JP6511900B2 - 圧電駆動装置及びその駆動方法、ロボット及びその駆動方法 - Google Patents
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Description
本発明の一形態によれば、圧電駆動装置が提供される。この圧電駆動装置は、被駆動体と接触可能な接触部を有し、圧電体を有する圧電駆動部と、前記圧電駆動部を駆動する駆動回路と、を備え、前記駆動回路は、許容最大出力トルクTlim以下を許容出力トルクの範囲とし、前記圧電駆動部の出力トルクを前記許容出力トルクの範囲内に設定して前記圧電駆動部を作動させ、前記許容最大出力トルクTlimは、前記被駆動体の回転中心と前記接触部の接触位置との距離r1、前記被駆動体と前記接触部との動摩擦係数μk、前記圧電駆動部の作動を停止した際に前記接触部が前記被駆動体を押圧する押圧力Ns、1以下の係数fs、を用いて、下式(1)で表され、前記出力トルクが前記許容最大出力トルクTlim以下となるように、前記押圧力Nsを調整することによって設定される。
Tlim=r1×μk×Ns×fs ・・・(1)
この形態によれば、押圧力Nsを調整することによって、圧電駆動装置の出力トルクを許容最大出力トルクTlim以下の許容出力トルクの範囲内に設定して、圧電駆動部を作動させることができる。この場合、被駆動体に掛かる負荷トルクは、出力トルク以下である。従って、課題で説明したような、保持トルクよりも大きな負荷トルクで作動させることはないので、被駆動体を所望の位置で停止させることができる。また、許容最大出力トルクTlimは、被駆動体を静止状態で保持する保持トルク(r1×μs×Ns,μsは被駆動体と接触部との静止摩擦係数)よりも小さい。従って、課題で説明したような、接触部と被駆動体との間での滑りの発生を抑制することができる。
その他、本発明は、以下の形態としても実現することが可能である。
Tlim=r1×μk×Ns×fs ・・・(1)
ここで、r1は前記被駆動体の回転中心と前記接触部の接触位置との距離であり、μkは前記被駆動体と前記接触部との動摩擦係数であり、Nsは前記圧電駆動部の作動を停止した際に前記接触部が前記被駆動体を押圧する押圧力であり、fsは1以下の係数である。
この形態によれば、圧電駆動装置の出力トルクTdを許容最大出力トルクTlim以下の許容出力トルクの範囲内に設定して、圧電駆動部を作動させることができる。この場合、被駆動体に掛かる負荷トルクは、出力トルクTd以下である。従って、課題で説明したような、保持トルクよりも大きな負荷トルクで作動させることはないので、被駆動体を所望の位置で停止させることができる。また、許容最大出力トルクTlimは、被駆動体を静止状態で保持する保持トルク(r1×μs×Ns,μsは被駆動体と接触部との静止摩擦係数)よりも小さい。従って、課題で説明したような、接触部と被駆動体との間での滑りの発生を抑制することができる。
この形態によれば、許容出力トルクの範囲の上限側を低く制限することができ、設定可能な出力トルクの上限側を制限することができるので、より確実に、被駆動体を所望の位置で停止させることができ、また、接触部と被駆動体との間での滑りの発生を抑制することができる。
この形態によれば、負荷トルクが加わった被駆動体を所望の位置で停止させることができ、また、接触部と被駆動体との間での滑りの発生を抑制することができる。
図1は、本発明の一実施形態の圧電駆動装置1300を備えた双腕ロボット1000の構造を示す模式正面図である。図1に示すように双腕ロボット1000は本体部1190を備えている。そして、本体部1190に接続して一対の腕部1200が設置されている。各腕部1200には、肩関節部1210、第1リンク部1220、肘関節部1230、第2リンク部1240、手首関節部1250、ロボットハンド1260が、本体部1190側からこの順に設置されている。第1リンク部1220の肘関節部1230側には、肘関節部1230を回動させて、第1リンク部1220に対して第2リンク部1240を回動させるための圧電駆動装置1300が設置されている。なお、他の関節部に対しても同様に、関節部を回動させるための圧電駆動装置が設置されているが、いずれの圧電駆動装置の動作も、基本的に、圧電駆動装置1300と同様であるので、以下では、代表して圧電駆動装置1300を例に説明する。
Fs=μs×Ns ・・・(2)
Ts=Fs×r1=[μs×Ns]×r1 ・・・(3)
ここで、Nsは圧電駆動部10の作動停止時に突起部20が第1ローターR1を押圧する押圧力(以下、「作動停止時押圧力」とも呼ぶ)、μsは突起部20と第1ローターR1との間の静止摩擦係数、r1は第1ローターR1の半径(以下、「ローター半径」とも呼ぶ)である。
Tlim=[μk×Ns]×r1 ・・・(4)
ここで、μkは動摩擦係数、Nsは作動停止時押圧力、r1は第1ローター半径r1である。
Tlim=[μk×Ns]×r1×fs ・・・(5)
ここで、fsは1以下の係数であり、安全率を示している。fs=1の場合は(5)式は(4)式と同じである。係数fsが小さいほど、許容最大出力トルクTlimは小さくなるので、設定された出力トルクTdに対応する負荷トルクTrも小さくなり、より確実に、圧電駆動部10によって肘関節部1230を駆動している状態から、圧電駆動部10の作動を停止した場合に、所望の位置で停止させるとともに、その停止した位置での静止状態を保持することが可能である。但し、安全率fsが小さいほど駆動できる負荷が小さくなる。なお、fsとしては、7/10〜9/10の範囲に設定されるのが好ましい。例えば、8/10(=4/5)に設定されることがより好ましい。
図7は、本発明の他の実施形態としての圧電駆動部10aの断面図であり、上記実施形態の図3(B)に対応する図である。この圧電駆動部10aでは、圧電振動体100が、図3(B)とは上下を逆にした状態で振動板200に配置されている。すなわち、ここでは、第2電極150が振動板200に近く、基板120が振動板200から最も遠くなるように配置されている。なお、図7においても、図3(B)と同様に、第2電極150a〜150eの間の電気的接続のための配線(又は配線層及び絶縁層)と、第1電極130及び第2電極150a〜150eと駆動回路との間の電気的接続のための配線(又は配線層及び絶縁層)とは、図示が省略されている。この圧電駆動部10aも、第1実施形態と同様な効果を達成することができる。
上述した圧電駆動装置は、共振を利用することで被駆動体に対して大きな力を与えることができるものであり、各種の装置に適用可能である。圧電駆動装置は、例えば、ロボット、電子部品搬送装置(ICハンドラー)、投薬用ポンプ、時計のカレンダー送り装置、印刷装置(例えば紙送り機構。ただし、ヘッドに利用される圧電駆動装置では、振動板を共振させないので、ヘッドには適用不可である。)等の各種の機器における駆動装置として用いることが出来る。以下、図1に示した双腕ロボット以外の代表的な他の実施の形態について説明する。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
20…突起部(接触部、作用部)
50…ギヤトレイン
51…中心51
100…圧電振動体
110a,110b,110c,110d,110e…圧電素子
120…基板
125…絶縁層
130…第1電極
140…圧電体
150,150a,150b,150c,150d,150e…第2電極
151,152…配線
200…振動板
210…振動体部
220…接続部
230…取付部
240…ネジ
300…駆動回路
310,312,314,320…配線
1000…双腕ロボット
1190…本体部
1200…腕部
1210…肩関節部
1220…第1リンク部
1230…肘関節部
1231…回転軸
1240…第2リンク部
1250…手首関節部
1260…ロボットハンド
1300…圧電駆動装置
2000…ロボットハンド
2003…把持部
2010…アーム
2012…リンク部
2020…関節部
2022…手首回動部
2050…ロボット
2200…送液ポンプ
2202…カム
2202A…突起部
2211…リザーバー
2212…チューブ
2213…フィンガー
2222…ローター
2223…減速伝達機構
2230…ケース
R1…第1ローター
R2…第2ローター
R3…第3ローター
Claims (6)
- 被駆動体と接触可能な接触部を有し、圧電体を有する圧電駆動部と、
前記圧電駆動部を駆動する駆動回路と、
を備え、
前記駆動回路は、許容最大出力トルクTlim以下を許容出力トルクの範囲とし、前記圧電駆動部の出力トルクを前記許容出力トルクの範囲内に設定して前記圧電駆動部を作動させ、
前記許容最大出力トルクTlimは、前記被駆動体の回転中心と前記接触部の接触位置との距離r1、前記被駆動体と前記接触部との動摩擦係数μk、前記圧電駆動部の作動を停止した際に前記接触部が前記被駆動体を押圧する押圧力Ns、1以下の係数fs、を用いて、下式(1)で表され、前記出力トルクが前記許容最大出力トルクTlim以下となるように、前記押圧力Nsを調整することによって設定される
ことを特徴とする圧電駆動装置。
Tlim=r1×μk×Ns×fs ・・・(1) - 請求項1に記載の圧電駆動装置であって、
前記係数fsは1未満の値である、圧電駆動装置。 - 請求項1または請求項2に記載の圧電駆動装置であって、
前記被駆動体に加わる負荷トルクは、前記許容最大出力トルクTlim以下に設定された出力トルク以下に制限される、圧電駆動装置。 - 複数のリンク部と
前記複数のリンク部を接続する関節部と、
前記複数のリンク部を前記関節部で回動させる請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の少なくとも一つの圧電駆動装置と、
を備えるロボット。 - 請求項4に記載のロボットの駆動方法であって
前記圧電駆動装置の少なくとも一つを駆動することで前記複数のリンク部を前記関節部で回動させ、
前記圧電駆動装置の駆動回路は、許容最大出力トルクTlim以下を許容出力トルクの範囲とし、前記圧電駆動部の出力トルクTdを前記許容出力トルクの範囲内に設定して前記圧電駆動部を作動させ、
前記許容最大出力トルクTlimは、前記被駆動体の回転中心と前記接触部の接触位置との距離r1、前記被駆動体と前記接触部との動摩擦係数μk、前記圧電駆動部の作動を停止した際に前記接触部が前記被駆動体を押圧する押圧力Ns、1以下の係数fs、を用いて、下式(1)で表され、前記出力トルクが前記許容最大出力トルクTlim以下となるように、前記押圧力Nsを調整することによって設定される
ことを特徴とするロボットの駆動方法。
Tlim=r1×μk×Ns×fs ・・・(1) - 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駆動方法であって、
前記圧電駆動装置の駆動回路は、許容最大出力トルクTlim以下を許容出力トルクの範囲とし、前記圧電駆動部の出力トルクTdを前記許容出力トルクの範囲内に設定して前記圧電駆動部を作動させ、
前記許容最大出力トルクTlimは、前記被駆動体の回転中心と前記接触部の接触位置との距離r1、前記被駆動体と前記接触部との動摩擦係数μk、前記圧電駆動部の作動を停止した際に前記接触部が前記被駆動体を押圧する押圧力Ns、1以下の係数fs、を用いて、下式(1)で表され、前記出力トルクが前記許容最大出力トルクTlim以下となるように、前記押圧力Nsを調整することによって設定される
ことを特徴とする圧電駆動装置の駆動方法。
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