JPH0714276B2 - アクチュエータ - Google Patents
アクチュエータInfo
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- JPH0714276B2 JPH0714276B2 JP63150308A JP15030888A JPH0714276B2 JP H0714276 B2 JPH0714276 B2 JP H0714276B2 JP 63150308 A JP63150308 A JP 63150308A JP 15030888 A JP15030888 A JP 15030888A JP H0714276 B2 JPH0714276 B2 JP H0714276B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- actuator
- piezoelectric motor
- robot
- piezoelectric
- arm
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- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
- B25J19/02—Sensing devices
- B25J19/021—Optical sensing devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J17/00—Joints
- B25J17/02—Wrist joints
- B25J17/0258—Two-dimensional joints
- B25J17/0275—Universal joints, e.g. Hooke, Cardan, ball joints
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Program-controlled manipulators
- B25J9/02—Program-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type
- B25J9/04—Program-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type by rotating at least one arm, excluding the head movement itself, e.g. cylindrical coordinate type or polar coordinate type
- B25J9/046—Revolute coordinate type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/108—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors around multiple axes of rotation, e.g. spherical rotor motors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は２自由度以上の可動機能を持つアクチユエータ
およびそのアクチユエータを用いたロボツト機構に係
り、特にビデオカメラの被写体自動追従装置，ロボツト
の関節装置に好適なアクチユエータに関する。
およびそのアクチユエータを用いたロボツト機構に係
り、特にビデオカメラの被写体自動追従装置，ロボツト
の関節装置に好適なアクチユエータに関する。
ロボツトの関節などに適用できる圧電素子を用いたアク
チユエータとしては、特開昭62-141978号公報に記載の
ように、複数のリング状圧電モータ要素を用いた方法が
考えられていた。この方法は小型・軽量なアクチユエー
タを構成できる利点を持つている。
チユエータとしては、特開昭62-141978号公報に記載の
ように、複数のリング状圧電モータ要素を用いた方法が
考えられていた。この方法は小型・軽量なアクチユエー
タを構成できる利点を持つている。
しかし、上記従来のアクチユエータは、複数のリング状
圧電モータ要素を用いるため、駆動部材と被駆動部材が
接する面積に比べて、圧電素子で駆動できる面積が非常
に小さく、駆動力が少なくなる問題点があった。
圧電モータ要素を用いるため、駆動部材と被駆動部材が
接する面積に比べて、圧電素子で駆動できる面積が非常
に小さく、駆動力が少なくなる問題点があった。
本発明の目的は、圧電素子で駆動できる面積を広げ、小
型・軽量でしかも大きな駆動力を発生できるアクチユエ
ータを構成することにある。
型・軽量でしかも大きな駆動力を発生できるアクチユエ
ータを構成することにある。
上記目的は、リング状圧電モータ要素でなく、一つの方
向の進行波を発生する圧電モータ要素とそれと異なる方
向、例えば、直交する方向の進行波を発生する圧電モー
タ要素を交互に並べて、駆動部材と被駆動部材との間の
球状面全体に配置し、各圧電モータ要素に供給する電圧
の大きさ、位相をそれぞれ制御することにより、達成さ
れる。
向の進行波を発生する圧電モータ要素とそれと異なる方
向、例えば、直交する方向の進行波を発生する圧電モー
タ要素を交互に並べて、駆動部材と被駆動部材との間の
球状面全体に配置し、各圧電モータ要素に供給する電圧
の大きさ、位相をそれぞれ制御することにより、達成さ
れる。
圧電素子に電圧を印加すると伸縮するので、交番電圧を
印加することにより振動が発生する。このような２つの
圧電素子をλ/4（λ：振動波長）だけずらせて接着し、
しかも、それぞれの圧電素子に印加する電圧の大きさ，
位相を変えることにより、進行波を発生させることがで
きる。これを一方向の進行波を発生する圧電モータ要素
と呼んでいる。そこで、このある一方向の進行波を発生
する圧電モータ要素と、異なる方向の進行波を発生する
圧電モータ要素を交互に、球状面で接する駆動部材と被
駆動部材の間の全面に配置し、印加する電圧を制御する
ことで、機構的に動作可能な方向に被駆動部材を動作で
きる。直交する３方向に被駆動部材をそれぞれ動作させ
るための圧電モータ要素を決めておくことにより、３方
向の動きを簡単な電圧制御で行うことができる。
印加することにより振動が発生する。このような２つの
圧電素子をλ/4（λ：振動波長）だけずらせて接着し、
しかも、それぞれの圧電素子に印加する電圧の大きさ，
位相を変えることにより、進行波を発生させることがで
きる。これを一方向の進行波を発生する圧電モータ要素
と呼んでいる。そこで、このある一方向の進行波を発生
する圧電モータ要素と、異なる方向の進行波を発生する
圧電モータ要素を交互に、球状面で接する駆動部材と被
駆動部材の間の全面に配置し、印加する電圧を制御する
ことで、機構的に動作可能な方向に被駆動部材を動作で
きる。直交する３方向に被駆動部材をそれぞれ動作させ
るための圧電モータ要素を決めておくことにより、３方
向の動きを簡単な電圧制御で行うことができる。
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。
第１図は本発明のアクチユエータをビデオカメラ被写体
自動追従装置に適用した例である。被写体１を撮影する
ビデオカメラ２は三脚３の上に設置されたアクチユエー
タ４に取付けられている。このアクチユエータ４は駆動
部材4aと被駆動部材4bから構成されている。
自動追従装置に適用した例である。被写体１を撮影する
ビデオカメラ２は三脚３の上に設置されたアクチユエー
タ４に取付けられている。このアクチユエータ４は駆動
部材4aと被駆動部材4bから構成されている。
まず、ビデオカメラ２で撮影された被写体１の画像信号
ｐを画像処理回路５に入力する。この画像処理回路５に
は前回までの撮影された画像信号ｐの情報を記憶してお
き、今回の画像信号ｐの情報と比較し、画像処理を行
う。例えば、画像処理技術で用いられる方法としては、
輪郭強調，差分，重み付け手法などがあり、これらを用
いて被写体１の動きの情報を得る。この情報をもとにビ
デオカメラ２の移動指令θRを画像処理回路５で演算
し、電圧制御回路６に入力する。この電圧制御回路６で
は、移動指令θRに基づき、アクチユエータ４の直交す
る三軸方向の交番電圧vX,vY,vZを発生する。これによ
り、アクチユエータが駆動し、ビデオカメラ２を被写体
１の動きに合わせて追従させることができる。なお、被
写体１の中で最も撮影したい対象の移動を検出する必要
があるが、この方法としてはいくつか考えられる。例え
ば、撮影したい対象を常に画像の中心にすれば、中心の
移動の重み付けを重くすればよい。また、全体の流れ
（例えば、人の流れや雲の流れ）を追つていく場合は、
画像全体の移動の平均を移動指令θRとすれば、被写体
自動追従制御を行うことができる。
ｐを画像処理回路５に入力する。この画像処理回路５に
は前回までの撮影された画像信号ｐの情報を記憶してお
き、今回の画像信号ｐの情報と比較し、画像処理を行
う。例えば、画像処理技術で用いられる方法としては、
輪郭強調，差分，重み付け手法などがあり、これらを用
いて被写体１の動きの情報を得る。この情報をもとにビ
デオカメラ２の移動指令θRを画像処理回路５で演算
し、電圧制御回路６に入力する。この電圧制御回路６で
は、移動指令θRに基づき、アクチユエータ４の直交す
る三軸方向の交番電圧vX,vY,vZを発生する。これによ
り、アクチユエータが駆動し、ビデオカメラ２を被写体
１の動きに合わせて追従させることができる。なお、被
写体１の中で最も撮影したい対象の移動を検出する必要
があるが、この方法としてはいくつか考えられる。例え
ば、撮影したい対象を常に画像の中心にすれば、中心の
移動の重み付けを重くすればよい。また、全体の流れ
（例えば、人の流れや雲の流れ）を追つていく場合は、
画像全体の移動の平均を移動指令θRとすれば、被写体
自動追従制御を行うことができる。
では、本発明のアクチユエータ４について詳細を述べ
る。第２図はアクチユエータ４の断面図を示したもので
ある。アクチユエータ４は三脚３に設置された駆動部材
4a,ビデオカメラ２を取付ける被駆動部材4b,被駆動部材
4bを駆動する圧電モータ要素７から構成される。まず、
駆動部材4aは内側が球状になつた面を持つている。この
面に内接する球状の部分を持つ被駆動部材4bは駆動部材
4a内に挿入され、その球の中心を原点とする直交するＸ
軸,Y軸,Z軸を中心とする方向にそれぞれ回転運動ができ
るようになつている。
る。第２図はアクチユエータ４の断面図を示したもので
ある。アクチユエータ４は三脚３に設置された駆動部材
4a,ビデオカメラ２を取付ける被駆動部材4b,被駆動部材
4bを駆動する圧電モータ要素７から構成される。まず、
駆動部材4aは内側が球状になつた面を持つている。この
面に内接する球状の部分を持つ被駆動部材4bは駆動部材
4a内に挿入され、その球の中心を原点とする直交するＸ
軸,Y軸,Z軸を中心とする方向にそれぞれ回転運動ができ
るようになつている。
ここで、進行波を発生する圧電モータ要素７の原理を第
３図で説明しておく。圧電素子８は電圧の方向、大きさ
により歪みを生じる性質がある。そこで、第３図（ａ）
のように電圧Ｖにより、伸びる圧電素子と縮む圧電素子
を交互に配置しておく。第３図（ａ）と反対方向に電圧
Ｖを印加すると、第３図（ａ）の矢印と反対方向に歪み
が生じる。このような圧電素子８を弾性体９に接着し、
圧電素子８に電圧Ｖを印加すると、第３図（ｂ）のよう
に変形する。この構成のとき、電圧Ｖのかわりに交番電
圧ｖを印加すると、定在波となる。この定在波の波長を
λとしておく。次に、第３図（ｃ）のように、弾性体９
に接着した圧電素子8aに対して歪み方がλ/4（ただし、
λ：定在波の波長）だけ異なるように圧電素子8bを、圧
電素子8aに接着させる。これが圧電モータ要素７の構成
である。そして、圧電素子8aに印加する交番電圧vaより
も圧電素子8bに印加する交番電圧vbの位相のほうが90度
遅くなるようにする。このとき、第３図（ｃ）に示した
圧電モータ要素の波形は第３図（ｄ）に示すように時間
経過とともに右側に移動する。また、交番電圧vbの位相
が交番電圧vaの位相よりも90度進んでいる場合は、逆に
移動する。これが進行波を発生する圧電モータ要素の原
理である。なお、説明の都合上、第３図（ｃ）の電圧を
正弦波状の交番電圧としたが、交番電圧であれば同様に
動作する。
３図で説明しておく。圧電素子８は電圧の方向、大きさ
により歪みを生じる性質がある。そこで、第３図（ａ）
のように電圧Ｖにより、伸びる圧電素子と縮む圧電素子
を交互に配置しておく。第３図（ａ）と反対方向に電圧
Ｖを印加すると、第３図（ａ）の矢印と反対方向に歪み
が生じる。このような圧電素子８を弾性体９に接着し、
圧電素子８に電圧Ｖを印加すると、第３図（ｂ）のよう
に変形する。この構成のとき、電圧Ｖのかわりに交番電
圧ｖを印加すると、定在波となる。この定在波の波長を
λとしておく。次に、第３図（ｃ）のように、弾性体９
に接着した圧電素子8aに対して歪み方がλ/4（ただし、
λ：定在波の波長）だけ異なるように圧電素子8bを、圧
電素子8aに接着させる。これが圧電モータ要素７の構成
である。そして、圧電素子8aに印加する交番電圧vaより
も圧電素子8bに印加する交番電圧vbの位相のほうが90度
遅くなるようにする。このとき、第３図（ｃ）に示した
圧電モータ要素の波形は第３図（ｄ）に示すように時間
経過とともに右側に移動する。また、交番電圧vbの位相
が交番電圧vaの位相よりも90度進んでいる場合は、逆に
移動する。これが進行波を発生する圧電モータ要素の原
理である。なお、説明の都合上、第３図（ｃ）の電圧を
正弦波状の交番電圧としたが、交番電圧であれば同様に
動作する。
では、本実施例が直交する３方向に回転する原理につい
て述べる。第４図に本発明の特徴である圧電モータ要素
の並べ方を示す。第４図は第２図において被駆動部材4b
を取除いたときの駆動部材4a内の構造を示すものであ
る。各電モータ要素内に示してある矢印は進行波の方向
であり、隣り合う圧電モータ要素7a,7bは互いに直交す
る方向に進行波を発生させるように、球状の内面全面に
配置する。次に、第１図の電圧制御回路６から出力され
る３方向を駆動するための交番電圧vX,vY,vZは第４図内
に示すX,Y,Zの圧電モータ要素にそれぞれ印加される。
このようにすれば、比較的簡単な電圧制御回路で直交す
る３方向を中心とする回転運動を独立に行うことができ
る。
て述べる。第４図に本発明の特徴である圧電モータ要素
の並べ方を示す。第４図は第２図において被駆動部材4b
を取除いたときの駆動部材4a内の構造を示すものであ
る。各電モータ要素内に示してある矢印は進行波の方向
であり、隣り合う圧電モータ要素7a,7bは互いに直交す
る方向に進行波を発生させるように、球状の内面全面に
配置する。次に、第１図の電圧制御回路６から出力され
る３方向を駆動するための交番電圧vX,vY,vZは第４図内
に示すX,Y,Zの圧電モータ要素にそれぞれ印加される。
このようにすれば、比較的簡単な電圧制御回路で直交す
る３方向を中心とする回転運動を独立に行うことができ
る。
したがつて、本実施例によれば、接触する駆動部材の全
面に駆動力を発生させる圧電モータ要素を配置できるの
で、小型，軽量で、しかも、大きい駆動力を持つアクチ
ユエータを構成できる。また、このアクチユエータを用
いれば、３自由度の動作を１つのアクチユエータで構成
できるので、被写体自動追従装置自体も小型，軽量化を
図ることができる。さらに、画像信号をフイードバツク
して制御する際、ギヤなどを介さず、直接アクチユエー
タを位置決めできるので、振動がなく、応答性の良い自
動追従装置となる。この装置は船上やヘリコプタの上に
おける撮影のとき、床のゆれもフイードバツクできるの
で、安定した画像を撮影できる。
面に駆動力を発生させる圧電モータ要素を配置できるの
で、小型，軽量で、しかも、大きい駆動力を持つアクチ
ユエータを構成できる。また、このアクチユエータを用
いれば、３自由度の動作を１つのアクチユエータで構成
できるので、被写体自動追従装置自体も小型，軽量化を
図ることができる。さらに、画像信号をフイードバツク
して制御する際、ギヤなどを介さず、直接アクチユエー
タを位置決めできるので、振動がなく、応答性の良い自
動追従装置となる。この装置は船上やヘリコプタの上に
おける撮影のとき、床のゆれもフイードバツクできるの
で、安定した画像を撮影できる。
第12図は第４図よりもＺ軸を中心とする回転運動の駆動
力を増すようにした他の実施例である。第４図と異なる
点は各圧電モータ要素がそれぞれ特定の一軸に対してだ
け働くのではなく、他の軸の回転運動にも寄与できる点
である。これについて以下説明する。
力を増すようにした他の実施例である。第４図と異なる
点は各圧電モータ要素がそれぞれ特定の一軸に対してだ
け働くのではなく、他の軸の回転運動にも寄与できる点
である。これについて以下説明する。
本実施例では、電圧制御回路から出力される交番電圧
vX,vY,vZは直接各圧電モータ要素に入力されるのではな
く、電圧指令切換回路51に入力される。電圧指令切換回
路51ではそれらの交番電圧の値に従つて、それぞれの軸
方向の回転に適した駆動力を与えるように、圧電モータ
駆動回路52に指令が与えられる。それにより、各圧電モ
ータ要素に印加される電圧を発生している。第12図の２
つの圧電モータ要素7c,7dを例にとつて説明する。例え
ば、Ｚ軸を中心とする回転運動をさせる場合には、同じ
方向の進行波を発生させることにより駆動することがで
きる。逆に、逆方向の進行波を発生させれば、Ｘ軸を中
心とする方向の回転運動を行わせることができる。この
ように、電圧指令切換回路51を用いることにより、２方
向以上の駆動力を発生させるために使用することができ
る。
vX,vY,vZは直接各圧電モータ要素に入力されるのではな
く、電圧指令切換回路51に入力される。電圧指令切換回
路51ではそれらの交番電圧の値に従つて、それぞれの軸
方向の回転に適した駆動力を与えるように、圧電モータ
駆動回路52に指令が与えられる。それにより、各圧電モ
ータ要素に印加される電圧を発生している。第12図の２
つの圧電モータ要素7c,7dを例にとつて説明する。例え
ば、Ｚ軸を中心とする回転運動をさせる場合には、同じ
方向の進行波を発生させることにより駆動することがで
きる。逆に、逆方向の進行波を発生させれば、Ｘ軸を中
心とする方向の回転運動を行わせることができる。この
ように、電圧指令切換回路51を用いることにより、２方
向以上の駆動力を発生させるために使用することができ
る。
したがつて、本実施例を用いれば、望む方向への回転運
動の駆動力をさらに増すことができる。
動の駆動力をさらに増すことができる。
第５図は遠隔操作によりビデオカメラの撮影位置を決め
る遠隔操作ビデオカメラ装置に本発明のアクチユエータ
を適用したときの一実施例である。
る遠隔操作ビデオカメラ装置に本発明のアクチユエータ
を適用したときの一実施例である。
第５図は画像処理回路５のかわりに遠隔操作器12を用い
ること、アクチユエータ４の構造が異なること、の２点
が第１図と異なつている。
ること、アクチユエータ４の構造が異なること、の２点
が第１図と異なつている。
まず、被写体１の中、あるいはビデオカメラ２から離れ
た地点にいる撮影者は遠隔操作器12にある３つの遠隔操
作レバー13を操作し、上下信号UD,左右信号LR,ズーム信
号ZMを発生する。ズーム信号ZMはビデオカメラ２に入力
され、レンズの位置を動かすことにより、画像の大きさ
を変える。また、上下信号UD,左右信号LRは電圧制御回
路６に入力される。電圧制御回路６では、これらの信号
に従つて、アクチユエータ４の圧電素子に印加する交番
電圧vUD,vLRを発生する。
た地点にいる撮影者は遠隔操作器12にある３つの遠隔操
作レバー13を操作し、上下信号UD,左右信号LR,ズーム信
号ZMを発生する。ズーム信号ZMはビデオカメラ２に入力
され、レンズの位置を動かすことにより、画像の大きさ
を変える。また、上下信号UD,左右信号LRは電圧制御回
路６に入力される。電圧制御回路６では、これらの信号
に従つて、アクチユエータ４の圧電素子に印加する交番
電圧vUD,vLRを発生する。
次に、第１図と異なるアクチユエータの構成について第
６図を用いて説明する。第６図は第５図のアクチユエー
タ４を駆動部材4cと被駆動部材4dに分解した図である。
駆動部材4cにはビデオカメラ２を駆動部材4cの座標軸Ｚ
軸を中心に回転させるための回転用圧電モータ要素14が
取付けている。また、被駆動部材4dにはビデオカメラ２
を上下させるため、被駆動部材4dの座標軸Ｘ′軸を中心
に回転するように上下用圧電モーカ要素15が取付けてあ
る。回転用及び上下用圧電モータ要素14,15にそれぞれ
交番電圧vLR,vUDを入力すれば、常に画像上の上下関係
と実際の被写体の上下関係を保ちながら遠隔操作により
ビデオカメラの撮影を行うことができる。また、アクチ
ユエータの構造からビデオカメラ２の上下方向は180度
以上の可動範囲をとることができ、真上や真下を含めて
全方向を撮影できる。
６図を用いて説明する。第６図は第５図のアクチユエー
タ４を駆動部材4cと被駆動部材4dに分解した図である。
駆動部材4cにはビデオカメラ２を駆動部材4cの座標軸Ｚ
軸を中心に回転させるための回転用圧電モータ要素14が
取付けている。また、被駆動部材4dにはビデオカメラ２
を上下させるため、被駆動部材4dの座標軸Ｘ′軸を中心
に回転するように上下用圧電モーカ要素15が取付けてあ
る。回転用及び上下用圧電モータ要素14,15にそれぞれ
交番電圧vLR,vUDを入力すれば、常に画像上の上下関係
と実際の被写体の上下関係を保ちながら遠隔操作により
ビデオカメラの撮影を行うことができる。また、アクチ
ユエータの構造からビデオカメラ２の上下方向は180度
以上の可動範囲をとることができ、真上や真下を含めて
全方向を撮影できる。
したがつて、この実施例によれば、複雑な座標変換を行
うことなく、常に画像の上下関係の正しい撮影を全方向
で行うことができる。また、圧電モータ要素は２つでよ
く、電圧制御回路を簡単化できる。さらに、圧電素子の
取付けを駆動部材だけでなく、被駆動部材にも取付ける
ことにより、圧電モータ要素の配置面積をさらに広げる
ことができ、駆動力の大きいアクチユエータを構成でき
る。この装置を用いれば、撮影者自身が被写体となるこ
ともできる。特に、この装置は安価に構成できる特長も
持つている。
うことなく、常に画像の上下関係の正しい撮影を全方向
で行うことができる。また、圧電モータ要素は２つでよ
く、電圧制御回路を簡単化できる。さらに、圧電素子の
取付けを駆動部材だけでなく、被駆動部材にも取付ける
ことにより、圧電モータ要素の配置面積をさらに広げる
ことができ、駆動力の大きいアクチユエータを構成でき
る。この装置を用いれば、撮影者自身が被写体となるこ
ともできる。特に、この装置は安価に構成できる特長も
持つている。
第７図は組立作業用ロボツトに本発明のアクチユエータ
を適用した一実施例である。これは作業台16の上に置か
れた部品17aをベルトコンベア18上の部品17bにロボツト
を用いて挿入する工程を示している。部品17aを部品17b
に挿入するとき、そのはめあいの偏差を位置偏差検出器
19により検出する。位置偏差検出器19としては、例え
ば、画像処理による方法などがある。この位置偏差検出
器19から得られた偏差信号εはロボツト制御装置20に入
力される。ロボツト制御装置20では、はめあいの偏差を
少なくなるように制御演算が行われ、ロボツトの関節と
なつている各アクチユエータの印加電圧v1,v2,v3を出力
する。これらの印加電圧v1,v2,v3により、第1,第２及び
第３のアクチユエータ21,22,23が動作し、先端アーム24
により部品17aを部品17bに挿入することができる。
を適用した一実施例である。これは作業台16の上に置か
れた部品17aをベルトコンベア18上の部品17bにロボツト
を用いて挿入する工程を示している。部品17aを部品17b
に挿入するとき、そのはめあいの偏差を位置偏差検出器
19により検出する。位置偏差検出器19としては、例え
ば、画像処理による方法などがある。この位置偏差検出
器19から得られた偏差信号εはロボツト制御装置20に入
力される。ロボツト制御装置20では、はめあいの偏差を
少なくなるように制御演算が行われ、ロボツトの関節と
なつている各アクチユエータの印加電圧v1,v2,v3を出力
する。これらの印加電圧v1,v2,v3により、第1,第２及び
第３のアクチユエータ21,22,23が動作し、先端アーム24
により部品17aを部品17bに挿入することができる。
次に、この実施例の特長であるアクチユエータの構造に
ついて、第８図を用いて説明する。この実施例で示した
ロボツトは架台となる第１のアクチユエータ21と先端ア
ーム24を除いて、すべて、第８図（ａ）にその断面を示
す３自由度アームアクチユエータ25により構成されてい
る。３自由度アームアクチユエータ25を駆動する圧電素
子は球面状の内面を持つ部分に取付けられており、第３
図に示した圧電モータ要素の構成と同じになつている。
したがつて、直交する三軸いずれの方向にも回転させる
ことが可能であり、これにより、アクチユエータの数が
少なくとも従来の６軸で構成されるロボツトと同等以上
の動作が可能である。また、３自由度アームアクチユエ
ータ25の大きさ（球の直径，内球の内径，腕の長さ）の
規格をつくり、大量生産すれば、安価なロボツトを容易
に構成できる。ロボツトの腕も３自由度アームアクチユ
エータ25を継ぎ足すだけで増やすことができ、象の鼻の
ようなロボツトにも適用できる。なお、第８図（ｂ）に
示すように、２自由度アームアクチユエータ26も考えら
れる。これは３つの圧電モータ要素27,28,29で動作する
が、基本的な原理は３自由度アームアクチユエータ25と
同じである。
ついて、第８図を用いて説明する。この実施例で示した
ロボツトは架台となる第１のアクチユエータ21と先端ア
ーム24を除いて、すべて、第８図（ａ）にその断面を示
す３自由度アームアクチユエータ25により構成されてい
る。３自由度アームアクチユエータ25を駆動する圧電素
子は球面状の内面を持つ部分に取付けられており、第３
図に示した圧電モータ要素の構成と同じになつている。
したがつて、直交する三軸いずれの方向にも回転させる
ことが可能であり、これにより、アクチユエータの数が
少なくとも従来の６軸で構成されるロボツトと同等以上
の動作が可能である。また、３自由度アームアクチユエ
ータ25の大きさ（球の直径，内球の内径，腕の長さ）の
規格をつくり、大量生産すれば、安価なロボツトを容易
に構成できる。ロボツトの腕も３自由度アームアクチユ
エータ25を継ぎ足すだけで増やすことができ、象の鼻の
ようなロボツトにも適用できる。なお、第８図（ｂ）に
示すように、２自由度アームアクチユエータ26も考えら
れる。これは３つの圧電モータ要素27,28,29で動作する
が、基本的な原理は３自由度アームアクチユエータ25と
同じである。
この実施例によれば、アームアクチユエータを用いるこ
とにより、より簡単な構成で組立作業用ロボツトを構成
できる。また、アームアクチユエータの規格統一も容易
なので、安価でしかも腕の数で任意に設定できるロボツ
トを製造できる。アームアクチユエータの交換も簡単な
もので、故障時の修復時間が短いという特長もある。さ
らに、このアクチユエータは摩擦力により動作するの
で、停電時にも停電前の姿勢を保持でき、安全性の点か
らも優れている。
とにより、より簡単な構成で組立作業用ロボツトを構成
できる。また、アームアクチユエータの規格統一も容易
なので、安価でしかも腕の数で任意に設定できるロボツ
トを製造できる。アームアクチユエータの交換も簡単な
もので、故障時の修復時間が短いという特長もある。さ
らに、このアクチユエータは摩擦力により動作するの
で、停電時にも停電前の姿勢を保持でき、安全性の点か
らも優れている。
第９図は本発明のアクチユエータをねじ止め作業用ロボ
ツトに適用した例である。ねじ17cを部品17dのねじ穴に
ロボツトでねじ止めするための装置を第９図に示してい
るが、第７図と異なる点は第３のアクチユエータ23と先
端アーム24のかわりに，中間アーム30と先端アクチユエ
ータ31を用いたことがある。ねじ止め作業の場合、先端
アクチユエータ31はある位置に達した後、先端アクチユ
エータ31の腕を座標とする軸を中心として高速に回転さ
せる必要がある。そこで、先端アクチユエータ31の中に
取付けられた圧電モータ要素の中で、先端アクチユエー
タ31の腕を座標とする軸を中心として回転する圧電モー
タ要素だけに電圧を印加すればよい。これに対して、第
７図で示した実施例で同じ動作をさせるためには、第３
のアクチユエータ23の３つの圧電モータ要素を動作させ
なければならない。しかも、そのための座標変換演算を
ロボツト制御装置20で高速に行う必要がある。したがつ
て、第９図の実施例では作業を行う側にある先端アクチ
ユエータ31を動作させるため、ねじ止め作業における座
標変換は必要なくなる。
ツトに適用した例である。ねじ17cを部品17dのねじ穴に
ロボツトでねじ止めするための装置を第９図に示してい
るが、第７図と異なる点は第３のアクチユエータ23と先
端アーム24のかわりに，中間アーム30と先端アクチユエ
ータ31を用いたことがある。ねじ止め作業の場合、先端
アクチユエータ31はある位置に達した後、先端アクチユ
エータ31の腕を座標とする軸を中心として高速に回転さ
せる必要がある。そこで、先端アクチユエータ31の中に
取付けられた圧電モータ要素の中で、先端アクチユエー
タ31の腕を座標とする軸を中心として回転する圧電モー
タ要素だけに電圧を印加すればよい。これに対して、第
７図で示した実施例で同じ動作をさせるためには、第３
のアクチユエータ23の３つの圧電モータ要素を動作させ
なければならない。しかも、そのための座標変換演算を
ロボツト制御装置20で高速に行う必要がある。したがつ
て、第９図の実施例では作業を行う側にある先端アクチ
ユエータ31を動作させるため、ねじ止め作業における座
標変換は必要なくなる。
また、第10図に示すような各種のアームを用いれば、ロ
ボツト制御に必要な座標交換の数を減らすこともでき
る。つまり、中間アーム30の他に、両方の端に各種のア
クチユエータがついたアームアクチユエータ32,33,34が
考えられる。これらのアームと第８図に示したアームを
組合せれば、さらに構造の異なるロボツトを構成でき
る。
ボツト制御に必要な座標交換の数を減らすこともでき
る。つまり、中間アーム30の他に、両方の端に各種のア
クチユエータがついたアームアクチユエータ32,33,34が
考えられる。これらのアームと第８図に示したアームを
組合せれば、さらに構造の異なるロボツトを構成でき
る。
したがつて、本実施例を用いれば、ねじ止め作業が高速
で行えるロボツトを構成できる。また、各種のアームを
用いれば、それぞれの作業に最適なロボツトをつくるこ
とができる。
で行えるロボツトを構成できる。また、各種のアームを
用いれば、それぞれの作業に最適なロボツトをつくるこ
とができる。
第11図は太陽熱，太陽光を収集するための自動追跡装置
に本発明のアクチユエータを適用した実施例である。
に本発明のアクチユエータを適用した実施例である。
これは太陽35からの熱や光を太陽熱・太陽光収集器36に
集め、光・熱転送装置37により必要な所に転送すること
を目的とした装置である。まず、太陽熱・太陽光収集器
36の面は太陽35に対して垂直のとき最も熱や光を収集で
きるため、太陽位置検出器38を用いる。この太陽位置検
出器38の影の長さ及び方向を画像センサ39により読み取
り、これに基づいて、太陽熱・太陽光収集器36の位置を
太陽35に一致させるように追跡制御装置40で制御演算を
行う。次に、追跡制御装置40から出力される電圧ｖによ
り、追跡用アクチユエータ41は動作し、自動的に太陽35
の方向に太陽熱・太陽光収集器36を合わせることができ
る。なお、追跡用アクチユエータ41は第６図に示したア
クチユエータと同じ原理のものでよい。
集め、光・熱転送装置37により必要な所に転送すること
を目的とした装置である。まず、太陽熱・太陽光収集器
36の面は太陽35に対して垂直のとき最も熱や光を収集で
きるため、太陽位置検出器38を用いる。この太陽位置検
出器38の影の長さ及び方向を画像センサ39により読み取
り、これに基づいて、太陽熱・太陽光収集器36の位置を
太陽35に一致させるように追跡制御装置40で制御演算を
行う。次に、追跡制御装置40から出力される電圧ｖによ
り、追跡用アクチユエータ41は動作し、自動的に太陽35
の方向に太陽熱・太陽光収集器36を合わせることができ
る。なお、追跡用アクチユエータ41は第６図に示したア
クチユエータと同じ原理のものでよい。
本実施例によれば、アクチユエータに電圧を印加しない
ときには摩擦力により同じ姿勢を保持できるので、１時
間に数回だけアクチユエータに電圧を印加して制御すれ
ばよく、運転による経費を非常に安くすることができ
る。特に、このアクチユエータは小型で大トルクを発生
でき、しかも電源が供給されていないときも保持力が強
いので、このような装置に最適である。
ときには摩擦力により同じ姿勢を保持できるので、１時
間に数回だけアクチユエータに電圧を印加して制御すれ
ばよく、運転による経費を非常に安くすることができ
る。特に、このアクチユエータは小型で大トルクを発生
でき、しかも電源が供給されていないときも保持力が強
いので、このような装置に最適である。
以上が本発明の実施例の説明であるが、本アクチユエー
タはスポツトライト等の照明器具を動かす装置、ピツチ
ングマシン等にも適用できることは言うまでもない。ま
た、実施例では、２自由度,3自由度の回転ができるアク
チユエータについて述べたが、直線状に移動する機構と
組合せることも当然できる。さらに、説明の都合上、各
圧電素子は決められた一方向に動かすときだけに用いる
ように説明したが、多方向に駆動するために用いること
も可能である。追跡装置に適用する場合には、太陽だけ
でなく、星，人工衛星，飛行物体等にも有効である。
タはスポツトライト等の照明器具を動かす装置、ピツチ
ングマシン等にも適用できることは言うまでもない。ま
た、実施例では、２自由度,3自由度の回転ができるアク
チユエータについて述べたが、直線状に移動する機構と
組合せることも当然できる。さらに、説明の都合上、各
圧電素子は決められた一方向に動かすときだけに用いる
ように説明したが、多方向に駆動するために用いること
も可能である。追跡装置に適用する場合には、太陽だけ
でなく、星，人工衛星，飛行物体等にも有効である。
本発明によれば、駆動機構と被駆動機構が接する面積の
大部分に、駆動力を発生する圧電素子を配置できるの
で、小型・軽量でしかも大きな駆動力を発生できるアク
チユエータを構成できる。
大部分に、駆動力を発生する圧電素子を配置できるの
で、小型・軽量でしかも大きな駆動力を発生できるアク
チユエータを構成できる。
【図面の簡単な説明】 第１図は被写体自動追従装置に適用した本発明の一実施
例の構成図、第２図は第１図で用いたアクチユエータの
構造を示す断面図、第３図は圧電モータ要素の動作原理
を示す構造図、第４図は第２図の被駆動部材を取除いた
ときの断面図、第５図は遠隔操作ビデオカメラ装置に適
用した一実施例の構成図、第６図は第５図に用いたアク
チユエータの分解図、第７図は組立作業用ロボツトに適
用した一実施例の構成図、第８図は第７図に用いたアク
チユエータの概略図、第９図はねじ止め作業用ロボツト
に適用した一実施例の構成図、第10図はロボツトに適用
できるアクチユエータの概略図、第11図は太陽熱・太陽
光を収集するための自動追従装置に適用した一実施例の
構成図、第12図は第４図と異なる実施例を示す駆動部材
の断面図である。 １……被写体、２……ビデオカメラ、３……三脚、４…
…アクチユエータ、５……画像処理回路、６……電圧制
御回路、７……圧電モータ要素、８……圧電素子、９…
…弾性体、12……遠隔操作器、13……遠隔操作レバー、
14……回転用圧電モータ要素、15……上下用圧電モータ
要素、16……作業台、17……部品、18……ベルトコンベ
ア、19……位置偏差検出器、20……ロボツト制御装置、
21,22,23……アクチユエータ、24……先端アーム、25…
…３自由度アクチユエータ、26……２自由度アクチユエ
ータ、27,28,29……圧電モータ要素、30……中間アー
ム、31……先端アクチユエータ、32,33,34……アームア
クチユエータ、35……太陽、36……太陽熱・太陽光収集
器、37……光・熱転送装置、38……太陽位置検出器、39
……画像・センサ、40……追跡制御装置、41……追跡用
アクチユエータ、51……電圧指令切換回路、52……圧電
モータ駆動回路。
例の構成図、第２図は第１図で用いたアクチユエータの
構造を示す断面図、第３図は圧電モータ要素の動作原理
を示す構造図、第４図は第２図の被駆動部材を取除いた
ときの断面図、第５図は遠隔操作ビデオカメラ装置に適
用した一実施例の構成図、第６図は第５図に用いたアク
チユエータの分解図、第７図は組立作業用ロボツトに適
用した一実施例の構成図、第８図は第７図に用いたアク
チユエータの概略図、第９図はねじ止め作業用ロボツト
に適用した一実施例の構成図、第10図はロボツトに適用
できるアクチユエータの概略図、第11図は太陽熱・太陽
光を収集するための自動追従装置に適用した一実施例の
構成図、第12図は第４図と異なる実施例を示す駆動部材
の断面図である。 １……被写体、２……ビデオカメラ、３……三脚、４…
…アクチユエータ、５……画像処理回路、６……電圧制
御回路、７……圧電モータ要素、８……圧電素子、９…
…弾性体、12……遠隔操作器、13……遠隔操作レバー、
14……回転用圧電モータ要素、15……上下用圧電モータ
要素、16……作業台、17……部品、18……ベルトコンベ
ア、19……位置偏差検出器、20……ロボツト制御装置、
21,22,23……アクチユエータ、24……先端アーム、25…
…３自由度アクチユエータ、26……２自由度アクチユエ
ータ、27,28,29……圧電モータ要素、30……中間アー
ム、31……先端アクチユエータ、32,33,34……アームア
クチユエータ、35……太陽、36……太陽熱・太陽光収集
器、37……光・熱転送装置、38……太陽位置検出器、39
……画像・センサ、40……追跡制御装置、41……追跡用
アクチユエータ、51……電圧指令切換回路、52……圧電
モータ駆動回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二瓶 秀樹 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 片山 恭紀 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 長瀬 博 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 松田 敏彦 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 神山 健三 茨城県日立市大みか町５丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (56)参考文献 特開 昭62−228392（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−141978（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】圧電素子に印加する電圧の大きさと位相を
変化させることで進行波を発生させる圧電モータ要素
と、一部に開口部を有し他の一部に保持部を有する球殻
の内壁に複数の前記圧電モータ要素を配置してなる駆動
部と、前記球殻内に収容され前記圧電モータ要素により
駆動される球体状をした被駆動部とからなるアクチュエ
ータにおいて、 前記被駆動部の表面外周と内接する前記球殻の内壁全域
に、異なる方向の進行波を発生する２種の前記圧電モー
タ要素を交互に四方を隣接して配置させてなることを特
徴とするアクチュエータ。 - 【請求項２】請求項１記載のアクチュエータと、該アク
チュエータの前記被駆動部に連結された追尾装置と、移
動物体の動きに応答した信号を検出する検出回路又は移
動物体の動きに応じて信号を出力する指令手段と、前記
検出回路又は前記指令手段からの出力に応じて前記追尾
装置を動作させるべく前記駆動部を制御する制御回路
と、を有することを特徴とする移動物体追尾装置。 - 【請求項３】請求項１記載のアクチュエータと、該アク
チュエータの前記被駆動部に連結された作業用ロボット
のアームと、被作業物体の位置に応答した信号を検出す
る検出回路又は被作業物体の位置に応じた信号を出力す
る指令手段と、前記検出回路又は前記指令手段からの出
力に応じて前記作業ロボットのアームを動作させるべく
前記駆動部を制御する制御回路と、を有することを特徴
とする作業用ロボット。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63150308A JPH0714276B2 (ja) | 1988-06-20 | 1988-06-20 | アクチュエータ |
| US07/367,663 US4983875A (en) | 1988-06-20 | 1989-06-19 | Actuator |
| EP19890111222 EP0347846A3 (en) | 1988-06-20 | 1989-06-20 | Actuator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63150308A JPH0714276B2 (ja) | 1988-06-20 | 1988-06-20 | アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01318563A JPH01318563A (ja) | 1989-12-25 |
| JPH0714276B2 true JPH0714276B2 (ja) | 1995-02-15 |
Family
ID=15494170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63150308A Expired - Lifetime JPH0714276B2 (ja) | 1988-06-20 | 1988-06-20 | アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0714276B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016159079A1 (ja) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | 日本ペイント・オートモーティブコーティングス株式会社 | 塗料を塗装したのちに形成される塗膜中のハジキの防止方法 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2667931B2 (ja) * | 1990-11-28 | 1997-10-27 | 株式会社日立製作所 | 多自由度アクチュエータ |
| WO2004001941A1 (en) * | 2002-06-25 | 2003-12-31 | Korea Electronics Technology Institute | Spherical motor device |
| CN105856201B (zh) * | 2016-05-25 | 2018-10-09 | 华南理工大学 | 一种三自由度的机器人视觉伺服平台 |
| EP3400633A1 (en) * | 2017-01-20 | 2018-11-14 | Voltrics Ltd | Electrical connector system |
| CN109940658B (zh) * | 2019-04-12 | 2021-04-06 | 合肥工业大学 | 一种内置球形关节的机械手腕 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH065992B2 (ja) * | 1985-12-13 | 1994-01-19 | オリンパス光学工業株式会社 | 多軸型圧電モ−タ |
| JPS62224440A (ja) * | 1986-03-24 | 1987-10-02 | Sumitomo Metal Ind Ltd | クランクシヤフトの搬送方法 |
| JPS62222108A (ja) * | 1986-03-25 | 1987-09-30 | Hitachi Ltd | ロボツト系における画像処理方法 |
| JPS62228392A (ja) * | 1986-03-28 | 1987-10-07 | 株式会社神戸製鋼所 | 複数自由度関節装置 |
| JPS63100516A (ja) * | 1986-05-15 | 1988-05-02 | Mitsubishi Electric Corp | 自動機械の位置決め装置 |
| JPS62277290A (ja) * | 1986-05-26 | 1987-12-02 | 株式会社東芝 | マニプレ−タの制御装置 |
| JP2767417B2 (ja) * | 1986-08-29 | 1998-06-18 | ファナック 株式会社 | ロボツト制御装置 |
-
1988
- 1988-06-20 JP JP63150308A patent/JPH0714276B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016159079A1 (ja) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | 日本ペイント・オートモーティブコーティングス株式会社 | 塗料を塗装したのちに形成される塗膜中のハジキの防止方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01318563A (ja) | 1989-12-25 |
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