JPH01164580A

JPH01164580A - 直交型ロボットのアーム支持構造

Info

Publication number: JPH01164580A
Application number: JP31893587A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Tamamushi; 一雄玉虫; Mitsuru Shiraishi; 白石　満
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1987-12-18
Filing date: 1987-12-18
Publication date: 1989-06-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔概　要〕直交型ロボットにおいて、片持支持アームに作用する荷
重に対抗すべく該片持支持アームを支持する構造に関し
、片持支持アームを案内移動させる案内手段への作用負荷
を低減させると共に、高速移動時においても片持支持ア
ームを正確に移動停止制御することの可能な小型の直交
型ロボットの提供を目的とし、アームの一端部近くに設けた支持部が案内手段によって
一方向に移動可能に支持されていると共に、他端部側に
荷重が作用する片持支持アームにおいて、前記荷重の作
用による前記支持部を中心とした前記片持支持アームの
回転力を打ち消す方向に作用する超電導コイルから成る
電磁石を有したアームサポート手段を具備するように構
成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は直交型ロボットにおいて、片持支持アームに作
用する荷重に対抗すべく該片持支持アームを支持する構
造に関する。

〔従来の技術〕

直交型ロボットは構成が簡単であるため、自動組立等に
多く使用されている。その曲型的な構成例を第５図に示
す。Ｘ軸アーム３０は通常ベースに対して固定されてお
り、このＸ軸アーム３０に対して直交する方向にＹ軸ア
ーム３２が載設されている。このＹ軸アーム３２はＸ軸
アーム３０に設けられたサーボモータＭＸによってボー
ルねじ軸２８等を介してＸ方向に移動停止制御される。

またＹ軸アーム３２にはＺ軸アーム３４が取り付けられ
ており、Ｙ軸アーム３２に取り付けられたサーボモータ
ＭＹによってボールねじ軸３８等を介してＹ方向に移動
制御される。このＺ軸アーム３４にはサーボモータＭＺ
が取り付けられており、このサーボモータＭＺによって
対象物を把持するハンド３６を駆動制御する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上の様な構成の直交型ロボットでは以下の問題点があ
る。まず、Ｙ軸アーム３２をサーボモータＭＸによって
高速に移動させるためにはＹ軸アーム３２並びにＺ軸ア
ーム３４を軽量化しなければならない。然しながらＹ軸
アーム３２はその一端側が支持されている片持梁構造で
あるためロボットとしての剛性を保つためには細くして
軽量化することが困難である。また、ハンド３６の把持
する対象物負荷の重量は一定ではなく変動し、更にはＺ
軸アーム３４がＹ方向に移動するためＹ軸アーム３２の
支持部、即ちボールねじ軸２８とボールナツト４０との
螺合部に作用する負荷が変動することとなる。従ってＹ
軸アーム３２の高速移動制御時にはＸ方向やＸ方向の振
動を生じ易く、正確な位置決め制御が困難となる。

これに対して直交ロボットを門型に構成すると、Ｙ軸ア
ームは両持梁構造となり剛性は高くなるが、ロボットと
して大型になると共に、門柱が邪魔になって作業方向が
限定されてしまうという問題がある。

従って本発明は斯る問題点の解決を図るべく、片持支持
のアームを案内移動させる案内手段への作用負荷を低減
させると共に、高速移動時においても片持支持アームを
正確に移動停止制御することの可能な小型の直交型ロボ
ットの提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段〕第１図は本発明の原理説明図である。

案内手段１０にＸ方向に案内される支持部１５を一端部
１２の近くに有する片持支持アーム１０には、他端部１
４側に荷重Ｗが作用しており、支持部１５には右回りの
モーメントが作用している。

これに対し、前記一端部１２には前記の右回りモーメン
トを打ち消すべく、アームサポート手段１９を設けてい
る。このアームサポート手段１９はアーム１０の一端部
１２を吸引すべく超電導コイルから成る電磁石２０を具
備している。またこの吸引力によるアームサポート手段
１９に代わり、アーム１０の他端部１４に上記の右回り
モーメントを打ち消すべくアームサポート手段２３を設
けてもよい。このアームサポート手段２３はアーム１０
の他端部１４を反発させるべく超電導コイルから成る電
磁石２４を具備している。更には上記アームサポート手
段１９と２３とを併用してもよい。

〔作　用〕上記のアームサポート手段１９や２３によれば、アーム
１０の支持部１５には左回りのモーメントが作用し、荷
重Ｗによる右回りモーメントを打ち消す。従ってアーム
１０のバランスがとれてＸ方向の移動停止制御を正確に
行うことが容易になる。

更には、アームサポート手段２３を使用すると、荷重Ｗ
の力の方向と超電導コイル電磁石２４から受ける反発力
の方向とは逆方向となりアーム１０に作用するトータル
力も小さくなるため、アーム１０の移動停止制御が容易
となる。

［実施例］（ａ）　　第一実施例の説明第２図は本発明の第一実施例構成図である直交型ロボッ
トの斜視図である。ベース４２に対して水平Ｘ方向に延
設して固定されたＸ軸アーム３０の上には、直交する水
平なＸ方向に延設してＹ軸アーム３２を載設している。

このＹ軸アーム３２はＸ軸アーム３０の端部に設けられ
たサーボモータＭＸによってポールねじ軸２８等を介し
てＸ方向に移動停止制御される。またＹ軸アーム３２に
は上下方向Ｚに延設されたＺ軸アーム３４が取り付けら
れており、Ｙ軸アーム３２の端部に設けられたサーボモ
ータＭＹによってポールねじ軸３８等を介してＸ方向に
移動制御される。このＺ軸アーム３４の上端にはサーボ
モータＭＺが設けられており、下端に設けられて作業対
象物を把持するハンド３６を駆動制御する。

Ｙ軸アーム３２はサーボモータＭＹの側である端部３２
ａの近くにポールナツト４０を取り付けてあり、ポール
ねじ軸２８と螺合している。このためＹ軸アーム３２は
片持支持のアームとなっており、作業対象物とＺ軸アー
ム３４及びＹ軸アーム３２自体の重量作用を受けるのみ
ならず、これらの作用荷重がＹ軸アーム３２の支持部、
即ちポールねじ軸２８とポールナツト４０との螺合部に
対して大きなモーメントを発生させる。

本発明では上記モーメントによるＹ軸アーム３２の駆動
装置２８　、４０、及びＭＸへの過剰負荷を低減させる
べく、Ｙ軸アーム３２の前記端部３２ａの下方のベース
４２に超電導材料のコイル４４を埋め込んで電磁石を形
成している。このコイル４４はＹ軸アーム３２のＸ方向
の移動幅に亘って設けられており、細長いループ形状を
なしている。

Ｙ軸アーム３２を磁性体で構成するか、又は超電導コイ
ル４４と対向するＹ軸アーム３２の下面位置に永久磁石
或いは電磁石４６を固定し、互いの電磁石４４と４６と
が互いに異極となって吸引する様に通電を行う、これに
よりＹ軸アーム３２には、作業対象物とＺ軸アーム３４
及びＹ軸アーム３２自体の重量作用によるモーメント負
荷を打ち消す逆方向モーメントが作用する。従ってＹ軸
アーム３２のバランスがとれ、高速移動停止制御時に振
動が発生し難くなる。超電導コイル４４から発生ずる磁
力線に対する磁気抵抗を小さくするにはベース４２は磁
性体が望ましく、機械加工並びに超電導コイル４４の冷
却を考えるとアルミニウム材（常磁性体）等が好ましい
。

（ｂ）　　第二実施例の説明第３図は本発明の第二実施例構成図である直交型ロボッ
トの側面図であり、第４図は第３図の矢視線■による正
面図である。本第二実施例では第一実施例に設けた吸引
力作用によるアームサポート手段の代わりに、Ｙ軸アー
ム３２の他端部３２ｂ側に反発力作用によるアームサポ
ート手段を用いていることのみが異なるので、共通の構
成については説明を省略する。

Ｙ軸アーム３２の自由端である端部３２ｂにはＸ方向（
上下方向）に柱部材５０を延設固定している。この柱部
材５０の下端には永久磁石又は電磁石５２が固定されて
おり、該磁石５２と常に対向する様に超電導材料から成
るコイル５４がＸ方向にベース４２に埋め込まれている
。この超電導コイル５４には、磁石５２との対向磁極が
互いに同極となって反発し合う様に通電する。これによ
りＹ軸アーム３２には、負荷によるモーメントを打ち消
す逆方向モーメントを作用させる。またＸ方向の負荷荷
重をも打ち消すため、Ｙ軸アーム３２に作用する負荷が
消失することとなる。

以上説明した構成のアームサポート手段のみでは実際上
負荷によるモーメントや荷重を正確に打ち消すことは難
しい。Ｙ軸アーム３２の長手方向（Ｘ方向）に沿ってＺ
軸アーム３４が移動する他、ハンド３６の把持する対象
物の重量も一定ではないため、Ｙ軸アーム３２の撓み量
が異なる。このためベース４２又は超電導コイル５４と
磁石５２とのギャップ距離を、例えば容量タイプのギャ
ップセンサ５６を磁石５２に対して併設しておくことに
よって常時計測する構成とする。このセンサ５６の計測
信号をギャップ算出回路５８へ入力してギャップ値を算
出し、該ギャップ値に応じて力換算回路６０において超
電導コイル電磁石５４と磁石５２との所要反発力を算定
し、この力に基づき超電導コイル電流制御回路６２が超
電導コイル５４への通電電流を制御する。こうしたギャ
ップ調節手段を使用することにより、Ｚ軸アーム３４の
移動やハンド３６の把持荷重の変化によるＹ軸アーム３
２への負荷、延いてはＹ軸アーム３２を駆動する機構へ
の負荷を有効に打ち消すことが可能となる。

（発明の効果〕以上の説明から明らかな様に本発明によれば、大電流を
流すことの可能な超電導コイルを用いているため強い吸
引力又は反発力を発生させることが可能である。従って
、片持支持アームを支持すると共に案内移動させる案内
支持機構への負荷を低減させると共に、高速移動時にお
いても片持支持アームを正確に移動停止制御することの
可能な小型直交型ロボットの提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は本発明の第１実施例構成斜視図、第３図は本発
明の第２実施例構成側面図、第４図は第３図の矢視線■
による正面図、第５図は従来の直交型ロボットの斜視図
である。１０・・・片持支持アーム、１５・・・支持部、１９　、２３・・・アームサポート手段、２０　、２４
・・・超電導コイル電磁石、２２　、２６・・・対向磁
界発生手段、３０・・・Ｘ軸アーム、３２・・・Ｙ軸アーム、３４・・・Ｚ軸アーム、４２・・・ベース、４４・・・超電導コイル、４６・・・磁石、５２・・・磁石、５４・・・超電導コイル、５６・・・ギャップセンサ、Ｗ・・・荷重。

Claims

【特許請求の範囲】

１．アーム（１０）の一端部（１２）近くに設けた支持
部（１５）が案内手段（１６）によって一方向（Ｘ）に
移動可能に支持されていると共に、他端部（１４）側に
荷重（Ｗ）が作用する片持支持アーム（１０）において
、前記荷重（Ｗ）の作用による前記支持部（１５）を中
心とした前記片持支持アーム（１０）の回転力を打ち消
す方向に作用する超電導コイルから成る電磁石（２０，
２４）を有したアームサポート手段（１９，２３）具備
することを特徴とする直交型ロボットのアーム支持構造
。
２．前記アームサポート手段（１９）が前記アーム（１
０）の前記一端部（１２）に設けられ、前記超電導コイ
ルから成る電磁石（２０）と対向する対向磁界発生手段
（２２）を具備し、該電磁石（２０）と対向磁界発生手
段（２２）とが互いに異極を対向して配設されて成る特
許請求の範囲第１項記載の直交型ロボットのアーム支持
構造。
３．前記アームサポート手段（２３）が、前記アーム（
１０）の前記他端部（１４）に設けられて前記超電導コ
イルから成る電磁石（２４）と対向する対向磁界発生手
段（２６）を具備し、該電磁石（２４）と対向磁界発生
手段（２６）とが互いに同極を対向して配設されて成る
特許請求の範囲第１項記載の直交型ロボットのアーム支
持構造。