JPH04322995A - アクチュエータ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、アクチュエータに関
し、そして、例えば、直角座標ロボット、円筒座標ロボ
ット、極座標ロボット、および、関節ロボットなどにも
具体化可能であるアクチュエータに関する。

【０００２】

【背景技術】通常、工場の生産設備に導入されるアクチ
ュエータであって、例えば、産業用ロボットでは、移動
テーブルやリンク連鎖の自由端である手先効果器の位置
は、モータ内のエンコーダの出力および入力パルス数か
らそのモータの回転数および回転位置を読み取って算出
されるので、そのモータの脱調、モータ軸連動部のすべ
りに加えて取付け上の遊び、さらには、温度および自重
によるアクチュエータ・ボディの微小たわみおよびねじ
れなどによって位置の算出に誤差を生じ、そのテーブル
や手先効果器の正確な位置検出が困難であった。

【０００３】

【発明の課題】この発明の課題は、作業自由端の任意の
位置を正確に知るアクチュエータ、そして、ロボットに
具体化される場合には、その作業自由端であるテーブル
、手先効果器などの任意の位置を正確に知るアクチュエ
ータの提供にある。

【０００４】

【課題のための手段】この発明は、センサ・ハウジング
、および、そのセンサ・ハウジングに組み込まれる三次
元のジャイロおよび加速度センサを含む位置センサが、
アクチュエータの作業自由端に配置されるところである
。

【０００５】

【課題のための手段の作用】この発明は、そのアクチュ
エータの作業自由端の動きに応じて、そのジャイロでコ
リオリの力を検知し、同時に、その加速度センサで加速
を検知し、その検知されたコリオリの力および加速度を
コントロール・ユニットに電気信号で与え、その作業自
由端、所謂、アクチュエータ先端において、そのアクチ
ュエータ先端の任意の位置を算出するところである。

【０００６】

【具体例の説明】図１および図２は、スタンド型直角座
標ロボットに具体化されたこの発明のアクチュエータの
具体例１を示している。そして、このスタンド型直角座
標ロボット１は、Ｘ軸直動アクチュエータ２、Ｙ軸直動
アクチュエータ３、Ｚ軸直動アクチュエータ４、および
、位置センサ５を含んで組み立てられた。

【０００７】そのＸ軸直動アクチュエータ２およびＺ軸
直動アクチュエータ４は、横断面溝形ボディ６、８、そ
の溝形ボディ６、８の一端に嵌め込まれた電動モータ９
、１０、その溝形ボディ６、８に配置されてその電動モ
ータ９、１０の動力を伝達可能にする直進ガイド（図示
せず）、および、その直進ガイドに固定された移動テー
ブル１１、１２を含み、そのＺ軸直動アクチュエータ４
は、アダプタ１３を介してそのＸ軸直動アクチュエータ
２の移動テーブル１１に支持された。一方、そのＹ軸直
動アクチュエータ３は、横断面溝形ボディ７、その溝形
ボディ７の一端に嵌め込まれた電動モータ（図示せず）
、および、その溝形ボディ７に配置されてその電動モー
タの動力を伝達可能にする直進ガイド（図示せず）を含
み、アダプタ１４を介してそのＺ軸直動アクチュエータ
４の移動テーブル１２に支持された。勿論、そのＹ軸直
動アクチュエータ３は、その直進ガイドがそのアダプタ
１４に連結されてあるので、そのＺ軸直動アクチュエー
タ４に関して直動可能であり、そして、その電動モータ
９、１０およびＹ軸直動アクチュエータ３の電動モータ
は、コントロール・ユニット（図示せず）に電気的に接
続されてある。

【０００８】その位置センサ５は、センサ・ハウジング
１５と、そのセンサ・ハウジング１５に組み込まれた三
次元のジャイロ１６および加速度センサ１７とを含んで
組み立てられ、そして、そのジャイロ１６および加速度
センサ１７が、多重伝送配線でそのコントロール・ユニ
ットに接続された。勿論、そのジャイロ１６および加速
度センサ１７は、シリアル伝送配線でそのコントロール
・ユニットに接続されてもよい。

【０００９】そのセンサ・ハウジング１５は、その三次
元のジャイロ１６および加速度センサ１７を支持したベ
ース１８と、そのジャイロ１６および加速度センサ１７
を被ってそのベース１８に組み付けられた箱形カバー１
９と、そのベース１８に固定されたブラケット２０とを
含んで組み立てられ、そのブラケット２０でそのＹ軸直
動アクチュエータ３の先端に取り付けられた。

【００１０】その三次元ジャイロ１６は、互いに直交す
る方向においてそのベース１８上に配置された３個のＸ
軸、Ｙ軸、およびＺ軸の圧電振動ジャイロ２１、２２、
２３で構成された。勿論、その圧電振動ジャイロ２１、
２２、２３は、音片型振動ジャイロおよび音叉型振動ジ
ャイロが使用される。

【００１１】その三次元加速度度センサ１７は、互いに
直交する方向、すなわち、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向
においてそのベース１８上に配置された３組の重り２４
、２５、２６、その重り２４、２５、２６を支持してい
るたわみアーム２７、２８、２９、および、そのたわみ
アーム２７、２８、２９の表面に形成された抵抗（図示
せず）で構成された。そして、その重り２４、２５、２
６およびたわみアーム２７、２８、２９は、半導体材料
からなる基板３０、３１、３２にスリット３３、３４、
３５を入れて形成され、一方、その抵抗は、そのたわみ
アーム２７、２８、２９の所定の表面に蒸着で形成され
た。

【００１２】上述されたように、そのスタンド型直角座
標ロボット１は、その位置センサ５がそのＹ軸直動アク
チュエータ３の先端に取り付けられたので、そのアクチ
ュエータ先端の動きに応じて、その三次元ジャイロ１６
で角速度（コリオリの力）を、その三次元加速度センサ
１７で加速度をそれぞれ検知し、そのコントロール・ユ
ニットでその検知された角速度および加速度からそのア
クチュエータ先端の移動位置が算出された。この場合、
誤差の原因になるところのそれらアクチュエータ２、３
、４のモータ脱調、モータ軸まわりの遊び、そして、温
度や自重によるその溝形ボディ６、７、８の微小たわみ
およびねじれなどが省かれ、そのアクチュエータ先端の
位置は、正確に算出された。特に、そのロボット１が大
型に製作されたにもかかわらず、その算出された先端位
置の精度は、正確に保証された。

【００１３】図３および図４は、多関節ロボットに具体
化されたこの発明のアクチュエータの具体例４０を示し
ている。そして、この多関節ロボット４０は、台４１に
支持された支柱４２、腕４３、手先効果器４６、コント
ロール・ボックス４７、および位置センサ４８を含んで
組み立てられた。

【００１４】その腕４４は、肘関節５０で互いに連結さ
れた上腕４４および下腕４５からなり、その上腕４４が
肩関節４９でその支柱４２の上端に連結され、その下腕
４５が手首関節５１で先端にその手先効果器４６を連結
している。また、そのコントロール・ボックス４７には
、その肩関節４９のためのモータ（図示せず）と、コン
トロール・ユニット（図示せず）とが納められてある。

【００１５】その位置センサ４８は、センサ・ハウジン
グ５２と、そのセンサ・ハウジング５２に組み込まれた
三次元のジャイロ１６および加速度センサ１７およびフ
レーム補正ブロック５３とを含んで組み立てられ、そし
て、そのジャイロ１６および加速度センサ１７は、多重
伝送配線でそのコントロール・ユニットに接続された。

【００１６】そのセンサ・ハウジング５２は、その三次
元のジャイロ１６および加速度センサ１７を支持したベ
ース５４と、そのジャイロ１６および加速度センサ１７
を被ってそのベース５４に組み付けられた箱形カバー５
５と、その加速度センサ１７の一部を被ってそのベース
５４に組み付けられたカバー・プレート５６と、そのカ
バー・プレート５６に組み付けられてその手先効果器４
６にそのベース５４を固定させたブラケット５７とを含
んで組み立てられた。

【００１７】その三次元のジャイロ１６および加速度セ
ンサ１７は、前述のスタンド型直角座標ロボット１の位
置センサ５のそれらであるので、同じ符号で示した。ま
た、この多関節ロボット４０でも、その位置センサ４８
がその手先効果器４６に配置されたので、その手先効果
器４６の移動位置は、正確に算出された。

【００１８】図５は、前述の多関節ロボット４０に適す
るように変形された位置センサ６０を示している。そし
て、この位置センサ６０は、その位置センサ４８におけ
るその三次元のジャイロ１６および加速度センサ１７が
一体的に組み立てられるところに変形された。

【００１９】その位置センサ６０では、三次元のジャイ
ロ６２と、三次元の加速度センサ６３と、フレーム補正
ブロック６４とが一体的に組み立てられてセンサ・ハウ
ジング６１に組み込まれ、そして、その三次元ジャイロ
６２および加速度センサ６３が、多重伝送配線でそのコ
ントロール・ユニットに接続された。

【００２０】そのセンサ・ハウジング６１は、その一体
型のジャイロ６２および加速度センサ６３を支持したベ
ース６５と、そのジャイロ６２および加速度センサ６３
を被うために、そのベース６５に取り外し可能に取り付
けられた箱形カバー６６と、そのベース６５に組み付け
られた連結プレート６７と、その連結プレート６７に組
み付けられてその手先効果器４６にそのベース６５を固
定させたブラケット６８とを含んで製造された。

【００２１】その三次元ジャイロ６２は、そのフレーム
補正ブロック６４を基準にして互いに直交する方向にお
いて、そのベース６５上に配置された３個のＸ軸、Ｙ軸
、およびＺ軸の圧電振動ジャイロ６９、７０、７１で構
成された。一方、その三次元加速度センサ６３は、６枚
の正方形基板から箱形ブロックに組み立てられ、そして
、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向にそれぞれ２枚づつある
基板の一方７８、７９、８０が半導体材料からなり、そ
の基板７８、７９、８０には、重り７２、７３、７４、
および、その重り７２、７３、７４を支持しているたわ
みアーム７５、７６、７７がスリットに入れるようにし
て切り込み加工され、そのたわみアーム７５、７６、７
７の表面の所定の位置に抵抗（図示せず）がそれぞれ蒸
着された。そして、この三次元加速度センサ６３は、そ
の互いに組み合わせられた基板７８、７９、８０のコー
ナー部分が切り欠かれ、その切り欠かれたコーナー部分
にそのＺ軸圧電振動ジャイロ７１を嵌め込むようにして
、その三次元ジャイロ６２に一体的に組み付けられた。

【００２２】そのようにして、その三次元ジャイロ６２
とその三次元加速度センサ６３とが一体的に組み合わせ
られたので、その位置センサ６０は小型化され、その手
先効果器４６に取り付けることが非常に容易になった。

【００２３】図６は、前述のスタンド型直角座標ロボッ
ト１に適するように変形された位置センサ９０を示して
いる。そして、この位置センサ９０は、基準ブロック９
３に関して三次元のジャイロ９１および加速度センサ９
２が一体的に組み立てられた。

【００２４】その位置センサ９０では、その基準ブロッ
ク９３がセンサ・ハウジング１５のベース１８に固定的
に位置されてその三次元ジャイロ９１および三次元加速
度センサ９２がそのセンサ・ハウジング１５に組み込ま
れ、そして、その三次元ジャイロ９１および加速度セン
サ９２が、多重伝送配線でそのコントロール・ユニット
に接続された。

【００２５】その三次元ジャイロ９１および加速度セン
サ９２は、前述の位置センサ６０の場合のように、その
加速度センサ９２の互いに隣接された３つのコーナー部
分が切り欠かれ、その切り欠かれたコーナー部分にその
三次元ジャイロ９１を嵌め込んで、一体的に組み立てら
れた。勿論、その三次元ジャイロ９１は、３つの圧電振
動ジャイロからなり、その中の１つの圧電振動ジャイロ
はその加速度センサ９２で隠された。

【００２６】そのようにして、その三次元ジャイロ９１
および三次元加速度センサ９２がその基準ブロック９３
に関して一体化されたので、その位置センサ９０は小型
化が一層図られ、特に、位置の補正が極めて簡単になっ
た。

【００２７】

【発明の便益】上述から理解されるように、この発明の
アクチュエータは、センサ・ハウジング、および、その
センサ・ハウジングに組み込まれる三次元のジャイロお
よび加速度センサを含む位置センサが、アクチュエータ
の作業自由端に配置されるところであるので、その作業
自由端の動きに応じて、そのジャイロでコリオリの力を
検知し、同時に、その加速度センサで加速度を検知し、
その検知されたコリオリの力および加速度を電気信号に
変えて計算し、その作業自由端において、換言すれば、
アクチュエータ先端において、そのアクチュエータ先端
の任意の位置が算出され、特に、そのアクチュエータ先
端の任意の位置は、誤差の原因になるところのモータの
脱調、モータ軸まわりの遊び、温度や自重によるアクチ
ュエータ・ボディの微小たわみおよびねじれなどが省か
れて算出可能になり、その算出値は非常に正確であり、
しかも、アクチュエータが大型化される場合にも、算出
されたアクチュエータ先端位置の精度は、高く保証され
、アクチュエータにとって高い精度の作業が可能になり
、アクチュエータが非常に有用で、実用的になる。

【００２８】先のように、図面を参照して説明されたこ
の発明の具体例から明らかであるように、この発明の属
する技術の分野において通常の知識を有する者にとって
、この発明の内容は、その発明の課題を成し遂げるため
に発明の成立に必須であってその発明の性質であるとこ
ろのその発明の技術的本質に由来し、そして、それを内
在させると客観的に認められる態様に容易に具体化され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】スタンド型直角座標ロボットに具体化されたこ
の発明のアクチュエータの具体例を示した斜視図である
。

【図２】図１に示されたスタンド型直角座標ロボットに
おいて、Ｙ軸直動アクチュエータの先端を拡大して示し
た部分拡大斜視図である。

【図３】多関節ロボットに具体化されたこの発明のアク
チュエータの他の具体例を示した斜視図である。

【図４】図３に示された多関節ロボットにおいて、手先
効果器を拡大して示した部分拡大斜視図である。

【図５】図３に示された多関節ロボットに適用された他
の位置センサを示した斜視図である。

【図６】図１に示されたスタンド型直角座標ロボットに
適用されたさらに他の位置センサを示した斜視図である
。

【符号の説明】

２　　　　Ｘ軸直動アクチュエータ ３　　　　Ｙ軸直動アクチュエータ ４　　　　Ｚ軸直動アクチュエータ ５　　　　位置センサ １６　　　　三次元ジャイロ １７　　　　三次元加速度センサ ２１　　　　Ｘ軸圧電振動ジャイロ ２２　　　　Ｙ軸圧電振動ジャイロ １３　　　　Ｚ軸圧電振動ジャイロ ２４　　　　重り ２５　　　　重り ２６　　　　重り ２７　　　　たわみアーム ２８　　　　たわみアーム ２９　　　　たわみアーム ４３　　　　腕 ４６　　　　手先効果器 ４８　　　　位置センサ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　センサ・ハウジング、および、そのセ
   ンサ・ハウジングに組み込まれる三次元のジャイロおよ
   び加速度センサを含む位置センサが、作業自由端に配置
   されるアクチュエータ。
2. 【請求項２】　　その位置センサが、その三次元のジャ
   イロおよび加速度センサを一体的に組み立ている請求項
   １に記載されたアクチュエータ。
3. 【請求項３】　　その三次元ジャイロが、互いに直交す
   る方向に配置される３個の圧電振動ジャイロで構成され
   る請求項１に記載されたアクチュエータ。
4. 【請求項４】　　その三次元加速度センサが、互いに直
   交する方向に配置される３組の重り、その重りを支持す
   るたわみアーム、および、そのたわみアームに配置され
   る抵抗で構成される請求項１に記載されたアクチュエー
   タ。
5. 【請求項５】　　その三次元ジャイロが、互いに直交す
   る方向に配置される３個の圧電振動ジャイロで構成され
   、そして、その三次元加速度センサが、互いに直交する
   方向に配置される３組の重り、その重りを支持するたわ
   みアーム、および、そのたわみアームに配置される抵抗
   で構成される請求項１に記載されたアクチュエータ。
6. 【請求項６】　　そのセンサ・ハウジングが、その三次
   元のジャイロおよび加速度センサを支持するベース、お
   よび、その作業自由端にそのベースを取り付けるブラケ
   ットを含む請求項１に記載されたアクチュエータ。