JP2021100307A - 圧電駆動装置の制御方法、圧電駆動装置、および、ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】圧電振動体に印加する駆動電圧の周波数を適切に調整可能な技術を提供する。【解決手段】圧電駆動装置の制御方法は、圧電振動体の振動振幅を表すピックアップ電圧を取得しながら、圧電振動体に印加する駆動電圧の周波数を予め定めた第１周波数から低下させる第１制御を実行する第１工程と、第１制御において、第１時刻から第２時刻までにピックアップ電圧が大きくなり、かつ、第２時刻から第３時刻までにピックアップ電圧が小さくなった場合に、第２時刻以前に印加した駆動電圧の周波数である第２周波数まで、圧電振動体に印加する駆動電圧の周波数を大きくする第２制御を実行する第２工程と、を備える。【選択図】図６

Description

本開示は、圧電駆動装置の制御方法、圧電駆動装置、および、ロボットに関する。

圧電駆動装置の制御方法に関し、例えば、特許文献１には、弾性体と圧電素子とを有する振動体と、振動体に加圧接触される回転子とで構成された超音波モーターの制御方法が開示されている。特許文献１には、駆動周波数を高周波側から下げていくことによって振動振幅を目標振幅まで大きくする制御において、振動振幅が予め定められた目標振幅まで到達しないと見込まれる場合には、振動振幅の最大値まで目標振幅を低下させる技術が開示されている。

特開平６−２６９１７９号公報

しかし、目標振幅とする振動振幅の最大値と振動体の駆動周波数との関係は、振動体の温度等の変化によって変動する可能性がある。そのため、目標振幅に基づいて振動体を制御すると、駆動周波数を適切に設定できない場合が生じ得る。

本開示の第１の形態によれば、圧電駆動装置の制御方法が提供される。この制御方法は、前記圧電振動体の振動振幅を表すピックアップ電圧を取得しながら、前記圧電振動体に印加する駆動電圧の周波数を予め定めた第１周波数から低下させる第１制御を実行する第１工程と、前記第１制御において、第１時刻から第２時刻までに前記ピックアップ電圧が大きくなり、かつ、前記第２時刻から第３時刻までに前記ピックアップ電圧が小さくなった場合に、前記第２時刻以前に印加した駆動電圧の周波数である第２周波数まで、前記圧電振動体に印加する駆動電圧の周波数を大きくする第２制御を実行する第２工程と、を備える。

本開示の第２の形態によれば、被駆動部材を駆動する圧電駆動装置が提供される。この圧電駆動装置は、前記被駆動部材を駆動する圧電振動体と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記圧電振動体の振動振幅を表すピックアップ電圧を前記圧電振動体から取得しながら、前記圧電振動体に印加する駆動電圧の周波数を予め定めた第１周波数から低下させる第１制御を実行し、前記第１制御において、第１時刻から第２時刻までに前記ピックアップ電圧が大きくなり、かつ、前記第２時刻から第３時刻までに前記ピックアップ電圧が小さくなった場合に、前記第２時刻以前に印加した駆動電圧の周波数である第２周波数まで、前記圧電振動体に印加する駆動電圧の周波数を大きくする第２制御を実行する。

本開示の第３の形態によれば、上記第２の形態における圧電駆動装置を備えるロボットが提供される。

第１実施形態の圧電駆動装置を備えた駆動機構を示す斜視図。 圧電振動モジュールの一例を示す平面図。 圧電振動モジュールの振動の様子を示す概念図。 圧電素子に供給される駆動電圧の波形の例を示す図。 圧電駆動装置の動作特性を示すグラフ。 周波数決定処理のフローチャート。 周波数決定処理の処理内容を示す説明図。 第２実施形態における周波数決定処理のフローチャート。 第２実施形態における周波数決定処理の処理内容を示す説明図。 第３実施形態における周波数決定処理のフローチャート。 第３実施形態における周波数決定処理の処理内容を示す説明図。 第４実施形態に係るロボットを示す斜視図。

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態の圧電駆動装置４００を備えた駆動機構を示す斜視図である。圧電駆動装置４００は、被駆動部材２２０を駆動する圧電振動体１００と、圧電振動体１００を電気的に駆動する制御部３００と、を備えている。図１には、被駆動部材２２０として、回転軸Ｏのまわりに回転可能なローターを示している。被駆動部材２２０としては、この他にも、直線的に移動可能な部材などの他の種類の部材を使用可能である。なお、圧電振動体１００は、１つの被駆動部材２２０に対して複数設けられてもよい。

圧電振動体１００は、振動可能な振動部１１０と、振動部１１０を支持する支持部１２０と、振動部１１０と支持部１２０とを接続する一対の接続部１３０とを有している。振動部１１０は、略長方形の板状の形状を有する。振動部１１０の先端には、被駆動部材２２０に接触可能な接触子１６０が設けられている。接触子１６０は、例えば、耐摩耗性の高いセラミックスによって形成されて、振動部１１０に接着される。

圧電振動体１００の支持部１２０は、振動部１１０の接触子１６０とは反対側の部分を囲むＵ字形の形状を有している。支持部１２０は、支持部材としてのステージ２００に固定されている。ステージ２００は、バネ部材２１０によって被駆動部材２２０側に向けて押されている。なお、バネ部材２１０を固定している構造材は図示が省略されている。

接触子１６０の先端は、被駆動部材２２０の表面２２２に接触する。圧電振動体１００は、バネ部材２１０によって被駆動部材２２０側に向けて押しつけられており、これにより、接触子１６０が十分な摩擦力で被駆動部材２２０の表面２２２と接触する。そのため、スリップが抑制され、接触子１６０を介して振動部１１０の振動を効率的に被駆動部材２２０へ伝達することができる。

以下では、説明の便宜上、振動部１１０の長手方向であり、振動部１１０と被駆動部材２２０とが並ぶ方向のことを、「Ｘ軸方向」と呼ぶ。＋Ｘ軸方向は、振動部１１０から被駆動部材２２０へ向かう方向であり、−Ｘ軸方向は、＋Ｘ軸方向の反対方向である。単に、Ｘ軸方向というときは、＋Ｘ軸方向と−Ｘ軸方向の両方の方向を含む。Ｘ軸方向に交差する圧電振動体１００の厚さ方向を、「Ｙ軸方向」と呼ぶ。＋Ｙ軸方向は、圧電駆動装置４００から被駆動部材２２０の回転軸Ｏへ向かう方向であり、−Ｙ軸方向は、＋Ｙ軸方向の反対方向である。単に、Ｙ軸方向というときは、＋Ｙ軸方向と−Ｙ軸方向の両方の方向を含む。Ｘ軸方向およびＹ軸方向に交差する振動部１１０の幅方向を「Ｚ軸方向」と呼ぶ。＋Ｚ軸方向は、図１において、被駆動部材２２０の回転軸Ｏから見て、左側の方向であり、−Ｚ軸方向は、＋Ｚ軸方向の反対方向である。単に、Ｚ軸方向というときは、＋Ｚ軸方向と−Ｚ軸方向の両方の方向を含む。本実施形態において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は、互いに直交している。

圧電振動体１００は、Ｙ軸方向に積層された複数の圧電振動モジュール１４０を有している。図１に示した例では、圧電振動モジュール１４０の数は３である。複数の圧電振動モジュール１４０は、接着剤等の電気絶縁性の接合部材によって接合されている。但し、圧電振動体１００は、１つの圧電振動モジュール１４０で構成されていてもよい。

複数の圧電振動モジュール１４０は、制御部３００に接続されている。制御部３００は、駆動電圧生成部３１０と、振動検出部３２０とを有している。駆動電圧生成部３１０は、圧電振動体１００に備えられた圧電素子に駆動電圧を供給する機能を有する。振動検出部３２０は、圧電振動体１００に備えられたピックアップ電極に接続されており、圧電振動体１００の振動振幅を検出する機能を有する。駆動電圧生成部３１０は、ピックアップ電極から振動検出部３２０に供給されるピックアップ電圧Ｓｖに応じて、駆動電圧の周波数を調整し、その駆動電圧を圧電素子に供給する。駆動電圧の周波数のことを、以下では、単に、「駆動周波数」とも呼ぶ。ピックアップ電圧Ｓｖは、振動検出信号とも呼ばれる。

制御部３００は、上述した駆動電圧生成部３１０および振動検出部３２０の機能を実現する回路によって構成されている。制御部３００の動作の詳細については後述する。なお、制御部３００の上述した機能の一部または全部は、制御部３００に備えられたＣＰＵがメモリーに記憶されたプログラムを実行することによってソフトウェア的に実現されてもよい。

図２は、圧電振動モジュール１４０の一例を示す平面図である。圧電振動モジュール１４０の振動部１１０は、５つの圧電素子１４７Ａ〜１４７Ｅを含んでいる。矩形の振動部１１０の１つの対角線上にある一対の圧電素子１４７Ａ，１４７Ｅは同時にＸ軸方向に伸縮して、振動部１１０に屈曲振動を生じさせる。振動部１１０の他の１つの対角線上にある他の一対の圧電素子１４７Ｂ，１４７Ｄも同時にＸ軸方向に伸縮して、振動部１１０に屈曲振動を生じさせる。但し、一対の圧電素子１４７Ａ，１４７Ｅの伸縮と、他の一対の圧電素子１４７Ｂ，１４７Ｄの伸縮は、位相が１８０度異なることが好ましい。振動部１１０の幅方向の中央にある圧電素子１４７Ｃは、Ｘ軸方向に伸縮して、振動部１１０にＸ軸方向に沿った縦振動を生じさせる。

個々の圧電素子１４７Ａ〜１４７Ｅは、圧電体と、圧電体の両面を挟む２つの電極とを有している。圧電体の構成材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウムストロンチウム、タンタル酸ストロンチウムビスマス、メタニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の圧電セラミックスを用いることができる。圧電セラミックスで構成された圧電体は、例えば、バルク材料から形成してもよいし、ゾル−ゲル法やスパッタリング法を用いて形成してもよい。なお、圧電体の構成材料としては、上述した圧電セラミックスの他にも、ポリフッ化ビニリデン、水晶等を用いてもよい。

圧電振動モジュール１４０は、更に、ピックアップ電極１８０を有している。ピックアップ電極１８０は、圧電振動体１００の振動を検出して制御部３００にピックアップ電圧Ｓｖを供給するための電極である。図２の例では、ピックアップ電極１８０は、振動部１１０の中央にある圧電素子１４７Ｃの上側に設けられている。但し、ピックアップ電極１８０は、圧電素子１４７Ｃの上側と下側とに１つずつ設けられてもよい。

図３は、圧電振動モジュール１４０の振動の様子を示す概念図である。圧電振動モジュール１４０は、接触子１６０を楕円運動させるように振動することができる。このような楕円運動は、一対の圧電素子１４７Ａ，１４７Ｅの伸縮と他の一対の圧電素子１４７Ｂ，１４７Ｄの伸縮によって屈曲振動を発生させ、また、中央の圧電素子１４７Ｃの伸縮によって縦振動を発生させることによって実現される。「屈曲振動」は、圧電振動モジュール１４０の平面内において、圧電振動モジュール１４０が図３に示すようにＳ字状に屈曲する振動である。「縦振動」は、圧電振動モジュール１４０のＸ軸方向に沿って伸縮する振動である。圧電振動体１００の全体も、圧電振動モジュール１４０と同様に振動する。４つの圧電素子１４７Ａ，１４７Ｂ，１４７Ｄ，１４７Ｅは、屈曲振動を発生するものであり、「第１圧電素子」とも呼ぶ。圧電素子１４７Ｃは、縦振動を発生するものであり、「第２圧電素子」とも呼ぶ。第１圧電素子１４７Ａ，１４７Ｂ，１４７Ｄ，１４７Ｅや第２圧電素子１４７Ｃの数は一例であり、第１圧電素子と第２圧電素子の数は、これ以外の値に適宜設定可能である。例えば、一対の第１圧電素子１４７Ａ，１４７Ｂを省略し、他の一対の第１圧電素子１４７Ｄ，１４７Ｅで屈曲振動を発生させてもよい。

図４は、圧電素子１４７Ａ〜１４７Ｅに供給される駆動電圧の波形の例を示している。駆動電圧Ｖ１は一対の圧電素子１４７Ａ，１４７Ｅに印加され、駆動電圧Ｖ２は圧電素子１４７Ｃに印加され、駆動電圧Ｖ３は他の一対の圧電素子１４７Ｂ，１４７Ｄに印加される。なお、駆動電圧Ｖ３は、駆動電圧Ｖ１から位相をπ、すなわち、１８０度変えたものであり、実質的には駆動電圧Ｖ１と等価である。これらの駆動電圧Ｖ１，Ｖ３は、圧電振動モジュール１４０に屈曲振動を発生させるための駆動電圧であり、「第１駆動電圧」とも呼ぶ。駆動電圧Ｖ２は、圧電振動モジュール１４０に縦振動を発生させるための駆動電圧であり、「第２駆動電圧」とも呼ぶ。なお、第１駆動電圧Ｖ１，Ｖ３の周波数と、第２駆動電圧Ｖ２の周波数は通常は等しい値に設定される。

図３に示したように、圧電振動モジュール１４０は、屈曲振動と縦振動との合成により、接触子１６０が楕円運動を行うように振動する。このように、一対の圧電素子１４７Ａ，１４７Ｅと、他の一対の圧電素子１４７Ｂ，１４７Ｄと、圧電素子１４７Ｃと、を図４に示した駆動波形によって伸縮させることによって、接触子１６０を楕円軌道に沿って振動させることができる。ただし、接触子１６０を楕円軌道に沿って振動させることができるのであれば、圧電振動モジュール１４０の駆動電圧の波形は、図４に示したもの以外の種々の波形を使用可能である。例えば、駆動電圧は、交流成分の他に直流成分を含むようにしても良い。この場合に、「駆動電圧の周波数」とは、その交流成分の周波数を意味する。

図２に示したように、ピックアップ電極１８０は、平面視において、Ｘ軸方向に沿って延びる圧電振動体１００の中心軸ＣＸ上の位置に配置されていることが好ましい。この中心軸ＣＸは、平面視において、振動部１１０の中心軸と一致する位置にある。ピックアップ電極１８０を圧電振動体１００の中心軸ＣＸ上の位置に配置すれば、屈曲振動の影響が少なくなり、縦振動を正確に検出し易いという利点がある。ピックアップ電極１８０は、更に、屈曲振動の節ｎ１，ｎ２，ｎ３のいずれか位置に配置されていることが好ましい。図２の例では、屈曲振動の節ｎ１は、振動部１１０の中央に存在し、他の２つの節ｎ２，ｎ３は中心軸ＣＸ上において振動部１１０の端部近傍の位置に存在する。これらの屈曲振動の節ｎ１，ｎ２，ｎ３のいずれかの位置にピックアップ電極１８０を配置すれば、屈曲振動の影響を更に低減できるので、圧電振動体１００の縦振動を更に検出し易くなるという利点がある。節ｎ１，ｎ２，ｎ３のうち、屈曲振動の影響を最も低減できるのは節ｎ１である。節ｎ１は、節ｎ１，ｎ２，ｎ３のうち、接続部１３０に最も近く、屈曲振動の影響を受けにくい。但し、ピックアップ電極１８０は、これら以外の位置に配置されてもよい。

図１に示した駆動電圧生成部３１０で生成される駆動電圧Ｖｄは、図４に示した３つの駆動電圧Ｖ１〜Ｖ３のいずれかに相当している。制御部３００は、駆動電圧Ｖ１〜Ｖ３を生成するために、駆動電圧生成部３１０を３つ有するものとしてもよい。或いは、駆動電圧生成部３１０は、位相調整回路を備え、駆動電圧生成部３１０で生成された駆動電圧Ｖｄの位相を位相調整回路を用いて調整することにより、１つの駆動電圧から、図４に示した３つの駆動電圧Ｖ１〜Ｖ３を生成するようにしてもよい。以下では、圧電素子１４７Ｃに印加される駆動電圧Ｖ２が、駆動電圧生成部３１０で生成される駆動電圧を代表する駆動電圧Ｖｄであるものとして圧電駆動装置４００の動作説明を行う。

図５は、第１実施形態における圧電駆動装置４００の動作特性を示すグラフである。横軸は、圧電振動体１００の駆動周波数であり、右側ほど大きな周波数であることを示す。縦軸は、ピックアップ電極１８０から出力されるピックアップ電圧であり、上側ほど大きな電圧であることを示す。ピックアップ電圧は、その値が大きいほど、圧電振動体１００の振動振幅が大きいことを表す。

圧電振動体１００の駆動状態において、ピックアップ電圧は、圧電振動体１００の共振周波数において最も大きくなる。つまり、駆動周波数を圧電振動体１００の共振周波数に合わせることにより、圧電振動体１００は最も大きな振動振幅となる。また、駆動周波数が、共振周波数よりも小さくなった場合、ピックアップ電圧は急激に小さくなる。つまり、駆動周波数を共振周波数よりも小さく設定すると、圧電振動体１００の振動振幅が極度に小さくなり、被駆動部材２２０の駆動が困難になる可能性がある。そのため、制御部３００は、駆動周波数を、共振周波数よりも大きい駆動周波数であって、所望の振動振幅を得られる周波数に設定することによって、圧電振動体１００を振動させることが好ましい。

図６は、制御部３００によって実行される周波数決定処理のフローチャートである。このフローチャートは、圧電駆動装置４００の制御方法を示している。図７は、周波数決定処理の処理内容を示す説明図である。この周波数決定処理は、圧電駆動装置４００に電源が投入された時刻ｔ０以降に開始される。

ステップＳ１００において、制御部３００は、圧電振動体１００の振動振幅を表すピックアップ電圧をピックアップ電極１８０から取得しながら、圧電振動体１００に印加する駆動電圧の周波数を、高周波側の周波数である予め定めた第１周波数ｆ１から低下させる第１制御を実行する。ステップＳ１００の処理のことを、第１工程ともいう。また、第１制御のことを、ダウンスイープ制御ともいう。第１周波数ｆ１は、図７に示すように、圧電振動体１００の共振周波数よりも大きい周波数である。第１周波数ｆ１では、ピックアップ電圧は、共振周波数における最大のピックアップ電圧ＭＡＸよりも小さい。

ステップＳ１１０において、制御部３００は、第１制御によって、ピックアップ電圧が小さくなったか否かを判定する。より具体的には、制御部３００は、図７に示すように、第１時刻ｔ１から第２時刻ｔ２までにピックアップ電圧が大きくなり、かつ、第２時刻ｔ２から第３時刻ｔ３までにピックアップ電圧が小さくなったか否かを判定する。第１時刻ｔ１、第２時刻ｔ２、第３時刻ｔ３は、例えば、当該周波数決定処理の実行周期において連続した時刻であり、第２時刻ｔ２と第１時刻との差と、第３時刻と第２時刻との差とは、等しい。

ステップＳ１１０において、ピックアップ電圧が小さくならなかったと判定された場合、ステップＳ１００において調整された周波数は、共振周波数に到達していないことになる。この場合、制御部３００は、処理をステップＳ１００に戻して、再び、第１制御によって、周波数を低下させる。

ステップＳ１１０において、ピックアップ電圧が小さくなったと判定された場合、ステップＳ１００において調整された周波数は、共振周波数よりも小さくなったことになる。この場合、制御部３００は、ステップＳ１２０において、第２時刻ｔ２以前に印加した駆動電圧の周波数である第２周波数ｆ２まで、圧電振動体１００に印加する駆動電圧の周波数を大きくする第２制御を実行する。図７に示すように、本実施形態では、第２周波数ｆ２は、第１時刻ｔ１よりも前に圧電振動体１００に印加した駆動電圧の周波数である。また、本実施形態において、第２周波数ｆ２は、第１周波数ｆ１よりも小さい周波数である。ステップＳ１２０の処理を、第２工程ともいう。

ステップＳ１３０において、制御部３００は、ピックアップ電圧が一定になるように駆動周波数を調整する第３制御を実行する。具体的には、制御部３００は、ステップＳ１２０における第２制御の実行直後におけるピックアップ電圧を一定に保つように、駆動周波数を増加させたり減少させたりする制御を行う。より具体的には、制御部３００は、ピックアップ電圧が上昇した場合には、ピックアップ電圧を低下させるべく、駆動周波数を大きくし、ピックアップ電圧が低下した場合には、ピックアップ電圧を高めるべく、駆動周波数を小さくする制御を行う。ステップＳ１３０における処理を、第３工程ともいう。圧電振動体１００は、その温度等の変化に応じて、図５に示した動作特性が変化する性質を有する。そのため、第３制御では、ピックアップ電圧が一定となるように駆動周波数の制御を行うことにより、振動振幅を安定させる。

ステップＳ１４０において、制御部３００は、ステップＳ１３０における第３制御による駆動周波数の調整の結果、ステップＳ１３０の実行直後における第２周波数ｆ２と、調整後の周波数と、の差分の値、つまり変化量が予め定めた値以上となったか否かを判定する。ステップＳ１４０における「予め定めた値」は、第２周波数ｆ２の再設定が必要となるほど、圧電振動体１００の動作特性が変化したか否かに応じて定められる値であり、実験やシミュレーションによって定められる値である。

ステップＳ１４０において、調整後の駆動周波数の変化量が予め定めた値以上であると判定されなかった場合には、制御部３００は、処理をステップＳ１３０に戻して、ピックアップ電圧を一定する処理を継続する。これに対して、調整後の駆動周波数の変化量が予め定めた値以上であると判定された場合には、制御部３００は、処理をステップＳ１００に戻して再び第１制御の実行を開始する。こうすることにより、再び、上述した一連の周波数決定処理が実行され、新たな駆動周波数が設定される。

以上で説明した第１実施形態における圧電駆動装置４００の制御方法によれば、駆動周波数を徐々に低下させる第１制御において、ピックアップ電圧が上昇後、降下した場合に、駆動周波数を大きくする第２制御を実行して、圧電振動体１００の駆動周波数を第２周波数ｆ２に設定する。そのため、例えば、圧電振動体１００の温度等の変化の影響を受ける可能性のある振動振幅の最大値を目標振幅として駆動周波数を設定するよりも、圧電振動体１００の温度等の変化の影響を受けることを抑制しつつ、圧電振動体１００の駆動周波数が共振周波数よりも大きくなるように、駆動周波数を適切に設定できる。

また、本実施形態では、第２制御において、駆動周波数を、ピックアップ電圧が低下するよりも前の時刻である第１時刻ｔ１以前に印加した周波数まで大きくするので、圧電振動体１００の駆動周波数が、共振周波数よりも大きな周波数に確実に設定することができる。この結果、駆動周波数が、共振周波数よりも小さく設定されることがないので、圧電振動体１００によって被駆動部材２２０が駆動されない事態が生じることを抑制できる。

また、本実施形態では、第２制御によって設定される第２周波数ｆ２は、第１制御において周波数を下げていく基点となる第１周波数ｆ１よりも小さいので、駆動周波数の調整開始時点よりも圧電振動体１００を効率的に駆動できる。

また、本実施形態では、第２制御後に、ピックアップ電圧が一定になるように駆動周波数を調整する第３制御を実行するので、圧電振動体１００による被駆動部材２２０の駆動力を一定に保つことができる。更に、本実施形態では、第３制御の実行中において、調整中の駆動周波数が、第３制御開始時点の駆動周波数から所定値以上変動した場合に、再度、周波数を下げていく第１制御を実行するので、温度変化等によって圧電振動体１００の動作特性が変動した場合であっても、駆動周波数を適切に再設定することができる。

Ｂ．第２実施形態：
図８は、第２実施形態における周波数決定処理のフローチャートである。図９は、第２実施形態における周波数決定処理の処理内容を示す説明図である。本実施形態における圧電駆動装置４００の構成は第１実施形態と同じであり、周波数決定処理の一部の処理が異なる。そのため、以下では、圧電駆動装置４００の構成の説明については省略し、周波数決定処理について、第１実施形態と異なる点を説明する。

第２実施形態では、周波数決定処理において、制御部３００は、ステップＳ１００において第１制御を実行することにより、駆動周波数を下げていく。そして、その後、制御部３００は、ステップＳ１１０Ｂにおいて、ピックアップ電圧が、予め定めた値以上低下したか否かを判定する。具体的には、制御部３００は、図９に示すように、第１時刻ｔ１から第２時刻ｔ２までにピックアップ電圧が大きくなり、かつ、第２時刻ｔ２から第３時刻ｔ３までにピックアップ電圧が低下した量ｄＶ、つまりピックアップ電圧の変化量ｄＶが、予め定めた値以上であるか否かを判定する。

上記ステップＳ１１０Ｂにおいて、ピックアップ電圧が、予め定めた値以上低下したと判定された場合には、制御部３００は、第１実施形態と同様に、第２制御を実行することにより、駆動周波数を第２周波数ｆ２まで高め、その時点におけるピックアップ電圧が一定となるように、第３制御を実行する。

以上で説明した第２実施形態の圧電駆動装置４００の制御方法によれば、第２時刻ｔ２から第３時刻ｔ３までに、ピックアップ電圧が、予め定めた値以上低下した場合に、駆動周波数を大きくする第２制御を実行するので、駆動周波数が、共振周波数よりも低下したことを確実に検出した上で、駆動周波数を適切な値に設定することができる。なお、ピックアップ電圧の低下量ｄＶと比較する「予め定めた値」は、高周波数側から低下させる駆動周波数が、共振周波数よりも低下したことを確実に検出することのできる値を、実験やシミュレーションによって求めることによって設定できる。

Ｃ．第３実施形態：
図１０は、第３実施形態における周波数決定処理のフローチャートである。図１１は、第３実施形態における周波数決定処理の処理内容を示す説明図である。本実施形態における圧電駆動装置４００の構成は第１実施形態と同じであり、周波数決定処理の一部の処理が異なる。そのため、以下では、圧電駆動装置４００の構成の説明については省略し、周波数決定処理について、第１実施形態と異なる点を説明する。

第３実施形態では、周波数決定処理において、制御部３００は、ステップＳ１００において第１制御を実行することにより、駆動周波数を下げていく。そして、ステップＳ１１０において、制御部３００は、第１制御によって、ピックアップ電圧が小さくなったか否かを判定する。なお、このステップＳ１１０の処理に代えて、第２実施形態におけるステップＳ１１０Ｂの処理を実行してもよい。

ステップＳ１１０において、ピックアップ電圧が小さくならなかったと判定された場合、ステップＳ１００において調整された周波数は、共振周波数に到達していないことになる。この場合、制御部３００は、ステップＳ１１５において、目標ピックアップ電圧の設定を行い、その後、処理をステップＳ１００に戻す。例えば、目標ピックアップ電圧は、ステップＳ１１５が実行された時点におけるピックアップ電圧とすることができる。また、予め、目標ピックアップ電圧の上限値を設定しておき、現時点のピックアップ電圧がその上限値を超えた場合には、その上限値を目標ピックアップ電圧としてもよい。目標ピックアップ電圧の上限値としては、例えば、ピックアップ電圧の理論上の最大値の５０〜７０％の値とすることができる。

ステップＳ１１０において、ピックアップ電圧が小さくなったと判定された場合には、ステップＳ１２０において、制御部３００は、上記第１実施形態と同様に、第２制御を実行することによって、駆動周波数を第２周波数ｆ２まで大きくする。そして、ステップＳ１３０Ｃにおいて、制御部３００は、図１１に示すように、ピックアップ電圧が、ステップＳ１１５で設定した目標ピックアップ電圧に一致するように、第２周波数ｆ２を調整する。

以上で説明した第３実施形態の圧電駆動装置４００の制御方法によれば、駆動周波数を下げていく第１制御の実行の過程において、目標とするピックアップ電圧を設定し、第２制御によって駆動周波数を大きくした後のピックアップ電圧が、その目標ピックアップ電圧となるように駆動周波数を設定する。そのため、所望のピックアップ電圧および駆動周波数によって、圧電振動体１００を駆動することができる。

Ｄ．第４実施形態：
図１２は、第４実施形態に係るロボット１０００を示す斜視図である。ロボット１０００は、６軸ロボットであり、床や天井に固定されるベース１０１０と、ベース１０１０に回動自在に連結されたアーム１０２０，１０３０，１０４０，１０５０，１０６０，１０７０と、これらアーム１０２０，１０３０，１０４０，１０５０，１０６０，１０７０の駆動を制御するロボット制御部１０８０と、を有している。ロボット制御部１０８０には、制御部３００が備えられている。アーム１０７０にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にはロボット１０００に実行させる作業に応じたエンドエフェクター１０９０が装着される。

各アームを連結する関節部のうちの全部または一部には圧電駆動装置４００が搭載されている。圧電駆動装置４００は、各アーム１０２０，１０３０，１０４０，１０５０，１０６０，１０７０を回動させる。各圧電駆動装置４００の駆動は、ロボット制御部１０８０によって制御される。圧電駆動装置４００は、エンドエフェクター１０９０に搭載され、エンドエフェクター１０９０の駆動に用いられてもよい。なお、ロボット１０００は、６軸ロボットのような垂直多関節ロボットに限らず、水平多関節ロボットであってもよい。

Ｅ．他の実施形態：
（Ｅ−１）上記実施形態において、制御部３００は、第２制御において駆動周波数を大きくした後に、ピックアップ電圧を一定とするための第３制御を実行している。これに対して、第３制御の実行は必須ではなく、例えば、制御部３００は、第２制御において大きくした駆動周波数によって、それ以降、圧電振動体１００を駆動してもよい。

（Ｅ−２）上記実施形態において、制御部３００は、第２制御において、第１時刻ｔ１よりも前に圧電振動体１００に印加した駆動電圧の第２周波数ｆ２まで、駆動周波数を大きくしている。これに対して、制御部３００は、第２時刻ｔ２あるいは第１時刻ｔ１において圧電振動体１００に印加した駆動電圧の周波数まで駆動周波数を大きくしてもよい。また、制御部３００は、第１時刻ｔ１よりも後、かつ、第２時刻ｔ２よりも前に圧電振動体１００に印加した駆動電圧の周波数まで、駆動周波数を大きくしてもよい。

（Ｅ−３）上記実施形態において、制御部３００が第２制御によって設定する第２周波数ｆ２は、第１制御開示時における駆動周波数である第１周波数ｆ１よりも小さい周波数である。これに対して、第２周波数ｆ２は、第１周波数ｆ１の値によっては、第１周波数ｆ１よりも大きな周波数になってもよい。

（Ｅ−４）上記実施形態において、制御部３００は、第３制御において、ピックアップ電圧を一定とするために駆動周波数を調整した際に、周波数が予め定めた値以上、変化した場合に、再度、第１制御を実行している。これに対して、制御部３００は、このような処理を行わなくてもよい。つまり、ピックアップ電圧を一定とするために駆動周波数を調整した結果、周波数が予め定めた値以上変化した場合であっても、そのまま調整を続け、第１制御を実行しないものとしてもよい。

Ｆ．他の形態：
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、以下に記載する各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

（１）本開示の第１の形態によれば、圧電振動体を備える圧電駆動装置の制御方法が提供される。この制御方法は、前記圧電振動体の振動振幅を表すピックアップ電圧を取得しながら、前記圧電振動体に印加する駆動電圧の周波数を予め定めた第１周波数から低下させる第１制御を実行する第１工程と、前記第１制御において、第１時刻から第２時刻までに前記ピックアップ電圧が大きくなり、かつ、前記第２時刻から第３時刻までに前記ピックアップ電圧が小さくなった場合に、前記第２時刻以前に印加した駆動電圧の周波数である第２周波数まで、前記圧電振動体に印加する駆動電圧の周波数を大きくする第２制御を実行する第２工程と、を備える。
このような形態によれば、目標振幅を用いずに圧電振動体の駆動周波数を設定できるので、圧電振動体の温度等の変化の影響を受けることを抑制しつつ、圧電振動体の駆動周波数を適切に設定できる。

（２）上記形態の圧電駆動装置の制御方法において、前記第２周波数は、前記第１時刻以前に前記圧電振動体に印加した前記駆動電圧の周波数であってもよい。このような形態であれば、圧電振動体の駆動周波数が、共振周波数よりも小さくなることをより確実に抑制できる。

（３）上記形態の圧電駆動装置の制御方法において、前記第２周波数は、前記第１周波数よりも小さくてもよい。このような形態であれば、圧電振動体を効率的に駆動できる。

（４）上記形態の圧電駆動装置の制御方法において、前記第２工程後に、前記ピックアップ電圧が一定になるように前記第２周波数を調整する第３制御を実行する第３工程を備え、前記第３工程において、前記第２周波数の変化量が予め定めた値以上の場合に、再度、前記第１工程を実行してもよい。このような形態であれば、温度変化等によって圧電振動体の動作特性が変動した場合であっても、駆動周波数を適切に再設定することができる。

（５）上記形態の圧電駆動装置の制御方法において、前記第２工程では、前記第１制御において、前記第１時刻から前記第２時刻までに前記ピックアップ電圧が大きくなり、かつ、前記第２時刻から前記第３時刻までの前記ピックアップ電圧の変化量が予め定めた値以上の場合に、前記第２制御を実行してもよい。このような形態であれば、駆動周波数が、共振周波数よりも低下したことを確実に検出した上で、駆動周波数を適切な値に設定できる。

（６）本開示の第２の形態によれば、被駆動部材を駆動する圧電駆動装置が提供される。この圧電駆動装置は、前記被駆動部材を駆動する圧電振動体と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記圧電振動体の振動振幅を表すピックアップ電圧を前記圧電振動体から取得しながら、前記圧電振動体に印加する駆動電圧の周波数を予め定めた第１周波数から低下させる第１制御を実行し、前記第１制御において、第１時刻から第２時刻までに前記ピックアップ電圧が大きくなり、かつ、前記第２時刻から第３時刻までに前記ピックアップ電圧が小さくなった場合に、前記第２時刻以前に印加した駆動電圧の周波数である第２周波数まで、前記圧電振動体に印加する駆動電圧の周波数を大きくする第２制御を実行する。このような形態によっても、第１の形態と同様の効果を奏する。

（７）本開示の第３の形態によれば、上記第２の形態における圧電駆動装置を備えるロボットが提供される。このような形態によっても、第１の形態と同様の効果を奏する。

１００…圧電振動体、１１０…振動部、１２０…支持部、１３０…接続部、１４０…圧電振動モジュール、１４７Ａ〜１４７Ｅ…圧電素子、１６０…接触子、１８０…ピックアップ電極、２００…ステージ、２１０…バネ部材、２２０…被駆動部材、２２２…表面、３００…制御部、３１０…駆動電圧生成部、３２０…振動検出部、４００…圧電駆動装置、１０００…ロボット、１０１０…ベース、１０２０〜１０７０…アーム、１０８０…ロボット制御部、１０９０…エンドエフェクター、ＣＸ…中心軸、Ｏ…回転軸

Claims (7)

1. 圧電振動体を備える圧電駆動装置の制御方法であって、
   前記圧電振動体の振動振幅を表すピックアップ電圧を取得しながら、前記圧電振動体に印加する駆動電圧の周波数を予め定めた第１周波数から低下させる第１制御を実行する第１工程と、
   前記第１制御において、第１時刻から第２時刻までに前記ピックアップ電圧が大きくなり、かつ、前記第２時刻から第３時刻までに前記ピックアップ電圧が小さくなった場合に、前記第２時刻以前に印加した駆動電圧の周波数である第２周波数まで、前記圧電振動体に印加する駆動電圧の周波数を大きくする第２制御を実行する第２工程と、
   を備える圧電駆動装置の制御方法。
2. 請求項１に記載の圧電駆動装置の制御方法であって、
   前記第２周波数は、前記第１時刻以前に前記圧電振動体に印加した前記駆動電圧の周波数である、圧電駆動装置の制御方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の圧電駆動装置の制御方法であって、
   前記第２周波数は、前記第１周波数よりも小さい、圧電駆動装置の制御方法。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の圧電駆動装置の制御方法であって、
   前記第２工程後に、前記ピックアップ電圧が一定になるように前記第２周波数を調整する第３制御を実行する第３工程を備え、
   前記第３工程において、前記第２周波数の変化量が予め定めた値以上の場合に、再度、前記第１工程を実行する、圧電駆動装置の制御方法。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の圧電駆動装置の制御方法であって、
   前記第２工程では、前記第１制御において、前記第１時刻から前記第２時刻までに前記ピックアップ電圧が大きくなり、かつ、前記第２時刻から前記第３時刻までの前記ピックアップ電圧の変化量が予め定めた値以上の場合に、前記第２制御を実行する、圧電駆動装置の制御方法。
6. 被駆動部材を駆動する圧電駆動装置であって、
   前記被駆動部材を駆動する圧電振動体と、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記圧電振動体の振動振幅を表すピックアップ電圧を前記圧電振動体から取得しながら、前記圧電振動体に印加する駆動電圧の周波数を予め定めた第１周波数から低下させる第１制御を実行し、
   前記第１制御において、第１時刻から第２時刻までに前記ピックアップ電圧が大きくなり、かつ、前記第２時刻から第３時刻までに前記ピックアップ電圧が小さくなった場合に、前記第２時刻以前に印加した駆動電圧の周波数である第２周波数まで、前記圧電振動体に印加する駆動電圧の周波数を大きくする第２制御を実行する、
   圧電駆動装置。
7. 請求項６に記載の圧電駆動装置を備えるロボット。

Images