特許 7467829 駆動装置、ハンドおよび駆動装置の制御方法

(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】2024-04-08

(45)【発行日】2024-04-16

(54)【発明の名称】駆動装置、ハンドおよび駆動装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02N 2/14 20060101AFI20240409BHJP

   B25J 15/08 20060101ALI20240409BHJP

【ＦＩ】

H02N2/14

B25J15/08 C

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019057894

(22)【出願日】2019-03-26

(65)【公開番号】P2020157405

(43)【公開日】2020-10-01

【審査請求日】2022-01-18

【前置審査】

(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】荒川 豊

(72)【発明者】

【氏名】宮澤 孝雄

【審査官】津久井 道夫

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－２７７９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３８３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－３０１０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３３３６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１２１５５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２３８１１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｎ ２／１４

Ｂ２５Ｊ １５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波モーターと、
前記超音波モーターから駆動力を受けて変位する被駆動部と、
前記駆動力を外部に対して出力する出力部と、
弾性を有して前記被駆動部と前記出力部とに接続し、前記駆動力を前記被駆動部から前
記出力部に伝達する伝達部と、
前記被駆動部の変位量を検出する第１エンコーダーと、
前記出力部の変位量を検出する第２エンコーダーと、
前記伝達部の弾性変形に起因して生じる前記第１エンコーダーが検出した前記変位量と
前記第２エンコーダーが検出した前記変位量との差に基づいて、前記超音波モーターの駆
動を制御する制御部と、を有し、
前記第１エンコーダーと前記第２エンコーダーとが並ぶ方向に直交する方向からの平面
視で、前記超音波モーターは前記伝達部と重なっていることを特徴とする駆動装置。

【請求項2】

前記制御部は、予め設定されている所定値と前記差とを比較して前記超音波モーターの
駆動を制御する請求項１に記載の駆動装置。

【請求項3】

前記伝達部の弾性係数は、前記被駆動部の弾性係数よりも小さい請求項１または２に記
載の駆動装置。

【請求項4】

前記伝達部は、ばねである請求項１ないし３のいずれか１項に記載の駆動装置。

【請求項5】

前記被駆動部および前記出力部は、所定の軸まわりに回転し、
前記第１エンコーダーおよび前記第２エンコーダーは、ロータリーエンコーダーである
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の駆動装置。

【請求項6】

前記被駆動部および前記出力部は、所定の方向にスライドし、
前記第１エンコーダーおよび前記第２エンコーダーは、リニアエンコーダーである請求
項１ないし４のいずれか１項に記載の駆動装置。

【請求項7】

前記被駆動部と前記出力部との間に前記超音波モーターおよび前記伝達部が配置されて
いる請求項１ないし６のいずれか１項に記載の駆動装置。

【請求項8】

第１指部および第２指部と、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の駆動装置と、を備え、
前記駆動装置により前記第１指部と前記第２指部との近接または離間を行うことを特徴
とするハンド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、駆動装置、ハンドおよび駆動装置の制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１に記載されている把持装置は、超音波モーターと、超音波モーターの出力軸に設けられたピニオンと、ピニオンに噛合して互いに相反方向に移動する一対のラックと、一方のラックに固定された第１把持部と、他方のラックに固定された第２把持部と、超音波モーターの速度を調整する速度調整器を備える駆動制御回路と、を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００１－３４１０９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１の把持装置では、第１、第２把持部でワークを把持した把持状態において、超音波モーターを構成するローターと振動素子との間で滑りが生じ、ローターや振動素子の摩耗が促進されるおそれがある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の駆動装置は、超音波モーターと、
前記超音波モーターから駆動力を受けて変位する被駆動部と、
前記駆動力を外部に対して出力する出力部と、
弾性を有して前記被駆動部と前記出力部とに接続し、前記駆動力を前記被駆動部から前記出力部に伝達する伝達部と、
前記被駆動部の変位量を検出する第１エンコーダーと、
前記出力部の変位量を検出する第２エンコーダーと、
前記伝達部の弾性変形に起因して生じる前記第１エンコーダーが検出した前記変位量と前記第２エンコーダーが検出した前記変位量との差に基づいて、前記超音波モーターの駆動を制御する制御部と、を有することを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本発明の第１実施形態に係るロボットを示す斜視図である。

【図2】ロボットが備えるハンドを示す断面図である。

【図3】ハンドの動作を示す断面図である。

【図4】ハンドの動作を示す断面図である。

【図5】ハンドが有する超音波モーターを示す平面図である。

【図6】ハンドの制御方法を説明するためのフローチャートである。

【図7】把持動作の際の回転量差Δθの推移を示すグラフである。

【図8】本発明の第２実施形態に係るハンドを示す断面図である。

【図9】本発明の第３実施形態に係る駆動装置を示す断面図である。

【図10】本発明の第４実施形態に係る駆動装置を示す断面図である。

【図11】本発明の第５実施形態に係る駆動装置を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、本発明の駆動装置、ハンドおよび駆動装置の制御方法を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

【0008】

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットを示す斜視図である。図２は、ロボットが備えるハンドを示す断面図である。図３および図４は、ハンドの動作を示す断面図である。図５は、ハンドが有する超音波モーターを示す平面図である。図６は、ハンドの制御方法を説明するためのフローチャートである。図７は、把持動作の際の回転量差Δθの推移を示すグラフである。なお、以下では、説明の便宜上、図２ないし図４中の上側を「上」とも言い、下側を「下」とも言う。

【0009】

図１に示すロボットシステム１は、ロボット２と、ロボット２に装着されたハンド３と、ロボット２の駆動を制御するロボット制御装置８と、ロボット制御装置８と通信可能なホストコンピューター９と、を有する。

【0010】

－ロボット－
ロボット２は、例えば、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うロボットである。ただし、ロボット２の用途としては、特に限定されない。本実施形態のロボット２は、６軸ロボットであり、図１に示すように、床や天井に固定されるベース２１と、ベース２１に連結されたロボットアーム２２と、を有する。

【0011】

ロボットアーム２２は、ベース２１に回動自在に連結された第１アーム２２１と、第１アーム２２１に回動自在に連結された第２アーム２２２と、第２アーム２２２に回動自在に連結された第３アーム２２３と、第３アーム２２３に回動自在に連結された第４アーム２２４と、第４アーム２２４に回動自在に連結された第５アーム２２５と、第５アーム２２５に回動自在に連結された第６アーム２２６と、を有する。そして、第６アーム２２６に、ロボット２に実行させる作業に応じたハンド３が装着される。

【0012】

また、ロボット２は、ベース２１に対して第１アーム２２１を回動させる第１駆動装置２５１と、第１アーム２２１に対して第２アーム２２２を回動させる第２駆動装置２５２と、第２アーム２２２に対して第３アーム２２３を回動させる第３駆動装置２５３と、第３アーム２２３に対して第４アーム２２４を回動させる第４駆動装置２５４と、第４アーム２２４に対して第５アーム２２５を回動させる第５駆動装置２５５と、第５アーム２２５に対して第６アーム２２６を回動させる第６駆動装置２５６と、を有する。第１～第６駆動装置２５１～２５６は、それぞれ、例えば、駆動源としてのモーターと、モーターの駆動を制御するコントローラーと、モーターの回転量を検出するエンコーダーと、を有する。そして、第１～第６駆動装置２５１～２５６は、それぞれ、ロボット制御装置８によって独立して制御される。

【0013】

ロボット２としては、本実施形態の構成に限定されず、例えば、ロボットアーム２２が有するアームの数が１本～５本であってもよいし、７本以上であってもよい。また、例えば、ロボット２の種類は、スカラロボットや、２つのロボットアーム２２を有する双腕ロボットであってもよい。

【0014】

－ロボット制御装置－
ロボット制御装置８は、ホストコンピューター９からロボット２の位置指令を受け、各アーム２２１～２２６が受けた位置指令に応じた位置となるように、第１～第６駆動装置２５１～２５６の駆動をそれぞれ独立して制御する。ロボット制御装置８は、例えば、コンピューターから構成され、情報を処理するプロセッサー（ＣＰＵ）と、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部インターフェースと、を有する。メモリーにはプロセッサーにより実行可能な各種プログラムが保存され、プロセッサーは、メモリーに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行することができる。

【0015】

－ハンド－
図２に示すように、ハンド３は、駆動装置３Ａを適用したものであり、基体３０と、基体３０に対して回転軸Ｊまわりに回転可能に支持された被駆動部としての第１ローター３１と、第１ローター３１を回転軸Ｊまわりに回転させる超音波モーター３２と、第１ローター３１と同軸的に配置され、基体３０に対して回転軸Ｊまわりに回転可能に支持された出力部としての第２ローター３３と、第１ローター３１と第２ローター３３との間に配置され、第１ローター３１と第２ローター３３とを接続する弾性を有する伝達部３４と、第１ローター３１の変位量すなわち回転量を検出する第１エンコーダー３５と、第２ローター３３の変位量すなわち回転量を検出する第２エンコーダー３６と、第２ローター３３に固定されたピニオン３７と、基体３０に対して矢印方向にスライド可能に支持されると共にピニオン３７に噛合し、互いに相反方向に移動する一対のラック３８１、３８２と、ラック３８１に固定された第１指部３９１と、ラック３８２に固定された第２指部３９２と、超音波モーター３２の駆動を制御する制御部３００と、を有する。

【0016】

このうち、第１ローター３１と、超音波モーター３２と、第２ローター３３と、伝達部３４と、第１エンコーダー３５と、第２エンコーダー３６と、で駆動装置３Ａが構成されている。

【0017】

また、制御部３００は、例えば、コンピューターから構成され、情報を処理するプロセッサー（ＣＰＵ）と、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部インターフェースと、を有する。メモリーにはプロセッサーにより実行可能な各種プログラムが保存され、プロセッサーは、メモリーに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行することができる。

【0018】

このようなハンド３では、制御部３００による制御によって超音波モーター３２を駆動すると、第１ローター３１が回転軸Ｊまわりに回転し、この回転が伝達部３４を介して第２ローター３３に伝達されて第２ローター３３が回転軸Ｊまわりに回転する。また、第２ローター３３の回転によってピニオン３７が回転し、一対のラック３８１、３８２が互いに相反方向に移動することにより、第１指部３９１および第２指部３９２が離間および接近して開閉する。この第１指部３９１および第２指部３９２の開閉によって、ワークＷを把持したり、把持したワークＷを離脱させたりすることができる。

【0019】

第１ローター３１は、ベアリング３０１を介して基体３０に対し軸支され、回転軸Ｊまわりに回転可能である。第１ローター３１は、円筒状の基部３１１と、基部３１１から周方向に突出した円盤状のローター本体３１２と、を有し、これらは一体形成されている。なお、第１ローター３１の構成材料としては、特に限定されないが、硬く、耐摩耗性に優れた材料が好ましい。このような材料としては、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の酸化物セラミックス、窒化珪素、窒化アルミ、窒化チタン等の窒化物セラミックス等の各種セラミックスが挙げられる。これにより、十分に硬く、耐摩耗性に優れた第１ローター３１となる。

【0020】

このような第１ローター３１の下側には第１エンコーダー３５が配置され、第１エンコーダー３５によって、第１ローター３１の挙動、特に、回転量および角速度が検出される。第１エンコーダー３５としては、特に限定されず、例えば、第１ローター３１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であってもよいし、第１ローター３１の回転の有無に関わらず、第１ローター３１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よい。

【0021】

第１エンコーダー３５は、ロータリーエンコーダーであり、ローター本体３１２の下方において基部３１１に固定された円盤状のスケール３５１と、スケール３５１を間に挟んで配置され、基体３０に固定された発光素子３５２および受光素子３５３と、を有する。また、スケール３５１には、その周方向に並んで配置された複数のスリットが形成されており、このスリットを通過した発光素子３５２からの光を受光素子３５３が受光する。そのため、受光素子３５３の受光回数に基づいてスケール３５１すなわち第１ローター３１の回転量を検出することができ、単位時間当たりの受光回数に基づいてスケール３５１すなわち第１ローター３１の角速度を検出することができる。ただし、第１エンコーダー３５の構成としては、特に限定されず、例えば、発光素子３５２から出射され、スケール３５１で反射された光を受光素子３５３が受光する反射型のエンコーダーであってもよいし、スケール３５１に設けられたパターンを撮像素子で画像認識するテンプレートマッチング型のエンコーダーであってもよい。

【0022】

一方、第１ローター３１の上側には第２ローター３３が配置されている。第２ローター３３は、ベアリング３０２を介して基体３０に対し軸支され、回転軸Ｊまわりに回転可能である。つまり、第１ローター３１および第２ローター３３は、同軸的に配置され、共に回転軸Ｊまわりに回転可能である。なお、第２ローター３３の構成材料としては、特に限定されないが、硬く、変形し難い材料が好ましい。これにより、超音波モーター３２からの駆動力を効率的に第１、第２指部３９１、３９２に伝達することができる。このような材料としては、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の酸化物セラミックス、窒化珪素、窒化アルミ、窒化チタン等の窒化物セラミックス等の各種セラミックスが挙げられる。これにより、十分に硬く、変形し難い第２ローター３３となる。

【0023】

このような第２ローター３３には第２エンコーダー３６が配置され、第２エンコーダー３６によって、第２ローター３３の挙動、特に、回転量および角速度が検出される。第２エンコーダー３６としては、特に限定されず、例えば、第２ローター３３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であってもよいし、第２ローター３３の回転の有無に関わらず、第２ローター３３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よい。

【0024】

第２エンコーダー３６は、前述した第１エンコーダー３５と同様の構成である。すなわち、第２エンコーダー３６は、ロータリーエンコーダーであり、第２ローター３３に固定された円盤状のスケール３６１と、スケール３６１を間に挟んで配置され、基体３０に固定された発光素子３６２および受光素子３６３と、を有する。また、スケール３６１には、その周方向に並んで配置された複数のスリットが形成されており、このスリットを通過した発光素子３６２からの光を受光素子３６３が受光する。そのため、受光素子３６３の受光回数に基づいてスケール３６１すなわち第２ローター３３の回転量を検出することができ、単位時間当たりの受光回数に基づいてスケール３６１すなわち第２ローター３３の角速度を検出することができる。ただし、第２エンコーダー３６の構成としては、特に限定されず、例えば、発光素子３６２から出射され、スケール３６１で反射された光を受光素子３６３が受光する反射型のエンコーダーであってもよいし、スケール３６１に設けられたパターンを撮像素子で画像認識するテンプレートマッチング型のエンコーダーであってもよい。また、第１エンコーダー３５と第２エンコーダー３６は、互いに異なる構成のエンコーダーであってもよい。

【0025】

また、上述の第１ローター３１と第２ローター３３との間には、第１ローター３１と第２ローター３３とを接続し、第１ローター３１の回転を第２ローター３３に伝達する伝達部３４が配置されている。伝達部３４は、弾性を有し、回転軸Ｊまわりにねじれ変形可能となっている。伝達部３４としては、上述の機能を有していれば、特に限定されず、本実施形態では、ばね、特に、回転軸Ｊと同軸的に配置されたコイルばね３４１で構成されている。これにより、伝達部３４の構成が簡単となる。ただし、伝達部３４の構成は、弾性変形、特に、回転軸Ｊまわりのねじれ変形が可能であれば、特に限定されず、例えば、板ばねであってもよいし、樹脂製のシート材、板材、ブロック材等であってもよい。

【0026】

また、コイルばね３４１は、第１ローター３１および第２ローター３３よりも回転軸Ｊまわりに変形し易い。つまり、コイルばね３４１は、第１ローター３１および第２ローター３３よりも弾性率、特に、せん断弾性係数（剛性率、横弾性係数）が小さい。

【0027】

また、コイルばね３４１は、図３に示すように、第１、第２指部３９１、３９２でワークＷを把持しておらず、第１、第２指部３９１、３９２にワークＷからの反力Ｎが加わらない状態で、第１、第２指部３９１、３９２を接近させる方向に第１ローター３１を回転させても実質的に弾性変形しないが、図４に示すように、第１、第２指部３９１、３９２がワークＷに接触し、第１、第２指部３９１、３９２にワークＷからの反力Ｎが加わる状態で、第１、第２指部３９１、３９２を接近させる方向に第１ローター３１を回転させると弾性変形する程度の硬さを有する。

【0028】

また、図２に示すように、第１ローター３１と第２ローター３３との間には、第１ローター３１に駆動力を伝達して第１ローター３１を回転軸Ｊまわりに回転させる超音波モーター３２が配置されている。超音波モーター３２は、回転軸Ｊまわりに等間隔に複数配置され、特に、本実施形態では、２つの超音波モーター３２が回転軸Ｊまわりに１８０°間隔で配置されている。ただし、超音波モーター３２の数や配置は、特に限定されない。

【0029】

これら２つの超音波モーター３２は、圧電モーターであり、図５に示すように、振動部３２１と、振動部３２１の先端部に配置された突出部３２４と、振動部３２１を支持する支持部３２２と、振動部３２１と支持部３２２とを接続する梁部３２３と、を有する。そして、支持部３２２が付勢部材４を介して基体３０に固定されている。また、超音波モーター３２は、付勢部材４によってローター本体３１２に向けて付勢されており、突出部３２４がローター本体３１２の上面に押し付けられた状態で当接している。

【0030】

また、振動部３２１には５つの圧電素子３２５Ａ、３２５Ｂ、３２５Ｃ、３２５Ｄ、３２５Ｅが設けられている。これら５つの圧電素子３２５Ａ～３２５Ｅは、それぞれ、振動部３２１の長手方向に伸縮するようになっており、制御部３００による制御によって、圧電素子３２５Ａ～３２５Ｅをそれぞれ所定のタイミングで伸縮させることにより、振動部３２１がＳ字状に屈曲振動し、この屈曲振動が突出部３２４を介してローター本体３１２に伝達されることにより、第１ローター３１が基体３０に対して回転軸Ｊまわりに回転する。

【0031】

以上のような超音波モーター３２は、例えば、電磁モーター等の他のモーターと比べて小型化が可能である。そのため、ハンド３の小型化を図ることができる。また、超音波モーター３２は、電磁モーターと比べて、低速・高トルクの特性を有し、このような特性は、ハンド３の駆動に適している。そのため、より安定した駆動が可能なハンド３となる。

【0032】

ここで、各超音波モーター３２は、回転軸Ｊに対して直交する方向、すなわち、図２の横方向から見て、伝達部３４と重なって配置されている。言い換えると、各超音波モーター３２と伝達部３４とが図２の横方向に並んで配置されている。そのため、第１ローター３１と第２ローター３３とを接続する伝達部３４によって形成された、第１ローター３１と第２ローター３３との間のスペースを、超音波モーター３２を配置するスペースとして有効活用することができる。したがって、ハンド３の小型化を図ることができる。ただし、各超音波モーター３２の配置としては、これに限定されず、例えば、ローター本体３１２の下側に配置されており、ローター本体３１２の下面に突出部３２４が当接していてもよい。

【0033】

図２に示すように、第２ローター３３の上端部にはピニオン３７が固定されており、このピニオン３７は、第２ローター３３と共に回転軸Ｊまわりに回転する。また、ピニオン３７には、一対のラック３８１、３８２が噛合している。ラック３８１、３８２は、それぞれ、ガイド３０３を介して基体３０に支持され、基体３０に対して回転軸Ｊに直交する方向に移動可能である。また、ラック３８１、３８２は、ピニオン３７を間に挟んで配置されており、ピニオン３７が回転すると、互いに相反方向に移動する。そして、ラック３８１には第１指部３９１が固定されており、ラック３８２には第２指部３９２が固定されている。そのため、ピニオン３７を回転させてラック３８１、３８２を相反方向にスライドさせることにより、第１、第２指部３９１、３９２を離間および接近して開閉することができる。

【0034】

以上、ハンド３の構成について説明した。次に、制御部３００によるハンド３の制御方法について説明する。

【0035】

前述したが、図３に示すように、第１、第２指部３９１、３９２でワークＷを把持していない状態で第１、第２指部３９１、３９２を接近させる方向に超音波モーター３２を駆動しても、第１、第２指部３９１、３９２にワークＷからの反力Ｎが加わらず、コイルばね３４１が実質的に弾性変形しない。そのため、第１ローター３１の回転量θ１と第２ローター３３の回転量θ２とが等しくなる。これに対して、図４に示すように、第１、第２指部３９１、３９２がワークＷと接触した状態で、第１、第２指部３９１、３９２を接近させる方向つまりワークＷの把持力を高める方向に超音波モーター３２を駆動すると、第１、第２指部３９１、３９２にワークＷからの反力Ｎが加わり、反力Ｎによってコイルばね３４１が捩じれる方向に弾性変形し、すなわち、コイルばね３４１の上端と下端とで回転軸Ｊを中心とする回転量が異なり、その分、第１ローター３１の回転量θ１よりも第２ローター３３の回転量θ２が小さくなる。つまり、第１ローター３１の回転量θ１と第２ローター３３の回転量θ２との間に回転量差Δθ（＝θ１－θ２）が生じ、この回転量差Δθは、ワークＷの把持力と比例する。つまり、ワークＷの把持力が大きくなる程、回転量差Δθが大きくなる。

【0036】

そこで、制御部３００は、前述の回転量差Δθに基づいて超音波モーター３２の駆動を制御する。これにより、所望の把持力でワークＷを把持することができる。特に、ワークＷの把持力を検出する力覚センサー等を別途設けることなく、ワークＷの把持力を制御することができるため、ハンド３の構成がより簡単なものとなる。また、把持力を制御することにより、把持状態のときの超音波モーター３２の過度な駆動を抑制でき、超音波モーター３２の突出部３２４と第１ローター３１のローター本体３１２とがスリップして、これらが摩耗するのを効果的に抑制することができる。そのため、長期に亘って優れた駆動特性を有するハンド３が得られる。

【0037】

制御部３００による制御方法を図６のフローチャートおよび図７の回転量差Δθの推移を示すグラフに基づいて説明すると、制御部３００は、まず、ステップＳ１として、第１エンコーダー３５および第２エンコーダー３６を初期化し、回転量差Δθ＝０とする。次に、制御部３００は、ステップＳ２として、ロボット制御装置８からの指令に基づいて超音波モーター３２を駆動してワークＷの把持動作を行う。図７に示すように、第１、第２指部３９１、３９２がワークＷに接触していない状態ではコイルばね３４１が弾性変形しないため、第１、第２ローター３１、３３の回転量θ１、θ２が等しく、回転量差Δθ＝０である。

【0038】

超音波モーター３２の駆動を続け、第１、第２指部３９１、３９２がさらに接近してワークＷに接触すると、ワークＷからの反力Ｎが生じ、この反力Ｎによってコイルばね３４１が回転軸Ｊまわりにねじれ変形する。そのため、コイルばね３４１のねじれ変形の分だけ、第２ローター３３の回転量θ２が第１ローター３１の回転量θ１よりも小さくなり、回転量差Δθ＞０となる。超音波モーター３２の駆動をさらに続けるとワークＷの把持力が徐々に増加し、それに伴って回転量差Δθも徐々に増加する。

【0039】

ここで、制御部３００には、ワークＷを把持するのに適した把持力のときに生じる回転量差Δθが基準回転量差Δθａとして記憶されている。そこで、図６に示すように、制御部３００は、ステップＳ３として、回転量差Δθを基準回転量差Δθａと比較する。なお、回転量差Δθは、第１エンコーダー３５で検出される第１ローター３１の回転量θ１と、第２エンコーダー３６で検出される第２ローター３３の回転量θ２と、に基づいて算出することができる。

【0040】

そして、制御部３００は、回転量差Δθ＜基準回転量差Δθａであれば、そのまま超音波モーター３２の駆動を続けてワークＷの把持力を高め、反対に、回転量差Δθ≧基準回転量差Δθａであれば、ステップＳ４として、超音波モーター３２の駆動を停止して、その把持力を維持する。なお、前述したように、超音波モーター３２の停止時には突出部３２４がローター本体３１２に押し付けられており、これらの間に高い摩擦力が生じているため、第１ローター３１の回転が阻止される。そのため、超音波モーター３２の駆動を停止してもワークＷの把持力を維持し続けることができる。

【0041】

このような制御方法によれば、予め設定された把持力でワークＷを適切に把持することができる。そのため、把持力が強すぎてワークＷが破損したり、把持力が弱すぎてワークＷが不本意に離脱したりするのを効果的に抑制することができる。そして、十分な把持力でワークＷを把持したら、超音波モーター３２を停止するため、それ以上超音波モーター３２を過度に駆動することがない。

【0042】

以上、ハンド３について説明した。このハンド３に適用された駆動装置３Ａは、前述したように、超音波モーター３２と、超音波モーター３２から駆動力を受けて変位する被駆動部としての第１ローター３１と、駆動力を外部に対して出力する出力部としての第２ローター３３と、弾性を有して第１ローター３１と第２ローター３３とに接続し、超音波モーター３２の駆動力を第１ローター３１から第２ローター３３に伝達する伝達部３４と、第１ローター３１の変位量を検出する第１エンコーダー３５と、第２ローター３３の変位量を検出する第２エンコーダー３６と、伝達部３４の弾性変形に起因して生じる第１エンコーダー３５が検出した変位量である回転量θ１と第２エンコーダー３６が検出した変位量である回転量θ２との差である回転量差Δθに基づいて、超音波モーター３２の駆動を制御する制御部３００と、を有する。

【0043】

このように、制御部３００が、回転量差Δθに基づいて超音波モーター３２の駆動を制御することにより、第２ローター３３から外部に対して所望の外力、本実施形態では、ワークＷの把持力を出力することができる。そのため、超音波モーター３２の過度な駆動が抑制され、超音波モーター３２や第１ローター３１の摩耗を効果的に抑制することができる。

【0044】

また、前述したように、制御部３００は、予め設定されている所定値としての基準回転量差Δθａと回転量差Δθとを比較して超音波モーター３２の駆動を制御する。これにより、第２ローター３３から所定の大きさの外力、本実施形態では、ワークＷの把持力を出力することができる。

【0045】

また、前述したように、伝達部３４の弾性係数は、第１ローター３１の弾性係数よりも小さい。これにより、第２ローター３３に外力、本実施形態ではワークＷからの反力Ｎが加わったときに、より確実に、伝達部３４を弾性変形させることができる。また、第１ローター３１の変形が抑制され、第２ローター３３に加わった外力が効率的に伝達部３４に伝わる。つまり、第２ローター３３に加わった外力の一部が効率的に第１ローター３１の変形によって吸収されるのを抑制することができる。そのため、第２ローター３３に加わった外力の大きさと回転量差Δθとの関係がより正確なものとなる。

【0046】

また、前述したように、伝達部３４は、ばね、特にコイルばね３４１である。これにより、伝達部３４の構成が簡単なものとなる。

【0047】

また、前述したように、第１ローター３１および第２ローター３３は、所定の軸である回転軸Ｊまわりに回転する。そして、第１エンコーダー３５および第２エンコーダー３６は、ロータリーエンコーダーである。これにより、第１ローター３１および第２ローター３３の変位量を簡単に検出することができる。

【0048】

また、前述したように、第１ローター３１と第２ローター３３との間に超音波モーター３２および伝達部３４が配置されている。これにより、伝達部３４の配置が簡単となると共に、第１ローター３１と第２ローター３３との間のスペースを、超音波モーター３２を配置するスペースとして有効活用することができる。

【0049】

また、前述したように、第１ローター３１と第２ローター３３とが並ぶ方向に直交する方向すなわち回転軸Ｊに直交する方向からの平面視で、超音波モーター３２とコイルばね３４１とが重なっている。これにより、第１ローター３１と第２ローター３３とをより接近させて配置することができ、その分、ハンド３の小型化を図ることができる。具体的には、ハンド３の回転軸Ｊに沿う方向の全長を短くすることができる。

【0050】

また、前述したように、超音波モーター３２と、超音波モーター３２から駆動力を受けて変位する被駆動部としての第１ローター３１と、駆動力を外部に対して出力する出力部としての第２ローター３３と、弾性を有して第１ローター３１と第２ローター３３とに接続し、超音波モーター３２の駆動力を第１ローター３１から第２ローター３３に伝達する伝達部３４と、第１ローター３１の変位量を検出する第１エンコーダー３５と、第２ローター３３の変位量を検出する第２エンコーダー３６と、を有する駆動装置３Ａの制御方法は、伝達部３４の弾性変形に起因して生じる第１エンコーダー３５が検出した変位量である回転量θ１と第２エンコーダー３６が検出した変位量である回転量θ２との差である回転量差Δθに基づいて、超音波モーター３２の駆動を制御する。

【0051】

このように、回転量差Δθに基づいて超音波モーター３２の駆動を制御することにより、第２ローター３３から外部に対して所望の外力、本実施形態では、ワークＷの把持力を出力することができる。そのため、超音波モーター３２の過度な駆動が抑制され、超音波モーター３２や第１ローター３１の摩耗を効果的に抑制することができる。

【0052】

また、前述したように、ハンド３は、第１指部３９１および第２指部３９２と、駆動装置３Ａと、を備え、駆動装置３Ａにより第１指部３９１と第２指部３９２との近接または離間を行う。前述した駆動装置３Ａの効果を発揮でき、所望の把持力でワークＷを把持することができる。そのため、超音波モーター３２の過度な駆動が抑制され、超音波モーター３２や第１ローター３１の摩耗を効果的に抑制することができる。

【0053】

＜第２実施形態＞
図８は、本発明の第２実施形態に係るハンドを示す断面図である。

【0054】

本実施形態に係るハンド３は、リニア型のハンドであること以外は、前述した第１実施形態と同様である。以下の説明では、第２実施形態のハンド３に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図８では、前述した第１実施形態と同様の構成について同一符号を付している。

【0055】

図８に示すように、本実施形態のハンド３は、基体３０と、基体３０に対してＸ軸方向にスライド可能に支持された被駆動部としての第１スライダー３１０と、第１スライダー３１０をＸ転方向にスライドさせる超音波モーター３２と、第１スライダー３１０と平行な方向すなわちＸ軸方向にスライド可能に基体３０に支持された出力部としての第２スライダー３３０と、第１スライダー３１０と第２スライダー３３０との間に配置され、第１スライダー３１０と第２スライダー３３０とを接続する弾性を有する伝達部３４と、第１スライダー３１０の変位量を検出する第１エンコーダー３５０と、第２スライダー３３０の変位量を検出する第２エンコーダー３６０と、第２スライダー３３０に固定された第１指部３９１と、基体３０に固定された第２指部３９２と、超音波モーター３２の駆動を制御する制御部３００と、を有する。

【0056】

このようなハンド３では、制御部３００の制御によって超音波モーター３２を駆動すると、第１スライダー３１０がＸ軸方向にスライドし、このスライドが伝達部３４を介して第２スライダー３３０に伝達されて第２スライダー３３０がＸ軸方向にスライドすることにより、第１指部３９１が第２指部３９２に対して接近または離間し、第１指部３９１および第２指部３９２が開閉する。この第１指部３９１および第２指部３９２の開閉によって、ワークＷを把持したり、把持したワークＷを離脱させたりすることができる。

【0057】

伝達部３４は、弾性を有し、Ｘ軸方向に伸縮変形可能である。本実施形態の伝達部３４は、ばね、特に、コイルばね３４１で構成されている。また、コイルばね３４１は、第１スライダー３１０および第２スライダー３３０よりもＸ軸方向に変形し易い。つまり、コイルばね３４１は、第１スライダー３１０および第２スライダー３３０よりも弾性率、特に、縦弾性係数（ヤング率）が小さい。

【0058】

また、コイルばね３４１は、第１、第２指部３９１、３９２でワークＷを把持しておらず、第１、第２指部３９１、３９２にワークＷからの反力が加わらない状態で、第１指部３９１を第２指部３９２に接近させる方向に第１スライダー３１０をスライドさせても実質的に弾性変形しないが、第１、第２指部３９１、３９２がワークＷに接触し、第１指部３９１にワークＷからの反力Ｎが加わる状態で、第１指部３９１を第２指部３９２に接近させる方向に第１スライダー３１０をスライドさせると弾性変形する程度の硬さを有する。

【0059】

制御部３００には、前述した回転量差Δθに相当する基準変位量ΔＤａが予め記憶されている。そして、制御部３００は、第１スライダー３１０の変位量Ｄ１と、第２スライダー３３０の変位量Ｄ２との差である変位量差ΔＤ（＝Ｄ１－Ｄ２）と基準変位量ΔＤａとに基づいて超音波モーター３２の駆動を前記図６に示すのと同様の手順で制御する。これにより、前述した第１実施形態と同様の原理で、所望の把持力でワークＷを把持することができる。

【0060】

また、第１エンコーダー３５０は、リニアエンコーダーであり、第１スライダー３１０に固定された長尺なスケール３５１と、スケール３５１の下方に配置され、基体３０に固定された発光素子３５２および受光素子３５３と、を有する。そして、スケール３５１で反射した発光素子３５２からの光を受光素子３５３が受光することにより、第１スライダー３１０の変位量を検出する。

【0061】

また、第２エンコーダー３６０は、第１エンコーダー３５０と同様の構成である。すなわち、第２エンコーダー３６０は、リニアエンコーダーであり、第２スライダー３３０に固定された長尺なスケール３６１と、スケール３６１の下方に配置され、基体３０に固定された発光素子３６２および受光素子３６３と、を有する。そして、スケール３６１で反射した発光素子３６２からの光を受光素子３６３が受光することにより、第２スライダー３３０の変位量を検出する。

【0062】

このように、本実施形態のハンド３に適用されている駆動装置３Ａでは、被駆動部としての第１スライダー３１０および出力部としての第２スライダー３３０は、所定の方向であるＸ軸方向にスライドする。そして、第１エンコーダー３５０および第２エンコーダー３６０は、リニアエンコーダーである。これにより、第１スライダー３１０および第２スライダー３３０の変位量を簡単に検出することができる。

【0063】

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

【0064】

＜第３実施形態＞
図９は、本発明の第３実施形態に係る駆動装置を示す断面図である。

【0065】

本実施形態に係る駆動装置３Ａは、第２ローター３３よりも先端側の部分の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。以下の説明では、第３実施形態の駆動装置３Ａに関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図９では、前述した第１実施形態と同様の構成について同一符号を付している。

【0066】

図９に示すように、本実施形態の駆動装置３Ａは、基体３０と、基体３０に対して回転軸Ｊまわりに回転可能に支持された第１ローター３１と、第１ローター３１を回転軸Ｊまわりに回転させる超音波モーター３２と、第１ローター３１と同軸的に配置され、基体３０に対して回転軸Ｊまわりに回転可能に支持された第２ローター３３と、第１ローター３１と第２ローター３３とを接続する伝達部３４と、第１ローター３１の回転量を検出する第１エンコーダー３５と、第２ローター３３の回転量を検出する第２エンコーダー３６と、第２ローター３３に固定された工具５と、を有する。工具５としては、特に限定されず、本実施形態では、ねじ締めに用いるドライバー５１を用いている。このような構成の駆動装置３Ａによれば、所定のトルクでねじを締め付けることができる。

【0067】

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

【0068】

＜第４実施形態＞
図１０は、本発明の第４実施形態に係る駆動装置を示す断面図である。

【0069】

本実施形態に係る駆動装置３Ａは、第２スライダー３３０よりも先端側の部分の構成が異なること以外は、前述した第２実施形態と同様である。以下の説明では、第４実施形態の駆動装置３Ａに関し、前述した第２実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１０では、前述した第２実施形態と同様の構成について同一符号を付している。

【0070】

図１０に示すように、本実施形態の駆動装置３Ａは、基体３０と、基体３０に対してＸ軸方向にスライド可能な第１スライダー３１０と、第１スライダー３１０をＸ転方向にスライドさせる超音波モーター３２と、基体３０に対してＸ軸方向にスライド可能な第２スライダー３３０と、第１スライダー３１０と第２スライダー３３０とを接続する伝達部３４と、第１スライダー３１０の変位量を検出する第１エンコーダー３５０と、第２スライダー３３０の変位量を検出する第２エンコーダー３６０と、第２スライダー３３０に固定されたピストン６１と、ピストン６１が収納されたシリンダー６２と、を有する。このような構成によれば、前記第２実施形態の駆動装置３Ａと同様の作動制御を伴いながら、ピストン６１によって、シリンダー６２内のオイルＯを所定の圧力で押し出すことができる。

【0071】

このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

【0072】

＜第５実施形態＞
図１１は、本発明の第５実施形態に係る駆動装置を示す断面図である。

【0073】

本実施形態に係る駆動装置３Ａは、第２スライダー３３０よりも先端側の部分の構成が異なること以外は、前述した第２実施形態と同様である。以下の説明では、第５実施形態の駆動装置３Ａに関し、前述した第２実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１１では、前述した第２実施形態と同様の構成について同一符号を付している。

【0074】

図１１に示すように、本実施形態の駆動装置３Ａは、基体３０と、基体３０に対してＸ軸方向にスライド可能な第１スライダー３１０と、第１スライダー３１０をＸ転方向にスライドさせる超音波モーター３２と、基体３０に対してＸ軸方向にスライド可能な第２スライダー３３０と、第１スライダー３１０と第２スライダー３３０とを接続する伝達部３４と、第１スライダー３１０の変位量を検出する第１エンコーダー３５０と、第２スライダー３３０の変位量を検出する第２エンコーダー３６０と、第２スライダー３３０に固定された押圧部材７１と、押圧部材７１との間にワークＷを挟み込んでワークＷを押圧する基台７２と、を有する。このような構成によれば、前記第２実施形態の駆動装置３Ａと同様の作動制御を伴いながら、所定の押圧力でワークＷを押圧することができる。

【0075】

このような第５実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

【0076】

以上、本発明の駆動装置、ハンドおよび駆動装置の制御方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0077】

１…ロボットシステム、２…ロボット、２１…ベース、２２…ロボットアーム、２２１…第１アーム、２２２…第２アーム、２２３…第３アーム、２２４…第４アーム、２２５…第５アーム、２２６…第６アーム、２５１…第１駆動装置、２５２…第２駆動装置、２５３…第３駆動装置、２５４…第４駆動装置、２５５…第５駆動装置、２５６…第６駆動装置、３…ハンド、３Ａ…駆動装置、３０…基体、３００…制御部、３０１、３０２…ベアリング、３０３…ガイド、３１…第１ローター、３１０…第１スライダー、３１１…基部、３１２…ローター本体、３２…超音波モーター、３２１…振動部、３２２…支持部、３２３…梁部、３２４…突出部、３２５Ａ、３２５Ｂ、３２５Ｃ、３２５Ｄ、３２５Ｅ…圧電素子、３３…第２ローター、３３０…第２スライダー、３４…伝達部、３４１…コイルばね、３５、３５０…第１エンコーダー、３５１…スケール、３５２…発光素子、３５３…受光素子、３６、３６０…第２エンコーダー、３６１…スケール、３６２…発光素子、３６３…受光素子、３７…ピニオン、３８１、３８２…ラック、３９１…第１指部、３９２…第２指部、４…付勢部材、５…工具、５１…ドライバー、６１…ピストン、６２…シリンダー、７１…押圧部材、７２…基台、８…ロボット制御装置、９…ホストコンピューター、Ｄ１、Ｄ２…変位量、Ｊ…回転軸、Ｎ…反力、Ｏ…オイル、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４…ステップ、Ｗ…ワーク、Δθ…回転量差、Δθａ…基準回転量差、θ１…回転量、θ２…回転量

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】