JPH05168253A - 移動機構 - Google Patents
移動機構Info
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- JPH05168253A JPH05168253A JP3330989A JP33098991A JPH05168253A JP H05168253 A JPH05168253 A JP H05168253A JP 3330989 A JP3330989 A JP 3330989A JP 33098991 A JP33098991 A JP 33098991A JP H05168253 A JPH05168253 A JP H05168253A
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- clamp
- movable member
- clamping
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 一つの機構で全回転自由度である３軸の回転
を行うことができる、小型軽量の移動機構を実現する。 【構成】 クランプされる部分が球状である可動部材１
が、８組のクランプ部材２によりクランプされる。２個
以上のクランプ部材２をクランプ用圧電素子３により押
し付けて可動部材１をクランプする。クランプしている
各クランプ部材２の移動用圧電素子４を伸縮させ、各ク
ランプ部材２によって可動部材１を回転させる。クラン
プしていないクランプ部材２は、次回の移動に都合の良
い位置に移動させておく。次にクランプしていなかった
クランプ部材２により同様な動作を行う。このような動
作を繰り返すことにより、回転３自由度の任意の方向に
移動を行う。
を行うことができる、小型軽量の移動機構を実現する。 【構成】 クランプされる部分が球状である可動部材１
が、８組のクランプ部材２によりクランプされる。２個
以上のクランプ部材２をクランプ用圧電素子３により押
し付けて可動部材１をクランプする。クランプしている
各クランプ部材２の移動用圧電素子４を伸縮させ、各ク
ランプ部材２によって可動部材１を回転させる。クラン
プしていないクランプ部材２は、次回の移動に都合の良
い位置に移動させておく。次にクランプしていなかった
クランプ部材２により同様な動作を行う。このような動
作を繰り返すことにより、回転３自由度の任意の方向に
移動を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、精密機器に用いられる
移動機構に関するものである。
移動機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧電素子等のアクチュエータを用
いた移動機構としては、可動部を直接圧電素子により駆
動する機構や、図６に示すように、てこ等を組み合わせ
て圧電素子の微小な変位を拡大する変位拡大機構を用い
て駆動する装置が知られている。この装置は、フレーム
３２と、このフレームに設けられた圧電素子３１と、フ
レームにヒンジ３３，３４，３５，３６，３７を介して
設けられたアーム３８，３９，４０とから構成されてい
る。
いた移動機構としては、可動部を直接圧電素子により駆
動する機構や、図６に示すように、てこ等を組み合わせ
て圧電素子の微小な変位を拡大する変位拡大機構を用い
て駆動する装置が知られている。この装置は、フレーム
３２と、このフレームに設けられた圧電素子３１と、フ
レームにヒンジ３３，３４，３５，３６，３７を介して
設けられたアーム３８，３９，４０とから構成されてい
る。
【０００３】また、図７，図８のように、一対のクラン
プ部と、そのクランプ部を移動させる伸縮部を持ち、ク
ランプを交互に行い、伸縮部を伸縮させ移動する尺取り
虫的な方法により、位置決めをする機構も知られている
（特公平２−９５１８０号公報，特公平２−８４０８５
号公報）。図７（ａ）は上面図、図７（ｂ）は側面図
（一部断面）である。図７において、４３ｅ，４３ｅ′
はクランパ４３，４３′の上側腕部であり、４３ｆ，４
３ｆ′は下側腕部である。上側腕部４３ｅ，４３ｅ′は
弾性ヒンジを介して部材４３ｇ，４３ｇ′に結合され、
下側腕部４３ｆ，４３ｆ′は同様に弾性ヒンジを介して
部材４３ｈ，４３ｈ′に結合されている。部材４３ｇ，
４３ｇ′及び部材４３ｈ，４３ｈ′は、平行板バネ５０
によって支持されている。このようにクランパ４３，４
３′はそれぞれ２枚の平行板ばね５０によって支持され
ているため、クランプ方向には比較的自由に動くが、可
動部材４１，４２の回転方向には高剛性に支持される。
なお図７において、４４，４５は電歪素子、４６は軸
受、４８は固定台、４９は支持基盤である。
プ部と、そのクランプ部を移動させる伸縮部を持ち、ク
ランプを交互に行い、伸縮部を伸縮させ移動する尺取り
虫的な方法により、位置決めをする機構も知られている
（特公平２−９５１８０号公報，特公平２−８４０８５
号公報）。図７（ａ）は上面図、図７（ｂ）は側面図
（一部断面）である。図７において、４３ｅ，４３ｅ′
はクランパ４３，４３′の上側腕部であり、４３ｆ，４
３ｆ′は下側腕部である。上側腕部４３ｅ，４３ｅ′は
弾性ヒンジを介して部材４３ｇ，４３ｇ′に結合され、
下側腕部４３ｆ，４３ｆ′は同様に弾性ヒンジを介して
部材４３ｈ，４３ｈ′に結合されている。部材４３ｇ，
４３ｇ′及び部材４３ｈ，４３ｈ′は、平行板バネ５０
によって支持されている。このようにクランパ４３，４
３′はそれぞれ２枚の平行板ばね５０によって支持され
ているため、クランプ方向には比較的自由に動くが、可
動部材４１，４２の回転方向には高剛性に支持される。
なお図７において、４４，４５は電歪素子、４６は軸
受、４８は固定台、４９は支持基盤である。
【０００４】図８において、５１ａ，５１ｂは剛体部、
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄはばね部、５３ａ，５
３ｂ，５３ｃ，５３ｄは圧電素子、５４は回転軸であ
る。
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄはばね部、５３ａ，５
３ｂ，５３ｃ，５３ｄは圧電素子、５４は回転軸であ
る。
【０００５】さらに、圧電素子より振動させた振動体に
移動体を加圧接触させて移動体を駆動する機構として図
９及び図１０に示すものがある（特公平２−６０４７４
号公報，特公平２−８７９８１号公報）。
移動体を加圧接触させて移動体を駆動する機構として図
９及び図１０に示すものがある（特公平２−６０４７４
号公報，特公平２−８７９８１号公報）。
【０００６】図９の機構によれば、第１の圧電素子６１
はベース６４と移動体６５に接着剤等により固定され、
第２の圧電素子６２と第３の圧電素子６３もベース６
４、振動体６５に固定されており、第１の圧電素子６１
とは直角の関係となっている。第２の圧電素子６２と第
３の圧電素子６３とは一直線上にあり、移動体６６とは
平行の関係にある。この移動体６６は振動体６５に加圧
接触されており、各圧電素子６１，６２，６３を駆動す
ることにより振動体６５は斜め，楕円，円等の軌跡を描
きながら振動するために、移動体６６は振動体６５上を
移動する。
はベース６４と移動体６５に接着剤等により固定され、
第２の圧電素子６２と第３の圧電素子６３もベース６
４、振動体６５に固定されており、第１の圧電素子６１
とは直角の関係となっている。第２の圧電素子６２と第
３の圧電素子６３とは一直線上にあり、移動体６６とは
平行の関係にある。この移動体６６は振動体６５に加圧
接触されており、各圧電素子６１，６２，６３を駆動す
ることにより振動体６５は斜め，楕円，円等の軌跡を描
きながら振動するために、移動体６６は振動体６５上を
移動する。
【０００７】図１０の機構によれば、第１の圧電素子７
１と第２の圧電素子７２は連結体７５をはさんで互いに
一直線上に連結体７５とベース７４に固着され、第３の
圧電素子７３は第１の圧電素子７１及び第２の圧電素子
７２とは直角の関係となるように連結体７５にその一端
面を固着される。この第３の圧電素子７３の他端面に
は、超硬合金からなる駆動部材７６が固着され、この駆
動部材７６に移動体７７が加圧接触されている。各圧電
素子７１，７２，７３を駆動することにより駆動部材７
６は斜め，楕円，円等の軌跡を描きながら振動するため
に、移動体７７は駆動部材７６上を移動する。
１と第２の圧電素子７２は連結体７５をはさんで互いに
一直線上に連結体７５とベース７４に固着され、第３の
圧電素子７３は第１の圧電素子７１及び第２の圧電素子
７２とは直角の関係となるように連結体７５にその一端
面を固着される。この第３の圧電素子７３の他端面に
は、超硬合金からなる駆動部材７６が固着され、この駆
動部材７６に移動体７７が加圧接触されている。各圧電
素子７１，７２，７３を駆動することにより駆動部材７
６は斜め，楕円，円等の軌跡を描きながら振動するため
に、移動体７７は駆動部材７６上を移動する。
【０００８】また、ロボットアーム等の関節を備えた棒
状の機構では、関節のアクチュエータとして一般に電気
的モータと減速器を組み合わせた機構が用いられてい
る。
状の機構では、関節のアクチュエータとして一般に電気
的モータと減速器を組み合わせた機構が用いられてい
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】可動部を直接圧電素子
等のアクチュエータにより駆動する方法では、アクチュ
エータの最大変位量により移動範囲が制限される。圧電
素子を用いた場合、変位の大きい積層型圧電素子を用い
ても、数十μｍ程度の移動範囲が限界である。図６に示
すように、変位拡大機構を用いた方法では、直接駆動す
る場合に比べて、最大数十倍の変位拡大率が得られる
が、移動範囲が制限され、変位拡大機構により剛性が低
下するという問題がある。図７，図８，図９，図１０に
示すような尺取り虫機構の場合、間欠動作となるため高
速の移動が行えないという問題がある。図９に示すよう
な機構では、直角に組み合わされた圧電素子の一方を伸
長させた場合、他の一方の圧電素子に曲げモーメントが
働き、圧電素子が破壊する恐れがある。図１０に示すよ
うな機構では、押し付け用圧電素子にせん断力が働き、
高速駆動時には曲げ振動も発生するため、圧電素子が破
壊する恐れがある。また、押し付け力が移動用圧電素子
にせん断力として働くため強く押し付けられず、強固な
固定ができないという問題がある。また、図９及び図１
０のように移動体を加圧移動した場合、圧電素子の変位
量が少ないため、移動体の撓みにより変位が吸収され確
実な駆動が行えないという問題がある。これらの従来例
は、全て１軸もしくは２軸の移動であり、全ての回転自
由度である３軸の回転を一つの機構で行うことができな
い。３軸の回転を行う場合、機構が複雑、大きくなると
いう問題がある。
等のアクチュエータにより駆動する方法では、アクチュ
エータの最大変位量により移動範囲が制限される。圧電
素子を用いた場合、変位の大きい積層型圧電素子を用い
ても、数十μｍ程度の移動範囲が限界である。図６に示
すように、変位拡大機構を用いた方法では、直接駆動す
る場合に比べて、最大数十倍の変位拡大率が得られる
が、移動範囲が制限され、変位拡大機構により剛性が低
下するという問題がある。図７，図８，図９，図１０に
示すような尺取り虫機構の場合、間欠動作となるため高
速の移動が行えないという問題がある。図９に示すよう
な機構では、直角に組み合わされた圧電素子の一方を伸
長させた場合、他の一方の圧電素子に曲げモーメントが
働き、圧電素子が破壊する恐れがある。図１０に示すよ
うな機構では、押し付け用圧電素子にせん断力が働き、
高速駆動時には曲げ振動も発生するため、圧電素子が破
壊する恐れがある。また、押し付け力が移動用圧電素子
にせん断力として働くため強く押し付けられず、強固な
固定ができないという問題がある。また、図９及び図１
０のように移動体を加圧移動した場合、圧電素子の変位
量が少ないため、移動体の撓みにより変位が吸収され確
実な駆動が行えないという問題がある。これらの従来例
は、全て１軸もしくは２軸の移動であり、全ての回転自
由度である３軸の回転を一つの機構で行うことができな
い。３軸の回転を行う場合、機構が複雑、大きくなると
いう問題がある。
【００１０】また、ロボットアーム等の関節を備えた棒
状の機構では、関節のアクチュエータとして一般に電気
的モータと減速器を組み合わせた機構が用いられている
が、１軸の回転しかできない、出力に対して重量が重
い、機構全体での発生力が小さい等の問題がある。さら
に、減速器のバックラッシュや、減速器の低剛性に起因
する機構の振動、精度の悪化という問題がある。
状の機構では、関節のアクチュエータとして一般に電気
的モータと減速器を組み合わせた機構が用いられている
が、１軸の回転しかできない、出力に対して重量が重
い、機構全体での発生力が小さい等の問題がある。さら
に、減速器のバックラッシュや、減速器の低剛性に起因
する機構の振動、精度の悪化という問題がある。
【００１１】本発明の目的は、これらの問題点を解決し
た移動機構を提供することにある。
た移動機構を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、クランプ用伸
縮素子により可動部材を両側からはさみつけてクランプ
する一対のクランプ機構を２組以上備え、各一対のクラ
ンプ機構に１個以上のクランプ機構を移動させる移動用
伸縮素子を具備し、一部のクランプ機構がクランプして
いる間にこれらクランプ機構を移動させることにより可
動部材を移動させながら、かつ他の一部のクランプ機構
を初期位置に移動させる動作を行い、移動中もしくは移
動後に前記他の一部のクランプ機構をクランプして当初
クランプしていた前記一部のクランプ機構を解放し、前
記他の一部のクランプ機構がクランプしている間にこれ
らクランプ機構を移動させることにより可動部材を移動
させながら、かつ前記一部のクランプ機構を初期位置に
移動させる動作を行うことにより連続的に可動部材を移
動させる移動機構において、可動部材を球状、もしくは
可動部材のクランプ機構と接触する面を球面の一部と
し、１軸の移動用圧電素子を備えた複数のクランプ機構
を異なる方向に配置し、もしくは一つのクランプ機構に
２軸以上の移動用圧電素子を備えたクランプ機構を複数
配置し、可動部材をθx ，θy ，θz の３軸に回転させ
ることを特徴とする。
縮素子により可動部材を両側からはさみつけてクランプ
する一対のクランプ機構を２組以上備え、各一対のクラ
ンプ機構に１個以上のクランプ機構を移動させる移動用
伸縮素子を具備し、一部のクランプ機構がクランプして
いる間にこれらクランプ機構を移動させることにより可
動部材を移動させながら、かつ他の一部のクランプ機構
を初期位置に移動させる動作を行い、移動中もしくは移
動後に前記他の一部のクランプ機構をクランプして当初
クランプしていた前記一部のクランプ機構を解放し、前
記他の一部のクランプ機構がクランプしている間にこれ
らクランプ機構を移動させることにより可動部材を移動
させながら、かつ前記一部のクランプ機構を初期位置に
移動させる動作を行うことにより連続的に可動部材を移
動させる移動機構において、可動部材を球状、もしくは
可動部材のクランプ機構と接触する面を球面の一部と
し、１軸の移動用圧電素子を備えた複数のクランプ機構
を異なる方向に配置し、もしくは一つのクランプ機構に
２軸以上の移動用圧電素子を備えたクランプ機構を複数
配置し、可動部材をθx ，θy ，θz の３軸に回転させ
ることを特徴とする。
【００１３】また、本発明の移動機構は、１台の移動機
構の可動部材に他の１台の移動機構の固定部もしくは可
動部材を接続した、移動機構を２台以上直列に接続した
ことを特徴とする。
構の可動部材に他の１台の移動機構の固定部もしくは可
動部材を接続した、移動機構を２台以上直列に接続した
ことを特徴とする。
【００１４】
【作用】本発明においては、可動部材を球状、もしく
は、可動部材のクランプ機構と接触する面を球面の一部
とし、１軸の移動用圧電素子を備えた複数のクランプ機
構を異なる方向に配置し、もしくは、一つのクランプ機
構に２軸以上の移動用圧電素子を備えた複数のクランプ
機構を配置して、可動部材をθx ，θy ，θz の３軸に
回転させることにより、１台のコンパクトな機構で３軸
の回転が可能となる。
は、可動部材のクランプ機構と接触する面を球面の一部
とし、１軸の移動用圧電素子を備えた複数のクランプ機
構を異なる方向に配置し、もしくは、一つのクランプ機
構に２軸以上の移動用圧電素子を備えた複数のクランプ
機構を配置して、可動部材をθx ，θy ，θz の３軸に
回転させることにより、１台のコンパクトな機構で３軸
の回転が可能となる。
【００１５】可動部を対向する２つ以上の方向からはさ
みつけてクランプするため、クランプにより可動部材が
変位することがなく、確実なクランプが行える。一対の
クランプ機構を２組以上備え、各クランプ機構に１個以
上の該クランプ機構を個別に移動させる伸縮素子を備え
ているため、交互に動作させることが可能であり、一組
のクランプ機構がクランプしている間にこのクランプ機
構を移動させて可動部材を移動させ、かつ残りのクラン
プ機構を初期位置に移動させる動作を行い、移動中もし
くは移動後に他のクランプ機構をクランプして当初クラ
ンプしていた前記一組のクランプ機構を解放し、他のク
ランプ機構がクランプしている間にこのクランプ機構を
移動させて可動部材を移動させ、かつ前記一組のクラン
プ機構を初期位置に移動させる動作を行う。この時、移
動用伸縮素子の速度波形を三角波にすることによりクラ
ンプ機構の移動速度がクランプしている間一定となる。
また可動部材を移動する時間を長くし、クランプ部材を
初期位置に戻す時間を短くして、２組以上のクランプ機
構が同時にオーバーラップしてクランプすることによ
り、移動用伸縮素子が戻り始める前に他の一組によって
駆動することになり、連続的に可動部材を移動させるこ
とが可能となる。また、クランプ機構によりクランプし
た状態で、移動用伸縮素子の伸び量を制御することによ
り、微小量の高速移動，調整が可能になる。さらにクラ
ンプ機構によりクランプした状態で、クランプ用伸縮素
子の伸び量を制御することにより、クランプ方向での微
小量の高速移動、調整が可能になる。
みつけてクランプするため、クランプにより可動部材が
変位することがなく、確実なクランプが行える。一対の
クランプ機構を２組以上備え、各クランプ機構に１個以
上の該クランプ機構を個別に移動させる伸縮素子を備え
ているため、交互に動作させることが可能であり、一組
のクランプ機構がクランプしている間にこのクランプ機
構を移動させて可動部材を移動させ、かつ残りのクラン
プ機構を初期位置に移動させる動作を行い、移動中もし
くは移動後に他のクランプ機構をクランプして当初クラ
ンプしていた前記一組のクランプ機構を解放し、他のク
ランプ機構がクランプしている間にこのクランプ機構を
移動させて可動部材を移動させ、かつ前記一組のクラン
プ機構を初期位置に移動させる動作を行う。この時、移
動用伸縮素子の速度波形を三角波にすることによりクラ
ンプ機構の移動速度がクランプしている間一定となる。
また可動部材を移動する時間を長くし、クランプ部材を
初期位置に戻す時間を短くして、２組以上のクランプ機
構が同時にオーバーラップしてクランプすることによ
り、移動用伸縮素子が戻り始める前に他の一組によって
駆動することになり、連続的に可動部材を移動させるこ
とが可能となる。また、クランプ機構によりクランプし
た状態で、移動用伸縮素子の伸び量を制御することによ
り、微小量の高速移動，調整が可能になる。さらにクラ
ンプ機構によりクランプした状態で、クランプ用伸縮素
子の伸び量を制御することにより、クランプ方向での微
小量の高速移動、調整が可能になる。
【００１６】本発明の移動機構の１台の可動部材もしく
は固定部に他の１台の移動機構の固定部もしくは、可動
部材を接続し、移動機構を２台以上接続することによ
り、小型，軽量，高トルク，高精度かつ、容易に振動制
御が可能な多自由度のロボットアーム状の腕が可能にな
る。
は固定部に他の１台の移動機構の固定部もしくは、可動
部材を接続し、移動機構を２台以上接続することによ
り、小型，軽量，高トルク，高精度かつ、容易に振動制
御が可能な多自由度のロボットアーム状の腕が可能にな
る。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。
る。
【００１８】図１は、本発明の一実施例の中心軸上での
断面図である。可動部材１はクランプされる部分が球状
であり、８組のクランプ部材２によりクランプされる。
この断面図では、断面上の４個が図示されている。本実
施例では、伸縮素子として、積層型圧電素子を使用して
おり、クランプ用圧電素子３がクランプ部材２の外側に
可動部材１の球の中心から放射状に配され、クランプ部
材２の側面に可動部材１の接線方向にクランプ部材１個
に対し移動用圧電素子４各２個が２方向に配されてい
る。また各クランプ用圧電素子３と各移動用圧電素子４
の伸縮方向両端面と各クランプ部材及び固定部５との間
には、曲げ剛性を低くしたヒンジ部材６を備え、圧電素
子に働く曲げ応力やせん断力を小さくしている。
断面図である。可動部材１はクランプされる部分が球状
であり、８組のクランプ部材２によりクランプされる。
この断面図では、断面上の４個が図示されている。本実
施例では、伸縮素子として、積層型圧電素子を使用して
おり、クランプ用圧電素子３がクランプ部材２の外側に
可動部材１の球の中心から放射状に配され、クランプ部
材２の側面に可動部材１の接線方向にクランプ部材１個
に対し移動用圧電素子４各２個が２方向に配されてい
る。また各クランプ用圧電素子３と各移動用圧電素子４
の伸縮方向両端面と各クランプ部材及び固定部５との間
には、曲げ剛性を低くしたヒンジ部材６を備え、圧電素
子に働く曲げ応力やせん断力を小さくしている。
【００１９】この構造により、クランプ部材２はクラン
プ用圧電素子３により可動部材１に押し付けられたり、
可動部材１から離されたりする。また、クランプ部材２
は、各２個の移動用圧電素子４により、可動部材である
球の接平面上のあらゆる方向に移動させることが可能と
なっている。
プ用圧電素子３により可動部材１に押し付けられたり、
可動部材１から離されたりする。また、クランプ部材２
は、各２個の移動用圧電素子４により、可動部材である
球の接平面上のあらゆる方向に移動させることが可能と
なっている。
【００２０】まず、可動部材１を挟んで対向する２個も
しくは３個以上のクランプ部材２をクランプ用圧電素子
３により押し付けて可動部材１をクランプする。両側も
しくは、多方向から同時に押し付けるため、クランプ動
作により可動部材１が変位することがなくクランプ力が
対称に加えられ、確実なクランプが行える。各クランプ
部材の移動用圧電素子４を伸縮させ、各クランプ部材に
よって球を希望する方向へ必要な量だけ回転させる。次
にクランプしていなかったクランプ部材２の可動部材を
挟んで対向する２個もしくは３個以上のクランプ部材に
より可動部材１をクランプする。クランプしたクランプ
部材２を先ほどと同様、各クランプ部材の移動用圧電素
子４を伸縮させ、各クランプ部材により球を希望する方
向へ、必要な量だけ回転させる。尚、クランプしていな
いクランプ部材２は、クランプしていない間に元の位置
もしくは、次回の移動に都合の良い位置に移動させてお
く。このような動作を繰り返すことにより、回転３自由
度の任意の方向に移動を行う。この例では、クランプ部
材２を２グループに分けて動作させたが、３グループ以
上に分けても動作可能であり、より連続的な動作が可能
となる。
しくは３個以上のクランプ部材２をクランプ用圧電素子
３により押し付けて可動部材１をクランプする。両側も
しくは、多方向から同時に押し付けるため、クランプ動
作により可動部材１が変位することがなくクランプ力が
対称に加えられ、確実なクランプが行える。各クランプ
部材の移動用圧電素子４を伸縮させ、各クランプ部材に
よって球を希望する方向へ必要な量だけ回転させる。次
にクランプしていなかったクランプ部材２の可動部材を
挟んで対向する２個もしくは３個以上のクランプ部材に
より可動部材１をクランプする。クランプしたクランプ
部材２を先ほどと同様、各クランプ部材の移動用圧電素
子４を伸縮させ、各クランプ部材により球を希望する方
向へ、必要な量だけ回転させる。尚、クランプしていな
いクランプ部材２は、クランプしていない間に元の位置
もしくは、次回の移動に都合の良い位置に移動させてお
く。このような動作を繰り返すことにより、回転３自由
度の任意の方向に移動を行う。この例では、クランプ部
材２を２グループに分けて動作させたが、３グループ以
上に分けても動作可能であり、より連続的な動作が可能
となる。
【００２１】また、この例では、クランプ部材は、８組
であるが、２グループ以上に分けて可動部材の保持が行
えれば、８組より少なくても、あるいは８組より多くて
もかまわない。クランプ部材２には、移動用圧電素子が
２方向に取り付けられているが、１方向のみに移動用圧
電素子４を取り付けたクランプ部材２を３軸の回転が可
能なように多方向に複数個備え、各方向の移動を順次行
うことにより、希望する回転移動量を得るような構成も
可能である。
であるが、２グループ以上に分けて可動部材の保持が行
えれば、８組より少なくても、あるいは８組より多くて
もかまわない。クランプ部材２には、移動用圧電素子が
２方向に取り付けられているが、１方向のみに移動用圧
電素子４を取り付けたクランプ部材２を３軸の回転が可
能なように多方向に複数個備え、各方向の移動を順次行
うことにより、希望する回転移動量を得るような構成も
可能である。
【００２２】一部もしくは全てのクランプ用圧電素子３
を伸長して可動部材１をクランプし、移動用圧電素子４
によって、クランプ機構を移動させることにより可動部
材１の精密な位置決めや、振動制御のような高速，高剛
性の微小移動が行える。
を伸長して可動部材１をクランプし、移動用圧電素子４
によって、クランプ機構を移動させることにより可動部
材１の精密な位置決めや、振動制御のような高速，高剛
性の微小移動が行える。
【００２３】さらに、一部もしくは全てのクランプ用圧
電素子３を伸長して可動部材１をクランプし、クランプ
用圧電素子３によって、クランプ機構２を移動させるこ
とによりクランプ方向の位置決めが可能であり、可動部
材１の精密な偏心位置決めや、振動制御のような高速，
高剛性の微小移動が行える。
電素子３を伸長して可動部材１をクランプし、クランプ
用圧電素子３によって、クランプ機構２を移動させるこ
とによりクランプ方向の位置決めが可能であり、可動部
材１の精密な偏心位置決めや、振動制御のような高速，
高剛性の微小移動が行える。
【００２４】図２は可動部材側から見た本発明の第２の
実施例のクランプ機構部である。クランプ部材１２の４
側面に移動用圧電素子１４を取り付け、移動用圧電素子
１４に圧縮力を負荷することにより、高速移動時にクラ
ンプ部１２を高速で往復動させても移動用圧電素子１４
に引張り力が働かないようにすることが可能になる。
尚、図中１５は固定部を、１６はヒンジ部材を示してい
る。
実施例のクランプ機構部である。クランプ部材１２の４
側面に移動用圧電素子１４を取り付け、移動用圧電素子
１４に圧縮力を負荷することにより、高速移動時にクラ
ンプ部１２を高速で往復動させても移動用圧電素子１４
に引張り力が働かないようにすることが可能になる。
尚、図中１５は固定部を、１６はヒンジ部材を示してい
る。
【００２５】図３に示した実施例では、固定部２２を有
する１台の移動機構の可動部材２１に、可動部材２３を
有する他の１台の移動機構の固定部２４を接続し、移動
機構を２台以上直列に接続することにより、自由度を多
くし、可動範囲を大きくすることが可能となり、軽量，
高発生力，高精度のアームが可能となる。２台の移動機
構の可動部同士を接続してもかまわない。この機構を関
節に用いることにより、クランプ状態で圧電素子の伸縮
を制御することにより、アームの振動抑制制御、精密な
位置決めが可能となる。
する１台の移動機構の可動部材２１に、可動部材２３を
有する他の１台の移動機構の固定部２４を接続し、移動
機構を２台以上直列に接続することにより、自由度を多
くし、可動範囲を大きくすることが可能となり、軽量，
高発生力，高精度のアームが可能となる。２台の移動機
構の可動部同士を接続してもかまわない。この機構を関
節に用いることにより、クランプ状態で圧電素子の伸縮
を制御することにより、アームの振動抑制制御、精密な
位置決めが可能となる。
【００２６】図４に図１の移動機構の駆動波形の一例を
示す。クランプ用圧電素子３の入力は、矩形波状であ
り、クランプ・解放の動作を確実に行うようにしてい
る。移動用圧電素子４の駆動波形は、三角波状であり、
クランプしている間は、一定速度で移動するようにして
いる。尚、精密な移動量が要求されずに回転動作のみが
必要であれば、全て正弦波でも回転させることが可能で
ある。
示す。クランプ用圧電素子３の入力は、矩形波状であ
り、クランプ・解放の動作を確実に行うようにしてい
る。移動用圧電素子４の駆動波形は、三角波状であり、
クランプしている間は、一定速度で移動するようにして
いる。尚、精密な移動量が要求されずに回転動作のみが
必要であれば、全て正弦波でも回転させることが可能で
ある。
【００２７】また、図５に示すように、移動用圧電素子
４の三角波状の入力波形において、可動部材１の移動す
る時間を長くし、クランプ部材２を初期位置に戻す時間
を短くして、２組のクランプ機構が同時にオーバーラッ
プしてクランプして移動させることにより、クランプ切
り替え時の速度の変化，ズレ等を防いで、一定速度で滑
らかな回転が行える。この例では、２組のクランプ機構
が２箇所で交互にクランプすることになるが、可動部材
１をより安定させて移動するために２組以上のクランプ
機構を用いてもよい。
４の三角波状の入力波形において、可動部材１の移動す
る時間を長くし、クランプ部材２を初期位置に戻す時間
を短くして、２組のクランプ機構が同時にオーバーラッ
プしてクランプして移動させることにより、クランプ切
り替え時の速度の変化，ズレ等を防いで、一定速度で滑
らかな回転が行える。この例では、２組のクランプ機構
が２箇所で交互にクランプすることになるが、可動部材
１をより安定させて移動するために２組以上のクランプ
機構を用いてもよい。
【００２８】
【発明の効果】本発明の利点とするところは、次の通り
である。すなわち、一つの機構で全回転自由度である３
軸の回転を行うことができ、小型軽量の機構が実現でき
る。伸縮素子による直接駆動や変位拡大機構などではな
いため、移動量の制限がない。従来の尺取り虫機構のよ
うな間欠動作ではなく、連続した滑らかな駆動が可能で
あり、クランプ切り替え時に位置ズレがなく、さらに伸
縮素子の限界までの分解能での微小位置決めが可能であ
る。一方向から押し付けて固定するのではなく、移動体
をクランプ機構により挟み込むため、クランプが確実に
行え、滑りが生じず、高トルクが得られる。クランプ方
向である並進方向に対しても微小な位置決めが可能であ
る。変位拡大機構等の複雑な機構を用いないため、剛性
が高く、高速駆動が可能である。弾性ヒンジを用いてい
るため、伸縮素子に作用する曲げモーメント、せん断力
を小さくできる。移動用伸縮素子がクランプ部を挟み込
む形で配されているため、移動用伸縮素子に引張力が作
用しない。
である。すなわち、一つの機構で全回転自由度である３
軸の回転を行うことができ、小型軽量の機構が実現でき
る。伸縮素子による直接駆動や変位拡大機構などではな
いため、移動量の制限がない。従来の尺取り虫機構のよ
うな間欠動作ではなく、連続した滑らかな駆動が可能で
あり、クランプ切り替え時に位置ズレがなく、さらに伸
縮素子の限界までの分解能での微小位置決めが可能であ
る。一方向から押し付けて固定するのではなく、移動体
をクランプ機構により挟み込むため、クランプが確実に
行え、滑りが生じず、高トルクが得られる。クランプ方
向である並進方向に対しても微小な位置決めが可能であ
る。変位拡大機構等の複雑な機構を用いないため、剛性
が高く、高速駆動が可能である。弾性ヒンジを用いてい
るため、伸縮素子に作用する曲げモーメント、せん断力
を小さくできる。移動用伸縮素子がクランプ部を挟み込
む形で配されているため、移動用伸縮素子に引張力が作
用しない。
【００２９】また、本発明の移動機構を２台以上直列に
接続することにより、自由度を多くし、可動範囲を大き
くすることが可能となり、軽量，高発生力，高精度のロ
ボットアームが可能となる。クランプ状態で圧電素子の
伸縮を制御することにより、ロボットアーム等での振動
抑制制御が可能となる。
接続することにより、自由度を多くし、可動範囲を大き
くすることが可能となり、軽量，高発生力，高精度のロ
ボットアームが可能となる。クランプ状態で圧電素子の
伸縮を制御することにより、ロボットアーム等での振動
抑制制御が可能となる。
【図１】本発明の実施例で３軸の回転移動機構である。
【図２】第２の実施例で、可動部材側からみたクランプ
機構を示した図である。
機構を示した図である。
【図３】図１の機構を２台組み合わせたアームを示す図
である。
である。
【図４】本発明の回転移動機構の駆動波形の一例であ
る。
る。
【図５】本発明の回転移動機構の駆動波形の一例であ
る。
る。
【図６】てこを用いた変位拡大機構の従来例を示す図で
ある。
ある。
【図７】尺取り虫機構を用いた回転位置決め装置の従来
例を示す図である。
例を示す図である。
【図８】尺取り虫機構を用いた回転位置決め装置の従来
例を示す図である。
例を示す図である。
【図９】尺取り虫機構を用いた並進位置決め装置の従来
例を示す図である。
例を示す図である。
【図１０】尺取り虫機構を用いた並進位置決め装置の従
来例を示す図である。
来例を示す図である。
１，２１，２３ 可動部材 ２，１２ クランプ部材 ３ クランプ用圧電素子 ４，１４ 移動用圧電素子 ５，１５，２２，２４ 固定部 ６，１６ ヒンジ部材
Claims (2)
- 【請求項１】クランプ用伸縮素子により可動部材を両側
からはさみつけてクランプする一対のクランプ機構を２
組以上備え、各一対のクランプ機構に１個以上のクラン
プ機構を移動させる移動用伸縮素子を具備し、一部のク
ランプ機構がクランプしている間にこれらクランプ機構
を移動させることにより可動部材を移動させながら、か
つ他の一部のクランプ機構を初期位置に移動させる動作
を行い、移動中もしくは移動後に前記他の一部のクラン
プ機構をクランプして当初クランプしていた前記一部の
クランプ機構を解放し、前記他の一部のクランプ機構が
クランプしている間にこれらクランプ機構を移動させる
ことにより可動部材を移動させながら、かつ前記一部の
クランプ機構を初期位置に移動させる動作を行うことに
より連続的に可動部材を移動させる移動機構において、
可動部材を球状、もしくは可動部材のクランプ機構と接
触する面を球面の一部とし、１軸の移動用圧電素子を備
えた複数のクランプ機構を異なる方向に配置し、もしく
は一つのクランプ機構に２軸以上の移動用圧電素子を備
えたクランプ機構を複数配置し、可動部材をθx ，
θy ，θz の３軸に回転させることを特徴とする移動機
構。 - 【請求項２】２台以上の請求項１記載の移動機構を、１
台の移動機構の可動部材もしくは固定部に他の１台の移
動機構の固定部もしくは可動部材を接続して、２台以上
の移動機構を備えることを特徴とする移動機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3330989A JPH05168253A (ja) | 1991-12-16 | 1991-12-16 | 移動機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3330989A JPH05168253A (ja) | 1991-12-16 | 1991-12-16 | 移動機構 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05168253A true JPH05168253A (ja) | 1993-07-02 |
Family
ID=18238596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3330989A Pending JPH05168253A (ja) | 1991-12-16 | 1991-12-16 | 移動機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05168253A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007527689A (ja) * | 2004-02-17 | 2007-09-27 | ピエゾモーター ウプサラ エイビー | 広周波数域電気機械式アクチュエータ |
| CN108362257A (zh) * | 2018-05-17 | 2018-08-03 | 上海市计量测试技术研究院 | 一种微球旋转夹持装置 |
-
1991
- 1991-12-16 JP JP3330989A patent/JPH05168253A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007527689A (ja) * | 2004-02-17 | 2007-09-27 | ピエゾモーター ウプサラ エイビー | 広周波数域電気機械式アクチュエータ |
| CN108362257A (zh) * | 2018-05-17 | 2018-08-03 | 上海市计量测试技术研究院 | 一种微球旋转夹持装置 |
| CN108362257B (zh) * | 2018-05-17 | 2023-06-23 | 上海市计量测试技术研究院 | 一种微球旋转夹持装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |