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丰田自动织机开发出使用超声波马达的小型机器手 |
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| http://cn.newmaker.com
12/1/2009 9:32:00 PM
日经BP社
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 丰田自动织机开发出利用了超声波马达的小型机器手，并在“2009国际机器人展”（2009年11月25～28日，东京有明国际会展中心）上展出（图1）。设想用于物流系统中的分拣作业，以及医疗看护领域的机器人等。由于使用超声波马达，因此无需减速机构，比利用电磁马达更容易小型化（图2）。实用化时间及价格未定。目前处于“样机完成阶段”（丰田自动织机）。“希望与其他行业合作来扩大用途。将来还希望将开发的超声波马达应用于汽车”（丰田自动织机）。
机器手由臂部和配备3根“手指”的手部组成。因一根手指上配备3个超声波马达，因此手指的自由度为3。整个机器手的自由度为9。指尖的握持力为6.5N，手指可动速度为5～45rpm。手指上装有基于失真量规的力觉传感器，利用其测定值可控制超声波马达的动作量。机器手整体重量只有大约950g。位置控制精度在45rpm时为±0.5度，速度控制精度为±5%。 
该机器手系由丰田自动织机与多所大学共同开发。如整体的控制系统系与名古屋大学教授早川义一等共同开发，由图像处理识别对象物体并抓取的“自动分拣系统”，系与中部大学副教授藤吉弘亘等共同开发，使用摄像头使臂部配合人手动作的“操舵控制机械手”系与筑波大学教授星野圣等共同开发等。
形成“椭圆”振动
超声波马达可使定子发生高频微小振动，从而驱动与定子接触的动子。一般振动的发生源使用压电元件。特点是强力按压使动子与定子接触，因而保持力矩较高，即使不施加电压，也可抓握一定重量的物体。由此便可降低功耗。丰田自动织机此次开发的机器手通过向压电元件施加最大48V、数十kH的正弦波电压驱动。但超声波马达会因动子与定子接触而容易磨损，耐久性易降低。此次，丰田自动织机通过下工夫改进定子的表面处理等，实现了可承受100万次往复运动的性能。
开发的超声波马达主要由三个部件组成。即陶瓷圆柱状动子、经表面处理等的铁类合金定子和20层的层叠压电元件。特点在于定子的形状和电压元件的驱动方法。在定子上，在圆柱上面配置了两个凸状物。令动子与这两个凸状物部分接触，使其前端发生振动来驱动动子。即令压电元件产生纵向和挠曲两种振动，并将其加以结合“在前端产生椭圆状振动”（丰田自动织机）而实现的。两种振动通过改变压电元件电极的位置及电压施加方法等引发。另外，施加电压时的压电元件的位移量为1μm左右。
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