JP2014117071A - Robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動アクチュエータを備えたロボットに関する。 The present invention relates to a robot provided with a vibration actuator.
ロボットの一種であるロボットハンドにおいて、例えば可動部である指（把持部）やアームを可動させるために、超音波振動を利用してロータを回転させる振動アクチュエータを動力源として備えたものが知られている。このようなロボットハンドに適用される振動アクチュエータとして、例えば特許文献１のものがある。特許文献１の振動アクチュエータには、超音波振動を発生させる圧電素子等の振動手段と、振動手段に接触した状態で固定されるステータ（振動子）と、ステータに対して接触支持されたロータ（回転子）とが設けられている。ロータは、牽引装置（予圧手段）によりステータに対して圧接されている。これにより、ロータがステータに対して押し付けられた状態で接触している。そして、振動手段に交流電圧を印加することで、ステータが、それぞれ異なるモードの超音波振動からなる複合振動によって振動する。このステータの複合振動により、ステータのロータとの接触部が楕円軌跡を描くように運動し、この楕円運動によりロータが駆動する。 A robot hand, which is a kind of robot, is known which includes a vibration actuator that rotates a rotor using ultrasonic vibration as a power source in order to move, for example, a finger (gripping part) that is a movable part or an arm. ing. As a vibration actuator applied to such a robot hand, for example, there is one disclosed in Patent Document 1. The vibration actuator of Patent Document 1 includes vibration means such as a piezoelectric element that generates ultrasonic vibration, a stator (vibrator) fixed in contact with the vibration means, and a rotor (contact-supported to the stator). A rotor). The rotor is pressed against the stator by a traction device (preload means). Thereby, the rotor is contacting in the state pressed against the stator. And an alternating voltage is applied to a vibration means, and a stator vibrates by the composite vibration which consists of an ultrasonic vibration of a different mode, respectively. Due to the composite vibration of the stator, the contact portion of the stator with the rotor moves so as to draw an elliptical locus, and the rotor is driven by this elliptical motion.
ところで、このようなロボットハンドを用いて把持対象物を把持する作業を行うためには、ロボットハンドの指やアームの位置姿勢を予め教示（ティーチング）しておくことが必要である。そこで、ロータの非駆動時において、作業者がロボットハンドの指やアームを手で持って動かし、指やアームの位置姿勢を教示するダイレクトティーチングが一般的に行われている。しかしながら、特許文献１のような振動アクチュエータを組み込んだロボットハンドでは、ロータの非駆動時においては、ロータが予圧手段によりステータに対して圧接されているため、作業者は、ロータとステータとの間に発生する摩擦力よりも大きい外力を指やアームに与えなければならず、ダイレクトティーチングを容易に行うことができない。 By the way, in order to perform an operation of grasping an object to be grasped using such a robot hand, it is necessary to teach (teaching) the positions and orientations of the fingers and arms of the robot hand in advance. Therefore, direct teaching is generally performed in which when the rotor is not driven, an operator holds the finger or arm of the robot hand and moves it to teach the position and orientation of the finger or arm. However, in the robot hand incorporating the vibration actuator as in Patent Document 1, when the rotor is not driven, the rotor is pressed against the stator by the preloading means. The external force larger than the frictional force generated on the finger must be applied to the fingers and arms, and direct teaching cannot be performed easily.
また、ロボットハンドで実際に把持対象物を把持する場合、ロボットハンドを初期待機位置から把持対象物近傍まで移動させる必要があるが、この移動動作の過程において、ロボットハンドの指が把持対象物以外の物体、即ち、障害物に触れることがある。通常のロボットハンドでは、移動動作中に指を動かすことはないため、指は所定の角度で固定されている。よって、障害物に接触した衝撃は、そのまま指の動力源である振動アクチュエータに加わってしまう。 In addition, when the robot hand actually grips the object to be gripped, it is necessary to move the robot hand from the initial standby position to the vicinity of the object to be gripped. May touch an object, that is, an obstacle. In a normal robot hand, since the finger is not moved during the moving operation, the finger is fixed at a predetermined angle. Therefore, the impact that has come into contact with the obstacle is directly applied to the vibration actuator that is the power source of the finger.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ロータの非駆動時において、予圧手段により圧接されているロータとステータとの摩擦力を低減することができるロボットを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to reduce the frictional force between the rotor and the stator that are pressed by the preload means when the rotor is not driven. Is to provide.
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ステータと、交流電圧の印加により前記ステータにそれぞれ異なるモードの振動を発生させる複数の振動手段と、前記ステータに接触可能に配置されるロータと、前記ロータを前記ステータに対して圧接させて前記ロータの非駆動時に前記ロータを前記ステータに固定する予圧手段と、を有し、各振動手段により発生する振動を合成した複合振動により前記ステータの前記ロータとの接触部を円運動又は楕円運動させることで前記ロータを駆動させる振動アクチュエータを可動部の動力源として備えたロボットであって、前記複数の振動手段に印加する交流電圧を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記ロータの非駆動時において、前記複数の振動手段のそれぞれに交流電圧を印加するとともに、前記ステータの前記ロータとの接触部が円運動又は楕円運動する前記複合振動の発生を規制した状態で、前記ロータと前記ステータとの摩擦力を低減する摩擦力低減振動を前記ステータに発生させるように、前記複数の振動手段に印加する交流電圧を制御することを要旨とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 is arranged to be in contact with the stator, a plurality of vibration means for generating different modes of vibration in the stator by application of an AC voltage, and the stator. And a preload means for fixing the rotor to the stator when the rotor is not driven by bringing the rotor into pressure contact with the stator, and combining vibration generated by each vibration means A robot provided with a vibration actuator that drives the rotor by circularly or elliptically moving a contact portion of the stator with the rotor as a power source of the movable portion, and an AC voltage applied to the plurality of vibration means A control unit for controlling, and the control unit applies an AC voltage to each of the plurality of vibration means when the rotor is not driven. In addition, in the state where the generation of the composite vibration in which the contact portion of the stator with the rotor makes a circular motion or an elliptical motion is restricted, a friction force reducing vibration that reduces the friction force between the rotor and the stator is applied to the stator. The gist is to control the AC voltage applied to the plurality of vibration means so as to be generated.
この発明によれば、ロータの非駆動時において、制御部により摩擦力低減振動がステータに発生するように、複数の振動手段に印加する交流電圧が制御されることで、ステータに摩擦力低減振動を発生させることができるため、予圧手段により圧接されているロータとステータとの摩擦力を低減することができる。その結果、例えば、ダイレクトティーチングを行う際に、ロータとステータとの摩擦力を低減させることができ、ダイレクトティーチングを容易に行うことができる。また、例えば、ロボットの移動動作中において、ロータとステータとの摩擦力を低減させることで、可動部が保持固定された保持モードから保持固定力が小さくなる脱力モードに切り換えることができる。その結果、ロボットの移動動作中に可動部が障害物に触れてしまい、障害物に接触した衝撃がそのまま振動アクチュエータに加わってしまうことを抑制することができる。 According to the present invention, when the rotor is not driven, the AC voltage applied to the plurality of vibration means is controlled by the control unit so that the friction force reduction vibration is generated in the stator by the control unit, whereby the friction force reduction vibration is applied to the stator. Therefore, it is possible to reduce the frictional force between the rotor and the stator pressed by the preloading means. As a result, for example, when direct teaching is performed, the frictional force between the rotor and the stator can be reduced, and direct teaching can be easily performed. Further, for example, during the movement operation of the robot, by reducing the frictional force between the rotor and the stator, it is possible to switch from the holding mode in which the movable part is held and fixed to the weak force mode in which the holding and fixing force is reduced. As a result, it can be suppressed that the movable part touches the obstacle during the moving operation of the robot, and the impact that has touched the obstacle is directly applied to the vibration actuator.
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御部は、前記複数の振動手段に印加する交流電圧の位相差を、前記ステータの前記ロータとの接触部が円運動又は楕円運動する前記複合振動が発生する位相差とは異ならせることで、前記ステータに前記摩擦力低減振動を発生させることを要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the control unit determines the phase difference of the AC voltage applied to the plurality of vibration means, and the contact portion of the stator with the rotor moves circularly. Alternatively, the present invention is summarized in that the frictional force reducing vibration is generated in the stator by making it different from a phase difference in which the composite vibration that moves elliptically is generated.
この発明によれば、制御部によって、複数の振動手段に印加する交流電圧の位相差を制御するだけで、ロータの非駆動時において、予圧手段により圧接されているロータとステータとの摩擦力を低減することができる。 According to the present invention, the frictional force between the rotor pressed by the preloading means and the stator can be obtained only by controlling the phase difference of the AC voltage applied to the plurality of vibration means by the control unit when the rotor is not driven. Can be reduced.
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御部は、前記複数の振動手段に印加する交流電圧の周波数を、前記複数の振動手段のうちの一つの振動手段の共振周波数に一致するとともに、他の振動手段の共振周波数とは異なる周波数とすることで、前記ステータに前記摩擦力低減振動を発生させることを要旨とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the control unit may determine the frequency of the alternating voltage applied to the plurality of vibration units by using one of the plurality of vibration units. The gist is to generate the friction force reducing vibration in the stator by matching the resonance frequency with a frequency different from the resonance frequency of other vibration means.
この発明によれば、制御部によって、複数の振動手段に印加する交流電圧の周波数を制御するだけで、ロータの非駆動時において、予圧手段により圧接されているロータとステータとの摩擦力を低減することができる。 According to the present invention, the frictional force between the rotor and the stator pressed by the preloading means is reduced when the rotor is not driven simply by controlling the frequency of the AC voltage applied to the plurality of vibrating means by the control unit. can do.
この発明によれば、ロータの非駆動時において、予圧手段により圧接されているロータとステータとの摩擦力を低減することができる。 According to this invention, when the rotor is not driven, it is possible to reduce the frictional force between the rotor pressed by the preload means and the stator.
以下、本発明を、把持対象物を把持するロボットハンドに具体化した一実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、ロボットハンド１０は、把持対象物Ｈを把持する把持部１１と、複数のアーム１２と、を有している。各アーム１２は、連結部１３を介して互いに連結されるとともに、把持部１１は、複数のアーム１２のうちの最も把持部１１側のアーム１２に連結部１３を介して連結されている。各連結部１３は、各アーム１２又は把持部１１の角度を調節可能であるとともに各アーム１２又は把持部１１の動力源である振動アクチュエータ２０を備えている。そして、各連結部１３に配置された振動アクチュエータ２０の駆動により各アーム１２又は把持部１１が可動して各アーム１２又は把持部１１の角度が調節される。本実施形態では、把持部１１及びアーム１２はロボットハンド１０の可動部に相当する。なお、振動アクチュエータ２０自体でアームを構成するようにしてもよい。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in a robot hand that grips an object to be gripped will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
As illustrated in FIG. 1A, the robot hand 10 includes a gripping unit 11 that grips the gripping target H and a plurality of arms 12. The arms 12 are connected to each other via a connecting portion 13, and the gripping portion 11 is connected to the arm 12 closest to the gripping portion 11 among the plurality of arms 12 via the connecting portion 13. Each connecting portion 13 includes a vibration actuator 20 that can adjust the angle of each arm 12 or gripping portion 11 and is a power source of each arm 12 or gripping portion 11. Then, each arm 12 or the gripping part 11 is moved by driving the vibration actuator 20 arranged in each connecting part 13, and the angle of each arm 12 or the gripping part 11 is adjusted. In the present embodiment, the grip portion 11 and the arm 12 correspond to the movable portion of the robot hand 10. Note that the vibration actuator 20 itself may constitute an arm.
図１（ｂ）に示すように、振動アクチュエータ２０には、振動手段としての第１圧電素子２１及び第２圧電素子２２が配設されている。第１圧電素子２１及び第２圧電素子２２は円筒状をなすとともに、円板状の複数の圧電素子板を積層した構造になっている。第１圧電素子２１の一端面には、略円筒状をなすステータ２３（振動子）が第１圧電素子２１に接触した状態で固定されている。ステータ２３は、例えばステンレスにより形成されている。ステータ２３における第１圧電素子２１とは反対側の面には接触部２３ａが凹設されている。接触部２３ａには、円筒状をなすロータ２４（回転子）が接触支持されている。ロータ２４は、例えばセラミックスやアルミナにより形成されている。ロータ２４には回転軸２４ａが貫挿されている。ロータ２４は、回転軸２４ａを中心に回転軸２４ａと共に一体的に回転運動するようになっている。ロータ２４は、予圧手段２５によりステータ２３の接触部２３ａに押し付けられて圧接されている。そして、予圧手段２５は、ロータ２４の非駆動時に、ロータ２４をステータ２３の接触部２３ａに押し付けることで、ロータ２４をステータ２３に固定している。 As shown in FIG. 1B, the vibration actuator 20 is provided with a first piezoelectric element 21 and a second piezoelectric element 22 as vibration means. The first piezoelectric element 21 and the second piezoelectric element 22 are cylindrical and have a structure in which a plurality of disk-shaped piezoelectric element plates are stacked. A substantially cylindrical stator 23 (vibrator) is fixed to one end surface of the first piezoelectric element 21 in contact with the first piezoelectric element 21. The stator 23 is made of, for example, stainless steel. A contact portion 23 a is recessed on the surface of the stator 23 opposite to the first piezoelectric element 21. A cylindrical rotor 24 (rotor) is contacted and supported by the contact portion 23a. The rotor 24 is made of, for example, ceramics or alumina. A rotation shaft 24 a is inserted through the rotor 24. The rotor 24 rotates integrally with the rotation shaft 24a around the rotation shaft 24a. The rotor 24 is pressed against the contact portion 23a of the stator 23 by the preloading means 25 and pressed. The preload means 25 fixes the rotor 24 to the stator 23 by pressing the rotor 24 against the contact portion 23a of the stator 23 when the rotor 24 is not driven.
図１（ｃ）に示すように、ロボットハンド１０は制御部３０を備えている。制御部３０はメモリ３０ａを有する。各圧電素子２１，２２は、制御部３０に電気的に接続されており、制御部３０の制御を受ける。第１圧電素子２１は、制御部３０から交流電圧が印加されると縦振動が発生するようになっている。第２圧電素子２２は、制御部３０から交流電圧が印加されると撓み振動が発生するようになっている。よって、各圧電素子２１，２２は、それぞれ異なるモードの振動を発生させる。 As shown in FIG. 1C, the robot hand 10 includes a control unit 30. The control unit 30 has a memory 30a. Each piezoelectric element 21, 22 is electrically connected to the control unit 30 and is controlled by the control unit 30. The first piezoelectric element 21 is configured to generate longitudinal vibration when an AC voltage is applied from the control unit 30. The second piezoelectric element 22 generates flexural vibration when an AC voltage is applied from the control unit 30. Accordingly, the piezoelectric elements 21 and 22 generate different modes of vibration.
また、ロボットハンド１０は、回転軸２４ａの角度、すなわち、アーム１２の角度を検出する角度センサ３１を有している。角度センサ３１は制御部３０に電気的に接続されている。そして、角度センサ３１により検出された検出情報は、制御部３０に送られてメモリ３０ａに記憶される。さらに、ロボットハンド１０は、コントローラ３２を有している。コントローラ３２は制御部３０に電気的に接続されている。 The robot hand 10 also has an angle sensor 31 that detects the angle of the rotation shaft 24 a, that is, the angle of the arm 12. The angle sensor 31 is electrically connected to the control unit 30. Then, the detection information detected by the angle sensor 31 is sent to the control unit 30 and stored in the memory 30a. Further, the robot hand 10 has a controller 32. The controller 32 is electrically connected to the control unit 30.
制御部３０から各圧電素子２１，２２に交流電圧がそれぞれ印加されると、第１圧電素子２１により縦振動が発生するとともに、第２圧電素子２２により撓み振動が発生する。これらの各圧電素子２１，２２により発生する縦振動及び撓み振動が合成された楕円軌跡を描く複合振動がステータ２３に伝達されることで、ステータ２３の接触部２３ａが楕円運動する。このステータ２３の接触部２３ａの楕円運動により、ステータ２３に押し付けられたロータ２４が摩擦力によって駆動（回転運動）する。そして、ロータ２４が駆動することでロータ２４の回転軸２４ａに連結されたアーム１２又は把持部１１が可動する。 When an AC voltage is applied from the control unit 30 to each of the piezoelectric elements 21 and 22, longitudinal vibration is generated by the first piezoelectric element 21 and flexural vibration is generated by the second piezoelectric element 22. The composite vibration that draws an elliptical locus in which the longitudinal vibration and the flexural vibration generated by each of the piezoelectric elements 21 and 22 are combined is transmitted to the stator 23, whereby the contact portion 23a of the stator 23 moves elliptically. Due to the elliptical motion of the contact portion 23a of the stator 23, the rotor 24 pressed against the stator 23 is driven (rotated) by frictional force. When the rotor 24 is driven, the arm 12 or the grip portion 11 connected to the rotating shaft 24a of the rotor 24 is moved.
図２は、各圧電素子２１，２２に印加される交流電圧の位相差とロータ２４の回転出力との関係を示している。図２に示すように、例えば、各圧電素子２１，２２に印加される交流電圧の位相差が６０度のときには、ロータ２４は正転方向へ最高速度で回転するとともに、位相差が−１２０度のときには、ロータ２４は反転方向へ最高速度で回転するようになっている。よって、ロータ２４の回転方向の切替や回転速度の調整は、各圧電素子２１，２２に印加する交流電圧の位相差を制御することで行われる。 FIG. 2 shows the relationship between the phase difference of the AC voltage applied to each piezoelectric element 21, 22 and the rotational output of the rotor 24. As shown in FIG. 2, for example, when the phase difference between the alternating voltages applied to the piezoelectric elements 21 and 22 is 60 degrees, the rotor 24 rotates at the maximum speed in the forward rotation direction and the phase difference is −120 degrees. In this case, the rotor 24 rotates at the maximum speed in the reverse direction. Therefore, switching of the rotation direction of the rotor 24 and adjustment of the rotation speed are performed by controlling the phase difference of the AC voltage applied to the piezoelectric elements 21 and 22.
次に、本実施形態の作用について説明する。
上記構成のロボットハンド１０を用いて、把持対象物Ｈを把持する作業を行うためには、各アーム１２及び把持部１１の位置姿勢を予め教示（ティーチング）しておくことが必要である。そこで、ロータ２４の非駆動時において、作業者が各アーム１２又は把持部１１を手で持って動かし、アーム１２及び把持部１１の位置姿勢を教示するダイレクトティーチングを行う。
Next, the operation of this embodiment will be described.
In order to perform the operation of gripping the gripping object H using the robot hand 10 having the above configuration, it is necessary to teach (teaching) the positions and orientations of the arms 12 and the gripping portion 11 in advance. Therefore, when the rotor 24 is not driven, the operator holds each arm 12 or the grip portion 11 by hand and performs direct teaching to teach the position and orientation of the arm 12 and the grip portion 11.
本実施形態では、まず、作業者は、コントローラ３２のスイッチを操作して、ロボットハンド１０をダイレクトティーチングモードに設定する。すると、制御部３０は、各圧電素子２１，２２に印加する交流電圧の位相差が、ステータ２３のロータ２４との接触部２３ａが楕円運動する複合振動が発生する位相差とは異なる位相差となるように、各圧電素子２１，２２に印加する交流電圧の位相差を制御する。 In the present embodiment, first, the operator operates the switch of the controller 32 to set the robot hand 10 to the direct teaching mode. Then, the control unit 30 determines that the phase difference of the AC voltage applied to each of the piezoelectric elements 21 and 22 is different from the phase difference in which the composite vibration in which the contact portion 23a of the stator 23 with the rotor 24 moves elliptically is generated. Thus, the phase difference of the AC voltage applied to each piezoelectric element 21, 22 is controlled.
具体的には、図２に示すように、制御部３０は、各圧電素子２１，２２に印加する交流電圧の位相差が−３０度となるように、各圧電素子２１，２２に印加する交流電圧の位相差を制御する。すると、ステータ２３には、ステータ２３のロータ２４との接触部２３ａが楕円運動する複合振動の発生を規制した状態で、ロータ２４とステータ２３との摩擦力を低減する摩擦力低減振動が発生する。よって、制御部３０は、ステータ２３に摩擦力低減振動が発生するように各圧電素子２１，２２に印加する交流電圧を制御している。 Specifically, as shown in FIG. 2, the controller 30 applies an alternating current applied to each piezoelectric element 21, 22 such that the phase difference of the alternating voltage applied to each piezoelectric element 21, 22 is −30 degrees. Controls the voltage phase difference. Then, in the stator 23, friction force reducing vibration for reducing the frictional force between the rotor 24 and the stator 23 is generated in a state where the generation of the composite vibration in which the contact portion 23a of the stator 23 with the rotor 24 is elliptically moved is restricted. . Therefore, the control unit 30 controls the AC voltage applied to each of the piezoelectric elements 21 and 22 so that the frictional force reducing vibration is generated in the stator 23.
そして、作業者は、アーム１２又は把持部１１を手で持って動かし、アーム１２及び把持部１１の位置姿勢を所望の位置姿勢とする。このとき、ステータ２３に摩擦力低減振動が発生しているため、ロータ２４とステータ２３との摩擦力が低減されており、ダイレクトティーチングが容易に行われる。 Then, the operator holds and moves the arm 12 or the grip portion 11 by hand, and sets the position and orientation of the arm 12 and the grip portion 11 to a desired position and orientation. At this time, since the frictional force reducing vibration is generated in the stator 23, the frictional force between the rotor 24 and the stator 23 is reduced, and direct teaching is easily performed.
続いて、作業者は、コントローラ３２のスイッチを操作して、ロボットハンド１０のダイレクトティーチングモードを終了する。すると、制御部３０は、各圧電素子２１，２２に対する交流電圧の印加を停止する。そして、制御部３０は、角度センサ３１により検出された検出情報を受信してメモリ３０ａに記憶する。このメモリ３０ａに記憶された角度センサ３１からの検出情報がアーム１２の位置姿勢として記憶され、アーム１２の所望の位置姿勢が教示される。 Subsequently, the operator operates the switch of the controller 32 to end the direct teaching mode of the robot hand 10. Then, the control unit 30 stops applying the AC voltage to the piezoelectric elements 21 and 22. And the control part 30 receives the detection information detected by the angle sensor 31, and memorize | stores it in the memory 30a. Detection information from the angle sensor 31 stored in the memory 30a is stored as a position and orientation of the arm 12, and a desired position and orientation of the arm 12 is taught.
また、ダイレクトティーチングを行った後に、ロボットハンド１０で実際に把持対象物Ｈを把持する場合、ロボットハンド１０を初期待機位置から把持対象物Ｈ近傍まで移動させる必要があるが、この移動動作の過程において、ロボットハンド１０の把持部１１が把持対象物Ｈ以外の物体、即ち、障害物に触れることがある。そこで、例えば、ロボットハンド１０の移動動作中においては、ロータ２４とステータ２３との摩擦力を低減させることで、把持部１１が保持固定された保持モードから保持固定力が小さくなる脱力モードに切り換える。その結果、ロボットハンド１０の移動動作中に把持部１１が障害物に触れてしまい、障害物に接触した衝撃がそのまま振動アクチュエータ２０に加わってしまうことが抑制される。 When the robot hand 10 actually grips the gripping object H after performing direct teaching, it is necessary to move the robot hand 10 from the initial standby position to the vicinity of the gripping object H. In this case, the grip portion 11 of the robot hand 10 may touch an object other than the grip target H, that is, an obstacle. Therefore, for example, during the moving operation of the robot hand 10, the frictional force between the rotor 24 and the stator 23 is reduced to switch from the holding mode in which the gripper 11 is held and fixed to the weak force mode in which the holding and fixing force is reduced. . As a result, it is possible to prevent the gripping part 11 from touching the obstacle during the moving operation of the robot hand 10 and the impact that has touched the obstacle from being directly applied to the vibration actuator 20.
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）制御部３０は、ロータ２４の非駆動時において、各圧電素子２１，２２のそれぞれに交流電圧を印加するとともに、ステータ２３のロータ２４との接触部２３ａが楕円運動する複合振動の発生を規制した状態で、ロータ２４とステータ２３との摩擦力を低減する摩擦力低減振動をステータ２３に発生させるように、各圧電素子２１，２２に印加する交流電圧を制御する。これによれば、ロータ２４の非駆動時において、制御部３０により摩擦力低減振動がステータ２３に発生するように、各圧電素子２１，２２に印加する交流電圧が制御されることで、ステータ２３に摩擦力低減振動を発生させることができるため、予圧手段２５により圧接されているロータ２４とステータ２３との摩擦力を低減することができる。その結果、例えば、ダイレクトティーチングを行う際に、ロータ２４とステータ２３との摩擦力を低減させることができ、ダイレクトティーチングを容易に行うことができる。また、例えば、ロボットハンド１０の移動動作中において、ロータ２４とステータ２３との摩擦力を低減させることで、把持部１１が保持固定された保持モードから保持固定力が小さくなる脱力モードに切り換えることができる。その結果、ロボットハンド１０の移動動作中に把持部１１が障害物に触れてしまい、障害物に接触した衝撃がそのまま振動アクチュエータ２０に加わってしまうことを抑制することができる。
In the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) When the rotor 24 is not driven, the control unit 30 applies an AC voltage to each of the piezoelectric elements 21 and 22, and generates a composite vibration in which the contact portion 23a of the stator 23 with the rotor 24 moves elliptically. The AC voltage applied to each of the piezoelectric elements 21 and 22 is controlled so that frictional force-reducing vibration that reduces the frictional force between the rotor 24 and the stator 23 is generated in the stator 23. According to this, when the rotor 24 is not driven, the AC voltage applied to each of the piezoelectric elements 21 and 22 is controlled by the control unit 30 so that the frictional force-reducing vibration is generated in the stator 23. Therefore, the frictional force between the rotor 24 and the stator 23 pressed by the preload means 25 can be reduced. As a result, for example, when direct teaching is performed, the frictional force between the rotor 24 and the stator 23 can be reduced, and direct teaching can be easily performed. Further, for example, during the movement operation of the robot hand 10, the friction force between the rotor 24 and the stator 23 is reduced to switch from the holding mode in which the gripping part 11 is held and fixed to the weak force mode in which the holding and fixing force is reduced. Can do. As a result, it is possible to prevent the gripping part 11 from touching the obstacle during the movement operation of the robot hand 10 and the impact that has touched the obstacle from being directly applied to the vibration actuator 20.
（２）制御部３０は、各圧電素子２１，２２に印加する交流電圧の位相差を、ステータ２３のロータ２４との接触部２３ａが楕円運動する複合振動が発生する位相差とは異ならせることで、ステータ２３に摩擦力低減振動を発生させる。これによれば、制御部３０によって、各圧電素子２１，２２に印加する交流電圧の位相差を制御するだけで、ロータ２４の非駆動時において、予圧手段２５により圧接されているロータ２４とステータ２３との摩擦力を低減することができる。 (2) The control unit 30 makes the phase difference of the AC voltage applied to each of the piezoelectric elements 21 and 22 different from the phase difference that generates the composite vibration in which the contact portion 23a of the stator 23 with the rotor 24 moves elliptically. Thus, frictional vibrations are generated in the stator 23. According to this, the control unit 30 only controls the phase difference of the AC voltage applied to each of the piezoelectric elements 21 and 22, and the rotor 24 and the stator pressed by the preloading means 25 when the rotor 24 is not driven. The frictional force with 23 can be reduced.
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、制御部３０は、各圧電素子２１，２２に印加する交流電圧の周波数を、ステータ２３のロータ２４との接触部２３ａが楕円運動する複合振動が発生する周波数とは異ならせることで、ステータ２３に摩擦力低減振動を発生させるようにしてもよい。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
In embodiment, the control part 30 makes the frequency of the alternating voltage applied to each piezoelectric element 21 and 22 different from the frequency which the composite vibration which the contact part 23a with the rotor 24 of the stator 23 carries out an elliptical motion generate | occur | produces. Thus, the friction force reduction vibration may be generated in the stator 23.
図３に示すように、例えば、ステータ２３のロータ２４との接触部２３ａが楕円運動する複合振動が発生する交流電圧の周波数は、第１圧電素子２１の共振周波数と第２圧電素子２２の共振周波数とが一致する特定の周波数Ａ（Ｈｚ）に予め設定されている。そして、周波数が特定の周波数Ａ（Ｈｚ）に設定された交流電圧が制御部３０から各圧電素子２１，２２に印加されると、第１圧電素子２１に縦振動が発生するとともに、第２圧電素子２２に撓み振動が発生する。この各圧電素子２１，２２による縦振動及び撓み振動が合成された複合振動がステータ２３に発生することで、ステータ２３の接触部２３ａが楕円運動する。このステータ２３の接触部２３ａの楕円運動により、ステータ２３に押し付けられたロータ２４が摩擦力によって駆動（回転運動）する。そして、ロータ２４が駆動することでロータ２４に連結されたアーム１２又は把持部１１が可動する。 As shown in FIG. 3, for example, the frequency of the alternating voltage at which the composite vibration in which the contact portion 23 a of the stator 23 with the rotor 24 moves elliptically is generated is the resonance frequency of the first piezoelectric element 21 and the resonance of the second piezoelectric element 22. It is preset to a specific frequency A (Hz) that matches the frequency. When an AC voltage having a frequency set to a specific frequency A (Hz) is applied from the control unit 30 to each of the piezoelectric elements 21 and 22, longitudinal vibration is generated in the first piezoelectric element 21 and the second piezoelectric element is generated. A flexural vibration is generated in the element 22. The composite vibration in which the longitudinal vibration and the bending vibration by the piezoelectric elements 21 and 22 are combined is generated in the stator 23, so that the contact portion 23a of the stator 23 moves elliptically. Due to the elliptical motion of the contact portion 23a of the stator 23, the rotor 24 pressed against the stator 23 is driven (rotated) by frictional force. When the rotor 24 is driven, the arm 12 or the grip portion 11 connected to the rotor 24 is moved.
一方、例えば、周波数が、第１圧電素子２１の共振周波数と第２圧電素子２２の共振周波数とが一致しない周波数Ｂ（Ｈｚ）に設定された交流電圧が制御部３０から各圧電素子２１，２２に印加されたとする。この周波数Ｂ（Ｈｚ）とは、第１圧電素子２１の共振周波数と一致する周波数であるとともに、第２圧電素子２２の共振周波数とは異なる周波数である。すると、第１圧電素子２１には縦振動が発生するが、第２圧電素子２２には撓み振動が発生しない。よって、ロータ２４は非駆動となり、ステータ２３には、第１圧電素子２１により発生した縦振動のみが伝達される。その結果、制御部３０によって、各圧電素子２１，２２に印加する交流電圧の周波数を制御するだけで、予圧手段２５により圧接されているロータ２４とステータ２３との摩擦力が低減される。よって、縦振動は、ロータ２４の非駆動時において、ステータ２３のロータ２４との接触部２３ａが楕円運動する複合振動の発生を規制した状態で、ロータ２４とステータ２３との摩擦力を低減する摩擦力低減振動に相当する。 On the other hand, for example, an AC voltage set at a frequency B (Hz) at which the resonance frequency of the first piezoelectric element 21 and the resonance frequency of the second piezoelectric element 22 do not coincide with each other is supplied from the control unit 30 to each piezoelectric element 21, 22. Is applied. The frequency B (Hz) is a frequency that matches the resonance frequency of the first piezoelectric element 21 and a frequency that is different from the resonance frequency of the second piezoelectric element 22. Then, longitudinal vibration is generated in the first piezoelectric element 21, but bending vibration is not generated in the second piezoelectric element 22. Therefore, the rotor 24 is not driven, and only the longitudinal vibration generated by the first piezoelectric element 21 is transmitted to the stator 23. As a result, the friction force between the rotor 24 and the stator 23 pressed by the preloading means 25 is reduced only by controlling the frequency of the AC voltage applied to each piezoelectric element 21, 22 by the control unit 30. Therefore, the longitudinal vibration reduces the frictional force between the rotor 24 and the stator 23 in a state where the generation of the composite vibration in which the contact portion 23a of the stator 23 with the rotor 24 elliptically moves is restricted when the rotor 24 is not driven. Corresponds to friction-reducing vibration.
なお、例えば、周波数が第１圧電素子２１の共振周波数と一致する周波数Ｂ（Ｈｚ）に設定された交流電圧を制御部３０から第１圧電素子２１に印加するとともに、周波数が第２圧電素子２２の共振周波数とは異なる周波数Ｃ（Ｈｚ）に設定された交流電圧を制御部３０から第２圧電素子２２に印加するようにしてもよい。このようにして、第１圧電素子２１に縦振動を発生させるとともに、第２圧電素子２２に撓み振動を発生させないようにしてもよい。 For example, an AC voltage set at a frequency B (Hz) that matches the resonance frequency of the first piezoelectric element 21 is applied from the control unit 30 to the first piezoelectric element 21 and the frequency is set to the second piezoelectric element 22. Alternatively, an AC voltage set to a frequency C (Hz) different from the resonance frequency may be applied from the control unit 30 to the second piezoelectric element 22. In this way, longitudinal vibration may be generated in the first piezoelectric element 21 and bending vibration may not be generated in the second piezoelectric element 22.
○ 実施形態において、制御部３０は、各圧電素子２１，２２に印加する交流電圧の位相差が−３０度となるように、各圧電素子２１，２２に印加する交流電圧の位相差を制御したが、これに限らない。要は、各圧電素子２１，２２に印加する交流電圧の位相差が、ステータ２３のロータ２４との接触部２３ａが楕円運動する複合振動の発生を規制した状態で、ロータ２４とステータ２３との摩擦力を低減する摩擦力低減振動がステータ２３に発生する位相差であればよい。 In the embodiment, the control unit 30 controls the phase difference of the AC voltage applied to each piezoelectric element 21, 22 so that the phase difference of the AC voltage applied to each piezoelectric element 21, 22 becomes −30 degrees. However, it is not limited to this. The point is that the phase difference between the AC voltages applied to the piezoelectric elements 21 and 22 regulates the generation of the composite vibration in which the contact portion 23a of the stator 23 with the rotor 24 moves elliptically. Any phase difference may be used as long as the friction force reducing vibration for reducing the friction force is generated in the stator 23.
○ 実施形態において、例えば、縦振動及びねじり振動をステータ２３に伝達させて、ステータ２３の接触部２３ａを楕円運動させるようにしてもよい。
○ 実施形態において、縦振動及び撓み振動に加えて、新たな振動をステータ２３に伝達させて、ステータ２３の接触部２３ａを楕円運動させるようにしてもよい。
In the embodiment, for example, longitudinal vibration and torsional vibration may be transmitted to the stator 23 to cause the contact portion 23a of the stator 23 to elliptically move.
In the embodiment, in addition to the longitudinal vibration and the bending vibration, a new vibration may be transmitted to the stator 23 to cause the contact portion 23a of the stator 23 to elliptically move.
○ 実施形態において、ステータ２３及びロータ２４の材質は、特に限定されるものではない。
○ 実施形態において、ステータ２３は、例えば、ブロック状をなしていてもよく、ステータ２３の形状は特に限定されるものではない。
In the embodiment, the materials of the stator 23 and the rotor 24 are not particularly limited.
In the embodiment, the stator 23 may have a block shape, for example, and the shape of the stator 23 is not particularly limited.
○ 実施形態において、コントローラ３２は、例えば、音声認識によって、ロボットハンド１０をダイレクトティーチングモードに設定したり、ダイレクトティーチングモードを終了したりすることが可能な構成であってもよい。また、コントローラ３２は、例えばティーチングペンダントであってもよい。 In the embodiment, the controller 32 may be configured to be able to set the robot hand 10 to the direct teaching mode or end the direct teaching mode, for example, by voice recognition. The controller 32 may be a teaching pendant, for example.
○ 実施形態において、予圧手段２５の構成は特に限定されるものではなく、ロータ２４をステータ２３に対して押し付けることができる構成であればよい。
○ 実施形態において、各圧電素子２１，２２により発生する縦振動及び撓み振動が合成された円軌跡を描く複合振動をステータ２３に伝達させ、ステータ２３の接触部２３ａを円運動させることで、ステータ２３に押し付けられたロータ２４を摩擦力によって駆動（回転運動）させるようにしてもよい。
In the embodiment, the configuration of the preload means 25 is not particularly limited as long as the rotor 24 can be pressed against the stator 23.
In the embodiment, a composite vibration that draws a circular locus in which longitudinal vibrations and flexural vibrations generated by the piezoelectric elements 21 and 22 are combined is transmitted to the stator 23, and the contact portion 23a of the stator 23 is caused to perform a circular motion. The rotor 24 pressed against the rotor 23 may be driven (rotated) by a frictional force.
○ 本発明を、可動部に振動アクチュエータ２０を備えたロボットハンド１０以外のロボットに適用してもよい。 The present invention may be applied to a robot other than the robot hand 10 provided with the vibration actuator 20 in the movable part.
１０…ロボットとしてのロボットハンド、１２…可動部としてのアーム、２０…振動アクチュエータ、２１…振動手段としての第１圧電素子、２２…振動手段としての第２圧電素子、２３…ステータ、２３ａ…接触部、２４…ロータ、２５…予圧手段、３０…制御部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Robot hand as a robot, 12 ... Arm as a movable part, 20 ... Vibration actuator, 21 ... 1st piezoelectric element as a vibration means, 22 ... 2nd piezoelectric element as a vibration means, 23 ... Stator, 23a ... Contact Part, 24 ... rotor, 25 ... preloading means, 30 ... control part.
Claims (3)
交流電圧の印加により前記ステータにそれぞれ異なるモードの振動を発生させる複数の振動手段と、
前記ステータに接触可能に配置されるロータと、
前記ロータを前記ステータに対して圧接させて前記ロータの非駆動時に前記ロータを前記ステータに固定する予圧手段と、を有し、
各振動手段により発生する振動を合成した複合振動により前記ステータの前記ロータとの接触部を円運動又は楕円運動させることで前記ロータを駆動させる振動アクチュエータを可動部の動力源として備えたロボットであって、
前記複数の振動手段に印加する交流電圧を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記ロータの非駆動時において、前記複数の振動手段のそれぞれに交流電圧を印加するとともに、前記ステータの前記ロータとの接触部が円運動又は楕円運動する前記複合振動の発生を規制した状態で、前記ロータと前記ステータとの摩擦力を低減する摩擦力低減振動を前記ステータに発生させるように、前記複数の振動手段に印加する交流電圧を制御することを特徴とするロボット。 A stator,
A plurality of vibration means for generating different modes of vibration in the stator by applying an alternating voltage;
A rotor arranged to be in contact with the stator;
Preload means that presses the rotor against the stator and fixes the rotor to the stator when the rotor is not driven,
The robot includes a vibration actuator that drives the rotor by moving the contact portion of the stator with the rotor in a circular motion or an elliptic motion by a composite vibration that is a combination of vibrations generated by the vibration means. And
A control unit for controlling an AC voltage applied to the plurality of vibration means;
The control unit applies an AC voltage to each of the plurality of vibration means when the rotor is not driven, and generates the combined vibration in which the contact portion of the stator with the rotor moves circularly or elliptically. A robot characterized by controlling an AC voltage applied to the plurality of vibration means so as to cause the stator to generate a friction force reducing vibration that reduces a friction force between the rotor and the stator in a restricted state.
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|---|---|---|---|---|
| CN111390969A (en) * | 2020-03-24 | 2020-07-10 | 珠海格力电器股份有限公司 | Vibration reduction system and robot with same |
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- 2012-12-10 JP JP2012269343A patent/JP2014117071A/en active Pending
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