JPH0923679A - リニアモータを用いたロボット駆動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リニアモータを用いたロボット駆動機構の構
造を改善して信頼性の高い、低コストのロボット駆動機
構を得ること。 【解決手段】 リニアモータ３０を用い走行レール２０
と走行テーブル４０とを有したロボット機体５０の走行
駆動機構１０を構成するに当たり、走行レール２０と走
行テーブル４０との２要素に予め形成し、これら２要素
にリニアモータ３０の永久磁石片３１と励磁コイル３２
や案内ブロック２３と案内路２４、機械的停止手段３３
等を一体に組み込んで予め形成し、これら２要素だけを
組み立てることで、ロボット駆動機構１０を得る構成と
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リニアモータを用
いたロボットの駆動機構に関し、特に、走行テーブルと
走行レールとを基本構造要素としてロボット機体を直線
走行させるために構成され、走行テーブル、走行レール
の構成部品点数を可及的に低減すると共にロボット機体
を所望の停止位置で確実に、かつ正確に停止させるため
の機械的な停止手段を備えたリニアモータを用いたロボ
ット駆動機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボット機体を直線方向に走行させる走
行装置は、従来より広く用いられており、サーボモータ
とラック・ピニオン機構やボールねじ機構とから成る直
線送り駆動機構を走行駆動手段としたものが汎用されて
いた。然しながら、これらのラック・ピニオン機構やボ
ールねじ機構を伝動機構とした直線駆動機構では、駆動
源を成すサーボモータから被走行体である走行テーブル
との間にラック、ピニオン、ボールねじ、ボールナッ
ト、軸受を始めとする多数種の構造部品が介在すること
となり、製造、組み立てが煩瑣であるばかりでなく、走
行精度上でも更に一段の改善が要請される状況にあっ
た。このために、近年、リニアモータを駆動源として被
走行体との間の伝動機構の介在を削減した構造の直線駆
動機構が提案され、ロボット機体をこのリニアモータを
駆動源として直線案内路に沿って走行させる駆動機構を
成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、既に提案
されたリニアモータを駆動源としたロボットの直線走行
駆動機構によっても直線走行の案内機構における円滑な
案内性能とリニアモータを構成する励磁コイル部と永久
磁石部との間の適正な作用間隙（ギャップ）とを直線走
行駆動機構の全走行距離に渡って正確に設定することは
依然として煩瑣な作業を要し、同じく、直線走行路にお
ける位置検出器を構成するリニアスケールと検出ヘッド
との間の検出間隙を適正量に設定することも煩瑣な作業
を要する。

【０００４】また、上記直線走行駆動機構のリニアモー
タ、走行テーブル、走行レール、走行案内ブロック、案
内路、位置検出器等の個々の部品を寄せ集めた構造を有
しているために、これらの各部品間における調整もロボ
ット製造過程や保守過程でかなりな負担になると言う問
題点を有している。更に、リニアモータを駆動源とする
従来の直線走行駆動機構では、非常停止時やリニアモー
タの駆動電源をオフにした時には、周知の発電制動法を
用いていたため、ロボット機体を搭載して被走行体であ
る走行テーブルが確実に停止するまでには不可避的な惰
性走行が生じ、急停止ができないと言う不利もあった。

【０００５】依って、本発明の目的は、上述の問題点を
解決すると共に、改良要請点を充足させ、かつ不利を克
服した新規な構成を有したリニアモータを用いたロボッ
トの駆動機構を提供せんとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、上
述の目的に鑑みて、ロボット機体が搭載される走行テー
ブルを直線状の走行レールに沿って制御、走行させるリ
ニアモータを用いたロボット駆動機構において、前記走
行テーブルは、前記リニアモータの励磁コイルと、走行
位置を検出するための位置検出器と、直線走行の案内ブ
ロックと、指令信号に応答して機械的制動を前記走行レ
ールとの間で作動させる機械的停止手段とを一体に組み
込んで具備し、又、前記走行レールは、前記リニアモー
タの磁石部と、走行方向に延設されて前記位置検出器に
走行位置信号を付与する位置検出用スケールと、前記直
線案内ブロックと協動する案内路と、前記機械的停止手
段と協動して機械的制動を発生させる制動面とを一体に
組み込んで具備しているリニアモータを用いたロボット
駆動機構が提供される。

【０００７】上述の構成によれば、走行テーブルは、励
磁コイル、位置検出器、案内ブロック、機械的停止手段
等を予め一体に組み込んだ状態で形成され、また、走行
レールもリニアモータの磁石部、位置検出用スケール、
案内路、制動面等を予め組み込んだ状態で予め形成され
ているので、走行テーブルと走行レールとの２部品でロ
ボット機体の直線走行駆動機構を構成でき、ロボットの
駆動機構の組み立てが簡略化できる。また、これら両要
素の製造加工精度を管理をすることで、走行テーブル、
走行レール間の空隙をある所定値内に設定可能となり、
リニアモータの励磁コイルと磁石部との間の作用空隙や
位置検出器と位置検出用スケールとの間の検出空隙の調
整を省略でき、ひいては、円滑かつ高精度の直線走行機
構を得ることができる。しかも、機械的停止手段を有す
ることにより、走行テーブルの直線走行時に、非常停止
事態等の急停止を求められる場合はもちろん、所定の停
止位置において正確に停止すると言う場合にも機械的な
制動力又はリニアモータの停止機能と機械的停止手段と
の協動による強力な停止作用で停止させることが可能で
ある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に示す実
施の形態に基づいて、詳細に説明する。図１は、本発明
の実施の形態に係るリニアモータを用いたロボット駆動
機構における要部の平面図、図２は、図１の矢視線２−
２から見た側面図、図３は、図１の３−３線に沿う断面
図であり、リニアモータと位置検出手段の構成を説明す
るための図、図４は、図１の４−４線に沿う断面図であ
り、走行テーブルと走行レールとの間の機械的停止手段
の構成を説明するための図、図５は機械的停止手段にお
けるブレーキ脚の作動機構と構造とを詳示した部分斜視
図であり、図６は、走行テーブルとブレーキ脚との間の
係合構造を詳示した図５の６−６に線による断面図であ
る。

【０００９】図１、図２を参照すると、本実施形態にお
いて、ロボット駆動機構１０は、走行レール２０を静止
要素に、走行テーブル４０を走行要素にして構成されて
いる。走行レール２０は、これに限定されるものではな
いが、水平床面に所望の直線に沿って延設されており、
床面等にはボルト孔２０ａを介してねじボルト等で固定
される。この走行レール２０の表面の略中央域には直線
走行の駆動源を成すリニアモータ３０の静止要素である
複数の永久磁石片３１が直線路に沿って延設されてい
る。この永久磁石片３１は各々が菱形片の両端部を切除
した形状の磁石片から成り、直線走行方向にＮ極、Ｓ極
が交互に埋設、配列されるように設けられている。この
リニアモータ３０の永久磁石片３１と作用空隙Ｇを隔て
て設けられることにより協動し、直線駆動力を発生する
励磁コイル３２は、後述のように走行テーブル４０の内
面、つまり、走行レール２０の表面に対向した面側に埋
設された構造で設けられている（図３参照）。

【００１０】上述したリニアモータ３０の永久磁石片３
１が直線配列された走行レール２０の表面の両側部にお
ける一方の側には走行位置の検出手段における位置検出
用リニアスケール２１が張付け、埋設等の適宜の方法で
走行レール２０の表面と一体化された状態で設けられて
いる。この位置検出用リニアスケール２１と協動して直
線走行路における位置検出を行って検出信号を発する位
置検出器２２は後述のように走行テーブル４０の内面側
に取着されている（図３参照）。

【００１１】また、走行テーブル４０は、その走行方向
に見た前後両端（又は何れか一方の端）に例えば、電気
的な指令信号に応動して作動する機械的停止手段３３を
一体に組み込んだ形態で備えている。この機械的停止手
段３３は、左右のＬ字形ブレーキ脚３４，３４、これら
両ブレーキ脚３４の間に介挿されて両端がブレーキ脚３
４の脚端３４ａ，３４ａに係止されたコイルばね等から
成り、該両ブレーキ脚３４，３４を停止状態側へ常時、
付勢するばね３５、走行テーブル４０に固定された１対
の直列接続された励磁コイル３６，３６（電磁石機能を
発揮する）、両Ｌ字形ブレーキ脚３４，３４における走
行レール２０の側面に対向した脚端３４ｂ，３４ｂに取
着されたブレーキパッド３７，３７等を備えて構成され
ている。

【００１２】この機械的走行手段３３は、上述のように
ばね３５の付勢力によって、常時は１対のブレーキ脚３
４，３４を走行レール２０の２つの側面に設けられた制
動面２０ｂ，２０ｂに向けて引きつけ、従ってブレーキ
パッド３７，３７を同制動面２０ｂ，２０ｂに圧接して
摩擦制動力を発生して走行テーブル４０を機械的停止す
るもので、このとき、ブレーキ脚３４，３４の内部に挿
入、配置された上記励磁コイル３６，３６は非励磁状態
に維持される。他方、両励磁コイル３６、３６が励磁さ
れると、その磁気吸引力によりばね３５の付勢力に抗し
てブレーキ脚３４，３４を走行レール２０の制動面２０
ｂ，２０ｂから離間させて摩擦制動力を解除し、走行テ
ーブル４０の走行が可能になる構成を有している。

【００１３】ここで、図５、図６を参照すると、上記機
械的走行手段３３における一方のブレーキ脚３４、ばね
３５、同ブレーキ脚３４の内部孔３４ｃ内に挿入、配置
されると共に適宜のホルダ３６ｃによって走行テーブル
４０に一体に組み込み、固定された励磁コイル３６、上
記ブレーキ脚３４の内部孔３４ｃの一端壁に取着された
磁性材料製の吸着板３６ａ、ブレーキ脚３４を走行テー
ブル４０に対して制動位置と制動解除位置との間を摺動
式に移動可能にすると同時に走行テーブル４０に対して
ブレーキ脚３４を一体に保持させるスライド機構３８が
詳示されている。すなわち、励磁コイル３６の非励磁時
には、ばね３５の付勢力によってブレーキ脚３４は、例
えば、図示の蟻溝係合式のスライド機構３８を介して走
行テーブル４０に対して制動位置に向かう図５の矢印方
向におけるＰａ方向に引き付けられる。故にブレーキパ
ッド３７が走行テーブル２０の制動面２０ｂに圧接さ
れ、走行テーブル４０を走行レール２０に対して機械的
に停止させる。また、励磁コイル３６が励磁されると、
同励磁コイル３６とブレーキ脚３４の吸着板３６ａとの
間に作用する磁気吸引力によってブレーキ脚３４は矢印
Ｐｂで示す制動解除方向に摺動する。従って、ブレーキ
脚３４のブレーキパッド３７が走行レール２０の制動面
２０ｂから離間して機械的停止が解放されるので、走行
テーブル４０は走行レール２０に沿って直線走行可能に
なるのである。

【００１４】なお、上記のスライド機構３８は、ブレー
キ脚３４に形成した摺動溝３８ａと走行テーブル４０の
端面に形成された摺動レール３８ｂとが蟻溝係合式に摺
動自在に係合した構造から成り、このような蟻溝係合式
にすることによって、ブレーキ脚３４を走行テーブル４
０に対して一体に保持させる構成も得ることができるの
である。

【００１５】なお、代表的に図示した上述のスライド機
構３８の態様に代えて両ブレーキ脚３４，３４を走行テ
ーブル４０に対して枢着ピンを介して取着し、同枢着ピ
ン回りに枢動可能に構成して機械的停止手段３３を走行
テーブル４０に一体に組み込むように構成する態様とす
ることも可能である。その場合には、ばね３５の付勢力
によって常時は、ブレーキ脚３４，３４のブレーキパッ
ド３７，３７が走行レール２０の両制動面２０ｂ，２０
ｂに圧接され、摩擦制動力を発揮し、また励磁コイル３
６，３６の励磁時にブレーキ脚３４，３４の枢動に応じ
てブレーキパッド３７，３７が制動面２０ｂ，２０ｂか
ら離間して制動力を解除する構成がとられる。

【００１６】なお、走行テーブル４０は図３、図４に詳
示するように更に、両側面の顎状部分に左右の案内ブロ
ック部２３，２３を一体形成で具有し、この案内ブロッ
ク２３，２３は走行テーブル２０の両側の上記制動面２
０ｂ，２０ｂの上方に設けられた直線方向の案内路２４
にボールを介して円滑に摺動可能に係合して走行テーブ
ル４０の直線走行を安定に案内するようにしている。

【００１７】走行テーブル４０の上面は、ロボット機体
５０の搭載面として形成され、ロボット機体５０はボル
トねじと位置決めピン等の適宜の固定手段によって走行
テーブル４０上に固定され、立設されている。さて，図
３、図４は上述した走行レール２０及び走行テーブル４
０に一体構造で予め具備された諸要素を更に詳示した断
面図であり、図３がリニアモータ３０における励磁コイ
ル３２と永久磁石片３１とが作用間隙Ｇを介して互いに
対向配置された状態を示し、この状態で励磁コイル３２
が電流の供給により励磁されると永久磁石片３１との間
で磁気的吸引作用に基づき直線駆動力を発揮することは
周知のリニアスモータの作動原理と同じである。

【００１８】また、走行テーブル４０の走行時に走行レ
ール２０の上面に一体に埋設、設置されたリニアスケー
ル２１を走行テーブル４０の下面側に設けた走行位置検
出器２２によって読取り、検出することにより同位置検
出器２２から位置検出信号が送出されるようになってい
る。更に、機械的停止手段３３のブレーキ脚３４，３
４、ばね３５、励磁コイル３６，３６、ブレーキパッド
３７，３７、レールの制動面２０ｂ，２０ｂとの全体的
な構成が図４に詳示さている。

【００１９】上述した構成を有するリニアモータ３０を
用いたロボット機体５０の直線駆動機構によれば、走行
レール２０に一体に予めリニアモータ３０の永久磁石片
３１が組込み、配置され、また、走行位置検出用のリニ
アスケール２１も予め一体に埋設されている。そして、
機械的停止手段３３の制動面２０ｂ，２０ｂや案内路２
４，２４も走行レールと一体に予め形成される。

【００２０】他方、走行テーブル４０は、リニアモータ
３０の励磁コイル３２と、位置検出器２２、案内ブロッ
ク部２３等を一体に組み込んで具備している。従って、
走行レール２０と走行テーブル４０とを予め各ユニット
化された要素として形成してあるので、ロボット駆動機
構自体は、これらの２つの要素だけを用いて走行レール
２０に対して走行テーブル４０を組み立てることにより
形成できる。このことから、ロボットの駆動機構１０を
構成する部品点数の削減が可能と成ったのである。

【００２１】しかも、ロボット駆動機構１０の組立てに
当たっては、走行レール２０、走行テーブル４０の各単
体要素の状態でリニアモータ３０の永久磁石片３１と励
磁コイル３２との間の作用空隙値および位置検出手段の
リニアスケール２１と位置検出器２２との間の空隙値を
夫々設計、管理して形成されていることから、走行レー
ル２０と走行テーブル４０との間の間隙Ｇの寸法管理に
集中することだけで適正な直線走行性能を発揮し、か
つ、高精度の位置検出性能をも発揮することが可能なロ
ボット駆動機構１０を形成することができるのである。

【００２２】また、本発明によるリニアモータを利用し
たロボット駆動機構によれば、機械的停止手段３３を具
備し、指令信号として励磁コイル３６，３６に対する励
磁電流を供給することに応動して、常時はばね付勢力で
制動位置に向けて付勢されているブレーキ脚３４，３４
のブレーキパッド３７，３７を走行レール２０の制動面
２０ｂ，２０ｂから解除し、走行テーブル４０を走行自
在な状態に解放でき、他方、励磁コイル３６，３６の励
磁を非解除にすると直ちにばね付勢力により、ブレーキ
脚３４，３４のブレーキパッド３７，３７を制動位置へ
付勢するから、走行テーブル４０を機械的に強制停止さ
せることができる。このことから、走行テーブル４０と
共に走行するロボット機体に異常を発生した場合等の非
常時や走行路に障害物が介在して緊急停止を要する場合
等には励磁コイル３６，３６を非励磁にして走行テーブ
ル４０と共にロボット機体５０の惰性走行を防止して緊
急停止をさせることも可能となる。この結果、ロボット
駆動機構１０の安全性能が向上し、ロボット使用現場に
おけるロボットの信頼性の向上に寄与することもできる
のである。

【００２３】なお、この機械的停止手段３３を具備し、
しかも、その停止制動力を十分に大きくすることによ
り、ロボット駆動機構が水平な床面設置で利用される場
合に止まらず、傾斜したり、必要に応じてはロボットの
垂直軸に本発明に係る駆動機構を組み入れた構成として
ロボット機体５０を重力作用下で上下に動作させる場合
にも所望の停止位置に確実に停止させることが可能とな
り、ロボット駆動機構１０の利用々途が拡大することも
可能となる。

【００２４】他方、本発明に係る走行レール２０は、そ
の長さを所定長に予め設計、設定したレールユニットに
形成し、ロボットの使用現場における実際の必要長さに
従って複数のレールユニットを相互に結合、組み立てす
るように構成することも可能である。依って、走行レー
ル２０の長さを徒に長く形成することなく、経済長さの
レールユニットに形成して多数個を組合せ利用すること
から、レールユニットのコスト削減を図ることも可能と
なる。

【００２５】なお、本発明は以下のような実施態様とす
ることができる。機械的停止手段は、走行レールの両側
面に形成された制動面に向けて常時、ばね力で付勢され
た１対のブレーキ脚と、該ブレーキ脚の端部に取着され
た１対のブレーキパッドと、上記ブレーキ脚を励磁電流
の印加に応動して制動位置から制動解除位置に向けて上
記ばね力に抗して磁力で引き寄せ、ブレーキパッドを走
行レールの制動面から離間させる１対の励磁コイルとを
具備して構成され、該１対の励磁コイルは走行テーブル
に一体に固定されている構成を有している。

【００２６】また、上記の機械的停止手段のブレーキ脚
は、走行テーブルの端面にスライド機構、例えば、蟻溝
係合式のスライド機構を介して摺動可能に係合、保持さ
れた構成を有する。

【００２７】

【発明の効果】以上の実施態様の説明を介して理解でき
るように、本発明によれば、リニアモータを利用したロ
ボット駆動機構の部品点数の削減による組み立ての簡便
化を図ることによりロボット駆動機構としてのコスト低
減を図ることが可能になり、しかも直線走行性能や所望
走行位置の検出や所望位置における停止性能も向上し、
かつ、ロボットを機械的に急停止させ、惰性走行を防止
できることから、ロボットの直線走行の駆動機構として
の信頼性を著しく向上させることが可能となる。

【００２８】しかも、走行レールは必要に応じてレール
ユニットを多数個、結合して所望の長さの走行レールを
得るようにすることも可能であることから、ユニット化
によるコスト低減も実現可能となる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様に係るリニアモータを用いた
ロボット駆動機構における要部の平面図である。

【図２】図１の矢視線２−２から見た側面図である。

【図３】図１の３−３線に沿う断面図であり、リニアモ
ータと位置検出手段の構成を説明するための図である。

【図４】図１の４−４線に沿う断面図であり、走行テー
ブルと走行レールとの間の機械的停止手段の構成を説明
するための図である。

【図５】機械的停止手段におけるブレーキ脚の作動機構
と構造とを詳示した部分斜視図である。

【図６】走行テーブルとブレーキ脚との間の係合構造を
詳示した図５の６−６に線による断面図である。

【符号の説明】

１０…ロボット駆動機構 ２０…走行レール ２１…リニアスケール ２２…位置検出器 ２３…案内ブロック部 ２４…案内レール溝 ３０…リニアモータ ３１…永久磁石片 ３２…励磁コイル ３３…機械的停止手段 ３４…ブレーキ脚 ３５…ばね ３６…励磁コイル ３６ａ…吸着板 ３７…ブレーキパッド ３８…スライド機構 ４０…走行テーブル ５０…ロボット機体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボット機体が搭載される走行テーブル
   を直線状の走行レールに沿って制御、走行させるリニア
   モータを用いたロボット駆動機構において、 前記走行テーブルは、前記リニアモータの励磁コイル
   と、走行位置を検出すための位置検出器と、直線走行の
   案内ブロックと、指令信号に応答して機械的制動を前記
   走行レールとの間で作動させる機械的停止手段とを一体
   に組み込んで具備し、又、 前記走行レールは、前記リニアモータの磁石部と、走行
   方向に延設されて前記位置検出器に走行位置信号を付与
   する位置検出用スケールと、前記直線案内ブロックと協
   動する案内路と、前記機械的停止手段と協動して機械的
   制動を発生させる制動面とを一体に組み込んで具備して
   いる、ことを特徴とするリニアモータを用いたロボット
   駆動機構。
2. 【請求項２】 前記走行レールは、所定の長さのレール
   要素を複数個、分離可能に連結されていることを特徴と
   する請求項１に記載のリニアモータを用いたロボット駆
   動機構。