(57)【要約】【課題】２つの超音波モータにおける２つの回転子に対して適切な予圧を同時に付与することの可能な負荷重量物完全三自由度駆動装置の提供。【解決手段】超音波モータ固定部材３に上方配置された第１の超音波モータ１における回転子１ｂの軸回転運動と、当該超音波モータ固定部材３に下方配置された第２の超音波モータ２における回転子２ｂの軸傾斜運動とを合成して得られる完全三自由度方向の軸運動を負荷重量物βに伝達する第１及び第２の水平翼部材４及び５並びに複数の弾性体６，６，…と、伝達された軸運動における軸傾斜運動に伴って当該負荷重量物βに生じる傾斜負荷トルクを軽減補償するカウンタウェイト７とを具備する特徴的構成手段の採用。【選択図】図１
2004357398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直上方に軸支される負荷重量物を完全三自由度方向に駆動するための負荷重量物完全三自由度駆動装置であって、
それぞれ、複数の圧電素子を重層して構成された円筒形の固定子と、それら複数の圧電素子への交流電圧の印加に伴って当該固定子に生じる超音波振動により回動する球形の回転子とを有して構成され、当該超音波振動の態様に応じ、対応する当該各回転子の軸回転運動及び軸傾斜運動をそれぞれ独立並行して行う第１及び第２の超音波モータと、
これら第１及び第２の超音波モータにおける前記各回転子が、対応する各固定子の上面及び下面にそれぞれ位置するよう、当該第１及び第２の超音波モータにおける当該各固定子を前記負荷重量物の鉛直軸支方向に沿って上下に配置固定する超音波モータ固定部材と、
この超音波モータ固定部材に上方配置された前記第１の超音波モータにおける前記回転子の前記軸回転運動と、当該超音波モータ固定部材に下方配置された前記第２の超音波モータにおける前記回転子の前記軸傾斜運動とを合成し、その合成により得られる前記完全三自由度方向の軸運動を前記負荷重量物に伝達する軸運動合成伝達手段と、
この軸運動合成伝達手段により前記負荷重量物に伝達された前記軸運動における前記軸傾斜運動に伴って当該負荷重量物に生じる傾斜負荷トルクを、その逆向きの偶力トルクにより軽減補償する傾斜負荷トルク補償手段と、を有して構成される、
ことを特徴とする負荷重量物完全三自由度駆動装置。
【請求項２】
前記軸運動合成伝達手段は、
前記超音波モータ固定部材に上方配置された前記第１の超音波モータにおける前記固定子の上面に、対応する前記回転子が前記軸回転運動及び前記軸傾斜運動自在に圧接載置され、かつ、前記超音波モータ固定部材に下方配置された前記第２の超音波モータにおける前記固定子の下面に、対応する前記回転子が前記軸傾斜運動自在に圧接下支えされるよう、当該各回転子に対してそれぞれ鉛直下方及び上方に向かう定常的な予圧を付与する予圧付与手段である、
ことを特徴とする請求項１に記載の負荷重量物完全三自由度駆動装置。
【請求項３】
前記予圧付与手段は、
前記第２の超音波モータにおける前記回転子の前記軸傾斜運動を、前記第１の超音波モータにおける前記回転子と前記負荷重量物との間に連結固定された軸支回転シャフトに伝達する機能手段を具備する、
ことを特徴とする請求項２に記載の負荷重量物完全三自由度駆動装置。
【請求項４】
前記予圧付与手段は、
前記軸支回転シャフトの前記鉛直軸支方向に対し直交方向に水平外延した円板翼部を具備すると共に、前記第１の超音波モータにおける前記回転子を、当該回転子に下端を固定されボールベアリング及びロータリーエンコーダを装着した前記軸支回転シャフトを介して、前記軸回転運動自在に当該ボールベアリング及びロータリーエンコーダ共々収容保持する突立円筒ボス部を具備する第１の円板状水平翼部材と、
前記第２の超音波モータにおける前記回転子に基端を固定され、前記軸支回転シャフトの前記鉛直軸支方向に対し直交方向に水平外延した円板翼部を具備してなる第２の円板状水平翼部材と、
前記第１の円板状水平翼部材における前記円板翼部と前記第２の円板状水平翼部材における前記円板翼部との間にそれぞれ両端を接続されて、当該第１及び第２円板状水平翼部材をそれぞれ鉛直下方及び上方にそれぞれ等しい引っ張り力で相互牽引する複数の弾性体と、を有して構成される、
ことを特徴とする請求項３に記載の負荷重量物完全三自由土駆動装置。
【請求項５】
前記複数の弾性体は、それぞれ、
前記第１の超音波モータにおける前記回転子の中心からそれぞれ等距離、相互等間隔に位置する前記第１の円板状水平翼部材における前記円板翼部の下面外周域と、前記第２の超音波モータにおける前記回転子の中心からそれぞれ等距離、相互等間隔に位置する前記第２の円板状水平翼部材における前記円板翼部の上面外周域との間に張設され、
前記第２の超音波モータにおける前記回転子の前記軸傾斜運動を、前記第１の超音波モータにおける前記回転子に連結固定された前記軸支回転シャフトに伝達する前記機能手段を具備する、
ことを特徴とする請求項４に記載の負荷重量物完全三自由度駆動装置。
【請求項６】
前記第１及び第２の円板状水平翼部材は、それぞれ、
前記円板翼部に代えて、前記軸支回転シャフトの前記鉛直軸支方向に対し直交方向に水平放射状に相互等間隔で外延した複数の放射翼部を具備した第１及び第２の放射状水平翼部材をなし、
前記複数の弾性体は、それぞれ、
前記第１の超音波モータにおける前記回転子の中心からそれぞれ等距離に位置する前記第１の放射状水平翼部材における当該複数の放射翼部の下面外端域と、前記第２の超音波モータにおける前記回転子の中心からそれぞれ等距離に位置する前記第２の放射状水平翼部材における当該複数の放射翼部の上面外端域との間に張設される、
ことを特徴とする請求項５に記載の負荷重量物完全三自由度駆動装置。
【請求項７】
前記複数の弾性体は、それぞれ、
樹脂素材からなる、
ことを特徴とする請求項４、５又は６に記載の負荷重量物完全三自由度駆動装置。
【請求項８】
前記軸運動合成伝達手段は、
前記超音波モータ固定部材に上方配置された前記第１の超音波モータにおける前記固定子の上面に、対応する前記回転子が前記軸回転運動及び前記軸傾斜運動自在に圧接載置されるよう、当該回転子に対して鉛直下方に向かう定常的な予圧を付与する第１の予圧付与手段と、
前記超音波モータ固定部材に下方配置された前記第２の超音波モータにおける前記固定子の下面に、対応する前記回転子が前記軸傾斜運動自在に圧接下支えされるよう、当該回転子に対して鉛直上方に向かう定常的な予圧を付与する第２の予圧付与手段と、
前記超音波モータ固定部材の上方領域に一体連結形成され、前記軸支回転シャフトの前記鉛直軸支方向に対し直交方向に水平外延した上方水平円板翼部と、を有して構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の負荷重量物完全三自由度駆動装置。
【請求項９】
前記第１の予圧付与手段は、
前記第２の予圧付与手段で得られる前記第２の超音波モータにおける前記回転子の前記軸傾斜運動を、前記第１の超音波モータにおける前記回転子と前記負荷重量物との間に連結固定された軸支回転シャフトに伝達する機能手段を具備する、
ことを特徴とする請求項８に記載の負荷重量物完全三自由度駆動装置。
【請求項１０】
前記第１の予圧付与手段は、
前記軸支回転シャフトの前記鉛直軸支方向に対し直交方向に水平外延した円板翼部を具備すると共に、前記第１の超音波モータにおける前記回転子を、当該回転子に下端を固定されボールベアリング及びロータリーエンコーダを装着した前記軸支回転シャフトを介して、前記軸回転運動自在に当該ボールベアリング及びロータリーエンコーダ共々収容保持する突立円筒ボス部を具備する第１の円板状水平翼部材と、
この第１の円板状水平翼部材における前記円板翼部と前記第２の予圧付与手段との間にそれぞれ両端を接続されて、当該第１の円板状水平翼部材を鉛直下方にそれぞれ等しい引っ張り力で牽引する複数の第１の弾性体と、を有して構成され、
前記第２の予圧付与手段は、
前記第２の超音波モータにおける前記回転子に基端を固定され、前記軸支回転シャフトの前記鉛直軸支方向に対し直交方向に水平外延した円板翼部を具備してなる第２の円板状水平翼部材と、
この第２の円板状水平翼部材における前記円板翼部と前記超音波モータ固定部材における前記上方水平円板翼部との間にそれぞれ両端を接続されて、当該第２の円板状水平翼部材を鉛直上方にそれぞれ等しい引っ張り力で牽引する複数の第２の弾性体と、を有して構成される、
ことを特徴とする請求項９に記載の負荷重量物完全三自由度駆動装置。
【請求項１１】
前記複数の第１の弾性体は、それぞれ、
前記第１の超音波モータにおける前記回転子の中心からそれぞれ等距離、相互等間隔に位置する前記第１の円板状水平翼部材における前記円板翼部の下面外周域と、前記第２の超音波モータにおける前記回転子の中心からそれぞれ等距離に位置する前記第２の円板状水平翼部材における前記円板翼部の上面外周域との間に張設され、
前記第２の超音波モータにおける前記回転子の前記軸傾斜運動を、前記第１の超音波モータにおける前記回転子に連結固定された前記軸支回転シャフトに伝達する前記機能手段を具備する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の負荷重量物完全三自由度駆動装置。
【請求項１２】
前記複数の第２の弾性体は、それぞれ、
前記第２の超音波モータにおける前記回転子の中心からそれぞれ等距離に位置する前記第２の円板状水平翼部材における前記円板翼部の上面外周域と、前記超音波モータ固定部材における上方領域構成面の中心からそれぞれ等距離、相互等間隔に位置する前記上方水平円板翼部の下面外周域との間に張設される、
ことを特徴とする請求項１１に記載の負荷重量物完全三自由度駆動装置。
【請求項１３】
前記第１及び第２の円板状水平翼部材は、それぞれ、
前記円板翼部に代えて、前記軸支回転シャフトの前記鉛直軸支方向に対し直交方向に水平放射状に相互等間隔で外延した複数の放射翼部を具備した第１及び第２の放射状水平翼部材をなし、
前記複数の第１の弾性体は、それぞれ、
前記第１の超音波モータにおける前記回転子の中心からそれぞれ等距離に位置する前記第１の放射状水平翼部材における当該複数の放射翼部の下面外端域と、前記第２の超音波モータにおける前記回転子の中心からそれぞれ等距離に位置する前記第２の放射状水平翼部材における当該複数の放射翼部の上面外端域との間に張設される、
ことを特徴とする請求項１２に記載の負荷重量物完全三自由度駆動装置。
【請求項１４】
前記第２の放射水平翼部材は、
前記円板翼部に代えて、前記軸支回転シャフトの前記鉛直軸支方向に対し直交方向に水平放射状に相互等間隔で外延した複数の放射翼部を具備した第２の放射状水平翼部及び当該超音波モータ固定部材をなし、
前記超音波モータ固定部材は、
前記上方水平円板翼部に代えて、前記軸支回転シャフトの前記鉛直軸支方向に対し直交方向に水平放射状に相互等間隔で外延した複数の上方水平放射翼部を具備し、
前記複数の第２の弾性体は、それぞれ、
前記第１の超音波モータにおける前記回転子の中心からそれぞれ等距離に位置する前記第１の放射状水平翼部材における当該複数の放射翼部の上面外端域と、前記超音波モータ固定部材における下方領域構成面の中心からそれぞれ等距離に位置する当該複数の上方水平放射翼部の下面外端域との間に張設される、
ことを特徴とする請求項１２に記載の負荷重量物完全三自由度駆動装置。
【請求項１５】
前記傾斜負荷トルク補償手段は、
前記複数の第２の弾性体自身である、
ことを特徴とする請求項１０、１１、１２、１３又は１４に記載の負荷重量物完全三自由度駆動装置。
【請求項１６】
前記複数の第１の弾性体は、それぞれ、
樹脂素材からなる、
ことを特徴とする請求項１０、１１、１２、１３、１４又は１５に記載の負荷重量物完全三自由度駆動装置。
【請求項１７】
前記複数の第２の弾性体は、それぞれ、
樹脂素材からなる、
ことを特徴とする請求項１０、１１、１２、１３、１４、１５又は１６に記載の負荷重量物完全三自由度駆動装置。
【請求項１８】
前記傾斜負荷トルク補償手段は、
前記第２の超音波モータにおける前記回転子の中心の鉛直下方に軸支固定されたカウンタウェイトである、
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６又は１７に記載の負荷重量物完全三自由度駆動装置。
【請求項１９】
前記第１及び第２の超音波モータは、それぞれ、
対応する前記各回転子の前記軸回転運動及び前記軸傾斜運動が共に可能な多自由度超音波モータである、
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７又は１８に記載の負荷重量物完全三自由度駆動装置。
【請求項２０】
前記第１の超音波モータは、
対応する前記回転子の前記軸回転運動のみ可能な単軸超音波モータであり、
前記第２の超音波モータは、
対応する前記回転子の前記軸回転運動及び前記軸傾斜運動が共に可能な多自由度超音波モータである、
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７又は１８に記載の負荷重量物完全三自由度駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷重量物完全三自由度駆動装置に関し、詳しくは、鉛直上方に軸支される負荷重量物を完全三自由度方向に駆動するための負荷重量物完全三自由度駆動装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、人間型ロボットの関節機構など、高トルク、高自由度動作を要求される部位に使用されるアクチュエータとして、従来の１自由度電磁式サーボモータに代り、省スペース、高トルクの多自由度超音波モータの適用が期待されている。特に、人間型ロボットの首関節機構のように、負荷重量物たる頭部を鉛直に支えつつその姿勢を多自由度に変位させる必要のある部位に対し、この種の多自由度超音波モータの応用が大いに期待されている。
【０００３】
一般に、多自由度超音波モータは、互いに振動方向が異なる複数の圧電素子を積層してなる円筒形の固定子（ステータ）と、この固定子上に密着して載置された球形の回転子（ロータ）とを有して構成される。この種の多自由度超音波モータにおける固定子の圧電素子に、周波数が等しく互いに位相が異なる交流電圧を印加すると、各圧電素子に固有振動が励起されて超音波が発生し、それら固有振動モードの組み合せにより、固定子に密着して載置されたの回転子が任意の方向に回転するようになる。
【０００４】
なお、現状の多自由度超音波モータとしては、固有振動モードの異なる３種類の圧電素子を、それぞれ縦及び横たわみ振動方向並びに上下伸縮振動方向に割り振った構成のものが研究されており、その詳細については、以下に示す非特許文献１に記載されている。
【０００５】
【非特許文献１】
前野隆司、竹村研治郎、‘縦振動と横振動の縮退に基づく多自由度超音波モータの開発’、日本ロボット学会誌、ｖｏｌ．１６、Ｎｏ．８、ｐｐ１１１５−１１２２、１９９８年
【０００６】
このように固定子に密着して載置された回転子をもつ多自由度超音波モータを駆動する場合、当該多自由度超音波モータの回転子に適切な予圧が為されれば、当該回転子に高い回転トルクを得ることが可能となる。特に、その静止時においては、特別な駆動制御を行うことなしに、同回転子に高い静止トルクを得ることが可能である。また、この種の多自由度超音波モータにおける固定子の各圧電素子に発生する超音波固有振動の周波数は、人間の可聴域外の値である２０ｋＨｚ以上であるため、その駆動に際して騒音が発生しないという利点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の多自由度超音波モータの回転子を駆動する場合において、その１方向あたりの回転方向制御を行うには、固定子の圧電素子のうち２種類の振動方向を生じるものを同時に作動させなければならないため、存在する３種類の圧電素子を同時に作動させたとしても、最大２方向の回転方向制御が機構上の限界となる。このため、人間の首関節動作のように、頭部を傾斜させながら回転させるといった運動を、１つの多自由度超音波モータにより実現することは困難である。
【０００８】
また、上記多自由度超音波モータにより完全三自由度駆動制御を実現するにあたり、３種類の圧電素子を時間軸上で選択的に作動させて、その作動対象を高速で切り換えるなどの手法も考えられるが、このような手法を採用した場合、切換周波数として人間の可聴域内の値を選定する必要がある。この結果、その可聴域内にある切換周波数の音が固定子から騒音として発生し、静粛性をひとつの特徴とする多自由度超音波モータの利点が大きく損なわれてしまう。
【０００９】
これに対し、以上のような問題を回避するための他の手法として、２つの多自由度超音波モータを利用することが考えられるが、この場合、存在する２つの回転子に対して適切な予圧を同時に付与する必要がある。その際、多自由度長音波モータの省スペース性が最大限に生かされることが望ましい。
【００１０】
また、上記の場合において、人間型ロボットの首関節機構のように、頭部などの負荷重量物を鉛直に支える必要があるときは、その負荷重量物の傾斜時に生じる傾斜負荷トルクを軽減させて、その倒れ込みなどを防止する必要がある。
【００１１】
ここにおいて、本発明の解決すべき主要な目的は、次のとおりである。
【００１２】
即ち、本発明の第１の目的は、２つの超音波モータにおける２つの回転子に対して適切な予圧を同時に付与することの可能な負荷重量物完全三自由度駆動装置を提供せんとするものである。
【００１３】
本発明の第２の目的は、駆動対象となる負荷重量物の傾斜時に生じる傾斜負荷トルクを軽減補償することの可能な負荷重量物完全三自由度駆動装置を提供せんとするものである。
【００１４】
本発明の第３の目的は、上記予圧付与及び傾斜負荷トルク軽減補償を実現するに際しての機構上の空間占有度を低く抑えることの可能な負荷重量物完全三自由度駆動装置を提供せんとするものである。
【００１５】
本発明の他の目的は、明細書、図面、特に特許請求の範囲の各請求項の記載から、自ずと明らかとなろう。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明装置においては、第１及び第２の超音波モータにおける各回転子が、対応する各固定子の上面及び下面にそれぞれ位置するよう、当該第１及び第２の超音波モータにおける各固定子を負荷重量物の鉛直軸支方向に沿って上下に配置固定する超音波モータ固定部材と、上方配置された第１の超音波モータにおける回転子の軸回転運動と、下方配置された第２の超音波モータにおける回転子の軸傾斜運動とを合成して得られる完全三自由度方向の軸運動を負荷重量物に伝達する軸運動合成伝達手段と、伝達された軸運動における軸傾斜運動に伴って当該負荷重量物に生じる傾斜負荷トルクを軽減補償する傾斜負荷トルク補償手段とを具備させる、という特徴的構成手段を講じる。
【００１７】
さらに、具体的詳細に述べると、当該課題の解決では、本発明が次に列挙する上位概念から下位概念に亙る新規な特徴的構成手段を採用することにより、上記目的を達成するよう為される。
【００１８】
即ち、本発明装置の第１の特徴は、鉛直上方に軸支される負荷重量物を完全三自由度方向に駆動するための負荷重量物完全三自由度駆動装置であって、それぞれ、複数の圧電素子を重層して構成された円筒形の固定子と、それら複数の圧電素子への交流電圧の印加に伴って当該固定子に生じる超音波振動により回動する球形の回転子とを有して構成され、当該超音波振動の態様に応じ、対応する当該各回転子の軸回転運動及び軸傾斜運動をそれぞれ独立並行して行う第１及び第２の超音波モータと、これら第１及び第２の超音波モータにおける前記各回転子が、対応する各固定子の上面及び下面にそれぞれ位置するよう、当該第１及び第２の超音波モータにおける当該各固定子を前記負荷重量物の鉛直軸支方向に沿って上下に配置固定する超音波モータ固定部材と、この超音波モータ固定部材に上方配置された前記第１の超音波モータにおける前記回転子の前記軸回転運動と、当該超音波モータ固定部材に下方配置された前記第２の超音波モータにおける前記回転子の前記軸傾斜運動とを合成し、その合成により得られる前記完全三自由度方向の軸運動を前記負荷重量物に伝達する軸運動合成伝達手段と、この軸運動合成伝達手段により前記負荷重量物に伝達された前記軸運動における前記軸傾斜運動に伴って当該負荷重量物に生じる傾斜負荷トルクを、その逆向きの偶力トルクにより軽減補償する傾斜負荷トルク補償手段とを有して構成されてなる、負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成採用にある。
【００１９】
本発明装置の第２の特徴は、上記本発明装置の第１の特徴における前記軸運動合成伝達手段が、前記超音波モータ固定部材に上方配置された前記第１の超音波モータにおける前記固定子の上面に、対応する前記回転子が前記軸回転運動及び前記軸傾斜運動自在に圧接載置され、かつ、前記超音波モータ固定部材に下方配置された前記第２の超音波モータにおける前記固定子の下面に、対応する前記回転子が前記軸傾斜運動自在に圧接下支えされるよう、当該各回転子に対してそれぞれ鉛直下方及び上方に向かう定常的な予圧を付与する予圧付与手段である、負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成採用にある。
【００２０】
本発明装置の第３の特徴は、上記本発明装置の第２の特徴における前記予圧付与手段が、前記第２の超音波モータにおける前記回転子の前記軸傾斜運動を、前記第１の超音波モータにおける前記回転子と前記負荷重量物との間に連結固定された軸支回転シャフトに伝達する機能手段を具備してなる、負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成採用にある。
【００２１】
本発明装置の第４の特徴は、上記本発明装置の第３の特徴における前記予圧付与手段が、前記軸支回転シャフトの前記鉛直軸支方向に対し直交方向に水平外延した円板翼部を具備すると共に、前記第１の超音波モータにおける前記回転子を、当該回転子に下端を固定されボールベアリング及びロータリーエンコーダを装着した前記軸支回転シャフトを介して、前記軸回転運動自在に当該ボールベアリング及びロータリーエンコーダ共々収容保持する突立円筒ボス部を具備する第１の円板状水平翼部材と、前記第２の超音波モータにおける前記回転子に基端を固定され、前記軸支回転シャフトの前記鉛直軸支方向に対し直交方向に水平外延した円板翼部を具備してなる第２の円板状水平翼部材と、前記第１の円板状水平翼部材における前記円板翼部と前記第２の円板状水平翼部材における前記円板翼部との間にそれぞれ両端を接続されて、当該第１及び第２円板状水平翼部材をそれぞれ鉛直下方及び上方にそれぞれ等しい引っ張り力で相互牽引する複数の弾性体と、を有して構成されてなる、負荷重量物完全三自由土駆動装置の構成採用にある。
【００２２】
本発明装置の第５の特徴は、上記本発明装置の第４の特徴における前記複数の弾性体が、それぞれ、前記第１の超音波モータにおける前記回転子の中心からそれぞれ等距離、相互等間隔に位置する前記第１の円板状水平翼部材における前記円板翼部の下面外周域と、前記第２の超音波モータにおける前記回転子の中心からそれぞれ等距離、相互等間隔に位置する前記第２の円板状水平翼部材における前記円板翼部の上面外周域との間に張設され、前記第２の超音波モータにおける前記回転子の前記軸傾斜運動を、前記第１の超音波モータにおける前記回転子に連結固定された前記軸支回転シャフトに伝達する前記機能手段を具備してなる、負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成採用にある。
【００２３】
本発明装置の第６の特徴は、上記本発明装置の第５の特徴における前記第１及び第２の円板状水平翼部材が、それぞれ、前記円板翼部に代えて、前記軸支回転シャフトの前記鉛直軸支方向に対し直交方向に水平放射状に相互等間隔で外延した複数の放射翼部を具備した第１及び第２の放射状水平翼部材をなし、前記複数の弾性体が、それぞれ、前記第１の超音波モータにおける前記回転子の中心からそれぞれ等距離に位置する前記第１の放射状水平翼部材における当該複数の放射翼部の下面外端域と、前記第２の超音波モータにおける前記回転子の中心からそれぞれ等距離に位置する前記第２の放射状水平翼部材における当該複数の放射翼部の上面外端域との間に張設されてなる、負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成採用にある。
【００２４】
本発明装置の第７の特徴は、上記本発明装置の第４、第５又は第６の特徴における前記複数の弾性体が、それぞれ樹脂素材からなる、負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成採用にある。
【００２５】
本発明装置の第８の特徴は、上記本発明装置の第１の特徴における前記軸運動合成伝達手段が、前記超音波モータ固定部材に上方配置された前記第１の超音波モータにおける前記固定子の上面に、対応する前記回転子が前記軸回転運動及び前記軸傾斜運動自在に圧接載置されるよう、当該回転子に対して鉛直下方に向かう定常的な予圧を付与する第１の予圧付与手段と、前記超音波モータ固定部材に下方配置された前記第２の超音波モータにおける前記固定子の下面に、対応する前記回転子が前記軸傾斜運動自在に圧接下支えされるよう、当該回転子に対して鉛直上方に向かう定常的な予圧を付与する第２の予圧付与手段と、前記超音波モータ固定部材の上方領域に一体連結形成され、前記軸支回転シャフトの前記鉛直軸支方向に対し直交方向に水平外延した上方水平円板翼部とを有して構成されてなる、負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成採用にある。
【００２６】
本発明装置の第９の特徴は、上記本発明装置の第８の特徴における前記第１の予圧付与手段が、前記第２の予圧付与手段で得られる前記第２の超音波モータにおける前記回転子の前記軸傾斜運動を、前記第１の超音波モータにおける前記回転子と前記負荷重量物との間に連結固定された軸支回転シャフトに伝達する機能手段を具備してなる、負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成採用にある。
【００２７】
本発明装置の第１０の特徴は、上記本発明装置の第９の特徴における前記第１の予圧付与手段が、前記軸支回転シャフトの前記鉛直軸支方向に対し直交方向に水平外延した円板翼部を具備すると共に、前記第１の超音波モータにおける前記回転子を、当該回転子に下端を固定されボールベアリング及びロータリーエンコーダを装着した前記軸支回転シャフトを介して、前記軸回転運動自在に当該ボールベアリング及びロータリーエンコーダ共々収容保持する突立円筒ボス部を具備する第１の円板状水平翼部材と、この第１の円板状水平翼部材における前記円板翼部と前記第２の予圧付与手段との間にそれぞれ両端を接続されて、当該第１の円板状水平翼部材を鉛直下方にそれぞれ等しい引っ張り力で牽引する複数の第１の弾性体とを有して構成され、前記第２の予圧付与手段が、前記第２の超音波モータにおける前記回転子に基端を固定され、前記軸支回転シャフトの前記鉛直軸支方向に対し直交方向に水平外延した円板翼部を具備してなる第２の円板状水平翼部材と、この第２の円板状水平翼部材における前記円板翼部と前記超音波モータ固定部材における前記上方水平円板翼部との間にそれぞれ両端を接続されて、当該第２の円板状水平翼部材を鉛直上方にそれぞれ等しい引っ張り力で牽引する複数の第２の弾性体とを有して構成されてなる、負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成採用にある。
【００２８】
本発明装置の第１１の特徴は、上記本発明装置の第１０の特徴における前記複数の第１の弾性体が、それぞれ、前記第１の超音波モータにおける前記回転子の中心からそれぞれ等距離、相互等間隔に位置する前記第１の円板状水平翼部材における前記円板翼部の下面外周域と、前記第２の超音波モータにおける前記回転子の中心からそれぞれ等距離に位置する前記第２の円板状水平翼部材における前記円板翼部の上面外周域との間に張設され、前記第２の超音波モータにおける前記回転子の前記軸傾斜運動を、前記第１の超音波モータにおける前記回転子に連結固定された前記軸支回転シャフトに伝達する前記機能手段を具備してなる、負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成採用にある。
【００２９】
本発明装置の第１２の特徴は、上記本発明装置の第１１の特徴における前記複数の第２の弾性体が、それぞれ、前記第２の超音波モータにおける前記回転子の中心からそれぞれ等距離に位置する前記第２の円板状水平翼部材における前記円板翼部の上面外周域と、前記超音波モータ固定部材における上方領域構成面の中心からそれぞれ等距離、相互等間隔に位置する前記上方水平円板翼部の下面外周域との間に張設されてなる、負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成採用にある。
【００３０】
本発明装置の第１３の特徴は、上記本発明装置の第１２の特徴における前記第１及び第２の円板状水平翼部材が、それぞれ、前記円板翼部に代えて、前記軸支回転シャフトの前記鉛直軸支方向に対し直交方向に水平放射状に相互等間隔で外延した複数の放射翼部を具備した第１及び第２の放射状水平翼部材をなし、前記複数の第１の弾性体が、それぞれ、前記第１の超音波モータにおける前記回転子の中心からそれぞれ等距離に位置する前記第１の放射状水平翼部材における当該複数の放射翼部の下面外端域と、前記第２の超音波モータにおける前記回転子の中心からそれぞれ等距離に位置する前記第２の放射状水平翼部材における当該複数の放射翼部の上面外端域との間に張設されてなる、負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成採用にある。
【００３１】
本発明装置の第１４の特徴は、上記本発明装置の第１２の特徴における前記第２の放射水平翼部材が、前記円板翼部に代えて、前記軸支回転シャフトの前記鉛直軸支方向に対し直交方向に水平放射状に相互等間隔で外延した複数の放射翼部を具備した第２の放射状水平翼部及び当該超音波モータ固定部材をなし、前記超音波モータ固定部材が、前記上方水平円板翼部に代えて、前記軸支回転シャフトの前記鉛直軸支方向に対し直交方向に水平放射状に相互等間隔で外延した複数の上方水平放射翼部を具備し、前記複数の第２の弾性体が、それぞれ、前記第１の超音波モータにおける前記回転子の中心からそれぞれ等距離に位置する前記第１の放射状水平翼部材における当該複数の放射翼部の上面外端域と、前記超音波モータ固定部材における下方領域構成面の中心からそれぞれ等距離に位置する当該複数の上方水平放射翼部の下面外端域との間に張設されてなる、負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成採用にある。
【００３２】
本発明装置の第１５の特徴は、上記本発明装置の第１０、第１１、第１２、第１３又は第１４の特徴における前記傾斜負荷トルク補償手段が、前記複数の第２の弾性体自身である、負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成採用にある。
【００３３】
本発明装置の第１６の特徴は、上記本発明装置の第１０、第１１、第１２、第１３、第１４又は第１５の特徴における前記複数の第１の弾性体が、それぞれ樹脂素材からなる、負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成採用にある。
【００３４】
本発明装置の第１７の特徴は、上記本発明装置の第１０、第１１、第１２、第１３、第１４、第１５又は第１６の特徴における前記複数の第２の弾性体が、それぞれ樹脂素材からなる、負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成採用にある。
【００３５】
本発明装置の第１８の特徴は、上記本発明装置の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８、第９、第１０、第１１、第１２、第１３、第１４、第１５、第１６又は第１７の特徴における前記傾斜負荷トルク補償手段が、前記第２の超音波モータにおける前記回転子の中心の鉛直下方に軸支固定されたカウンタウェイトである、負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成採用にある。
【００３６】
本発明装置の第１９の特徴は、上記本発明装置の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８、第９、第１０、第１１、第１２、第１３、第１４、第１５、第１６、第１７又は第１８の特徴における前記第１及び第２の超音波モータが、それぞれ、対応する前記各回転子の前記軸回転運動及び前記軸傾斜運動が共に可能な多自由度超音波モータである、負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成採用にある。
【００３７】
本発明装置の第２０の特徴は、上記本発明装置の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８、第９、第１０、第１１、第１２、第１３、第１４、第１５、第１６、第１７又は第１８の特徴における前記第１の超音波モータが、対応する前記回転子の前記軸回転運動のみ可能な単軸超音波モータであり、前記第２の超音波モータが、対応する前記回転子の前記軸回転運動及び前記軸傾斜運動が共に可能な多自由度超音波モータである、負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成採用にある。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、添付図面を参照しつつ、その第１〜第３装置例を順に挙げて説明する。
【００３９】
（第１装置例）
まず、本発明の基本的構成をなす第１装置例について説明する。図１は、本発明の第１装置例に係る負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成を示す部分縦断面図であり、図２は、図１に示される第２の水平翼部材の各底面図である。
【００４０】
同図に示すように、本第１装置例に係る負荷重量物完全三自由度駆動装置α１は、鉛直上方に軸支される負荷重量物βを完全三自由度方向に駆動するために、第１及び第２の多自由度超音波モータ１及び２と、超音波モータ固定部材３と、第１の水平翼部材４と、第２の水平翼部材５と、複数の弾性体６，６，…と、カウンタウェイト７とを有して構成される。
【００４１】
このうち、第１及び第２の多自由度超音波モータ１及び２は、それぞれ、複数の圧電素子（図の付点領域。符号は付さず）を重層して構成された円筒形の固定子１ａ，２ａと、それら複数の圧電素子への交流電圧の印加に伴って当該固定子１ａ，２ａに生じる超音波振動により回動する球形の回転子１ｂ，２ｂとを有して構成され、これらにより、当該超音波振動の態様に応じ、対応する当該各回転子１ｂ，２ｂの軸回転運動及び軸傾斜運動をそれぞれ独立並行して行う２つの超音波モータが構成される。なお、当該第１及び第２の多自由度超音波モータ１及び２における各固定子１ａ，２ａから各回転子１ｂ，２ｂに対する当該各回転子１ｂ，２ｂの軸回転方向及び軸傾斜方向への拘束力は存在しない。
【００４２】
また、超音波モータ固定部材３は、第１及び第２の多自由度超音波モータ１及び２における各回転子１ｂ，２ｂが、対応する各固定子１ａ，２ａの上面及び下面にそれぞれ位置するよう、当該第１及び第２の多自由度超音波モータ１及び２における当該各固定子１ｂ，２ｂを軸支回転シャフトγの鉛直軸支方向に沿って上下に配置固定する部材である。なお、当該超音波モータ固定部材３は、複数の支柱３ａ，３ａ，…（図１には、２本の支柱３ａ，３ａを示したが、実際には、４本であることが望ましい）を具備している。また、当該超音波モータ固定部材３は、本負荷重量物完全三自由度駆動装置α１を設置しようとするロボットなどの物体（図示せず）の静止座標系に固定される。
【００４３】
さらに、第１の水平翼部材４は、軸支回転シャフトγの鉛直軸支方向に対し直交方向に水平放射状に相互等間隔で外延した複数の放射翼部４ａ，４ａ，…（水平外延した円板翼部を具備する第１の水平翼部材としても可）を具備し、第１の多自由度超音波モータ１における回転子１ｂを、当該回転子１ｂに下端を固定された軸支回転シャフトγを介して軸回転運動自在に収容保持する突立円筒ボス部４ｂを具備する部材であり、第２の水平翼部材５は、第２の多自由度超音波モータ２における回転子２ｂに基端を固定され、軸支回転シャフトγの鉛直軸支方向に対し直交方向に水平放射状に相互等間隔で外延した複数の放射翼部５ａ，５ａ，…（水平外延した円板翼部を具備する第２の水平翼部材としても可）を具備した部材である。
【００４４】
これに対し、複数の弾性体６，６，…は、それぞれ、第１の多自由度超音波モータ１における回転子１ｂの中心からそれぞれ等距離（点対称）に位置する第１の水平翼部材４における放射翼部４ａ，４ａ，…の下面外端域（又は円板翼部の下面外周域）と、第２の多自由度超音波モータ２における回転子２ｂの中心からそれぞれ等距離（点対称）に位置する第２の水平翼部材５における複数の放射翼部５ａ，５ａ，…の上面外端域との間に、それらの自然長より伸張した状態で張設されて、当該第１及び第２の水平翼部材４及び５を鉛直下方及び上方にそれぞれ等しい引っ張り力で相互牽引する部材であり、第２の多自由度超音波モータ２における回転子２ｂの軸傾斜運動を、第１の多自由度超音波モータ１における回転子１ｂに連結固定された軸支回転シャフトγに伝達する機能手段を具備するものである。
【００４５】
ここで、上記複数の弾性体６，６，…としては、その適用に際し、弾性定数（バネ定数）及び自然長がそれぞれ等しいものを選定する。また、これら複数の弾性体６，６，…を、実際に、第１の水平翼部材４における放射翼部４ａ，４ａ，…と第２の水平翼部材５における複数の放射翼部５ａ，５ａ，…との間に張設する場合、それらの各取付位置は、第１の多自由度超音波モータ１における回転子１ｂ、及び第２の多自由度超音波モータ２における回転子２ｂの各中心を通る各水平基準面Ｓ１及びＳ２上に設定するとよい（図１参照）。
【００４６】
さらに、複数の弾性体６，６，…の素材としては、それぞれ、その伸縮時の静音性に優れたゴムなどの樹脂素材（合成ゴムなどの合成樹脂素材を含む）からなるものを採用するのが好適ではあるが、その静音性に対する要求が高くない場合には、金属製のつる巻バネからなるものを適用することができる。
【００４７】
そして、以上の第１及び第２の水平翼部材４及び５並びに複数の弾性体６，６，…を以って、第１の多自由度超音波モータ１における固定子１ａの上面に、対応する回転子１ｂが軸回転運動及び軸傾斜運動自在に圧接載置され、かつ、第２の多自由度超音波モータ２における固定子２ａの下面に、対応する回転子２ｂが軸傾斜運動自在に圧接下支えされるよう、当該各回転子１ｂ，２ｂに対してそれぞれ鉛直下方及び上方に向かう定常的な予圧を付与する予圧付与手段が構成される。そしてさらに、この予圧付与手段を以って、第１の多自由度超音波モータ１における回転子１ｂの軸回転運動と第２の多自由度超音波モータ２における回転子２ｂの軸傾斜運動とを合成し、その合成により得られる完全三自由度方向の軸運動を負荷重量物βに伝達する軸運動合成伝達手段が構成される。
【００４８】
そして、カウンタウェイト７は、第２の多自由度超音波モータ２における回転子２ｂの中心の鉛直下方に軸支固定されて、上記軸運動合成伝達手段により負荷重量物βに伝達された軸運動における軸傾斜運動に伴って当該負荷重量物βに生じる傾斜負荷トルクを、当該カウンタウェイト７の質量及びその重心並びにその設置位置（平衡用ユニバーサルジョイント６における回転子６ａの中心からの距離）から決定される、逆向きの偶力トルクにより軽減補償する部材である。
【００４９】
なお、図１に示すように、第１の水平翼部材４は、第１の多自由度超音波モータ１における回転子１ｂが、当該回転子１ｂに下端を固定された軸支回転シャフトγを介して軸回転運動自在に収容保持されるように、当該軸支回転シャフトγ自身を軸回転運動自在とするボールベアリング８の外輪部分を上方から突立円筒ボス部４ｂ内に押え込むと同時に、その内輪部分を下方から軸受部材９により支持させる構成を採用している。この第１の水平翼部材４における構成は、第２の多自由度超音波モータ２における回転子２ｂの軸傾斜運動を、第２の水平翼部材５及び複数の弾性体６，６，…を介して、第１の多自由度超音波モータ１における回転子１ｂに連結固定された軸支回転シャフトγに伝達するための機能手段の一部であり、当該機能手段が達成されさえすれば、図示のもの以外の任意の構成を採用することができる。
【００５０】
また、同図に示すように、ボールベアリング８の上方領域に位置する突立円筒ボス部４ｂ内の軸支回転シャフトγ及び第１の水平翼部材４には、それぞれ、ロータリーエンコーダ１０の内輪部分及び外輪部分が対向して配置固定されており、この構成により、当該軸支回転シャフトγの第１の水平翼部材４に対する相対的な回転角が計測されるようになっている。なお、第１の水平翼部材４自身は、本発明の構成上、第１の多自由度超音波モータ１における回転子１ｂの軸回転運動に追随しないため、このとき計測される相対回転角は、静止座標系における軸支回転シャフトγの回転角と等しいものになる。
【００５１】
一方、図２に示すように、第２の水平翼部材５は、軸支回転シャフトγの鉛直軸支方向に対し直交方向に水平放射状に相互等間隔で外延した８片の放射翼部５ａ，５ａ，…を具備しており、これに対応し、当該第２の水平翼部材５の上面外端域には、それぞれ、８本の弾性体６，６，…が、第２の多自由度超音波モータ２の回転子２ｂの中心から等距離（点対称）、相互等間隔で取り付けられる。このように、弾性体６，６，…の数をそれぞれ８本以上に選定して、これらを等距離、相互等間隔に位置させれば、負荷重量物β及びカウンタウェイト７の任意方向への傾斜の影響による各弾性体の伸張量の差を微小なものに抑制することが可能となる。
【００５２】
また、同図に示すように、上記第２の水平翼部材５における複数（８片）の放射翼部５ａ，５ａ，…により形成される複数（８領域）の扇状の間隙のうち、当該第２の水平翼部材５の底面中心において直行する２直線上にそれぞれ位置する任意の２領域の間隙には、その第２の水平翼部材５の面方向に沿って２つの平面反射板１１ａ及び１１ｂが設置される。これら平面反射板１１ａ及び１１ｂは、その鉛直下方における対応箇所にそれぞれ設置された２つの光学式測距センサ１２ａ及び１２ｂと共に利用され、当該光学式測距センサ１２ａ及び１２ｂから発射されて平面反射板１１ａ及び１１ｂで反射される光線により、平面反射板１１ａ及び１１ｂと光学式測距センサ１２ａ及び１２ｂとの間の各相対距離を計測し、これにより、第２の水平翼部材５の傾斜角（第１の多自由度超音波モータ１における回転子１ｂの軸傾斜角と等価）を計測するためのものである。
【００５３】
なお、場合により、上記２つの平面反射板１１ａ及び１１ｂは、第１の水平翼部材４における複数の放射翼部４ａ，４ａ，…により形成される複数の扇状の間隙に設置するようにしてもよく、これに対応し、２つの光学式測距センサ１２ａ及び１２ｂは、超音波モータ固定部材３の一部に設置するようにしてもよい。
【００５４】
以上のように構成された本第１装置例に係る負荷重量物完全三自由度駆動装置α１の動作の概要を説明すれば、以下のようになる。
【００５５】
まず、第１及び第２の多自由度超音波モータ１及び２における各固定子１ａ，２ａの各圧電素子に交流電圧を印加して、当該各固定子１ａ，２ａに、それぞれ軸回転方向及び軸傾斜方向に関する固有振動モードを生じさせるための超音波を発生させると、第１及び第２の多自由度超音波モータ１及び２における各回転子１ｂ，２ｂは、対応する固有振動モードにより、それぞれ軸回転運動及び軸傾斜運動を行う。
【００５６】
これに伴い、第１の多自由度超音波モータ１における回転子１ｂは、第１の水平翼部材４におけるボールベアリング８により保持された軸支回転シャフトγを介しながら、自らに生じた軸回転運動を負荷重量物βに伝達し、その一方で、第２の多自由度超音波モータ２における回転子２ｂは、自らに生じた軸傾斜運動を第２の水平翼部材５に伝達する。
【００５７】
そして、第２の水平翼部材５は、第２の多自由度超音波モータ２における回転子２ｂから伝達された軸傾斜運動を、その複数の放射翼部５ａ，５ａ，…の上面外端域に接続された複数の弾性体６，６，…を介しながら第１の水平翼部材４に伝達する。
【００５８】
このとき、複数の弾性体６，６，…は、負荷重量物β及びカウンタウェイト７の任意方向への傾斜による伸張量の差が微小なものとなるよう設定されているため、第１の放射状水平翼部材４は、対応する第１の多自由度超音波モータ１における回転子１ｂの中心を回転中心としながら、第２の水平翼部材５の軸傾斜運動にほぼ完全に追随して（互いの平行関係を保持して）軸傾斜運動を行う。
【００５９】
この結果、第１の水平翼部材４は、現在、第１の多自由度超音波モータ１における回転子１ｂの軸回転運動に伴って回転している軸支回転シャフトγに対し、自らに伝達された軸傾斜運動をボールベアリング８を介して伝達する。
【００６０】
そして、以上により、第１の多自由度モータ１における回転子１ｂの軸回転運動と、第２の多自由度超音波モータ２における回転子２ｂの軸傾斜運動とが合成され、これに基づく完全三自由度方向の軸運動が、軸支回転シャフトγを介しながら負荷重量物βに伝達されるようになる。
【００６１】
一方、第２の水平翼部材５は、第２の多自由度超音波モータ２における固定子２ｂに軸支固定されたカウンタウェイト７に対し、自らに伝達された軸傾斜運動を伝達するが、これによってカウンタウェイト７に生じる傾斜角は、第１の水平翼部材４と第２の水平翼部材５との間の平行関係保持により、軸支回転シャフトγ上の負荷重量物βに生じた傾斜角にほぼ一致するようになる。このため、負荷重量物βに伝達された軸運動における軸傾斜運動に伴って当該負荷重量物βに生じる傾斜負荷トルクは、逆向きに傾斜したカウンタウェイト１０に生じる偶力トルクによりほぼ完全に打ち消されるようになる。
【００６２】
（第２装置例）
次に、傾斜負荷トルク補償手段として複数の弾性体を適用した場合の第２装置例について説明する。図３は、本発明の第２装置例に係る負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成を示す部分縦断面図であり、図４は、図３に示される第２の水平翼部材の底面図である。なお、本図には、既に第１装置例において説明したものと同一又は同等の構成要素につき共通の符号を付し、その詳細な説明については省略するものとする（以下、他の装置例につき同じ）。
【００６３】
同図に示すように、本第２装置例に係る負荷重量物完全三自由度駆動装置α２は、第１装置例におけるカウンタウェイト７に代えて、複数の弾性体を傾斜負荷トルク補償手段として利用するものであり、これを実現するため、第１装置例における複数の弾性体６，６，…に代えて、複数の第１の弾性体１３，１３，…及び複数の第２の弾性体１４，１４，…を採用すると共に、超音波モータ固定部材３の上方領域に形成され、軸支回転シャフトγの鉛直軸支方向に対し直交方向に水平放射状に相互等間隔で外延した複数の上方水平翼部３ｂ，３ｂ，…（水平外延した円板翼部からなる下方水平翼部としても可）を採用して構成される（図３参照）。
【００６４】
ここで、複数の第１の弾性体１３，１３，…は、それぞれ、弾性定数及び自然長がそれぞれ等しく、第１の多自由度超音波モータ１における回転子１ｂの中心からそれぞれ等距離（点対称）に位置する第１の水平翼部材４における放射翼部４ａ，４ａ，…の下面外端域（又は円板翼部の下面外周域）と、第２の多自由度超音波モータ２における回転子２ｂの中心からそれぞれ等距離（点対称）に位置する第２の水平翼部材５における複数の放射翼部５ａ，５ａ，…の上面外端域との間に、それらの自然長より伸張した状態で張設されて、当該第１及び第２の水平翼部材４及び５を鉛直下方及び上方にそれぞれ等しい引っ張り力で相互牽引する部材であり、第２の多自由度超音波モータ２における回転子２ｂの軸傾斜運動を、第１の多自由度超音波モータ１における回転子１ｂに連結固定された軸支回転シャフトγに伝達する機能手段を具備するものである（即ち、第１装置例における複数の弾性体６，６，…と等価）。
【００６５】
また、複数の第２の弾性体１４，１４，…は、それぞれ、弾性定数及び自然長がそれぞれ等しく、第２の多自由度超音波モータ２における回転子２ｂの中心からそれぞれ等距離（点対称）に位置する第２の水平翼部材５における複数の放射翼部５ａ，５ａ，…の上面外端域と、超音波モータ固定部材３における上方領域構成面の中心からそれぞれ等距離（点対称）に位置する超音波モータ固定部材３における上方水平翼部３ｂ，３ｂ，…の下面外端域（又は円板翼部の下面外周域）との間に、それらの自然長より伸張した状態で張設されて、当該第２の水平翼部材５を鉛直上方にそれぞれ等しい引っ張り力で牽引する部材である。
【００６６】
このとき、第１の水平翼部材４及び超音波モータ固定部材３における上方水平翼部３ａ，３ａ，…との間の、第２の水平翼部材５における複数の第１の弾性体１３，１３，…及び複数の第２の弾性体１４，１４，…の張設位置は、近接する当該第１及び第２の弾性体の組１３，１４ごとに、それぞれ、第２の多自由度超音波モータ２における回転子２ｂの中心を通過する各同一放射線上に位置する第２の水平翼部材５における複数の放射翼部５ａ，５ａ，…の上面外端域に沿って並立して設定される（図４参照）。
【００６７】
そして、以上の第１の水平翼部材４及び複数の第１の弾性体１３，１３，…を以って、第１の多自由度超音波モータ１における固定子１ａの上面に、対応する回転子１ｂが軸回転運動及び軸傾斜運動自在に安定載置されるよう、当該回転子１ｂに対して鉛直下方に向かう定常的な予圧を付与する第１の予圧付与手段が構成され、また、第２の水平翼部材５及び複数の第２の弾性体１４，１４，…を以って、第２の多自由度超音波モータ２における固定子２ａの下面に、対応する回転子２ｂが軸傾斜運動自在に安定載置されるよう、当該回転子２ｂに対して鉛直上方に向かう定常的な予圧を付与する第２の予圧付与手段が構成される。そしてさらに、これら第１及び第２の予圧付与手段並びに超音波モータ構成部材３における上方水平翼部３ｂ，３ｂ，…を以って、第１の多自由度超音波モータ１における回転子１ｂの軸回転運動と第２の多自由度超音波モータ２における回転子２ｂの軸傾斜運動とを合成し、その合成により得られる完全三自由度方向の軸運動を負荷重量物βに伝達する軸運動合成伝達手段が構成される。
【００６８】
このように、上記複数の第２の弾性体１４，１４，…を、第２の水平翼部材５における複数の放射翼部５ａ，５ａ，…と超音波モータ固定部材３における上方水平翼部３ｂ，３ｂ，…との間に張設することで、第２の多自由度超音波モータ２における回転子２ｂが軸傾斜運動を行っていない定常時には、静止座標系において水平な状態を保つようになり、それが軸傾斜運動を行って負荷重量物βが傾斜したときには、それぞれの第２の弾性体１４，１４，…の伸張量（引っ張り力）の差から生じる逆方向の偶力トルクが、その負荷重量物βの傾斜に伴う傾斜負荷トルクを軽減するよう作用する。このとき、それぞれの第２の弾性体１４，１４，…としては、負荷重量物βの最大傾斜時における偶力トルクが、そのときの傾斜負荷トルクと一致するような弾性定数を有するものを適用すると効果的である。
【００６９】
なお、これら複数の第２の弾性体１４，１４，…において、負荷重量物βの傾斜方向の違いによる上記偶力トルクの大きさを均質化するには、第１装置例で説明したのと同様に、その本数を８本以上に選定することが好ましく、それを８本とした場合、偶力トルクの大きさの違いは数パーセント以内に抑えることができる。また、複数の第２の弾性体９，９，…として直径の小さいものを採用してその本数を増加させ、或いは、それらの取付長を長くすることにより、上記偶力トルクの大きさの違いをさらに小さく抑えることが可能となる。
【００７０】
（第３装置例）
最後に、第１の超音波モータとして単軸超音波モータを適用した場合の第３装置例について説明する。図５は、本発明の第３装置例に係る負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成を示す部分縦断面図である。
【００７１】
同図に示すように、本第３装置例に係る負荷重量物完全三自由度駆動装置α３は、第２装置例における第１の多自由度超音波モータ１に代えて、対応する回転子の軸回転運動のみ可能な単軸超音波モータ１５を適用して構成される。
【００７２】
ここで、上記単軸超音波モータ１５は、その固定子１５ａの上面にモータ回転子シャフト１５ｂを具備して構成され、さらに、このモータ回転子シャフト１５ｂの上面に、モータ用ユニバーサルジョイント１６における球形の回転子１６ａを圧接した構成を採用している。また、モータ用ユニバーサルジョイント１６の回転軸は、負荷重量物βに連なる軸支回転シャフトγとして適用される。
【００７３】
以上の構成をもつ単軸超音波モータ１５は、第１及び第２装置例に示した軸回転運動のみを行う第１の多自由度超音波モータ１と動作形態が全く同じであることから、当該単軸超音波モータ１５は、それら第１及び第２装置例に対しても同様に適用することが可能である。この場合、単軸超音波モータ１５が第１の多自由度超音波モータ１に比して小型であることから、装置の省スペース化を図ることが可能となる。
【００７４】
以上、本発明の実施の形態につき、第１〜第３装置例を挙げて説明したが、本発明は、必ずしも上述した手段にのみ限定されるものではなく、後述する効果を有する範囲内において、適宜、変更実施することが可能なものである。
【００７５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、２つの超音波モータにおける２つの回転子に対して適切な予圧を同時に付与することが可能になると共に、駆動対象となる負荷重量物の傾斜時に生じる傾斜負荷トルクを軽減補償することが可能となり、加えて、これら予圧付与及び傾斜負荷トルク軽減補償を実現するに際しての機構上の空間占有度を低く抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１装置例に係る負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成を示す部分縦断面図である。
【図２】図１に示される第２の水平翼部材の底面図である。
【図３】本発明の第２装置例に係る負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成を示す部分縦断面図である。
【図４】図３に示される第２の水平翼部材の底面図である。
【図５】本発明の第３装置例に係る負荷重量物完全三自由度駆動装置の構成を示す部分縦断面図である。
【符号の説明】
α１〜α３…負荷重量物完全三自由度駆動装置
β…負荷重量物
γ…軸支回転シャフト
Ｓ１，Ｓ２…水平基準面
１…第１の多自由度超音波モータ
１ａ…固定子
１ｂ…回転子
２…第２の多自由度超音波モータ
２ａ…固定子
２ｂ…回転子
３…超音波モータ固定部材
３ａ…支柱
３ｂ…上方水平翼部
４…第１の水平翼部材
４ａ…放射翼部
４ｂ…突立円筒ボス部
５…第２の水平翼部材
５ａ…放射翼部
６…弾性体
７…カウンタウェイト
８…ボールベアリング
９…軸受部材
１０…ロータリーエンコーダ
１１ａ，１１ｂ…平面反射板
１２ａ，１２ｂ…光学式測距センサ
１３…第１の弾性体
１４…第２の弾性体
１５…単軸超音波モータ
１５ａ…固定子
１５ｂ…モータ回転子シャフト
１６…モータ用ユニバーサルジョイント
１６ａ…回転子
【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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