JP2016087761A - Multijoint manipulator - Google Patents

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貴之 越川
Takayuki KOSHIKAWA
貴之 越川
隆文 淺田
Takafumi Asada
隆文 淺田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multijoint manipulator which is used for a surgical robot or the like, and which has a small size and a good operation responsiveness.SOLUTION: A through hole or a non-penetration hole is formed on at least plural surfaces among constitution surfaces of an oscillative element of a polyhedral shape of a vibration actuator by vibration of which an output shaft is moved. A vibrator having a pattern type electrode is bonded to a portion on the constitution surface in which a hole is not formed. A rotatable or direct-acting possible first output shaft and a rotatable rotary output shaft are inserted into plural holes, and a voltage is sequentially applied to electrode patterns of the electrode thereby generating progressive waves in the oscillative element, and an operation claw of a multijoint manipulator is driven by rotation or axial displacement of the first output shaft.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、圧電素子等の振動により複数の出力軸に個別に振動波を与えて、それぞれの出力軸が回転または直動運動を行う振動アクチュエータを用いた新たな機構により、手術用ロボットや工業用ロボットに用いられる多関節マニピュレータを構成するものである。   The present invention provides a surgical robot or industrial robot with a new mechanism using a vibration actuator that individually applies vibration waves to a plurality of output shafts by vibration of a piezoelectric element or the like, and each output shaft rotates or linearly moves. It constitutes a multi-joint manipulator used for an industrial robot.

医療機器の進歩は急速であり、遠隔操作による手術が可能な手術支援ロボットが登場している。手術支援ロボットの2本のマニピュレータの先端にはそれぞれ作動爪が取り付けられ、この作動爪は約160度の開閉と共にその根元は人の手首が折れるように±60度の角度変更が行えるようになった物が一般的である。従来、これらの動作は一般にはチューブ状のアーム内に張られた複数本の長いワイヤーを、本体装置側(反フィンガー側)に設けられた複数個の電磁モータで押し引きすることで駆動されていた。   The progress of medical devices is rapid, and surgery support robots that can perform operations by remote control have appeared. Operating nails are attached to the tips of the two manipulators of the surgery support robot, and the operating nails can be opened and closed at about 160 degrees, and the angle can be changed by ± 60 degrees so that the wrist can be folded. It is common. Conventionally, these operations are generally driven by pushing and pulling a plurality of long wires stretched in a tube-shaped arm with a plurality of electromagnetic motors provided on the main unit side (the opposite finger side). It was.

近年、直径5ミリメートル以内の小型の振動アクチュエータ(又は超音波アクチュエータ)が登場し、これをマニピュレータ先端に搭載することで、ワイヤーを一切使わず簡単な機構で作業爪を直接駆動することができ、より人の手の運動感覚に近い4軸または5軸以上で操作性が良好な新たな機構による多関節マニピュレータが登場しようとしている。   In recent years, a small vibration actuator (or ultrasonic actuator) with a diameter of 5 mm or less has appeared, and by mounting this on the tip of the manipulator, it is possible to directly drive the work claw with a simple mechanism without using any wire, Articulated manipulators with a new mechanism that has better operability with 4 axes or 5 axes or more, which are closer to the sensation of human hands, are about to appear.

マニピュレータに必要な駆動源としては、電磁モータ、圧電アクチュエータ、形状記憶合金式アクチュエータ等の各種駆動原理の中で、小径でも大きい駆動力が得られる圧電素子または電歪素子による振動アクチュエータが有望視されている。   Among the various drive principles such as electromagnetic motors, piezoelectric actuators, and shape memory alloy actuators, vibration actuators using piezoelectric elements or electrostrictive elements that can provide a large driving force with a small diameter are promising as the driving source required for manipulators. ing.

例えば、特許文献1においては、ロボットのアーム先端に配置されるハンドが、開閉する一対の作動爪(4)がセンターバー(21)の直動運動により開閉されている。
しかしながら、この特許文献1に示すロボットのハンドにおいては、多軸動作が行えず操作性が悪かった。
For example, in Patent Document 1, a pair of operating claws (4) for opening and closing a hand arranged at the tip of a robot arm is opened and closed by a linear motion of a center bar (21).
However, the robot hand shown in Patent Document 1 cannot perform multi-axis movement and has poor operability.

また、特許文献2においては、軸状の作動子(12)が角柱状のステータ(11)の穴に圧入または挿入され、ステータ(11)に貼り付けられた複数の圧電素子(13)に電圧が順次印加され振動波を生じることで、軸状の作動子を回転または軸方向に移動させる超音波走査装置が示されている。
しかしながら、特許文献2に示す超音波走査装置では、出力軸は1本に限定され、回転と直動動作は行えるものの、マニピュレータの作動爪の多軸動作が行えず操作性が悪かった。
In Patent Document 2, a shaft-like actuator (12) is press-fitted or inserted into a hole of a prismatic stator (11), and voltage is applied to a plurality of piezoelectric elements (13) attached to the stator (11). An ultrasonic scanning device that rotates or moves an axial actuator in an axial direction by sequentially applying, is shown.
However, in the ultrasonic scanning device disclosed in Patent Document 2, the output shaft is limited to one, and although rotation and linear motion can be performed, the multi-axis motion of the operating claws of the manipulator cannot be performed and the operability is poor.

特開平08−281587号Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-281586 特開2013−183563号JP 2013-183563 A

本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とする処は、複数の出力軸を選択的に回転、または直動振動させる振動アクチュエータを用いた新たな機構により、小型かつ操作性良好な多関節マニピュレータを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and a problem to be solved by the present invention is that it is small in size and operated by a new mechanism using a vibration actuator that selectively rotates or linearly vibrates a plurality of output shafts. An object of the present invention is to provide an articulated manipulator with good performance.

複数の関節を有する多関節マニピュレータにおいて、振動により出力軸が運動する振動アクチュエータの多面体形状の可振子の構成面の内、少なくとも複数の面には、貫通穴または非貫通の穴を形成し、前記構成面の面上であって穴の形成されていない部分に、パターン状の電極を有する振動子が貼り付けられる。そして複数の穴に回転または直動可能な出力軸と回転可能な回転出力軸が挿通され、電極の電極パターンに順次電圧を印加する事で可振子に進行波を発生させ、出力軸に変位を与えることにより作動爪を駆動するように構成した。   In a multi-joint manipulator having a plurality of joints, a through-hole or a non-through-hole is formed in at least a plurality of surfaces among the constituent surfaces of the polyhedral vibrating element of the vibration actuator in which the output shaft moves by vibration, A vibrator having a patterned electrode is attached to a portion of the component surface that is not formed with a hole. A rotating or linearly movable output shaft and a rotatable rotational output shaft are inserted into a plurality of holes. By sequentially applying a voltage to the electrode pattern of the electrode, a traveling wave is generated in the vibration element, and the displacement is displaced to the output shaft. It was comprised so that an action | operation nail | claw could be driven by giving.

本発明によれば、可振子に設けられた複数の圧電素子が複数の出力軸を選択的に回転、または直動振動させる多軸アクチュエータを、遠隔操作が可能な手術ロボットマニピュレータの先端に搭載することでワイヤーを一切使わず作動爪を直接駆動することができ、小型で応答性が良いので、より人の手の運動感覚に近い操作性に優れた多関節マニピュレータが得られる。   According to the present invention, a multi-axis actuator that selectively rotates or linearly vibrates a plurality of output shafts by a plurality of piezoelectric elements provided on a vibration element is mounted on the distal end of a surgical robot manipulator capable of remote operation. Therefore, the operating claw can be directly driven without using any wire, and since it is small and has good responsiveness, an articulated manipulator excellent in operability that is closer to the kinesthetic sensation of a human hand can be obtained.

本発明の第1の実施形態に係る多関節マニピュレータの作動爪部平面図FIG. 3 is a plan view of the operating claw portion of the articulated manipulator according to the first embodiment of the present invention. 同多関節マニピュレータの作動爪部斜視図Actuation claw perspective view of the articulated manipulator 同多関節マニピュレータに用いる振動アクチュエータの斜視図Perspective view of vibration actuator used for the articulated manipulator 同多関節マニピュレータにおける電極パターン説明図Electrode pattern explanatory drawing of the articulated manipulator 同多関節マニピュレータにおける第1出力軸の直動動作説明図Linear motion explanatory diagram of the first output shaft in the multi-joint manipulator 同多関節マニピュレータにおける第1出力軸の直動進行波説明図Explanatory diagram of linear motion traveling wave of the first output shaft in the multi-joint manipulator 同多関節マニピュレータにおける電極への電圧印加パターン図Voltage application pattern to the electrodes in the multi-joint manipulator 同多関節マニピュレータにおける第1出力軸の回転動作説明図Rotation operation explanatory view of the first output shaft in the articulated manipulator 同多関節マニピュレータにおける第1出力軸の回転進行波説明図Rotational traveling wave explanatory diagram of the first output shaft in the articulated manipulator 同多関節マニピュレータにおける第2出力軸の回転動作説明図Rotation operation explanatory drawing of the 2nd output shaft in the articulated manipulator 同多関節マニピュレータにおける第2出力軸の回転振動波説明図Explanatory drawing of rotational vibration wave of the second output shaft in the articulated manipulator 本発明の第2の実施形態に係る多関節マニピュレータの斜視図The perspective view of the articulated manipulator which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 同多関節マニピュレータの第2関節部の構成図Configuration diagram of second joint part of the articulated manipulator 同多関節マニピュレータの第2関節部の屈曲動作説明図Bending operation explanatory drawing of the 2nd joint part of the multi-joint manipulator 同多関節マニピュレータの第2関節部の回動動作説明図Rotation operation explanatory drawing of the 2nd joint part of the articulated manipulator

本実施の形態の多関節マニピュレータの第一の特徴は、複数の関節を有する多関節マニピュレータにおいて、振動により出力軸が運動する第1振動アクチュエータを備える。この第1振動アクチュエータは、略多面体形状の第1可振子を有し、略多面体形状の構成面の内、少なくとも複数の面には、貫通または非貫通の穴が形成されている。そして構成面の面上であって穴の形成されていない部分には、パターン状の電極を有する振動子が貼り付けられている。また、複数の穴の内の1つには回転及び/又は直動可能な第1出力軸が挿通されており、該複数の穴の内、第1出力軸が挿通されていない穴には、回転可能な回転出力軸が挿通されている。そして、電極パターンに順次電圧を印加する事で可振子に進行波を発生し、出力軸に与えられる回転または軸方向の変位によりマニピュレータの作動爪を駆動するよう構成している。
この構成により従来用いられていた多くのワイヤーでの駆動が一切不要で小型になり、振動子が直接作動爪を開閉するので操作に遅れが生じることがなく、小型で操作応答性良好な多関節マニピュレータを得ることができる。
The first feature of the multi-joint manipulator of the present embodiment is a multi-joint manipulator having a plurality of joints, and includes a first vibration actuator in which an output shaft moves by vibration. The first vibration actuator has a substantially polyhedral first vibration element, and through or non-through holes are formed in at least a plurality of surfaces of the substantially polyhedral shape. And the vibrator | oscillator which has a pattern-shaped electrode is affixed on the part which is on the surface of a structure surface, and the hole is not formed. Further, a first output shaft that can rotate and / or move linearly is inserted into one of the plurality of holes, and a hole in which the first output shaft is not inserted among the plurality of holes, A rotatable output shaft is inserted. A traveling wave is generated in the vibration element by sequentially applying a voltage to the electrode pattern, and the operating claw of the manipulator is driven by rotation or axial displacement applied to the output shaft.
This configuration eliminates the need for driving with many wires that have been used in the past, making it compact, and the vibrator directly opens and closes the operating claw, so there is no delay in operation, and it is compact and has a good operation response A manipulator can be obtained.

第二の特徴としては、第1振動アクチュエータの第1出力軸の直動変位で作動爪を開閉し、同第1出力軸の回転動作で開閉爪の回動することを特徴とするよう構成している。
この構成によれば、作動爪の開閉と回転の動作が振動アクチュエータの1本の出力軸の動作のみで行うことができ、より小型で操作応答性良好な多関節マニピュレータを得ることができる。
The second feature is that the operating claw is opened and closed by the linear displacement of the first output shaft of the first vibration actuator, and the opening and closing claw is rotated by the rotation operation of the first output shaft. ing.
According to this configuration, the operation pawl can be opened and closed and rotated only by the operation of one output shaft of the vibration actuator, and a multi-joint manipulator having a smaller size and good operation response can be obtained.

第三の特徴としては、回転出力軸を中心に開閉爪と可振子が一体的に回動するよう構成している。
この構成によれば、作動爪の開閉と回転の動作に加え、マニピュレータの手首に該当する第1関節の屈曲動作を加えた合計3軸の動作が、1個の振動アクチュエータの動作のみで行うことができ、より小型で操作応答性良好な多関節マニピュレータを得ることができる。
As a third feature, the opening / closing claw and the vibration element are configured to rotate integrally around the rotation output shaft.
According to this configuration, in addition to the operation of opening and closing and rotation of the operating claw, the total three-axis operation including the bending operation of the first joint corresponding to the wrist of the manipulator is performed only by the operation of one vibration actuator. Thus, it is possible to obtain a multi-joint manipulator having a smaller size and good operation response.

第四の特徴としては、第1振動アクチュエータとは別に、第2振動アクチュエータを備えている。そして、第2振動アクチュエータは、略多面体形状の第2可振子を有し、この第2可振子の構成面には穴が形成されている。また、第2可振子の構成面の面上であって、穴の形成されていない部分に、パターン状の電極を有する振動子が貼り付けられている。そして、第2可振子の構成面に形成された穴に、回転及び直動可能な第2出力軸を挿通している。また、第2振動アクチュエータは少なくとも一部に可撓性を有するチューブ内に収納されている。第2可振子に貼り付けられた電極パターンに順次電圧を印加することで第2可振子に進行波を発生させ、第2出力軸に回転または軸方向の変位を与える第2振動アクチュエータが、第2出力軸に直動変位与えて、チューブに第2リンクを介して曲げ力を与え、湾曲角を与えるよう構成している。
この構成によれば、作動爪の開閉と回転、及び第1関節の屈曲動作に加え、肘の関節にあたる第2関節の曲げ動作を加えた合計4軸の動作を2個の振動アクチュエータによるコンパクトの動作で構成することができ、自由度が高い多関節マニピュレータを実現できる。
As a fourth feature, a second vibration actuator is provided separately from the first vibration actuator. The second vibration actuator has a substantially polyhedral second vibration element, and a hole is formed in the constituent surface of the second vibration element. In addition, a vibrator having a patterned electrode is attached to a portion where the hole is not formed on the surface of the second vibration element. And the 2nd output shaft which can be rotated and moved linearly is inserted in the hole formed in the structural surface of the 2nd vibration element. The second vibration actuator is housed in a tube having flexibility at least partially. A second vibration actuator that sequentially applies a voltage to the electrode pattern attached to the second vibration element to generate a traveling wave in the second vibration element and applies a rotation or axial displacement to the second output shaft. A linear displacement is given to the two output shafts, a bending force is given to the tube via the second link, and a bending angle is given.
According to this configuration, in addition to the opening / closing and rotation of the operating claw and the bending operation of the first joint, the total four-axis operation including the bending operation of the second joint corresponding to the elbow joint is made compact by two vibration actuators. An articulated manipulator that can be configured by movement and has a high degree of freedom can be realized.

第五の特徴としては、第2出力軸の回転で前記リンクを自在に回動させ、チューブを湾曲させる方向を変化さるよう構成している。
この構成によれば、作動爪の開閉と回転、及び第1関節の屈曲動作、肘の関節にあたる第2関節の曲げに加え、回動動作を加えた合計5軸の動作を2個の振動アクチュエータによるコンパクトの動作で構成することができ、より操作性が良好な多関節マニピュレータを実現できる。
A fifth feature is that the link is freely rotated by rotation of the second output shaft, and the direction in which the tube is bent is changed.
According to this configuration, in addition to the opening and closing and rotation of the operating claw, the bending operation of the first joint, the bending of the second joint corresponding to the elbow joint, a total of five axis operations including the rotating operation are performed by two vibration actuators. A multi-joint manipulator with better operability can be realized.

次に本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。   Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の第1の実施形態の多関節マニピュレータの構成について、図1から図11を用いて説明する。   The configuration of the articulated manipulator according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は本発明の実施形態に係わる多関節マニピュレータの作動爪部平面図である。
図1において、例えば円筒状のアーム13には、第1可振子1が回転出力軸2c、2dに対して、揺動自在に設けられている。回転出力軸2c、2dは第1可振子1の穴3c、3dに軽圧入されている。第1可振子1の略中央には第1出力軸2aが摺動および回転自在に穴3aに軽圧入されている。
FIG. 1 is a plan view of an operating claw portion of an articulated manipulator according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, for example, a cylindrical arm 13 is provided with a first shaker 1 that can swing with respect to the rotation output shafts 2 c and 2 d. The rotation output shafts 2c and 2d are lightly press-fitted into the holes 3c and 3d of the first shaker 1. A first output shaft 2a is lightly press-fitted into the hole 3a in the center of the first vibration element 1 so as to be slidable and rotatable.

第1可振子1の先端側(図1の作動爪18側)には回転ガイド15が固定され、回転板16がこの回転ガイド15に係合することで、第1出力軸2aの軸方向には位置規制されつつ、第1出力軸回転と共に図中記号Pのように360度回転自在に構成されている。   A rotation guide 15 is fixed to the distal end side (the operation claw 18 side in FIG. 1) of the first vibration element 1, and the rotation plate 16 is engaged with the rotation guide 15, so that the first output shaft 2 a extends in the axial direction. Is configured to be freely rotatable 360 degrees as indicated by a symbol P in the drawing along with the first output shaft rotation.

第1出力軸2aの先端にはリンク17a、17bが係合し、リンク17a、17bは作動爪18a、18bと共にこれら4個で菱形のリンク機構を構成し、第1出力軸2aが摺動した時は作動爪18a、18bは図中記号M’のように約±80度の範囲で開閉し、手術現場においては手術針等をハンドリングすることができる。   The links 17a and 17b are engaged with the tip of the first output shaft 2a, and the links 17a and 17b together with the operating claws 18a and 18b constitute a diamond-shaped link mechanism, and the first output shaft 2a slides. In some cases, the operating claws 18a and 18b are opened and closed within a range of about ± 80 degrees as indicated by a symbol M 'in the drawing, and a surgical needle or the like can be handled at the surgical site.

また、第1出力軸2aが自在に回転することにより、第1出力軸2aと共に回転板16、リンク17a、17bと共に作動爪18a、18bは図中記号Pに示すように360度自在に回転することができる。   Further, as the first output shaft 2a freely rotates, the rotary plate 16 together with the first output shaft 2a, and the operating claws 18a and 18b together with the links 17a and 17b freely rotate 360 degrees as indicated by symbol P in the figure. be able to.

図2の本発明の多関節マニピュレータの開閉爪部斜視図において、第1可振子1は、回転出力軸2c、2dを中心に、図中記号Qの方向に約±60度の範囲で揺動することができ、これにより、第1可振子1は第1出力軸2a、回転ガイド15、回転板16、リンク17a、17bと共に作動爪18a、18bと共にマニピュレータの手首を折るように自在に屈曲することで、手術現場ではハンドリングした手術針を使って患部の縫合等を行うことができる。   In the perspective view of the opening and closing claw portion of the articulated manipulator of the present invention shown in FIG. 2, the first vibration element 1 swings in the range of about ± 60 degrees in the direction of the symbol Q in the drawing around the rotation output shafts 2c and 2d. As a result, the first vibrator 1 is flexibly bent so that the wrist of the manipulator can be folded together with the operation claws 18a and 18b together with the first output shaft 2a, the rotation guide 15, the rotation plate 16, and the links 17a and 17b. As a result, the affected area can be sutured using the handled surgical needle at the surgical site.

図3から図11は本発明多関節マニピュレータに用いる振動アクチュエータの構成と動作を説明している。   3 to 11 illustrate the configuration and operation of the vibration actuator used in the articulated manipulator of the present invention.

図3において、略多角形状の第1可振子1(図3では略立方体)は、多角形を構成する各面1a、1b、1c、1d、1e、1fには穴3a、3c、3d、3e、3fが設けられ第1出力軸2a、回転出力軸2c、2d、その他の作動軸2e、2fがそれぞれ挿通、又は軽く圧入されている。   In FIG. 3, a substantially polygonal first vibration element 1 (substantially cubic in FIG. 3) has holes 3a, 3c, 3d, 3e formed on the faces 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, and 1f constituting the polygon. 3f are provided, and the first output shaft 2a, the rotation output shafts 2c and 2d, and the other operation shafts 2e and 2f are respectively inserted or lightly press-fitted.

図4は本発明の第1実施形態に係る電極パターン説明図であり、第1可振子1の各面1a、1b、1c、1d、1e、1fの展開図を示している。表面に電極6が形成された複数の圧電素子5が貼り付けられ、それぞれのパターン電極6は電線11に接続され、駆動回路12から電圧が印加される。   FIG. 4 is an explanatory diagram of an electrode pattern according to the first embodiment of the present invention, and shows a development view of each surface 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, and 1f of the first vibration element 1. FIG. A plurality of piezoelectric elements 5 having electrodes 6 formed on the surface are affixed, each pattern electrode 6 is connected to an electric wire 11, and a voltage is applied from a drive circuit 12.

図5は本実施例の第1出力軸2aの直動動作説明図である。図5において、略多角形状の第1可振子1は多角形を構成する略平面の内、対向する面1aから面1bに向けて貫通する穴3aを有し、この穴3aに第1出力軸2aが軽圧入されている。穴3aには第1可振子1にバネ性を与えるための放射状に伸びるスリット4を加工しており、第1可振子1は挿通された第1出力軸2aを適度な力で挟み込み、第1出力軸2aと第1可振子1の間に安定した摩擦力(例えば約1ニュートンの力)を発生させる。   FIG. 5 is an explanatory diagram of the linear motion of the first output shaft 2a of the present embodiment. In FIG. 5, the substantially polygonal first vibration element 1 has a hole 3a penetrating from the opposed surface 1a to the surface 1b in a substantially flat surface constituting the polygon, and the first output shaft is provided in the hole 3a. 2a is lightly press-fitted. In the hole 3a, radially extending slits 4 for imparting spring properties to the first vibration element 1 are processed. The first vibration element 1 sandwiches the inserted first output shaft 2a with an appropriate force, and the first vibration element 1 A stable frictional force (for example, a force of about 1 Newton) is generated between the output shaft 2a and the first vibrator 1.

また、好ましくは第1出力軸2aの略中央には軸穴3gが空けられ、軸穴3gは必要に応じて光ファイバーや内視鏡用のCCDカメラの電線、又は手術中に患部に吹き付ける洗浄水を放出するノズル等が挿通されるものである。   Preferably, a shaft hole 3g is formed in the approximate center of the first output shaft 2a. The shaft hole 3g is an optical fiber, a CCD camera wire for an endoscope, or a cleaning water sprayed on an affected part during an operation, if necessary. A nozzle or the like that discharges is inserted.

第1出力軸2aに平行な第1可振子1の外周の1つの面1eと、その対向面1fに、圧電素子5が貼り付けられる。面1eに貼り付けられた圧電素子5の表面にはパターン状の電極6e1、6e2、6e3、6e4が形成されている。また、面1fに貼り付けられた圧電素子5の表面には図4に示すように、パターン状の電極6f1、6f2、6f3、6f4が形成されている。   A piezoelectric element 5 is attached to one surface 1e on the outer periphery of the first vibration element 1 parallel to the first output shaft 2a and its opposing surface 1f. Patterned electrodes 6e1, 6e2, 6e3, 6e4 are formed on the surface of the piezoelectric element 5 attached to the surface 1e. Further, as shown in FIG. 4, patterned electrodes 6f1, 6f2, 6f3, and 6f4 are formed on the surface of the piezoelectric element 5 attached to the surface 1f.

圧電素子5には1枚毎にそれぞれパターン状の電極6が貴金属のスパッタリング法や、導電性インクの印刷工法により設けられている。また、電極6a1、6a2、6a3、6a4は1枚の圧電素子5上に形成されても良いが、4個に分割された圧電素子5の一個ずつに電極が形成されても良い。   Each of the piezoelectric elements 5 is provided with a patterned electrode 6 by a noble metal sputtering method or a conductive ink printing method. In addition, the electrodes 6a1, 6a2, 6a3, 6a4 may be formed on one piezoelectric element 5, but an electrode may be formed on each of the four piezoelectric elements 5 divided into four.

第1可振子1の表面は、好ましくはさらに軸2aが挿通する貫通穴3aを含む面1aと1bにも電極6を有する圧電素子5が貼り付けられる。面1aに貼り付けられた圧電素子5には電極6a1、6a2、6a3、6a4が形成され、面1bに貼り付けられた圧電素子5には電極6b1、6b2、6b3、6b4が形成されている。   The piezoelectric element 5 having the electrode 6 is also attached to the surface 1a and 1b including the through hole 3a through which the shaft 2a is inserted preferably on the surface of the first vibration element 1. Electrodes 6a1, 6a2, 6a3, 6a4 are formed on the piezoelectric element 5 attached to the surface 1a, and electrodes 6b1, 6b2, 6b3, 6b4 are formed on the piezoelectric element 5 attached to the surface 1b.

図5の本実施例の第1出力軸2aの直動動作について説明する。図6は第1実施例の第1出力軸の直動進行波説明図である。図5から図6において、略正弦波状又はのこぎり波状の電圧が駆動回路12から、電線11を通してパターン状の電極6に順次印加されるが、印加される順序を変えることにより、以下に説明するように出力軸2aは直動方向、または回転方向動作させることができる。   The linear motion of the first output shaft 2a of this embodiment shown in FIG. 5 will be described. FIG. 6 is an explanatory diagram of the linear traveling wave of the first output shaft of the first embodiment. 5 to 6, a substantially sinusoidal or sawtooth voltage is sequentially applied from the drive circuit 12 to the patterned electrode 6 through the electric wire 11, and will be described below by changing the application order. Further, the output shaft 2a can be operated in a linear motion direction or a rotational direction.

図7は本実施例の多関節マニピュレータに用いる振動アクチュエータにおける電極への電圧印加パターンを示している。第1出力軸2aを図6中の矢印M方向に直動させる場合は、電圧を第1に、電極6a1、6a2、6a3、6a4の計4個の電極に印加し、次に第2には、電極6e3、6e4、6f3、6f4の計4個の電極に印加し、次に第3には、電極6e1、6e2、6f1、6f2の計4個の電極に印加し、次に第4には、電極6b1、6b2、6b3、6b4の計4個の電極に印加する。その次に再び第1に印加した6a1、6a2、6a3、6a4の計4個の電極に印加し、これを繰り返す。これにより図中NとOに示すように進行波が生じ、これが出力軸2aに伝搬し出力軸2aは矢印M方向に摺動する。   FIG. 7 shows a voltage application pattern to the electrodes in the vibration actuator used in the articulated manipulator of the present embodiment. When the first output shaft 2a is moved linearly in the direction of the arrow M in FIG. 6, the voltage is first applied to a total of four electrodes 6a1, 6a2, 6a3, 6a4, and then the second , Electrodes 6e3, 6e4, 6f3, 6f4, and then applied to a total of four electrodes, thirdly, electrodes 6e1, 6e2, 6f1, 6f2, and then fourthly, , The electrodes 6b1, 6b2, 6b3, 6b4 are applied to a total of four electrodes. Then, the voltage is again applied to a total of four electrodes 6a1, 6a2, 6a3, and 6a4 that are first applied, and this is repeated. As a result, traveling waves are generated as indicated by N and O in the figure, which propagates to the output shaft 2a, and the output shaft 2a slides in the direction of arrow M.

これら電極6に繰り返し印加する順序を逆にすると、第1可振子1の内部に図中NとOとは逆回転方向の進行波が生じ、出力軸2aは図6中矢印Mとは反対方向に摺動する。   If the order of repeated application to these electrodes 6 is reversed, a traveling wave in the direction of rotation opposite to N and O in the figure is generated inside the first vibration element 1, and the output shaft 2a is in the direction opposite to the arrow M in FIG. To slide.

また、より簡単に作動させる方法として以下の作動方法がある。電圧を先ず第1に、電極6e3、6e4、6f3、6f4の計4個の電極に印加し、次に第2には、電極6e1、6e2、6f1、6f2の計4個の電極に印加し、その次に再び第1に印加した6e3、6e4、6f3、6f4の計4個の電極に印加し、これを繰り返す。これによっても出力軸2aは矢印M方向に摺動する。この方法の場合、電極6と電線11を少なく済ませることができる。   Further, there are the following operation methods as a method for more easily operating. The voltage is first applied to a total of four electrodes, electrodes 6e3, 6e4, 6f3, and 6f4, and then the second is applied to a total of four electrodes, electrodes 6e1, 6e2, 6f1, and 6f2. Then, the voltage is applied to a total of four electrodes 6e3, 6e4, 6f3, and 6f4, which are first applied again, and this is repeated. This also causes the output shaft 2a to slide in the arrow M direction. In the case of this method, the electrodes 6 and the electric wires 11 can be reduced.

次に、第1出力軸2aを回転させる場合について、図8〜図9を用いて説明する。
図8は本発明の第1実施例の第1出力軸(図中2a)の回転動作説明図であり、第1出力軸2aの形状はこの実施例では回転と直動の両方向の動作をさせるため、円柱形状をしている。直動動作のみ行わせる場合には円柱形状でも角柱形状でもいずれでも良い。
Next, the case where the 1st output shaft 2a is rotated is demonstrated using FIGS. 8-9.
FIG. 8 is an explanatory view of the rotation operation of the first output shaft (2a in the figure) of the first embodiment of the present invention, and the shape of the first output shaft 2a is operated in both directions of rotation and linear motion in this embodiment. Therefore, it has a cylindrical shape. When only the linear motion is performed, either a cylindrical shape or a prismatic shape may be used.

図9は同第1出力軸2aの回転進行波発生状態の説明図である。出力軸2aを矢印P方向に回転させる場合は、電圧を先ず第1に、電極6c3、6c1、6d3、6d1の計4個の電極に印加し、次に第2には、電極6e4、6e2、6f4、6f2の計4個の電極に印加し、次に第3には、電極6e3、6e1、6f3、6f1の計4個の電極に印加し、次に第4には、電極6d4、6d2、6c4、6c2の計4個の電極に印加する。その次に再び第1に印加した6c3、6c1、6d3、6d1計4個の電極に印加し、これを繰り返す。これにより可振子1の内部に図5中に示す矢印方向の進行波が生じ、これが出力軸2aに伝搬し第1出力軸2aは矢印P方向に回転する。   FIG. 9 is an explanatory diagram of a state in which a rotational traveling wave is generated on the first output shaft 2a. When the output shaft 2a is rotated in the direction of the arrow P, the voltage is first applied to a total of four electrodes 6c3, 6c1, 6d3, and 6d1, and then secondly, the electrodes 6e4, 6e2, 6f4 and 6f2 are applied to a total of four electrodes, then third is applied to a total of four electrodes 6e3, 6e1, 6f3 and 6f1, and then fourth is applied to electrodes 6d4, 6d2, The voltage is applied to a total of four electrodes 6c4 and 6c2. Next, the voltage is again applied to a total of four electrodes 6c3, 6c1, 6d3, and 6d1 applied first, and this is repeated. As a result, a traveling wave in the direction of the arrow shown in FIG. 5 is generated inside the vibration element 1, and this propagates to the output shaft 2a, and the first output shaft 2a rotates in the direction of the arrow P.

これら電極6に繰り返し印加する順序を逆にすると、第1出力軸2aは図1中矢印Pとは反対方向に回転する。   If the order of repeated application to these electrodes 6 is reversed, the first output shaft 2a rotates in the direction opposite to the arrow P in FIG.

また、より簡単に回転させる方法として以下の作動方法がある。電圧を先ず第1に、電極6e4、6e2、6f4、6f2の計4個の電極に印加し、次に第2には、電極6e3、6e1、6f3、6f1の計4個の電極に印加し、その次に再び第1に印加した6e4、6e2、6f4、6f2の計4個の電極に印加し、これを繰り返す。これによっても可振子1の内部に同様の進行波が生じ、出力軸2aは矢印M方向に摺動する。この方法の場合、電極6と電線11が少なく済ませることができる。   Further, there are the following operation methods as a method of rotating more simply. A voltage is first applied to a total of four electrodes, electrodes 6e4, 6e2, 6f4, and 6f2, and then a second is applied to a total of four electrodes, electrodes 6e3, 6e1, 6f3, and 6f1, Next, the voltage is again applied to a total of four electrodes 6e4, 6e2, 6f4, and 6f2 applied first, and this is repeated. As a result, the same traveling wave is generated inside the vibration element 1, and the output shaft 2a slides in the direction of the arrow M. In the case of this method, the electrodes 6 and the electric wires 11 can be reduced.

図10は本発明の第1実施例の出力回転軸2c、2dの回転動作説明図、図11は同出力回転軸の回転振動波説明図である。   FIG. 10 is a diagram for explaining the rotation operation of the output rotating shafts 2c and 2d according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a diagram for explaining the rotational vibration wave of the output rotating shaft.

出力回転軸2cを回転させる場合の動作について、図10〜図11を用いて説明する。第1可振子1の面1cには穴3cが設けられ、出力回転軸2cが軽く圧入されている。出力回転軸2cを矢印Q方向に回転させる場合は、電圧を先ず第1に、電極6a2、6b2の計2個の電極に印加し、次に第2には、電極6e4、6f1の計2個の電極に印加し、次に第3には、電極6e2、6f3の計2個の電極に印加し、次に第4には、電極6b4、6a4の計2個の電極に印加する。その次に再び第1に印加した6a2、6b2 計2個の電極に印加し、これを繰り返す。これにより可振子1の内部に図7中に示す矢印方向の進行波が生じ、これが出力回転軸2cに伝搬し出力回転軸2cは矢印Q方向に回転する。   The operation for rotating the output rotation shaft 2c will be described with reference to FIGS. A hole 3c is provided in the surface 1c of the first vibration element 1, and the output rotary shaft 2c is lightly press-fitted. When rotating the output rotating shaft 2c in the direction of the arrow Q, first, a voltage is first applied to a total of two electrodes 6a2 and 6b2, and then secondly, a total of two electrodes 6e4 and 6f1. Next, the third voltage is applied to a total of two electrodes 6e2 and 6f3, and the fourth voltage is applied to a total of two electrodes 6b4 and 6a4. Then, 6a2 and 6b2 applied first again are applied to a total of two electrodes, and this is repeated. As a result, a traveling wave in the direction of the arrow shown in FIG. 7 is generated inside the vibration element 1, and this propagates to the output rotation shaft 2c, and the output rotation shaft 2c rotates in the arrow Q direction.

これら電極6に繰り返し印加する順序を逆にすると、出力回転軸2cは図11中矢印Qとは反対方向に回転する。   If the order of repeated application to these electrodes 6 is reversed, the output rotating shaft 2c rotates in the direction opposite to the arrow Q in FIG.

ここで、面1cに設けられる穴3c、出力回転軸2cと、一方、面1dに設けられる穴3d、出力回転軸2dはそれぞれ別の電極6により駆動されるため、作動軸2cと2dは独立して別々に回転駆動される。   Here, since the hole 3c and the output rotating shaft 2c provided in the surface 1c and the hole 3d and the output rotating shaft 2d provided in the surface 1d are driven by different electrodes 6, the operating shafts 2c and 2d are independent. Are driven separately.

このように図1〜図11に示す第1実施例の多関節マニピュレータにおいては、多面体形状の第1可振子1の構成面の内、少なくとも複数の面には、貫通穴または非貫通の穴が形成され、この穴の形成されていない部分にはパターン状の電極6を有する振動子5が貼り付けられている。   As described above, in the multi-joint manipulator of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 11, through holes or non-through holes are formed in at least a plurality of surfaces among the constituent surfaces of the first polyhedron 1 having a polyhedral shape. A vibrator 5 having a patterned electrode 6 is affixed to a portion where the hole is not formed.

そして複数の穴に回転または直動可能な第1出力軸2aと回転可能な回転出力軸2c、2dが挿通され、前記電極の電極パターンに順次電圧を印加する事で第1可振子1に進行波を発生し、第1出力軸2aに回転または軸方向の変位により作動爪18a、18bを自在に開閉及び回転する動作をさせることができる。   The first output shaft 2a that can rotate or linearly move and the rotary output shafts 2c and 2d that can rotate are inserted into the plurality of holes, and a voltage is sequentially applied to the electrode patterns of the electrodes to advance to the first vibrator 1. A wave is generated, and the operation pawls 18a and 18b can be freely opened, closed, and rotated by rotation or axial displacement of the first output shaft 2a.

また、回転出力軸2c、2dの回動により、第1可振子とともに、作動爪18a、18bがアーム13に対して手首を折るように自在に回動することができる。このように、作動爪18a、18bの開閉と回転の動作に加え、マニピュレータの手首に該当する屈曲動作を加えた計3軸の動作が1個の振動アクチュエータの動作のみで行うことができ、より小型で操作応答性良好な多関節マニピュレータを得ることができる。   Further, by the rotation of the rotation output shafts 2 c and 2 d, the operation claws 18 a and 18 b can be freely rotated so that the wrist is folded with respect to the arm 13 together with the first shaker. In this way, in addition to opening / closing and rotating operations of the operating claws 18a and 18b, a total three-axis operation including a bending operation corresponding to the wrist of the manipulator can be performed only by the operation of one vibration actuator. A small articulated manipulator with good operation response can be obtained.

図2においてアーム13は例えば外径9ミリメートル程度のチューブであり、作動爪18a、18bはステンレス鋼等でプレス加工や切削加工で作られ、その長さは10ミリメートル程度である。   In FIG. 2, the arm 13 is a tube having an outer diameter of about 9 mm, for example, and the operating claws 18a and 18b are made of stainless steel or the like by pressing or cutting, and the length thereof is about 10 mm.

図12から図15は本発明の第2実施形態の多関節マニピュレータの構成図であり、低侵襲手術機器等に用いられるマニピュレータ先端に使われる5軸動作が可能なマニピュレータの図である。   12 to 15 are configuration diagrams of an articulated manipulator according to a second embodiment of the present invention, and are diagrams of a manipulator capable of a five-axis operation used at the tip of a manipulator used in a minimally invasive surgical instrument or the like.

図12において、アーム13は少なくとも一部に可撓性を有する部分を有しており、その内部に第2可振子19を収納している。第2可振子19には回転および摺動自在な第2出力軸20を軽圧入して有しており、第2出力軸20の先端側(第1可振子側)には回転摺動板21を一体に固定している。回転摺動板21の先端側には支点板23がアーム13内に固定され、回転摺動板21の軸心から離れた位置と、支点23の間は、第2リンク22により連結されている。アーム13の先端には図1から図2に示した作動爪18a、18bの操作部が取り付けられ、フレキシブル電線14はアーム13の内部に収納されている。第2電極24には電線11から電圧が印加される。   In FIG. 12, the arm 13 has at least a portion having flexibility, and a second vibration element 19 is accommodated therein. A second output shaft 20 that is rotatable and slidable is lightly press-fitted into the second vibration element 19, and a rotary sliding plate 21 is provided at the distal end side (first vibration element side) of the second output shaft 20. Are fixed together. A fulcrum plate 23 is fixed in the arm 13 at the distal end side of the rotary sliding plate 21, and a position away from the axis of the rotary sliding plate 21 and the fulcrum 23 are connected by a second link 22. . The operating portions of the operating claws 18 a and 18 b shown in FIGS. 1 to 2 are attached to the tip of the arm 13, and the flexible wire 14 is housed inside the arm 13. A voltage is applied to the second electrode 24 from the electric wire 11.

図13において、第2出力軸20が押し出された位置の図であり、第2リンク22は支点板23を押し引きしておらず、可撓性部分を有するアーム13は曲げられずに直線状態を保っている。   In FIG. 13, it is a figure of the position where the 2nd output shaft 20 was pushed out, the 2nd link 22 has not pushed and pulled the fulcrum board 23, and the arm 13 which has a flexible part is not bent, but is a straight state Keep.

図14において、第2出力軸20が図中記号Tの方向に引き込まれ、第2リンク22が支点板23を引っ張ることでアーム13の可撓性部が図中V方向に約60度の範囲内で望まれる角度まで湾曲した状態を維持することができる。   In FIG. 14, the second output shaft 20 is pulled in the direction of the symbol T in the drawing, and the second link 22 pulls the fulcrum plate 23 so that the flexible portion of the arm 13 is in the range of about 60 degrees in the V direction in the drawing. The curved state can be maintained up to the desired angle.

図15において、さらに第2出力軸20が図中Uの方向に360度自在にゆっくり回転を行うと、第2出力軸と一体的に回転する回転摺動板21が第2リンク22を引く位置が変わり、支点板23とアーム13の回動位置が変化して、マニピュレータの腕に相当する関節部分(アーム13の可撓部)が図中Wの方向へ自由に回動する。この構成により、作動爪18a、18bの開閉と回転、及び屈曲動作、さらに肘の関節にあたる関節部に曲げと回動動作を加えた計5軸の動作を2個の振動アクチュエータによるコンパクトの動作で構成することができ、より操作性が良好な多関節マニピュレータを実現できる。   In FIG. 15, when the second output shaft 20 further slowly rotates 360 degrees freely in the direction U in the drawing, the rotary sliding plate 21 that rotates integrally with the second output shaft pulls the second link 22. Changes, and the rotation positions of the fulcrum plate 23 and the arm 13 change, and the joint portion (flexible portion of the arm 13) corresponding to the arm of the manipulator freely rotates in the direction of W in the figure. With this configuration, the opening and closing, rotation, and bending of the operating claws 18a and 18b, and the operation of a total of five axes in which bending and turning are applied to the joint corresponding to the joint of the elbow are performed in a compact manner using two vibration actuators. An articulated manipulator that can be configured and has better operability can be realized.

またアーム13の可撓性部は弾力性と復元性にすぐれた合成樹脂やファイバーからなり第2リンク22に引かれる力が解除されると速やかに湾曲は解除され元の形状に戻る。   Further, the flexible portion of the arm 13 is made of synthetic resin or fiber excellent in elasticity and resilience, and when the force drawn by the second link 22 is released, the bending is quickly released and the original shape is restored.

図12から図15において、第2出力軸20に直動動作および回転動作を与える方法は、第2加振子19に貼り付けた第2電極24への電圧の印加方法により定まるものであるが、これらは図3から図11に示す第1可振子に与える電圧の印加方法を同じであり説明を省略する。   12 to 15, the method of giving the linear motion and the rotational motion to the second output shaft 20 is determined by the method of applying the voltage to the second electrode 24 attached to the second vibrator 19. These are the same in the method of applying the voltage applied to the first vibration element shown in FIGS.

第1可振子1および第2可振子19は、圧電素子または電歪素子の材料で構成される。これにより高精度で応答性に優れる制御を行うことができる。   The first vibration element 1 and the second vibration element 19 are made of a material of a piezoelectric element or an electrostrictive element. Thereby, it is possible to perform control with high accuracy and excellent responsiveness.

また、第1出力軸2および第2出力軸20は、金属またはセラミックスからなり、機械加工により仕上られている。   The first output shaft 2 and the second output shaft 20 are made of metal or ceramics, and are finished by machining.

そして、第1可振子1および第2可振子19はバネ性を有し、かつ圧電素子5との線膨張係数の差が大きくない事が望まれるため、ステンレス鋼、アルミナセラミックス、またはジルコニヤセラミックス等により加工される。   Since it is desired that the first vibration element 1 and the second vibration element 19 have a spring property and that the difference in linear expansion coefficient from the piezoelectric element 5 is not large, stainless steel, alumina ceramics, or zirconia ceramics It is processed by etc.

本発明の多関節マニピュレータは、可振子に設けられた複数の圧電素子が複数の出力軸を選択的に回転、または直動振動させるアクチュエータをマニピュレータの先端に搭載することでワイヤーを一切使わず作動爪を直接駆動することができ、多軸駆動で応答性が良く、より人の手の運動感覚に近い操作性に優れて小型の多関節マニピュレータが得られる。   The articulated manipulator of the present invention operates without using any wires by mounting an actuator that selectively rotates or linearly vibrates a plurality of output shafts at the tip of the manipulator with a plurality of piezoelectric elements provided on the vibration element. The nail can be directly driven, and the multi-axis drive has good responsiveness, and a small multi-joint manipulator with excellent operability close to that of a human hand can be obtained.

多関節で操作応答性良好で、かつ小型であるため、近年急速に進歩する低侵襲手術機器のマニピュレータとして適用が可能である。また顕微鏡下で行う微細部品からなる各種電子機器の組立用多関節マニピュレータとしての応用も期待される。
Since it is multi-jointed, has good operation response, and is compact, it can be applied as a manipulator for minimally invasive surgical instruments that have rapidly advanced in recent years. It is also expected to be applied as an articulated manipulator for assembling various electronic devices made of microscopic parts under a microscope.

1 第1可振子
1a、1b、1c、1d、1e、1f 面
2a 第1出力軸
2c、2d 回転出力軸
2e、2f 出力軸
3a、3c、3d、3e、3f 穴
3g 軸穴
4 スリット
5 圧電素子
6a1、6a2、6a3、6a4 (面1aの)電極
6b1、6b2、6b3、6b4 (面1bの)電極
6c1、6c2、6c3、6c4 (面1cの)電極
6d1、6d2、6d3、6d4 (面1dの)電極
6e1、6e2、6e3、6e4 (面1eの)電極
6f1、6f2、6f3、6f4 (面1fの)電極
7 第1振動アクチュエータ
11 電線
12 駆動回路
13 アーム
14 フレキシブル電線
15 回動ガイド
16 回動板
17a、17b リンク
18a、18b 作動爪
19 第2可振子
20 第2出力軸
21 回転摺動板
22 第2リンク
22a、22b 第2リンク端部
23 支点板
24 第2電極
25 第2振動アクチュエータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st vibration element 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f Surface 2a 1st output shaft 2c, 2d Rotation output shaft 2e, 2f Output shaft 3a, 3c, 3d, 3e, 3f Hole 3g Shaft hole 4 Slit
5 Piezoelectric element 6a1, 6a2, 6a3, 6a4 (surface 1a) electrode 6b1, 6b2, 6b3, 6b4 (surface 1b) electrode 6c1, 6c2, 6c3, 6c4 (surface 1c) electrode 6d1, 6d2, 6d3, 6d4 (surface 1c) Electrode 6e1, 6e2, 6e3, 6e4 (on face 1d) 6f1, 6f2, 6f3, 6f4 (on face 1f) electrode 7 First vibration actuator 11 Electric wire 12 Drive circuit 13 Arm 14 Flexible electric wire
15 Rotating Guide 16 Rotating Plates 17a, 17b Links 18a, 18b Actuation Claw 19 Second Vibrator 20 Second Output Shaft 21 Rotating Sliding Plate 22 Second Links 22a, 22b Second Link End 23 Supporting Plate 24 Second Electrode 25 Second vibration actuator

Claims (5)

複数の関節を有する多関節マニピュレータにおいて、
振動により出力軸が運動する第1振動アクチュエータを備え、
前記第1振動アクチュエータは、略多面体形状の第1可振子を有し、
前記略多面体形状の構成面の内、少なくとも複数の面には、貫通または非貫通の穴が形成されており、
前記面の面上であって前記穴の形成されていない部分に、パターン状の電極を有する振動子が貼り付けられており、
複数の前記穴の内の1つには回転及び/又は直動可能な第1出力軸が挿通されており、
複数の前記穴の内、前記第1出力軸が挿通されていない穴には、回転可能な回転出力軸とが挿通されており、
前記電極の電極パターンに順次電圧を印加する事で可振子に進行波を発生させ、
前記出力軸に与えられる変位により、作動爪を駆動することを特徴とする多関節マニピュレータ。
In an articulated manipulator having a plurality of joints,
A first vibration actuator in which an output shaft moves by vibration;
The first vibration actuator has a first oscillator having a substantially polyhedral shape,
A through-hole or a non-through-hole is formed in at least a plurality of surfaces of the substantially polyhedral-shaped component surface,
A vibrator having a patterned electrode is attached to a portion on the surface where the hole is not formed,
A first output shaft capable of rotating and / or moving linearly is inserted into one of the plurality of holes,
Among the plurality of holes, a rotation output shaft that is rotatable is inserted into a hole through which the first output shaft is not inserted,
A traveling wave is generated in the vibrating element by sequentially applying a voltage to the electrode pattern of the electrode,
An articulated manipulator characterized in that an operating claw is driven by a displacement applied to the output shaft.
前記第1出力軸の直動変位で作動爪を開閉し、前記第1出力軸の回転動作で開閉爪の回動することを特徴とする請求項1記載の多関節マニピュレータ。
2. The articulated manipulator according to claim 1, wherein the operating claw is opened and closed by a linear displacement of the first output shaft, and the opening and closing claw is rotated by a rotation operation of the first output shaft.
前記回転出力軸を中心に前記開閉爪、前記可振子が一体的に回動することを特徴とする請求項1または2記載の多関節マニピュレータ。
The multi-joint manipulator according to claim 1 or 2, wherein the opening / closing claw and the vibration element rotate integrally around the rotation output shaft.
前記第1振動アクチュエータとは別に、第2振動アクチュエータを備え、
前記第2振動アクチュエータは、略多面体形状の第2可振子を有し、
前記第2可振子の構成面には穴が形成されており、
第2可振子の構成面の面上であって、穴の形成されていない部分に、パターン状の電極を有する振動子が貼り付けられており、
前記第2可振子の構成面に形成された穴に、回転及び直動可能な第2出力軸を挿通し、
前記第2振動アクチュエータは少なくとも一部に可撓性を有するチューブ内に収納され、
前記第2可振子に貼り付けられた前記電極パターンに順次電圧を印加することで第2可振子に進行波を発生させ、前記第2出力軸に回転または軸方向の変位を与える第2振動アクチュエータの前記第2出力軸の直動変位により前記チューブに第2リンクを介して曲げ力を与え、湾曲角を与えることを特徴とする請求項1から3何れか1項記載の多関節マニピュレータ。
A second vibration actuator is provided separately from the first vibration actuator,
The second vibration actuator has a substantially polyhedral second shaker,
A hole is formed in the constituent surface of the second pendulum,
A vibrator having a pattern-like electrode is attached to a portion where the hole is not formed on the surface of the second vibration element.
A second output shaft capable of rotating and linearly passing through a hole formed in the constituent surface of the second vibration element;
The second vibration actuator is housed in a tube having flexibility at least in part,
A second vibration actuator that generates a traveling wave in the second vibration element by sequentially applying a voltage to the electrode pattern attached to the second vibration element, and applies a rotation or axial displacement to the second output shaft The articulated manipulator according to any one of claims 1 to 3, wherein a bending force is given to the tube through a second link by a linear displacement of the second output shaft to give a bending angle.
前記第2出力軸の回転で前記第2リンクを自在に回動させ、前記チューブを湾曲させる方向を変化させることを特徴とする請求項1から4何れか1項記載の多関節マニピュレータ。   5. The articulated manipulator according to claim 1, wherein the second link is freely rotated by rotation of the second output shaft to change a direction in which the tube is bent. 6.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019009880A (en) * 2017-06-22 2019-01-17 国立大学法人東京農工大学 Ultrasonic motor, robot arm, and mesh robot
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CN113277034A (en) * 2021-05-18 2021-08-20 江苏科技大学 Underwater robot for marine product fishing

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