JPH02284829A - ６軸磁気制御装置 - Google Patents

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、電子部品や異形部品などの部品を挿着したり
、部品同士の位置合わせや組み立てを行う自動組み立て
工程に用いられる６軸姿勢制御装置に関するものである
。

［従来の技術］ 従来、自動組み立て工程に用いられるこの種の姿勢制御
装置として、第１１図に示すように、部品保持機構２１
にて保持された部品Ｂを部品Ａの孔ａにはめる組み立て
作業時に、接触した部品ＡＢの位置ずれにより生じる組
み立て装置へのひずみを吸収するための弾性支持体２２
を設け、この弾性支持体２２の変形に対するひずみ量を
検出する検出器２３を、位置決め（ｌ［２０と部品保持
機ｆｌＩ２１との間に介装し、検出器２３出力を位置決
め機１１２０のサーボ機構制御回路にフィードバックし
、押し込み動作をすることによって自動的に位置ずれを
修正するようにしたちのく特開昭４９−３０９７９号公
報）があった。

また、他の従来例として、第１２図に示すように、組み
立てられる部品Ｂを３方向から把持する３個の把持子２
５の下方に、部品Ｂに対して感圧センサ２６を所定の圧
力で圧接する３個の触指２５ａを設け、部品Ｂに加えら
れる横方向の荷重を感圧センサ２６で検出演算して部品
Ｂの位置を検出し、位置決め機構のサーボ機構制御回路
にフィードバックして自動的に位置ずれを修正するよう
にしたもの（特開昭６１−１６４７３５号公報）があっ
た。

しかしながら、上記両従来例にあっては、位Ｗずれを検
出して位置決め機構をフィードバック制御して位置ずれ
を修正するようになっており、コンプライアンス制御が
できないという問題があり、しかも、Ｚ軸回りの回転制
御ができないので、方向性のある部品の自動組み立てが
できないという問題があった。

一方、コンプライアンス制御ができる精密自動組み立て
装置として、第１３図に示すように、移動可能なハンド
３０に組み込まれる可動体１と、可動体１を支持すると
ともに、可動体１の位置調整を行う電磁石３１．３２お
よび電磁石３３．３４を具備し、各電磁石３１〜３１１
の励磁コイルに流れる電流を適当に制御することにより
、電磁石３１３２および電磁石３３．３４による吸引力
を可動体１に作用させて５軸姿勢制＃（Ｘ、Ｙ２，θｘ
，θｙ）できるようにし、コンプライアンス制御をも可
能にしたもの（特開昭６３　２０７５３０号公報）が提
案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の第１３図従来例にあっては、コン
プライアンス制御ができるものの、Ｚ軸の回りの回転（
θ２）が制御できない５軸制御となっていたので、部品
Ｂに方向性がある場合には利用できないという問題があ
った。また、ＸＹ面内の位置および傾きを制御する電磁
石３３．３４による磁気吸引力が、電磁石３３．３４の
励磁電流の２乗に比例するとともに、可動体１と電磁石
３３．３４との距離の２乗に反比例するので、可動体１
の駆動量を考慮して電磁石３３．３４の励磁電流を制御
を行う必要があり、姿勢制御が面倒になるという問題が
あった。

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目
的とするところは、コンプライアンス制御ができ、しか
も、部品組み立て装置として使用した場合には、方向性
のある部品の挿着、部品同士の位置合わせや組み立てを
行うことができる６軸姿勢制御装万を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明の請求項１記載の６軸姿勢制御装置は、可動体に
対してＺ軸方向とその回りに揺動する第１の方向（Ｚ，
θｘ，θｙ）に作用する吸引力あるいは反発力を発生す
る第１の駆動手段と、上記可動体に対して第１の方向に
交差するＸＹ而で並進する第２の方向（Ｘ、Ｙ，θｚ）
に作用するローレンツ力を発生する第２の駆動手段と、
上記可動体の位置を検出する位置センサと、上記位置セ
ンサ出力に基づいて両駆動手段を制御する制（卸手段と
を備えたものである。

また、請求項２記載のものは、第１の方向（ＺθＸ、θ
ｙ）に作用する吸引力あるいは反発力を発生する第１の
駆動手段を少なくとも３個の電磁石にて形成するととも
に、第１の方向に交差するＸＹ面で並進する第２の方向
（Ｘ、Ｙ，θｚ）に作用するローレンツ力を発生する第
２の駆動手段を少なくとも３個のリニア直流アクチュエ
ータ（例えば、ボイスコイルモータ）にて形成したもの
である。

さらにまた、請求項３記載のものは、第１の方向（Ｚ，
θｘ，θｙ）に作用する吸引力を発生する第１の駆動手
段を少なくとも３個の電磁石にて形成するとともに、上
記可動体に対して第１の方向に交差するＸＹ面で並進す
る第２の方向くＸ。

Ｙ，θｚ）に作用するローレンツ力を発生する第２の駆
動手段を上記電磁石の磁界中に配置され適当な電流が流
される可動コイルにて形成したものである。

［作　用］ 本発明は上述のように構成されており、可動体に対して
Ｚ軸方向とその回りに揺動する第１の方向（Ｚ，θｘ，
θｙ）に作用する吸引力あるいは反発力を発生する第１
の駆動手段と、上記可動体に対して第１の方向に交差す
るＸＹ面で並進する第２の方向（Ｘ、Ｙ，θｚ）に作用
するローレンツ力を発生する第２の駆動手段と、上記可
動体の位置を検出する位置センサと、上記位置センサ出
力に基づいて両駆動手段を制御する制御手段とを備えた
ものであり、両駆動手段により可動体の６軸姿勢制御を
行うことができ、可動体１に部品を把持するグリッパを
設けて部品の自動組み立て装置として使用すれば、方向
性のある部品の挿着、部品同士の位置合わせや組み立て
を行うことができるようになっている。

また、請求項２記載のものは、第１の方向に作用する吸
引力あるいは反発力を発生する第１の駆動手段を少なく
とも３個の電磁石にて形成するとともに、第１の方向に
交差するＸＹ面で並進する第２の方向に作用するローレ
ンツ力を発生する第２の駆動手段を少なくとも３個のリ
ニア直流アクチュエータにて形成したものであり、可動
コイルに流れる電流と発生する力（ローレンツ力）とが
比例するリニア直流アクチュエータを用いて第２の方向
の並進駆動を行っているので、所定範囲内においては駆
動量を考慮することなく可動コイルの電流制御を行うこ
とができ、並進駆動制御を容易に行うことができるよう
になっている。

さらにまた、請求項３のものにあっては、第１の方向に
作用する吸引力あるいは反発力を発生する第１の駆動手
段を形成する電磁石の磁界中に、適当な電流が流される
可動コイルを配置して第２の方向に作用するローレンツ
力を発生させる第２の駆動手段を形成しているので、リ
ニア直流アクチュエータを用いた請求項２力ものに比べ
て永久磁石を必要としない分だけ構成が簡単になってコ
ストが安くなるとともに、小型化が図れるようになって
いる。

［実施例］ 第１図乃至第４図は、自動組み立て装置（例えば、部品
Ａの孔ａに部品Ｂを挿入する装置）として利用した本発
明一実施例を示すもので、６軸姿勢制御される可動体１
は、磁性体製円板１ａの下面中央にペグ１ｂが突設（Ｚ
軸方向に突設）されベグ１ｂの先端に部品Ｂを保持する
グリッパＩＣが設けられており、この可動体１は組み立
てロボットのアームＣ先端の外枠１０内に設けられてい
る。

なお、本発明は、実施例の自動組み立て装置の姿勢制御
に限定されるものではなく、各種姿勢制御に適用できる
ことは言うまでもない。ここに、実施例にあっては、可
動体１に対してＺ軸方向とその回りに揺動する第１の方
向（Ｚ，θｘ，θｙ）に作用する吸引力を発生する第１
の駆動手段を３個の電磁石２．．２２．２ｓにて形成す
るとともに、上記可動体１に対して第１の方向に交差す
るＸＹ面で並進する第２の方向（Ｘ、Ｙ，θｚ）に作用
するローレンツ力を発生する第２の駆動手段を３個のリ
ニア直流アクチュエータ３１，３□、３３にて形成し、
上記可動体１の位置を検出する磁気式の位置センサ４１
〜４．（第１の方向の位置検出）および位置センサ４．
〜４６（第２の方向の位置検出）出力に基づいて両駆動
手段を制御するマイクロコンピュータ５にて形成される
制御手段を設けたものである。図中、６は可動体１を吸
引して浮上させるための浮上用電磁石、７は位置センサ
４、〜４６から構成される装置情報をマイクロコンピュ
ータ５に取り込むためのインターフェース、８は電磁石
２　＋１　２２＋　２３のコイルおよびリニア直流アク
チュエータ３１，３２．３３の可動コイル３ｂに流す所
定電流をマイクロコンピュータ５からの指令によって供
給するアンプ、９は駆動用電源である。図示例では、第
１の駆動手段を３個の電磁石２＋、２２．２３にて形成
し、第２の駆動手段を３個のリニア直流アクチュエータ
３６，３□、３゜にて形成しているが、それぞれ３個以
上で形成しても良い。また、実施例にあっては、可動体
１の上下両側に配置された電磁石６および電磁石２２□
、２３による可動体１側の磁束を異極性とし、可動体１
に対して電磁石６および電磁石２．．２２゜２、の吸引
力が作用するようにしているが、磁束の極性を同一極性
とし、可動体１に対して電磁石６および電磁石２　＋　
＋　２２＋　２３による反発力が作用するようにしても
良い。さらにまた、浮上用の電磁石６に変えてコイルば
ねあるいはばね性を付与したピアノ線を用いても良い。

なお、上記実施例では、第１の駆動手段を電磁石２１．
２２１２３および電磁石６を用いて形成し磁気的に吸引
力あるいは反発力を発生させているが、各電磁石２１．
２□、２３．５に代えてエアーノズルを設け、エアーノ
ズルから噴き出される空気流によって可動体１に反発力
を１付与するようにしても良い。

以下、実施例の動作について説明する。第４図および第
５図はリニア直流アクチュエータ３３□、３．の構成お
よび動作を説明する図であり、リニア直流アクチュエー
タ３１，３２．３ｓは、８字形に形成され外枠１０に固
定された永久磁石３ａと、８字形の永久磁石３ａの中央
片に外挿され可動体１に取着された筒状の可動コイル３
ｂとで構成されており、可動コイル３ｂに電流を流すこ
とにより発生するローレンツ力Ｆにて可動コイル３ｂを
駆動するようになっている。このとき、各リニア直流ア
クチュエータ３１．３２．３３により可動体１に作用す
るローレンツ力Ｆは、可動コイル３ｂの巻数をｎ、可動
コイル３ｂに流す電流をＩ、永久磁石３ａによる磁束密
度をＢ、磁界中の可動コイル３ｂの長さをＬとすれば、 Ｆ＝ｎ　　・　■　・　Ｂ−Ｌ・・・・・・・・・・・
・（１）となる。

ここに、可動体１に作用する力は、各リニア直流アクチ
ュエータ３１，３□、３３によるローレンツ力Ｆ、、Ｆ
２．Ｆ３の合力となり、各リニア直流アクチュエータ３
．，３２．３３の可動コイル３ｂに流れる電流値を適当
に設定することにより、可動体１を並進駆動して第２の
方向（Ｘ、Ｙ，θｚ）の位置制御を行うとともに、電気
−磁気相互作用によるコンプライアンス制御を行うよう
になっている。

一方、外枠２に固定された電磁石２．２□、２３よりな
る第１の駆動手段による第１の方向（Ｚ。

θＸ、θｙ）の位置制御は、電磁石２．、２２．２３の
励磁電流を適当に設定することにより下方への吸引力を
制御し、電磁石６による上方への吸引力と釣り合った位
置に可動体１を駆動するようにしている。なお、実施例
では、電磁石２．．２２゜２、および電磁石６による吸
引力を利用して可動体１の位置制御を行っているが、反
発力を利用しても良いことは言うまでもない。

以上のように、本実施例にあっては、可動体１を第１の
方向（Ｚ，θｘ，θｙ）に駆動する電磁石２１．２□、
２．の励磁電流と、第２の方向に駆動するリニア直流ア
クチュエータ３．．３２，３゜の可動コイル３ｂに流れ
る電流とを適当に制御することにより、可動体１の６軸
姿勢制御を行うことができ、実施例のように可動体１に
部品を把持するグリッパＩＣを設けて部品の自動組み立
て装置として使用すれば、方向性のある部品の挿着、部
品同士の位置会わせや組み立てを行うことができる。ま
た、所定範囲（永久磁石３ａの磁束内に可動コイル３ｂ
が存在する範囲）内において、可動コイル３ａに流れる
電流と発生する力（ローレンツ力）とが比例するリニア
直流アクチュエータ３、．３２，３．を用いて第２の方
向（Ｘ、Ｙ，θｚ）の並進駆動を行っているので、所定
範囲内においては駆動量を考慮することなく可動コイル
３ｂの電流制御を行うことができ、並進駆動制御を容易
に行うことができるようになっている。

さらに、実施例では、電磁石２１．２２＋　２：ｌの磁
気吸引力あるいは磁気反発力を利用して第１の方向（Ｚ
，θｘ，θｙ）の位置制御を行っており、Ｚ軸方向を部
品挿入方向として大きな挿入力を得ることができるよう
になっている。

第７図乃至第９図は他の実施例を示すもので、可動体１
に対して第１の方向（Ｚ，θｘ，θｙ）に作用する吸引
力を発生する第１の駆動手段を、前記実施例と同様に、
少なくとも３個の電磁石２２２．２３にて形成するとと
もに、上記可動体１に対して第２の方向（Ｘ、Ｙ，θｚ
）に作用するローレンツ力を発生する第２の駆動手段を
、上記電磁石２＋、２２，２．の磁界中に配置され適当
な電流が流される可動コイル１１．．１１２，１１３に
て形成したものである。なお、本実施例では、可動体１
をコイルばね１２にて吊り下げており、可動コイル１１
＝、１１２．１１−を偏平コイルにて形成しているが、
可動体１をピアノ線で吊り下げても良く、電磁石の吸引
力で保持しても良い。

また、他の構成および動作は前記実施例と同一である。

以下、本実施例の動作について説明する。第１０図は動
作説明図であり、いま、電磁石２１．２２２、にて発生
される磁界中に、可動コイル１１１１２．１１．を配置
してリニア直流アクチュエータ３１１３２．３３と同様
の機能を得るようにしており、この可動コイル１１．．
１１２，１１３に適当な電流を流すことによりローレン
ツ力ＦＡ、ＦＲＦ０がそれぞれ発生し、これらのローレ
ンツ力ＦＡＦＢ、Ｆｃの合力が可動体１を第２の方向に
駆動する力として作用し、前記実施例と同様に、可動体
１の６軸姿勢制御が行えるようになっている。この場合
、永久磁石３ａを用いることなくローレンツ力ＦＡ、Ｆ
、、ＦＣを発生させているので、リニア直流アクチュエ
ータ３１，３□、３．を用いた前記実施例に比べて永久
磁石３ａを必要としない分だけ構成が簡単になってコス
トが安くなるととらに、小型化が図れるようになってい
る。

［発明の効果］ 本発明は上述のように構成されており、可動体に対して
Ｚ軸方向とその回りに揺動する第１の方向（Ｚ，θｘ，
θｙ）に作用する吸引力あるいは反発力を発生する第１
の駆動手段と、上記可動体に対して第１の方向に交差す
るＸ７面で並進する第２の方向（Ｘ、Ｙ、θＺ）に作用
するローレンツ力を発生する第２の駆動手段と、上記可
動体の位置を検出する位置センサと、上記位置センサ出
力に基づいて両駆動手段を制御する制御手段とを備えた
ものであり、両駆動手段により可動体の６軸姿勢制御を
行うことができ、可動体１に部品を把持するグリッパを
設けて部品の自動組み立て装置として使用すれば、方向
性のある部品の挿着、部品同士の位置合わせや組み立て
を行うことができるという効果がある。

また、請求項２記載のものは、第１の方向に作用する吸
引力あるいは反発力を発生する第１の駆動手段を少なく
とも３個の電磁石にて形成するとともに、第１の方向に
交差するＸ７面で並進する第２の方向に作用するローレ
ンツ力を発生する第２の駆動手段を少なくとも３個のリ
ニア直流アクチュエータにて形成したものであり、可動
コイルに流れる電流と発生する力（ローレンツ力）とが
比例するリニア直流アクチュエータを用いて第２の方向
の並進駆動を行っているので、所定範囲内においては駆
動量を考慮することなく可動コイルの電流制御を行うこ
とができ、並進駆動制御を容易に行うことができるとい
う効果がある。

さらにまた、請求項３のものにあっては、第１の方向に
作用する吸引力あるいは反発力を発生する第１の駆動手
段を形成する電磁石の磁界中に、適当な電流が流される
可動コイルを配置して第２の方向に作用するローレンツ
力を発生させる第２の駆動手段を形成しているので、リ
ニア直流アクチュエータを用いた請求項２のものに比べ
て永久磁石を！ｚ・要としない分だけ構成が簡単になっ
てコストが安くなるとともに、小型化が図れるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の概略構成図、第２図は同上の
要部斜視図、第３図は同上の要部分解斜視図、第４図は
第３図のＡ−Ａ線断面図、第５図および第６図は同上の
要部概略構成および動作を示す説明図、第７図は他の実
施例の概略構成図、第８図は同上の要部斜視図、第９図
は同上の要部斜視図、第１０図は同上の動作説明図、第
１１図は従来例の概略構成図、第１２図（ａ）（ｂ）は
他の従来例の概略構成図、第１３図はさらに他の従来例
の概略構成図である。 １は可動体、２．．２２．２３は電磁石、３７，３２．
３．はリニア直流アクチュエータ、４１〜４６は位置セ
ンサ、５はマイクロコンピュータ、６は電磁石、Ｉ　Ｉ
Ｉ、１１２，１１３は可動コイルである。 代理人　弁理士　石　１）長　七 第２Ｆ！！！ 第３図 第１図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８ 図 第１１図 第１３図 （ｂ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）可動体に対してＺ軸方向とその回りに揺動する第
   １の方向（Ｚ，θｘ，θｙ）に作用する吸引力あるいは
   反発力を発生する第１の駆動手段と、上記可動体に対し
   て第１の方向に交差するＸＹ面で並進する第２の方向（
   Ｘ，Ｙ，θｚ）に作用するローレンツ力を発生する第２
   の駆動手段と、上記可動体の位置を検出する位置センサ
   と、上記位置センサ出力に基づいて両駆動手段を制御す
   る制御手段とを備えた６軸姿勢制御装置。
2. （２）可動体に対してＺ軸方向とその回りに揺動する第
   １の方向（Ｚ，θｘ，θｙ）に作用する吸引力あるいは
   反発力を発生する第１の駆動手段を少なくとも３個の電
   磁石にて形成するとともに、上記可動体に対して第１の
   方向に交差するＸＹ面で並進する第２の方向（Ｘ，Ｙ，
   θｚ）に作用するローレンツ力を発生する第２の駆動手
   段を少なくとも３個のリニア直流アクチュエータにて形
   成し、上記可動体の位置を検出する位置センサ出力に基
   づいて両駆動手段を制御する制御手段を設けたことを特
   徴とする６軸姿勢制御装置。
3. （３）可動体に対してＺ軸方向とその回りに揺動する第
   １の方向（Ｚ，θｘ，θｙ）に作用する吸引力を発生す
   る第１の駆動手段を少なくとも３個の電磁石にて形成す
   るとともに、上記可動体に対して第１の方向に交差する
   ＸＹ面で並進する第２の方向（Ｘ，Ｙ，θｚ）に作用す
   るローレンツ力を発生する第２の駆動手段を上記電磁石
   の磁界中に配置され適当な電流が流される可動コイルに
   て形成し、上記可動体の位置を検出する位置センサ出力
   に基づいて両駆動手段を制御する制御手段を設けたこと
   を特徴とする６軸姿勢制御装置。