JPH0197587A

JPH0197587A - ロボットの関節構造

Info

Publication number: JPH0197587A
Application number: JP25503387A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sugawara; 宏菅原; Toshiro Higuchi; 俊郎樋口; Koichi Oka; 宏一岡
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1987-10-09
Filing date: 1987-10-09
Publication date: 1989-04-17

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】（産業上の利用分野）本発明は、ロボットの関節構造に係り、特に磁気軸受に
より関節部における制御性能を向上したものに関する。

（従来の技術）従来より、磁気軸受の構造として、例えば「昭和５８年
度精機学会秋期大会学術後援会論文集４３５〜４３６頁
」に開示されるごとく、切削工具等を端部に取付けたロ
ータと、該ロータの回転を支承する軸受類を組込んだス
テータユニットとを有し、ロータ側には、ロータの一部
を突設させたスラスト軸受部とその両側のラジアル軸受
部とを備え、ステータユニット側には、上記スラスト軸
受部を両側から支承するスラスト軸受とラジアル軸受部
を支承するラジアル軸受部とを備えるとともに、上記ス
ラストおよびラジアル軸受をいずれも磁力（吸引力）に
よりロータを浮上させる磁気軸受構造にして、各磁気軸
受の磁力を制御、することにより、高速回転における加
工精度の向上を図ろうとするものは知られている。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、自動作業を行うロボットの関節についても、
上記磁気軸受構造を採用して、その磁力を適度に調節す
ることにより、アーム手先の運動を、制御することが考
えられる。

しかしながら、上記従来のものを利用する場合、ロータ
側に一方のリンクを連結し、ステータユニット側に他方
のリンクを連結すると、関節が非対称形状となり、ロボ
ットの先端側から左右不均等な力を受けることになって
、磁力の制御が複雑になり、実際に所定の位置精度を得
ることは困難であるという問題がある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、ロボット関節で先端側からの力を左右均等に受け
るような手段を講することにより、ロボットのアーム手
先の位置決め精度の向上を図ることにある。

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するため本発明の解決手段は、左右対称
形の軸受構造とすることにある。

具体的には、第１図および第２図に示すように、作業ロ
ボットの関節に配置され、先端側リンク（Ｌ４）に連結
されたロータ（１２）と、後端側リンク（ＬＩ又はＬ３
）に連結され、該ロータ（１２）を支承するステータユ
ニット（１３）とを有するロボットの関節構造を対称と
する。

そして、上記ロータ（１２）を軸方向中央に対して左右
対称形状として、該中央部（１１）で先端側リンク（Ｌ
４）に連結し、中央部（１１）の左右両側２箇所にその
一部をフランジ状に突設させてなるスラスト軸受部（１
２ｃ）、（１２ｄ）を、該スラスト軸受部（１２ｃ）、
（１２ｄ）の外方両側にラジアル軸受部（１２ａ）、　
　（１２ｂ）をそれぞれ設ける一方、上記ステータユニ
ット（１３）に中央ユニット（１３ｂ）と該中央ユニッ
ト（１３ｂ）の両側に配置された互いに対称形状のサイ
ドユニット（１３ａ）、　　（１３ｃ）とを設けて、上
記中央ユニット（１３ｂ）には、上記ロータ（１２）の
各スラスト軸受部（１２ｃ）。

（１２ｄ）を磁力により非接触状態で回転可能に支承す
る２つのスラスト磁気軸受（９ｃ）　、　　（９ｄ）を
設け、上記各サイドユニット（１３ａ）。

（１３ｃ）には、上記ロータ（１２）のラジアル軸受部
（１２ａ）、　　（１２ｂ）を磁力により非接触状態で
回転可能に支承するラジアル磁気軸受（９ａ）、　　（
９ｂ）を設ける構成としたものである。

（作用）以上の構成により、本発明では、各磁気軸受（９ａ）〜
（９ｄ）の磁力が調節されると、先端側リンク（Ｌ４）
の傾きが調節され、アーム手先の微小変位、力等が制御
される。

その場合、先端側リンク（Ｌ４）にロータ（１２）の中
央部（１１）が、後端側リンク（ＬＩ又はＬ３）にステ
ータユニット（１３）がそれぞれ連結されていて、ロー
タ中央部（１１）の左右両側２箇所にスラスト軸受部（
１２ｃ）、（１２６）が、該スラスト軸受部（１２ｃ）
、（１２ｄ’）の外方両側にラジアル軸受部（１２ａ）
、　　（１２ｂ）が設けられているとともに、ステータ
ユニット（１３）が３分割され、その中央ユニット（１
３ｂ）で上記スラスト軸受部（１２ｃ）、（１２ｄ）を
スラスト磁気軸受（９ｃ）、（９ｄ’）により、各サイ
ドユニット（１３ａ）、　　（１３ｃ）で上記ラジアル
軸受部（１２ａ）、　　（１２ｂ）をラジアル磁気軸受
（９ａ）、　　（９ｂ）によってそれぞれ支承する構造
としているので、ロータ（１２）およびステータユニッ
ト（１３）を左右対称形状とすることができる。よって
、磁力調節のための制御が単純化され、上記制御性能を
損ねることなく発揮することができる。

（実施例）以下、本発明の実施例について、図面に基づき説明する
。

第３図は、本発明をクリ−ルーム内で作業を行うロボッ
トに適用した実施例の概略構造を示し、（１）はクリー
ンルーム内に設置された半導体を取扱うためのクリーン
ベンチであって、該クリーンベンチ（１）内の作業台（
４）の前方には半導体ウェハーなどのワーク（５）がワ
ーク台（６）上に設置され、その奥部には、上記ワーク
（５）を把持して所定の作業を行うためのロボット（７
）が設置されている。該ロボット（７）は、鉛直平面内
で４つのリンク（Ｌｌ）〜（Ｒ４）が縦方向に長い平行
四辺形状に組み合わされたいわゆる多関節形の構造をし
ていて、ワーク（５）に対して前方かつ略垂直な第１リ
ンク（Ｌｌ）と、下方で略水平方向の第２リンク（Ｒ２
）と、上記第１リンク（Ｌ＋　）に対峙する第３リンク
（Ｒ３）と、上方で略水平方向の第４リンク（Ｒ４）か
らなっている。また、各リンク（Ｌｌ）〜（Ｒ４）の接
合部には、各リンク（Ｌｌ）〜（Ｒ４）を相互に連結す
る関節（Ｒ１）〜（Ｒ５）が設けられていて、ロボット
（７）を駆動する第１駆動用モータ（Ｍｌ）に上記第１
リンク（Ｌｌ）を回転可能に連結する第１関節（Ｒ１）
と、上記第１関節（Ｒ１）とは同一軸線上の回転軸を有
し、第２駆動用モータ（Ｍ２）に上記第２リンク（Ｒ２
）を回転可能に連結する第２関節（Ｒ２）と、第２リン
ク（Ｒ２）と上記第３リンク（Ｒ３）とを相互の回転可
能に連結する第３関節（Ｒ３）と、第３リンク（Ｒ３）
と上記第４リンク（Ｒ４）とを相互の回転可能に連結す
る第４関節（Ｒ４）と、第１リンク（Ｌｌ）と第４リン
ク（Ｒ４）とを相互の回転可能に連結する第５関節（Ｒ
５）とからなっている。

また、上記第４リンク（Ｒ４）は第５関節（Ｒ５）から
さらに延びていて、その先端にはワーク（５）を１枚ず
つ次工程に移動させるなどの所定の作業を行うアーム手
先（Ｈ）が取付けられている。

そして、上記第４および第５関節（Ｒａ　）　。

（Ｒ５）には、相互に連結される各リンク（Ｌｌ）、　
　（Ｒ３）、　　（Ｒ４）連結軸としてのロータ（１２
）を磁力により非接触状態で回転自在に支承する磁気軸
受（９）、　　（９）がそれぞれ設けられている。

該磁気軸受（９）、（９）はいずれも共通の構造をして
おり、以下、その原理的な構造を第４図に基づき説明す
る。各磁気軸受（９）は、略円柱状のロータ（１２）と
、該ロータ（１２）の両端付近の外周部でロータ（１２
）の外周面と所定の隙間を有するように例えば各４箇所
に等分装置された小電磁石の２つの組（９ａ＋）〜（９
ａ４）。

（９ｂｚ）〜（９ｂａ）からなるラジアル磁気軸受（９
ａ）、（９ｂ）と、例えばロータ（１２）の両端部の軸
方向でロータ（１２）の端面と所定の隙間を有するよう
に配置された２つのスラスト磁気軸受（９ｃ）、　　（
９ｄ）とを備えている。そして、各磁気軸受（９ａ）〜
（９ｄ）はその磁力でロータ（１２）を吸引することに
より、それらの中間位置にロータ（１２）を保持するよ
うにしている。すなわち、各ラジアル磁気軸受（９ａ）
。

（９ｂ）により、ロータ（１２）が非接触状態で回転可
能に支承され、各スラスト磁気軸受（９ｃ）、（９ｄ）
により、非接触状態でロータ（１２）のスラスト方向の
加重が支承されるのである。

次に、上記原理に対応して作製された具体例について第
１図および第２図に基づき説明する。第１図は、上記磁
気軸受（９）の断面構造を示し、（１３）は軸受（９）
全体のステータユニットである。該ステータユニット（
１３）は左右対称形状をしていて、両端側のサイドユニ
ットとしての第１．第３ユニツト（１３ａ）、　　（１
３ｃ）と、該両ユニット（１３ａ）、　　（１３ｃ）に
挟まれた中央ユニットとしての第２ユニツト（１３ｂ）
とで構成されている。そして、該第２ユニツト（１３ｂ
）が後端側リンクとしての第１リンク（Ｌ＋　）に接続
固定されている。また、軸受（９）の内方には略円柱状
のロータ（１２）が配置されていて、該ロータ（１２）
はの中央部（１１）で先端側リンクとしての第４リンク
（Ｒ４）に接続固定されている。また、ロータ（１２）
はその軸方向中央に対して左右対称形状をしていて、そ
の中央部（１１）に結合された第４リンク（Ｒ４）の両
側２箇所には、軸の一部を突設してなるフランジ状のス
ラスト軸受部（１２ｃ）、（１２ｄ）が互いに対峙して
設けられている。また、該スラスト軸受部（１２ｃ）、
（１２ｄ）の外方左右両側にはそれぞれラジアル軸受部
（１２ａ）、　　（１２ｂ）が設けられている。そして
、上記ステータユニット（１３）の第２ユニツト（１３
ｂ）には、上記ロータ（１２）のスラスト軸受部（１２
ｃ）　。

（１２ｄ）の軸方向の加重を磁力により非接触状態で回
転可能に支承する１対のスラスト磁気軸受（９ｃ）、　
　（９ｄ）が設けられ、第１．第３ユニツト（１３ａ）
、　　（１３ｃ）には、ロータ（１２）のラジアル軸受
部（１２ａ）、　　（１２ｂ）を磁力により非接触状態
で回転可能に支承するラジアル磁気軸受（９ａ）　、　
’（９ｂ）がそれぞれ備えられている。なお、（１５ａ
）、　　（１５ｂ）は上記ラジアル磁気軸受（９ａ）、
　　（９ｂ）の励磁用コイル、（１５ｃ）、　　（１５
ｄ）は上記スラスト磁気軸受（９ｂ）、　　（９ｄ）の
励磁用コイル、（１６）はタッチダウンベアリング、（
１７）はロータ（１２）の姿勢を検出する位置センサ、
（１８）はロータ（１２）の軸方向変位を検出する位置
センサである。

以上により、ロボット（７）の第４関節（Ｒ４）に配置
される磁気軸受（９）が構成されている。

また、第５関節（Ｒ５）に配置された磁気軸受（９）も
同様の構造である。

次に、ロボット（７）の運動を説明するに、第５図に示
すように、水平方向前方をＸ軸圧方向、垂直方向上方を
ｙ軸止方向とし、上記第１関節（Ｒ＋　）の中心点を原
点として、（ＸＧ　Ｉ、　　３／Ｇりを第ｉリンクの重
心位置、Ｉ）■を第ｉリンクの長さ、ｍｌを第ｉリンク
の質２、ｇｌを第ｉ関節から重心位置までの長さ、ＩＩ
を第ｉリンクの重心点回りの慣性モーメント、θ■を第
ｉリンクがＸ軸となす角度（関節角度）、（ｘｔ、ｙｒ
）を第ｉ関節の軸受部の中心位置（第４．第５関節（Ｒ
４）　、　　（Ｒｓ　）においては、それぞれ第３゜第
１リンク（Ｒ３）、　　（Ｌ＋　）に固定されている）
、（ＸＩ’　、ｙＪ’　）を磁気軸受（９）、（９）の
ロータ（１２）の中心位置（いずれも第４リンク（Ｒ４
）に固定されている）、τ■を駆動用モータ（Ｍ＋　）
、　　（Ｍ２　）の駆動トルク、Ｆ×１゜ＦｖＨを磁気
軸受がロータに及ぼす力、δＸＩ。

δＹＴを磁気軸受中心とロータ中心とのずれ、ｇを重力
加速度とすると、図に示す各パラメータの関係から、該
ロボット（７）の運動方程式は、（１＋　＋ｍ＋−ｇ＋
”）−ｙｒ　−ｒ＋　＋Ｆｓ　ｘ−９＋、５ｌ−Ｆｓｖ
４＋−ｃ＋　−ｍ＋−ｇ−ｇｌ−ｃ＋　　（１）（Ｉｚ
＋ｍ２・ｇ　２２＋　ｍ　３・Ｉ２）°υ２＋ｍ３・Ｒ
３・Ｉ２・Ｃ２３・υ３１τｚ　＋Ｆ４　ｘ・Ｉ２・Ｒ
２・Ｆ４ｖ−ｆｌ　２−Ｃ２−ｍ２−ｇ−ｇｚ−ｃｚ　
−ｍｓ・ｇ−ｆｌ　２−Ｃ２−−ｍ３．ｇ　３・ｊ！　
　２−５ｚ３−６３　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（２）向１：μ壌４−二＝＝ご一：：二＝＝＝＝＝
二＝＝：１耐ｍｘ−ｇｚ・９２−Ｃ２３−Ｑｚ　＋　（
１３＋ｍ３・ｇ：＋”）−７ｊｓ　　−Ｆａ　ｘ−１１
３−Ｒ３−Ｆａ　　Ｙ−ρ３−Ｃ３−ｍ３−ｇ−Ｒ３−
Ｃ３＋ｍ３−ｇ３・Ｄ　２−５２３−０２（３）父ｃ、
ｉ　−（Ｆａ　ｘ　＋Ｆｓ　ｘ）　／ｍａ　　　　　（
４）９ｃ４−（Ｆ４ｖ＋Ｆｓｖ）／ｍ４　ｇ　　［５）
Ｉ４・υ４　−ｐ、ｔ　Ｘ・（ｇａ＋Ｎａ）・Ｒ４＋Ｆ
ａ　Ｙｏ（ｇａ　　＋ｊ！　ａ　　）・Ｃ４−ＦＳ　Ｘ
・Ｒ４・ｓ４＋Ｆ５ｙ・Ｒ４・ｃ　ａ　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　（６）（ただし、ｓ　ｒ−ｓ
ｂ＋θ１、Ｃ７−Ｃｏ５θ１１ｓＨＪ−ｓｉｎ（θ■　
−〇Ｊ）　　、　　ｃｒ　　Ｊ−ｃｏｓ（θ■−θＪ）
）となる。なお、第２．第３関節（Ｒ２）、（Ｒ３）の
軸受およびリンクの剛性は無限大であると仮定し、撓み
などは生じないものと仮定している。

そして、第６図の制御ブロック線図に示すように、第１
．第２リンク（Ｌ＋　）、　　（Ｒ２）の関節角度θ１
．θ２の制御目標値の信号を受けて、第１制御回路（２
０）により、第１．第２関１（Ｒ１）、（Ｒ２）が制御
されると、その実関節角度θ１．θ２がエンコーダ等の
角度センサ（図示せず）により検出され、第１制御回路
（２０）にフィードバックされる。

さらに、上記実関節角度θ１．θ２の信号は軸受応力演
算回路（２１）に入力され、該軸受応力演算回路（２１
）により、ロータ（１２）　、　　（１２）に実際に作
用する力つまり軸受（９）、　　（９）に加わる力ｆが
演算される。

その場合、ロボット（７）が粗動、つまり駆動用モータ
（Ｍ＋　）、（Ｍ２　）で第１．第２リンク（Ｌ＋　）
、　　（Ｌ２　）を駆動するような運動を行う場合、第
４．第５関節（Ｒ４）　、　　（Ｒｓ　）の磁気軸受（
９）、　　（９）は、ロータ（１２）　、　　（１２）
の各ラジアル軸受部（１２ａ）、　　（１２ｂ）の中心
と各ラジアル磁気軸受（９ａ）、　　（９ｂ）の中心と
が常に一致するように制御される。

以上を数式で説明するに、ｘｃ４−１１−ｃ＋　＋ｇ４−Ｃｚ　　　　　　　（７
）ｙｅａ＝＃＋・ｓｌ　−ｇ４・Ｃ２（８）を上記（４
）、　（５）式に代入した式と、上記（６）式、および
第３リンク（Ｌ３）の運動方程式より得られ、Ａ　ｔ　
−ｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　［９）となる
。

すなわち、上記磁気軸受（９）、　　（９）が発生する
力は上記（９）を逆変換した式％式％により求まる。

ただし、ｆ詭（Ｆａ　ｘ、Ｆ４Ｙ、Ｆｓ　ｘ、Ｆｓ　Ｙ）一方、
ロボット（７）が高精度の位置決めを行う場合には、各
磁気軸受（９ａ）〜（９ｄ）。

（９ａ）　〜（９ｄ）とロータ（１２）　、　　（１２
）の中心位置とのずれを能動的に制御することにより行
う。このとき、第７図上下図に示すように、δＨ×、δ
）４Ｙをアーム手先（Ｈ）の微小変位とし、位置決め制
御は、θ１−π／２のとき微小項を無視すると δＨ×−δｘｓ−（＃ｓ／Ｎ２）（δＹ５−δｖ４）ｔ
ａｎθ２　　　　　　　　　　　　　　（ＩＤδＨＹ−
δＹＳ−（ｆＩｓ／１２）（δＹ５−δＹＪ）　　　　
　　　　　　　　　　　　　　０２）そして、第６図の
ブロック線図において、アーム手先の微小変位δＨ×、
δ）４Ｙの制御目標値信号が出力されると、変位信号変
換回路（２２）により、軸受中心とロータ中心とのずれ
の信号δ×１、δＹＩに変換される。次に、この信号と
上記軸受応力演算回路（２１）の信号とを受けて、バイ
アス調節回路（２３）により、磁気軸受（９）。

（９）に対する制御電流信号が出力され、第２制御回路
（２４）により、磁気軸受（９）、　　（９）の磁力が
適度に調節される。

なお、第８図に示すように、第２制御回路（２４）と磁
気軸受（９）、　　（９）との部分に、磁気軸受（９）
、（９）からの位置信号ＸＭ＋ＸＩ２を以下のように第
２制御回路（２４）にフィードバックさせて、さらに微
細な制御を行うことができるようにしている。すなわち
、位置信号のフィードバック信号に所定の位置フィード
バックゲインＫｄを乗じる一方、位置信号にラプラス演
算しＳを乗じて微分したものに速度フィードバックゲイ
ンＫｖを乗じた後、加算点（２５）で上記バイアス調節
回路（２３）からの位置設定値信号Ｕから両者を減する
ようにしている。

したがって、上記実施例では、ロボット関節構造として
、磁気軸受（９）、　　（９）を利用しているので、上
記バイアス調節回路（２３）の位置設定値信号Ｕを変え
ることにより、各関節において中立状態にある（第７図
上図参照）だけでなく、軸受（９）、　　（９）とロー
タ（１２）、（１２）が接触しない範囲でリンク（Ｌ４
）を傾ける（第６図下図参照）ことができ、第４．第５
関節（Ｒ１）、（Ｒ２）を同時に制御すれば、６自由度
の微小位置決めが可能となるのである。よって、従来の
ように上記実施例における粗動位置決めしかできないも
のに比べてアーム手先（Ｈ）の位置決め精度が向上する
。

また、位置ゲインＫｄの値を可変にすることにより、磁
気軸受（９）、　　（９）の剛性をコントロールするこ
ともでき、この特性を利用してアーム手先（Ｈ）の力制
御を行うこともできる。例えば、第７図において、位置
設定値信号Ｕに対して出力Ｘ力’ＬＪ−Ｘ””ＸＩだＩ
すずれているとすると、位置フィードバックループがあ
るため、Ｋｄ・Ｘｌの値を持つ位置復元指令が制御系に
入力され、これに見合った復元力が磁気軸受（９）、　
　（９）に加えられる。すなわち、Ｆ＝Ｋｅｘ＋　　　　　　　　　　　　　　　０３）と
いうずれ４９　Ｘ　＋に比例した復元力Ｆが常に与えら
れることになる。ここに、Ｋ−Ｋａ−Ｋｄ　　　　　　　　　　　　　０４）（た
だし、Ｋａは第２制御回路（２４）のゲイン）よって、
剛性はＦ／ｘ１−Ｋａ−Ｋｄ　　　　　　　　　　（１！Ｅと
なり、Ｋｄを変えることにより、力の制御が可能となる
のである。

そのとき、電磁石の吸引力をＦとすると、Ｆ−に’　　
Ｉ”　／Ｄ２（ただし、Ｋ′は比例定数、Ｉ′は励磁電流、Ｄはギャ
ップである）と近似できるので、Ｉ、Ｄを検出すること
により、Ｆが求まり、アーム手先（Ｈ）に加わる力を計
測することができる。これを利用して、例えばワーク（
５）にツールを当ててなんらかの作業を行う場合にも、
その接触力を自由に設定できるので、作業条件の向上と
応用範囲の拡大化とを図ることができる。

また、同図において、速度フィードバックゲインＫｖを
変えることによりダンピングの強さを制御することがで
きる。

例えば、アーム手先（Ｈ）の姿勢が変化する場合、制御
系に加わる外乱が変化する場合等に、最適なダンピング
係数を選択することにより、振動収束の短縮化を図るこ
とができるのである。

なお、第９図に示すような第１．第２リンク（Ｌ＋　’
　）、　　（Ｌ２　’　）と、それらに対応する２つの
モータ等のアクチュエータ（Ｍ＋　’　）、　　（Ｍ２
′）からなる２関節形リンク機構では、アーム手先（Ｈ
）の位置決めの誤差を生ずる原因が、アクチュエータ（
Ｍ＋　’　）、　　（Ｍ２　’　）の誤差、減速機構の
バックラッシュ、２つのリンク（Ｌ＋　’　）、（Ｌ２
’）の撓みなど多くの要素があり、その精度を損ねる原
因となっている。それに対し、上記実施例では、第１〜
第４リンク（Ｌｌ）〜（Ｌ４）により、弊ループのリン
ク機構を形成するようにしているので、位置決め誤差の
要因がアクチュエータの誤差と第４リンク（Ｌ４）の撓
みだけであり、アーム手先（Ｈ）の位置と姿勢との制御
精度を向上させることができる。

また、第１０図のように、例えばアーム手先（Ｉ（）の
位置決めを回転アクチュエータ（ＲＭ）を用いて行う場
合、減速後の分解能がΔθであるとすると、アーム手先
での変位分解能はリンク長さｐだけ拡大されて、ｐ・Δ
θとなる。それに対し、上記実施例では、アクチュエー
タの分解能をΔｙとすると、上記第０２）式においてδ
Ｙ５−δＹ４となるように駆動させれば、第０２）式の
右辺第２項は零となるので、 δ１−ＩＹ“δＹ５となる。よって、アーム手先（Ｈ）の分解能はリンク長
さに拘らずΔｙであって、誤差の拡大がを効に防止され
ている。

以上のような制御を行う場合、本発明では、ロータ（１
２）がその軸方向中心に対して左右対称に形成され、ス
テータユニット（１３）を３分割する構造としているの
で、各ラジアル磁気軸受（９ａ）、　　（９ｂ）に作用
する力が左右でバランスしており、上記のような制御を
行う上で複雑化することなく、所定の制御機能を有効に
発揮できるのである。

すなわち、従来のような１箇所のみにスラスト軸受部を
有する場合、ロータ中央部（１１）にリンク（Ｌ４）を
連結すると、スラスト軸受部の分だけロータ（１２）が
左右非対称になってしまう。

したがって、左右のラジアル磁気軸受（９ａ）。

（９ｂ）に加わる力が左右不均等になり、磁力を調節し
て上記のような制御を行おうとすると、非常に複雑な制
御を行わねばならず、実際には困難である。それに対し
、本発明では、スラスト軸受部（１２ａ）、（１２ｂ）
を左右２箇所に分割した構造としているので、ロータ（
１２）およびステータユニット（１３）を左右対称形状
にすることができるのである。また、従来のような片持
状のものでは、片側の磁気軸受に過大な荷重が加わるの
で、関節の重量が大きくなるという問題があるが本発明
では、左右対称の構造としているので、関節の軽量化を
図ることができ、ロボットの動作性を良好に発揮するこ
とができる。

さらに、ステータユニット（１３）を３分割し、先端側
リンク（Ｌ４）に連結されたロータ（１２）を左右から
組込む構造としたので、リンク（Ｌ４）の可動空間も有
効に確保されており、アーム手先（Ｈ）の運動に支承を
きたすことがない。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、ロボットの関節
構造として、先端側リンクにロータの中央部を、後端側
リンクにステータユニットをそれぞれ連結し、ロータ中
央部の左右両側２箇所にスラスト軸受部を、該スラスト
軸受部の外方両側にラジアル軸受部を設けるとともに、
ステータユニットを３分割し、その中央ユニットでスラ
スト軸受部をスラスト磁気軸受により、各サイドユニッ
トで上記ラジアル軸受部をラジアル磁気軸受によってそ
れぞれ支承する構造としているので、ロータおよびステ
ータユニットを左右対称形状とすることができ、制御系
の単純化により、磁気軸受の磁力の調節によるアーム手
先の微少な位置決め、アーム手先の力制御、ダンピング
制御などの制御性能を良好に発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図は本発明の実施例を示し、第１図は磁気
軸受の断面構造図、第２図は第１図の■−■線断面図、
第３図はクリーンルー内の全体図、第４図は磁気軸受の
原理図、第５図は各リンクの力学的パラメータを示す図
、第６図は制御装置の構成を示すブロック図、第７図は
アーム手先の微小位置決め制御の説明図、第８図は第２
制御回路のフィードバック制御の詳細を示すブロック図
である。第９図は従来の２関節形ロボットの機構説明図
、第１θ図は回転によるアーム手先の位置決め精度説明
図である。（７）・・・ロボット、（Ｈ）・・・アーム手先、（９
）、　（９）・・・磁気軸受、（９ａ）、　　（９ｂ）
・・・ラジアル磁気軸受、（９ｃ）、（９ｄ）・・・ス
ラスト磁気軸受、（１２）・・・ロータ、（１１）・・
・ロータ中央部、（１２ａ）、（１２ｂ）ラジアル軸受
部、（１２ｃ）、（１２ｄ）−・・スラスト軸受部、（
１３）・・・ステータユニット、（１３ａ）、　　（１
３ｃ）・・・第１．第３ユニツト（サイドユニット）、
（１３ｂ）・・・第２ユニツト（中央ユニツ））、（Ｌ
ｌ）、（Ｌ３）・・・第１．第３リンク（後端側リンク
）、（Ｌ４）・・・ｍ４リンク（先端側リンク）。第９・図１・Δｅ　　　　　　　　　　　　Δｅ第４図第７図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）作業ロボットの関節に配置され、先端側リンク（
Ｌ＿４）に連結されたロータ（１２）と、後端側リンク
（Ｌ＿１又はＬ＿３）に連結され、該ロータ（１２）を
支承するステータユニット（１３）とを有するロボット
の関節構造であって、上記ロータ（１２）は軸方向中央
に対して左右対称形状をしていて、該中央部（１１）で
先端側リンク（Ｌ＿４）に連結され、中央部（１１）の
左右両側２箇所にその一部をフランジ状に突設させてな
るスラスト軸受部（１２ｃ）、（１２ｄ）を、該スラス
ト軸受部（１２ｃ）、（１２ｄ）の外方両側にラジアル
軸受部（１２ａ）、（１２ｂ）をそれぞれ備える一方、
上記ステータユニット（１３）は中央ユニット（１３ｂ
）と該中央ユニット（１３ｂ）の両側に配置された互い
に対称形状のサイドユニット（１３ａ）、（１３ｃ）と
を備えていて、上記中央ユニット（１３ｂ）には、上記
ロータ（１２）の各スラスト軸受部（１２ｃ）、（１２
ｄ）を磁力により非接触状態で回転可能に支承する２つ
のスラスト磁気軸受（９ｃ）、（９ｄ）が設けられ、上
記各サイドユニット（１３ａ）、（１３ｃ）には、上記
ロータ（１２）のラジアル軸受部（１２ａ）、（１２ｂ
）を磁力により非接触状態で回転可能に支承するラジア
ル磁気軸受（９ａ）、（９ｂ）がそれぞれ設けられてい
ることを特徴とするロボットの関節構造。