JP2021150969A - 圧電駆動装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、圧電駆動装置10を示す説明図である。圧電駆動装置10は、物体50を運搬するために用いられる。圧電駆動装置10は、圧電駆動装置本体30と、被駆動部40と、位置センサー60と、制御部70と、を備える。圧電駆動装置本体30は、振動板200と、6個の圧電素子110a、110b、110c、110d、110e、110fと、突起部20とを備える。振動板200は、略長方形をしている。6個の圧電素子110a〜110fは、振動板200に、マトリックス状、具体的には、長辺203に沿って、すなわち、図1のA方向に2個、短辺204に沿って、図1のB方向に3個並んで配置されている。振動板200のA方向に並ぶ2つの圧電素子の間、具体的には、圧電素子110aと110dとの間、及び圧電素子110cと110fの間に対応する位置の外方には、支持部210が設けられている。圧電素子110a〜110fに適切なタイミングで電圧を印加すると、振動板200は、支持部210を節として、屈曲運動する。
Ln=Pcn−Pn …(1)
である。
α=F2max/m …(2)
ここで、質量mは、被駆動部40の質量m1と物体50の質量m2の和である。被駆動部40の質量m1は既知である。被駆動部40により運ばれる物体50の質量m2は、既知ではないが、後述するように、容易に算出できる。最大摩擦力F2maxは、突起部20と被駆動部40との間の摩擦力であり、実験により測定可能であり、既知である。
vth=(2・α・Ln)1/2 …(3)
被駆動部40の速度vnが、基準速度vthであれば、突起部20から被駆動部40に最大摩擦力F2maxを与えることで、被駆動部40を減速度αで減速し、最終目標位置Ptに停止させることができる。
Lst=β・(tst)2/2であるので、質量算出部89は、加速度βを
β=2・Lst/(tst)2 …(4)
で算出する。また、力F1と加速度βと質量mとの関係は、
F1=β・m …(5)
であるので、質量算出部89は、質量mを、
m=F1/β …(6)
で算出する。
F1+m・g・sinθ=β1・m …(7)
F1−m・g・sinθ=β2・m …(8)
未知数がmとθであり、式が2つあるので、質量mとθの両方を求めることができる。以下、制御においては、被駆動部40の移動方向に応じて、駆動力F1をF1+m・g・sinθあるいは、F1−m・g・sinθとすればよい。制動力F2についても同様である。
第1実施形態では、中間目標位置Pcnを設定し、現在の位置Pnから中間目標位置Pcnまでの距離Lnを用いて、被駆動部40の位置や速度を制御したが、第2実施形態では、中間目標位置Pcnを設定せず、現在の位置Pnから最終目標位置Ptでの距離を用いて、被駆動部40の位置や速度を制御する。第2実施形態の制御フローチャートは、図6に示したものとほぼ同じであるが、ステップS140を実行せず、ステップS150では、最終目標位置Ptまでの距離Lnを算出する。
(a)高負荷の場合、時刻t0における駆動力F1は、中間目標位置Pcnまでの距離Lnと、被駆動部40の現在の速度vnとから算出され、最大駆動力F1maxよりも小さい駆動力であるが、中間目標位置Pcnを定めない場合では、最大駆動力F1maxである。
(b)高負荷の場合、基準速度vthは、中間(時刻t2)までは増加し、その後減少するが、中間目標位置Pcnを定めない場合では、基準速度vthは、t0で最も大きく、単調に減少する。
Claims (10)
- 被駆動部を駆動する圧電駆動装置の制御方法であって、
前記圧電駆動装置が前記被駆動部に与える最大減速度αと、前記被駆動部の現在の位置から目標位置までの距離Lnと、を用いて前記被駆動部の基準速度vthを算出し、
前記被駆動部の現在の速度vnが前記基準速度vthよりも小さい場合には、前記圧電駆動装置から前記被駆動部へ駆動力を与え、前記現在の速度vnが前記基準速度vth以上の場合には、前記圧電駆動装置から前記被駆動部へ、制動力を与える制御を行う、圧電駆動装置の制御方法。 - 請求項1に記載の制御方法であって、
前記圧電駆動装置は、
前記圧電駆動装置に屈曲振動をさせ駆動力を与える第1の圧電素子と、
前記圧電駆動装置に縦振動をさせ制動力を与える第2の圧電素子を備え、
前記制動力を与えるときには、前記第1の圧電素子に屈曲振動をさせず、前記第2の圧電素子に縦振動をさせる、制御方法。 - 請求項1または請求項2に記載の制御方法であって、
前記被駆動部の質量mと、前記圧電駆動装置と前記被駆動部との間の最大摩擦力F2maxと、を用いて、最大減速度αを求める、制御方法。 - 請求項1から請求項3のうちのいずれか一項に記載の制御方法であって、
前記被駆動部を駆動する前の前記被駆動部の位置と、前記被駆動部を駆動した後の駆動した後の前記被駆動部の位置と、前記被駆動部を駆動する駆動力と、前記被駆動部を駆動した時間と、を用いて、前記被駆動部の質量mを算出する、制御方法。 - 請求項1から請求項4のうちのいずれか一項に記載の制御方法であって、
前記距離Lnと、前記基準速度vthと、を定期的に求める、制御方法。 - 被駆動部を駆動する圧電駆動装置であって、
複数の圧電素子が設けられた振動板と、
前記振動板に設けられた突起部と、
前記突起部と接触可能な被駆動部と、
前記圧電素子に印加する電圧を制御することにより前記圧電駆動装置の動作を制御する制御部と、
前記被駆動部の現在の位置を検出する位置センサーと、
を備え、
前記制御部は、
前記圧電駆動装置と前記被駆動部との間の摩擦力F2maxと、前記被駆動部の質量mと、を用いて、前記圧電駆動装置が前記被駆動部に与える最大減速度αを算出し、
前記位置センサーで検出した前記被駆動部の現在の位置から、目標位置までの距離Lnを算出し、
最大減速度αと前記被駆動部の現在位置から目標位置までの距離Lnとを用いて前記被駆動部の基準速度vthを算出し、
前記位置センサーで検出した前記被駆動部の現在の位置の時間変化から前記被駆動部の現在の速度vnを算出し、
前記現在の速度vnが前記基準速度vthよりも小さい場合には、前記圧電駆動装置から前記被駆動部へ、駆動力を与え、前記現在の速度vnが前記基準速度vth以上の場合には、前記圧電駆動装置から前記被駆動部へ、制動力を与える制御を行う、圧電駆動装置。 - 請求項6に記載の圧電駆動装置であって、
前記圧電駆動装置は、複数の前記圧電素子として、
前記圧電駆動装置に屈曲振動をさせる第1の圧電素子と、
前記圧電駆動装置に縦振動をさせる第2の圧電素子を備え、
前記制御部は、前記制動力を与えるときには、前記第1の圧電素子に屈曲振動をさせず、前記第2の圧電素子に縦振動をさせる、圧電駆動装置。 - 請求項6または請求項7に記載の圧電駆動装置であって、
前記被駆動部の質量mと、前記圧電駆動装置と前記被駆動部との間の最大摩擦力F2maxとを用いて、最大減速度αを求める最大減速度算出部を備える、圧電駆動装置。 - 請求項6から請求項8のうちのいずれか一項に記載の圧電駆動装置であって、
前記被駆動部を駆動する前の前記被駆動部の位置と、前記被駆動部を駆動した後の駆動した後の前記被駆動部の位置と、前記被駆動部を駆動する駆動力と、前記被駆動部を駆動した時間と、を用いて、前記被駆動部の質量mを算出する質量算出部を備える、圧電駆動装置。 - 請求項6から請求項9のうちのいずれか一項に記載の圧電駆動装置であって、
前記制御部は、前記距離Lnと、前記基準速度vthと、を定期的に求める、圧電駆動装置。
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