JPS58206385A - ロボツト用位置決め装置 - 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】 本発明はロボット用位置決め装置に関する。　　□最近
の産業界は、各檎のロボットの出現によって＃４度の丁
ぐｎた製品を迅速に安価に生み出丁ことに目をつけ、ロ
ボットの導入に目を注いでいる。

しかるに、従来、ロボットといっても、特定の装置に適
したものとなっており、このロボット′ｆ：！￥ｆ定の
装置に用いることができないものがほとんどである。ま
た従来のロボットは非常に大型で高価なものである。

本発明は、上記のような技術的背景を基になされたロボ
ットの主要部であるロボット用位置決め装置で、本発明
の目的とするところは、モータ技術を多く取り入れ、そ
の制御をモータの電子制御技術で容易に行なうことので
きるようにして、ｈ１度の良い位置決めを行なうことが
できるようにすると共に、大型のものも、小型のものも
、特別な設計変四金要求することなく構成でき、また構
成が開型で、安価に量産でき、他のロボットにも用い適
テることができるように−Ｔることである。

本発明のこのような目的は、移動体を水平方向に移動式
せる半導体リニアモータ機構と、該リニアモータ機構を
水平方向に回動させる半導体モータ機構と、上記半導体
リニアモータ機構を上下動させる半導体モータ機構とを
有することを特徴とするロボット用位置決め装置を提供
することで達成さｎる。

以下、図面全参照しつつ、本発明のロボット用位置決め
装置の一実施例を説明することとする。

第１図は本発明の斜視図、第２図は第１図の縦断面図で
、１は移動体を水平方向に移動させる半導体リニアモー
タ機構、２は該リニアモータ機構を水平方向に回動させ
る半導体モータ機構、３は上記リニアモータ機構１ｆ！
：上下動させる半導体モータ機構である。

まず半導体リニアモータ機構１について説明する。

４は半導体リニアモータで、第１図乃至第１図全参照し
て、この半導体リニアモータ４は断面口字状の磁性体ヨ
ーク５の両＄１１１の内面にプリント配線基板６−１．
６−２に固設し、該基板６−１゜６−２それぞれに電機
子コイル７−１．７−２及び位置検知素子として用いた
＠電変換素子８−１゜８−２を配設し、該電機子コイル
７−１．７−２及、び磁電変換素子８−１．８−２と面
対向して直線往復運動できるように長手方向ＫＮ、Ｓの
磁極全又互に３極以上有する界磁マグネ７ト９を装着し
てやることで形成する。電機子コイル７−１゜７−２は
両面合せて少なくとも２個以上設けるのが望１しく、そ
の数を何個とするかは求められる駆動力を考慮して設定
する。まｆｃ電機子コイル７−１．７−２は推力に寄与
する導体部７ａ。

７ａ′の四角が界０荏マグネット９−１．９−２の―極
の略２ｎ−１（ｎは１以上の正の整数）倍に巻回形成し
たものを用いるのが、強い推力を得られるので望盪しい
。尚、第４図における展開１随においては、″＋Ｊｆ、
磯子コイル７−１．７−２は、推力に寄与する導体部７
ａと７ａ’の開角が界磁マグネツ）９−１．９−２の１
庭極と略しい開角、即ち２ｎ−ｉ（ｎ＝ｘ）倍に巻回形
成した枠状（第３図参１（６）のものを用いている。史
にまた、第４図で示すように電機子コイル７−１と７−
２とは、互いに（ｌｆｉ気角で９０度又は２７０度とい
ったように位相をずらせて配設してやると、トルクリッ
プルが極めて少ない滑らかな推力が得らｎて望ましい。

磁電変換素子８−１．８−２は電機子コイル７−１．７
−２の枠内空胴部位置に配役するのが望ましい。即ち、
第４図の展開図を参照して説明すると、この第４図にお
いては素子８−１．８−２は電機子コイル？−１，７−
２の推力に寄与する導体部７ａ（又は７ａ’であっても
良い）上に配設した場合を示しているが、この位置に素
子８−１．８−２を配設するのが本来的には望ましいの
であるが、このような位置に配置すると当該素子８−１
．８−２の厚み分だけ電機子コイル７−１゜７−２と界
磁マグネット９−１．９−２間のエアーギャップが増長
してしまうので、強い推力が得られなくなってしまうか
らである。従って、素子８−１．８−２は導体部７ａ（
又は７ａ′）と均等関係にある電機子コイル７−１．７
−２の枠内空胴部位置に配設するのが望ましいのである
。このこと全編４図を参照して、電機子コイル７−１２
の素子８−１２ｉ例にして説明すると、素子８−１２は
いま界磁マグネット９−１のＳ極と対向しているので、
こｎと均等関係にある位置ｋａが丁と、点）Ｕ囲い部１
０が該当するので、この点線囲い都１０に素子８−１２
を配置丁ｎば良いことになる。他の磁電変換素子８−１
．８−２についても同様な条件で配置丁ｎば良い。この
場合、該当する電機子コイル７−１　、７．−．２の枠
内空胴部がないときは、電機子コイル７−１．７−２の
配設していないプリント配線基板６−１．６−２に当該
素子８−１．８−２を配設Ｉｎば良い。界磁マグネット
９は、電機子コイル？−１，７−２それぞ７１に面対向
するように界磁マグネッ）９−１゜９−２で形成し、該
界磁マグネソ）９−１．９−２はぞｎぞｒＬ長板状の磁
性体ヨーク１１の両面に固設している。１２は移動体を
形成する界磁マグネット９−１．９−２及び磁性体ヨー
ク１１の直膨往復運動を滑らかにするためのベアリング
で、このべ゛τリング１２はヨーク５と１１との間の上
下両面に介在している。尚、電機子コイル７−１゜７−
２の両端子は、例えば公知の構成からなる半導体整流装
置１３に接続さｎている。１４−１゜１４−２はそれぞ
牡牛導体整流装置１３のプラス′４源端子、マイナス電
源端子である。半導体リニアモータ４としては、例えば
、上記した構成のもの音用いることとする。１５は半導
体リニアモータ支持板、１６−１．１６−２は上記支持
板に設けら扛た透孔で、この透孔１６−１．１６−２に
よって半導体リニアモータ４が後記説明から明らかなよ
うに上下移動及び回動が可能となるものである。１７は
上記支持板１５の下面に固設した断面コ字状部材、１８
は該コ字状部材１７の底部１７ａ　　の透孔内周部に設
けられた螺刻部である。

上記半導体リニアモータ機構１は上記構成からなる。

次に、上記半導体リニアモータ機構１を水平方向に回動
させる半導体モータ機構２について説明する。

この半導体モータ餞構２は、後記する半導体モータ機構
３を構成する半導体モータの上面邪に搭載きｎている。

まず、この半導体モータ機構２を構成する半導体モータ
１９について説明する。この半導体モータ１９は、例え
ば、下記構成からなる。中心部にそｎぞ汎透孔２０，２
１　（第２図参照）を有する磁性体ヨーク２２．２３に
支柱２４（ｇ１図参照）によって所定間隔を有して当該
ヨーク２２と２３とを面対向舌せている。ヨーク２２と
２３とが互いに対向する面部には、それぞカ１ へ図示しない絶縁シートが又はプリント配線基板を介し
て電機子コイル２５−１．２５−２；ｌ’第６図に示す
ように平面配設されている。尚、第６図においては、７
個の電機子コイル２５−１．２５−２がそれぞれ互いに
川音しないように等間隔配置されている。この電機子コ
イル２５−１．２５−２の条件については、半導体リニ
アモータ４における電機子コイル７−１．７−２と同じ
条件で巻回形成テ′ｎ、た両枠状のものを用いている。

即ち電機子コイル２５−１．２５−２は発生トルクにを
与する導体ｇｌ１２５ａと２５ａ′との開Ｉが後記する
界磁マグネット２７の磁極の２ｎ−１（ｎは１以上の正
の整数）倍に巻回形成き几たものとする。

尚、第６図及び第７図においては、電機子コイル２５−
１．２５−２は、発生トルクに寄与する導体部２５ａと
２５ａ′との開角が界磁マグネット２７　」の磁極の２
ｎ−１（ｎ−１）倍、即ち、界磁マグネット２７の＠極
と略等しい開角に巻回形成さｎた扇枠状のものを用いて
いる。′また第７図から明らかなように、上記半導体リ
ニアモータ４と同様に上面の電機子コイル２５−１．２
５−２とは、互いに周方向に、例えば磁気角で９０度又
は２７０変位相をずらせて配設してやると、トルクリッ
プルが少なく滑らかな回転運動を行なうので望ましい。

２６−１．２６−２は位置検知素子として用いた磁電変
換素子で、この素子２６−１．２６−２は上記した磁電
変換素子８−１．８−２と同じような条件に基づいて電
機子コイル２５−１゜２５−２の各枠内空胴部位置に配
設している。

２７−１．２７−２は円環状磁性体ヨーク２８の上下両
面そ扛ぞ扛に固設された界磁マグネットで、この界磁マ
グネット２７−１．２７−２はＮ、Ｓの磁極？交互に有
する２ｐ（ｐは２以上の正の整数）極のもので、いまｐ
＝５のＸＯ＠Ａのものを用いている（第５図参照）。２
９は磁性体ヨーク２８の略中心部に固設し九円筒体、３
０は円筒体２９の内面部に固設された軸受である。この
ことによって界磁マグネット２・７−１．２７−２、磁
性体ヨーク２８及び円筒体２９からなる回転子が軸受３
０によって回動自在に軸支さ扛、固定側に設けた電機子
コイル２５−１．２５−２に面対向して界磁マグネソ）
２７−１．２７−２が相対的回動をな丁ようになってい
る。３１は円筒体２９の上部に軸直に固設された支持板
、３２は支持板３１に下端部が固設され上端部が上記支
持板１５に設けられた透孔１６−１．１６−２そ扛ぞれ
に）１１：妖自在に軸押したガイドボールである。第７
図は電機子コイル２５−１．２５−２と界磁マグネット
２７−１．２７−２との一例としての展開図である。３
３は、例えば公知の構成を用いて形成した半導体整流袋
＋（ｄ、３４−１．３４−２はそれぞｎプラス電源端子
、マイナス電源端子を示す。

次に、上記半導体ＩＪ　ニアモータ機構１を上下動させ
る半導体モータ機構３について説明する。

まず、半導体モータ機構３？構成する半導体モータ３５
について説明する。

この半導体モータ３５は、手記磁性体ヨーク２３．３６
を支柱３７によって所定間隔を有して当該ヨーク２３と
３６とｔ面対向させている。該ヨーク２３と３６とが互
いに対向する面部には、そ扛ぞｎ図示しない絶縁シート
か又はプリント配線基板を介して電機子コイル３８−１
．３８−２全第６図に示すように平面配設されている。

３８ａ、３８ａ’は発生トルクに寄与する導体部である
。

尚、この電機子コイル３８−１．３８−２の条件につい
ては、上記電機子コイル２５−１．２５−２と同様であ
るので、このことの説明を省略する。

３９−１．３９−２は位置検知素子として用いた磁電変
換素子で、この素子３９−１．３９−２の配設位置は、
上記＠電変換素子８−１．８−２゜２６−１．２６−２
と同じなので、このことの説明全省略する。４０は磁性
体ヨーク３６に設けられた４＋１１１受、４１は円環状
の磁性体ヨーク、４２−１．４２−２は上記磁性体ヨー
ク４１の上面に固設された界磁マグネット（第５図６照
）で、この界磁マグネット４２−１．４２−２は上記界
磁マグネツ）２７−１．２７−２と同じ条件のものを用
いているため、このことの説明全省略する。界磁マグネ
ット４２−１．４２−２は、そｎぞ扛電機子コイル３８
−１．３８−２、ｌａ電変換素子３９−１．３９−２に
そｎぞれ面対向している。

４３は磁性体ヨーク４１の略々中心部に固設さ扛た回転
軸で、この回転軸の中間部から上部までは、上記螺刻部
１８と螺合する螺刻部４３ａが形成さ扛ている。この回
転４ＱＩＪ４３は軸受３０，２１゜４０によって回動自
在に軸支されている。電機子コイル３８−１．３８−２
と界磁マグネット４２−１．４２−２との展開図は第７
図に示す。半導体モータ３５は上記構成からなる。尚、
上記半導体モータ１９及び３５は、図面及び上記説明か
ら明らかなように、ディスク型半導体モータとなってい
る。このように半導体モータ１９及び３５をディスク型
のものにすると、当該ロボット用位置決め装＋ｔｉ軸方
向においてコンパクトに形成できて、安定したものとす
ることができるので都合よいものとなる。４４は回転軸
４３に連結さｎ回転速度を検出するためのエンコーダ、
４５は磁性体ヨーク３６の下部に固設さ扛たロボット用
位置決め装置支持脚である。

本発明は上記構成からなシ、次に本発明の動作について
説明する。

まず、図示しない移動体を水平方向に移動させるために
は、半導体整流装置１３に電源を投入する。このことに
より、磁電変換素子８−１．８−２が界磁マグネツ）９
−１．９−２のＮ極又はＳ極全検出すると、電機子コイ
ル７−１．７−２に界磁マグネツ）９−１．９−２及び
磁性体ヨーク１１からなる移動子をフレミングの左手の
法則に従って、所定方向に移動させるに適した方向の電
流を半導体整流装置１３によって通電する。このことに
よって、界磁マグネット９−１．９−２等からなる移動
子を所定方向に直線的移動させることによって、該移動
子に連結あるいは固設’ｇｎた移動体を所定方向に水平
移動させることができる。

次に半導体リニアモータ機構１によって駆動する図示し
ない移動体音１いずｎかの方向に移動位置決めするかは
、半導体モータ機４！ｆ２による。即ち、このモータ機
構２を構成する半導体モータ１９を駆動制御することで
可能とな鼠。゛このためには、まず半導体整流装置３３
に電源を投入する。このことにより、ｔｉｊｉ電変換素
子２７−１．２７−２が界磁マグネット２７−１．２７
−２のＮ極、Ｓ極全検出すると、電機子コイル２５−１
．２５−２に、界磁マグネット２７−１．２７−２、磁
性体ヨーク２８．支持板３１及びガイドボール３２から
なる回転子がフレミングの左手の法則に従って、ｌツｒ
定方向に１０１転爆ぜるに適した方向の屯ｐａｒ：を半
導俸斃ηＣ装耐３３によって進′亀する。このことによ
って、界（ｌＩＮマグネット２７−１．２７−２等から
回１１子′ｆｆ：ｌ’５ｉ定方向に回転運動させること
によって、該回転子と連結されたガイドポール３２も所
定方向に回転するので、該ガイドボール３２と係合する
支持板１５も所定方向に回動するので、該支持板１５に
連結された半導体リニアモータ機構１を所定の角度方向
に位置決めすることができる。このことによって、移動
させようとする移動体全所定角度位置に位置決めできる
。そして、更に半導体リニアモータ機構１によって駆動
する図示しない移動体を、所定の高さに位置決めするに
あたっては半導体モータ機構３による。即ち、このモー
タ愼構３を構成する半導体モータ３５を駆動制御するこ
とで可能となる。このためには、まず、半導体整流装置
３３に電源を投入する。このことにより、磁電変換素子
３９−１．３９−２が界磁マグネット４２−１．４２−
２のＮ極、Ｓ極の磁極音検出すると、電悄子コイル３Ｂ
−１，３８−２に、界磁マグネット４２−１．４２−２
、磁性体ヨーク４１及び回転軸４３からなる回転子がフ
レミングの左手の法則に従って、所定方向に回転させる
に適した方向の電流を半導体整流装置３３によって通電
する。このことによって当該回転子全所定方向にｌｏＪ
転運動させると、回転軸４３に設けらｎた螺刻部４３ａ
と口字状部材１７の底部１７ａに設けらｆ″した螺刻部
１８とが螺合するので、該口字状部材に支持された半纏
体リニアモータ機構１が、ガイドポール３２がガイドさ
れた上下動する。この結果、移動体を所定の高芒に位置
決めできる。尚、上記半導体＋７　ニアモータ４の移動
量検出手段は、適宜なものを用いｎば足り、この移動量
検出手段からの信号を半導体整流装置１３（のプラス電
源端子１４−１）に与えて制御してやｎば、移動体全通
した水平方向の直線駆動位置に停止させることができる
。また、上記半導体モータ３５の回転量、即ち、半導体
リニアモータ機構１の上下動の高さ位置を検出するには
、エンコーダ４４０出カイｉｉ号を半導体整流装置３３
（のプラス鉦源ｙｆＩＡ子３４−１）に与えて制御して
やｎば良い。

史に゛ま１こ、移動体を所定角度位置に制御してやるｇ
ｔ＜／ には、エンコーダーのようなものを用いて、半導体モー
タ１９の回転１ｔ’に検出し、この信号を半導体整流装
置３３（のプラス電源端子３４−１）に与えて制御して
や扛は良い。

以上から明らかなように、移動体を所定の水平方向にお
ける移動調節、水平方向における角度及び高名調節を上
記半導体リニアモータ機構１及び半導体モータ機＃４２
．３によって、正確且つ容易に行なえる。尚、上記した
半導体モータ１９゜３５はディスク型のブラシレス、モ
ータとなっているが、これに限定嘔れるものではなく、
ま′ｆｃ電機子コイル２５−１．２５−２．３８−１．
３８−２が重畳しない等間隔配置のものに形Ｊ戎さｎて
いるが、重畳する形式のものでも良い。

更にまた、半導体リニアモータ及び半導体モータは、界
磁マグネットの両面に電機子コイルを配設したものを示
したが、界磁マグネットと対向する一方の固定面にのみ
電機子コイルを配設したものであっても良く、また界磁
マグネットの極数や半導体リニアモータ及び半導体モー
タの電機子コイルの推力又発生トルクに寄与する導体部
の開角は上記例のものに限定されないことは言うまでも
ない。

本発明の構成、動作は上記から明らかなとおりで、この
本発明によｎば、モータ技術を従来のものに比較して多
く取９人扛ており、その位置決めｆ！ｉｌｌ　ｒｌｌｌ
もモータの電子制御波？＃金利用して容易に行なうこと
ができるので、精度の良い位置決めを安価な構成にして
行なえると共に、構造を非常に簡素化できるので、構造
上のコストダウン比ケ図几る。また大型のものと、小１
慟“のものも、特別な設計変更を要することなく構成で
きるのでシステム製造が可能となり、構成を簡単にでき
て、安価に量産でき、他のロボットにも用い適するもの
とな

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての斜視図、第２図＆ｉ
第１図の縦ｉυｒ面図、第３図は半畳体リニア七−夕の
構成を示す一部切欠した斜視図、第４図は半導体リニア
モータにおける一例としての界磁マグネットと電４幾子
コイルとの展開図、第５図は半導体モータに用いる一例
としての界磁マグネットの平面図、第６図は半導体モー
タに用いる一例としての電機子コイルの配設を示す平面
図、第７図は１′−橋体モータに用いる一例としての界
磁マグネットと電機子コイルとの展開図である。 １・・・移動体を水平方向に移動させる半導体リニアモ
ータ機構、　　２・・・半導体リニアモータを水平方向
に回動させる半導体モータ機構、　　３・・・半導体リ
ニアモータ機構を上下動させる半導体モータ機構、　　
４・・・半導体リニアモータ、　　５・・・磁性体ヨー
ク、　　６・・・プリント配勝基板、　　７−１．７−
２・・・電機子コイル、　　　８−１．８−２・・・磁
電変換素子（位置検知素子）、　　　９−１．９−２・
・・界磁マグネット、　　１０・・・点線囲い部、　　
１１・・・磁性体ヨーク、　　１２・・・ベアリング、
　　１３・・・半導体整流装置、　　　１４−１・・・
プラス電源端子、１４−２・・・マイナス電源端子、　
　１５・・・半導体リニアモータ支持板、　　１６−１
．１６−２・・・透孔、１７・・・コ字状部材、　　１
７ａ・・・底部、　　１８・・・螺刻部、　　１９・・
・半導体モータ、　　２０．２１・・・透孔、　　２２
．２３・・・磁性体ヨーク、　　２４・・・支柱、２５
−１．２５−２・・・電機子コイル、　　２６−１゜２
６−２・・・磁電変換素子（位置検知素子）％　２７−
１．２７−２・・・界磁マグネット、　　２８・・・磁
性体ヨーク、　　２９・・・円筒体、　　３０・・・軸
受、３１・・・支持板、　　３２・・・ガイドポール、
　　３３・・・半導体整流装置、　　３４−１・・・プ
ラス電源端子、３４−２・・・マイナス電源端子、　　
３５・・・半導体モータ、　　３６・・・磁性体ヨーク
、　　３７・・・支柱、３８−１．３８−２・・・電機
子コイル、　　３９−１゜３９−２・・・磁電変換素子
（位置検知素子）、４０・・・軸受、　　４１・・・磁
性体ヨーク、　　　４２−１゜４２−２・・・界磁マグ
ネット、　　４３・・・回転軸、４３ａ・・・螺ＡＩＪ
　＝ｌｓ　、　　　４４・・・エンコーダ、　　４５・
・・ロボット用１立置決め装置立脚。 ′＋を訂出順人 第　１　図 第　２　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、移動体を水平方向に移動させる半導体リニアモータ
   機構と、該リニアモータ機構を水平方向に回動嘔せる半
   導体モータ機構と、上記リニアモータ機構を上下動させ
   る半導体モータ機構とを有することを特徴とするロボッ
   ト用位置決め装置。 ２、上記半導体リニアモータは、Ｎ、Ｓの＠極ヲ交互に
   長手方向に３極以上有する界磁マグネッ）’（Ｌ−移動
   子とし、該界磁ｉグネットと面対向する固定・面に設け
   た推力に寄与する導体部の開角が上記界磁マグネットの
   磁極の２ｎ−１（ｎけ１以上の正の整数）倍に巻回形成
   したｍ個（ｍは２以上の正の整数）の電機子コイルを固
   定子とし、該電機子コイルを配設し′ｆｃ固定側に位置
   検知素子を配設して構成したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１墳記Ｉａのロボット用位置決め装置。 ３、　−１：記半導体モータは、Ｎ、Ｓの磁極を交互に
   有する２Ｐ（＋１は１以上の正の整数）極の界（滋マグ
   ネットに回転ｆとし、該界磁マグネットと対向する固定
   １１１ｔｌに発生トルクに寄与する導体部の開角が界磁
   マグネットの磁極の２ｎ−１（ｎは１以上の正の整数）
   倍に巻回形成した電機子コイル群と位置検知素子を設け
   て構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のロボット用位置決め装置。 ４、上上記半導体モータは、ディスク型半導体モータで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のロボ
   ット用位置決め装置。 ５、上記半導体リニアモータ機構含水平方向に回動させ
   る半導体モータ機構の半導体モータは、上記半導体リニ
   アモータ機構を上下動させる半導体モータ機構の上部に
   搭載されてなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   乃至第４項いずれかに記載のロボット用位置決め装置。 ６、上記半導体リニアモータ機構を上下動させる半導体
   モータ機構の半導体モータの回転軸は、上記半導体リニ
   アモータ機構に設けられ螺刻部と螺合する螺刻部を有す
   ること全特徴とする特許請求の範囲ｉｆ項乃至第５項い
   ずれかに記載のロボット用位置決め装置。