(57)【要約】【課題】ロボットハンドが対象物を把持（押圧）する力や、アクチュエータが対象物に加える力を、必要に応じて補助する。【解決手段】第１部材に対して回動可能な第２部材と、第２部材とは独立に回動可能な回動部材とを設ける。そして、第２部材には、第２部材の回動角度に対して回動部材の回動角度が所定の角度になると回動部材が当接する当接部を設ける。こうすれば、第１駆動部の駆動により第２部材を対象物に向けて回転させると、第２部材で対象物を押圧することができる。そして、より大きな押圧力を必要とする場合には、第１駆動部の駆動に加えて、第２駆動部の駆動により回動部材を第２部材と同じ方向に回転させると、第２部材の当接部に回動部材が当接することにより、回動部材のトルクが第２部材に伝わるので、対象物に対する押圧力を補助することができる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と、
第１部材に設けられた第１回動軸を中心として回動可能な第２部材と、
前記第１回動軸とは独立に回動する第２回動軸を中心として回動可能な回動部材と、
前記第２部材を駆動する第１駆動部と、
前記回動部材を駆動する第２駆動部と、
を備え、
前記第２部材には、前記第２部材の回動角度に対して前記回動部材の回動角度が所定の角度になると前記回動部材が当接する当接部が設けられている
ことを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
請求項１に記載のロボットハンドであって、
前記第２回動軸は、前記第１回動軸の軸方向に設けられている
ことを特徴とするロボットハンド。
【請求項３】
請求項１に記載のロボットハンドであって、
前記第１回動軸と前記第２回動軸とは、前記第１回動軸の軸方向と直交する方向に間隔を空けて設けられている
ことを特徴とするロボットハンド。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載のロボットハンドであって、
前記第２部材の回動速度と、前記回動部材の回動速度とは、同じ回動速度である
ことを特徴とするロボットハンド。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載のロボットハンドであって、
前記第２部材の回動速度は、前記回動部材の回動速度よりも速い回動速度である
ことを特徴とするロボットハンド。
【請求項６】
請求項５に記載のロボットハンドであって、
前記第２駆動部が前記回動部材を駆動する駆動力は、前記第１駆動部が前記第２部材を駆動する駆動力よりも大きな駆動力である
ことを特徴とするロボットハンド。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６の何れか一項に記載のロボットハンドであって、
前記当接部には、前記回動部材との当接時の衝撃を緩和する緩衝部が設けられている
ことを特徴とするロボットハンド。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７の何れか一項に記載のロボットハンドであって、
前記第１駆動部および前記第２駆動部は、圧電モーターである
ことを特徴とするロボットハンド。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８の何れか一項に記載のロボットハンドを備えるロボット。
【請求項１０】
第１部材と、
第１部材に設けられた第１回動軸を中心として回動可能な第２部材と、
前記第１回動軸とは独立に回動する第２回動軸を中心として回動可能な回動部材と、
前記第２部材を駆動する第１駆動部と、
前記回動部材を駆動する第２駆動部と、
を備え、
前記第２部材には、前記第２部材の回動角度に対して前記回動部材の回動角度が所定の角度になると前記回動部材が当接する当接部が設けられている
ことを特徴とするアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットハンド、ロボット、およびアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のロボット技術の進歩により、工業製品の製造現場などでは多くのロボットが使用されている。例えば、対象物を把持することが可能なロボットハンド（複数の指部の間に対象物を把持可能なロボットハンドなど）が開発されており、こうしたロボットハンドを備えたロボットが製品および各種部品の搬送や組み立てなどに活用されている。
【０００３】
指部を用いて対象物を把持するロボットハンドは、内蔵された駆動モーターで指部を駆動して対象物に指部を押し付けることによって、把持力を発生させるようになっている（例えば、特許文献１）。こうしたロボットハンドでは、駆動モーターの出力や減速比を適切に設定しておくことにより、指部で対象物を確実に把持し、且つ、対象物を破損しない適度な把持力を発生させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２０１５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば対象物Ａに合わせて駆動モーターの出力や減速比が設定されたロボットハンドでは、対象物Ａよりも重い（把持力を必要とする）対象物Ｂを安定して把持することができず、この場合は、対象物Ｂに合わせて設定されたロボットハンドへの取り換えが必要となるため、作業効率が低下するという問題があった。
【０００６】
また、こうした問題は、対象物を把持するロボットハンドに限られるものではなく、例えば、対象物に対して力を加えるアクチュエータについても同様のことが言える。
【０００７】
この発明は、従来の技術が有する上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、ロボットハンドが対象物を把持（押圧）する力や、アクチュエータが対象物に加える力を、必要に応じて補助することが可能な技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明のロボットハンドは次の構成を採用した。すなわち、
第１部材と、
第１部材に設けられた第１回動軸を中心として回動可能な第２部材と、
前記第１回動軸とは独立に回動する第２回動軸を中心として回動可能な回動部材と、
前記第２部材を駆動する第１駆動部と、
前記回動部材を駆動する第２駆動部と、
を備え、
前記第２部材には、前記第２部材の回動角度に対して前記回動部材の回動角度が所定の角度になると前記回動部材が当接する当接部が設けられている
ことを特徴とする。
【０００９】
ここで、本発明のロボットハンドには、第１部材と第２部材と回動部材とを含んで構成される指部を複数備えて、その複数の指部を用いて対象物を把持するロボットハンドや、指部を１つ備えて、ロボットハンドに搭載された挟持部あるいはロボットハンドとは別体に設けられた挟持部などと指部との間に対象物を挟んで把持するものが含まれるものとする。
【００１０】
このような本発明のロボットハンドでは、第１駆動部の駆動により第２部材を対象物に向けて回転させると、第２部材で対象物を押圧することができる。このときの押圧力は、第１駆動部が第２部材を駆動する駆動力（第２部材のトルク）によって決まる。そして、より大きな押圧力を必要とする場合には、第１駆動部の駆動に加えて、第２駆動部の駆動により回動部材を第２部材と同じ方向に回転させる。すると、第２部材の当接部に回動部材が当接することにより、回動部材のトルクが第２部材に伝わるので、対象物に対する押圧力を補助することができる。
【００１１】
また、上述した本発明のロボットハンドでは、第２回動軸を、第１回動軸の軸方向に設けてもよい。
【００１２】
このようにすれば、第２部材の当接部に対して回動部材が当接する位置（回動部材のトルクを第２部材に伝える位置）は、第２部材および回動部材が回転しても動かないので、回動部材のトルクを第２部材に効率よく伝えることができる。
【００１３】
また、前述した本発明のロボットハンドでは、第１回動軸と第２回動軸とを、第１回動軸の軸方向と直交する方向に間隔を空けて設けてもよい。
【００１４】
第２回動軸と第１回動軸とを、重ならないように軸方向と直交する方向にずらして設けると、それに伴って、第２部材の当接部と回動部材とが当接する位置（当接点）も第１回動軸に対する第２回動軸の移動方向にシフトする。そのため、第２回動軸が移動した側で回動部材が当接部に当接する場合には、その反対側で回動部材が当接部に当接する場合に比べて、当接点（回動部材のトルクを第２部材に伝える位置）が第１回動軸（第２部材の支点）から遠くなる。そこで、第２部材が対象物を押圧する位置（力を必要とする位置）の方向に第２回動軸を移動させて当接点を第１回動軸から離しておくことにより、第２部材のトルクに回動部材のトルクを加えて補助する場合における対象物に対する押圧力を一層高めることができる。
【００１５】
また、こうした本発明のロボットハンドでは、第２部材の回動速度と、回動部材の回動速度とを、同じ回動速度にしてもよい。
【００１６】
このようにすれば、第２部材と回動部材とを一体に回動させることができるので、第２部材のトルクに回動部材のトルクを加えて補助しながら第２部材を回動させることが可能となる。
【００１７】
また、本発明のロボットハンドでは、第２部材の回動速度を、回動部材の回動速度よりも速い回動速度にしてもよい。
【００１８】
このようにすれば、回動部材のトルクの補助を受けることなく、第２部材のトルクのみで対象物を押圧する場合の初動を速めることができる。
【００１９】
また、上述した本発明のロボットハンドでは、第２駆動部が回動部材を駆動する駆動力を、第１駆動部が第２部材を駆動する駆動力よりも大きな駆動力にしてもよい。
【００２０】
このようなロボットハンドでは、大きな力は必要としないが速い動作が求められる場合には、第２部材の回動のみで対象物を押圧し、大きな押圧力が必要となった場合には、第２部材のトルクに回動部材のトルクを加えて押圧力を大きく増大させるといったように、用途に応じて容易に動作を使い分けることができる。結果として、作業の効率化を図ることが可能となる。
【００２１】
また、こうした本発明のロボットハンドでは、当接部に、回動部材との当接時の衝撃を緩和する緩衝部を設けてもよい。
【００２２】
このようにすれば、第２部材の当接部に回動部材が当接すると、その当接の衝撃が緩衝部によって緩和されるので、当接部や回動部材の破損を抑制することができる。また、緩衝部に弾性を付与することにより、第２部材の当接部に回動部材が当接した状態では、第２部材の位置（回動角度）のわずかな変化に応じて緩衝部が変形するので、当接部と回動部材との接触・押圧状態を維持できる。従って、対象物に対する第２部材の把持力が微妙に変化しても、当接部に押圧力を与えられるので把持が安定すると共に、その都度第２駆動部の駆動により回動部材を回動させなくても良いので省電力化にも効果がある。
【００２３】
また、こうした本発明のロボットハンドでは、第１駆動部および第２駆動部を、圧電モーターとしてもよい。
【００２４】
圧電モーターを駆動部として採用したロボットハンドでは、いわゆる電磁モーター（電磁力を利用してローターを回転させる方式のモーター）を用いる場合に比べて、ロボットハンドの小型化を図ることができる。特に、圧電モーターの伸縮振動する方向および屈曲振動する方向を第２部材や回動部材の回動面と平行に設けることにより、複雑なギア機構を必要とせずに回動面と平行な面内で駆動を伝えることができるので、回動軸（第１回動軸、第２回動軸）の軸方向の厚みを薄くすることができる。また、圧電モーターは、第２部材や回動部材、あるいはこれらに回転を伝える部材に対して伸縮方向の端部を押し付けた状態で設けられるので、電源を切っても第２部材や回動部材の位置を維持することができる。そのため、第２部材で対象物を押圧した姿勢を維持するのに電力が不要であり、省電力化を実現できる。
【００２５】
上述した本発明のロボットハンドを搭載したロボットであれば、ロボットハンドの第２部材で対象物を押圧する際に、第２部材のトルクに回動部材のトルクを加えることで必要に応じて押圧力を補助することができる。
【００２６】
また、本発明は、以下のような態様で把握することもできる。すなわち、
第１部材と、
第１部材に設けられた第１回動軸を中心として回動可能な第２部材と、
前記第１回動軸とは独立に回動する第２回動軸を中心として回動可能な回動部材と、
前記第２部材を駆動する第１駆動部と、
前記回動部材を駆動する第２駆動部と、
を備え、
前記第２部材には、前記第２部材の回動角度に対して前記回動部材の回動角度が所定の角度になると前記回動部材が当接する当接部が設けられている
ことを特徴とするアクチュエータとして把握することもできる。
【００２７】
ここで、本発明のアクチュエータとは、回動駆動機構を含んで対象物に対して力を加えることが可能な装置をいうものとする。
【００２８】
このような本発明のアクチュエータでは、第１駆動部の駆動により第２部材を対象物に向けて回転させると、第２部材で対象物を押圧することができる。このときの押圧力は、第１駆動部が第２部材を駆動する駆動力（第２部材のトルク）によって決まる。そして、より大きな押圧力を必要とする場合には、第１駆動部の駆動に加えて、第２駆動部の駆動により回動部材を第２部材と同じ方向に回転させる。すると、第２部材の当接部に回動部材が当接することにより、回動部材のトルクが第２部材に伝わるので、対象物に対する押圧力を補助することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施例のロボットハンドの構成を示した説明図である。
【図２】第１ユニットの詳細な構造を示した説明図である。
【図３】第２ユニットの詳細な構造を示した説明図である。
【図４】指部の第１ユニットと第２ユニットとを重ね合せた状態を示した説明図である。
【図５】第１ユニット及び第２ユニットに搭載された圧電モーターの構造を示した斜視図である。
【図６】圧電モーターの動作原理を示す説明図である。
【図７】本実施例のロボットハンドで対象物を把持する態様を示した説明図である。
【図８】第２ユニットをストッパーとして用いる例を示した説明図である。
【図９】第１変形例の可動体の当接部と第２出力部材の凸部とが当接する部分を拡大して示した説明図である。
【図１０】第２変形例の可動体の当接部と第２出力部材の凸部とが当接する部分を拡大して示した説明図である。
【図１１】実施例や変形例のロボットハンドをアームの先端に搭載したロボットの構成を例示した説明図である。
【図１２】本発明のアクチュエータをゲーム機に応用した例を示した説明図である。
【図１３】対象物の分別システムに本発明のアクチュエータを応用した例を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、本実施例のロボットハンド１００の構成を示した斜視図である。先ず、図１（ａ）には、本実施例のロボットハンド１００の全体図が示されている。図示したロボットハンド１００は、挟持部１２０との間で対象物を把持可能な指部１３０を備えている。挟持部１２０は略角棒形状をしており、ロボットハンド１００の基礎となる基体１１０に挟持部１２０の一端側が固定されている。また、指部１３０は、挟持部１２０に対して間隔を設けて、基端側が基体１１０に固定されている。
【００３１】
図１（ｂ）には、指部１３０の組立図が示されている。図示されるように指部１３０は、第１ユニット１４０と第２ユニット１６０とを重ね合せて構成されている。第１ユニット１４０には、基体１１０に固定される基端側とは反対側に設けられた第１回動軸１４２を中心として回動可能な円板形状の第１出力部材１４４が設けられている。この第１出力部材１４４には、可動体１８０が固定ビス１８２で固定されている。そのため、第１出力部材１４４の回動に伴って、可動体１８０も第１回動軸１４２を中心に回動する。可動体１８０には、第１出力部材１４４に固定される側とは反対側（指部１３０の先端側）に、対象物に接する指先部１８４が設けられている。また、可動体１８０は、第２ユニット１６０に向いた側の面（図中の上面）から立設された当接部１８６を有している。尚、本実施例の第１ユニット１４０は、本発明の「第１部材」に相当しており、本実施例の第１出力部材１４４および可動体１８０は、本発明の「第２部材」に相当している。また、図示した例では、第１ユニット１４０の上面（第２ユニット１６０に向いた面）を構成する上面フレーム板が可動体１８０と同一平面に設けられており、可動体１８０が回動する際に所定の回動範囲で上面フレーム板と干渉しないように、上面フレーム板の角が落とされている。
【００３２】
一方、第２ユニット１６０は、第２回動軸１６２を中心として回動可能な円板形状の第２出力部材１６４を備えている。この第２出力部材１６４は、第１ユニット１４０に向いた側の面（図中の下面）から突設された凸部１６６を有している。本実施例の第２ユニット１６０は、第２回動軸１６２が第１ユニット１４０の第１回動軸１４２の軸方向に配置されるように第１ユニット１４０に重ね合せて固定されている。尚、本実施例の第２出力部材１６４は、本発明の「回動部材」に相当している。
【００３３】
図２は、第１ユニット１４０の詳細な構造を示した説明図である。図２（ａ）には、第１ユニット１４０を上面（第２ユニット１６０に向いた面）から見た内部構造が示されており、図２（ｂ）には、第１ユニット１４０を側面から見た断面が示されている。図示されるように第１ユニット１４０には、第１回動軸１４２と平行な回動軸で回動する円板形状の第１ローター１５０が内蔵されており、この第１ローター１５０には、同軸に第１ピニオン１５２が設けられている。また、第１出力部材１４４の外周には、第１ピニオン１５２と噛み合う歯（図示せず）が設けられており、第１ローター１５０の回動は、第１ピニオン１５２を介して所定の比率で減速されて第１出力部材１４４に伝わる。前述したように、第１出力部材１４４には可動体１８０が固定されているので、第１ローター１５０を回動させると、第１ユニット１４０に対して可動体１８０を回動させることができる。本実施例の第１ユニット１４０には、第１ローター１５０を回動させる駆動モーターとして、後述する第１圧電モーター２００ａが搭載されている。尚、第１出力部材１４４は、第１回動軸１４２を中心に右回り及び左回りの何れにも回転可能である。以下では、可動体１８０の先端側（指先部１８４）が挟持部１２０に近づく回転方向を「第１回転方向」と称し、挟持部１２０から離れる回転方向を「第２回転方向」と称するものとする。
【００３４】
図３は、第２ユニット１６０の詳細な構造を示した説明図である。図３（ａ）には、第２ユニット１６０を上面（第１ユニット１４０に向いた面とは反対側の面）から見た内部構造が示されており、図３（ｂ）には、第２ユニット１６０を側面から見た断面が示されている。図示されるように第２ユニット１６０には、第２回動軸１６２と平行な回動軸で回動する円板形状の第２ローター１７０が内蔵されており、第２ローター１７０には、同軸に第２ピニオン１７２が設けられている。また、第２ユニット１６０には、第２回動軸１６２と平行な回動軸で回動する減速歯車１７４が第２ピニオン１７２と噛み合わせて設けられている。この減速歯車１７４には、同軸に第３ピニオン１７６が設けられている。
【００３５】
そして、第２出力部材１６４の外周には、第３ピニオン１７６と噛み合う歯（図示せず）が設けられており、第２ローター１７０の回動は、第２ピニオン１７２、減速歯車１７４、第３ピニオン１７６を介して所定の比率で減速されて第２出力部材１６４に伝わる。第２出力部材１６４も、第１出力部材１４４と同様に、第１回転方向および第２回転方向の何れにも回転可能である。本実施例の第２ユニット１６０には、第２ローター１７０を回動させる駆動モーターとして、後述する第２圧電モーター２００ｂが搭載されている。尚、第２ローター１７０と第２出力部材１６４との間に減速歯車１７４及び第３ピニオン１７６が設けられた第２ユニット１６０では、第２ローター１７０に対する第２出力部材１６４の減速比が、第１ユニット１４０における第１ローター１５０に対する第１出力部材１４４の減速比よりも大きくなっている。また、前述したように第２出力部材１６４には凸部１６６が設けられているが、第２ユニット１６０の下面（第１ユニット１４０に向いた面）を構成する下面フレーム板と第２出力部材１６４との間には凸部１６６の厚み以上の間隔が設けられているので、凸部１６６が下面フレーム板に当たることなく、第２出力部材１６４を一回転させることができる。
【００３６】
図４は、指部１３０の第１ユニット１４０と第２ユニット１６０とを重ね合せた状態を示した説明図である。図４（ａ）には、指部１３０を上面（第２ユニット１６０側の面）から見た平面図が示されており、図４（ｂ）には、指部１３０を側面から見た断面が示されている。前述したように本実施例の指部１３０は、第２回動軸１６２が第１回動軸１４２の軸方向に配置されるように、第１ユニット１４０と第２ユニット１６０とを重ね合せている。また、可動体１８０が取り付けられた第１出力部材１４４の回動角度に対して第２出力部材１６４の回動角度が所定の角度になると、可動体１８０の当接部１８６に第２出力部材１６４の凸部１６６が当接するように当接部１８６及び凸部１６６が配置されている。
【００３７】
図５は、第１ユニット１４０及び第２ユニット１６０に搭載された圧電モーター２００（第１圧電モーター２００ａ，第２圧電モーター２００ｂ）の構造を示した斜視図である。図示されるように圧電モーター２００は、立方体形状をしており、圧電材料を含んで板状の形成された２枚の圧電素子（表圧電素子２２０，裏圧電素子２２１）の間に、金属平板で形成されたシム板２１０を挟んで貼り合わせた積層構造となっている。尚、以下では、圧電モーター２００の長手方向をＸ方向と称する。また、図中に示すように、Ｘ方向と直交する圧電モーター２００の短手方向をＹ方向と称し、Ｘ方向およびＹ方向と直交する圧電モーター２００の厚さ方向をＺ方向と称するものとする。
【００３８】
表圧電素子２２０のシム板２１０と接する面とは反対側の面（上面）には、表圧電素子２２０に電圧を印加するための表電極２２２が設けられており、図５に示されているように、表圧電素子２２０の上面を格子状に４分割するように４つの矩形形状の表電極２２２が設けられている。また、図示は省略するが、裏圧電素子２２１のシム板２１０と接する面とは反対側の面（下面）にも同様に、その下面を格子状に４分割するように４つの矩形形状の裏電極２２３が設けられている。また、金属製のシム板２１０は、圧電素子（表圧電素子２２０，裏圧電素子２２１）を補強するだけでなく、表圧電素子２２０および裏圧電素子２２１に電圧を印加するための共通電極としての役割を有しており、グランドに接地されている。
【００３９】
圧電モーター２００の長手方向（Ｘ方向）の端部には、凸部２１２が設けられている。また、圧電モーター２００の短手方向（Ｙ方向）に向いた両側面には、圧電モーター２００を凸部２１２が設けられた側に向けて付勢した状態で支持するための一対の支持部２１４が設けられている。これら凸部２１２および支持部２１４はシム板２１０と一体に形成されている。
【００４０】
図６は、圧電モーター２００の動作原理を示す説明図である。圧電モーター２００は、圧電モーター２００の表電極２２２および裏電極２２３に一定周期で電圧を印加したときに、圧電モーター２００の凸部２１２が楕円運動することによって動作する。圧電モーター２００の凸部２１２が楕円運動するのは次の理由による。尚、表圧電素子２２０に設けられた表電極２２２と、裏圧電素子２２１に設けられた裏電極２２３とはＸ−Ｙ平面に関して面対称であって基本的には同じであるため、ここでは、表電極２２２を例に説明する。
【００４１】
先ず、周知のように圧電材料を含む圧電素子（表圧電素子２２０，裏圧電素子２２１）は、正電圧を印加すると伸張する性質を有している。従って、図６（ａ）に示すように、４つの表電極２２２の全てに正電圧を印加した後、印加電圧を解除することを繰り返すと、圧電モーター２００（表圧電素子２２０）は、長手方向（Ｘ方向）に伸縮する動作を繰り返す。このように圧電モーター２００が長手方向（Ｘ方向）に伸縮を繰り返す動作を「伸縮振動」と呼ぶ。以下では、圧電モーター２００が伸縮する方向（図中の±Ｘ方向）を「伸縮方向」と呼ぶ。また、正電圧を印加する周波数を変化させていくと、ある特定の周波数となったときに伸縮量が急に大きくなって、一種の共振現象が発生する。伸縮振動で共振が発生する周波数（共振周波数）は、表圧電素子２２０の物性と、表圧電素子２２０の寸法（幅Ｗ、長さＬ、厚さＴ）とによって決定される。
【００４２】
また、図６（ｂ）あるいは図６（ｃ）に示すように、互いに対角線の位置にある２つの表電極２２２を組（表電極２２２ａおよび表電極２２２ｄの組、あるいは表電極２２２ｂおよび表電極２２２ｃの組）として、一定周期で正電圧を印加する。すると、圧電モーター２００（表圧電素子２２０）は、長手方向（Ｘ方向）の先端部（凸部２１２が設けられた部分）が、図面上で左右方向（Ｙ方向）に首を振るような動作を繰り返す。例えば、図６（ｂ）に示したように、表電極２２２ａおよび表電極２２２ｄの組に一定周期で正電圧を印加すると、圧電モーター２００は、長手方向の先端部が右方向に移動する動作を繰り返す。また、図６（ｃ）に示したように、表電極２２２ｂおよび表電極２２２ｃの組に一定周期で正電圧を印加すると、圧電モーター２００は、長手方向の先端部が左方向に移動する動作を繰り返す。このような圧電モーター２００の動作を「屈曲振動」と呼ぶ。以下では、圧電モーター２００が屈曲振動する方向（図中の±Ｙ方向）を「屈曲方向」と呼ぶ。こうした屈曲振動についても、表圧電素子２２０の物性と、表圧電素子２２０の寸法（幅Ｗ、長さＬ、厚さＴ）とによって決まる共振周波数が存在する。従って、互いに対角線の位置にある２つの表電極２２２に対して、その共振周波数で正電圧を印加すると、圧電モーター２００は右方向あるいは左方向（Ｙ方向）に大きく首を振って振動する。
【００４３】
ここで、図６（ａ）に示した伸縮振動の共振周波数も、図６（ｂ）あるいは図６（ｃ）に示した屈曲振動の共振周波数も、表圧電素子２２０の物性や、表圧電素子２２０の寸法（幅Ｗ、長さＬ、厚さＴ）によって決定される。従って、表圧電素子２２０の寸法（幅Ｗ、長さＬ、厚さＴ）を適切に選んでやれば、２つの共振周波数を一致させることができる。そして、そのような表圧電素子２２０に対して、図６（ｂ）あるいは図６（ｃ）に示すような屈曲振動の形態の電圧を共振周波数で印加すると、図６（ｂ）あるいは図６（ｃ）に示す屈曲振動が生じると同時に、共振によって図６（ａ）の伸縮振動も誘起される。その結果、図６（ｂ）に示す態様で表電極２２２ａおよび表電極２２２ｄの組に電圧を印加した場合には、圧電モーター２００の先端部（凸部２１２が設けられた部分）が図面上で時計回りに楕円を描くような動作（楕円運動）を行う。また、図６（ｃ）に示す態様で表電極２２２ｂおよび表電極２２２ｃの組に電圧を印加した場合には、圧電モーター２００の先端部が図面上で反時計回りの楕円運動を行う。尚、以上の説明では表電極２２２に正電圧を印加するものとして説明した。しかし、周知のように圧電材料は、負電圧を印加することによっても変形する。従って、表電極２２２に負電圧を印加することによって屈曲振動（および伸縮振動）を発生させても良いし、正電圧と負電圧とを繰り返すような交番電圧を印加することによって屈曲振動（および伸縮振動）を発生させても良い。また、上述した説明では、共振周波数の電圧を印加するものとして説明した。しかし、共振周波数を含んだ波形の電圧を印加すれば十分であり、例えばパルス状の電圧であっても構わない。さらに、裏圧電素子２２１についても、表圧電素子２２０と同様に、裏電極２２３に電圧を印加することによって屈曲振動および伸縮振動を発生させることができる。
【００４４】
圧電モーター２００は、このような楕円運動を利用して被駆動体を駆動する。すなわち、圧電モーター２００の凸部２１２を被駆動体に押しつけた状態で楕円運動を発生させる。すると、凸部２１２は、圧電モーター２００が伸張する際には被駆動体に押し付けられた状態で左から右に向かって（あるいは右から左に向かって）移動し、圧電モーター２００が収縮する際には被駆動体から離れた状態で元の位置まで復帰する動作を繰り返す。この結果、被駆動体は、凸部２１２から受ける摩擦力によって一方向に駆動される。
【００４５】
本実施例の第１ユニット１４０に搭載された第１圧電モーター２００ａは、伸縮方向および屈曲方向が第１ローター１５０と平行に設けられており、第１ローター１５０の外周面に凸部２１２を押し付けた状態で設置されている（図２参照）。このため、第１圧電モーター２００ａを駆動すると、第１ローター１５０が回動し、その回動が第１ピニオン１５２を介して第１出力部材１４４に伝わることによって、第１ユニット１４０に対して可動体１８０が回動する。尚、本実施例の第１圧電モーター２００ａは、本発明の「第１駆動部」に相当している。
【００４６】
また、本実施例の第２ユニット１６０に搭載された第２圧電モーター２００ｂは、伸縮方向および屈曲方向が第２ローター１７０と平行に設けられており、第２ローター１７０の外周面に凸部２１２を押し付けた状態で設置されている（図３参照）。このため、第２圧電モーター２００ｂを駆動すると、第２ローター１７０が回動し、その回動が第２ピニオン１７２、減速歯車１７４、第３ピニオン１７６を介して第２出力部材１６４に伝わる。尚、本実施例の第２圧電モーター２００ｂは、本発明の「第２駆動部」に相当している。また、本実施例のロボットハンド１００では、第１ローター１５０や第２ローター１７０を回転させる駆動モーターとして、圧電モーター２００を採用しているが、駆動モーターは、圧電モーター２００に限定されるものではなく、電磁力を利用してローターを回転させる方式のいわゆる電磁モーターであってもよい。さらに、本実施例のロボットハンド１００では、第１圧電モーター２００ａと第２圧電モーター２００ｂとで同じ出力のモーターを用いることとしているが、第１圧電モーター２００ａと第２圧電モーター２００ｂとでモーターの出力を異ならせてもよい。
【００４７】
図７は、本実施例のロボットハンド１００で対象物Ｗを把持する態様を示した説明図である。対象物Ｗを把持する際には、先ず、図７（ａ）に示されるように、挟持部１２０と指部１３０との間に対象物Ｗを位置させる。その状態で第１ユニット１４０に搭載の第１圧電モーター２００ａの駆動により可動体１８０（第１出力部材１４４）を第１回転方向（先端側が挟持部１２０に近づく方向）に回転させると、挟持部１２０と指先部１８４とで対象物Ｗを両側から挟んで把持することができる。
【００４８】
尚、本実施例のロボットハンド１００では、第１ユニット１４０の第１圧電モーター２００ａのみの駆動で対象物Ｗを把持する場合には、可動体１８０の当接部１８６に干渉（当接）しない位置に第２出力部材１６４の凸部１６６を退避させている。そのため、可動体１８０を第１回転方向に回転させたり、対象物Ｗを離す際に可動体１８０を第２回転方向（先端側が挟持部１２０から離れる方向）に回転させたりしても、第２出力部材１６４の凸部１６６によって回転が妨げられることはない。
【００４９】
このように第１ユニット１４０の第１圧電モーター２００ａのみの駆動で対象物Ｗを把持する場合の把持力（対象物Ｗに対する押圧力）は、第１圧電モーター２００ａの出力と、第１ローター１５０に対する第１出力部材１４４の減速比とで決まる。そして、本実施例のロボットハンド１００では、例えば重い対象物Ｗを把持するなど、より大きな把持力（押圧力）を必要とする場合には、第１圧電モーター２００ａの駆動に加えて、第２ユニット１６０に搭載の第２圧電モーター２００ｂの駆動により第２出力部材１６４を可動体１８０（第１出力部材１４４）と同じく第１回転方向に回転させる。すると、図７（ｂ）に示されるように、可動体１８０の当接部１８６に第２出力部材１６４の凸部１６６が当接することにより、第２出力部材１６４のトルクが可動体１８０に伝わるので、対象物Ｗに対する把持力（押圧力）を補助することができる。
【００５０】
また、本実施例のロボットハンド１００では、第１ユニット１４０と第２ユニット１６０とで、搭載された圧電モーター２００（第１圧電モーター２００ａ，第２圧電モーター２００ｂ）の出力は同じであるものの、第１ローター１５０に対する第１出力部材１４４の減速比よりも、第２ローター１７０に対する第２出力部材１６４の減速比が大きく設定されている。そのため、第１出力部材１４４と第２出力部材１６４とを比較すると、回転速度は第１出力部材１４４の方が速く、駆動トルクは第２出力部材１６４の方が大きくなっている。このような本実施例のロボットハンド１００では、大きな力は必要としないが速い動作が求められる場合には、第１ユニット１４０の駆動のみで可動体１８０を動かし、大きな力を要する動作が求められる場合には、第１ユニット１４０の駆動に加えて第２ユニット１６０を駆動して力を補助するといったように、用途に応じて容易に動作を使い分けることができる。結果として、作業の効率化を図ることが可能となる。
【００５１】
また、本実施例のロボットハンド１００では、第２回動軸１６２が第１回動軸１４２の軸方向に設けられている。これにより、可動体１８０の当接部１８６に対して第２出力部材１６４の凸部１６６が当接する位置（当接点）は、可動体１８０（第１出力部材１４４）及び第２出力部材１６４が回転しても動くことがないので、第２出力部材１６４のトルクを可動体１８０に効率よく伝えることができる。
【００５２】
また、第１ローター１５０や第２ローター１７０を回転させる駆動モーターとして圧電モーター２００を採用した本実施例のロボットハンド１００では、いわゆる電磁モーター（電磁力を利用してローターを回転させる方式のモーター）を用いる場合に比べて小型化を図ることができる。特に、圧電モーター２００の伸縮方向および屈曲方向を第１出力部材１４４や第２出力部材１６４の回動面と平行に設置することにより、複雑なギア機構を必要とせずに回動面と平行な面内で駆動を伝えることができるので、第１ユニット１４０及び第２ユニット１６０の回動軸（第１回動軸１４２，第２回動軸１６２）の軸方向の厚みを薄くすることが可能となる。また、圧電モーター２００（第１圧電モーター２００ａ，第２圧電モーター２００ｂ）は、第１ローター１５０や第２ローター１７０に凸部２１２を押し付けた状態で設けられるので、電源を切っても第１出力部材１４４や第２出力部材１６４の位置を維持することができる。そのため、挟持部１２０と指先部１８４との間に対象物Ｗを把持した姿勢を維持するのに電力が不要であり、省電力化を実現できる。
【００５３】
また、本実施例の第２ユニット１６０は、第１ユニット１４０の駆動により対象物Ｗを把持する際に対象物Ｗに過度の力が加わることを防止するためのストッパーとして用いることも可能である。図８は、第２ユニット１６０をストッパーとして用いる例を示した説明図である。例えば、破損し易い対象物Ｗを把持する場合には、第２ユニット１６０に搭載の第２圧電モーター２００ｂの駆動により第２出力部材１６４を可動体１８０（第１出力部材１４４）とは逆の第２回転方向に回転させる。そして、図示されるように第２出力部材１６４の凸部１６６が可動体１８０の当接部１８６に当接することで、その当接した位置から可動体１８０が第１回転方向に回転することが制限される。そこで、対象物Ｗに応じた適切な位置で第２出力部材１６４の凸部１６６を停止させることにより、対象物Ｗに可動体１８０の押圧力が過度に加わることを防止することができる。さらに、第２ユニット１６０をストッパーとして用いれば、可動体１８０が外部から力を受けたり、可動体１８０（第１出力部材１４４）の駆動制御ができなかったりした場合でも、可動体１８０の回転を停めることができるので、対象物Ｗの破損を防止することができる。
【００５４】
また、第１出力部材１４４と第２出力部材１６４とを逆方向に回転させて当接部１８６と凸部１６６とを当接させておくことにより、第２ユニット１６０のバックラッシュによる影響（動作誤差や騒音など）を抑えることも可能である。前述したように本実施例のロボットハンド１００では、第１ローター１５０に対する第１出力部材１４４の減速比よりも、第２ローター１７０に対する第２出力部材１６４の減速比が大きく設定されているので、第１ユニット１４０よりも第２ユニット１６０のバックラッシュが大きく、その影響が出やすい傾向にある。そこで、第２ユニット１６０の第２出力部材１６４の回転とは逆方向に第１ユニット１４０の第１出力部材１４４を回転させて第２出力部材１６４に逆方向のトルクを与えて（予圧を与えて）おけば、第２ユニット１６０のバックラッシュの影響を低減することができる。特に、第２ユニット１６０の駆動により可動体１８０を回転させる場合には、バックラッシュの影響の低減によって駆動精度を高めることができるので、有効である。
【００５５】
また、図８に示した状態から可動体１８０（第１出力部材１４４）及び第２出力部材１６４を共に第２回転方向（可動体１８０の先端側が挟持部１２０から離れる方向）に回転させれば、対象物Ｗを離す際にも、第１ユニット１４０の駆動力に第２ユニット１６０の駆動力を加えて補助することができる。
【００５６】
以下では、上述した本実施例のロボットハンド１００の変形例について説明する。尚、変形例の説明にあたっては、上述の実施例と同様の構成部分については、先に説明した実施例と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５７】
図９は、第１変形例の可動体１８０の当接部１８６と第２出力部材１６４の凸部１６６とが当接する部分を拡大して示した説明図である。図示されるように、第１変形例の当接部１８６には、凸部１６６が当接する部分に緩衝バネ１８８が設けられている。このようにすれば、凸部１６６が当接部１８６に当接（衝突）する際の衝撃が緩衝バネ１８８によって緩和されるので、当接部１８６や凸部１６６の破損を抑制することができる。
【００５８】
また、可動体１８０の当接部１８６に第２出力部材１６４の凸部１６６が当接した状態では、可動体１８０の位置（回動角度）がわずかな変化に応じて緩衝バネ１８８が変形するので、当接部１８６と凸部１６６との接触・押圧状態を維持できる。従って、対象物に対する可動体１８０の把持力が微妙に変化しても、当接部１８６に押圧力を与えられるので把持が安定すると共に、その都度第２圧電モーター２００ｂの駆動により第２出力部材１６４を回動させなくても良いので省電力化にも効果がある。
【００５９】
尚、第１変形例の緩衝バネ１８８は、本発明の「緩衝部」に相当している。また、このように衝撃を吸収することができるものであれば、バネに限定されず、ゴム等の弾性部材であってもよい。加えて、緩衝バネ１８８や弾性部材は、当接部１８６の片側だけでなく、両側に設けておいてもよい。さらに、緩衝バネ１８８や弾性部材を、当接部１８６側ではなく、凸部１６６側に設置することとしてもよい。
【００６０】
図１０は、第２変形例の可動体１８０の当接部１８６と第２出力部材１６４の凸部１６６とが当接する部分を拡大して示した説明図である。図示されるように、第２変形例の第２回動軸１６２は、第１回動軸１４２の軸方向ではなく、第１回動軸１４２に対して片側（図中の左側）に移動させて設けられている。図中の一点鎖線は、第２出力部材１６４が回動したときの凸部１６６の軌道を表しており、第２回動軸１６２を移動させたのに伴い、凸部１６６の軌道も第１回動軸１４２に対して第２回動軸１６２の移動方向にシフトしている。そのため、第２回動軸１６２が移動した側（図中の左側）で凸部１６６が当接部１８６に当接する場合には、その反対側（図中の右側）で凸部１６６が当接部１８６に当接する場合に比べて、凸部１６６と当接部１８６との当接点（力点）が第１回動軸１４２（支点）から遠くなる。そこで、可動体１８０の先端側（指先部１８４）が対象物Ｗを把持する位置（力を必要とする位置）の方向に第２回動軸１６２を移動させて凸部１６６と当接部１８６との当接点を第１回動軸１４２から離しておくことにより、第１ユニット１４０の駆動に加えて第２ユニット１６０を駆動して力を補助する場合における把持力（対象物Ｗに対する押圧力）を一層高めることができる。
【００６１】
図１１は、実施例や変形例のロボットハンド１００をアーム３００の先端に搭載したロボット４００の構成を例示した説明図である。このようなロボット４００であれば、ロボットハンド１００の指部１３０を用いて対象物を把持する際に、第１ユニット１４０の駆動に加えて第２ユニット１６０を駆動することで必要に応じて把持力（対象物に対する押圧力）を補助することができる。
【００６２】
また、前述した実施例あるいは変形例のロボットハンド１００の構成は、ロボットハンド１００の他にも、対象物を動かすアクチュエータに適用することが可能である。ここで、本明細書中で「アクチュエータ」とは、回動駆動機構を含んで対象物に対して力を加えることが可能な装置を意味するものとする。
【００６３】
図１２は、本発明のアクチュエータをゲーム機に応用した例を示した説明図である。図１２（ａ）には、一般にピンボールと呼ばれるゲーム機６００の全体図が示されている。ゲーム機６００には、傾斜した盤面であるゲーム領域６０２が設けられており、ゲーム領域６０２の図中右端の発射レーン６０３を通ってゲーム領域６０２の上部に向けて打ち出されたボール６０６がゲーム領域６０２を転がり落ちるようになっている。ゲーム領域６０２の下部には、転がり落ちてくるボール６０６を上方に向かって打ち返すためのフリッパー６０８が設けられており、このフリッパー６０８で打ち返したボール６０６を、ゲーム領域６０２に複数設けられたターゲット６０４に当てて得点を重ねるゲームを行う。図示したゲーム機６００では、このフリッパー６０８として本発明のアクチュエータ５００が採用されている。
【００６４】
図１２（ｂ）には、フリッパー６０８（アクチュエータ５００）の拡大図が示されている。図示したフリッパー６０８の構成は、基本的には、前述した実施例のロボットハンド１００と同様である。すなわち、フリッパー６０８は、第１ユニット５４０と第２ユニット５６０とを重ね合せて構成されている。第１ユニット５４０には、第１回動軸５４２を中心として回動可能な図示しない第１出力部材５４４が設けられており、第１出力部材５４４に可動体５８０が固定されている。この可動体５８０は、第２ユニット５６０に向いた側の面から立設された当接部５８６を有している。一方、第２ユニット５６０には、第２回動軸５６２を中心として回動可能な円板形状の第２出力部材５６４が設けられている。この第２出力部材５６４は、第１ユニット１４０に向いた側の面から突設された凸部５６６を有している。そして、第２回動軸５６２が第１回動軸５４２の軸方向に配置されるように、第１ユニット５４０と第２ユニット５６０とを重ね合せている。また、可動体５８０が取り付けられた第１出力部材５４４の回動角度に対して第２出力部材５６４の回動角度が所定の角度になると、可動体５８０の当接部５８６に第２出力部材５６４の凸部５６６が当接するように当接部５８６及び凸部５６６が配置されている。
【００６５】
このようなフリッパー６０８では、第１ユニット５４０に内蔵の図示しない第１圧電モーターの駆動により可動体５８０（第１出力部材５４４）を第１回転方向（可動体５８０の先端側をゲーム領域６０２の上部に向ける方向）に回転させると、ボール６０６を上方に向かって打ち返すことができる。また、可動体５８０の当接部５８６に第２出力部材５６４の凸部５６６を当接させた状態で、第１圧電モーターの駆動に加えて、第２ユニット５６０に内蔵の図示しない第２圧電モーターの駆動により第２出力部材５６４を可動体５８０と同じく第１回転方向に回転させると、第２出力部材５６４のトルクが可動体５８０に伝わるので、可動体５８０がボール６０６を打ち返す力を補助することができる。そのため、例えば、通常よりも重い特別なボール６０６を打ち返したり、同じ重さのボール６０６をより強力に打ち返したりする（より高い位置までボール６０６を到達させる）ことが可能となる。
【００６６】
図１３は、対象物の分別システムに本発明のアクチュエータを応用した例を示した説明図である。図１３に示すように分別システム７００は、形状や重さの異なる様々な対象物Ｗを載せて運ぶベルトコンベヤ７０２を備え、白抜きの矢印で示すように図中の上方から下方へと対象物Ｗを運ぶ。尚、図中のハッチングを付した対象物Ｗは、ハッチングを付していない対象物Ｗよりも重いことを表している。また、ベルトコンベヤ７０２で運ばれる対象物Ｗを形状に基づいて振り分ける振分装置７０４を備えており、この振分装置７０４として本発明のアクチュエータ５００が採用されている。
【００６７】
図１３に示した振分装置７０４（アクチュエータ５００）の構成は、図１２（ｂ）に示したアクチュエータ５００と同様である。このような振分装置７０４では、第１ユニット５４０に内蔵の図示しない第１圧電モーターの駆動により可動体５８０を第１回転方向（図中の右回り）に回転させると、ベルトコンベヤ７０２で運ばれてくる対象物Ｗを押して図中右側に寄せることができる。また、これとは逆に、可動体５８０を第２回転方向（図中の左回り）に回転させると、対象物Ｗを押して図中左側に寄せることができる。
【００６８】
また、第１圧電モーターの駆動に加えて、第２ユニット５６０に内蔵の図示しない第２圧電モーターの駆動により第２出力部材５６４を可動体５８０と同じ方向に回転させ、可動体５８０の当接部５８６に第２出力部材５６４の凸部５６６を当接させると、第２出力部材５６４のトルクが可動体５８０に伝わるので、可動体５８０が対象物Ｗを押す力を補助することができる。その結果、重い対象物Ｗが運ばれてきた場合でも左右に振り分けることが可能となる。
【００６９】
以上、本発明のロボットハンド、ロボット、及びアクチュエータについて説明したが、本発明は上記の実施例や変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。
【００７０】
例えば、前述した実施例のロボットハンド１００では、挟持部１２０と指部１３０との間で対象物を把持する構成としていたが、指部１３０を複数備えることとして、２つの指部１３０の間で対象物を把持する構成としてもよい。この場合は、各々の指部１３０で第１ユニット１４０の駆動力に第２ユニット１６０の駆動力を加えて補助することにより、さらに大きな把持力を発生させることができる。また、挟持部１２０は、ロボットハンド１００とは別体に設けておくこととして、指部１３０を１つだけ備えたロボットハンド１００としてもよい。
【００７１】
また、前述した実施例のロボットハンド１００では、第１ユニット１４０と第２ユニット１６０とで構成が異なっていたが、第２ユニット１６０の構成を第１ユニット１４０と同様の構成として、第２ローター１７０に対する第２出力部材１６４の減速比を、第１ローター１５０に対する第１出力部材１４４の減速比と同じにしてもよい。この場合には、第２出力部材１６４の回動速度が第１出力部材１４４の回動速度と同じになり、第１出力部材１４４と第２出力部材１６４とを一体に回動させることができるので、第１ユニット１４０の駆動力に第２ユニット１６０の駆動力を加えて補助しながら可動体１８０を回動させることが可能となる。
【００７２】
また、前述した実施例のロボットハンド１００では、可動体１８０を回動させて対象物を把持する回動型の把持機構について説明したが、把持機構は回動型に限られるわけではなく、可動体１８０を直進（並進）移動させて対象物を把持する直動型の把持機構に本発明を適用することも可能である。例えば、第１ユニット１４０には、当接部５８６を有する可動体１８０を直進移動可能に設けるのに対して、第２ユニット１６０には、凸部１６６を有する第２出力部材１６４を回動可能あるいは直進移動可能に設けてもよい。そして、可動体１８０の当接部１８６に第２出力部材１６４の凸部１６６を当接させた状態で第２ユニット１６０を駆動すれば、第１ユニット１４０の駆動力に第２ユニット１６０の駆動力を加えて補助することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１００…ロボットハンド、    １１０…基体、    １２０…挟持部、
１３０…指部、    １４０…第１ユニット、    １４２…第１回動軸、
１４４…第１出力部材、    １５０…第１ローター、    １５２…第１ピニオン、
１６０…第２ユニット、    １６２…第２回動軸、    １６４…第２出力部材、
１６６…凸部、    １７０…第２ローター、    １７２…第２ピニオン、
１７４…減速歯車、    １７６…第３ピニオン、    １８０…可動体、
１８２…固定ビス、    １８４…指先部、    １８６…当接部、
１８８…緩衝バネ、    ２００…圧電モーター、    ２１０…シム板、
２１２…凸部、    ２１４…支持部、    ２２０…表圧電素子、
２２１…裏圧電素子、    ２２２…表電極、    ２２３…裏電極、
３００…アーム、    ４００…ロボット、    ５００…アクチュエータ、
５４０…第１ユニット、    ５４２…第１回動軸、    ５４４…第１出力部材、
５６０…第２ユニット、    ５６２…第２回動軸、    ５６４…第２出力部材、
５６６…凸部、    ５８０…可動体、    ５８６…当接部、
６００…ゲーム機、    ６０２…ゲーム領域、    ６０３…発射レーン、
６０４…ターゲット、    ６０６…ボール、    ６０８…フリッパー、
７００…分別システム、    ７０２…ベルトコンベヤ、    ７０４…振分装置、
Ｗ…対象物
【図１】
2014161997.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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