JP2000020128A - Parallel mechanism applied with piezoelectric element - Google Patents
Parallel mechanism applied with piezoelectric elementInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は圧電素子適用パラレ
ルメカニズムに係わり、特にパラレルメカニズムの可動
範囲を広くし、かつ高剛性・高分解能を維持できる圧電
素子適用パラレルメカニズムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a parallel mechanism using a piezoelectric element, and more particularly to a parallel mechanism using a piezoelectric element which can increase the movable range of the parallel mechanism and maintain high rigidity and high resolution.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、高剛性・高速性・高精度等の面か
らパラレルメカニズムが注目されており、工作機械や組
立ロボット等に使用されるケースが増えつつある(機械
設計第40巻 第10号(1996年7月号))。この
パラレルメカニズムの具体例を図14及び図15に示
す。2. Description of the Related Art In recent years, attention has been paid to parallel mechanisms in terms of high rigidity, high speed, high accuracy, and the like, and the number of cases used for machine tools, assembly robots, and the like is increasing (see Machine Design, Vol. 40, No. 10). No. (July 1996). A specific example of this parallel mechanism is shown in FIGS.
【0003】図14には伸縮型パラレルメカニズムの一
例を示す。このパラレルメカニズムは、出力節2が6本
の直動型アクチュエータ3で駆動される形式のもので、
一般的にはスチュワートプラットフォームと呼ばれてい
る。直動型アクチュエータ3の上端部は、球対偶4Aを
介して出力節2が固定されている。一方、直動型アクチ
ュエータ3の下端部は、球対偶4Bを介して静止節5に
固定されている。球対偶4A,4Bは、点の回りで自由
度3の運動を行うようになっている。FIG. 14 shows an example of a telescopic parallel mechanism. This parallel mechanism is of a type in which the output node 2 is driven by six linear actuators 3,
Generally referred to as the Stewart platform. The output node 2 is fixed to the upper end of the direct-acting actuator 3 via a ball pair 4A. On the other hand, the lower end of the direct acting actuator 3 is fixed to the stationary joint 5 via the ball pair 4B. The ball pairs 4A and 4B perform a motion with three degrees of freedom around the point.
【0004】球対偶の一例を図15に示す。また、図1
6にスライド型パラレルメカニズムの一例を示す。スラ
イド型パラレルメカニズムは、直動型アクチュエータ6
を静止節5上に配置している。そして、直動型アクチュ
エータ6の所定箇所には、球対偶7が配設されており、
この球対偶7を介してロッド8が固定されている。ロッ
ド8の上端部には球対偶4Aを介して出力節2が固定さ
れている。FIG. 15 shows an example of a ball pair. FIG.
6 shows an example of the slide type parallel mechanism. The slide type parallel mechanism is a linear motion type actuator.
Are arranged on the stationary node 5. A ball pair 7 is provided at a predetermined position of the direct acting actuator 6.
The rod 8 is fixed via the ball pair 7. The output node 2 is fixed to the upper end of the rod 8 via a ball pair 4A.
【0005】これらのパラレルメカニズムの直動型アク
チュエータ3及び直動型アクチュエータ6の駆動方法に
は、空圧・油圧アクチュエータによるものやモータ(A
Cサーボ)及びボールねじによるもの、あるいは圧電素
子によるもの等がある。特に圧電素子をアクチュエータ
として用いると、精度、分解能が非常に高いため、医療
分野、バイオテクノロジー分野に適用するマイクロマシ
ンヘの期待が高まっている。[0005] The driving method of the direct-acting actuator 3 and the direct-acting actuator 6 of these parallel mechanisms is based on a pneumatic / hydraulic actuator or a motor (A).
C servo) and a ball screw, or a piezoelectric element. In particular, when a piezoelectric element is used as an actuator, the accuracy and resolution are extremely high, so that expectations for a micromachine applied to the medical field and the biotechnology field are increasing.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧電素
子は単体でもストロークはかなり少ない(数μm〜十数
μm)ため、それをアクチュエータとしてパラレルメカ
ニズムに適用しても、可動範囲は非常に狭い。一方、可
動範囲を広くするために、空圧・油圧アクチュエータや
モータ(ACサーボ)及びボールねじを用いた場合に
は、精度・分解能の面で圧電素子より劣ってしまう。However, since the stroke of a piezoelectric element alone is considerably small (several μm to several tens of μm), the movable range is very narrow even if it is applied to a parallel mechanism as an actuator. On the other hand, when a pneumatic / hydraulic actuator, a motor (AC servo), and a ball screw are used to widen the movable range, the accuracy and resolution are inferior to those of the piezoelectric element.
【0007】本発明はこのような従来の課題に鑑みてな
されたもので、パラレルメカニズムの可動範囲を広く
し、かつ高剛性・高分解能を維持できる圧電素子適用パ
ラレルメカニズムを提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such conventional problems, and has as its object to provide a piezoelectric element-applied parallel mechanism capable of widening the movable range of the parallel mechanism and maintaining high rigidity and high resolution. I do.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】このため本発明は、空間
の所定位置に固定した静止節に対し2〜6自由度のいず
れかの自由度で出力節を駆動するパラレルメカニズムで
あって、前記自由度の内の少なくとも一つは直動型のア
クチュエータで構成し、該直動型のアクチュエータは、
シャフトの挟持・挟持解除又は移動方向への送り・戻し
を行う圧電素子を含む第1の移動要素と第2の移動要素
を前記シャフトの挟持方向及び移動方向の属する面内に
組み合わせた送りユニットを前記シャフトの移動方向に
複数備えた送り機構と、前記送りユニットのいずれかで
シャフトを挟持しては移動方向に伸ばしてシャフトを送
りその後挟持を解き移動方向に縮めるという一連の動作
を前記送りユニット毎に位相を変えて繰り返し行うため
の前記第1の移動要素と前記第2の移動要素の位相及び
振幅値を予め記憶しておく記憶手段と、該記憶手段に記
憶された位相及び振幅値から前記第1の移動要素と前記
第2の移動要素に与える位相及び振幅の指令値を算出す
る位相等算出手段と、該位相等算出手段の算出結果に基
づき前記第1の移動要素と前記第2の移動要素に駆動指
令値を出力する駆動指令値出力手段を備えて構成した。Therefore, the present invention provides a parallel mechanism for driving an output node with any one of 2 to 6 degrees of freedom with respect to a stationary node fixed at a predetermined position in a space. At least one of the degrees of freedom is constituted by a linear actuator, and the linear actuator is:
A feed unit in which a first moving element and a second moving element each including a piezoelectric element for holding and releasing a shaft and feeding and returning in a moving direction are combined in a plane to which the holding direction and the moving direction of the shaft belong. A plurality of feed mechanisms provided in the moving direction of the shaft, and a series of operations of holding the shaft with any of the feed units, extending the shaft in the moving direction, sending the shaft, and then releasing the pinching and contracting in the moving direction. A storage unit for storing in advance the phase and amplitude values of the first moving element and the second moving element for repeatedly changing the phase every time, and a phase and amplitude value stored in the storage unit. Phase or the like calculating means for calculating a phase and amplitude command value to be given to the first moving element and the second moving element, and the first moving element or the like based on the calculation result of the phase or the like calculating means. And configured with a drive instruction value output means for outputting a drive command value and element to the second moving element.
【0009】本発明は、2〜6自由度の内の少なくとも
一つの自由度に対し直動型のアクチュエータを用いるす
べての場合について適用する。直動型のアクチュエータ
はシャフトを駆動することで、出力節の位置調整をする
ようになっている。第1の移動要素と第2の移動要素
は、シャフトの挟持・挟持解除又は移動方向への送り・
戻しを行う圧電素子を含んでいる。送りユニットは、こ
れらの第1の移動要素と第2の移動要素を組み合わせて
構成されている。送り機構は、シャフトの移動方向にこ
の送りユニットを複数備えている。The present invention applies to all cases in which a linear actuator is used for at least one of two to six degrees of freedom. The direct-acting actuator adjusts the position of the output node by driving the shaft. The first moving element and the second moving element are configured to hold and release the shaft,
It includes a piezoelectric element for returning. The feed unit is configured by combining the first moving element and the second moving element. The feed mechanism includes a plurality of feed units in the moving direction of the shaft.
【0010】送りユニットのシャフトに対する制御は次
のように行う。即ち、送りユニットのいずれかでシャフ
トを挟持しては移動方向に伸ばしてシャフトを送る。そ
の後、挟持を解き移動方向に縮めるという一連の動作を
送りユニット毎に位相を変えて繰り返し行う。記憶手段
には、かかる制御の基となる第1の移動要素と第2の移
動要素の位相及び振幅値のパターンを予め記憶してお
く。The control of the feed unit shaft is performed as follows. That is, one of the feed units clamps the shaft and extends it in the moving direction to feed the shaft. Thereafter, a series of operations of releasing the pinching and contracting in the moving direction is repeatedly performed while changing the phase for each feed unit. The storage means stores in advance the patterns of the phase and amplitude values of the first moving element and the second moving element that are the basis of such control.
【0011】次に、位相等算出手段では、この記憶手段
に記憶した位相及び振幅値から第1の移動要素と第2の
移動要素に与える位相及び振幅の指令値を算出する。そ
して、駆動指令値出力手段では、位相等算出手段の算出
結果に基づき第1の移動要素と第2の移動要素に駆動指
令値を出力する。Next, the phase etc. calculating means calculates the phase and amplitude command values to be given to the first moving element and the second moving element from the phase and amplitude values stored in the storage means. The drive command value output means outputs a drive command value to the first moving element and the second moving element based on the calculation result of the phase etc. calculating means.
【0012】なお、直動型のアクチュエータの制御は、
送りユニットによりシャフト側の位置を制御するのでは
なく、送りユニットをシャフト側に固定し、シャフトに
対しアクチュエータの外筒側を制御するようにしてもよ
い。このことにより、直動型のアクチュエータを長スト
ロークに渡り駆動して、出力節の位置調整を行うことが
可能となる。また、圧電素子を使っているので、パラレ
ルメカニズムは高分解能をそのまま維持できる。The control of the direct-acting actuator is as follows.
Instead of controlling the position on the shaft side by the feed unit, the feed unit may be fixed to the shaft side, and the outer cylinder side of the actuator may be controlled with respect to the shaft. This makes it possible to drive the direct-acting actuator over a long stroke to adjust the position of the output node. Further, since the piezoelectric element is used, the parallel mechanism can maintain high resolution as it is.
【0013】また、本発明は、前記直動型のアクチュエ
ータの両端部は所定点の回りで自由度3の運動を行う球
対偶を介して前記静止節及び出力節と連結されたことを
特徴とする。Further, the present invention is characterized in that both ends of the direct-acting type actuator are connected to the stationary node and the output node via a pair of balls which make a motion of three degrees of freedom around a predetermined point. I do.
【0014】静止節及び出力節間を連結連鎖するよう
に、アクチュエータの両端部は、球対偶を介して静止節
及び出力節と固定する。以上により、連結連鎖にモーメ
ントが作用しないため、高剛性である。また、送りユニ
ットの個数を増加させれば、一層の高剛性を確保出来
る。Both ends of the actuator are fixed to the stationary node and the output node via a ball pair so that the stationary node and the output node are connected and linked. As described above, since no moment acts on the connection chain, the rigidity is high. Further, by increasing the number of feed units, higher rigidity can be secured.
【0015】更に、本発明は、前記シャフトの所定位置
には所定点の回りで自由度3の運動を行う第1の球対偶
が固定され、該第1の球対偶に一端を固定されたロッド
の他端は第2の球対偶を介して前記出力節と連結され、
前記シャフトの移動方向は前記静止節の面内に属するか
若しくは該静止節の属する面に平行であることを特徴と
する。Further, according to the present invention, there is provided a rod in which a first ball pair that moves with a degree of freedom about a predetermined point is fixed at a predetermined position of the shaft, and one end of which is fixed to the first ball pair. Is connected to the output node via a second ball pair,
The moving direction of the shaft may be in the plane of the stationary node or parallel to the plane to which the stationary node belongs.
【0016】シャフトの所定位置には第1の球対偶を固
定する。そして、ロッドの一端を第1の球対偶に固定す
る。また、ロッドの他端は第2の球対偶を介して出力節
と連結する。シャフトは、その移動方向が静止節の面内
に属するか若しくは静止節の属する面に平行となるよう
に配設する。以上により、かかるパラレルメカニズムに
対しても連結連鎖にモーメントが作用しないため、高剛
性である。また、送りユニットの個数を増加させれば、
一層の高剛性を確保出来る。制御線等は静止節に埋め込
む等美観に容易に配慮出来る。A first ball pair is fixed at a predetermined position of the shaft. Then, one end of the rod is fixed to the first pair of balls. The other end of the rod is connected to the output node via a second ball pair. The shaft is disposed such that its movement direction is in the plane of the stationary node or parallel to the plane to which the stationary node belongs. As described above, since no moment acts on the connection chain even for such a parallel mechanism, the rigidity is high. Also, by increasing the number of feed units,
Higher rigidity can be secured. The control lines and the like can be easily considered for aesthetics, such as embedding in a static node.
【0017】更に、本発明は、空間の所定位置に固定し
た静止節に対し2〜6自由度のいずれかの自由度で出力
節を駆動するパラレルメカニズムであって、前記自由度
の内の少なくとも一つは直動型のアクチュエータで構成
し、該直動型のアクチュエータは、シャフトと、該シャ
フトに平行に配設した外筒と、前記シャフトに対し垂直
な方向に圧電素子を伸張又は収縮させることで前記外筒
の支持又は支持解除を行う少なくとも一つの支持・解除
手段と、前記シャフトの長手方向に圧電素子を伸張又は
収縮させることで前記シャフト及び/又は前記支持・解
除手段の送り又は戻し動作を行う送り・戻し手段と、該
送り・戻し手段による送り又は戻し動作及び前記支持・
解除手段による支持又は支持解除という一連の動作を繰
り返し行うことで前記外筒に対する前記シャフトの長手
方向の位置を制御する制御手段を備えて構成した。Further, the present invention is a parallel mechanism for driving an output node with any of two to six degrees of freedom with respect to a stationary node fixed at a predetermined position in space, wherein at least one of the degrees of freedom is selected. One is constituted by a direct-acting actuator, and the direct-acting actuator extends or contracts a piezoelectric element in a direction perpendicular to the shaft, an outer cylinder arranged in parallel to the shaft, and the shaft. At least one supporting / releasing means for supporting or releasing the outer cylinder, and feeding or returning the shaft and / or the supporting / releasing means by extending or contracting a piezoelectric element in a longitudinal direction of the shaft. Feed / return means for performing an operation, a feed / return operation by the feed / return means,
Control means is provided for controlling the longitudinal position of the shaft with respect to the outer cylinder by repeatedly performing a series of operations of supporting or releasing the support by the releasing means.
【0018】パラレルメカニズムを構成する直動型のア
クチュエータは、外筒の内側にシャフトを備えている。
但し、外筒の外側にシャフトを備えるようにしてもよ
い。支持・解除手段は、このシャフトに対し垂直な方向
に圧電素子を用意し、この圧電素子を伸張又は収縮させ
る。そして、このときの伸縮により、外筒の支持又は支
持解除を行う。また、送り・戻し手段は、シャフトの長
手方向に圧電素子を用意し、この圧電素子を伸張又は収
縮させることで、シャフトの送り又は戻し動作を行う。The direct-acting type actuator constituting the parallel mechanism has a shaft inside the outer cylinder.
However, a shaft may be provided outside the outer cylinder. The support / release means prepares a piezoelectric element in a direction perpendicular to the shaft, and expands or contracts the piezoelectric element. The expansion or contraction at this time supports or releases the outer cylinder. The feed / return means prepares a piezoelectric element in the longitudinal direction of the shaft, and performs a feed or return operation of the shaft by expanding or contracting the piezoelectric element.
【0019】なお、支持・解除手段を複数配設した場合
には、シャフトと共に支持・解除手段の一部についても
送り又は戻し動作を行う。制御手段では、この送りや戻
し及び支持や支持解除による一連の動作を繰り返し行う
ことで外筒に対するシャフトの長手方向の位置を制御す
る。このことにより、直動型のアクチュエータを長スト
ロークに渡り駆動して出力節の位置調整を行うことが可
能となる。また、圧電素子を使っているので、パラレル
メカニズムは高剛性で、かつ高分解能をそのまま維持で
きる。When a plurality of supporting / releasing means are provided, a part of the supporting / releasing means together with the shaft performs a feeding or returning operation. The control means controls the longitudinal position of the shaft with respect to the outer cylinder by repeatedly performing a series of operations by the feed and return, and the support and release of support. As a result, it becomes possible to drive the direct-acting actuator over a long stroke to adjust the position of the output node. Further, since the piezoelectric element is used, the parallel mechanism has high rigidity and can maintain high resolution as it is.
【0020】更に、本発明は、前記送り・戻し手段によ
る送り又は戻し動作は、前記シャフトに対し平行に前記
外筒に面して少なくとも一つの超音波モーターを取り付
け、前記外筒に対する前記シャフトの長手方向の位置を
制御することで行うことを特徴とする。Further, according to the present invention, in the feed or return operation by the feed / return means, at least one ultrasonic motor is attached to the outer cylinder in parallel with the shaft, and the shaft is moved relative to the outer cylinder. It is characterized in that it is performed by controlling the position in the longitudinal direction.
【0021】送り・戻し手段には、圧電素子を用いる代
わりに超音波モーターを用いる。外筒の内側に少なくと
も一つの超音波モーターを取り付けるが、外筒の外側に
シャフトを備えるようにしてもよい。この場合には、外
筒の外側に超音波モーターを取り付ける。このことによ
り、直動型のアクチュエータを長ストロークに渡り駆動
して出力節の位置調整を行うことが可能となる。また、
パラレルメカニズムは連結連鎖にモーメントが作用せず
高剛性で、かつ高分解能をそのまま維持できる。As the feed / return means, an ultrasonic motor is used instead of using a piezoelectric element. At least one ultrasonic motor is attached inside the outer cylinder, but a shaft may be provided outside the outer cylinder. In this case, an ultrasonic motor is attached outside the outer cylinder. As a result, it becomes possible to drive the direct-acting actuator over a long stroke to adjust the position of the output node. Also,
The parallel mechanism has high rigidity without a moment acting on the connecting chain, and can maintain high resolution as it is.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。本発明の第1実施形態の全体構成図
は図14と同じである。直動型アクチュエータ3は、外
筒9の内側にアームシャフト1が組み込まれている。図
1に直動型アクチュエータ3の詳細機能図を示す。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The overall configuration diagram of the first embodiment of the present invention is the same as FIG. The direct-acting actuator 3 has the arm shaft 1 incorporated inside the outer cylinder 9. FIG. 1 shows a detailed functional diagram of the direct acting actuator 3.
【0023】図1において、一対の送り要素13aはア
ームシャフト1の移動方向と垂直な方向のアームシャフ
ト1を挟んで対峙する空間位置(外筒9)に各々一端を
固定されている。そして、送り要素13aの他端はアー
ムシャフト1の移動方向に伸縮自在に開放されている。
また、一対のクランプ要素14aは一対の送り要素13
aの他端にその一端を固定されており、クランプ要素1
4aの他端はアームシャフト1の移動方向と垂直な方向
に伸縮自在に開放されアームシャフト1を挟持若しくは
挟持を解除出来る様になっている。In FIG. 1, one end of each of a pair of feed elements 13a is fixed to a space position (outer cylinder 9) opposed to the arm shaft 1 in a direction perpendicular to the direction of movement of the arm shaft 1. The other end of the feed element 13a is opened so as to be able to expand and contract in the moving direction of the arm shaft 1.
In addition, the pair of clamp elements 14a is
a one end of which is fixed to the other end of the
The other end of 4a is openable and contractible in a direction perpendicular to the moving direction of the arm shaft 1 so that the arm shaft 1 can be clamped or released.
【0024】送りユニット51はかかる一対の送り要素
13a及び一対のクランプ要素14aで構成されてい
る。送り機構10はアームシャフト1の移動方向に同様
の構成の送りユニット51乃至53を備えている。送り
要素13a及びクランプ要素14aは印加電圧を変位に
変換可能な様に、圧電素子(PZT)で構成されてい
る。The feed unit 51 comprises a pair of feed elements 13a and a pair of clamp elements 14a. The feed mechanism 10 includes feed units 51 to 53 having the same configuration in the moving direction of the arm shaft 1. The feed element 13a and the clamp element 14a are configured by a piezoelectric element (PZT) so that an applied voltage can be converted into displacement.
【0025】なお、送りユニットは例えば図2若しくは
図3の様に構成してもよい。図2において、送り要素1
3の一端は所定の空間位置(外筒9)に固定され、他端
にはアームシャフト1を挟持するためのクランプブロッ
ク12の一端面が固定されている。クランプブロック1
2の別端面には、アームシャフト1の移動方向と垂直な
方向にクランプ要素14の一端が固定されている。そし
て、クランプ要素14の他端は所定の空間位置(外筒
9)に固定されている。The feed unit may be configured as shown in FIG. 2 or FIG. In FIG. 2, the feed element 1
One end of 3 is fixed to a predetermined space position (outer cylinder 9), and the other end is fixed to one end surface of a clamp block 12 for holding the arm shaft 1. Clamp block 1
One end of the clamp element 14 is fixed to the other end face of the armature 2 in a direction perpendicular to the moving direction of the arm shaft 1. The other end of the clamp element 14 is fixed at a predetermined space position (outer cylinder 9).
【0026】また、図3において移動要素43は、その
一端が所定の空間位置(外筒9)に固定され、アームシ
ャフト1の挟持方向及び移動方向の属する面内にその挟
持方向と所定の角度を有して配設されている。そして、
移動要素43の他端にはアームシャフト1を挟持するた
めのクランプブロック42の一端面が固定されている。In FIG. 3, one end of the moving element 43 is fixed to a predetermined space position (outer cylinder 9), and the holding direction and the moving direction of the arm shaft 1 are within a plane to which the holding direction belongs. Are provided. And
One end surface of a clamp block 42 for holding the arm shaft 1 is fixed to the other end of the moving element 43.
【0027】クランプブロック42の別端面には、移動
要素44の一端が固定され、移動要素44はアームシャ
フト1の挟持方向及び移動方向の属する面内にその挟持
方向と所定の角度を有して配設されている。移動要素4
4の他端は所定の空間位置(外筒9)に固定されてい
る。ここで、送り要素13及び移動要素43(若しくは
移動要素44)は第1の移動要素に、またクランプ要素
14及び移動要素44(若しくは移動要素43)は第2
の移動要素に相当する。One end of a moving element 44 is fixed to another end face of the clamp block 42. The moving element 44 has a predetermined angle with respect to the clamping direction of the arm shaft 1 and a plane to which the moving direction belongs. It is arranged. Moving element 4
The other end of 4 is fixed to a predetermined space position (outer cylinder 9). Here, the feed element 13 and the moving element 43 (or the moving element 44) are the first moving element, and the clamp element 14 and the moving element 44 (or the moving element 43) are the second moving element.
Of moving elements.
【0028】図4には、送り機構10を制御するための
全体のシステム構成図を示す。コンピュータ21はメモ
リ22(記憶手段に相当する。図示省略)を備え、送り
要素13a乃至13c及びクランプ要素14a乃至14
cの位相及び振幅の指令値を算出する様になっている。
D/A変換器23、及び駆動用増幅器24は、その指令
値を電圧に変換する様に構成されている。そして、位置
のフィードバック制御が行われる場合には、位置センサ
25が設けられA/D変換器26で信号変換された後コ
ンピュータ21に入力される様になっている。FIG. 4 shows an overall system configuration diagram for controlling the feed mechanism 10. As shown in FIG. The computer 21 includes a memory 22 (corresponding to a storage means, not shown), and includes feed elements 13a to 13c and clamp elements 14a to 14
A command value for the phase and amplitude of c is calculated.
The D / A converter 23 and the driving amplifier 24 are configured to convert the command value into a voltage. When the position feedback control is performed, a position sensor 25 is provided, the signal is converted by an A / D converter 26, and then input to the computer 21.
【0029】次に、図5乃至図9に基づき送り機構10
の制御について説明する。図5及び図7はアームシャフ
ト1の移動を行うための一周期分の制御パターンを示
す。図5は図1及び図2に示す送りユニットを使用した
場合の制御パターンであり、図7は図3に示す送りユニ
ットを使用した場合の制御パターンである。Next, the feed mechanism 10 will be described with reference to FIGS.
Will be described. FIG. 5 and FIG. 7 show control patterns for one cycle for moving the arm shaft 1. FIG. 5 shows a control pattern when the feed unit shown in FIGS. 1 and 2 is used, and FIG. 7 shows a control pattern when the feed unit shown in FIG. 3 is used.
【0030】まず図5において、タイミング1〜タイミ
ング2間では、クランプ要素14a及び14cは挟持状
態にある。クランプ要素14bは挟持を解除されてい
る。この状態を維持しつつ送り要素13a及び13cに
徐々に電圧を印加していく。その結果アームシャフト1
を移動することが出来る。First, in FIG. 5, between timings 1 and 2, the clamp elements 14a and 14c are in a sandwiching state. The clamping element 14b is released from being held. While maintaining this state, a voltage is gradually applied to the feed elements 13a and 13c. As a result, arm shaft 1
Can be moved.
【0031】送り要素13bはこの間にその変位を次第
に小さくする。タイミング3(位相π)ではクランプ要
素14bを挟持状態にし、クランプ要素14a及び14
cの挟持を解除する。タイミング4〜タイミング5間で
は、クランプ要素14bは挟持状態にあり、クランプ要
素14a及び14cは挟持を解除の状態にある。この状
態を維持しつつ送り要素13bに次第に電圧を印加して
いく。The displacement of the feed element 13b gradually decreases during this time. At timing 3 (phase π), the clamp element 14b is brought into the clamping state, and the clamp elements 14a and 14
Release the holding of c. Between timing 4 and timing 5, the clamp element 14b is in the clamped state, and the clamp elements 14a and 14c are in the state of releasing the clamp. While maintaining this state, a voltage is gradually applied to the feed element 13b.
【0032】その結果アームシャフト1を更に移動する
ことが出来る。送り要素13a及び13cはこの間にそ
の変位を次第に小さくする。そして、タイミング5〜タ
イミング6(位相2π)間では再びクランプ要素14a
及び14cを挟持状態にすることで位相0の状態に戻
る。かかる一周期の動作を繰り返し続けることで、送り
機構10はアームシャフト1を長ストロークに渡って駆
動出来る。As a result, the arm shaft 1 can be further moved. The feed elements 13a and 13c gradually reduce their displacement during this time. Then, between timing 5 and timing 6 (phase 2π), the clamp element 14a is
And 14c are brought into the sandwiched state, thereby returning to the phase 0 state. By repeating such one-cycle operation, the feed mechanism 10 can drive the arm shaft 1 over a long stroke.
【0033】なお、アームシャフト1の戻り動作はクラ
ンプ要素14a及び14cを挟持状態とし、クランプ要
素14bの挟持を解除する。この状態を維持しつつ送り
要素13bにプラス電圧を印加しその変位を増加させる
(伸ばす)。この状態を維持しクランプ要素14bを挟
持状態とする。そして、クランプ要素14a及び14c
の挟持を解除する。The return operation of the arm shaft 1 puts the clamp elements 14a and 14c in a clamping state, and releases the clamping of the clamp element 14b. While maintaining this state, a positive voltage is applied to the feed element 13b to increase (extend) its displacement. This state is maintained, and the clamp element 14b is brought into the sandwiched state. And the clamping elements 14a and 14c
Release the pinch.
【0034】挟持状態にある送り要素13bの電圧をプ
ラス電圧の範囲で低下させると送り要素13bの変位は
減少し、アームシャフト1は後退する。次に挟持解除状
態にあるクランプ要素14a及び14cに対して同様な
指令を行うことにより連続的に戻り動作を行うことが出
来る。When the voltage of the feed element 13b in the sandwiched state is reduced in the range of the plus voltage, the displacement of the feed element 13b decreases, and the arm shaft 1 moves backward. Next, the same return command can be given to the clamp elements 14a and 14c in the clamp release state, so that the return operation can be continuously performed.
【0035】次に、図6に図3に示す送りユニットを使
用して送り機構を構成した場合を示す。図7はこの送り
機構の制御パターンである。図中乃至はタイミング
を示す。移動要素43aと移動要素43b、移動要素4
3cとはアームシャフト1を移動方向に送るため各々1
20度ずつ位相を異ならせ正弦電圧を付与している。Next, FIG. 6 shows a case where a feed mechanism is constituted by using the feed unit shown in FIG. FIG. 7 shows a control pattern of the feed mechanism. The timing is shown in FIG. Moving element 43a, moving element 43b, moving element 4
3c is one each for feeding the arm shaft 1 in the moving direction.
The sine voltage is applied by changing the phase by 20 degrees.
【0036】また、移動要素43a、移動要素43b、
移動要素43cと移動要素44a、移動要素44b、移
動要素44cとは挟持又は挟持解除を連続的に繰り返す
ため各々90度ずつ位相を異ならせている。理解を容易
にするため、図6には各送りユニットの各タイミングに
おける送り概念図をアームシャフト1の周辺に楕円とし
て示した。The moving elements 43a, 43b,
The phases of the moving element 43c and the moving element 44a, the moving element 44b, and the moving element 44c are different from each other by 90 degrees in order to continuously repeat the pinching or the pinching release. In order to facilitate understanding, FIG. 6 shows a conceptual diagram of the feed at each timing of each feed unit as an ellipse around the arm shaft 1.
【0037】例えば、送りユニット81について説明す
ればタイミングはクランプブロック42aが一番アー
ムシャフト1から離れた状態であり、タイミングはク
ランプブロック42aが一番アームシャフト1を強く挟
持した状態を示している。各送りユニットに対しかかる
送り概念図を同様に楕円として示してみると、各タイミ
ングによりアームシャフト1が移動方向に移動される様
子が確認出来る。なお、実際に各移動要素に印加する電
圧は、図8に示す様に所定の剛性を確保するために挟持
電圧を重畳させる。For example, in the case of the feed unit 81, the timing indicates a state where the clamp block 42a is farthest from the arm shaft 1, and the timing indicates a state where the clamp block 42a clamps the arm shaft 1 most strongly. . When the feed conceptual diagram for each feed unit is similarly shown as an ellipse, it can be confirmed that the arm shaft 1 is moved in the moving direction at each timing. In addition, as shown in FIG. 8, the voltage actually applied to each moving element is superimposed with a clamping voltage to secure a predetermined rigidity.
【0038】図9は本発明の第1実施形態の動作を説明
するフローチャートである。まず、ステップ1(図中S
1と示す。以下同様)では、図5若しくは図7で説明し
た一周期分の位相及び電圧波形(振幅値)を周期関数と
してメモリ22に記憶保持する。ステップ2ではアーム
シャフト1の移動目標位置と移動速度等の変数を入力す
る。ステップ3では入力された変数に基づき位相の増分
を計算し、ステップ4ではメモリ22に記憶された周期
関数から電圧を読み込み電圧指令値を算出する。FIG. 9 is a flowchart for explaining the operation of the first embodiment of the present invention. First, in step 1 (S
Shown as 1. In the following, the phase and voltage waveform (amplitude value) for one cycle described in FIG. 5 or FIG. 7 are stored and held in the memory 22 as a periodic function. In step 2, variables such as a movement target position and a movement speed of the arm shaft 1 are input. In step 3, the phase increment is calculated based on the input variables. In step 4, the voltage is read from the periodic function stored in the memory 22 to calculate the voltage command value.
【0039】例えば、アームシャフト1の移動速度を遅
くする様変数を入力した場合には、位相の増分を小さく
し、また移動速度を早くする様変数を入力した場合に
は、位相の増分を大きくする。但し、アームシャフト1
の移動速度を遅くする様変数を入力した場合には、振幅
の指令値を小さくし、また移動速度を早くする様変数を
入力した場合には、振幅の指令値を大きくする様処理を
行ってもよい。ステップ3及びステップ4の処理は、位
相等算出手段に相当する。For example, when a variable is input so as to decrease the moving speed of the arm shaft 1, the increment of the phase is reduced, and when a variable is input so as to increase the moving speed, the increment of the phase is increased. I do. However, arm shaft 1
If you input a variable that slows down the moving speed, decrease the amplitude command value.If you input a variable that speeds up the moving speed, perform processing to increase the amplitude command value. Is also good. Steps 3 and 4 correspond to a phase and the like calculating means.
【0040】その後、ステップ5で移動目標位置の誤差
範囲内か否か判断される。ステップ6の処理は移動目標
位置の誤差範囲内でない場合に、ステップ4で求めた電
圧指令値に基づきコンピュータ21からD/A変換器2
3、及び駆動用増幅器24を介し電圧を各送り要素と各
クランプ要素に送るもので、駆動指令値出力手段に相当
する。ステップ7の処理は、移動目標位置の誤差範囲内
ならば全クランプ要素を挟持状態(若しくは全移動要素
に等しく挟持電圧以上の電圧を印加する)としアームシ
ャフト1を挟持させる(以下クランピング動作と呼ぶ)
ものである。Thereafter, in step 5, it is determined whether or not the position is within the error range of the movement target position. If the processing in step 6 is not within the error range of the movement target position, the D / A converter 2 is sent from the computer 21 based on the voltage command value obtained in step 4.
3, and sends a voltage to each sending element and each clamping element via the drive amplifier 24, and corresponds to a drive command value output means. The process of step 7 is to hold all the clamp elements in a clamping state (or apply a voltage equal to or greater than the clamping voltage equally to all the moving elements) if the error is within the error range of the movement target position, and clamp the arm shaft 1 (hereinafter, the clamping operation and the Call)
Things.
【0041】この結果、長ストロークの移動を行うこと
が出来る。また、移動目標位置到達後クランピング動作
を行えば、その後に続く出力節2等による負荷制御時の
剛性を高くすることが可能となる。As a result, a long stroke movement can be performed. Further, if the clamping operation is performed after the movement target position is reached, it is possible to increase the rigidity at the time of load control by the output node 2 or the like that follows.
【0042】なお、本実施形態では送りユニットの数を
3つとしたが、送りユニット数を増やせばその分剛性を
高めることが出来る。また、必ずしも送りユニットの全
てについてクランピング動作を行わなくても、少なくと
も2つ以上の送りユニットについて行うことで剛性を高
くすることが可能である。Although the number of feed units is three in this embodiment, the rigidity can be increased by increasing the number of feed units. In addition, even if the clamping operation is not necessarily performed on all of the feed units, the rigidity can be increased by performing the operation on at least two or more feed units.
【0043】アームシャフト1の移動目標位置を変数と
して入力することで、上述した様に移動目標位置まで自
動でアームシャフト1を移動しても良いが、移動目標位
置を入力せず例えば作業員がプッシュボタンを押してい
る間だけアームシャフト1を移動する様にしても良い。
この場合であっても、移動速度を変数入力することでス
テップ3で位相等の算出を行いアームシャフト1の移動
速度を変えることが可能である。By inputting the movement target position of the arm shaft 1 as a variable, the arm shaft 1 may be automatically moved to the movement target position as described above. The arm shaft 1 may be moved only while the push button is being pressed.
Even in this case, it is possible to change the moving speed of the arm shaft 1 by calculating the phase and the like in step 3 by inputting the moving speed as a variable.
【0044】即ち、移動速度を変えるには送り要素とク
ランプ要素に与える位相若しくは振幅の少なくとも一方
を変えることで可能である。また、移動速度も変数入力
されなければ、予めステップ1でメモリ22に記憶保持
された周期関数に基づきアームシャフト1が移動制御さ
れる。以上の制御はフィードバック制御を行わずオープ
ンループで行うため位置センサ25がなくても良い。That is, it is possible to change the moving speed by changing at least one of the phase and the amplitude applied to the feed element and the clamp element. If the moving speed is not input as a variable, the movement of the arm shaft 1 is controlled based on the periodic function stored in the memory 22 in step 1 in advance. Since the above control is performed in an open loop without performing feedback control, the position sensor 25 may not be provided.
【0045】なお、図10には送り機構の別構成図(送
り機構30)として送りユニットを2つ配設した場合を
示すが、予めメモリ22に記憶保持された周期関数に基
づきアームシャフト1を移動制御し、移動目標位置到達
後クランピング動作を行うことで剛性を高めることが出
来る点は上記と同様である。また、送りユニットを4つ
以上配設した場合の制御も基本的に同様である。送りユ
ニット数を増加しても制御部分は同じ構成で処理が可能
である。更に、このとき送りユニット数を増加させれば
させる程、同一工程を処理する送りユニットの数が増え
るため結果としてアームシャフト1を移動中の剛性を高
めることが出来る。FIG. 10 shows a case in which two feed units are provided as another configuration diagram (feed mechanism 30) of the feed mechanism. The arm shaft 1 is moved based on a periodic function stored in the memory 22 in advance. The point that the rigidity can be increased by performing the movement control and performing the clamping operation after reaching the movement target position is the same as described above. The control when four or more feed units are provided is basically the same. Even if the number of feed units is increased, the control section can be processed with the same configuration. Further, at this time, as the number of feed units is increased, the number of feed units for processing the same process is increased, so that the rigidity during movement of the arm shaft 1 can be increased.
【0046】このように、アクチュエータに圧電素子を
用いた送りユニットを複数配設したことにより、アクチ
ュエータを長ストロークにすることが出来、パラレルメ
カニズムの可動範囲を広くすることが出来る(例えば、
数μm〜数百ミリ)。また、圧電素子を適用したことで
高剛性・高分解能(例えば、数μm)を維持できる。As described above, by arranging a plurality of feed units using piezoelectric elements in the actuator, the actuator can have a long stroke and the movable range of the parallel mechanism can be widened (for example,
Several μm to several hundred mm). Further, high rigidity and high resolution (for example, several μm) can be maintained by applying the piezoelectric element.
【0047】次に、本発明の第2実施形態について説明
する。本発明の第2実施形態の全体構成図は図16と同
じである。尚、図14と同一要素のものについては同一
符号を付して説明は省略する。直動型アクチュエータ6
は、外筒9の内側にアームシャフト1が組み込まれてい
る。但し、アームシャフト1には球対偶7が固定されて
いる。そして、この直動型アクチュエータ6は、静止節
5上に静止節5と平行に配置されている。Next, a second embodiment of the present invention will be described. The overall configuration diagram of the second embodiment of the present invention is the same as FIG. The same elements as those in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Linear actuator 6
The arm shaft 1 is incorporated inside the outer cylinder 9. However, a ball pair 7 is fixed to the arm shaft 1. The linear actuator 6 is arranged on the stationary node 5 in parallel with the stationary node 5.
【0048】アームシャフト1に球対偶7を固定し、出
力節2と静止節5間にロッド8を配設した点を除けば、
本発明の第2実施形態は第1実施形態と同様である。従
って、直動型アクチュエータ6の内部構成や制御方法は
本発明の第1実施形態と同様である。なお、直動型アク
チュエータ6等への配線は、静止節5内に埋め込むこと
が出来るので、制御用配線等を露出させることなく構成
が可能である。以上により、本発明の第1実施形態と同
様の効果を得ることが出来る。Except that the ball pair 7 is fixed to the arm shaft 1 and the rod 8 is disposed between the output node 2 and the stationary node 5,
The second embodiment of the present invention is the same as the first embodiment. Therefore, the internal configuration and control method of the linear motion actuator 6 are the same as those of the first embodiment of the present invention. Note that the wiring to the linear motion actuator 6 and the like can be embedded in the stationary node 5, so that the configuration can be made without exposing the control wiring and the like. As described above, effects similar to those of the first embodiment of the present invention can be obtained.
【0049】次に、本発明の第3実施形態について説明
する。本発明の第3実施形態の全体構成図を図11に示
す。尚、図14及び図16と同一要素のものについては
同一符号を付して説明は省略する。図11において、ア
ームシャフト1の下端部には、アームシャフト1に対し
垂直な方向に支持・解除部55が固定されている。支持
・解除部55には、圧電素子57が内装されており、支
持・解除部55の外周は外筒61を内側から支持又は支
持解除するようになっている。Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 shows an overall configuration diagram of the third embodiment of the present invention. The same elements as those in FIGS. 14 and 16 are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. In FIG. 11, a support / release unit 55 is fixed to the lower end of the arm shaft 1 in a direction perpendicular to the arm shaft 1. The support / release unit 55 contains a piezoelectric element 57, and the outer periphery of the support / release unit 55 supports or releases the outer cylinder 61 from the inside.
【0050】支持・解除部55の下端部には、送り・戻
し部59が固着されている。そして、送り・戻し部59
には、圧電素子63が内装されている。更に、送り・戻
し部59の下端部には、アームシャフト1に対し垂直な
方向に支持・解除部65が固着されている。支持・解除
部65には、圧電素子67が内装されており、支持・解
除部65の外周は外筒61を内側から支持又は支持解除
するようになっている。支持・解除部55及び支持・解
除部65は支持・解除手段に相当する。The feed / return portion 59 is fixed to the lower end of the support / release portion 55. Then, the feed / return unit 59
Has a piezoelectric element 63 therein. Further, a support / release unit 65 is fixed to the lower end of the feed / return unit 59 in a direction perpendicular to the arm shaft 1. A piezoelectric element 67 is provided in the support / release unit 65, and the outer periphery of the support / release unit 65 supports or releases the outer cylinder 61 from the inside. The support / release unit 55 and the support / release unit 65 correspond to a support / release unit.
【0051】次に、本発明の第3実施形態の動作を説明
する。今、圧電素子57及び圧電素子63は、収縮状態
にあるものとする。そして、圧電素子67は伸張状態に
あるものとする。圧電素子67が伸張状態にあること
で、支持・解除部65の外周は外筒61を内側から支持
している。Next, the operation of the third embodiment of the present invention will be described. Now, it is assumed that the piezoelectric element 57 and the piezoelectric element 63 are in a contracted state. It is assumed that the piezoelectric element 67 is in an extended state. Since the piezoelectric element 67 is in the extended state, the outer periphery of the support / release unit 65 supports the outer cylinder 61 from the inside.
【0052】次に、この状態で圧電素子63に対し次第
に印加電圧を増して行き圧電素子63を伸張させる。こ
のときの伸張により、支持・解除部55及びアームシャ
フト1は上方に移動する。圧電素子63の伸張完了後、
圧電素子57を伸張させる。この圧電素子57の伸張に
より、支持・解除部55の外周は外筒61を内側から支
持するようになる。Next, in this state, the voltage applied to the piezoelectric element 63 is gradually increased to expand the piezoelectric element 63. Due to the extension at this time, the support / release unit 55 and the arm shaft 1 move upward. After the extension of the piezoelectric element 63 is completed,
The piezoelectric element 57 is extended. Due to the extension of the piezoelectric element 57, the outer periphery of the support / release unit 55 supports the outer cylinder 61 from the inside.
【0053】支持・解除部55による外筒61の支持完
了後、圧電素子67を収縮させる。この圧電素子67の
収縮により、支持・解除部65の外周は外筒61より支
持解除する。その後、圧電素子63を収縮する。次に、
圧電素子67に対し次第に印加電圧を増して行き伸張さ
せる。このとき、支持・解除部65の外周は外筒61を
再び内側から支持する。その後、圧電素子57を収縮す
ることで、支持・解除部55の外周は外筒61より支持
解除する。このようにして1サイクルを終了する。After the support of the outer cylinder 61 by the support / release unit 55 is completed, the piezoelectric element 67 is contracted. Due to the contraction of the piezoelectric element 67, the outer periphery of the support / release unit 65 is released from the outer cylinder 61. After that, the piezoelectric element 63 is contracted. next,
The voltage applied to the piezoelectric element 67 is gradually increased and expanded. At this time, the outer periphery of the support / release unit 65 supports the outer cylinder 61 again from the inside. Thereafter, by contracting the piezoelectric element 57, the outer periphery of the support / release unit 55 is released from the outer cylinder 61. Thus, one cycle is completed.
【0054】なお、各圧電素子の伸張と収縮は、一つず
つの動作の完了後に他の動作を行うようにしてもよい
が、制御時間短縮のため所定範囲を重複動作としてもよ
い。例えば、圧電素子67の収縮動作と圧電素子63の
収縮動作を一部重複させて同時に行う等が可能である。
また、支持・解除部55、65は、例えば弾力性が高
く、かつ摩擦係数の高い樹脂等でモールドすれば、外筒
61に対するアームシャフト1の移動制御を確実にする
ことが出来る。For the expansion and contraction of each piezoelectric element, another operation may be performed after the completion of each operation, but a predetermined range may be set as an overlap operation in order to shorten the control time. For example, the contraction operation of the piezoelectric element 67 and the contraction operation of the piezoelectric element 63 can be partially overlapped and performed simultaneously.
Further, if the supporting / releasing portions 55 and 65 are molded of, for example, a resin having high elasticity and a high friction coefficient, the movement control of the arm shaft 1 with respect to the outer cylinder 61 can be ensured.
【0055】次に、本発明の第4実施形態について説明
する。本発明の第4実施形態の全体構成図を図12に示
す。尚、図11と同一要素のものについては同一符号を
付して説明は省略する。図12において、アームシャフ
ト1の下端部には、送り・戻し部59が固着されてい
る。そして、送り・戻し部59には、圧電素子63が内
装されている。更に、送り・戻し部59の下端部には、
アームシャフト1に対し垂直な方向に支持・解除部65
が固着されている。Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 shows an overall configuration diagram of the fourth embodiment of the present invention. The same elements as those in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 12, a feed / return portion 59 is fixed to the lower end of the arm shaft 1. The feed / return unit 59 includes a piezoelectric element 63 therein. Further, at the lower end of the feed / return unit 59,
Support / release unit 65 in a direction perpendicular to arm shaft 1
Is fixed.
【0056】次に、本発明の第4実施形態の動作を説明
する。アームシャフト1の上方に外筒61との図示しな
い接触部を設け、この間の摩擦力を高く設定すれば、ア
ームシャフト1は圧電素子67の収縮状態のときでも静
止している。この状態で、圧電素子63を収縮させる。
その後、圧電素子67を伸張させて支持・解除部65の
外周を外筒61に対し内側から支持する。それから、圧
電素子63を伸張させてアームシャフト1を上方に移動
する。この一連の動作を繰り返すことで、アームシャフ
ト1を上方に連続して移動させることが出来る。Next, the operation of the fourth embodiment of the present invention will be described. If a not-shown contact portion with the outer cylinder 61 is provided above the arm shaft 1 and the frictional force therebetween is set high, the arm shaft 1 is still even when the piezoelectric element 67 is in a contracted state. In this state, the piezoelectric element 63 is contracted.
Thereafter, the piezoelectric element 67 is extended to support the outer periphery of the support / release unit 65 with respect to the outer cylinder 61 from the inside. Then, the arm element 1 is moved upward by extending the piezoelectric element 63. By repeating this series of operations, the arm shaft 1 can be continuously moved upward.
【0057】次に、本発明の第5実施形態について説明
する。本発明の第5実施形態の全体構成図を図13に示
す。尚、図11及び図12と同一要素のものについては
同一符号を付して説明は省略する。図13において、支
持・解除部55の下端部には、送り・戻し部69が固着
されている。送り・戻し部69は、外筒61に面するよ
うに左右に超音波モーター71A,71Bが取り付けら
れている。送り・戻し部69の下端部には、支持・解除
部65が固着されている。Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 shows an overall configuration diagram of the fifth embodiment of the present invention. The same elements as those in FIGS. 11 and 12 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In FIG. 13, a feed / return unit 69 is fixed to the lower end of the support / release unit 55. Ultrasonic motors 71A and 71B are attached to the feed / return unit 69 on the left and right so as to face the outer cylinder 61. A support / release unit 65 is fixed to the lower end of the feed / return unit 69.
【0058】次に、本発明の第5実施形態の動作を説明
する。送り・戻し部69の送り又は戻し動作は、圧電素
子に代えて、超音波モーター71A,71Bで行う。こ
のようにしても、アクチュエータを長ストロークにする
ことが出来、パラレルメカニズムの可動範囲を広くする
ことが出来る。また、高剛性・高分解能も維持できる。Next, the operation of the fifth embodiment of the present invention will be described. The feed / return operation of the feed / return unit 69 is performed by ultrasonic motors 71A and 71B instead of the piezoelectric element. Also in this case, the actuator can have a long stroke, and the movable range of the parallel mechanism can be widened. In addition, high rigidity and high resolution can be maintained.
【0059】[0059]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、直
動型のアクチュエータを長ストロークに駆動して出力節
の位置調整を行うことが可能となる。また、パラレルメ
カニズムは高分解能をそのまま維持できる。As described above, according to the present invention, the position of the output node can be adjusted by driving the direct-acting actuator over a long stroke. The parallel mechanism can maintain high resolution as it is.
【0060】[0060]
【図1】 送り機構の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of a feed mechanism.
【図2】 送りユニットの別構成図FIG. 2 is another configuration diagram of a feed unit.
【図3】 送りユニットの別構成図FIG. 3 is another configuration diagram of a feed unit.
【図4】 全体のシステム構成図FIG. 4 is an overall system configuration diagram
【図5】 移動体の移動を行うための一周期分の制御パ
ターンFIG. 5 is a control pattern for one cycle for moving a moving object.
【図6】 図3に示す送りユニットを使用した送り機構
の移動概念図FIG. 6 is a conceptual diagram of the movement of a feed mechanism using the feed unit shown in FIG. 3;
【図7】 図3に示す送りユニットを使用した送り機構
の制御パターンFIG. 7 is a control pattern of a feed mechanism using the feed unit shown in FIG. 3;
【図8】 各移動要素に印加する電圧パターンFIG. 8 shows a voltage pattern applied to each moving element.
【図9】 本発明の第1実施形態のフローチャートFIG. 9 is a flowchart according to the first embodiment of the present invention.
【図10】 送り機構の別構成図FIG. 10 is another configuration diagram of a feed mechanism.
【図11】 本発明の第3実施形態の全体構成図FIG. 11 is an overall configuration diagram of a third embodiment of the present invention.
【図12】 本発明の第4実施形態の全体構成図FIG. 12 is an overall configuration diagram of a fourth embodiment of the present invention.
【図13】 本発明の第5実施形態の全体構成図FIG. 13 is an overall configuration diagram of a fifth embodiment of the present invention.
【図14】 伸縮型パラレルメカニズムの一例FIG. 14 shows an example of a telescopic parallel mechanism.
【図15】 球対偶の一例FIG. 15: An example of a ball pair
【図16】 スライド型パラレルメカニズムの一例FIG. 16 shows an example of a slide type parallel mechanism.
1 アームシャフト 2 出力節 3,6 直動型アクチュエータ 4A,4B,7 球対偶 5 静止節 8 ロッド 9,61 外筒 12,42,42a,42b,42c クランプブロッ
ク 13a,13b,13c,33a,33b 送り要素 14a,14b,14c,34a,34b クランプ要
素 10,30 送り機構 22 メモリ 24 駆動用増幅器 25 位置センサ 43,44,43a,43b,43c,44a,44
b,44c 移動要素 55,65 支持・解除部 57,63,67 圧電素子 59,69 送り・戻し部 71A,71B 超音波モーターReference Signs List 1 arm shaft 2 output joint 3, 6 direct acting actuator 4A, 4B, 7 ball pair even 5 stationary joint 8 rod 9, 61 outer cylinder 12, 42, 42a, 42b, 42c clamp block 13a, 13b, 13c, 33a, 33b Feeding elements 14a, 14b, 14c, 34a, 34b Clamping elements 10, 30 Feeding mechanism 22 Memory 24 Driving amplifier 25 Position sensor 43, 44, 43a, 43b, 43c, 44a, 44
b, 44c Moving element 55, 65 Support / release section 57, 63, 67 Piezoelectric element 59, 69 Feed / return section 71A, 71B Ultrasonic motor
フロントページの続き (72)発明者 武藤 育夫 千葉県習志野市屋敷4丁目3番1号 セイ コー精機株式会社内 (72)発明者 大立 好伸 千葉県習志野市屋敷4丁目3番1号 セイ コー精機株式会社内 Fターム(参考) 3F059 BA05 FC00 3F060 BA10 EA10 GA01 GA11 GA13 HA39 5H303 AA01 AA10 BB01 BB08 BB11 BB17 CC01 DD01 DD14 KK01 5H680 BB01 BC08 BC09 Continued on the front page (72) Inventor Ikuo Muto 4-3-1, Yashiki, Narashino-shi, Chiba Seiko Seiki Co., Ltd. (72) Inventor Yoshinobu Ohdate 4-3-1, Yashiki, Narashino-shi, Chiba Seiko Seiki Incorporated F term (reference) 3F059 BA05 FC00 3F060 BA10 EA10 GA01 GA11 GA13 HA39 5H303 AA01 AA10 BB01 BB08 BB11 BB17 CC01 DD01 DD14 KK01 5H680 BB01 BC08 BC09
Claims (5)
2〜6自由度のいずれかの自由度で出力節を駆動するパ
ラレルメカニズムであって、前記自由度の内の少なくと
も一つは直動型のアクチュエータで構成し、該直動型の
アクチュエータは、シャフトの挟持・挟持解除又は移動
方向への送り・戻しを行う圧電素子を含む第1の移動要
素と第2の移動要素を前記シャフトの挟持方向及び移動
方向の属する面内に組み合わせた送りユニットを前記シ
ャフトの移動方向に複数備えた送り機構と、前記送りユ
ニットのいずれかでシャフトを挟持しては移動方向に伸
ばしてシャフトを送りその後挟持を解き移動方向に縮め
るという一連の動作を前記送りユニット毎に位相を変え
て繰り返し行うための前記第1の移動要素と前記第2の
移動要素の位相及び振幅値を予め記憶しておく記憶手段
と、該記憶手段に記憶された位相及び振幅値から前記第
1の移動要素と前記第2の移動要素に与える位相及び振
幅の指令値を算出する位相等算出手段と、該位相等算出
手段の算出結果に基づき前記第1の移動要素と前記第2
の移動要素に駆動指令値を出力する駆動指令値出力手段
を備えて構成したことを特徴とする圧電素子適用パラレ
ルメカニズム。1. A parallel mechanism for driving an output node with one of two to six degrees of freedom with respect to a stationary node fixed at a predetermined position in space, wherein at least one of the degrees of freedom is a direct mechanism. The linear actuator comprises a first moving element and a second moving element each including a piezoelectric element for holding and releasing a shaft or for sending and returning in a moving direction. A feed mechanism having a plurality of feed units combined in a plane to which the holding direction and the movement direction belong in the movement direction of the shaft, and a shaft which is held in one of the feed units and stretches in the movement direction to feed the shaft. The phase of the first moving element and the second moving element for repeatedly performing a series of operations of releasing the pinching and contracting in the moving direction while changing the phase for each of the feed units and A storage unit for storing amplitude values in advance, a phase for calculating a phase and amplitude command value given to the first moving element and the second moving element from the phase and amplitude values stored in the storage unit, Calculating means, and the first moving element and the second moving element based on a calculation result of the phase etc. calculating means.
And a drive command value output means for outputting a drive command value to the moving element.
所定点の回りで自由度3の運動を行う球対偶を介して前
記静止節及び出力節と連結されたことを特徴とする請求
項1記載の圧電素子適用パラレルメカニズム。2. The linear motion type actuator according to claim 1, wherein both ends of the linear motion type actuator are connected to the stationary node and the output node via a pair of spheres which move about three degrees of freedom around a predetermined point. The parallel mechanism to which the piezoelectric element described is applied.
りで自由度3の運動を行う第1の球対偶が固定され、該
第1の球対偶に一端を固定されたロッドの他端は第2の
球対偶を介して前記出力節と連結され、前記シャフトの
移動方向は前記静止節の面内に属するか若しくは該静止
節の属する面に平行であることを特徴とする請求項1又
は請求項2記載の圧電素子適用パラレルメカニズム。3. A first ball pair that moves about three predetermined degrees of freedom around a predetermined point is fixed to a predetermined position of the shaft, and the other end of the rod having one end fixed to the first ball pair is 2. The output node is connected to the output node via a second pair of balls, and a moving direction of the shaft belongs to a plane of the stationary node or is parallel to a plane to which the stationary node belongs. The parallel mechanism according to claim 2, wherein the piezoelectric element is applied.
2〜6自由度のいずれかの自由度で出力節を駆動するパ
ラレルメカニズムであって、前記自由度の内の少なくと
も一つは直動型のアクチュエータで構成し、該直動型の
アクチュエータは、シャフトと、該シャフトに平行に配
設した外筒と、前記シャフトに対し垂直な方向に圧電素
子を伸張又は収縮させることで前記外筒の支持又は支持
解除を行う少なくとも一つの支持・解除手段と、前記シ
ャフトの長手方向に圧電素子を伸張又は収縮させること
で前記シャフト及び/又は前記支持・解除手段の送り又
は戻し動作を行う送り・戻し手段と、該送り・戻し手段
による送り又は戻し動作及び前記支持・解除手段による
支持又は支持解除という一連の動作を繰り返し行うこと
で前記外筒に対する前記シャフトの長手方向の位置を制
御する制御手段を備えて構成したことを特徴とする圧電
素子適用パラレルメカニズム。4. A parallel mechanism for driving an output node with any of two to six degrees of freedom with respect to a stationary node fixed at a predetermined position in space, wherein at least one of the degrees of freedom is a direct mechanism. The linear actuator comprises a shaft, an outer cylinder arranged in parallel with the shaft, and a piezoelectric element which is extended or contracted in a direction perpendicular to the shaft. At least one supporting / releasing means for supporting or releasing the cylinder, and a feed for performing a feeding or returning operation of the shaft and / or the supporting / releasing means by extending or contracting a piezoelectric element in a longitudinal direction of the shaft.・ Return means and a series of operations of feed or return operation by the feed / return means and support or release by the support / release means are repeatedly performed on the outer cylinder. A parallel mechanism using a piezoelectric element, comprising a control means for controlling a position of the shaft in a longitudinal direction.
動作は、前記シャフトに対し平行に前記外筒に面して少
なくとも一つの超音波モーターを取り付け、前記外筒に
対する前記シャフトの長手方向の位置を制御することで
行うことを特徴とする請求項4記載の圧電素子適用パラ
レルメカニズム。5. A feed or return operation by said feed / return means, wherein at least one ultrasonic motor is attached to said outer cylinder in parallel with said shaft, and a longitudinal position of said shaft with respect to said outer cylinder. 5. The parallel mechanism according to claim 4, wherein the control is performed by controlling the following.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10192034A JP2000020128A (en) | 1998-07-07 | 1998-07-07 | Parallel mechanism applied with piezoelectric element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10192034A JP2000020128A (en) | 1998-07-07 | 1998-07-07 | Parallel mechanism applied with piezoelectric element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000020128A true JP2000020128A (en) | 2000-01-21 |
Family
ID=16284510
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10192034A Pending JP2000020128A (en) | 1998-07-07 | 1998-07-07 | Parallel mechanism applied with piezoelectric element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000020128A (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010023201A (en) * | 2008-07-22 | 2010-02-04 | Shinmaywa Industries Ltd | Parallel link mechanism, and manipulator provided with parallel link mechanism |
CN103274064A (en) * | 2013-05-09 | 2013-09-04 | 燕山大学 | Folding type six-freedom-degree parallel connection posture adjusting platform |
CN103317498A (en) * | 2013-05-31 | 2013-09-25 | 燕山大学 | Folding type five-degree-of-freedom parallel connected attitude adjustment platform |
CN105818138A (en) * | 2016-05-25 | 2016-08-03 | 刘明月 | Stacker for automobile part automatic stacking robot |
CN106041895A (en) * | 2016-07-25 | 2016-10-26 | 华南理工大学 | Three-degree-of-freedom plane flexible parallel connection platform device and control method |
CN111564095A (en) * | 2020-01-23 | 2020-08-21 | 浙江大学 | A series-parallel combined two-degree-of-freedom heavy-duty swing table |
US10946561B2 (en) | 2013-03-07 | 2021-03-16 | S.M. Scienzia Machinale S.R.L. | Apparatus and method for producing a biocompatible three-dimensional object |
-
1998
- 1998-07-07 JP JP10192034A patent/JP2000020128A/en active Pending
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---|---|---|---|---|
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CN111564095A (en) * | 2020-01-23 | 2020-08-21 | 浙江大学 | A series-parallel combined two-degree-of-freedom heavy-duty swing table |
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