超音波モータを使用したダイレクトドライブマニピュレータの制御

Abstract

The traveling wave Ultrasonic Motor (USM) has many good characteristics that is compact size, light weight, low speed rotation, high speed response and silent motion. The many characteristics are good for the direct drive manipulator, but it is not easy to control the speed and torque of the USM from zero to the maximum value continuously by the usual method. So a new method for the torque and speed control system for the USM has been developed, and a compact size light weight direct drive manipulator which use the USM for the actuators has been also developed. The manipulator has two vertical axis joints and moves in the horizontal plane. The torque and speed of the USM were controlled by the phase difference of the two-phase driving signals of the motor. To realize the contact tasks by the compact size and light weight manipulator, the control system that the actuator has the characteristics of compliance and damping in itself was developed. The adjustable compliant motion was realized by the feedback of the output shaft angle and angular velocity of the output shaft. It is realized that the compliant motion likes a dash pot with spring. With the compliance control, some contact tasks were carried out.

進行波型超音波モータ(USM)は、小型、軽量、低回転速度、高速応答ならびに低騒音といった多くの優れた特性を持っている。これらの特性はダイレクトドライブマニピュレータにとっては望ましいものであるが、その反面、通常の方法ではUSMの速度とトルクをゼロから最大値まで連続的に制御することは困難である。そこで、USM用のトルクおよび速度制御システムのための新しい方法を開発すると共に、USMをアクチュエータとして使用する小型軽量のダイレクトドライブマニピュレータを開発した。このマニピュレータは2本の垂直軸関節を備え、水平面内で動く。USMのトルクおよび速度はモータの2相駆動信号の位相差を用いて制御する。小型軽量のマニピュレータによる接触作業を実現するために、アクチュエータ自体にコンプライアンスと減衰特性を持たせた制御システムを開発した。出力軸角度および出力軸角速度をフィードバックすることにより、調節可能なコンプライアンス運動を実現した。コンプライアンス運動にはバネ付きダッシュポットが必要である。このコンプライアンス制御により接触作業が行われた。