JP7035761B2 - 移動体装置、ハンド、ロボットおよび移動体装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動体装置、ハンド、ロボットおよび移動体装置の制御方法に関するものである。

特許文献１に記載されている直線案内装置は、移動ステージと、移動ステージに固定された被駆動部材と、摩擦部材を備えた圧電モーターと、を備え、圧電モーターの摩擦部材が被駆動部材に当接している。このような構成の直線案内装置では、圧電モーターを駆動すると摩擦部材が振動し、当該振動によって被駆動部材が送り出されて移動ステージが移動する。

特開２００３－３４３５６１号公報

圧電モーターの振動が摩擦部材を介して被駆動部材に伝えられる移動体装置では、被駆動部材が等速状態から停止するまでの減速時は、等速状態と比べて被駆動部材と摩擦部材との摩擦力が大きい。そのため、被駆動部材を摩擦部材に対して同じ領域で停止することを繰り返すと、被駆動部材のその部分の摩耗が他の部分と比べて進行し、安定した駆動を長期的に維持することが難しいという課題があった。

本発明の適用例に係る移動体装置は、被駆動部材と、
振動部と、前記振動部から突出して配置され、前記被駆動部材と当接し、前記振動部の振動を前記被駆動部材に伝達する突出部と、を有する駆動部と、
処理部と、
前記処理部で読み取り可能な指示を記憶する記憶部と、を備え、
前記被駆動部材は、前記振動部の振動によって移動するように構成され、
前記記憶部は、前記突出部と当接する前記被駆動部材の領域のうち、前記被駆動部材を減速させない領域を記憶し、
前記処理部は、前記記憶部から前記被駆動部材を減速させない領域の位置情報を読み取って、前記突出部が前記被駆動部材を前記減速させない領域とは異なる領域に当接しているときに、前記被駆動部材を減速させることを特徴とする。

本発明の第１実施形態に係るハンドを示す断面図である。 図１のハンドの回路系を示すブロック図である。 図１のハンドが有する移動体装置を示す断面図である。 図３の移動体装置が有する圧電モジュールを示す斜視図である。 図４の圧電モジュールが有する圧電アクチュエーターを示す平面図である。 図３の移動体装置が有する被駆動部材の移動領域を示す平面図である。 図３の移動体装置の駆動速度を示すグラフである。 従来の問題を説明するための断面図である。 図３の移動体装置が有する第２把持モードを示す断面図である。 図３の移動体装置の効果を説明するための断面図である。 図３の移動体装置の駆動方法を説明するための平面図である。 図３の移動体装置の駆動方法を説明するための平面図である。 図３の移動体装置の駆動方法を説明するための平面図である。 図３の移動体装置の駆動方法を説明するための平面図である。 図３の移動体装置の駆動方法を説明するための平面図である。 図３の移動体装置の駆動方法を説明するための平面図である。 本発明の第２実施形態に係るハンドの駆動方法を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態に係るハンドの駆動方法を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態に係るハンドの駆動方法を説明するための断面図である。 本発明の第３実施形態に係るハンドを示す平面図である。 本発明の第３実施形態に係るハンドを示す平面図である。 本発明の第４実施形態に係るハンドを示す平面図である。 本発明の第４実施形態に係るハンドを示す平面図である。 本発明の第５実施形態に係るロボットを示す斜視図である。 本発明の第６実施形態に係るロボットを示す側面図である。 ロボットが有する移動体装置を示す平面図である。 ロボットが有する移動体装置を示す平面図である。 図２５のロボットの制御方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の移動体装置、ハンド、ロボットおよび移動体装置の制御方法を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るハンドを示す断面図である。図２は、図１のハンドの回路系を示すブロック図である。図３は、図１のハンドが有する移動体装置を示す断面図である。図４は、図３の移動体装置が有する圧電モジュールを示す斜視図である。図５は、図４の圧電モジュールが有する圧電アクチュエーターを示す平面図である。図６は、図３の移動体装置が有する被駆動部材の移動領域を示す平面図である。図７は、図３の移動体装置の駆動速度を示すグラフである。図８は、従来の問題を説明するための断面図である。図９は、図３の移動体装置が有する第２把持モードを示す断面図である。図１０は、図３の移動体装置の効果を説明するための断面図である。図１１ないし図１６は、それぞれ、図３の移動体装置の駆動方法を説明するための平面図である。

図１に示すハンド１は、対象物Ｗを両側から挟み込んで把持することができる。ハンド１は、例えば、ロボットに取り付けて使用される。ハンド１は、対象物Ｗを把持する一対の指部２３、２４（把持部）と、指部２３、２４を駆動する圧電駆動部３Ａ、３Ｂと、指部２３、２４の位置を検出するエンコーダー４Ａ、４Ｂと、指部２３、２４が対象物Ｗから受ける力を検出する力検出部５と、制御装置６と、を有する。以下、このようなハンド１について、詳細に説明する。

図１に示すように、ハンド１は、基部２０と、基部２０に対してスライド可能に支持された一対のスライダー２１、２２と、スライダー２１、２２に固定された指部２３、２４と、スライダー２１、２２に固定された被駆動部材２５、２６と、スライダー２１、２２をスライドさせる圧電駆動部３Ａ、３Ｂと、を有する。また、図２に示すように、ハンド１は、圧電駆動部３Ａ、３Ｂに接続されたエンコーダー４Ａ、４Ｂと、指部２３、２４が対象物Ｗから受ける力を検出する力検出部５と、圧電駆動部３Ａ、３Ｂの駆動を制御する制御装置６と、を有する。なお、このようなハンド１では、圧電駆動部３Ａおよび被駆動部材２５によって移動体装置１０Ａが構成され、圧電駆動部３Ｂおよび被駆動部材２６によって移動体装置１０Ｂが構成されている。移動体装置１０Ａ、１０Ｂには、それぞれ、指部２３、２４が固定されている。

図１に示すように、スライダー２１、２２は、それぞれ、スライドガイド２９を介して基部２０に支持され、図１中の横方向、すなわち、指部２３、２４が接近・離間する方向にスライド可能である。すなわち、スライダー２１、２２は、それぞれ、直線的に移動可能である。

また、スライダー２１、２２は、それぞれ、独立してスライドすることができる。そのため、例えば、スライダー２１を停止させた状態でスライダー２２だけをスライドさせたり、反対に、スライダー２２を停止させた状態でスライダー２１だけをスライドさせたりすることができる。また、例えば、スライダー２１、２２を共に同じ方向にスライドさせたり、互いに反対の方向にスライドさせたりすることもできる。このように、スライダー２１、２２をスライドさせることにより、指部２３、２４で対象物Ｗを把持したり、把持した対象物Ｗをリリースしたり、対象物Ｗを把持したまま対象物Ｗを移動させたりすることができる。

指部２３、２４は、弾性を有している。指部２３、２４が弾性を有することにより、対象物Ｗと指部２３、２４との接触時の衝撃を和らげることができる。そのため、対象物Ｗや指部２３、２４の破損を効果的に抑制することができる。また、指部２３、２４が変形することにより、対象物Ｗに過度な力が加わるのを抑制することができ、対象物Ｗの破損を抑制することができる。ただし、指部２３、２４は、対象物Ｗを把持する程度の力では、実質的に弾性変形しない程に硬質であってもよい。

次に、圧電駆動部３Ａ、３Ｂについて説明するが、これらは、互いに同様の構成であるため、以下では、圧電駆動部３Ａについて代表して説明し、圧電駆動部３Ｂについては、その説明を省略する。図３に示すように、圧電駆動部３Ａは、圧電モジュール３０を有する。また、図４に示すように、圧電モジュール３０は、複数の圧電アクチュエーター３１が積層した積層体３１０と、積層体３１０を被駆動部材２５に向けて付勢する付勢部３２と、を有する。そして、圧電モジュール３０は、付勢部３２において基部２０にねじ止めされている。

また、図５に示すように、各圧電アクチュエーター３１は、振動部３１１と、振動部３１１を支持する支持部３１２と、振動部３１１と支持部３１２とを接続する一対の接続部３１３と、振動部３１１の先端部に設けられ、被駆動部材２５に振動部３１１の駆動力を伝達する突出部３１４と、を有する。突出部３１４は、振動部３１１から突出して設けられ、付勢部３２によって、その先端部が被駆動部材２５に押し付けられた状態で被駆動部材２５と当接している。また、振動部３１１には圧電素子３１１ａ、３１１ｂ、３１１ｃ、３１１ｄ、３１１ｅが設けられており、これら各圧電素子３１１ａ、３１１ｂ、３１１ｃ、３１１ｄ、３１１ｅに所定の駆動信号を印加することにより、振動部３１１が振動し（突出部３１４が楕円運動し）、これによって、スライダー２１が基部２０に対してスライドする。なお、圧電駆動部３Ａの駆動を停止した状態では、突出部３１４と被駆動部材２５との間に生じる摩擦力によってスライダー２１の位置が保持され、スライダー２１の意図しないスライドが抑制される。

以上、圧電駆動部３Ａについて説明したが、圧電駆動部３Ａとしては、突出部３１４の振動によって被駆動部材２５を移動させることができれば、特に限定されない。例えば、後述する第２実施形態のようなロータリー型の圧電駆動部３Ａを用いてもよい。圧電駆動部３Ｂについても同様である。また、圧電駆動部３Ａ、３Ｂは、同様の構成であってもよいし、異なる構成であってもよい。

ここで、突出部３１４および被駆動部材２５の構成材料としては、それぞれ、特に限定されないが、耐摩耗性に優れた材料が好ましい。このような耐摩耗性に優れた材料としては、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、サファイヤ、水晶等が挙げられる。特に、本実施形態の突出部３１４および被駆動部材２５は、それぞれ、純度が９９％以上のアルミナで構成されている。これにより、十分に耐摩耗性に優れた突出部３１４および被駆動部材２５が得られる。なお、突出部３１４および被駆動部材２５は、セラミックスの他に、例えば、製造上混入し得るまたは製造上必要な材料を含んでいてもよい。

図２に示すように、制御装置６は、情報を処理する処理部としてのプロセッサー６１と、プロセッサー６１に通信可能に接続された記憶部としてのメモリー６２と、外部インターフェース６３と、を有する。そして、制御装置６の各部は、種々のバスを介して通信可能に接続されている。プロセッサー６１は、メモリー６２に記憶された各種プログラム等を実行する。メモリー６２には、プロセッサー６１により実行可能な各種プログラムが保存（記憶）されている。また、メモリー６２には、外部インターフェース６３で受け付けたホストコンピューターからの各種データの保存が可能である。メモリー６２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリーや、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー等を含んで構成されている。

制御装置６が有するプロセッサー６１は、エンコーダー４Ａ、４Ｂの出力および力検出部５の出力に基づいて、圧電駆動部３Ａ、３Ｂの駆動を制御する。これにより、ハンド１は、指部２３、２４によって対象物Ｗを所定の把持力で把持したり、把持した対象物Ｗをリリースしたりすることができる。また、制御装置６は、被駆動部材２５、２６の摩耗が移動領域Ｑ内で局所的に生じないように、すなわち、移動領域Ｑ内で摩耗がなるべく均一となるように圧電駆動部３Ａ、３Ｂの駆動を制御する。なお、移動領域Ｑとは、被駆動部材２５、２６の突出部３１４と接触して突出部３１４と相対的に移動する領域を言い、図６に示すように、スライダー２１が最も紙面左側（指部２４側）に移動した状態での被駆動部材２５と突出部３１４との接触箇所Ｑ’と、スライダー２１が最も紙面右側（指部２４と反対側）に移動した状態での被駆動部材２５と突出部３１４との接触箇所Ｑ”と、の間の領域である。被駆動部材２６についても同様である。

以下、制御装置６によるハンド１の制御方法について説明するが、移動体装置１０Ａ、１０Ｂでその制御が同様であるため、以下では、説明の便宜上、移動体装置１０Ａについて代表して説明し、移動体装置１０Ｂについては、その説明を省略する。まず、圧電駆動部３Ａは、スライダー２１を所定距離スライドさせる場合、その駆動パターンとして、図７に示すように、スライダー２１が停止した状態からスライダー２１を予め設定された最大速度Ｓｍまで加速させる加速駆動モードＭ１と、最大速度Ｓｍを維持する等速駆動モードＭ２と、最大速度Ｓｍからスライダー２１を停止させる減速駆動モードＭ３と、を有する。ただし、最大速度Ｓｍまで到達する時間が無い程にスライダー２１の移動距離が短い場合には、図中の鎖線で示すように、等速駆動モードＭ２が省略され、最大速度に到達する前に加速駆動モードＭ１から減速駆動モードＭ３に切り替わる場合もある。なお、図７では、加速駆動モードＭ１の加速度が一定であるが、これに限定されず、加速度が経時的に変化してもよい。同様に、図７では、減速駆動モードＭ３の減速率が一定であるが、これに限定されず、減速度が経時的に変化してもよい。

ここで、加速駆動モードＭ１および減速駆動モードＭ３では、突出部３１４と被駆動部材２５との間に生じる摩擦力が、等速駆動モードＭ２の時において突出部３１４と被駆動部材２５との間に生じる摩擦力よりも大きい。そのため、加速駆動モードＭ１および減速駆動モードＭ３では、等速駆動モードＭ２よりも被駆動部材２５に負担がかかる。したがって、例えば、図８に示すように、被駆動部材２５の移動領域Ｑ内に位置するある領域Ｄにおいて、加速駆動モードＭ１や減速駆動モードＭ３が繰り返し行われると、領域Ｄが他の部分よりも、その表面の摩耗が進んで表面が粗くなってしまったり、凹状に擦り減ってしまったりする。このような状態では、例えば、突出部３１４が領域Ｄに引っ掛かってしまい、スライダー２１のスムーズなスライドが阻害されたり、スライダー２１のそれ以上のスライドができなくなったりする。

なお、対象物Ｗを把持するモードとして、例えば、対象物Ｗを把持した状態で、圧電駆動部３Ａ、３Ｂの駆動を停止する第１把持モードＭｈ１（図示せず）と、図９に示すように、対象物Ｗを把持した状態で、把持力が高まる方向すなわち指部２３、２４が接近する方向に向けて指部２３、２４を移動させるように圧電駆動部３Ａ、３Ｂの駆動を継続する第２把持モードＭｈ２と、がある。第２把持モードＭｈ２は、第１把持モードＭｈ１と比べて大きな把持力を得易いため、より大きな把持力が必要な場合に有効なモードである。しかしながら、第２把持モードＭｈ２では、対象物Ｗによってスライダー２１のそれ以上のスライドが規制されているため、移動領域Ｑの同じ領域で圧電駆動部３Ａが空回りしている状態すなわち被駆動部材２５に対して突出部３１４がスリップしている状態となる。このような状態は、前述した加速駆動モードＭ１および減速駆動モードＭ３と同等もしくはそれ以上に被駆動部材２５にダメージを与え、図８に示すような凹みが形成される大きな原因となる。

そこで、制御装置６は、加速駆動モードＭ１の時、減速駆動モードＭ３の時および第２把持モードＭｈ２の時には、突出部３１４と当接する被駆動部材２５は移動領域Ｑの全域で均一になるように、移動体装置１０Ａの駆動を制御する。このような制御方法によれば、被駆動部材２５のダメージを受ける領域が移動領域Ｑの全域に分散される。そのため、図８に示すような凹みの形成が低減され、図１０に示すように、凹部の底が拡がるようになることで移動領域Ｑの全域が均質に擦り減る。したがって、長期的に被駆動部材２５の移動領域Ｑを良好な状態に維持することができ、長期的な駆動を安定して行うことのできる移動体装置１０Ａが得られる。

次に、具体的な制御方法について説明する。例えば、図１１に示すように、駆動開始状態では、スライダー２１が原点Ｐ０（待機位置）に位置している。この状態で、ホストコンピューターから制御装置６に「スライダー２１を目標位置Ｐ１に移動させる命令」が入力されると、制御装置６は、受け取った命令に従って圧電駆動部３Ａを駆動し、図１２に示すように、スライダー２１を目標位置Ｐ１に移動させる。この時、プロセッサー６１は、被駆動部材２５の移動領域Ｑのうち、加速駆動モードＭ１の時に突出部３１４と当接した領域Ｑ１をエンコーダー４Ａの出力から検出し、領域Ｑ１を「減速駆動モードＭ３の時に突出部３１４との当接を回避する領域」である当接回避領域ＱＸ１としてメモリー６２に記憶する。

ここで、図１２の状態で、ホストコンピューターから制御装置６に「スライダー２１を原点Ｐ０に移動させる命令」が入力され、制御装置６がその命令に従って、スライダー２１を原点Ｑ０に移動させてしまうと、図１３に示すように、減速駆動モードＭ３の時に突出部３１４と当接する領域Ｑ２と、当接回避領域ＱＸ１とが重なってしまう。領域Ｑ２と当接回避領域ＱＸ１とが重なってしまうと、当該部分が他の領域と比べてダメージを受けてしまい、図８に示したような凹みが形成される原因となる。そこで、制御装置６は、領域Ｑ２が当接回避領域ＱＸ１と重ならないように、スライダー２１の目標位置Ｐ２を原点Ｐ０からずれた位置に補正する。そして、図１４に示すように、制御装置６は、圧電駆動部３Ａを駆動し、補正した目標位置Ｐ２にスライダー２１を移動させる。これにより、領域Ｑ２が当接回避領域ＱＸ１に重なるのを抑制することができる。そのため、被駆動部材２５の移動領域Ｑが局所的にダメージを受けるのを抑制することができ、長期的に移動領域Ｑの全域を良好で均質な状態に維持することができる。その結果、移動体装置１０Ａは、長期的な駆動を安定して行うことができる。

なお、図１４に示すように、領域Ｑ２が当接回避領域ＱＸ１と重ならないことが最も好ましく、上述した効果をより顕著に発揮することができるが、これに限定されず、領域Ｑ２の一部が当接回避領域ＱＸ１と重なっていてもよい。この場合、領域Ｑ２の当接回避領域ＱＸ１と重なっている部分の長さは、特に限定されないが、例えば、領域Ｑ２の全長の２０％以内であることが好ましく、１０％以内であることがより好ましく、５％以内であることがさらに好ましい。

図１４の状態で、ホストコンピューターから制御装置６に「スライダー２１を目標位置Ｐ３に移動させる命令」が入力されると、制御装置６は、図１５に示すように、目標位置Ｐ２から目標位置Ｐ３までの移動距離Ｌを算出し、算出した移動距離Ｌに従って圧電駆動部３Ａを駆動し、スライダー２１を目標位置Ｐ３に移動させる。これにより、図１４において生じた原点Ｐ０からのずれＭを補正することができ、スライダー２１をより精度よく目標位置Ｐ３に移動させることができる。この時、プロセッサー６１は、被駆動部材２５の移動領域Ｑのうち、加速駆動モードＭ１の時に突出部３１４と当接した領域Ｑ３をエンコーダー４Ａの出力から検出し、領域Ｑ３を当接回避領域ＱＸ２としてメモリー６２に記憶する。

さらに、図１５の状態で、ホストコンピューターから制御装置６に「スライダー２１を原点Ｐ０に移動させる命令」が入力された場合、図１６に示すように、制御装置６は、減速駆動モードＭ３の時に突出部３１４と当接する領域Ｑ４が当接回避領域ＱＸ１、ＱＸ２と重ならないように、スライダー２１の目標位置Ｐ４を原点Ｐ０からずれた位置に補正する。そして、制御装置６は、圧電駆動部３Ａを駆動し、補正した目標位置Ｐ４にスライダー２１を移動させる。これにより、領域Ｑ４が当接回避領域ＱＸ１、ＱＸ２に重なるのを抑制することができる。そのため、移動領域Ｑが局所的にダメージを受けるのを抑制することができ、長期的に移動領域Ｑの全域を良好で均質な状態に維持することができる。その結果、移動体装置１０Ａは、長期的な駆動を安定して行うことができる。特に、図１６では、領域Ｑ４が前々回に設定された当接回避領域ＱＸ１と、前回設定された当接回避領域ＱＸ２のどちらとも重なっていない。そのため、上述した効果をより顕著に発揮することができる。

このように、原点Ｐ０復帰命令の際に、実際のスライダー２１の位置を原点Ｐ０から徐々にずらしていくことにより、減速駆動モードＭ３の時に突出部３１４と当接する領域を移動領域Ｑの全域に亘って分散することができる。これにより、移動領域Ｑが局所的にダメージを受けるのを抑制することができ、長期的に移動領域Ｑの全域を良好で均質な状態に維持することができる。その結果、移動体装置１０Ａは、長期的な駆動を安定して行うことができる。

以上、ハンド１について説明した。上述したように、ハンド１が備える移動体装置１０Ａは、被駆動部材２５と、振動部３１１と、振動部３１１から突出して配置され、被駆動部材２５と当接し、振動部３１１の振動を被駆動部材２５に伝達する突出部３１４と、を有する駆動部としての圧電駆動部３Ａと、処理部としてのプロセッサー６１と、プロセッサー６１で読み取り可能な指示を記憶する記憶部としてのメモリー６２、を備え、振動部３１１の振動によって、被駆動部材２５が移動するように構成されている。また、圧電駆動部３Ａは、その駆動パターンとして、被駆動部材２５を加速させる加速駆動モードＭ１と、被駆動部材２５を減速させる減速駆動モードＭ３と、を有する。また、メモリー６２は、減速駆動モードＭ３の時には突出部３１４との当接を回避する被駆動部材２５の領域を当接回避領域ＱＸ（例えば、前述したＱＸ１、ＱＸ２）として記憶する。言い換えれば、メモリー６２は、突出部３１４が被駆動部材２５に当接していても減速駆動モードＭ３にはしない領域を、当接回避領域ＱＸとして記憶する。そして、プロセッサー６１は、メモリー６２から当接回避領域ＱＸの位置情報を読み取って、減速駆動モードＭ３の時において、突出部３１４が被駆動部材２５の当接回避領域ＱＸとは異なる領域と当接するように圧電駆動部３Ａの駆動を実行する。言い換えれば、突出部３１４が被駆動部材２５の当接回避領域ＱＸとは異なる領域で減速駆動モードＭ３を実行するように圧電駆動部３Ａの駆動を実行する。このような構成によれば、移動領域Ｑの局所的な摩耗を抑制でき、長期的に移動領域Ｑを良好で均質な状態に維持することができる。その結果、長期的な駆動を安定して行うことのできる移動体装置１０Ａとなる。なお、当接回避領域ＱＸ（例えば、前述したＱＸ１、ＱＸ２）は、加速駆動モードＭ１や減速駆動モードＭ３などを実行しないように制限する領域であるので、「駆動モード制限領域」とも言うことができる。

ここで、前記「減速駆動モードＭ３の時において、突出部３１４が被駆動部材２５の当接回避領域ＱＸとは異なる領域と当接する」とは、減速駆動モードＭ３の時において突出部３１４が被駆動部材２５と当接する領域の全部が当接回避領域ＱＸと重なっていない場合の他、一部が当接回避領域ＱＸと重なっている場合も含む意味である。一部が当接回避領域ＱＸと重なっている場合では、例えば、減速駆動モードＭ３の時において突出部３１４が被駆動部材２５と当接する領域の全長に対して、当接回避領域ＱＸと重なっている部分の長さが２０％以内であることが好ましく、１０％以内であることがより好ましく、５％以内であることがさらに好ましい。また、当接回避領域ＱＸの設定や読み取りは、毎回行ってもよいし、複数回、例えば、２回～１０回の駆動毎に行ってもよい。

また、前述したように、ハンド１は、移動体装置１０Ａを有する。そのため、ハンド１は、移動体装置１０Ａの効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

また、前述したように、移動体装置１０Ａの制御方法は、減速駆動モードＭ３の時に突出部３１４との当接を回避する被駆動部材２５の領域を当接回避領域ＱＸとして設定し、減速駆動モードＭ３の時において、突出部３１４が被駆動部材２５の当接回避領域ＱＸとは異なる領域と当接するように圧電駆動部３Ａの駆動を実行する。このような制御方法によれば、移動領域Ｑの局所的な摩耗が抑制され、長期的に移動領域Ｑを良好かつ均質な状態に維持することができる。その結果、長期的な駆動を安定して行うことのできる移動体装置１０Ａとなる。

また、前述したように、メモリー６２に記憶されている当接回避領域ＱＸは、少なくとも前回の加速駆動モードＭ１の時に突出部３１４と当接した被駆動部材２５の領域を含む。これにより、より効果的に、移動領域Ｑの局所的な摩耗が抑制され、長期的な駆動を安定して行うことのできる移動体装置１０Ａとなる。例えば、当接回避領域ＱＸは、複数回前から前回までの全てにおいて、加速駆動モードＭ１の時に突出部３１４と当接した被駆動部材２５の領域を含んでいてもよい。これにより、上述した効果をより顕著に発揮することができる。なお、前記複数回前としては、特に限定されず、移動領域Ｑの長さ等によっても異なるが、例えば、２～２０回前であることが好ましく、５～１５回前であることがより好ましく、７～１３回前であることがさらに好ましい。

また、メモリー６２に記憶されている当接回避領域ＱＸは、例えば、被駆動部材２５の移動領域Ｑを複数の領域に分け、複数の領域毎に、加速駆動モードＭ１の時に突出部３１４と当接した頻度を求め、その頻度が所定値よりも高い領域としてもよい。なお、この場合、全ての領域の中で頻度が最も高い領域を当接回避領域ＱＸとしてもよいし、頻度が高い複数の領域を当接回避領域ＱＸとしてもよい。

また、前述したように、被駆動部材２５は、圧電駆動部３Ａに対して直線的に移動する。これにより、被駆動部材２５をスムーズに移動させることができる。

また、前述したように、突出部３１４は、セラミックスで構成されている。これにより、十分に耐摩耗性に優れた突出部３１４が得られる。また、前述したように、被駆動部材２５は、セラミックスで構成されている。これにより、十分に耐摩耗性に優れた被駆動部材２５が得られる。

＜第２実施形態＞
図１７ないし図１９は、それぞれ、本発明の第２実施形態に係るハンドの駆動方法を説明するための断面図である。

以下の説明では、第２実施形態のハンドに関し、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１７ないし図１９では、それぞれ、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

本実施形態のハンド１では、対象物Ｗを把持する時の指部２３、２４の位置が、前回の位置と同じ位置にならないように移動体装置１０Ａ、１０Ｂの駆動を制御する。このような構成によっても、移動領域Ｑの局所的な摩耗を抑制でき、長期的に移動領域Ｑを良好で均質な状態に維持することができる。その結果、長期的な駆動を安定して行うことのできるハンド１となる。

例えば、ｎ回目の把持動作として、ホストコンピューターから制御装置６に「対象物Ｗを把持するためにスライダー２１、２２を目標位置Ｐａ’、Ｐａ”に移動させる命令」が入力されると、プロセッサー６１は、受け取った命令に従って圧電駆動部３Ａを駆動し、図１７に示すように、スライダー２１、２２を目標位置Ｐａ’、Ｐａ”に移動させ、対象物Ｗを把持する。この時、プロセッサー６１は、各被駆動部材２５、２６の移動領域Ｑのうち、減速駆動モードＭ３の時に突出部３１４と当接した領域Ｑａ’、Ｑａ”をエンコーダー４Ａ、４Ｂの出力から検出し、領域Ｑａ’、Ｑａ”を「減速駆動モードＭ３の時に突出部３１４との当接を回避する領域」である当接回避領域ＱＸａとしてメモリー６２に記憶する。

ｎ回目の把持動作が終了し、ｎ＋１回目の把持動作として、ホストコンピューターから制御装置６に「対象物Ｗを把持するためにスライダー２１、２２を目標位置Ｐｂ’、Ｐｂ”に移動させる命令」が入力されると、図１８に示すように、プロセッサー６１は、スライダー２１、２２を目標位置Ｐｂ’、Ｐｂ”に移動させる際の減速駆動モードＭ３の時に、突出部３１４と当接する移動領域Ｑ中の領域Ｑｂ’、Ｑｂ”を算出する。

次に、プロセッサー６１は、算出した領域Ｑｂ’、Ｑｂ”が当接回避領域ＱＸａ（領域Ｑａ’、Ｑａ”）と重なっているか否かを判断する。領域Ｑｂ’、Ｑｂ”が当接回避領域ＱＸａと重なってない場合、プロセッサー６１は、ホストコンピューターからの命令に従って圧電駆動部３Ａ、３Ｂを駆動し、スライダー２１、２２を目標位置Ｐｂ’、Ｐｂ”に移動させ、対象物Ｗを把持する。

一方、領域Ｑｂ’、Ｑｂ”の少なくとも一方が当接回避領域ＱＸａと重なる場合、プロセッサー６１は、目標位置Ｐｂ’、Ｐｂ”を補正する。具体的には、図１９に示すように、プロセッサー６１は、目標位置Ｐｂ’、Ｐｂ”の相対的な位置関係（指部２３、２４の離間距離）を保ちつつ、当接回避領域ＱＸａと重ならない位置に目標位置Ｐｂ’、Ｐｂ”をずらす。そして、プロセッサー６１は、圧電駆動部３Ａ、３Ｂを駆動し、スライダー２１、２２を補正後の目標位置Ｐｂ’、Ｐｂ”に移動させ、対象物Ｗを把持する。このような制御方法によれば、減速駆動モードＭ３の時に突出部３１４と当接する領域が移動領域Ｑ内で分散されるため、移動領域Ｑの局所的な摩耗を抑制でき、長期的に移動領域Ｑを良好で均質な状態に維持することができる。その結果、長期的な駆動を安定して行うことのできるハンド１となる。

このようなハンド１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。なお、本実施形態のハンド１を多関節ロボットに搭載した場合、ホストコンピューターからの指令に対して対象物Ｗの把持位置（スライダー２１、２２の位置）を変更するため、把持位置のずれをキャンセルするようにして、ハンド１（基部２０）の位置や姿勢を補正する必要がある。そのため、例えば、プロセッサー６１は、補正前後の目標位置Ｐｂ’、Ｐｂ”のずれ量をロボットにフィードバックし、フィードバックを受けたロボットがそのずれ量をキャンセルできるようにハンド１の姿勢や位置を補正すればよい。

＜第３実施形態＞
図２０および図２１は、それぞれ、本発明の第３実施形態に係るハンドを示す平面図である。

以下の説明では、第３実施形態のハンドに関し、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２０および図２１では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図２０および図２１に示すハンド１は、基部２０と、基部２０に対して軸Ｊまわりに回転可能に支持された一対の被駆動部材２５、２６と、被駆動部材２５、２６に固定された指部２３、２４と、被駆動部材２５、２６を回転させる圧電駆動部３Ａ、３Ｂと、を有する。被駆動部材２５、２６は、それぞれ、円板形状であり、その側面に圧電駆動部３Ａ、３Ｂの突出部３１４が当接している。このような構成のハンド１では、圧電駆動部３Ａ、３Ｂの駆動によって被駆動部材２５、２６を軸Ｊまわりに回転させることにより、指部２３、２４を開閉することができる。

このようなハンド１においても、図２１に示すように、対象物Ｗを把持する時の指部２３、２４の位置が、前回の位置（図２０の位置）と同じ位置にならないように移動体装置１０Ａ、１０Ｂの駆動を制御する。すなわち、被駆動部材２５、２６の減速駆動モードＭ３の時に当接する領域が、前回の領域と重ならないように移動体装置１０Ａ、１０Ｂの駆動を制御する。そのため、被駆動部材２５、２６の移動領域Ｑの局所的な摩耗を抑制でき、長期的に移動領域Ｑを良好で均質な状態に維持することができる。その結果、長期的な駆動を安定して行うことのできるハンド１となる。

このようなハンド１では、前述したように、被駆動部材２５、２６は、圧電駆動部３Ａ、３Ｂに対して回転する。これにより、被駆動部材２５、２６をスムーズに移動させることができる。

＜第４実施形態＞
図２２および図２３は、それぞれ、本発明の第４実施形態に係るハンドを示す平面図である。

以下の説明では、第４実施形態のハンドに関し、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２２および図２３では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図２２および図２３に示すハンド１は、基部２０と、基部２０に対して軸Ｊ１まわりに回転可能に支持された一対の被駆動部材２５、２６と、被駆動部材２５、２６に固定された指部２３、２４と、を有する。また、指部２３、２４は、被駆動部材２５、２６に固定された基節部２３１、２４１と、基節部２３１、２４１に対して軸Ｊ２まわりに回転可能に支持された被駆動部材２３２、２４２と、被駆動部材２３２、２４２に固定された末節部２３３、２４３と、を有する。

また、ハンド１は、被駆動部材２５、２６を回転させる圧電駆動部３Ａ、３Ｂと、被駆動部材２３２、２４２を回転させる圧電駆動部３Ｃ、３Ｄと、を有する。なお、被駆動部材２３２、２４２および圧電駆動部３Ｃ、３Ｄは、被駆動部材２５、２６および圧電駆動部３Ａ、３Ｂと同様の構成である。また、被駆動部材２３２および圧電駆動部３Ｃで移動体装置１０Ｃが構成され、被駆動部材２４２および圧電駆動部３Ｄで移動体装置１０Ｄが構成されている。

被駆動部材２５、２６、２３２、２４２は、それぞれ、円板形状であり、その側面に圧電駆動部３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄの突出部３１４が当接している。このような構成のハンド１では、圧電駆動部３Ａ、３Ｂの駆動によって被駆動部材２５、２６を軸Ｊ１まわりに回転させることにより、基節部２３１、２４１を開閉することができ、圧電駆動部３Ｃ、３Ｄの駆動によって被駆動部材２３２、２４２を軸Ｊ２まわりに回転させることにより、末節部２３３、２４３を開閉することができる。

このようなハンド１においても、図２３に示すように、対象物Ｗを把持する時の基節部２３１、２４１および末節部２３３、２４３の位置が、前回の位置（図２２の位置）と同じ位置にならないように移動体装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄの駆動を制御する。すなわち、被駆動部材２５、２６、２３２、２４２の減速駆動モードＭ３の時に当接する領域が、前回の領域と重ならないように移動体装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄの駆動を制御する。そのため、被駆動部材２５、２６、２３２、２４２の移動領域Ｑの局所的な摩耗を抑制でき、長期的に移動領域Ｑを良好で均質な状態に維持することができる。その結果、長期的な駆動を安定して行うことのできるハンド１となる。

＜第５実施形態＞
図２４は、本発明の第５実施形態に係るロボットを示す斜視図である。

図２４に示すロボット１０００は、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ことができる。ロボット１０００は、６軸ロボットであり、床や天井に固定されるベース１０１０と、ベース１０１０に回動自在に連結されたアーム１０２０と、アーム１０２０に回動自在に連結されたアーム１０３０と、アーム１０３０に回動自在に連結されたアーム１０４０と、アーム１０４０に回動自在に連結されたアーム１０５０と、アーム１０５０に回動自在に連結されたアーム１０６０と、アーム１０６０に回動自在に連結されたアーム１０７０と、これらアーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０の駆動を制御する制御装置１０８０と、を有する。

また、アーム１０７０にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にはロボット１０００に実行させる作業に応じたエンドエフェクター１０９０が装着される。なお、エンドエフェクター１０９０として、前述したハンド１を用いることができる。

このように、ロボット１０００は、ハンド１を有する。そのため、ロボット１０００は、移動体装置１０Ａ、１０Ｂを備える。したがって、前述した移動体装置１０Ａ、１０Ｂの効果を享受することができ、長期的な駆動を安定して行うことのできるロボット１０００となる。

なお、ロボット１０００の構成としては、本実施形態の構成に限定されず、例えば、水平多関節ロボット（スカラロボット）や双腕ロボットであってもよい。

＜第６実施形態＞
図２５は、本発明の第６実施形態に係るロボットを示す側面図である。図２６および図２７は、それぞれ、ロボットが有する移動体装置を示す平面図である。図２８は、図２５のロボットの制御方法を示すフローチャートである。

図２５に示すロボット２０００は、水平多関節ロボットであり、基台２１００と、第１アーム２２００と、第２アーム２３００と、作業ヘッド２４００と、エンドエフェクター２５００と、を有する。

基台２１００は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台２１００には第１アーム２２００が連結している。第１アーム２２００は、基台２１００に対して鉛直方向に沿う第１回動軸Ｊａまわりに回動可能である。また、基台２１００内には、第１アーム２２００を回動させる移動体装置１０Ｅが設けられている。第１アーム２２００の先端部には第２アーム２３００が連結している。第２アーム２３００は、第１アーム２２００に対して鉛直方向に沿う第２回動軸Ｊｂまわりに回動可能である。第２アーム２３００内には、第２アーム２３００を回動させる移動体装置１０Ｆが設けられている。

第２アーム２３００の先端部には、作業ヘッド２４００が配置されている。作業ヘッド２４００は、第２アーム２３００の先端部に同軸的に配置されたスプラインナット２４１０およびボールネジナット２４２０と、スプラインナット２４１０およびボールネジナット２４２０に挿通されたスプラインシャフト２４３０と、を有する。スプラインシャフト２４３０は、第２アーム２３００に対して、その軸（回動軸Ｊｃ）まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。

また、ロボット２０００は、移動体装置１０Ｅ、１０Ｆの駆動を制御する制御装置６を有し、制御装置６は、基台２１００に設けられている。

図２６に示すように、移動体装置１０Ｅは、第１アーム２２００に固定された円盤状の被駆動部材２５と、基台２１００に固定され、被駆動部材２５の側面に当接された圧電駆動部３Ｅと、を有する。また、移動体装置１０Ｆは、第１アーム２２００に固定された円盤状の被駆動部材２６と、第２アーム２３００に固定され、被駆動部材２６の側面に当接された圧電駆動部３Ｆと、を有する。圧電駆動部３Ｅ、３Ｆは、前述した圧電駆動部３Ａ～３Ｄと同様の構成であり、振動部３１１の振動を被駆動部材２５、２６に伝達する突出する３１４を有し、この突出部３１４が被駆動部材２５、２６の側面に押し付けられている。

ここで、作業ヘッド２４００を目標位置Ｐへ移動さる場合、プロセッサー６１は、ｎ回目の動作で図２６に示す姿勢としたとすると、ｎ＋１回目の動作では図２７に示すようにｎ回目の動作のときと第１アーム２２００および第２アーム２３００が異なる姿勢となるように移動体装置１０Ｅ、１０Ｆの駆動を制御する。すなわち、プロセッサー６１は、被駆動部材２５、２６の減速駆動モードＭ３の時に当接する領域が、前回の領域と重ならないように移動体装置１０Ｅ、１０Ｆの駆動を制御する。そのため、被駆動部材２５、２６の移動領域Ｑの局所的な摩耗を抑制でき、長期的に移動領域Ｑを良好で均質な状態に維持することができる。その結果、長期的な駆動を安定して行うことのできるロボット２０００となる。ただし、ｎ＋１回目において、ｎ回目と異なる姿勢をとることができない場合、すなわち、作業ヘッド２４００を所定の位置へ移動させるための第１、第２アーム２２００、２３００の姿勢が１つしかない場合、プロセッサー６１は、第１アーム２２００および第２アーム２３００がｎ回目と同じ姿勢となるように移動体装置１０Ｅ、１０Ｆの駆動を制御する。

上記の駆動方法を図２８のフローチャートに基づいて説明すると、プロセッサー６１は、まず、ホストコンピューターから制御装置６に作業ヘッド２４００の目標位置が入力される（ＳＴＥＰ１）。次に、プロセッサー６１は、受け取った目標位置に作業ヘッド２４００を移動させるための第１、第２アーム２２００、２３００の回動角を求める（ＳＴＥＰ２）。次に、プロセッサー６１は、第１、第２アーム２２００、２３００の回動角（姿勢）の組合せ（解）が２つ以上あるか否かを判断する（ＳＴＥＰ３）。解が２つ以上ある場合、プロセッサー６１は、ｎ＋１回目の駆動において、第１、第２アーム２２００、２３００の姿勢がｎ回目と異なる姿勢となるように作業ヘッド２４００を目標位置に移動させる（ＳＴＥＰ４）。一方、解が２つ以上ない場合、プロセッサー６１は、解が１つであるか否かを判断する（ＳＴＥＰ５）。解が１つである場合、プロセッサー６１は、ｎ＋１回目の駆動において、第１、第２アーム２２００、２３００の姿勢がｎ回目と同じ姿勢となるように作業ヘッド２４００を目標位置に移動させる（ＳＴＥＰ６）。一方、解がない場合、作業ヘッド２４００を目標位置に移動させることができないため、プロセッサー６１は、例えば、エラー等を報知する（ＳＴＥＰ７）。

以上、本実施形態のロボット２０００について説明した。なお、本実施形態のロボット２０００は、関節を２つ有する構成であるが、関節の数は、特に限定されず、例えば、３つ以上であってもよく、６軸ロボット等の多関節ロボットであってもよい。また、３つ以上の関節を有する場合、少なくとも１つの関節の回動角（基端側のアームに対する先端側のアームの姿勢）がｎ回目とｎ＋１回目とで異なっていればよい。すなわち、一部の関節の回動角（基端側のアームに対する先端側のアームの姿勢）がｎ回目とｎ＋１回目とで同じであってもよい。

以上、本発明の移動体装置、ハンド、ロボットおよび移動体装置の制御方法を、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、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

１…ハンド、１０Ａ～１０Ｆ…移動体装置、２０…基部、２１、２２…スライダー、２３、２４…指部、２３１、２４１…基節部、２３２、２４２…被駆動部材、２３３、２４３…末節部、２５、２６…被駆動部材、２９…スライドガイド、３Ａ～３Ｆ…圧電駆動部、３０…圧電モジュール、３１…圧電アクチュエーター、３１０…積層体、３１１…振動部、３１１ａ～３１１ｅ…圧電素子、３１２…支持部、３１３…接続部、３１４…突出部、３２…付勢部、４Ａ、４Ｂ…エンコーダー、５…力検出部、６…制御装置、６１…プロセッサー、６２…メモリー、６３…外部インターフェース、１０００…ロボット、１０１０…ベース、１０２０～１０７０…アーム、１０８０…制御装置、１０９０…エンドエフェクター、２０００…ロボット、２１００…基台、２２００…第１アーム、２３００…第２アーム、２４００…作業ヘッド、２４１０…スプラインナット、２４２０…ボールネジナット、２４３０…スプラインシャフト、２５００…エンドエフェクター、Ｄ…領域、Ｊ、Ｊ１、Ｊ２…軸、Ｊａ…第１回動軸、Ｊｂ…第２回動軸、Ｊｃ…回動軸、Ｌ…移動距離、Ｍ…ずれ、Ｍ１…加速駆動モード、Ｍ２…等速駆動モード、Ｍ３…減速駆動モード、Ｍｈ２…第２把持モード、Ｐ…目標位置、Ｐ０…原点、Ｐ１～Ｐ４…目標位置、Ｐａ’、Ｐａ”、Ｐｂ’、Ｐｂ”…目標位置、Ｑ…移動領域、Ｑ’、Ｑ”…接触箇所、Ｑ１～Ｑ４…領域、ＱＸ、ＱＸ１、ＱＸ２、ＱＸａ…当接回避領域、Ｑａ’、Ｑａ”、Ｑｂ’、Ｑｂ”…領域、Ｗ…対象物

Claims (10)

1. 被駆動部材と、
   振動部と、前記振動部から突出して配置され、前記被駆動部材と当接し、前記振動部の振動を前記被駆動部材に伝達する突出部と、を有する駆動部と、
   処理部と、
   前記処理部で読み取り可能な指示を記憶する記憶部と、を備え、
   前記被駆動部材は、前記振動部の振動によって移動するように構成され、
   前記記憶部は、
   前記突出部と当接する前記被駆動部材の領域のうち、前記被駆動部材を減速させない領域を記憶し、
   前記処理部は、
   前記記憶部から前記被駆動部材を減速させない領域の位置情報を読み取って、前記突出部が前記被駆動部材を前記減速させない領域とは異なる領域に当接しているときに、前記被駆動部材を減速させることを特徴とする移動体装置。
2. 前記記憶部に記憶されている前記被駆動部材を減速させない領域は、前記被駆動部材が以前に減速した領域を含む請求項１に記載の移動体装置。
3. 前記記憶部に記憶されている前記被駆動部材を減速させない領域は、前記被駆動部材が以前に加速した領域を含む請求項１または２に記載の移動体装置。
4. 前記被駆動部材は、前記駆動部に対して直線移動する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の移動体装置。
5. 前記被駆動部材は、前記駆動部に対して回転する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の移動体装置。
6. 前記突出部は、セラミックスで構成されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の移動体装置。
7. 前記被駆動部材は、セラミックスで構成されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の移動体装置。
8. 指部と、
   請求項１ないし７のいずれか１項に記載の移動体装置と、を有し、
   前記移動体装置が指部を移動させることを特徴とするハンド。
9. 回動軸に対して回動するアームと、
   請求項１ないし７のいずれか１項に記載の移動体装置と、を有し、
   前記移動体装置が前記アームを回動することを特徴とするロボット。
10. 被駆動部材と、
    振動部と、前記振動部から突出して配置され、前記被駆動部材と当接し、前記振動部の振動を前記被駆動部材に伝達する突出部と、を有する駆動部と、
    処理部と、
    前記処理部で読み取り可能な指示を記憶する記憶部と、を有し、
    前記被駆動部材は、前記振動部の振動によって移動するように構成され、
    前記記憶部は、
    前記突出部と当接する前記被駆動部材の領域のうち、前記被駆動部材を減速させない領域を記憶し、
    前記処理部は、
    前記記憶部から前記被駆動部材を前記減速させない領域の位置情報を読み取って、前記突出部が前記被駆動部材を減速させない領域とは異なる領域に当接しているときに、前記被駆動部材を減速させることを特徴とする移動体装置の制御方法。

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