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【再投稿】吊り合いの取れた時の動力

2019/02/27 09:22

またまたお世話になります。
先日表記内容で投稿させていただき、あるところまでは理解できてベストアンサーも選ばさせていただきました。
しかしその後、教えていただいた考え方で進めていきましたが、やはり最後の段階で計算ができなくなり、再投稿させていただきます。
要は、質量のある物を持ち上げる際、動いていれば動力(電力、仕事率)は算出可能なのですが、持ち上げているアクチュエータ(焼けない物)が徐々に動力を落として行き停止した場合、物理学的には仕事をしていないので動力としては「０」になるのですが、機械的なブレーキなどは使わない時、アクチュエータに動力を与えていないと質量のある物は落下します。
そのちょうど吊り合いの取れた時(停止している時)に、アクチュエータに与えている動力は何Ｗ(ワット)なのか、計算の方法を教えていただきたく思います。
動く距離も時間も「０」になるので、一般の公式では破綻します。
ヒントは以前いただいておりますが、挫折してしまいました。
何卒宜しくお願い致します。

apollo13_1960

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質問者が選んだベストアンサー

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lumiheart

2019/03/02 16:43

回答No.15

ドローンが単体で空中でホバリング静止してる時の電力と
ドローンが１０ｋｇのワークを掴んで空中でホバリング静止してる時の電力の差は
https://viva-drone.com/delivery-drones/

ロボットが単体で姿勢を保つ時の電力と
ロボットが１０ｋｇのワークを掴んで静止してる時の電力の差と等しい
http://www.e-mechatronics.com/product/robot/picking_packing/index.html

ハズだよね？

ただ腕を上げてその姿勢を保つためのエネルギと
１０ｋｇのバーベルを持ち上げてその姿勢を保つためのエネルギの差は
上記２点の差と等しい　ハズだよね？

普通の三相誘導モータは軸が回らないように固定するとモータが焼損する
この考え方は正しいけれど
この考え方から抜けれ出れないと、本件の答えは出せない

ところで
ロボットの腕のサーボモータは普通の三相誘導モータじゃないよ
サーボモータはオープンループのステッピングモータとは違うよ
ロボットの腕が静止してるのはメカブレーキで固定してるんじゃないよ

クローズドループのサーボモータは軸を固定した状態でも最大トルクを発生して
コイルは焼損しないよ
位置制御ループと電流制御ループの２つで軸が固定したまま最大トルクを保持できる
http://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/drv/servo/pmerit/mr_jn/motor/torque.html
ゼロｒｐｍで最大トルクが出せる
まぁ、その状態のまま長時間放置するとさすがに加熱するけど数分程度なら何の問題も無い

お礼

2019/03/04 19:31

皆様、貴重な時間を使って私の愚問にお付き合いいただき、ありがとうございます。
御礼が遅れて大変申し訳ありません。(出張が多いもので・・・)
どうやら私が求めている「一般的な公式」とやらは無いわけですね。
ドローンの例えは私が一番表したかった表現です。
ホバリングしている時は吊り合っているわけで、一般的な公式で考えると「０」なんですが、ドローンは動力を消費している。
であれば、エネルギ保存則に則って考えれば、ドローンだろうが何だろうが、吊り合いを保つためのエネルギと入れたエネルギの和は等しくなるので、一般的に算出できる公式があっても良いのではと思っていたのですが、そうではないとのこと。
未だに不思議なのですが、どなたかが書かれていましたが、混乱するだけなので少し頭を冷やしてみます。
ドローンならドローンでの動力を求め、サーボならサーボでの動力を求めると言う方法になると言うことを言われておられると感じ取りました。
また何かあればお願いいたします。
この場をお借りして御礼申し上げます。
ありがとうございました。

質問者

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その他の回答（15件中 1～5件目)

nowane4649

2019/03/02 13:36

回答No.14

系全体のエネルギー増減の話、つまり、リフトは
が行うべき「仕事」の話と、リフト駆動源のエネルギー消費(エネルギー損失)をごっちゃにしている人が出ていますね。

リフトがワークの加速や上昇を行うときに必要とする「仕事」というのは、簡単に計算出来ます。
単にエネルギー保存則に基づいて収支計算すれば良いだけですから。
質問者のいう加速時動力や上昇時動力に公式は此方に該当します？

一方で、リフト駆動源は電気など、何らかのエネルギーを運動エネルギー・位置エネルギーに変換するわけですが、そのもの変換には常に損失を伴います。
質問者が知りたい位置保持における必要動力、つまり、エネルギー消費はこちらに該当します。
こちらは、何がどのようになって損失が発生するのかを知らなければ、計算を行うことは出来ません。
例えば、モーターを例に出せば、超伝導配線を用いることができれば、一定トルクを生じさせて、静止というのはエネルギー消費ゼロで実現出来ます。逆に、理想絶縁体でコイルを作れば、無限大のエネルギー消費を要求されます。つまり、コイル材質の抵抗率が分からないと計算出来ない訳です。
同様に、永久磁石を利用するモーターにおいて、使う永久磁石が弱いフェライト磁石なのか、強いネオジム磁石なのかで所定トルクの発生に必要な電流が変わってきます。やはり、使う磁石の強さが分からないと計算出来ないわけです。

また、静止させる方法によってもエネルギー消費は変化します。
ステッピングモーターでの特定位置への静止や、トルクモーターでの突き当て静止においては、必要トルク「以上」のトルクを発生させることになります。なので、余剰トルクをどれだけ発生させるかでも、エネルギー消費は変わってくるのです。

なので、質問者の知りたい情報は、モーターの軸拘束時の電流ー発生トルク特性およびコイル抵抗率、アクチュエータの逆効率、安全率が分からないと何も言えないのです。

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お礼する質問者

02526956

2019/03/02 10:43

回答No.13

再出です。
質問に対しての回答になっていませんでした。
停止している時の考えは動力ではなく、力や荷重で検討することになるのではないでしょうか。

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02526956

2019/03/02 10:35

回答No.12

停止した時の効率が0で説明できませんか。
重量挙げでバーベルを床かから持ち上げた時は仕事をしていますが、頭上で停止した時は仕事はしていません。
でも、そのままでいると人は汗をかきます。
入力（汗をかく）があるものの、バーベルは動かない（出力が0）。
これと同じではないでしょうか。

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お礼する質問者

lumiheart

2019/03/01 23:22

回答No.11

動かない物の動力はゼロの呪縛から抜けれない方々の為に

空中でホバリング静止してるドローンの動力はゼロなのか？
https://www.droneskyfish.com/entry/2018-best-drone

油圧プレスで型締め点で圧力保持してる状態の油圧ポンプの動力はゼロか？
https://www.kousakukikai.tech/pressbrake/

真空中を飛ぶイオンエンジンの出力はゼロか？
http://spaceinfo.jaxa.jp/hayabusa/about/principle2.html

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お礼する質問者

ohkawa3

2019/03/01 22:36

回答No.10

回答(1)再再再出
回答(9)さんの記述に賛同いたします。
多様な視点からこれ以上の回答がついても、ご判断に困るでしょうから、いったん締め切ったら如何でしょうか？

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