JP3498911B2 - 回転型多自由度機構 - Google Patents

回転型多自由度機構

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JP3498911B2 JP2000287725A JP2000287725A JP3498911B2 JP 3498911 B2 JP3498911 B2 JP 3498911B2 JP 2000287725 A JP2000287725 A JP 2000287725A JP 2000287725 A JP2000287725 A JP 2000287725A JP 3498911 B2 JP3498911 B2 JP 3498911B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウェーフ
ァ、液晶用ガラス基板の目視検査ステージ、監視カメ
ラ、指向性受発信アンテナの台等に好適な、回転型多自
由度機構に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、1軸の回転機構の出力軸にもう一
組の1軸回転機構の出力軸を直角に配置し後者の出力軸
にテーブルを取り付けた形の2自由度回転機構はよく知
られている。この機構においては、前記2出力軸を回転
させれば、テーブル面を空間の広い範囲に向けることが
できるとしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな機構では、可動部分の質量が大きくなるので、1軸
目の負担が多く、移動速度に限度があり、また、剛性及
び精度面でも問題がある。本発明は以上のような課題を
改善するために提案されたものであって、軽量、高速、
高精度及び高剛性の回転型多自由度機構を提供すること
を目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
ために、本発明では、請求項1において、基台に基台を
含む面上で回動自在に回転台を設けて、この回転台上に
固設した支柱と、2自由度回転対偶を介して傾斜可能に
立設した一対の直動アクチュエータとを有し、これら支
柱と一対の直動アクチュエータとは、、前記回転台の回
転中心軸を中心とする同心円上に設けると共に、その一
対の直動アクチュエータは、支柱から互いに等間隔に距
離を設けて、且つ対向させて配置し、前記支柱の上端側
に2自由度回転対偶を介し、且つ、前記一対の直動アク
チュエータの上端側にそれぞれ球面軸受を介して被調節
枠体を、被調節枠体における外側の側部において支持す
るようにし、前記回転台、並びに直動アクチュエータを
組合せ制御動作させることで、被調節枠体を揺動調節す
る構成とした回転型多自由度機構を提案する。また本発
明では、請求項2において、前記支柱を伸縮可能に構成
した回転型多自由度機構を提案する。さらに本発明で
は、請求項3において、前記直動アクチュエータの上端
側と被調節枠体における外側の側部とを連結する球面軸
受は、球面軸受を構成するロッドまたはロッドを旋回自
在に保持するハウジングを前記被調節枠体における外側
の側部外方に突設した回転型多自由度機構を提案する。
【0005】請求項1によれば、回転台と一対の傾斜可
能な直動アクチュエータを組合せ制御することで、被調
節枠体は、支柱上端側の2自由度回転対偶を中心に揺動
変位する。なお前記被調節枠体は、支柱の上端側と一対
の直動アクチュエータの上端側とで被調節枠体における
外側の側部において支持することで、球面軸受の有する
高い旋回性能を活かして、被調節枠体の調節可能範囲を
大きくすることができる。しかも、被調節枠体の中央箇
所上下にわたって、大きく空間を確保することができる
ので、シリコンウェーファ、液晶用ガラス基板の目視検
査ステージとして、その他、監視カメラなどの機材機構
部を配置するスペースに利用することができるなど、用
途は広範なものとなる。
【0006】請求項2によれば、支柱を調節可能な構造
とすればさらに被調節枠体の調節は自在となる。
【0007】請求項3によれば、被調節枠体が揺動して
も直動アクチュエータと干渉することを抑制することが
でき、被調節枠体の調節可能範囲を大きくすることがで
きる。
【0008】
【発明の実施の態様】次に、本発明にかかる回転型多自
由度機構の一つの実施の態様を、添付の図面に基づいて
説明する。図1に回転型多自由度機構1を模式的に示
す。この回転型多自由度機構1は、上面が平担状の基台
2に、回動自在に設けた回転台3を介して固設した支柱
4と、それぞれ2自由度回転対偶である継手手段5,5
を介して取り付けた一対の直動アクチュエータ6,6と
を有し、前記支柱4の上端部に2自由度回転対偶である
継手手段7を介し、また前記一対の直動アクチュエータ
6,6の上端側に、それぞれ3自由度の回転対偶である
球面軸受8,8(図2参照)を介して被調節枠体9を支
持する構成としている。
【0009】前記基台2は方形状中空枠体であり、円形
状の回転台3を基台2上面に形成した円孔10を介し
て、基台2内部に埋没させている。すなわち、前記回転
台3は、図4に示すように基台2内部空間中心部に、回
転台3の中心軸11をベアリング12を介して回動自在
に取り付けると共に、前記中心軸11を中心とする同心
円上に等間隔に配置した車輪13により支持する構成と
している。この際、回転台3と基台2の上面は同一高さ
となるようにしている。
【0010】 前記回転台3上の支柱4、並びに一対の
直動アクチュエータ6,6は、回転台3を支える車輪1
3を設けた位置に配置している。すなわち、前記支柱4
と一対の直動アクチュエータ6,6とは、前記回転台3
の中心軸11を中心とする同心円上に設けると共に、そ
の一対の直動アクチュエータ6,6は、支柱4から互い
に等間隔に距離を設けて、且つ対向させて配置してい
る。前記支柱4は、回転台3に対して鉛直状に固設して
おり、直動アクチュエータ6,6を支える継手手段5,
5は、コ型外枠5aに軸a1を中心として揺動可能に中
枠5bを取り付けた構成としており、この中枠5bに軸
a2を中心として揺動可能に直動アクチュエータ6を取
り付けている。前記軸a1は、回転台3外周の接線方向
と平行に指向し、軸a2は前記軸a1に直交している。
【0011】また前記支柱4上端側の継手手段7は、固
定枠7aに、回転台3外周の接線方向と平行に指向する
軸b1を中心として揺動可能に揺動部材7bを取り付
け、この揺動部材7bに、前記軸b1と直交する軸b2
を中心として被調節枠体9を取り付けている。
【0012】また前記直動アクチュエータ6は、外支柱
6aに図示しない機構によって伸縮作動する伸縮支柱6
bとを有している(図2参照)。この伸縮支柱6b上端
を前記球面軸受8を介し被調節枠体9における外側の側
に取り付けている。球面軸受8は、伸縮支柱6b上端
にL字型受け具Lを介して取り付けたハウジング14
と、被調節枠体9における外側の側部外方に突設した先
端が球状の先端部15aを有するロッド15とを有し、
前記ハウジング14内側に形成した球型凹孔16に、リ
テーナ(図示省略)に保持した多数のボール17を介
し、ロッド15の球状先端部15aを旋回自在に保持し
ている。
【0013】なお、球面軸受8の取り付け方は逆でもよ
い。すなわち、図3に示すように前記被調節枠体9にお
ける外側の側部側にハウジング14を、伸縮支柱6b上
端にL字型受け具L側にロッド15を突設する構造でも
よい。
【0014】前記支柱4上端側の継手手段7と、直動ア
クチュエータ6の伸縮支柱6b上端の球面軸受8は、前
被調節枠体9における外側の側部中間部に取り付けて
いる。また、以上説明した、基台2における回転台3
は、図示しないコントロール装置のコントロール下に作
動する動力機構により制御する構成とする一方、直動ア
クチュエータ6も同様に、コントロール装置(図示省
略)に設定されたソフトウェアに基づいて動作する構成
とすることができる。
【0015】以上のように本発明にかかる回転型多自由
度機構1は構成されているので、コントロール装置にお
けるソフトウェアに基づき、回転台3、並びに直動アク
チュエータ6,6を組合せ制御動作させることで、被調
節枠体9を変位調節することができる(図4、図5参
照)。例えば、回転台3のみを回転駆動すれば、被調節
枠体9は、支持姿勢は変わらず、回転台中心部を中心に
被調節枠体9を回転調節することができる。また、一対
の直動アクチュエータ6,6を同方向に同量伸縮駆動さ
せると、直動アクチュエータ6,6は、直動アクチュエ
ータ6,6を支える継手手段5,5の中枠5bの軸a2
を中心として変位し、この結果、被調節枠体9を、支柱
4上端側の継手手段7における軸b1を中心として変位
調節することができる(図4参照)。
【0016】一方、一対の直動アクチュエータ6,6を
逆方向に同量伸縮駆動させると、直動アクチュエータ
6,6は、直動アクチュエータ6,6を支える継手手段
5,5の外枠5aにおける軸a1を中心として互いに逆
側にぶれるように変位し、この結果、前記被調節枠体
を、支柱4上端側の継手手段7における軸b2を中心と
して変位調節することができる(図5参照)。なお、前
記回転型多自由度機構1の被調節枠体9を図4、図5に
示すように変位調節することができるのは、前記被調節
枠体9は、支柱4の上端側と一対の直動アクチュエータ
6,6の上端側とで外側の側部において支持すること
で、一対の直動アクチュエータ6,6の上端側と被調節
枠体9における外側の側部とが、干渉し合うことはな
く、球面軸受8の有する高い旋回性能を活かすことがで
き、しかも、直動アクチュエータ6,6が、回転台3上
に揺動可能に取り付けたことに帰着する。併せて、前記
被調節枠体9を外側の側部において支持することによ
り、被調節枠体9の中央箇所上下にわたって、大きく空
間を確保することができるので、シリコンウェーファ、
液晶用ガラス基板の目視検査ステージとして、その他、
監視カメラなどの機材機構部を配置するスペースに利用
することができるなど、用途は広範なものとなる。以上
のように、被調節枠体9を、支柱4の上端側と継手手段
7、揺動可能な一対の直動アクチュエータ6,6の上端
側と球面軸受8を介し、外側の側部において支持し、
ントロール装置におけるソフトウェアに基づき、回転台
3、並びに直動アクチュエータ6,6を組合せ制御動作
させることで、被調節枠体9を変位調節することができ
るので、これまでのような1軸の回転機構の出力軸にも
う一組の1軸回転機構の出力軸を直角に配置し後者の出
力軸にテーブルを取り付けた形の2自由度回転機構に比
較し、構造が簡単化され、可動部分の質量を減らすこと
ができ、被調節枠体の移動速度、変位調節範囲並びに
構の剛性及び精度面でも改善することができる。
【0017】このように本発明にかかる回転型多自由度
機構1の一例を挙げ、説明したが、回転台3上に支柱
4、直動アクチュエータ6,6を設けるのではなく、固
定した基台上に設けるようにしてもよい。こうすること
によって機構を一層、簡単化することができる。また、
前記支柱4も伸縮可能に構成することもできる。こうす
ることによって、一層、きめ細かな調節が可能となる。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、被調節枠体を、回転
台、並びに直動アクチュエータを組合せ制御動作させる
ことで、変位調節する構成としたので、これまでのよう
な1軸の回転機構の出力軸にもう一組の1軸回転機構の
出力軸を直角に配置し後者の出力軸にテーブルを取り付
けた形の2自由度回転機構に比較し、構造が簡単化さ
れ、可動部分の質量を減らすことができるので、移動速
度、並びに剛性及び精度面でも改善することができる。
しかも、前記被調節枠体を、支柱の上端側と一対の直動
アクチュエータの上端側とで外側の側部において支持す
ることで、一対の直動アクチュエータの上端側と被調節
枠体における外側の側部とが、干渉し合うことはなく、
球面軸受の有する高い旋回性能を活かすことができ、し
かも、直動アクチュエータが、回転台(基台)上に揺動
可能に取り付けたことにより、被調節枠体の変位調節範
囲が格段に広がる。併せて、前記被調節枠体を外側の側
部において支持することにより、被調節枠体の中央箇所
上下にわたって、大きく空間を確保することができるの
で、シリコンウェーファ、液晶用ガラス基板の目視検査
ステージとして、その他、監視カメラなどの機材機構部
を配置するスペースに利用することができるなど、用途
は広範なものとなる。
【0019】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる回転型多自由度機構の一つの実
施の形態を示す、省略的、且つ模式的な斜視説明図であ
る。
【図2】図1に示す回転型多自由度機構において、被調
節枠体を、球面軸受を介して直動アクチュエータにより
支持する構造の、具体的な一例を示した、要部断面説明
図である。
【図3】図1に示す回転型多自由度機構において、被調
節枠体を、球面軸受を介して直動アクチュエータにより
支持する構造の、具体的なもう一つの例を示した、要部
断面説明図である。
【図4】本発明にかかる回転型多自由度機構の動作を説
明した、断面説明図である。
【図5】本発明にかかる回転型多自由度機構の動作を説
明した、別断面説明図である。
【符号の説明】
1 回転型多自由度機構 2 基台 3 回転台 4 固定支柱 5 継手手段 5a 外枠 5b 中枠 6 直動アクチュエータ 6a 外支柱 6b 伸縮支柱 7 継手手段 7a 固定枠 7b 揺動部材 8 球面軸受 9 被調節枠体 10 円孔 11 中心軸 12 ベアリング 13 車輪 14 ハウジング 15 ロッド 15a 先端部 16 球型凹孔 17 ボール L L字型受け具

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基台に基台を含む面上で回動自在に回
    転台を設けて、この回転台上に固設した支柱と、2自由
    度回転対偶を介して傾斜可能に立設した一対の直動アク
    チュエータとを有し、これら支柱と一対の直動アクチュ
    エータとは、、前記回転台の回転中心軸を中心とする同
    心円上に設けると共に、その一対の直動アクチュエータ
    は、支柱から互いに等間隔に距離を設けて、且つ対向さ
    せて配置し、前記支柱の上端側に2自由度回転対偶を介
    し、且つ、前記一対の直動アクチュエータの上端側にそ
    れぞれ球面軸受を介して被調節枠体を、被調節枠体にお
    ける外側の側部において支持するようにし、前記回転
    台、並びに直動アクチュエータを組合せ制御動作させる
    ことで、被調節枠体を揺動調節する構成としたことを特
    徴とする回転型多自由度機構。
  2. 【請求項2】 前記支柱を伸縮可能に構成したことを
    特徴とする請求項1記載の回転型多自由度機構。
  3. 【請求項3】 前記直動アクチュエータの上端側と
    調節枠体における外側の側部とを連結する球面軸受は、
    球面軸受を構成するロッドまたはロッドを旋回自在に保
    持するハウジングを前記被調節枠体における外側の側部
    外方に突設したことを特徴とする請求項1、2記載のう
    ち、いずれか1記載の回転型多自由度機構。
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