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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-03-08
(45)【発行日】2024-03-18
(54)【発明の名称】圧電駆動装置の制御方法、圧電駆動装置、及び、ロボット
(51)【国際特許分類】
H02N 2/14 20060101AFI20240311BHJP
B25J 17/00 20060101ALI20240311BHJP
H10N 30/20 20230101ALI20240311BHJP
【ＦＩ】
H02N2/14
B25J17/00 A
H10N30/20
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2020087258
(22)【出願日】2020-05-19
(65)【公開番号】P2021182816
(43)【公開日】2021-11-25
【審査請求日】2023-04-24
(73)【特許権者】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100179475
【弁理士】
【氏名又は名称】仲井 智至
(74)【代理人】
【識別番号】100216253
【弁理士】
【氏名又は名称】松岡 宏紀
(74)【代理人】
【識別番号】100225901
【弁理士】
【氏名又は名称】今村 真之
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 佳織
(72)【発明者】
【氏名】斎藤 英俊
【審査官】三澤 哲也
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１８６６８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１６６９３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－３５９２８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１６０９１３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｎ ２／１４
Ｂ２５Ｊ １７／００
Ｈ１０Ｎ ３０／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
駆動用の圧電素子、及び検出用の圧電素子を有する圧電モーターを複数個連結した圧電駆動装置の制御方法であって、複数の前記圧電モーターは、同一の駆動信号により駆動されており、
前記駆動信号は、前記検出用の圧電素子からの検出信号に基づく、前記駆動信号の周波数の帰還制御を含む追尾制御が施され、
前記追尾制御が施された初期の前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の平均の周波数を初期周波数として記憶し、
前記初期周波数と、前記初期に続く駆動時における前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の平均の周波数との差分が、第１の閾値より大きいか否か確認し、
前記第１の閾値以下の場合は、前記駆動信号による駆動を継続し、
前記第１の閾値より大きい場合は、前記駆動信号が異常であると判断し、
前記第１の閾値より大きい場合は、
複数の前記圧電モーターのうち、１つの前記圧電モーターの前記検出信号を順次選択し、
選択された前記検出信号に基づき前記追尾制御が施された前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の周波数と、前記初期周波数との差分が、第３の閾値より大きいか否か確認し、
前記第３の閾値より大きい場合は、選択された前記圧電モーターを異常と判定し、選択された前記圧電モーターの前記検出信号の入力を切断する、
圧電駆動装置の制御方法。
【請求項2】
駆動用の圧電素子、及び検出用の圧電素子を有する圧電モーターを複数個連結した圧電駆動装置の制御方法であって、複数の前記圧電モーターは、同一の駆動信号により駆動されており、
前記駆動信号は、前記検出用の圧電素子からの検出信号に基づく、前記駆動信号の周波数の帰還制御を含む追尾制御が施され、
前記追尾制御が施された初期の前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の平均の周波数を初期周波数として記憶し、
前記初期周波数と、前記初期に続く駆動時における前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の平均の周波数との差分が、第１の閾値より大きいか否か確認し、
前記第１の閾値以下の場合は、前記駆動信号による駆動を継続し、
前記第１の閾値より大きい場合は、前記駆動信号が異常であると判断し、
前記第１の閾値より大きい場合は、
複数の前記圧電モーターのうち、１つの前記圧電モーターの前記検出信号を順次選択し、
選択された前記圧電モーターの前記検出信号を除く、複数の前記圧電モーターによる前記検出信号の平均値に基づき前記追尾制御が施された前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の周波数と、前記初期周波数との差分が、第４の閾値より大きいか否か確認し、
前記第４の閾値以下の場合は、選択された前記圧電モーターを異常と判定し、選択された前記圧電モーターの前記検出信号の入力を切断する、
圧電駆動装置の制御方法。
【請求項3】
駆動用の圧電素子、及び検出用の圧電素子を有する圧電モーターを複数個連結した圧電駆動装置の制御方法であって、
複数の前記圧電モーターは、同一の駆動信号により駆動されており、
前記駆動信号は、前記検出用の圧電素子からの検出信号に基づく、前記駆動信号の周波
数の帰還制御を含む追尾制御が施され、
前記追尾制御が施された初期の前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の平均の
周波数を初期周波数として記憶し、
第１の時刻における前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の周波数の変化率と
、第１の時刻よりも前の第２の時刻における前記駆動信号により駆動した際の前記検出信
号の周波数の変化率との比率が、第２の閾値より大きいか否か確認し、
前記第２の閾値以下の場合は、前記駆動信号による駆動を継続し、
前記第２の閾値より大きい場合は、前記駆動信号が異常であると判断する、
圧電駆動装置の制御方法。
【請求項4】
前記第２の閾値より大きい場合は、複数の前記圧電モーターのうち、１つの前記圧電モーターの前記検出信号を順次選択し、
選択された前記検出信号に基づき前記追尾制御が施された前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の周波数と、前記初期周波数との差分が、第３の閾値より大きいか否か確認し、
前記第３の閾値より大きい場合は、選択された前記圧電モーターを異常と判定し、選択された前記圧電モーターの前記検出信号の入力を切断する、
請求項３に記載の圧電駆動装置の制御方法。
【請求項5】
前記第２の閾値より大きい場合は、複数の前記圧電モーターのうち、１つの前記圧電モーターの前記検出信号を順次選択し、
選択された前記圧電モーターの前記検出信号を除く、複数の前記圧電モーターによる前記検出信号の平均値に基づき前記追尾制御が施された前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の周波数と、前記初期周波数との差分が、第４の閾値より大きいか否か確認し、
前記第４の閾値以下の場合は、選択された前記圧電モーターを異常と判定し、選択され
た前記圧電モーターの前記検出信号の入力を切断する、
請求項３に記載の圧電駆動装置の制御方法。
【請求項6】
駆動用の圧電素子、及び検出用の圧電素子を有する圧電モーターを複数個連結した圧電駆動装置の制御方法であって、複数の前記圧電モーターは、同一の駆動信号により駆動されており、
前記駆動信号は、前記検出用の圧電素子からの検出信号に基づく、前記駆動信号の周波数の帰還制御を含む追尾制御が施され、
前記追尾制御が施された初期の前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の平均の周波数を初期周波数として記憶し、前記初期周波数における前記検出信号の電圧振幅を初期検出信号として記憶し、
前記初期周波数と、前記初期に続く駆動時における前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の周波数との差分が、第１の閾値より大きいか否か確認し、
前記第１の閾値以下の場合は、前記駆動信号による駆動を継続し、
前記第１の閾値より大きい場合は、前記駆動信号が異常であると判断し、
前記第１の閾値より大きい場合は、
前記駆動信号の周波数を固定し、
複数の前記圧電モーターのうち、１つの前記圧電モーターの前記検出信号を順次選択し、
選択された前記圧電モーターにおける前記検出信号の振幅電圧である選択検出信号と、前記初期検出信号との差分が、第５の閾値より大きいか否か確認し、
前記第５の閾値より大きい場合は、選択された前記圧電モーターを異常と判定し、選択された前記圧電モーターの前記検出信号の入力を切断し、
前記駆動信号の周波数の固定を解除し、前記追尾制御に戻す、
圧電駆動装置の制御方法。
【請求項7】
駆動用の圧電素子、及び検出用の圧電素子を有する複数の圧電モーターと、複数の前記圧電モーターに、同一の駆動信号を供給する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記検出用の圧電素子からの検出信号に基づき、前記駆動信号の周波数の帰還制御を含
む追尾制御を施した前記駆動信号を生成し、
前記追尾制御が施された初期の前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の平均の
周波数を初期周波数として記憶し、
前記初期周波数と、前記初期に続く駆動時における前記駆動信号により駆動した際の前
記検出信号の平均の周波数との差分が、第１の閾値より大きいか否か確認し、
前記第１の閾値以下の場合は、前記駆動信号による駆動を継続し、
前記第１の閾値より大きい場合は、前記駆動信号が異常であると判断し、
前記制御部は、
前記差分が、前記第１の閾値より大きい場合、
複数の前記圧電モーターのうち、１つの前記圧電モーターの前記検出信号を順次選択し、
選択された前記検出信号に基づき前記追尾制御が施された前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の周波数と、前記初期周波数との差分が、第３の閾値より大きいか否か確認し、
前記第３の閾値より大きい場合は、選択された前記圧電モーターを異常と判定し、選択された前記圧電モーターの前記検出信号の入力を切断する、
圧電駆動装置。
【請求項8】
請求項７に記載の圧電駆動装置と、複数のアームと
前記複数のアームを接続する関節部と、を備え、
前記圧電駆動装置は、関節部に配置される、
ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧電駆動装置の制御方法、圧電駆動装置、及び、圧電駆動装置を備えたロボットに関する。
【背景技術】
【0002】
複数の圧電素子により、長さ方向、及び、屈曲方向の振動を発生させて駆動力を得る圧電モーターが知られている。圧電モーターは、小型かつ軽量で、減速機を使用せずに低速高トルクが得られ、無通電時に保持トルクを有するなど、電磁モーターとは異なる特長を備えている。
【0003】
このような圧電モーターを複数個用いて、多連構成とすることが知られている。多連構成とすることで、複数の圧電モーターが同時に駆動することにより高トルクが得られる。例えば、特許文献１には、２つの超音波振動子に印加する２相の駆動交番電圧の何れか一方と、２つの平均の振動検出信号との位相差を検出し、検出された位相差が所定の値となるように駆動交番電圧の周波数を制御する、多連構成の圧電駆動装置が開示されている。なお、超音波振動子が圧電モーターに相当する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００８－１６０９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１の技術では、多連構成のうち、いずれかの圧電モーターに異常があったとしても、異常のある圧電モーターを特定することは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本願に係る圧電駆動装置の制御方法は、駆動用の圧電素子、及び検出用の圧電素子を有する圧電モーターを複数個連結した圧電駆動装置の制御方法であって、複数の前記圧電モーターは、同一の駆動信号により駆動されており、前記駆動信号は、前記検出用の圧電素子からの検出信号に基づく、前記駆動信号の周波数の帰還制御を含む追尾制御が施され、前記追尾制御が施された初期の前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の平均の周波数を初期周波数として記憶し、前記初期周波数と、前記初期に続く駆動時における前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の平均の周波数との差分が、第１の閾値より大きいか否か確認し、前記第１の閾値以下の場合は、前記駆動信号による駆動を継続し、前記第１の閾値より大きい場合は、前記駆動信号が異常であると判断する。
【0007】
本願に係る圧電駆動装置の制御方法は、駆動用の圧電素子、及び検出用の圧電素子を有する圧電モーターを複数個連結した圧電駆動装置の制御方法であって、複数の前記圧電モーターは、同一の駆動信号により駆動されており、前記駆動信号は、前記検出用の圧電素子からの検出信号に基づく、前記駆動信号の周波数の帰還制御を含む追尾制御が施され、前記追尾制御が施された初期の前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の平均の周波数を初期周波数として記憶し、第１の時刻における前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の周波数の変化率と、第１の時刻よりも前の第２の時刻における前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の周波数の変化率との比率が、第２の閾値より大きいか否か確認し、前記第２の閾値以下の場合は、前記駆動信号による駆動を継続し、前記第２の閾値より大きい場合は、前記駆動信号が異常であると判断する。
【0008】
本願に係る圧電駆動装置の制御方法は、駆動用の圧電素子、及び検出用の圧電素子を有する圧電モーターを複数個連結した圧電駆動装置の制御方法であって、複数の前記圧電モーターは、同一の駆動信号により駆動されており、前記駆動信号は、前記検出用の圧電素子からの検出信号に基づく、前記駆動信号の周波数の帰還制御を含む追尾制御が施され、前記追尾制御が施された初期の前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の平均の周波数を初期周波数として記憶し、前記初期周波数における前記検出信号の電圧振幅を初期検出信号として記憶し、前記初期周波数と、前記初期に続く駆動時における前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の周波数との差分が、第１の閾値より大きいか否か確認し、前記第１の閾値以下の場合は、前記駆動信号による駆動を継続し、前記第１の閾値より大きい場合は、前記駆動信号が異常であると判断する。
【0009】
本願に係る圧電駆動装置は、駆動用の圧電素子、及び検出用の圧電素子を有する複数の圧電モーターと、複数の前記圧電モーターに、同一の駆動信号を供給する制御部と、を備え、前記制御部は、前記検出用の圧電素子からの検出信号に基づき、前記駆動信号の周波数の帰還制御を含む追尾制御を施した前記駆動信号を生成し、前記追尾制御が施された初期の前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の平均の周波数を初期周波数として記憶し、前記初期周波数と、前記初期に続く駆動時における前記駆動信号により駆動した際の前記検出信号の平均の周波数との差分が、第１の閾値より大きいか否か確認し、前記第１の閾値以下の場合は、前記駆動信号による駆動を継続し、前記第１の閾値より大きい場合は、前記駆動信号が異常であると判断する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】実施形態１に係る圧電駆動装置の概要を示す平面図。
【図2】圧電アクチュエーターの平面図。
【図3】駆動信号の波形図。
【図4】圧電駆動装置の駆動態様図。
【図5】制御部の回路ブロック図。
【図6】圧電駆動装置の異常検出方法を示すフローチャート図。
【図7】異常モジュールの検出方法を示すフローチャート図。
【図8】実施形態２の異常モジュールの検出方法を示すフローチャート図。
【図9】実施形態３の異常検出方法を示すフローチャート図。
【図10】異常モジュールの検出方法を示すフローチャート図。
【図11】実施形態４の異常検出方法を示すフローチャート図。
【図12】実施形態５の圧電駆動装置の態様図。
【図13】圧電駆動装置の異なる態様図。
【図14】実施形態６のロボットの概要図。
【図15】ハンドの概要図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
実施形態１
＊＊＊圧電モーターの概要＊＊＊
図１は、本実施形態に係る圧電駆動装置の概要を示す平面図である。
図１に示すように、圧電モーター８０ａは、円板状の被駆動体としてのローター１６０を、駆動体２０の突起部９５によって押圧することにより、回転方向Ｒ１、または、回転方向Ｒ２に回動させる圧電駆動型のモーターである。なお、図１は、基本構成の説明図であるため、１つの圧電モーター８０ａを図示しているが、実際に用いる際には、図４に示すように、複数の圧電モーターを連ねて駆動力を高める多連構成とすることが多い。図４では、３つの圧電モーター８０ａ，８０ｂ，８０ｃにより多連駆動を行う圧電駆動装置１００を示している。
＊＊＊圧電モーターの概要＊＊＊
図１は、本実施形態に係る圧電駆動装置の概要を示す平面図である。
図１に示すように、圧電モーター８０ａは、円板状の被駆動体としてのローター１６０を、駆動体２０の突起部９５によって押圧することにより、回転方向Ｒ１、または、回転方向Ｒ２に回動させる圧電駆動型のモーターである。なお、図１は、基本構成の説明図であるため、１つの圧電モーター８０ａを図示しているが、実際に用いる際には、図４に示すように、複数の圧電モーターを連ねて駆動力を高める多連構成とすることが多い。図４では、３つの圧電モーター８０ａ，８０ｂ，８０ｃにより多連駆動を行う圧電駆動装置１００を示している。
【0012】
図１に戻る。
圧電モーター８０ａは、圧電アクチュエーター２２、付勢体９０などから構成される。
圧電アクチュエーター２２は、振動源となる圧電素子を有する駆動体２０や、駆動体２０を支える基材１０などから構成される。圧電モーター８０ａには、制御部７０から駆動信号が供給される。なお、圧電アクチュエーター２２、制御部７０の詳細は後述する。
付勢体９０は、複数本の板バネ８５を備えており、ローター１６０に対して突起部９５を押し付ける方向に圧電アクチュエーター２２を付勢する。付勢体９０は、圧電モーター８０ａを取付ける台座などに、２本のネジで固定されている。
このような構成の圧電モーター８０ａは、図１に示すように、複数本の板バネ８５の復元力により、突起部９５がローター１６０の外周面１６０ａを押圧した状態で、駆動体２０の屈曲運動による回転力を印加する。
圧電モーター８０ａは、圧電アクチュエーター２２、付勢体９０などから構成される。
圧電アクチュエーター２２は、振動源となる圧電素子を有する駆動体２０や、駆動体２０を支える基材１０などから構成される。圧電モーター８０ａには、制御部７０から駆動信号が供給される。なお、圧電アクチュエーター２２、制御部７０の詳細は後述する。
付勢体９０は、複数本の板バネ８５を備えており、ローター１６０に対して突起部９５を押し付ける方向に圧電アクチュエーター２２を付勢する。付勢体９０は、圧電モーター８０ａを取付ける台座などに、２本のネジで固定されている。
このような構成の圧電モーター８０ａは、図１に示すように、複数本の板バネ８５の復元力により、突起部９５がローター１６０の外周面１６０ａを押圧した状態で、駆動体２０の屈曲運動による回転力を印加する。
【0013】
また、ローター１６０にはエンコーダー１６１が設けられており、エンコーダー１６１によって、ローター１６０の挙動、特に、回転量および角速度が検出可能となっている。エンコーダー１６１としては、例えば、ローター１６０の回転時にその回転量を検出するインクリメンタル型のエンコーダーを用いることができる。なお、これに限定するものではなく、ローター１６０の回転の有無に関わらず、ローター１６０の原点からの絶対位置を検出するアブソリュート型のエンコーダーであっても良い。
【0014】
本実施形態のエンコーダー１６１は、ローター１６０の上面に固定されたスケール１６２と、スケール１６２の上側に設けられた光学素子９２とを有する。スケール１６２は、円板状をなし、その上面に図示しないパターンが設けられている。また、光学素子９２は、スケール１６２のパターンに向けて光を照射する発光素子９２ａと、スケール１６２のパターンを撮像する撮像素子９２ｂとを有する。
このような構成のエンコーダー１６１では、撮像素子９２ｂにより取得されるパターンの画像をテンプレートマッチングすることにより、ローター１６０の回転量、駆動速度、絶対位置等を検出することができる。なお、撮像素子９２ｂに代えて、スケール１６２からの反射光、または透過光を受光する受光素子を備えることでも良い。
このような構成のエンコーダー１６１では、撮像素子９２ｂにより取得されるパターンの画像をテンプレートマッチングすることにより、ローター１６０の回転量、駆動速度、絶対位置等を検出することができる。なお、撮像素子９２ｂに代えて、スケール１６２からの反射光、または透過光を受光する受光素子を備えることでも良い。
【0015】
＊＊＊圧電アクチュエーターの概要＊＊＊
図２は、圧電アクチュエーターの平面図である。
圧電アクチュエーター２２の基材１０は、好適例として、矩形状をなしたシリコン基板を用いている。
駆動体２０は、基材１０内で略長方形に区画された部位であり、表層側には、駆動用の圧電素子である圧電素子１～６が配置されている。詳しくは、駆動体２０は、略矩形をなした基材１０に設けられた３つの切欠き部２４～２６により、略長方形に区画されている。そして、長方形の長辺の略中央に残された一対の支持部２１ａ，２１ｂにより、基材１０本体と接続している。なお、駆動体２０の長辺に沿った方向をＸ方向、Ｘ方向と交差する短辺に沿った方向をＹ方向、基材１０の厚さ方向をＺ方向とする。また、支持部２１ａ，２１ｂを通り、Ｙ方向に延在する線分を中心線２８とする。
図２は、圧電アクチュエーターの平面図である。
圧電アクチュエーター２２の基材１０は、好適例として、矩形状をなしたシリコン基板を用いている。
駆動体２０は、基材１０内で略長方形に区画された部位であり、表層側には、駆動用の圧電素子である圧電素子１～６が配置されている。詳しくは、駆動体２０は、略矩形をなした基材１０に設けられた３つの切欠き部２４～２６により、略長方形に区画されている。そして、長方形の長辺の略中央に残された一対の支持部２１ａ，２１ｂにより、基材１０本体と接続している。なお、駆動体２０の長辺に沿った方向をＸ方向、Ｘ方向と交差する短辺に沿った方向をＹ方向、基材１０の厚さ方向をＺ方向とする。また、支持部２１ａ，２１ｂを通り、Ｙ方向に延在する線分を中心線２８とする。
【0016】
駆動体２０の略中央には、小さな長方形の圧電素子７が配置されている。圧電素子７は、駆動体の振動状態を検知するための検出用の圧電素子である。
駆動体２０において、圧電素子７と突起部９５との間には、Ｘ方向に延在する３つの長方形状の圧電素子１，５，３が設けられている。圧電素子１，５，３の形状は、略同一である。また、駆動体２０のＸプラス方向にも、Ｘ方向に延在する３つの長方形状の圧電素子２，６，４が設けられている。圧電素子２，６，４は、中心線２８を対象軸として、圧電素子１，５，３の線対称となっている。
駆動体２０において、圧電素子７と突起部９５との間には、Ｘ方向に延在する３つの長方形状の圧電素子１，５，３が設けられている。圧電素子１，５，３の形状は、略同一である。また、駆動体２０のＸプラス方向にも、Ｘ方向に延在する３つの長方形状の圧電素子２，６，４が設けられている。圧電素子２，６，４は、中心線２８を対象軸として、圧電素子１，５，３の線対称となっている。
【0017】
図２では、図示を省略しているが、圧電素子１～７の上面には、圧電素子に駆動信号を供給するための電極、及び、配線が設けられている。駆動体２０において対角に位置する、圧電素子１と圧電素子４には、電気的に同じ配線が接続される。同様に、圧電素子２と圧電素子３にも、電気的に同じ配線が接続される。そして、駆動体２０のＹ方向の中央においてＸ方向に配置された圧電素子５と圧電素子６にも、電気的に同じ配線が接続される。また、圧電素子７には、駆動体２０の振動状態を検出した検出信号を電送するための配線が設けられている。
なお、圧電素子１～７の下層側には、共通の共通配線が設けられている。共通配線は、好適例において、グランド電位に接続している。
なお、圧電素子１～７の下層側には、共通の共通配線が設けられている。共通配線は、好適例において、グランド電位に接続している。
【0018】
＊＊＊圧電モーターの駆動態様＊＊＊
図３は、駆動信号の波形図である。図４は、圧電モーターの駆動態様を示す模式図であり、図１の圧電モーターにおける駆動体２０の駆動態様を模式図として示した図である。
図３では、３つの圧電モーター８０ａ，８０ｂ，８０ｃを備えた圧電駆動装置１００による駆動態様を示しているが、３つの圧電モーター８０ａ，８０ｂ，８０ｃは、同一の構成であり、かつ、供給される駆動信号も同じなので、以下、圧電モーター８０ａを代表として説明する。
図３は、駆動信号の波形図である。図４は、圧電モーターの駆動態様を示す模式図であり、図１の圧電モーターにおける駆動体２０の駆動態様を模式図として示した図である。
図３では、３つの圧電モーター８０ａ，８０ｂ，８０ｃを備えた圧電駆動装置１００による駆動態様を示しているが、３つの圧電モーター８０ａ，８０ｂ，８０ｃは、同一の構成であり、かつ、供給される駆動信号も同じなので、以下、圧電モーター８０ａを代表として説明する。
【0019】
圧電モーター８０ａの駆動体２０において、圧電素子１，４には、駆動信号Ｖｓを印加する。図３に示すように、駆動信号Ｖｓは交番電圧である。また、圧電素子２，３には、駆動信号Ｖｓとは位相が異なる駆動信号Ｖｚを印加する。そして、圧電素子５，６には、駆動信号Ｖｓとは位相が異なる駆動信号Ｖｉを印加する。圧電素子５，６に印加される駆動信号Ｖｉは伸縮振動を発生させる。また、圧電素子１，４に印加される駆動信号Ｖｓ、及び、圧電素子２，３に印加される駆動信号Ｖｚは、屈曲振動を発生させる。
【0020】
上記の駆動電圧を印加すると、図４に示すように、駆動体２０が長辺方向に伸縮振動しつつ、短辺方向に屈曲振動する。そして、これらの振動が合成されると、突起部９５の先端が矢印で示すように反時計回りに楕円軌道を描く楕円運動をする。このような突起部９５の楕円運動によってローター１６０が送り出され、ローター１６０が回転方向Ｒ１で示す方向に、時計回りに回転する。また、駆動体２０の振動に対応して、圧電素子７から検出信号が出力される。
【0021】
また、駆動信号Ｖｓを圧電素子２，３に印加し、駆動信号Ｖｚを圧電素子１，４に印加することにより、時計回りに楕円軌道を描く楕円運動とすることができる。
なお、駆動信号Ｖｓ，Ｖｚ，Ｖｉは、駆動状態に応じて逐次、最適な駆動信号となるように制御されている。具体的には、制御部７０により、検出用の圧電素子７からの検出信号に基づいて、駆動信号の周波数の帰還制御を含む追尾制御が施されている。この制御方法について、次に説明する。
なお、駆動信号Ｖｓ，Ｖｚ，Ｖｉは、駆動状態に応じて逐次、最適な駆動信号となるように制御されている。具体的には、制御部７０により、検出用の圧電素子７からの検出信号に基づいて、駆動信号の周波数の帰還制御を含む追尾制御が施されている。この制御方法について、次に説明する。
【0022】
＊＊＊制御部の回路ブロック構成＊＊＊
図５は、制御部の回路ブロック構成を示す図である。
制御部７０は、位置速度制御部３１、Ｓ駆動信号生成部６１、Ｚ駆動信号生成部６２、Ｉ駆動信号生成部６３、周波数制御部６４、ＳＷ制御部３５などから構成されている。なお、図示は省略しているが、制御部７０が記憶部を備えていても良い。
図５は、制御部の回路ブロック構成を示す図である。
制御部７０は、位置速度制御部３１、Ｓ駆動信号生成部６１、Ｚ駆動信号生成部６２、Ｉ駆動信号生成部６３、周波数制御部６４、ＳＷ制御部３５などから構成されている。なお、図示は省略しているが、制御部７０が記憶部を備えていても良い。
【0023】
位置速度制御部３１は、例えば、図示しないホストコンピューターからの指令に基づいて、ローター１６０の目標位置を示した位置指令を生成し、当該位置指令とエンコーダー１６１が検出した現在位置との偏差に対して比例ゲインを調整する比例制御を含むＰ制御を施し、位置指令に基づく位置となるように速度指令を生成する。次に、速度指令とエンコーダー１６１が検出した現在のローター１６０の駆動速度との偏差に対して比例ゲインを調整する比例制御と、積分ゲインを調整する積分制御とを含むＰＩ制御を実施し、速度指令に基づく駆動速度となるように電圧指令を生成する。そして、位置速度制御部３１は、生成した電圧指令をＳ駆動信号生成部６１、及び、Ｚ駆動信号生成部６２に送信する。
【0024】
Ｓ駆動信号生成部６１は、駆動信号Ｖｓの生成回路であり、Ｓ駆動電圧制御部３２ｓ、ＰＷＭ波形生成部３３ｓ、Ｓ駆動回路３４ｓなどから構成されている。
Ｓ駆動電圧制御部３２ｓは、位置速度制御部３１からの電圧指令と、Ｓ駆動回路３４ｓの出力から帰還される駆動信号Ｖｓとの偏差に対して比例ゲインを調整する比例制御と、積分ゲインを調整する積分制御とを含むＰＩ制御を実施し、電圧指令に基づく電圧（振幅）となる目標Ｄｕｔｙを規定したＤｕｔｙ指令を生成し、ＰＷＭ波形生成部３３ｓに送信する。
Ｓ駆動電圧制御部３２ｓは、位置速度制御部３１からの電圧指令と、Ｓ駆動回路３４ｓの出力から帰還される駆動信号Ｖｓとの偏差に対して比例ゲインを調整する比例制御と、積分ゲインを調整する積分制御とを含むＰＩ制御を実施し、電圧指令に基づく電圧（振幅）となる目標Ｄｕｔｙを規定したＤｕｔｙ指令を生成し、ＰＷＭ波形生成部３３ｓに送信する。
【0025】
ＰＷＭ波形生成部３３ｓは、Ｓ駆動電圧制御部３２ｓからのＤｕｔｙ指令、及び、駆動周波数制御部３８からの周波数指令に基づいたパルス信号を生成し、Ｓ駆動回路３４ｓに送信する。
Ｓ駆動回路３４ｓは、ＰＷＭ波形生成部３３ｓからのパルス信号に応じた交番電圧を生成し、駆動信号Ｖｓとして各圧電モーターの圧電素子１，４に供給する。なお、上記「ＰＷＭ」は、「Pulse Width Modulation」の略である。
Ｓ駆動回路３４ｓは、ＰＷＭ波形生成部３３ｓからのパルス信号に応じた交番電圧を生成し、駆動信号Ｖｓとして各圧電モーターの圧電素子１，４に供給する。なお、上記「ＰＷＭ」は、「Pulse Width Modulation」の略である。
【0026】
Ｚ駆動信号生成部６２は、駆動信号Ｖｚの生成回路であり、Ｚ駆動電圧制御部３２ｚ、ＰＷＭ波形生成部３３ｚ、Ｚ駆動回路３４ｚなどから構成されている。
Ｚ駆動電圧制御部３２ｚは、位置速度制御部３１からの電圧指令と、Ｚ駆動回路３４ｚの出力から帰還される駆動信号Ｖｚとの偏差に対して比例ゲインを調整する比例制御と、積分ゲインを調整する積分制御とを含むＰＩ制御を実施し、電圧指令に基づく電圧（振幅）となる目標Ｄｕｔｙを規定したＤｕｔｙ指令を生成し、ＰＷＭ波形生成部３３ｚに送信する。
Ｚ駆動電圧制御部３２ｚは、位置速度制御部３１からの電圧指令と、Ｚ駆動回路３４ｚの出力から帰還される駆動信号Ｖｚとの偏差に対して比例ゲインを調整する比例制御と、積分ゲインを調整する積分制御とを含むＰＩ制御を実施し、電圧指令に基づく電圧（振幅）となる目標Ｄｕｔｙを規定したＤｕｔｙ指令を生成し、ＰＷＭ波形生成部３３ｚに送信する。
【0027】
ＰＷＭ波形生成部３３ｚは、Ｚ駆動電圧制御部３２ｚからのＤｕｔｙ指令、及び、駆動周波数制御部３８からの周波数指令に基づいたパルス信号を生成し、Ｚ駆動回路３４ｚに送信する。
Ｚ駆動回路３４ｚは、ＰＷＭ波形生成部３３ｚからのパルス信号に応じた交番電圧を生成し、駆動信号Ｖｚとして各圧電モーターの圧電素子２，３に供給する。
Ｚ駆動回路３４ｚは、ＰＷＭ波形生成部３３ｚからのパルス信号に応じた交番電圧を生成し、駆動信号Ｖｚとして各圧電モーターの圧電素子２，３に供給する。
【0028】
Ｉ駆動信号生成部６３は、駆動信号Ｖｉの生成回路であり、Ｉ駆動電圧制御部３２ｉ、ＰＷＭ波形生成部３３ｉ、Ｉ駆動回路３４ｉなどから構成されている。
Ｉ駆動電圧制御部３２ｉは、図示しないホストコンピューターからの電圧指令と、Ｉ駆動回路３４ｉの出力から帰還される駆動信号Ｖｉとの偏差に対して比例ゲインを調整する比例制御と、積分ゲインを調整する積分制御とを含むＰＩ制御を実施し、電圧指令に基づく電圧（振幅）となる目標Ｄｕｔｙを規定したＤｕｔｙ指令を生成し、ＰＷＭ波形生成部３３ｉに送信する。
Ｉ駆動電圧制御部３２ｉは、図示しないホストコンピューターからの電圧指令と、Ｉ駆動回路３４ｉの出力から帰還される駆動信号Ｖｉとの偏差に対して比例ゲインを調整する比例制御と、積分ゲインを調整する積分制御とを含むＰＩ制御を実施し、電圧指令に基づく電圧（振幅）となる目標Ｄｕｔｙを規定したＤｕｔｙ指令を生成し、ＰＷＭ波形生成部３３ｉに送信する。
【0029】
ＰＷＭ波形生成部３３ｉは、Ｉ駆動電圧制御部３２ｉからのＤｕｔｙ指令、及び、駆動周波数制御部３８からの周波数指令に基づいたパルス信号を生成し、Ｉ駆動回路３４ｉに送信する。
Ｉ駆動回路３４ｉは、ＰＷＭ波形生成部３３ｉからのパルス信号に応じた交番電圧を生成し、駆動信号Ｖｉとして各圧電モーターの圧電素子５，６に供給する。
Ｉ駆動回路３４ｉは、ＰＷＭ波形生成部３３ｉからのパルス信号に応じた交番電圧を生成し、駆動信号Ｖｉとして各圧電モーターの圧電素子５，６に供給する。
【0030】
周波数制御部６４は、駆動信号Ｖｓ，Ｖｚ，Ｖｉの周波数の制御回路であり、平均化回路３６、駆動周波数判定部３７、駆動周波数制御部３８などから構成される。
平均化回路３６には、３つの圧電モーター８０ａ，８０ｂ，８０ｃの検出用の圧電素子７ａ，７ｂ，７ｃからの検出信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃが入力可能に設けられている。
圧電モーター８０ａの圧電素子７ａからの検出信号Ｐａの出力線には、スイッチＳＷａが設けられており、検出信号Ｐａの平均化回路３６への入力を開閉（オンオフ）可能となっている。同様に、圧電モーター８０ｂ，８０ｃの圧電素子７ｂ，７ｃからの検出信号の出力線には、スイッチＳＷａ，ＳＷｂが設けられている。
平均化回路３６には、３つの圧電モーター８０ａ，８０ｂ，８０ｃの検出用の圧電素子７ａ，７ｂ，７ｃからの検出信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃが入力可能に設けられている。
圧電モーター８０ａの圧電素子７ａからの検出信号Ｐａの出力線には、スイッチＳＷａが設けられており、検出信号Ｐａの平均化回路３６への入力を開閉（オンオフ）可能となっている。同様に、圧電モーター８０ｂ，８０ｃの圧電素子７ｂ，７ｃからの検出信号の出力線には、スイッチＳＷａ，ＳＷｂが設けられている。
【0031】
スイッチＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃの開閉制御は、ＳＷ制御部３５により制御される。
ＳＷ制御部３５は、図示しないホストコンピューターからの開閉指示に従って、スイッチＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃの開閉を制御する。なお、ホストコンピューターには、後述する複数の異常検出方法に準じた制御プログラムがインストールされており、当該制御プログラムの実行に伴ってスイッチＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃのオンオフが行われる。
平均化回路３６では、入力される検出信号の平均化処理が行われる。平均化処理は、検出信号の周波数、及び／又は、振幅電圧について行われる。検出信号は、図示しないＡ／Ｄ変換回路でデジタル信号化され、当該信号により平均化処理が行われる。
ＳＷ制御部３５は、図示しないホストコンピューターからの開閉指示に従って、スイッチＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃの開閉を制御する。なお、ホストコンピューターには、後述する複数の異常検出方法に準じた制御プログラムがインストールされており、当該制御プログラムの実行に伴ってスイッチＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃのオンオフが行われる。
平均化回路３６では、入力される検出信号の平均化処理が行われる。平均化処理は、検出信号の周波数、及び／又は、振幅電圧について行われる。検出信号は、図示しないＡ／Ｄ変換回路でデジタル信号化され、当該信号により平均化処理が行われる。
【0032】
駆動周波数判定部３７では、平均化回路３６で平均化された検出信号の周波数、又は振幅電圧と、比較対象の周波数、又は振幅電圧とを比較し、当該比較情報を駆動周波数制御部３８に送信する。
駆動周波数制御部３８は、図示しないホストコンピューターに駆動周波数判定部３７からの比較情報を送信し、ホストコンピューターから周波数調整指令を受信し、当該周波数調整指令に基づく周波数指令を生成し、ＰＷＭ波形生成部３３ｓ，３３ｚ，３３ｉに送信する。なお、ホストコンピューターでは、後述する異常検出方法に準じた制御プログラムに従って処理が実行され、ＳＷ制御部３５への開閉指示、及び、駆動周波数制御部３８への周波数指令を送信する。
駆動周波数制御部３８は、図示しないホストコンピューターに駆動周波数判定部３７からの比較情報を送信し、ホストコンピューターから周波数調整指令を受信し、当該周波数調整指令に基づく周波数指令を生成し、ＰＷＭ波形生成部３３ｓ，３３ｚ，３３ｉに送信する。なお、ホストコンピューターでは、後述する異常検出方法に準じた制御プログラムに従って処理が実行され、ＳＷ制御部３５への開閉指示、及び、駆動周波数制御部３８への周波数指令を送信する。
【0033】
＊＊＊圧電駆動装置の駆動方法－１＊＊＊
図６は、本実施形態における圧電駆動装置の異常検出方法を示すフローチャートである。図７は、異常モジュールの検出方法を示すフローチャートである。
ここでは、本実施形態における圧電駆動装置１００の異常検出方法について、図６を主体に、適宜、図４、図５を交えて説明する。これらの検出方法は、図示しないホストコンピューターの記憶部に記憶された制御プログラムを実行することにより、図５の制御部７０の各部により実行処理される。なお、ホストコンピューターを用いることに限定するものではなく、制御プログラムを記憶した記憶部、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えた制御装置であれば良く、例えば、圧電駆動装置１００を備えたロボットの制御装置にも適用することができる。
図６は、本実施形態における圧電駆動装置の異常検出方法を示すフローチャートである。図７は、異常モジュールの検出方法を示すフローチャートである。
ここでは、本実施形態における圧電駆動装置１００の異常検出方法について、図６を主体に、適宜、図４、図５を交えて説明する。これらの検出方法は、図示しないホストコンピューターの記憶部に記憶された制御プログラムを実行することにより、図５の制御部７０の各部により実行処理される。なお、ホストコンピューターを用いることに限定するものではなく、制御プログラムを記憶した記憶部、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えた制御装置であれば良く、例えば、圧電駆動装置１００を備えたロボットの制御装置にも適用することができる。
【0034】
図６の処理手順を規定した制御プログラムは常駐プログラムであり、圧電駆動装置１００の駆動中に、多連駆動されている圧電モーターにおける異常の有無を検出する。なお、図６の処理フローをメインルーチンともいう。
【0035】
ステップＳ１１では、制御部７０は、圧電駆動装置１００を起動させるために、周波数調整指令に基づく周波数よりも高い周波数の駆動信号を印加し、起動したら徐々に周波数を下げるダウンスイープを行う。
【0036】
ステップＳ１２では、多連駆動されている各圧電モーターからの検出信号の周波数の平均値に基づく帰還制御を含む周波数の追尾制御が施された駆動信号が生成され、当該駆動信号により、各圧電モーターが駆動される。図４の場合、圧電モーター８０ａ，８０ｂ，８０ｃからの検出信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃの周波数の平均値に基づく周波数追尾制御が施された駆動信号Ｖｓ，Ｖｚ，Ｖｉが生成され、各圧電モーターに供給される。なお、周波数追尾制御のことを追尾制御ともいう。
【0037】
ステップＳ１３では、追尾制御により生成された初期の駆動信号により駆動した際の検出信号の平均の周波数である初期周波数ｆ０を記憶する。なお、初期周波数ｆ０の記憶は、制御部７０の記憶部、又は、ホストコンピューターの記憶部を用いる。
【0038】
ステップＳ１４ａからステップＳ１４ｂの間では、圧電駆動装置１００の駆動を継続した状態で、ステップＳ１５からステップＳ１７までの処理を繰り返す。
【0039】
ステップＳ１５では、前記初期に続く駆動時の駆動信号により駆動した際の検出信号の平均値の周波数ｆａを記憶する。
【0040】
ステップＳ１６では、周波数ｆａと初期周波数ｆ０との差分の絶対値が、第１の閾値としての閾値Ａより大きいか否か確認する。閾値Ａ以下の場合は、ステップＳ１４ｂに進み、駆動を継続する。閾値Ａより大きい場合は、ステップＳ１７の異常モジュール検出サブルーチンに進む。なお、閾値Ａは、実験データや、シミュレーション結果などから導出することができる。
【0041】
続いて、図７の異常モジュール検出方法について説明する。この検出方法は、ステップＳ１７のサブルーチンに相当する。
ステップＳ２１ａからステップＳ２１ｂの間では、複数の圧電モーターのうち、１つの圧電モーターの検出信号を順次選択することを、全ての圧電モーターについて行う。なお、圧電モーターのことをモジュールともいう。
ステップＳ２１ａからステップＳ２１ｂの間では、複数の圧電モーターのうち、１つの圧電モーターの検出信号を順次選択することを、全ての圧電モーターについて行う。なお、圧電モーターのことをモジュールともいう。
【0042】
ステップＳ２２では、選択した圧電モーターの検出信号のスイッチＳＷをオンし、それ以外の圧電モーターの検出信号のスイッチＳＷをオフとする。
【0043】
ステップＳ２３では、選択した圧電モーターの検出信号により追尾制御が施されて生成された駆動信号で駆動した際の検出信号の周波数ｆｂを記憶する。
【0044】
ステップＳ２４では、周波数ｆｂと初期周波数ｆ０との差分の絶対値が、第３の閾値としての閾値Ｂより大きいか否か確認する。閾値Ｂ以下の場合は、ステップＳ２１ｂに進む。閾値Ｂより大きい場合は、ステップＳ２５に進む。なお、閾値Ｂは、実験データや、シミュレーション結果などから導出することができる。
【0045】
ステップＳ２５では、ステップＳ２２で選択した圧電モーターを異常モジュールと判定する。
【0046】
ステップＳ２６では、ステップＳ２５で異常判定された圧電モーターの検出信号のスイッチＳＷをオフし、ステップＳ２１ｂに進む。なお、異常モジュールのスイッチＳＷオフは、全モジュールの選択確認が終了し、本サブルーチンを抜けて、図６のメインルーチンに戻った際にも有効である。つまり、追尾制御を行う際に帰還される検出信号から、異常モジュールの検出信号は除外される。
【0047】
なお、上記では、ステップＳ２６の後、ステップＳ２１ｂに進むとして説明したが、破線７５で示すように、ステップＳ２６の後、本サブルーチンを終了して、図６のメインルーチンに戻っても良い。この方法によれば、異常モジュールを検出したら、直にメインフローに戻るため、駆動効率が良い。
【0048】
以上述べた通り、この検出方法によれば、メインルーチンにおいて、追尾制御が施された初期の駆動信号により駆動した際の検出信号の平均の周波数である初期周波数ｆ０と、初期に続く駆動時における駆動信号により駆動した際の検出信号の平均の周波数ｆａとの差分が、閾値Ａより大きいか否か確認し、閾値Ａ以下の場合は、駆動信号による駆動を継続し、閾値Ａより大きい場合は、駆動信号が異常であると判断する。
よって、初期周波数ｆ0と、駆動時における駆動信号により駆動した際の検出信号の平均の周波数ｆａとの差分から、駆動時における駆動信号の異常を検出することができる。
さらに、閾値Ａより大きい場合は、サブルーチンにおいて、複数の圧電モーターのうち、１つの圧電モーターの検出信号を順次選択し、選択された検出信号に基づき追尾制御が施された駆動信号により駆動した際の検出信号の周波数ｆｂと、初期周波数ｆ０との差分が、閾値Ｂより大きいか否か確認し、閾値Ｂより大きい場合は、選択された圧電モーターを異常と判定する。
従って、多連構成の圧電駆動装置１００において、異常がある圧電モーターを検出する方法を提供することができる。
よって、初期周波数ｆ0と、駆動時における駆動信号により駆動した際の検出信号の平均の周波数ｆａとの差分から、駆動時における駆動信号の異常を検出することができる。
さらに、閾値Ａより大きい場合は、サブルーチンにおいて、複数の圧電モーターのうち、１つの圧電モーターの検出信号を順次選択し、選択された検出信号に基づき追尾制御が施された駆動信号により駆動した際の検出信号の周波数ｆｂと、初期周波数ｆ０との差分が、閾値Ｂより大きいか否か確認し、閾値Ｂより大きい場合は、選択された圧電モーターを異常と判定する。
従って、多連構成の圧電駆動装置１００において、異常がある圧電モーターを検出する方法を提供することができる。
【0049】
さらに、サブルーチンでは、異常判定された圧電モーターの検出信号の入力を切断する。よって、異常がある圧電モーターの検出信号を除いた、正常な圧電モーターからの検出信号に基づいて追尾制御された所期の駆動信号を得ることができる。よって、所期の駆動出力を得ることができる。
【0050】
また、これらの検出方法は、圧電駆動装置１００の駆動中に実行されるため、駆動効率に優れている。換言すれば、圧電駆動装置１００の駆動を中断することなく、駆動信号の異常検出、及び、異常がある圧電モーターの特定、並びに、駆動信号の適正化を行うことができる。
従って、異常モジュールが含まれている場合であっても、安定した駆動を行うことが可能な圧電駆動装置１００を提供することができる。
従って、異常モジュールが含まれている場合であっても、安定した駆動を行うことが可能な圧電駆動装置１００を提供することができる。
【0051】
実施形態２
＊＊＊圧電駆動装置の駆動方法－２＊＊＊
図８は、異常モジュールの検出方法を示すフローチャートであり、図７に対応している。図８の処理フローは、図７の処理フローの一部を変更したものである。図８の検出方法は、図６のメインルーチンにおけるステップＳ１７のサブルーチンに相当する。以下、図７での説明と重複する内容は省略して説明する。
＊＊＊圧電駆動装置の駆動方法－２＊＊＊
図８は、異常モジュールの検出方法を示すフローチャートであり、図７に対応している。図８の処理フローは、図７の処理フローの一部を変更したものである。図８の検出方法は、図６のメインルーチンにおけるステップＳ１７のサブルーチンに相当する。以下、図７での説明と重複する内容は省略して説明する。
【0052】
ステップＳ３１ａからステップＳ３１ｂの間では、複数の圧電モーターのうち、１つの圧電モーターの検出信号を順次選択することを、全ての圧電モーターについて行う。
【0053】
ステップＳ３２では、選択した圧電モーターの検出信号のスイッチＳＷをオフし、それ以外の圧電モーターの検出信号のスイッチＳＷをオンとする。このステップが、図７の処理フローと主に異なる点である。
【0054】
ステップＳ３３では、選択した圧電モーターを除く、他の圧電モーターによる平均の検出信号により追尾制御が施されて生成された駆動信号で駆動した際の検出信号の周波数ｆｃを記憶する。
【0055】
ステップＳ３４では、周波数ｆｃと初期周波数ｆ０との差分の絶対値が、第４の閾値としての閾値Ｃより大きいか否か確認する。閾値Ｃより大きい場合は、ステップＳ３１ｂに進む。閾値Ｃ以下の場合は、ステップＳ３５に進む。なお、閾値Ｃは、実験データや、シミュレーション結果などから導出することができる。
【0056】
ステップＳ３５では、ステップＳ３２で選択した圧電モーターを異常モジュールと判定する。
【0057】
ステップＳ３６では、ステップＳ３５で異常判定された圧電モーターの検出信号のスイッチＳＷをオフし、ステップＳ３１ｂに進む。なお、異常モジュールのスイッチＳＷオフは、全モジュールの選択確認が終了し、本サブルーチンを抜けて、図６のメインルーチンに戻った際にも有効である。つまり、追尾制御を行う際に帰還される検出信号から、異常モジュールの検出信号は除外される。
【0058】
なお、上記では、ステップＳ３６の後、ステップＳ３１ｂに進むとして説明したが、破線７６で示すように、ステップＳ３６の後、本サブルーチンを終了して、図６のメインルーチンに戻っても良い。この方法によれば、異常モジュールを検出したら、直にメインフローに戻るため、駆動効率が良い。
【0059】
以上述べた通り、本実施形態によれば、実施形態１での効果に加えて以下の効果を得ることができる。
メインルーチンにて閾値Ａより大きい場合は、この異常検出サブルーチンにおいて、複数の圧電モーターのうち、１つの圧電モーターの検出信号を順次選択し、選択された圧電モーターの検出信号を除く、複数の圧電モーターによる検出信号の平均値に基づき追尾制御が施された駆動信号により駆動した際の検出信号の周波数ｆｃと、初期周波数ｆ０との差分が、閾値Ｃより大きいか否か確認し、閾値Ｃ以下の場合は、選択された圧電モーターを異常と判定する。従って、多連構成の圧電駆動装置１００において、異常がある圧電モーターを検出する方法を提供することができる。
メインルーチンにて閾値Ａより大きい場合は、この異常検出サブルーチンにおいて、複数の圧電モーターのうち、１つの圧電モーターの検出信号を順次選択し、選択された圧電モーターの検出信号を除く、複数の圧電モーターによる検出信号の平均値に基づき追尾制御が施された駆動信号により駆動した際の検出信号の周波数ｆｃと、初期周波数ｆ０との差分が、閾値Ｃより大きいか否か確認し、閾値Ｃ以下の場合は、選択された圧電モーターを異常と判定する。従って、多連構成の圧電駆動装置１００において、異常がある圧電モーターを検出する方法を提供することができる。
【0060】
さらに、異常判定された圧電モーターの検出信号の入力を切断する。よって、異常がある圧電モーターの検出信号を除いた、正常な圧電モーターからの検出信号に基づいて追尾制御された所期の駆動信号を得ることができる。よって、所期の駆動出力を得ることができる。
【0061】
実施形態３
＊＊＊圧電駆動装置の駆動方法－３＊＊＊
図９は、本実施形態における圧電駆動装置の異常検出方法を示すフローチャートであり、図６に対応している。図１０は、異常モジュールの検出方法を示すフローチャートであり、図７に対応している。
図９、図１０の処理フローは、図６、図７の処理フローの一部を変更したものである。主な変更点は、異常モジュールの検出に、検出信号の電圧振幅を用いる点である。以下、図６、図７での説明と重複する内容は省略して説明する。
＊＊＊圧電駆動装置の駆動方法－３＊＊＊
図９は、本実施形態における圧電駆動装置の異常検出方法を示すフローチャートであり、図６に対応している。図１０は、異常モジュールの検出方法を示すフローチャートであり、図７に対応している。
図９、図１０の処理フローは、図６、図７の処理フローの一部を変更したものである。主な変更点は、異常モジュールの検出に、検出信号の電圧振幅を用いる点である。以下、図６、図７での説明と重複する内容は省略して説明する。
【0062】
ステップＳ４１では、制御部７０は、圧電駆動装置１００を起動させるために、周波数調整指令に基づく周波数よりも高い周波数の駆動信号を印加し、起動したら徐々に周波数を下げるダウンスイープを行う。
【0063】
ステップＳ４２では、多連駆動されている各圧電モーターからの検出信号の周波数の平均値に基づく帰還制御を含む周波数の追尾制御が施された駆動信号が生成され、当該駆動信号により、各圧電モーターが駆動される。
【0064】
ステップＳ４３では、追尾制御により生成された初期の駆動信号により駆動した際の検出信号の平均の周波数である初期周波数ｆ０を記憶する。
【0065】
ステップＳ４４では、追尾制御により生成された初期の駆動信号により駆動した際の検出信号の平均の電圧振幅値である初期検出信号Ｐｕ０を記憶する。このステップが、図６の処理フローと主に異なる点である。
【0066】
ステップＳ４５ａからステップＳ４５ｂの間では、圧電駆動装置１００の駆動を継続した状態で、ステップＳ４６からステップＳ４８までの処理を繰り返す。
【0067】
ステップＳ４６では、前記初期に続く駆動時の駆動信号により駆動した際の検出信号の平均値の周波数ｆａを記憶する。
【0068】
ステップＳ４７では、周波数ｆａと初期周波数ｆ０との差分の絶対値が、第１の閾値としての閾値Ａより大きいか否か確認する。閾値Ａ以下の場合は、ステップＳ４５ｂに進み、駆動を継続する。閾値Ａより大きい場合は、ステップＳ４８の異常モジュール検出サブルーチンに進む。なお、閾値Ａは、図６のメインルーチンにおける閾値Ａと同じである。
【0069】
続いて、図１０の異常モジュール検出方法について説明する。この検出方法は、ステップＳ４８のサブルーチンに相当する。
【0070】
ステップＳ５０では、追尾制御を止めて駆動信号の周波数を固定する。好適例では、駆動信号を初期周波数ｆ０に基づく周波数に固定する。
【0071】
ステップＳ５１ａからステップＳ５１ｂの間では、複数の圧電モーターのうち、１つの圧電モーターの検出信号を順次選択することを、全ての圧電モーターについて行う。
【0072】
ステップＳ５２では、選択した圧電モーターの検出信号のスイッチＳＷをオンし、それ以外の圧電モーターの検出信号のスイッチＳＷをオフとする。
【0073】
ステップＳ５３では、選択した圧電モーターの検出信号により追尾制御が施されて生成された駆動信号で駆動した際の検出信号の電圧振幅値である選択検出信号Ｐｕｘを記憶する。
【0074】
ステップＳ５４では、選択検出信号Ｐｕｘと初期検出信号Ｐｕ０との差分の絶対値が、第５の閾値としての閾値Ｄより大きいか否か確認する。閾値Ｄ以下の場合は、ステップＳ５１ｂに進む。閾値Ｄより大きい場合は、ステップＳ５５に進む。なお、閾値Ｄは、実験データや、シミュレーション結果などから導出することができる。
【0075】
ステップＳ５５では、ステップＳ５２で選択した圧電モーターを異常モジュールと判定する。
【0076】
ステップＳ５６では、ステップＳ５５で異常判定された圧電モーターの検出信号のスイッチＳＷをオフし、ステップＳ５１ｂに進む。なお、異常モジュールのスイッチＳＷオフは、全モジュールの選択確認が終了し、ステップＳ５７に進んだ際にも有効である。
【0077】
ステップＳ５７では、駆動信号の周波数固定を解除して、追尾制御に戻す。この際、追尾制御を行う際に帰還される検出信号から、ステップＳ５６で特定された異常モジュールの検出信号は除外されている。
【0078】
以上述べた通り、本実施形態によれば、上記実施形態での効果に加えて以下の効果を得ることができる。
メインルーチンにおいて、追尾制御が施された初期の駆動信号により駆動した際の検出信号の平均の周波数を初期周波数ｆ０として記憶し、初期周波数における検出信号の電圧振幅を初期検出信号Ｐｕ０として記憶し、初期周波数ｆ０と、初期に続く駆動時における駆動信号により駆動した際の検出信号の周波数ｆａとの差分が、閾値Ａより大きいか否か確認し、閾値Ａ以下の場合は、駆動信号による駆動を継続し、閾値Ａより大きい場合は、駆動信号が異常であると判断する。
よって、初期周波数ｆ０と、初期に続く駆動時における駆動信号により駆動した際の検出信号の周波数ｆａとの差分から、駆動時における駆動信号の異常を検出することができる。
メインルーチンにおいて、追尾制御が施された初期の駆動信号により駆動した際の検出信号の平均の周波数を初期周波数ｆ０として記憶し、初期周波数における検出信号の電圧振幅を初期検出信号Ｐｕ０として記憶し、初期周波数ｆ０と、初期に続く駆動時における駆動信号により駆動した際の検出信号の周波数ｆａとの差分が、閾値Ａより大きいか否か確認し、閾値Ａ以下の場合は、駆動信号による駆動を継続し、閾値Ａより大きい場合は、駆動信号が異常であると判断する。
よって、初期周波数ｆ０と、初期に続く駆動時における駆動信号により駆動した際の検出信号の周波数ｆａとの差分から、駆動時における駆動信号の異常を検出することができる。
【0079】
さらに、サブルーチンにおいて、選択された圧電モーターにおける検出信号の振幅電圧である選択検出信号Ｐｕｘと、初期検出信号Ｐｕ０との差分が、閾値Ｄより大きいか否か確認し、閾値Ｄより大きい場合は、選択された圧電モーターを異常と判定する。
従って、多連構成の圧電駆動装置１００において、異常がある圧電モーターを検出する方法を提供することができる。
従って、多連構成の圧電駆動装置１００において、異常がある圧電モーターを検出する方法を提供することができる。
【0080】
さらに、サブルーチンでは、異常判定された圧電モーターの検出信号の入力を切断し、駆動信号の周波数の固定を解除し、追尾制御に戻す。
よって、異常がある圧電モーターの検出信号を除いた、正常な圧電モーターからの検出信号に基づいて追尾制御された所期の駆動信号を得ることができる。よって、所期の駆動出力を得ることができる。
よって、異常がある圧電モーターの検出信号を除いた、正常な圧電モーターからの検出信号に基づいて追尾制御された所期の駆動信号を得ることができる。よって、所期の駆動出力を得ることができる。
【0081】
実施形態４
＊＊＊圧電駆動装置の駆動方法－４＊＊＊
図１１は、本実施形態における圧電駆動装置の異常検出方法を示すフローチャートであり、図６に対応している。
図１１の処理フローは、図６の処理フローの一部を変更したものである。主な変更点は、異常モジュールの検出に、検出信号の周波数の変化率を用いる点である。以下、図６での説明と重複する内容は省略して説明する。
＊＊＊圧電駆動装置の駆動方法－４＊＊＊
図１１は、本実施形態における圧電駆動装置の異常検出方法を示すフローチャートであり、図６に対応している。
図１１の処理フローは、図６の処理フローの一部を変更したものである。主な変更点は、異常モジュールの検出に、検出信号の周波数の変化率を用いる点である。以下、図６での説明と重複する内容は省略して説明する。
【0082】
ステップＳ６１では、制御部７０は、圧電駆動装置１００を起動させるために、周波数調整指令に基づく周波数よりも高い周波数の駆動信号を印加し、起動したら徐々に周波数を下げるダウンスイープを行う。
【0083】
ステップＳ６２では、多連駆動されている各圧電モーターからの検出信号の周波数の平均値に基づく帰還制御を含む周波数の追尾制御が施された駆動信号が生成され、当該駆動信号により、各圧電モーターが駆動される。
【0084】
ステップＳ６３では、追尾制御により生成された初期の駆動信号により駆動した際の検出信号の平均の周波数である初期周波数ｆ０を記憶する。
【0085】
ステップＳ６４ａからステップＳ６４ｂの間では、圧電駆動装置１００の駆動を継続した状態で、ステップＳ６５からステップＳ６７までの処理を繰り返す。
【0086】
ステップＳ６５では、追尾制御により生成された駆動信号により駆動した際の検出信号の平均の周波数を一定時間ごとに記憶する。このステップ、及び、次のステップが、図６の処理フローと主に異なる点である。
【0087】
ステップＳ６６では、時刻Ｙにおける駆動信号により駆動した際の検出信号の周波数の変化率ｆ（ｙ）－ｆ（ｙ－１）の絶対値と、時刻Ｙよりも前の時刻Ｘにおける駆動信号により駆動した際の検出信号の周波数の変化率ｆ（ｘ）－ｆ（ｘ－１）の絶対値との比率が、第２の閾値としての閾値Ｅより大きいか否か確認する。なお、時刻Ｙが第１の時刻に相当し、時刻Ｘが第２の時刻に相当する。また、時刻Ｙにおける周波数がｆ（ｙ）で、その一定時間前における周波数がｆ（ｙ－１）である。周波数ｆ（ｘ）、及び、周波数ｆ（ｘ－１）についても同様である。閾値Ｅ以下の場合は、ステップＳ６４ｂに進み、駆動を継続する。閾値Ｅより大きい場合は、ステップＳ６７の異常モジュール検出サブルーチンに進む。なお、閾値Ｅは、実験データや、シミュレーション結果などから導出することができる。
【0088】
ステップＳ６７のサブルーチンは、図７、又は、図８の異常モジュール検出サブルーチンと同じである。いずれのサブルーチンを用いても、上記各実施形態と同様に、異常モジュールを検出することができる。また、異常がある圧電モーターの検出信号を除いた、正常な圧電モーターからの検出信号に基づいて追尾制御された所期の駆動信号を得ることができる。
【0089】
以上述べた通り、本実施形態によれば、上記実施形態での効果に加えて以下の効果を得ることができる。
メインルーチンにおいて、追尾制御が施された初期の駆動信号により駆動した際の検出信号の平均の周波数を初期周波数ｆ０として記憶し、時刻Ｙにおける駆動信号により駆動した際の検出信号の周波数の変化率と、時刻Ｙよりも前の時刻Ｘにおける駆動信号により駆動した際の検出信号の周波数の変化率との比率が、閾値Ｅより大きいか否か確認し、閾値Ｅ以下の場合は、駆動信号による駆動を継続し、閾値Ｅより大きい場合は、駆動信号が異常であると判断する。
よって、時刻Ｙにおける検出信号の周波数の変化率と、時刻Ｙよりも前の時刻Ｘにおける検出信号の周波数の変化率との比率から、駆動時における駆動信号の異常を検出することができる。従って、多連構成の圧電駆動装置１００において、異常がある圧電モーターを検出する方法を提供することができる。
メインルーチンにおいて、追尾制御が施された初期の駆動信号により駆動した際の検出信号の平均の周波数を初期周波数ｆ０として記憶し、時刻Ｙにおける駆動信号により駆動した際の検出信号の周波数の変化率と、時刻Ｙよりも前の時刻Ｘにおける駆動信号により駆動した際の検出信号の周波数の変化率との比率が、閾値Ｅより大きいか否か確認し、閾値Ｅ以下の場合は、駆動信号による駆動を継続し、閾値Ｅより大きい場合は、駆動信号が異常であると判断する。
よって、時刻Ｙにおける検出信号の周波数の変化率と、時刻Ｙよりも前の時刻Ｘにおける検出信号の周波数の変化率との比率から、駆動時における駆動信号の異常を検出することができる。従って、多連構成の圧電駆動装置１００において、異常がある圧電モーターを検出する方法を提供することができる。
【0090】
実施形態５
＊＊＊リニアアクチュエーター、多連駆動＊＊＊
図１２、図１３は、圧電駆動装置の異なる態様を示す図である。
上記各実施形態では、圧電駆動装置１００を用いて円板状のローター１６０（図１）を回転駆動する態様について説明したが、この構成に限定するものではなく、例えば、リニアアクチュエーターに適用しても良い。
＊＊＊リニアアクチュエーター、多連駆動＊＊＊
図１２、図１３は、圧電駆動装置の異なる態様を示す図である。
上記各実施形態では、圧電駆動装置１００を用いて円板状のローター１６０（図１）を回転駆動する態様について説明したが、この構成に限定するものではなく、例えば、リニアアクチュエーターに適用しても良い。
【0091】
図１２に示すように、３連駆動の圧電駆動装置１００は、棒状のロッド１７０の側面に並んで配置されている。詳しくは、３つの圧電モーター８０ａ，８０ｂ，８０ｃがロッド１７０の同じ側面に一定間隔で配置されている。３つの圧電モーター８０ａ，８０ｂ，８０ｃが、上記各実施形態の駆動方法により駆動されることにより、ロッド１７０が、その延在方向に移動する。なお、多連の数は、３つに限定するものではなく、必要なトルクに応じて、圧電モーターの数を調整すれば良い。
【0092】
例えば、図１３に示すように、圧電駆動装置１１０は、円柱状のローター１６５の周囲に１０個の圧電モーター８０を備えている。この構成によれば、ローター１６５を高トルクで駆動することができる。これらの構成であっても、上記各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【0093】
実施形態６
＊＊＊ロボット＊＊＊
図１４は、アームを備えたロボットの概要図である。図１５は、ハンドの拡大図である。図１４に示すロボット５００は、６軸の垂直多関節ロボットであり、精密機器や、これを構成する部品（対象物）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＊＊＊
図１４は、アームを備えたロボットの概要図である。図１５は、ハンドの拡大図である。図１４に示すロボット５００は、６軸の垂直多関節ロボットであり、精密機器や、これを構成する部品（対象物）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。
【0094】
ロボット５００は、基台１９０と、基台１９０に接続されたロボットアーム２００と、ロボットアーム２００の先端部に設けられた力検出器（図示せず）とハンド４００と、を有する。また、ロボット５００は、ロボットアーム２００を駆動させる動力を発生させる複数の駆動源を有している。
【0095】
基台１９０は、ロボット５００を任意の設置箇所に取り付けるベース部分である。なお、基台１９０の設置箇所は、特に限定されず、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上などが挙げられる。
【0096】
ロボットアーム２００は、第１アーム２１０、第２アーム２２０、第３アーム２３０、第４アーム２４０、第５アーム２５０、第６アーム２６０などから構成されており、これらが基台１９０側から先端側に向って、この順に連結されている。
第１アーム２１０は、基台１９０に接続されている。第６アーム２６０の先端には、例えば、各種部品等を把持するハンド４００が着脱可能に取り付けられている。ハンド４００は、エンドエフェクターであり、２本の指４１０を備えている。ハンド４００は、２本の指４１０により、例えば各種部品等を把持することができる。
第１アーム２１０は、基台１９０に接続されている。第６アーム２６０の先端には、例えば、各種部品等を把持するハンド４００が着脱可能に取り付けられている。ハンド４００は、エンドエフェクターであり、２本の指４１０を備えている。ハンド４００は、２本の指４１０により、例えば各種部品等を把持することができる。
【0097】
第５アーム２５０には、第６アーム２６０を駆動する駆動源として上記実施形態の圧電モーター８０を多連使いした圧電駆動装置１２０が用いられている。圧電駆動装置１２０は、多連の数以外は、上記実施形態の圧電駆動装置１００と同様である。また、図示しないが、第１アーム２１０と第２アーム２２０との接合部には関節部が設けられている。関節部には、モーターや、減速機が組込まれている。他のアーム間にも、同様に関節部が設けられている。そして、各駆動源は、図示しない制御装置により制御される。当該制御装置には、上記実施形態の制御部７０が搭載されている。
【0098】
図１５に示すように、複数の圧電モーター８０は、第５アーム２５０の内周に沿って並び、突起部を第６アーム２６０に向けて配置されている。つまり、複数の圧電モーター８０は、第５アーム２５０と第６アーム２６０との間の関節部に設けられている。そして、複数の圧電モーター８０は、第６アーム２６０の端面に回動軸Ｏ回りの駆動力を与える。これにより、第５アーム２５０に対して第６アーム２６０を回動軸Ｏ回りに回動させることができる。
【0099】
また、ハンド４００にも、圧電モーター８０が指４１０ごとに対応して多連構成で設けられている。それぞれの圧電モーター８０は、対応する指４１０を回動軸Ｏに接近させるか、離間させる方向の駆動力を与える。これにより、２本の指４１０を接近または離間する方向に移動させることができる。
【0100】
上述した、ロボット５００、及び、ハンド４００によれば、それぞれ、上記実施形態と同様の多連使いの圧電駆動装置を備えている。よって、多連の中で、異常がある圧電モーターが発生した場合であっても、異常がある圧電モーターの検出信号を除いた、正常な圧電モーターからの検出信号に基づいて追尾制御された所期の駆動信号を得ることができる。よって、安定した動作を行うことができる。
【符号の説明】
【0101】
１～７…圧電素子、１０…基材、２０…駆動体、２１ａ…支持部、２１ｂ…支持部、２２…圧電アクチュエーター、３１…位置速度制御部、３２ｉ…Ｉ駆動電圧制御部、３２ｓ…Ｓ駆動電圧制御部、３２ｚ…Ｚ駆動電圧制御部、３３ｉ…ＰＷＭ波形生成部、３３ｓ…ＰＷＭ波形生成部、３３ｚ…ＰＷＭ波形生成部、３４ｉ…Ｉ駆動回路、３４ｓ…Ｓ駆動回路、３４ｚ…Ｚ駆動回路、３５…ＳＷ制御部、３６…平均化回路、３７…駆動周波数判定部、３８…駆動周波数制御部、６１…Ｓ駆動信号生成部、６２…Ｚ駆動信号生成部、６３…Ｉ駆動信号生成部、６４…周波数制御部、７０…制御部、８０…圧電モーター、８０ａ～８０ｃ…圧電モーター、９０…付勢体、９２…光学素子、９２ａ…発光素子、９２ｂ…撮像素子、９５…突起部、１００…圧電駆動装置、１１０…圧電駆動装置、１２０…圧電駆動装置、１６０…ローター、１６１…エンコーダー、１６５…ローター、１７０…ロッド、１９０…基台、２００…ロボットアーム、４００…ハンド、５００…ロボット。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】