丰田自动织机开发出使用超声波马达的小型机.DG

国美在此次发布会上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 根“手指”的手部组成。因一根手指上配备 个超声波马达，因此手指的自由度为 。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。