JP2000158365A - Magnetic levitation type micro-hand - Google Patents

Magnetic levitation type micro-hand

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JP2000158365A
JP2000158365A JP10333598A JP33359898A JP2000158365A JP 2000158365 A JP2000158365 A JP 2000158365A JP 10333598 A JP10333598 A JP 10333598A JP 33359898 A JP33359898 A JP 33359898A JP 2000158365 A JP2000158365 A JP 2000158365A
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magnetic
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magnetic levitation
coil
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Tatsuya Nakamura
達也 中村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable three dimensional parallel movement in a microminiature. SOLUTION: This magnetic levitation type micro-hand is provided with magnetic actuators 1, 4, 7 consisting of a movable piece consisting of permanet magnets 3, 6, 9 arranged so as to be driven in three dimensional parallel and a stator having magnetized coils 2, 5, 8 fixed on the fixing part, a body 10 driven by these magnetic actuators 1, 4, 7, laser displacement sensors 11, 12, 13 for detecting the displacement of this driven body 10, a parallel link mechanism 14 combined with the driven body and an endeffector combined with this parallel link mechanism 14 and the adapter 15 for installing a balance weight.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、機械加工や組立に
用いられる磁気浮上型マイクロハンドに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic levitation type microhand used for machining and assembly.

【0002】[0002]

【従来の技術】ミクロ機械を製造するには、小さな部品
のハンドリング及び機械加工が求められている。マイク
ロセンサやアクチュエータといった、種々のミクロ機械
部品が近年開発されて以来、その製造手段の需要は高ま
りつつある。
2. Description of the Prior Art The fabrication and processing of small parts is required to manufacture micromachines. Since various micromechanical components such as microsensors and actuators have been developed in recent years, the demand for manufacturing means thereof has been increasing.

【0003】従来の市販のマイクロマニピュレータは、
吸着や切断、線引き作業を行うことが可能である。こう
した作業は、産業上の検査や生物工学においては十分で
あるが、ミクロ機械の製造にはその他の作業が要求され
る。
[0003] Conventional commercially available micromanipulators are:
Suction, cutting and drawing operations can be performed. While such work is sufficient for industrial inspection and biotechnology, the manufacture of micromachines requires other work.

【0004】ミクロ機械は時としてマクロ機械の一部と
なり、その製造プロセスは、狭いスペースの中で行われ
る。したがって、製造装置はサイズの小さな物が望まし
い。
[0004] Micromachines are sometimes part of macromachines, and their manufacturing process takes place in tight spaces. Therefore, it is desirable that the manufacturing apparatus has a small size.

【0005】このような状況からして、従来の工作機械
や産業用ロボットの採用は不可能ということになる。
[0005] Under such circumstances, it is impossible to adopt a conventional machine tool or industrial robot.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
のマイクロマニピュレータは、ミクロ機械を製造する上
では不十分である。つまり、組立とともに機械加工の能
力が、ミクロ機械を製造する上で求められるのである。
As described above, conventional micromanipulators are insufficient for manufacturing micromachines. That is, the ability to machine as well as assemble is required in manufacturing micromachines.

【0007】本発明は、上記した状況に鑑みて、超小型
で3次元平行動作が可能な磁気浮上型マイクロハンドを
提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide an ultra-compact, magnetically levitated microhand capable of three-dimensional parallel operation.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔1〕磁気浮上型マイクロハンドにおいて、3次元平行
駆動が可能なように配置されるとともに、永久磁石から
なる可動子と、固定部に固定された励磁コイルを有する
固定子とからなる磁気アクチュエータと、この磁気アク
チュエータによって駆動される被駆動体と、この被駆動
体の変位を検知する変位センサと、前記被駆動体に結合
される平行リンク機構と、前記被駆動体又は前記平行リ
ンク機構端部に取り付けられるエンドエフェクタとを具
備するようにしたものである。
According to the present invention, there is provided a magnetic levitation type micro-hand which is arranged so as to be capable of three-dimensional parallel drive, and is movable by a permanent magnet. A magnetic actuator including a stator and a stator having an excitation coil fixed to a fixed portion; a driven body driven by the magnetic actuator; a displacement sensor for detecting a displacement of the driven body; A parallel link mechanism coupled to a body, and an end effector attached to an end of the driven body or the parallel link mechanism are provided.

【0009】〔2〕上記〔1〕記載の磁気浮上型マイク
ロハンドにおいて、前記磁気アクチュエータは筒状の励
磁コイルからなる固定子及び永久磁石からなる可動子を
有するようにしたものである。
[2] In the magnetic levitation type micro-hand described in the above [1], the magnetic actuator has a stator composed of a cylindrical excitation coil and a movable element composed of a permanent magnet.

【0010】〔3〕上記〔1〕記載の磁気浮上型マイク
ロハンドにおいて、前記変位センサは1μmオーダー以
上の分解能を有するようにしたものである。
[3] In the magnetic levitation type microhand described in the above [1], the displacement sensor has a resolution of the order of 1 μm or more.

【0011】〔4〕上記〔1〕記載の磁気浮上型マイク
ロハンドにおいて、平行リンク機構は平行四辺形的動き
し、しかも重力に対して常に平衡を保つようにしたもの
である。
[4] In the magnetic levitation type microhand described in the above [1], the parallel link mechanism moves in a parallelogram manner, and always keeps balance with gravity.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0013】図1は本発明の実施例を示す磁気浮上型マ
イクロハンドの構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a magnetic levitation type micro hand showing an embodiment of the present invention.

【0014】この図に示すように、この磁気浮上型マイ
クロハンドは、被駆動体10、エンドエフェクタを結合
する平行リンク機構14,16,17,18と、希土類
永久磁石3,6,9からなる可動子と、励磁コイル2,
5,8からなる固定子とを有する磁気アクチュエータ
1,4,7と、レーザー変位センサ11,12,13、
重力に対し平衡を保つための錘(図示なし)を搭載する
アダプタ(平衡錘取付用アダプタ)15から構成されて
いる(エンドエフェクタは被駆動体10に搭載すること
が精度上望ましいが、アダプタ15に搭載することも可
能である)。
As shown in FIG. 1, the magnetic levitation type micro hand comprises a driven body 10, parallel link mechanisms 14, 16, 17, and 18 for connecting an end effector, and rare earth permanent magnets 3, 6, and 9. Mover, excitation coil 2,
Magnetic actuators 1, 4, 7 having stators 5, 8, and laser displacement sensors 11, 12, 13;
It is composed of an adapter (an adapter for mounting a counterweight) for mounting a weight (not shown) for maintaining balance against gravity (the end effector is preferably mounted on the driven body 10 in terms of accuracy, but the adapter 15 It is also possible to mount it on.)

【0015】なお、磁気アクチュエータ1,4,7の励
磁コイル2,5,8と、レーザー変位センサ11,1
2,13は固定部(図示なし)に固定される。
The excitation coils 2, 5, 8 of the magnetic actuators 1, 4, 7 and the laser displacement sensors 11, 1
2 and 13 are fixed to a fixing portion (not shown).

【0016】より詳細には、被駆動体10のX軸方向駆
動用磁気アクチュエータ1、被駆動体10のY軸方向駆
動用磁気アクチュエータ4、被駆動体10のZ軸方向駆
動用磁気アクチュエータ7と、被駆動体10のX軸方向
の動きを検出するレーザー変位センサ11、被駆動体1
0のY軸方向の動きを検出するレーザー変位センサ1
2、被駆動体10のZ軸方向の動きを検出するレーザー
変位センサ13とを用いて被駆動体10と平衡錘取付用
アダプタ15は第1の平行リンク機構14を介して対称
的な動きをし、エンドエフェクタを駆動できる。なお、
図1において、21は固定台、22は第1平行リンク機
構取付部、23,25,27,28は回転軸、24は上
辺リンク、26は底辺リンクである。
More specifically, the magnetic actuator 1 for driving the driven body 10 in the X-axis direction, the magnetic actuator 4 for driving the driven body 10 in the Y-axis direction, the magnetic actuator 7 for driving the driven body 10 in the Z-axis direction, A laser displacement sensor 11 for detecting the movement of the driven body 10 in the X-axis direction;
Laser displacement sensor 1 for detecting movement in the Y-axis direction of 0
2. Using the laser displacement sensor 13 for detecting the movement of the driven body 10 in the Z-axis direction, the driven body 10 and the adapter 15 for mounting the counterweight are symmetrically moved via the first parallel link mechanism 14. Then, the end effector can be driven. In addition,
In FIG. 1, 21 is a fixed base, 22 is a first parallel link mechanism mounting portion, 23, 25, 27, and 28 are rotation axes, 24 is an upper side link, and 26 is a bottom side link.

【0017】この磁気浮上型マイクロハンドは、従来の
ものに比して、以下の点が改良されている。
The magnetic levitation type micro hand is improved in the following points as compared with the conventional one.

【0018】(1)エンドエフェクタの方向を固定し、
X,Y,Z軸方向の平行運動を行わしめる平行リンク機
構14を採用する。なお、従来はレバー機構が用いられ
ていた。
(1) Fix the direction of the end effector,
A parallel link mechanism 14 for performing parallel movement in the X, Y, and Z axis directions is employed. Conventionally, a lever mechanism has been used.

【0019】(2)希土類永久磁石3,6,9と励磁コ
イル2,5,8で構成された磁気アクチュエータ1,
4,7は、線形を特徴とする駆動作用が大きなストロー
クをするよう設計された。この原理は、ボイスコイルモ
ータと似ている。なお、従来は一対の電磁石が用いられ
ていた。
(2) Magnetic actuator 1 composed of rare earth permanent magnets 3, 6, 9 and exciting coils 2, 5, 8
Nos. 4 and 7 were designed so that the driving action, which is characterized by linearity, makes a large stroke. This principle is similar to a voice coil motor. Heretofore, a pair of electromagnets has been used.

【0020】(3)1μmの解像度を持つ高精度レーザ
ー変位センサ11,12,13を用いる。従来は渦電流
センサが用いられていた。
(3) High-precision laser displacement sensors 11, 12, and 13 having a resolution of 1 μm are used. Conventionally, an eddy current sensor has been used.

【0021】以下、この磁気浮上型マイクロハンドの各
部分を詳細に説明する。
Hereinafter, each part of the magnetic levitation type micro hand will be described in detail.

【0022】〔1〕まず、平行リンク機構について説明
する。
[1] First, the parallel link mechanism will be described.

【0023】図2は本発明の実施例を示す磁気浮上型マ
イクロハンドの平行リンク機構の模式図である。
FIG. 2 is a schematic view of a parallel link mechanism of a magnetic levitation type micro hand showing an embodiment of the present invention.

【0024】ここでは、2つの平行リンク機構を挙げて
説明する。
Here, two parallel link mechanisms will be described.

【0025】従来のレバー機構は、構造が単純で、重力
に対して平衡させることが容易であるという点が挙げら
れる。課すべき作業としては、1本指によるミクロ製図
等であり、また、2本指により対象物を選び取ることで
あり、これらの作業は指先端部分を用いて行うことがで
きる。
The conventional lever mechanism has a simple structure and is easily balanced with gravity. The tasks to be performed include micro-drawing with one finger, and selecting an object with two fingers. These tasks can be performed using the tip of the finger.

【0026】しかしながら、機械加工のような作業は、
工具の側面を用いて遂行され、エンドエフェクタの一定
方向性が必要となる。
However, operations such as machining are
Performed using the side of the tool, requires a certain direction of the end effector.

【0027】したがって、本発明では、図2に示すよう
に、平行リンク機構にエンドエフェクタ31を結合する
タイプのマイクロハンドを採用した。
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 2, a micro hand of a type in which the end effector 31 is connected to the parallel link mechanism is employed.

【0028】機構設計を検討するにはいくつかの問題点
がある。
There are several problems in studying the mechanism design.

【0029】第1に、被駆動体10の直接駆動作用にお
いて、磁力が比較的小さいという点があり、重力に対し
平衡した構造が必要である。多くのリンクが用いられて
いるため、リンクと平衡錘とが干渉しがちである。
First, in the direct driving operation of the driven body 10, there is a point that the magnetic force is relatively small, and a structure balanced with gravity is required. Since many links are used, the link and the counterweight tend to interfere with each other.

【0030】第2に、磁石により駆動された力の伝達効
率を考慮に入れると、図3に示した、方形に近い形の平
行四辺形を用いることが望ましい。なお、図3におい
て、Fは駆動力、Feは運動に有効な力成分である。
Second, considering the transmission efficiency of the force driven by the magnet, it is desirable to use a parallelogram having a shape close to a square as shown in FIG. In FIG. 3, F is a driving force, and Fe is a force component effective for movement.

【0031】第3に、長いリンクを用いて軸受における
摩擦効果を低減することが望まれる。
Third, it is desirable to use long links to reduce the friction effect in the bearing.

【0032】単純な設計として、x,y及びzの運動に
対応して直列に結合した3つの平行四辺形がある。しか
し、この設計は、3つの平衡錘が必要である。ゆえに機
構が複雑で大きい。だから、本発明は、2つの平行四辺
形を組み合わせたリンク機構を、図4に示すような、も
う1つの平行リンク機構に直列に接続することにした。
だが、2つのリンク機構間に干渉が残ってしまうので、
間隔を空けて接続した。この設計は完全に重力的に平衡
を保つことができ、マイクロハンドはどんな配置でも使
用することができ、また、従来のマニピュレータにも取
り付けることができる。
In a simple design, there are three parallelograms connected in series corresponding to the x, y and z movements. However, this design requires three counterweights. Therefore, the mechanism is complicated and large. Therefore, according to the present invention, a link mechanism combining two parallelograms is connected in series to another parallel link mechanism as shown in FIG.
However, since interference remains between the two link mechanisms,
Connected at intervals. This design can be perfectly gravitationally balanced, the microhand can be used in any arrangement, and can be mounted on a conventional manipulator.

【0033】図4はこの機構の大きさを示す。なお、図
4において、図1と均等な部分は同じ符号を付してそれ
らの説明は省略する。この図において、リンクの長さは
100mmで、軸受摩擦による影響力も、磁力に比べれ
ば無視できる大きさである。リンクの材料にアルミニウ
ム合金を用いることによって低慣性とし、より良い制御
能力を発揮することを可能にしている。なお、図4にお
いて、32はこの機構による作業範囲、33はセンサ、
アクチュエータ、エンドエフェクタ取付部、Dは間隔を
示している。
FIG. 4 shows the size of this mechanism. In FIG. 4, portions equivalent to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In this figure, the length of the link is 100 mm, and the influence by the bearing friction is negligible compared to the magnetic force. The use of an aluminum alloy as the material of the link makes it possible to reduce the inertia and exert better controllability. In FIG. 4, reference numeral 32 denotes a working range by this mechanism, 33 denotes a sensor,
The actuator, the end effector mounting portion, and D indicate the intervals.

【0034】〔2〕磁気アクチュエータ 磁気アクチュエータには2つのタイプが考えられる:1
つは磁気軸受において用いられる一対の電磁石、もう1
つは永久磁石とコイルである。この2タイプを比較して
みる。同じコイルを使用すると仮定するが、図5(a)
に示す前者のタイプはコイル36中に鉄芯35を含み、
図5(b)に示す後者のタイプは、対象物34に接続さ
れた永久磁石37を含む。S[m2 ],I[A]及びn
[/m]を、それぞれ横断部面積、電流、コイルの長さ
1単位での巻数とする。すると、磁界Hは以下のように
なる: H=nI (1) 両タイプの最大力を推定する。前者タイプの間隔は非常
に小さいと仮定してみる。すると、磁力Fは以下のよう
に表せる。
[2] Magnetic Actuator There are two types of magnetic actuators:
One is a pair of electromagnets used in magnetic bearings,
One is a permanent magnet and a coil. Let's compare these two types. Assuming that the same coil is used, FIG.
The former type shown in FIG.
The latter type shown in FIG. 5B includes a permanent magnet 37 connected to the object 34. S [m 2 ], I [A] and n
[/ M] is the number of turns per unit of cross section area, current, and coil length. Then, the magnetic field H becomes: H = nI (1) Estimate the maximum force of both types. Assume that the former type of interval is very small. Then, the magnetic force F can be expressed as follows.

【0035】 F=2μH2 S (2) ここで、μは対象物の透磁率を表す。F = 2 μH 2 S (2) Here, μ represents the magnetic permeability of the object.

【0036】次に、後者タイプを検討してみる。永久磁
石の横断面は面積Sp を有する円形であり、両磁極はコ
イル中にある。すると、磁力Fp は以下のようになる: Fp =2HSp M (3) ここで、Mは使用した希土類磁石の磁化を表す。
Next, the latter type will be examined. The cross section of the permanent magnet is circular with an area S p, magnetic poles is in a coil. Then, the magnetic force F p becomes as follows: F p = 2HS p M (3) where M represents the magnetization of the rare earth magnet used.

【0037】μ=0.002[NA−2]、M=0.8
[T]と仮定して、FとFp を比較してみる。
Μ = 0.002 [NA-2], M = 0.8
Assuming [T], we compare the F and F p.

【0038】 Sp <S (4) であるが、Hが小さいとき、M>μHであるため、後者
タイプは前者タイプよりも大きな力を発生する。
Although S p <S (4), when H is small, since M> μH, the latter type generates a larger force than the former type.

【0039】Hが大きいとき、磁化は飽和状態(最大
限)になる。これは材料によって異なり、珪素鋼の場合
の飽和磁化は、M≒0.8[T]でH=105 [A/
m]である。だが、B−Hカーブの線状領域は、M<
0.6[T]である。
When H is large, the magnetization becomes saturated (maximum). This depends on the material, and the saturation magnetization in the case of silicon steel is H = 10 5 [A /
m]. However, the linear region of the BH curve is M <
0.6 [T].

【0040】こうした検討から、前者タイプの対象物と
電磁極との間隔が小さい場合、 F>Fp (5) となる。しかし、間隔が広がるにつれて、磁力は急速に
減少していく。ゆえに、後者タイプは、全体的には非常
に強くなるのである。
From these studies, when the distance between the former type object and the electromagnetic pole is small, F> F p (5). However, as the spacing increases, the magnetic force decreases rapidly. Therefore, the latter type is very strong overall.

【0041】このアクチュエータに適したもう1つの特
徴は、その力が電流Iに比例するのに対し、一対の電磁
石は非線形の特徴を持つという点である。即ち、磁力は
電流Iと対象物と極の間隔の非線形関数となる。
Another feature suitable for this actuator is that its force is proportional to the current I, whereas the pair of electromagnets has non-linear characteristics. That is, the magnetic force is a nonlinear function of the current I and the distance between the object and the pole.

【0042】図6は本発明の実施例を示す磁気浮上型マ
イクロハンドの磁気アクチュエータの構成図である。こ
こで、38は筒状のコイル、38Aはコイル端中心、3
9は永久磁石である。
FIG. 6 is a configuration diagram of a magnetic actuator of a magnetic levitation type micro hand showing an embodiment of the present invention. Here, 38 is a cylindrical coil, 38A is a coil end center, 3
9 is a permanent magnet.

【0043】この磁気アクチュエータは、以下の通りで
ある。
The magnetic actuator is as follows.

【0044】(1)巻数n=20,000[/m]であ
り、ここで、コイル長さが26[mm]のとき巻数は5
00である。
(1) The number of turns n is 20,000 [/ m]. Here, when the coil length is 26 [mm], the number of turns is 5
00.

【0045】(2)電流I=0から3[A]、 (3)面積S=3.14×10-4[m2 ] ここで、コ
イルの内外直径は20及び32[mm]である。
(2) Current I = 0 to 3 [A], (3) Area S = 3.14 × 10 −4 [m 2 ] Here, the inner and outer diameters of the coil are 20 and 32 [mm].

【0046】(4)Sp =0.4S ここで、永久磁石
の直径は10[mm]、長さは40[mm]である。
(4) S p = 0.4 S Here, the diameter of the permanent magnet is 10 [mm] and the length is 40 [mm].

【0047】(5)M=0.8[T] 図5と異なり、励磁コイルは1個の円筒であるため、F
p を単一の磁極に作用する力から求める。
(5) M = 0.8 [T] Unlike FIG. 5, since the exciting coil is a single cylinder,
p is determined from the force acting on a single magnetic pole.

【0048】 Fp =HSp M (6) 数式(6)により、I=3[A]のとき力が600[g
f]であるのに対し、測定された実際の力はI=3
[A]のとき360[gf]であった。この差の原因と
しては、磁束の漏出と、反対極の影響が挙げられる。
F p = HS p M (6) According to equation (6), when I = 3 [A], the force is 600 [g].
f], whereas the actual force measured is I = 3
At the time of [A], it was 360 [gf]. The causes of this difference include the leakage of magnetic flux and the influence of the opposite pole.

【0049】I=0.2[A]のときのコイル内側の永
久磁石の位置を変化することによって実験的に測定した
力を図7に示す。図7において、縦軸は力F(gf)、
横軸は磁極位置(mm)である。一方、x及びyは、コ
イル端の中心を原点とした磁極位置を示す。この図は、
極がコイル中心の近くにあるとき、力がほぼ一定である
ことを表している。
FIG. 7 shows the force experimentally measured by changing the position of the permanent magnet inside the coil when I = 0.2 [A]. In FIG. 7, the vertical axis represents the force F (gf),
The horizontal axis is the magnetic pole position (mm). On the other hand, x and y indicate the magnetic pole position with the center of the coil end as the origin. This figure is
When the pole is near the center of the coil, it indicates that the force is almost constant.

【0050】〔3〕制御の特徴 ここでは、レーザー変位センサを用いたときの、アクチ
ュエータの制御の特徴を示す。このレーザー変位センサ
(KEYENCE LK−2000)は、以下のような
機能を有する。
[3] Characteristics of Control Here, characteristics of control of the actuator when the laser displacement sensor is used will be described. This laser displacement sensor (KEYENCE LK-2000) has the following functions.

【0051】(1)分解能は1μm、(2)測定範囲は
±5mm、(3)応答時間は512μsである。本発明
のマイクロハンドではエンドエフェクタを直接駆動する
ことやリンク機構が低摩擦であるため、位置制御と力制
御の2つの制御モードが可能である。ここでは、両方の
制御モードに効果的な、PDタイプの制御装置(コント
ローラ)を用いて、新しいシステムを評価している。
(1) The resolution is 1 μm, (2) the measurement range is ± 5 mm, and (3) the response time is 512 μs. In the micro hand of the present invention, since the end effector is directly driven and the link mechanism has low friction, two control modes of position control and force control are possible. Here, a new system is evaluated using a PD-type controller that is effective for both control modes.

【0052】図8に本発明の磁気浮上型マイクロハンド
に代わる1軸実験の模式図を示す。
FIG. 8 is a schematic view of a one-axis experiment in place of the magnetic levitation type micro hand of the present invention.

【0053】希土類永久磁石43及びレーザ反射板41
は、被駆動体搭載部42に取り付けらているのに対し、
コイル44及びレーザー変位センサ45は固定部(図示
なし)に取り付けられている。2種類のコイルで実験を
行った。これらは、電線の巻数及び直径において異なっ
ている。なお、図8において、46は平衡錘である。 (1)コイル1:巻数 500巻、径0.5 抵抗 4[Ω] のとき、最大力 I=3[A]のとき360[gf] (2)コイル2:巻数 2000巻、径0.23 抵抗 100[Ω] のとき、最大力 I=0.2[A]のとき110[gf] なお、最大値は電源の容量(3A,36V)によって制
限される。両コイルとも同一の筒に巻線を施したもので
ある。ゆえに、両コイルL1 及びL2 のインダクタンス
は、以下のような関係である。
Rare earth permanent magnet 43 and laser reflector 41
Is mounted on the driven body mounting part 42,
The coil 44 and the laser displacement sensor 45 are attached to a fixed part (not shown). The experiment was performed with two types of coils. These differ in the number of turns and diameter of the wire. In FIG. 8, reference numeral 46 denotes a balance weight. (1) Coil 1: When the number of turns is 500, diameter 0.5 When resistance is 4 [Ω], maximum force is 360 [gf] when I = 3 [A] (2) Coil 2: 2,000 turns, diameter 0.23 When the resistance is 100 [Ω], the maximum force is 110 [gf] when I = 0.2 [A]. The maximum value is limited by the capacity of the power supply (3 A, 36 V). Both coils are made by winding the same cylinder. Thus, the inductance of the coils L 1 and L 2 are the following relationship.

【0054】 L2 =16L1 (7) コイル1は図6の測定で用いたものと同一である。L 2 = 16L 1 (7) The coil 1 is the same as that used in the measurement of FIG.

【0055】図9に、上記した両コイルのステップ応答
を示す図であり、縦軸は変位量(μm)、横軸は時間
(s)である。
FIG. 9 is a diagram showing the step response of both coils described above. The vertical axis represents the displacement (μm), and the horizontal axis represents time (s).

【0056】この結果により、応答時間とオーバーシュ
ートは、ほぼ同じであることが分かるが、コイル2のデ
ータによると、安定した状態においては、より大きな振
動を示している。これらの結果を以下に説明する。
From this result, it can be seen that the response time and the overshoot are almost the same, but according to the data of the coil 2, in a stable state, larger vibration is shown. These results are described below.

【0057】(1)コイル1はコイル2より強いが、デ
ジタルPD制御装置の安定性の問題のため、コイル1に
対しては小さな制御ゲインを用いなくてはならない。
(1) The coil 1 is stronger than the coil 2, but a small control gain must be used for the coil 1 due to the stability problem of the digital PD controller.

【0058】(2)コイル2はインダクタンスが大きい
ため、電圧電流変換回路が用いられているが、インダク
タンスの影響を除去しきれていないため、コイル2の振
動はさらに大きいものとなっている。
(2) Since the coil 2 has a large inductance, a voltage-to-current conversion circuit is used. However, since the influence of the inductance has not been completely removed, the vibration of the coil 2 is further increased.

【0059】コイル1の方が、より良い制御の特徴を示
したので、コイル1を用いることが望ましいことがわか
った。
Since the coil 1 exhibited better control characteristics, it was found that it was desirable to use the coil 1.

【0060】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, but various modifications are possible based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.

【0062】(A)超小型で3次元平行動作が可能な磁
気浮上型マイクロハンドを提供することができる。
(A) It is possible to provide an ultra-compact magnetic levitation type microhand capable of three-dimensional parallel operation.

【0063】(B)対象物及びエンドエフェクタの非接
触による直接駆動が可能である。さらに、非接触の直接
駆動を導入することにより、低摩擦駆動を可能にし、高
精度な位置制御と力制御を実行できる。また、ストロー
ク幅やリニアリティを改善することができる。
(B) It is possible to directly drive the object and the end effector without contact. Furthermore, by introducing non-contact direct drive, low-friction drive is enabled, and highly accurate position control and force control can be performed. Further, the stroke width and linearity can be improved.

【0064】(C)高精度の変位センサを用いることに
より、検出精度に対応した高精度の制御を行うことがで
きる。
(C) By using a high-precision displacement sensor, high-precision control corresponding to the detection accuracy can be performed.

【0065】(D)また、平行リンク機構は平行四辺形
的動きをなすことにより、加工時の大きな反動トルクに
対してはリンク機構で支え、比較的弱い磁石の駆動力を
エンドエンドエフェクタに精確に伝達することができ、
かつ小型にすることができる。したがって、マイクロマ
シンに最適である。
(D) The parallel link mechanism performs a parallelogram-like movement, so that a large reaction torque during machining is supported by the link mechanism, and the driving force of a relatively weak magnet is accurately applied to the end-end effector. Can be communicated to
And it can be miniaturized. Therefore, it is most suitable for a micromachine.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例を示す磁気浮上型マイクロハン
ドの構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a magnetic levitation type micro hand showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例を示す磁気浮上型マイクロハン
ドの平行リンク機構の模式図である。
FIG. 2 is a schematic view of a parallel link mechanism of the magnetic levitation type micro hand according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例を示す磁気浮上型マイクロハン
ドの方形に近い形の平行四辺形平行リンク機構を示す図
である。
FIG. 3 is a view showing a parallelogram parallel link mechanism having a shape close to a square of a magnetic levitation type micro hand showing an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例を示す磁気浮上型マイクロハン
ドのリンク機構の模式図である。
FIG. 4 is a schematic view of a link mechanism of the magnetic levitation type micro hand showing the embodiment of the present invention.

【図5】各種の磁気アクチュエータの模式図である。FIG. 5 is a schematic view of various magnetic actuators.

【図6】本発明の実施例を示す磁気浮上型マイクロハン
ドの磁気アクチュエータの構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of a magnetic actuator of a magnetic levitation type micro hand showing an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例を示す磁気浮上型マイクロハン
ドの磁気アクチュエータの各種の可動子の位置における
駆動力特性図である。
FIG. 7 is a driving force characteristic diagram at the positions of various movers of the magnetic actuator of the magnetic levitation type micro hand according to the embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例を示す磁気浮上型マイクロハン
ドに代わる1軸実験の模式図を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a schematic view of a one-axis experiment in place of the magnetic levitation type micro hand showing the embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施例を示す磁気浮上型マイクロハン
ドの磁気アクチュエータの1軸実験の励磁コイルの応答
特性図である。
FIG. 9 is a response characteristic diagram of an exciting coil in a one-axis experiment of a magnetic actuator of a magnetic levitation type micro hand showing an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,4,7 磁気アクチュエータ 2,5,8 励磁コイル 3,6,9 希土類永久磁石 10 被駆動体 11,12,13,45 レーザー変位センサ 14,16,17,18 平行リンク機構 15 平衡錘取付用アダプタ 21 固定台 22 第1平行リンク機構取付部 23,25,27,28 回転軸 24 上辺リンク 26 底辺リンク 31 エンドエフェクタ 32 作業範囲 33 センサ、アクチュエータ、エンドエフェクタ取
付部 34 対象物 35 鉄芯 36,44 コイル 37,39 永久磁石 38 筒状のコイル 38A コイル端中心 41 レーザ反射板 42 被駆動体搭載部 43 希土類永久磁石 46 平衡錘
1,4,7 Magnetic actuator 2,5,8 Excitation coil 3,6,9 Rare earth permanent magnet 10 Driven body 11,12,13,45 Laser displacement sensor 14,16,17,18 Parallel link mechanism 15 Balance weight attachment Adapter 21 Fixing base 22 First parallel link mechanism mounting part 23, 25, 27, 28 Rotation axis 24 Top link 26 Bottom link 31 End effector 32 Working range 33 Sensor, actuator, end effector mounting part 34 Object 35 Iron core 36 , 44 Coil 37, 39 Permanent magnet 38 Cylindrical coil 38A Center of coil end 41 Laser reflector 42 Driven body mounting part 43 Rare earth permanent magnet 46 Balance weight

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 磁気浮上型マイクロハンドにおいて、
(a)3次元平行駆動が可能なように配置されるととも
に、永久磁石からなる可動子と、固定部に固定された励
磁コイルを有する固定子とからなる磁気アクチュエータ
と、(b)該磁気アクチュエータによって駆動される被
駆動体と、(c)該被駆動体の変位を検知する変位セン
サと、(d)前記被駆動体に結合される平行リンク機構
と、(e)前記被駆動体又は前記平行リンク機構の端部
に取り付けられるエンドエフェクタとを具備することを
特徴とする磁気浮上型マイクロハンド。
In a magnetic levitation type micro hand,
(A) a magnetic actuator comprising a mover made of a permanent magnet and a stator having an excitation coil fixed to a fixed portion and arranged to enable three-dimensional parallel driving; and (b) the magnetic actuator. A driven body driven by the driven body, (c) a displacement sensor for detecting displacement of the driven body, (d) a parallel link mechanism coupled to the driven body, and (e) the driven body or the driven body. An end effector attached to an end of the parallel link mechanism.
【請求項2】 請求項1記載の磁気浮上型マイクロハン
ドにおいて、前記磁気アクチュエータは筒状の励磁コイ
ルからなる固定子及び永久磁石からなる可動子を有する
ことを特徴とする磁気浮上型マイクロハンド。
2. The magnetic levitation microhand according to claim 1, wherein the magnetic actuator has a stator composed of a cylindrical excitation coil and a movable element composed of a permanent magnet.
【請求項3】 請求項1記載の磁気浮上型マイクロハン
ドにおいて、前記変位センサは1μmオーダー以上の分
解能を有することを特徴とする磁気浮上型マイクロハン
ド。
3. The magnetic levitation microhand according to claim 1, wherein the displacement sensor has a resolution of 1 μm order or more.
【請求項4】 請求項1記載の磁気浮上型マイクロハン
ドにおいて、平行リンク機構は平行四辺形的動きし、し
かも重力に対して常に平衡を保つことを特徴とする磁気
浮上型マイクロハンド。
4. The magnetically levitated microhand according to claim 1, wherein the parallel link mechanism moves in a parallelogram manner and always keeps balance against gravity.
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