JP3815415B2 - 2-DOF actuator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シャフトがリニア(直線)移動及び回転させる簡易な2自由度アクチュエータの改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の2自由度アクチュエータを特開平6−303737号公報によって説明する。該公報に掲載された2自由度アクチュエータは、シャフトを直線運動と回転運動との機構が異なる駆動機構を備え、回転運動機構は、回転モータ用フレームの内側に回転用モータを有し、軸受とスプライン案内軸受を介してシャフトに動力を伝達し、回転用モータの回転によりシャフトを回転させるように形成している。
直線運動機構は、外筒と内筒とを有するリニアモータ用フレームの内側にリニアモータ、リニアモータの移動子を介してリニア軸受、シャフトを備え、移動子が直線移動することを利用してシャフトを直線運動にしている。
【0003】
上記のように構成された2自由度アクチュエータの回転用モータを駆動すると、回転子の回転によりシャフトが回転する。つぎに、リニアモータを駆動すると、移動子、リニアモータ用フレームがリニアに移動し、軸受を介して支持したシャフトが直線方向に移動する。
かかる2自由度アクチュエータによれば、回転用モータが回転するときは、リニアモータ用の移動子は回転動作による影響を受けず、リニアモータが直線移動するときは、回転用モータの回転子は直線移動動作による影響を受けないので、シャフトの質量を従来に比較して軽減することにより応答性の良いものが得られる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように構成された2自由度アクチュエータにおける直線運動では、リニアモータによりシャフト、移動子の他にリニアモータ用フレームの内筒が一体となって直線運動するので、シャフト及び移動子のみを移動させるのに比較してリニアモータ用フレームの内筒等の質量分だけリニアモータの推力増大すると共に、構造が複雑になり、しかも、二種類の回転用モータとリニアモータとを有しているので、モータの種類が増加するという問題点があった。
【0005】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、リニアモータのみで簡易に構成され、リニアモータ用のフレームが動作することなくシャフトがリニア及び回転し得る2自由度アクチュエータを提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る2自由度アクチュエータは、第1の固定子と該第1の固定子の内側に対向して配置された第1の移動子とを有する第1のリニアモータと、該第1のリニアモータと直線上に設けられると共に、第2の固定子と該第2の固定子の内側に対向して配置され、中央に中空部を有する第2の移動子とを備えた第2のリニアモータと、前記第2の移動子の前記中空部に挿入して固定されたナットと、ネジが設けられ、該ネジが前記該ナットに螺合されると共に、前記第1の移動子の中央部に固定されたシャフトと、該シャフトをリニアに移動させる場合には、前記第1、第2のリニアモータを駆動し、該シャフトを回転させる場合には、前記第1のリニアモータを停止すると共に、前記第2のリニアモータを駆動する制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
かかる2自由度アクチュータによれば、第1、第2のリニアモータを駆動して第1、第2の移動子を直線動作させると、第1、第2の移動子によってシャフトが直線移動する。
第1のリニアモータを停止した状態で、第2のリニアモータを駆動して第2の移動子を動作させると、第2の移動子の移動によってシャフトに螺合されたナットが回転してシャフトを回転すると共に、シャフトに固定された第1の移動子が回転する。
したがって、シャフトの直線移動に伴って第1、第2の移動子以外のケース等が移動することがないので、第1、第2のリニアモータの推力を必要最小限にできる。しかも、第1、第2のリニアモータのみで2自由度アクチュエータを構成できるので、構成が簡易でモータの種類を低減できるという効果がある。
【0007】
また、第1、第2の移動子を同期してリニアに移動させる同期手段を備えることで、第1、第2のリニアモータを駆動して第1、第2の移動子を動作させると、シャフトは直線移動しながら回転することを防止できる。
したがって、シャフトに連結されたハンド等によって、該ハンドが電子部品を基板に取り付ける場合、ハンドを直線移動させた後、シャフトを回転することによりハンドが回転して電子部品の方向を変えて基板に取り付ける用途に適する。
【0008】
さらに、第1、第2のリニアモータ、シャフトを収納する一体と成ったケースを備えれば、2自由度リニアアクチュエータのケースを一体化できるので、小型・軽量化を図れるという効果がある。
【0009】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
本発明の一実施の形態を図1によって説明する。図1は、本発明の一実施形態による2自由度アクチュエータを示す断面図である。
図1において、2自由度アクチュエータ100は、シャフト15を駆動する第1、第2のリニアモータ3,10と、シャフト15がリニア駆動されたときのシャフト15のリニア位置を検出する位置検出部20と、第1、第2のリニアモータ3,10の駆動を制御する制御部50と、円筒型で、上蓋2a、下蓋2cを有する略ドラム形状のケース(筐体)2とを備えている。なお、上蓋2a、下蓋2cの中央には孔が穿設されている。
【0010】
ケース2には、円筒型の第1の固定子3fと第1の固定子3fの内側に対向して配置されると共に、円筒型で直線移動する第1の移動子3Lとを有する第1のリニアモータ3と、第1の移動子3Lの中空部に挿入して固定されたリング5と、第1のリニアモータ3と直線上に設けられると共に、円筒型の第2の固定子10fと第2の固定子10fの内側に対向して配置されと共に、円筒型で直線移動する円筒型の第2の移動子10Lとを有する第2のリニアモータ10と、第2の移動子10Lにおける円筒の中空部に挿入して固定されたナット12と、該ナット12に螺合されるネジ15nが設けられと共に、リング5に固定されたシャフト15と、シャフト15の両端部を支えると共に、上蓋2a、下蓋2cにそれぞれ固定された軸受17,19とを備えている。なお、シャフト15のネジ15nの範囲は、第2の移動子10Lが第2の固定子10fを移動する部分に施されているが、シャフト15の回転量が少なければ、該範囲も短くできる。
【0011】
制御部はマイクロコンピータ50から成り、マイクロコンピータ50は位置検出部20の出力が接続されると共に、運転指令が入力される入力インターフェイス(以下、インターフェイスを「I/F」という。)52と、CPU54、ROM56、RAM57、電圧生成制御部A58,電圧生成制御部B59に接続される出力I/F60とから成っている。なお、RAM57はCPU54に作業領域も提供するように形成されている。
【0012】
ROM56には、シャフト15をリニア移動させるリニア運転指令が入力I/F52に入力されると、第1、第2のリニアモータ3,10を駆動してシャフト15をリニア移動させる。
また、シャフト15を回転させる回転運転指令が入力I/F52に入力されると、第1のリニアモータ3を停止すると共に、第2のリニアモータ10を駆動してシャフト15を回転させる。さらに、同期指令及びリニア運転指令が入力I/F52に入力されると、第1、第2のリニアモータ3,10を同期して駆動してシャフト15をリニア移動させる以上の三種類の運転プログラムが格納されている。なお、同期には、起動、停止、速度、距離がある。
【0013】
位置検出部20は、シャフト15の上端部には、リング状のN,S磁極が交互に形成されたスケール15sを有しており、該スケール15sに対向されたホール素子22によって、予め定められた基準点からのN,S磁極該の数をCPU54がカウントすることによりシャフト15の直線移動量を求めるように構成されている。
なお、シャフト15の回転角度の検出はしていない。これは、電圧生成制御部B59から発生するパルス電圧の電圧値、パルス幅を予め定められたように発生することにより第2の固定子10fに一パルスを印加することによりシャフト15が予め定められた回転角度θだけ回転するから、CPU54が電圧生成制御部B59からの指令により発生するパルスの数をカウントすることによりシャフト15の回転角度θを求めることができるからである。
【0014】
上記のように構成された2自由度アクチュエータの動作を図1乃至図3によって説明する。図2は2自由度アクチュエータのシャフトの直線運動を示す断面図、図3は2自由度アクチュエータのシャフトの回転運動を示す断面図である。
いま、第1、第2のリニアモータ3,10の同期を取りながらシャフト15を所定距離だけリニア移動させるリニア運転指令及び、第1、第2の移動子3L,10Lを同一速度で同一距離移動する同期指令が入力されると、CPU54は、リニア運転指令及び同期指令を取りこみROM56に記憶された手順にしたがって、すなわち、出力I/F60を介して電圧生成制御部A58,B59により第1、第2のリニアモータ3,10を同期駆動する。
【0015】
かかる駆動により第1、第2の移動子3L,10Lが図2に示す下方向に移動することにより第1の移動子3Lに固定されたシャフト15も下方向にリニアに移動する。CPU54は、ホール素子22がスケール15sに施されたN,S磁極を検出して該N,S磁極の数を積算することによりシャフト15の移動量を求め、リニア運転指令の移動距離に達すると、停止指令を発し出力I/F60、電圧生成制御部A58,B59により第1、第2の固定子3f,10fに流れている電流を遮断して第1、第2のリニアモータ3,10を停止する。なお、直線移動時のシャフト15に発生する推力は、第1、第2の移動子3L,10Lが発生する推力の合計となる。
【0016】
いま、シャフト15を所定回転数だけ回転させるリニア運転指令及び同期指令が入力されると、CPU54は、リニア運転指令及び同期指令を取りこみROM56に記憶された手順にしたがって、すなわち、出力I/F60を介して電圧生成制御部A58,B59により第1のリニアモータ3を停止し、第2のリニアモータ10を駆動する。
かかる駆動により第1の移動子3Lが停止した状態で,第2の移動子10L及びナット15が図3に示す下方向に移動することによりナット12に螺合されたシャフト15のネジ15nが旋回してシャフト15も回転する。これに伴い、シャフト15に固定された第1の移動子3Lも回転する。
【0017】
CPU54は、上記のように電圧生成制御部B59から発生するパルスをカウントすることによりシャフト15の回転角度θrを検出できる。したがって、予め定められたカウント数に達したら、停止指令を発し出力I/F60を介して電圧生成制御部B59により第2の固定子10fに流れている電流を遮断して第2のリニアモータ10を停止する。
なお、シャフト15の回転時に発生する推力は、第2の移動子10Lが発生する推力となる。
【0018】
以上の2自由度アクチュエータ100によれば、シャフト15に連結されたハンド等(図示せず)によって、電子部品を基板に取り付ける場合、ハンド(図示せず)に電子部品を把持して、シャフト15を直線移動させてハンド(図示せず)を直線移動させた後、シャフト15を回転してハンド(図示せず)を回転して電子部品を基板に取り付ける用途に適する。
【0019】
実施の形態2.
2自由度アクチュエータ100のシャフト15を、直線動作をさせながら回転させる場合には、リニアモータ3の第1の移動子3Lとリニアモータ10の第2の移動子10Lとを非同期により動作させることで可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態による2自由度アクチュエータを示す断面図である。
【図2】 図1に示す2自由度アクチュエータのシャフトの直線運動(直動)を示す断面図である。
【図3】 図1に示す2自由度アクチュエータのシャフトの回転運動を示す断面図である。
【符号の説明】
2 ケース、3 第1のリニアモータ、3f 第1の固定子、3L 第1の移動子、10 第2のリニアモータ、10f 第2の固定子、10L 第2の移動子、15 シャフト、20 位置検出部、100 2自由度アクチュエータ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement of a simple two-degree-of-freedom actuator in which a shaft moves and rotates linearly (linearly).
[0002]
[Prior art]
A conventional two-degree-of-freedom actuator will be described in JP-A-6-303737. The two-degree-of-freedom actuator disclosed in the publication includes a drive mechanism having different linear motion and rotational motion mechanisms, and the rotational motion mechanism has a rotational motor inside the rotational motor frame, Power is transmitted to the shaft via the spline guide bearing, and the shaft is rotated by rotation of the rotation motor.
The linear motion mechanism includes a linear motor, a linear bearing and a shaft through a linear motor moving element inside a linear motor frame having an outer cylinder and an inner cylinder, and the shaft using the linear movement of the moving element. Is in a linear motion.
[0003]
When the rotating motor of the two-degree-of-freedom actuator configured as described above is driven, the shaft is rotated by the rotation of the rotor. Next, when the linear motor is driven, the moving element and the linear motor frame move linearly, and the shaft supported via the bearing moves in the linear direction.
According to such a two-degree-of-freedom actuator, when the rotary motor rotates, the linear motor moving element is not affected by the rotating operation, and when the linear motor moves linearly, the rotating motor rotor is linear. Since it is not affected by the moving operation, a highly responsive one can be obtained by reducing the mass of the shaft as compared with the conventional one.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the linear motion in the two-degree-of-freedom actuator configured as described above, the linear motor frame and the inner cylinder of the linear motor frame integrally move linearly with the linear motor. Compared to moving the linear motor, the thrust of the linear motor increases by the mass of the inner cylinder of the linear motor frame, the structure becomes complicated, and there are two types of rotary motor and linear motor. Therefore, there was a problem that the types of motors increased.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problem, and provides a two-degree-of-freedom actuator that is configured simply with a linear motor and that allows the shaft to linearly and rotate without operating the linear motor frame. It is intended.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A two-degree-of-freedom actuator according to the present invention includes a first linear motor having a first stator and a first moving element disposed facing the inner side of the first stator, and the first linear motor. A second linear unit provided on a straight line with the linear motor, and provided with a second stator and a second moving element which is disposed to face the inner side of the second stator and has a hollow portion at the center. A motor, a nut inserted and fixed in the hollow portion of the second moving element, and a screw are provided, and the screw is screwed into the nut, and the central portion of the first moving element And when the shaft is moved linearly, the first and second linear motors are driven, and when the shaft is rotated, the first linear motor is stopped. And a control means for driving the second linear motor. And it is characterized in and.
According to such a two-degree-of-freedom actuator, when the first and second linear motors are driven to cause the first and second moving elements to linearly move, the shaft moves linearly by the first and second moving elements.
When the second linear motor is driven to operate the second moving element while the first linear motor is stopped, the nut screwed to the shaft is rotated by the movement of the second moving element, and the shaft And the first moving element fixed to the shaft rotates.
Therefore, cases other than the first and second moving elements do not move with the linear movement of the shaft, and therefore the thrust of the first and second linear motors can be minimized. In addition, since the two-degree-of-freedom actuator can be configured with only the first and second linear motors, there is an effect that the configuration is simple and the types of motors can be reduced.
[0007]
Further, by providing synchronization means for linearly moving the first and second moving elements in synchronization, driving the first and second linear motors to operate the first and second moving elements, The shaft can be prevented from rotating while moving linearly.
Therefore, when the electronic component is attached to the substrate by a hand connected to the shaft, etc., after the hand is moved linearly, the hand rotates by changing the direction of the electronic component by rotating the shaft to the substrate. Suitable for mounting applications.
[0008]
Furthermore, if the first and second linear motors and the integrated case for housing the shaft are provided, the case of the two-degree-of-freedom linear actuator can be integrated, and there is an effect that the size and weight can be reduced.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a two-degree-of-freedom actuator according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a two-degree-of-freedom actuator 100 includes first and second
[0010]
The
[0011]
The control unit includes a
[0012]
When a linear operation command for linearly moving the
When a rotation operation command for rotating the
[0013]
The
Note that the rotation angle of the
[0014]
The operation of the two-degree-of-freedom actuator configured as described above will be described with reference to FIGS. 2 is a cross-sectional view showing the linear motion of the shaft of the two-degree-of-freedom actuator, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing the rotational motion of the shaft of the two-degree-of-freedom actuator.
Now, a linear operation command for linearly moving the
[0015]
By such driving, the first and second
[0016]
Now, when a linear operation command and a synchronization command for rotating the
When the first moving
[0017]
The
The thrust generated when the
[0018]
According to the above two-degree-of-freedom actuator 100, when an electronic component is attached to the substrate by a hand or the like (not shown) connected to the
[0019]
When rotating the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a two-degree-of-freedom actuator according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing a linear motion (linear motion) of a shaft of the two-degree-of-freedom actuator shown in FIG.
3 is a cross-sectional view showing the rotational movement of the shaft of the two-degree-of-freedom actuator shown in FIG.
[Explanation of symbols]
2 case, 3 first linear motor, 3f first stator, 3L first mover, 10 second linear motor, 10f second stator, 10L second mover, 15 shaft, 20 position Detection unit, 100 2-degree-of-freedom actuator.
Claims (3)
該第1のリニアモータと直線上に設けられると共に、第2の固定子と該第2の固定子の内側に対向して配置され、中央に中空部を有する第2の移動子とを備えた第2のリニアモータと、
前記第2の移動子の前記中空部に挿入して固定されたナットと、
ネジが設けられ、該ネジが前記該ナットに螺合されると共に、前記第1の移動子の中央部に固定されたシャフトと、
該シャフトをリニアに移動させる場合には、前記第1、第2のリニアモータを駆動し、
該シャフトを回転させる場合には、前記第1のリニアモータを停止すると共に、前記第2のリニアモータを駆動する制御手段と、
を備えたことを特徴とする2自由度アクチュエータ。A first linear motor having a first stator and a first moving element disposed facing the inner side of the first stator;
The first linear motor is provided in a straight line, and is provided with a second stator and a second moving element that is disposed to face the inside of the second stator and has a hollow portion in the center. A second linear motor;
A nut inserted and fixed in the hollow portion of the second mover;
A shaft provided with a screw, the screw being screwed onto the nut, and a shaft fixed to a central portion of the first movable element;
When the shaft is moved linearly, the first and second linear motors are driven,
When rotating the shaft, the first linear motor is stopped and the control means for driving the second linear motor;
A two-degree-of-freedom actuator comprising:
備えたことを特徴とする請求項1に記載の2自由度アクチュエータ。Synchronizing means for linearly moving the first and second moving elements synchronously,
The two-degree-of-freedom actuator according to claim 1, further comprising:
備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の2自由度アクチュエータ。The first and second linear motors, and the case that is integrated with the shaft,
The two-degree-of-freedom actuator according to claim 1, wherein the two-degree-of-freedom actuator is provided.
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