JP7804976B2 - Drive unit - Google Patents
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Description
本発明は、駆動装置に関する。 The present invention relates to a drive device .
従来、微小部品のピックアップや組み立て、細胞操作などにマイクロマニピュレータが用いられている(例えば特許文献1参照)。特許文献1のマイクロマニピュレータは、微小な把持対象物を把持するために、作業ツールとして開閉可能な複数本の把持アームを有するマイクログリッパーを備えている。マイクロマニピュレータの作業ツールとしては、マイクログリッパーの他に、例えばピペットや注射針などが使用される。 Micromanipulators have traditionally been used for picking up and assembling minute parts, manipulating cells, and other tasks (see, for example, Patent Document 1). The micromanipulator in Patent Document 1 is equipped with a microgripper with multiple openable and closable gripping arms as a working tool for grasping minute objects. In addition to microgrippers, other working tools used by micromanipulators include, for example, pipettes and syringe needles.
また、特許文献1では、把持対象物が微小なため、顕微鏡を介して把持対象物を撮像するカメラが設けられており、オペレータはディスプレイに出力された画像を参照して把持アームを操作可能になっている。また、特許文献1のマニピュレータは、把持アーム先端部を中心としてマイクログリッパーを円弧状に移動可能な姿勢変更機構と、該マイクログリッパー及び姿勢変更機構を3次元移動させるXYZ移動機構とを備え、把持アーム先端部を顕微鏡視野内で姿勢変更可能に構成している。 In addition, in Patent Document 1, because the object to be grasped is tiny, a camera is provided that captures an image of the object to be grasped through a microscope, and the operator can operate the grasping arm by referring to the image output on a display. Furthermore, the manipulator in Patent Document 1 is equipped with a position change mechanism that can move the microgripper in an arc around the tip of the grasping arm, and an XYZ movement mechanism that moves the microgripper and the position change mechanism in three dimensions, allowing the position of the tip of the grasping arm to be changed within the field of view of the microscope.
一方、電気エネルギーを機械的仕事に変換する装置として、圧電素子を利用した駆動装置がある。本出願人は、ガイド部材と拘束部材とで支持された駆動軸の一端に圧電素子を取り付け、当該圧電素子を伸縮させることで駆動軸を軸方向に移動させる駆動装置を提案している(特許文献2参照)。このような駆動装置では、鋸波の単一パルス又は連続パルスを圧電素子に電圧印加し、駆動軸と該駆動軸に摩擦係合する移動体又は支持体との接触面の状態を固着状態(スティック)と滑り状態(スリップ)とに変化させて、駆動軸と移動体又は支持体とを相対移動させる。 Meanwhile, there are drive devices that use piezoelectric elements to convert electrical energy into mechanical work. The applicant has proposed a drive device in which a piezoelectric element is attached to one end of a drive shaft supported by a guide member and a restraining member, and the drive shaft is moved axially by expanding and contracting the piezoelectric element (see Patent Document 2). In such a drive device, a single or continuous sawtooth wave pulse is applied to the piezoelectric element, changing the state of the contact surface between the drive shaft and the moving body or support that frictionally engages with the drive shaft between a stuck state (stick) and a sliding state (slip), thereby moving the drive shaft and the moving body or support relative to each other.
本発明は、駆動軸の少なくとも一端に圧電素子を固定した支持ユニットと、前記支持ユニットの前記駆動軸に摩擦係合する移動体ユニットと、を有する駆動装置において、設計の自由度および用途の汎用性を向上することを目的とする。The present invention aims to improve the design freedom and versatility of use of a drive device having a support unit with a piezoelectric element fixed to at least one end of a drive shaft and a moving body unit that frictionally engages with the drive shaft of the support unit.
参考発明は、作業ツールの向きを変更できるカメラ付き作業モジュールの小型化及び軽量化を実現することを技術的課題としている。 The technical problem of the reference invention is to realize a compact and lightweight work module with a camera that can change the orientation of a work tool.
参考発明のカメラ付き作業モジュールは、作業ツールの作業領域を撮像する撮像装置と、前記作業ツールを支持するとともに前記作業ツールを前記作業領域に対して回転させるツール回転装置と、前記ツール回転装置と前記撮像装置とを支持する台座部材とを備え、前記撮像装置は、前記台座部材に回転不能に保持されるとともに、前記ツール回転装置による前記作業ツールの回転軸上に配置されているものである。
ここで、「撮像装置は、作業ツールの回転軸上に配置されている」構成には、撮像装置の光軸と作業ツールの回転軸とが一致している構成のほか、撮像装置の光軸と作業ツールの回転軸とが一致していない(ずれている)構成も含む。
The camera-equipped work module of the reference invention comprises an imaging device that images the working area of a work tool, a tool rotation device that supports the work tool and rotates it relative to the working area, and a base member that supports the tool rotation device and the imaging device, wherein the imaging device is held non-rotatably on the base member and is positioned on the rotation axis of the work tool rotated by the tool rotation device.
Here, the configuration in which "the imaging device is arranged on the rotation axis of the work tool" includes not only a configuration in which the optical axis of the imaging device and the rotation axis of the work tool are aligned, but also a configuration in which the optical axis of the imaging device and the rotation axis of the work tool are not aligned (shifted).
参考発明のカメラ付き作業モジュールによれば、ツール回転装置によって作業ツールの姿勢(向き)を変更して作業の確実性及び正確性を向上できるとともに、台座部材にツール回転装置と撮像装置とを設け、撮像装置をツール回転装置による作業ツールの回転軸上に配置しているから、作業ツールの回転軸に対して撮像装置を移動させる機構が不要であり、コンパクトかつ軽量で作業性の高いカメラ付き作業モジュールを実現できる。このように、カメラ付き作業モジュールをコンパクトかつ軽量に構成することで、駆動力が小さい小型のロボットへの装着が可能になる。また、撮像装置は台座部材に回転不能に保持されているから、ツール回転装置によって作業ツールを回転させても、撮像装置が取得する画像は回転しないのでオペレータにとって操作性がよい。 According to the camera-equipped work module of the reference invention, the tool rotation device can change the attitude (orientation) of the work tool, improving the reliability and accuracy of work. Furthermore, since the tool rotation device and imaging device are mounted on a base member and the imaging device is positioned on the axis of rotation of the work tool caused by the tool rotation device, a mechanism for moving the imaging device relative to the axis of rotation of the work tool is not required, resulting in a compact, lightweight, and highly workable camera-equipped work module. By making the camera-equipped work module compact and lightweight in this way, it can be attached to a small robot with low driving force. Furthermore, since the imaging device is non-rotatably held by the base member, even if the work tool is rotated by the tool rotation device, the image captured by the imaging device does not rotate, providing excellent operability for the operator.
また、参考発明のカメラ付き作業モジュールによれば、作業ツールとツール回転装置と撮像装置とを1つの台座部材に組み付けてモジュール化することで、移動機構を有する様々なロボットに作業ツールとツール回転装置と撮像装置を組み込むことが容易になる。また、参考発明のカメラ付き作業モジュールでは、撮像装置が取得した画像を見ながら、作業ツールを操作できる。そして、撮像装置の光軸と作業ツールの作業領域(例えば作業ツールの先端部)とを調整済みのカメラ付き作業モジュールを準備しておくことで、ロボットへの作業ツール及び撮像装置の取付けを迅速かつ容易に行える。また、参考発明のカメラ付き作業モジュールは、小型化及び軽量化を実現できるので、駆動力が小さい小型のロボットへの装着が可能になる。また、作業ツールの作業領域に撮像装置のレンズの光軸を通すことで、レンズの収差の影響が小さい画像領域にて作業ツールの作業領域を観察できる。 Furthermore, according to the camera-equipped work module of the reference invention, the work tool, tool rotation device, and imaging device are assembled and modularized on a single base member, making it easy to incorporate the work tool, tool rotation device, and imaging device into various robots with moving mechanisms. Furthermore, the camera-equipped work module of the reference invention allows the user to operate the work tool while viewing images captured by the imaging device. Furthermore, by preparing a camera-equipped work module in which the optical axis of the imaging device and the work area of the work tool (e.g., the tip of the work tool) have already been adjusted, the work tool and imaging device can be quickly and easily attached to the robot. Furthermore, the camera-equipped work module of the reference invention can be made smaller and lighter, making it possible to attach it to small robots with low driving force. Furthermore, by passing the optical axis of the imaging device's lens through the work area of the work tool, the work area of the work tool can be observed in an image area where the influence of lens aberration is minimal.
参考発明のカメラ付き作業モジュールにおいて、前記撮像装置は、レンズ駆動用圧電素子の振動によってレンズを光軸に沿って移動させるレンズ駆動装置と、前記レンズを通過した光を受光する撮像素子と、を備えているようにしてもよい。 In the camera-equipped work module of the reference invention, the imaging device may include a lens driving device that moves the lens along the optical axis by vibrating a piezoelectric element for driving the lens, and an imaging element that receives light that has passed through the lens.
このような態様によれば、レンズ駆動用圧電素子の振動によってレンズを移動させるようにしたので、レンズ駆動装置の構成を簡素化でき、レンズ駆動装置の小型化及び軽量化を実現できる。そして、撮像装置の小型化及び軽量化、ひいてはカメラ付き作業モジュールの小型化及び軽量化を実現できる。 In this configuration, the lens is moved by the vibration of the lens-driving piezoelectric element, which simplifies the configuration of the lens driving device and enables the lens driving device to be made smaller and lighter. This in turn enables the imaging device to be made smaller and lighter, and ultimately the camera-equipped work module to be made smaller and lighter.
上記レンズ駆動装置及び撮像素子を備えた態様において、前記撮像素子から延びる配線部材が前記作業ツールの回転可能範囲を避けて延設されるとともに、前記レンズ駆動装置のレンズ駆動軸は、前記撮像素子の側方に配置されているようにしてもよい。 In an embodiment equipped with the above-mentioned lens driving device and imaging element, the wiring member extending from the imaging element may be arranged to avoid the rotational range of the work tool, and the lens driving shaft of the lens driving device may be arranged to the side of the imaging element.
このような態様によれば、配線部材がツール回転装置による作業ツールの回転を妨げるのを防止しながら、撮像素子の側方の空きスペースを有効活用してレンズ駆動装置を配置でき、よりコンパクトなカメラ付き作業モジュールを実現できる。 This configuration prevents the wiring members from interfering with the rotation of the work tool by the tool rotation device, while also making effective use of the available space to the side of the imaging element to position the lens drive device, resulting in a more compact work module with a camera.
また、上記レンズ駆動装置及び撮像素子を備えた態様において、前記レンズ駆動装置のレンズ駆動軸は、前記撮像素子に対して前記レンズとは反対側の位置で前記レンズの光軸の延長線上に配置されているようにしてもよい。 Furthermore, in an aspect including the above-mentioned lens driving device and image sensor, the lens driving shaft of the lens driving device may be arranged on an extension of the optical axis of the lens, on the opposite side of the image sensor from the lens.
このような態様によれば、撮像装置の平面サイズを小さくでき、ひいてはカメラ付き作業モジュールの平面サイズを小さくできる。 This configuration allows the planar size of the imaging device to be reduced, which in turn allows the planar size of the camera-equipped work module to be reduced.
参考発明のカメラ付き作業モジュールにおいて、前記作業ツールの一例は、開閉する把持アームを有するグリッパーである。 In the camera-equipped work module of the reference invention, an example of the work tool is a gripper having gripping arms that open and close.
このような態様によれば、グリッパーにて把持対象物を把持操作できるとともに、ツール回転装置にてグリッパーの姿勢(向き)を変更できるので、コンパクトかつ軽量でより作業性の高いカメラ付き作業モジュールを実現できる。 This configuration allows the gripper to grip and operate the object to be gripped, and the tool rotation device can change the gripper's posture (orientation), making it possible to realize a compact, lightweight, and highly workable camera-equipped work module.
前記グリッパーの前記把持アームは、前記撮像装置の前記光軸と前記把持アームの延伸方向とが交差するように斜め下向きに延伸しているようにしてもよい。 The gripping arm of the gripper may extend diagonally downward so that the optical axis of the imaging device intersects with the extension direction of the gripping arm.
このような態様によれば、グリッパーと撮像装置とをコンパクトに配置できるとともに、把持アームの長さをなるべく短くして把持アームの強度を確保できる。また、把持アームが斜め下向きに延伸していることで、グリッパーの下方(把持アームの基端部の下方)に空間が形成されるので、把持アームの先端部(把持対象物を把持する部位)以外の部位が把持対象物に衝突しないようにでき、グリッパー装置の操作性が向上する。なお、撮像装置に光軸に沿って撮像装置から作業領域へ向かう方向を下向きとしている。 This configuration allows the gripper and imaging device to be arranged compactly, and the length of the gripping arm can be kept as short as possible to ensure the strength of the gripping arm. Furthermore, by extending the gripping arm diagonally downward, a space is formed below the gripper (below the base end of the gripping arm), preventing parts of the gripping arm other than the tip end (the part that grips the object to be gripped) from colliding with the object to be gripped, improving the operability of the gripper device. The direction from the imaging device toward the work area along the optical axis of the imaging device is downward.
前記撮像装置の前記レンズ及び前記撮像素子を第1レンズ及び第1撮像素子とし、前記撮像装置は、前記第1レンズの光軸に対して傾斜した光軸で前記作業領域を撮像する第2レンズ及び第2撮像素子をさらに備え、前記第2レンズは前記第2撮像素子に対して位置固定されているようにしてもよい。 The lens and the imaging element of the imaging device may be a first lens and a first imaging element, and the imaging device may further include a second lens and a second imaging element that capture an image of the work area with an optical axis tilted relative to the optical axis of the first lens, and the second lens may be fixed in position relative to the second imaging element.
このような態様によれば、撮像装置が作業ツールの作業領域を撮像する2つの撮像素子を備えているから、当該作業領域に配置された作業対象物のステレオ画像を見ながら把持作業を行うことができ、操作性が向上する。また、例えば一方の撮像素子の取得画像を使用して作業対象物を探し、作業ツールにて作業対象物を操作する際には2つの撮像素子が取得するステレオ画像を見ながら把持作業を行えるので、操作性に優れている。また、第2レンズは第2撮像素子に対して位置固定されているから、第2レンズ及び第2撮像素子を有する撮像装置を簡素な構成で形成できる。これにより、本実施形態はステレオ画像を取得できる構成でありながら、カメラ付き作業モジュールのコンパクト化を実現できる。なお、本実施形態は、第2レンズが第2撮像素子に対して移動可能で焦点距離を変更可能な構成を排除するものではない。また、第2レンズは複数のレンズで構成されても構わない。 In this embodiment, the imaging device is equipped with two imaging elements that capture images of the work area of the work tool. This allows the operator to perform gripping operations while viewing stereo images of the work object placed in the work area, improving operability. Furthermore, for example, the image captured by one of the imaging elements can be used to locate the work object, and when operating the work object with the work tool, the operator can perform gripping operations while viewing stereo images captured by the two imaging elements, resulting in excellent operability. Furthermore, because the second lens is fixed in position relative to the second imaging element, the imaging device including the second lens and second imaging element can be formed with a simple configuration. This allows the present embodiment to achieve a compact camera-equipped work module while still being capable of capturing stereo images. Note that this embodiment does not exclude a configuration in which the second lens is movable relative to the second imaging element and the focal length can be changed. Furthermore, the second lens may be composed of multiple lenses.
前記第1撮像素子から延びる配線部材が前記作業ツールの回転可能範囲を避けて延設されるとともに、前記第2レンズ及び前記第2撮像素子は、前記作業ツールの回転軸と平行な方向で前記配線部材と重なる位置に配設されているようにしてもよい。 The wiring member extending from the first imaging element may be arranged to avoid the rotational range of the work tool, and the second lens and the second imaging element may be arranged in a position that overlaps with the wiring member in a direction parallel to the rotation axis of the work tool.
このような態様によれば、作業ツールの回転可能範囲を小さくすることなくデッドスペースを活用して第2レンズ及び第2撮像素子を配設でき、カメラ付き作業モジュールの大型化を抑制できる。 This configuration allows the second lens and second image sensor to be installed by utilizing dead space without reducing the rotational range of the work tool, thereby preventing the camera-equipped work module from becoming too large.
参考発明のカメラ付き作業装置は、参考発明のカメラ付き作業モジュールと、前記カメラ付き作業モジュールの前記台座部材を移動させる移動機構とを備えているものである。 The camera-equipped work device of the reference invention comprises the camera-equipped work module of the reference invention and a movement mechanism that moves the base member of the camera-equipped work module.
参考発明のカメラ付き作業装置によれば、参考発明のカメラ付き作業モジュールを備えているので、カメラ付き作業装置全体の小型化及び軽量化を実現できるとともに、カメラ付き作業モジュールの撮像装置で把持対象物を撮像しながら、カメラ付き作業モジュールを移動させて、作業ツールの作業領域に把持対象物を位置合わせできる。 According to the camera-equipped work device of the reference invention, since it is equipped with the camera-equipped work module of the reference invention, the entire camera-equipped work device can be made smaller and lighter, and the camera-equipped work module can be moved while the image of the object to be grasped is captured by the imaging device of the camera-equipped work module, thereby aligning the object to be grasped in the working area of the work tool.
参考発明のカメラ付き作業装置において、前記移動機構は、駆動軸の両端に一対の圧電素子を固定した第1支持ユニットと、前記第1支持ユニットの前記駆動軸に摩擦係合する第1移動体ユニットと、を有する駆動装置を備え、前記第1移動体ユニットに前記カメラ付き作業モジュールの前記台座部材が連結され、前記一対の圧電素子の両方又は一方の駆動によって前記第1移動体ユニットが前記駆動軸の軸方向に移動されるようにしてもよい。 In the camera-equipped work device of the reference invention, the moving mechanism may include a drive device having a first support unit having a pair of piezoelectric elements fixed to both ends of a drive shaft, and a first movable body unit that frictionally engages with the drive shaft of the first support unit, and the base member of the camera-equipped work module may be connected to the first movable body unit, and the first movable body unit may be moved in the axial direction of the drive shaft by driving both or one of the pair of piezoelectric elements.
また、前記移動機構は、駆動軸の両端に一対の圧電素子を固定した第2移動体ユニットと、前記第2移動体ユニットの前記駆動軸に摩擦係合して前記第2移動体ユニットを支持する第2支持ユニットと、を有する駆動装置を備え、前記第2移動体ユニットに前記カメラ付き作業モジュールの前記台座部材が連結され、前記一対の圧電素子の両方又は一方の駆動によって前記第2移動体ユニットが前記駆動軸の軸方向に移動されるようにしてもよい。 The movement mechanism may also include a drive device having a second moving body unit with a pair of piezoelectric elements fixed to both ends of a drive shaft, and a second support unit that frictionally engages with the drive shaft of the second moving body unit to support the second moving body unit, and the base member of the camera-equipped work module may be connected to the second moving body unit, and the second moving body unit may be moved in the axial direction of the drive shaft by driving one or both of the pair of piezoelectric elements.
上記2つの実施形態において、駆動装置は、電気信号(駆動パルス)を機械的な振動に変換する圧電素子の振動により駆動軸を軸方向に振動させることで、第1支持ユニットの駆動軸に摩擦係合する第1移動体ユニット、又は第2支持ユニットに摩擦係合して支持される駆動軸を有する第2移動体ユニットを高い分解能で移動させて高精度に位置決めできる。 In the two embodiments described above, the drive device vibrates the drive shaft in the axial direction using the vibration of a piezoelectric element that converts an electrical signal (drive pulse) into mechanical vibration, thereby moving with high resolution and positioning with high precision the first movable unit that frictionally engages with the drive shaft of the first support unit, or the second movable unit that has a drive shaft that is frictionally engaged and supported by the second support unit.
さらに、これらの実施形態では、駆動装置は駆動軸の両端それぞれに圧電素子を固定しているので、例えばそれらの圧電素子を同時に駆動させて移動体ユニットの移動速度や駆動力を向上させたり、一方の圧電素子のみを駆動させて移動体ユニットの制御性や正確性を向上させたりできる。したがって、この実施形態は、移動体ユニットにカメラ付き作業モジュールの台材部材を直接又は他の部材や機構を介して連結することで、カメラ付き作業モジュールの作業ツールを所望の位置へ迅速かつ高い分解能で正確に移動及び配置できる。 Furthermore, in these embodiments, the drive device has a piezoelectric element fixed to each end of the drive shaft, so that, for example, the piezoelectric elements can be driven simultaneously to improve the movement speed and drive force of the mobile unit, or only one of the piezoelectric elements can be driven to improve the controllability and accuracy of the mobile unit. Therefore, in this embodiment, by connecting the base member of the camera-equipped work module to the mobile unit directly or via another member or mechanism, the work tool of the camera-equipped work module can be moved and positioned to the desired position quickly and accurately with high resolution.
前記駆動装置は、前記第1支持ユニットを前記駆動軸の軸方向に振動可能に保持しながら台材に連結する装置保持部を備えるとともに、前記駆動軸の軸方向の延長上で前記第1支持ユニットの端部に対峙するユニット位置決め体を備え、前記第1支持ユニットの一端部が前記ユニット位置決め体に向けて付勢されるように前記第1支持ユニットの他端部を前記一端部に向けて付勢する弾性体を備えているようにしてもよい。 The drive device may include a device holder that connects the first support unit to a base while holding it so that it can vibrate in the axial direction of the drive shaft, a unit positioning body that faces an end of the first support unit on the extension of the axial direction of the drive shaft, and an elastic body that biases one end of the first support unit toward the unit positioning body so that the other end of the first support unit is biased toward the one end.
このような態様によれば、第1支持ユニットの駆動軸をその軸方向に振動可能な状態で台材に連結でき、圧電素子の駆動によって発生する振動を駆動軸に効率よく伝達できる。さらに、第1支持ユニットを弾性体の反発力(弾性力)によって位置決めしながら駆動軸の軸方向で振動可能に保持することができ、圧電素子の駆動によって発生する振動を駆動軸に効率よく伝達できる。 In this configuration, the drive shaft of the first support unit can be connected to the base in a state in which it can vibrate in its axial direction, allowing vibrations generated by driving the piezoelectric element to be efficiently transmitted to the drive shaft. Furthermore, the first support unit can be held in position by the repulsive force (elastic force) of the elastic body while being able to vibrate in the axial direction of the drive shaft, allowing vibrations generated by driving the piezoelectric element to be efficiently transmitted to the drive shaft.
前記駆動装置は、前記第1支持ユニットを前記駆動軸の軸方向に振動可能に保持しながら台材に連結する装置保持部を備えるとともに、前記装置保持部は、前記第1支持ユニットに設けたユニット側凹部又は凸部と係合する保持部側凸部又は凹部を備えているようにしてもよい。 The drive device may include a device holder that connects the first support unit to a base while holding it so that it can vibrate in the axial direction of the drive shaft, and the device holder may include a holder-side convex or concave portion that engages with a unit-side concave or convex portion provided on the first support unit.
このような態様によれば、第1支持ユニットの駆動軸をその軸方向に振動可能な状態で台材に連結でき、圧電素子の駆動によって発生する振動を駆動軸に効率よく伝達できる。さらに、保持部側凸部又は凹部とユニット側凹部又は凸部とを係合させることで、第1支持ユニットを簡素な構成で位置決めできる。 This configuration allows the drive shaft of the first support unit to be connected to the base in a state in which it can vibrate in its axial direction, and the vibrations generated by driving the piezoelectric element can be efficiently transmitted to the drive shaft. Furthermore, by engaging the convex or concave portion on the holder side with the concave or convex portion on the unit side, the first support unit can be positioned with a simple configuration.
前記駆動装置は、前記移動体ユニットと前記支持ユニットとの位置関係に応じて、前記一対の圧電素子を同時に又は選択的に駆動させるようにしてもよい。 The drive device may drive the pair of piezoelectric elements simultaneously or selectively depending on the positional relationship between the movable unit and the support unit.
このような態様によれば、第1支持ユニットの駆動軸に第1移動体ユニットが摩擦係合している上記実施態様において、駆動軸上で第1移動体ユニットが往復動可能な範囲内での第1移動体ユニットの位置に応じて、移動速度や駆動力を異ならせたり、制御性や正確性を向上させたりすることができる。また、第2移動体ユニットの駆動軸と第2支持ユニットとが摩擦係合している上記実施態様においても、第2支持ユニットに対する第2移動体ユニットの位置に応じて、移動速度や駆動力を異ならせたり、制御性や正確性を向上させたりすることができる。 According to this aspect, in the above embodiment in which the first movable body unit is frictionally engaged with the drive shaft of the first support unit, the movement speed and drive force can be varied, and controllability and accuracy can be improved, depending on the position of the first movable body unit within the range in which the first movable body unit can reciprocate on the drive shaft. Also, in the above embodiment in which the drive shaft of the second movable body unit is frictionally engaged with the second support unit, the movement speed and drive force can be varied, and controllability and accuracy can be improved, depending on the position of the second movable body unit relative to the second support unit.
前記駆動軸の軸方向に沿って所定のストロークの範囲内で移動する前記移動体ユニットが、前記ストロークの中央領域に位置するときには前記一対の圧電素子の両方が駆動され、一方の圧電素子寄りの前記ストロークの一端領域に位置するときには前記一方の圧電素子のみが駆動され、他方の圧電素子寄りの前記ストロークの他端領域に位置するときには前記他方の圧電素子のみが駆動されるようにしてもよい。 The moving body unit moves within a predetermined stroke range along the axial direction of the drive shaft, and when it is located in the central region of the stroke, both of the pair of piezoelectric elements are driven; when it is located in one end region of the stroke closer to one of the piezoelectric elements, only one of the piezoelectric elements is driven; and when it is located in the other end region of the stroke closer to the other piezoelectric element, only the other piezoelectric element is driven.
このような態様によれば、移動体ユニットがストローク中央領域に位置するときに、圧電素子の両方を同時に駆動させることで、移動体ユニットの移動速度や駆動力を向上できる。さらに、移動体ユニットが一方又は他方の圧電素子寄りのストローク端領域に位置するときには、移動体ユニットに近い方の圧電素子のみが駆動されることで、移動体ユニットから遠い方の圧電素子の駆動(振動)が移動体ユニットの移動を阻害するのを防止できる。そして、移動体ユニットに近い方の圧電素子の駆動のみによって移動体ユニットの移動が制御されることで、圧電素子に駆動波形を供給する駆動部の回路設計及び駆動波形の設計が容易になるとともに、ストローク端領域における移動体ユニットの移動の制御性及び正確性を向上できる。 In this manner, when the movable body unit is positioned in the stroke center region, both piezoelectric elements are simultaneously driven, thereby improving the movement speed and driving force of the movable body unit. Furthermore, when the movable body unit is positioned in the stroke end region closer to one or the other piezoelectric element, only the piezoelectric element closer to the movable body unit is driven, preventing the drive (vibration) of the piezoelectric element farther from the movable body unit from impeding the movement of the movable body unit. Furthermore, by controlling the movement of the movable body unit only by driving the piezoelectric element closer to the movable body unit, it becomes easier to design the circuit and drive waveform of the drive unit that supplies the drive waveform to the piezoelectric element, and it also improves the controllability and accuracy of the movement of the movable body unit in the stroke end region.
前記一対の圧電素子のうち一方の圧電素子を駆動用圧電素子とするとともに、他方の圧電素子の2つの端子が短絡しているようにしてもよい。 One of the pair of piezoelectric elements may be used as a driving piezoelectric element, and the two terminals of the other piezoelectric element may be short-circuited.
このような態様によれば、上記一方の圧電素子は吸振器として作用するので、駆動する他方の圧電素子が連結する駆動軸の端部とは反対側の端部からの反射波の影響を低減でき、ひいては移動体ユニットの移動の制御性及び正確性を向上できる。 In this configuration, one of the piezoelectric elements acts as a vibration absorber, reducing the effects of reflected waves from the end of the drive shaft opposite to the end to which the other driving piezoelectric element is connected, thereby improving the controllability and accuracy of the movement of the moving unit.
前記一対の圧電素子のうち一方の圧電素子を駆動用圧電素子とするとともに、前記第1移動体ユニット又は前記第2支持体ユニットが他方の圧電素子に近づいたときに前記他方の圧電素子の2つの端子を短絡させるスイッチを備えているようにしてもよい。 One of the pair of piezoelectric elements may be a driving piezoelectric element, and may be equipped with a switch that shorts the two terminals of the other piezoelectric element when the first moving body unit or the second support unit approaches the other piezoelectric element.
このような態様によれば、第1移動体ユニット又は第2支持ユニットが駆動用圧電素子から離れたストローク領域に位置するときに、スイッチによって他方の圧電素子の2つの端子間を短絡させることで、駆動用圧電素子が駆動(振動)したときに駆動軸の他方の圧電素子側の端部からの反射波の影響を低減させる。これにより、駆動用圧電素子から離れたストローク領域において、第1移動体ユニット又は第2支持ユニットの移動の制御性及び正確性を向上できる。例えば、駆動軸の軸方向長さを長くして第1移動体ユニット又は第2支持ユニットのストロークを大きくしたロングストローク化が実現可能になる。 In this aspect, when the first moving body unit or the second support unit is located in a stroke region distant from the driving piezoelectric element, the switch shorts the two terminals of the other piezoelectric element, thereby reducing the influence of reflected waves from the end of the drive shaft on the side of the other piezoelectric element when the driving piezoelectric element is driven (vibrated). This improves the controllability and accuracy of the movement of the first moving body unit or the second support unit in a stroke region distant from the driving piezoelectric element. For example, it is possible to achieve a long stroke by increasing the axial length of the drive shaft and increasing the stroke of the first moving body unit or the second support unit.
前記移動機構は、駆動軸の少なくとも一端に圧電素子を固定した支持ユニットと、前記支持ユニットの前記駆動軸に摩擦係合する移動体ユニットと、を有する駆動装置を備え、前記駆動装置は、前記支持ユニットの前記圧電素子寄りの部位が台材に片持ち支持されるとともに、前記支持ユニットの他端側を覆う筒状の出力部材が前記移動体ユニットに連結されており、前記移動体ユニットに前記出力部材を介して前記カメラ付き作業モジュールの前記台座部材が連結され、前記圧電素子の駆動によって前記移動体ユニット及び前記出力部材が前記駆動軸の軸方向に移動されるようにしてもよい。 The movement mechanism comprises a drive device having a support unit with a piezoelectric element fixed to at least one end of a drive shaft, and a moving body unit that frictionally engages with the drive shaft of the support unit. The drive device has a portion of the support unit closest to the piezoelectric element supported by a cantilever on a base, and a cylindrical output member covering the other end of the support unit is connected to the moving body unit. The base member of the camera-equipped work module is connected to the moving body unit via the output member, and the moving body unit and the output member are moved in the axial direction of the drive shaft by driving the piezoelectric element.
このような態様によれば、出力部材を筒状とすることで出力部材の剛性を高めることができる。例えば、出力部材が、支持ユニットの他端側の端面に対向して出力部材の先端側開口を塞ぐ端面部を備えているようにすれば、筒状の出力部材の剛性をより高めることができる。なお、支持ユニットは、駆動軸の他端側にも圧電素子を固定したものであっても構わない。この場合、出力部材は他端側の圧電素子を覆うように配設される。 In this embodiment, the rigidity of the output member can be increased by making the output member cylindrical. For example, if the output member has an end face portion that faces the end face on the other end of the support unit and closes the tip-end opening of the output member, the rigidity of the cylindrical output member can be further increased. Note that the support unit may also have a piezoelectric element fixed to the other end of the drive shaft. In this case, the output member is arranged to cover the piezoelectric element on the other end.
本発明は、駆動軸の少なくとも一端に圧電素子を固定した支持ユニットと、前記支持ユニットの前記駆動軸に摩擦係合する移動体ユニットと、を有する駆動装置であって、前記駆動軸の前記圧電素子寄りの部位が台材に片持ち支持されており、前記圧電素子の駆動によって前記移動体ユニットが前記駆動軸の軸方向に移動されるものである。 The present invention is a drive device having a support unit with a piezoelectric element fixed to at least one end of a drive shaft, and a movable body unit that frictionally engages with the drive shaft of the support unit, wherein the portion of the drive shaft closer to the piezoelectric element is cantilevered on a base , and the movable body unit is moved in the axial direction of the drive shaft by driving the piezoelectric element.
本発明によれば、支持ユニットにおいて駆動軸の圧電素子寄り部位が台材に片持ち支持されていることで、移動体ユニットに連結する移動対象を配置可能な空間を広げて設計の自由度および用途の汎用性を向上できる。さらに、外力によって駆動軸に加わるモーメントが圧電素子と駆動軸との接合部にはかからないので、圧電素子の振動を駆動軸に安定して伝達でき、駆動装置の駆動安定性を確保できる。 According to the present invention , the portion of the drive shaft closest to the piezoelectric element in the support unit is cantilevered on the base, thereby expanding the space in which the object to be moved connected to the moving body unit can be placed, improving design freedom and versatility of use. Furthermore, since the moment applied to the drive shaft by an external force is not applied to the joint between the piezoelectric element and the drive shaft, the vibration of the piezoelectric element can be stably transmitted to the drive shaft, ensuring the driving stability of the drive device.
さらに、前記駆動軸の圧電素子寄り部位を片持ち支持する装置保持部は、前記駆動軸を固定する固定部と、前記固定部から前記圧電素子とは反対向きに延びて前記駆動軸の側面に対向配置される規制部とを備えているようにしてもよい。 Furthermore, the device holder that cantilevers the portion of the drive shaft closest to the piezoelectric element may include a fixing portion that fixes the drive shaft, and a restricting portion that extends from the fixing portion in the opposite direction to the piezoelectric element and is positioned opposite the side of the drive shaft.
このような態様によれば、装置保持部は、固定部にて駆動軸の圧電素子寄り部位を台材に確実に連結するとともに、外力のモーメントが駆動軸に加わったときに固定部及び規制部によって駆動軸の回転を抑制するので、固定部に力が集中することによる装置保持部及び駆動軸の破損を防止できる。 In this configuration, the device holder securely connects the portion of the drive shaft closest to the piezoelectric element to the base at the fixed portion, and the fixed and restricting portions suppress rotation of the drive shaft when an external force moment is applied to the drive shaft, preventing damage to the device holder and drive shaft due to force being concentrated at the fixed portion.
本発明は、駆動軸の少なくとも一端に圧電素子を固定した支持ユニットと、前記支持ユニットの前記駆動軸に摩擦係合する移動体ユニットと、を有する駆動装置において、設計の自由度および用途の汎用性を向上できる。 The present invention can improve the design freedom and versatility of applications in a drive device having a support unit with a piezoelectric element fixed to at least one end of a drive shaft and a moving body unit that frictionally engages with the drive shaft of the support unit .
以下に、参考発明のカメラ付き作業モジュール及びカメラ付き作業装置の一実施形態であるグリッパーモジュール及びグリッパー装置を図面に基づいて説明する。図1は、グリッパー装置の構成を示す概略斜視図である。図2は、同グリッパー装置の制御系を示す概略構成図である。図3は、同グリッパー装置における伸縮駆動装置の構成を示す概略図である。図4は、グリッパーモジュールを拡大して示す図であり、(A)は左側面図、(B)は正面図である。図5は、同グリッパーモジュールのツール回転装置の動作を説明するための平面図である。図6は、同グリッパーモジュールの縦断面図である。図7は、同グリッパーモジュールを側面視で示す拡大概念図であり、(A)は近距離視野の撮像状態を示し、(B)は遠距離視野の撮像状態を示す。図8は、同グリッパーモジュールの分離斜視図である。図9は、撮像装置を示す図であり、(A)は平面図、(B)は側面図、(C)は底面図である。図10は、撮像装置を説明するための図であり、(A)は撮像装置の分離斜視図、(B)はレンズ駆動装置の平面図、(C)はレンズ駆動装置の分離斜視図である。 A gripper module and a gripper device, which are embodiments of a camera-equipped work module and a camera-equipped work device according to the present invention, will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view showing the configuration of the gripper device. FIG. 2 is a schematic diagram showing a control system of the gripper device. FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of an extension drive device in the gripper device. FIG. 4 is an enlarged view of the gripper module, with (A) being a left side view and (B) being a front view. FIG. 5 is a plan view for explaining the operation of the tool rotation device of the gripper module. FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of the gripper module. FIG. 7 is an enlarged conceptual view of the gripper module as seen from the side, with (A) showing the imaging state of a close-range field of view and (B) showing the imaging state of a long-range field of view. FIG. 8 is an exploded perspective view of the gripper module. FIG. 9 is a view showing the imaging device, with (A) being a plan view, (B) being a side view, and (C) being a bottom view. 10A and 10B are diagrams for explaining an imaging device, in which (A) is an exploded perspective view of the imaging device, (B) is a plan view of the lens driving device, and (C) is an exploded perspective view of the lens driving device.
なお、以下の説明で必要に応じて特定の方向や位置を示す用語(例えば「左右」「前後」「上下」など)を用いるが、これらの用語は説明の便宜のために用いたものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、グリッパーは作業ツールの一例であり、例えばピペットや注射針などの他の作業ツールをカメラ付き作業モジュールに設けることも可能である。 Note that in the following description, terms indicating specific directions or positions (such as "left and right," "front and back," and "up and down") are used as necessary, but these terms are used for convenience of explanation and do not limit the technical scope of the present invention. Furthermore, a gripper is one example of a work tool, and other work tools such as pipettes and syringe needles can also be provided on the work module with a camera.
図1に示すように、本実施形態のグリッパー装置1000は、グリッパーモジュール100を直交3軸方向に移動させる3軸操作用駆動装置500(移動機構の一例)を備えている。グリッパーモジュール100は、3軸操作用駆動装置500の3軸移動可能な駆動軸504(伸縮駆動装置501Cの駆動軸504)の先端部に取り付けられている。 As shown in FIG. 1, the gripper device 1000 of this embodiment includes a three-axis operation drive device 500 (an example of a movement mechanism) that moves the gripper module 100 in three orthogonal axis directions. The gripper module 100 is attached to the tip of a three-axis movable drive shaft 504 (drive shaft 504 of the telescopic drive device 501C) of the three-axis operation drive device 500.
図2及び図4~図8にも示すように、グリッパーモジュール100は、アーム駆動用圧電素子210の振動によって開閉する一対の把持アーム220を有するグリッパー200(作業ツールの一例)と、グリッパー200の把持アーム220の作業領域(把持アーム220が把持対象物を把持する位置)を撮像する撮像装置300と、グリッパー200を支持するとともにグリッパー200を上記作業領域に対して回転させるツール回転装置700と、ツール回転装置700と撮像装置300とを支持する台座部材450とを備えている。 As also shown in Figures 2 and 4 to 8, the gripper module 100 includes a gripper 200 (an example of a work tool) having a pair of gripping arms 220 that open and close due to the vibration of an arm-driving piezoelectric element 210, an imaging device 300 that captures an image of the working area of the gripping arms 220 of the gripper 200 (the position where the gripping arms 220 grip the object to be gripped), a tool rotation device 700 that supports the gripper 200 and rotates the gripper 200 relative to the working area, and a base member 450 that supports the tool rotation device 700 and the imaging device 300.
台座部材450は、伸縮駆動装置501Cの駆動軸504の先端部に固着される。グリッパー200は、アーム駆動用圧電素子210の振動によって開閉する一対の把持アーム220を有している。撮像装置300は、台座部材450に回転不能に保持されるとともに、ツール回転装置700によるグリッパー200の回転軸上に配置されている。 The base member 450 is fixed to the tip of the drive shaft 504 of the telescopic drive device 501C. The gripper 200 has a pair of gripping arms 220 that open and close in response to the vibration of the arm drive piezoelectric element 210. The imaging device 300 is non-rotatably held by the base member 450 and is positioned on the rotation axis of the gripper 200, which is rotated by the tool rotation device 700.
図8等に示すように、台座部材450は、金属製又は樹脂製であり、下向き凸形の形態を有し、台座前面部451にツール回転装置700が取り付けられ、下向きに突出した台座下部452に撮像装置300が取り付けられる。台座部材450の中央部に設けた前後開口の取付け穴453に伸縮駆動装置501Cの駆動軸504の先端部が嵌め込まれて固定されることで、3軸操作用駆動装置500にグリッパーモジュール100が取り付けられる。なお、台座部材450と駆動軸504の先端部との連結方法は、例えば接着又はねじ締結であるが、特に限定されない。 As shown in Figure 8 and other figures, the base member 450 is made of metal or resin and has a downwardly convex shape, with the tool rotation device 700 attached to the base front portion 451 and the imaging device 300 attached to the downwardly protruding base lower portion 452. The tip of the drive shaft 504 of the telescopic drive device 501C is fitted and fixed into a front-to-rear opening mounting hole 453 provided in the center of the base member 450, thereby attaching the gripper module 100 to the three-axis operation drive device 500. The base member 450 and the tip of the drive shaft 504 can be connected by, for example, adhesive or screw fastening, but this is not particularly limited to, this method.
図4及び図5等に示すように、ツール回転装置700は、台座前面部451に固着した回転装置本体701と、モータ出力軸711を下向きにして回転装置701本体に取り付けられるモータ710と、モータ出力軸711に相対回転不能に取り付けられてモータ出力軸711周りに回転するツール取付部材720とを有する。 As shown in Figures 4 and 5, the tool rotation device 700 has a rotation device main body 701 fixed to the base front portion 451, a motor 710 attached to the rotation device 701 main body with the motor output shaft 711 facing downward, and a tool mounting member 720 attached to the motor output shaft 711 so as not to rotate relative to it and which rotates around the motor output shaft 711.
回転装置本体701は、金属製又は樹脂製であり、略直方体の形態を有し、左右縁部に設けた前後開口のねじ挿通孔に前方から挿通される左右のねじ730によって、台座部材450の台座前面部451に強固に固定される。 The rotation device main body 701 is made of metal or resin and has a roughly rectangular parallelepiped shape. It is firmly fixed to the front base portion 451 of the base member 450 by left and right screws 730 inserted from the front into front and rear screw insertion holes provided on the left and right edges.
モータ710は、例えば減速機付きのものであり、円筒形の形態を有し、回転装置本体701に設けた上下開口で円形穴状のモータ保持部702内に挿し込まれて例えば接着剤にて固着している。モータ出力軸711の先端部は、回転装置本体701の下面後縁部から垂下した前向きL形の出力軸支持部703に設けた軸支穴704に回転自在に支持されている。また、モータ出力軸711は、回転装置本体701の下面と出力軸支持部703との間に配設されるツール取付部材720の回転基端部721に設けた上下開口の出力軸挿込穴722に相対回転不能に挿し込まれて例えば接着剤にて固着している。 The motor 710, which is cylindrical and equipped with a reducer, is inserted into a circular motor holder 702 with top and bottom openings in the rotating device main body 701 and secured therein, for example, with an adhesive. The tip of the motor output shaft 711 is rotatably supported in a shaft support hole 704 provided in a forward-facing L-shaped output shaft support 703 that hangs down from the rear edge of the underside of the rotating device main body 701. The motor output shaft 711 is also inserted non-rotatably into output shaft insertion holes 722 with top and bottom openings provided in the rotation base end 721 of a tool mounting member 720 disposed between the underside of the rotating device main body 701 and the output shaft support 703, and secured therein, for example, with an adhesive.
ツール取付部材720の先端部に設けたツール取付部723は、前面が斜め下向きに傾斜した略台形柱の形態を有するとともに、回転基端部721よりも幅広に形成されている。グリッパー200は、ツール取付部723の前面部724にグリッパー取付ねじ205にて取り付けられ、左右方向に開閉可能な左右一対の把持アーム220が斜め下向きに延伸している。左右の把持アーム220の先端部は、閉じた状態でモータ出力軸711の下方に位置するように設けられている。 The tool mounting portion 723 provided at the tip of the tool mounting member 720 has the shape of a generally trapezoidal pillar with its front surface sloping diagonally downward, and is wider than the rotating base end portion 721. The gripper 200 is attached to the front surface 724 of the tool mounting portion 723 with gripper mounting screws 205, and a pair of left and right gripping arms 220 that can be opened and closed in the left-right direction extend diagonally downward. The tips of the left and right gripping arms 220 are positioned below the motor output shaft 711 when closed.
ツール取付部材720は回転装置本体701とは固着しておらず、モータ出力軸711の回転により、モータ出力軸711周りに回転する。すなわち、ツール取付部材720に固着するグリッパー200の回転軸は、モータ出力軸711の軸線と一致する。なお、ツール取付部材720の回転許容範囲は、回転装置本体701の出力軸支持部703にて規制される。図5に示すように、本実施形態では、ツール取付部材720は、概ね180度の範囲内で回転可能に設けられている。 The tool mounting member 720 is not fixed to the rotation device main body 701, and rotates around the motor output shaft 711 as the motor output shaft 711 rotates. In other words, the rotation axis of the gripper 200 fixed to the tool mounting member 720 coincides with the axis of the motor output shaft 711. The allowable rotation range of the tool mounting member 720 is restricted by the output shaft support portion 703 of the rotation device main body 701. As shown in Figure 5, in this embodiment, the tool mounting member 720 is rotatable within a range of approximately 180 degrees.
図6~図10等に示すように、撮像装置300は、台座部材450の台座下部452に固着した撮像装置本体302と、レンズ301を光軸Lに沿って移動させるレンズ駆動装置310と、レンズ301を通過した光を受光する撮像素子330とを備えている。金属製又は樹脂製の撮像装置本体302の上面左右縁部の後ろ寄り部位に、前後方向に延びる左右一対の固定部303が上向きに立設されており、左右の固定部303で台座部材450の台座下部452を挟み込んだ状態で固定部303と台座下部452とが左右のねじ308にて連結されることで、撮像装置本体302が台座部材450に強固に固着される。 As shown in Figures 6 to 10, the imaging device 300 comprises an imaging device main body 302 fixed to a lower base 452 of a base member 450, a lens drive device 310 that moves the lens 301 along the optical axis L, and an imaging element 330 that receives light that has passed through the lens 301. A pair of left and right fixing portions 303 extending in the front-to-rear direction are erected upward at the rear of the left and right edges of the upper surface of the metal or resin imaging device main body 302. The left and right fixing portions 303 sandwich the lower base 452 of the base member 450 between them, and the fixing portions 303 and the lower base 452 are connected by left and right screws 308, thereby firmly fixing the imaging device main body 302 to the base member 450.
撮像装置本体302の前半部は回転装置本体701の下方に延出しており、撮像装置本体302に保持された撮像素子330はモータ出力軸711の下方に配設されている。撮像素子330の下方には、撮像装置本体302に保持されたレンズ駆動装置310の動作によって上下移動可能なレンズ301が配設されている。本実施形態では、レンズ301の光軸Lは、グリッパー200の回転軸上(モータ出力軸711の軸線上)に設けられている。換言すれば、撮像装置300は、台座部材450に回転不能に保持されるとともに、レンズ301及び撮像素子330はツール回転装置700によるグリッパー200(作業ツール)の回転軸上に配置されている。そして、ツール回転装置700の駆動によって、グリッパー200の把持アーム220が光軸Lを中心として回転可能になっている。 The front half of the imaging device main body 302 extends below the rotation device main body 701, and the imaging element 330 held by the imaging device main body 302 is disposed below the motor output shaft 711. A lens 301 is disposed below the imaging element 330, and can be moved up and down by the operation of a lens drive device 310 held by the imaging device main body 302. In this embodiment, the optical axis L of the lens 301 is located on the rotation axis of the gripper 200 (on the axis of the motor output shaft 711). In other words, the imaging device 300 is held non-rotatably by the base member 450, and the lens 301 and imaging element 330 are disposed on the rotation axis of the gripper 200 (work tool) driven by the tool rotation device 700. The gripping arm 220 of the gripper 200 can then rotate about the optical axis L by driving the tool rotation device 700.
また、撮像装置300には、撮像装置本体302の下面後部から下向きに延出した第2カメラ取付座304に第2撮像素子340と第2レンズ341とが設けられている。第2レンズ341は、第2撮像素子340に対して位置固定されている。第2レンズ341の光軸LAはグリッパー200の作業領域を通っており、第2撮像素子340及び第2レンズ341は、グリッパー200の作業領域にピントが合うように設けられている。 The imaging device 300 also has a second imaging element 340 and a second lens 341 mounted on a second camera mount 304 that extends downward from the rear of the underside of the imaging device main body 302. The second lens 341 is fixed in position relative to the second imaging element 340. The optical axis LA of the second lens 341 passes through the working area of the gripper 200, and the second imaging element 340 and second lens 341 are positioned so that they are focused on the working area of the gripper 200.
本実施形態のグリッパーモジュール100によれば、ツール回転装置700によってグリッパー200の姿勢(向き)を変更して作業の確実性及び正確性を向上できる。その上で、台座部材450にツール回転装置700と撮像装置300とを設け、撮像装置300をツール回転装置700によるグリッパー200の回転軸上に配置しているから、グリッパー200の回転軸に対して撮像装置300を移動させる機構が不要であり、コンパクトかつ軽量で作業性の高いカメラ付き作業モジュールを実現できる。このように、グリッパーモジュール100をコンパクトかつ軽量に構成することで、駆動力が小さい小型のロボットへの装着が可能になる。また、撮像装置300は台座部材450に回転不能に保持されているから、ツール回転装置700によってグリッパー200を回転させても、撮像装置300が取得する画像は回転しないのでオペレータにとって操作性がよい。 The gripper module 100 of this embodiment allows the tool rotation device 700 to change the attitude (orientation) of the gripper 200, improving the reliability and accuracy of work. Furthermore, the tool rotation device 700 and imaging device 300 are mounted on the base member 450, and the imaging device 300 is positioned on the axis of rotation of the gripper 200 caused by the tool rotation device 700. This eliminates the need for a mechanism to move the imaging device 300 relative to the axis of rotation of the gripper 200, resulting in a compact, lightweight, and highly user-friendly camera-equipped work module. In this way, the compact and lightweight construction of the gripper module 100 allows it to be mounted on small robots with low driving force. Furthermore, because the imaging device 300 is non-rotatably held by the base member 450, even if the gripper 200 is rotated by the tool rotation device 700, the image captured by the imaging device 300 does not rotate, providing excellent operability for the operator.
本実施形態では、撮像装置300の光軸Lとグリッパー200の把持アーム220の延伸方向とが交差するように、把持アーム220を斜め下向きに延伸させることで、グリッパー200と撮像装置300とをコンパクトに配置できるとともに、把持アーム220の長さをなるべく短くして把持アーム220の強度を確保できる。また、把持アーム220が斜め下向きに延伸していることで、グリッパー200の下方(把持アーム220の基端部の下方)に空間が形成されるので、把持アーム220の先端部(把持対象物を把持する部位)以外の部位が把持対象物に衝突しないようにでき、グリッパー装置1000の操作性が向上する。 In this embodiment, the gripping arm 220 of the gripper 200 is extended diagonally downward so that the optical axis L of the imaging device 300 intersects with the extension direction of the gripping arm 220. This allows the gripper 200 and imaging device 300 to be arranged compactly, and the length of the gripping arm 220 can be made as short as possible to ensure the strength of the gripping arm 220. Furthermore, by extending the gripping arm 220 diagonally downward, a space is formed below the gripper 200 (below the base end of the gripping arm 220), which prevents parts of the gripping arm 220 other than the tip end (the part that grips the object to be gripped) from colliding with the object to be gripped, improving the operability of the gripper device 1000.
また、グリッパーモジュール100によれば、グリッパー200とツール回転装置700とを撮像装置300と1つのツール取付部材720に組み付けてモジュール化することで、移動機構を有する様々なロボット(本実施形態では3軸操作用駆動装置500)にグリッパー200、ツール回転装置700及び撮像装置300を組み込むことが容易になる。また、グリッパーモジュール100では、撮像装置300が取得した画像を見ながら、グリッパー200の把持アーム220の位置を調整できる。そして、撮像装置300の光軸Lとツール回転装置700によるグリッパー200の回転軸とグリッパー200の把持アーム220の位置とを調整済みのグリッパーモジュール100を準備しておくことで、ロボット(例えば3軸操作用駆動装置500)へのグリッパー200、ツール回転装置700及び撮像装置300の取付けを迅速かつ容易に行える。 Furthermore, with the gripper module 100, the gripper 200 and tool rotation device 700 are assembled and modularized with the imaging device 300 on a single tool mounting member 720, making it easy to incorporate the gripper 200, tool rotation device 700, and imaging device 300 into various robots with movement mechanisms (in this embodiment, the three-axis operation drive unit 500). Furthermore, with the gripper module 100, the position of the gripper 200's gripping arm 220 can be adjusted while viewing images captured by the imaging device 300. By preparing a gripper module 100 in which the optical axis L of the imaging device 300, the rotation axis of the gripper 200 caused by the tool rotation device 700, and the position of the gripper 200's gripping arm 220 have already been adjusted, the gripper 200, tool rotation device 700, and imaging device 300 can be quickly and easily attached to a robot (e.g., the three-axis operation drive unit 500).
また、グリッパーモジュール100では、撮像装置300のレンズ301の光軸Lが把持アーム220の作業領域を通っているので、レンズ301の収差の影響が小さい画像領域にて把持アームの作業領域を観察でき、把持アーム220による把持作業の容易性及び正確性が向上する。 In addition, in the gripper module 100, the optical axis L of the lens 301 of the imaging device 300 passes through the working area of the gripping arm 220, so the working area of the gripping arm can be observed in an image area where the influence of the aberration of the lens 301 is minimal, improving the ease and accuracy of gripping operations by the gripping arm 220.
また、グリッパーモジュール100の撮像装置300は、グリッパー200の作業領域を撮像する2つの撮像素子330,340を備えているから、当該作業領域に配置された把持対象物のステレオ画像を見ながら把持作業を行えるので、操作性が向上する。また、光軸Lが上下方向に沿った撮像素子330の取得画像を使用して把持対象物を探し、グリッパー200にて把持対象物を把持する際には2つの撮像素子330,340が取得するステレオ画像を見ながら把持作業を行える。 In addition, the imaging device 300 of the gripper module 100 is equipped with two imaging elements 330, 340 that capture images of the working area of the gripper 200, allowing the gripping operation to be performed while viewing a stereo image of the object to be grasped placed in the working area, improving operability. Furthermore, the image captured by the imaging element 330, whose optical axis L is aligned in the vertical direction, is used to locate the object to be grasped, and when gripping the object with the gripper 200, the gripping operation can be performed while viewing the stereo images captured by the two imaging elements 330, 340.
次に、3軸操作用駆動装置500について説明する。図1~図3に示すように、3軸操作用駆動装置500は、台座550上に一端が固定されて立設された上下方向(Z軸方向)用の伸縮駆動装置501Aと、伸縮駆動装置501Aの出力側となる他端に固定された左右方向(Y軸方向)用の伸縮駆動装置501Bと、伸縮駆動装置501Bの出力側に固定された前後方向(X軸方向)用の伸縮駆動装置501Cと、伸縮駆動装置501Cの出力側に固定された出力部材502とを備える。伸縮駆動装置501A~501Cはそれぞれ同一の構成を有しており、移動体ユニット503の駆動軸504を筐体505に対して軸方向にスライドさせて伸縮する。 Next, we will explain the three-axis operation drive device 500. As shown in Figures 1 to 3, the three-axis operation drive device 500 comprises an extension/retraction drive device 501A for the up-down direction (Z-axis direction) that is fixed at one end on a base 550, an extension/retraction drive device 501B for the left-right direction (Y-axis direction) that is fixed to the other end, which serves as the output side of the extension/retraction drive device 501A, an extension/retraction drive device 501C for the front-back direction (X-axis direction) that is fixed to the output side of the extension/retraction drive device 501B, and an output member 502 that is fixed to the output side of the extension/retraction drive device 501C. Each of the extension/retraction drive devices 501A to 501C has the same configuration, and extends and retracts by sliding the drive shaft 504 of the moving body unit 503 in the axial direction relative to the housing 505.
伸縮駆動装置501Aは、駆動軸504の軸方向が上下方向に沿って配置され、台座550に筐体505の下端が固定されて、台座550より立設しており、筐体505の上端側より移動体ユニット503を上下に摺動することで、伸縮駆動装置501B,501Cを介して接続された出力部材502を上下方向に移動させる。すなわち、伸縮駆動装置501Aは、出力部材502に固定されたグリッパーモジュール100を撮像装置300の光軸Lに沿って移動させる。これにより、撮像装置300で把持対象物を撮像しながら、グリッパーモジュール100を上下移動させて、グリッパー200の把持アーム220の先端部を把持対象物に位置合わせできる。 The telescopic drive device 501A is arranged so that the axial direction of the drive shaft 504 runs vertically, and the lower end of the housing 505 is fixed to the base 550, standing upright from the base 550. By sliding the moving unit 503 up and down from the upper end of the housing 505, the output member 502 connected via the telescopic drive devices 501B and 501C moves vertically. In other words, the telescopic drive device 501A moves the gripper module 100 fixed to the output member 502 along the optical axis L of the imaging device 300. This allows the gripper module 100 to move up and down while the imaging device 300 captures an image of the object to be grasped, thereby aligning the tip of the gripping arm 220 of the gripper 200 with the object to be grasped.
伸縮駆動装置501Bは、伸縮駆動装置501Aにおける移動体ユニット503上端の出力側に筐体505の出力側(右側)が固定され、台座550に対して左右方向に水平に配置されており、筐体505の右端より移動体ユニット503を左右に摺動することで、伸縮駆動装置501Cを介して接続された出力部材502を左右方向に移動させる。伸縮駆動装置501Cは、伸縮駆動装置501Bにおける移動体ユニット503上端の出力側に筐体505の出力側(前側)が固定され、台座550に対して前後方向に水平に配置されており、筐体505の前端より移動体ユニット503を前後に摺動することで、移動体ユニット503前端に接続された出力部材502を前後方向に移動させる。 The output side (front side) of the housing 505 of the telescopic drive device 501B is fixed to the output side of the upper end of the movable body unit 503 of the telescopic drive device 501A, and the telescopic drive device 501B is arranged horizontally in the left-right direction relative to the base 550. By sliding the movable body unit 503 left and right from the right end of the housing 505, the output member 502 connected via the telescopic drive device 501C is moved left and right. The output side (front side) of the housing 505 of the telescopic drive device 501C is fixed to the output side of the upper end of the movable body unit 503 of the telescopic drive device 501B, and the telescopic drive device 501B is arranged horizontally in the front-to-back direction relative to the base 550. By sliding the movable body unit 503 back and forth from the front end of the housing 505, the output member 502 connected to the front end of the movable body unit 503 is moved back and forth.
次いで、伸縮駆動装置501A~501Cの概略構成について、図3を参照して以下に説明する。以下では、伸縮駆動装置501A~501Cを単に伸縮駆動装置501とする。伸縮駆動装置501は、移動体ユニット503と、移動体ユニット503を支持する支持ユニット506と、電気信号を機械的な振動に変換する圧電素子507とを備える。圧電素子507の振動により移動体ユニット503が支持ユニット506に対して相対的に移動する。伸縮駆動コントローラ508は、圧電素子507に鋸歯状波の駆動パルスを供給して、駆動軸504を軸方向に振動させる。 The general configuration of the extension/retraction drive devices 501A-501C will now be described with reference to Figure 3. Hereinafter, the extension/retraction drive devices 501A-501C will be referred to simply as extension/retraction drive device 501. The extension/retraction drive device 501 comprises a moving body unit 503, a support unit 506 that supports the moving body unit 503, and a piezoelectric element 507 that converts electrical signals into mechanical vibrations. The moving body unit 503 moves relative to the support unit 506 due to the vibration of the piezoelectric element 507. The extension/retraction drive controller 508 supplies sawtooth wave drive pulses to the piezoelectric element 507, causing the drive shaft 504 to vibrate in the axial direction.
移動体ユニット503は、軸状の構成を有し、駆動軸504の一端に圧電素子507が固定される一方で、駆動軸504の他端に出力部材502が固定されている。そして、移動体ユニット503は、駆動軸504の他端に固定された出力部材502が筒状の筐体505の外部に配置されるようにして、筐体505内に配置されるとともに、駆動軸504が軸方向(スライド方向)にのみ自由度を有するように筐体505内で支持ユニット506に支持される。出力部材502は、筐体505の延長方向(軸方向)外側で、移動体ユニット503のスライド動作に従い、駆動軸504の軸方向に沿って移動する。 The moving body unit 503 has an axial configuration, with a piezoelectric element 507 fixed to one end of a drive shaft 504 and an output member 502 fixed to the other end of the drive shaft 504. The moving body unit 503 is disposed within the cylindrical housing 505 so that the output member 502 fixed to the other end of the drive shaft 504 is positioned outside the housing 505, and is supported by a support unit 506 within the housing 505 so that the drive shaft 504 has a degree of freedom only in the axial direction (sliding direction). The output member 502 moves along the axial direction of the drive shaft 504 in accordance with the sliding movement of the moving body unit 503, outside the extension direction (axial direction) of the housing 505.
図2に示すように、伸縮駆動装置501A~501Cには、それぞれ伸縮駆動コントローラ508が電気接続されている。また、グリッパーモジュール100のグリッパー200と撮像装置300のレンズ駆動装置310とツール回転装置700のモータ710には、アーム駆動用圧電素子210とレンズ駆動用圧電素子311に鋸歯状波の駆動パルスを供給し、モータ710に駆動電力を供給するモジュールコントローラ101が電気接続されている。 As shown in FIG. 2, an extension/retraction drive controller 508 is electrically connected to each of the extension/retraction drive devices 501A-501C. Furthermore, a module controller 101 is electrically connected to the gripper 200 of the gripper module 100, the lens drive device 310 of the imaging device 300, and the motor 710 of the tool rotation device 700. The module controller 101 supplies sawtooth wave drive pulses to the arm drive piezoelectric element 210 and the lens drive piezoelectric element 311, and supplies drive power to the motor 710.
これらのコントローラ101,508は、制御装置を構成するパーソナルコンピュータからなるPC1001に電気接続されている。また、グリッパーモジュール100の撮像装置300の撮像素子330は、PC1001に電気接続されている。PC1001は、各種演算処理や制御を実行するCPU(Central Processing Unit)や、制御プログラムや各種データを記憶したROM(Read Only Memory)と制御プログラムや各種データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)とを含む記憶装置、入力インターフェース等を有している。PC1001は、コントローラ101,508を介して、グリッパー200及び伸縮駆動装置501A~501Cが所望の動作をするように制御する。 These controllers 101 and 508 are electrically connected to a PC 1001, a personal computer that constitutes the control device. The imaging element 330 of the imaging device 300 of the gripper module 100 is also electrically connected to the PC 1001. The PC 1001 includes a CPU (Central Processing Unit) that performs various arithmetic processing and control, a storage device including a ROM (Read Only Memory) that stores control programs and various data, and a RAM (Random Access Memory) that temporarily stores control programs and various data, and an input interface. The PC 1001 controls the gripper 200 and extension/retraction drive devices 501A-501C via the controllers 101 and 508 so that they perform the desired operations.
PC1001は、撮像装置300の撮像素子330,340が取得した画像を表示装置としてのモニター1002に表示可能に構成されている。また、PC1001は、モジュールコントローラ101を介して、レンズ301を移動させるレンズ駆動装置310を駆動させて、撮像装置300の撮像素子330が取得する画像のピントが合うようにオートフォーカス制御する。これにより、図7(A)に示すように、グリッパー200の作業領域周辺の近距離視野Fsと、図7(B)に示すように、作業領域下方の遠距離視野Flとの間で、どのような高さ位置に把持対象物が位置する場合でも、把持対象物にピント合わせできる。 The PC 1001 is configured to be able to display images acquired by the imaging elements 330, 340 of the imaging device 300 on a monitor 1002 as a display device. The PC 1001 also drives the lens driving device 310, which moves the lens 301, via the module controller 101, to perform autofocus control so that the image acquired by the imaging element 330 of the imaging device 300 is in focus. This allows the object to be focused on regardless of the height position the object is located at between the near-field of view Fs around the working area of the gripper 200 as shown in FIG. 7(A) and the far-field of view Fl below the working area as shown in FIG. 7(B).
また、グリッパーモジュール100に対する把持対象物の高さ位置調整を行う際に、光軸LA上が作業領域を斜めに通るとともに作業領域にピント合わせされた第2撮像素子340及び第2レンズ341が取得する画像を使用して、把持対象物にピントが合うようにグリッパーモジュール100と把持対象物とを相対移動させることで、グリッパー200の作業領域に把持対象物を正確かつ確実に配置できる。なお、第2レンズ341を光軸LAに沿って移動させるレンズ駆動装置を設け、作業領域とは異なる位置でも第2撮像素子340及び第2レンズ341が取得する画像のピントが合うように構成しても構わない。第2レンズ341を移動させるレンズ駆動装置としては、例えばレンズ駆動装置310と同様の構成のものを使用できる。 Furthermore, when adjusting the height position of the object to be grasped relative to the gripper module 100, the image acquired by the second image sensor 340 and second lens 341, whose optical axis LA passes diagonally through the work area and is focused on the work area, is used to move the gripper module 100 and the object to be grasped relative to each other so that the object to be grasped is in focus, thereby accurately and reliably positioning the object to be grasped in the work area of the gripper 200. Note that a lens driving device may be provided that moves the second lens 341 along the optical axis LA, so that the images acquired by the second image sensor 340 and second lens 341 are in focus even at a position other than the work area. The lens driving device that moves the second lens 341 may be configured, for example, similar to the lens driving device 310.
グリッパー装置1000による把持対象物の把持動作の一例を説明すると、撮像装置300を作動させながら、3軸操作用駆動装置500の駆動によりグリッパーモジュール100を移動させて、遠距離視野Flにて把持対象物を探す。そして、見つけた把持対象物にピントを合わせながら、グリッパー200の把持アーム220の作業領域(近距離視野Fs)に把持対象物が位置するように、3軸操作用駆動装置500の駆動によってグリッパーモジュール100を移動させ、ツール回転装置700によってグリッパー200の把持アーム220を所望の姿勢(向き)に変更した後、把持アーム220を駆動させて把持対象物を把持する。 To explain an example of the gripping operation of an object to be grasped by the gripper device 1000, while the imaging device 300 is operating, the gripper module 100 is moved by driving the three-axis operation drive device 500 to search for the object to be grasped in the long-distance field of view Fl. Then, while focusing on the object to be grasped that has been found, the gripper module 100 is moved by driving the three-axis operation drive device 500 so that the object to be grasped is positioned in the working area (near-distance field of view Fs) of the gripper 200's gripping arm 220. The tool rotation device 700 is then used to change the gripper 200's gripping arm 220 to the desired posture (orientation), and the gripper arm 220 is then driven to grasp the object to be grasped.
また、グリッパー200の先端部で把持対象物を突いたり、動かしたり、回転させて向きを変えたりすることが可能である。また、グリッパーの把持アームに替えて、キャピラリー等の針状部材を装着し、撮像装置300が細胞等の穿刺対象物にピント合わせして取得する画像を見ながら、穿刺対象物に針状部材を穿刺する操作を行うことも可能である。 The tip of the gripper 200 can be used to poke, move, or rotate the object to be gripped to change its orientation. It is also possible to attach a needle-shaped member such as a capillary instead of the gripper's gripping arm, and perform the operation of puncturing the object with the needle-shaped member while viewing the image captured by the imaging device 300, which is focused on the object to be punctured, such as a cell.
以上のように、グリッパー装置1000は、小型化及び軽量化が可能なグリッパーモジュール100を備えているので、グリッパー装置1000全体の小型化及び軽量化を実現できる。また、グリッパー装置1000は、グリッパーモジュール100を撮像装置300の光軸Lに沿って直線移動させる直動機構としての伸縮駆動装置501Bを備えている。これにより、グリッパーモジュール100の撮像装置300で把持対象物を撮像しながら、グリッパーモジュール100を上下移動させて、グリッパー200の把持アーム220の先端部を把持対象物に位置合わせできる。 As described above, the gripper device 1000 includes a gripper module 100 that can be made smaller and lighter, thereby enabling the entire gripper device 1000 to be made smaller and lighter. The gripper device 1000 also includes an extension/retraction drive device 501B as a linear motion mechanism that moves the gripper module 100 linearly along the optical axis L of the imaging device 300. This allows the gripper module 100 to be moved up and down while the imaging device 300 of the gripper module 100 captures an image of the object to be grasped, thereby aligning the tip of the gripping arm 220 of the gripper 200 with the object to be grasped.
図4~図10に示すように、撮像装置300は、撮像装置本体302と、レンズ駆動用圧電素子311の振動によってレンズ301を光軸Lに沿って上下方向に移動させるレンズ駆動装置310と、レンズ301を通過した光を受光する撮像素子330と、位置固定された第2レンズ341を通過した光を受講する第2撮像素子340とを備えている。 As shown in Figures 4 to 10, the imaging device 300 comprises an imaging device main body 302, a lens driving device 310 that moves the lens 301 up and down along the optical axis L by vibrating a lens driving piezoelectric element 311, an imaging element 330 that receives light that has passed through the lens 301, and a second imaging element 340 that receives light that has passed through a second lens 341 that is fixed in position.
レンズ駆動装置310は、レンズ駆動用圧電素子311の一端にレンズ駆動軸312を固定した軸状のレンズ駆動用振動ユニット313と、レンズ駆動軸312に摩擦係合してレンズ駆動軸312の軸方向に移動するレンズ支持体314と、レンズ駆動用振動ユニット313の両端を支持する駆動軸支持片315及び圧電素子支持片316を有する支持ケース317とを備えている。レンズ駆動装置310は、撮像装置本体302の左右一側部(本実施形態では左側部)を切り欠いて設けた下向き開口の駆動装置配置部305に例えば接着剤にて固着されている。 The lens drive device 310 comprises an axial lens drive vibration unit 313 with a lens drive shaft 312 fixed to one end of a lens drive piezoelectric element 311, a lens support 314 that frictionally engages with the lens drive shaft 312 and moves in the axial direction of the lens drive shaft 312, and a support case 317 that has a drive shaft support piece 315 and a piezoelectric element support piece 316 that support both ends of the lens drive vibration unit 313. The lens drive device 310 is fixed, for example with an adhesive, to a drive device placement section 305 with a downward opening created by cutting out one of the left and right sides (the left side in this embodiment) of the imaging device main body 302.
支持ケース317は、板状の駆動軸支持片315と圧電素子支持片316とを連結する板状の支持ベース318を備え、圧電素子支持片316を上側にするとともに駆動軸支持片315を下側にして配置される。駆動軸支持片315及び圧電素子支持片316は、支持ベース318の上下端部から同じ向き(本実施形態では前向き)に延出しており、支持ケース317は、コの字形(C字形)の形態を有する。駆動軸支持片315及び圧電素子支持片316には切欠き凹部315a,316aが設けられている。支持ケース317は、切欠き凹部315aにレンズ駆動軸312の端部を保持する一方、切欠き凹部316aにレンズ駆動用圧電素子311を保持することで、レンズ駆動用振動ユニット313を支持ベース318とは間隔を空けて保持する。 The support case 317 includes a plate-shaped support base 318 that connects the plate-shaped drive shaft support piece 315 and the piezoelectric element support piece 316, and is positioned with the piezoelectric element support piece 316 on the upper side and the drive shaft support piece 315 on the lower side. The drive shaft support piece 315 and the piezoelectric element support piece 316 extend in the same direction (forward in this embodiment) from the upper and lower ends of the support base 318, and the support case 317 has a U-shape (C-shape). The drive shaft support piece 315 and the piezoelectric element support piece 316 are provided with notched recesses 315a, 316a. The support case 317 holds the end of the lens drive shaft 312 in the notched recess 315a, while holding the lens drive piezoelectric element 311 in the notched recess 316a, thereby holding the lens drive vibration unit 313 at a distance from the support base 318.
支持ケース317は、レンズ駆動用圧電素子311を上側にするようにして、撮像装置本体302に設けた切欠き凹状の駆動装置配置部305の後部に固着されている。撮像装置本体302には、支持ケース317の圧電素子支持片316の上面から上向きに突出したレンズ駆動用圧電素子311を収容する切欠き凹部305aが形成され、レンズ駆動用圧電素子311は撮像装置本体302とは隙間をあけて配置される。 The support case 317 is fixed to the rear of a notched recessed drive device placement section 305 provided on the image capture device body 302, with the lens drive piezoelectric element 311 facing upward. The image capture device body 302 is formed with a notched recessed section 305a that accommodates the lens drive piezoelectric element 311 that protrudes upward from the top surface of the piezoelectric element support piece 316 of the support case 317, and the lens drive piezoelectric element 311 is positioned with a gap between it and the image capture device body 302.
レンズ駆動用振動ユニット313のレンズ駆動軸312の下端部は、駆動軸支持片315の切欠き凹部315aに嵌め込まれて接着剤(図示省略)にて固着される。一方、レンズ駆動用圧電素子311の下部(レンズ駆動軸312との接合近傍部分)は、圧電素子支持片316の切欠き凹部316aに嵌め込まれて接着剤(図示省略)にて固着されている。レンズ駆動軸312の上端部は、圧電素子支持片316の下面に近接配置されている。 The lower end of the lens drive shaft 312 of the lens drive vibration unit 313 is fitted into the notched recess 315a of the drive shaft support piece 315 and fixed with adhesive (not shown). Meanwhile, the lower part of the lens drive piezoelectric element 311 (the portion near the joint with the lens drive shaft 312) is fitted into the notched recess 316a of the piezoelectric element support piece 316 and fixed with adhesive (not shown). The upper end of the lens drive shaft 312 is positioned close to the underside of the piezoelectric element support piece 316.
このように、レンズ駆動用振動ユニット313の両端部を支持ケース317の一対の支持片315,316に設けた切欠き凹部315a,316aに嵌め込んで固着することで、レンズ駆動用振動ユニット313の両端部を支持ケース317に確実に固着できるとともに、支持片315,316の厚みを薄くでき、レンズ支持体314の可動範囲(上下ストローク)を確保しつつ、支持ケース317の長さ寸法(レンズ駆動用振動ユニット313の軸方向に沿った長さ寸法)を小さくでき、支持ケース317の小型化及び軽量化、ひいてはレンズ駆動装置310の小型化及び軽量化を実現できる。また、レンズ駆動軸312の下端部を駆動軸支持片315に固着する一方、レンズ駆動軸312の上端部を圧電素子支持片316に近接配置することで、レンズ駆動軸312に摩擦係合するレンズ支持体314の可動範囲を支持片315,316によって規制できる。 In this way, by fitting and securing both ends of the lens driving vibration unit 313 into the notched recesses 315a, 316a provided in a pair of support pieces 315, 316 of the support case 317, both ends of the lens driving vibration unit 313 can be securely secured to the support case 317, and the thickness of the support pieces 315, 316 can be reduced. This allows the length dimension (length dimension along the axial direction of the lens driving vibration unit 313) of the support case 317 to be reduced while maintaining the movable range (up and down stroke) of the lens support 314, thereby achieving a smaller and lighter support case 317 and ultimately a smaller and lighter lens driving device 310. Furthermore, by securing the lower end of the lens drive shaft 312 to the drive shaft support piece 315 and positioning the upper end of the lens drive shaft 312 adjacent to the piezoelectric element support piece 316, the movable range of the lens support 314, which frictionally engages with the lens drive shaft 312, can be restricted by the support pieces 315, 316.
また、支持ケース317の駆動軸支持片315の厚みを薄することで、レンズ支持体314がレンズ駆動装置310下端部(駆動軸支持片315下面)の近傍まで移動できるので、レンズ支持体314の駆動軸支持片315側の可動範囲端(レンズ支持体314の可動範囲下限)に対するレンズ駆動装置310下端部の突出寸法が小さいコンパクトなレンズ駆動装置310を実現できる。 Furthermore, by reducing the thickness of the drive shaft support piece 315 of the support case 317, the lens support 314 can be moved close to the lower end of the lens drive device 310 (the lower surface of the drive shaft support piece 315), thereby realizing a compact lens drive device 310 in which the protrusion dimension of the lower end of the lens drive device 310 relative to the end of the movable range of the lens support 314 on the drive shaft support piece 315 side (the lower limit of the movable range of the lens support 314) is small.
なお、レンズ駆動軸312の下端部が接着剤にて駆動軸支持片315に固着される構成においては、当該接着剤がレンズ駆動軸312の側面に回り込んでもよい。レンズ駆動用圧電素子311が圧電素子支持片316に接着剤にて固着される構成においても同様である。 In addition, in a configuration in which the lower end of the lens drive shaft 312 is fixed to the drive shaft support piece 315 with adhesive, the adhesive may flow around the side of the lens drive shaft 312. The same applies to a configuration in which the lens drive piezoelectric element 311 is fixed to the piezoelectric element support piece 316 with adhesive.
図4~図10等に示すように、レンズ駆動装置310のレンズ支持体314は、レンズ駆動軸312に摩擦係合する支持体基材319と、支持体基材319に連結されたレンズ保持板320とを備えている。レンズ301は、レンズ保持板320に設けられた光透過穴320aに重なるようにしてレンズ保持板320に例えば接着剤にて固着されている。撮像装置本体302の前部には、下向き開口の空洞部306が設けられ、レンズ301及びレンズ保持板320は空洞部306内で上下動可能に設けられている。 As shown in Figures 4 to 10, the lens support 314 of the lens drive device 310 includes a support substrate 319 that frictionally engages with the lens drive shaft 312, and a lens holding plate 320 connected to the support substrate 319. The lens 301 is fixed to the lens holding plate 320, for example with an adhesive, so that it overlaps with a light-transmitting hole 320a provided in the lens holding plate 320. A downward-opening cavity 306 is provided in the front of the imaging device main body 302, and the lens 301 and lens holding plate 320 are arranged to be able to move up and down within the cavity 306.
図4及び図6~図10では、支持体基材319の構成を簡略化して図示しており、支持体基材319は、例えば、後述する把持アーム220とアーム駆動軸211との摩擦係合構造(図14参照)と同様の構造にて、レンズ駆動軸312に摩擦係合している。なお、レンズ支持体314をレンズ駆動軸312に摩擦係合させる構成は、図14に示す構成と同様の構成に限定されず、レンズ駆動用圧電素子311の振動によってスティック状態(固着状態)とスリップ状態(滑り状態)とを繰り返してレンズ支持体314がレンズ駆動軸312に沿って移動する摩擦係合構造であればよい。 In Figures 4 and 6 to 10, the structure of the support substrate 319 is illustrated in a simplified manner, and the support substrate 319 is frictionally engaged with the lens drive shaft 312, for example, in a structure similar to the frictional engagement structure between the gripping arm 220 and the arm drive shaft 211 (see Figure 14), which will be described later. Note that the structure for frictionally engaging the lens support 314 with the lens drive shaft 312 is not limited to the structure shown in Figure 14, and may be any frictional engagement structure in which the lens support 314 moves along the lens drive shaft 312 by repeatedly shifting between a stick state (fixed state) and a slip state (sliding state) due to vibration of the lens drive piezoelectric element 311.
図6及び図10等に示すように、撮像装置本体302の上面には、該上面の前寄り部位から後縁部位にかけて前後方向に延びる回路配置溝307が形成されている。回路配置溝307の前部は空洞部306に連通しており、回路配置溝307の後部は撮像装置本体302の後面に開口している。撮像素子330は、フレキシブル基板331の一端部に搭載されており、フレキシブル基板331が撮像素子330を下向きにして回路配置溝307に沿って配置されるとともに、撮像素子330がレンズ301の上方に配置される。撮像素子330には、下方からレンズ301に入射してレンズ301を透過した光が光透過穴320aを介して入射する。 As shown in Figures 6 and 10, a circuit placement groove 307 is formed on the top surface of the imaging device main body 302, extending in the front-to-rear direction from the front portion of the top surface to the rear edge portion. The front portion of the circuit placement groove 307 communicates with the cavity 306, and the rear portion of the circuit placement groove 307 opens to the rear surface of the imaging device main body 302. The imaging element 330 is mounted on one end of a flexible substrate 331, which is arranged along the circuit placement groove 307 with the imaging element 330 facing downward, and the imaging element 330 is arranged above the lens 301. Light that enters the lens 301 from below and passes through the lens 301 enters the imaging element 330 through the light transmission hole 320a.
フレキシブル基板331は、ツール回転装置700によるグリッパー200の回転を妨げないように、撮像装置本体302から後向きに延設される。なお、フレキシブル基板331の前端部の撮像素子330とは逆の面に裏打ち板(図示省略)を貼り付けて、フレキシブル基板331の剛性を高めて撮像素子330の揺れを抑制してもよい。 The flexible substrate 331 extends rearward from the imaging device main body 302 so as not to interfere with rotation of the gripper 200 by the tool rotation device 700. A backing plate (not shown) may be attached to the front end of the flexible substrate 331 on the side opposite the imaging element 330 to increase the rigidity of the flexible substrate 331 and suppress shaking of the imaging element 330.
図4、図6及び図9等に示すように、撮像装置本体302の下面後部に設けた第2カメラ取付座304に、第2撮像素子340を搭載した第2フレキシブル基板342の端部が固着されている。第2撮像素子340は箱型のカメラケース343で覆われている。第2レンズ341は、光軸LAをグリッパー200の作業領域に向けて、カメラケース343に支持されている。第2フレキシブル基板342は、ツール回転装置700によるグリッパー200の回転を妨げないように、撮像装置本体302の第2カメラ取付座304から後向きに延設される。 As shown in Figures 4, 6, 9, etc., an end of a second flexible substrate 342 carrying a second imaging element 340 is fixed to a second camera mounting seat 304 provided on the rear underside of the imaging device main body 302. The second imaging element 340 is covered by a box-shaped camera case 343. The second lens 341 is supported by the camera case 343 with its optical axis LA facing the working area of the gripper 200. The second flexible substrate 342 extends rearward from the second camera mounting seat 304 of the imaging device main body 302 so as not to interfere with rotation of the gripper 200 by the tool rotation device 700.
本実施形態のグリッパーモジュール100では、撮像装置300は、レンズ駆動用圧電素子311の振動によってレンズ301を光軸Lに沿って移動させるレンズ駆動装置310と、レンズ301を通過した光を受光する撮像素子330とを備え、レンズ駆動用圧電素子311の振動によってレンズ301を移動させるようにしたので、レンズ駆動装置310の構成を簡素化でき、レンズ駆動装置310の小型化及び軽量化を実現できる。そして、撮像装置300の小型化及び軽量化、ひいてはカメラ付き作業モジュールの小型化及び軽量化を実現できる。 In the gripper module 100 of this embodiment, the imaging device 300 includes a lens driving device 310 that moves the lens 301 along the optical axis L by vibrating the lens driving piezoelectric element 311, and an imaging element 330 that receives light that has passed through the lens 301. Because the lens 301 is moved by vibrating the lens driving piezoelectric element 311, the configuration of the lens driving device 310 can be simplified, making it possible to reduce the size and weight of the lens driving device 310. This in turn makes it possible to reduce the size and weight of the imaging device 300, and ultimately the size and weight of the camera-equipped work module.
また、撮像素子330から延びるフレキシブル基板331(配線部材の一例)がグリッパー200の回転可能範囲を避けて延設されるとともに、レンズ駆動装置310のレンズ駆動軸312は、撮像素子330の側方に配置されている。これにより、フレキシブル基板331がツール回転装置700によるグリッパー200の回転を妨げるのを防止しながら、撮像素子330の側方の空きスペースを有効活用してレンズ駆動装置310を配置でき、よりコンパクトなカメラ付き作業モジュールを実現できる。 In addition, the flexible substrate 331 (an example of a wiring member) extending from the imaging element 330 is arranged to avoid the rotational range of the gripper 200, and the lens drive shaft 312 of the lens drive device 310 is positioned to the side of the imaging element 330. This prevents the flexible substrate 331 from interfering with the rotation of the gripper 200 by the tool rotation device 700, while allowing the lens drive device 310 to be positioned by effectively utilizing the empty space to the side of the imaging element 330, resulting in a more compact camera-equipped work module.
また、グリッパーモジュール100は、作業ツールとして開閉する把持アーム220を有するグリッパー200を備えているので、グリッパー200にて把持対象物を把持操作できるとともに、ツール回転装置700にてグリッパーの姿勢(向き)を変更できるので、コンパクトかつ軽量でより作業性の高いカメラ付き作業モジュールを実現できる。 In addition, the gripper module 100 is equipped with a gripper 200 having a gripping arm 220 that opens and closes as a work tool, allowing the gripper 200 to grip and operate the object to be gripped, and the gripper's posture (orientation) can be changed using the tool rotation device 700, resulting in a compact, lightweight, and more user-friendly work module with a camera.
次に、図6及び図11~図14等を参照しながら、グリッパーモジュール100のグリッパー200について説明する。なお、図6において、グリッパー200の断面は、図11(A)のX-X位置に対応している。 Next, the gripper 200 of the gripper module 100 will be described with reference to Figures 6 and 11 to 14. Note that in Figure 6, the cross section of the gripper 200 corresponds to the X-X position in Figure 11 (A).
グリッパー200は、アーム駆動用圧電素子210の左右両端に左右のアーム駆動軸211を固定したアーム駆動用振動ユニット212と、左右のアーム駆動軸211に摩擦係合してアーム駆動軸211の軸方向に移動する左右の把持アーム220とを備えている。左右の把持アーム220は、アーム駆動用圧電素子210の振動によって、互いに離れる方向へ、又は互いに接近する方向へ移動されることで開閉動作する。グリッパー200は、把持アーム220をアーム駆動用圧電素子210の振動によって開閉するので、グリッパー200の構成を簡素化でき、グリッパー200の小型化及び軽量化を実現できる。 The gripper 200 comprises an arm drive vibration unit 212, with left and right arm drive shafts 211 fixed to both the left and right ends of an arm drive piezoelectric element 210, and left and right gripping arms 220 that frictionally engage with the left and right arm drive shafts 211 and move in the axial direction of the arm drive shafts 211. The left and right gripping arms 220 open and close by moving away from or towards each other due to the vibration of the arm drive piezoelectric element 210. Because the gripper 200 opens and closes the gripping arms 220 due to the vibration of the arm drive piezoelectric element 210, the configuration of the gripper 200 can be simplified, and the gripper 200 can be made smaller and lighter.
図12に示すように、アーム駆動用振動ユニット212は、左右長手のグリッパー台板201に固定されている。アーム駆動用圧電素子210の一側面が、グリッパー台板201の中央部に突設された台板載置台201aに接着剤202aにて固着されている。また、左右のアーム駆動軸211の端面がグリッパー台板201の左右端部に突設された左右の台板支持片201bの先端面に接着剤202bにて固着されている。 As shown in Figure 12, the arm-driving vibration unit 212 is fixed to the left-right long gripper base plate 201. One side of the arm-driving piezoelectric element 210 is fixed with adhesive 202a to the base plate mounting base 201a that protrudes from the center of the gripper base plate 201. In addition, the end faces of the left and right arm drive shafts 211 are fixed with adhesive 202b to the tip faces of the left and right base plate support pieces 201b that protrude from the left and right ends of the gripper base plate 201.
なお、左右のアーム駆動軸211の端面は、図13(A)に示すように、台板支持片201bに突合せ配置されて接着剤(図示省略)にて固着されてもよい。また、左右のアーム駆動軸211の端面は、グリッパー台板201に固着されていなくてもよく、例えば、図13(A)に示す構成において、アーム駆動軸211と台板支持片201bとが互いに接着されていない場合には、台板支持片201bは、アーム駆動軸211を保護する保護部材として機能する。この場合、アーム駆動軸211と台板支持片201bとの間に隙間が形成されるようにしてもよい。 The end faces of the left and right arm drive shafts 211 may be abutted against the base plate support piece 201b and fixed with adhesive (not shown), as shown in FIG. 13(A). The end faces of the left and right arm drive shafts 211 do not have to be fixed to the gripper base plate 201. For example, in the configuration shown in FIG. 13(A), if the arm drive shafts 211 and the base plate support piece 201b are not bonded to each other, the base plate support piece 201b functions as a protective member that protects the arm drive shafts 211. In this case, a gap may be formed between the arm drive shafts 211 and the base plate support piece 201b.
また、図13(B)に示すように、把持アーム220のアーム駆動軸211先端側(左右外側)への移動可能範囲を制限するストッパー部材227を設けてもよい。例えば、ストッパー部材227は、アーム駆動軸211の一側面(2つ以上の側面であってもよい)の先端寄り部位(アーム駆動用圧電素子210とは反対側の端部寄り部位)に付着された接着剤にて形成されている。ストッパー部材227により、把持アーム220の左右外側への移動が制限される。なお、把持アーム220のアーム駆動軸211基端側(左右内側)への移動可能範囲は、グリッパー台板201の台板載置台201aにて制限される。 Also, as shown in FIG. 13(B), a stopper member 227 may be provided to limit the range of movement of the gripping arm 220 toward the tip end (left and right outer sides) of the arm drive shaft 211. For example, the stopper member 227 is formed of adhesive attached to a portion of one side (or two or more sides) of the arm drive shaft 211 near the tip (near the end opposite the arm drive piezoelectric element 210). The stopper member 227 limits the movement of the gripping arm 220 toward the left and right outer sides. The range of movement of the gripping arm 220 toward the base end (left and right inner sides) of the arm drive shaft 211 is limited by the plate mounting base 201a of the gripper plate 201.
この変形例では、左右のアーム駆動軸211のそれぞれにストッパー部材227が設けられる一方、左右のアーム駆動軸211でストッパー部材227が設けられる左右方向位置が異なっている。これにより、左右の把持アーム220は、ストローク(移動可能範囲の左右方向長さ)が異なっている。 In this modified example, a stopper member 227 is provided on each of the left and right arm drive shafts 211, but the left and right positions at which the stopper members 227 are provided are different for the left and right arm drive shafts 211. As a result, the left and right gripping arms 220 have different strokes (the left and right lengths of their movable ranges).
左右の把持アーム220のストロークが異なっていることで、左右の把持アーム220が全開状態から閉じる動作をするときに、ストロークが短い方の把持アーム220が左右内側のストローク端(アーム駆動用圧電素子210側のストローク端)に到達し、ストロークが長い方の把持アーム220が遅れて左右内側のストローク端に到達する。このように、一方の把持アーム220を他方の把持アーム220に比べて左右内側のストローク端に先に到達させることで、左右の把持アーム220を閉じたときの把持アーム220の位置の再現性を向上できる。 Because the left and right gripping arms 220 have different strokes, when the left and right gripping arms 220 move from a fully open state to a closed state, the gripping arm 220 with the shorter stroke reaches the inner stroke end on the left or right side (the stroke end on the arm drive piezoelectric element 210 side), and the gripping arm 220 with the longer stroke reaches the inner stroke end on the left or right side later. In this way, by making one gripping arm 220 reach the inner stroke end on the left or right side earlier than the other gripping arm 220, the reproducibility of the position of the gripping arms 220 when the left and right gripping arms 220 are closed can be improved.
また、一方の把持アーム220を先に左右内側のストローク端に到達させることで、微小な把持対象物を把持する際に左右の把持アーム220が把持対象物を把持する位置を予測しやすくなり、左右の把持アーム220が把持対象物の把持を完了する前に把持対象物があまり移動しないようにできる。このように、把持操作完了前の把持対象物の変位を低減して、把持操作の再現性及び確実性(精度)を向上できる。 Furthermore, by having one of the gripping arms 220 reach the inner left/right stroke end first, it becomes easier to predict the position at which the left and right gripping arms 220 will grip the object when gripping a small object, and the object can be prevented from moving too much before the left and right gripping arms 220 have completed gripping the object. In this way, displacement of the object to be gripped before the gripping operation is completed can be reduced, improving the repeatability and reliability (accuracy) of the gripping operation.
また、把持対象物を所望の向きや位置に移動させるときに、ストロークが短い方の把持アーム220を左右内側のストローク端に到達させて把持対象物を移動させるようにすれば、他方の把持アーム220が把持対象物に接触する前に把持対象物の移動を完了できる。これにより、把持対象物の移動操作の再現性及び確実性(精度)を向上できる。 Furthermore, when moving the object to be grasped to a desired orientation or position, if the gripping arm 220 with the shorter stroke reaches the inner stroke end on the left or right, the movement of the object to be grasped can be completed before the other gripping arm 220 comes into contact with the object to be grasped. This improves the reproducibility and reliability (accuracy) of the movement operation of the object to be grasped.
左右の把持アーム220をともに左右内側のストローク端に位置させた状態で把持アーム220の先端部同士(フィンガー部材225の先端部同士)の間に隙間が形成されるように把持アーム220の形状及びストロークを設定した場合にも、左右の把持アーム220でストロークを互いに異ならせることで、上記と同様の効果が得られる。 Even if the shape and stroke of the gripping arms 220 are set so that a gap is formed between the tips of the gripping arms 220 (tips of the finger members 225) when both the left and right gripping arms 220 are positioned at the inner left and right stroke ends, the same effect as above can be achieved by making the strokes of the left and right gripping arms 220 different from each other.
なお、左右のアーム駆動軸211のうち一方のアーム駆動軸211のみにストッパー部材227を設けることで、左右の把持アーム220のストロークを互いに異ならせることも可能である。また、アーム駆動軸211の基端寄り部位(アーム駆動用圧電素子210側の端部寄り部位)にストッパー部材を設けることによって、把持アーム220の左右内側のストローク端を設定することが可能である。また、左右の把持アーム220でストロークを互いに異ならせる構成は、図13(A)に示した構成に適用可能であることは言うまでもない。なお、把持アーム220のストローク端を決定するストッパー部材は、アーム駆動軸211に設ける構成に限らず、例えばグリッパー台板201又はグリッパーケース203に設けた突起部によって形成される構成など、把持アーム220に接触して把持アーム220の移動可能範囲を制限する構成であればよい。 It is also possible to make the strokes of the left and right gripping arms 220 different from each other by providing a stopper member 227 on only one of the left and right arm drive shafts 211. Furthermore, by providing a stopper member near the base end of the arm drive shaft 211 (near the end on the arm drive piezoelectric element 210 side), it is possible to set the inner stroke ends of the left and right gripping arms 220. It goes without saying that the configuration in which the strokes of the left and right gripping arms 220 differ from each other can also be applied to the configuration shown in FIG. 13(A). The stopper member that determines the stroke end of the gripping arm 220 is not limited to a configuration provided on the arm drive shaft 211, and may be a configuration that comes into contact with the gripping arm 220 and limits the movable range of the gripping arm 220, such as a configuration formed by a protrusion provided on the gripper base plate 201 or gripper case 203.
左右のアーム駆動軸211に摩擦係合する左右の把持アーム220は、アーム駆動軸211に接触させた状態となるアーム本体221のアーム本体基端部223に、弾性を有するアーム固定部材222を装着することで、アーム駆動軸211と摩擦係合している。左右の把持アーム220は、左右対称の構成を有している。図4、図6及び図7等では、アーム本体221のアーム本体基端部223及びアーム固定部材222の周辺を簡略化して図示している。 The left and right gripping arms 220, which frictionally engage with the left and right arm drive shafts 211, are frictionally engaged with the arm drive shafts 211 by attaching elastic arm fixing members 222 to the arm body base ends 223 of the arm bodies 221, which are in contact with the arm drive shafts 211. The left and right gripping arms 220 have a symmetrical configuration. Figures 4, 6, 7, etc. show simplified illustrations of the arm body base ends 223 of the arm bodies 221 and the arm fixing members 222.
図14を参照しながら、把持アーム220とアーム駆動軸211との摩擦係合の具体的な構成例を説明する。なお、図14では、把持アーム220におけるアーム本体221のフィンガー取付部224を簡略化して図示するとともに、フィンガー部材225の図示を省略している。 With reference to Figure 14, a specific configuration example of frictional engagement between the gripping arm 220 and the arm drive shaft 211 will be described. Note that in Figure 14, the finger attachment portion 224 of the arm main body 221 of the gripping arm 220 is illustrated in a simplified form, and the finger member 225 is not shown.
アーム本体221のアーム本体基端部223は、側面視で二股に分岐させたL字形状を有しており、一方が後方に延びた上側固定部223Aとなり、他方が下方に延びた前側固定部223Bとなる。アーム固定部材222は、例えば、側面視L字形状に屈曲された板状の摩擦バネなどの弾性体で構成され、アーム固定部材222の一端(後方上縁側)が、アーム本体基端部223の上側固定部223Aと連結される一方、アーム固定部材222の他端(下方前縁側)が、アーム本体基端部223の前側固定部223Bと連結される。 The arm body base end 223 of the arm body 221 has a bifurcated L-shape in side view, with one end forming an upper fixing portion 223A extending rearward and the other forming a front fixing portion 223B extending downward. The arm fixing member 222 is composed of an elastic body such as a plate-shaped friction spring bent into an L-shape in side view, with one end (rear upper edge side) of the arm fixing member 222 connected to the upper fixing portion 223A of the arm body base end 223, and the other end (lower front edge side) of the arm fixing member 222 connected to the front fixing portion 223B of the arm body base end 223.
アーム本体221は、アーム本体基端部223より前方に延設させたフィンガー取付部224を有している。フィンガー取付部224は、アーム本体基端部223の上側固定部223Aの左右一方の辺縁であって前側固定部223Bの前面から前方に向けて延設されている。アーム本体基端部223は、上側固定部223Aの後方縁に上側に突起させた上側係止部223Xを有する一方、前側固定部223Bの下方縁に前側に突起させた前側係止部223Yを有する。すなわち、アーム本体基端部223は、後方縁に側面視鈎状となる上側係止部223Xを有する上側固定部223Aと、下方縁に側面視鈎状となる前側係止部223Yを有する前側固定部223Bとを分岐させて構成されている。 The arm body 221 has a finger attachment portion 224 extending forward from the arm body base end 223. The finger attachment portion 224 is located on one of the left and right edges of the upper fixing portion 223A of the arm body base end 223, and extends forward from the front surface of the front fixing portion 223B. The arm body base end 223 has an upper locking portion 223X that protrudes upward from the rear edge of the upper fixing portion 223A, and a front locking portion 223Y that protrudes forward from the lower edge of the front fixing portion 223B. In other words, the arm body base end 223 is configured by branching into an upper fixing portion 223A having an upper locking portion 223X that is hook-shaped in side view at its rear edge, and a front fixing portion 223B having a front locking portion 223Y that is hook-shaped in side view at its lower edge.
アーム固定部材222は、後側下方端から上方に向かって延びる後方板部222Aと、後方板部222Aの下方縁から前方に向かって延びる下方板部222Bとを有しており、後方板部222Aの上縁にL字状に屈曲させた上側係止部222Xが設けられる一方、下方板部222Bの前縁にL字状に屈曲させた前側係止部222Yが設けられる。アーム固定部材222は、後方板部222Aの上下中途部を前方に突設させるとともに、下方板部222Bの前後中途部を上方に突設させており、後方板部222Aと下方板部222Bとの連結部分が側面視でU字状に形成されている。また、上側係止部222Xが、後方板部222A上縁から前方に延びた後に下方へ屈曲させて構成されており、前側係止部222Yが、下方板部222B前縁から上方に延びた後に後方へ屈曲させて構成されている。 The arm fixing member 222 has a rear plate portion 222A extending upward from the rear lower end, and a lower plate portion 222B extending forward from the lower edge of the rear plate portion 222A. An upper locking portion 222X bent into an L shape is provided on the upper edge of the rear plate portion 222A, while a front locking portion 222Y bent into an L shape is provided on the front edge of the lower plate portion 222B. The arm fixing member 222 has the upper and lower midpoints of the rear plate portion 222A protruding forward, and the front and rear midpoints of the lower plate portion 222B protruding upward, so that the connecting portion between the rear plate portion 222A and the lower plate portion 222B is U-shaped in side view. Additionally, the upper locking portion 222X extends forward from the upper edge of the rear plate portion 222A and then bends downward, while the front locking portion 222Y extends upward from the front edge of the lower plate portion 222B and then bends backward.
アーム本体221は、アーム本体基端部223をアーム駆動軸211の外周面の一部に当接させるようにして、アーム駆動用振動ユニット212に取り付けられる。このとき、アーム本体基端部223において、上側固定部223A下面がアーム駆動軸211上面に接触するとともに、アーム本体基端部223の前側固定部223B後面がアーム駆動軸211前面に接触する。すなわち、アーム本体221は、アーム本体基端部223がアーム駆動軸211の左右方向一部における上面及び前面を覆うようにして、アーム駆動用振動ユニット212に取り付けられる。また、上側固定部223A後縁がアーム駆動軸211後縁よりも後方に突出するとともに、前側固定部223B下縁がアーム駆動軸211下縁よりも下方に突出している。 The arm body 221 is attached to the arm drive vibration unit 212 so that the arm body base end 223 abuts against part of the outer circumferential surface of the arm drive shaft 211. At this time, the lower surface of the upper fixing portion 223A of the arm body base end 223 contacts the upper surface of the arm drive shaft 211, and the rear surface of the front fixing portion 223B of the arm body base end 223 contacts the front surface of the arm drive shaft 211. In other words, the arm body 221 is attached to the arm drive vibration unit 212 so that the arm body base end 223 covers part of the upper and front surfaces of the arm drive shaft 211 in the left-right direction. Furthermore, the rear edge of the upper fixing portion 223A protrudes rearward beyond the rear edge of the arm drive shaft 211, and the lower edge of the front fixing portion 223B protrudes downward beyond the lower edge of the arm drive shaft 211.
アーム固定部材222が、アーム本体基端部223で覆われたアーム駆動軸211における露出した外周面を覆うようにして、アーム本体221が取り付けられたアーム駆動用振動ユニット212に取り付けられる。このとき、アーム固定部材222は、後方板部222Aの突設部分前面をアーム駆動軸211後面に当接させるとともに、下方板部222Bの突設部分上面をアーム駆動軸211下面に当接させる。すなわち、アーム固定部材222は、アーム駆動軸211のアーム本体221のアーム本体基端部223で覆われた箇所の後面及び下面を覆うようにして、アーム駆動用振動ユニット212に取り付けられる。また、アーム固定部材222は、後方板部222A上縁をアーム固定部材222のアーム本体基端部223上面より上方へ突出させることで、上側係止部222Xをアーム本体基端部223の上側係止部223Xに係止させる一方、下方板部222B前縁をアーム固定部材222のアーム本体基端部223前面より前方へ突出させることで、前側係止部222Yをアーム本体基端部223の前側係止部223Yに係止させる。 The arm fixing member 222 is attached to the arm drive vibration unit 212 to which the arm body 221 is attached, so as to cover the exposed outer peripheral surface of the arm drive shaft 211 covered by the arm body base end 223. At this time, the arm fixing member 222 abuts the front surface of the protruding portion of the rear plate portion 222A against the rear surface of the arm drive shaft 211, and abuts the upper surface of the protruding portion of the lower plate portion 222B against the lower surface of the arm drive shaft 211. In other words, the arm fixing member 222 is attached to the arm drive vibration unit 212 so as to cover the rear and lower surfaces of the portions of the arm body 221 of the arm drive shaft 211 that are covered by the arm body base end 223. Furthermore, the upper edge of the rear plate portion 222A of the arm fixing member 222 protrudes upward from the top surface of the arm main body base end 223 of the arm fixing member 222, thereby engaging the upper locking portion 222X with the upper locking portion 223X of the arm main body base end 223, while the front edge of the lower plate portion 222B protrudes forward from the front surface of the arm main body base end 223 of the arm fixing member 222, thereby engaging the front locking portion 222Y with the front locking portion 223Y of the arm main body base end 223.
アーム本体221は、アーム本体基端部223両端における上側係止部223X及び前側係止部223Yに、アーム固定部材222両端の上側係止部222X及び前側係止部222Yが引っ掛けられて、アーム駆動軸211との2か所の接触部でアーム駆動軸211を押さえつけて、アーム駆動軸211との間で摩擦力を発生する。すなわち、アーム本体221は、アーム固定部材222によりアーム駆動軸211の方向に引き付けられ、アーム駆動軸211と接触している二つの面(上面及び前面)においてアーム駆動軸211との間で摩擦力を発生させる。このようにして、アーム本体221とアーム固定部材222を組み合わせた把持アーム220がアーム駆動用振動ユニット212に対して摩擦係合した状態となる。 The arm main body 221 has upper locking portions 223X and front locking portions 223Y at both ends of the arm main body base end 223 hooked onto upper locking portions 222X and front locking portions 222Y at both ends of the arm fixing member 222, pressing down on the arm drive shaft 211 at two contact points with the arm drive shaft 211 and generating a frictional force between the arm main body 221 and the arm fixing member 222. In other words, the arm main body 221 is pulled toward the arm drive shaft 211 by the arm fixing member 222, generating a frictional force between the arm drive shaft 211 and the arm drive shaft 211 on the two surfaces (top and front) that are in contact with the arm drive shaft 211. In this way, the gripping arm 220, which combines the arm main body 221 and the arm fixing member 222, is frictionally engaged with the arm drive vibration unit 212.
移動体となるアーム本体221のアーム本体基端部223が、アーム駆動用振動ユニット212の軸方向から視てアーム駆動用振動ユニット212の外周の一部を覆う形状、すなわち、アーム駆動用振動ユニット212の軸方向に対して垂直な面上でアーム駆動用振動ユニット212の外周の一部を覆う形状を有している。そして、アーム本体基端部223をアーム駆動用振動ユニット212の外周に沿わせるとともにアーム本体基端部223の両端を弾性体であるアーム固定部材222で連結させて、アーム本体221をアーム駆動用振動ユニット212に係合させている。すなわち、アーム本体221のアーム本体基端部223を、アーム駆動軸211の前側上方より覆い被せるようにして、アーム駆動軸211の前面及び上面に当接させて設置する。その後、アーム固定部材222を広げて、アーム駆動軸211の後側下方よりアーム本体基端部223の両端を挟み込むようにして、上側係止部223X及び前側係止部223Yそれぞれを上側係止部222X及び前側係止部222Yを係止させて、アーム駆動軸211に対して、アーム本体221のアーム本体基端部223を摩擦係合させる。 The arm body base end 223 of the arm body 221, which serves as the moving body, has a shape that covers part of the outer periphery of the arm drive vibration unit 212 when viewed from the axial direction of the arm drive vibration unit 212, i.e., a shape that covers part of the outer periphery of the arm drive vibration unit 212 on a plane perpendicular to the axial direction of the arm drive vibration unit 212. The arm body base end 223 is aligned along the outer periphery of the arm drive vibration unit 212 and both ends of the arm body base end 223 are connected by elastic arm fixing members 222, engaging the arm body 221 with the arm drive vibration unit 212. In other words, the arm body base end 223 of the arm body 221 is installed so as to cover the upper front side of the arm drive shaft 211 and abut against the front and top surfaces of the arm drive shaft 211. Thereafter, the arm fixing member 222 is spread open so as to sandwich both ends of the arm main body base end 223 from below and behind the arm drive shaft 211, and the upper locking portion 223X and the front locking portion 223Y are respectively locked with the upper locking portion 222X and the front locking portion 222Y, thereby frictionally engaging the arm main body base end 223 of the arm main body 221 with the arm drive shaft 211.
このように、把持アーム220は、アーム本体221のアーム本体基端部223と弾性体となるアーム固定部材222とでアーム駆動軸211を挟むようにしてアーム駆動用振動ユニット212に設置されるため、アーム駆動用振動ユニット212に対する把持アーム220の組み込みが容易に行えるとともに、把持アーム220を適度な力でアーム駆動用振動ユニット212に摩擦係合できる。このとき、アーム固定部材222の弾性力を変更することで、アーム駆動用振動ユニット212に対する把持アーム220の摩擦力を変更できるものとしてもよいし、アーム固定部材222のアーム駆動軸211への接触面積を変更することで、アーム駆動用振動ユニット212に対する把持アーム220の摩擦力を変更できるものとしてもよい。 In this way, the gripping arm 220 is installed on the arm drive vibration unit 212 so that the arm drive shaft 211 is sandwiched between the arm body base end 223 of the arm body 221 and the elastic arm fixing member 222. This makes it easy to incorporate the gripping arm 220 into the arm drive vibration unit 212, and allows the gripping arm 220 to frictionally engage with the arm drive vibration unit 212 with an appropriate force. In this case, the frictional force of the gripping arm 220 with respect to the arm drive vibration unit 212 may be changed by changing the elastic force of the arm fixing member 222, or the frictional force of the gripping arm 220 with respect to the arm drive vibration unit 212 may be changed by changing the contact area of the arm fixing member 222 with the arm drive shaft 211.
また、把持アーム220は、アーム本体221のフィンガー取付部224を前方に延設させた構成を有しているが、アーム駆動軸211を四角柱状とするとともに、アーム本体221のアーム本体基端部223及びアーム固定部材222をL字状に構成することで、フィンガー取付部224による回転モーメントにより把持アーム220がアーム駆動用振動ユニット212に対して回転することを規制できる。すなわち、アーム本体221のアーム本体基端部223及びアーム固定部材222それぞれがアーム駆動軸211の外周面を押圧しながら当接することにより、アーム駆動軸211に対するアーム本体221の回転を防止できる。このとき、アーム本体221のアーム本体基端部223及びアーム固定部材222は、前側固定部223Bと後方板部222Aとでアーム駆動軸211の前後を狭持するとともに、上側固定部223Aと下方板部222Bとでアーム駆動軸211の上下を狭持することで、アーム駆動軸211に摩擦係合している。 Furthermore, the gripping arm 220 has a configuration in which the finger attachment portion 224 of the arm body 221 is extended forward, but by making the arm drive shaft 211 rectangular prism-shaped and configuring the arm body base end portion 223 and arm fixing member 222 of the arm body 221 in an L-shape, it is possible to restrict the gripping arm 220 from rotating relative to the arm drive vibration unit 212 due to the rotational moment caused by the finger attachment portion 224. In other words, the arm body base end portion 223 and arm fixing member 222 of the arm body 221 each abut against the outer circumferential surface of the arm drive shaft 211 while pressing against it, thereby preventing the arm body 221 from rotating relative to the arm drive shaft 211. At this time, the arm body base end portion 223 of the arm body 221 and the arm fixing member 222 sandwich the arm drive shaft 211 from the front and rear between the front fixing portion 223B and the rear plate portion 222A, and also sandwich the arm drive shaft 211 from the top and bottom between the upper fixing portion 223A and the lower plate portion 222B, thereby frictionally engaging with the arm drive shaft 211.
このようにして、把持アーム220はアーム駆動軸211に摩擦係合している。なお、把持アーム220をアーム駆動軸211に摩擦係合させる構成は、図14を参照して説明した構成に限定されず、アーム駆動用圧電素子210の振動によってスティック状態(固着状態)とスリップ状態(滑り状態)とを繰り返して把持アーム220がアーム駆動軸211に沿って移動する摩擦係合構造であればよい。 In this way, the gripping arm 220 is frictionally engaged with the arm drive shaft 211. Note that the configuration for frictionally engaging the gripping arm 220 with the arm drive shaft 211 is not limited to the configuration described with reference to Figure 14, and any frictional engagement structure may be used in which the gripping arm 220 moves along the arm drive shaft 211 by repeatedly going between a stick state (fixed state) and a slip state (sliding state) due to vibration of the arm drive piezoelectric element 210.
図11~図13等に戻ってグリッパー200の説明を続ける。把持アーム220のフィンガー取付部224の先端部に、板状のフィンガー部材225を保持するためのフィンガー取付溝224aが形成されている。フィンガー取付溝224aは、フィンガー取付部224の先端面、上面及び下面に開口している。フィンガー取付部224の先端部には、当該先端部の左右外側面からフィンガー取付溝224aに貫通するフィンガー固定用ねじ穴224bが形成されている。 Returning to Figures 11 to 13, etc., we will continue explaining the gripper 200. A finger mounting groove 224a for holding a plate-shaped finger member 225 is formed at the tip of the finger mounting portion 224 of the gripping arm 220. The finger mounting groove 224a opens to the tip surface, top surface, and bottom surface of the finger mounting portion 224. The tip of the finger mounting portion 224 is formed with finger fixing screw holes 224b that penetrate from the left and right outer surfaces of the tip to the finger mounting groove 224a.
フィンガー取付溝224aにフィンガー部材225の基端部が差し込まれ、フィンガー固定用ねじ穴224bに左右外側から捩じ込まれるフィンガー固定用ねじ226によってフィンガー部材225の基端部がフィンガー取付溝224aの内壁面に押圧されることで、フィンガー部材225がアーム本体221に着脱可能に取り付けられている。フィンガー固定用ねじ226は例えば六角穴付き止めねじである。フィンガー部材225の先端側は、左右のフィンガー部材225の先端同士が互いに近づく方向へ向けて斜め内向きに延伸しており、フィンガー部材225の先端にて微小部品を把持しやすい構成になっている。 The base ends of the finger members 225 are inserted into the finger mounting grooves 224a, and the base ends of the finger members 225 are pressed against the inner wall surfaces of the finger mounting grooves 224a by finger fixing screws 226 that are screwed into the finger fixing screw holes 224b from the left and right outside, thereby removably attaching the finger members 225 to the arm body 221. The finger fixing screws 226 are, for example, hexagon socket set screws. The tip sides of the finger members 225 extend diagonally inward in the direction in which the tips of the left and right finger members 225 approach each other, making it easy to grip micro-components with the tips of the finger members 225.
アーム駆動用振動ユニット212及び把持アーム220の基端側は、グリッパー台板201に固着された略箱型のグリッパーケース203で覆われている。把持アーム220のアーム固定部材222とアーム本体221のアーム本体基端部223はグリッパーケース203内に配置され、アーム本体221のフィンガー取付部224はグリッパーケース203外に配置されている。グリッパーケース203の端面には、左右のアーム本体221が挿通される左右の把持アーム挿通穴203aが形成されている。把持アーム挿通穴203aは左右横長に形成されて、把持アーム220が左右方向に移動可能に構成されている。 The base ends of the arm drive vibration unit 212 and gripping arm 220 are covered by a roughly box-shaped gripper case 203 fixed to the gripper base plate 201. The arm fixing member 222 of the gripping arm 220 and the arm body base end 223 of the arm body 221 are disposed within the gripper case 203, while the finger attachment portion 224 of the arm body 221 is disposed outside the gripper case 203. Left and right gripping arm insertion holes 203a, through which the left and right arm bodies 221 are inserted, are formed on the end faces of the gripper case 203. The gripping arm insertion holes 203a are elongated horizontally, allowing the gripping arm 220 to move left and right.
グリッパーケース203の上下両面の各中央部には、取付ねじ挿通穴203bがそれぞれ形成されている。取付ねじ挿通穴203bは、取付ねじ挿通穴203bに挿通されるグリッパー取付ねじ205がグリッパーケース203内の把持アーム220及びアーム駆動用振動ユニット212に干渉しない位置に設けられている。グリッパーケース203の左右側面に設けられた開口は、グリッパーケース203の左右側面及びグリッパー台板201の左右側面に貼り付けられた側面カバー204にて塞がれている。また、グリッパーケース203には、アーム駆動用圧電素子210に電気信号を供給する電気配線206をグリッパーケース203内から引き出すための配線挿通穴203cが形成されている。 Mounting screw insertion holes 203b are formed in the center of each of the top and bottom surfaces of the gripper case 203. The mounting screw insertion holes 203b are positioned so that the gripper mounting screws 205 inserted through the mounting screw insertion holes 203b do not interfere with the gripping arms 220 and arm-driving vibration units 212 inside the gripper case 203. Openings on the left and right side surfaces of the gripper case 203 are covered by side covers 204 attached to the left and right side surfaces of the gripper case 203 and the left and right side surfaces of the gripper base plate 201. In addition, the gripper case 203 is formed with wiring insertion holes 203c for pulling out electrical wiring 206 that supplies electrical signals to the arm-driving piezoelectric elements 210 from within the gripper case 203.
グリッパー200は、取付ねじ挿通穴203bに挿通されたグリッパー取付ねじ205が、ツール取付部723の前面部724に設けられたツール取付ねじ穴725に捩じ込まれることで、ツール取付部723に着脱可能に取り付けられる。グリッパー200は、左右の把持アーム220が閉じた状態で把持アーム220のフィンガー部材225がツール取付部723の下方に位置するように、斜め下向き姿勢でツール取付部723に固着されている。 The gripper 200 is detachably attached to the tool attachment part 723 by threading the gripper attachment screw 205 inserted through the attachment screw insertion hole 203b into the tool attachment screw hole 725 provided in the front surface 724 of the tool attachment part 723. The gripper 200 is fixed to the tool attachment part 723 in an obliquely downward position so that the finger members 225 of the gripping arms 220 are positioned below the tool attachment part 723 when the left and right gripping arms 220 are closed.
以上のように、グリッパーモジュール100によれば、グリッパー200の把持アーム220をアーム駆動用圧電素子210の振動によって開閉するようにしたので、グリッパー200の構成を簡素化でき、グリッパー200の小型化及び軽量化を実現できる。さらに、グリッパー200と撮像装置300とを同一の台座部材に取り付けるようにしたので、グリッパー200と撮像装置300とをコンパクトに配置でき、グリッパーモジュール100の小型化及び軽量化を実現できる。 As described above, with the gripper module 100, the gripping arm 220 of the gripper 200 opens and closes due to the vibration of the arm-driving piezoelectric element 210, which simplifies the configuration of the gripper 200 and enables the gripper 200 to be made smaller and lighter. Furthermore, since the gripper 200 and the imaging device 300 are attached to the same base member, the gripper 200 and the imaging device 300 can be arranged compactly, enabling the gripper module 100 to be made smaller and lighter.
また、グリッパーモジュール100では、撮像装置300は、レンズ301と、レンズ301を支持するとともに移動させ得るレンズ駆動装置310と、撮像素子330を保持する撮像素子ホルダー332とを備えている。そして、レンズ駆動装置310及び撮像素子ホルダー332は、個別にツール取付部723に取り付けられている。これにより、モジュール化された撮像装置をツール取付部723に取り付ける場合に比べて、グリッパーモジュール100において撮像装置300が占める領域を小さくでき、グリッパーモジュール100をよりコンパクトな構成にして、グリッパーモジュール100の小型化及び軽量化を実現できる。なお、レンズ301は複数のレンズで構成されていてもよい。この場合、複数のレンズのうちいずれか1つ又は複数が移動されてピント調整可能な構成であってもよい。 In the gripper module 100, the imaging device 300 includes a lens 301, a lens driving device 310 that supports and moves the lens 301, and an imaging element holder 332 that holds the imaging element 330. The lens driving device 310 and the imaging element holder 332 are individually attached to the tool mounting portion 723. This allows the area occupied by the imaging device 300 in the gripper module 100 to be smaller than when a modularized imaging device is attached to the tool mounting portion 723, making the gripper module 100 more compact and achieving a smaller and lighter gripper module 100. The lens 301 may be composed of multiple lenses. In this case, one or more of the multiple lenses may be configured to be movable for focus adjustment.
また、グリッパー200が取り付けられるツール取付部723に、レンズ駆動装置310及び撮像素子ホルダー332を個別に取り付けることで、グリッパー200に対するレンズ駆動装置310及び撮像素子ホルダー332のレイアウトの自由度が向上する。そして、撮像素子ホルダー332に対してグリッパー200及びレンズ駆動装置310を近接配置することで、グリッパー200及び撮像装置300のコンパクトな配置が可能になり、グリッパーモジュール100の小型化及び軽量化に寄与する。なお、レンズ駆動装置310が把持アーム220の開閉動作を妨げない構成であれば、グリッパー200とレンズ駆動装置310とを近接配置することも可能である。 Furthermore, by separately attaching the lens driving device 310 and the imaging device holder 332 to the tool mounting portion 723 to which the gripper 200 is attached, the degree of freedom in the layout of the lens driving device 310 and the imaging device holder 332 relative to the gripper 200 is improved. Furthermore, by arranging the gripper 200 and the lens driving device 310 in close proximity to the imaging device holder 332, the gripper 200 and the imaging device 300 can be arranged compactly, contributing to the miniaturization and weight reduction of the gripper module 100. Note that the gripper 200 and the lens driving device 310 can also be arranged in close proximity as long as the lens driving device 310 is configured so as not to interfere with the opening and closing operation of the gripping arm 220.
次に、図15及び図16を参照しながら、グリッパーモジュール100の他の実施形態について説明する。図15は、グリッパーモジュールの他の実施形態を示し、(A)は側面図、(B)は一部断面で示す正面図である。図16は、撮像装置を示し、(A)は平面図、(B)は一部断面で示す側面図、(C)は底面図である。図16(A)では上カバー体354の図示を省略し、図16(C)では下カバー体356の図示を省略している。図15及び図16において、図1~図10を参照して説明したグリッパーモジュール100と同様の部分には同じ符号を付し、それらの部分の説明は省略する。 Next, another embodiment of the gripper module 100 will be described with reference to Figures 15 and 16. Figure 15 shows another embodiment of the gripper module, with (A) being a side view and (B) being a front view with a partial cross section. Figure 16 shows an imaging device, with (A) being a plan view, (B) being a side view with a partial cross section, and (C) being a bottom view. The upper cover body 354 is not shown in Figure 16(A), and the lower cover body 356 is not shown in Figure 16(C). In Figures 15 and 16, parts that are the same as those in the gripper module 100 described with reference to Figures 1 to 10 are designated by the same reference numerals, and descriptions of these parts will be omitted.
本実施形態のグリッパーモジュール100での撮像装置300Aは、レンズ駆動用圧電素子311の振動によってレンズ301を光軸Lに沿って移動させるレンズ駆動装置310のレンズ駆動軸312が、撮像素子330に対してレンズ301とは反対側の位置でレンズ301の光軸Lの延長線上に配置されている。 In the imaging device 300A of the gripper module 100 of this embodiment, the lens drive shaft 312 of the lens drive device 310, which moves the lens 301 along the optical axis L by vibration of the lens drive piezoelectric element 311, is positioned on the opposite side of the imaging element 330 from the lens 301, on an extension of the optical axis L of the lens 301.
撮像装置300の撮像装置本体302Aは、金属製又は樹脂製で直方体形の基体を有し、該基体の上面に左右の固定部303を有するとともに下面に第2カメラ取付座304を有している。撮像装置本体302Aの前面に上下開口の四角筒型のカメラホルダー351が固着され、カメラホルダー351内にレンズ301、レンズ駆動装置310及び撮像素子330が配設されている。カメラホルダー351は金属製又は樹脂製である。 The imaging device body 302A of the imaging device 300 has a rectangular parallelepiped base made of metal or resin, with left and right fixing portions 303 on the upper surface of the base and a second camera mounting seat 304 on the lower surface. A square cylindrical camera holder 351 with top and bottom openings is fixed to the front of the imaging device body 302A, and the lens 301, lens drive device 310, and imaging element 330 are arranged within the camera holder 351. The camera holder 351 is made of metal or resin.
フレキシブル基板331の先端部には、撮像素子330の搭載面とは反対側の面に裏打ち板333が貼設されている。撮像素子330、フレキシブル基板331及び裏打ち板333は、撮像素子330を下側にして、カメラホルダー351の後側面部の上下中途部位に設けた配線用穴352を介してカメラホルダー351内に配設されるとともに、カメラホルダー351の左右内壁面に設けた段差部353に裏打ち板333の左右縁部が接着剤で固着されることで、カメラホルダー351に位置固定される。フレキシブル基板331は、撮像装置本体302Aの下面に沿って前後方向に延設され、フレキシブル基板331の中途部は、撮像装置本体302Aの第2カメラ取付座304の基部に設けた前後開口の配線保持穴309に挿通保持されている。 A backing plate 333 is attached to the tip of the flexible substrate 331 on the side opposite the mounting surface for the image sensor 330. The image sensor 330, flexible substrate 331, and backing plate 333 are disposed within the camera holder 351, with the image sensor 330 facing downward, via wiring holes 352 provided midway between the top and bottom of the rear side of the camera holder 351, and are fixed in position to the camera holder 351 by adhesively adhering the left and right edges of the backing plate 333 to stepped portions 353 provided on the left and right inner wall surfaces of the camera holder 351. The flexible substrate 331 extends in the front-to-rear direction along the underside of the image sensor main body 302A, and a midway portion of the flexible substrate 331 is inserted and held in wiring holding holes 309 with front and rear openings provided at the base of the second camera mounting seat 304 of the image sensor main body 302A.
レンズ駆動装置310は、裏打ち板333の上方(撮像素子330の上方)に配置される。カメラホルダー351の上端部には、カメラホルダー351の上部開口を塞ぐ上カバー体354が接着剤にて固着されている。上カバー体354の下面に、上下方向に延びるレンズ駆動軸312の一端(上端)が、駆動装置ホルダー355を介して固着されている。 The lens drive device 310 is positioned above the backing plate 333 (above the image sensor 330). An upper cover body 354 that covers the upper opening of the camera holder 351 is fixed to the upper end of the camera holder 351 with adhesive. One end (upper end) of the lens drive shaft 312 extending in the vertical direction is fixed to the underside of the upper cover body 354 via a drive device holder 355.
駆動装置ホルダー355は、上面と、左右一側面(ここでは左側面)と、前後一側面(後側面)とが開口した箱型であり、底面部の前後中途部には左右方向に延びて左向きに開口する切欠き部355aが形成されている。切欠き部355aに、レンズ駆動軸312の上端面に固着したレンズ駆動用圧電素子311が上下方向に挿通されるとともに、レンズ駆動軸312の上端部が駆動装置ホルダー355の底面部に接着剤にて固着している。上カバー体354の下面には、レンズ駆動用圧電素子311に対峙する凹部354aが形成され、レンズ駆動用圧電素子311と上カバー体354とが接触しないように構成されている。 The drive unit holder 355 is box-shaped with openings on the top, one left and right side (here, the left side), and one front and rear side (the rear side), and a notch 355a that extends left and right and opens to the left is formed midway between the front and rear of the bottom. The lens drive piezoelectric element 311 fixed to the upper end surface of the lens drive shaft 312 is inserted vertically into the notch 355a, and the upper end of the lens drive shaft 312 is fixed to the bottom surface of the drive unit holder 355 with adhesive. A recess 354a facing the lens drive piezoelectric element 311 is formed on the underside of the upper cover body 354, and is configured to prevent contact between the lens drive piezoelectric element 311 and the upper cover body 354.
レンズ駆動装置310には、レンズ駆動軸312に摩擦係合してレンズ駆動軸312の軸方向(ここでは上下方向)に移動するレンズ支持体314が前後方向に延びて設けられている。レンズ支持体314の前端部は平面視で撮像素子330、フレキシブル基板331及び裏打ち板333の前方に位置しており、レンズ支持体314の前端部から垂下した連結部材321の下端にレンズ保持板320の前端部が固着している。 The lens drive device 310 is provided with a lens support 314 that extends in the front-to-rear direction and frictionally engages with the lens drive shaft 312 to move in the axial direction (here, the up-and-down direction) of the lens drive shaft 312. In a plan view, the front end of the lens support 314 is located in front of the image sensor 330, flexible substrate 331, and backing plate 333, and the front end of the lens holding plate 320 is fixed to the lower end of a connecting member 321 that hangs down from the front end of the lens support 314.
板状のレンズ保持板320は、平面視で撮像素子330と重なるように、連結部材321から撮像素子330の下方に向けて後ろ向きに延設されており、撮像素子330の下方に光透過穴320aを備えている。レンズ保持板320の上面には、円筒状のレンズホルダー322が光透過穴320aの周囲を囲って固着されている。 The plate-shaped lens holding plate 320 extends backward from the connecting member 321 below the image sensor 330 so as to overlap with the image sensor 330 in a plan view, and has a light-transmitting hole 320a below the image sensor 330. A cylindrical lens holder 322 is fixed to the upper surface of the lens holding plate 320, surrounding the periphery of the light-transmitting hole 320a.
レンズ301は、レンズホルダー322内に保持され、撮像素子330の下方に配設されている。カメラホルダー351の下部開口は、例えば透明樹脂製又は透明ガラス製の光透過性の下カバー体356で塞がれている。撮像素子330には、下方から下カバー体356及び光透過穴320aを通ってレンズ301に入射してレンズ301を透過した光が入射する。 The lens 301 is held in the lens holder 322 and is disposed below the image sensor 330. The lower opening of the camera holder 351 is covered by a light-transmitting lower cover body 356 made of, for example, transparent resin or transparent glass. Light enters the image sensor 330 from below, passes through the lower cover body 356 and the light-transmitting hole 320a, and enters the lens 301.
撮像装置300Aは、レンズ駆動装置310のレンズ駆動軸312に摩擦係合したレンズ支持体314をレンズ駆動用圧電素子311の振動によって上下移動させることで、レンズ301を撮像素子330に対して上下移動させて、グリッパー200の作業領域に位置する把持対象物にピント合わせできるように構成されている。 The imaging device 300A is configured to move the lens support 314, which is frictionally engaged with the lens drive shaft 312 of the lens drive device 310, up and down using the vibration of the lens drive piezoelectric element 311, thereby moving the lens 301 up and down relative to the imaging element 330 and focusing on an object to be grasped located in the working area of the gripper 200.
本実施形態のグリッパーモジュール100では、撮像装置300Aのレンズ駆動装置310のレンズ駆動軸312は、撮像素子330に対してレンズ301とは反対側の位置でレンズ301の光軸Lの延長線上に配置されている。これにより、撮像装置300Aの平面サイズ、特に左右方向幅寸法を小さくでき、ひいてはグリッパーモジュール100の平面サイズを小さくできる。また、撮像装置300Aの左右方向幅寸法を小さくできることで、ツール回転装置700によるグリッパー200の回動可能範囲を大きくすることも可能である。 In the gripper module 100 of this embodiment, the lens drive shaft 312 of the lens drive device 310 of the imaging device 300A is positioned on the opposite side of the lens 301 from the imaging element 330, on an extension of the optical axis L of the lens 301. This allows the planar size of the imaging device 300A, particularly its left-right width, to be reduced, thereby reducing the planar size of the gripper module 100. Furthermore, by reducing the left-right width of the imaging device 300A, it is also possible to increase the range within which the gripper 200 can be rotated by the tool rotation device 700.
次に、図17及び図18を参照しながら、3軸操作用駆動装置500の変形例を説明する。図17に示すように、グリッパーモジュール100を直交3軸方向に移動させる3軸操作用駆動装置500は、台座550上に一端側が固定されて立設された上下方向(Z軸方向)用の駆動装置800と、駆動装置800の出力部材800aに連結された左右方向(Y軸方向)用の伸縮駆動装置501Bと、伸縮駆動装置501Bの出力側に固定された前後方向(X軸方向)用の伸縮駆動装置501Cと、伸縮駆動装置501Cの出力側に固定された出力部材502とを備える。伸縮駆動装置501B,501C及びグリッパーモジュール100は、図1等に示したものと同じである。 Next, a modified example of the three-axis operation drive device 500 will be described with reference to Figures 17 and 18. As shown in Figure 17, the three-axis operation drive device 500, which moves the gripper module 100 in three orthogonal axis directions, includes a drive device 800 for the up-down direction (Z-axis direction) that is fixed at one end to a base 550, a telescopic drive device 501B for the left-right direction (Y-axis direction) that is connected to the output member 800a of the drive device 800, a telescopic drive device 501C for the front-back direction (X-axis direction) that is fixed to the output side of the telescopic drive device 501B, and an output member 502 that is fixed to the output side of the telescopic drive device 501C. The telescopic drive devices 501B and 501C and the gripper module 100 are the same as those shown in Figure 1, etc.
図18に示すように、駆動装置800は、駆動軸812の両端に一対の圧電素子811A,811Bを固定した軸状の支持ユニット801と、支持ユニット801に摩擦係合して支持ユニット801の軸方向に移動する移動体ユニット802とを備える。支持ユニット801において、圧電素子811A,811Bは伝達部材814を介して駆動軸812の端部に固定されている。なお、図18では、移動体ユニット802の構成を簡略化して図示しており、移動体ユニット802は、例えば、図14を参照して説明した把持アーム220とアーム駆動軸211との摩擦係合構造と同様の構造にて、駆動軸812に摩擦係合している。 As shown in Figure 18, the drive device 800 comprises a shaft-shaped support unit 801 having a pair of piezoelectric elements 811A, 811B fixed to both ends of a drive shaft 812, and a moving body unit 802 that frictionally engages with the support unit 801 and moves in the axial direction of the support unit 801. In the support unit 801, the piezoelectric elements 811A, 811B are fixed to the end of the drive shaft 812 via a transmission member 814. Note that Figure 18 shows a simplified configuration of the moving body unit 802, and the moving body unit 802 frictionally engages with the drive shaft 812 using a structure similar to the frictional engagement structure between the gripping arm 220 and arm drive shaft 211 described with reference to Figure 14, for example.
支持ユニット801及び移動体ユニット802は、直方体箱型の筐体803の内部に配設されており、伝達部材814が筐体803の内壁に固着されることで、支持ユニット801が筐体803に支持されている。筐体803の一側面部に駆動軸812に沿った長穴803aが形成されている。筐体803の外部に配設される出力部材800aは、長穴803aを介して移動体ユニット802に連結している。筐体803は駆動装置800を支持する台材である。 The support unit 801 and the moving body unit 802 are arranged inside a rectangular box-shaped housing 803, and the support unit 801 is supported by the housing 803 by fixing the transmission member 814 to the inner wall of the housing 803. A long hole 803a is formed in one side of the housing 803, aligned with the drive shaft 812. The output member 800a, arranged outside the housing 803, is connected to the moving body unit 802 via the long hole 803a. The housing 803 is a base that supports the drive device 800.
圧電素子811A,811Bに鋸歯状波の駆動パルスが供給して駆動軸812を軸方向に振動させることで、移動体ユニット802及び出力部材800aが駆動軸812に沿って移動する。伝達部材814は、外形寸法が駆動軸812よりも大きいので、移動体ユニット802の移動範囲を制限するストッパーとして機能する。 When sawtooth wave drive pulses are supplied to the piezoelectric elements 811A and 811B, vibrating the drive shaft 812 in the axial direction, the moving body unit 802 and output member 800a move along the drive shaft 812. Because the external dimensions of the transmission member 814 are larger than those of the drive shaft 812, it functions as a stopper that limits the range of movement of the moving body unit 802.
伝達部材814は、略直方体状又は側面視でH字状の形態を有し、駆動軸812の端部812a又は812bを収容する出力軸端収容凹部814aと、圧電素子811A又は811Bの一端部を収容する圧電素子端収容凹部814bとを備えている。伝達部材814の材料は、例えば金属、セラミック又は樹脂などである。 The transmission member 814 has a generally rectangular parallelepiped shape or an H-shape in side view, and includes an output shaft end accommodating recess 814a that accommodates the end 812a or 812b of the drive shaft 812, and a piezoelectric element end accommodating recess 814b that accommodates one end of the piezoelectric element 811A or 811B. The transmission member 814 is made of a material such as metal, ceramic, or resin.
駆動軸812の端部812a,812bは、伝達部材814の出力軸端収容凹部814aに収容され、例えば接着剤にて伝達部材814に固定される。なお、駆動軸812と伝達部材814との固定方法は、接着剤による固定など、他の方法であってもよい。 The ends 812a and 812b of the drive shaft 812 are accommodated in the output shaft end accommodating recess 814a of the transmission member 814 and are fixed to the transmission member 814, for example, with adhesive. Note that the drive shaft 812 and transmission member 814 may be fixed to each other using adhesive or other methods.
また、圧電素子811A,811Bの一端部側は、伝達部材814の圧電素子端収容凹部814bに収容され、例えば接着剤にて伝達部材814に固定される。圧電素子811A,811Bは、例えば、駆動軸812の軸方向に圧電材料が積層された積層型のもので構成される。圧電素子811A,811Bそれぞれの側面部には、一対の端子が設けられ、各端子に半田又は導電接着剤などによりリード線813が接続されている。 One end of each of the piezoelectric elements 811A and 811B is housed in a piezoelectric element end housing recess 814b of the transmission member 814 and is fixed to the transmission member 814 with, for example, an adhesive. The piezoelectric elements 811A and 811B are, for example, laminated elements in which piezoelectric material is stacked in the axial direction of the drive shaft 812. A pair of terminals is provided on the side of each of the piezoelectric elements 811A and 811B, and lead wires 813 are connected to each terminal with solder, conductive adhesive, or the like.
本実施形態では、圧電素子811A,811Bの振動は伝達部材814を介して駆動軸812に伝達するので、圧電素子811A,811Bと駆動軸812とが接着剤で直接連結されている構成に比べて、圧電素子811A,811Bと伝達部材814との間の接着剤にかかる負荷を低減でき、当該接着剤の付着力の低下を抑制して駆動装置800の動作を安定させることができる。また、圧電素子811A,811Bと駆動軸812との間に伝達部材814を介在させることで、接着剤として、圧電素子811A,811Bと駆動軸812との両方に対して接着力が高いものだけでなく、伝達部材814の素材を選定した上で接着剤を選定できるので、接着剤の選択の幅が広がるとともに、圧電素子811A,811B及び駆動軸812と伝達部材814とを適切な接着剤を用いて強力に接合できる。ここで、圧電素子811A,811Bと伝達部材814とを接合する接着剤と、駆動軸812と伝達部材814とを接合する接着剤とは、同じものであってもよいし、互いに成分が異なるものであってもよい。 In this embodiment, the vibrations of the piezoelectric elements 811A, 811B are transmitted to the drive shaft 812 via the transmission member 814. This reduces the load on the adhesive between the piezoelectric elements 811A, 811B and the transmission member 814, compared to a configuration in which the piezoelectric elements 811A, 811B and the drive shaft 812 are directly connected with adhesive, thereby preventing a decrease in the adhesive's adhesive strength and stabilizing the operation of the drive device 800. Furthermore, by interposing the transmission member 814 between the piezoelectric elements 811A, 811B and the drive shaft 812, the adhesive can be selected based on the material of the transmission member 814, rather than simply one that has high adhesive strength to both the piezoelectric elements 811A, 811B and the drive shaft 812. This broadens the range of adhesive choices and allows the piezoelectric elements 811A, 811B and the drive shaft 812 to be strongly bonded to the transmission member 814 using an appropriate adhesive. Here, the adhesive that bonds the piezoelectric elements 811A, 811B to the transmission member 814 and the adhesive that bonds the drive shaft 812 to the transmission member 814 may be the same, or may have different components.
また、伝達部材814を設けることにより、圧電素子811A,811Bからの振動を受ける駆動軸812の固有振動数を調整して、圧電素子811A,811Bからの振動を効率的に駆動軸812に伝達し、速度や駆動力の面で駆動装置としての効率、性能の向上できる。 In addition, by providing the transmission member 814, the natural frequency of the drive shaft 812, which receives vibrations from the piezoelectric elements 811A and 811B, can be adjusted, allowing the vibrations from the piezoelectric elements 811A and 811B to be efficiently transmitted to the drive shaft 812, improving the efficiency and performance of the drive device in terms of speed and driving force.
図19は、圧電素子811A,811Bと駆動軸812との接続構成の変形例を説明するための図である。図19(A)に示すように、圧電素子811A,811Bの端面と駆動軸812の端面との間に板状の伝達部材815を介在させ、伝達部材815を台材820に連結して圧電素子811A,811B及び駆動軸812を支持してもよい。圧電素子811A,811Bの端面及び駆動軸812の端面と、伝達部材815とは、例えば接着剤にて接続される。本実施形態では、伝達部材815は、金属製、セラミック製又は樹脂製のL字形部材で形成される。 Figure 19 is a diagram illustrating a modified example of the connection configuration between the piezoelectric elements 811A, 811B and the drive shaft 812. As shown in Figure 19(A), a plate-shaped transmission member 815 may be interposed between the end faces of the piezoelectric elements 811A, 811B and the end face of the drive shaft 812, and the transmission member 815 may be connected to a base 820 to support the piezoelectric elements 811A, 811B and the drive shaft 812. The end faces of the piezoelectric elements 811A, 811B and the end face of the drive shaft 812 are connected to the transmission member 815 with, for example, an adhesive. In this embodiment, the transmission member 815 is formed from an L-shaped member made of metal, ceramic, or resin.
なお、圧電素子811Aと駆動軸812との接続構成と、圧電素子811Bと駆動軸812との接続構成は異なっていてもよい。例えば、図19(B)に示すように、一方の圧電素子811Aと駆動軸812との間に伝達部材815を介在させ、他方の圧電素子812Bと駆動軸812との間に伝達部材814(図18も参照)を介在させるようにしてもよい。このような構成によれば、伝達部材814によって支持ユニット801をしっかり支持しながら、簡素な構成の伝達部材815を振れ止めとして支持ユニット801の揺れ(振れ)を防止でき、軽量化及び低コスト化を図れる。 The connection configuration between the piezoelectric element 811A and the drive shaft 812 may be different from the connection configuration between the piezoelectric element 811B and the drive shaft 812. For example, as shown in FIG. 19(B), a transmission member 815 may be interposed between one piezoelectric element 811A and the drive shaft 812, and a transmission member 814 (see also FIG. 18) may be interposed between the other piezoelectric element 812B and the drive shaft 812. With this configuration, the support unit 801 is firmly supported by the transmission member 814, while the simply configured transmission member 815 acts as a vibration rest to prevent shaking (vibration) of the support unit 801, resulting in weight and cost reductions.
また、図19(C)及び(D)に示すように、圧電素子811A,811Bの端面と駆動軸812の端面との接合部817を接着剤にて接合するとともに、接合部817をまたぐように圧電素子811A,811B及び駆動軸812の外周面に、該外周面を囲う固定部材816を接着剤にて接合し、固定部材816を台材820に突設した台材突部820aに連結して圧電素子811A,811B及び駆動軸812(支持ユニット801)を支持してもよい。本実施形態では固定部材816は、金属製、セラミック製又は樹脂製の断面ロ字形の部材で形成される。また、駆動軸812は、圧電素子811A,811Bと同じ断面形状(矩形)を有する。なお、図19(D)は、図19(C)のD-D位置に沿った断面図である。 Also, as shown in Figures 19(C) and (D), a joint 817 between the end faces of the piezoelectric elements 811A and 811B and the end face of the drive shaft 812 may be bonded with adhesive, and a fixing member 816 surrounding the outer periphery of the piezoelectric elements 811A and 811B and the drive shaft 812 may be bonded with adhesive to straddle the joint 817. The fixing member 816 may be connected to a base protrusion 820a protruding from a base 820 to support the piezoelectric elements 811A and 811B and the drive shaft 812 (support unit 801). In this embodiment, the fixing member 816 is formed from a metal, ceramic, or resin member with a square cross section. The drive shaft 812 has the same cross-sectional shape (rectangular) as the piezoelectric elements 811A and 811B. Note that Figure 19(D) is a cross-sectional view taken along the line D-D in Figure 19(C).
また、図19(E)及び(F)に示すように、圧電素子811A,811Bの端面と駆動軸812の端面との接合部817を接着剤にて接合するとともに、接合部817をまたぐように圧電素子811A,811B及び駆動軸812の左右両側面に固定部材818を接着剤にて接合し、固定部材818を台材820に連結して支持ユニット801を支持してもよい。本実施形態では、固定部材818は、金属製、セラミック製又は樹脂製の断面コ字形の部材で形成される。また、駆動軸812と、圧電素子811A,811Bとは、同じ左右方向幅寸法を有する(高さ方向寸法は、同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい)。なお、図19(F)は、図19(E)のE-E位置に沿った断面図である。 Also, as shown in Figures 19(E) and (F), joints 817 between the end faces of the piezoelectric elements 811A and 811B and the end face of the drive shaft 812 may be bonded with adhesive, and fixing members 818 may be bonded with adhesive to both the left and right sides of the piezoelectric elements 811A and 811B and the drive shaft 812 so as to straddle the joints 817, and the fixing members 818 may be connected to a base 820 to support the support unit 801. In this embodiment, the fixing member 818 is formed of a metal, ceramic, or resin member with a U-shaped cross section. Furthermore, the drive shaft 812 and the piezoelectric elements 811A and 811B have the same width dimension in the left-right direction (their height dimensions may be the same or different from each other). Note that Figure 19(F) is a cross-sectional view taken along the line E-E in Figure 19(E).
図19(A)~(B)に示す接続構成によれば、圧電素子811A,811Bと駆動軸812とが接着剤で直接接合されているだけの構成に比べて、圧電素子811A,811Bと伝達部材814,815との間の接着剤にかかる負荷を低減でき、当該接着剤の付着力の低下を抑制して駆動装置800の動作を安定させることができる。また、伝達部材814,815によって、圧電素子811A,811Bからの振動を受ける駆動軸812の固有振動数を調整でき、速度や駆動力の面で駆動装置としての効率、性能の向上できる。 The connection configuration shown in Figures 19(A) and (B) reduces the load on the adhesive between the piezoelectric elements 811A, 811B and the transmission members 814, 815 compared to a configuration in which the piezoelectric elements 811A, 811B and the drive shaft 812 are simply directly bonded with adhesive, thereby preventing a decrease in the adhesive strength of the adhesive and stabilizing the operation of the drive device 800. Furthermore, the transmission members 814, 815 make it possible to adjust the natural frequency of the drive shaft 812, which receives vibrations from the piezoelectric elements 811A, 811B, thereby improving the efficiency and performance of the drive device in terms of speed and drive force.
また、圧電素子811A,811Bと駆動軸812との接着接合に関し、図18を参照して説明した伝達部材814を使用した構成と同様に、伝達部材814,815又は固定部材816,818の素材を選定した上で接着剤を選定できるので、接着剤の選択の幅が広がるとともに、圧電素子811A,811B及び駆動軸812と伝達部材814,815又は固定部材816,818とを適切な接着剤を用いて強力に接合できる。もちろん、圧電素子811A,811B側と、駆動軸812側とで、接着剤の成分を異ならせることも可能である。 Furthermore, with regard to adhesive bonding between the piezoelectric elements 811A, 811B and the drive shaft 812, similar to the configuration using the transmission member 814 described with reference to Figure 18, the adhesive can be selected after selecting the material of the transmission members 814, 815 or the fixing members 816, 818. This broadens the range of adhesive choices and allows the piezoelectric elements 811A, 811B and drive shaft 812 to be strongly bonded to the transmission members 814, 815 or the fixing members 816, 818 using an appropriate adhesive. Of course, it is also possible to use different adhesive components on the piezoelectric elements 811A, 811B side and the drive shaft 812 side.
図17に示すグリッパー装置1000では、駆動軸812の軸方向が上下方向に沿って配置され、台座550に筐体505の下端側が固定されて、台座550より立設している。駆動装置800は、移動体ユニット802及び出力部材800aを駆動軸812に沿って上下に摺動させることで、出力部材800a及び伸縮駆動装置501B,501Cを介して接続された出力部材502及びグリッパーモジュール100を上下方向に移動させる。 In the gripper device 1000 shown in Figure 17, the axial direction of the drive shaft 812 is aligned vertically, and the lower end of the housing 505 is fixed to the base 550 and stands upright from the base 550. The drive device 800 slides the movable unit 802 and output member 800a up and down along the drive shaft 812, thereby moving the output member 502 and gripper module 100, which are connected via the output member 800a and the telescopic drive devices 501B and 501C, in the vertical direction.
次いで、駆動装置800の駆動制御について、図20を参照して以下に説明する。以下では、上述のように、駆動装置800は、移動体ユニット802と、移動体ユニット802を支持する支持ユニット801と、電気信号を機械的な振動に変換する一対の圧電素子811A,811Bとを備える。支持ユニット801を構成する駆動軸812の両端に圧電素子811A,811Bが固定されている。なお、図19では、圧電素子811A,811Bの振動により移動体ユニット802が支持ユニット801に対して相対的に移動する。 Next, the drive control of the drive device 800 will be described below with reference to Figure 20. As described above, the drive device 800 comprises a moving body unit 802, a support unit 801 that supports the moving body unit 802, and a pair of piezoelectric elements 811A and 811B that convert electrical signals into mechanical vibrations. Piezoelectric elements 811A and 811B are fixed to both ends of a drive shaft 812 that constitutes the support unit 801. Note that in Figure 19, the moving body unit 802 moves relative to the support unit 801 due to the vibrations of piezoelectric elements 811A and 811B.
駆動コントローラ808は、圧電素子811A,811Bに鋸歯状波の駆動パルスを供給して、駆動軸812を軸方向に振動させて、駆動軸812に摩擦係合する移動体ユニット802を駆動軸812に沿って移動させる。駆動コントローラ808は、移動体ユニット802を移動させるときに、移動体ユニット802のストロークS(往復動可能な範囲)内での移動体ユニット802の位置に応じて、圧電素子811A,811Bを同時に又は選択的に駆動する。 The drive controller 808 supplies sawtooth wave drive pulses to the piezoelectric elements 811A and 811B, vibrating the drive shaft 812 in the axial direction and moving the movable body unit 802, which is frictionally engaged with the drive shaft 812, along the drive shaft 812. When moving the movable body unit 802, the drive controller 808 drives the piezoelectric elements 811A and 811B simultaneously or selectively depending on the position of the movable body unit 802 within the stroke S (the range in which the movable body unit 802 can reciprocate).
具体的には、駆動コントローラ808は、移動体ユニット802を移動させるにあたり、移動体ユニット802が、ストローク中央領域SCに位置するときには圧電素子811A,811Bの両方に駆動パルスを供給し、圧電素子811A寄りのストローク端領域SAに位置するときには圧電素子811Aのみに駆動パルスを供給し、圧電素子811B寄りのストローク端領域SBに位置するときには圧電素子811Bのみに駆動パルスを供給する。なお、移動体ユニット802の位置は、例えばエンコーダなどの位置検出装置にて検出される。例えば、移動体ユニット802は、移動体ユニット802の少なくとも一部分が、ストローク端領域SAに位置するときは圧電素子811Aの駆動のみにて移動され、ストローク端領域SBに位置するときは圧電素子811Bの駆動のみにて移動される。 Specifically, when moving the movable body unit 802, the drive controller 808 supplies drive pulses to both piezoelectric elements 811A and 811B when the movable body unit 802 is located in the stroke center region SC, supplies drive pulses only to piezoelectric element 811A when the movable body unit 802 is located in the stroke end region SA closer to piezoelectric element 811A, and supplies drive pulses only to piezoelectric element 811B when the movable body unit 802 is located in the stroke end region SB closer to piezoelectric element 811B. The position of the movable body unit 802 is detected by a position detection device such as an encoder. For example, when at least a portion of the movable body unit 802 is located in the stroke end region SA, the movable body unit 802 is moved only by driving piezoelectric element 811A, and when at least a portion of the movable body unit 802 is located in the stroke end region SB, the movable body unit 802 is moved only by driving piezoelectric element 811B.
移動体ユニット802がストローク中央領域SCに位置するときに、圧電素子811A,811Bの両方を同時に駆動させることで、移動体ユニット802の移動速度や駆動力を向上できる。なお、圧電素子811A,811Bに同じ駆動波形を供給してもよいし、互いに異なる駆動波形を供給してもよい。 When the moving body unit 802 is positioned in the stroke central region SC, both piezoelectric elements 811A and 811B can be driven simultaneously to improve the movement speed and driving force of the moving body unit 802. The same driving waveform may be supplied to the piezoelectric elements 811A and 811B, or different driving waveforms may be supplied to each other.
一方、移動体ユニット802が圧電素子811A寄りのストローク端領域SAに位置するときには、移動体ユニット802と駆動軸812との摩擦係合部に対して、近い方の圧電素子811Aの振動が伝わる時間と遠い方の圧電素子811Bの振動が伝わる時間との時間差が大きくなる。したがって、ストローク端領域SAにおいては圧電素子811Aの駆動のみによって移動体ユニット802の移動を制御することで、移動体ユニット802から遠い方の圧電素子811Bの駆動(振動)が移動体ユニット802の移動を阻害するのを防止できる。すなわち、移動体ユニット802に近い方の圧電素子811Aの駆動のみによって移動体ユニット802の移動を制御することで、圧電素子811A,811Bに駆動波形を供給する駆動コントローラ808の回路設計及び駆動波形の設計が容易になるとともに、ストローク端領域SAにおける移動体ユニット802の移動の制御性及び正確性を向上できる。 On the other hand, when the movable body unit 802 is positioned in the stroke end region SA closer to the piezoelectric element 811A, there is a large difference in time between the time when the vibration of the closer piezoelectric element 811A is transmitted to the frictional engagement portion between the movable body unit 802 and the drive shaft 812 and the time when the vibration of the farther piezoelectric element 811B is transmitted. Therefore, by controlling the movement of the movable body unit 802 in the stroke end region SA only by driving the piezoelectric element 811A, it is possible to prevent the drive (vibration) of the piezoelectric element 811B farther from the movable body unit 802 from impeding the movement of the movable body unit 802. In other words, controlling the movement of the movable body unit 802 only by driving the piezoelectric element 811A closer to the movable body unit 802 simplifies the circuit design and drive waveform design of the drive controller 808 that supplies drive waveforms to the piezoelectric elements 811A and 811B, and improves the controllability and accuracy of the movement of the movable body unit 802 in the stroke end region SA.
同様に、移動体ユニット802が圧電素子811B寄りのストローク端領域SBに位置するときには、圧電素子811Bの駆動のみによって移動体ユニット802の移動を制御することで、駆動コントローラ808の回路設計及び駆動波形の設計が容易になるとともに、ストローク端領域SBにおける移動体ユニット802の移動の制御性及び正確性を向上できる。 Similarly, when the movable body unit 802 is positioned in the stroke end region SB closer to the piezoelectric element 811B, the movement of the movable body unit 802 is controlled solely by driving the piezoelectric element 811B, which simplifies the circuit design and drive waveform design of the drive controller 808 and improves the controllability and accuracy of the movement of the movable body unit 802 in the stroke end region SB.
また、一方の圧電素子811A又は811Bのみの駆動で移動体ユニット802を移動させるに当たり、他方の圧電素子811B又は811Aの2つの端子を短絡させるようにしてもよい。この場合、他方の圧電素子811B又は811Aは吸振器として作用し、駆動する圧電素子811A又は811Bが連結する駆動軸812の端部とは反対側の端部からの反射波の影響を低減でき、ひいては移動体ユニット802の移動の制御性及び正確性を向上できる。 Furthermore, when moving the moving body unit 802 by driving only one of the piezoelectric elements 811A or 811B, the two terminals of the other piezoelectric element 811B or 811A may be short-circuited. In this case, the other piezoelectric element 811B or 811A acts as a vibration absorber, reducing the effects of reflected waves from the end of the drive shaft 812 opposite to the end to which the driving piezoelectric element 811A or 811B is connected, thereby improving the controllability and accuracy of the movement of the moving body unit 802.
図21は、駆動装置の他の例を説明するための概略構成図である。駆動装置900は、移動体ユニット902と、移動体ユニット902を支持する支持ユニット901と、一対の圧電素子903,904とを備える。支持ユニット901を構成する駆動軸912の一端に駆動用圧電素子903が接続され、他端に吸振用圧電素子904が接続されている。吸振用圧電素子904の2つの端子904a,904bは、例えばリード線905などを介して短絡されている。 Figure 21 is a schematic diagram illustrating another example of a drive device. The drive device 900 includes a moving body unit 902, a support unit 901 that supports the moving body unit 902, and a pair of piezoelectric elements 903 and 904. A drive piezoelectric element 903 is connected to one end of a drive shaft 912 that constitutes the support unit 901, and a vibration-absorbing piezoelectric element 904 is connected to the other end. Two terminals 904a and 904b of the vibration-absorbing piezoelectric element 904 are short-circuited via, for example, a lead wire 905.
駆動装置900では、駆動用圧電素子903の駆動(振動)によって、移動体ユニット902が支持ユニット901に対して相対的に移動する。駆動コントローラ908は、リード線913を介して駆動用圧電素子903に鋸歯状波の駆動パルスを供給して、駆動軸912を軸方向に振動させて、駆動軸912に摩擦係合する移動体ユニット902を駆動軸912に沿って移動させる。 In the drive device 900, the moving body unit 902 moves relative to the support unit 901 due to the drive (vibration) of the driving piezoelectric element 903. The drive controller 908 supplies sawtooth wave drive pulses to the driving piezoelectric element 903 via lead wire 913, vibrating the drive shaft 912 in the axial direction and moving the moving body unit 902, which is frictionally engaged with the drive shaft 912, along the drive shaft 912.
駆動装置900は、駆動軸912の両端に接続した圧電素子903,904のうち、駆動用圧電素子903に駆動波形を供給して駆動(振動)させる一方で、吸振用圧電素子904の2つの端子904a,904bを短絡させていることで、駆動用圧電素子903を駆動(振動)したときに駆動軸912の吸振用圧電素子904側の端部からの反射波の影響を低減でき、移動体ユニット902の移動の制御性及び正確性を向上できる。 The driving device 900 supplies a driving waveform to the driving piezoelectric element 903, of the piezoelectric elements 903, 904 connected to both ends of the driving shaft 912, to drive (vibrate), while shorting the two terminals 904a, 904b of the vibration-absorbing piezoelectric element 904. This reduces the effect of reflected waves from the end of the driving shaft 912 on the vibration-absorbing piezoelectric element 904 side when the driving piezoelectric element 903 is driven (vibrated), thereby improving the controllability and accuracy of the movement of the moving body unit 902.
なお、駆動装置900において、圧電素子903,904及び駆動軸912の接合構成及び支持構成は、例えば図18及び図19に示した圧電素子811A,811B及び駆動軸812の接合構成及び支持構成と同様の構成を採用できる。 In addition, in the drive device 900, the joining and supporting structure of the piezoelectric elements 903, 904 and the drive shaft 912 can be similar to the joining and supporting structure of the piezoelectric elements 811A, 811B and the drive shaft 812 shown in Figures 18 and 19, for example.
また、図22に示すように、圧電素子の駆動によって振動する軸の両端に圧電素子を設ける構成は、駆動軸955に摩擦係合する支持ユニット952を台材960に固定し、駆動軸955の両端に圧電素子953,954を接続し、圧電素子953,954の両方又は一方の駆動によって駆動軸955及び圧電素子953,954を移動体ユニット951として移動させる駆動装置950にも適用可能である。 Furthermore, as shown in Figure 22, the configuration in which piezoelectric elements are provided on both ends of a shaft that vibrates when driven by the piezoelectric elements can also be applied to a drive device 950 in which a support unit 952 that frictionally engages with a drive shaft 955 is fixed to a base 960, piezoelectric elements 953 and 954 are connected to both ends of the drive shaft 955, and the drive shaft 955 and piezoelectric elements 953 and 954 are moved as a moving unit 951 by driving one or both of the piezoelectric elements 953 and 954.
圧電素子953,954と駆動軸955との接合構成に関し、図22(A)に示すように圧電素子953,954の端面と駆動軸955の端面とを接着剤(図示省略)にて接合してもよいし、(B)に示すように略直方体状又は側面視でH字状の伝達部材914を介して接着剤にて接合してもよいし、(C)に示すように板状の伝達部材915を介して接着剤にて接合してもよいし、(D),(E)に示すように圧電素子953,954の端面と駆動軸955の端面との接合部917を接着剤にて接合するとともに、接合部917をまたぐように圧電素子953,954及び駆動軸955の外周面に、一対の断面コ字形の固定部材片916a,916bを突き合せて片該外周面を囲う固定部材916を接着剤にて接合してもよい。伝達部材914,915及び固定部材916の材料は、例えば金属、セラミック又は樹脂などである。 22A, the end faces of the piezoelectric elements 953, 954 and the drive shaft 955 may be joined with adhesive (not shown), as shown in FIG. 22A, or with adhesive via a roughly rectangular or H-shaped transmission member 914 in side view as shown in FIG. 22B, or with adhesive via a plate-shaped transmission member 915 as shown in FIG. 22C. Alternatively, as shown in FIGS. 22D and 22E, the end faces of the piezoelectric elements 953, 954 and the drive shaft 955 may be joined with adhesive at the joint 917, and a pair of U-shaped fixing members 916a, 916b may be butted against each other and fixed to the outer periphery of the piezoelectric elements 953, 954 and the drive shaft 955 across the joint 917. The materials for the transmission members 914, 915 and the fixing member 916 may be, for example, metal, ceramic, or resin.
図22(B)~(E)に示すように、圧電素子953,954と駆動軸955との接合部に伝達部材914,915及び固定部材916を設けることで、図18及び図19に示した各実施形態と同様の作用及び効果を奏する。すなわち、圧電素子953,954と駆動軸955とが接着剤で直接接合されているだけの構成(図22(A)参照)に比べて、圧電素子953,954と伝達部材914,915又は固定部材916との間の接着剤の付着力の低下を抑制して駆動装置950の動作を安定させることができる。また、伝達部材914,915によって、圧電素子953,954からの振動を受ける駆動軸955の固有振動数を調整でき、速度や駆動力の面で駆動装置としての効率、性能の向上できる。さらに、圧電素子953,954と駆動軸955との接着接合に関し、伝達部材914,915又は固定部材916の素材を選定した上で接着剤を選定できるので、接着剤の選択の幅が広がるとともに、圧電素子953,954及び駆動軸955と伝達部材914,915又は固定部材916とを適切な接着剤を用いて強力に接合できる。ここでも、圧電素子953,954側と、伝達部材914,915又は固定部材916側とで、接着剤の成分を異ならせることも可能である。 As shown in Figures 22(B) to (E), by providing transmission members 914, 915 and a fixed member 916 at the joint between the piezoelectric elements 953, 954 and the drive shaft 955, the same effects and advantages as those of the embodiments shown in Figures 18 and 19 are achieved. That is, compared to a configuration in which the piezoelectric elements 953, 954 and the drive shaft 955 are simply directly bonded with adhesive (see Figure 22(A)), it is possible to suppress a decrease in the adhesive strength between the piezoelectric elements 953, 954 and the transmission members 914, 915 or the fixed member 916, thereby stabilizing the operation of the drive device 950. Furthermore, the transmission members 914, 915 make it possible to adjust the natural frequency of the drive shaft 955, which receives vibrations from the piezoelectric elements 953, 954, thereby improving the efficiency and performance of the drive device in terms of speed and drive force. Furthermore, when adhesively bonding the piezoelectric elements 953, 954 to the drive shaft 955, the adhesive can be selected after selecting the material of the transmission members 914, 915 or the fixed member 916. This broadens the range of adhesive choices and allows the piezoelectric elements 953, 954 and drive shaft 955 to be strongly bonded to the transmission members 914, 915 or the fixed member 916 using an appropriate adhesive. Here too, it is possible to use different adhesive components on the piezoelectric elements 953, 954 side and the transmission members 914, 915 or the fixed member 916 side.
なお、図22(D),(E)に示す固定部材916は断面ロ字形状の一体物で構成されてもよい。また、一対の断面コ字形の固定部材片916a,916bを突き合せて断面ロ字形の固定部材916を形成する構成は、図19(C),(D)に示した固定部材818にも適用可能である。また、図22(D),(E)に示した固定部材916に替えて、接合部817をまたぐように圧電素子953,954及び駆動軸955の左右両側面(もしくは上下両側面)に断面コ字形の伝達部材を接着剤にて接合しても構わない。また、例えば圧電素子953側に伝達部材914を設ける一方、圧電素子954側は駆動軸955と直接接合するなど、圧電素子953側と圧電素子954側とで、駆動軸955との接続構成を異ならせてもよい。 22(D) and (E) may be configured as a single piece with a square cross section. The configuration in which a pair of square-shaped cross-section fixing member pieces 916a and 916b are butted together to form the square-shaped cross-section fixing member 916 can also be applied to the fixing member 818 shown in FIGS. 19(C) and (D). Instead of the fixing member 916 shown in FIGS. 22(D) and (E), a square-shaped cross-section transmission member may be bonded with adhesive to both the left and right sides (or both the top and bottom sides) of the piezoelectric elements 953 and 954 and the drive shaft 955 so as to straddle the joint 817. Furthermore, the connection configuration between the piezoelectric element 953 side and the drive shaft 955 on the piezoelectric element 953 side may be different from that on the piezoelectric element 954 side. For example, the transmission member 914 may be provided on the piezoelectric element 953 side, while the piezoelectric element 954 side may be directly bonded to the drive shaft 955.
このような駆動装置950において、図20を参照して説明した制御と同様に、移動体ユニット951が、ストローク中央領域に位置するときには圧電素子953,954の両方に駆動パルスを供給し、一方の圧電素子953寄りのストローク端領域に位置するときには圧電素子953のみに駆動パルスを供給し、他方の圧電素子954寄りのストローク端領域に位置するときには圧電素子954のみに駆動パルスを供給することで、移動体ユニット951の移動の制御性及び正確性を向上できる。また、一方の圧電素子953又は954のみの駆動で移動体ユニット951を移動させるに当たり、他方の圧電素子954又は953の2つの端子を短絡させて他方の圧電素子954又は953を吸振器として作用させることで、移動体ユニット951の移動の制御性及び正確性を向上できる。 In this type of drive device 950, similar to the control described with reference to FIG. 20, when the movable body unit 951 is located in the stroke center region, a drive pulse is supplied to both piezoelectric elements 953 and 954; when the movable body unit 951 is located in the stroke end region closer to one piezoelectric element 953, a drive pulse is supplied only to piezoelectric element 953; and when the movable body unit 951 is located in the stroke end region closer to the other piezoelectric element 954, a drive pulse is supplied only to piezoelectric element 954, thereby improving the controllability and accuracy of the movement of the movable body unit 951. Furthermore, when moving the movable body unit 951 by driving only one piezoelectric element 953 or 954, the two terminals of the other piezoelectric element 954 or 953 are short-circuited to cause the other piezoelectric element 954 or 953 to act as a vibration absorber, thereby improving the controllability and accuracy of the movement of the movable body unit 951.
また、図23(A)に示すように、一方の圧電素子954の2つの端子954a,954bをリード線905などにて短絡させて吸振用圧電素子とし、他方の圧電素子953を駆動用圧電素子とすることで、駆動用の圧電素子953を駆動(振動)したときに駆動軸955の吸振用の圧電素子954側の端部からの反射波の影響を低減でき、移動体ユニット802の移動の制御性及び正確性を向上できる。 Furthermore, as shown in Figure 23 (A), by shorting the two terminals 954a, 954b of one piezoelectric element 954 with a lead wire 905 or the like to form a vibration-absorbing piezoelectric element, and using the other piezoelectric element 953 as a driving piezoelectric element, the influence of reflected waves from the end of the drive shaft 955 on the vibration-absorbing piezoelectric element 954 side can be reduced when the driving piezoelectric element 953 is driven (vibrated), thereby improving the controllability and accuracy of the movement of the moving body unit 802.
図23(B)に示すように、駆動軸955の両端に圧電素子953,954を固定した移動体ユニット951の両端に取り付けた出力部材950a,950bのうち少なくとも一方を設けてもよい。圧電素子954に取り付けられた出力部材950aは、端子954a,954b及びリード線905の電気的特性に干渉しないように設けられている。圧電素子953に取り付けられた出力部材959bは、圧電素子953の端子及びリード線913の電気的特性に干渉しないように設けられている。 As shown in Figure 23 (B), at least one of output members 950a and 950b may be attached to both ends of a moving unit 951 having piezoelectric elements 953 and 954 fixed to both ends of a drive shaft 955. The output member 950a attached to the piezoelectric element 954 is arranged so as not to interfere with the electrical characteristics of the terminals 954a and 954b and the lead wire 905. The output member 959b attached to the piezoelectric element 953 is arranged so as not to interfere with the electrical characteristics of the terminal of the piezoelectric element 953 and the lead wire 913.
出力部材950a,950bにカメラ付き作業モジュール100の台座部材450(図2等参照)を直接又は他の部材や機構を介して連結することで、カメラ付き作業モジュール100のグリッパー200(作業ツール)を所望の位置へ迅速かつ高い分解能で正確に移動及び配置できる。なお、移動体ユニット951の両端に出力部材950a,950bを設ける構成は、圧電素子953,954の両方が駆動用素子として使用可能な構成(例えば、図22の実施形態参照)にも適用可能である。 By connecting the base member 450 (see Figure 2, etc.) of the camera-equipped work module 100 to the output members 950a, 950b directly or via other members or mechanisms, the gripper 200 (work tool) of the camera-equipped work module 100 can be moved and positioned to the desired position quickly, accurately, and with high resolution. Note that the configuration in which output members 950a, 950b are provided on both ends of the moving body unit 951 can also be applied to a configuration in which both piezoelectric elements 953, 954 can be used as driving elements (see, for example, the embodiment in Figure 22).
図24は、駆動装置のさらに他の例を説明するための概略構成図である。本実施形態の駆動装置900Aは、図21に示した駆動装置900と比較して、吸振用圧電素子904の2つの端子904a,904bがリード線905の中途部に設けたスイッチ909を介して接続されている点で異なっている。駆動装置900Aのその他の構成は駆動装置900と同様である。また、駆動装置900Aにおいて、圧電素子903,904及び駆動軸912の接合構成及び支持構成は、駆動装置900と同様に、例えば図18及び図19に示した圧電素子811A,811B及び駆動軸812の接合構成及び支持構成と同様の構成を採用できる。 Figure 24 is a schematic diagram illustrating yet another example of a drive device. Drive device 900A of this embodiment differs from drive device 900 shown in Figure 21 in that two terminals 904a, 904b of vibration-absorbing piezoelectric element 904 are connected via a switch 909 provided midway through lead wire 905. The rest of the configuration of drive device 900A is the same as drive device 900. Furthermore, in drive device 900A, the joining and support configuration of piezoelectric elements 903, 904 and drive shaft 912 can be the same as drive device 900, for example, as with drive device 900, and can be the same as the joining and support configuration of piezoelectric elements 811A, 811B and drive shaft 812 shown in Figures 18 and 19.
スイッチ909は、移動体ユニット902がストロークS内で吸振用圧電素子904寄りのストローク領域Scloseに位置するときには吸振用圧電素子904の端子904a,904b間を短絡(ショート)するように構成されている。また、スイッチ909は、移動体ユニット902がストロークS内の中央領域及び駆動用圧電素子903寄りの端領域を含むストローク領域Sopen(ストロークSのうちストローク領域Scloseを除く領域)に位置するときには吸振用圧電素子904の端子904a,904b間を開放(オープン)するように構成されている。 The switch 909 is configured to short-circuit the terminals 904a and 904b of the vibration-absorbing piezoelectric element 904 when the moving body unit 902 is located in the stroke region Sclose closer to the vibration-absorbing piezoelectric element 904 within the stroke S. The switch 909 is also configured to open the terminals 904a and 904b of the vibration-absorbing piezoelectric element 904 when the moving body unit 902 is located in the stroke region Sopen (the region of the stroke S excluding the stroke region Sclose), which includes the central region within the stroke S and the end region closer to the driving piezoelectric element 903.
本実施形態では、スイッチ909は、導電性の可動片909a及び固定片909bを備えている。可動片909aは、固定片909bと駆動軸912との間に位置している。図24(A)に示すように、移動体ユニット902がストローク領域Scloseから離れた領域に位置するときには、固定片909bと駆動軸912は互いに離間した状態になっている。すなわち、吸振用圧電素子904の端子904a,904b間は電気的に接続されておらず、端子904a,904b間の電気回路は開放されている。 In this embodiment, the switch 909 has a conductive movable piece 909a and a fixed piece 909b. The movable piece 909a is located between the fixed piece 909b and the drive shaft 912. As shown in Figure 24 (A), when the moving body unit 902 is located in an area away from the stroke area Sclose, the fixed piece 909b and the drive shaft 912 are spaced apart from each other. In other words, the terminals 904a and 904b of the vibration-absorbing piezoelectric element 904 are not electrically connected, and the electrical circuit between the terminals 904a and 904b is open.
一方、移動体ユニット902がストローク領域Scloseに接近すると、スイッチ909の可動片909aの先端部が移動体ユニット902に押されて駆動軸912から離れる方向へ変位する。そして、移動体ユニット902の少なくとも一部分がストローク領域Scloseに進入した状態では、可動片909aが固定片909bに接触し、吸振用圧電素子904の端子904a,904b間が短絡した状態になる(図24(B)参照)。なお、本実施形態では、スイッチ909の可動片909aの先端部が移動体ユニット902に押されて固定片909b側へ最大限変位した状態では、固定片909bの先端部は可動片909aに押されて駆動軸912側から離れる方向へ多少変位した状態になる。また、ストローク領域Scloseの範囲の大きさは適宜変更可能である。 On the other hand, when the movable unit 902 approaches the stroke area Sclose, the tip of the movable piece 909a of the switch 909 is pushed by the movable unit 902 and displaced in a direction away from the drive shaft 912. When at least a portion of the movable unit 902 enters the stroke area Sclose, the movable piece 909a comes into contact with the fixed piece 909b, creating a short circuit between the terminals 904a and 904b of the vibration-absorbing piezoelectric element 904 (see Figure 24(B)). In this embodiment, when the tip of the movable piece 909a of the switch 909 is pushed by the movable unit 902 and displaced maximally toward the fixed piece 909b, the tip of the fixed piece 909b is pushed by the movable piece 909a and displaced slightly in a direction away from the drive shaft 912. The size of the stroke area Sclose can be changed as needed.
駆動装置900Aは、駆動コントローラ908が鋸歯状波の駆動パルスを駆動用圧電素子903に供給して駆動用圧電素子903を駆動(振動)させて駆動軸912を軸方向に振動させることで、駆動軸912に摩擦係合する移動体ユニット902を駆動軸912に沿って移動させる。そして、駆動装置900Aは、移動体ユニット902が駆動用圧電素子903から離れたストローク領域Scloseに位置するときには、スイッチ909によって吸振用圧電素子904の2つの端子904a,904b間を短絡させることで、駆動用圧電素子903を駆動(振動)したときに駆動軸912の吸振用圧電素子904側の端部からの反射波の影響を低減させる。これにより、駆動用圧電素子903から離れたストローク領域Scloseにおいて、移動体ユニット902の移動の制御性及び正確性を向上できる。例えば、駆動軸912の軸方向長さを長くして移動体ユニット902のストロークSを大きくしたロングストローク化が実現可能になる。 In the drive device 900A, the drive controller 908 supplies sawtooth wave drive pulses to the drive piezoelectric element 903 to drive (vibrate) the drive piezoelectric element 903 and vibrate the drive shaft 912 in the axial direction, thereby moving the moving body unit 902, which is frictionally engaged with the drive shaft 912, along the drive shaft 912. When the moving body unit 902 is located in a stroke region (Sclose) away from the drive piezoelectric element 903, the drive device 900A uses the switch 909 to short-circuit the two terminals 904a, 904b of the vibration-absorbing piezoelectric element 904, thereby reducing the influence of reflected waves from the end of the drive shaft 912 on the vibration-absorbing piezoelectric element 904 side when the drive piezoelectric element 903 is driven (vibrated). This improves the controllability and accuracy of the movement of the moving body unit 902 in the stroke region (Sclose) away from the drive piezoelectric element 903. For example, by increasing the axial length of the drive shaft 912, it is possible to increase the stroke S of the moving unit 902, thereby achieving a long stroke.
なお、スイッチ909は、可動片909a及び固定片909bを備えた構成に限定されず、移動体ユニット902がストローク領域Scloseに位置するときには吸振用圧電素子904の端子904a,904b間を短絡(ショート)し、ストローク領域Sopenに位置するときには端子904a,904b間を開放(オープン)にすることが可能な構成であれば、どのような構成のものであっても構わない。 The switch 909 is not limited to a configuration including a movable piece 909a and a fixed piece 909b, and may have any configuration as long as it is capable of shorting the terminals 904a and 904b of the vibration-absorbing piezoelectric element 904 when the moving body unit 902 is located in the stroke region Sclose, and opening the terminals 904a and 904b when the moving body unit 902 is located in the stroke region Sopen.
また、図23に示した駆動装置950において、圧電素子954の2つの端子954a,954bを接続するリード線905の中途部にスイッチ909を接続しても構わない。この場合、スイッチ909は、支持ユニット952に摩擦係合する駆動軸955が図23の紙面左側へ移動し、支持ユニット952駆動用の圧電素子953が支持ユニット952から離れるとともに吸振用の圧電素子954が支持ユニット952に接近したときに、圧電素子954端子954a,954b間を短絡させるように構成すればよい。これにより、駆動用の圧電素子953と支持ユニット952との距離が大きくなった状態でも、駆動軸955の圧電素子954側の端部からの反射波の影響を低減させて、移動体ユニット951の移動の制御性及び正確性を向上できる。 In addition, in the drive device 950 shown in FIG. 23, a switch 909 may be connected midway through the lead wire 905 connecting the two terminals 954a, 954b of the piezoelectric element 954. In this case, the switch 909 may be configured to short-circuit the terminals 954a, 954b of the piezoelectric element 954 when the drive shaft 955, which frictionally engages with the support unit 952, moves to the left in the plane of the paper in FIG. 23, the piezoelectric element 953 for driving the support unit 952 moves away from the support unit 952, and the vibration-absorbing piezoelectric element 954 approaches the support unit 952. This reduces the influence of reflected waves from the end of the drive shaft 955 on the piezoelectric element 954 side, improving the controllability and accuracy of the movement of the moving body unit 951, even when the distance between the driving piezoelectric element 953 and the support unit 952 is large.
図25及び図26は、駆動装置のさらに他の例を説明するための概略構成図である。図25及び図26に示す実施形態は、駆動装置900の支持構成例を表している。図25(A),(B)、図25(C),(D)、図25(E),(F)、図26(A),(B)、図26(C),(D)、図26(E),(F)は、それぞれ異なる実施形態を示している。なお、図25(B)は(A)のX-X位置に沿った断面図、図25(D)は(C)のY-Y位置に沿った断面図、図25(F)は(E)のZ-Z位置に沿った断面図である。図26(B)は(A)のP-P位置に沿った断面図、図26(D)は(C)のQ-Q位置に沿った断面図、図26(F)は(E)のR-R位置に沿った断面図である。 Figures 25 and 26 are schematic diagrams illustrating yet another example of a drive unit. The embodiment shown in Figures 25 and 26 represents an example of a support configuration for the drive unit 900. Figures 25(A), (B), 25(C), (D), 25(E), (F), 26(A), (B), 26(C), (D), 26(E), (F) each show a different embodiment. Note that Figure 25(B) is a cross-sectional view taken along the X-X position in (A), Figure 25(D) is a cross-sectional view taken along the Y-Y position in (C), and Figure 25(F) is a cross-sectional view taken along the Z-Z position in (E). Figure 26(B) is a cross-sectional view taken along the P-P position in (A), Figure 26(D) is a cross-sectional view taken along the Q-Q position in (C), and Figure 26(F) is a cross-sectional view taken along the R-R position in (E).
図25(A),(B)、図25(C),(D)、図25(E),(F)、図26(A),(B)に示す各実施形態では、圧電素子903,904の端面と駆動軸912の端面との接合部917を接着剤にて接合し、圧電素子903,904及び駆動軸912の外周面に、接合部917をまたぐように断面コ字形の固定部材918を接着剤にて固着して支持ユニット901を構成している。固定部材918の材料は、例えば金属、セラミック又は樹脂などである。 In each of the embodiments shown in Figures 25(A), (B), 25(C), (D), 25(E), (F), and 26(A), (B), the end faces of the piezoelectric elements 903, 904 and the end face of the drive shaft 912 are joined at joints 917 with an adhesive, and a fixing member 918 with a U-shaped cross section is fixed to the outer periphery of the piezoelectric elements 903, 904 and the drive shaft 912 with an adhesive so as to straddle the joints 917, thereby forming the support unit 901. The material of the fixing member 918 is, for example, metal, ceramic, or resin.
駆動装置900は、コ字形又は箱型の台材920の内部に一対の装置保持部930を介して取り付けられる。台材920は、駆動用圧電素子903の端面に対峙する第1台材部921と、吸振用圧電素子904の端面に対峙する第2台材部922と、駆動軸912の軸方向に延びて第1台材部921と第2台材部922とを支持する第3台材部923とを有する。装置保持部930は、圧電素子903,904、駆動軸912及び固定部材918を軸方向に振動可能に保持する。台材920及び装置保持部930の材料は、例えば金属、セラミック又は樹脂などである。なお、台材920の形状はコ字形又は箱型に限定されず、装置保持部930を支持可能な構成であればよい。また、台材920は複数の部材で形成されていてもよい。 The drive unit 900 is attached to a U-shaped or box-shaped base 920 via a pair of device holders 930. The base 920 has a first base portion 921 facing the end face of the drive piezoelectric element 903, a second base portion 922 facing the end face of the vibration-absorbing piezoelectric element 904, and a third base portion 923 extending in the axial direction of the drive shaft 912 and supporting the first base portion 921 and the second base portion 922. The device holder 930 holds the piezoelectric elements 903 and 904, the drive shaft 912, and the fixed member 918 so that they can vibrate in the axial direction. The base 920 and device holder 930 are made of materials such as metal, ceramic, or resin. The shape of the base 920 is not limited to a U-shaped or box-shaped configuration, as long as it is capable of supporting the device holder 930. The base 920 may also be formed from multiple components.
装置保持部930は、固定部材918を収容する凹部931aを有する保持ベース部材931と、凹部931aの開口を塞ぐ保持カバー部材932とを備える。保持カバー部材932は一対のカバー取付用ねじ933にて保持ベース部材931に連結している。保持ベース部材931はベース固定用ねじ934にて第3台材部923に固着している。本実施形態では、保持ベース部材931は、第3台材部923に固着する部位が凹部931aの形成部位よりも駆動軸912の軸方向に沿って長く形成された略L字形の形態を有する。 The device holding portion 930 includes a holding base member 931 having a recess 931a that accommodates the fixing member 918, and a holding cover member 932 that covers the opening of the recess 931a. The holding cover member 932 is connected to the holding base member 931 with a pair of cover mounting screws 933. The holding base member 931 is fixed to the third base portion 923 with base fixing screws 934. In this embodiment, the holding base member 931 has a generally L-shaped configuration in which the portion that is fixed to the third base portion 923 is longer along the axial direction of the drive shaft 912 than the portion where the recess 931a is formed.
凹部931aの内壁と固定部材918とは固着しておらず、また、保持カバー部材932と圧電素子903,904及び固定部材918とは固着していない。これにより、固定部材918は駆動軸912の径方向(軸方向に直交する方向)への移動を拘束されながら駆動軸912の軸方向に振動可能に保持され、ひいては支持ユニット901が駆動軸912の径方向への移動を拘束されながら駆動軸912の軸方向に振動可能に保持される。装置保持部930は、移動体ユニット902の移動可能範囲を制限するストッパー部材として機能する。 The inner wall of the recess 931a is not fixed to the fixed member 918, and the holding cover member 932 is not fixed to the piezoelectric elements 903, 904, or fixed member 918. As a result, the fixed member 918 is held so that it can vibrate in the axial direction of the drive shaft 912 while being restricted from moving in the radial direction of the drive shaft 912 (a direction perpendicular to the axial direction), and thus the support unit 901 is held so that it can vibrate in the axial direction of the drive shaft 912 while being restricted from moving in the radial direction of the drive shaft 912. The device holding section 930 functions as a stopper member that limits the range of movement of the movable unit 902.
図25(A),(B)に示す実施形態は、駆動用圧電素子903の端面と第1台材部921との間に介在する弾性体940を備えている。吸振用圧電素子904の端面は第2台材部922に接触している。すなわち、支持ユニット901は、弾性体940によって第2台材部922に向けて付勢されて位置決めされる。このように、支持ユニット901を弾性体940の反発力(弾性力)によって位置決めしながら駆動軸912の軸方向に振動可能に保持することで、駆動用圧電素子903の駆動によって発生する振動を駆動軸912に効率よく伝達できる。 The embodiment shown in Figures 25(A) and (B) includes an elastic body 940 interposed between the end face of the driving piezoelectric element 903 and the first base portion 921. The end face of the vibration-absorbing piezoelectric element 904 is in contact with the second base portion 922. In other words, the support unit 901 is urged toward the second base portion 922 by the elastic body 940 and positioned accordingly. In this way, by holding the support unit 901 in position using the repulsive force (elastic force) of the elastic body 940 while allowing it to vibrate in the axial direction of the drive shaft 912, vibrations generated by driving the driving piezoelectric element 903 can be efficiently transmitted to the drive shaft 912.
なお、弾性体940を吸振用圧電素子904と第2台材部922との間に介在させてもよいし、支持ユニット901の両端部と台材920との間のそれぞれに弾性体940を介在させてもよい。また、本実施形態では、弾性体940は圧縮コイルばねで構成しているが、当該弾性体は反発力で支持ユニット901を支持ユニット901の軸方向に付勢できるものであればよく、例えばゴムで形成されたものであってもよい。 The elastic body 940 may be interposed between the vibration-absorbing piezoelectric element 904 and the second base portion 922, or between both ends of the support unit 901 and the base portion 920. In this embodiment, the elastic body 940 is formed from a compression coil spring, but the elastic body may be any material that can bias the support unit 901 in the axial direction of the support unit 901 with a repulsive force, and may be made of rubber, for example.
また、第1台材部921及び第2台材部922は、駆動軸912の軸方向の延長上で支持ユニット901の端部に対向するユニット位置決め体を構成している。当該ユニット位置決め体は、台材920とは異なる部材で構成されてもよく、例えば台材920又は装置保持部930に取り付けられた他部品で構成されてもよい。 Furthermore, the first base portion 921 and the second base portion 922 constitute a unit positioning body that faces the end of the support unit 901 on the axial extension of the drive shaft 912. The unit positioning body may be formed of a member different from the base portion 920, and may be formed of, for example, another part attached to the base portion 920 or the device holding portion 930.
なお、凹部931aの内壁と固定部材918とが例えば接着剤などで固着されている場合であっても、圧電素子903の駆動によって発生する振動は駆動軸912に伝達され、移動体ユニット902を移動させることは可能である。ただし、凹部931aの内壁と固定部材918との間に微小な自由度(すき間)を持たせておくことで、圧電素子903の振動を駆動軸912により効率よく伝達でき、例えば移動体ユニット902の移動速度や駆動力を大きくすることができる。 Even if the inner wall of the recess 931a and the fixed member 918 are fixed together with, for example, an adhesive, the vibrations generated by driving the piezoelectric element 903 can be transmitted to the drive shaft 912, and the moving body unit 902 can be moved. However, by leaving a small degree of freedom (gap) between the inner wall of the recess 931a and the fixed member 918, the vibrations of the piezoelectric element 903 can be transmitted more efficiently to the drive shaft 912, and the movement speed and driving force of the moving body unit 902 can be increased, for example.
図25(C),(D)に示す実施形態は、圧電素子903,904が台材920とは間隔をあけて配置されている。駆動用圧電素子903側の固定部材918を支持する装置保持部930の保持ベース部材931は、第3台材部923側から凹部931aに貫通するピン保持穴931bを備えている。ピン保持穴931b内に配設された位置決め用のピン部材935の一端部が凹部931a内に突出して、固定部材918に設けた位置決め用のピン嵌入凹部918aに嵌り込んでいる。ピン部材935の材料は、例えば金属、セラミック又は樹脂などである。 In the embodiment shown in Figures 25(C) and (D), the piezoelectric elements 903, 904 are arranged at a distance from the base 920. The holding base member 931 of the device holder 930, which supports the fixing member 918 on the driving piezoelectric element 903 side, has a pin holding hole 931b that penetrates from the third base portion 923 side to the recess 931a. One end of a positioning pin member 935 disposed in the pin holding hole 931b protrudes into the recess 931a and fits into a positioning pin insertion recess 918a provided in the fixing member 918. The pin member 935 is made of a material such as metal, ceramic, or resin, for example.
ピン保持穴931bの内壁とピン部材935の側面とは固着しておらず、また、ピン部材935とピン嵌入凹部918aとは固着していない。これにより、支持ユニット901は台材920及び装置保持部930に対して位置決めされながら、駆動軸912の軸方向に振動可能に保持されている。このように、支持ユニット901をピン部材935とピン嵌入凹部918aとで位置決めしながら駆動軸912の軸方向に振動可能に保持することで、駆動用圧電素子903の駆動によって発生する振動を駆動軸912に効率よく伝達できるとともに、支持ユニット901を簡素な構成で位置決めできる。 The inner wall of the pin holding hole 931b is not fixed to the side of the pin member 935, and the pin member 935 is not fixed to the pin insertion recess 918a. As a result, the support unit 901 is positioned relative to the base 920 and device holder 930, while being held so that it can vibrate in the axial direction of the drive shaft 912. In this way, by holding the support unit 901 in position with the pin member 935 and the pin insertion recess 918a and being held so that it can vibrate in the axial direction of the drive shaft 912, vibrations generated by driving the drive piezoelectric element 903 can be efficiently transmitted to the drive shaft 912, and the support unit 901 can be positioned with a simple configuration.
なお、ピン部材935が保持ベース部材931と一体的に形成されることで凹部931a内壁に形成される突起部がピン嵌入凹部918aに嵌り込む構成であってもよい。また、ピン部材935に替えて、固定部材918の外周面に設けた突起部がピン保持穴931bに嵌り込む構成であってもよい。 The pin member 935 may be integrally formed with the holding base member 931, so that a protrusion formed on the inner wall of the recess 931a fits into the pin fitting recess 918a. Alternatively, instead of the pin member 935, a protrusion provided on the outer circumferential surface of the fixing member 918 may fit into the pin holding hole 931b.
また、ピン部材935とピン嵌入凹部918aとが例えば接着剤などで固着されている場合であっても、圧電素子903の振動は駆動軸912に伝達される。ただし、ピン部材935とピン嵌入凹部918aとの間に微小な自由度(すき間)を持たせておくことで、圧電素子903の振動を駆動軸912により効率よく伝達でき、例えば移動体ユニット902の移動速度や駆動力を大きくすることができる。 Furthermore, even if the pin member 935 and the pin fitting recess 918a are fixed with, for example, an adhesive, the vibration of the piezoelectric element 903 is transmitted to the drive shaft 912. However, by leaving a small degree of freedom (gap) between the pin member 935 and the pin fitting recess 918a, the vibration of the piezoelectric element 903 can be transmitted more efficiently to the drive shaft 912, and the movement speed and driving force of the moving body unit 902 can be increased, for example.
また、支持ユニット901を構成する駆動軸912や圧電素子903,904の形状や寸法、材料特性、駆動波形の周波数等の条件によっては、接合部917の位置あるいはその近傍に支持ユニット901の振動の節を持ってくることが可能である。振動の節またはこの近傍を固着しても振動に対する影響は少ないので、この場合は、一方又は両方の装置保持部930において、凹部931aの内壁と固定部材918とを接着剤等で固着してもよい。また、圧電素子903,904、駆動軸912および固定部材918のうち少なくともいずれかと保持カバー部材932とを固着してもよい。また、ピン部材935とピン嵌入凹部918aとの間を固着してもよい。このように、接合部917の位置あるいはその近傍に支持ユニット901の振動の節を持ってくる場合は、支持ユニットの形状や寸法、材料特性、駆動波形の周波数等の条件を設計する必要があるが、装置全体の剛性を高くすることができる。 Furthermore, depending on the shape, dimensions, material properties, and drive waveform frequency of the drive shaft 912 and piezoelectric elements 903 and 904 that make up the support unit 901, it is possible to position the vibration node of the support unit 901 at or near the joint 917. Fixing the vibration node or its vicinity has little effect on vibration. In this case, the inner wall of the recess 931a and the fixing member 918 in one or both device holders 930 may be fixed with adhesive or the like. Furthermore, at least one of the piezoelectric elements 903 and 904, drive shaft 912, and fixing member 918 may be fixed to the holding cover member 932. Fixing the pin member 935 to the pin insertion recess 918a may also be performed. In this way, positioning the vibration node of the support unit 901 at or near the joint 917 requires the design of conditions such as the shape, dimensions, material properties, and drive waveform frequency of the support unit, but it increases the rigidity of the entire device.
図25(E),(F)に示す実施形態は、図25(C),(D)に示す実施形態と比較して、保持カバー部材932に替えて、押えバネ部材936を備えている。押えバネ部材936は、例えば金属製の板バネで形成され、左右両端部位がカバー取付用ねじ933にて保持ベース部材931に連結されるとともに、凸形に設けた中央部位が圧電素子903及び駆動軸912に接触している。 Compared to the embodiment shown in Figures 25(C) and (D), the embodiment shown in Figures 25(E) and (F) includes a pressure spring member 936 instead of the holding cover member 932. The pressure spring member 936 is formed, for example, from a metal leaf spring, and both left and right end portions are connected to the holding base member 931 by cover mounting screws 933, with the convex central portion making contact with the piezoelectric element 903 and drive shaft 912.
本実施形態では、押えバネ部材936の反発力によって固定部材918を保持ベース部材931の凹部931aの底部側(第3台材部923側)に向けて押圧することで、支持ユニット901をその軸方向に振動可能に保持している。そして、保持ベース部材931へのカバー取付用ねじ933のねじ込み具合を調節することで、支持ユニット901に対する押えバネ部材936の反発力を調節して、支持ユニット901の振動のし易さを調節できる。 In this embodiment, the repulsive force of the pressure spring member 936 presses the fixing member 918 toward the bottom side (third base portion 923 side) of the recess 931a of the holding base member 931, thereby holding the support unit 901 so that it can vibrate in its axial direction. By adjusting the degree to which the cover mounting screw 933 is screwed into the holding base member 931, the repulsive force of the pressure spring member 936 against the support unit 901 can be adjusted, and the ease with which the support unit 901 vibrates can be adjusted.
なお、押えバネ部材936によって支持ユニット901を装置保持部930に保持する構成は、図25(A),(B)に示した実施形態に適用可能であることは言うまでもない。 It goes without saying that the configuration in which the support unit 901 is held on the device holding section 930 by the pressure spring member 936 can be applied to the embodiments shown in Figures 25(A) and (B).
図26(A),(B)に示す実施形態は、図25(A),(B)に示す実施形態と比較して、支持ユニット901は吸振用圧電素子904を備えておらず、駆動軸912の端面が第2台材部922に接触している。駆動軸912の第2台材部922側の端部寄り部位には装置保持部930に支持される固定部材918が固着している。 In the embodiment shown in Figures 26(A) and (B), compared to the embodiment shown in Figures 25(A) and (B), the support unit 901 does not include a vibration-absorbing piezoelectric element 904, and the end face of the drive shaft 912 is in contact with the second base part 922. A fixing member 918 supported by the device holder 930 is fixed to a portion of the drive shaft 912 near the end on the second base part 922 side.
このように、弾性体940の反発力によって支持ユニット901を位置決めしながら駆動軸912の軸方向に振動可能に保持する支持構成は、駆動軸912の一端部に駆動用圧電素子903を接合した構成にも適用可能である。なお、吸振用圧電素子904を備えていない支持ユニット901の駆動軸912を装置保持部930にて支持する構成は、図25(C),(D)に示す実施形態や図25(E),(F)に示す実施形態にも適用可能である。 In this way, the support configuration in which the support unit 901 is positioned by the repulsive force of the elastic body 940 while being held so that the drive shaft 912 can vibrate in the axial direction is also applicable to a configuration in which a driving piezoelectric element 903 is joined to one end of the drive shaft 912. Note that the configuration in which the drive shaft 912 of a support unit 901 that does not have a vibration-absorbing piezoelectric element 904 is supported by the device holder 930 is also applicable to the embodiments shown in Figures 25(C) and (D) and the embodiments shown in Figures 25(E) and (F).
図26(C),(D)に示す実施形態は、図25(A),(B)に示す実施形態と比較して、支持ユニット901は、固定部材918が設けられておらず、接合部917を収容する凹部931cを備えた保持ベース部材931を有する一対の装置保持部930Aに支持されている。凹部931cの内壁と圧電素子903,904と駆動軸912とは固着しておらず、また、保持カバー部材932と圧電素子903,904とは固着していない。これにより、支持ユニット901が装置保持部930に駆動軸912の軸方向に振動可能に保持されている。装置保持部930Aは、移動体ユニット902の移動可能範囲を制限するストッパー部材として機能する。 In the embodiment shown in Figures 26(C) and (D), compared to the embodiment shown in Figures 25(A) and (B), the support unit 901 does not have a fixing member 918, and is supported by a pair of device holders 930A having a holding base member 931 with a recess 931c that accommodates the joint 917. The inner wall of the recess 931c is not fixed to the piezoelectric elements 903 and 904 or the drive shaft 912, and the holding cover member 932 is not fixed to the piezoelectric elements 903 and 904. This allows the support unit 901 to be held by the device holder 930 so that it can vibrate in the axial direction of the drive shaft 912. The device holder 930A functions as a stopper member that limits the range of movement of the movable unit 902.
なお、装置保持部930Aは、接合部917を保持せずに駆動軸912の端部寄り部位を保持する構成であっても構わない。また、保持カバー部材932に替えて、押えバネ部材936(図25(E),(F)参照)によって支持ユニット901を装置保持部930に保持する構成であっても構わない。 The device holder 930A may be configured to hold a portion of the drive shaft 912 near the end thereof without holding the joint 917. Also, instead of the holding cover member 932, the support unit 901 may be held on the device holder 930 by a pressure spring member 936 (see Figures 25(E) and (F)).
図26(E),(F)に示す実施形態は、図26(C),(D)に示す実施形態と比較して、圧電素子903,904が台材920とは間隔をあけて配置されている。そして、駆動用圧電素子903側の装置保持部930Aの保持ベース部材931は、図25(C),(D)に示す実施形態の保持ベース部材931と同様に、位置決め用のピン部材935を保持するピン保持穴931bを備えている。ピン部材935の一端部が凹部931a内に突出して、駆動軸912の端部寄り部位に設けたピン嵌入凹部912aに嵌り込んでいる。駆動軸912は、押えバネ部材936の反発力によって保持ベース部材931の凹部931a内に拘束されている。 In the embodiment shown in Figures 26(E) and (F), the piezoelectric elements 903, 904 are arranged at a distance from the base 920, as compared to the embodiment shown in Figures 26(C) and (D). The holding base member 931 of the device holder 930A on the drive piezoelectric element 903 side has a pin holding hole 931b that holds a positioning pin member 935, similar to the holding base member 931 in the embodiment shown in Figures 25(C) and (D). One end of the pin member 935 protrudes into the recess 931a and fits into a pin insertion recess 912a provided near the end of the drive shaft 912. The drive shaft 912 is restrained within the recess 931a of the holding base member 931 by the repulsive force of the pressure spring member 936.
ピン保持穴931bの内壁とピン部材935の側面とは固着しておらず、支持ユニット901は台材920及び装置保持部930に対して位置決めされながら、駆動軸912の軸方向に振動可能に保持されている。このように、駆動軸912に設けた凹部又は凸部と、それに係合する凸部又は凹部を有する装置保持部930Aとによって、支持ユニット901を駆動軸912の軸方向に振動可能に保持することも可能である。 The inner wall of the pin holding hole 931b and the side of the pin member 935 are not fixed to each other, and the support unit 901 is held so that it can vibrate in the axial direction of the drive shaft 912 while being positioned relative to the base 920 and device holding part 930. In this way, the support unit 901 can be held so that it can vibrate in the axial direction of the drive shaft 912 by using a recess or protrusion on the drive shaft 912 and the device holding part 930A, which has a protrusion or recess that engages with it.
なお、図25及び図26に示す各実施形態において、吸振用圧電素子904は、リード線913を介して駆動コントローラ908(図23参照)に接続された駆動用の圧電素子であってもよい。また、上述した実施形態及び変形例(なお書き等)で説明した各構成を組み合わせても構わないし、また、構成の付加、省略、置換、その他の変更が可能である。 In each of the embodiments shown in Figures 25 and 26, the vibration-absorbing piezoelectric element 904 may be a driving piezoelectric element connected to the drive controller 908 (see Figure 23) via lead wires 913. Furthermore, the configurations described in the above-mentioned embodiments and variations (notes, etc.) may be combined, and additions, omissions, substitutions, and other modifications of the configurations are possible.
図27は、駆動装置の実施形態を説明するための概略構成図である。図27に示す実施形態は、支持ユニット901の片持ち支持構成例を表している。図27(A),(B)は同一の実施形態を示し、(A)は移動体ユニット902が駆動用圧電素子903側に位置している状態を示し、(B)は移動体ユニット902が圧電素子903とは反対側の端部寄りに位置している状態を示す。 Fig. 27 is a schematic diagram illustrating an embodiment of a drive device. The embodiment shown in Fig. 27 represents an example of a cantilever support configuration of a support unit 901. Fig. 27(A) and (B) show the same embodiment, with (A) showing a state in which a moving body unit 902 is positioned on the side of a driving piezoelectric element 903, and (B) showing a state in which the moving body unit 902 is positioned closer to the end on the opposite side from the piezoelectric element 903.
本実施形態では、駆動装置900の支持ユニット901は、駆動軸912の一端に駆動用圧電素子903を固定している。そして、支持ユニット901の圧電素子903寄りの部位が装置保持部930Aによって箱形状の台材920に片持ち支持されている。駆動軸912の他端部(圧電素子903とは反対側の端部)には、駆動軸912よりも大径のストッパー部材919が固着している。駆動軸912に摩擦係合する移動体ユニット902は、装置保持部930Aとストッパー部材919との間で駆動軸912の軸方向に沿って摺動可能に構成されている。 In this embodiment, the support unit 901 of the drive device 900 has a drive piezoelectric element 903 fixed to one end of a drive shaft 912. The portion of the support unit 901 closer to the piezoelectric element 903 is cantilevered on a box-shaped base 920 by a device holder 930A. A stopper member 919 with a larger diameter than the drive shaft 912 is fixed to the other end of the drive shaft 912 (the end opposite the piezoelectric element 903). The moving body unit 902, which frictionally engages with the drive shaft 912, is configured to be slidable along the axial direction of the drive shaft 912 between the device holder 930A and the stopper member 919.
移動体ユニット902には、支持ユニット901の他端側を覆う筒状の出力部材970が連結されている。筒状の出力部材970は、例えば一端側の開口が閉塞した四角筒状の形態を有し、駆動軸912の外周を覆う四角筒状の側面部971と、側面部971の開口を塞ぐ先端面部972とを有する。本実施形態では、移動体ユニット902の外周に設けたスペーサ部材902aに出力部材970の側面部971の内周面が固着具973によって接合されて、移動体ユニット902と出力部材970とが連結している。出力部材970の先端面部972はストッパー部材919に対向配置される。 A cylindrical output member 970 that covers the other end of the support unit 901 is connected to the movable body unit 902. The cylindrical output member 970 has, for example, a rectangular cylindrical shape with one end opening closed, and has a rectangular cylindrical side portion 971 that covers the outer periphery of the drive shaft 912, and a tip surface portion 972 that closes the opening of the side surface portion 971. In this embodiment, the inner circumferential surface of the side surface portion 971 of the output member 970 is joined to a spacer member 902a provided on the outer periphery of the movable body unit 902 by a fastener 973, thereby connecting the movable body unit 902 and the output member 970. The tip surface portion 972 of the output member 970 is positioned opposite the stopper member 919.
このように、出力部材970を筒状とすることで出力部材970の剛性を高めることができる。さらに、出力部材970は、支持ユニット901の他端側の端面に設けたストッパー部材919に対向して側面部971の先端側開口を塞ぐ先端面部972を備えているので、筒状の出力部材970の剛性をより高めることができる。また、出力部材970を筒状に設けることで、例えば側面部971の複数の面に移動対象を連結したり、先端面部972に移動対象を連結したりできるので、用途の汎用性が向上する。 In this way, by making the output member 970 cylindrical, the rigidity of the output member 970 can be increased. Furthermore, the output member 970 has a tip surface portion 972 that faces the stopper member 919 provided on the end surface on the other end side of the support unit 901 and closes the tip opening of the side surface portion 971, thereby further increasing the rigidity of the cylindrical output member 970. In addition, by providing the output member 970 in a cylindrical shape, it is possible to connect moving objects to multiple surfaces of the side surface portion 971, or to connect a moving object to the tip surface portion 972, for example, thereby improving the versatility of use.
なお、駆動軸912に摩擦係合する移動体ユニット902は、図27等では簡略化して図示されているが、直方体状の駆動軸912の4つの側面それぞれに摩擦係合している。例えば、移動体ユニット902は、駆動軸912の4つの側面ごとに設けた4つの部材、又は駆動軸912の隣り合う2つの側面ごとに設けたL字形の2つの部材を備え、それらの部材が駆動軸912に向けて押し付けられることで、駆動軸912と摩擦係合する。そして、駆動軸912の4つの側面のうち対向する2側面に摩擦係合する移動体ユニット902の2つ部位を、両方とも出力部材970に固着すると出力部材970の形状や寸法、剛性などが駆動軸912と移動体ユニット902との摩擦係合力に影響を与える可能性がある。そこで、本実施形態では、上記移動体ユニット902の2つ部位のうち一方の部位を固着具973によって出力部材970に固着し、他方の部位は出力部材970に固着しないようにしている。 Note that, although the movable body unit 902 that frictionally engages with the drive shaft 912 is illustrated in a simplified manner in Figure 27 and elsewhere, it frictionally engages with each of the four side surfaces of the rectangular parallelepiped drive shaft 912. For example, the movable body unit 902 may include four members provided on each of the four side surfaces of the drive shaft 912, or two L-shaped members provided on each of two adjacent side surfaces of the drive shaft 912, and these members are pressed against the drive shaft 912 to frictionally engage with the drive shaft 912. If both of the two portions of the movable body unit 902 that frictionally engage with two opposing side surfaces of the four side surfaces of the drive shaft 912 are fixed to the output member 970, the shape, dimensions, rigidity, etc. of the output member 970 may affect the frictional engagement force between the drive shaft 912 and the movable body unit 902. Therefore, in this embodiment, one of the two parts of the moving unit 902 is fixed to the output member 970 by a fixing device 973, and the other part is not fixed to the output member 970.
図27では、駆動軸912の4つの側面のうち対向する2側面に摩擦係合する移動体ユニット902の2つ部位に設けたスペーサ部材902aを図示しているが、図27の紙面鉛直方向で対向する駆動軸912の2側面に摩擦係合する移動体ユニット902の2つ部位のうち一方に設けたスペーサ部材902aを出力部材970に固着しても構わない。なお、移動体ユニット902の上記他方の部位と出力部材970との間に、出力部材970には固着しないスペーサ部材902aを介在させることで、出力部材970に外力が加わったときの移動体ユニット902に対する出力部材970の変位を低減できる。 In Figure 27, spacer members 902a are shown attached to two portions of the movable body unit 902 that frictionally engage with two opposing sides of the four sides of the drive shaft 912; however, the spacer member 902a attached to one of the two portions of the movable body unit 902 that frictionally engage with two opposing sides of the drive shaft 912 in the direction perpendicular to the plane of the paper in Figure 27 may also be fixed to the output member 970. Furthermore, by interposing a spacer member 902a that is not fixed to the output member 970 between the other portion of the movable body unit 902 and the output member 970, it is possible to reduce the displacement of the output member 970 relative to the movable body unit 902 when an external force is applied to the output member 970.
また、固着具973は、移動体ユニット902と出力部材970とを接合できるものであればよく、例えばねじ部材であっても構わないし、接着剤であっても構わない。また、スペーサ部材902aは、駆動軸912に摩擦係合する移動体ユニット902の部材に一体形成されていてもよいし、接着剤やネジ部材などで固着されていてもよい。 Furthermore, the fixing device 973 may be any device capable of joining the movable body unit 902 and the output member 970, and may be, for example, a screw member or an adhesive. Furthermore, the spacer member 902a may be integrally formed with a member of the movable body unit 902 that frictionally engages with the drive shaft 912, or may be fixed thereto with an adhesive, a screw member, or the like.
次に、本実施形態の片持ち支持構造について説明する。支持ユニット901の圧電素子903寄りの部位を保持する装置保持部930Aは、図26(E),(F)に示した実施形態の装置保持部930Aと同様に、保持ベース部材931が駆動軸912を収容する凹部931cを備え、駆動軸912に設けたピン嵌入凹部912aにピン部材935を嵌め込むことで駆動軸912を位置決めしている。凹部931cに収容された駆動軸912は、カバー取付用ねじ933によって保持ベース部材931に取り付けられる保持カバー部材932によって拘束されている。 Next, the cantilever support structure of this embodiment will be described. The device holder 930A, which holds the portion of the support unit 901 closest to the piezoelectric element 903, is similar to the device holder 930A of the embodiment shown in Figures 26(E) and (F), in that the holding base member 931 has a recess 931c that houses the drive shaft 912, and the drive shaft 912 is positioned by fitting a pin member 935 into a pin insertion recess 912a provided on the drive shaft 912. The drive shaft 912 housed in the recess 931c is restrained by a holding cover member 932, which is attached to the holding base member 931 with a cover attachment screw 933.
このように、支持ユニット901において駆動軸912の圧電素子903寄り部位が台材920に片持ち支持されていることで、移動体ユニット902に連結する移動対象(例えば作業モジュール100の台座部材450や他の駆動装置など)を配置可能な空間を広げて設計の自由度および用途の汎用性を向上できる。さらに、外力によって駆動軸912に加わるモーメントが圧電素子903と駆動軸912との接合部917にはかからないので、圧電素子903の振動を駆動軸912に安定して伝達でき、駆動装置900の駆動安定性を確保できる。 In this way, by supporting the support unit 901 with the portion of the drive shaft 912 closest to the piezoelectric element 903 cantilevered on the base 920, the space available for arranging the moving object connected to the moving unit 902 (such as the base member 450 of the working module 100 or other drive devices) can be expanded, improving design freedom and versatility of use. Furthermore, because the moment applied to the drive shaft 912 by an external force is not applied to the joint 917 between the piezoelectric element 903 and drive shaft 912, the vibration of the piezoelectric element 903 can be stably transmitted to the drive shaft 912, ensuring the driving stability of the drive device 900.
また、装置保持部930Aは、駆動軸912を固定する固定部937と、固定部937から圧電素子903とは反対向きに延びて駆動軸912の側面に対向配置される規制部938とを備えている。本実施形態では、保持カバー部材932を保持ベース部材931に固着するカバー取付用ねじ933が圧電素子903寄りの位置で保持ベース部材931に螺合している。これにより、凹部931cの部位のうち圧電素子903寄りの部位が駆動軸912をしっかりと固定する固定部937を構成し、圧電素子903から離れた部位が規制部938を構成する。 The device holding unit 930A also includes a fixing portion 937 that fixes the drive shaft 912, and a restricting portion 938 that extends from the fixing portion 937 in the opposite direction to the piezoelectric element 903 and is positioned opposite the side of the drive shaft 912. In this embodiment, a cover mounting screw 933 that secures the holding cover member 932 to the holding base member 931 is screwed into the holding base member 931 at a position close to the piezoelectric element 903. As a result, the portion of the recess 931c that is close to the piezoelectric element 903 forms the fixing portion 937 that firmly fixes the drive shaft 912, and the portion away from the piezoelectric element 903 forms the restricting portion 938.
本実施形態では、装置保持部930Aは、固定部937にて駆動軸912の圧電素子903寄り部位を台材920に確実に連結するとともに、外力のモーメントが駆動軸912に加わったときに固定部937及び規制部938によって駆動軸912の回転を抑制するので、固定部937に力が集中することによる装置保持部930A及び駆動軸912の破損を防止できる。また、規制部938は、固定部937に比べて駆動軸912の拘束力(駆動軸912と930Aとの固着力)が小さいので、圧電素子903の駆動による駆動軸912の振動の低下を抑制でき、装置保持部930Aは、駆動軸912をしっかり位置決めできる構成でありながら、移動体ユニット902の移動速度及び駆動力の低下を抑制できる。 In this embodiment, the device holder 930A securely connects the portion of the drive shaft 912 closest to the piezoelectric element 903 to the base 920 via the fixing portion 937, and when an external force moment is applied to the drive shaft 912, the fixing portion 937 and the restricting portion 938 restrict rotation of the drive shaft 912, thereby preventing damage to the device holder 930A and drive shaft 912 due to force concentration on the fixing portion 937. Furthermore, the restricting portion 938 has a smaller restraining force on the drive shaft 912 (the adhesive force between the drive shaft 912 and 930A) than the fixing portion 937, thereby restricting a decrease in vibration of the drive shaft 912 caused by driving the piezoelectric element 903. The device holder 930A is configured to firmly position the drive shaft 912 while restricting a decrease in the movement speed and drive force of the mobile unit 902.
なお、固定部937において、装置保持部930Aと駆動軸912は接着剤にて固着されていても構わない。この場合、規制部938においては装置保持部930Aと駆動軸912は固着されていないようにすれば、上記実施形態と同様の作用及び効果が得られる。また、支持ユニット901を片持ち支持する構成は、接合部917を直接又は固定部材918を介して装置保持部930Aに拘束する構成であっても構わない。 In addition, the device holding part 930A and the drive shaft 912 may be fixed with adhesive at the fixing part 937. In this case, if the device holding part 930A and the drive shaft 912 are not fixed at the restricting part 938, the same effects and advantages as those of the above embodiment can be obtained. Furthermore, the cantilever support configuration of the support unit 901 may be configured to restrain the joint part 917 to the device holding part 930A directly or via the fixing member 918.
図27(C)に示すように、駆動軸912の他端に吸振用圧電素子904が接合されていても構わない。なお、吸振用圧電素子904に替えて、駆動コントローラからの電気信号によって駆動可能な圧電素子を駆動軸912の他端に設けても構わない。この場合、当該圧電素子から延びる配線を、例えば出力部材970の側面部971の一側面に駆動軸912に沿って設けた長穴又は溝に通すことで、出力部材970の外部に配設される駆動コントローラに接続できる。 As shown in Figure 27 (C), a vibration-absorbing piezoelectric element 904 may be joined to the other end of the drive shaft 912. Note that instead of the vibration-absorbing piezoelectric element 904, a piezoelectric element that can be driven by an electrical signal from a drive controller may be provided at the other end of the drive shaft 912. In this case, the wiring extending from the piezoelectric element can be connected to a drive controller disposed outside the output member 970 by passing it through a long hole or groove provided along the drive shaft 912 on one side of the side portion 971 of the output member 970, for example.
また、図27(C)に示すように、駆動軸912に摩擦係合する移動体ユニット902が駆動軸912の軸方向で互いに分離した複数の移動体ユニット構成体902bに分割されて、各移動体ユニット構成体902bそれぞれが駆動軸912に摩擦係合していても構わない。これらの移動体ユニット構成体902bは、スペーサ部材902a及び出力部材970を介して互いに連結されている。 Alternatively, as shown in Figure 27(C), the moving body unit 902 that frictionally engages with the drive shaft 912 may be divided into multiple moving body unit components 902b that are separated from one another in the axial direction of the drive shaft 912, with each moving body unit component 902b frictionally engaging with the drive shaft 912. These moving body unit components 902b are connected to one another via spacer members 902a and output members 970.
移動体ユニット902と駆動軸912との摩擦係合部の駆動軸912の軸方向での長さが長いほど、圧電素子903から当該摩擦係合部に伝わる振動が平均化されて移動体ユニット902の駆動が安定する。しかしながら、摩擦係合部には駆動軸912と移動体ユニット902との接合面に高い平面度が要求されることから、軸方向に長い摩擦係合部を形成することは高度な加工技術が必要であり、製造コストが増大する。 The longer the length of the frictional engagement portion between the movable body unit 902 and drive shaft 912 in the axial direction of the drive shaft 912, the more the vibrations transmitted from the piezoelectric element 903 to the frictional engagement portion are averaged, resulting in more stable operation of the movable body unit 902. However, because the frictional engagement portion requires a high degree of flatness at the joint surface between the drive shaft 912 and the movable body unit 902, forming a frictional engagement portion that is long in the axial direction requires advanced processing technology and increases manufacturing costs.
そこで、本実施形態のように、移動体ユニット902を軸方向で複数の移動体ユニット構成体902bに分割することで、移動体ユニット902と駆動軸912との摩擦係合部を分割して個々の摩擦係合部の軸方向長さを小さくできる。これにより、個々の摩擦係合部の軸方向長さを小さく設計して製造コストを抑制できる構成でありながら、移動体ユニット902と駆動軸912との摩擦係合部の合計の軸方向長さを長くでき、移動体ユニット902の駆動安定性を向上できる。 In this embodiment, by dividing the moving body unit 902 into multiple moving body unit components 902b in the axial direction, the frictional engagement portion between the moving body unit 902 and the drive shaft 912 can be divided, thereby reducing the axial length of each frictional engagement portion. This allows for a configuration in which the axial length of each frictional engagement portion can be designed to be small, thereby reducing manufacturing costs, while also lengthening the total axial length of the frictional engagement portions between the moving body unit 902 and the drive shaft 912, thereby improving the driving stability of the moving body unit 902.
なお、移動体ユニット902は、互いに分離した3つ以上の移動体ユニット構成体902bで構成されても構わない。また、駆動軸と移動体ユニット又は支持ユニットとの摩擦係合部を軸方向に2つ以上に分割する(分離して設ける)構成は、上記のいずれの実施形態にも適用可能である。また、上述した実施形態及び変形例(なお書き等)で説明した各構成を組み合わせても構わないし、また、構成の付加、省略、置換、その他の変更が可能である。 The moving body unit 902 may be composed of three or more moving body unit components 902b that are separate from one another. Also, a configuration in which the frictional engagement portion between the drive shaft and the moving body unit or support unit is divided into two or more parts in the axial direction (separately provided) can be applied to any of the above embodiments. Furthermore, the configurations described in the above embodiments and variations (notes, etc.) may be combined, and additions, omissions, substitutions, and other modifications of configurations are possible.
図28に示すように、装置保持部930Aの保持ベース部材931は、駆動軸912の軸方向で互いに離間した複数個所(例えば2箇所)でベース固定用ねじ934によって台材920に固着していても構わない。これにより、装置保持部930Aと台材920とがより強固に連結されることで、駆動軸912に出力部材970等を介して外力が加わったときに駆動軸912の変位をより確実に低減でき、移動体ユニット902および出力部材970の位置決め精度を向上できる。 As shown in Figure 28, the holding base member 931 of the device holding unit 930A may be fixed to the base 920 by base fixing screws 934 at multiple locations (e.g., two locations) spaced apart in the axial direction of the drive shaft 912. This more firmly connects the device holding unit 930A and the base 920, more reliably reducing displacement of the drive shaft 912 when an external force is applied to the drive shaft 912 via the output member 970 or the like, and improving the positioning accuracy of the moving body unit 902 and the output member 970.
なお、装置保持部と台材とを互いに離間した複数個所(駆動軸の軸方向に交差する方向で離間していてもよい)でねじによって固着する構成は、上記のいずれの実施形態にも適用可能である。また、装置保持部と台材とを固着する手段は、ねじ等の固着具に限らず、接着剤であっても構わないし、固着具と接着剤との両方で装置保持部と台材とを固着しても構わない。また、各圧電素子は、複数の積層型圧電素子が積層方向に直列に接合されたもので構成されても構わない。 Note that a configuration in which the device holder and base are fastened with screws at multiple spaced apart locations (which may be spaced apart in a direction intersecting the axial direction of the drive shaft) can be applied to any of the above embodiments. Furthermore, the means for fastening the device holder and base is not limited to fasteners such as screws; adhesives may also be used, or the device holder and base may be fastened using both fasteners and adhesives. Furthermore, each piezoelectric element may be composed of multiple stacked piezoelectric elements joined in series in the stacking direction.
以上、参考発明及び本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態での材料、形状、配置、個数等は一例であり、参考発明及び本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、参考発明のカメラ付き作業モジュールが取り付けられるカメラ付き作業装置は、3軸操作用駆動装置以外にも、1軸操作用駆動装置や2軸操作用駆動装置であっても構わないし、回転動作を行う駆動装置と組み合わせたものとしても構わない。また、上述した実施形態及び変形例(なお書き等)で説明した各構成を組み合わせても構わないし、また、構成の付加、省略、置換、その他の変更が可能である。
[付記]
特許文献1のマイクロマニピュレータでは、マイクログリッパーは、把持アームが電磁駆動方式で開閉動作するように構成されているので、構造が複雑であり、小型化及び軽量化が困難であるという問題があった。また、マイクログリッパーの把持アームの先端部周辺を撮像するカメラは、マイクログリッパーを支持する部材とは別の部材に支持されているので、マイクログリッパー装置の大型化及び重量化を招くという問題があった。
特許文献1のマイクロマニピュレータでは、マイクログリッパー(作業ツール)の作業領域を撮像するカメラは顕微鏡に装着されるとともに、マイクログリッパーの把持アーム先端部を顕微鏡の視野内に移動させるためのXYZ移動機構が設けられていることから、大型化及び重量化を招くという問題があった。
[付記1]
作業ツールの作業領域を撮像する撮像装置と、
前記作業ツールを支持するとともに前記作業ツールを前記作業領域に対して回転させるツール回転装置と、
前記ツール回転装置と前記撮像装置とを支持する台座部材とを備え、
前記撮像装置は、前記台座部材に回転不能に保持されるとともに、前記ツール回転装置による前記作業ツールの回転軸上に配置されている、カメラ付き作業モジュール。
[付記2]
前記撮像装置は、レンズ駆動用圧電素子の振動によってレンズを光軸に沿って移動させるレンズ駆動装置と、前記レンズを通過した光を受光する撮像素子と、を備えている、付記1に記載のカメラ付き作業モジュール。
[付記3]
前記撮像素子から延びる配線部材が前記作業ツールの回転可能範囲を避けて延設されるとともに、
前記レンズ駆動装置のレンズ駆動軸は、前記撮像素子の側方に配置されている、付記2に記載のカメラ付き作業モジュール。
[付記4]
前記レンズ駆動装置のレンズ駆動軸は、前記撮像素子に対して前記レンズとは反対側の位置で前記レンズの光軸の延長線上に配置されている、付記2に記載のカメラ付き作業モジュール。
[付記5]
前記作業ツールは、開閉する把持アームを有するグリッパーである、付記1から4のいずれか一項に記載のカメラ付き作業モジュール。
[付記6]
前記グリッパーの前記把持アームは、前記撮像装置の前記光軸と前記把持アームの延伸方向とが交差するように斜め下向きに延伸している、
付記5に記載のカメラ付き作業モジュール。
[付記7]
前記撮像装置の前記レンズ及び前記撮像素子を第1レンズ及び第1撮像素子とし、
前記撮像装置は、前記第1レンズの光軸に対して傾斜した光軸で前記作業領域を撮像する第2レンズ及び第2撮像素子をさらに備え、
前記第2レンズは前記第2撮像素子に対して位置固定されている、
付記1から6のいずれか一項に記載のカメラ付き作業モジュール。
[付記8]
前記第1撮像素子から延びる配線部材が前記作業ツールの回転可能範囲を避けて延設されるとともに、
前記第2レンズ及び前記第2撮像素子は、前記作業ツールの回転軸と平行な方向で前記配線部材と重なる位置に配設されている、
付記7に記載のカメラ付き作業モジュール。
[付記9]
付記1から8のいずれか一項に記載のカメラ付き作業モジュールと、
前記カメラ付き作業モジュールの前記台座部材を移動させる移動機構とを備えている、
カメラ付き作業装置。
[付記10]
前記移動機構は、駆動軸の両端に一対の圧電素子を固定した第1支持ユニットと、前記第1支持ユニットの前記駆動軸に摩擦係合する第1移動体ユニットと、を有する駆動装置を備え、
前記第1移動体ユニットに前記カメラ付き作業モジュールの前記台座部材が連結され、
前記一対の圧電素子の両方又は一方の駆動によって前記第1移動体ユニットが前記駆動軸の軸方向に移動される、
付記9に記載のカメラ付き作業装置。
[付記11]
前記移動機構は、駆動軸の両端に一対の圧電素子を固定した第2移動体ユニットと、前記第2移動体ユニットの前記駆動軸に摩擦係合して前記第2移動体ユニットを支持する第2支持ユニットと、を有する駆動装置を備え、
前記第2移動体ユニットに前記カメラ付き作業モジュールの前記台座部材が連結され、
前記一対の圧電素子の両方又は一方の駆動によって前記第2移動体ユニットが前記駆動軸の軸方向に移動される、
付記9に記載のカメラ付き作業装置。
[付記12]
前記駆動装置は、前記第1支持ユニットを前記駆動軸の軸方向に振動可能に保持しながら台材に連結する装置保持部を備えるとともに、
前記駆動軸の軸方向の延長上で前記第1支持ユニットの端部に対峙するユニット位置決め体を備え、前記第1支持ユニットの一端部が前記ユニット位置決め体に向けて付勢されるように前記第1支持ユニットの他端部を前記一端部に向けて付勢する弾性体を備えている、
付記10に記載のカメラ付き作業装置。
[付記13]
前記駆動装置は、前記第1支持ユニットを前記駆動軸の軸方向に振動可能に保持しながら台材に連結する装置保持部を備えるとともに、
前記装置保持部は、前記第1支持ユニットに設けたユニット側凹部又は凸部と係合する保持部側凸部又は凹部を備えている、
付記10に記載のカメラ付き作業装置。
[付記14]
前記駆動装置は、前記移動体ユニットと前記支持ユニットとの位置関係に応じて、前記一対の圧電素子を同時に又は選択的に駆動させる、
付記10~13のいずれか一項に記載のカメラ付き作業装置。
[付記15]
前記駆動軸の軸方向に沿って所定のストロークの範囲内で移動する前記移動体ユニットが、前記ストロークの中央領域に位置するときには前記一対の圧電素子の両方が駆動され、一方の圧電素子寄りの前記ストロークの一端領域に位置するときには前記一方の圧電素子のみが駆動され、他方の圧電素子寄りの前記ストロークの他端領域に位置するときには前記他方の圧電素子のみが駆動される、
付記14に記載のカメラ付き作業装置。
[付記16]
前記一対の圧電素子のうち一方の圧電素子を駆動用圧電素子とするとともに、他方の圧電素子の2つの端子が短絡している、
付記10~13のいずれか一項に記載のカメラ付き作業装置。
[付記17]
前記一対の圧電素子のうち一方の圧電素子を駆動用圧電素子とするとともに、
前記第1移動体ユニット又は前記第2支持体ユニットが他方の圧電素子に近づいたときに前記他方の圧電素子の2つの端子を短絡させるスイッチを備えている、
付記10~13のいずれか一項に記載のカメラ付き作業装置。
[付記18]
前記移動機構は、駆動軸の少なくとも一端に圧電素子を固定した支持ユニットと、前記支持ユニットの前記駆動軸に摩擦係合する移動体ユニットと、を有する駆動装置を備え、
前記駆動装置は、前記支持ユニットの前記圧電素子寄りの部位が台材に片持ち支持されるとともに、前記支持ユニットの他端側を覆う筒状の出力部材が前記移動体ユニットに連結されており、
前記移動体ユニットに前記出力部材を介して前記カメラ付き作業モジュールの前記台座部材が連結され、
前記圧電素子の駆動によって前記移動体ユニット及び前記出力部材が前記駆動軸の軸方向に移動される、
付記9に記載のカメラ付き作業装置。
[付記19]
前記移動機構は、駆動軸の少なくとも一端に圧電素子を固定した支持ユニットと、前記支持ユニットの前記駆動軸に摩擦係合する移動体ユニットと、を有する駆動装置を備え、
前記駆動装置は、前記駆動軸の前記圧電素子寄りの部位が台材に片持ち支持されており、
前記移動体ユニットに前記カメラ付き作業モジュールの前記台座部材が連結され、
前記圧電素子の駆動によって前記移動体ユニットが前記駆動軸の軸方向に移動される、
付記9に記載のカメラ付き作業装置。
[付記20]
前記駆動軸の圧電素子寄り部位を片持ち支持する装置保持部は、前記駆動軸を固定する固定部と、前記固定部から前記圧電素子とは反対向きに延びて前記駆動軸の側面に対向配置される規制部とを備えている、
付記19に記載のカメラ付き作業装置。
The above describes the embodiments of the reference invention and the present invention. However, the materials, shapes, arrangements, numbers, etc., in the above embodiments are merely examples, and the reference invention and the present invention can be embodied in various other ways. For example, the camera-equipped work device to which the camera-equipped work module of the reference invention is attached may be a three-axis operation drive device, a one-axis operation drive device, a two-axis operation drive device, or a combination with a drive device that performs rotational motion. Furthermore, the configurations described in the above embodiments and modified examples (notes, etc.) may be combined, and additions, omissions, substitutions, and other modifications of the configurations are possible.
[Note]
In the micromanipulator of Patent Document 1, the microgripper is configured so that the gripping arm opens and closes by an electromagnetic drive system, which results in a complex structure and makes it difficult to reduce the size and weight.In addition, the camera that captures images of the area around the tip of the gripping arm of the microgripper is supported by a member separate from the member that supports the microgripper, which results in an increase in the size and weight of the microgripper device.
In the micromanipulator of Patent Document 1, a camera that captures images of the working area of the microgripper (work tool) is attached to a microscope, and an XYZ movement mechanism is provided to move the tip of the gripping arm of the microgripper into the field of view of the microscope, which causes problems of increased size and weight.
[Appendix 1]
an imaging device that images a working area of the work tool;
a tool rotation device that supports the work tool and rotates the work tool relative to the work area;
a base member supporting the tool rotation device and the imaging device,
A camera-equipped work module, wherein the imaging device is held non-rotatably on the base member and is arranged on the axis of rotation of the work tool by the tool rotation device.
[Appendix 2]
The camera-equipped work module described in Appendix 1, wherein the imaging device includes a lens driving device that moves the lens along the optical axis by vibrating a piezoelectric element for driving the lens, and an imaging element that receives light that has passed through the lens.
[Appendix 3]
A wiring member extending from the imaging element is provided so as to avoid a rotatable range of the work tool,
3. The camera-equipped work module described in Appendix 2, wherein a lens drive shaft of the lens drive device is arranged to the side of the imaging element.
[Appendix 4]
The camera-equipped work module described in Appendix 2, wherein the lens drive shaft of the lens drive device is positioned on the extension line of the optical axis of the lens at a position opposite the lens with respect to the imaging element.
[Appendix 5]
5. The camera-equipped work module according to any one of claims 1 to 4, wherein the work tool is a gripper having a gripping arm that opens and closes.
[Appendix 6]
The gripping arm of the gripper extends obliquely downward so that the optical axis of the imaging device intersects with the extension direction of the gripping arm.
6. The camera-equipped work module according to claim 5.
[Appendix 7]
the lens and the imaging element of the imaging device are a first lens and a first imaging element,
the imaging device further includes a second lens and a second imaging element that capture an image of the work area with an optical axis that is inclined with respect to the optical axis of the first lens,
the second lens is fixed in position relative to the second imaging element;
7. A camera-equipped work module according to any one of claims 1 to 6.
[Appendix 8]
a wiring member extending from the first imaging element extends to avoid a rotatable range of the work tool;
the second lens and the second imaging element are disposed at positions overlapping with the wiring member in a direction parallel to a rotation axis of the work tool;
8. The camera-equipped work module according to claim 7.
[Appendix 9]
A camera-equipped operation module according to any one of appendices 1 to 8;
a movement mechanism for moving the base member of the camera-equipped operation module,
Work equipment with camera.
[Supplementary Note 10]
the movement mechanism includes a drive device having a first support unit having a pair of piezoelectric elements fixed to both ends of a drive shaft, and a first moving body unit frictionally engaged with the drive shaft of the first support unit,
The base member of the camera-equipped work module is connected to the first moving body unit,
The first moving body unit is moved in the axial direction of the drive shaft by driving both or one of the pair of piezoelectric elements.
10. A work device with a camera as described in appendix 9.
[Appendix 11]
the movement mechanism includes a drive device having a second moving body unit having a pair of piezoelectric elements fixed to both ends of a drive shaft, and a second support unit that frictionally engages with the drive shaft of the second moving body unit to support the second moving body unit,
The base member of the camera-equipped work module is connected to the second moving body unit,
The second moving body unit is moved in the axial direction of the drive shaft by driving both or one of the pair of piezoelectric elements.
10. A work device with a camera as described in appendix 9.
[Appendix 12]
the drive device includes a device holder that connects the first support unit to a base while holding the first support unit so that the first support unit can vibrate in the axial direction of the drive shaft;
a unit positioning body that faces an end of the first support unit on an axial extension of the drive shaft, and an elastic body that urges one end of the first support unit toward the one end so that the other end of the first support unit is urged toward the unit positioning body;
11. A work device with a camera according to claim 10.
[Appendix 13]
the drive device includes a device holder that connects the first support unit to a base while holding the first support unit so that the first support unit can vibrate in the axial direction of the drive shaft;
the device holder includes a holder-side convex or concave portion that engages with a unit-side concave or convex portion provided on the first support unit;
11. A work device with a camera according to claim 10.
[Appendix 14]
the drive device simultaneously or selectively drives the pair of piezoelectric elements depending on the positional relationship between the movable body unit and the support unit.
A camera-equipped work device according to any one of appendices 10 to 13.
[Appendix 15]
When the movable body unit moves within a predetermined stroke range along the axial direction of the drive shaft and is located in a central region of the stroke, both of the pair of piezoelectric elements are driven, when the movable body unit is located in one end region of the stroke near one of the piezoelectric elements, only one of the piezoelectric elements is driven, and when the movable body unit is located in the other end region of the stroke near the other piezoelectric element, only the other piezoelectric element is driven.
15. A work device with a camera as described in appendix 14.
[Appendix 16]
One of the pair of piezoelectric elements is used as a driving piezoelectric element, and two terminals of the other piezoelectric element are short-circuited.
A camera-equipped work device according to any one of appendices 10 to 13.
[Appendix 17]
One of the pair of piezoelectric elements is a driving piezoelectric element,
a switch that short-circuits two terminals of the other piezoelectric element when the first moving body unit or the second support unit approaches the other piezoelectric element;
A camera-equipped work device according to any one of appendices 10 to 13.
[Appendix 18]
the moving mechanism includes a drive device having a support unit having a piezoelectric element fixed to at least one end of a drive shaft, and a moving body unit frictionally engaged with the drive shaft of the support unit;
the drive device is configured such that a portion of the support unit closer to the piezoelectric element is cantilevered on a base, and a cylindrical output member covering the other end of the support unit is connected to the moving body unit,
the base member of the camera-equipped work module is connected to the movable unit via the output member,
The piezoelectric element is driven to move the movable unit and the output member in the axial direction of the drive shaft.
10. A work device with a camera as described in appendix 9.
[Appendix 19]
the moving mechanism includes a drive device having a support unit having a piezoelectric element fixed to at least one end of a drive shaft, and a moving body unit frictionally engaged with the drive shaft of the support unit;
The driving device is supported by a cantilever on a base at a portion of the driving shaft that is closer to the piezoelectric element,
The base member of the camera-equipped work module is connected to the moving body unit,
The piezoelectric element is driven to move the movable unit in the axial direction of the drive shaft.
10. A work device with a camera as described in appendix 9.
[Appendix 20]
The device holder, which cantilevers the drive shaft at a portion closer to the piezoelectric element, includes a fixing portion that fixes the drive shaft, and a restricting portion that extends from the fixing portion in a direction opposite to the piezoelectric element and is disposed opposite to a side surface of the drive shaft.
20. A work device with a camera as described in appendix 19.
100 グリッパーモジュール(カメラ付き作業モジュール)
200 グリッパー(作業ツール)
220 把持アーム
300,300A 撮像装置
301 レンズ(第1レンズ)
310 レンズ駆動装置
311 レンズ駆動用圧電素子
312 レンズ駆動軸
330 撮像素子(第1撮像素子)
331 フレキシブル基板
340 第2撮像素子
341 第2レンズ
450 台座部材
500 3軸操作用駆動装置
501 伸縮駆動装置
700 ツール回転装置
800 駆動装置
800a 出力部材
801 支持ユニット
802 移動体ユニット
803 筐体
808 駆動コントローラ
811A 圧電素子
811B 圧電素子
812 駆動軸
812a 駆動軸端部
812b 駆動軸端部
814 伝達部材
814a 出力軸端収容凹部
814b 圧電素子端収容凹部
815 伝達部材
816 固定部材
817 接合部
818 固定部材
820 台材
900 駆動装置
901 支持ユニット
902 移動体ユニット
903 駆動用圧電素子
904 吸振用圧電素子
904a 端子
904b 端子
905 リード線
908 駆動コントローラ
909 スイッチ
912 駆動軸
920 台材
922 第2台材部(ユニット位置決め体)
923 第3台材部(ユニット位置決め体)
930,930A 装置保持部
937 固定部
938 規制部
940 弾性体
950 駆動装置
950a,950b 出力部材
951 移動体ユニット
952 支持ユニット
953 圧電素子
954 圧電素子
954a 端子
954b 端子
955 出力軸
960 台材
970 筒状の出力部材
1000 グリッパー装置
L 光軸
LA 光軸
S ストローク
SA ストローク端領域
SB ストローク端領域
SC ストローク中央領域
100 Gripper module (work module with camera)
200 Gripper (work tool)
220 Grasping arm 300, 300A Imaging device 301 Lens (first lens)
310 Lens driving device 311 Lens driving piezoelectric element 312 Lens driving shaft 330 Image pickup element (first image pickup element)
331 Flexible substrate 340 Second imaging element 341 Second lens 450 Base member 500 Three-axis operation drive device 501 Telescopic drive device 700 Tool rotation device 800 Drive device 800a Output member 801 Support unit 802 Moving body unit 803 Housing 808 Drive controller 811A Piezoelectric element 811B Piezoelectric element 812 Drive shaft 812a Drive shaft end 812b Drive shaft end 814 Transmission member 814a Output shaft end accommodating recess 814b Piezoelectric element end accommodating recess 815 Transmission member 816 Fixing member 817 Joint 818 Fixing member 820 Base material 900 Drive device 901 Support unit 902 Moving body unit 903 Drive piezoelectric element 904 Vibration absorbing piezoelectric element 904a Terminal 904b Terminal 905 Lead wire 908 Drive controller 909 Switch 912 Drive shaft 920 Base 922 Second base portion (unit positioning body)
923 Third base part (unit positioning body)
930, 930A Device holding portion 937 Fixing portion 938 Restricting portion 940 Elastic body 950 Driving device 950a, 950b Output member 951 Moving body unit 952 Support unit 953 Piezoelectric element 954 Piezoelectric element 954a Terminal 954b Terminal 955 Output shaft 960 Base 970 Cylindrical output member 1000 Gripper device L Optical axis LA Optical axis S Stroke SA Stroke end region SB Stroke end region SC Stroke central region
Claims (2)
前記移動体ユニットは前記駆動軸の外側面に摩擦係合しており、
前記駆動軸の前記圧電素子寄りの部位が装置保持部によって台材に片持ち支持されており、
前記圧電素子の駆動によって前記移動体ユニットが前記駆動軸の軸方向に移動される、
駆動装置。 A drive device having a support unit having a piezoelectric element fixed to at least one end of a drive shaft, and a moving body unit frictionally engaged with the drive shaft of the support unit,
the moving unit is frictionally engaged with the outer surface of the drive shaft;
a portion of the drive shaft close to the piezoelectric element is cantilevered on a base by a device holder ;
The piezoelectric element is driven to move the movable unit in the axial direction of the drive shaft.
Drive unit.
請求項1に記載の駆動装置。 The device holder , which cantilevers the drive shaft at a portion closer to the piezoelectric element, includes a fixing portion that fixes the drive shaft, and a restricting portion that extends from the fixing portion in a direction opposite to the piezoelectric element and is disposed opposite to a side surface of the drive shaft.
The drive device according to claim 1 .
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