JP2014093790A - 駆動装置及びロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】共振を発生させること無く回転駆動力を得ることが可能な駆動装置及びロボット装置を提供する。
【解決手段】回転子１０と、当該回転子１０に対して回転力を作用させる作用部と、回転子１０と作用部との間を回転力伝達状態とする第一駆動部２１と、回転力伝達状態において回転子１０が回転する方向に作用部を移動させる第二駆動部２２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動装置及びロボット装置に関する。

例えば旋回系機械を駆動させる駆動装置として、超音波モータが知られている。超音波モータは、圧電素子を超音波駆動し、これによって生じる圧電素子の振動を用いて機械系を共振させ、共振により増幅したストロークによって回転駆動力を得る構成となっている。

特開平２−３１１２３７号公報

しかしながら、機械系の共振状態を発生させるためには、振動部分やその直近部分の寸法、弾性係数、密度などの条件を最適化させる必要がある。また、機械系を実際に振動させる場合においては共振周波数が極めて狭い範囲に限定されるため、機械系の寸法に誤差が含まれる場合には個別の調整が必要になる。このように、機械系を共振させるには現実的には容易ではない。このため、共振を発生させること無く回転駆動力が得られる駆動装置が求められている。

以上のような事情に鑑み、本発明によれば、共振を発生させること無く回転駆動力を得ることが可能な駆動装置及びロボット装置を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様に従えば、回転子と、当該回転子に対して回転力を作用させる作用部と、回転子と作用部との間を回転力伝達状態とする第一駆動部と、回転力伝達状態において回転子が回転する方向に作用部を移動させる第二駆動部とを備える駆動装置が提供される。

本発明の第二の態様に従えば、可動体と、当該可動体を駆動する駆動装置とを備え、駆動装置として、本発明の第一の態様に従う駆動装置が用いられているロボット装置が提供される。

本発明の態様によれば、共振を発生させること無く回転駆動力を得ることが可能となる。

第一実施形態に係る駆動装置の一例を示す平面図。 本実施形態に係る駆動装置の側断面図。 本実施形態に係る駆動ユニットの構成を拡大して示す側面図。 本実施形態に係る第一駆動部の動作を説明するための図。 本実施形態に係る第一駆動部の動作を説明するための図。 本実施形態に係る第二駆動部の動作を説明するための図。 本実施形態に係る第二駆動部の動作を説明するための図。 第一駆動部及び第二駆動部に対する駆動信号の一例を示すグラフ。 第一駆動部及び第二駆動部に対する駆動信号の一例を示すグラフ。 駆動装置の動作を説明するための図。 駆動装置の動作を説明するための図。 第一駆動部及び第二駆動部に対する駆動信号の一例を示すグラフ。 第二実施形態に係るロボット装置の一部の構成を示す図。 変形例に係る回転子の構成を示す図。 変形例に係る回転子及び駆動ユニットの構成を示す図。 変形例に係る回転子及び駆動ユニットの構成を示す図。 第一駆動部及び第二駆動部に対する駆動信号の一例を示すグラフ。 第一駆動部及び第二駆動部に対する駆動信号の一例を示すグラフ。 第一駆動部及び第二駆動部に対する駆動信号の一例を示すグラフ。

［第一実施形態］
以下、図面に基づき、本発明の第一実施形態を説明する。
図１は、本実施形態に係る駆動装置１００の一例を示す平面図である。図２は、駆動装置１００の側断面図である。
図１及び図２に示すように、駆動装置１００は、回転子１０と、当該回転子１０を回転させる駆動ユニット２０と、当該駆動ユニット２０を収容する筐体３０と、駆動ユニット２０を制御する制御部ＣＯＮＴと、を備えている。

以下、各図の説明においてはＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。回転子１０の回転軸の軸線方向をＺ軸方向とし、当該Ｚ軸方向に垂直な平面上の直交方向をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸周りの回転（傾斜）方向（周方向）をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。

回転子１０は、例えばステンレスなどの金属材料を用いて形成されている。回転子１０は、円筒状に形成されており、中心軸ＡＸの軸線方向がＺ方向に平行になるように配置されている。回転子１０は、ベアリング部３３、３４によって回転可能に支持されている。なお、ベアリング部３３、３４は、筐体３０に支持されている。回転子１０は、中心軸ＡＸを中心としてθＺ方向に回転可能に設けられている。

回転子１０の外周面１０ａには、フランジ部（突出部）１１、１２及び突起部１３が形成されている。フランジ部１１、１２は、駆動ユニット２０の先端部２０ｂをＺ方向に挟むように、Ｚ方向に並んで配置されている。フランジ部１１、１２は、回転子１０の中心軸ＡＸの軸線方向に直交する方向に突出している。フランジ部１１、１２は、例えば円環形状を有している。フランジ部１１、１２は、それぞれＸＹ平面にほぼ平行に設けられている。フランジ部１１、１２は、回転子１０と一部材で設けられた構成であってもよいし、回転子１０とは別部材で一体的に回転可能に設けられた構成であってもよい。

フランジ部１１、１２は、Ｚ方向について互いに対向する第一面（作用面）１１ａ、１２ａと、互いに反対方向に向けられた第二面１１ｂ、１２ｂと、をそれぞれ有している。フランジ部１１の第一面１１ａは、平坦に形成されている。一方、フランジ部１２の第一面１２ａには、凹部１２ｃが形成されている。凹部１２ｃは、−Ｚ方向視において円環状に形成されている。フランジ部１２のうち凹部１２ｃが形成された部分はＺ方向の厚さが薄くなるため、フランジ部１２がＺ方向に変形しやすくなっている。例えば、当該薄くなった部分をＺ方向に撓ませることにより、フランジ部１２の外周側に円環状に形成された縁部１２ｄがＺ方向に平行移動可能となる。

突起部１３は、フランジ部１２に対して−Ｚ側に設けられている。フランジ部１２と突起部１３との間には、付勢部材３５が設けられている。付勢部材３５の＋Ｚ側の端部３５ａは、第二面１２ｂのうち縁部１２ｄに相当する部分に当接されている。付勢部材３５の−Ｚ側の端部３５ｂは、回転子１０の突起部１３に支持されている。付勢部材３５は、フランジ部１２及び突起部１３に対して押圧する方向に弾性力を作用させる。このため第二面１２ｂには、縁部１２ｄを介して＋Ｚ方向の付勢力が作用している。このように、フランジ部１２の第二面１２ｂは、付勢部材３５によって＋Ｚ方向に付勢されている。第二面１２ｂの付勢力により、駆動ユニット２０の先端部２０ｂが＋Ｚ方向に押圧された状態となっている。

駆動ユニット２０は、第一駆動部２１と、第二駆動部２２と、パッド（作用部）２３、２４と、支持部２５とを有している。駆動ユニット２０は、基部２０ａ、先端部２０ｂ及び接続部２０ｃを有している。基部２０ａは、例えば固定部材２０ｄなどを用いて筐体３０に固定されている。なお、固定部材２０ｄは取り外し可能に設けられている。このため、駆動ユニット２０は、交換可能に筐体３０に固定されている。先端部２０ｂは、フランジ部１１とフランジ部１２との間に配置されている。接続部２０ｃは、基部２０ａと先端部２０ｂとを接続する。

駆動ユニット２０は、回転子１０の回転方向に沿って複数設けられている。本実施形態では、駆動ユニット２０は、回転子１０の中心軸ＡＸを中心としてθＺ方向に等しい角度を空けて６つ設けられている。図１では、図を判別しやすくするため、６つの駆動ユニット２０のうち１つの駆動ユニット２０の構成のみを詳細に示し、他の駆動ユニットについては輪郭のみを一点鎖線で示している。また、６つの駆動ユニット２０は、θＺ方向について同一の姿勢で配置されている。このため、各駆動ユニット２０の先端部２０ｂは、フランジ部１１、１２の間にθＺ方向について等ピッチで配置される。

第一駆動部２１は、駆動ユニット２０の先端部２０ｂに配置されている。第一駆動部２１としては、例えばピエゾ素子などの圧電素子や磁歪素子などの電気機械変換素子が用いられている。第一駆動部２１は、回転子１０の中心軸ＡＸの軸線方向（Ｚ方向）に沿って配置されており、当該軸線方向に伸縮する。

図３は、駆動ユニット２０の構成を拡大して示す側面図である。
図３に示すように、第一駆動部２１の＋Ｚ側端面及び−Ｚ側端面は、支持部２５の第一端部２５ａ及び第二端部２５ｂによって挟まれている。

パッド２３は、第一端部２５ａの＋Ｚ側端面に固定されている。また、パッド２４は、第二端部２５ｂの−Ｚ側端面に固定されている。パッド２３及びパッド２４としては、例えばレジンモールド材や焼結材など、自動車のブレーキパッドに用いられる材料と同一の材料を用いることができる。勿論、自動車のブレーキパッドに用いられる材料とは異なる材料を用いても構わない。パッド２３、２４の材料としては、例えばフランジ部１１、１２の材料よりも耐磨耗性が小さい材料を用いることができる。これにより、フランジ部１１、１２（回転子１０）の耐磨耗性がパッド２３、２４よりも高くなるため，フランジ部１１、１２とパッド２３、２４との間で摩擦が発生する場合には、パッド２３、２４側が磨耗されることになり、フランジ部１１、１２の磨耗を抑制することができる。

パッド２３、２４は、例えば平面視矩形の平坦な板状に形成されている。パッド２３は、例えば第一駆動部２１の伸縮により、フランジ部１１の第一面１１ａに当接される。同様に、パッド２４は、例えば第一駆動部２１の伸縮により、フランジ部１２の第一面１２ａ（縁部１２ｄ）に当接される。パッド２３、２４は、中央部を含むほぼ全面がフランジ部１１の第一面１１ａ及びフランジ部１２の第一面１２ａに対して均一に当接されることになる。フランジ部１１、１２のうちパッド２３、２４の中央部に当接される部分のＺ方向視における回転軌道は、円Ｃとなる（図１に一点鎖線で示す）。本実施形態では、円Ｃは、６つの駆動ユニット２０にそれぞれ設けられたパッド２３、２４の中央部を通過することになる。

パッド２３、２４がそれぞれ第一面１１ａ、１２ａに当接されることにより、パッド２３、２４と第一面１１ａ、１２ａとの間に摩擦力が生じる。このように、パッド２３、２４と第一面１１ａ、１２ａとの間に摩擦力が生じることにより、パッド２３、２４からフランジ部１１、１２ひいては回転子１０に対して力を伝達可能な状態（回転力伝達状態）となる。本実施形態では、６つの駆動ユニット２０にそれぞれ設けられたパッド２３、２４について、それぞれ回転子１０との間で回転力伝達状態となる。

支持部２５には当該支持部２５をＹ方向に貫通する切り抜き部２５ｓが形成されている。第二駆動部２２は、当該切り抜き部２５ｓの内側に配置されている。第二駆動部２２は、第一駆動部２１に対して−Ｘ側に配置されている。したがって、第一駆動部２１及び第二駆動部２２は、Ｘ方向に並んで配置されている。なお、Ｚ方向視においては、例えば図１に示すように、第一駆動部２１及び第二駆動部２２が円Ｃの接線Ｌ上に配置されている。

第二駆動部２２の＋Ｘ側の端部及び−Ｘ側の端部は、それぞれ切り抜き部２５ｓの内周に固定されている。第二駆動部２２は、接線Ｌに沿って配置されており、当該接線Ｌに平行な方向に伸縮可能である。第二駆動部２２は、例えばピエゾ素子などの圧電素子などの電気機械変換素子や磁歪素子などが用いられている。第二駆動部２２は、Ｘ方向に変形するように配置されている。

第二駆動部２２の伸縮方向の寸法は、第一駆動部２１の伸縮方向の寸法よりも大きい。このため、第二駆動部２２の伸縮量は第一駆動部２１の伸縮量よりも大きくなっている。支持部２５のうち第二駆動部２２の＋Ｚ側及び−Ｚ側には、第二駆動部２２の伸縮によってＸ方向に弾性変形可能な弾性変形部２５ｇが設けられている。当該弾性変形部２５ｇが設けられることにより、第二駆動部２２の伸縮による変位が第一駆動部２１側へ伝達されるようになっている。

また、第二駆動部２２の−Ｘ側には、当該第二駆動部２２に対して＋Ｘ方向の付勢力を作用させる付勢部材２６が設けられている。付勢部材２６は、ボルト部材２７及び支持部材２８によって支持されている。ボルト部材２７は、第二駆動部２２の＋Ｚ側及び−Ｚ側に設けられており、弾性変形部２５ｇをＸ方向に貫通するように配置されている。

支持部材２８は、上記の固定部材２０ｄが取り付けられる部分である。支持部材２８は、図１に示すように、分岐部２８ａを有している。分岐部２８ａは、接線Ｌの−Ｙ側に配置されており、Ｘ方向に延在している。分岐部２８ａの＋Ｘ側の先端２８ｃは、フレクシャ部２８ｂを介して第一駆動部２１に接続されている。分岐部２８ａ、フレクシャ部２８ｂ及び先端２８ｃにより、図１に示す状態からの第一駆動部２１の−Ｙ方向へのズレが抑制されている。

支持部２５は、切り抜き部２５ｓの＋Ｘ側に設けられた切り抜き部２５ｔを有している。切り抜き部２５ｔは、Ｙ方向視においてＨ字状に形成されており、Ｙ方向に支持部２５を貫通するように形成されている。支持部２５には、切り抜き部２５ｔにより、フレクシャ部２５ｃ、２５ｄが形成されている。フレクシャ部２５ｃ、２５ｄは、第一端部２５ａ及び第二端部２５ｂの−Ｘ側に設けられており、図３に示すようにＺ方向の寸法が小さくなっているが、Ｘ方向の寸法及びＹ方向の寸法については、他の部分と同一となっている。

フレクシャ部２５ｃ、２５ｄは、Ｚ方向の力に対してθＹ方向に屈曲するように設けられると共に、Ｘ方向及びＹ方向の力に対しては変形しないようになっている。例えば、第一端部２５ａ及び第二端部２５ｂに対してＺ方向の力が作用する場合、当該Ｚ方向の力によりフレクシャ部２５ｃ、２５ｄがθＹ方向に屈曲する。

また、例えば図１及び図３に示すように、支持部２５は、先端部２０ｂと接続部２０ｃとの間、すなわち、第一駆動部２１と第二駆動部２２との間にフレクシャ部２５ｅを有している。また、支持部２５は、接続部２０ｃと基部２０ａとの間にフレクシャ部２５ｆを有している。フレクシャ部２５ｅ、２５ｆは、Ｙ方向の寸法が他の部分よりも小さくなっているが、Ｘ方向及びＺ方向の寸法については他の部分と同一になっている。このため、フレクシャ部２５ｅ、２５ｆは、Ｙ方向の力に対してθＺ方向に屈曲する。フレクシャ部２５ｅ、２５ｆが設けられることにより、例えば先端部２０ｂが接続部２０ｃとは独立してθＺ方向に移動可能となる。同様に、接続部２０ｃが基部２０ａとは独立してθＺ方向に移動可能となる。

また、図２に示すように、筐体３０は、フランジ部１１の＋Ｚ側に配置された第一部材３１と、フランジ部１２の−Ｚ側に配置された第二部材３２と、第一部材３１と第二部材３２とを連結する連結部材３６と、を有している。第一部材３１は、Ｚ方向視で円形に形成されており、ベアリング部３３を支持する。第二部材３２は、Ｚ方向視で円形に形成されており、ベアリング部３４を支持する。第一部材３１及び第二部材３２の側面は、カバー部材３７によって覆われている。

制御部ＣＯＮＴは、第一駆動部２１及び第二駆動部２２による駆動量や駆動のタイミングなどを制御する。

次に、第一駆動部２１及び第二駆動部２２による駆動力の伝達動作を説明する。
図４及び図５は、第一駆動部２１の動作を説明するための図である。
例えば図４に示すように、第一駆動部２１の駆動を開始する前は、例えばパッド２３、２４がフランジ部１１、１２から離れている。

この状態から、制御部ＣＯＮＴは、第一駆動部２１に対して所定の電圧を印加させ、第一駆動部２１をＺ方向に延伸させる。第一駆動部２１の延伸により、図５に示すように、第一端部２５ａに対して＋Ｚ方向の力が作用し、第二端部２５ｂに対して−Ｚ方向の力が作用する。このため、第一端部２５ａと第二端部２５ｂとの間がＺ方向に広がろうとする。

このとき、フレクシャ部２５ｃ、２５ｄが設けられていることにより、Ｙ方向視においてフレクシャ部２５ｃが山折りの状態となり、フレクシャ部２５ｄが谷折りの状態となるように支持部２５が折れ曲がる。このため、支持部２５に無理な力が加えられること無く、パッド２３、２４がＸＹ平面に平行な状態を維持しつつ、第一端部２５ａが＋Ｚ側に移動し、第二端部２５ｂが−Ｚ側に移動する。

第一端部２５ａ及び第二端部２５ｂの移動により、パッド２３、２４がそれぞれフランジ部１１の第一面１１ａ、フランジ部１２の第一面１２ａに当接される。これにより、パッド２３、２４と第一面１１ａ、１２ａとの間に摩擦力が生じ、パッド２３、２４と回転子１０との間が回転力伝達状態となる。

回転力伝達状態を解消する場合には、制御部ＣＯＮＴは、第一駆動部２１に対して印加している電圧を解除する。これにより、第一駆動部２１は収縮し、パッド２３、２４がフランジ部１１、１２から離れ、図４に示す状態に戻る。なお、上記動作において、第一駆動部２１に電圧が印加されていない場合には、パッド２３、２４がフランジ部１１、１２から離れた状態として説明したが、これに限られることは無く、例えば付勢部材３５の付勢力によってフランジ部１２がパッド２４側に押圧され、当該押圧力によってパッド２３、２４がフランジ部１１、１２に接触した状態となっていてもよい。

図６及び図７は、第二駆動部２２の動作を説明するための図である。
例えば図６に示すように、第二駆動部２２の駆動を開始する前は、第一駆動部２１は第二駆動部２２の伸縮方向上に配置されている。

次に、制御部ＣＯＮＴは、パッド２３、２４とフランジ部１１、１２との間が回転力伝達状態となっているときに、第二駆動部２２をＸ方向に延伸させる。第二駆動部２２のＸ方向への延伸により、図７に示すように、フレクシャ部２５ｅを介して先端部２０ｂが＋Ｘ側に押圧される。この押圧力により、先端部２０ｂが＋Ｘ方向に移動する。先端部２０ｂの移動により、パッド２３、２４が＋Ｘ方向に移動する。パッド２３、２４と第一面１１ａ、１２ａとの間が回転力伝達状態となっているため、当該パッド２３、２４の移動により、第一面１１ａ、１２ａに対して＋Ｘ方向の力が作用する。回転子１０は、この＋Ｘ方向の力を受けて回転する。

一方、回転子１０の回転後もパッド２３、２４と第一面１１ａ、１２ａとの間が回転力伝達状態となっているため、回転子１０の回転により、パッド２３、２４は中心軸ＡＸを中心としてθＺ方向に移動する。本実施形態では、フレクシャ部２５ｅ、２５ｆ及びフレクシャ部２８ｂが設けられているため、パッド２３、２４は回転子１０の回転に追従するようにθＺ方向に移動可能となる。

この状態から、第二駆動部２２の伸縮状態を元に戻す場合には、制御部ＣＯＮＴは、回転力伝達状態を解消した後、第二駆動部２２に対して印加している電圧を解除する。これにより、第二駆動部２２は収縮し、図６に示す状態に戻る。

以上を踏まえ、図８〜図９を参照して、駆動装置１００の動作を説明する。図８は、駆動装置１００の第一駆動部２１及び第二駆動部２２に対する駆動信号の一例を示すグラフである。図８のグラフにおいて、横軸は時間の経過を示しており、縦軸は駆動電圧の大きさ（単位：Ｖ）を示している。

駆動装置１００において、制御部ＣＯＮＴは、パッド２３、２４を回転子１０に接触させてパッド２３、２４と回転子１０との間に摩擦力を生じさせ、回転力伝達状態にするエンゲージ動作（図８の期間ａ）と、回転子１０に接触させたパッド２３、２４を回転子１０の周方向に沿って移動させ回転子１０を回転状態にするドライブ動作（図８の期間ｂ〜期間ｅ）と、回転子１０に対するパッド２３、２４の接触を解消させるリリース動作（図８の期間ｆ）と、パッド２３、２４を所定の位置に復帰させる復帰動作（図８の期間ｇ〜期間ｈ）とを繰り返し行わせる。
まず、エンゲージ動作を説明する。エンゲージ動作において、制御部ＣＯＮＴは、図８の期間ａに示すように第一駆動部２１に対して駆動電圧を所定の増加率で所定値（例、１５０Ｖ）まで高めていき、第一駆動部２１を延伸させる。この動作により、パッド２３、２４がフランジ部１１、１２の第一面１１ａ、１２ａに接触し、パッド２３、２４と回転子１０との間が回転力伝達状態となる。

次に、ドライブ動作を説明する。ドライブ動作において、制御部ＣＯＮＴは、図８の期間ｂ〜期間ｅに示すように、第一駆動部２１に対する駆動電圧を一定（例、１５０Ｖ）にしてパッド２３、２４と回転子１０との間の回転力伝達状態を維持しつつ、第二駆動部２２に対して駆動電圧を所定の増加率で所定値（例、１５０Ｖ）まで高めていき、第二駆動部２２を延伸させる。この動作により、パッド２３、２４と第一面１１ａ、１２ａとの間に摩擦力が発生した状態でパッド２３、２４が移動し、当該移動と共に回転子１０が＋θＺ方向に回転する回転状態となる。

次に、リリース動作を説明する。リリース動作において、制御部ＣＯＮＴは、図８の期間ｆに示すように、第二駆動部２２に対する駆動電圧を一定にしたまま、第一駆動部２１に対して所定の減少率で所定値（例、０Ｖ）まで駆動電圧を減少させ、第一駆動部２１を収縮させる。第一駆動部２１の収縮により、パッド２３、２４と第一面１１ａ、１２ａとが離れた状態になる。この状態においては、パッド２３、２４と回転子１０との間に摩擦力は発生せず、回転子１０は慣性によって回転し続けることになる。

次に、復帰動作を説明する。復帰動作において、制御部ＣＯＮＴは、図８の期間ｇ〜期間ｈに示すように、第一駆動部２１に対する駆動電圧を一定（例、０Ｖ）にしてパッド２３、２４と第一面１１ａ、１２ａとの間を離間させた状態を維持しつつ、第二駆動部２２に対する駆動電圧を所定の減少率で所定値（例、０Ｖ）まで減少させ、第二駆動部２２を収縮させる。第二駆動部２２の収縮により、パッド２３、２４と第一面１１ａ、１２ａとの間が離間したまま、すなわち、摩擦力が発生しないまま、パッド２３、２４が駆動の開始位置（所定位置）へ戻される。

パッド２３、２４が駆動開始位置に戻された後、制御部ＣＯＮＴは、再び上記のエンゲージ動作、ドライブ動作、リリース動作、復帰動作を順に行わせる。このように、制御部ＣＯＮＴが上記各動作を第一駆動部２１及び第二駆動部２２に繰り返し行わせることにより、回転子１０が＋θＺ方向に回転し続けることになる。

本実施形態では、筐体３０に固定された６つの駆動ユニット２０に対して上記動作をそれぞれ行わせる。この場合、６つの駆動ユニット２０のうち回転子１０の回転方向において１つおきに配置される３つを一組として、二組（以下、Ａ組、Ｂ組とする）の各動作をずらして行うようにすることができる。

図９は、第一駆動部２１及び第二駆動部２２に対する駆動信号の一例を示すグラフである。図９のグラフにおいて、横軸は時間の経過を示しており、縦軸は駆動電圧の大きさ（単位：Ｖ）を示している。例えば駆動ユニットＡ２０の第一駆動部２１及び第二駆動部２２に対しては図８に示すように駆動信号を供給し、駆動ユニットＢ２０の第一駆動部２１及び第二駆動部２２に対しては図９に示すように駆動信号を供給することができる。

この場合、図８及び図９に示すように、駆動ユニットＡ２０においてドライブ動作を行っている期間（期間ｂ〜期間ｅ）には、駆動ユニットＢ２０においてリリース動作、復帰動作及びエンゲージ動作を行っている。図１０は、駆動ユニットＡ２０においてドライブ動作が行われる場合の駆動ユニットＡ２０及び駆動ユニットＢ２０の状態を示す図である。図１０に示すように、駆動ユニットＡ２０のパッド２３、２４はフランジ部１１、１２の第一面１１ａ、１２ａに接触しており、駆動ユニットＢ２０のパッド２３、２４は第一面１１ａ、１２ａから離間している。

また、駆動ユニットＡ２０においてリリース動作、復帰動作及びエンゲージ動作を行っている期間（期間ｆ〜期間ａ）には、駆動ユニットＢ２０においてドライブ動作を行っている。図１１は、駆動ユニットＢ２０においてドライブ動作が行われる場合の駆動ユニットＡ２０及び駆動ユニットＢ２０の状態を示す図である。図１１に示すように、駆動ユニットＢ２０のパッド２３、２４はフランジ部１１、１２の第一面１１ａ、１２ａに接触しており、駆動ユニットＡ２０のパッド２３、２４は第一面１１ａ、１２ａから離間している。

このように、駆動ユニットＡ２０と駆動ユニットＢ２０とでドライブ動作を時間的に交互に行うことにより、回転子１０に対して途切れることなく連続してドライブ動作を行わせることができる。

また、上記説明においては、エンゲージ動作、ドライブ動作、リリース動作、復帰動作のそれぞれにおいて、第一駆動部２１及び第二駆動部２２に対する駆動信号の供給を動作毎に区切って行う場合を例に挙げて説明したが、実際には駆動信号を供給してから第一駆動部２１及び第二駆動部２２の伸縮が行われるまでの間にわずかなタイムラグが発生する場合もある。そこで、第一駆動部２１及び第二駆動部２２に対して駆動信号を供給する期間が一部重なるように当該駆動信号を供給するようにしても良い。

図１２は、駆動装置１００の第一駆動部２１及び第二駆動部２２に対する駆動信号の一例を示すグラフである。図１２のグラフにおいて、横軸は時間の経過を示しており、縦軸は駆動電圧の大きさ（単位：Ｖ）を示している。

図１２に示すように、ドライブ動作（期間ｂ〜期間ｈ）を行う際には、例えばエンゲージ動作において第一駆動部２１の駆動電圧が所定値（例、１５０Ｖ）に到達する前（エンゲージ動作が完了する前）に、第二駆動部２２の駆動電圧の印加を開始してもよい（破線２２ａで示す）。

また、リリース動作（期間ｆ）を行う際には、例えばドライブ動作において第二駆動部２２の駆動電圧が所定値（例、１５０Ｖ）に到達する前（ドライブ動作が完了する前）に、第一駆動部２１の駆動電圧の減少を開始しても良い（破線２１ａで示す）。

また、復帰動作（期間ｇ〜期間ｈ）を行う際には、例えばリリース動作において第一駆動部２１の駆動電圧が所定値（例、０Ｖ）に到達する前（リリース動作が完了する前）に、第二駆動部２２の駆動電圧の減少を開始しても良い（破線２２ｂで示す）。

また、エンゲージ動作（期間ａ）を行う際には、例えば復帰動作において第二駆動部２２の駆動電圧が所定値（例、０Ｖ）に到達する前（復帰動作が完了する前）に、第一駆動部２１の駆動電圧の印加を開始しても良い（破線２１ｂで示す）。

上記の動作により、各動作間においてタイムラグの発生を低減させることができ、各動作間の時間的損失を吸収することが可能となる。このため、各動作をスムーズに切り替えることができる。

以上のように、本実施形態によれば、回転子１０と、当該回転子１０に対して回転力を作用させるパッド２３、２４と、回転子１０とパッド２３、２４との間を回転力伝達状態とする第一駆動部２１と、回転力伝達状態において回転子１０が回転する方向にパッド２３、２４を移動させる第二駆動部２２とを備えるので、共振を発生させること無く回転子１０に対して回転駆動力を作用させることができる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
図１３は、上記第一実施形態に記載の駆動装置１００を備えるロボット装置ＲＢＴの一部（指部分の先端）の構成を示す図である。

図１３に示すように、ロボット装置ＲＢＴは、末節部１０１、中節部１０２及び関節部１０３を有しており、末節部１０１と中節部１０２とが関節部１０３を介して接続された構成になっている。関節部１０３には軸支持部１０３ａ及び軸部１０３ｂが設けられている。軸支持部１０３ａは中節部１０２に固定されている。軸部１０３ｂは、軸支持部１０３ａによって固定された状態で支持されている。

末節部１０１は、接続部１０１ａ及び歯車１０１ｂを有している。接続部１０１ａには、関節部１０３の軸部１０３ｂが貫通した状態になっており、当該軸部１０３ｂを回転軸として末節部１０１が回転可能になっている。この歯車１０１ｂは、接続部１０１ａに固定されたベベルギアである。接続部１０１ａは、歯車１０１ｂと一体的に回転するようになっている。

中節部１０２は、筐体１０２ａ及び駆動装置ＡＣＴを有している。駆動装置ＡＣＴとしては、上記実施形態に記載の駆動装置１００を用いることができる。駆動装置ＡＣＴは、筐体１０２ａ内に設けられている。駆動装置ＡＣＴには、回転軸部材１０４ａが取り付けられている。回転軸部材１０４ａの先端には、歯車１０４ｂが設けられている。この歯車１０４ｂは、回転軸部材１０４ａに固定されたベベルギアである。歯車１０４ｂは、上記の歯車１０１ｂとの間で噛み合った状態になっている。

上記のように構成されたロボット装置ＲＢＴは、駆動装置ＡＣＴの駆動によって回転軸部材１０４ａが回転し、当該回転軸部材１０４ａと一体的に歯車１０４ｂが回転する。

歯車１０４ｂの回転は、当該歯車１０４ｂと噛み合った歯車１０１ｂに伝達され、歯車１０１ｂが回転する。当該歯車１０１ｂが回転することで接続部１０１ａも回転し、これにより末節部１０１が軸部１０３ｂを中心に回転する。

このように、本実施形態によれば、駆動装置ＡＣＴとして、共振を発生させること無く回転子に対して回転駆動力を作用させることができる駆動装置１００を搭載することにより、設計容易なロボット装置ＲＢＴが得られる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば、上記実施形態では、回転子１０がパッド２３、２４を接触させるフランジ部１１、１２を有する構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。

図１４は、変形例に係る回転子１０の構成を示す図である。図１４に示すように、回転子１１０の外周面１１０ａに円環状の凹部１１０ｂが設けられた構成であってもよい。当該凹部１１０ｂには、ＸＹ平面に平行な内面１１１、１１２が形成されている。駆動ユニット２０の先端部２０ｂは、凹部１１０ｂの内部に配置されており、第一駆動部２１が伸縮することにより、パッド２３、２４が内面１１１、１１２に当接したり内面１１１、１１２から離間したりすることが可能である。第二駆動部２２を含む他の構成については、第一実施形態と同様となっている。この構成によれば、上記第一実施形態と同様に、共振を発生させること無く、回転子１１０の回転駆動力を得ることができる。

また、上記実施形態では、離間して設けられた２つのフランジ部１１、１２の間に駆動ユニット２０の先端部２０ｂを配置させ、第一駆動部２１を延伸させることでパッド２３、２４をフランジ部１１、１２の第一面１１ａ、１２ａに接触させる構成としたが、これに限られることは無い。

図１５は、変形例に係る回転子２１０及び駆動ユニット２２０の構成を示す図である。例えば、図１５に示すように、回転子２１０にフランジ部２１１が１つ設けられ、当該１つのフランジ部２１１をＺ方向に挟むようにパッド２３、２４が配置されている。パッド２３、２４には、第一駆動部２２１（２２１ａ、２２１ｂ）がそれぞれ接続されている。第一駆動部２２１ａ、２２１ｂは、支持部２２５に固定されている。このような構成においては、第一駆動部２２１ａ、２２１ｂの伸縮により、パッド２３、２４がフランジ部２１１に当接したりフランジ部２１１から離間したりすることが可能である。第二駆動部２２を含む他の構成については、第一実施形態と同様となっている。この構成によれば、上記第一実施形態と同様に、共振を発生させること無く、回転子２１０の回転駆動力を得ることができる。なお、図１５に示す構成において、パッド２３、２４のうち一方側が省略された構成であってもよい。

また、上記実施形態では、支持部２５によって第一駆動部２１と第二駆動部２２とが一体的に支持された構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。
図１６は、変形例に係る回転子３１０及び駆動ユニット３２０の構成を示す図である。

図１６に示すように、第一駆動部３２１は、固定部３５１に固定されている。第二駆動部３２２は、固定部３５１とは独立した固定部３５２に固定されている。したがって、第一駆動部３２１と第二駆動部３２２とは、独立した位置に固定されており、一体化されていない構成となっている。

第一駆動部３２１とパッド２３、２４との間には、ムーニー型変換部３４０が設けられている。ムーニー型変換部３４０は、第一駆動部３２１に固定された第一固定端３４１と、当該第一固定端３４１の＋Ｘ側に当該第一固定端３４１に対向して配置され第一駆動部３２１とは独立した固定部３５３に固定された第二固定端３４２と、パッド２３に接続された第三固定端３４３と、パッド２４に接続された第四固定端３４４と、の４つの固定端を有する。

第一固定端３４１と第三固定端３４３とは、連結部Ｃ１３によって連結されている。第一固定端３４１と連結部Ｃ１３とは、ヒンジ部Ｈ１３を介して接続されている。第三固定端３４３と連結部Ｃ１３とは、ヒンジ部Ｈ３１を介して接続されている。

第二固定端３４２と第三固定端３４３とは、連結部Ｃ２３によって連結されている。第二固定端３４２と連結部Ｃ２３とは、ヒンジ部Ｈ２３を介して接続されている。第三固定端３４３と連結部Ｃ２３とは、ヒンジ部Ｈ３２を介して接続されている。

第二固定端３４２と第四固定端３４４とは、連結部Ｃ２４によって連結されている。第二固定端３４２と連結部Ｃ２４とは、ヒンジ部Ｈ２４を介して接続されている。第四固定端３４４と連結部Ｃ２４とは、ヒンジ部Ｈ４２を介して接続されている。

第一固定端３４１と第四固定端３４４とは、連結部Ｃ１４によって連結されている。第一固定端３４１と連結部Ｃ１４とは、ヒンジ部Ｈ１４を介して接続されている。第四固定端３４４と連結部Ｃ１４とは、ヒンジ部Ｈ４１を介して接続されている。

一方、第二駆動部３２２は、連結部材３２５に接続されている。連結部材３２５は、ヒンジ部３２６及び連結部材３２７を介してパッド２３に連結されている。また、連結部材３２５は、ヒンジ部３２８及び連結部材３２９を介してパッド２４に連結されている。
例えば第一駆動部３２１が延伸した場合、当該第一駆動部３２１の＋Ｘ側端部に固定された第一固定端３４１が第一駆動部３２１によって押圧され、＋Ｘ方向に移動する。一方、第二固定端３４２が固定部３５３に固定されているため、第一固定端３４１と第二固定端３４２とが近接する。

この第一固定端３４１の移動により、連結部Ｃ１３がヒンジ部Ｈ１３を中心として−Ｙ方向視で反時計回りに揺動し、連結部Ｃ１４がヒンジ部Ｈ１４を中心として−Ｙ方向視で時計回りに揺動する。連結部Ｃ１３の揺動によってヒンジ部Ｈ３１を介して第三固定端３４３が＋Ｚ側に押圧され、連結部Ｃ１４の揺動によってヒンジ部Ｈ４１を介して第四固定端３４４が−Ｚ側に押圧される。

したがって、パッド２３は第三固定端３４３によって＋Ｚ側に押圧され、フランジ部３１１の第一面３１１ａに当接される。また、パッド２４は第四固定端３４４によって−Ｚ側に押圧され、フランジ部３１２の第一面３１２ａに当接される。これにより、パッド２３、２４と回転子３１０との間が回転力伝達状態となる。

この状態で、第二駆動部３２２が延伸した場合、連結部材３２５が＋Ｘ方向に移動する。連結部材３２５の移動により、ヒンジ部３２６及び連結部材３２７が＋Ｘ方向に押圧されパッド２３が＋Ｘ方向に押圧されると共に、ヒンジ部３２８及び連結部材３２９が＋Ｘ方向に押圧されパッド２４が＋Ｘ方向に押圧される。このため、フランジ部３１１、３１２には＋Ｘ方向の力が伝達され、当該力によって回転子１０は回転する。

このように、第一駆動部３２１と第二駆動部３２２とを独立して配置させた構成においても、共振を発生させること無く回転子３１０に対して回転駆動力を作用させることができる。

また、上記実施形態においては、第一駆動部２１及び第二駆動部２２に対する駆動信号を増減させる際に、所定の増減率で電圧を増減させる場合を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。

図１７（ａ）は第一駆動部２１に対する駆動信号の一例を示すグラフであり、図１７（ｂ）は第二駆動部２２に対する駆動信号の一例を示すグラフである。図１７（ａ）及び図１７（ｂ）のグラフにおいて、横軸は時間の経過を示しており、縦軸は駆動電圧の大きさ（単位：Ｖ）を示している。図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示すように、第一駆動部２１及び第二駆動部２２に対する駆動信号として、正弦波信号及びその一部を用いることができる。

例えば図１７（ａ）に示すように、第一駆動部２１に対して供給する信号（以下、第一信号と表記する）としては、１５０Ｖを超える電圧値Ｖｍａｘと０Ｖを下回る電圧値Ｖｍｉｎとの間で周期的に電圧値を変化させる正弦波信号のうち電圧が１５０Ｖ以上となる部分を１５０Ｖで一定とし、電圧が０Ｖ以下となる部分を０Ｖで一定とした信号が用いられている。

第一信号を第一駆動部２１に供給する場合、電圧が０Ｖから１５０Ｖに増加する期間（期間ａ〜期間ｂ）にはパッド２３、２４とフランジ部１１、１２の第一面１１ａ、１２ａとを接触させる動作（エンゲージ動作）が行われる。電圧が１５０Ｖを維持している期間（期間ｃ）には、パッド２３、２４と第一面１１ａ、１２ａとが接触した状態を維持する動作が行われる。電圧が１５０Ｖから０Ｖに低下する期間（期間ｄ〜期間ｅ）には、パッド２３、２４と第一面１１ａ、１２ａとを離す動作（リリース動作）が行われる。電圧が０Ｖを維持している期間（期間ｆ）には、パッド２３、２４と第一面１１ａ、１２ａとが離れた状態を維持する動作が行われる。

また、図１７（ｂ）に示すように、第二駆動部２２に対して供給する信号（以下、第二信号と表記する）としては、０Ｖ〜１５０Ｖの間で周期的に電圧値を変化させる正弦波信号が用いられる。

第二信号を第二駆動部２２に供給する場合、第一信号の電圧が０Ｖから１５０Ｖに増加する期間（期間ａ〜期間ｂ）に第二信号の電圧が最小値（０Ｖ）となり、第一信号の電圧が１５０Ｖを維持する期間（期間ｃ）に第二信号の電圧が最大値（１５０Ｖ）へと上昇し、第一信号の電圧が１５０Ｖから０Ｖに減少する期間（期間ｄ〜期間ｅ）に第二信号の電圧が最大値（１５０Ｖ）となり、第一信号の電圧が０Ｖを維持する期間（期間ｆ）に第二信号の電圧が最小値（０Ｖ）へと減少するように、第二信号の周期及び位相を調整する。

このように第二信号の周期及び位相を調整することにより、まず期間ａ〜期間ｂにおいてエンゲージ動作が行われる間や、期間ｄ〜期間ｅにおいてリリース動作が行われる間には、パッド２３、２４が回転子１０の周方向へ移動すること無く静止した状態が維持される。

また、期間ｃには、第一面１１ａ、１２ａに接触しているパッド２３、２４を回転子１０の周方向（上記実施形態の例では＋θＺ方向）に移動させる動作（ドライブ動作）が行われる。

また、期間ｆには、離れた状態のパッド２３、２４と第一面１１ａ、１２ａとが回転子Ｓｆの周方向（上記実施形態の例では−θＺ方向）に移動させる動作（復帰動作）が行われる。
このように、第一駆動部２１及び第二駆動部２２に対して正弦波信号を用いた信号を供給することが可能であるため、信号波形の調整を容易に行うことができる。

また、上記実施形態では、１つの回転子１０に対して駆動ユニット２０の組が２つ（駆動ユニットＡ２０及び駆動ユニットＢ２０）設けられた構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば、１つ又は３つ以上駆動ユニット２０の組が設けられた構成であっても良い。

例えば１つの回転子１０に対して駆動ユニット２０の組が３つ設けられる場合、図１７に示すように、第一駆動部２１及び第二駆動部２２に対して供給する信号として、正弦波信号及びその一部を用いることができる。図１８（ａ）及び図１９（ａ）は、第一駆動部２１に対して供給する信号の波形を示すグラフである。図１８（ｂ）及び図１９（ｂ）は、第二駆動部２２に対して供給する信号の波形を示すグラフである。

３つの駆動ユニット２０の組に正弦波信号を供給する場合、図１７〜図１９に示すように、当該３つの駆動ユニット２０の組に対して互いに位相を１２０°ずれた信号を供給することにより、回転子１０に対して途切れることなく連続してドライブ動作を行わせることができる。

また、上記実施形態においては、回転力伝達状態として、パッド２３、２４とフランジ部１１、１２の第一面１１ａ、１２ａとが接触し、両者の間に摩擦力が生じる状態を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば、パッド２３、２４として電磁石が用いられ、フランジ部１１、１２の内部にコイルが設けられた構成とした場合、パッド２３、２４とフランジ部１１、１２との間を非接触状態としたまま磁場による力で回転子１０を回転させることができる。

また、上記実施形態においては、パッド２３、２４がフランジ部１１、１２や凹部１１０ｂなどの凹凸に設けられ回転子１０の中心軸ＡＸの軸線方向に交差する作用面との間で回転力伝達状態となる構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば、パッド２３、２４が回転子１０の外周面１０ａに直接的に当接される構成であってもよい。

ＣＯＮＴ…制御部 ＡＸ…中心軸 ＲＢＴ…ロボット装置 １０、１１０、２１０、３１０…回転子 ２０…駆動ユニット ２１、２２１、３２１…第一駆動部 ２２、３２２…第二駆動部 ２３、２４…パッド

Claims (15)

1. 回転子と、
   前記回転子に対して回転力を作用させる作用部と、
   前記回転子と前記作用部との間を回転力伝達状態とする第一駆動部と、
   前記回転力伝達状態において前記回転子が回転する方向に前記作用部を移動させる第二駆動部と
   を備える駆動装置。
2. 前記回転力伝達状態は、前記回転子と前記作用部との間に摩擦力が生じる状態を含む
   請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記作用部は、前記回転子との間の滑りを規制する滑り規制部を有する
   請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記回転子は、前記回転子の回転軸の軸線方向に交差する作用面を有し、
   前記第一駆動部は、前記作用面と前記作用部との間を前記回転力伝達状態とする
   請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
5. 前記回転子は、前記軸線方向に交差する方向に突出した突出部を有し、
   前記作用面のうち少なくとも一部は、前記突出部に設けられる
   請求項４に記載の駆動装置。
6. 前記回転子は、前記軸線方向に交差する方向に凹んだ凹部を有し、
   前記作用面のうち少なくとも一部は、前記凹部に設けられる
   請求項４又は請求項５に記載の駆動装置。
7. 前記作用面は、前記第一駆動部を所定方向に挟むように一対設けられている
   請求項４から請求項６のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
8. 一対の前記作用面のうち一方の前記作用面は、前記第一駆動部側に付勢されている
   請求項７に記載の駆動装置。
9. 前記第二駆動部は、所定方向に伸縮可能に設けられており、
   前記第一駆動部及び前記第二駆動部は、前記所定方向に平行な直線上に並んで配置されている
   請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
10. 前記第一駆動部は、前記回転子の回転軸の軸線方向に前記作用部を移動可能であり、
    前記第二駆動部は、前記回転子の回転の接線方向に前記作用部を移動可能である
    請求項１から請求項９のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
11. 前記第一駆動部及び前記第二駆動部を一体的に支持する支持部を更に備え、
    前記支持部は、前記第一駆動部と前記第二駆動部との間にフレクシャ部を有する
    請求項１から請求項１０のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
12. 前記支持部は、交換可能に設けられている
    請求項１１に記載の駆動装置。
13. 前記作用部は、前記回転子の回転方向に沿って複数並んで配置されており、
    前記第一駆動部は、複数の前記作用部のうち前記回転子との間で前記回転力伝達状態となる前記作用部を切り替え可能である
    請求項１から請求項１２のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
14. 前記回転子は、前記作用部よりも耐磨耗性が高い
    請求項１から請求項１３のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
15. 可動体と、
    前記可動体を駆動する駆動装置と
    を備え、
    前記駆動装置として、請求項１から請求項１４のうちいずれか一項に記載の駆動装置が用いられている
    ロボット装置。

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