JPH05318373A - Micro hand mechanism - Google Patents

Micro hand mechanism

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JPH05318373A
JPH05318373A JP4128786A JP12878692A JPH05318373A JP H05318373 A JPH05318373 A JP H05318373A JP 4128786 A JP4128786 A JP 4128786A JP 12878692 A JP12878692 A JP 12878692A JP H05318373 A JPH05318373 A JP H05318373A
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JP
Japan
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piezoelectric
voltage
actuator
electrode
optical
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Application number
JP4128786A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahito Mizukami
上 雅 人 水
Fusao Shimokawa
川 房 男 下
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To move a micro hand used for assembling of optical elements, optical parts, etc. with the simple and inexpensive structure and relatively low voltage in a large movable range. CONSTITUTION:On a peripheral face of a rod-state member 1 made of an elastic body, a thin plate-state piezoelectric element (bimorph) 5 made of a polymer piezoelectric material and a piezoelectric actuator 2 provided with an electrode 6 for applying a voltage to this thin plate-state piezoelectric element totally or partially are provided. When the voltage is applied, the piezoelectric actuator 2 is bent, resulting in deformation of the rod-state member 1. A micro part such as an optical part is held by a plurality of the rod-state members 1 to carry out connection, assembling, etc. By changing arrangement pattern or arrangement number of the piezoelectric actuator, electrode pattern or electrode applying pattern, movement with much freedom can be obtained. The actuator itself is soft and can softly holds breakable parts.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、光通信構成部品など
の微小部品の自動組立ラインに使用される組立用ロボッ
トにおけるエンドエフェクターとしてのマイクロハンド
機構に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micro hand mechanism as an end effector in an assembly robot used in an automatic assembly line for minute parts such as optical communication components.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、光通信関連分野においては、光通
信システムの構築を目指して、光素子・光部品・光モジ
ュールなどを低コストに、しかも信頼性高く生産する必
要性が出てきた。そこで、これらの光関連製品の生産自
動化が要望されている。しかし、これらの部品は、表1
に示すように、電子部品に比較して非常に微小であり
(例えば、光ファイバで直径125 μm)、また大半がガ
ラスやプラスチックでできているため、傷付きやすいと
いう性質がある。このため、現在、電子部品(ミリオー
ダサイズ)の組立等に用いられている組立用ロボット
は、そのまま光部品の組立に用いることはできない。
2. Description of the Related Art At present, in the field of optical communication, it is necessary to produce optical devices, optical components, optical modules, etc. at low cost and with high reliability in order to construct an optical communication system. Therefore, there is a demand for automation of production of these optical products. However, these parts are
As shown in (1), it is very small compared to electronic parts (for example, optical fiber has a diameter of 125 μm), and most of them are made of glass or plastic, so they are easily scratched. Therefore, the assembling robot currently used for assembling electronic parts (milli-order size) cannot be used as it is for assembling optical parts.

【0003】このことから、光ファイバ・光フィルタな
どの光部品のような壊れやすい微小物の組立は、人手に
より行われているのが現状である。しかし、人手による
方法では、細かく面倒な作業であることなどから、これ
ら微小な光部品を、柔らかくハンドリングできる自動組
立ロボット用ハンドの開発が求められており、現在、研
究段階では以下に示す各種ハンドの提案がなされてい
る。
For this reason, at present, assembling of fragile microscopic objects such as optical parts such as optical fibers and optical filters is performed manually. However, since the manual method is a fine and tedious task, it is required to develop a hand for an automatic assembly robot that can handle these minute optical components softly. Has been made.

【0004】[0004]

【表1】 [Table 1]

【0005】 従来例1〔安田 他2名:くし型静電
マイクロアクチュエータに関する研究、日本機械学会ロ
ボティクスメカトロニクス講演会91論文集(1991) 〕 図10に示すように、集積回路製造プロセスを応用し
て、くし状電極50、ばね部51、アーム部52を形成
し、くし状電極50部分の静電引力Pによりアーム部5
2の先端グリップ部53を動かす原理のものである。こ
れらの部材を二部組み合わせて、部品を把持するグリッ
パを形成している。
Conventional Example 1 [Yasuda et al .: Research on Comb-type Electrostatic Micro Actuator, Robotics Mechatronics Lecture Meeting of the Japan Society of Mechanical Engineers 91 (1991)] As shown in FIG. 10, an integrated circuit manufacturing process is applied. , The comb electrode 50, the spring portion 51, and the arm portion 52 are formed, and the arm portion 5 is formed by the electrostatic attraction P of the comb electrode 50 portion.
It is based on the principle of moving the second tip grip portion 53. Two parts of these members are combined to form a gripper that grips the component.

【0006】 従来例2〔福田 他2名:マイクロマ
ニピュレータの制御、日本機械学会論文集、C編53-493
(1987) 〕 図11に示すような電極60とアーム61からなる構造
を二部組み合わせたもので、平行に電極を構成した形状
となっている。この二枚の電極間の静電引力によりアー
ム61の先端部分を動かす原理のものである。
Conventional example 2 [Fukuda et al., 2 persons: Control of micromanipulator, The Japan Society of Mechanical Engineers, C edition, 53-493
(1987)] This is a combination of two parts of a structure including an electrode 60 and an arm 61 as shown in FIG. 11, and has a shape in which electrodes are formed in parallel. This is the principle of moving the tip portion of the arm 61 by the electrostatic attraction between the two electrodes.

【0007】 従来例3〔鈴森 他2名:フレキシブ
ルマイクロアクチュエータを用いたロボット駆動機構、
日本機械学会No.910-37 シンポジウム講演論文集(199
1)〕 図12に示すように、繊維強化ゴムの弾性変形を利用し
た流体型アクチュエータで、円柱状の本体70に3つの
圧力室70a,70b,70cを形成し、両端をキャッ
プ71,72で塞ぎ、圧力室70a〜70cに3本のチ
ューブ73〜75を介して空気を供給することにより本
体70を弾性変形させる構造である。なお、本体70は
強化繊維70dで補強されたゴム70eで形成されてい
る。
Conventional Example 3 [Suzumori et al .: Robot drive mechanism using flexible microactuator,
Proceedings of the Japan Society of Mechanical Engineers No.910-37 Symposium (199
1)] As shown in FIG. 12, in a fluid type actuator utilizing elastic deformation of fiber reinforced rubber, three pressure chambers 70a, 70b, 70c are formed in a cylindrical main body 70, and caps 71, 72 are provided at both ends. It is a structure in which the main body 70 is elastically deformed by closing and supplying air to the pressure chambers 70a to 70c through the three tubes 73 to 75. The main body 70 is made of rubber 70e reinforced with reinforcing fibers 70d.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
1および2の静電型アクチュエータでは、可動範囲が狭
く(〜数十μm)、またアクチュエータの駆動に高電圧
(数百〜数千V)を必要とする問題がある。従来例3の
空気圧制御型のアクチュエータの場合、空気圧を使用す
ることから応答速度を高くとれない(ミリ秒オーダ)、
バルブや空気圧源などの特殊な装置を必要とするなどの
問題がある。すなわち、光部品の把握・接続・組立等の
作業に対してハンドを構成するアクチュエータに要求さ
れる可動範囲は、光部品等の大きさや、それらが組付け
られる際の実装密度を考えると、数百μm程度が必要で
ある。前記従来例1,2の静電型では、この使用を満た
すには不十分である。また、空気圧制御型では、応答速
度が遅いことで、サイクルタイムが長くなると生産性に
影響するとともに、バルブや空気圧源などの特殊な装置
を必要とすることで、装置自体が高価なものとなってし
まう。
However, in the electrostatic actuators of Conventional Examples 1 and 2, the movable range is narrow (up to several tens of μm), and a high voltage (several hundreds to thousands of V) is used to drive the actuator. There is a problem you need. In the case of the pneumatic control type actuator of Conventional Example 3, since the pneumatic pressure is used, the response speed cannot be made high (millisecond order),
There are problems such as the need for special equipment such as valves and air pressure sources. In other words, the movable range required for the actuators that compose the hand for operations such as grasping, connecting, and assembling optical components is several, considering the size of the optical components and the mounting density when they are assembled. About 100 μm is necessary. The electrostatic types of Conventional Examples 1 and 2 are insufficient to satisfy this use. Also, in the pneumatic control type, the response speed is slow, so that the cycle time becomes long, which affects productivity, and the need for special devices such as valves and pneumatic sources makes the device itself expensive. Will end up.

【0009】この発明は、前述のような問題点を解消す
べくなされたもので、その目的は、光通信構成部品など
の微小部品の把持、接続などの作業を、比較的簡単かつ
安価な構造により、また比較的低電圧で、かつ比較的大
きな可動範囲で行うことのできるマイクロハンド機構を
提供することを特徴とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to perform a work such as gripping and connecting a minute component such as an optical communication component relatively easily and inexpensively. According to the present invention, a micro hand mechanism that can be performed with a relatively low voltage and a relatively large movable range is provided.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この発明は前記目的を達
成するために、次のような構成とした。すなわち、この
発明のマイクロハンド機構は、弾性体からなる棒状部材
の周面に、高分子圧電材料からなる薄板状圧電素子と、
この薄板状圧電素子に電圧を全体的に、あるいは部分的
に印加する電極とを備えた圧電アクチュエータを設けた
ことを特徴としている。前記棒状部材は、マイクロハン
ドの指を構成するもので、中実でも中空でもよいが、ゴ
ム製で中実の円柱部材とする。薄板状圧電素子は、ポリ
フッ化ビニリデン等の高分子からなるバイモルフ型ある
いはモノモルフ型等の圧電素子を使用する。電極は、圧
電バイモルフ等の表面に全体的に接合し、あるいは部分
的に配設して各部分の電極を独立して制御できるように
する。
In order to achieve the above object, the present invention has the following constitution. That is, the micro hand mechanism of the present invention comprises a thin plate piezoelectric element made of a polymeric piezoelectric material on the peripheral surface of a rod-shaped member made of an elastic body,
This thin plate piezoelectric element is characterized by being provided with a piezoelectric actuator provided with an electrode for applying a voltage entirely or partially. The rod-shaped member constitutes a finger of a micro hand, and may be solid or hollow, but is a solid cylindrical member made of rubber. As the thin plate piezoelectric element, a bimorph type or monomorph type piezoelectric element made of a polymer such as polyvinylidene fluoride is used. The electrodes are wholly bonded or partially provided on the surface of the piezoelectric bimorph or the like so that the electrodes of each part can be independently controlled.

【0011】[0011]

【作用】圧電アクチュエータの電極に電圧を印加する
と、薄板状圧電素子が逆圧電効果による長手方向の伸縮
によって曲がり、この結果、片持ち式に支持されている
棒状部材が曲がる。このような棒状部材を少なくとも一
対で配設することにより、把持した微小部品を移動させ
ることができる。圧電バイモルフの場合、数百Vの印加
電圧で数十〜数百μmの変位量が得られ、静電型アクチ
ュエータと比較して低電圧で大きな可動範囲を得ること
ができる。また、圧電アクチュエータの配置パターン・
配置数などや電極パターン・電極印加パターンなどを種
々に変えることにより、多自由度の動きを得ることがで
きる。圧電素子に高分子圧電材料を用いていることで、
アクチュエータ自身が柔らかいため、光部品のように壊
れやすいものを傷を付けずソフトに把持することができ
る。
When a voltage is applied to the electrodes of the piezoelectric actuator, the thin plate piezoelectric element bends due to expansion and contraction in the longitudinal direction due to the inverse piezoelectric effect, and as a result, the cantilevered rod-shaped member bends. By disposing at least one pair of such rod-shaped members, the grasped micro component can be moved. In the case of the piezoelectric bimorph, a displacement amount of several tens to several hundreds μm can be obtained with an applied voltage of several hundred V, and a large movable range can be obtained with a low voltage as compared with an electrostatic actuator. Also, the arrangement pattern of the piezoelectric actuator
By varying the number of arrangements, the electrode pattern, the electrode application pattern, and the like, it is possible to obtain movement with multiple degrees of freedom. By using a polymer piezoelectric material for the piezoelectric element,
Since the actuator itself is soft, fragile objects such as optical parts can be softly gripped without damaging them.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明を図示する実施例に基づいて説
明する。図1ないし図3は、この発明に係るマイクロア
クチュエータの第1実施例を示し、図5ないし図7は、
圧電素子・電極の配置を変えたマイクロアクチュエータ
の第2実施例を示し、図8は、マイクロアクチュエータ
をマニピュレータの先端に装着して光部品を把持し、移
動・組立等の作業を行う具体例を示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on illustrated embodiments. 1 to 3 show a first embodiment of a microactuator according to the present invention, and FIGS. 5 to 7 show
FIG. 8 shows a second embodiment of a microactuator in which the arrangement of piezoelectric elements / electrodes is changed. FIG. 8 shows a specific example in which the microactuator is attached to the tip of a manipulator to grip an optical component and perform operations such as movement and assembly. Show.

【0013】〔実施例1〕図1に示すように、ゴム弾性
体からなり、直径が数mmの中実の円柱部材1の外周面
に、幅が10分の数mmで厚さが100分の数mmの短
冊状の薄板圧電バイモルフ2,3,4を貼り付け、マイ
クロハンドの一本の指を形成する。圧電バイモルフは、
表面に電極を有する圧電素子(電歪素子)を二枚積層
し、片側の圧電素子に素子が長手方向に伸びるように電
圧を印加し、反対側の圧電素子に素子が縮むように電圧
を印加し、あるいは組成が異なる二つの圧電材料を接合
する等して大きな曲げ変位が得られる圧電アクチュエー
タであり、この発明においては、圧電素子にポリフッ化
ビニリデン(PVDF)、フッ化ビニリデン、3フッ化
エチレン共重合体などの高分子圧電材料からなる圧電素
子を使用し、壊れやすい微小部品を扱えるようにする。
Example 1 As shown in FIG. 1, a solid cylindrical member 1 made of a rubber elastic body and having a diameter of several mm has a width of several tenths of a mm and a thickness of 100 minutes. The thin piezoelectric piezoelectric bimorphs 2, 3 and 4 of several mm are attached to form one finger of the micro hand. Piezoelectric bimorph
Two piezoelectric elements (electrostrictive elements) with electrodes on the surface are laminated, voltage is applied to one piezoelectric element so that the element extends in the longitudinal direction, and voltage is applied to the other piezoelectric element so that the element contracts. , Or a piezoelectric actuator in which a large bending displacement is obtained by joining two piezoelectric materials having different compositions. In the present invention, the piezoelectric element is made of polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride, and trifluoroethylene. Piezoelectric elements made of polymer piezoelectric materials such as polymers are used so that fragile minute parts can be handled.

【0014】このような圧電バイモルフ2〜4を、その
長手方向が円柱部材1の中心線と平行になるように、か
つ円柱部材1の円周方向に120°間隔をおいて配置
し、エポキシ系接着剤などにより円柱部材外周面に取り
付ける。電極6は、例えば二枚積層型の圧電バイモルフ
であれば、図2に示すように、表面と裏面および二枚の
高分子圧電素子5の中間に配置し、各電極6a〜6cに
各高分子圧電素子5a,5bがそれぞれ伸張、収縮する
ように電源7を接続する。電圧を印加すると各高分子圧
電素子5a,5bがそれぞれ伸張、収縮し、圧電バイモ
ルフ自体が曲がり、この結果円柱部材1が曲がることに
なる。電極6a・6bに正の電圧あるいは負の電圧を印
加することにより、円柱部材1の曲げの方向を変えるこ
とができる。各圧電バイモルフ2〜4を選択的に作動さ
せ、あるいは印加電圧を制御し、印加電圧の方向を変え
ることにより、円柱部材1をあらゆる方向に種々の変位
量で変位させることができる。
The piezoelectric bimorphs 2 to 4 are arranged such that their longitudinal directions are parallel to the center line of the columnar member 1 and at intervals of 120 ° in the circumferential direction of the columnar member 1. Attach to the outer peripheral surface of the columnar member with an adhesive or the like. If the electrode 6 is, for example, a two-layer laminated type piezoelectric bimorph, as shown in FIG. 2, it is arranged on the front surface and the back surface and in the middle of the two polymer piezoelectric elements 5, and each of the electrodes 6a to 6c has each polymer. The power source 7 is connected so that the piezoelectric elements 5a and 5b respectively expand and contract. When a voltage is applied, the polymer piezoelectric elements 5a and 5b respectively expand and contract, the piezoelectric bimorph itself bends, and as a result, the columnar member 1 bends. By applying a positive voltage or a negative voltage to the electrodes 6a and 6b, the bending direction of the columnar member 1 can be changed. By selectively operating each of the piezoelectric bimorphs 2 to 4 or controlling the applied voltage and changing the direction of the applied voltage, the columnar member 1 can be displaced in various directions by various displacement amounts.

【0015】図3に示すように、圧電バイモルフ2,
3,4による発生力をそれぞれF1 ,F2 , 3 とする
と、これらの合力Fにより角度θの方向に弾性体円柱部
材1の先端が変位することになる。以下、電圧−変位量
特性の解析においては、次のような記号を用いることと
する。平板形状の圧電バイモルフについて、幅をW、長
さをL、圧電フィルム一枚分の厚さをt、圧電定数d31
(dij:iは変位方向、j は電圧方向で、3 は板圧方向、
1,2 は面内方向)。弾性体円柱部材1については、長さ
L、直径d、ヤング率Eとする。それぞれの圧電バイモ
ルフに印加する電圧をV1 ,V2 ,V3 とする。
As shown in FIG. 3, the piezoelectric bimorph 2,
Assuming that the forces generated by 3 and 4 are F 1 , F 2 and F 3 , respectively, the tip of the elastic columnar member 1 is displaced in the direction of the angle θ by the resultant force F. Hereinafter, in the analysis of the voltage-displacement amount characteristic, the following symbols will be used. Regarding the flat plate-shaped piezoelectric bimorph, the width is W, the length is L, the thickness of one piezoelectric film is t, and the piezoelectric constant d 31
(D ij : i is the displacement direction, j is the voltage direction, 3 is the plate pressure direction,
1 and 2 are in-plane directions). The elastic columnar member 1 has a length L, a diameter d, and a Young's modulus E. The voltages applied to the respective piezoelectric bimorphs are V 1 , V 2 and V 3 .

【0016】合力Fと弾性体円柱部材1の変位量Uの関
係は(2)式のようになる。また、変位の方向θは
(3)式で与えられる。
The relationship between the resultant force F and the displacement amount U of the elastic cylindrical member 1 is expressed by the equation (2). Further, the displacement direction θ is given by the equation (3).

【0017】[0017]

【数1】 [Equation 1]

【0018】[0018]

【数2】 [Equation 2]

【0019】[0019]

【数3】 [Equation 3]

【0020】ここで、表2のような形状、材質を有する
アクチュエータで、一つの圧電バイモルフのみに電圧を
印加した時の数値計算結果を図4に示す。この図から圧
電バイモルフに印加する電圧を変えることにより、数十
〜数百μmの変位量が得られることがわかる。また、こ
こで示した解析結果と、実験により得られたデータとは
比較的よく一致していることがわかった。さらに、アク
チュエータの動作をCCDカメラとVTRを用いて観察
した結果、本アクチュエータが実際に動作している様子
が確認できた。
FIG. 4 shows the numerical calculation results when the voltage is applied to only one piezoelectric bimorph in the actuator having the shape and material as shown in Table 2. From this figure, it is understood that a displacement amount of several tens to several hundreds of μm can be obtained by changing the voltage applied to the piezoelectric bimorph. In addition, it was found that the analysis results shown here and the data obtained by the experiment agree relatively well. Furthermore, as a result of observing the operation of the actuator using a CCD camera and a VTR, it was confirmed that this actuator is actually operating.

【0021】[0021]

【表2】 [Table 2]

【0022】〔実施例2〕これは、図5に示すように、
前述の実施例1で示した弾性体円柱部材1の外周面に薄
板圧電バイモルフ2〜4を三枚、120°の間隔をおい
て張り付けたアクチュエータにおいて、各圧電バイモル
フ2〜4に取り付けられる電極部分を円柱部材1の軸方
向に二つに分割したものである。すなわち、図6に示す
ように、各圧電バイモルフ2〜4の電極部分のみを二つ
に分割し、圧電バイモルフ2〜4自体を二つに分割し、
分割した各電極6に電源7を取り付け、各電極に独立に
電圧が印加されるようにする。これにより、それぞれの
電極部分で構成されるバイモルフが、曲げモーメントM
により屈曲変形し、全体として撓み変形することにな
る。各圧電バイモルフ2〜4の電極6−1〜6−2に、
それぞれ独立に電圧を印加することで、アクチュエータ
全体の自由度を増加させることができる。以下、その動
作例について示す。
[Embodiment 2] As shown in FIG.
In the actuator in which three thin plate piezoelectric bimorphs 2 to 4 are attached to the outer peripheral surface of the elastic columnar member 1 shown in the above-described first embodiment at intervals of 120 °, the electrode portion attached to each piezoelectric bimorph 2 to 4. Is divided into two in the axial direction of the cylindrical member 1. That is, as shown in FIG. 6, only the electrode portion of each piezoelectric bimorph 2-4 is divided into two, and the piezoelectric bimorphs 2-4 themselves are divided into two,
A power source 7 is attached to each of the divided electrodes 6 so that a voltage is applied to each electrode independently. As a result, the bimorph composed of the respective electrode portions has a bending moment M
As a result, it is bent and deformed, and as a whole is flexibly deformed. For the electrodes 6-1 and 6-2 of each piezoelectric bimorph 2 to 4,
By independently applying the voltage, the degree of freedom of the entire actuator can be increased. The operation example will be described below.

【0023】表3に示す使用の圧電アクチュエータにお
いて、圧電バイモルフ2の電極6−1にのみ100V電
圧を印加した場合、アクチュエータ形状は図7のように
先端部分のみが撓む形状となる。この時の先端変位量は
25μmとなる。また、実施例1と同様に、計算結果と
実験データの一致や、実際の動作についての確認ができ
た。
In the piezoelectric actuators used shown in Table 3, when a voltage of 100 V is applied only to the electrode 6-1 of the piezoelectric bimorph 2, the actuator has a shape in which only the tip portion bends as shown in FIG. The tip displacement at this time is 25 μm. Also, as in the case of Example 1, the agreement between the calculation result and the experimental data and the actual operation could be confirmed.

【0024】[0024]

【表3】 [Table 3]

【0025】〔適用例〕図8に示すように、光部品のハ
ンドリングにおけるマイクロハンドに適用した例であ
り、実施例1で述べた一本の指を二つ組み合わせたグリ
ップタイプのハンドである。このハンドはロボットアー
ム(マニピュレータ)の先端に取り付けられており、固
定用治具10に一対の指11の基部を取り付けて構成さ
れている。この指11は、図1と同様に弾性体円柱部材
1の周囲にそれぞれの圧電バイモルフ2〜4を備えてい
る。図9は、このようなハンドを使用して光フィルタW
を移動させる実験例を示すものであり、圧電バイモルフ
2Lと2Rに100Vの電圧を印加すると(2Lと2R
が同一方向に曲がるようにする)、光フィルタWをX軸
方向に55μm移動することが確認された。
[Application Example] As shown in FIG. 8, this is an example applied to a micro hand in the handling of an optical component, and is a grip type hand in which two single fingers described in the first embodiment are combined. This hand is attached to the tip of a robot arm (manipulator), and is constructed by attaching a base of a pair of fingers 11 to a fixing jig 10. This finger 11 is provided with the piezoelectric bimorphs 2 to 4 around the elastic cylindrical member 1 as in FIG. FIG. 9 shows an optical filter W using such a hand.
This is an example of an experiment in which the piezoelectric bimorphs 2L and 2R are applied (2L and 2R).
It is confirmed that the optical filter W is moved by 55 μm in the X-axis direction.

【0026】なお、この発明においては、実施例1およ
び2で述べた電極数・電極間隔・電極配置等や、圧電バ
イモルフの配置パターン・配置数等、さらに適用例にお
いて述べた指の本数に限定されるものでなく、この発明
の趣旨の範囲内において種々の変形が可能であり、これ
らはこの発明の範囲から排除されるものではない。ま
た、バイモルフ型の圧電素子について述べたが、一枚板
の圧電素子の部分的な歪みの差で曲がりを生じるモノモ
ルフ型の圧電アクチュエータも使用できる。
In the present invention, the number of electrodes, the electrode interval, the electrode arrangement, etc. described in the first and second embodiments, the arrangement pattern, the number of arrangements of the piezoelectric bimorph, etc. are further limited to the number of fingers described in the application example. However, various modifications are possible without departing from the scope of the invention, and these modifications are not excluded from the scope of the invention. Further, although the bimorph type piezoelectric element has been described, a monomorph type piezoelectric actuator that causes bending due to a partial difference in strain of the single plate piezoelectric element can also be used.

【0027】[0027]

【発明の効果】前述の通り、この発明は、弾性体からな
る棒状部材に、高分子圧電材料からなる圧電素子と電圧
を印加する電極からなる圧電アクチュエータを設け、圧
電アクチュエータの変位により棒状部材を変形させるよ
うにしたため、次のような効果を奏する。 (1) 従来の静電型アクチュエータと比較して、低電圧で
大きな変位量を得ることができ、比較的簡単で安価な機
構により、光通信構成部品(〜数百μm程度)などの微
小部品の把持や接続・組立等の作業に充分に対応でき
る。 (2) 圧電アクチュエータの配置パターン・配置数や電極
パターン・電極印加パターンなどを種々に変えることに
より、多自由度の動きを得ることができ、個々に大きさ
や形状が異なり、かつサイズが数十〜数百μmの部品を
ハンドリングするのに好適である。例えば、光ファイバ
と光導波路等の位置決めや接続等に利用でき、今後の光
インターコネクション技術に有用である。 (3) 圧電素子が高分子圧電材料からなり、アクチュエー
タ自身が柔らかいため、光部品のように壊れやすいもの
を傷を付けずソフトに把握することができる。 (4) 棒状部材に圧電素子を取り付ける簡単な構造であ
り、また力制御を必要としないため、全体として安価な
光部品自動組立装置を提供できる。
As described above, according to the present invention, a rod-shaped member made of an elastic material is provided with a piezoelectric actuator made of a piezoelectric element made of a polymeric piezoelectric material and electrodes for applying a voltage, and the rod-shaped member is moved by displacement of the piezoelectric actuator. Since it is deformed, the following effects are obtained. (1) Compared with the conventional electrostatic actuator, it is possible to obtain a large displacement at a low voltage, and a relatively simple and inexpensive mechanism provides a micro component such as an optical communication component (up to several hundred μm). It can fully handle work such as gripping, connecting, and assembling. (2) By varying the arrangement pattern / number of piezoelectric actuators, electrode patterns, electrode application patterns, etc., it is possible to obtain movements with multiple degrees of freedom. It is suitable for handling a component of several hundreds of μm. For example, it can be used for positioning and connecting optical fibers and optical waveguides, and is useful for future optical interconnection technology. (3) Since the piezoelectric element is made of a polymeric piezoelectric material and the actuator itself is soft, it is possible to grasp soft materials such as optical parts without damaging them. (4) Since it has a simple structure in which the piezoelectric element is attached to the rod-shaped member and does not require force control, it is possible to provide an inexpensive optical component automatic assembly apparatus as a whole.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明のマイクロハンド機構を示す斜視図で
ある。
FIG. 1 is a perspective view showing a micro hand mechanism of the present invention.

【図2】図1の部分断面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view of FIG.

【図3】図1のマイクロハンドの作動状況を示し、
(a)は概略正面図、(b)は概略側面図である。
FIG. 3 shows an operating state of the micro hand of FIG.
(A) is a schematic front view and (b) is a schematic side view.

【図4】図1のマイクロハンドにおける印加電圧−先端
変位量特性を示すグラフである。
4 is a graph showing applied voltage-tip displacement amount characteristics in the micro hand of FIG. 1. FIG.

【図5】図1の変形例を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a modified example of FIG.

【図6】図5のマイクロハンドの圧電アクチュエータを
示し、(a)は概略平面図、(b)は概略側面図、
(c)は部分拡大断面図である。
6 shows a piezoelectric actuator of the micro hand of FIG. 5, (a) is a schematic plan view, (b) is a schematic side view,
(C) is a partial enlarged sectional view.

【図7】図1のマイクロハンドの作動状況を示す斜視図
である。
7 is a perspective view showing an operating state of the micro hand of FIG. 1. FIG.

【図8】この発明をグリッパタイプのハンドに適用した
例を示す斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view showing an example in which the present invention is applied to a gripper type hand.

【図9】図8の作動状況を順に示す概略図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing the operating states of FIG. 8 in order.

【図10】従来の静電型アクチュエータを示す概略図で
ある。
FIG. 10 is a schematic view showing a conventional electrostatic actuator.

【図11】従来のもう一つの静電型アクチュエータを示
す概略図である。
FIG. 11 is a schematic view showing another conventional electrostatic actuator.

【図12】従来の空気圧型アクチュエータを示す概略図
である。
FIG. 12 is a schematic view showing a conventional pneumatic actuator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 弾性体棒状部材(円柱部材) 2,3,4 圧電アクチュエータ(バイモルフ) 5 高分子圧電素子 6 電極 7 電源 10 固定治具 11 指 1 Elastic Rod Member (Cylindrical Member) 2, 3, 4 Piezoelectric Actuator (Bimorph) 5 Polymer Piezoelectric Element 6 Electrode 7 Power Supply 10 Fixing Tool 11 Finger

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B25J 19/00 A 8611−3F H01L 41/09 41/08 H02N 2/00 B 8525−5H ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Office reference number FI technical display location B25J 19/00 A 8611-3F H01L 41/09 41/08 H02N 2/00 B 8525-5H

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 弾性体からなる棒状部材の周面に、高分
子圧電材料からなる薄板状圧電素子と、この薄板状圧電
素子に電圧を全体的に、あるいは部分的に印加する電極
とを備えた圧電アクチュエータを設けたことを特徴とす
るマイクロハンド機構。
1. A thin plate piezoelectric element made of a polymeric piezoelectric material and an electrode for applying a voltage to the thin plate piezoelectric element wholly or partially on the peripheral surface of a rod-shaped member made of an elastic material. A micro hand mechanism comprising a piezoelectric actuator.
JP4128786A 1992-05-21 1992-05-21 Micro hand mechanism Pending JPH05318373A (en)

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