JPH05185383A - 多自由度アクチュエータ - Google Patents
多自由度アクチュエータInfo
- Publication number
- JPH05185383A JPH05185383A JP463792A JP463792A JPH05185383A JP H05185383 A JPH05185383 A JP H05185383A JP 463792 A JP463792 A JP 463792A JP 463792 A JP463792 A JP 463792A JP H05185383 A JPH05185383 A JP H05185383A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- actuator
- degree
- displacement amount
- freedom
- units
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は極微量を移動、制御するための微小機
械に用いる多自由度アクチュエータに関するもので、変
位量を検出して、精度の良い移動を可能とする事を目的
とする。 【構成】剛性のある絶縁物の基板１１と、柔軟な絶縁物
１６を挟んで対向する電極からなるアクチュエータ１４
を駆動制御回路１２で制御するとともに、アクチュエー
タ１４の基板１１を基準とした変位量を変位量検出ユニ
ット１５で検出することで、上記目的を達成する。
械に用いる多自由度アクチュエータに関するもので、変
位量を検出して、精度の良い移動を可能とする事を目的
とする。 【構成】剛性のある絶縁物の基板１１と、柔軟な絶縁物
１６を挟んで対向する電極からなるアクチュエータ１４
を駆動制御回路１２で制御するとともに、アクチュエー
タ１４の基板１１を基準とした変位量を変位量検出ユニ
ット１５で検出することで、上記目的を達成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は極微量を移動、制御する
ための微小機械に用いる多自由度アクチュエータに関す
るものである。
ための微小機械に用いる多自由度アクチュエータに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、オーディオ・ビジュアル機器、事
務機器、コンピュータ周辺機器そして医療機器の小型化
が進むにつれて、微小で多自由度のアクチュエータの開
発に対する要求が益々大きくなってきている。
務機器、コンピュータ周辺機器そして医療機器の小型化
が進むにつれて、微小で多自由度のアクチュエータの開
発に対する要求が益々大きくなってきている。
【０００３】以下、従来の多自由度マイクロアクチュエ
ータについて説明する。図５（ａ）は従来の電磁力ある
いは静電力を用いた多自由度マイクロアクチュエータを
示す斜視図であり、図４（ｂ）はその一部を拡大したも
のであり、ジー・エス・ブジャ等（G. S. Buja, H. Fuj
ita, K. Ohnishi）編 の「リーセント アドバンス イ
ン モーション コントロール（"RECENT ADVANCES IN
MOTION CONTROL" 日刊工業（１９９０）pp. 131-13
8）」に記載されている。図５（ａ）、（ｂ）におい
て、１は例えば電磁力を利用して構成されるアクチュエ
ータユニットであり、Ｔ字形で示された２はアクチュエ
ータであり、３は柔軟性のある材料からなる円筒であ
る。アクチュエータユニット１は２個のアクチュエータ
２からなり、円筒３に沿って＋Ｘ、−Ｘ、＋Ｙ、−Ｙの
位置で円筒３の長さ方向に４列並べられており、それぞ
れのアクチュエータは制御回路４に接続され、独立に制
御される。
ータについて説明する。図５（ａ）は従来の電磁力ある
いは静電力を用いた多自由度マイクロアクチュエータを
示す斜視図であり、図４（ｂ）はその一部を拡大したも
のであり、ジー・エス・ブジャ等（G. S. Buja, H. Fuj
ita, K. Ohnishi）編 の「リーセント アドバンス イ
ン モーション コントロール（"RECENT ADVANCES IN
MOTION CONTROL" 日刊工業（１９９０）pp. 131-13
8）」に記載されている。図５（ａ）、（ｂ）におい
て、１は例えば電磁力を利用して構成されるアクチュエ
ータユニットであり、Ｔ字形で示された２はアクチュエ
ータであり、３は柔軟性のある材料からなる円筒であ
る。アクチュエータユニット１は２個のアクチュエータ
２からなり、円筒３に沿って＋Ｘ、−Ｘ、＋Ｙ、−Ｙの
位置で円筒３の長さ方向に４列並べられており、それぞ
れのアクチュエータは制御回路４に接続され、独立に制
御される。
【０００４】以上のように構成された多自由度アクチュ
エータについて、以下その動作について説明する。図６
は電磁力を用いて構成した多自由度アクチュエータがＹ
方向に湾曲している図である。このとき、＋Ｙの位置に
ある電磁石の列はお互いに引っ張り合う力が働くように
電磁石に流れる電流が制御され、−Ｙの位置にある電磁
石の列はお互いに反発し合う力が働くように制御され
る。図６に示したアクチュエータは電磁石によって構成
されているが、静電力を利用するキャパシターによって
構成されていても動作は全く同一であり、また、アクチ
ュエータユニットの並べ方を変えることによって、さら
に複雑な運動も可能となる。
エータについて、以下その動作について説明する。図６
は電磁力を用いて構成した多自由度アクチュエータがＹ
方向に湾曲している図である。このとき、＋Ｙの位置に
ある電磁石の列はお互いに引っ張り合う力が働くように
電磁石に流れる電流が制御され、−Ｙの位置にある電磁
石の列はお互いに反発し合う力が働くように制御され
る。図６に示したアクチュエータは電磁石によって構成
されているが、静電力を利用するキャパシターによって
構成されていても動作は全く同一であり、また、アクチ
ュエータユニットの並べ方を変えることによって、さら
に複雑な運動も可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の構
成では、多自由度アクチュエータの移動に対する基準と
なる基板がないため、多自由度アクチュエータの変位量
は相対的なものになり、正確に変位量を制御することが
困難になる。また、多自由度アクチュエータが移動した
ときの変位量を検出する機能がないため、変位量を正確
に制御しようとすると、例えばレーザ測長器を用いて変
位量を測定して、多自由度アクチュエータの駆動制御系
にフィードバックするという方法がとられている。この
ような構成では、系全体が大きくなり、かつ高価である
という課題を有していた。
成では、多自由度アクチュエータの移動に対する基準と
なる基板がないため、多自由度アクチュエータの変位量
は相対的なものになり、正確に変位量を制御することが
困難になる。また、多自由度アクチュエータが移動した
ときの変位量を検出する機能がないため、変位量を正確
に制御しようとすると、例えばレーザ測長器を用いて変
位量を測定して、多自由度アクチュエータの駆動制御系
にフィードバックするという方法がとられている。この
ような構成では、系全体が大きくなり、かつ高価である
という課題を有していた。
【０００６】本発明は、上記従来技術の課題を解決する
もので、変位の基準となる基板と、運動機構と変位量の
駆動制御機能と、変位量の検出機能と変位量の制御機能
を持った、小型で、一体化された多自由度アクチュエー
タを提供することを目的とする。
もので、変位の基準となる基板と、運動機構と変位量の
駆動制御機能と、変位量の検出機能と変位量の制御機能
を持った、小型で、一体化された多自由度アクチュエー
タを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、剛性のある絶縁物の基板と、柔軟な絶縁物
を挟んで対向する電極からなる複数個のアクチュエータ
ユニットと、柔軟な絶縁物を挟んで対向する電極からな
る複数個の変位量検出ユニットと、前記アクチュエータ
ユニットを駆動するとともに、制御する駆動制御回路と
を設けたものである。
に本発明は、剛性のある絶縁物の基板と、柔軟な絶縁物
を挟んで対向する電極からなる複数個のアクチュエータ
ユニットと、柔軟な絶縁物を挟んで対向する電極からな
る複数個の変位量検出ユニットと、前記アクチュエータ
ユニットを駆動するとともに、制御する駆動制御回路と
を設けたものである。
【０００８】
【作用】本発明は上記構成によって、駆動用キャパシタ
ーと駆動制御回路で多自由度アクチュエータを駆動し、
多自由度アクチュエータの基板を基準とした変位量を、
変位量検出用キャパシターと変位量検出回路で検出する
ことが可能となる。
ーと駆動制御回路で多自由度アクチュエータを駆動し、
多自由度アクチュエータの基板を基準とした変位量を、
変位量検出用キャパシターと変位量検出回路で検出する
ことが可能となる。
【０００９】
（実施例１）以下、本発明の第１の実施例について図面
を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施例
における変位量検出器付き多自由度アクチュエータ１０
の概略図である。図１において、１１は剛性のある基
板、１４ａ−１と１４ａ−２、１４ｂ−１と１４ｂ−
２、１４ｃ−１と１４ｃ−２はそれぞれアクチュエータ
ユニット、１２は同アクチュエータの駆動制御回路、１
５ａ−１と１５ａ−２は変位量検出ユニット、１３は変
位量検出回路、１６は柔軟性のある絶縁物、１７は絶縁
物である。
を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施例
における変位量検出器付き多自由度アクチュエータ１０
の概略図である。図１において、１１は剛性のある基
板、１４ａ−１と１４ａ−２、１４ｂ−１と１４ｂ−
２、１４ｃ−１と１４ｃ−２はそれぞれアクチュエータ
ユニット、１２は同アクチュエータの駆動制御回路、１
５ａ−１と１５ａ−２は変位量検出ユニット、１３は変
位量検出回路、１６は柔軟性のある絶縁物、１７は絶縁
物である。
【００１０】図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、多自由度
アクチュエータの製作方法を示したものである。まず、
図２（ａ）に示すように、基板１１はガラスなどの剛性
のある基板であり、その上に、互いに絶縁された複数個
の電極１４ａ−１、１４ｂ−１、１４ｃ−１、１４ｄ−
１を金属の蒸着によって形成する。次に図２（ｂ）に示
すように、シリコンゴム等の柔軟性のある絶縁物１６で
電極１４ａ−１から１４ｄ−１を覆い、さらにその上に
互いに絶縁された電極１４ａ−２、１４ｂ−２、１４ｃ
−２、１４ｄ−２を形成する。絶縁物１６の誘電率は大
きければ大きいほど望ましい。さらに、図２（ｃ）に示
すように、電極１４ａ−２から１４ｄ−２の上には、絶
縁物１７がＣＶＤ装置等により形成され、この絶縁物１
７は柔軟性があってもなくても良い。絶縁物１７上に
は、再び金属蒸着により電極１５ａ−１、１５ｂ−１、
１５ｃ−１、１５ｄ−１が形成され、その上に柔軟性の
ある絶縁物１６が堆積され、さらに、電極１５ａ−２、
１５ｂ−２、１５ｃ−２、１５ｄ−２が形成される。そ
の上には再び絶縁物が形成され、以上の行程を繰り返す
ことによって、直径がミリメートルサイズよりも小さ
く、直径に対して長さの長いアクチュエータを製作する
ことが可能となる。また、駆動制御回路１２と変位量検
出回路１３を基板１１上に作成することも可能である。
アクチュエータの製作方法を示したものである。まず、
図２（ａ）に示すように、基板１１はガラスなどの剛性
のある基板であり、その上に、互いに絶縁された複数個
の電極１４ａ−１、１４ｂ−１、１４ｃ−１、１４ｄ−
１を金属の蒸着によって形成する。次に図２（ｂ）に示
すように、シリコンゴム等の柔軟性のある絶縁物１６で
電極１４ａ−１から１４ｄ−１を覆い、さらにその上に
互いに絶縁された電極１４ａ−２、１４ｂ−２、１４ｃ
−２、１４ｄ−２を形成する。絶縁物１６の誘電率は大
きければ大きいほど望ましい。さらに、図２（ｃ）に示
すように、電極１４ａ−２から１４ｄ−２の上には、絶
縁物１７がＣＶＤ装置等により形成され、この絶縁物１
７は柔軟性があってもなくても良い。絶縁物１７上に
は、再び金属蒸着により電極１５ａ−１、１５ｂ−１、
１５ｃ−１、１５ｄ−１が形成され、その上に柔軟性の
ある絶縁物１６が堆積され、さらに、電極１５ａ−２、
１５ｂ−２、１５ｃ−２、１５ｄ−２が形成される。そ
の上には再び絶縁物が形成され、以上の行程を繰り返す
ことによって、直径がミリメートルサイズよりも小さ
く、直径に対して長さの長いアクチュエータを製作する
ことが可能となる。また、駆動制御回路１２と変位量検
出回路１３を基板１１上に作成することも可能である。
【００１１】以上のように構成された静電力を利用した
多自由度アクチュエータについて、図３に示す多自由度
アクチュエータの斜視図を用いてその動作を説明する。
電極１４ａ−１と１４ａ−２で構成されるアクチュエー
タユニット１４ａ、最終電極（ｎ−１）ａ−１と（ｎ−
１）ａ−２で構成されるアクチュエータユニット（ｎ−
１）ａで示されるａ列のアクチュエータユニットの電極
には吸引力が働くように駆動御回路１２から正負の電圧
が交互に印加され、アクチュエータユニット１４ｃから
（ｎ−１）ｃで示されるｃ列のアクチュエータユニット
の電極には反発力が働くように駆動制御回路１２から同
一符号の電圧が印加されることによって、多自由度アク
チュエータはａ列方向に変位することになる。このと
き、変位量検出ユニット１５ａからｎａで示されるａ列
の電極においては、電極間隔が狭くなることによって、
電極間隔に半比例して静電容量が増加する。一方、変位
量検出ユニット１５ｃからｎｃで示されるｃ列の電極に
おいては、電極間隔が広くなり、静電容量は減少する。
したがって、変位量検出ユニットの電極間の静電容量を
変位量検出回路１３によって測定することによって、ア
クチュエータの変位量を測定することが可能である。さ
らに、あらかじめ設定した変位量と、アクチュエータユ
ニットに電位を印加して得られた変位量とを比較するこ
とによって、その差に対応する電位をアクチュエータユ
ニットに印加する事によって、限りなく設定値に近づけ
ることが可能となる。
多自由度アクチュエータについて、図３に示す多自由度
アクチュエータの斜視図を用いてその動作を説明する。
電極１４ａ−１と１４ａ−２で構成されるアクチュエー
タユニット１４ａ、最終電極（ｎ−１）ａ−１と（ｎ−
１）ａ−２で構成されるアクチュエータユニット（ｎ−
１）ａで示されるａ列のアクチュエータユニットの電極
には吸引力が働くように駆動御回路１２から正負の電圧
が交互に印加され、アクチュエータユニット１４ｃから
（ｎ−１）ｃで示されるｃ列のアクチュエータユニット
の電極には反発力が働くように駆動制御回路１２から同
一符号の電圧が印加されることによって、多自由度アク
チュエータはａ列方向に変位することになる。このと
き、変位量検出ユニット１５ａからｎａで示されるａ列
の電極においては、電極間隔が狭くなることによって、
電極間隔に半比例して静電容量が増加する。一方、変位
量検出ユニット１５ｃからｎｃで示されるｃ列の電極に
おいては、電極間隔が広くなり、静電容量は減少する。
したがって、変位量検出ユニットの電極間の静電容量を
変位量検出回路１３によって測定することによって、ア
クチュエータの変位量を測定することが可能である。さ
らに、あらかじめ設定した変位量と、アクチュエータユ
ニットに電位を印加して得られた変位量とを比較するこ
とによって、その差に対応する電位をアクチュエータユ
ニットに印加する事によって、限りなく設定値に近づけ
ることが可能となる。
【００１２】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について図面を参照しながら説明する。
について図面を参照しながら説明する。
【００１３】図４は本発明の第２の実施例における斜視
図である。図４において、図３の構成と異なるのは、剛
性のある絶縁物２１が多自由度アクチュエータの端部で
はなく、中間に存在することである。絶縁物２１を多自
由度アクチュエータの中間に配置することによって、絶
縁物２１を基準にして両方向に独立してアクチュエータ
を動かすことが可能となる。他の説明に関しては、第１
の実施例と全く同一であるため割愛する。
図である。図４において、図３の構成と異なるのは、剛
性のある絶縁物２１が多自由度アクチュエータの端部で
はなく、中間に存在することである。絶縁物２１を多自
由度アクチュエータの中間に配置することによって、絶
縁物２１を基準にして両方向に独立してアクチュエータ
を動かすことが可能となる。他の説明に関しては、第１
の実施例と全く同一であるため割愛する。
【００１４】
【発明の効果】以上のように本発明は、剛性のある絶縁
物、柔軟性のある絶縁物、アクチュエータユニット、変
位量検出ユニット、駆動制御回路、変位量検出回路を設
けることによって、動きながら変位量を検出し、なおか
つあらかじめ設定した変位量に限りなく近づけることが
可能となる優れた多自由度アクチュエータを実現するも
のである。
物、柔軟性のある絶縁物、アクチュエータユニット、変
位量検出ユニット、駆動制御回路、変位量検出回路を設
けることによって、動きながら変位量を検出し、なおか
つあらかじめ設定した変位量に限りなく近づけることが
可能となる優れた多自由度アクチュエータを実現するも
のである。
【図１】本発明の第１の実施例における多自由度アクチ
ュエータの概念図
ュエータの概念図
【図２】本発明の第１の実施例における多自由度アクチ
ュエータの製作方法を示す図
ュエータの製作方法を示す図
【図３】本発明の第１の実施例における多自由度アクチ
ュエータの動作を示す図
ュエータの動作を示す図
【図４】本発明の第２の実施例における多自由度アクチ
ュエータの斜視図
ュエータの斜視図
【図５】従来の多自由度アクチュエータの概念図
【図６】従来の多自由度アクチュエータの動作を説明す
る図
る図
１１ 基板 １２ 駆動制御回路 １３ 変位量検出回路 １４ アクチュエータユニット １５ 変位量検出ユニット １６、１７ 絶縁物 ２１ 基板
Claims (5)
- 【請求項１】 剛性のある絶縁物の基板と、柔軟な絶縁
物を挟んで対向する電極からなる複数個のアクチュエー
タユニットと、柔軟な絶縁物を挟んで対向する電極から
なる複数個の変位量検出ユニットと、前記アクチュエー
タユニットを駆動するとともに、制御する駆動制御回路
とを備えた多自由度アクチュエータ。 - 【請求項２】 複数個のアクチュエータユニットと、複
数個の変位量検出ユニットはそれぞれ異なった同一平面
上にあり、互いに交互に積層されたものである請求項１
記載の多自由度アクチュエータ。 - 【請求項３】 複数個のアクチュエータユニットと、変
位量検出ユニットが同一平面上にあり、これが積層され
たものである請求項１記載の多自由度アクチュエータ。 - 【請求項４】 剛性のある絶縁物の基板が多自由度アク
チュエータの端部にあるものである請求項１記載の多自
由度アクチュエータ。 - 【請求項５】 剛性のある絶縁物の基板が多自由度アク
チュエータの中間にあるものである請求項１記載の多自
由度アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP463792A JPH05185383A (ja) | 1992-01-14 | 1992-01-14 | 多自由度アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP463792A JPH05185383A (ja) | 1992-01-14 | 1992-01-14 | 多自由度アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05185383A true JPH05185383A (ja) | 1993-07-27 |
Family
ID=11589518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP463792A Pending JPH05185383A (ja) | 1992-01-14 | 1992-01-14 | 多自由度アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05185383A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003105175A1 (ja) * | 2002-06-11 | 2003-12-18 | 松下電器産業株式会社 | スイッチ |
| JP2004345009A (ja) * | 2003-05-21 | 2004-12-09 | Japan Science & Technology Agency | 微小立体構造マニピュレータ |
| US11601072B2 (en) | 2020-10-12 | 2023-03-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Actuator |
-
1992
- 1992-01-14 JP JP463792A patent/JPH05185383A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003105175A1 (ja) * | 2002-06-11 | 2003-12-18 | 松下電器産業株式会社 | スイッチ |
| US7105758B2 (en) | 2002-06-11 | 2006-09-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Switch |
| JP2004345009A (ja) * | 2003-05-21 | 2004-12-09 | Japan Science & Technology Agency | 微小立体構造マニピュレータ |
| US11601072B2 (en) | 2020-10-12 | 2023-03-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Actuator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5235225A (en) | Linear electrostatic actuator with means for concatenation | |
| Donald et al. | An untethered, electrostatic, globally controllable MEMS micro-robot | |
| Yamaguchi et al. | Distributed electrostatic micro actuator | |
| EP0890216A1 (en) | Piezoelectric actuator or motor, method therefor and method for fabrication thereof | |
| US5089740A (en) | Displacement generating apparatus | |
| US6972884B2 (en) | Mirror device, optical switch, electronic instrument and mirror device driving method | |
| JP3042333B2 (ja) | 電気信号変位変換装置、当該変換装置を用いた機器、および当該変換装置を用いた流体搬送装置の駆動方法 | |
| JPH10178788A (ja) | マイクロポジショナ・システム | |
| JPH05219760A (ja) | 静電式アクチュエータ | |
| JPH06246231A (ja) | マイクロアクチュエータ | |
| JPH0744857B2 (ja) | 圧電回転装置 | |
| JPH05185383A (ja) | 多自由度アクチュエータ | |
| US20170054388A1 (en) | Stick-slip stage device and methods of use thereof | |
| JPH08140367A (ja) | 静電アクチュエータおよびその駆動方法 | |
| Yamamoto et al. | Planar 3-dof paper sheet manipulation using electrostatic induction | |
| JPH04504495A (ja) | 誘電マイクロ機械工学要素 | |
| US20040108195A1 (en) | Lorentz force assisted switch | |
| JP2005073493A (ja) | 大面積ステージを備えた２軸アクチュエータ | |
| JP3073712B2 (ja) | 触感覚提示装置 | |
| US10951134B2 (en) | Repulsive-force electrostatic actuator | |
| Edeler et al. | Development, control and evaluation of a mobile platform for microrobots | |
| Trase et al. | Flexible electrostatic transducer array with displacement control for haptic sensing and actuation | |
| JP3725688B2 (ja) | 論理演算装置 | |
| JP2003266390A (ja) | 静電駆動デバイス | |
| CN110954142B (zh) | 一种光学微电机传感器、基板及电子设备 |