(57)【要約】【課題】  振動型アクチュエータと接続している電線の断線を検出可能な駆動回路において、消費電力を従来よりも低減する。【解決手段】  振動体の第１の電気−機械エネルギー変換素子１−ａと第２の電気−機械エネルギー変換素子１−ｃとに位相の異なる交流電圧を印加する駆動回路１００であって、波形生成手段３と、交流信号が入力する一次側巻線４０１、第１の二次側巻線４０２及び第２の二次側巻線４０３を有し、第１の二次側巻線の一端と第２の二次側巻線の一端とがセンタータップで接続しているトランス４と、を有し、第１の二次側巻線は第１の電気−機械エネルギー変換素子と並列に接続しており、第２の二次側巻線は第２の電気−機械エネルギー変換素子と並列に接続しており、第１の電気−機械エネルギー変換素子及び第２の電気−機械エネルギー変換素子のそれぞれとセンタータップとの間に接続している電流計測手段１１を有する駆動回路。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体の第１の電気−機械エネルギー変換素子と第２の電気−機械エネルギー変換素子とに位相の異なる交流電圧を印加する駆動回路であって、
交流信号を生成する波形生成手段と、
前記交流信号が入力する一次側巻線、第１の二次側巻線及び第２の二次側巻線を有し、前記第１の二次側巻線の一端と前記第２の二次側巻線の一端とがセンタータップで接続しているトランスと、を有し、
前記第１の二次側巻線は、前記第１の電気−機械エネルギー変換素子と並列に接続しており、
前記第２の二次側巻線は、前記第２の電気−機械エネルギー変換素子と並列に接続しており、
前記第１の電気−機械エネルギー変換素子及び前記第２の電気−機械エネルギー変換素子のそれぞれと前記センタータップとの間に接続している電流計測手段を有する
ことを特徴とする駆動回路。
【請求項２】
前記電流計測手段は、前記第１の電気−機械エネルギー変換素子と前記第２の電気−機械エネルギー変換素子との間に一端が接続しており、他端が前記センタータップと接続している
ことを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項３】
前記電流計測手段は、前記第１の電気−機械エネルギー変換素子及び前記第２の電気−機械エネルギー変換素子のそれぞれと前記電流計測手段とを接続する電線を流れる電流を計測する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動回路。
【請求項４】
第１の二次側巻線及び第２の二次側巻線の少なくとも一方と振動型アクチュエータとの間に並列又は直列に接続している受動素子を有する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の駆動回路。
【請求項５】
前記受動素子との接続を切り替えるスイッチを有する
ことを特徴とする請求項４に記載の駆動回路。
【請求項６】
前記トランスの第１の二次側巻線の巻線数と前記第２の二次側巻線の巻線数とが異なる
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の駆動回路。
【請求項７】
前記第１の二次側巻線と前記一次側巻線との結合係数と、前記第２の二次側巻線と前記一次側巻線との結合係数と、が異なる
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の駆動回路。
【請求項８】
前記第１の二次側巻線と前記一次側巻線との位置関係と、前記第２の二次側巻線と前記一次側巻線との位置関係と、が異なる
ことを特徴とする請求項７に記載の駆動回路。
【請求項９】
前記第１の電気−機械エネルギー変換素子のインピーダンスと、前記第２の電気−機械エネルギー変換素子のインピーダンスとが、異なる
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の駆動回路。
【請求項１０】
前記波形生成手段を第１の波形生成手段、前記一次側巻線を第１の一次側巻線、前記トランスを第１のトランスとすると、
前記振動体は、第３の電気−機械エネルギー変換素子と第４の電気−機械エネルギー変換素子とを有し、
交流信号を生成する第２の波形生成手段と、
前記交流信号が入力する第２の次側巻線と、第３の二次側巻線、及び第４の二次側巻線を有し、前記第３の二次側巻線の一端と前記第４の二次側巻線の一端とがセンタータップで接続しているトランスと、を有し、
前記第３の二次側巻線は、前記第３の電気−機械エネルギー変換素子と並列に接続しており、
前記第４の二次側巻線は、前記第４の電気−機械エネルギー変換素子と並列に接続しており、
前記第１のトランスの前記センタータップと前記第２のトランスの前記センタータップとが接続しており、
前記電流計測手段は、前記第３の電気−機械エネルギー変換素子及び前記第４の電気−機械エネルギー変換素子のそれぞれと前記第２のトランスのセンタータップとの間に接続している
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の駆動回路。
【請求項１１】
前記第３の二次側巻線と前記振動型アクチュエータとの間及び前記第４の二次側巻線と前記振動型アクチュエータとの間の少なくとも一方に並列又は直列に接続している受動素子を有する
ことを特徴とする請求項１０に記載の駆動回路。
【請求項１２】
前記第３の二次側巻線の巻線数と前記第４の二次側巻線の巻線数とが異なる
ことを特徴とする請求項１０に記載の駆動回路。
【請求項１３】
前記第３の二次側巻線と前記一次側巻線との結合係数と、前記第４の二次側巻線と前記一次側巻線との結合係数と、が異なる
ことを特徴とする請求項１０に記載の駆動回路。
【請求項１４】
前記電流計測手段は、抵抗と、前記抵抗の端子電圧を計測する計測手段とを有し、
前記第１の電気−機械エネルギー変換素子及び前記第２の電気−機械エネルギー変換素子と、前記抵抗との間に直列に接続している抵抗素子を有し、
前記抵抗素子は、正の温度特性を有する
ことを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の駆動回路。
【請求項１５】
前記電流計測手段の計測結果に基づいて、前記駆動回路の状態を判定する判定手段を有する
ことを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の駆動回路。
【請求項１６】
前記判定手段が前記駆動回路又は前記振動体が故障していると判定した場合は、前記波形生成手段の出力を停止する
ことを特徴とする請求項１５に記載の駆動回路。
【請求項１７】
前記判定手段が前記駆動回路又は前記振動体が故障していると判定した場合に、故障情報を出力する出力手段を有する
ことを特徴とする請求項１５に記載の駆動回路。
【請求項１８】
前記第１の電気−機械エネルギー変換素子と前記第２の電気−機械エネルギー変換素子とに１８０°位相が異なる交流電圧を印加する
ことを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載の駆動回路。
【請求項１９】
前記振動体と、
前記振動体の前記第１の電気−機械エネルギー変換素子と前記第２の電気−機械エネルギー変換素子とに位相の異なる交流電圧を印加する請求項１から１８のいずれか一項に記載の駆動回路と、を有する
ことを特徴とする振動型アクチュエータ。
【請求項２０】
請求項１９に記載の振動型アクチュエータと、
前記振動型アクチュエータの前記振動体に励起された振動波により駆動する被駆動体と、を有する
ことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動回路、これを有する振動型アクチュエータ及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動型アクチュエータは、圧電素子又は電歪素子等の電気−機械エネルギー変換手段に交番電圧を印加することによって、電気−機械エネルギー変換手段に高周波振動を発生させ、その振動エネルギーを連続的な機械運動として取り出すものである。振動型アクチュエータは、軽量化のためにコントローラと離して置かれて使用することがある。この場合、振動型アクチュエータとコントローラとは、屈曲する長いケーブルで接続されるため、ケーブルが断線する恐れがあり、振動型アクチュエータの状況のモニタ及び適切な処置を行う技術が必要となる。
【０００３】
ケーブルの断線を検出する方法としては、電流の大きさを検出する技術がある。この方法では、振動型アクチュエータの駆動中に、負荷に流入する電流を計測し、電流の大きさが所定の範囲内かどうか確認することによって、配線経路の断線やショート等の故障の有無を検出している。電流を検出する方法としては、振動型アクチュエータと直列に抵抗を接続し、その端子電圧から計測する方法や公知のカレントトランスを用いる方法がある。
【０００４】
特許文献１には、電流計測用の抵抗を電力増幅回路と圧電体との間に圧電体と直列に接続し、常に圧電体に流入する電流を計測して、振動型アクチュエータの異常な振動による異常な電流を計測する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３０３７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法では、振動型アクチュエータの駆動電流を抵抗で計測しているので、駆動中に常に電流計測用抵抗による電力消費がある。そのため、電力の使用効率が低下し、全体の消費電力が増加する。また、全ての駆動用電線の断線やショート等の故障を検出するには、全電流が合成されて流れる経路に抵抗を直列に挿入するか全ての駆動用電線に抵抗を挿入する必要があり、さらに消費電力が増加してしまう。
【０００７】
本発明は上記課題を鑑みてなされたもので、振動型アクチュエータと接続している駆動用電線の断線等の故障を検出可能な駆動回路において、消費電力を従来よりも低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての駆動回路は、振動体の第１の電気−機械エネルギー変換素子及び第２の電気−機械エネルギー変換素子に位相の異なる交流電圧を印加する駆動回路であって、交流信号を生成する波形生成手段と、前記交流信号が入力する一次側巻線、第１の二次側巻線及び第２の二次側巻線を有し、前記第１の二次側巻線の一端と前記第２の二次側巻線の一端とがセンタータップで接続しているトランスと、を有し、前記第１の二次側巻線は、前記第１の電気−機械エネルギー変換素子と並列に接続しており、前記第２の二次側巻線は、前記第２の電気−機械エネルギー変換素子と並列に接続しており、前記第１の電気−機械エネルギー変換素子及び前記第２の電気−機械エネルギー変換素子のそれぞれと前記センタータップとの間に接続している電流計測手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一側面としての駆動回路によれば、振動型アクチュエータと接続している駆動用電線の断線等の故障を検出可能な駆動回路において、消費電力を従来よりも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態の駆動回路の構成を示す模式図。
【図２】振動型アクチュエータの振動体付近の構成を説明する模式図。
【図３】電気−機械エネルギー変換手段の電極構成と駆動回路との接続関係を説明する模式図。
【図４】交流電圧Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２の波形の一例を示す模式図。
【図５】故障検知手段の回路の構成の一例を示す模式図。
【図６】第２の実施形態の駆動回路の構成を示す模式図。
【図７】トランスの構成の一例を説明する模式図。
【図８】第３の実施形態の駆動回路の構成を示す模式図。
【図９】第４の実施形態の駆動回路の構成を示す模式図。
【図１０】振動型アクチュエータの構成の別の一例を示す模式図。
【図１１】振動型アクチュエータを有するロボットアームの構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
本実施形態の駆動回路１００について説明する。駆動回路１００は、１８０°位相の異なる２相の交流電圧を振動体２０の電気−機械エネルギー変換手段１に印加して、振動体２０を駆動する駆動回路である。
【００１２】
［振動型アクチュエータの構成］
本実施形態の振動型アクチュエータ１５０は、加振用の電気−機械エネルギー変換手段１を有する振動体２０と、駆動回路１００とを有する。
【００１３】
［振動体の構成］
まず、振動型アクチュエータ１５０の振動体２０の構成について、図２を参照して説明する。図２は、振動体２０付近の構成を説明する模式図である。振動体２０は、電気−機械エネルギー変換手段１と弾性体２０１と摩擦材２０２とを有する。
【００１４】
電気−機械エネルギー変換手段１は、圧電素子又は電歪素子、磁歪素子等の種々の加振デバイスを利用することが可能である。本実施形態では、電気−機械エネルギー変換手段１として、一般的に多く利用される圧電素子を用いる。そのため、以降の説明では、圧電素子を「圧電素子１」と記載することがある。
【００１５】
圧電素子１は、金属又はセラミック製の弾性体２０１に接着されており、圧電素子１に交流電圧を印加することで弾性体２０１に振動が励起される。振動体２０は、ロータ２０３との接触部に摩擦材２０２が配置されており、摩擦材２０２を介してロータ２０３に不図示の加圧手段で一定の圧力で押圧されている。
【００１６】
ロータ２０３は、外部に回転力を取り出すための回転軸２０４が中心に固定されている被駆動体である。ロータ２０３を相対駆動する際には、弾性体２０１にはロータ２０３を駆動する方向と逆方向に波頭が移動する曲げ振動（進行波）が形成され、摩擦材２０２とロータ２０３との接触部には楕円振動が形成される。
【００１７】
圧電素子１は、複数の電気−機械エネルギー変換素子１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄを有する。圧電素子１の構成について、図３を参照して説明する。図３は、圧電素子１の電極構成と、駆動回路１００で生成される交流駆動電圧Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２との接続関係を説明する模式図である。圧電素子１は、１枚の中空の円環状の板であり、一方の面は２４個の電極区画に等分割され、他方の面は全面が一枚の電極として構成されている。なお、以降の説明では、圧電素子１のうち、２４個の電極区画を有する面を表面、表面と対向する面を裏面と呼ぶ。
【００１８】
２４個の電極区画と裏面との間はあらかじめ分極されており、表面と裏面との電極間に電圧を印加することで圧電素子に歪が発生するように構成されている。また、表面の電極は周上に３つおきに電気的に接続され、電極群１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄを構成している。この電極群１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄは、回路上の説明では電気−機械エネルギー変換素子１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄとして示される。すなわち、圧電素子１は、複数の電気−機械エネルギー変換素子１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄを有する。なお、以降の説明では、電気−機械エネルギー変換素子１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄを、圧電素子１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄと記載する。
【００１９】
圧電素子１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄは通常、電極上に接着される不図示のフレキシブルケーブルによって電極間が接続されている。各圧電素子１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄには、図４に示した互いに位相の異なる４相の交流電圧Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２が印加される。圧電素子１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄの全ての電極に交流電圧が印加されると円環状の振動体２０にほぼ等間隔に円環面に垂直の方向に６つの波からなる曲げ振動が形成される。駆動電圧としての交流電圧Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２の各波形は、９０°ずつ位相のずれた正弦波となっている。このような位相のずれた交流電圧を加えると、振動体２０上には６波の曲げ振動が波形を保ちつつ円環の円周に沿って移動する進行性の振動波が形成される。この際、振動体２０に設けられた周上に分布する突起上の摩擦材２０２とロータ２０３との接触部には、進行性の振動波の移動方向とは逆方向に接線力を発生する楕円振動が形成され、摩擦材２０２とロータ２０３との間に相対的な駆動力が発生する。また、駆動電圧Ｂ１とＢ２を入れ替えると進行性の振動波の進行方向が反転し、逆方向の駆動力を発生する。
【００２０】
弾性体２０１には、材質や形状で決まる固有の振動モードがあり、６波の曲げ振動を形成する振動モードには振動しやすい固有の振動数がある。そのため、圧電素子１に印加する交流電圧の周波数をこの固有の振動数（共振周波数）に近付けることで、この振動を効率良く励振することができる。
【００２１】
［駆動回路１００の構成］
本実施形態の駆動回路１００について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態の駆動回路１００の構成を説明するブロック図である。
【００２２】
駆動回路１００は、１８０°位相の異なる２相の交流電圧を発生する回路であり、振動型アクチュエータ１５０の振動体２０に交流電圧を印加する。駆動回路１００は、ケーブル２、発振手段（波形生成手段）３、トランス４、電力増幅手段５、ＣＰＵ（制御手段）６、電線７、電流計測手段１１、及び故障検知手段（判定手段）１０を有する。
【００２３】
発振手段３は、所望の周波数及び電圧振幅の正弦波信号を出力する。発振手段３からの出力信号である正弦波信号は、電力増幅手段５で増幅され、トランス４に入力する。
【００２４】
トランス４は、一次側巻線４０１、第１の二次側巻線４０２、第２の二次側巻線４０３、及び第１の二次側巻線４０２の一端と第２の二次側巻線４０３の一端とが接続しているセンタータップ、を有する。電力増幅手段５の出力信号が一次側巻線４０１に入力すると、センタータップの両側の端子、すなわち第１の二次側巻線４０２と第２の二次側巻線４０３から１８０°位相の異なる２相の交流駆動電圧Ａ１、Ａ２を出力する。
【００２５】
トランス４からの出力信号は、ケーブル２を介して、トランス４の二次側巻線４０２、４０３と並列に接続している第１の圧電素子１−ａ及び第２の圧電素子１−ｃに送られる。ケーブル２は、ツイストペアケーブルとなっており、ペアとなる電線には互いに同じ大きさの逆位相の電流が流れ、互いの磁気放射をキャンセルする構成となっていることが好ましい。
【００２６】
トランス４のセンタータップと第１及び第２の圧電素子１−ａ、１−ｃの不図示の裏面電極（圧電素子１の裏面の電極）とが、電線７を介して電流計測手段１１の抵抗８と接続されている。
【００２７】
ＣＰＵ６は、公知のＣＰＵを用いることができ、不図示の指令手段からの動作指令に応じて発振手段３の出力する正弦波信号の電圧振幅と周波数を設定する制御手段である。
【００２８】
電流計測手段１１は、センタータップを流れる電流、すなわち、電線７に流れる電流を計測する手段で、一端が第１の圧電素子１−ａ及び第２の圧電素子１−ｃとの間に接続しており、他端がトランス４のセンタータップと接続している。
【００２９】
電流計測手段１１は、抵抗８と、差動増幅器９とを有し、差動増幅器９で抵抗８の両端の電位差を計測する。抵抗８は、安価で小さく使い勝手がよいが、電流を計測する手法は、公知のカレントトランスを使う等の他の方法でもよい。カレントトランスは、抵抗と比較してサイズが大きく、またコストが高い恐れがある。しかし、本実施形態の駆動回路１００では、電流計測手段１１を１つ設ければ複数のケーブルの故障を検知できるため、従来よりも回路の小型化及び低コスト化できると期待できる。
【００３０】
差動増幅器９の計測結果である出力電圧は、故障検知手段１０に入力される。故障検知手段１０は、差動増幅器９の計測結果が所定の範囲を超えたかどうかで故障を判定する判定手段で、故障と判定した場合には、発振手段３の出力をＯＦＦにする。また、故障検知手段１０は、故障の部位や故障の種類に関わる故障情報をＣＰＵ６に入力する。
【００３１】
なお、駆動回路１００は、第１及び第２の圧電素子１−ａ、１−ｃへの交流電圧の生成回路として用いているが、同様の駆動回路をもう１セット用意することで、圧電素子１−ｂ、１−ｄへの交流電圧を生成することができる。その際には、発振手段３に相当する発振手段は出力する正弦波の位相を発振手段３の出力する正弦波に対して９０°位相差を持つよう設定する。
【００３２】
［故障検出］
次に、故障が発生している場合の、電線７に流れる電流の振る舞いについて説明する。駆動回路１００では、トランス４のセンタータップを流れる電流、すなわち電線７を流れる電流を計測することにより、故障の検知を行う。電流７を流れる電流の振る舞いについて、正常な場合、第１の圧電素子１−ａへのケーブルが断線した場合、第１の圧電素子１−ａがショートした場合、電線７が断線した場合のそれぞれについて説明する。
【００３３】
・正常な場合
まず、トランス４の２つの二次側巻線４０２、４０３が理想的に完全に対称に製造されており、第１及び第２の圧電素子１−ａ、１−ｃも完全に同じ特性であると仮定する。また、トランス４と第１及び第２の圧電素子１−ａ、１−ｃのそれぞれとを接続するケーブル２の各電線及び不図示のコネクタの各接続ピンの接触抵抗等も同じ特性とする。その場合、第１の圧電素子１−ａに流れる電流と第２の圧電素子１−ｃに流れる電流とは、同じ大きさで逆相となる。したがって、正常な場合は、理想的な状態では電線７には電流が流れない。
【００３４】
しかし、実際には第１及び第２の圧電素子１−ａ、１−ｃ及びトランス４には、その厚さや電極面積には製造誤差があり、電流７には一定のオフセット的な交流電流が流れる。また、振動型アクチュエータ１５０の駆動中にはロータ２０３と振動体２０間の面圧のムラに応じてロータ２０３の回転と共に第１及び第２の圧電素子１−ａ、１−ｃのそれぞれの機械的インピーダンスが動的に変化するため、流入電流の大きさも動的に変化する。したがって、差動増幅器９によってわずかではあるが電流が検出される。
【００３５】
・第１の圧電素子１−ａへのケーブルが断線した場合
第１の圧電素子１−ａとトランス４間のケーブルが断線すると、第２の圧電素子１−ｃに流れていた電流は行き場が無くなり電線７に流れるようになる。その電流は、正常な状態で流れるわずかな電流と比較して大きい。その結果、抵抗８の両端には大きな電位差が発生し、差動増幅器９の出力電圧は正常な場合の電圧より大きな値となる。
【００３６】
・第１の圧電素子１−ａがショートした場合
第１の圧電素子１−ａがショートすると、第１の圧電素子１−ａのインピーダンスが０になり、ショートした部分にはそれまで流れていた電流より大きな電流が流れる。すると第２の圧電素子１−ｃに流れていた電流よりショートした部分に流れる電流の方が大きくなり、行き場を失った電流が電線７に流れる。その結果、抵抗８の両端にはケーブルが断線した場合より更に大きな電位差が発生し、差動増幅器９の出力電圧もケーブルが断線した場合より大きな値となる。
【００３７】
・電線７が断線した場合
電線７が断線すると、抵抗８にほとんど電流が流れなくなる。電線７が断線していても、ケーブル２と電線７との静電結合による電流が抵抗８に若干流れるが、通常は上述の駆動回路が正常な場合の電流より少ない電流であり、差動増幅器９の出力電圧は正常時より小さな値となる。
【００３８】
このように、電流７を流れる電流の大きさは駆動回路の状態によって異なり、（電線７の断線）＜（正常時）＜（ケーブル２の断線（１本））＜（圧電素子のショート）の順になる。そのため、閾値を適切に定めることで故障を検出することができる。なお、ケーブル２の電線が２本とも断線した場合には電線７の断線と同じ減少が検出される。
【００３９】
このような判定手法は、駆動回路の故障時に供給電力を停止する等のハード的な安全手段の構築に適しており、故障検知手段１０は公知のコンパレータ等によって電流値の範囲を判定し発振手段３の動作を制御している。
【００４０】
図５は、故障検知手段１０の回路例を示す図である。故障検知手段１０は、振幅検出手段１５、コンパレータ１６、１７、１８、及び論理ＯＲ素子１９を有する。振幅検出手段１５は、差動増幅器９の出力する電流信号Ｃｉｎを入力して振幅を出力する。
【００４１】
コンパレータ１６、１７、１８のそれぞれは、公知のコンパレータで、振幅検出手段１５の出力電圧と抵抗分圧によって設定された所定の値とを比較する。コンパレータ１６は、断線した時の電流より大きな電流であることを検出しており、信号Ｓ１が論理値１の場合はショートしたことを示す。コンパレータ１７は、正常時の電流より大きな電流であることを検出しており、信号Ｓ２が論理値１の場合は断線又はショートしたことを示す。コンパレータ１８は、正常時の電流より小さな電流であることを検出しており、信号Ｓ３が論理値１の場合は電線７が断線したことを示す。論理ＯＲ素子１９は、公知の３入力の論理ＯＲ素子を用いることができ、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の少なくとも１つが論理値１の場合に論理値１のＳＴＯＰ信号を出力し、発振手段３をＯＦＦするよう動作する。また信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３はＣＰＵ６に入力され、故障の位置等の故障情報がＣＰＵ６に送られる。
【００４２】
このように、本実施形態の駆動回路は、駆動回路の故障の有無を評価することができる。駆動回路の故障の有無の評価は、振動型アクチュエータの駆動中に断線やショートが発生した場合に、それを検出する手段として用いることができる。それに限らず、振動型アクチュエータを駆動する前に、駆動回路１００によってケーブルや圧電素子に故障の有無を評価してから、振動型アクチュエータを駆動してもよい。
【００４３】
例えば、ＣＰＵ６は、振動型アクチュエータのロータ２０３を回転させない程度の電圧振幅を発振手段３に指令し（第１のステップ）、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３から故障の有無を確認する（第２のステップ）。続いて、ＣＰＵ６は、故障が無い場合には通常駆動を行い、故障が有る場合には駆動を停止する（第３のステップ）。このような方法を用いれば、ショート時に流れる電流を少なくできるため、回路への負担が少ない。
【００４４】
その他の例としては、通常の電圧振幅を発振手段３に指令すると共に、振動体１の固有モードの共振周波数から十分離れた周波数を発振手段３に指令する方法もある。
【００４５】
ＣＰＵ６は、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を受けて、不図示の指令手段や操作者に対して故障の有無や故障の位置等の情報を知らせることができる。例えば信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の論理値をそのまま不図示の指令手段に送信したり、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の状態を公知のＬＥＤ等の表示デバイスで操作者に知らせることもできる。
【００４６】
このように、本実施形態の駆動回路１００は、トランス４と第１及び第２の電気−機械エネルギー変換素子１−ａ、１−ｃとの間に接続されている電流計測手段１１を有する。この電流計測手段１１を用いて、トランス４の２つの二次側巻線４０２、４０３のそれぞれの一端を接続したセンタータップを流れる電流を計測する、すなわち、電線７を流れる電流を計測する。そして、電流計測手段１１の計測結果を用いて故障の有無を判定することにより、正常時には電線７を流れる電流を従来よりも小さくすることができる。その結果、駆動回路１００によれば、振動型アクチュエータと接続している駆動用電線の断線及び圧電素子のショート等の振動型アクチュエータの故障を検知可能な駆動回路において、消費電力を従来よりも低減することができる。
【００４７】
また、電流計測手段１１を１つ設ければ複数のケーブルの故障を検知できるため、回路規模の小型化及び低コスト化に貢献できる。
【００４８】
さらに、断線やショートによる故障の際には、正常時よりも大きな電流が流れるため、容易に故障の判定を行うことができる。
【００４９】
駆動回路１００によれば、故障の原因に応じて電流計測手段１１で検知される値が異なるため、駆動回路１００における計測結果から、ＣＰＵ６等で故障の位置等を取得することができる。ＣＰＵ６は、駆動回路１００での計測結果を用いて、ユーザに故障の有無及び故障の位置等の情報を知らせたり、振動型アクチュエータの動作を停止したり等の処置を行うことができる。
【００５０】
［第２の実施形態］
本実施形態の駆動回路６００について、図６を参照して説明する。図６は本実施形態の駆動回路６００の構成を説明するブロック図である。なお、第１の実施形態と同じ構成については、図６において同じ付番を付し、詳細な説明は省略する。
【００５１】
［駆動回路６００の構成］
第１の実施形態の駆動回路１００は、第１及び第２の圧電素子１−ａ、１−ｃに交流電圧を印加する回路であった。それに対し、本実施形態の駆動回路６００は、振動型アクチュエータの圧電素子１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄのそれぞれと接続しており、振動型アクチュエータを４相の交流駆動電圧で駆動する。
【００５２】
駆動回路６００は、第１の実施形態の駆動回路１００と同様、第１の発振手段３、第１の増幅手段５、第１のトランス４、第１のケーブル２、電線７、電流計測手段１１、故障検知手段１０及びＣＰＵ６を有する。さらに駆動回路６００は、第２の発振手段２３、第２の増幅手段２５、第２のトランス２４、及び第２のケーブル２２を有する。
【００５３】
駆動回路６００は、センタータップを有する２つのトランス４、２４で４相の交流駆動電圧を出力する構成となっている。駆動回路６００は、振動型アクチュエータの圧電素子１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄに９０°ずつ位相のずれた４相の交流駆動電圧Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２をそれぞれに印加する。ＣＰＵ６は、不図示の指令手段からの駆動指令に基づいて、第１及び第２の発振手段３、２３の電圧振幅、周波数、４相信号間の位相差を設定する。
【００５４】
第１及び第２の発振手段３、２３には、ＣＰＵ６によるパラメータ設定以外に、緊急時に出力をＯＦＦするための入力が設けられている。このような構成にすることにより、トランス４、２４のそれぞれのセンタータップに流れる電流の値、すなわち電線７を流れる電流の値から故障の有無を判定し、故障時に強制的に発振手段３の出力をＯＦＦすることができる。電流が所定の範囲を超えたことを判定できればよいため、ＣＰＵ６を用いずに、比較的容易な構成で故障を判定することができる。
【００５５】
次に、図６の各部の機能について説明する。
【００５６】
圧電素子１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄは、図３に示す円環状の電極構造で裏面が不図示の共通電極となっている。このような構成の電気−機械エネルギー変換手段１を回路図上で表すと、１点で結合された裏面の共通電極を中心として４つの圧電素子１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄが放射状に接続された構成で示される。
【００５７】
第２の発振手段２３は、交流信号を出力し、その交流信号は第２の増幅手段２５で増幅される。増幅された交流信号は、第２のトランス２４の一次側巻線に入力する。第２のトランス２４は、第１のトランス４と同様に、一次側巻線２４１と、第３の二次側巻線２４２と、第４の二次側巻線２４３と、を有し、第３の二次側巻線２４２と第４の二次側巻線２４３とはセンタータップで接続されている。第３の二次側巻線２４２は第３の圧電素子１−ｂと並列に接続しており、第４の二次側巻線２４３は第４の圧電素子１−ｄと並列に接続している。
【００５８】
電流計測手段１１は、第１及び第２のトランス４、２４のそれぞれの二次側のセンタータップ及び第１〜第４の圧電素子１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄのそれぞれと、電線７を介して接続している。
【００５９】
すなわち、各圧電素子１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄには、ケーブル２、２２及び電線７が接続されている。ケーブル２、２２及び電線７は、二次側にセンタータップを持つ第１及び第２のトランス４、２４の二次側巻線と接続している。通常、ケーブル２、２２のそれぞれはツイストペアケーブルとなっており、ペアとなる電線には互いに同じ大きさの逆位相の電流が流れ、互いの磁気放射をキャンセルする構成となっている。
【００６０】
トランス４、２４の出力する交流電圧Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２は、振動型アクチュエータの通常駆動時には図４に示すように９０°ずつ位相の異なる同じ振幅の正弦波である。ＣＰＵ６は、交流電圧Ａ１、Ａ２と交流電圧Ｂ１、Ｂ２との間の位相差９０°を発振手段３−ｂに設定している。第１及び第２の発振手段３、２３の出力する交流信号は第１及び第２の増幅手段５、２５によって電力増幅され、それぞれ第１及び第２のトランス４、２４の一次側巻線４０１、２４１に入力される。
【００６１】
次に、第１及び第２のトランス４、２４のそれぞれのセンタータップに流れる電流の計測に関わる部分について説明する。電流計測手段１１の構成は、第１の実施形態とほぼ同じ構成であり、抵抗８は電線７に流れる電流を計測し、差動増幅器９で抵抗８の両端の電位差を計測している。抵抗８は安価で小さく使い勝手がよいが、電流計測手法は公知のカレントトランスを使う等の他の方法でもよい。
【００６２】
故障検知手段１０は、差動増幅器９の出力電圧が所定の範囲を超えたかどうかで故障を判定しており、故障した場合に発振手段３、２３の出力をＯＦＦするように構成されている。また、故障検知手段１０は故障の部位や故障の種類に関わる情報をＣＰＵ６に伝えている。
【００６３】
［故障検出］
次に、故障の検出方法について説明する。駆動回路６００では、第１のトランス４のセンタータップ及び第２のトランス２４のセンタータップを流れる電流、すなわち電線７を流れる電流を計測することにより、故障の検知を行う。電流７を流れる電流の振る舞いについて、故障は一度に１箇所と仮定し、正常な場合、電線７が断線した場合、圧電素子１−ａへのケーブルが断線した場合、及び圧電素子１−ａがショートした場合のそれぞれについて順に説明する。
【００６４】
・正常な場合及び電線７が断線した場合
まず第１及び第２のトランス４、２４の二次側巻線４０２、４０３、２４２、２４３が理想的に完全に対称に製造されており、圧電素子１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄも完全に同じ特性であると仮定する。またトランスと圧電素子を接続するケーブル２、２２の各電線及び不図示のコネクタの各接続ピンの接触抵抗等も同じ特性とする。すると圧電素子１−ａと圧電素子１−ｃに流れる電流は同じ大きさで逆相の電流が流れ、圧電素子１−ｂと圧電素子１−ｄにも同じ大きさで逆相の電流が流れる。従って理想的な状態では電線７には電流が流れない。上述したように、理想的な状態になることは実際には稀であり、電線７には正常時に若干の電流が流れる。しかし、一時的に理想的な状態になる可能性はゼロではなく、その場合は、電線７が断線した状態と正常な状態との区別が難しくなる。
【００６５】
そこで本実施形態では、図３に示す様に第４の圧電素子１−ｄの電極数を他の圧電素子の電極数より少なくして電極面積を小さくすることにより、圧電素子１−ｄの等価静電容量を他より小さい値に設定する。このような構成にすることによって、正常な状態でも若干の電流が電線７に流れるため、差動増幅器９の出力する交流電圧の振幅は０より若干大きな値となり、電線７が断線した場合と区別できるようになる。
【００６６】
正常な状態で電線７に電流が流れるようにする方法としては、上述のように電極面積によって圧電素子の等価静電容量を変える方法に限らず、他の方法を用いてもよい。例えば、図７に示すように、トランス４、２４の２つの二次側巻線のバランスを変更する方法を用いることができる。図７は、トランスの巻線の断面模式図である。
【００６７】
トランスは、巻線を巻く為のボビン７０、一次側巻線７１、第１の二次側巻線７２及び第２の二次側巻線７３を有する。ボビン７０の一番内側には一次側巻線７１が巻かれており、その上に不図示の絶縁用の層間テープを巻いてから第１の二次側巻線７２が巻かれている。さらに、第１の二次側巻線７２の上に層間テープが巻かれ、第２の二次側巻線７３が巻かれている。この様な構成のトランスは、一次側巻線７１と第１の二次側巻線７２との位置関係と、一次側巻線７１と第２の二次側巻線７３との位置関係と、が異なる。そのため、２つの二次側巻線７２、７３のそれぞれの抵抗、インダクタンス及び一次側巻線７１との結合係数が異なる値となる。よって、第１の二次側巻線７２を流れる電流と第２の二次側巻線７３を流れる電流との間に差が生じて、正常な状態でも電線７に電流が流れるようになる。
【００６８】
また、第１の二次側巻線７２の巻線数と第２の二次側巻線７３の巻線数とが異なるようにして、２つの二次側巻線７２、７３のそれぞれと一次側巻線との巻線数の比が異なる値とすることにより、バランスを変更してもよい。
【００６９】
・第１の圧電素子１−ａへのケーブルが断線した場合
第１の圧電素子１−ａとトランス４間のケーブルが断線すると、第２の圧電素子１−ｃに流れていた電流の行き場が無くなるため、この電流がこれまでほとんど流れていなかった電線７に流れるようになる。この電流は第４の圧電素子１−ｄの静電容量と他の圧電素子の静電容量との差によって流れるわずかな電流と比較して格段に大きくなる。その結果、抵抗８の両端には大きな電位差が発生し、差動増幅器９の出力電圧は正常な場合の電圧より大きな値となる。
【００７０】
・第１の圧電素子１−ａがショートした場合
第１の圧電素子１−ａがショートした場合、第１の圧電素子１−ａのインピーダンスが０になり、ショートした部分にはそれまで流れていた電流より大きな電流が流れる。すると第２の圧電素子１−ｃに流れていた電流よりショートした部分に流れる電流の方が大きくなり、行き場を失った電流が電線７に流れる。その結果、抵抗８の両端にはケーブルが断線した場合より更に大きな電位差が発生し、差動増幅器９の出力電圧もケーブルが断線した場合より大きな値となる。
【００７１】
従って、電線７に流れる電流の大きさは、（電線７の断線）＜（正常時）＜（ケーブル２又はケーブル２２の断線（１本））＜（圧電素子のショート）となるので、閾値を適切に定めることで故障検知手段１０で故障を検出することができる。なお、ケーブル２、２２の電線が４本とも断線した場合には、電線７の断線と同じ減少が検出される。しかし、第１のケーブル２又は第２のケーブル２２のいずれかの電線が２本とも断線した場合には正常時の電流と比較して差が少ないので検出誤差が発生する恐れがある。
【００７２】
このような検出誤差を低減するためには、第２の圧電素子１−ｃ及び第４の圧電素子１−ｄの等価静電容量を、第１の圧電素子１−ａ及び第３の圧電素子１−ｂの等価静電容量より小さい値とすることが好ましい。つまり、正常な状態では、第１及び第３の圧電素子１−ａ、１−ｂの等価静電容量と、第２及び第４の圧電素子１−ｃ、１−ｄの等価静電容量とが異なる。したがって、電線７には第１の圧電素子１−ａに流れる電流と第２の圧電素子１−ｃに流れる電流との差である差電流Ｉと、第３の圧電素子１−ｂに流れる電流と第４の圧電素子１−ｄに流れる電流との差である差電流ＩＩと、が合成された電流が流れる。
【００７３】
ケーブル２の２本の電線が断線した場合は電線７には差電流ＩＩだけが流れ、ケーブル２２の２本の電線が断線した場合は電線７に差電流Ｉだけが流れる。そのため、正常時の差電流Ｉと差電流ＩＩの和と比較して少ない電流値となる。よって、電線７を流れる電流の大きさは（電線７の断線又はケーブル２、２２の電線の断線（４本））＜（ケーブル２、２２のいずれかの電線の断線（２本）＜（正常時）＜（ケーブル２、２２のいずれかの電線の断線（１本））＜（圧電素子のショート）となる。そのため、閾値を適切に定めることで故障を検出することができる。
【００７４】
なお、上述の説明では、振動型アクチュエータを駆動中に断線やショートが発生した場合を想定して説明したが、通常の駆動の際には、振動型アクチュエータを駆動する前に、ケーブルや圧電素子に故障が無いか評価する動作を行ってもよい。例えば、ＣＰＵ６は、第１及び第２の発振手段３、２３からの交流信号の電圧振幅及び周波数を、通常の起動時の値に設定する。その際、ＣＰＵ６は、ロータ２０３を回転させないために位相差を０°を第２の発振手段２３に指令する（第１のステップ）。そして、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を入力して故障の有無を確認し（第２のステップ）、続いて、故障が無い場合には位相差９０°を発振手段３−ｂに設定して通常の起動動作を行い、故障が有る場合には駆動を停止する（第３のステップ）。また、上述の説明では電圧振幅及び周波数を通常の起動時の値としたが、電圧振幅を通常より小さくしたり、周波数を異なる値としてもよい。
【００７５】
このように、本実施形態の駆動回路６００は、電流計測手段１１の計測結果を用いて故障の有無を判定することにより、正常時に電線７を流れる電流を従来よりも小さくすることができる。その結果、駆動回路６００によれば、振動型アクチュエータと接続している駆動用電線の断線及び圧電素子のショート等の振動型アクチュエータの故障を検知可能な駆動回路において、消費電力を従来よりも低減することができる。
【００７６】
また、電流計測手段１１を１つ設ければ複数のケーブルの故障を検知できるため、回路規模の小型化及び低コスト化に貢献できる。
【００７７】
さらに、断線やショートによる故障の際には、正常時よりも大きな電流が流れるため、容易に故障の判定を行うことができる。
【００７８】
駆動回路６００によれば、故障の原因に応じて電流計測手段１１で検知される値が異なるため、駆動回路６００における計測結果から、ＣＰＵ６等で故障の位置等を取得することができる。ＣＰＵ６は、駆動回路６００での計測結果を用いて、ユーザに故障の有無及び故障の位置等の情報を知らせたり、振動型アクチュエータの動作を停止したり等の処置を行うことができる。
【００７９】
（第３の実施形態）
本実施形態の駆動回路８００について、図８を参照して説明する。図８は、駆動回路８００の構成を説明する模式図である。
【００８０】
駆動回路８００は、正常な状態で電線７に電流が流れるようにする方法として、トランスのセンタータップを挟んだ２つの二次側巻線に接続される負荷のバランスを非対称とする方法を用いる。具体的には、駆動回路８００では、トランス４の二次側巻線のそれぞれに２つの受動素子８１、８２を並列に接続している。受動素子８１、８２は負荷インピーダンスとなる受動素子で、負荷インピーダンスが互いに異なる値の素子を接続することで負荷のバランスを変更することができる。このような構成にすることにより、トランス４の出力電圧のバランスを僅かに変更することができ、正常状態で電線７に電流が流れる構成にすることができる。なお、本実施形態では、トランス４と並列に受動素子８１、８２を接続したが、並列又は直列に接続していればよい。
【００８１】
また、駆動回路８００の変形例として、図８（ｂ）に示したような駆動回路８０１を用いることもできる。図８（ｂ）は、駆動回路９０１の構成の一例を説明するブロック図である。
【００８２】
駆動回路８００では、受動素子８１、８２を用いて負荷インピーダンスを構成し、その値を変えることにより負荷のバランスを非対称にした。それに対し、駆動回路８０１では、受動素子としてインダクタ素子８３、８４を用いて負荷インピーダンスを構成するとともに、スイッチ８５を用いて負荷のバランスが同じである状態と異なる状態とを切り換える。その他の構成は図８（ａ）に示した駆動回路８００と同じ構成なので、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００８３】
図８（ｂ）において、インダクタ素子８３、８４は、駆動回路８００の受動素子８１、８２に相当するインダクタ素子である。ただし、インダクタ素子８３、８４は、上述の受動素子８１、８２と異なり、インダクタ値が同じである。
【００８４】
また、駆動回路８０１はスイッチ８５を有する。スイッチ８５は、ＣＰＵ６によって制御されており、ＯＮ／ＯＦＦを切り換えることができる。スイッチ８５は、インダクタ素子８３、８４とトランス４の二次側巻線とが、並列に接続している状態と接続していない状態とを切り替えることができる。これにより、負荷インピーダンスのバランスが同じである状態と異なる状態とを切り換えることができる。なお、故障検知手段１０が故障の判定に用いる閾値は、スイッチ８５での切り換えに連動して変更することが好ましい。
【００８５】
次に、ＣＰＵ６の動作について説明する。ＣＰＵ６は、振動型アクチュエータの起動時のみ短時間スイッチ８５をＯＦＦにするように制御し、電線７の断線を検知する。電線７が断線していなければ、ＣＰＵ６は、スイッチ８５をＯＮに切り替え、負荷インピーダンスのバランスを同じにしてから振動型アクチュエータを通常駆動する。このような構成にすることにより、負荷インピーダンスのバランスが常に非対称な状態にならず、振動型アクチュエータへの駆動電圧振幅のバランスを常に崩しておかなくてもよい。
【００８６】
なお、上述の駆動回路８０１では、スイッチ８５を振動型アクチュエータの起動時に一定時間ＯＦＦにしていたが、駆動回路８０１の駆動方法は、上述の方法に限定されない。例えば、振動型アクチュエータの通常駆動中に、定期的に短時間だけスイッチ８５をＯＦＦにするよう動作させてもよい。
【００８７】
このように、本実施形態の駆動回路８００、８０１は、電流計測手段１１の計測結果を用いて故障の有無を判定することにより、正常時には電線７を流れる電流を従来よりも小さくすることができる。その結果、駆動回路８００、８０１によれば、振動型アクチュエータと接続している駆動用電線の断線及び圧電素子のショート等の振動型アクチュエータの故障を検知可能な駆動回路において、消費電力を従来よりも低減することができる。
【００８８】
また、断線やショートによる故障の際には、正常時よりも大きな電流が流れるため、容易に故障の判定を行うことができる。
【００８９】
さらに、駆動回路８００、８０１によれば、故障の原因に応じて電流計測手段１１で検知される値が異なるため、駆動回路における計測結果から、ＣＰＵ６等で故障の位置等を取得することができる。ＣＰＵ６は、駆動回路での計測結果を用いて、ユーザに故障を知らせたり、振動型アクチュエータの動作を停止したり等の処置を行うことができる。
【００９０】
本実施形態の駆動回路８００、８０１では、正常動作時に電線７を僅かな電流が流れるように構成することにより、振動型アクチュエータの電線７が断線した状態と正常時とを。より容易に判定することができる。また、駆動回路８０１では、スイッチを設けることによりインピーダンスのバランスを任意のタイミングで変更することができる。そのため、振動型アクチュエータと接続している電線及び駆動回路の故障の有無を判定する場合に、正常時で電線７に電流が流れるようにすることができる。
【００９１】
（第４の実施形態）
本実施形態の駆動回路９００について、図９（ａ）を参照して説明する。図９（ａ）は、駆動回路９００の構成を示すブロック図である。本実施形態では、振動型アクチュエータの駆動回路に、電流計測手段１１の抵抗８を保護する構成を追加するものである。また、負荷インピーダンスのバランスを調整するために、インダクタ値が異なるインダクタ素子９１、９２をトランス４の二次側巻線に直列に接続している。
【００９２】
駆動回路９００はダイオード９３、９４を有する。ダイオード９３、９４は、抵抗８と並列に接続している。このダイオード９３、９４を設けることにより、断線やショートが発生して抵抗８に電流が流れる場合に、抵抗８が焼損しないように保護することができる。
【００９３】
抵抗８を保護する構成はこれに限らず、図９（ｂ）に示した駆動回路９０１のように、正の温度特性を有する抵抗素子９５を、抵抗８に直列に接続してもよい。この結果、圧電素子がショートした際に抵抗８に流れる電流値を低くすることができる。抵抗素子９５としては、例えば公知のＰＴＣサーミスタやポリスイッチ等を利用することができる。
【００９４】
このように、本実施形態の駆動回路９００、９０１は、電流計測手段１１の計測結果を用いて故障の有無を判定することにより、正常時には電線７を流れる電流を従来よりも小さくすることができる。その結果、駆動回路８００、８０１によれば、振動型アクチュエータと接続している駆動用電線の断線及び圧電素子のショート等の振動型アクチュエータの故障を検知可能な駆動回路において、消費電力を従来よりも低減することができる。
【００９５】
また、断線やショートによる故障の際には、正常時よりも大きな電流が流れるため、容易に故障の判定を行うことができる。さらに、電流計測手段１１を保護することができる。
【００９６】
（第５の実施形態）
本実施形態では、振動型アクチュエータを組み込んだ装置であるロボットアーム５４について、図１１を参照して説明する。図１１は、ロボットアーム５４を有するシステムの構成を説明する模式図である。
【００９７】
本実施形態のロボットアーム５４を有するシステムは、コントローラ５０と、ロボットアーム５４と、旋回ベース５９と、ケーブル（電線）６０、６１とを有する。ロボットアーム５４は、振動型アクチュエータの振動体５１、５２、５３と、ハンドユニット５５を有する。振動体５１はロボットアーム５４の関節部に組み込まれており、振動体５２、５３はハンドユニット５５の把持部に組み込まれている。振動体５１、５２、５３に交流電圧が印加されて振動が励起されることにより、ロボットアーム５４の関節部及び把持部が駆動される。
【００９８】
振動体５１、５２、５３のそれぞれは、ケーブル６０、６１でコントローラ５０と接続されており、コントローラ５０によって制御されている。振動体５１、５２、５３のそれぞれの駆動回路は、コントローラ５０に含まれることが好ましい。旋回ベース５９は、ロボットアーム５４の向きを変更する。ハンドユニット５６は、ロボットハンドユニット５５と交換するためのユニットで、用途によって把持機構５７、５８を交換することができる。その際、電気的にはコネクタ６２によってコントローラ５０と接続される。
【００９９】
本実施形態のロボットアームにおける振動型アクチュエータの駆動回路は、電流計測手段の計測結果を用いて故障の有無を判定するもので、消費電力を従来よりも低減することができる。
【０１００】
上述のようにロボットハンド５６の振動体５１、５２、５３は、ケーブル６０、６１を介してコントローラ５０と接続しており、コントロータ５０と離れて配置されている。そのため、ケーブル６０、６１に繰り返し屈曲やねじれが加えられるため、電線の疲労が進みやすく、断線やショートのリスクが高まる。本実施形態の駆動回路を用いれば、断線やショート等の故障を検出することができ、また、消費電力を従来よりも低減することができる。また、ＣＰＵ等の制御装置６や操作者に故障又は故障とその位置等の情報を知らせたり、緊急の場合には不図示の安全機構を動作させたりすることができ、故障を検出した際にその状況に応じた適切な処置を行うことができる。
【０１０１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【０１０２】
例えば、上述の実施形態では、振動型アクチュエータとして、４相の交流電圧で駆動する円環状の振動型アクチュエータを用いていた。振動型アクチュエータの構成はこれに限定されず、１８０°の位相を持つ交流電圧で駆動する振動型アクチュエータであればよい。
【０１０３】
振動型アクチュエータの一例を図１０（ａ）に示す。図１０（ａ）に示した振動型アクチュエータは、電気−機械エネルギー変換手段４１を有する振動体４０、及び基板４２を有する。
【０１０４】
振動体４０は、電気−機械エネルギー変換手段４１によって加振される。電気−機械エネルギー変換手段４１は、例えば、２つの振動体４０に挟持されている積層の圧電素子を用いることができる。振動体４０が電気−機械エネルギー変換手段４１によって加振されると、振動体４０の上面に楕円振動が形成される。ロータ４３は、振動体４０の上面に形成される楕円振動との間に生ずる摩擦力によって回転する被駆動体である。基板４２は、電気−機械エネルギー変換手段４１に給電するためのフレキシブル基板である。
【０１０５】
図１０（ａ）に示した振動型アクチュエータがどのような振動を発生するかを、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）を参照して説明する。図１０（ｃ）は電気−機械エネルギー変換手段４１に形成された給電用の電極パターンの模式図である。電気−機械エネルギー変換手段４１に形成された給電用の電極は、４つの区画（４１−ａ、４１−ｂ、４１−ｃ、４１−ｄ）に区切られている。すなわち、本実施形態の電気−機械エネルギー変換手段４１は、４つの電気−機械エネルギー変換素子（４１−ａ、４１−ｂ、４１−ｃ、４１−ｄ）を有する。
【０１０６】
それぞれの区画には、図４に示した９０°ずつ位相が異なる４相の交流駆動電圧Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２が印加される。電気−機械エネルギー変換手段４１に、交流駆動電圧を印加すると、棒状の振動型アクチュエータに直交する２つの曲げ振動が形成される。２つの曲げ振動に９０°の位相ずれを与えることで、図１０（ｂ）に示すようにくびれを持つ振動体４０の上部が振れ回るように回転振動する。これによって振動体４０の上部に楕円振動が形成され、加圧接触されるロータ４３に駆動力を伝達する。
【０１０７】
上述の実施形態では、発振手段（波形生成手段）３、２３として、正弦波を出力する発振手段を用いたが、パルス信号を出力するパルス生成手段でもよい。その場合でも、トランス４、２４の漏れインダクタンスと圧電素子の制動容量で構成されるローパスフィルタの性質によって、トランス４、２４の出力する交流電圧の波形は疑似的に正弦波に近い波形を得ることができる。
【０１０８】
また、上述の実施形態では、振動体２０として、弾性体に圧電素子を貼り付けたものを用いていたが、振動体２０は、この構成に限らず、圧電素子のみ、すなわち電気−機械エネルギー変換手段１のみで構成されていてもよい。
【０１０９】
さらに、第３の実施形態の受動素子、及び第４の実施形態の電流計測手段１１の抵抗８を保護する構成等は、必要に応じて第２の実施形態の駆動回路にも適用できる。
【符号の説明】
【０１１０】
１−ａ  第１の電気−機械エネルギー変換素子
１−ｃ  第２の電気−機械エネルギー変換素子
３  波形生成手段
４  トランス
１１  電流計測手段
４０１  一次側巻線
４０２  第１の二次側巻線
４０３  第２の二次側巻線
【図１】
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【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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