JP2008264987A - Robot arm - Google Patents

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Toshiyuki Asao
利之 浅生
Shuhei Yamanaka
修平 山中
Yoshihiro Kimura
吉宏 木村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a robot arm piping to a work holding means with high pressure air as its driving source of which is not exposed outside, capable of saving a space and capable of keeping its maintaining property favorable. <P>SOLUTION: This robot arm is constituted of an arm shaft 3 on which a large number of magnetic poles are arranged with prescribed pitches along the axial direction, a forcer having a through hole in which this arm shaft 3 is fitted with a play, constituting a linear motor with this arm shaft 3 and to advance and retreat the arm shaft 3 in the axial direction in correspondence with an applied electric signal and the work holding means 4 provided on one end of the arm shaft 3 and to move in correspondence with air pressure. A fluid supplying hole 30 to make the air pressure work on the work holding means 4 is formed to pass through along the axial direction on the arm shaft 3, and this fluid supplying hole 30 is connected to a supplying port of the work holding means 4. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、各種産業機器において搬送対象物であるワークを保持して搬送するためのロボットアームに係り、特に、空気圧により動作するワーク保持手段をアーム軸の先端に設けたロボットアームの改良に関する。   The present invention relates to a robot arm for holding and transferring a workpiece that is a transfer object in various industrial equipment, and more particularly to an improvement of a robot arm in which a workpiece holding means that operates by air pressure is provided at the tip of an arm shaft.

従来、この種のロボットアームとしては、モータの回転運動をボールねじによってアーム軸の並進運動に変換し、それによって前記アーム軸の先端に設けられたワーク保持手段をワークに対して進退させるものが知られている。しかし、このようなボールねじを用いたロボットアームでは、ボールねじの回転における危険速度やボールの高速転動に伴って発生する騒音との関係から、アーム軸の並進運動の高速化には限界がある。   Conventionally, as this type of robot arm, there is a robot arm that converts the rotational movement of the motor into a translational movement of the arm shaft by a ball screw, and thereby moves the workpiece holding means provided at the tip of the arm shaft forward and backward. Are known. However, in such a robot arm using a ball screw, there is a limit to speeding up the translation of the arm axis because of the relationship between the critical speed in the rotation of the ball screw and the noise generated by the high-speed rolling of the ball. is there.

一方、軽量なワークを高速で搬送する用途に適したロボットアームとして、ロッドタイプのリニアモータアクチュエータを使用したものが知られている。このロッドタイプのリニアモータアクチュエータは、棒状に形成されると共に軸方向に沿って所定のピッチでN極及びS極が繰り返し配列されたマグネットロッドと、このマグネットロッドの周囲に僅かな隙間を介して遊嵌しているフォーサとから構成されており、フォーサ内に設けられたコイル部材に通電することで、前記マグネットロッドがフォーサに対して進退するように構成されている。   On the other hand, a robot arm that uses a rod-type linear motor actuator is known as a robot arm suitable for a purpose of conveying a lightweight workpiece at high speed. This rod type linear motor actuator has a rod shape and a magnet rod in which N poles and S poles are repeatedly arranged at a predetermined pitch along the axial direction, and a slight gap around the magnet rod. The magnetic rod is configured to advance and retract with respect to the forcer by energizing a coil member provided in the forcer.

このロッドタイプのリニアモータアクチュエータでは、前記マグネットロッドの周囲をコイル部材が取り囲んでいることから強力な推力を発揮することができ、小型化を図りながら前記マグネットロッド大きな推力を与えることが可能である。また、リニアモータによって直接的にマグネットロッドの並進運動を得られることから、かかるマグネットロッドをアーム軸としてその先端にワーク保持手段を設けることにより、ワークを高速で取り扱うことが可能なロボットアームを構築することが可能である。
WO2006/035946
In this rod type linear motor actuator, a coil member surrounds the magnet rod so that a strong thrust can be exerted, and a large thrust can be applied to the magnet rod while reducing the size. . In addition, since the translational motion of the magnet rod can be obtained directly by the linear motor, a robot arm that can handle the workpiece at high speed is constructed by providing a workpiece holding means at the tip of the magnet rod as the arm axis. Is possible.
WO2006 / 035946

前記マグネットロッドの先端に設けられるワーク保持手段としては種々の装置を選択可能であるが、ワークのクランプ及びリリースの応答速度の高速化、軽量・小型化の観点から、空気圧に応じて動作するエアチャック等の手段が多用されている。   Various devices can be selected as the work holding means provided at the tip of the magnet rod. However, from the viewpoint of increasing the response speed of the work clamp and release, and reducing the weight and size, the air that operates according to the air pressure. Means such as a chuck are frequently used.

しかし、前記マグネットロッドの先端にワーク保持手段としてのエアチャックを取り付ける場合には、かかるエアチャックに対して高圧空気を供給するための配管を接続する必要があり、ワーク保持手段の周辺に配管スペースが必要となるほか、ロボットアームそれ自体のメンテナンス性が悪化する懸念があつた。   However, when an air chuck as a work holding means is attached to the tip of the magnet rod, it is necessary to connect a pipe for supplying high-pressure air to the air chuck, and a piping space around the work holding means. There was a concern that the maintenance of the robot arm itself would deteriorate.

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、高圧空気を駆動減とするワーク保持手段への配管が外部に露出せず、省スペース化が可能であると共に、メンテンス性を良好に保つことが可能なロボットアームを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is that the piping to the work holding means for reducing the drive of high-pressure air is not exposed to the outside, and space saving is possible. Another object is to provide a robot arm that can maintain good maintainability.

前記目的を達成する本発明のロボットアームは、軸方向に沿って所定のピッチで多数の磁極が配列されたアーム軸と、このアーム軸が遊嵌する貫通孔を有すると共に該アーム軸と相まってリニアモータを構成し、印加される電気信号に応じて前記アーム軸を軸方向へ進退させるフォーサと、前記アーム軸の一端に設けられると共に空気圧に応じて動作するワーク保持手段とから構成されている。そして、前記アーム軸には前記ワーク保持手段に対して空気圧を作用させるための流体供給孔が軸方向に沿って貫通形成され、この流体供給孔がワーク保持手段の供給ポートに接続されている。   The robot arm of the present invention that achieves the above object has an arm shaft in which a large number of magnetic poles are arranged at a predetermined pitch along the axial direction, a through hole into which the arm shaft is loosely fitted, and linearly coupled with the arm shaft. The motor comprises a forcer that advances and retracts the arm shaft in the axial direction in accordance with an applied electrical signal, and a work holding means that is provided at one end of the arm shaft and operates in accordance with air pressure. A fluid supply hole for allowing air pressure to act on the work holding means is formed through the arm shaft along the axial direction, and the fluid supply hole is connected to a supply port of the work holding means.

このような本発明によれば、高圧空気はマグネットロッドとして機能するアーム軸に貫通形成された流体供給孔を介してワーク保持手段に供給されるので、アーム軸に対してワーク保持手段を固定し、ワーク保持手段に具備された高圧空気の供給ポートに対して前記アーム軸の流体供給孔を連結すれば、アーム軸の外部に高圧空気の供給配管を別途設ける必要がなくなる。それにより、アーム軸及びワーク保持手段の周囲に無駄なスペースを必要とせず、ロボットアームの省スペース化を図ることができるものである。また、アーム軸及びワーク保持手段の周囲に配管が露出しないので、ロボットアームのメンテナンス性も向上する。   According to the present invention, since the high-pressure air is supplied to the work holding means through the fluid supply hole penetrating the arm shaft functioning as a magnet rod, the work holding means is fixed to the arm shaft. If the fluid supply hole of the arm shaft is connected to the high pressure air supply port provided in the work holding means, it is not necessary to separately provide a high pressure air supply pipe outside the arm shaft. Thereby, a useless space is not required around the arm shaft and the work holding means, and the space of the robot arm can be saved. In addition, since the piping is not exposed around the arm shaft and the work holding means, the maintainability of the robot arm is also improved.

更に、前記流体供給孔を通過する高圧空気によってアーム軸が冷却されるので、このアーム軸と相まってリニアモータを構成するフォーサが通電によって発熱しても、アーム軸を介して前記フォーサを間接的に冷却することが可能である。   Further, since the arm shaft is cooled by the high-pressure air passing through the fluid supply hole, even if the forcer constituting the linear motor coupled with the arm shaft generates heat due to energization, the forcer is indirectly connected via the arm shaft. It is possible to cool.

以下、添付図面に基づいて本発明のロボットアームを詳細に説明する。   Hereinafter, a robot arm of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1及び図2は本発明のロボットアームの実施形態の一例を示す概略図である。このロボットアーム1は、マグネットロッドとしてのアーム軸3を備えたリニアモータアクチュエータ2と、前記アーム軸3の先端に固定されたワーク保持手段としてのエアチャック4とから構成されており、前記アーム軸3を進退させてエアチャック4を搬送対象物たるワーク5にアプローチさせ、エアチャック4の把持爪40によってワーク5を保持することができるようになっている。   1 and 2 are schematic views showing an example of an embodiment of a robot arm of the present invention. The robot arm 1 includes a linear motor actuator 2 having an arm shaft 3 as a magnet rod, and an air chuck 4 as a work holding means fixed to the tip of the arm shaft 3. 3 is moved forward and backward to allow the air chuck 4 to approach the work 5 as a conveyance object, and the work 5 can be held by the gripping claws 40 of the air chuck 4.

前記エアチャック4に対して把持爪40の駆動源となる高圧空気を供給するため、前記アーム軸3には軸方向に沿って流体供給孔30が貫通形成されており、エアチャック4をアーム軸3に固定することにより、前記流体供給孔30がエアチャック4に具備された高圧空気の供給ポートに接続されるように構成されている。   In order to supply the air chuck 4 with high-pressure air serving as a driving source for the gripping claws 40, the arm shaft 3 is formed with a fluid supply hole 30 extending along the axial direction. 3, the fluid supply hole 30 is configured to be connected to a high-pressure air supply port provided in the air chuck 4.

また、前記アーム軸3の流体供給孔30には前記エアチャック4の動作を制御するバルブ6を介してコンプレッサ7が接続されており、バルブ6の開閉を制御することでコンプレッサ7から供給される高圧空気が前記流体供給孔30を介してエアチャック4に作用するようになっている。   A compressor 7 is connected to the fluid supply hole 30 of the arm shaft 3 via a valve 6 that controls the operation of the air chuck 4. The compressor 7 is supplied by controlling the opening and closing of the valve 6. High-pressure air acts on the air chuck 4 through the fluid supply hole 30.

図2は前記リニアモータアクチュエータ2の第一の実施形態を示すものである。このリニアモータアクチュエータ2は、前記アーム軸3と、このアーム軸3が遊嵌する貫通孔を有すると共に信号の印加に応じて前記アーム軸3を進退させるフォーサ31とから構成されている。   FIG. 2 shows a first embodiment of the linear motor actuator 2. The linear motor actuator 2 includes the arm shaft 3 and a forcer 31 that has a through hole in which the arm shaft 3 is loosely fitted and moves the arm shaft 3 back and forth in response to application of a signal.

前記アーム軸3は、ステンレスパイプの中空部内に着磁された磁石を複数配列したものであり、ステンレテパイプの両端はプラグによって閉塞されている。図3に示すように、ステンレスパイプ内で互いに隣接する磁石3aはN極同士またはS極同士が対向するように交互に向きを逆転させて配列されている。これにより、アーム軸3にはその長手方向に沿ってN極の磁極とS極の磁極が交互に並び、これがリニアモータの界磁マグネットとしてのマグネットロッドを構成している。また、このアーム軸3の中心には軸方向に沿って前記流体供給孔30が貫通形成されている。この流体供給孔30は各磁石を貫通するように形成されると共に、前記プラグをも貫通しており、前記アーム軸3の軸方向に沿って連続的に形成されている。   The arm shaft 3 is formed by arranging a plurality of magnets magnetized in a hollow portion of a stainless steel pipe, and both ends of the stainless steel pipe are closed by plugs. As shown in FIG. 3, the magnets 3a adjacent to each other in the stainless steel pipe are arranged with their directions reversed alternately so that the N poles or the S poles face each other. As a result, N pole poles and S pole poles are alternately arranged on the arm shaft 3 along the longitudinal direction thereof, and this constitutes a magnet rod as a field magnet of the linear motor. Further, the fluid supply hole 30 is formed through the center of the arm shaft 3 along the axial direction. The fluid supply hole 30 is formed so as to penetrate each magnet, and also penetrates the plug, and is formed continuously along the axial direction of the arm shaft 3.

一方、前記フォーサ31は前記アーム軸3の軸方向に垂直な断面が長方形状をなす四角柱状に形成されており、その中心には前記アーム軸3が貫通する貫通孔が形成されている。このフォーサ31は、コイル部材32を収納したフォーサハウジング33と、このフォーサハウジング33の長手方向の前後両端部に固定された軸受支持部材としての一対のフォーサエンド34と、このフォーサエンド34に嵌合すると共に前記アーム軸3の進退を支承する一対の軸受ブッシュ35とから構成されている。前記コイル部材32はフォーサハウジング33に形成された貫通孔の内周面に配列されている。アーム軸3は前記軸受ブッシュ35に摺接するが、前記フォーサエンド34及びコイル部材32とは0.2mm程度の隙間を介して非接触に保たれている。また、前記フォーサハウジング33の表面には複数の放熱フィンが立設されており、前記コイル部材32に通電した際に該コイル部材32で発生する熱をフォーサハウジング33に伝達すると共に、周辺雰囲気中に放熱し、コイル部材32そのものを効果的に冷却することができるようになっている。   On the other hand, the forcer 31 is formed in a quadrangular prism shape whose section perpendicular to the axial direction of the arm shaft 3 is rectangular, and a through hole through which the arm shaft 3 passes is formed at the center. The forcer 31 includes a forcer housing 33 in which a coil member 32 is housed, a pair of forcer ends 34 as bearing support members fixed to both longitudinal front and rear ends of the forcer housing 33, and the forcer end. 34 and a pair of bearing bushes 35 that support the advance and retreat of the arm shaft 3. The coil member 32 is arranged on the inner peripheral surface of a through hole formed in the forcer housing 33. The arm shaft 3 is in sliding contact with the bearing bush 35, but is not in contact with the forcer end 34 and the coil member 32 through a gap of about 0.2 mm. In addition, a plurality of heat radiating fins are provided on the surface of the forcer housing 33 to transmit heat generated in the coil member 32 to the forcer housing 33 when the coil member 32 is energized, The coil member 32 itself can be effectively cooled by dissipating heat into the atmosphere.

図3及び図4はこのリニアモータアクチュエータ2の作動原理を示すものである。コイル部材32はU,V及びW相の3つのコイルを1組とするコイル群を有している。いずれの相のコイル部材32もリング状であり、アーム軸3の外周面と僅かな隙間を介して対向している。また、各相のコイル部材32の配列ピッチはアーム軸3の磁石3aの配列ピッチよりも短く設定される。マクネットロッド3にはS極の磁極からN極の磁極に向かって磁束3bが形成されており、フォーサ31にはその磁束密度を検出する磁極センサ(図示せず)が内蔵されている。従って、この磁極センサの出力する検出信号からコイル部材32に対するアーム軸3の各磁極(N極及びS極)の位置関係が把握される。コイル部材32への通電を制御しているコントローラは前記磁極センサの検出信号を受信し、コイル部材32とアーム軸3の各磁石3aとの位置関係に応じた最適な電流を演算し、それを各コイル部材32に通電する。その結果、各コイル部材32に流れる電流と磁石3aによって形成される磁束3bとの相互作用によって、コイル部材32と各磁石3aとの間に吸引力及び反発力が発生し、フォーサ31がマグネットロッド3の軸線方向に推進されることになる。   3 and 4 show the operation principle of the linear motor actuator 2. FIG. The coil member 32 has a coil group including three coils of U, V, and W phases as one set. The coil member 32 of any phase is ring-shaped and faces the outer peripheral surface of the arm shaft 3 with a slight gap. Further, the arrangement pitch of the coil members 32 of each phase is set to be shorter than the arrangement pitch of the magnets 3 a of the arm shaft 3. A magnetic flux 3b is formed on the macnet rod 3 from the magnetic pole of the S pole toward the magnetic pole of the N pole, and the forcer 31 incorporates a magnetic pole sensor (not shown) for detecting the magnetic flux density. Therefore, the positional relationship of each magnetic pole (N pole and S pole) of the arm shaft 3 with respect to the coil member 32 is grasped from the detection signal output from the magnetic pole sensor. The controller that controls the energization of the coil member 32 receives the detection signal of the magnetic pole sensor, calculates the optimum current corresponding to the positional relationship between the coil member 32 and each magnet 3a of the arm shaft 3, and calculates it. Each coil member 32 is energized. As a result, due to the interaction between the current flowing through each coil member 32 and the magnetic flux 3b formed by the magnet 3a, an attraction force and a repulsive force are generated between the coil member 32 and each magnet 3a, and the forcer 31 becomes a magnet rod. 3 will be propelled in the axial direction.

そして、以上のように構成されたロボットアーム1では、前記フォーサ31を各種搬送装置の移動テーブル等に固定し、かかる搬送装置を用いてロボットアーム1を任意の作業ポイントに送り込み、前記リニアモータアクチュエータ2を動作させてアーム軸3を進退させることにより、ワーク保持手段としてのエアチャック4をワーク5に対してアプローチさせ、かかるエアチャック4でワーク5を把持し、または搬送してきたワーク5を解放することができるものである。   In the robot arm 1 configured as described above, the forcer 31 is fixed to a moving table or the like of various transfer devices, and the robot arm 1 is sent to an arbitrary work point using the transfer device, and the linear motor actuator 2 is operated to move the arm shaft 3 forward and backward so that the air chuck 4 as the work holding means approaches the work 5, and the work 5 is held by the air chuck 4 or the work 5 that has been conveyed is released. Is something that can be done.

このとき、前記アーム軸3には流体供給孔30が貫通形成されていることから、エアチャック4の動作に必要な高圧空気はこの流体供給孔30を介して行うことができ、エアチャック4はアーム軸3の先端に固定しさえすれば、即座に使用することが可能となる。このため、エアチャック4をバルブ6及びコンプレッサ7と接続するための配管を別途設ける必要がなく、アーム軸3及びエアチャック4の周囲に無駄なスペースを必要とせず、ロボットアーム1の省スペース化を図ることが可能となる。また、アーム軸3及びエアチャック4の周囲に配管が露出しないので、ロボットアーム1のメンテナンス性も向上する。   At this time, since the fluid supply hole 30 is formed through the arm shaft 3, high-pressure air necessary for the operation of the air chuck 4 can be performed through the fluid supply hole 30. As long as it is fixed to the tip of the arm shaft 3, it can be used immediately. For this reason, it is not necessary to separately provide piping for connecting the air chuck 4 to the valve 6 and the compressor 7, and no unnecessary space is required around the arm shaft 3 and the air chuck 4, thereby saving the space of the robot arm 1. Can be achieved. In addition, since the piping is not exposed around the arm shaft 3 and the air chuck 4, the maintainability of the robot arm 1 is also improved.

図2に示したリニアモータアクチュエータ2ではアーム軸3を進退させるのみなので、エアチャック4でワーク5を把持しても、かかるワーク5の姿勢を変化させることはできず、専らワーク5をそのままの姿勢で搬送する目的にしか使用することができない。しかし、図5に示す回転制御機構を前記リニアモータアクチュエータ2に付設すると共に、アーム軸3の外周面にスプライン溝を設けることで、アーム軸3に対して軸心周りの任意の回転を与えて、エアチャック4で把持したワーク5の姿勢を任意に変化させることが可能となる。   Since the linear motor actuator 2 shown in FIG. 2 only moves the arm shaft 3 forward and backward, even if the work 5 is gripped by the air chuck 4, the posture of the work 5 cannot be changed. It can only be used for the purpose of transporting in a posture. However, the rotation control mechanism shown in FIG. 5 is attached to the linear motor actuator 2 and a spline groove is provided on the outer peripheral surface of the arm shaft 3 to give the arm shaft 3 any rotation around the axis. The posture of the work 5 gripped by the air chuck 4 can be arbitrarily changed.

この回転制御機構8は、前記フォーサ31に固定されたハウジング80と、このハウジング80内でベアリング81を介して回転自在に支承された中空連結軸82と、この中空連結軸82に対して任意の回転角度を与える回転モータ部83と、前記中空連結軸82に収容されたスプラインナット84とから構成されている。   The rotation control mechanism 8 includes a housing 80 fixed to the forcer 31, a hollow connecting shaft 82 rotatably supported through a bearing 81 in the housing 80, and an arbitrary connection with respect to the hollow connecting shaft 82. The rotary motor unit 83 gives a rotation angle and the spline nut 84 accommodated in the hollow connecting shaft 82.

一方、前記アーム軸3はスプライン溝が形成された回転軸部3cを前記エアチャック4の固定端とは反対側の端部に有しており、この回転軸部3cは磁石3aが配列されたマグネットロッドの部位と連続的に形成されている。また、前記流体供給孔30は前記回転軸部3cにも設けられており、アーム軸3の軸心に対して貫通形成されている。前記スプラインナット84はこの回転軸部3cに嵌合しており、スプラインナット84はその回転をアーム軸3の回転軸部3cに伝達する。その一方、スプラインナット84は回転軸部3cを軸方向へ自在に案内するように構成されており、アーム軸3の進退運動を妨げないように構成されている。   On the other hand, the arm shaft 3 has a rotating shaft portion 3c in which a spline groove is formed at the end opposite to the fixed end of the air chuck 4, and the rotating shaft portion 3c has magnets 3a arranged thereon. It is formed continuously with the part of the magnet rod. The fluid supply hole 30 is also provided in the rotary shaft portion 3 c and is formed so as to penetrate the axis of the arm shaft 3. The spline nut 84 is fitted to the rotating shaft portion 3 c, and the spline nut 84 transmits the rotation to the rotating shaft portion 3 c of the arm shaft 3. On the other hand, the spline nut 84 is configured to freely guide the rotating shaft portion 3c in the axial direction, and is configured not to prevent the arm shaft 3 from moving forward and backward.

また、前記ハウジング80の端部にはアーム軸3の回転角度を検出するロータリエンコーダ85が固定されており、前記回転モータ部83はこのロータリエンコーダ85の検出値に基づいてその駆動を制御される。   A rotary encoder 85 that detects the rotation angle of the arm shaft 3 is fixed to the end of the housing 80, and the rotation motor 83 is controlled based on the detected value of the rotary encoder 85. .

そして、このように構成される回転制御機構8をリニアモータアクチュエータ2に付設した場合には、アーム軸3に対してその軸方向の並進運動のみならず、軸周りの回転運動も与えることが可能となり、エアチャック4によって把持したワーク5を任意の角度で回転させ、その姿勢を変化させることも可能となる。   When the rotation control mechanism 8 configured as described above is attached to the linear motor actuator 2, not only the translational motion in the axial direction but also the rotational motion around the shaft can be given to the arm shaft 3. Thus, the workpiece 5 held by the air chuck 4 can be rotated at an arbitrary angle to change its posture.

図6は前記リニアモータアクチュエータ2の第二の実施形態を示すものである。   FIG. 6 shows a second embodiment of the linear motor actuator 2.

このリニアモータアクチュエータは、中空部50を有して略円筒状に形成されたスプライン軸51と、多数のボールを介してこのスプライン軸51の外側に嵌合した一対のスプラインナット52とを備え、前記スプライン軸51の中空部50内に収容されたリニアモータの発生する推力を用いて、前記スプライン軸51をスプラインナット52の軸方向へ往復運動させることができるように構成されている。   The linear motor actuator includes a spline shaft 51 having a hollow portion 50 and formed in a substantially cylindrical shape, and a pair of spline nuts 52 fitted to the outside of the spline shaft 51 via a large number of balls. The spline shaft 51 can be reciprocated in the axial direction of the spline nut 52 using a thrust generated by a linear motor housed in the hollow portion 50 of the spline shaft 51.

前記スプライン軸51は長手方向に沿った開口部を有して断面略U字状に形成されており、その外周面には180°位相をずらして2条のボール転走溝が形成されている。一方、前記スプラインナット52は、その内径が前記スプライン軸51よりも僅かに大きな略円筒状に形成されており、前記スプライン軸51のボール転走溝を転走する多数のボールを介してスプライン軸51の外側に嵌合している。このスプラインナット52はボールの無限循環路を具備しており、前記スプラインナット52をスプライン軸51に沿って移動させると、ボールがスプラインナット52とスプライン軸51との間で荷重を負荷しながら前記無限循環路の内部を循環し、スプラインナット52をスプライン軸51に沿って連続的に移動させることができるようになっている。また、各スプラインナット52にはねじ孔53が設けられており、このねじ孔54に固定ねじを螺合させることで、前記スプラインナット52を他の機械装置などに固定することが可能となっている。   The spline shaft 51 has an opening along the longitudinal direction and is formed in a substantially U-shaped cross section, and two ball rolling grooves are formed on the outer peripheral surface thereof with a phase shift of 180 °. . On the other hand, the spline nut 52 is formed in a substantially cylindrical shape whose inner diameter is slightly larger than that of the spline shaft 51, and the spline shaft is inserted through a number of balls rolling in the ball rolling groove of the spline shaft 51. 51 is fitted to the outside. The spline nut 52 has an infinite circulation path for the ball. When the spline nut 52 is moved along the spline shaft 51, the ball applies a load between the spline nut 52 and the spline shaft 51. The spline nut 52 can be continuously moved along the spline shaft 51 by circulating inside the infinite circulation path. Each spline nut 52 is provided with a screw hole 53, and a fixing screw is screwed into the screw hole 54, whereby the spline nut 52 can be fixed to another mechanical device or the like. Yes.

一方、前記スプライン軸51の中空部50内にはリニアモータの固定子としてのマグネットロッド53が収容されている。かかるマグネットロッド53は軸方向に沿って永久磁石のN極及びS極を交互に配列したものであり、スチールパイプの内部に多数の永久磁石を詰め込んで製作しても良いし、成形された丸棒に対して後から着磁して磁極を形成するようにしても良い。   On the other hand, a magnet rod 53 as a stator of the linear motor is accommodated in the hollow portion 50 of the spline shaft 51. Such a magnet rod 53 is formed by alternately arranging N poles and S poles of permanent magnets along the axial direction, and may be manufactured by packing a large number of permanent magnets inside a steel pipe, or a molded round shape. The pole may be magnetized later to form a magnetic pole.

前記スプライン軸51の軸方向両端の開口部には一対のエンドキャップ55が嵌合しており、スプライン軸51の中空部50を閉塞すると共に、前記マグネットロッド53をスプライン軸51の中空部内で両端支持している。   A pair of end caps 55 are fitted in openings at both axial ends of the spline shaft 51 to close the hollow portion 50 of the spline shaft 51, and the magnet rod 53 is connected to both ends within the hollow portion of the spline shaft 51. I support it.

また、前記マグネットロッド53の周囲にはリニアモータを構成するフォーサ56が僅かな隙間を保って遊嵌している。このフォーサ56は熱伝導性に優れたアルミニウムで形成されると共に、前記マグネットロッド53が貫通する中空部を有し、かかる中空部の内周面には固定子としての励磁コイル(図示せず)が収納されている。励磁コイルはU,V及びW相の3つのコイルを1組とするコイル群を有している。いずれの相の励磁コイルもリング状であり、マグネットロッド53の外周面と僅かな隙間を介して対向している。また、各相の励磁コイルの配列ピッチはマグネットロッド53における永久磁石の配列ピッチよりも短く設定されている。マグネットロッド53にはS極の磁極からN極の磁極に向かって磁束が形成されており、コイル部材にはその磁束密度を検出する磁極センサが内蔵されている。従って、この磁極センサの出力する検出信号から励磁コイルに対するマグネットロッドの各磁極(N極及びS極)の位置関係が把握される。励磁コイルへの通電を制御しているコントローラは前記磁極センサの検出信号を受信し、励磁コイルとマグネットロッドの各磁極との位置関係に応じた最適な電流を演算し、それを各励磁コイルに通電する。その結果、各励磁コイルに流れる電流と永久磁石によって形成される磁束との相互作用によって、励磁コイルと永久磁石の各磁極との間に吸引力及び反発力が発生し、フォーサ56がマグネットロッド53の軸方向へ推進されることになる。   A forcer 56 constituting a linear motor is loosely fitted around the magnet rod 53 with a slight gap. The forcer 56 is made of aluminum having excellent thermal conductivity, and has a hollow portion through which the magnet rod 53 penetrates. An excitation coil (not shown) as a stator is formed on the inner peripheral surface of the hollow portion. Is stored. The exciting coil has a coil group including three coils of U, V, and W phases. The excitation coils of any phase are ring-shaped and face the outer peripheral surface of the magnet rod 53 with a slight gap. The arrangement pitch of the excitation coils of each phase is set shorter than the arrangement pitch of the permanent magnets in the magnet rod 53. A magnetic flux is formed in the magnet rod 53 from the magnetic pole of the S pole toward the magnetic pole of the N pole, and a magnetic pole sensor for detecting the magnetic flux density is built in the coil member. Therefore, the positional relationship of each magnetic pole (N pole and S pole) of the magnet rod with respect to the exciting coil is grasped from the detection signal output from the magnetic pole sensor. The controller that controls the energization of the exciting coil receives the detection signal of the magnetic pole sensor, calculates the optimum current according to the positional relationship between the exciting coil and each magnetic pole of the magnet rod, and applies it to each exciting coil. Energize. As a result, due to the interaction between the current flowing through each exciting coil and the magnetic flux formed by the permanent magnet, an attractive force and a repulsive force are generated between the exciting coil and each magnetic pole of the permanent magnet. Will be propelled in the axial direction.

前記フォーサ56はその長手方向の端部が前記スプラインナット52に固定されており、一対のスプラインナット52はフォーサ56によって結合されている。このため、前記フォーサは軸方向に間隔をおいて配置された一対のスプラインナット52を介してスプライン軸51の中空部50内に位置決めされており、フォーサ56がマグネットロッド53に沿って推進されると、スプラインナット52がスプライン軸51に沿って推進されることになる。もっとも、この実施形態ではスプラインナット52を他の機械装置に固定することから、スプライン軸51がスプラインナット52に対して軸方向へ推進されることになる。   The forcer 56 has an end portion in the longitudinal direction fixed to the spline nut 52, and the pair of spline nuts 52 are coupled by the forcer 56. For this reason, the forcer is positioned in the hollow portion 50 of the spline shaft 51 via a pair of spline nuts 52 that are spaced apart in the axial direction, and the forcer 56 is propelled along the magnet rod 53. Then, the spline nut 52 is propelled along the spline shaft 51. However, in this embodiment, since the spline nut 52 is fixed to another mechanical device, the spline shaft 51 is propelled in the axial direction with respect to the spline nut 52.

前記マグネットロッド53の中心には軸方向に沿って前記流体供給孔が貫通形成されている。この流体供給孔はマグネットロッド53内に配列された各磁石を貫通するように形成されている。また、前記スプライン軸51の両端においてマグネットロッド53の両端を支持するエンドキャップ55の中心には、前記エアチャック4を取り付けるためのタップ孔57が形成されており、このタップ孔57はマグネットロッド53の流体供給孔に連通連結されている。すなわち、この第二の実施形態のリニアモータアクチュエータにおいては、マグネットロッド53を収容したスプライン軸51が図1に示すアーム軸3に相当している。   The fluid supply hole is formed through the center of the magnet rod 53 along the axial direction. The fluid supply hole is formed so as to penetrate each magnet arranged in the magnet rod 53. A tap hole 57 for attaching the air chuck 4 is formed at the center of an end cap 55 that supports both ends of the magnet rod 53 at both ends of the spline shaft 51, and the tap hole 57 is formed in the magnet rod 53. The fluid supply hole is connected in communication. That is, in the linear motor actuator of the second embodiment, the spline shaft 51 that houses the magnet rod 53 corresponds to the arm shaft 3 shown in FIG.

そして、この第二の実施形態のリニアモータアクチュエータにおいても、前記アーム軸3には流体供給孔30が貫通形成されていることから、エアチャック4をバルブ6及びコンプレッサ7と接続するための配管を別途設ける必要がなく、アーム軸3及びエアチャック4の周囲に無駄なスペースを必要とせず、ロボットアーム1の省スペース化を図ることが可能となる。   Also in the linear motor actuator of the second embodiment, since the fluid supply hole 30 is formed through the arm shaft 3, piping for connecting the air chuck 4 to the valve 6 and the compressor 7 is provided. There is no need to provide them separately, and no unnecessary space is required around the arm shaft 3 and the air chuck 4, so that the space of the robot arm 1 can be saved.

本発明のロボットアームの実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows embodiment of the robot arm of this invention. ロボットアームに使用可能なリニアモータアクチュエータの第一の実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows 1st embodiment of the linear motor actuator which can be used for a robot arm. 実施形態に係るリニアモータアクチュエータの動作原理を示す側面図である。It is a side view which shows the operation principle of the linear motor actuator which concerns on embodiment. 実施形態に係るリニアモータアクチュエータの動作原理を示す正面図である。It is a front view which shows the operation principle of the linear motor actuator which concerns on embodiment. リニアモータアクチュエータに付設される回転制御機構の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the rotation control mechanism attached to a linear motor actuator. ロボットアームに使用可能なリニアモータアクチュエータの第二の実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows 2nd embodiment of the linear motor actuator which can be used for a robot arm.

符号の説明Explanation of symbols

1…ロボットアーム、2…リニアモータアクチュエータ、3…アーム軸、4…エアチャック、5…ワーク、30…流体供給孔、31…フォーサ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Robot arm, 2 ... Linear motor actuator, 3 ... Arm axis, 4 ... Air chuck, 5 ... Workpiece, 30 ... Fluid supply hole, 31 ... Forcer

Claims (2)

軸方向に沿って所定のピッチで多数の磁極が配列されたアーム軸と、このアーム軸が遊嵌する貫通孔を有すると共に該アーム軸と相まってリニアモータを構成し、印加される電気信号に応じて前記アーム軸を軸方向へ進退させるフォーサと、前記アーム軸の一端に設けられると共に空気圧に応じて動作するワーク保持手段とから構成され、
前記アーム軸には前記ワーク保持手段に対して空気圧を作用させるための流体供給孔が軸方向に沿って貫通形成されていることを特徴とするロボットアーム。
An arm shaft in which a large number of magnetic poles are arranged at a predetermined pitch along the axial direction, and a through-hole into which the arm shaft is loosely fitted, constitutes a linear motor together with the arm shaft, and responds to an applied electrical signal A forcer that moves the arm shaft forward and backward in the axial direction, and a work holding means that is provided at one end of the arm shaft and operates according to air pressure,
The robot arm according to claim 1, wherein a fluid supply hole for allowing air pressure to act on the workpiece holding means is formed through the arm shaft along the axial direction.
前記アーム軸は、前記磁極が配列されたマグネット軸部及び軸方向に沿ってスプライン溝が形成された回転軸部を備え、
前記フォーサには、前記アーム軸の回転軸部に組付けられて該アーム軸を軸方向へ案内するスプラインナットが回転自在に保持されると共に、印加される電気信号に応じ前記スプラインナットを回転駆動する回転モータ部が前記アーム軸と同一軸心上に固定されていることを特徴とする請求項1記載のロボットアーム。
The arm shaft includes a magnet shaft portion in which the magnetic poles are arranged and a rotating shaft portion in which a spline groove is formed along the axial direction.
A spline nut that is assembled to the rotating shaft portion of the arm shaft and guides the arm shaft in the axial direction is rotatably held on the forcer, and the spline nut is driven to rotate according to an applied electric signal. The robot arm according to claim 1, wherein the rotating motor unit is fixed on the same axis as the arm shaft.
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