ステージや産業用ロボット）において，負荷側（減速器出力側）にエンコーダや広帯域な軸トルクセンサが装着され始めたことを踏まえ，それらのセンサ情報を有効に活用する新たな制御法の提案や実験検証を行っています。特に近年注目を集めている，柔軟な動きにより人との協働を可能にする力制御法の研究に取り組んでおります。