用于驱动超声波马达的方法、超声波马达和机械臂技术

本发明专利技术涉及一种驱动超声波马达的方法、超声波马达和机械臂。用于驱动超声波马达的方法包括：设置上限旋转速度和下限频率，该上限旋转速度低于预定工作温度范围的最低温度处的谐振频率处的旋转速度，并且下限频率大于或等于在工作温度范围的最高温度处的谐振频率；并且当超声波马达启动时，超声波马达的旋转速度变得低于上限旋转速度，并且以高于下限频率的驱动频率驱动超声波马达。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种驱动超声波马达的方法、超声波马达和机械臂。用于驱动超声波马达的方法包括：设置上限旋转速度和下限频率，该上限旋转速度低于预定工作温度范围的最低温度处的谐振频率处的旋转速度，并且下限频率大于或等于在工作温度范围的最高温度处的谐振频率；并且当超声波马达启动时，超声波马达的旋转速度变得低于上限旋转速度，并且以高于下限频率的驱动频率驱动超声波马达。【专利说明】用于驱动超声波马达的方法、超声波马达和机械臂
本专利技术涉及超声波马达(ultrasonic motor)、用于驱动超声波马达的电路和使用该电路的驱动方法。
技术介绍
在相关技术中，已知超声波马达的频率特性根据温度的变化而改变，因此难于准确地控制这类马达的操作。通常，随着温度升高，超声波马达的振荡器的谐振频率减小，而且，最大旋转速度(即，当以谐振频率驱动超声波马达时获得的旋转速度)增加。当以低于超声波马达的振荡器的谐振频率的频率驱动超声波马达时，操作变得不稳定，旋转速度明显降低，并且可控制性劣化。除此之外，在一些情况下，大电流的流动损坏超声波马达或驱动电路。通常，当处于静止状态的超声波马达开始被驱动时，首先施加具有比启动超声波马达的频率高的驱动频率的交流驱动电压。然后，驱动频率降低以开始旋转超声波马达，并因此调整旋转速度。通常，超声波马达的工作温度范围被确定并且需要工作温度范围内的稳定操作。由此，必须使用某种技术来处理超声波马达的振荡器的谐振频率中的由温度导致的变化，并且总是以比谐振频率高的频率驱动马达。作为解决上述缺陷的方法，日本专利公开N0.7-59367公开了一种方法，在该方法中使用了存储关于下限频率fL (下限频率fL是在高于预定工作温度范围的最低温度处的谐振频率的频率)的数据的存储器以及执行控制以使得频率高于下限频率的振荡控制电路。该最低温度指的是在用户估计的工作温度范围内的下限温度。图10是示出用于在日本专利公开N0.7-59367中描述的超声波马达的驱动方法的概念图。估计的工作温度范围为-20° C到+60° C，并且图10示出在-20° C、+20° C和+60° C的典型温度处的驱动频率f与旋转速度N之间的关系。在图10中示出超声波马达的旋转速度和所施加的驱动频率之间的关系的共同示例。如图中所示，当温度升高时，谐振频率降低，并且谐振频率处的旋转速度增大。在以下限频率fL进行驱动的情况下，现假设在-20° C、+20° C和+60° C处的旋转速度分别为NmUNmM和NmH，并且在-20° C、+20° C和+60° C处的谐振频率分别为frL、frM和frH。此外，在各个温度下以谐振频率进行驱动的情况下，现在假设旋转速度为NrL, NrM和NrH。术语最高温度指的是在由用户估计的工作温度范围中的上限温度。下限频率fL被设置为在以上设置的最低温度处稳定地获得与最大旋转速度NrL接近的旋转速度的频率，并且频率数据被存储在存储器中。在该状态下，谐振控制电路基于存储在存储器中的信息以比下限频率fL高的频率执行驱动。当使用这样的方法执行驱动时，驱动频率在整个温度范围上不会落到比所有谐振频率frL、frM和frH低的频率区域中。作为解决上述缺陷的另一方法，日本专利公开N0.6-296378公开了一种方法，在该方法中，基于由在超声波马达附近布置的温度传感器检测的温度来校正这样的下限频率的值。图11是示出在日本专利公开N0.6-296378中描述的要基于温度而被设定的下限频率的改变的示意图。如上所述，因为超声波马达的谐振频率随着温度改变而变化，所以考虑到谐振频率的温度依赖性来设置下限频率。具体地，在存储器中存储图11中所示的在各温度处的下限频率的数据。因为随着増加的温度，谐振频率偏移到下限频率侧，下限频率的值被设置为根据该偏移而减小。当执行控制时，与由温度传感器检测的温度对应的下限频率被从存储器读取并且被设定。因为下限频率被设定为高于每个温度处的谐振频率，所以驱动频率不会落到比各温度条件下的谐振频率低的频率区域中。
技术实现思路
在日本专利公开N0.7-59367中描述的超声波马达的驱动电路和驱动方法中，超声波马达可以只在比预定下限频率fL高的频率处被驱动。为此，从图10看出，最低温度处的最大旋转速度为NmL，而最高温度处的最大旋转速度降到NmH。例如，在一些类型的马达中或者在ー些工作温度范围中，在温度升高之后获得的最大旋转速度降到大约在温度升高之前获得的最大旋转速度的一半。因此，难于对エ业机器人等应用超声波马达，在エ业机器人中，出现因频繁地重复旋转的启动和停止而引起的马达温度的明显变化，并且不管温度如何都必须保持恒定的最大旋转速度。在日本专利公开N0.6-296378中描述的超声波马达的驱动方法中，因为下限频率根据因温度变化导致的谐振频率的变化而改变，所以最大旋转速度不会降低；然而，检测温度的传感器是必需的，由此导致成本増加。本专利技术提供一种用于具有较便宜配置的超声波马达的驱动电路和驱动方法，在该驱动电路和驱动方法中，即使在超声波马达中出现温度的变化,也可以抑制最大旋转速度的变化，并且驱动频率在每个温度处不会变得低于或等于谐振频率。在根据本专利技术的用于驱动谐振马达的方法中，通过施加交流驱动电压来驱动超声波马达。驱动方法包括设置比在预定工作温度范围的最低温度处的谐振频率处的旋转速度低的上限旋转速度Ns以及大于或等于在工作温度范围的最高温度处的谐振频率的下限频率Fs，并且当超声波马达启动时，超声波马达的旋转速度变得低于上限旋转速度Ns并且频率控制电路输出高于下限频率Fs的驱动频率。根据參照附图对示例性实施例的以下描述，本专利技术的更多特征将变清楚。【专利附图】【附图说明】图1是示出超声波马达的驱动电路的示意图。图2示出在超声波马达的驱动电路中的两个驱动电压波形。图3是示出超声波马达的结构的截面图。图4示出超声波马达的温度特性以及第一实施例中的上限旋转速度Ns与下限频率Fs之间的关系。图5是示出目标旋转速度的示意图。图6是示出用于超声波马达的驱动方法的流程图。图7A、7B和7C分别示出每个温度处的可用频率范围。图8示出使用超声波马达的机械臂。图9示出第二实施例中的超声波马达的驱动状态。图10示出在日本专利公开N0.7-59367中描述的超声波马达的温度特性和可用频率范围。图11是示出在日本专利公开N0.6-296378中描述的基于温度的下限频率的变化的概念图。【具体实施方式】以下将参照附图描述用于实现本专利技术的示例性实施例。第一实施例在本实施例中，基于要使用的超声波马达的特性，通过施加交流驱动电压而驱动的超声波马达的工作温度范围被估计为+10° C到+80° C。图1是示出根据本专利技术的实现用于驱动超声波马达的方法的驱动电路的基本配置的示意图。如图1所示，根据本专利技术的实现用于驱动超声波马达的方法的驱动电路包括频率生成电路1、驱动波形生成电路2、超声波马达3、用作旋转检测设备的编码器4、存储器5和频率控制电路6。频率生成电路I由以200MHz的时钟频率驱动的11位计数器构成。当下面将描述的具有由频率控制电路6输出的驱动频率F的信号被输入到频率生成电路I时，其输出具有为驱动频率F的四倍的频率的脉冲信号F’。驱动波形生成电路2由通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于驱动超声波马达的方法，该超声波马达是通过施加交流驱动电压而被驱动的，所述方法包括：在存储器中设置上限旋转速度和下限频率，该上限旋转速度低于在预定工作温度范围的最低温度处的谐振频率处的旋转速度，并且下限频率大于或等于在该工作温度范围的最高温度处的谐振频率；并且当超声波马达启动时，由旋转检测设备检测到的超声波马达的旋转速度变得低于上限旋转速度，并且频率控制电路输出高于下限频率的驱动频率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山本裕也，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：