JP2007021655A - Self-propelled robot - Google Patents
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Abstract
【課題】
圧電素子を用いて円滑に自走動作する自走ロボットを実現する。
【解決手段】
直交する一対の可動フレームを、圧電素子を有する4つの駆動部材によって相互に結合する自走機構において、駆動部材の両端部にヒンジ部を形成することにより、自走機構の自走動作時に駆動部材に与えられる変形をヒンジ部において吸収する。
【選択図】 図1
【Task】
A self-running robot that uses a piezoelectric element to run smoothly is realized.
[Solution]
In a self-propelled mechanism in which a pair of orthogonal movable frames are coupled to each other by four drive members having piezoelectric elements, a drive member is formed during the self-propelled operation of the self-propelled mechanism by forming hinge portions at both ends of the drive member. The deformation given to is absorbed in the hinge portion.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は自走ロボットに関して、特に移動基盤面上をインチウォーム動作により移動動作できる小型自走ロボットに適用して好適なものである。 The present invention relates to a self-propelled robot, and is particularly suitable for application to a small self-propelled robot capable of moving on the moving base surface by an inch worm operation.
従来、移動基盤面上を精密に自走する小型ロボットとして、特許文献1によって提案されているように、互いに直交して配設される一対の可動フレーム相互間に4つの圧電素子を介在させると共に、当該一対の可動フレームを交互に移動動作させることにより、インチウォーム動作により尺取虫のような移動動作をするようにしたものが提案されている。
この種の自走ロボットは、一対の可動フレームの隣接する端部間に、自走駆動手段である圧電素子部材の端部を、連結する構造をもっており、この連結部分が一対の可動フレームに斜交して固定されているので、圧電素子部材が伸長・縮小動作したとき当該圧電素子部材に伸長・縮小動作方向に対して垂直方向に変形成分をもつような変形力を与える問題がある。 This type of self-propelled robot has a structure in which the ends of piezoelectric element members, which are self-propelled driving means, are connected between adjacent ends of a pair of movable frames. Since the piezoelectric element members are expanded and contracted, there is a problem in that the piezoelectric element members are given a deformation force having a deformation component in a direction perpendicular to the expansion / reduction operation direction.
因に、圧電素子自体にその伸長・縮小動作方向と垂直方向に変形を与えると、伸長・縮小動作に不具合が生ずるおそれがあり、その結果可動フレームに効率良く駆動力を伝達できなくなる。 For example, if the piezoelectric element itself is deformed in a direction perpendicular to the extending / reducing operation direction, there is a possibility that the extending / reducing operation may be defective, and as a result, the driving force cannot be efficiently transmitted to the movable frame.
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、可動フレームと圧電素子部材間に変形力が生じたとき当該変形力に適応しながら圧電素子に生ずる駆動力を効率良く可動フレームに伝達できるようにした自走ロボットを提案しようとするものである。 The present invention has been made in consideration of the above points. When a deformation force is generated between the movable frame and the piezoelectric element member, the driving force generated in the piezoelectric element can be efficiently transmitted to the movable frame while adapting to the deformation force. I would like to propose a self-propelled robot.
かかる課題を解決するため本発明においては、互いに移動自在に直交するように配設された第1及び第2の可動フレーム2及び3相互間に、圧電素子22J2によって伸長・縮小動作する駆動部材21A〜21Dの両端を固定すると共に、駆動部材21A〜21Dの伸長・縮小動作によって第1及び第2の可動フレーム2及び3を交互に移動させることにより移動基盤BS上を移動する自走機構1を有する自走ロボットにおいて、駆動部材21A〜21Dは、圧電素子22J2によって伸長・縮小動作する伸長動作部22Jと、伸長動作部22Jの両端に形成された一対のヒンジ部22J11及び22J12と、一対のヒンジ部22J11及び22J12の外側端に形成され、第1及び第2の可動フレーム2及び3に固定される一対の取付け部22K及び22Lとを設けるようにする。
In order to solve such a problem, in the present invention, a driving
圧電素子によって駆動部材を伸長・縮小動作させることにより第1及び第2の可動フレームを交互に移動させる際に、駆動部材には圧電素子の本来の伸長・縮小動作方向に対して垂直方向成分をもつ変形力が与えられるが、この変形力を伸長動作部及び取付け部間に設けたヒンジ部によって吸収することによって駆動部材を適正に伸長・縮小動作させることができる。 When the first and second movable frames are alternately moved by extending / reducing the driving member by the piezoelectric element, the driving member has a component perpendicular to the original extending / reducing operation direction of the piezoelectric element. However, the drive member can be appropriately extended and reduced by absorbing the deformation force with a hinge portion provided between the extension operation portion and the attachment portion.
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(1)自走機構の構成
図1において、1は全体として自走ロボットの自走機構を示し、自走機構1は、外観上コ字形状を有しかつ磁性材料でなる一対の可動フレーム2及び3を有する。
(1) Configuration of self-propelled mechanism In FIG. 1,
第1の可動フレーム2は、図2に示すように、水平方向に延長する断面長方形状の本体部2Aの両端から下方に延長するように一対の脚部2B及び2Cが形成され、この脚部2B及び2Cの下端面が四角錐状に下方に突出する支点部2D及び2Eが形成されている。
As shown in FIG. 2, the first
この支点部2D及び2Eは、自走機構1が磁性材料でなる移動基盤BS上に置かれたとき、当該可動フレーム2を支点部2D及び2Eが当接する位置において可動フレーム2を支持する。
The
脚部2B及び2Cには励磁コイル11A及び11Bが巻装され(図1)、可動フレーム2の支点部2D及び2Eが磁性材料でなる移動基盤BSに当接した状態で励磁コイル11A及び11Bが励磁されたとき、可動フレーム2と移動基盤BSとによって磁気回路が形成されることにより、支点部2D及び2Eが移動基盤BSの表面に吸着し、これにより可動フレーム2が支点部2D及び2Eの位置に吸着保持される。
第2の可動フレーム3は、図3に示すように、水平方向に延長する断面が長方形状の本体部3Aの両端から下方に延長するように一対の脚部3B及び3Cが形成され、一方の脚部3Bに励磁コイル21Aが巻装されている(図1)と共に、当該脚部3Bの下端面に四角錐状に下方に突出する支点部3Dが形成されている。
As shown in FIG. 3, the second
これに対して他方の脚部3Cには、下方への延長途中において、上及び下端部3E及び3Fを残すように励磁コイル収納溝3Gが形成されると共に、上及び下端部3E及び3Fに断面三角形状の割溝3EX及び3FXが形成されている。
On the other hand, the other leg 3C is formed with exciting
脚部3Cの励磁コイル収納溝3G並びに割溝3EX及び3FXには、図4に示すような関節脚部材4が装着される。
A
関節脚部材4は、断面円形の棒状磁性材料でなる脚本体4Aと、その中央部分に巻装された励磁コイル4Bとを有し、脚本体4Aの下端面に円錐状に下方に突出する支点部4Cが形成されている。
The
かかる構成の関節脚部材4は、図1に示すように、可動フレーム3の脚部3Cに対して外方から、励磁コイル4Bを励磁コイル収納溝3Gに差し込むと共に、脚本体4Aの上端部及び下端部を割溝3EX及び3FXに押し付けた状態に位置決めされた後、一対の帯状係止具5A及び5Bを有する関節脚係止部材5によって、上下方向に位置調整可能な状態に係止される。
As shown in FIG. 1, the
かくして自走機構1が移動基盤BS上に置かれたとき、第2の可動フレーム3の一方の脚部3Cに係止されている関節脚部材4を、関節脚係止部材5を用いて、上下方向の位置を調整することにより、可動フレーム2の一対の脚部2B及び2Cの支点部2D及び2Eが移動基盤BS上に当接した状態において、可動フレーム3の脚部3Bの支点部3D及び関節脚部材4の支点部4Cが移動基盤BSから離れることなく、ガタなく、移動基盤BSの表面に当接させることができる。
Thus, when the self-
これにより第2の可動フレーム3の励磁コイル12A及び4Bを励磁したとき、可動フレーム3と移動基盤BSとによって磁気回路を形成することにより、可動フレーム3を移動基盤BS上に吸着保持できる。
Thus, when the
第1及び第2の可動フレーム2及び3は、可動フレーム2の本体部2Aの中央下縁に形成された逃げ溝2G(図2)と可動フレーム3の本体部3Aの中央上縁に形成された逃げ溝3G(図3)とを相互に挿通させるように互いに直交して配設されることにより、可動フレーム2及び3の本体部2A及び3Aの上表面をほぼ同一平面上に配置する。
The first and second
本体部2A及び3Aの上表面には、当該同一平面内において、可動フレーム2及び3の互いに隣合う端部間に駆動部材21A、21B、21C及び21Dが固着され、これにより、可動フレーム2及び3が一体に結合される。
Drive
この実施の形態の場合、第1の可動フレーム2の脚部2C側の一端部2AXと第2の可動フレーム3の脚部3B側の一端部3AXに対して駆動部材21Aの両端が取付ピン23A及び23Bによって一体に固着され、同様にして、第2の可動フレーム3の脚部3B側の一端部3AX及び第2の可動フレーム2の脚部2B側の他端部2AYに対して駆動部材21Bの両端が取付ピン24A及び24Bによって一体に固着され、第2の可動フレーム2の脚部2B側の他端部2AYと第2の可動フレーム3の脚部3C側の他端部3AYに対して駆動部材21Cの両端が取付ピン25A及び25Bによって一体に固着され、第2の可動フレーム3の脚部3C側の他端部3AY及び第1の可動フレーム2の脚部2C側の一端部2AXに駆動部材21Dの両端が取付ピン26A及び26Bによって一体に固着されている。
In this embodiment, both ends of the
これら4つの駆動部材21(21A、21B、21C、21D)は、図5に示すように、全体として長方形板状の外観形状を有し、長手方向の中央部に伸長動作部22Jを有すると共に、当該伸長動作部22Jの両端側に取付け部22K及び22Lが設けられている。
As shown in FIG. 5, these four drive members 21 (21A, 21B, 21C, 21D) have a rectangular plate-like appearance as a whole, and have an extension operation portion 22J at the center in the longitudinal direction.
伸長動作部22Jは、可撓性金属材料でなる保持枠体22J1内に圧電素子22J2を保持し、これにより圧電素子22J2が伸長動作したとき保持枠体22J1の長手方向の長さが長くなるような伸長動作をするようになされている。 The extension operation portion 22J holds the piezoelectric element 22J2 in the holding frame body 22J1 made of a flexible metal material, so that the length of the holding frame body 22J1 in the longitudinal direction is increased when the piezoelectric element 22J2 is extended. It is designed to perform an elongate operation.
保持枠体22J1の長手方向の両端部は、それぞれ当該ヒンジ部22J11及び22J12を介して取付け部22K及び22Lに結合されている。
Both end portions of the holding frame body 22J1 in the longitudinal direction are coupled to the mounting
駆動部材21(21A、21B、21C、21D)の取付け部22K及び22Lには、長手方向の中心線L1に対して横方向に偏倚した位置において貫通するように、取付け孔22K1及び22L1が穿設され、当該取付け孔22K1及び22L1を挿通する取付けピン(23A、23B)、(24A、24B)、(25A、25B)及び(26A、26B)によって取付け部22K及び22Lが可動フレーム2及び3に一体に固定されている。
Mounting holes 22K1 and 22L1 are formed in the
かくして駆動部材21(21A〜21D)の圧電素子22J2は、駆動電圧が与えられて中心線L1上において外方に伸びたとき、中心線L1に沿って取付け部22K及び22Lの間隔を駆動電圧に相当する長さだけ拡げるように動作し、これにより取付け部22K及び22Lが固定されている可動フレーム2及び3の端部間の間隔を駆動電圧に応じて拡げるようになされている。
Thus, when the piezoelectric element 22J2 of the driving member 21 (21A to 21D) extends outward on the center line L1 when the driving voltage is applied, the distance between the
この実施の形態の場合、ヒンジ部22J11及び22J12は、保持枠体22J1の両端部において横方向から中心線L1に向う方向に一対の切込み22M1及び22M2を形成し、これにより切り込まれずに中心線L1上に残った連続部22Nを中心として、取付け部22K及び22Lが、可動フレーム2及び3の本体部2A及び3Aの上表面において、保持枠体22J1に対して時計方向又は反時計方向に回動するようなヒンジ動作をすることができるようになされている。
In the case of this embodiment, the hinge portions 22J11 and 22J12 form a pair of cuts 22M1 and 22M2 in the direction from the lateral direction toward the center line L1 at both ends of the holding frame body 22J1, and thereby the center line is not cut. Centering on the
またこの実施の形態の場合、駆動部材21(21A1〜21D1)は、図6(A)に示すように、保持枠体22J1として予め横方向に膨出したような樽形状のものを用意し、当該保持枠体22J1に対して矢印aで示すような縮小圧力を与えることにより、矢印bで示すように、保持枠体22J1を中心線L1に沿う方向に長くほぼ長方形状になるように変形させ、この状態において図6(B)に示す長方形状の圧電素子22J1を中心線L1上に沿うように挿入し、その後加工圧aを取り除くことにより図6(C)に示すように、保持枠体22J1が元の膨出形状に戻ろうとする復元力を中心線L1に沿う方向に圧電素子22J2の両端に与圧cとして与える状態で平衡状態を得る。 In the case of this embodiment, the drive member 21 (21A1 to 21D1), as shown in FIG. 6 (A), prepares a barrel-shaped member that bulges in the horizontal direction in advance as the holding frame 22J1, By applying a reduction pressure as indicated by an arrow a to the holding frame 22J1, the holding frame 22J1 is deformed so as to be substantially rectangular in a direction along the center line L1, as indicated by an arrow b. In this state, the rectangular piezoelectric element 22J1 shown in FIG. 6B is inserted along the center line L1, and then the processing pressure a is removed, so that the holding frame body is shown in FIG. 6C. An equilibrium state is obtained in a state in which a restoring force for 22J1 to return to the original bulging shape is applied to both ends of the piezoelectric element 22J2 as a pressure c in a direction along the center line L1.
かくして圧電素子22J2に予め与圧を付与しておくことにより、圧電素子22J2が外力により引っ張られて破壊に至ることを未然に防止するようになされている。 Thus, by applying pressure to the piezoelectric element 22J2 in advance, it is possible to prevent the piezoelectric element 22J2 from being pulled and broken by an external force.
さらにこの実施の形態の場合、関節脚係止部材5の帯状係止具5A及び5Bは、図7(A)及び(B)に示すように、薄いスチールベルトでなり、「コ」字状に折り曲げられた係止ベルト25を有し、その両端に可動フレーム3の脚部3Cの両側面に対接するベルト取付板26A及び26Bが一体に固着されている。
Further, in the case of this embodiment, as shown in FIGS. 7 (A) and 7 (B), the belt-
ベルト取付板26A及び26Bの先端部分には、図7(B)に示すように、長手方向に延長する長孔27が穿設され、この長孔27を通って横方向に脚部3Cを貫通するように設けられた取付ボルト28が挿通され、当該取付ボルト28の両端に張力調整用締付ボルト29A及び29Bを締め付けることにより、ベルト取付板26A及び26Bを脚部3Cに取り付ける。
As shown in FIG. 7 (B), a
係止ベルト25の中央部には、内側にテフロン(登録商標)樹脂材料でなる係止部材30を保持する受座31が設けられ、これによりベルト取付板26A及び26Bの取付位置を長孔27を利用して調整することにより、関節脚部材4の脚本体4Aを割溝3EX及び3FXに押し付けて保持する。
A receiving
かくして関節脚停止部5は、図8に示すように、可動フレーム3の上及び下端部3E及び3Fにおいて、帯状係止具5A及び5Bの係止ベルト25を緩めた状態で、割溝3EX及び3FXに対して関節脚部材4を上下方向に位置合せすることにより、脚本体4Aの支点部4Cの下端面を移動基盤BSの表面に過不足なく当接できるように調整することができる。
Thus, as shown in FIG. 8, the joint
(2)自走動作
(a)停止動作
以上の構成において、自走機構1は、図9の停止動作状態において、自走制御部(図示せず)から、図10(A)〜(F)に示すような停止駆動信号を与える。すなわち、第1及び第2の可動フレーム2及び3の励磁コイル11A、11B及び12A、4Bに対して図10(A)及び(B)に示すようなオン動作信号を与えることにより、脚部2B、2C及び3B及び3Cを移動基盤BS上に吸着させる。
(2) Self-propelled operation (a) Stop operation In the above-described configuration, the self-propelled
このとき駆動部材21A〜21Dの圧電素子22J2には、図10(C)〜(F)に示すように、停止動作電圧V0が与えられていることにより、駆動部材21(21A〜21D)が伸長動作も縮小動作もしていない基準長を呈する状態になっている。このとき、駆動部材21(21A〜21D)は同じ基準長の平衡状態になっていることにより、可動フレーム2及び3は相対的に直交する状態に保持されていると共に、駆動部材21A〜21Dの保持枠体22J1は、圧電素子22J2を中心線L1の方向に向かせるような基準状態(ヒンジ部22J11及び22J12が変形していない状態)にある。
At this time, as shown in FIGS. 10C to 10F, the drive member 21 (21A to 21D) expands due to the stop operation voltage V0 being applied to the piezoelectric elements 22J2 of the
(b)前進・後退動作
自走機構1は、図12に示すような前進駆動信号が与えられたとき、図11において矢印fで示すように、左方に前進するような移動動作する。
(B) Forward / Reverse Operation When the forward drive signal as shown in FIG. 12 is given, the self-propelled
すなわち、図12の時点t1〜t2の区間において、励磁コイル11A及び11Bがオン動作し(図12(A))、かつ励磁コイル12A及び4Bがオフ動作することにより、第1の可動フレーム2が移動基盤BSに吸着された状態になるのに対して、第2の可動フレーム3が移動基盤BSに吸着されずに可動状態になる。
That is, in the section from time t1 to time t2 in FIG. 12, the
この状態において、第2の可動フレーム3の右側にある駆動部材21A及び21Dが、図12(C)及び(F)に示すように、伸長動作し、かつ可動フレーム3の左側にある駆動部材21B及び21Cが、図12(D)及び(E)に示すように縮小動作する。
In this state, the
このとき可動フレーム3の脚部3Bが駆動部材21A及び21Bの伸長及び縮小動作により左方に移動されると同時に、反対側の脚部3Cが駆動部材21D及び21Cの伸長及び縮小動作によって左方に移動される。
At this time, the
この動作の後、時点t2において励磁コイル11A及び11Bがオフ動作し(図12(A))かつ、励磁コイル12A及び4Bがオン動作する(図12(B))ことにより、可動フレーム3の脚部3B及び3Cが左側に移動した位置において移動基盤BS上に吸着されると共に、可動フレーム2の脚部2B及び2Cが可動状態になる。
After this operation, the excitation coils 11A and 11B are turned off at time t2 (FIG. 12A) and the excitation coils 12A and 4B are turned on (FIG. 12B), whereby the legs of the
かくして自走機構1は、時点t1〜t2において移動基盤BSに吸着されていた可動フレーム2の脚部2B及び2Cを支点として、可動フレーム3が駆動手段21A〜21Dの伸長・縮小動作長さ分だけ左方に移動した位置に、インチウォーム動作により移動する。
Thus, the self-propelled
続いて、移動基盤BSに吸着されている可動フレーム3の右側の駆動部材21A及び21Dが縮小動作し(図12(C)及び(D))かつ左側の駆動部材21B及び21Cが伸長動作する(図12(B)及び(C))。
Subsequently, the
このとき可動フレーム2の脚部2C及び2Bが共に左方に移動すると共に、その後の時点t3において励磁コイル11A及び11Bがオン動作して(図12(A))可動フレーム2の脚部2B及び2Cが移動基盤BSに吸着されると共に、励磁コイル12A及び4Bがオフ動作する(図12(B))ことにより可動フレーム3の脚部3B及び3Cが可動状態になる。
At this time, both the
かくして自走機構1は、時点t2〜t3間において移動基盤BCに吸着されている可動フレーム3の脚部3B及び3Cを支点として、可動フレーム2が駆動部材21A〜21Dの伸長・縮小動作長さ分だけ左方に移動した位置に、インチウォーム動作により移動する。
Thus, the self-propelled
以下同様にして、時点t3以降において、励磁コイル11A、11B及び12A、4B、並びに駆動部材21A〜21Dが時点t1〜t3について上述したと同様の動作を繰り返すことにより、自走機構1は矢印fで示す左方にインチウォーム動作することになる。
Similarly, after time t3, the
この実施の形態の場合、駆動部材21A〜21Dの圧電素子22J2(図5)に与えられる駆動電圧(図12(C)〜(F))は、停止動作電圧V0を動作点とする正弦波形を有し、これにより、時点t1〜t2、t2〜t3、t3〜t4……において、駆動電圧が最小電圧値から停止動作電圧V0を通って最大電圧値に変化するとき駆動部材21A〜21Dはその電圧変化に応じて伸長動作し、これとは逆に、駆動電圧が最大電圧値から停止動作電圧V0を通って最小電圧値に変化するとき駆動部材21A〜21Dはその電圧変化に応じて縮小動作する。
In the case of this embodiment, the drive voltage (FIGS. 12C to 12F) applied to the piezoelectric elements 22J2 (FIG. 5) of the
この自走機構1の左方への移動動作において、駆動部材21A〜21Dは図13において、点線矢印w1で示す方向に本来の伸長・縮小力を生じるのに対して、一端側が矢印fに沿う方向に移動する可動フレーム3に結合されていることにより、実線矢印w2に示すように本来の伸長・縮小動作方向に対して垂直方向(せん断方向)の変形成分をもつような変形を受ける。
In the leftward movement operation of the self-propelled
このとき駆動部材21A〜21Dは、図14(A)に示すように、保持枠体22J1と両端の取付け部22K及び22Lとの間に形成されたヒンジ部22J11及び22J12が当該変形力を受けて、図14(B)に示すように、当該変形力を吸収するように変形動作をする(水平面内において傾くような動作をする)ことにより、保持枠体22J1は保持している圧電素子22J2の中心線が変形動作方向w2に近づくような方向に回動する。
At this time, as shown in FIG. 14 (A), the
かくすることにより、自走機構1が前進動作をする際に駆動部材21A〜21Dに変形力が与えられても、当該変形力をヒンジ部22J11及び22J12によって吸収することができることにより、圧電素子22J2には垂直方向(せん断方向)への変形力を与えることなく、圧電素子22J2に生じた伸長力を、互いに直交する可動フレーム2及び3に無理なく伝達することができる。
Thus, even when a deforming force is applied to the
因に、圧電素子は、その伸長方向に対して垂直方向には伸長動作をすることはできず、当該垂直方向に変形力を与え続けると不具合が生ずるおそれがあるのに対して、上述の構成によれば、当該不具合を生じさせることなく、繰り返し、自走機構1を前進動作させることができる。
Incidentally, the piezoelectric element cannot be extended in the direction perpendicular to the direction of extension, and there is a possibility that a malfunction may occur if a deformation force is continuously applied in the vertical direction. Therefore, the self-propelled
なお、図11〜13の左前進動作モードにおいては、時点t1〜t2間において駆動部材21A及び21Dを伸長動作させる(図12(C)及び(F))と共に駆動部材21B及び21Cを縮小動作させ(図12(D)及び(E))、その後の時点t2〜t3間において駆動部材21A及び21Dを縮小動作させる(図12(C)及び(F))と共に駆動部材21B及び21Cを伸長動作させる(図12(D)及び(E))ことにより、自走機構1を左方に前進させたが、これに代え、時点t1〜t2において駆動部材21A及び21Dを縮小動作させると共に、駆動部材21B及び21Cを伸長させ、時点t2〜t3間において駆動部材21A及び21Dを伸長動作させると共に駆動部材21B及び21Cを縮小動作させるようにすれば、自走機構1は矢印fとは逆方向に右方に移動するような後退動作を行う。
In the left forward operation mode of FIGS. 11 to 13, the
この後退動作の際にも、図11及び図13について上述したと同様に、駆動部材21A〜21Dは、ヒンジ部22J11及び22J12のヒンジ動作によって変形力を有効に吸収することができる。
Also during this backward movement, as described above with reference to FIGS. 11 and 13, the
(c)斜行動作
図15に示す自走機構1は、図16の斜行駆動信号によって駆動されることにより、矢印gで示すように、斜め左上方に自走する。
(C) Skew operation The self-propelled
この場合、図12について上述した前進駆動信号の場合と同様に、時点t11〜t12の区間において、可動フレーム2の励磁コイル11A及び11Bがオン動作する(図16(A))と共に、可動フレーム3の励磁コイル12A及び4Bがオフ動作する(図16(B))。
In this case, as in the case of the forward drive signal described above with reference to FIG. 12, the excitation coils 11A and 11B of the
続いて時点t12〜t13の区間において、励磁コイル11A及び11Bがオフ動作すると共に、励磁コイル12A及び4Bがオン動作する。
Subsequently, in the interval from time t12 to t13, the
以下同様にして、励磁コイル11A及び11Bと、12A及び4Bとが交互にオンオフ動作することにより、可動フレーム2及び3が交互に移動基盤BS上に吸着され、これによりインチウォーム動作をする。
Similarly, the
この場合、時点t11〜t12の区間において、駆動部材21Aが伸長動作する(図16(C))と共に、駆動部材21Cが縮小動作する(図16(E))。
In this case, in the section between time points t11 and t12, the
これと同時に、駆動部材21B及び21Dは伸長・縮小動作をしないで基準長を維持するように停止動作電圧V0が与えられる(図16(D)及び(F))。
At the same time, the
かくして駆動部材21Aが伸長動作することにより可動フレーム3の脚部3Bが可動フレーム2の脚部2Cより遠くなる方向に押圧されるのに対して、駆動部材21Cが縮小動作することにより可動フレーム3の脚部3Cが可動フレーム2の脚部2Bに近づく方向に引き付けられる。
Thus, when the
このとき可動フレーム3の脚部3Bと可動フレーム2の脚部2Bとの間隔は、基準長の状態になっている駆動部材21Bによって変更が生じないようになされていると共に、可動フレーム2の脚部2Cと可動フレーム3の脚部3Cとの間隔も基準長の状態にある駆動部材21Dによって変化が生じないようになされているので、可動フレーム3の脚部3B及び3Cは、移動基盤BSに吸着されている可動フレーム2を支点として斜め左上方に移動される。
At this time, the distance between the
これに続いて、時点t12〜t13の区間において、駆動部材21Aが縮小動作する(図16(C))と共に、駆動部材21Cが伸長動作する(図16(E))。
Following this, in the interval from time t12 to t13, the
これと同時に、駆動部材21B及び21Dは伸長・縮小動作をしないで基準長を維持するように停止動作電圧V0が与えられる(図16(D)及び(F))。
At the same time, the
かくして駆動部材21Aが縮小動作することにより可動フレーム3の脚部3Bが可動フレーム2の脚部2Cに近づく方向に引き付けられるのに対して、駆動部材21Cが伸長動作することにより可動フレーム3の脚部3Cが可動フレーム2の脚部2Bより遠くなる方向に押圧される。
Thus, the
このとき可動フレーム3の脚部3Bと可動フレーム2の脚部2Bとの間隔は、基準長の状態になっている駆動部材21Bによって変更が生じないようになされていると共に、可動フレーム2の脚部2Cと可動フレーム3の脚部3Cとの間隔も基準長の状態にある駆動部材21Dによって変化が生じないようになされているので、可動フレーム3の脚部3B及び3Cは、移動基盤BSに吸着されている可動フレーム3を支点として斜め左上方に移動される。
At this time, the distance between the
以下同様にして、時点t13以降において、励磁コイル11A、11B及び12A、4B、並びに駆動部材21A〜21Dが時点t11〜t13について上述したと同様の動作を繰り返すことにより、自走機構1は矢印gで示す斜め左上方にインチウォーム動作することになる。
Similarly, after time t13, the
このように斜め左上方に移動動作するとき、図17に示すように、駆動部材21A及び21Cがその本来の伸長・縮小方向w1の方向に伸長・縮小動作をしたとき、垂直方向(せん断方向)成分をもつ実線矢印w2の方向に変形力が生ずる。
When the
また伸長・縮小動作をしていない駆動部材21B及び21Dについても、可動フレーム3の移動動作に基づいてその本来の伸長・縮小動作方向に対して垂直方向(せん断方向)の成分をもつ実線矢印w2の方向に変形力が作用する。
The solid arrows w2 having components perpendicular to the original extension / reduction operation direction (shear direction) based on the movement operation of the
この駆動部材21A〜21Dに作用する変形力に対して、駆動部材21A〜21Dのヒンジ部22J11及び22J12が、図15に示すように、吸収動作をし、これにより圧電素子22J2はせん断方向の変形力が作用しない状態に維持され、これにより圧電素子22J2に不具合が生ずるおそれを有効に防止できる。
As shown in FIG. 15, the hinge portions 22J11 and 22J12 of the
なお、図15ないし図17においては、互いに対向する一対の駆動部材21A及び21Cについて、駆動部材21Aの伸長動作及び駆動部材21Cの縮小動作と、駆動部材21Aの縮小動作及び駆動部材21Cの伸長動作を交互に繰り返すことによって、矢印gの斜め左上方に自走機構1を自走させる場合について述べたが、これとは逆に、駆動部材21Aの縮小動作及び駆動部材21Cの伸長動作と、駆動部材21Aの伸長動作及び駆動部材21Cの縮小動作とを交互に繰り返すような斜行駆動信号を与えるようにすれば、自走機構1を右斜め下方向に自走させることができる。
15 to 17, for the pair of
さらに、駆動部材21A及び21Cを伸長・縮小動作させない状態において、駆動部材21Bの伸長動作及び駆動部材21Dの縮小動作と、駆動部材21Bの縮小動作及び駆動部材21Dの伸長動作とを交互に繰り返すようにすれば、自走機構1を斜め右上方に自走させることができ、またこれとは逆に、駆動部材21Bの縮小動作及び駆動部材21Dの伸長動作と、駆動部材21Bの伸長動作及び駆動部材21Dの縮小動作とを交互に繰り返すことにより自走機構1を斜め左下方向に自走させることができる。
Further, in a state where the driving
このような場合においても、駆動部材21A〜21Dの変形に対して、図17について上述したと同様にして、ヒンジ部22J11及び22J12のヒンジ動作を用いて圧電素子22J2にせん断方向への変形を吸収することができる。
Even in such a case, the deformation in the shearing direction is absorbed by the piezoelectric element 22J2 using the hinge operation of the hinge portions 22J11 and 22J12 in the same manner as described above with reference to FIG. 17 with respect to the deformation of the
(d)回転動作
自走機構1は、図18に示す回転動作をするとき、図19に示すように、可動フレーム2の励磁コイル11A及び11Bがオン動作し(図19(A))かつ可動フレーム3の励磁コイル12A及び4Bがオフ動作する(図19(B))時点t21〜t22の区間において、駆動部材21Aを伸長動作させる(図19(C))と共に、駆動部材21Bを縮小動作させる(図19(D))。これと同時に駆動部材21Cを伸長動作させる(図19(E))と共に、駆動部材21Dを縮小動作させる(図19(F))。
(D) Rotation Operation When the self-propelled
かくして移動基盤BS上に吸着されている可動フレーム2の脚部2B及び2Cに対して、駆動部材21Aが脚部2C及び3B間の間隔を拡げるように動作すると共に、駆動部材21Bが脚部2B及び3B間の間隔を狭めるような動作をすることにより、可動フレーム3の脚部3Bを左方に引っ張るような動作をする。
Thus, the
これに対して、駆動部材21Cが脚部2B及び3C間の間隔を拡げるように動作するのに対して、駆動部材21Dが脚部3C及び2C間の間隔を狭めるように動作し、これにより脚部3Cを右方に引っ張るような動作をする。
On the other hand, the
かくして移動基盤BS上に吸着されている可動フレーム2に対して、可動フレーム3の上方端が左方に引っ張られるのに対して、下方端が右方に引っ張られることにより、可動フレーム3は全体として矢印hで示すように、可動フレーム2の中心位置を中心として反時計方向に回動するように移動動作する。
Thus, the upper end of the
続いて時点t22〜t23の区間になると、可動フレーム3の励磁コイル12A及び4Bがオン動作し(図19(B))かつ可動フレーム2の励磁コイル11A及び11Bがオフ動作し(図19(A))、駆動部材21Aが縮小動作する(図19(C))と共に、駆動部材21Bが伸長動作する(図19(D))。これと同時に駆動部材21Cが縮小動作をする(図19(E))と共に、駆動部材21Dが伸長動作をする(図19(F))。
Subsequently, at the time point t22 to t23, the excitation coils 12A and 4B of the
その結果脚部3B及び3Cによって移動基盤BS上に吸着されている可動フレーム3に対して、駆動部材21Aによって脚部3Bから脚部2Cまでの間隔が狭められると共に、駆動部材21Dによって脚部3Cから脚部2Cまでの間隔が拡げられることにより、可動状態にある可動フレーム2の脚部2Cが上方に引っ張られる。
As a result, the distance from the
これと同時に駆動部材21Bによって脚部3Bから脚部2Bまでの間隔が拡げられると共に、駆動部材21Cによって脚部3Cから脚部2Bまでの間隔が狭められることにより、可動フレーム2の脚部2Bが下方に引っ張られる。
At the same time, the distance from the
かくして自走機構1は可動フレーム3の中心部を中心として可動フレーム2を矢印hの方向に反時計方向に回動するように移動動作する。
Thus, the self-propelled
以下同様の効果を繰り返すことにより、自走機構1はその中心部を中心として反時計方向に回転するように移動動作する。
Thereafter, by repeating the same effect, the self-propelled
このように、移動基盤BSに吸着している可動フレーム2(又は3)に対して、互いに隣り合う駆動部材21A〜21Dが交互に伸長及び縮小動作することにより、駆動部材21A〜21Dには図20に示すように、その本来の伸長・縮小方向w1に対して垂直方向(せん断方向)成分をもつ矢印w2の方向に変形力が生ずる。
As described above, the driving
この駆動部材21A〜21Dに作用する変形力に対して、駆動部材21A〜21Dのヒンジ部22J11及び22J12が吸収動作し、これにより圧電素子22J2はせん断方向の変形力が作用しない状態に維持され、これにより圧電素子22J2に不具合が生ずるおそれを有効に防止できる。
The hinge portions 22J11 and 22J12 of the
図18ないし図20において上述した反時計方向への回転動作に代えて、時点t21〜t22の区間及び時点t22〜t23の区間……における駆動部材21A〜21Dの伸長・縮小動作を逆にすれば、自走機構1は図18の場合とは逆に時計方向に回転するように移動動作する。
Instead of the counterclockwise rotation operation described above with reference to FIGS. 18 to 20, the extension / reduction operations of the
因にt21〜t22の区間において駆動部材21A及び21Cを縮小動作させると共に、駆動部材21B及び21Dを伸長動作させ、その後時点t22〜t23の区間において駆動部材21A及び21Cを伸長動作させると共に、駆動部材21B及び21Dを縮小動作させる。
Incidentally, the
このように自走機構1が時計方向に回転動作する場合も、図20について上述したと同様に、駆動部材21A〜21Dに本来の伸長・縮小動作方向w1に対して変形方向w2に変形力が与えられるが、この変形力に応じて、駆動部材21A〜21Dのヒンジ部22J11及び22J12が応動動作することにより当該変形力を吸収できる。
In this way, even when the self-propelled
本発明は移動基盤上にインチウォーム動作する小型自走ロボットに利用できる。 The present invention can be used for a small self-propelled robot that performs an inch warm operation on a moving base.
1……自走機構、2……可動フレーム、2A……本体部、2B、2C……脚部、2D、2E……支点部、3……可動フレーム、3A……本体部、3B、3C……脚部、3D……支点部、3E……上端部、3EX……割溝、3F……下端部、3FX……割溝、3G……励磁コイル収納溝、4……関節脚部材、4A……脚本体、4B、11A、11B、12A……励磁コイル、5A、5B……帯状係止具、21(21A〜21D)……駆動部材、22K、22L……取付け部、22K1、22L1……取付け穴、22J……伸長動作部、22J1……保持枠体、22J11、22J12……ヒンジ部、22J2……圧電素子、25……係止ベルト、26A、26B……ベルト取付板、27……長孔、28……取付ボルト、29A、29B……締付ナット、30……係止部材、31……受座。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記駆動部材は、
上記圧電素子によって伸長・縮小動作する伸長動作部と、
上記伸長動作部の両端に形成された一対のヒンジ部と、
上記一対のヒンジ部の外側端にそれぞれ形成され、上記第1及び第2の可動フレームに固定される一対の取付け部と
を具えることを特徴とする自走ロボット。 Between the first and second movable frames arranged so as to be orthogonal to each other so as to be movable, both ends of the drive member that is extended and reduced by the piezoelectric element are fixed, and by the extension and reduction operation of the drive member, In a self-propelled robot having a self-propelled mechanism that moves on a moving base by alternately moving the first and second movable frames,
The drive member is
An extension operation unit that extends and contracts by the piezoelectric element;
A pair of hinge portions formed at both ends of the extension operation portion;
A self-propelled robot, comprising: a pair of attachment portions formed at outer ends of the pair of hinge portions, respectively, and fixed to the first and second movable frames.
上記保持枠体は上記圧電素子を保持する前には上記圧電素子の伸長動作方向の長さより短い長さを有すると共に幅方向に外方に膨出する幅形状を有し、
予め上記保持枠体を上記長さの方向に加工圧力を与えて引き延ばした状態において上記保持枠体内に上記圧電素子を挿入し、その後上記加工圧力を除去することにより上記保持枠体が上記圧電素子に上記伸長動作方向に与圧を付加することにより上記保持枠体に上記圧電素子を保持した
ことを特徴とする請求項1に記載の自走ロボット。 The extension operation part has a holding frame for holding the piezoelectric element,
Before holding the piezoelectric element, the holding frame has a width shape that is shorter than the length of the piezoelectric element in the extending direction and bulges outward in the width direction,
The holding frame is inserted into the holding frame in a state in which the holding frame is stretched by applying a processing pressure in the length direction in advance, and then the processing frame is removed to remove the holding frame from the piezoelectric element. The self-propelled robot according to claim 1, wherein the piezoelectric element is held on the holding frame by applying a pressure to the extending movement direction.
該伸長動作部の両端側に配設された一対の取付け部と、
上記保持枠体内に保持される長方形状の圧電素子とからなり、
上記保持枠体は予めその幅方向に膨出した樽形状とされ、
上記保持枠体に対して上記幅方向に変形圧力を与えることにより上記保持枠体を樽形状からほぼ長方形状になるように変形させ、
この状態において上記保持枠体内に上記長方形状の圧電素子を挿入し、
その後上記変形圧力を取り除くことにより上記圧電素子を上記保持枠体内に保持する
ことを特徴とする自走ロボットの駆動装置。 An extending motion part having a holding frame made of a flexible metal material;
A pair of attachment portions disposed on both ends of the extension operation portion;
It consists of a rectangular piezoelectric element held in the holding frame body,
The holding frame body has a barrel shape that bulges in the width direction in advance,
By deforming the holding frame body from a barrel shape to a substantially rectangular shape by applying a deformation pressure in the width direction to the holding frame body,
In this state, the rectangular piezoelectric element is inserted into the holding frame,
Then, the piezoelectric element is held in the holding frame by removing the deformation pressure.
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|---|---|---|---|
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- 2005-07-15 JP JP2005207492A patent/JP2007021655A/en active Pending
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