JP7363635B2 - 圧電駆動装置の制御方法、圧電駆動装置、圧電モーターおよびロボット - Google Patents

Description

本発明は、圧電駆動装置の制御方法、圧電駆動装置、圧電モーターおよびロボットに関する。

例えば、特許文献１には、振動波モーターの制御方法として、予め設定された第１スイープレートでアクチュエーターに印加する駆動信号の周波数を下げるダウンスイープを行いつつ、振動波モーターの駆動速度が第１速度に到達したかの判断処理を行い、振動波モーターの駆動速度が第１速度に到達した場合に速度制御を開始する方法が記載されている。

特開２０１５－０７０６２３号公報

しかしながら、特許文献１のように、ダウンスイープをスタートさせる時点から振動波モーターの駆動速度が第１速度に到達したかの判断処理を行うと、スタート時点付近の駆動速度が第１速度に達していない可能性が高い時刻においてもその判断が行われる。そのため、ダウンスイープ時の判断回数が増加し、ダウンスイープを完了するまでに長い時間を要するという課題があった。

本発明の圧電駆動装置の制御方法は、駆動用圧電素子および検出用圧電素子を備え、駆動信号を印加して前記駆動用圧電素子を伸縮させることにより振動し、前記振動に基づいた検出信号が前記検出用圧電素子から出力される圧電アクチュエーターを有する圧電駆動装置の制御方法であって、
前記駆動信号の周波数を目標周波数よりも高い値から前記目標周波数まで掃引するダウンスイープステップと、
前記ダウンスイープステップによって前記周波数が前記目標周波数となった後、前記検出信号を複数回検出し、検出した複数の前記検出信号の電圧差が予め定めた所定電圧差内であるかを判断する判断ステップと、を実行し、
前記電圧差が前記所定電圧差内である場合は、前記検出信号の電圧が第１目標電圧となるように前記周波数を制御する周波数制御ステップを実行し、
前記電圧差が前記所定電圧差内ではない場合は、前記電圧差が前記所定電圧差内となるまで前記ダウンスイープステップを繰り返す繰返ステップを実行する。

本発明の圧電駆動装置の制御方法は、駆動用圧電素子および検出用圧電素子を備え、駆動信号を印加して前記駆動用圧電素子を伸縮させることにより振動し、前記振動に基づいた検出信号が前記検出用圧電素子から出力される圧電アクチュエーターを有する圧電駆動装置の制御方法であって、
前記駆動信号の周波数を目標周波数よりも高い値から前記目標周波数まで掃引するダウンスイープステップと、
前記ダウンスイープステップによって前記周波数が前記目標周波数となった後、前記検出信号と前記駆動信号との位相差を複数回検出し、検出した複数の前記位相差の差が予め定めた所定位相差内であるかを判断する判断ステップと、を実行し、
前記差が前記所定位相差内である場合は、前記検出信号の電圧が第１目標電圧となるように前記周波数を制御する周波数制御ステップを実行し、
前記差が前記所定位相差内ではない場合は、前記差が前記所定位相差内となるまで前記ダウンスイープステップを繰り返す繰返ステップを実行する。

本発明の圧電駆動装置は、駆動用圧電素子および検出用圧電素子を備え、駆動信号を印加して前記駆動用圧電素子を伸縮させることにより振動し、前記振動に基づいた検出信号が前記検出用圧電素子から出力される圧電アクチュエーターと、
前記圧電アクチュエーターの駆動を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記駆動信号の周波数を目標周波数よりも高い値から前記目標周波数まで掃引し、
前記掃引によって前記周波数が前記目標周波数となった後、前記検出信号を複数回検出し、検出した複数の前記検出信号の電圧差が予め定めた所定電圧差内であるかを判断し、
前記電圧差が前記所定電圧差内である場合は、前記検出信号の電圧が第１目標電圧となるように前記周波数を制御し、
前記電圧差が前記所定電圧差内ではない場合は、前記電圧差が前記所定電圧差内となるまで前記掃引を繰り返す。

本発明の圧電駆動装置は、駆動用圧電素子および検出用圧電素子を備え、駆動信号を印加して前記駆動用圧電素子を伸縮させることにより振動し、前記振動に基づいた検出信号が前記検出用圧電素子から出力される圧電アクチュエーターと、
前記圧電アクチュエーターの駆動を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記駆動信号の周波数を目標周波数よりも高い値から前記目標周波数まで掃引し、
前記掃引によって前記周波数が前記目標周波数となった後、前記検出信号と前記駆動信号との位相差を複数回検出し、検出した複数の前記位相差の差が予め定めた所定位相差内であるかを判断し、
前記差が前記所定位相差内である場合は、前記検出信号の電圧が第１目標電圧となるように前記周波数を制御し、
前記差が前記所定位相差内ではない場合は、前記差が前記所定位相差内となるまで前記掃引を繰り返す。

本発明の圧電モーターは、上述の圧電駆動装置と、
前記圧電アクチュエーターによって駆動される被駆動体と、を有する。

本発明のロボットは、第１部材と、
前記第１部材に対して回動する第２部材と、
前記第１部材に対して前記第２部材を回動させる上述の圧電駆動装置と、を有する。

本発明の第１実施形態に係る圧電モーターを示す平面図である。 圧電アクチュエーターを示す平面図である。 駆動信号および検出信号を示す図である。 圧電モーターの駆動状態を示す平面図である。 圧電モーターの駆動状態を示す平面図である。 駆動信号の周波数と検出信号との関係を示すグラフである。 制御装置の回路構成を示すブロック図である。 制御装置による制御方法を説明するためのフローチャートである。 ダウンスイープ方法を説明するグラフである。 検出信号を示す図である。 駆動信号の周波数と検出信号の電圧との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る圧電駆動装置の制御方法を示すフローチャートである。 第３実施形態に係るロボットを示す斜視図である。

以下、本発明の圧電駆動装置の制御方法、圧電駆動装置、圧電モーターおよびロボットを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電モーターを示す平面図である。図２は、圧電アクチュエーターを示す平面図である。図３は、駆動信号および検出信号を示す図である。図４および図５は、圧電モーターの駆動状態を示す平面図である。図６は、駆動信号の周波数と検出信号との関係を示すグラフである。図７は、制御装置の回路構成を示すブロック図である。図８は、制御装置による制御方法を説明するためのフローチャートである。図９は、ダウンスイープ方法を説明するグラフである。図１０は、検出信号を示す図である。図１１は、駆動信号の周波数と検出信号の電圧との関係を示すグラフである。

なお、以下では、説明の便宜上、図１、図２、図４、図５の各図において、互いに直交する３軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示する。また、以下では、Ｘ軸に沿う方向をＸ軸方向、Ｙ軸に沿う方向をＹ軸方向、Ｚ軸に沿う方向をＺ軸方向とも言う。また、各軸の矢印側を「プラス側」とも言い、反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｘ軸方向プラス側を「上」または「上側」とも言い、Ｘ軸方向マイナス側を「下」または「下側」とも言う。

図１に示す圧電モーター１は、円盤状をなしその中心軸Ｏまわりに回転可能な被駆動体としてのローター２と、ローター２を中心軸Ｏまわりに回転させる圧電駆動装置３と、を有する。また、圧電駆動装置３は、ローター２の外周面２１に当接する圧電アクチュエーター４と、圧電アクチュエーター４をローター２に向けて付勢する付勢部材５と、圧電アクチュエーター４の駆動を制御する制御装置７と、を有する。圧電モーター１では、通電により圧電アクチュエーター４が屈曲振動し、その振動がローター２に伝わることにより、ローター２が中心軸Ｏまわりに回転する。

ただし、圧電モーター１の構成としては、図１の構成に限定されない。例えば、ローター２の周方向に沿って複数の圧電アクチュエーター４を配置し、複数の圧電アクチュエーター４の駆動によってローター２を回転させてもよい。また、圧電アクチュエーター４は、ローター２の外周面２１ではなく、ローター２の主面２２に当接していてもよい。また、被駆動体は、ローター２のような回転体に限定されず、例えば、直線移動するスライダーであってもよい。

図２に示すように、圧電アクチュエーター４は、振動体４１と、振動体４１を支持する支持部４２と、振動体４１と支持部４２とを接続する一対の接続部４３１、４３２と、振動体４１の先端部に設けられ、ローター２に振動体４１の駆動力を伝達する凸部４４と、を有する。凸部４４は、振動体４１から突出して設けられ、図１に示すように、付勢部材５によって、その先端部がローター２に押し付けられた状態でローター２の外周面２１と当接している。

また、図２に示すように、振動体４１には、振動体４１を屈曲振動させる駆動用圧電素子４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅと、振動体４１の屈曲振動に応じた検出信号Ｓｐｕを出力する検出用圧電素子４Ｆと、が設けられている。なお、振動体４１は、これら駆動用圧電素子４Ａ～４Ｅおよび検出用圧電素子４Ｆを一対のシリコン基板４１１、４１２で挟み込んだ構成となっている。ただし、振動体４１の構成は、特に限定されない。

駆動用圧電素子４Ｃは、振動体４１の中央部において、振動体４１の長手方向であるＹ軸方向に沿って配置されている。また、駆動用圧電素子４Ｃは、Ｙ軸方向プラス側に位置する第１分割片４Ｃ’と、Ｙ軸方向マイナス側に位置する第２分割片４Ｃ”と、に分割されている。そして、駆動用圧電素子４ＣのＺ軸方向プラス側には駆動用圧電素子４Ａ、４ＢがＹ軸方向に並んで配置され、Ｚ軸方向マイナス側には駆動用圧電素子４Ｄ、４ＥがＹ軸方向に並んで配置されている。これら駆動用圧電素子４Ａ～４Ｅは、それぞれ、通電によってＹ軸方向に伸縮する。また、駆動用圧電素子４Ａ、４Ｅが電気的に接続され、駆動用圧電素子４Ｂ、４Ｄが電気的に接続されている。後述するように、駆動用圧電素子４Ａ、４Ｅと、駆動用圧電素子４Ｃと、駆動用圧電素子４Ｂ、４Ｄと、にそれぞれ位相の異なる同周波数の駆動信号Ｓｄ１、Ｓｄ２、Ｓｄ３を印加し、これらの伸縮タイミングをずらすことにより、振動体４１をその面内においてＳ字状に屈曲振動させることができる。

検出用圧電素子４Ｆは、第１分割片４Ｃ’と第２分割片４Ｃ”との間に配置されている。検出用圧電素子４Ｆは、振動体４１の屈曲振動に含まれるＹ軸方向への伸縮振動に応じた外力を受け、受けた外力に応じた検出信号Ｓｐｕを出力する。そのため、検出用圧電素子４Ｆから出力される検出信号Ｓｐｕに基づいて、振動体４１の振動状態を検知することができる。ただし、振動体４１の屈曲振動に応じた検出信号Ｓｐｕを出力することができれば、検出用圧電素子４Ｆの配置や数は、特に限定されない。

例えば、図３に示す駆動信号Ｓｄ１を駆動用圧電素子４Ａ、４Ｅに印加し、駆動信号Ｓｄ２を駆動用圧電素子４Ｃに印加し、駆動信号Ｓｄ３を駆動用圧電素子４Ｂ、４Ｄに印加すると、図４に示すように、振動体４１がＹ軸方向に伸縮振動しつつＺ軸方向に逆Ｓ字状に屈曲振動し、これらの振動が合成されて、凸部４４の先端が矢印Ａ１で示すように反時計回りに楕円軌道を描く楕円運動する。これにより、ローター２が送り出され、ローター２が矢印Ｂ１で示すように時計回りに回転する。また、振動体４１の屈曲振動に含まれるＹ軸方向の伸縮振動に応じた検出信号Ｓｐｕが検出用圧電素子４Ｆから出力される。

駆動信号Ｓｄ１、Ｓｄ３の波形を切り換えると、図５に示すように、振動体４１がＹ軸方向に伸縮振動しつつＺ軸方向にＳ字状に屈曲振動し、これらの振動が合成されて、凸部４４が矢印Ａ２で示すように時計回りに楕円運動する。これにより、ローター２が送り出され、ローター２が矢印Ｂ２で示すように反時計回りに回転する。また、振動体４１の屈曲振動に含まれるＹ軸方向の伸縮振動に応じた検出信号Ｓｐｕが検出用圧電素子４Ｆから出力される。

なお、圧電モーター１では、ローター２を少なくとも一方向に回転させることができれば、駆動用圧電素子４Ａ～４Ｅに印加する駆動信号のパターンは、特に限定されない。また、駆動用圧電素子４Ａ～４Ｅに印加する駆動信号Ｓｄ１、Ｓｄ２、Ｓｄ３の波形は、ローター２を回転させることができれば、特に限定されない。また、ローター２を回転させることができる振動を生じさせることができれば、駆動用圧電素子の配置や数は、特に限定されない。なお、以下では、説明の便宜上、駆動信号Ｓｄ１、Ｓｄ２、Ｓｄ３を総称して駆動信号Ｓｄとも言う。

ここで、駆動信号Ｓｄの周波数ｆとしては、特に限定されないが、圧電アクチュエーター４の共振周波数ｆ０よりも高いことが好ましい。以下、この理由について簡単に説明する。図６は、周波数ｆと検出信号Ｓｐｕの電圧との関係を示すグラフである。なお、検出信号Ｓｐｕの大きさは、ローター２の駆動速度と相関関係があるため、検出信号Ｓｐｕの電圧をローター２の駆動速度と言い換えることもできる。

同図に示すように、周波数ｆが圧電アクチュエーター４の共振周波数ｆ０と一致する際にローター２の駆動速度が最大となり、周波数ｆが共振周波数ｆ０から遠ざかるに連れてローター２の駆動速度が低下する。また、共振周波数ｆ０をピークとして、共振周波数ｆ０よりも高周波数側では、比較的なだらかにローター２の駆動速度が減少し、反対に、共振周波数ｆ０よりも低周波数側では、高周波数側と比べて急激にローター２の駆動速度が減少する。そのため、周波数ｆを共振周波数ｆ０よりも高く設定することにより、周波数ｆが共振周波数ｆ０よりも低い場合と比較して、周波数ｆの変化に対するローター２の駆動速度の変化の度合いが小さくなり、その分、ローター２の駆動速度を高精度に制御し易くなる。ただし、周波数ｆは、共振周波数ｆ０より低くてもよい。

付勢部材５は、凸部４４をローター２の外周面２１に向けて付勢する部材である。付勢部材５は、図１に示すように、支持部４２に固定された基部５１と、支持部５２と、基部５１と支持部５２とを接続するばね部５３と、を有する。また、支持部５２には、Ｘ軸方向に貫通する貫通孔が形成されており、この貫通孔を利用して、付勢部材５が筐体等にねじ止めされる。ばね部５３をＹ軸方向に撓ませた状態で付勢部材５を前記筐体等に固定することにより、ばね部５３の復元力を利用して凸部４４をローター２の外周面２１に向けて付勢することができる。

なお、付勢部材５の構成は、凸部４４をローター２の外周面２１に向けて付勢することができれば、特に限定されない。例えば、付勢部材５として、コイルスプリング、板ばね等を用いてもよい。

制御装置７は、圧電アクチュエーター４の駆動を制御する。制御装置７は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサー、メモリー、インターフェース等を有し、プロセッサーがメモリーに格納されている所定のプログラムを実行することにより、圧電アクチュエーター４の駆動を制御する。

図７に示すように、制御装置７は、駆動信号Ｓｄを生成する駆動信号生成部７０と、検出信号Ｓｐｕが所定の条件Ｑ１を満たすか否かを判断する判断部７２と、を有する。また、駆動信号生成部７０は、駆動用圧電素子４Ａ、４Ｅに印加する駆動信号Ｓｄ１を生成する第１駆動信号生成部７０１と、駆動用圧電素子４Ｃに印加する駆動信号Ｓｄ２を生成する第２駆動信号生成部７０２と、駆動用圧電素子４Ｂ、４Ｄに印加する駆動信号Ｓｄ３を生成する第３駆動信号生成部７０３と、駆動信号Ｓｄの周波数ｆを制御する周波数制御部７０４と、を有する。また、駆動信号生成部７０には、検出用圧電素子４Ｆから検出信号Ｓｐｕが入力され、図示しないホストコンピューターから検出信号Ｓｐｕの第１目標電圧である電圧指令Ａｍが入力される。

以下、制御装置７による圧電アクチュエーター４の制御方法について説明する。制御装置７は、検出信号Ｓｐｕをフィードバックし、検出信号Ｓｐｕの電圧が第１目標電圧としての電圧指令Ａｍとなるように、すなわち、電圧指令Ａｍを維持するように駆動信号Ｓｄの周波数ｆを制御する周波数制御モードを有する。また、制御装置７は、検出信号Ｓｐｕの電圧が第２目標電圧としての目標電圧Ｖｍとなるように駆動信号Ｓｄ２の電圧を制御する電圧制御モードを有する。また、制御装置７は、周波数ｆを予め設定された固定周波数ｆｓに固定して圧電アクチュエーター４の駆動を継続する周波数固定モードを有する。

図８に示すように、制御装置７は、圧電アクチュエーター４への通電を開始するダウンスイープステップＳ１と、検出信号Ｓｐｕが条件Ｑ１を満たすかを判断する判断ステップＳ２と、を実行する。そして、条件Ｑ１を満たす場合、制御装置７は、電圧制御モードを実行する電圧制御ステップＳ３および周波数制御モードを実行する周波数制御ステップＳ４に移行する。一方、条件Ｑ１を満たさない場合、制御装置７は、ダウンスイープステップＳ１を繰り返す繰返ステップＳ５に移行し、さらに条件次第では、周波数固定モードを実行する周波数固定ステップＳ６に移行する。

ダウンスイープステップＳ１では、制御装置７は、停止している圧電アクチュエーター４への駆動信号Ｓｄの印加を開始する。そして、駆動信号Ｓｄの周波数ｆを予め設定された目標周波数ｆｍよりも高い値から目標周波数ｆｍまで掃引すなわち周波数ｆを目標周波数ｆｍまで段階的または連続的に下げるダウンスイープを行う。また、この際、駆動信号Ｓｄの電圧は、予め設定された値に固定される。

具体的には、図９の実線Ａで示すように、ダウンスイープステップＳ１の開始と共に目標周波数ｆｍよりも高い周波数ｆの駆動信号Ｓｄを圧電アクチュエーター４に印加し、予め定められた掃引レートに基づいて周波数ｆを目標周波数ｆｍまで連続的に下げる。或いは、図９の実線Ｂで示すように、ダウンスイープステップＳ１の開始と共に目標周波数ｆｍよりも高い周波数ｆの駆動信号Ｓｄを圧電アクチュエーター４に印加し、予め定められた掃引レートに基づいて周波数ｆを目標周波数ｆｍまで段階的に下げる。前述したように、凸部４４が付勢部材５によってローター２に押し付けられているため、凸部４４に楕円振動を生じさせることが難しいが、このようなダウンスイープを用いることにより、比較的簡単に、凸部４４に楕円振動を生じさせることができる。

掃引レートすなわち単位時間当たりの周波数ｆの低下量としては、特に限定されず、圧電アクチュエーター４の駆動特性、圧電モーター１に求められる特性等に基づいて適宜設定することができる。また、掃引レートは、掃引中に一定であってもよいし、途中で変化してもよい。掃引レートが掃引中に変化する場合は、その変化が規則的であってもよいし、不規則であってもよい。

図６に示すように、目標周波数ｆｍは、電圧指令Ａｍに対応する周波数ｆａｍよりも高い側に設定されている。つまり、ｆａｍ＜ｆｍである。また、圧電モーター１では、比較的高い周波数帯に、検出信号Ｓｐｕが不安定となる周波数帯Ｗが存在する場合がある。そこで、予め検出信号Ｓｐｕが不安定となる周波数帯Ｗを特定しておき、この周波数帯Ｗよりも低い周波数帯に目標周波数ｆｍを設定することが好ましい。これにより、判断ステップＳ２において電圧制御ステップＳ３に移行できる可能性が高くなる。図６中の破線Ｈで示すように、圧電アクチュエーター４の個体差、凸部４４やローター２の摩耗具合、使用環境等によっては、周波数ｆと検出信号Ｓｐｕとの関係がシフトし、目標周波数ｆｍがずれてしまう場合もあるが、ｆａｍ＜ｆｍとすれば、ダウンスイープステップＳ１では検出信号Ｓｐｕの電圧が電圧指令Ａｍに到達しない、つまり、ローター２の駆動速度が目標駆動速度に到達しない可能性が高い。なお、周波数ｆａｍは、シミュレーション、実験、実測、経験則から決定することができる。

このようなダウンスイープステップＳ１では、電圧制御モードおよび周波数制御モードでの制御を行わない。つまり、検出信号Ｓｐｕをフィードバックすることなく、予め定められた掃引レートに従ってダウンスイープを行う。これにより、ダウンスイープを安定して行うことができる。

制御装置７は、ダウンスイープステップＳ１によって駆動信号Ｓｄの周波数ｆが目標周波数ｆｍとなった後に判断ステップＳ２を実行する。制御装置７は、判断ステップＳ２において、検出信号Ｓｐｕが条件Ｑ１を満たすかを判断する。条件Ｑ１は、検出信号Ｓｐｕが経時的に安定して出力されているかを判断する指標となる。本実施形態では、検出信号Ｓｐｕを複数回検出し、検出した複数の検出信号Ｓｐｕの電圧差ΔＶが所定電圧差ΔＶｓ内であることを条件Ｑ１としている。

所定電圧差ΔＶｓとしては、特に限定されないが、複数の検出信号Ｓｐｕのうちの１つの検出信号Ｓｐｕを基準とし、基準とした検出信号Ｓｐｕの電圧の±２０％以内の範囲とすることが好ましい。これにより、適度な範囲を有する所定電圧差ΔＶｓとなり、判断ステップＳ２での判断をより適正に行うことができる。ただし、所定電圧差ΔＶｓとしては、特に限定されない。例えば、シミュレーション、実験、経験則等から、検出信号Ｓｐｕが安定していないときの検出信号Ｓｐｕの振れ幅を求め、その振れ幅よりも小さい範囲を所定電圧差ΔＶｓとして定めてもよい。

ここで、条件Ｑ１の判断方法について具体的に説明する。ただし、条件Ｑ１の判断方法は、以下の例に限定されない。１つの例として、図１０に示すように、まず、制御装置７は、第１時刻での検出信号Ｓｐｕと、第１時刻と異なる第２時刻での検出信号Ｓｐｕと、第１、第２時刻と異なる第３時刻での検出信号Ｓｐｕと、を検出する。そして、制御装置７は、これら３つの検出信号Ｓｐｕのうちの１つの検出信号Ｓｐｕを基準Ｄとし、他の全ての検出信号Ｓｐｕの電圧が基準Ｄとした検出信号Ｓｐｕの電圧±２０％以内の範囲であれば条件Ｑ１を満足し、±２０％以内の範囲でなければ条件Ｑ１を満足しないと判断する。

なお、検出信号Ｓｐｕの検出回数は、特に限定されず、２回であってもよいし、４回以上であってもよい。また、検出信号Ｓｐｕを検出する間隔は、均等であってもよいし、不均等であってもよい。また、基準とする検出信号Ｓｐｕの決定方法としては、特に限定されず、検出した全ての検出信号Ｓｐｕから任意に選択することができる。図１０では、第１時刻での検出信号Ｓｐｕを基準Ｄとしている。

また、別の例として、まず、制御装置７は、第１期間において複数の検出信号Ｓｐｕを検出し、第１期間とは異なる第２期間において複数の検出信号Ｓｐｕを検出し、第１、第２期間とは異なる第３期間において複数の検出信号Ｓｐｕを検出する。次に、制御装置７は、第１期間で検出した複数の検出信号Ｓｐｕの平均値を算出し、第２期間で検出した複数の検出信号Ｓｐｕの平均値を算出し、第３期間で検出した複数の検出信号Ｓｐｕの平均値を算出する。そして、制御装置７は、これら３つの平均値のうちの１つを基準とし、他の平均値が基準とした平均値±２０％以内の範囲であれば条件Ｑ１を満足し、±２０％以内でなければ条件Ｑ１を満足しないと判断する。

なお、検出信号Ｓｐｕを検出する期間の数は、特に限定されず、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。また、各期間の長さは、互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。また、各期間で検出する検出信号Ｓｐｕの数は、特に限定されず、２回であってもよいし、３回以上であってもよい。また、検出する検出信号Ｓｐｕの数は、各期間で等しくてもよいし、異なっていてもよい。また、基準とする平均値の決定方法としては、特に限定されず、算出した全ての平均値から任意に選択することができる。

上述した判断ステップＳ２では、検出信号Ｓｐｕが経時的に安定して出力されているかを判断しており、検出信号Ｓｐｕの電圧については判断していない。したがって、条件Ｑ１を満たす場合は、次のステップとして、検出信号Ｓｐｕの電圧が適正な大きさとなるように、駆動信号Ｓｄ２の電圧を制御する。具体的には、条件Ｑ１を満たす場合、制御装置７は、電圧制御モードを実行する電圧制御ステップＳ３に移行する。このステップでは、制御装置７は、検出信号Ｓｐｕが目標電圧Ｖｍとなるように、駆動信号Ｓｄ２の電圧を制御する。目標電圧Ｖｍは、シミュレーション、実験、実測、経験則等に基づいて、目標周波数ｆｍに対応する電圧として設定されている。ただし、目標電圧Ｖｍは、目標周波数ｆｍに対応する電圧でなくてもよい。

理想的には、駆動信号Ｓｄの周波数ｆを目標周波数ｆｍとすれば検出信号Ｓｐｕの電圧は、目標周波数ｆｍに対応する目標電圧Ｖｍとなる。しかしながら、前述したように、装置の個体差、摩耗状態、使用環境等によっては、周波数ｆと検出信号Ｓｐｕとの関係が変化し、目標周波数ｆｍでの検出信号Ｓｐｕが目標電圧Ｖｍから乖離する場合も考えられる。したがって、駆動信号Ｓｄ２の電圧を目標電圧Ｖｍとする電圧制御ステップＳ３を行うことにより、より適正な駆動信号Ｓｄ２を生成することができる。また、後の周波数制御ステップＳ４での周波数制御だけでは検出信号Ｓｐｕの電圧を電圧指令Ａｍにすることができない可能性がある。そこで、周波数制御に先立って電圧制御を行い、検出信号Ｓｐｕの電圧を目標電圧Ｖｍまで高めておくことにより、その後の周波数制御ステップＳ４による制御をより確実に行うことができる。ただし、このような電圧制御ステップＳ３は、省略してもよい。

制御装置７は、検出信号Ｓｐｕの電圧が目標電圧Ｖｍとなったら、電圧制御ステップＳ３を終了して、周波数制御モードを実行する周波数制御ステップＳ４に移行する。このステップでは、制御装置７は、検出信号Ｓｐｕの電圧が電圧指令Ａｍとなるように、駆動信号Ｓｄの周波数ｆを制御する。これにより、ローター２の駆動速度が目標駆動速度となる。なお、前述したように、装置の摩耗状態、使用環境等によっては、周波数ｆと検出信号Ｓｐｕとの関係がシフトする場合があり、検出信号Ｓｐｕの電圧が電圧指令Ａｍとなるように周波数ｆを変化させる必要があり、これが周波数制御ステップＳ４である。

以上、条件Ｑ１を満たす場合について説明した。一方、条件Ｑ１を満たさない場合、制御装置７は、条件Ｑ１を満たすまでダウンスイープステップＳ１を繰り返す繰返ステップＳ５を実行する。これにより、検出信号Ｓｐｕが安定しない状態での電圧制御ステップＳ３への移行が抑制される。特に、本実施形態では、条件Ｑ１を基準の検出信号Ｓｐｕの電圧±２０％以内の範囲としている。そのため、検出信号Ｓｐｕが安定しない状態での電圧制御ステップＳ３への移行をより効果的に抑制することができる。

繰返ステップＳ５において実施するダウンスイープステップＳ１で設定する目標周波数ｆｍは、直前に実施したダウンスイープステップＳ１で設定された目標周波数ｆｍと同じとすることができる。つまり、ｎを１以上の整数としたとき、判断ステップＳ２によってｎ＋１回目のダウンスイープステップＳ１に戻された場合、当該ダウンスイープステップＳ１の目標周波数ｆｍをその直前であるｎ回目のダウンスイープステップＳ１での目標周波数ｆｍと同じ値とすることができる。これにより、ダウンスイープステップＳ１を同じ条件で繰り返すことができ、一時的に生じた要因に起因した誤判断を抑制することができる。そのため、制御装置７は、圧電モーター１を精度よく制御することができる。

また、繰返ステップＳ５において実施するダウンスイープステップＳ１で設定する目標周波数ｆｍは、直前に実施したダウンスイープステップＳ１の目標周波数ｆｍよりも低い値とすることもできる。つまり、図１１に示すように、判断ステップＳ２によってｎ＋１回目（ｎ＝１）のダウンスイープステップＳ１に戻された場合、当該ダウンスイープステップＳ１の目標周波数ｆｍ２をその直前であるｎ回目（ｎ＝１）のダウンスイープステップＳ１での目標周波数ｆｍ１よりも低い値に設定することができる。圧電モーター１では、圧電アクチュエーター４の個体差、凸部４４やローター２の摩耗具合、使用環境等によって、周波数帯Ｗが変動して低周波数側にシフトする場合がある。そこで、目標周波数ｆｍ２を直前の目標周波数ｆｍ１よりも下げて、改めてダウンスイープステップＳ１を行うことにより、周波数帯Ｗを脱する可能性がある。そのため、ダウンスイープステップＳ１の繰り返しによる制御の遅延を効果的に抑制することができる。

また、繰返ステップＳ５において実施するダウンスイープステップＳ１では、駆動信号Ｓｄの周波数ｆを、直前に実施したダウンスイープステップＳ１の目標周波数ｆｍから今回の目標周波数ｆｍまで掃引する。つまり、図１１に示すように、ｎ＋１回目（ｎ＝１）のダウンスイープステップＳ１では、周波数ｆを目標周波数ｆｍ１から目標周波数ｆｍ２まで掃引する。これにより、既に掃引が行われた周波数帯での掃引を省略することができ、ダウンスイープステップＳ１にかかる時間を短縮することができる。ただし、これに限定されず、ｎ＋１回目のダウンスイープステップＳ１では、周波数ｆを目標周波数ｆｍ１よりも高い周波数から目標周波数ｆｍ２まで掃引してもよい。

また、ダウンスイープステップＳ１が繰り返し行われ、その都度、目標周波数ｆｍが下がり続けるような状態において、周波数ｆを目標周波数ｆｍまで掃引している最中に周波数ｆが予め設定されている下限値ｆｍｉｎ未満となった場合、制御装置７は、掃引を停止する。つまり、図１１に示すように、ｎ＋２回目（ｎ＝１）のダウンスイープステップＳ１で、周波数ｆを目標周波数ｆｍ２から目標周波数ｆｍ３まで掃引する際、周波数ｆが下限値ｆｍｉｎ未満となった場合、制御装置７は、掃引を停止する。そして、制御装置７は、判断ステップＳ２に進むことなく周波数固定ステップＳ６に移行する。このステップでは、周波数ｆを下限値ｆｍｉｎ以上である固定周波数ｆｓに固定して圧電アクチュエーター４の駆動を継続する。これにより、周波数ｆが下がり過ぎて圧電アクチュエーター４の駆動が不安定となるのを抑制することができる。なお、本実施形態では、下限値ｆｍｉｎは、共振周波数ｆ０と等しい値に設定されている。これは、前述したように、周波数ｆが共振周波数ｆ０未満となると、圧電アクチュエーター４の駆動制御が困難となり、圧電アクチュエーター４の駆動が著しく不安定となるためである。ただし、下限値ｆｍｉｎは、特に限定されず、共振周波数ｆ０より高くてもよいし、低くてもよい。

以上のように、制御装置７では、ダウンスイープステップＳ１の際、従来とは異なり圧電モーター１が所定速度に到達したかの判断をしない。つまり、スタート時点付近のローター２の駆動速度が所定速度に達していない可能性が高い時刻においては、ローター２の駆動速度が所定速度に到達したかの判断を行わない。そのため、その判断処理に起因するダウンスイープの遅延を抑制することができる。したがって、ダウンスイープステップＳ１にかかる時間をより短くすることができる。また、掃引する周波数帯には検出信号Ｓｐｕが不安定な周波数帯Ｗが含まれるため、不安定な検出信号Ｓｐｕに基づいた誤判断がされるおそれもなくなり、圧電アクチュエーター４の駆動をより精度よく制御することができる。

以上、圧電モーター１について詳細に説明した。このような圧電モーター１が有する圧電駆動装置３は、駆動用圧電素子４Ａ～４Ｅおよび検出用圧電素子４Ｆを備え、駆動信号Ｓｄを印加して駆動用圧電素子４Ａ～４Ｅを伸縮させることにより振動し、当該振動に基づいた検出信号Ｓｐｕが検出用圧電素子４Ｆから出力される圧電アクチュエーター４を有する。そして、このような圧電駆動装置３の制御方法は、駆動信号Ｓｄの周波数ｆを目標周波数ｆｍよりも高い値から目標周波数ｆｍまで掃引するダウンスイープステップＳ１と、ダウンスイープステップＳ１によって周波数ｆが目標周波数ｆｍとなった後、検出信号Ｓｐｕを複数回検出し、検出した複数の検出信号Ｓｐｕの電圧差ΔＶが予め定めた所定電圧差ΔＶｓ内であるかを判断する判断ステップＳ２と、を実行する。また、圧電駆動装置３の制御方法は、電圧差ΔＶが所定電圧差ΔＶｓ内である場合は、検出信号Ｓｐｕの電圧が第１目標電圧である電圧指令Ａｍとなるように周波数ｆを制御する周波数制御ステップＳ４を実行し、電圧差ΔＶが所定電圧差ΔＶｓ内ではない場合は、電圧差ΔＶが所定電圧差ΔＶｓ内となるまでダウンスイープステップＳ１を繰り返す繰返ステップＳ５を実行する。

このような制御方法では、ダウンスイープステップＳ１の際、従来とは異なりローター２の駆動速度が所定速度に到達したかの判断をしない。つまり、スタート時点付近の駆動速度が所定速度に達していない可能性が高い時刻においては、ローター２が所定速度に到達したかの判断を行わない。そのため、その判断処理に起因するダウンスイープの遅延を抑制することができる。したがって、ダウンスイープステップＳ１にかかる時間を短くすることができる。また、ダウンスイープに含まれる比較的高い周波数帯では検出信号Ｓｐｕが安定しないことが多い。そのため、ダウンスイープステップＳ１において、圧電モーター１が所定速度に到達したかの判断を行わないことにより、不安定な検出信号Ｓｐｕに基づいた誤判断がされるおそれもなくなり、圧電アクチュエーター４の駆動をより精度よく制御することができる。

また、前述したように、圧電駆動装置３の制御方法では、所定電圧差は、複数の検出信号Ｓｐｕのうちの１つの検出信号Ｓｐｕを基準とし、基準とした検出信号Ｓｐｕの電圧の±２０％以内の範囲である。これにより、条件Ｑ１がより適切なものとなる。そのため、検出信号Ｓｐｕが安定しない状態で電圧制御ステップＳ３および周波数制御ステップＳ４に移行することをより効果的に抑制することができる。

また、前述したように、圧電駆動装置３の制御方法では、繰返ステップＳ５において実施するダウンスイープステップＳ１の目標周波数ｆｍは、直前に実施したダウンスイープステップＳ１の目標周波数ｆｍよりも低い。圧電駆動装置３では、圧電アクチュエーター４の個体差、凸部４４やローター２の摩耗具合、使用環境等によって、検出信号Ｓｐｕが不安定となる周波数帯が変動して低周波数側にシフトする場合がある。そこで、目標周波数ｆｍを直前の目標周波数ｆｍよりも下げた状態で改めてダウンスイープステップＳ１を行うことにより、検出信号Ｓｐｕが不安定となる周波数帯を脱することができる可能性がある。そのため、ダウンスイープステップＳ１を繰り返すことによる制御の遅延を効果的に抑制することができる。

また、前述したように、圧電駆動装置３の制御方法では、繰返ステップＳ５において実施するダウンスイープステップＳ１では、駆動信号Ｓｄの周波数ｆを直前に実施したダウンスイープステップＳ１の目標周波数ｆｍから今回の目標周波数ｆｍまで掃引する。これにより、既に掃引が行われた周波数帯での掃引を省略することができ、ダウンスイープステップＳ１にかかる時間を短縮することができる。

また、前述したように、圧電駆動装置３の制御方法では、ダウンスイープステップＳ１において周波数ｆが予め設定されている下限値ｆｍｉｎ未満となったときは、周波数ｆを下限値ｆｍｉｎ以上である固定周波数ｆｓに固定し、圧電アクチュエーター４の駆動を継続する周波数固定ステップＳ６を実行する。これにより、周波数ｆが下がり過ぎて圧電アクチュエーター４の駆動が不安定となるのを効果的に抑制することができる。

また、前述したように、圧電駆動装置３の制御方法では、判断ステップＳ２での判断によって周波数制御ステップＳ４に移行する場合は、周波数制御ステップＳ４に先立って、検出用圧電素子４Ｆから出力される検出信号Ｓｐｕの電圧が第２目標電圧としての目標電圧Ｖｍとなるように駆動信号Ｓｄ２の電圧を制御する電圧制御ステップＳ３を実行する。これにより、より確実に、検出信号Ｓｐｕが電圧指令Ａｍとなるように圧電アクチュエーター４の駆動を制御することができる。

また、前述したように、圧電駆動装置３は、駆動用圧電素子４Ａ～４Ｅおよび検出用圧電素子４Ｆを備え、駆動信号Ｓｄを印加して駆動用圧電素子４Ａ～４Ｅを伸縮させることにより振動し、当該振動に基づいた検出信号Ｓｐｕが検出用圧電素子４Ｆから出力される圧電アクチュエーター４と、圧電アクチュエーター４の駆動を制御する制御装置７と、を有する。そして、制御装置７は、駆動信号Ｓｄの周波数ｆを目標周波数ｆｍよりも高い値から目標周波数ｆｍまで掃引し、当該掃引によって周波数ｆが目標周波数ｆｍとなった後、検出信号Ｓｐｕを複数回検出し、検出した複数の検出信号Ｓｐｕの電圧差ΔＶが予め定めた所定電圧差ΔＶｓ内であるかを判断し、電圧差ΔＶが所定電圧差ΔＶｓ内である場合は、検出信号Ｓｐｕの電圧が第１目標電圧である電圧指令Ａｍとなるように周波数ｆを制御し、電圧差ΔＶが所定電圧差ΔＶｓ内ではない場合は、電圧差ΔＶが所定電圧差ΔＶｓ内となるまで掃引を繰り返す。

このような圧電駆動装置３では、ダウンスイープステップＳ１の際、従来とは異なりローター２の駆動速度が所定速度に到達したかの判断をしない。つまり、スタート時点付近の駆動速度が所定速度に達していない可能性が高い時刻においては、ローター２が所定速度に到達したかの判断を行わない。そのため、その判断処理に起因するダウンスイープの遅延を抑制することができる。したがって、ダウンスイープステップＳ１にかかる時間を短くすることができる。また、ダウンスイープに含まれる比較的高い周波数帯では検出信号Ｓｐｕが安定しないことが多い。そのため、ダウンスイープステップＳ１において、圧電モーター１が所定速度に到達したかの判断を行わないことにより、不安定な検出信号Ｓｐｕに基づいた誤判断がされるおそれもなくなり、圧電アクチュエーター４の駆動をより精度よく制御することができる。

また、前述したように、圧電モーター１は、圧電駆動装置３と、圧電アクチュエーター４によって駆動される被駆動体としてのローター２と、を有する。そのため、圧電モーター１は、圧電駆動装置３の効果を享受することができ、優れた信頼性を発揮することができる。

＜第２実施形態＞
図１２は、本発明の第２実施形態に係る圧電駆動装置の制御方法を示すフローチャートである。

本実施形態に係る圧電モーター１では、圧電駆動装置３の制御方法、特に、判断ステップＳ２での条件が異なること以外は、前述した第１実施形態の圧電モーター１と同様である。なお、以下の説明では、第２実施形態の圧電モーター１に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１２では、前述した第１実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図１２に示すように、制御装置７は、圧電アクチュエーター４への通電を開始するダウンスイープステップＳ１と、検出信号Ｓｐｕが条件Ｑ２を満たすかを判断する判断ステップＳ２と、を実行する。そして、条件Ｑ２を満たす場合、制御装置７は、電圧制御モードを実行する電圧制御ステップＳ３および周波数制御モードを実行する周波数制御ステップＳ４に移行する。一方、条件Ｑ２を満たさない場合、制御装置７は、ダウンスイープステップＳ１を繰り返す繰返ステップＳ５に移行し、さらに条件次第では、周波数固定モードを実行する周波数固定ステップＳ６に移行する。つまり、制御装置７は、条件Ｑ２が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様の方法で圧電アクチュエーター４の駆動を制御する。

条件Ｑ２は、検出信号Ｓｐｕが経時的に安定して出力されているかを判断する指標となる。本実施形態では、検出信号Ｓｐｕと駆動信号Ｓｄ２との位相差を複数回検出し、検出した複数の位相差の差Δθが所定位相差Δθｓ内であることを条件２としている。

所定位相差Δθｓとしては、特に限定されないが、複数の差Δθのうちの１つの差Δθを基準とし、基準とした差Δθの±２０％以内の範囲とすることが好ましい。これにより、適度な範囲を有する所定位相差Δθｓとなり、判断ステップＳ２での判断をより適正に行うことができる。ただし、所定位相差Δθｓとしては、特に限定されない。例えば、シミュレーション、実験、経験則等から、検出信号Ｓｐｕが安定していないときの位相差の振れ幅を求め、その振れ幅よりも小さい範囲を所定位相差Δθｓとして定めてもよい。

以上、第２実施形態の圧電モーター１について詳細に説明した。このような圧電モーター１が有する圧電駆動装置３は、駆動用圧電素子４Ａ～４Ｅおよび検出用圧電素子４Ｆを備え、駆動信号Ｓｄを印加して駆動用圧電素子４Ａ～４Ｅを伸縮させることにより振動し、当該振動に基づいた検出信号Ｓｐｕが検出用圧電素子４Ｆから出力される圧電アクチュエーター４を有する。そして、このような圧電駆動装置３の制御方法は、駆動信号Ｓｄの周波数ｆを目標周波数ｆｍよりも高い値から目標周波数ｆｍまで掃引するダウンスイープステップＳ１と、ダウンスイープステップＳ１によって周波数ｆが目標周波数ｆｍとなった後、検出信号Ｓｐｕと駆動信号Ｓｄ２との位相差を複数回検出し、検出した複数の位相差の差Δθが予め定めた所定位相差Δθｓ内であるかを判断する判断ステップＳ２と、を実行する。また、圧電駆動装置３の制御方法は、差Δθが所定位相差Δθｓ内である場合は、検出信号Ｓｐｕの電圧が第１目標電圧である電圧指令Ａｍとなるように周波数ｆを制御する周波数制御ステップＳ４を実行し、差Δθが所定位相差Δθｓ内ではない場合は、差Δθが所定位相差Δθｓ内となるまでダウンスイープステップＳ１を繰り返す繰返ステップＳ５を実行する。

このような制御方法では、ダウンスイープステップＳ１の際、従来とは異なりローター２の駆動速度が所定速度に到達したかの判断をしない。つまり、スタート時点付近の駆動速度が所定速度に達していない可能性が高い時刻においては、ローター２が所定速度に到達したかの判断を行わない。そのため、その判断処理に起因するダウンスイープの遅延を抑制することができる。したがって、ダウンスイープステップＳ１にかかる時間を短くすることができる。また、ダウンスイープに含まれる比較的高い周波数帯では位相差が安定しないことが多い。そのため、ダウンスイープステップＳ１において、圧電モーター１が所定速度に到達したかの判断を行わないことにより、不安定な位相差に基づいた誤判断がされるおそれもなくなり、圧電アクチュエーター４の駆動をより精度よく制御することができる。

また、前述したように、圧電駆動装置３は、駆動用圧電素子４Ａ～４Ｅおよび検出用圧電素子４Ｆを備え、駆動信号Ｓｄを印加して駆動用圧電素子４Ａ～４Ｅを伸縮させることにより振動し、当該振動に基づいた検出信号Ｓｐｕが検出用圧電素子４Ｆから出力される圧電アクチュエーター４と、圧電アクチュエーター４の駆動を制御する制御装置７と、を有する。そして、制御装置７は、駆動信号Ｓｄの周波数ｆを目標周波数ｆｍよりも高い値から目標周波数ｆｍまで掃引し、当該掃引によって周波数ｆが目標周波数ｆｍとなった後、検出信号Ｓｐｕと駆動信号Ｓｄ２との位相差を複数回検出し、検出した複数の位相差の差Δθが予め定めた所定位相差Δθｓ内であるかを判断する。また、制御装置７は、差Δθが所定位相差Δθｓ内である場合は、検出信号Ｓｐｕの電圧が第１目標電圧である電圧指令Ａｍとなるように周波数ｆを制御し、差Δθが所定位相差Δθｓ内ではない場合は、差Δθが所定位相差Δθｓ内となるまで掃引を繰り返す。

このような圧電駆動装置３では、ダウンスイープステップＳ１の際、従来とは異なりローター２の駆動速度が所定速度に到達したかの判断をしない。つまり、スタート時点付近の駆動速度が所定速度に達していない可能性が高い時刻においては、ローター２が所定速度に到達したかの判断を行わない。そのため、その判断処理に起因するダウンスイープの遅延を抑制することができる。したがって、ダウンスイープステップＳ１にかかる時間を短くすることができる。また、ダウンスイープに含まれる比較的高い周波数帯では位相差が安定しないことが多い。そのため、ダウンスイープステップＳ１において、圧電モーター１が所定速度に到達したかの判断を行わないことにより、不安定な位相差に基づいた誤判断がされるおそれもなくなり、圧電アクチュエーター４の駆動をより精度よく制御することができる。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
図１３は、第３実施形態に係るロボットを示す斜視図である。

図１３に示すロボット１０００は、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。ロボット１０００は、６軸ロボットであり、床や天井に固定されるベース１０１０と、ベース１０１０に回動自在に連結されたアーム１０２０と、アーム１０２０に回動自在に連結されたアーム１０３０と、アーム１０３０に回動自在に連結されたアーム１０４０と、アーム１０４０に回動自在に連結されたアーム１０５０と、アーム１０５０に回動自在に連結されたアーム１０６０と、アーム１０６０に回動自在に連結されたアーム１０７０と、これらアーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０の駆動を制御するロボット制御装置１０８０と、を有する。

なお、ベース１０１０およびアーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０のうちのいずれか１つを本実施形態の「第１部材」とすることができ、残りのいずれか１つを本実施形態の「第２部材」とすることができる。以下では、説明の便宜上、ベース１０１０を第１部材とし、アーム１０２０を第２部材として説明する。

また、アーム１０７０にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にはロボット１０００に実行させる作業に応じたエンドエフェクター１０９０が装着される。また、各関節部のうちの全部または一部には圧電駆動装置３を備えた圧電モーター１が搭載されており、この圧電モーター１の駆動によって各アーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０が回動する。なお、圧電モーター１は、エンドエフェクター１０９０に搭載され、エンドエフェクター１０９０の駆動に用いられてもよい。

ロボット制御装置１０８０は、コンピューターで構成され、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサー、メモリー、インターフェース等を有する。そして、プロセッサーが、メモリーに格納されている所定のプログラムを実行することにより、ロボット１０００の各部の駆動を制御する。なお、前記プログラムは、インターフェースを介して外部のサーバーからダウンロードしてもよい。また、ロボット制御装置１０８０の構成の全部または一部は、ロボット１０００の外部に設けられ、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）等の通信網を介して接続された構成となっていてもよい。

このようなロボット１０００は、前述したように、第１部材としてのベース１０１０と、ベース１０１０に対して回動する第２部材としてのアーム１０２０と、ベース１０１０に対してアーム１０２０を回動させる圧電駆動装置３と、を有する。そのため、圧電駆動装置３の効果を享受でき、信頼性の高いロボット１０００となる。

以上、本発明の圧電駆動装置の制御方法、圧電駆動装置、圧電モーターおよびロボットを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。例えば、判断ステップＳ２では、条件Ｑ１および条件Ｑ２を共に判断し、条件Ｑ１、Ｑ２の少なくとも一方を満たしていれば、電圧制御ステップＳ３に移行し、条件Ｑ１、Ｑ２の両方を満たしていなければ、繰返ステップＳ５に移行するようにしてもよい。また、条件Ｑ１、Ｑ２の両方を満たしていれば、電圧制御ステップＳ３に移行し、条件Ｑ１、Ｑ２の少なくとも一方を満たしていなければ、繰返ステップＳ５に移行するようにしてもよい。

１…圧電モーター、２…ローター、３…圧電駆動装置、４…圧電アクチュエーター、４Ａ～４Ｅ…駆動用圧電素子、４Ｃ’…第１分割片、４Ｃ”…第２分割片、４Ｆ…検出用圧電素子、５…付勢部材、７…制御装置、２１…外周面、２２…主面、４１…振動体、４２…支持部、４４…凸部、５１…基部、５２…支持部、５３…ばね部、７０…駆動信号生成部、７２…判断部、４１１…シリコン基板、４１２…シリコン基板、４３１、４３２…接続部、７０１…第１駆動信号生成部、７０２…第２駆動信号生成部、７０３…第３駆動信号生成部、７０４…周波数制御部、１０００…ロボット、１０１０…ベース、１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０…アーム、１０８０…ロボット制御装置、１０９０…エンドエフェクター、Ａ…実線、Ａ１、Ａ２…矢印、Ａｍ…電圧指令、Ｂ…実線、Ｂ１、Ｂ２…矢印、Ｄ…基準、Ｈ…破線、Ｏ…中心軸、Ｓ１…ダウンスイープステップ、Ｓ２…判断ステップ、Ｓ３…電圧制御ステップ、Ｓ４…周波数制御ステップ、Ｓ５…繰返ステップ、Ｓ６…周波数固定ステップ、Ｓｄ、Ｓｄ１、Ｓｄ２、Ｓｄ３…駆動信号、Ｓｐｕ…検出信号、Ｖｍ…目標電圧、Ｗ…周波数帯、ｆ…周波数、ｆ０…共振周波数、ｆａｍ…周波数、ｆｍ、ｆｍ１、ｆｍ２、ｆｍ３…目標周波数、ｆｍｉｎ…下限値、ｆｓ…固定周波数

Claims (11)

1. 駆動用圧電素子および検出用圧電素子を備え、駆動信号を印加して前記駆動用圧電素子
   を伸縮させることにより振動し、前記振動に基づいた検出信号が前記検出用圧電素子から
   出力される圧電アクチュエーターを有する圧電駆動装置の制御方法であって、
   前記駆動信号の周波数を目標周波数よりも高い値から前記目標周波数まで掃引するダウ
   ンスイープステップと、
   前記ダウンスイープステップによって前記周波数が前記目標周波数となった後、前記検
   出信号を複数回検出し、検出した複数の前記検出信号の電圧差が予め定めた所定電圧差内
   であるかを判断する判断ステップと、を実行し、
   前記電圧差が前記所定電圧差内である場合は、前記検出信号の電圧が第１目標電圧とな
   るように前記周波数を制御する周波数制御ステップを実行し、
   前記電圧差が前記所定電圧差内ではない場合は、前記電圧差が前記所定電圧差内となる
   まで前記ダウンスイープステップと判断ステップとを繰り返す繰返ステップを実行することを特徴とする圧
   電駆動装置の制御方法。
2. 駆動用圧電素子および検出用圧電素子を備え、駆動信号を印加して前記駆動用圧電素子
   を伸縮させることにより振動し、前記振動に基づいた検出信号が前記検出用圧電素子から
   出力される圧電アクチュエーターを有する圧電駆動装置の制御方法であって、
   前記駆動信号の周波数を目標周波数よりも高い値から前記目標周波数まで掃引するダウ
   ンスイープステップと、
   前記ダウンスイープステップによって前記周波数が前記目標周波数となった後、前記検
   出信号と前記駆動信号との位相差を複数回検出し、検出した複数の前記位相差の差が予め
   定めた所定位相差内であるかを判断する判断ステップと、を実行し、
   前記差が前記所定位相差内である場合は、前記検出信号の電圧が第１目標電圧となるよ
   うに前記周波数を制御する周波数制御ステップを実行し、
   前記差が前記所定位相差内ではない場合は、前記差が前記所定位相差内となるまで前記
   ダウンスイープステップと判断ステップとを繰り返す繰返ステップを実行することを特徴とする圧電駆動装
   置の制御方法。
3. 前記所定電圧差は、複数の前記検出信号のうちの１つの前記検出信号を基準とし、前記
   基準とした前記検出信号の電圧の±２０％以内の範囲である請求項１に記載の圧電駆動装
   置の制御方法。
4. 前記繰返ステップにおいて実施する前記ダウンスイープステップの前記目標周波数は、
   直前に実施した前記ダウンスイープステップの前記目標周波数よりも低い請求項１ないし
   ３のいずれか１項に記載の圧電駆動装置の制御方法。
5. 前記繰返ステップにおいて実施する前記ダウンスイープステップでは、前記駆動信号の
   周波数を直前に実施した前記ダウンスイープステップの前記目標周波数から今回の前記目
   標周波数まで掃引する請求項４に記載の圧電駆動装置の制御方法。
6. 前記ダウンスイープステップにおいて前記駆動信号の周波数が予め設定されている下限
   値未満となったときは、前記駆動信号の周波数を前記下限値以上である固定周波数に固定
   し、前記圧電アクチュエーターの駆動を継続する周波数固定ステップを実行する請求項４
   または５に記載の圧電駆動装置の制御方法。
7. 前記判断ステップでの判断によって前記周波数制御ステップに移行する場合は、前記周
   波数制御ステップに先立って、前記検出用圧電素子から出力される前記検出信号の電圧が
   第２目標電圧となるように前記駆動信号の電圧を制御する電圧制御ステップを実行する請
   求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧電駆動装置の制御方法。
8. 駆動用圧電素子および検出用圧電素子を備え、駆動信号を印加して前記駆動用圧電素子
   を伸縮させることにより振動し、前記振動に基づいた検出信号が前記検出用圧電素子から
   出力される圧電アクチュエーターと、
   前記圧電アクチュエーターの駆動を制御する制御装置と、を有し、
   前記制御装置は、
   前記駆動信号の周波数を目標周波数よりも高い値から前記目標周波数まで掃引し、
   前記掃引によって前記周波数が前記目標周波数となった後、前記検出信号を複数回検出
   し、検出した複数の前記検出信号の電圧差が予め定めた所定電圧差内であるかを判断し、
   前記電圧差が前記所定電圧差内である場合は、前記検出信号の電圧が第１目標電圧とな
   るように前記周波数を制御し、
   前記電圧差が前記所定電圧差内ではない場合は、前記電圧差が前記所定電圧差内となる
   まで前記掃引と前記判断とを繰り返すことを特徴とする圧電駆動装置。
9. 駆動用圧電素子および検出用圧電素子を備え、駆動信号を印加して前記駆動用圧電素子
   を伸縮させることにより振動し、前記振動に基づいた検出信号が前記検出用圧電素子から
   出力される圧電アクチュエーターと、
   前記圧電アクチュエーターの駆動を制御する制御装置と、を有し、
   前記制御装置は、
   前記駆動信号の周波数を目標周波数よりも高い値から前記目標周波数まで掃引し、
   前記掃引によって前記周波数が前記目標周波数となった後、前記検出信号と前記駆動信
   号との位相差を複数回検出し、検出した複数の前記位相差の差が予め定めた所定位相差内
   であるかを判断し、
   前記差が前記所定位相差内である場合は、前記検出信号の電圧が第１目標電圧となるよ
   うに前記周波数を制御し、
   前記差が前記所定位相差内ではない場合は、前記差が前記所定位相差内となるまで前記
   掃引と前記判断とを繰り返すことを特徴とする圧電駆動装置。
10. 請求項８または９に記載の圧電駆動装置と、
    前記圧電アクチュエーターによって駆動される被駆動体と、を有することを特徴とする
    圧電モーター。
11. 第１部材と、
    前記第１部材に対して回動する第２部材と、
    前記第１部材に対して前記第２部材を回動させる請求項８または９に記載の圧電駆動装
    置と、を有することを特徴とするロボット。

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