JPH0625933B2 - 複合偏心型回転子による電動直接駆動位置決め装置 - Google Patents

複合偏心型回転子による電動直接駆動位置決め装置

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JPH0625933B2
JPH0625933B2 JP61236701A JP23670186A JPH0625933B2 JP H0625933 B2 JPH0625933 B2 JP H0625933B2 JP 61236701 A JP61236701 A JP 61236701A JP 23670186 A JP23670186 A JP 23670186A JP H0625933 B2 JPH0625933 B2 JP H0625933B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、複合偏心型回転子による２次元面の移動と
出力軸の回転によって、出力軸の移動位置を高精度で超
微細に位置決めできる電動直接駆動位置決め装置に関す
る。
従来の技術 従来、比較的狭範囲における精密位置決め機構として
は、一次元の並進移動の場合、ボールネジとリニヤーガ
イドを組合せ、パルスモーターでボールネジを回転させ
て移動させ、位置決めするものが一般に知られている。
そして、２次元の位置決め装置としては、前記一次元の
位置決め機構を直交させたものを使用している。
また、機械加工等で使用される回転割出し等の回転位置
決め装置としては、近時歯車及び減速器を使用せずに、
電動式で軸テーブルを直接駆動回転制御させる電動直接
駆動装置が開発されている。
発明が解決しようとする問題点 近時、重量物組立用産業ロボットでは高トルクと高精度
の位置決めが、また集積回路の配線加工等においては超
微細な動きが要求され、これらの分野に適用できるより
高精度の位置決め装置の出現が求められている。
しかしながら、従来の精密位置決め装置は上記の様にパ
ルスモータの回転をボールネジによって直線運動に変換
し一次元又は２次元面内の位置決めを行なっているた
め、ボールネジのネジピッチによるバックラッシュが存
在し、ミクロン単位の繰返し精度がでない問題がある。
また、近時提案されている上記の電動直接駆動による回
転位置決め装置は、回転位置の位置決めは比較的高精度
にできるが、回転位置決めのみであって、並進移動によ
る２次元面の位置決めには適用できない問題点がある。
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑み創案されたも
のであって、高トルクを有する出力軸テーブルの回転位
置と２次元面内の並進位置を高精度で超微細に位置決め
できる電動直接駆動位置決め装置を提供することを目的
とするものである。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するための本発明の複合偏心型回転子
による電動直接駆動位置決め装置は、出力軸回転子、少
なくとも内側偏心軸回転子と外側偏心軸回転子を含む複
数個の偏心軸回転子、及び軸受基筒からなり、前記各偏
心軸回転子は回転子円筒外壁に対して偏心した円筒内壁
をそれぞれ有し、内側の偏心軸回転子が外側の偏心軸回
転子の円筒内壁に軸受を介して回転自在に順に挿入保持
されて多重の偏心軸回転子を構成し、前記出力軸回転子
は前記内側偏心軸回転子の円筒内壁内に、前記外側偏心
軸回転子は前記軸受基筒の円筒内壁内にそれぞれ軸受を
介して回転自在に挿入保持され、前記出力軸回転子と前
記内側偏心軸回転子間、前記各偏心軸回転子間、前記外
側偏心軸回転子と軸受基筒間に、内側に位置する前記各
回転子がその外側に対面して位置する前記各回転子又は
軸受基筒に対してそれぞれ電動モータの回転子となるよ
うに電動回転駆動機構部をそれぞれ構成し、各偏心軸回
転子及び出力軸回転子が独立して回転制御できるように
したことを特徴とするものである。
作用 この発明における出力軸回転子は、Ｘ、Ｙの二次元面の
並進運動と軸筒を軸とする回転運動の３つの自由度をも
つ。即ち、各偏心軸回転子は、電動回転駆動機構部によ
って、独立して回転され、その偏心回転子の回転運動の
重ね合せによって、内側偏心軸回転子の円筒内壁内に挿
入された出力軸回転子は、その軸に直角な平面内で２自
由度の並進運動をする。
今、出力軸回転子の位置決め作用を、偏心軸回転子を外
側偏心軸回転子と内側偏心軸回転子の組合せからなる場
合について、第３図により説明する。
外側偏心軸回転子Ｂは、軸受基筒Ａの中心軸Ｐからl1だ
け離れたＱを中心軸とする内側円筒面をもち、該内側円
筒面内に挿入された内側偏心軸回転子Ｃは、前記外側偏
心軸回転子Ｂの中心軸Ｑからl2だけ離れたＯを中心軸と
する内側円筒面をもち、該内側円筒面内に出力軸回転子
Ｄが挿入されている。
今、第３図に示すように、外側偏心軸回転子Ｂの内側円
筒面の中心Ｑ及び内側偏心軸回転子Ｃの内側円筒面内の
中心Ｏが、軸受基筒Ａの中心軸Ｐを原点とする直交座標
Ｘ、ＹのＸ軸上の位置Q1、Q1点にそれぞれ位置するとす
る。この状態から、外側偏心軸回転子Ｂを電動回転駆動
機構部によってθ1だけ時計方向に回転させ、同時に内
側偏心軸回転子Ｃをθ2だけ回転させる。その場合、内
側偏心軸回転子Ｃの中心軸線はQ1点から、座標点が（l1
cosθ1、l1sinθ1）であるQ2に移動する。一方、出力軸
回転子の中心軸線は、上記の動きにさらに内側偏心軸回
転子Ｃの回転運動が合成され、O1点から座標点が｛l1co
sθ1+l2cos(θ1+θ2)、l1sinθ1+l2sin(θ1+θ2)｝であ
るO2点に移動する。
従って、外側偏心軸回転子Ｂ及び内側偏心回転子Ｃの回
転角を独立して任意に制御することによって、出力軸回
転子Ｄは、その中心軸がＰ点を中心とする半径Ｒ＝l1＋
l2の円内（第３図における２点鎖線円内）を範囲とし
て、任意に位置決めすることができる。また、出力軸回
転子Ｄは、電動回転駆動機構部によって回転され、任意
の回転角度を得ることができる。
そして、前記各偏心軸回転子及び出力軸回転子は、それ
自体がモータを構成する回転駆動機構部となっているの
で、直接電動駆動されて回転する。従って、歯車などを
使用していないため、バックラッシュ、ガタがなく、高
分解能を有する高精度の位置決めができる。
なお、本発明の電動直接駆動位置決め装置では、最終段
の回転子を説明の便宜上出力軸回転子と称しているが、
本発明に係る位置決め装置は前記出力軸回転子を基軸と
し、軸受基筒に被位置決め物を取り付けて軸受基筒を出
力軸として使用することも勿論可能であり、上記「出力
軸回転子」及び「軸受基筒」の用語がその使用態様まで
限定するものでないことは言うまでもない事である。
実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
図示の実施例において、本発明の電動直接駆動位置決め
装置は、軸受基筒Ａ、外側偏心軸回転子Ｂ、内側偏心軸
回転子Ｃ、および出力軸回転子Ｄで構成されている。
軸受基筒Ａは、第３図に示すように、位置決め装置本体
の中心軸Ｐを中心軸とする同心円筒構造をなす。該軸受
基筒Ａは、上端に電動回転駆動機構部を構成する電機子
巻線５取付用の皿状フランジ２が設けられ、下端には装
置本体固定用のフランジ６が形成され、中間部は外側偏
心軸回転子Ｂを挿入支持する円筒内壁８となっている。
前記電機子巻線５は、皿状フランジの円筒壁３の内周面
４に設けられている。また、装置本体固定用フランジ６
には、取付用穴７が適宜穿設されている。
外側偏心軸回転子Ｂは、位置決め装置本体の中心軸Ｐを
軸とする円筒外壁１２と、この軸Ｐからl1だけ離れたＱ
を中心軸とする円筒内壁１３とを有し、上端には電動回
転駆動機構部形成用の皿状フランジ１４が形成された偏
心円筒状に構成され、前記軸受基筒Ａの円筒内壁に沿っ
て挿入され、玉軸受１０を介して軸受基筒Ａに回転自在
に支持されている。前記皿状フランジ１４の外周壁１５
には、前記軸受基筒Ａに設けられた電機子巻線５と対面
して回転子永久磁石１６が設けられ、該回転子永久磁石
１６と前記電機子巻線５とで外側偏心軸回転子駆動用の
電動回転駆動機構部を構成し、外側偏心軸回転子Ｂは軸
受基筒Ａに対して電動モータの回転子として電動直接駆
動できるようになっている。また、前記皿状フランジ１
４の円筒壁１７内周面には、内側偏心軸回転子Ｃの電動
回転駆動機構部を構成する電機子巻線１８が設けられて
いる。
内側偏心軸回転子Ｃは、第３図に示すように、軸Ｑを中
心軸とする円筒外壁２０と、軸Ｑからl2だけ離れた軸Ｏ
を中心軸とする円筒内壁２１とを持ち、上端に電動回転
駆動機構部形成用の皿状フランジ２２を設けた偏心円筒
であり、前記外側偏心軸回転子Ｂの円筒内壁１３内にス
ラスト軸受１０を介して回転自在に支持されている。前
記皿状フランジ２２の外周壁には、前記外側偏心回転子
Ｂに設けられた電機子巻線１８と対面して回転子永久磁
石２４が設けられ、該回転子永久磁石２４と前記電機子
巻線１８とで内側偏心軸回転子Ｃの電動回転駆動機構部
を構成し、内側偏心軸回転子Ｃは外側偏心軸回転子Ｂに
対して電動モータの回転子として電動直接駆動できるよ
うになっている。また、前記皿状フランジ２２の内周面
には、出力軸回転子Ｄの電動回転駆動機構部を構成する
電機子巻線２４が設けられている。
出力軸回転子Ｄは、上面に被位置決め物取付用のテーブ
ルと電動回転駆動機構部形成用を兼ねる２段構造のフラ
ンジ２７が設けられた軸Ｏを中心軸とする同心円筒構造
をなし、前記内側偏心軸回転子Ｃの円筒内壁２１内にス
ラスト軸受１０を介して回転自在に支持されている。前
記フランジ２７の外周壁には第１図に示すように前記内
側偏心軸回転子Ｃに設けられた電機子巻線２５と対面し
て回転子永久磁石２９が設けられ、前記電機子巻線２４
とで出力軸回転子Ｄの電動駆動部を構成し、出力軸回転
子Ｄは内側偏心軸回転子Ｃに対して電動モータの回転子
として電動直接駆動できるようになっている。フランジ
２７には、適数個の取付穴３０が穿設され、被移動物を
直接又はジグを介して取付けられるようになっている。
前記の各電機子巻線５、１８、２５は、第１図に示すよ
うに、軸受基筒Ａ下部に設置された独立したコントロー
ラ３０、３１、３２に各々接続され、該コントローラに
よって各々独立して駆動制御される。前記各電機子巻線
５、１８、２４とコントローラ３０、３１、３２の結線
を容易にするため、軸受基筒Ａ、外側偏心軸回転子Ｂ及
び内側偏心軸回転Ｃの各軸部に結線用穴３３、３４、３
５が穿設されている。
前記外側偏心軸回転子Ｂ、内側偏心軸回転子Ｃ及び出力
軸回転子Ｄの回転位置には、第１図に示すように、軸受
基筒Ａ、外側偏心軸回転子Ｂ及び内側偏心軸回転子Ｃに
設けられた回転位置決め信号発生器であるパルスエンコ
ーダー３６、３７、３８によって高精度で検出され、そ
の出力信号がコントローラに入力され、各回転子の回転
が制御される。
本実施例の電動直接駆動位置決め装置は、以上のように
構成され、出力軸回転子Ｄのフランジ２７上面に被位置
決め物を固定して使用され、所定位置への位置決めは次
の様にして行われる。図示しない中央演算処理装置でそ
の二次元面内での並進位置を外側偏心軸回転子Ｂ及び内
側偏心軸回転子Ｃの各回転パルス数に演算し、また被位
置決め物の軸方向回転角を出力軸回転子Ｄの回転パルス
数に演算して、コントローラ３０、３１、３２に入力
し、コントローラ３０、３１、３２の出力信号によって
各電機子巻線５、１８、２４が作動し、回転子永久磁石
１６、２４、２９との間でモータを構成し、各回転子が
電動直接回転駆動される。各回転子の回転位置は、パル
スエンコーダー３６、３７、３８で各々検出され、所定
のパルス数に達したら各コントローラに信号を出力し、
回転を停止する。外側偏心軸回転子Ｂ及び内側偏心軸Ｃ
の回転によって、前記したように、出力軸回転子Ｄは、
偏心軸Ｃ、Ｄの回転の合成により、その中心軸がＰ点を
中心とする半径Ｒ＝l1＋l2の円内を範囲として、所定の
位置に位置決めされる。
本発明の各回転子は、それ自体がモーターを構成し、電
動直接駆動されるので、極めて高い分解能を有し、1/10
ミクロン単位の微細な動きを制御することができると共
に、歯車などを使用していないためバックラッシュがな
く、高精度の並進位置と回転位置の位置決めができる。
また、電動直接駆動によって、高トルクを得ることがで
きる。
従って、本願発明は、高トルクで高精度の位置決めが要
求される重量物組立産業ロボット、また超微細な動きが
要求される集積回路の配置加工等の位置決め装置等、高
精度の位置決めが要求される分野に好適である。
なお、上記実施例では、偏心軸回転子を内側偏心軸回転
子と外側偏心軸回転子の２個採用した場合について説明
したが、偏心軸回転子は２個に限らず例えば３個を重合
する等多重であれば良い。偏心軸回転子の数を多くする
ことによって、並進位置をより微細に選択することがで
きる。
また、上記実施例では、永久磁石と電機子巻線とで電動
回転駆動機構部を構成したが、前記皿状フランジの内周
壁に圧電セラミックスを配置して、該圧電セラミックス
の振動によって各回転子を回転させる超音波モータを採
用しても良い。
さらに、上記実施例では、軸受は玉軸受を採用したが、
空気軸受を採用しても良い。また回転位置決め信号発生
器を、パルスエンコーダーに代えて、レゾルバーを採用
しても良い。そして本発明の位置決め装置は、特にその
材質を限定するものではないが、セラミックで構成する
と、錆や摩耗による微細粉塵の発生を防止できるので、
集積回路の配線加工等高い清浄度が要求される分野の位
置決め装置に好適である。
以上のように、本発明は、前記実施例に限らず種々の設
計変更が可能であり、またその用途も、前記の用途に限
らず、例えば、出力軸回転子を延長してベルトのプーリ
として利用することによってベルトの引張り位置と回転
の制御が容易に出来る等、種々の用途に適用することが
できる。
発明の効果 本発明は、以上のように複合偏心軸回転子と出力軸回転
子の組合せにより、出力軸を３自由度で移動可能とな
り、並進位置と回転位置の位置決めを同時に達成するこ
とができる。しかも、歯車等を介せずに、電動直接駆動
であるので、1/10ミクロン単位の微細な動きが可能とな
り、高精度の位置決めができると共に、高トルクを得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図乃至第３図は本発明の電動直接駆動位置決め装置
の実施例を示し、第１図は垂直断面図、第２図は水平断
面図、第３図はその作動説明図である。 Ａ：軸受基筒、Ｂ：外側偏心軸回転子、Ｃ：内側偏心軸
回転子、Ｄ：出力軸回転子、２、１４、２２：皿状フラ
ンジ、５、１８、２４：電機子巻線、８、１３、２１：
円筒内壁、１０：玉軸受、１２、２０：円筒外壁、１
６、２４、２９：回転子永久磁石、３０、３１、３２：
コントローラ、３３、３４、３５：配線用穴

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】出力軸回転子、少なくとも内側偏心軸回転
    子と外側偏心軸回転子を含む複数個の偏心軸回転子、及
    び軸受基筒からなり、前記各偏心軸回転子は回転子円筒
    外壁に対して偏心した円筒内壁をそれぞれ有し、内側の
    偏心軸回転子が外側の偏心軸回転子の円筒内壁に軸受を
    介して回転自在に順に挿入保持されて多重の偏心軸回転
    子を構成し、前記出力軸回転子は前記内側偏心軸回転子
    の円筒内壁内に、前記外側偏心軸回転子は前記軸受基筒
    の円筒内壁内にそれぞれ軸受を介して回転自在に挿入保
    持され、前記出力軸回転子と前記内側偏心軸回転子間、
    前記各偏心軸回転子間、前記外側偏心軸回転子と軸受基
    筒間に、内側に位置する前記各回転子がその外側に対面
    して位置する前記各回転子又は軸受基筒に対してそれぞ
    れ電動モータの回転子となるように電動回転駆動機構部
    をそれぞれ構成し、各偏心軸回転子及び出力軸回転子が
    独立して回転制御できるようにしたことを特徴とする複
    合偏心軸回転子による電動直接駆動位置決め装置。
  2. 【請求項２】前記偏心軸回転子は、１個の内側偏心軸回
    転子と１個の外側偏心軸回転子からなる特許請求の範囲
    第１項記載の電動直接駆動位置決め装置。
  3. 【請求項３】前記電動回転駆動機構部が、永久磁石と電
    機子巻線とからなることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項又は２項記載の電動直接駆動位置決め装置。
  4. 【請求項４】前記電動回転駆動機構部が、圧電セラミッ
    クスを円筒内壁に切着した超音波モータからなる特許請
    求の範囲第１項又は２項記載の電動直接駆動位置決め装
    置。
  5. 【請求項５】前記軸受が玉軸受である特許請求の範囲第
    １、２、３又は４項記載の電動直接駆動位置決め装置。
  6. 【請求項６】前記軸受が空気軸受である特許請求の範囲
    第１、２、３又は４項記載の電動直接駆動位置決め装
    置。
JP61236701A 1986-10-02 1986-10-02 複合偏心型回転子による電動直接駆動位置決め装置 Expired - Lifetime JPH0625933B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61236701A JPH0625933B2 (ja) 1986-10-02 1986-10-02 複合偏心型回転子による電動直接駆動位置決め装置
US07/013,523 US4749898A (en) 1986-10-02 1987-02-11 Superprecision positioning device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61236701A JPH0625933B2 (ja) 1986-10-02 1986-10-02 複合偏心型回転子による電動直接駆動位置決め装置

Publications (2)

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JPS6392242A JPS6392242A (ja) 1988-04-22
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