JP3596187B2

JP3596187B2 - アクチュエータ機構及びアクチュエータ機構を有する遠心機

Info

Publication number: JP3596187B2
Application number: JP24951896A
Authority: JP
Inventors: 浩早坂
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 1996-09-20
Filing date: 1996-09-20
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2016-09-20
Also published as: JPH1094983A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、理化学装置の自動化機械や一般の産業用ロボット等に適用できるアクチュエータ機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般の産業用のロボットでは、目的物を２自由度で移動させるためには、各軸用に独立した直線移動のアクチュエータを直交させて上下に重ねたＸＹロボットのタイプがある。また回転運動と直線運動を組み合わせたスカラー型のロボットもある。いずれの場合でも一つのアクチュエータ上に別のアクチュエータを重ねて組み立てる構造となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなロボットの場合、一つのアクチュエータ上に別方向のアクチュエータを重ねて使用するので、可動部分が大きくなると共に重くなっていた。そのため、固定側のアクチュエータは、その分パワーが必要となり全体として大きな装置となり、また高価な装置になってしまうという問題を有していた。例えば、遠心力を利用して試料を分離する遠心機に試料の入った容器を自動で出し入れするアクチュエータ機構を持った自動遠心機の場合、遠心機の上部に前記アクチュエータ機構が配置される。しかし、容器を遠心機内に入れるためにはその移動分は遠心機の上側に大きく突き出してしまい、結果的に背の高い装置となってしまっていた。
【０００４】
本発明の目的は、上記問題点を解決し、より簡単な構成で、且つ小形でも移動範囲の大きな２自由度のアクチュエータ機構を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記した問題を解決するためには、２本の直線移動できる機構部を平行に配置し、各機構部の移動する摺動部材にリンクの一端を軸着させ、各リンクの他端を目的とする移動体に同じ軸で軸着させ、リンクのいずれかに平行リンクを配置させる。これにより、各摺動部材の相対位置を制御して移動体を上記摺動部材の移動方向と平行及び垂直方向に自由に移動させられる。駆動源は固定側に取り付けられるので、可動部分の重量を軽くできる。またリンクの長さと各直線移動機構部の距離との選択により、上記機構部よりも広い範囲で目的とする移動体を動かすことができる。結果的に実際の移動範囲に対し占有スペースが小さく、より小形なアクチュエータ機構とすることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明になる実施例を図１乃至図３を用いて説明する。図２は図１の側面図であり、支持台１に固定された平行な２本のレール２ａ，２ｂと、このレール２ａ，２ｂ上を各々摺動するスライダ３ａ，３ｂがある。各スライダ３ａ，３ｂは支持台１に設置されたボールネジ４ａ，４ｂで接続されており、各ボールネジ４ａ，４ｂの回転により任意の位置に移動できる。ボールネジ４ａ，４ｂの先端部にモータ５ａ，５ｂが接続されており回転を伝達される。どちらのモータも支持台１側に取り付けられている。各スライダ３ａ，３ｂの片側にはリンク６ａ，６ｂの一端が軸８ａ，８ｂを介して接続されており、この軸上で回転する。各リンク６ａ，６ｂの他端は、ホルダ９に同軸１０上で接続（軸着）されている。このホルダ９には実際に移動したい物、つまり物を掴むハンド機構１１等が取り付けられる。第１スライダ３ａには上記リンク６ａと平行な平行リンク７が設けてあり、ホルダ９が常に同一姿勢となるようにしてある。各スライダ３ａ，３ｂが同一位置の場合ホルダ９は横にくるが、図３の様に第１スライダ３ａが第２スライダ３ｂより左側にあるとホルダ９は第２スライダ３ｂ側に移動し，逆に右側にあるとホルダは第１スライダ３ａ側に移動する。（図１参照）ホルダ９は、両スライダ３ａ，３ｂが同時に移動する事でスライダ移動方向１２と平行に移動し、両スライダ３ａ，３ｂの相対距離が変化するように移動することで、スライダ移動方向１２と垂直方向１３に移動する。各リンク６ａ，６ｂの支点間距離を共にＬとし第１スライダ３ａと第２スライダ３ｂとのレール間距離を２ｄとすると、垂直方向の移動距離Ｓは、
Ｓ＝２（Ｌ−ｄ）
で与えられる。上記Ｌとｄの選択により、任意に移動範囲を設定することができる。
【０００７】
実際のスライダの動作を制御する場合について考えてみる。リンクとスライダの各主要寸法を図４の様に定義すると下記の関係となる。
【０００８】
（ｙ−ｄ）^２＋（ｘ−ｘｕ）^２＝Ｌ^２
（ｙ＋ｄ）^２＋（ｘ−ｘＬ）^２＝Ｌ^２
上式から、ホルダの座標Ｈ（ｘ，ｙ）に対し各スライダの位置
（ｘｕ，ｄ），（ｘＬ，−ｄ）
を求めることができる。
【０００９】
第１スライダ３ａ側の原点を検出するためのセンサが支持台の一端にある。（図示せず）また平行リンク７が第１スライダ３ａと軸着される軸に角度センサ１４が設けてあり、平行リンク７の角度θを検出している。角度センサ１４が平行リンク７側に取り付けてある理由は、ホルダ９に固定されたハンド１１等の重量を支持するのをホルダに同一軸で接続したにリンク６ａ，６ｂでまかなえるので平行リンク７には力が掛かりにくいためである。角度センサ１４はロータリエンコーダやポテンショメータ、可変抵抗等が使用できる。この角度θを検出することによりホルダ９の垂直位置を知ることができる。しかし、原点検出のためにホルダ９の位置が制限されない場合では、両スライダ３ａ，３ｂを原点検知するだけで制御は可能である。本実施例では、自動遠心機のようにハンド機構１１が穴部等に入り込んだ状態で、水平方向１２へは移動できず必ず初めに垂直方向１３にハンド１１を移動しなければならない場合を想定している。
よって本機構は、平行な２軸の案内部材があり、各案内部材上には独立した駆動機構により移動可能な摺動部材を持ち、各摺動部材には上記２軸の案内部材間隔よりも長いリンクの一端が軸着されている。前記各リンクの他端は該移動部材に同一軸上で軸着され、少なくとも片方のリンクには、平行リンクを備えていて、前記各リンクの位置が、２本の案内軸に対し同一方向に配置され、少なくとも１つの前記摺動部材に少なくとも１つのリンクの軸着部の角度を検出するセンサを設けている。リンクの角度と、該角度検出をしている側の摺動部材の位置から各駆動機構を制御して、目的の移動部材を案内軸と平行且つ垂直方向に移動させている。
つまり、２本の直線移動できる機構部を平行に配置し、各機構部の移動する摺動部材にリンクの一端を軸着させ、各リンクの他端を目的とする移動体に同じ軸で軸着させ、リンクのいずれかに平行リンクを配置させる。これにより、各摺動部材の相対位置を制御して移動体を上記摺動部材の移動方向と平行及び垂直方向に自由に移動させられる。駆動源は固定側に取り付けられるので、可動部分の重量を軽くできる。またリンクの長さと各直線移動機構部の距離との選択により、上記機構部よりも広い範囲で目的とする移動体を動かすことができる。結果的に実際の移動範囲に対し占有スペースが小さく、より小形なアクチュエータ機構とすることができる。
【００１０】
本実施例を自動遠心機に適用した例を図５に示す。ハンド２０の最下位置で遠心機内のロータ２４から試料容器の入ったラック２１をつかみ、そのまま上に持ち上げ、ラック２１を所定位置２５に置く。ロータ２４からラックの所定位置２５まで移動するときのみ、ハンド部分２０は装置より上部に突き出て移動する。装置自体は２軸のアクチュエータ部分２３が遠心機部２２よりも高くなるだけである。
【００１１】
【発明の効果】
本発明によれば、平行な２軸の摺動部材をリンクで接続することによりハンドのような機構部を２自由度で移動するのに駆動源を固定側に配置でき、可動部を軽く、且つ少なくできより小形なアクチュエータを提供することができる。これにより、アクチュエータを実装する装置の小形化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるアクチュエータの一実施例を示す上面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】本発明になるアクチュエータの一実施例を示す上面図である。
【図４】本発明になるアクチュエータ機構における位置関係を定義した座標を示す図である。
【図５】本発明になるアクチュエータを自動遠心機に適用した例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１は支持台、２ａ，２ｂはレール、３ａは第１スライダ、３ｂは第２スライダ、４ａ，４ｂはボールネジ、５ａ，５ｂはモータ、６ａ，６ｂはリンク、７は平行リンク、８ａ，８ｂは軸、９はホルダ、１０は軸、１１はハンド機構、１２は水平方向、１３は垂直方向、１４は角度センサ、１５ａ，１５ｂはカップリング、２０はハンド、２２は遠心機部、２１はラック、２３はアクチュエータ部、２４はロータ、２５はラックの所定位置である。

Claims

第一の案内部材と、該第一の案内部材に平行に配置された第二の案内部材と、前記第一の案内部材に対して移動可能な第一の摺動部材と、前記第二の案内部材に対して移動可能な第二の摺動部材と、前記第一の摺動部材を移動させるための第一の駆動機構と、前記第二の摺動部材を移動させるための第二の駆動機構と、前記第一の摺動部材に一端が軸着された第一のリンクと、前記第二の摺動部材に一端が軸着された第二のリンクとを有し、前記第一のリンクの他端と、前記第二のリンクの他端を同一軸上で軸着する移動体を有するアクチュエータ機構において、前記第一の摺動部材と前記移動体との間に前記第一のリンクと平行な平行リンクを設け、前記第一の摺動部材と平行リンクの角度を検出するためのセンサを設けたことを特徴とするアクチュエータ機構。
前記平行リンクの角度から、前記移動体の移動可能な面内であって、且つ前記スライダの摺動方向に対して垂直方向の前記移動体の位置を検知することを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ機構。
前記平行リンクの角度と、前記平行リンクが軸着されている第一の摺動部材の位置から前記第一の摺動部材および前記第二の摺動部材を制御して、前記移動体を前記移動体の移動可能な面内であって、且つ前記スライダの摺動方向に対して垂直方向に移動させることを特徴とする請求項２記載のアクチュエータ機構。
第一の案内部材と、該第一の案内部材に平行に配置された第二の案内部材と、前記第一の案内部材に対して移動可能な第一の摺動部材と、前記第二の案内部材に対して移動可能な第二の摺動部材と、前記第一の摺動部材を移動させるための第一の駆動機構と、前記第二の摺動部材を移動させるための第二の駆動機構と、前記第一の摺動部材に一端が軸着された第一のリンクと、前記第二の摺動部材に一端が軸着された第二のリンクとを有し、前記第一のリンクの他端と、前記第二のリンクの他端を同一軸上で軸着する移動体を有するアクチュエータ機構を有する遠心機において、前記第一の摺動部材と前記移動体との間に前記第一のリンクと平行な平行リンクを設け、前記第一の摺動部材と平行リンクの角度を検出するためのセンサを設けたことを特徴とするアクチュエータ機構を有する遠心機。