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JPH065992B2 - Multi-axis type piezoelectric motor - Google Patents
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JPH065992B2 - Multi-axis type piezoelectric motor - Google Patents

Multi-axis type piezoelectric motor

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Publication number
JPH065992B2
JPH065992B2 JP60280507A JP28050785A JPH065992B2 JP H065992 B2 JPH065992 B2 JP H065992B2 JP 60280507 A JP60280507 A JP 60280507A JP 28050785 A JP28050785 A JP 28050785A JP H065992 B2 JPH065992 B2 JP H065992B2
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JP
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piezoelectric motor
ring
kernel
rotor
motor
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日出夫 安達
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Olympus Optical Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/108Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors around multiple axes of rotation, e.g. spherical rotor motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/16Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
    • H02N2/163Motors with ring stator

Landscapes

  • Manipulator (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば各種ロボットの関節用モータ等として
使用される多軸型圧電モータに関する。
The present invention relates to a multi-axis piezoelectric motor used as, for example, a joint motor of various robots.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、ロボットの関節用モータとしては、例えばステッ
ピングモータやソレノイドモータ等の電磁モータが使用
されてきた。なお大きなトルクを得るべく、通常はハー
モニックギアで回転数を減速化している。また最近はダ
イレクトドライブモータが開発され、ロボット関節用モ
ータとして利用され始めている。
Conventionally, electromagnetic motors such as stepping motors and solenoid motors have been used as robot joint motors. In order to obtain a large torque, the number of rotations is usually reduced by a harmonic gear. Recently, direct drive motors have been developed and are beginning to be used as robot joint motors.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

電磁モータは、電磁力によるものであるため、インダク
タンスに起因する応答遅延時間が生ずるのは避けられな
い。また、回転子(ロータ),固定子(ステータ)に設
ける電磁石の極数は有限であるため、ロボットハンドの
位置決め制度には自ずから限界があった。さらに、ハー
モニックギアで回転数を減速化しているものでは、ギア
段数に比例してモータとしての効率が低下するのみなら
ず、ギアが有する微妙な遊びの累積によって位置決め精
度が低下するといった欠点を有していた。
Since the electromagnetic motor is based on electromagnetic force, it is unavoidable that a response delay time is caused by the inductance. Further, since the number of poles of the electromagnets provided on the rotor (rotor) and the stator (stator) is finite, the positioning accuracy of the robot hand is naturally limited. Further, if the rotational speed is reduced by a harmonic gear, not only the efficiency of the motor decreases in proportion to the number of gear steps, but also the positioning accuracy decreases due to the accumulation of delicate play in the gear. Was.

ダイレクトドライブモータは、上記従来の電磁モータに
比べ、位置決め精度が高く、その精度を数10ミクロン
まで高め得る。しかしこのダイレクトドライブモータ
も、従来の電磁モータと同様に一軸型のモータであり、
しかもモータの軸は全く固定されたものであり、この固
定された軸のまわりの回転を利用するものである。した
がって人間の全ての動作を人間以上に高出力、高精度で
代替するという、ロボットの最終的な目標を達成するた
めには、たとえダイレクトドライブモータを使用した場
合においても、関節数を多くする以外に方法がなかっ
た。特に工場に於いて人間が行なってきた組立て、検査
作業等を代替させる場合等においては、その関節数を多
くせざるを得なかった。
The direct drive motor has higher positioning accuracy than the conventional electromagnetic motor, and the accuracy can be increased to several tens of microns. However, this direct drive motor is also a single-axis type motor like the conventional electromagnetic motor,
Moreover, the shaft of the motor is completely fixed, and the rotation around the fixed shaft is used. Therefore, in order to achieve the ultimate goal of the robot, which is to replace all human movements with higher output and higher accuracy than humans, the number of joints must be increased even if a direct drive motor is used. There was no way. In particular, in the case of substituting for assembly and inspection work performed by humans in a factory, the number of joints must be increased.

しかし、目に見えない隠れた部分を操作するような場合
はともかく、一般には関節数は少ないことが望ましい。
すなわち、ロボットにおいては、極力少ない関節で同じ
動作を行なえるに越したことはない。これは、位置決め
精度、移動速度、消費電力、信頼性のどれをとっても明
白である。特に多関節化に伴いアームの長さが不必要に
長くなると、上記各ポイントのいずれにも悪影響を及ぼ
すことは明白である。
However, it is generally desirable that the number of joints is small, regardless of the case where an invisible hidden portion is operated.
That is, it is best for the robot to perform the same motion with as few joints as possible. This is obvious in terms of positioning accuracy, moving speed, power consumption, and reliability. In particular, if the length of the arm becomes unnecessarily long as the number of joints increases, it is obvious that any of the above points will be adversely affected.

仮りにモータ回転軸が、ほぼ同一の容積で必要に応じて
傾角を可変可能であれば、関節の数を従来よりも減少さ
せることができ、位置決め精度、移動速度、消費電力、
信頼性のいずれにおいても好ましい方向に転ずることは
確実である。したがって、この様な必要に応じて回転軸
の方向を変更できるモータの実現が望まれていた。
If the motor rotation shaft can change the tilt angle as needed with almost the same volume, the number of joints can be reduced as compared with the conventional one, and positioning accuracy, moving speed, power consumption,
It is certain that it will turn in the preferred direction in terms of reliability. Therefore, there has been a demand for the realization of a motor capable of changing the direction of the rotating shaft according to such needs.

そこで本発明は、ロータの回転軸の傾角を可変可能で、
ロボットの関節等に用いるモータとして好ましく、例え
ば必要最少限の関節でロボットにフレキシブルな動作を
実行させ得、高い位置決め精度,高速性,低消費電力,
高信頼性が期待できる多軸型圧電モータを提供すること
を目的とする。
Therefore, according to the present invention, the inclination angle of the rotation axis of the rotor can be changed,
It is preferable as a motor used for the joints of a robot, for example, it allows the robot to perform a flexible operation with a minimum number of joints, high positioning accuracy, high speed, low power consumption,
It is an object of the present invention to provide a multi-axis piezoelectric motor that can be expected to have high reliability.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は上記問題点を解決し、目的を達成するために次
のような手段を講じた。
The present invention has taken the following means in order to solve the above problems and achieve the object.

一部に開口部を有し他の一部に保持部を有する球穀を
設ける。
A cereal grain having an opening in one part and a holding part in the other part is provided.

この球穀の内壁に弾性部材を介して複数のリング状圧
電モータ要素を固定する。
A plurality of ring-shaped piezoelectric motor elements are fixed to the inner wall of this grain through an elastic member.

これらの複数のリング状圧電モータ要素によって外周
面に支持されるように、前記球穀内に球体を収容する。
A sphere is housed in the kernel so as to be supported on the outer peripheral surface by the plurality of ring-shaped piezoelectric motor elements.

この球体の表面の一部に、前記開口部から球穀外方へ
突出する操作部を設ける。
On a part of the surface of the sphere, an operating portion is provided which projects outward from the kernel through the opening.

なお複数のリング状圧電モータ要素は、一つが進行波駆
動され、他が定在波駆動されるように、位相差を設定さ
れた電圧を印加されることが好ましい。
In addition, it is preferable that the plurality of ring-shaped piezoelectric motor elements are applied with a voltage having a phase difference so that one is driven by a traveling wave and the other is driven by a standing wave.

〔作用〕[Action]

このような手段を講じたことにより、複数のリング状圧
電モータ要素への印加電圧を制御するのみで、ロータと
しての球体が任意の方向へ回動し、操作部を所望の方向
へ向けることができる。
By taking such means, the sphere as the rotor can be rotated in any direction and the operating portion can be directed in a desired direction only by controlling the voltage applied to the plurality of ring-shaped piezoelectric motor elements. it can.

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。先ず本発明
の主たる構成要素である圧電モータについて説明する。
The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. First, the piezoelectric motor which is the main component of the present invention will be described.

第1図(a)(b)〜第3図(a)(b)は本発明の圧
電モータの構造概念図である。圧電モータには種々の構
造のものがあるが、第1図(a)(b)〜第3図(a)
(b)に示す圧電モータは、リング状圧電モータ要素を
ステータとし、球体をロータとしたものである。この圧
電モータは、従来の電磁モータとは全く異なった構造を
有し、異なった動作をする。
1 (a) (b) to 3 (a) (b) are structural conceptual diagrams of the piezoelectric motor of the present invention. Piezoelectric motors have various structures, but FIGS. 1 (a) and (b) to FIG. 3 (a)
The piezoelectric motor shown in (b) has a ring-shaped piezoelectric motor element as a stator and a spherical body as a rotor. This piezoelectric motor has a completely different structure and operates differently from the conventional electromagnetic motor.

第1図(a)(b)は圧電モータ要素を示す図である。
同図に示すように、性能係数Qの大きなリング状金属板
1に厚みの異なる圧電セラミックス2を接着し、その上
に弾性部材3を載置した構造となっている。上記圧電セ
ラミックス2は、波長λごとに一対の逆向きの分極が隣
接して形成されており、かつ中心線4に対して左右対称
の分極配置となっている。そして中心線4が通っている
部位には、それぞれ3/4λと1/4λの無分極部5,
6が設けてある。各分極に対応する電極相互間は、中心
線4の両側においてそれぞれ導通させる様に接続されて
いる。そして一方の側からの引出し線を端子Aに、他方
の側からの引出し線を端子Bに、金属板1からの引出し
線をアース端子Eにそれぞれ接続している。端子A−E
間と端子B−E間には、同振幅,同周波数で90°の位
相差を有する電圧V1とV2とがそれぞれ印加されるも
のとなっている。
1 (a) and 1 (b) are views showing a piezoelectric motor element.
As shown in the figure, the piezoelectric ceramics 2 having different thicknesses are bonded to the ring-shaped metal plate 1 having a large coefficient of performance Q, and the elastic member 3 is mounted thereon. The piezoelectric ceramics 2 has a pair of opposite polarizations formed adjacent to each other for each wavelength λ, and has a polarization arrangement symmetrical with respect to the center line 4. Then, in the portions through which the center line 4 passes, the non-polarized portions 5 of 3 / 4λ and 1 / 4λ, respectively.
6 is provided. The electrodes corresponding to each polarization are connected so as to be electrically connected to each other on both sides of the center line 4. The lead wire from one side is connected to the terminal A, the lead wire from the other side is connected to the terminal B, and the lead wire from the metal plate 1 is connected to the ground terminal E. Terminal AE
Voltages V1 and V2 having the same amplitude and the same frequency and a phase difference of 90 ° are applied between the terminals and the terminals B and E, respectively.

今、電圧V1,V2が印加されたとすると、Am.si
n(ωt−kx)なる進行波が第1図(b)に矢印で示
すように圧電モータ要素の円周方向に生じる。ここでω
は周波数、kは波数、tは時間、xは位置を示す。
Now, if voltages V1 and V2 are applied, Am. si
A traveling wave of n (ωt-kx) is generated in the circumferential direction of the piezoelectric motor element as indicated by the arrow in FIG. 1 (b). Where ω
Represents frequency, k represents wave number, t represents time, and x represents position.

第2図は、このように進行波が励起される圧電モータ要
素をステータとし、このステータ上に、ロータとしての
球体7を載置した状態を示す図である。このようにする
と、ステータの表面の各点は進行波の進行方向に対して
後方楕円運動をする様になる。ステータ上に載置したロ
ータとしての球体7は、常上記楕円の頭頂部に接する様
になり、しかもこの頭頂部の変位方向は振動波の進行方
向に対して逆方向となる。このため球体7は回転軸8の
まわりを一方向に回転することになる。印加電圧V1と
V2の位相関係を逆転させれば、進行波の向もを逆転す
るため、回転方向が逆転する。印加電圧V1,V2の位
相差をなくした場合またはπだけずらした場合は、定在
波が発生するため回転楕円運動は起こらず、円周方向に
垂直な上下方向の直線運動をする。この状態において
は、ステータとロータとの間の摩擦が極めて少ない状態
となって、手動操作等を行うことによりロータをスムー
ズに回転させ得るものとなる。更に印加電圧V1,V2
を全く印加しない場合、ステータとロータとの間の摩擦
は最大となり、チャック状態となる。
FIG. 2 is a diagram showing a state in which the piezoelectric motor element in which the traveling wave is excited is used as a stator, and the sphere 7 as a rotor is placed on the stator. By doing so, each point on the surface of the stator makes a backward elliptical motion with respect to the traveling direction of the traveling wave. The spherical body 7 as a rotor mounted on the stator is always in contact with the top portion of the ellipse, and the displacement direction of this top portion is opposite to the traveling direction of the vibration wave. Therefore, the spherical body 7 rotates around the rotation axis 8 in one direction. When the phase relationship between the applied voltages V1 and V2 is reversed, the direction of the traveling wave is also reversed, so that the rotation direction is reversed. When the phase difference between the applied voltages V1 and V2 is eliminated or when it is deviated by π, a standing wave is generated, so that a spheroidal motion does not occur and a vertical linear motion perpendicular to the circumferential direction is performed. In this state, the friction between the stator and the rotor is extremely small, and the rotor can be smoothly rotated by performing a manual operation or the like. Furthermore, applied voltages V1 and V2
Is not applied at all, the friction between the stator and the rotor becomes maximum, and the chuck state is established.

以上の様に第1図(a)(b)および第2図(a)
(b)に示した圧電モータは、印加電圧V1,V2の印
加のしかたで、両方向への回転状態、摩擦最少の状態
(ローター浮上状態)、摩擦最大の状態(チャック状
態)の三状態を全く同一構造のままで実現でき、しかも
各状態間の変更も瞬時のうちに行なえるという特徴を有
している。この点は、従来の電磁モータには全く期待で
きない特徴点である。なお圧電モータの特徴点をまとめ
てみると、次の通りである。
As described above, FIG. 1 (a) (b) and FIG. 2 (a)
The piezoelectric motor shown in (b) has three states of rotation in both directions, a state of minimum friction (floating state of rotor), and a state of maximum friction (chuck state) due to the application of applied voltages V1 and V2. It has the characteristics that it can be realized with the same structure and that changes between states can be made in an instant. This point is a characteristic point that cannot be expected of conventional electromagnetic motors. The characteristic points of the piezoelectric motor are summarized as follows.

電磁力を全く用いない。No electromagnetic force is used.

回転中心軸(回転シャフト)を必要としない。No central axis of rotation (rotating shaft) is required.

駆動力としてリング上に発生する数10KHz〜100
KHzの進行波を用いる。
Several tens of KHz to 100 generated on the ring as driving force
A traveling wave of KHz is used.

ロータの駆動はステータによる接触摩擦駆動である。The drive of the rotor is contact friction drive by the stator.

電圧駆動であり、高電圧,低電流消費であり、3入力
端子構造である。
It is voltage driven, high voltage, low current consumption, and has a three-input terminal structure.

薄い形状を実現できる。A thin shape can be realized.

リング上に発生させる振動波を、進行波,定在波,無
振動と変化させることにより、ロータの回転,無抵抗,
チャックの三状態を同一構造のデバイスで実現できる。
By changing the vibration wave generated on the ring to a traveling wave, a standing wave, or no vibration, rotor rotation, no resistance,
The three states of the chuck can be realized by a device having the same structure.

回転はは、低速,高トルク型の回転である。The rotation is a low speed, high torque type rotation.

第3図(a)(b)は一つの球体ロータ7の外周面に4
個の圧電モータ要素M1〜M4をステータとして装着し
た場合を示す図である。図示のように複数個の圧電モー
タ要素M1〜M4は、その中心m1〜m4が第3図
(b)に示した様な正四面体の頂点になるようにロータ
7に接触している。同図においてS1,S2,S3,S
4は各圧電モータ要素M1〜M4の回転軸である。
FIGS. 3 (a) and 3 (b) show that the outer surface of one spherical rotor 7 is
It is a figure which shows the case where the individual piezoelectric motor elements M1-M4 are mounted as a stator. As shown in the figure, the plurality of piezoelectric motor elements M1 to M4 are in contact with the rotor 7 so that their centers m1 to m4 are the vertices of a regular tetrahedron as shown in FIG. 3 (b). In the figure, S1, S2, S3, S
Reference numeral 4 is a rotary shaft of each piezoelectric motor element M1 to M4.

例えば今、圧電モータ要素M1に位相差90°の電圧V
1,V2を与え、他の圧電モータ要素M2〜M4には位
相差OのV1,V2を与え、振幅および周波数は全て同
一にすると、球体ロータ7は、回転軸S1を中心として
スムーズに回転する。圧電モータ要素M2に位相差90
°の電圧V1,V2を与え、他の圧電モータ要素M1,
M3,M4に位相差OのV1,V2を与えた時は、回転
軸S2を中心として回転する。圧電モータ要素M3,M
4の各軸S3,S4を中心に回転させる場合も同様であ
る。このように各々の圧電モータ要素M1〜M4に所定
の位相差を有する電圧V1,V2を順次印加することに
より、ロータ7はそれぞれ異なった回転軸を中心に回転
する。その結果、ロータ7の球面上の一点Pを球面軌跡
上の任意の位置に移動させることが可能になる。なお圧
電モータ要素は薄いリング状に形成できるので、これら
圧電モータ要素を固定する固定部材を見込んだとして
も、球体7の大きさより若干大きなものとなる程度であ
り、それほど大型化するおそれはない。
For example, now, the voltage V having a phase difference of 90 ° is applied to the piezoelectric motor element M1.
1 and V2 and the other piezoelectric motor elements M2 to M4 are given V1 and V2 with a phase difference of O and all have the same amplitude and frequency, the spherical rotor 7 rotates smoothly around the rotation axis S1. . The piezoelectric motor element M2 has a phase difference of 90
Of the other piezoelectric motor elements M1,
When V1 and V2 having a phase difference of O are given to M3 and M4, they rotate about the rotation axis S2. Piezoelectric motor elements M3, M
The same applies to the case of rotating around each of the four axes S3 and S4. By sequentially applying the voltages V1 and V2 having a predetermined phase difference to the piezoelectric motor elements M1 to M4 in this manner, the rotor 7 rotates about different rotation axes. As a result, one point P on the spherical surface of the rotor 7 can be moved to an arbitrary position on the spherical locus. Since the piezoelectric motor element can be formed in a thin ring shape, even if a fixing member for fixing these piezoelectric motor elements is taken into consideration, the size is slightly larger than the size of the spherical body 7, and there is no fear of increasing the size so much.

〔実施例〕〔Example〕

第4図は本発明の一実施例を示す図である。10は真ち
ゅう、SUSなどの金属で形成された球穀であり、その
一部に円形の開口部11が設けてある。球化10の他の
一部たとえば前記開口部11の反対側には、円柱状の保
持部12が取付けてある。球穀10の内面には4個のリ
ング状圧電モータ要素M1〜M4がゴム等の弾性部材
(ダンピング兼スペーサ用)を介して固定されている。
これらの圧電型モータ要素M1〜M4は第3図(b)の
様に正四面体の頂点の位置に設けられている。なお図示
はしてないが、圧電モータ要素M1〜M4の固定部位近
傍の球穀10には、各圧電モータ要素M1〜M4のリー
ド線を通す為の細孔が設けられている。球穀10内には
真ちゅう、SUS等の金属または他の弾性材料よりなる
球体13が、前記圧電モータ要素M1〜M4に支持され
た状態で収容されている。したがって上記球体13の外
周面と球穀10の内周面との間には一定の間隙が存在し
ている。球体13の一部にはロボットハンドを取付ける
為の操作部としてのシャフト14がネジ込み等の手段に
よって取付けられている。このシャフト14は球穀10
の開口部11から外部へ突出している。
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the present invention. Numeral 10 is a kernel made of metal such as brass or SUS, and a circular opening 11 is provided in a part thereof. A cylindrical holding portion 12 is attached to another portion of the spheroidizing portion 10, for example, on the opposite side of the opening 11. Four ring-shaped piezoelectric motor elements M1 to M4 are fixed to the inner surface of the kernel 10 via elastic members (for damping and spacers) such as rubber.
These piezoelectric motor elements M1 to M4 are provided at the positions of the vertices of a regular tetrahedron as shown in FIG. 3 (b). Although not shown, the kernel 10 near the fixing portion of the piezoelectric motor elements M1 to M4 is provided with pores for passing the lead wires of the piezoelectric motor elements M1 to M4. A spherical body 13 made of a metal such as brass or SUS or another elastic material is accommodated in the spherical grain 10 while being supported by the piezoelectric motor elements M1 to M4. Therefore, there is a certain gap between the outer peripheral surface of the spherical body 13 and the inner peripheral surface of the spherical grain 10. A shaft 14 as an operation unit for attaching the robot hand is attached to a part of the sphere 13 by means such as screwing. This shaft 14 is a kernel 10
It projects from the opening 11 to the outside.

第5図は圧電モータ要素の一部を取出して示した断面図
である。第5図に示す如く、球穀10の内周面には例え
ばネオプレンゴムなど 形成したダンピング材兼スペー
サとしての弾性部材15が接着されており、この弾性部
材15上にリング状の圧電セラミックス16とリング状
金属板17とを重合した圧電モータ要素Mが接合されて
いる。なお、リング状金属板17の球体支持面は、球体
13の外周面と同一の曲率を有する凹面状に形成されて
いる。なお球穀10は、球体13を容易に収容できるよ
うに、半球状のものを一体的に接合したものとなってい
る。
FIG. 5 is a sectional view showing a part of the piezoelectric motor element. As shown in FIG. 5, an elastic member 15 made of, for example, neoprene rubber or the like and serving as a damping material and a spacer is adhered to the inner peripheral surface of the spherical grain 10, and a ring-shaped piezoelectric ceramic 16 and a ring-shaped piezoelectric ceramic 16 are provided on the elastic member 15. A piezoelectric motor element M formed by superposing the ring-shaped metal plate 17 is joined. The spherical body supporting surface of the ring-shaped metal plate 17 is formed in a concave shape having the same curvature as the outer peripheral surface of the spherical body 13. The spherical grain 10 is formed by integrally joining hemispherical grains so that the spherical body 13 can be easily accommodated.

第6図は上記の様な構造の多軸型圧電モータを測定ロボ
ットの関節として利用した例を示す図であり、非破壊検
査や、超音波診断装置等に用いられる超音波探触子のビ
ームパターンを測定する時の配置例である。ビームパタ
ーン測定は超音波探触子の性能、特に横方向分解能や焦
点距離を決定する為に重要な測定である。水槽20の中
には平面または球面を有する反射体21が設置され、こ
の反射体21と距離Zだけ離れた位置には、超音波探触
子22が配置されている。この探触子22は多軸型圧電
モータの操作部14にホルダー18を介して結合されて
いる。多軸型圧電モータの球穀10に設けた保持部12
は、X,Y,Z直交座標型ロボットのアーム24に接続
されている。ビームパターンの測定は、上記探触子22
をX,Y,Z方向に移動させながら、超音波ビーム23
を探触子2から放射させ、反射体21で反射されてきた
超音波ビーム23を再び探触子22に入射させ、入射ビ
ームパワーを測定することにより行なわれる。この様に
探触子22をX,Y,Z方向にリニヤ移動させて測定を
行なうが、これに先だって行なう必要があるのが、超音
波探触子22の超音波ビーム中心軸の調整である。
FIG. 6 is a diagram showing an example in which the multi-axis type piezoelectric motor having the above-mentioned structure is used as a joint of a measuring robot, and is a beam of an ultrasonic probe used for nondestructive inspection or ultrasonic diagnostic equipment. It is an example of arrangement when measuring a pattern. Beam pattern measurement is an important measurement for determining the performance of an ultrasonic probe, particularly lateral resolution and focal length. A reflector 21 having a flat surface or a spherical surface is installed in the water tank 20, and an ultrasonic probe 22 is disposed at a position separated from the reflector 21 by a distance Z. The probe 22 is coupled to the operation unit 14 of the multi-axis piezoelectric motor via a holder 18. A holding portion 12 provided on the kernel 10 of the multi-axis piezoelectric motor
Are connected to the arm 24 of the X, Y, Z Cartesian coordinate robot. The beam pattern is measured by the probe 22 described above.
The ultrasonic beam 23 while moving the X, Y, and Z directions.
Is emitted from the probe 2, the ultrasonic beam 23 reflected by the reflector 21 is made incident again on the probe 22, and the incident beam power is measured. As described above, the probe 22 is linearly moved in the X, Y, and Z directions to perform the measurement. Before this, it is necessary to adjust the central axis of the ultrasonic beam of the ultrasonic probe 22. .

すなわち第7図に示すように、超音波探触子22の超音
波ビーム中心軸23aを反射体21の方向に正確に向け
る必要がある。この為には探触子22をX,Y,Z軸の
まわりに各々η,φ,ξなる微小角度だけ回転させる必
要がある。従来はこのη,φ,ξの首振りを行わせるた
めに、3個の一軸モータを必要としていた。しかしなが
ら本発明の様な多軸型圧電モータを用いれば、単一のモ
ータにより、η,φ,ξなる微小角度の回転を高精度で
行なえる。なお、第6図の多軸型圧電モータは、直交し
たX,Y,Z軸のまわりの回転を目的としているので、
圧電モータ要素M1〜M4は互いに直交する様に配置さ
れている。圧電モータ要素M1〜M4のうち、M1,M
2は押え用であって球体の重力による降下力を押えるの
が目的であり、通常は定在波を発生させて用いることに
なる。
That is, as shown in FIG. 7, it is necessary to accurately orient the ultrasonic beam central axis 23a of the ultrasonic probe 22 toward the reflector 21. For this purpose, it is necessary to rotate the probe 22 around the X, Y, and Z axes by minute angles η, φ, and ξ, respectively. Conventionally, three uniaxial motors were required to swing the η, φ, and ξ. However, if a multi-axis type piezoelectric motor as in the present invention is used, rotation of minute angles such as η, φ and ξ can be performed with high accuracy by a single motor. Since the multi-axis type piezoelectric motor of FIG. 6 is intended to rotate around the orthogonal X, Y, and Z axes,
The piezoelectric motor elements M1 to M4 are arranged so as to be orthogonal to each other. Of the piezoelectric motor elements M1 to M4, M1 and M
Reference numeral 2 is for pressing and the purpose is to suppress the descending force of the sphere due to the gravity, and normally a standing wave is generated and used.

以上の様な測定系を実現することにより、測定は完全に
自動化でき、省力化、信頼性のある測定ができるように
なる。
By implementing the measurement system as described above, the measurement can be completely automated, labor saving, and reliable measurement can be performed.

なお本発明は前記一実施例に限定されるものではない。
たとえば前記実施例では本発明をロボットの関節用モー
タに適用した例を示したが、他のメカニカルアクチュエ
ータとしても使用可能である。このほか本発明の要旨を
逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論であ
る。
The present invention is not limited to the above-mentioned one embodiment.
For example, in the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a robot joint motor is shown, but it can be used as other mechanical actuators. Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、一部に開口部を有し他の一部に保持部
を有する球穀を設け、この球穀の内壁に弾性部材を介し
て複数のリング状圧電モータ要素を固定し、これらの複
数のリング状圧電モータ要素によって外周面を支持され
るように、前記球穀内に球体を収容し、この球体の表面
の一部に、前記開口部から球穀外方へ突出する操作部を
設けるようにしたので、複数のリング状圧電モータ要素
への印加電圧を制御するのみで、ロータとしての球体が
任意の方向へ回動し、操作部を所望の方向へ向けること
ができる。したがってロータの回転軸の傾角を可変可能
で、ロボットの関節等に用いるモータとして好ましく、
例えば必要最少限の関節でロボットにフレキシブルな動
作を実行させ得、高い位置決め精度,高速性,低消費電
力,高信頼性が期待できる多軸型圧電モータを提供でき
る。
According to the present invention, a grain having an opening in a part and a holding part in another part is provided, and a plurality of ring-shaped piezoelectric motor elements are fixed to the inner wall of the grain via an elastic member, An operation of accommodating a sphere in the kernel so that the outer peripheral surface is supported by the plurality of ring-shaped piezoelectric motor elements, and projecting outward from the kernel through the opening in a part of the surface of the sphere. Since the portion is provided, the sphere as the rotor can be rotated in any direction and the operation portion can be directed in a desired direction only by controlling the voltage applied to the plurality of ring-shaped piezoelectric motor elements. Therefore, the tilt angle of the rotation axis of the rotor can be changed, which is preferable as a motor used for robot joints,
For example, it is possible to provide a multi-axis type piezoelectric motor that allows a robot to perform a flexible operation with a minimum number of joints and is expected to have high positioning accuracy, high speed, low power consumption, and high reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図(a)(b)〜第3図(a)(b)は本発明の圧
電モータの構造概念図である。第4図および第5図は本
発明の一実施例を示す側面図および部分断面図、第6図
および第7図は同実施例の多軸型圧電モータを測定ロボ
ットの関節として利用した応用例を示す図である。 10…球穀、11…開口部、12…保持部、13…球
体、14…シャフト(操作部)、15…弾性部材、16
…圧電セラミックス、17…リング状金属板、21…反
射体、22…超音波探触子。
1 (a) (b) to 3 (a) (b) are structural conceptual diagrams of the piezoelectric motor of the present invention. 4 and 5 are side views and partial sectional views showing an embodiment of the present invention, and FIGS. 6 and 7 are application examples in which the multi-axis piezoelectric motor of the embodiment is used as a joint of a measuring robot. FIG. 10 ... Kernel, 11 ... Opening part, 12 ... Holding part, 13 ... Sphere, 14 ... Shaft (operation part), 15 ... Elastic member, 16
... Piezoelectric ceramics, 17 ... Ring-shaped metal plate, 21 ... Reflector, 22 ... Ultrasonic probe.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一部に開口部を有し他の一部に保持部を有
する球穀と、この球穀の内壁に弾性部材を介して固定さ
れた複数のリング状圧電モータ要素と、これらの複数の
リング状圧電モータ要素によって外周面を支持されるよ
うに前記球穀内に収容された球体と、この球体の表面の
一部に設けられかつ前記開口部から球穀外方へ突出した
操作部とを具備したことを特徴とする多軸型圧電モー
タ。
1. A kernel that has an opening in one part and a holder in another part, and a plurality of ring-shaped piezoelectric motor elements fixed to the inner wall of this kernel via an elastic member, and these. A sphere housed in the kernel so that the outer peripheral surface is supported by a plurality of ring-shaped piezoelectric motor elements, and provided on a part of the surface of the sphere and protruding from the opening to the outside of the kernel A multi-axis type piezoelectric motor comprising an operation section.
【請求項2】複数のリング状圧電モータ要素は、一つが
進行波駆動され、他が定在波駆動されるように、位相差
を設定された電圧を印加されるものであることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の多軸型圧電モータ。
2. A plurality of ring-shaped piezoelectric motor elements are applied with a voltage with a phase difference set so that one is driven by a traveling wave and the other is driven by a standing wave. The multi-axis type piezoelectric motor according to claim 1.
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Title
日経メカニカル1985−9−23P.94〜95

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