JPH05104367A - 位置決め装置 - Google Patents
位置決め装置Info
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- JPH05104367A JPH05104367A JP3287282A JP28728291A JPH05104367A JP H05104367 A JPH05104367 A JP H05104367A JP 3287282 A JP3287282 A JP 3287282A JP 28728291 A JP28728291 A JP 28728291A JP H05104367 A JPH05104367 A JP H05104367A
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- arms
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- arm
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- parallelogram
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Links
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
- B23Q5/22—Feeding members carrying tools or work
- B23Q5/28—Electric drives
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
- B25J19/02—Sensing devices
- B25J19/021—Optical sensing devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
- B25J9/106—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with articulated links
- B25J9/1065—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with articulated links with parallelograms
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
- B25J9/12—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric
- B25J9/126—Rotary actuators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
- H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
- H02K41/035—DC motors; Unipolar motors
- H02K41/0352—Unipolar motors
- H02K41/0354—Lorentz force motors, e.g. voice coil motors
- H02K41/0358—Lorentz force motors, e.g. voice coil motors moving along a curvilinear path
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
- H02K2201/18—Machines moving with multiple degrees of freedom
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Machine Tool Units (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は、マルチバー・リンケージ駆動
機構からなるエンド・エフェクタを位置決めするための
装置を提供することである。 【構成】マルチバー・リンケージ駆動機構は、ベース構
造１２及び可動アーム構造を有する。可動アーム構造
は、ほぼ平行四辺形形状で配置された４つのアームを有
し、メイン・シャフト２０における重心はこれらのアー
ムのうちの２つの接続点に位置する。これらのアームの
うちの２つは励起可能な電磁コイルを有し、ベース構造
１２はこれらのアームを移動するための永久磁石２６を
有する。アナログもしくはディジタル位置センサを使用
することができる。無反作用超高速Ｘ−Ｙ運動を得るた
めに動的バランス動作を提供できる。これらのコイルに
よって発生されるＺ軸モーメントの打ち消し用のトルク
打消しモータを提供することができる。またＺ方向アク
チュエータを提供することができる。
機構からなるエンド・エフェクタを位置決めするための
装置を提供することである。 【構成】マルチバー・リンケージ駆動機構は、ベース構
造１２及び可動アーム構造を有する。可動アーム構造
は、ほぼ平行四辺形形状で配置された４つのアームを有
し、メイン・シャフト２０における重心はこれらのアー
ムのうちの２つの接続点に位置する。これらのアームの
うちの２つは励起可能な電磁コイルを有し、ベース構造
１２はこれらのアームを移動するための永久磁石２６を
有する。アナログもしくはディジタル位置センサを使用
することができる。無反作用超高速Ｘ−Ｙ運動を得るた
めに動的バランス動作を提供できる。これらのコイルに
よって発生されるＺ軸モーメントの打ち消し用のトルク
打消しモータを提供することができる。またＺ方向アク
チュエータを提供することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、位置決め装置に関し、
より具体的には、マルチバー平衡式平行四辺形型位置決
め装置に関する。
より具体的には、マルチバー平衡式平行四辺形型位置決
め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】位置決めのために５つのバーを持った及
びその他のタイプなどの運動学的リンケージを使用する
ことは、本技術分野では周知である。このようなリンケ
ージの１つはロータリ・モータを使用して５つのバーを
持ったリンケージの２つのメイン・リンクを駆動し、自
由度２の平面位置決め能力を提供する。このようなリン
ケージの他のものでは、２つのメイン・リンク用のピボ
ットは同一直線上にあるが、これらのリンクはリンケー
ジの上下にロータリ・モータによって駆動され、リンケ
ージの中央線を中心として非対称を生じ、運動の平面の
上下に障害を生ずる。
びその他のタイプなどの運動学的リンケージを使用する
ことは、本技術分野では周知である。このようなリンケ
ージの１つはロータリ・モータを使用して５つのバーを
持ったリンケージの２つのメイン・リンクを駆動し、自
由度２の平面位置決め能力を提供する。このようなリン
ケージの他のものでは、２つのメイン・リンク用のピボ
ットは同一直線上にあるが、これらのリンクはリンケー
ジの上下にロータリ・モータによって駆動され、リンケ
ージの中央線を中心として非対称を生じ、運動の平面の
上下に障害を生ずる。
【０００３】しかしながら、従来技術のいずれにおいて
も、平面外反作用モーメントを回避するため中央平面を
中心として完全に対称となっているリンケージとアクチ
ュエータを組み合わせた構造は提供されていない。平面
外反作用モーメントは、装置または取付構造の望ましく
ない振動を引き起こし、したがって動作性能を低下させ
る。さらに、周知の従来技術装置は、いずれも、メイン
・リンクの延長として角度の限定されたロータリ・アク
チュエータを使用して、平衡構造の慣性を最小限のもの
とすることは行っていない。ロボット工学においては、
重力に対してバランスが取られ、ロボット自体またはそ
の負荷にかかる重力を打ち消すために、アクチュエータ
が連続的に作動する必要をなくすることができるロボッ
トを提供するためのいくつかの試みがなされている。し
かしながら、このバランスは、大きな平衡質量をロボッ
ト構造に加えることによって、あるいはアクチュエータ
・アセンブリ全体をカウンタバランス要素として使用す
ることによって得られるものであって、これは動的性能
に重大な影響を及ぼす。アクティブ・トルク消去装置が
周知であり、衛星への応用におけるように、無反動ロー
タリ・アクチュエータを得るために使用されているが、
これらの消去装置は平面位置決め装置の反作用モーメン
トを消去するために使用されているものではない。
も、平面外反作用モーメントを回避するため中央平面を
中心として完全に対称となっているリンケージとアクチ
ュエータを組み合わせた構造は提供されていない。平面
外反作用モーメントは、装置または取付構造の望ましく
ない振動を引き起こし、したがって動作性能を低下させ
る。さらに、周知の従来技術装置は、いずれも、メイン
・リンクの延長として角度の限定されたロータリ・アク
チュエータを使用して、平衡構造の慣性を最小限のもの
とすることは行っていない。ロボット工学においては、
重力に対してバランスが取られ、ロボット自体またはそ
の負荷にかかる重力を打ち消すために、アクチュエータ
が連続的に作動する必要をなくすることができるロボッ
トを提供するためのいくつかの試みがなされている。し
かしながら、このバランスは、大きな平衡質量をロボッ
ト構造に加えることによって、あるいはアクチュエータ
・アセンブリ全体をカウンタバランス要素として使用す
ることによって得られるものであって、これは動的性能
に重大な影響を及ぼす。アクティブ・トルク消去装置が
周知であり、衛星への応用におけるように、無反動ロー
タリ・アクチュエータを得るために使用されているが、
これらの消去装置は平面位置決め装置の反作用モーメン
トを消去するために使用されているものではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した従来技術の諸問題を克服でき、同時に付加的な特徴
を提供できる新しい改良された位置決め装置を提供する
ことである。
した従来技術の諸問題を克服でき、同時に付加的な特徴
を提供できる新しい改良された位置決め装置を提供する
ことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】エンド・エフェクタを所
定の位置に位置決めするために、高加速度、高最大速度
及び高精度に制御されたＸ−Ｙ運動を提供する本発明の
電気機械式システムによって前記の問題は克服され、そ
の他の利点が提供される。
定の位置に位置決めするために、高加速度、高最大速度
及び高精度に制御されたＸ−Ｙ運動を提供する本発明の
電気機械式システムによって前記の問題は克服され、そ
の他の利点が提供される。
【０００６】本発明の１つの実施例によれば、位置決め
リンケージ及びそのリンケージを移動するための手段か
らなる高速小型位置決め装置が提供される。位置決めリ
ンケージは、可変の平行四辺形構造及びベース構造を有
する。平行四辺形構造は、ほぼ平行四辺形の形状を形成
する４本のアームを有し、第１及び第２のアームはセン
タ・シャフトの中間位置でピボット運動ができるように
互いに接続され、それぞれのアームはセンタ・シャフト
の向き合った側面上に第１の端部を有する第１部分及び
第２の端部を有する第２部分を有する。第３及び第４の
アームは、これらの第１端部の近傍でピボット運動がで
きるように互いに接続され、第１及び第２のアームの第
２端部にピボット運動ができるように接続された第２の
端部を有する。センタ・シャフトは、第１及び第２のア
ームの第１端部の運動がほぼ平行四辺形の形状を変化さ
せ、第３及び第４のアームの第１端部近傍のエンド・エ
フェクタを新しい位置に移動するようにベース構造に接
続される。リンケージを移動するための手段は、第１及
び第２のアームの第１部分からなり、それぞれの部分は
電磁コイル、ならびにコイルの向き合った側面に配置さ
れた磁石及び各コイルを貫通する固定鉄構造を有するベ
ース構造を有する。したがって、固定磁場がコイルを貫
通し、コイルの励起時に、第１及び第２のアームの第１
部分上の横方向磁力は第１及び第２のアームを移動さ
せ、ほぼ平行四辺形の形状を変化させエンド・エフェク
タを新しい位置に移動することができる。
リンケージ及びそのリンケージを移動するための手段か
らなる高速小型位置決め装置が提供される。位置決めリ
ンケージは、可変の平行四辺形構造及びベース構造を有
する。平行四辺形構造は、ほぼ平行四辺形の形状を形成
する４本のアームを有し、第１及び第２のアームはセン
タ・シャフトの中間位置でピボット運動ができるように
互いに接続され、それぞれのアームはセンタ・シャフト
の向き合った側面上に第１の端部を有する第１部分及び
第２の端部を有する第２部分を有する。第３及び第４の
アームは、これらの第１端部の近傍でピボット運動がで
きるように互いに接続され、第１及び第２のアームの第
２端部にピボット運動ができるように接続された第２の
端部を有する。センタ・シャフトは、第１及び第２のア
ームの第１端部の運動がほぼ平行四辺形の形状を変化さ
せ、第３及び第４のアームの第１端部近傍のエンド・エ
フェクタを新しい位置に移動するようにベース構造に接
続される。リンケージを移動するための手段は、第１及
び第２のアームの第１部分からなり、それぞれの部分は
電磁コイル、ならびにコイルの向き合った側面に配置さ
れた磁石及び各コイルを貫通する固定鉄構造を有するベ
ース構造を有する。したがって、固定磁場がコイルを貫
通し、コイルの励起時に、第１及び第２のアームの第１
部分上の横方向磁力は第１及び第２のアームを移動さ
せ、ほぼ平行四辺形の形状を変化させエンド・エフェク
タを新しい位置に移動することができる。
【０００７】本発明の他の実施例によれば、可動アーム
構造及びベース構造からなる５つのバーを持ったリンケ
ージ駆動機構が提供される。可動アーム構造は、シャフ
トによって中間位置でピボット運動ができるように互い
に接続された第１及び第２のアームを有しており、かつ
中間位置の向き合った側面上に第１及び第２の部分、な
らびにピボット運動ができるようにそれぞれが第１及び
第２のアームの第２部分に接続され、形状可変な平行四
辺形式形状を形成するためにピボット運動ができるよう
に互いに接続された第３及び第４のアームを有してい
る。シャフトは可動アーム構造の重心に配置され、可動
アーム構造をベース構造上で支持する。可動アーム構造
は、シャフトの軸に垂直な平面を中心として対称となっ
ている。したがって、少なくとも２つの軸を中心とする
反作用モーメントを除去し、少なくとも２つの軸の正味
の反力の消去をもたらし、これによって可動アーム構造
の運動の速度及び加速度を増加させるバランスが取られ
た対称的機構が提供される。
構造及びベース構造からなる５つのバーを持ったリンケ
ージ駆動機構が提供される。可動アーム構造は、シャフ
トによって中間位置でピボット運動ができるように互い
に接続された第１及び第２のアームを有しており、かつ
中間位置の向き合った側面上に第１及び第２の部分、な
らびにピボット運動ができるようにそれぞれが第１及び
第２のアームの第２部分に接続され、形状可変な平行四
辺形式形状を形成するためにピボット運動ができるよう
に互いに接続された第３及び第４のアームを有してい
る。シャフトは可動アーム構造の重心に配置され、可動
アーム構造をベース構造上で支持する。可動アーム構造
は、シャフトの軸に垂直な平面を中心として対称となっ
ている。したがって、少なくとも２つの軸を中心とする
反作用モーメントを除去し、少なくとも２つの軸の正味
の反力の消去をもたらし、これによって可動アーム構造
の運動の速度及び加速度を増加させるバランスが取られ
た対称的機構が提供される。
【０００８】本発明の他の実施例によれば、ピボット運
動ができるように接続されたマルチバー・リンケージ駆
動機構の高速運動制御用システムが提供される。このシ
ステムは、ベース構造と、リンケージ駆動機構の２つの
バーの一部分を制御可能に移動させる手段と、ベース構
造に対する２つのアームの位置を感知するための手段
と、２つのアームの感知された位置を所定の所望位置に
関して比較するための手段とからなっている。ベース構
造はリンケージ駆動機構をピボット運動可能に支持する
シャフトを有する。リンケージ駆動機構内の２つのバー
の一部分を制御できるように移動するための手段は、ベ
ース構造に対してこれらのバーを移動することができ、
２つのアーム各々の電磁コイル、各コイルを貫通しベー
ス構造に固定された鉄の棒、固定磁場がそれぞれのコイ
ルを貫通するように各コイルの向き合った側面上に配置
された磁石、及び横方向の磁力を２つのアームの各々に
及ぼしてこれらのアームを移動するためにこれらのコイ
ルを励起するための手段からなっている。
動ができるように接続されたマルチバー・リンケージ駆
動機構の高速運動制御用システムが提供される。このシ
ステムは、ベース構造と、リンケージ駆動機構の２つの
バーの一部分を制御可能に移動させる手段と、ベース構
造に対する２つのアームの位置を感知するための手段
と、２つのアームの感知された位置を所定の所望位置に
関して比較するための手段とからなっている。ベース構
造はリンケージ駆動機構をピボット運動可能に支持する
シャフトを有する。リンケージ駆動機構内の２つのバー
の一部分を制御できるように移動するための手段は、ベ
ース構造に対してこれらのバーを移動することができ、
２つのアーム各々の電磁コイル、各コイルを貫通しベー
ス構造に固定された鉄の棒、固定磁場がそれぞれのコイ
ルを貫通するように各コイルの向き合った側面上に配置
された磁石、及び横方向の磁力を２つのアームの各々に
及ぼしてこれらのアームを移動するためにこれらのコイ
ルを励起するための手段からなっている。
【０００９】本発明の他の実施例によれば、高速マルチ
バー位置決め装置が提供される。この位置決め装置は、
可変平行四辺形構造及び固定されたベース構造を有する
位置決めリンケージと、平行四辺形構造をベース構造に
対して移動するための手段と、平行四辺形構造の移動を
感知するための手段とからなっている。平行四辺形構造
をベース構造に対して移動するための手段は、平行四辺
形構造に接続されたエンド・エフェクタを所望の位置に
位置決めすることができる。平行四辺形構造の移動を感
知するための手段は、２つの赤外ＬＥＤ及び同じ方向を
向いており平行四辺形構造のアームに取り付けられてい
る４つの小型光検出器を含む光学的エンコーダと、それ
らのＬＥＤからの光を固定グリッド構造及び可動グリッ
ド構造を貫通して光検出器に送るようにベース構造に取
り付けられたコーナー反射器とからなっている。平行四
辺形構造のアームから位置感知フォトダイオードへ向け
て放射状に発光する赤外ＬＥＤなどの、移動を感知する
ための付加的な手段を設けてもかまわない。
バー位置決め装置が提供される。この位置決め装置は、
可変平行四辺形構造及び固定されたベース構造を有する
位置決めリンケージと、平行四辺形構造をベース構造に
対して移動するための手段と、平行四辺形構造の移動を
感知するための手段とからなっている。平行四辺形構造
をベース構造に対して移動するための手段は、平行四辺
形構造に接続されたエンド・エフェクタを所望の位置に
位置決めすることができる。平行四辺形構造の移動を感
知するための手段は、２つの赤外ＬＥＤ及び同じ方向を
向いており平行四辺形構造のアームに取り付けられてい
る４つの小型光検出器を含む光学的エンコーダと、それ
らのＬＥＤからの光を固定グリッド構造及び可動グリッ
ド構造を貫通して光検出器に送るようにベース構造に取
り付けられたコーナー反射器とからなっている。平行四
辺形構造のアームから位置感知フォトダイオードへ向け
て放射状に発光する赤外ＬＥＤなどの、移動を感知する
ための付加的な手段を設けてもかまわない。
【００１０】本発明の他の実施例によれば、高速マルチ
バー位置決め装置が提供される。この位置決め装置は、
可変リンケージ構造及び固定ベース構造を有する位置決
めリンケージ、リンケージ構造の形状を変化させるため
の手段と、リンケージ構造内のアームの速度を感知する
ための手段とからなっている。リンケージ構造の形状を
変化させるための手段は、これに接続されたエンド・エ
フェクタを所望の位置に位置決めすることができる。リ
ンケージ構造のアームの速度を感知するための手段は、
アーム上に配置された第１の部分と、第２の部分とから
なっている。第１部分は磁石と、２つの極板とからなっ
ている。第２部分は、密度の高い曲がりくねった形の導
電性パターンを有するセンサ要素を含み、感知手段はさ
らに、第２部分に関して第１部分の移動によって誘導さ
れたセンサ要素上の電磁結合された電圧を測定するため
の手段を含む。
バー位置決め装置が提供される。この位置決め装置は、
可変リンケージ構造及び固定ベース構造を有する位置決
めリンケージ、リンケージ構造の形状を変化させるため
の手段と、リンケージ構造内のアームの速度を感知する
ための手段とからなっている。リンケージ構造の形状を
変化させるための手段は、これに接続されたエンド・エ
フェクタを所望の位置に位置決めすることができる。リ
ンケージ構造のアームの速度を感知するための手段は、
アーム上に配置された第１の部分と、第２の部分とから
なっている。第１部分は磁石と、２つの極板とからなっ
ている。第２部分は、密度の高い曲がりくねった形の導
電性パターンを有するセンサ要素を含み、感知手段はさ
らに、第２部分に関して第１部分の移動によって誘導さ
れたセンサ要素上の電磁結合された電圧を測定するため
の手段を含む。
【００１１】
【実施例】図１には、本発明の特徴を組み込んだエンド
・エフェクタ（図示せず）を位置決めするための装置１
０の透視図が示されている。図示の装置１０のトップ・
プレートは、明確にすることのみを目的として、取り外
されている。図面に示された位置決め装置についてある
程度詳細に説明するが、本発明はここに開示される特徴
よりも多いまたはより少ない特徴を含むことができ、以
下の説明からさらに理解されるように任意の適当なサイ
ズ、形状、及びタイプの材料を含むことができる。
・エフェクタ（図示せず）を位置決めするための装置１
０の透視図が示されている。図示の装置１０のトップ・
プレートは、明確にすることのみを目的として、取り外
されている。図面に示された位置決め装置についてある
程度詳細に説明するが、本発明はここに開示される特徴
よりも多いまたはより少ない特徴を含むことができ、以
下の説明からさらに理解されるように任意の適当なサイ
ズ、形状、及びタイプの材料を含むことができる。
【００１２】図１に示す装置１０は、総括的に言えば、
固定ベース構造１２及び可動位置決めリンケージ１４か
らなっている。図示の実施例において、固定ベース構造
１２は、総括的に、ベース・プレート１６と、トップ・
プレート１８（図５参照）と、メイン・シャフト２０
と、２本のコア・ロッド２２及び２４と、永久磁石２６
（図５参照）と、コア・ロッド支持端部２８とを含んで
いる。ベース構造１２は、大きな面積の位置決め装置ま
たはその他のタイプの支持フレーム（図示せず）に取り
付けられることが好ましい。可動位置決めリンケージ１
４は、総括的に、４本のリンク３０、３１、３２、３３
を有する５つのバーを持ったリンケージを含む。リンケ
ージ１４は４つのリンクないしバーを有しているが、メ
イン・シャフト２０はリンク長さがゼロのグラウンド・
リンクと考えられるので、メカニズム・トポロジー上５
つのバーを持ったリンケージと考えられる。
固定ベース構造１２及び可動位置決めリンケージ１４か
らなっている。図示の実施例において、固定ベース構造
１２は、総括的に、ベース・プレート１６と、トップ・
プレート１８（図５参照）と、メイン・シャフト２０
と、２本のコア・ロッド２２及び２４と、永久磁石２６
（図５参照）と、コア・ロッド支持端部２８とを含んで
いる。ベース構造１２は、大きな面積の位置決め装置ま
たはその他のタイプの支持フレーム（図示せず）に取り
付けられることが好ましい。可動位置決めリンケージ１
４は、総括的に、４本のリンク３０、３１、３２、３３
を有する５つのバーを持ったリンケージを含む。リンケ
ージ１４は４つのリンクないしバーを有しているが、メ
イン・シャフト２０はリンク長さがゼロのグラウンド・
リンクと考えられるので、メカニズム・トポロジー上５
つのバーを持ったリンケージと考えられる。
【００１３】また、図２、図３及び図４には、さまざま
な位置または方向にあるリンケージ１４の上面図が示さ
れている。４本のバー３０から３３は、互いに適切に接
続され、ほぼ平行四辺形の形状の領域３４を形成し、こ
の領域３４の１つのコーナーはメイン・シャフト２０に
固定される。第１のバー３０は、総括的に、中央部分３
６、第１端部４１を備えた後方部分４０、及び第２端部
３９を備えた前方部分３８を有する。中央部分３６は、
これを貫通する開口及びその開口内に取り付けられた２
つのベアリング４２を有し、第１のバー３０をメイン・
シャフト２０にピボット運動可能に支持することができ
る。また、前方部分３８は、第３のバー３２を回転可能
に支持するため、第２端部３９に取り付けられた２つの
ベアリング４２も有している。第１のバー３０の後方部
分４０は、メイン・シャフト２０から延びており、コア
・ロッド開口４４及びこの開口部４４を包囲する電磁駆
動コイル４６を有している。適当な位置センサが、以下
に詳細に説明するように、第１端部４１及び５３に配置
されている。図５をも参照すれば理解できるように、開
口４４は、総括的に、コア・ロッド２２を包囲するコイ
ル４６によって形成される。コイル４６の向き合った側
面には、トップ・プレート１８及びベース・プレート１
６から延びる永久磁石２６が配置されている。コア・ロ
ッド２２及び永久磁石２６はともに固定されており、第
１バーの後方部分の移動時の弧状経路に適合する湾曲し
た形状を有している。電磁的移動操作については以下で
詳述する。
な位置または方向にあるリンケージ１４の上面図が示さ
れている。４本のバー３０から３３は、互いに適切に接
続され、ほぼ平行四辺形の形状の領域３４を形成し、こ
の領域３４の１つのコーナーはメイン・シャフト２０に
固定される。第１のバー３０は、総括的に、中央部分３
６、第１端部４１を備えた後方部分４０、及び第２端部
３９を備えた前方部分３８を有する。中央部分３６は、
これを貫通する開口及びその開口内に取り付けられた２
つのベアリング４２を有し、第１のバー３０をメイン・
シャフト２０にピボット運動可能に支持することができ
る。また、前方部分３８は、第３のバー３２を回転可能
に支持するため、第２端部３９に取り付けられた２つの
ベアリング４２も有している。第１のバー３０の後方部
分４０は、メイン・シャフト２０から延びており、コア
・ロッド開口４４及びこの開口部４４を包囲する電磁駆
動コイル４６を有している。適当な位置センサが、以下
に詳細に説明するように、第１端部４１及び５３に配置
されている。図５をも参照すれば理解できるように、開
口４４は、総括的に、コア・ロッド２２を包囲するコイ
ル４６によって形成される。コイル４６の向き合った側
面には、トップ・プレート１８及びベース・プレート１
６から延びる永久磁石２６が配置されている。コア・ロ
ッド２２及び永久磁石２６はともに固定されており、第
１バーの後方部分の移動時の弧状経路に適合する湾曲し
た形状を有している。電磁的移動操作については以下で
詳述する。
【００１４】第２バー３１は第１バー３０と類似したも
のであって、中央部分４８にはメイン・シャフトが貫通
する開口があり、第２バー３１をメイン・シャフト２０
に回転可能に取り付けるための適切なベアリングを有し
ている。第２バー３１は、第２端部５１を備えた前方部
分５０及び第１端部５３を備えた後方部分５２をも有し
ている。第２バーの後方部分５２は、実質的にはコア・
ロッド開口５４及び電磁コイル５６を有する第１バーの
後方部分４０と同じである。コア・ロッド２４は、第２
バーの後方部分５２の経路に適合するように適宜湾曲さ
れている。第２バーの前方部分５０はピン４９を含んで
おり、このピンは、上下に延びて、第４バー３３に回転
可能に接続している。
のであって、中央部分４８にはメイン・シャフトが貫通
する開口があり、第２バー３１をメイン・シャフト２０
に回転可能に取り付けるための適切なベアリングを有し
ている。第２バー３１は、第２端部５１を備えた前方部
分５０及び第１端部５３を備えた後方部分５２をも有し
ている。第２バーの後方部分５２は、実質的にはコア・
ロッド開口５４及び電磁コイル５６を有する第１バーの
後方部分４０と同じである。コア・ロッド２４は、第２
バーの後方部分５２の経路に適合するように適宜湾曲さ
れている。第２バーの前方部分５０はピン４９を含んで
おり、このピンは、上下に延びて、第４バー３３に回転
可能に接続している。
【００１５】第３バー３２及び第４バー３３はそれぞ
れ、第１及び第２バーの第２端部３９及び５１に回転可
能に接続される。第３バー３２は、ピン４７及びベアリ
ング４２によって第１バーの第２端部３９に接続された
第２端部５８、及び第１端部６０を有する。第４バー３
３は、第２バーの第２端部５１に接続された第２端部６
２、及び第１端部６４を有する。図示の実施例において
は、第３バーの第１端部６０は、これに接続されたＺ軸
アクチュエータ６６を有する。ただし、Ｚ軸アクチュエ
ータを設ける必要はない。第３バー及び第４バーの第１
端部６０及び６４は、ピン５５及びベアリング４２によ
って互いに回転可能に接続されるので、これらのリンク
は平行四辺形形状領域３４を形成する。図示の実施例に
おいて、バーの間の接続点の各々、及び第１バー及び第
２バーとメイン・シャフトの間の接続点には、２つのベ
アリング４２が配置され、バーの間の回転を容易なもの
としている。ベアリング４２の対のそれぞれを軸方向に
装着し、所定の場所に固定して、ベアリングのクリアラ
ンスを除去し、これによってそうしなければ発生するこ
とのある移動または振動を防止することができる。リン
ケージによってもたらされる相互接続された平行四辺形
型のフレームによって、第１及び第２のバーの後方部分
４０及び５２の運動は、図２、図３、図４にもっともよ
く示されているように、平行四辺形形状領域３４の形状
を変化させることができる。図示の実施例において、第
３及び第４のバーの第１端部６０及び６４近傍の領域
は、テスト・プローブなどのエンド・エフェクタを受け
入れることを目的としたものである。電気的テスト・プ
ローブ、機械的テスト・プローブ、または光学的テスト
・プローブなどを含む任意の適切なタイプのテスト・プ
ローブを装置１０とともに使用することができる。また
装置１０は、特に超高速ワイヤ・ボンディング及び高速
レーザ位置決めを含む適切な用途にも使用できる。図示
の実施例において、テスト・プローブは、Ｚ軸アクチュ
エータ６６上に取り付けられるようになっている。第１
及び第２のバーの後方部分４０及び５２を移動すること
によって、装置１０は第３及び第４のバーの第１端部６
０及び６４の近傍に配置されたエンド・エフェクタを、
２つの軸内のいろいろな位置に移動させることができ
る。それ故、装置１０は、自由度３の位置決め能力をも
たらすためにＺ−アクチュエータを備えることができる
Ｘ−Ｙ位置決め装置を提供する。
れ、第１及び第２バーの第２端部３９及び５１に回転可
能に接続される。第３バー３２は、ピン４７及びベアリ
ング４２によって第１バーの第２端部３９に接続された
第２端部５８、及び第１端部６０を有する。第４バー３
３は、第２バーの第２端部５１に接続された第２端部６
２、及び第１端部６４を有する。図示の実施例において
は、第３バーの第１端部６０は、これに接続されたＺ軸
アクチュエータ６６を有する。ただし、Ｚ軸アクチュエ
ータを設ける必要はない。第３バー及び第４バーの第１
端部６０及び６４は、ピン５５及びベアリング４２によ
って互いに回転可能に接続されるので、これらのリンク
は平行四辺形形状領域３４を形成する。図示の実施例に
おいて、バーの間の接続点の各々、及び第１バー及び第
２バーとメイン・シャフトの間の接続点には、２つのベ
アリング４２が配置され、バーの間の回転を容易なもの
としている。ベアリング４２の対のそれぞれを軸方向に
装着し、所定の場所に固定して、ベアリングのクリアラ
ンスを除去し、これによってそうしなければ発生するこ
とのある移動または振動を防止することができる。リン
ケージによってもたらされる相互接続された平行四辺形
型のフレームによって、第１及び第２のバーの後方部分
４０及び５２の運動は、図２、図３、図４にもっともよ
く示されているように、平行四辺形形状領域３４の形状
を変化させることができる。図示の実施例において、第
３及び第４のバーの第１端部６０及び６４近傍の領域
は、テスト・プローブなどのエンド・エフェクタを受け
入れることを目的としたものである。電気的テスト・プ
ローブ、機械的テスト・プローブ、または光学的テスト
・プローブなどを含む任意の適切なタイプのテスト・プ
ローブを装置１０とともに使用することができる。また
装置１０は、特に超高速ワイヤ・ボンディング及び高速
レーザ位置決めを含む適切な用途にも使用できる。図示
の実施例において、テスト・プローブは、Ｚ軸アクチュ
エータ６６上に取り付けられるようになっている。第１
及び第２のバーの後方部分４０及び５２を移動すること
によって、装置１０は第３及び第４のバーの第１端部６
０及び６４の近傍に配置されたエンド・エフェクタを、
２つの軸内のいろいろな位置に移動させることができ
る。それ故、装置１０は、自由度３の位置決め能力をも
たらすためにＺ−アクチュエータを備えることができる
Ｘ−Ｙ位置決め装置を提供する。
【００１６】図１、図５、及び図６には、位置決めリン
ケージ１４の駆動システムを説明する。一般に、コア・
バー２２及び２４、コイル４６及び５６、及びネオジウ
ム−鉄−ホウ素などの好適な材料の磁石２６によって形
成された２つの回転運動コイル・アクチュエータによっ
て、第１及び第２のアーム３０及び３１を移動させるこ
とができる。磁石２６は、運動コイルの上端部分及び下
端部分を通る固定磁場をもたらす。電流がコイルを流れ
る場合、コイルは横方向のローレンツ力を受ける。この
力は当技術分野で周知のように、電流と磁束密度の積に
比例する。この横方向の力は、共通なセンタ・ピンを中
心としてメイン・リンクのそれぞれにトルクを生じ、こ
のトルクは次いでサーボ制御され、メイン・リンクの角
度方向を制御する。駆動コイルのインダクタンスを最小
にするために、コイルによって生ずる磁束経路の磁気抵
抗を増加させるために高度に飽和された領域または小さ
い空気のすきまを含むように、鉄構造を設計する。さら
に、向き合った渦電流の誘導により駆動コイルの見かけ
のインダクタンスを減少させるために、図示のようにシ
ョートされたターン６８を含めることができる。装置１
０のその他の実施例が、可変磁気抵抗モータ・セグメン
ト、固定コイルを有する可動磁石構成、誘導装置、超伝
導アクチュエータなどを含む他のタイプのアクチュエー
タを使用できることは明らかである。
ケージ１４の駆動システムを説明する。一般に、コア・
バー２２及び２４、コイル４６及び５６、及びネオジウ
ム−鉄−ホウ素などの好適な材料の磁石２６によって形
成された２つの回転運動コイル・アクチュエータによっ
て、第１及び第２のアーム３０及び３１を移動させるこ
とができる。磁石２６は、運動コイルの上端部分及び下
端部分を通る固定磁場をもたらす。電流がコイルを流れ
る場合、コイルは横方向のローレンツ力を受ける。この
力は当技術分野で周知のように、電流と磁束密度の積に
比例する。この横方向の力は、共通なセンタ・ピンを中
心としてメイン・リンクのそれぞれにトルクを生じ、こ
のトルクは次いでサーボ制御され、メイン・リンクの角
度方向を制御する。駆動コイルのインダクタンスを最小
にするために、コイルによって生ずる磁束経路の磁気抵
抗を増加させるために高度に飽和された領域または小さ
い空気のすきまを含むように、鉄構造を設計する。さら
に、向き合った渦電流の誘導により駆動コイルの見かけ
のインダクタンスを減少させるために、図示のようにシ
ョートされたターン６８を含めることができる。装置１
０のその他の実施例が、可変磁気抵抗モータ・セグメン
ト、固定コイルを有する可動磁石構成、誘導装置、超伝
導アクチュエータなどを含む他のタイプのアクチュエー
タを使用できることは明らかである。
【００１７】本発明の主要な特徴の１つは、位置決めリ
ンケージ１４の製造方法及び構築方法である。一般に、
バー３０から３３及びベアリング４２を含む、リンケー
ジ１４の構成要素は、リンケージ高さの中央を貫通する
ｘ−ｙ平面を中心として対称的である。この対称性は、
すべてのアクチュエータ力及びすべての慣性反力が対称
性の平面内にあるベクトルで作用することを意味する。
その結果、リンケージを平面外へ曲げたり、リンケージ
に対して平面外の振動モードの共振を励起したりする反
作用トルクは生じなくなる。さらに、この平面対称性
は、装置１０のＸ−Ｙ運動中、大面積位置決め装置また
はその他の支持構造への、Ｘ軸及びＹ軸を中心とする大
きな反作用モーメントの伝達を解消する。
ンケージ１４の製造方法及び構築方法である。一般に、
バー３０から３３及びベアリング４２を含む、リンケー
ジ１４の構成要素は、リンケージ高さの中央を貫通する
ｘ−ｙ平面を中心として対称的である。この対称性は、
すべてのアクチュエータ力及びすべての慣性反力が対称
性の平面内にあるベクトルで作用することを意味する。
その結果、リンケージを平面外へ曲げたり、リンケージ
に対して平面外の振動モードの共振を励起したりする反
作用トルクは生じなくなる。さらに、この平面対称性
は、装置１０のＸ−Ｙ運動中、大面積位置決め装置また
はその他の支持構造への、Ｘ軸及びＹ軸を中心とする大
きな反作用モーメントの伝達を解消する。
【００１８】上で検討した設計は、各ジョイントにおけ
る二重ベアリングの使用、ならびに対称的な剛体リンク
の使用によってＺ方向に高い剛性を達成する。また、大
面積タイプの装置１０もしくは大きなＺ軸反力が必要な
用途ではとりわけ魅力的である代替手法も可能となる。
この代替的手法では、リンケージ及びベアリングは、運
動の平面内で大きな剛性をもつが、平面外の方向ではほ
とんどまたは全く剛性をもたらさないように設計され
る。この場合、平面外の剛性は、たとえば磁気的に装着
した空気ベアリングまたはローリング・ボール要素を使
用して、リングがスライドする固定基準面によってもた
らされる。大きな作業空間もしくは厳しい垂直位置決め
精度が必要な場合に、この手法は特に魅力的なものであ
るが、これはリンケージ及びベアリングを高い平面内剛
性だけに合わせて設計し、これによってリンクをより軽
くできるからである。
る二重ベアリングの使用、ならびに対称的な剛体リンク
の使用によってＺ方向に高い剛性を達成する。また、大
面積タイプの装置１０もしくは大きなＺ軸反力が必要な
用途ではとりわけ魅力的である代替手法も可能となる。
この代替的手法では、リンケージ及びベアリングは、運
動の平面内で大きな剛性をもつが、平面外の方向ではほ
とんどまたは全く剛性をもたらさないように設計され
る。この場合、平面外の剛性は、たとえば磁気的に装着
した空気ベアリングまたはローリング・ボール要素を使
用して、リングがスライドする固定基準面によってもた
らされる。大きな作業空間もしくは厳しい垂直位置決め
精度が必要な場合に、この手法は特に魅力的なものであ
るが、これはリンケージ及びベアリングを高い平面内剛
性だけに合わせて設計し、これによってリンクをより軽
くできるからである。
【００１９】装置１０は、独特な方法で結合された巧妙
な受動的平衡法と能動的平衡法を実質的に利用し、比較
的に単純な電気機械的システムによって無反作用の超高
速Ｘ−Ｙ運動を提供するものである。装置１０が完全に
無反作用であるためには、アクチュエータ／リンケージ
の加速または運動の結果としてＸ、Ｙ、またはＺ方向に
正味の力を発生してはならないし、Ｘ、Ｙ、またはＺ軸
のまわりに正味のトルクを発生してもならない。これら
の要件のすべては、各種の設計上の特徴及び手法によっ
て装置１０において満たされている。すでに説明したよ
うに、リンケージ・アセンブリ１４は、本質的に、アク
チュエータ及びリンクの中央を通る平面を中心として完
全に対称的である。その結果、作業場所全体にわたりリ
ンクの加速及び運動によって、Ｚ方向の正味の力または
Ｘ軸及びＹ軸のまわりのモーメントが発生することがな
い。装置１０におけるすべてのＸ軸及びＹ軸反力の排除
は、ある状況の下では、リンケージ１４のすべての方向
についてメイン・シャフト２０のまわりで完全にバラン
スが取られるように、リンケージ１４を設計できるとい
う事実に依存している。リンクが完全な平行四辺形を形
成する場合、及びそれぞれの個々のリンクの重心（Ｃ
Ｇ）がそのリンクの軸（それぞれのリンクについて２つ
のベアリング点を結ぶ直線）に沿って存在する場合に、
この理想的な状態を常に達成できるということがわか
る。このような条件下では、リンケージ１４の正味のＣ
Ｇがリンケージ運動中に移動せず、メイン・シャフト２
０の中心に正確に固定されたままになるようにリンクの
質量を選択することができる。図示の装置の場合、コイ
ル及びセンサは、リンク、ベアリング、及びＺアクチュ
エータとつり合おうとする。銅のコイル４６を第１のリ
ンク３０に使用し、アルミニウムのコイル５６を第２の
リンク３１に使用して、第３及び第４のリンク３２及び
３３の非対称的な位置によって作りだされる明らかなイ
ンバランスを補償することができる。他の実施例では、
両方のコイルを同じ材料で構成することができる。しか
しながら、無反作用動作に必要な完全なバランスを得る
ためには、希望するバランスを達成するために調節する
ことのできる小さな付加的な釣合おもり（図示せず）を
リンクに追加することが必要となる場合もある。言うま
でもなく、リンケージに取り付けられたプローブまたは
その他の品物は、リンケージ自体の一部分を構成し、小
型位置決め装置のバランスを取る際に考慮される。１つ
または複数の運動物体の系についてのエネルギ保存方程
式を検討すると、リンケージがいろいろな位置に移動す
る時、系の正味のＣＧがＸ−Ｙ平面内を運動しない（し
たがって加速しない）場合、そのリンケージの移動中そ
の系には正味の反力はないということがわかる。換言す
れば、リンケージ１４はメイン・シャフト２０を中心と
して完全にバランスが取られているので、Ｘ−Ｙ平面内
で正味の反力を発生せず、またリンケージ１４はその両
端にあるプローブまたはその他の物体の超高速Ｘ−Ｙ位
置決めを行う。
な受動的平衡法と能動的平衡法を実質的に利用し、比較
的に単純な電気機械的システムによって無反作用の超高
速Ｘ−Ｙ運動を提供するものである。装置１０が完全に
無反作用であるためには、アクチュエータ／リンケージ
の加速または運動の結果としてＸ、Ｙ、またはＺ方向に
正味の力を発生してはならないし、Ｘ、Ｙ、またはＺ軸
のまわりに正味のトルクを発生してもならない。これら
の要件のすべては、各種の設計上の特徴及び手法によっ
て装置１０において満たされている。すでに説明したよ
うに、リンケージ・アセンブリ１４は、本質的に、アク
チュエータ及びリンクの中央を通る平面を中心として完
全に対称的である。その結果、作業場所全体にわたりリ
ンクの加速及び運動によって、Ｚ方向の正味の力または
Ｘ軸及びＹ軸のまわりのモーメントが発生することがな
い。装置１０におけるすべてのＸ軸及びＹ軸反力の排除
は、ある状況の下では、リンケージ１４のすべての方向
についてメイン・シャフト２０のまわりで完全にバラン
スが取られるように、リンケージ１４を設計できるとい
う事実に依存している。リンクが完全な平行四辺形を形
成する場合、及びそれぞれの個々のリンクの重心（Ｃ
Ｇ）がそのリンクの軸（それぞれのリンクについて２つ
のベアリング点を結ぶ直線）に沿って存在する場合に、
この理想的な状態を常に達成できるということがわか
る。このような条件下では、リンケージ１４の正味のＣ
Ｇがリンケージ運動中に移動せず、メイン・シャフト２
０の中心に正確に固定されたままになるようにリンクの
質量を選択することができる。図示の装置の場合、コイ
ル及びセンサは、リンク、ベアリング、及びＺアクチュ
エータとつり合おうとする。銅のコイル４６を第１のリ
ンク３０に使用し、アルミニウムのコイル５６を第２の
リンク３１に使用して、第３及び第４のリンク３２及び
３３の非対称的な位置によって作りだされる明らかなイ
ンバランスを補償することができる。他の実施例では、
両方のコイルを同じ材料で構成することができる。しか
しながら、無反作用動作に必要な完全なバランスを得る
ためには、希望するバランスを達成するために調節する
ことのできる小さな付加的な釣合おもり（図示せず）を
リンクに追加することが必要となる場合もある。言うま
でもなく、リンケージに取り付けられたプローブまたは
その他の品物は、リンケージ自体の一部分を構成し、小
型位置決め装置のバランスを取る際に考慮される。１つ
または複数の運動物体の系についてのエネルギ保存方程
式を検討すると、リンケージがいろいろな位置に移動す
る時、系の正味のＣＧがＸ−Ｙ平面内を運動しない（し
たがって加速しない）場合、そのリンケージの移動中そ
の系には正味の反力はないということがわかる。換言す
れば、リンケージ１４はメイン・シャフト２０を中心と
して完全にバランスが取られているので、Ｘ−Ｙ平面内
で正味の反力を発生せず、またリンケージ１４はその両
端にあるプローブまたはその他の物体の超高速Ｘ−Ｙ位
置決めを行う。
【００２０】上述のように、平衡リンケージは正味の反
力を発生しないが、高速運動中に実質的な反作用トルク
を発生することがある。いくつかの応用例では、このよ
うな反作用トルクは、反力が引き起こす問題ほど大きな
問題を引き起こさない。というのは、Ｘ−Ｙ平面内の反
力が、いくつかの大面積位置決め装置（たとえば線形モ
ータ高架移動起重機）の精度及び安定性に、反作用トル
クよりも大きな影響を及ぼすからである。しかしなが
ら、他の場合には、すべての反作用トルクならびに反力
を避けることが必要である。これは、リンケージの主軸
とその軸が平行（必ずしも一致しないが）であり、かつ
小型位置決め装置１０に固定されている単一の回転トル
ク打消しアクチュエータ１００（図７参照）を追加する
ことによってきわめて、容易に達成することができる。
この回転アクチュエータを使用して、大きさが２リンク
のアクチュエータによって生じるトルクの代数的和に等
しいが、向きが反対のトルクを生じさせた場合、３つの
回転アクチュエータのすべてによって生ずる正味のトル
クはゼロになる。単一の回転アクチュエータのトルク打
消しモータによって生じるトルクは、そのモータのロー
タを加速または減速するように作用し、ロータを正味の
リンケージ回転と反対の方向に回転させるか、またはモ
ータの速度をほぼ平均速度コマンドだけ増加及び減少さ
せるかのいずれかを行い、ロータ方向の逆転時に発生す
ることのある摩擦の一様でない影響を除去する。トルク
打消しアクチュエータ自体がその動作中に反力を発生し
ないようにバランスを取られなければならないというこ
とに留意されたい。
力を発生しないが、高速運動中に実質的な反作用トルク
を発生することがある。いくつかの応用例では、このよ
うな反作用トルクは、反力が引き起こす問題ほど大きな
問題を引き起こさない。というのは、Ｘ−Ｙ平面内の反
力が、いくつかの大面積位置決め装置（たとえば線形モ
ータ高架移動起重機）の精度及び安定性に、反作用トル
クよりも大きな影響を及ぼすからである。しかしなが
ら、他の場合には、すべての反作用トルクならびに反力
を避けることが必要である。これは、リンケージの主軸
とその軸が平行（必ずしも一致しないが）であり、かつ
小型位置決め装置１０に固定されている単一の回転トル
ク打消しアクチュエータ１００（図７参照）を追加する
ことによってきわめて、容易に達成することができる。
この回転アクチュエータを使用して、大きさが２リンク
のアクチュエータによって生じるトルクの代数的和に等
しいが、向きが反対のトルクを生じさせた場合、３つの
回転アクチュエータのすべてによって生ずる正味のトル
クはゼロになる。単一の回転アクチュエータのトルク打
消しモータによって生じるトルクは、そのモータのロー
タを加速または減速するように作用し、ロータを正味の
リンケージ回転と反対の方向に回転させるか、またはモ
ータの速度をほぼ平均速度コマンドだけ増加及び減少さ
せるかのいずれかを行い、ロータ方向の逆転時に発生す
ることのある摩擦の一様でない影響を除去する。トルク
打消しアクチュエータ自体がその動作中に反力を発生し
ないようにバランスを取られなければならないというこ
とに留意されたい。
【００２１】トルク打消しモータによってちょうど正し
い量のトルクを生じて、メイン・リンク・アクチュエー
タからの反作用トルクを打ち消すには、少なくとも２つ
の方法がある。いちばん単純な方法は、リンク・アクチ
ュエータによって生じるトルクがコイルの電流の大きさ
と方向の周知の関数であり、これらはサーボ・コントロ
ーラの計算された関数であるという事実を使用するもの
である。したがって、２リンク・アクチュエータからの
正味の反作用トルクは理論的には既知のものとなる。こ
の正味の反作用トルクをトルク打消しモータのトルク定
数で除算すれば、トルク打消しモータへの適切な電流を
容易に決定し、印加することができる。この方法は、す
べてのアクチュエータに対するクローズド・ループ電流
ドライバの応答が類似した応答時間を持っており、かつ
すべての装置に対するトルク定数が比較的一定である場
合に限りうまく機能する。このオープン・ループ・トル
ク打消し手法は比較的よく機能するが、用途によって
は、トルク定数の変動（たとえば、トルク・リップル）
がある場合でも、ほぼ完全な打消しが必要となる場合が
ある。これらの場合には、３アクチュエータ・アセンブ
リ（２つの小型位置決め装置軸及び１つのトルク打消し
装置）全体にかかる正味のトルクが、適切なトランスジ
ューサによって感知され、ほぼゼロの合計トルク反作用
を維持するようにトルク打消しモータにフィードバック
されるクローズド・ループ法を使用することができる。
い量のトルクを生じて、メイン・リンク・アクチュエー
タからの反作用トルクを打ち消すには、少なくとも２つ
の方法がある。いちばん単純な方法は、リンク・アクチ
ュエータによって生じるトルクがコイルの電流の大きさ
と方向の周知の関数であり、これらはサーボ・コントロ
ーラの計算された関数であるという事実を使用するもの
である。したがって、２リンク・アクチュエータからの
正味の反作用トルクは理論的には既知のものとなる。こ
の正味の反作用トルクをトルク打消しモータのトルク定
数で除算すれば、トルク打消しモータへの適切な電流を
容易に決定し、印加することができる。この方法は、す
べてのアクチュエータに対するクローズド・ループ電流
ドライバの応答が類似した応答時間を持っており、かつ
すべての装置に対するトルク定数が比較的一定である場
合に限りうまく機能する。このオープン・ループ・トル
ク打消し手法は比較的よく機能するが、用途によって
は、トルク定数の変動（たとえば、トルク・リップル）
がある場合でも、ほぼ完全な打消しが必要となる場合が
ある。これらの場合には、３アクチュエータ・アセンブ
リ（２つの小型位置決め装置軸及び１つのトルク打消し
装置）全体にかかる正味のトルクが、適切なトランスジ
ューサによって感知され、ほぼゼロの合計トルク反作用
を維持するようにトルク打消しモータにフィードバック
されるクローズド・ループ法を使用することができる。
【００２２】サーボ・メカニズムの実用性は、使用され
るセンサのタイプ及び品質に大きく依存する。したがっ
て、いくつかのセンサ及び方法が装置１０のために開発
されてきた。メイン・リンク・アングルのアナログ感知
は、回転軸から離隔するほぼ放射状の方向に向けて、発
光ダイオードをメイン・リンク３０及び３１の両第１端
部上に取り付けることによって都合よく達成することが
できる。リンクの角度は、市販の位置検出フォトダイオ
ード（ＰＳＤ）を使用して、接平面に沿って照射された
スポットの位置を監視することによって推定することが
できる。この手法は、可動リンクにほとんど質量を付加
せず、しかも高い帯域幅できわめて高い角度分解能（セ
ンサ及び電子部品の雑音のみによって制限される）をも
たらすという利点がある。しかしながら、１つの大きな
欠点は、入手可能なＰＳＤが完全には線形でなく時間及
び温度によってドリフトしやすいということである。さ
らに、ＬＥＤの出力は温度によって変化する。非線形性
効果は１回の校正によって補正できるが、ドリフトの効
果はそれほど容易には解決されない。換言すると、この
アナログ手法は、高い分解能及び精度を提供するが、必
ずしも高い正確さは提供しない。これは、必要な正確さ
を提供するためにある種のエンド・ポイント・センシン
グ（たとえば、マシーン・ビジョンなど）を使用するい
くつかの応用例にとっては適切な場合があるが、このよ
うなエンド・ポイント・センシング法は通常は超高速プ
ロービングにおいて使用できるほど高速ではないし、ま
たは一般的でもない。したがって、高い位置決めの正確
さを得るために代替のまたは追加の手段が設けられる。
るセンサのタイプ及び品質に大きく依存する。したがっ
て、いくつかのセンサ及び方法が装置１０のために開発
されてきた。メイン・リンク・アングルのアナログ感知
は、回転軸から離隔するほぼ放射状の方向に向けて、発
光ダイオードをメイン・リンク３０及び３１の両第１端
部上に取り付けることによって都合よく達成することが
できる。リンクの角度は、市販の位置検出フォトダイオ
ード（ＰＳＤ）を使用して、接平面に沿って照射された
スポットの位置を監視することによって推定することが
できる。この手法は、可動リンクにほとんど質量を付加
せず、しかも高い帯域幅できわめて高い角度分解能（セ
ンサ及び電子部品の雑音のみによって制限される）をも
たらすという利点がある。しかしながら、１つの大きな
欠点は、入手可能なＰＳＤが完全には線形でなく時間及
び温度によってドリフトしやすいということである。さ
らに、ＬＥＤの出力は温度によって変化する。非線形性
効果は１回の校正によって補正できるが、ドリフトの効
果はそれほど容易には解決されない。換言すると、この
アナログ手法は、高い分解能及び精度を提供するが、必
ずしも高い正確さは提供しない。これは、必要な正確さ
を提供するためにある種のエンド・ポイント・センシン
グ（たとえば、マシーン・ビジョンなど）を使用するい
くつかの応用例にとっては適切な場合があるが、このよ
うなエンド・ポイント・センシング法は通常は超高速プ
ロービングにおいて使用できるほど高速ではないし、ま
たは一般的でもない。したがって、高い位置決めの正確
さを得るために代替のまたは追加の手段が設けられる。
【００２３】正確な位置感知の標準的な方法は光学的エ
ンコーダを使用するものである。典型的な回転式光学的
エンコーダでは、ガラスのグリッド板が監視対象装置と
ともに回転し、光源、光センサ、及び基準位相板を含む
固定センサが移動するガラス・グリッドの位置を監視す
るために使用される。このような手法を、装置１０で実
現することはできないが、それは固定センサを通過する
大きな回転「フラグ」をパッケージするのが容易ではな
く、運動部分の慣性が過剰になるからである。これらの
理由から、大きなグリッド板を使用し、センサの可動部
分が照明、光学センサ及び基準位相板を含んでいる、装
置１０用の特別な光学エンコーダを開発する必要があっ
た。この手法はある程度複雑なものであるが、上述した
アナログ位置センサと干渉せず、リンクの慣性を過剰に
は増加させないきわめてコンパクトなパッケージングを
可能にする。図７を参照すると、センサ・ブロック７０
は、すべてが同じ方向を向いている２つの小型赤外ＬＥ
Ｄ７２（１つは図７に示されたＬＥＤの後ろに位置す
る）、及び４つの小型光検出器７４（２つは図７に示さ
れた２つの検出器の後ろに位置する）を含む小型プリン
ト回路板７１を含んでいる。可動マスク及び固定マスク
のバックライトが組み込まれた光学エンコーダがこれら
のマスクの１つからの反射に依存するエンコーダより優
れているので、新規の湾曲コーナ反射器７６を設計に組
み込み、必要なバックライトを提供する。この設計で
は、図のように、ＬＥＤ７２は、上向きに発光して、コ
ーナ反射器７６の１つのエッジを照射し、次に、コーナ
反射器７６は、光の方向を水平に変え、固定グリッド板
７８及び可動基準位相板８０を通して下向きに送る。多
くの市販エンコーダの場合と同様に、センサ・ブロック
７０は０、９０、１８０、及び２７０度に位相化された
出力信号をもたらす４つの検出器７４を含む。０度信号
及び１８０度信号を減算し、ほぼ０ボルトで対称的であ
り、照度及び温度の変化には比較的に鈍感な修正された
０度信号を形成する。類似の操作は、修正された９０度
信号をもたらすために９０度出力信号及び２７０度出力
信号についても実行される。最後に、修正された０度信
号及び９０度信号は直角位相デコーダに供給される。直
角位相デコーダは、ガラス板の回折格子ピッチの１／４
の分解能をもつ位置に比例するカウントをもたらす。こ
の場合、光学エンコーダ用に標準内挿技法を使用して、
高い分解能を達成することができる。また、希望する場
合には、小型センサ・ブロック７０は、アナログ位置検
出、フォトダイオード８４に向かって放射状に発光する
別個のＬＥＤ８２にも適合する。ＰＳＤ用に照明を提供
する他の方法は、エンコーダＬＥＤ７２の方向とは反対
の向きで、別個のＬＥＤ８２を下向きにエンコーダ・ボ
ード７１に直接取り付け、ＰＳＤ８４に向かって光を放
射状に送るためにブロック７０内に反射面を設ける方法
である。メイン・リンク３０及び３１の両方が位置セン
サを有することは明らかである。
ンコーダを使用するものである。典型的な回転式光学的
エンコーダでは、ガラスのグリッド板が監視対象装置と
ともに回転し、光源、光センサ、及び基準位相板を含む
固定センサが移動するガラス・グリッドの位置を監視す
るために使用される。このような手法を、装置１０で実
現することはできないが、それは固定センサを通過する
大きな回転「フラグ」をパッケージするのが容易ではな
く、運動部分の慣性が過剰になるからである。これらの
理由から、大きなグリッド板を使用し、センサの可動部
分が照明、光学センサ及び基準位相板を含んでいる、装
置１０用の特別な光学エンコーダを開発する必要があっ
た。この手法はある程度複雑なものであるが、上述した
アナログ位置センサと干渉せず、リンクの慣性を過剰に
は増加させないきわめてコンパクトなパッケージングを
可能にする。図７を参照すると、センサ・ブロック７０
は、すべてが同じ方向を向いている２つの小型赤外ＬＥ
Ｄ７２（１つは図７に示されたＬＥＤの後ろに位置す
る）、及び４つの小型光検出器７４（２つは図７に示さ
れた２つの検出器の後ろに位置する）を含む小型プリン
ト回路板７１を含んでいる。可動マスク及び固定マスク
のバックライトが組み込まれた光学エンコーダがこれら
のマスクの１つからの反射に依存するエンコーダより優
れているので、新規の湾曲コーナ反射器７６を設計に組
み込み、必要なバックライトを提供する。この設計で
は、図のように、ＬＥＤ７２は、上向きに発光して、コ
ーナ反射器７６の１つのエッジを照射し、次に、コーナ
反射器７６は、光の方向を水平に変え、固定グリッド板
７８及び可動基準位相板８０を通して下向きに送る。多
くの市販エンコーダの場合と同様に、センサ・ブロック
７０は０、９０、１８０、及び２７０度に位相化された
出力信号をもたらす４つの検出器７４を含む。０度信号
及び１８０度信号を減算し、ほぼ０ボルトで対称的であ
り、照度及び温度の変化には比較的に鈍感な修正された
０度信号を形成する。類似の操作は、修正された９０度
信号をもたらすために９０度出力信号及び２７０度出力
信号についても実行される。最後に、修正された０度信
号及び９０度信号は直角位相デコーダに供給される。直
角位相デコーダは、ガラス板の回折格子ピッチの１／４
の分解能をもつ位置に比例するカウントをもたらす。こ
の場合、光学エンコーダ用に標準内挿技法を使用して、
高い分解能を達成することができる。また、希望する場
合には、小型センサ・ブロック７０は、アナログ位置検
出、フォトダイオード８４に向かって放射状に発光する
別個のＬＥＤ８２にも適合する。ＰＳＤ用に照明を提供
する他の方法は、エンコーダＬＥＤ７２の方向とは反対
の向きで、別個のＬＥＤ８２を下向きにエンコーダ・ボ
ード７１に直接取り付け、ＰＳＤ８４に向かって光を放
射状に送るためにブロック７０内に反射面を設ける方法
である。メイン・リンク３０及び３１の両方が位置セン
サを有することは明らかである。
【００２４】ディジタル光学エンコーダの欠点として
は、高スルー・レート及び高分解能の処理が困難なこ
と、及びアナログ・サーボ・コントローラとともに使用
する場合に余分なディジタル−アナログ変換器が必要な
ことが挙げられる。しかしながら、アナログ・センサに
は、すでに説明したように、ドリフト及び正確さの欠如
の問題がある。これらの理由から、装置１０はディジタ
ル・センサ及びアナログ・センサ双方を使用を可能なよ
うに設計されてきた。この場合には、ディジタル・エン
コーダを、必要な場合に、アナログ・センサを校正する
ために使用できる。適切な校正により、デジタル・セン
サの精度及び長期安定性を、アナログ・センサの高分解
能及び高帯域幅と結合することができる。センサ、セン
サの増幅器、またはアナログ・サーボ・コントローラの
非線形性ないしドリフトから生ずる精度の低下は、以下
の技法によって解消することができる。
は、高スルー・レート及び高分解能の処理が困難なこ
と、及びアナログ・サーボ・コントローラとともに使用
する場合に余分なディジタル−アナログ変換器が必要な
ことが挙げられる。しかしながら、アナログ・センサに
は、すでに説明したように、ドリフト及び正確さの欠如
の問題がある。これらの理由から、装置１０はディジタ
ル・センサ及びアナログ・センサ双方を使用を可能なよ
うに設計されてきた。この場合には、ディジタル・エン
コーダを、必要な場合に、アナログ・センサを校正する
ために使用できる。適切な校正により、デジタル・セン
サの精度及び長期安定性を、アナログ・センサの高分解
能及び高帯域幅と結合することができる。センサ、セン
サの増幅器、またはアナログ・サーボ・コントローラの
非線形性ないしドリフトから生ずる精度の低下は、以下
の技法によって解消することができる。
【００２５】第１に、アナログ・サーボ・コントローラ
のセット・ポイントを指令するディジタル・コンピュー
タをプログラムし、ディジタル−アナログ変換器（ＤＡ
Ｃ）への入力を増分することによって、低速アナログ・
ランプ関数を発生するようにする。メイン・リンクが回
転すると、ディジタル・エンコーダが監視され、ＤＡＣ
の値がディジタル・エンコーダの各遷移点で記録され
る。ディジタル・エンコーダ出力の関数として得られた
ＤＡＣ値の表を逆に使用して、所望のリンク角度に必要
なＤＡＣ値を見つけることができる。この校正がオンボ
ード・ハードウェアのみを使用して数秒で実行できるの
で、アナログ・サーボ・コントローラ及びセンサを、定
常的に検査し、必要に応じ、再校正することができる。
アナログ・センサを校正するためのこの手法は、完全な
光学エンコーダを想定したものである。生のエンコーダ
によって保証される正確さより高い正確さが必要な場
合、エンコーダ出力の関数としてリンク位置を測定する
ことによってそのエンコーダ自体を、少なくとも一度校
正しなければならない。
のセット・ポイントを指令するディジタル・コンピュー
タをプログラムし、ディジタル−アナログ変換器（ＤＡ
Ｃ）への入力を増分することによって、低速アナログ・
ランプ関数を発生するようにする。メイン・リンクが回
転すると、ディジタル・エンコーダが監視され、ＤＡＣ
の値がディジタル・エンコーダの各遷移点で記録され
る。ディジタル・エンコーダ出力の関数として得られた
ＤＡＣ値の表を逆に使用して、所望のリンク角度に必要
なＤＡＣ値を見つけることができる。この校正がオンボ
ード・ハードウェアのみを使用して数秒で実行できるの
で、アナログ・サーボ・コントローラ及びセンサを、定
常的に検査し、必要に応じ、再校正することができる。
アナログ・センサを校正するためのこの手法は、完全な
光学エンコーダを想定したものである。生のエンコーダ
によって保証される正確さより高い正確さが必要な場
合、エンコーダ出力の関数としてリンク位置を測定する
ことによってそのエンコーダ自体を、少なくとも一度校
正しなければならない。
【００２６】アナログ・エンコーダ及びディジタル・エ
ンコーダへの同時アクセスが行われるのであれば、その
他の多くの感知及び制御手法が可能である。そのような
１つの可能性としては、運動の大部分においてディジタ
ル制御の利点を使用し、次いで最高速の設置及び最高の
位置決め分解能に必要な分解能及び帯域幅を得るために
アナログ制御に切り替えることである。
ンコーダへの同時アクセスが行われるのであれば、その
他の多くの感知及び制御手法が可能である。そのような
１つの可能性としては、運動の大部分においてディジタ
ル制御の利点を使用し、次いで最高速の設置及び最高の
位置決め分解能に必要な分解能及び帯域幅を得るために
アナログ制御に切り替えることである。
【００２７】高速位置決めシステムの性能を制限する重
要な因子の１つは、アクチュエータの速度を正確に測定
または推定することの困難さである。これは、各種の速
度センサ、またはアナログ・システムにおける位置差動
装置、またはディジタル・システムにおける状態推定装
置によって実行可能である。しかしながら、一般的に
は、最良の性能は、信頼できる速度センサ情報が得られ
るとき達成される。このニーズ、及びその用途に適する
利用可能な速度センサがなかったということから、独特
のコンパクトで、低質量の速度センサが考案された。
要な因子の１つは、アクチュエータの速度を正確に測定
または推定することの困難さである。これは、各種の速
度センサ、またはアナログ・システムにおける位置差動
装置、またはディジタル・システムにおける状態推定装
置によって実行可能である。しかしながら、一般的に
は、最良の性能は、信頼できる速度センサ情報が得られ
るとき達成される。このニーズ、及びその用途に適する
利用可能な速度センサがなかったということから、独特
のコンパクトで、低質量の速度センサが考案された。
【００２８】いま図８及び図９を参照すると、速度セン
サ９０は周知の磁気誘導の原理によって作動するが、高
解像度フォトリソグラフィ及び特殊な磁束結合経路を使
用して、きわめて低質量の可動永久磁石装置を有するき
わめてコンパクトな平面的なデバイスである。センサ９
０の可動部分は、小さな永久磁石９４によって分離され
た２つの強磁性極板９２及び９３で構成される。この２
極磁石アセンブリ９１は、密度の高い曲がりくねった形
の導電性パターンからなるフラット・センサ要素９６を
通過する。図９に示す（ただし、明確とするため湾曲さ
れてはいない）、各センサのパターンは、２つのアーチ
形状セグメントで配列された４つのら旋パターンで構成
される。可動磁石アセンブリ９１が回路パターンの１端
に近いとき、１つの鉄極から出て他の極に戻る磁束は、
ら旋パターンの２つによって加算的に結合される。導電
性パターンの巻付け方向及び形状により、磁石ブロック
がコイルの１端から他端に移動した場合、センス「コイ
ル」内の全磁束リンケージは、大きな正の値から、ゼロ
を通って、大きな負の値に変化する。これによって、単
にセンス・コイル上の誘導的に結合された電圧を測定す
るだけで、ブロックの速度を測定することができる。２
対の外向き／内向きのら旋という新規なセンサ・パター
ンは、より高い感度を得るために多数の磁力線を所与の
面積に組み込むことを可能とし、かつ漂遊磁場の影響を
消去するように作用する。これは、これらの磁場が、隣
接する反対方向に巻かれたら旋と一様に結合し、打ち消
されるからである。
サ９０は周知の磁気誘導の原理によって作動するが、高
解像度フォトリソグラフィ及び特殊な磁束結合経路を使
用して、きわめて低質量の可動永久磁石装置を有するき
わめてコンパクトな平面的なデバイスである。センサ９
０の可動部分は、小さな永久磁石９４によって分離され
た２つの強磁性極板９２及び９３で構成される。この２
極磁石アセンブリ９１は、密度の高い曲がりくねった形
の導電性パターンからなるフラット・センサ要素９６を
通過する。図９に示す（ただし、明確とするため湾曲さ
れてはいない）、各センサのパターンは、２つのアーチ
形状セグメントで配列された４つのら旋パターンで構成
される。可動磁石アセンブリ９１が回路パターンの１端
に近いとき、１つの鉄極から出て他の極に戻る磁束は、
ら旋パターンの２つによって加算的に結合される。導電
性パターンの巻付け方向及び形状により、磁石ブロック
がコイルの１端から他端に移動した場合、センス「コイ
ル」内の全磁束リンケージは、大きな正の値から、ゼロ
を通って、大きな負の値に変化する。これによって、単
にセンス・コイル上の誘導的に結合された電圧を測定す
るだけで、ブロックの速度を測定することができる。２
対の外向き／内向きのら旋という新規なセンサ・パター
ンは、より高い感度を得るために多数の磁力線を所与の
面積に組み込むことを可能とし、かつ漂遊磁場の影響を
消去するように作用する。これは、これらの磁場が、隣
接する反対方向に巻かれたら旋と一様に結合し、打ち消
されるからである。
【００２９】小型位置決め装置１０は、３つの可とう性
回路（図示せず）を使用し、固定ベースからの電力及び
信号経路をリンケージ１４の複数の可動アクチュエータ
及びセンサにもたらす。メイン・リンク３０及び３１の
それぞれについて、単一の可とう性ケーブルを使用し
て、電力をアナログ及びディジタル位置センサ用の可動
コイル及びＬＥＤに提供し、ディジタル・エンコーダ出
力用の信号経路を提供することができる。第３の可とう
性ケーブルはリンク３０及び３２に沿って走り、第３の
リンク３２の端部に取り付けられるＺアクチュエータ、
またはその他の装置用の電力、感知、及びプローブ信号
経路を提供する。すべての可とう性回路は、小型位置決
め装置の後ろに取り付けられる単一のプリント回路板
（図示せず）から派生する。このプリント回路板は、信
号処理電子部品を含み、多数のセンサ及び２つのコネク
タ（１つは電力用、もう１つは低水準信号用）からの小
信号をバッファすることができる。これらのコネクタ
は、小型位置決め装置とそのサーボ・コントローラの間
のすべての接続を提供するために使用される。
回路（図示せず）を使用し、固定ベースからの電力及び
信号経路をリンケージ１４の複数の可動アクチュエータ
及びセンサにもたらす。メイン・リンク３０及び３１の
それぞれについて、単一の可とう性ケーブルを使用し
て、電力をアナログ及びディジタル位置センサ用の可動
コイル及びＬＥＤに提供し、ディジタル・エンコーダ出
力用の信号経路を提供することができる。第３の可とう
性ケーブルはリンク３０及び３２に沿って走り、第３の
リンク３２の端部に取り付けられるＺアクチュエータ、
またはその他の装置用の電力、感知、及びプローブ信号
経路を提供する。すべての可とう性回路は、小型位置決
め装置の後ろに取り付けられる単一のプリント回路板
（図示せず）から派生する。このプリント回路板は、信
号処理電子部品を含み、多数のセンサ及び２つのコネク
タ（１つは電力用、もう１つは低水準信号用）からの小
信号をバッファすることができる。これらのコネクタ
は、小型位置決め装置とそのサーボ・コントローラの間
のすべての接続を提供するために使用される。
【図１】トップ・プレートを除去した、本発明の特徴を
組み込んだ装置の透視図である。
組み込んだ装置の透視図である。
【図２】第１位置にある図１に示した装置の５つのバー
を持ったリンケージの上面図である。
を持ったリンケージの上面図である。
【図３】第２位置にある、図２に示した５つのバーを持
ったリンケージの上面図である。
ったリンケージの上面図である。
【図４】第３位置にある図２に示した５つのバーを持っ
たリンケージの上面図である。
たリンケージの上面図である。
【図５】図１に示した装置の磁気駆動部分の部分的切り
欠き図である。
欠き図である。
【図６】図１に示した装置の磁気駆動部分の説明図であ
る。
る。
【図７】図１に示した装置の位置センサ構成の概略図で
ある。
ある。
【図８】図１に示した装置の速度センサ構成の概略側面
図である。
図である。
【図９】図８に示したセンサの誘導速度センサ・パター
ンの平面図である。
ンの平面図である。
１０ 位置決め装置 １２ 固定ベース構造 １４ 可動位置決めリンケージ ２２ コア・ロッド ２４ コア・ロッド ２６ 永久磁石 ２８ コア・ロッド支持端部 ３０ リンク ３１ リンク ３２ リンク ３３ リンク ７０ センサ・ブロック ７２ 赤外ＬＥＤ ７４ 光検出器 ７６ 湾曲コーナ反射器 ７８ グリッド板 ８０ 基準位相板 ９０ 速度センサ １００ 回転トルク打消しアクチュエータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジエラード・マクビカー アメリカ合衆国、ニユーヨーク州ワツピン ガース・フオール、アルパイン・ドライブ 26ジー番地 (72)発明者 ジヨセフ・ポウル・ポウレトコ アメリカ合衆国13760、ニユーヨーク州エ ンドウエル、メープルハースト・ドライブ 3718番地
Claims (29)
- 【請求項１】第１及び第２のアームがセンタ・シャフト
によって中間位置で互いにピボット運動可能に接続さ
れ、各アームは前記センタ・シャフトの向き合った側面
上に第１端部をもつ第１の部分及び第２端部をもつ第２
の部分を有し、第３及び第４のアームは各アームの第１
端部の近傍で互いにピボット運動可能に接続されてお
り、前記第１及び第２のアームの両方の第２端部にピボ
ット運動可能に接続された第２の端部を有し、前記第１
及び第２のアームの両方の第１端部の運動が平行四辺形
形状を変化させ、前記第３及び第４のアームの両方の第
１端部近傍のエンド・エフェクタを新しい位置に移動さ
せるように前記センタ・シャフトはベース構造に接続さ
れている、平行四辺形形状を形成する４つのアームを有
する可変平行四辺形構造及びベース構造を有する位置決
めリンケージと、 各々が電磁コイルを有している前記第１及び第２アーム
の両方の第１部分と、前記コイルの向き合った側面上に
配置された磁石を有する前記ベース構造と、各コイルを
貫通する固定鉄構造とからなり、固定磁場が前記コイル
を貫通し、前記コイルの励起時に、第１及び第２アーム
の第１部分の横方向磁力が前記第１及び第２アームを移
動させて、前記平行四辺形形状を変化させ、かつ前記エ
ンド・エフェクタを新しい位置へ移動させるような、前
記リンケージを移動させる手段とからなる、 高速小型位置決め装置。 - 【請求項２】前記位置決めリンケージが前記エンド・エ
フェクタを２つの軸で移動させることができ、さらに前
記エンド・エフェクタが取り付けられた前記第３のアー
ムの第１端部上の第３の軸アクチュエータを含んでいる
請求項１記載の小型位置決め装置。 - 【請求項３】前記平行四辺形構造、第３の軸アクチュエ
ータ、及びエンド・エフェクタが実質的にすべての方向
に対して一つの重心を前記センタ・シャフトにもつ請求
項２記載の小型位置決め装置。 - 【請求項４】前記平行四辺形構造が前記アームの各ジョ
イントに二重のベアリングを有する請求項１記載の小型
位置決め装置。 - 【請求項５】アームが適切な摩擦低減手段の助けを借り
てスライドできる固定基準面をさらに含んでいる請求項
１記載の小型位置決め装置。 - 【請求項６】前記平行四辺形構造が前記センタ・シャフ
トの軸に垂直な平面について対称的である請求項１記載
の小型位置決め装置。 - 【請求項７】前記第１及び第２アームの位置を感知する
手段をさらに含んでいる請求項１記載の小型位置決め装
置。 - 【請求項８】二重のアナログ及びディジタル位置センサ
をさらに含んでいる請求項７記載の小型位置決め装置。 - 【請求項９】前記第１及び第２アームの速度を感知する
手段をさらに含んでいる請求項１記載の小型位置決め装
置。 - 【請求項１０】前記ベース構造上の前記平行四辺形構造
を前記センタ・シャフトにおいてバランスする手段をさ
らに含んでいる請求項１記載の小型位置決め装置。 - 【請求項１１】前記リンケージを移動するための前記手
段によって生ずる正味のトルクを打ち消すための手段を
さらに含んでいる請求項１記載の小型位置決め装置。 - 【請求項１２】シャフトによって中間位置で互いにピボ
ット運動可能に接続された第１及び第２のアームを有
し、前記中間位置の向き合った側面上に第１及び第２の
部分、ならびに前記第１及び第２のアームの第２部分に
ピボット運動可能にそれぞれ接続され、可変可能な平行
四辺形型形状を形成するために互いにピボット運動可能
に接続された第３及び第４のアームを有する可動アーム
構造と、 ベース構造に接続された前記シャフトを有する前記ベー
ス構造とを含み、前記シャフトが前記可動アーム構造の
重心に位置し、かつ前記可動アーム構造を前記ベース構
造上で支持しており、少なくとも２つの軸についての反
作用モーメントを消去し、かつ少なくとも２つの軸内の
正味の反力の消去をもたらし、前記可動アーム構造の加
速及び運動から発生する振動を低減するためにバランス
の取られた対称的機構が提供されるように、前記可動ア
ーム構造が前記シャフトの軸に垂直な平面について対称
的である、５つのバーを持ったリンケージ駆動機構。 - 【請求項１３】前記可動アーム構造が第３アームの第１
端部を２つの軸内で移動でき、前記第３アームの第１端
部がその上に取り付けられた第３の軸アクチュエータを
有する請求項１２記載の機構。 - 【請求項１４】前記ベース構造に対して前記第１及び第
２のアームを移動するための手段をさらに含む請求項１
２記載の機構。 - 【請求項１５】前記移動するための手段が、前記第１及
び第２のアーム上のコイル、前記ベース構造上の固定磁
石及び前記コイルを選択的に励起するための手段を含む
請求項１４記載の機構。 - 【請求項１６】前記第１及び第２のアームの位置を感知
するための手段をさらに含む請求項１２記載の機構。 - 【請求項１７】前記第１及び第２のアームの速度を感知
するための手段をさらに含む請求項１２記載の機構。 - 【請求項１８】前記第１及び第２のアームを移動するた
めの前記手段によって発生されたトルク力を打ち消すた
めの手段をさらに含む請求項１４記載の機構。 - 【請求項１９】ピボット運動可能に接続されたマルチバ
ー・リンケージ駆動機構の高速運動制御用のシステムに
おいて、 ベース構造上の前記リンケージ駆動機構をピボット運動
可能に支持するシャフトを有するベース構造と、 前記第１及び第２のアームそれぞれの中の電磁コイル、
各コイルを貫通し前記ベース構造に固定された鉄の棒、
固定磁場が各コイルを通過するように各コイルの向き合
った側面上に配置された磁石及び前記第１及び第２のア
ームを移動するために前記第１及び第２のアームのそれ
ぞれに横方向の磁力を与えるために前記コイルを励起す
るための手段を含む前記ベース構造に対して前記リンケ
ージ駆動機構内の２つのバーの各部分を制御可能に移動
するための手段と、 前記ベース構造に対して前記第１及び第２のアームの位
置を感知するための手段と、 所定の希望位置に対して前記第１及び第２のアームの感
知された位置を比較するための手段と、を含むことを特
徴とするシステム。 - 【請求項２０】前記第１及び第２のアームの速度を感知
するための手段をさらに含む請求項１９記載のシステ
ム。 - 【請求項２１】前記感知するための手段がアナログ・セ
ンサとディジタル・センサの両方を含む請求項１９記載
のシステム。 - 【請求項２２】前記ディジタル・センサを含む前記アナ
ログ・センサを校正するための手段をさらに含む請求項
２１記載のシステム。 - 【請求項２３】可変平行四辺形構造及び固定されている
ベース構造を有する位置決めリンケージと、 前記平行四辺形構造に接続されたエンド・エフェクタを
所望の位置に位置決めするために前記ベース構造に対し
て前記平行四辺形構造を移動するための手段と、 同じ方向を向いており、かつ前記平行四辺形構造のアー
ムに取り付けられている２つの赤外ＬＥＤ及び４つの小
型光検出器、ならびに前記ＬＥＤからの光がコーナ反射
器に向けられ、前記光検出器に向け直されるように前記
ベース構造に取り付けられた前記コーナ反射器を含む光
学エンコーダからなる前記平行四辺形構造の運動を感知
するための手段と、を含む高速マルチバー位置決め装
置。 - 【請求項２４】前記光学エンコーダが前記アームに装着
された基準位相板を含む請求項２３記載の位置決め装
置。 - 【請求項２５】感知するための前記手段が、前記アーム
の端から固定アナログ位置感知フォトダイオードに向っ
て放射状に指すように向けられる光出力を有する第３の
ＬＥＤを含む請求項２３記載の位置決め装置。 - 【請求項２６】前記コーナ反射器が湾曲されている請求
項２３記載の位置決め装置。 - 【請求項２７】可変リンケージ構造及び固定ベース構造
を有する位置決めリンケージと、 前記リンケージ構造に接続されたエンド・エフェクタを
所望の位置に位置決めするために前記リンケージ構造の
形状を連鎖するための手段と、 前記アーム上に位置し磁石及び２つの極板を含む第１の
部分、ならびに密度の高い波状導電性パターンを有する
センサ要素を含む第２の部分を含み、さらに前記第２の
部分に対する前記第１の部分の運動によって誘導された
前記センサ要素上の誘導された電圧を測定するための手
段を含む、前記リンケージ構造内の少なくとも１つのア
ームの速度を感知するための手段と、を含む高速マルチ
バー位置決め装置。 - 【請求項２８】前記センサ要素のパターンが４つのら旋
形を有し、２つの外向きら旋と２つの内向きら旋が直列
に相互接続されている請求項２７記載の位置決め装置。 - 【請求項２９】磁束が１つの極板から出発し、他方の極
板に戻る前に２つのら旋を貫通することができる請求項
２８記載の位置決め装置。
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