JPH0785855B2

JPH0785855B2 - ６軸磁気制御装置

Info

Publication number: JPH0785855B2
Application number: JP10513889A
Authority: JP
Inventors: 茂喜藤原; 亮介丸山; 俊郎樋口
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1989-04-25
Filing date: 1989-04-25
Publication date: 1995-09-20
Anticipated expiration: 2010-09-20
Also published as: JPH02284829A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、電子部品や異形部品などの部品を挿着した
り、部品同士の位置合わせや組み立てを行う自動組み立
て工程に用いられる６軸磁気制御装置に関するものあ
る。

［従来の技術］従来、自動組み立て工程に用いられるこの種の姿勢制御
装置として、第11図に示すように、部品保持機構21にて
保持された部品Ｂを部品Ａの孔ａにはめる組み立て作業
時に、接触した部品A,Bの位置ずれにより生じる組み立
て装置へのひずみを吸収するための弾性支持体22を設
け、この弾性支持体22の変形に対するひずみ量を検出す
る検出器23を、位置決め機構20と部品保持機構21との間
に介装し、検出器23出力を位置決め機構20のサーボ機構
制御回路にフィードバックし、押し込み動作をすること
によって自動的に位置ずれを修正するようにしたもの
（特開昭49−30979号公報）があった。

また、他の従来例として、第12図に示すように、組み立
てられる部品Ｂを３方向から把持する３個の把持子25の
下方に、部品Ｂに対して感圧センサ26を所定の圧力で圧
接する３個の触指25aを設け、部品Ｂに加えられる横方
向の荷重を感圧センサ26で検出演算して部品Ｂの位置を
検出し、位置決め機構のサーボ機構制御回路にフィード
バックして自動的に位置ずれを修正するようにしたもの
（特開昭61−164735号公報）があった。

しかしながら、上記両従来例にあっては、位置ずれを検
出して位置決め機構をフィードバック制御して位置ずれ
を修正するようになっており、コンプライアンス制御が
できないという問題があり、しかも、Ｚ軸回りの回転制
御ができないので、方向性のある部品の自動組み立てが
できないという問題があった。

一方、コンプライアンス制御ができる精密自動組み立て
装置として、第13図に示すように、移動可能なハンド30
に組み込まれる可動体１と、可動体１を支持するととも
に、可動体１の位置調整を行う電磁石31,32および電磁
石33,34を具備し、各電磁石31〜34の励磁コイルに流れ
る電流を適当に制御することにより、電磁石31,32およ
び電磁石33,34による吸引力を可動体１に作用させて５
軸姿勢制御（X,Y,Z,θx,θｙ）できるようにし、コンプ
ライアンス制御をも可能にしたもの（特開昭63−207530
号公報）が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上述の第13図従来例にあっては、コンプ
ライアンス制御ができるものの、Ｚ軸の回りの回転（θ
ｚ）が制御できない５軸制御となっていたので、部品Ｂ
に方向性がある場合には利用できないという問題があっ
た。また、XY面内の位置および傾きを制御する電磁石3
3,34による磁気吸引力が、電磁石33,34の励磁電流の２
乗に比例するとともに、可動体１と電磁石33,34との距
離の２乗に反比例するので、可動体１の駆動量を考慮し
て電磁石33,34の励磁電流を制御を行う必要があり、姿
勢制御が面倒になるという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みて試されたものであり、その目
的とするところは、コンプライアンス制御ができ、しか
も、部品組み立て装置として使用した場合には、方向性
のある部品の挿着、部品同士の位置合わせや組み立てを
行うことができる６軸磁気制御装置を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］本発明の請求項１記載の６軸磁気制御装置は、可動体に
対して互いに直交する３軸のうちの１軸に沿う方向
（Ｚ）および他の２軸の回りにそれぞれ揺動する方向
（θx,θｙ）である第１の方向群に作用する吸引力ある
いは反発力を発生する第１の駆動手段と、上記可動体に
対して上記１軸の回りに揺動する方向（θｚ）および上
記他の２軸にそれぞれ沿う方向（X,Y）である第２の方
向群に作用するローレンツ力を発生する第２の駆動手段
と、上記可動体の位置を検出する位置センサと、上記位
置センサ出力に基づいて両駆動手段を制御する制御手段
とを備えたものである。

また、請求項２記載のものは、互いに直交する３軸のう
ちの１軸に沿う方向（Ｚ）および他の２軸の回りにそれ
ぞれ揺動する方向（θx,θｙ）である第１の方向群に作
用する吸引力あるいは反発力を発生する第１の駆動手段
を少なくとも３個の電磁石にて形成するとともに、上記
１軸の回りに揺動する方向（θｚ）および上記他の２軸
にそれぞれ沿う方向（X,Y）である第２の方向群に作用
するローレンツ力を発生する第２の駆動手段を少なくと
も３個のリニア直流アクチュエータ（例えば、ボイスコ
イルモータ）にて形成したものである。

さらにまた、請求項３記載のものは、互いに直交する３
軸のうちの１軸に沿う方向（Ｚ）および他の２軸の回り
にそれぞれ揺動する方向（θx,θｙ）である第１の方向
群に作用する吸引力を発生する第１の駆動手段を少なく
とも３個の電磁石にて形成するとともに、上記１軸の回
りに揺動する方向（θｚ）および上記他の２軸にそれぞ
れ沿う方向（X,Y）である第２の方向群に作用するロー
レンツ力を発生する第２の駆動手段を上記電磁石の磁界
中に配置され適当な電流が流される可動コイルにて形成
したものである。

［作用］本発明は上述のように構成されており、可動体に対して
互いに直交する３軸のうちの１軸に沿う方向（Ｚ）およ
び他の２軸の回りにそれぞれ揺動する方向（θx,θｙ）
である第１の方向群に作用する吸引力あるいは反発力を
発生する第１の駆動手段と、上記可動体に対して上記１
軸の回りに揺動する方向（θｚ）および上記他の２軸に
それぞれ沿う方向（X,Y）である第２の方向群に作用す
るローレンツ力を発生する第２の駆動手段と、上記可動
体の位置を検出する位置センサと、上記位置センサ出力
に基づいて両駆動手段を制御する制御手段とを備えたも
のであり、両駆動手段により可動体６軸磁気制御を行う
ことができ、可動体に部品を把持するグリップを設けて
部品の自動組み立て装置として使用すれば、方向性のあ
る部品の挿着、部品同士の位置合わせや組み立てを行う
ことができるようになっている。

また、請求項２記載のものは、第１の方向群に作用する
吸引力あるいは反発力を発生する第１の駆動手段を少な
くとも３個の電磁石にて形成するとともに、第２の方向
群に作用するローレンツ力を発生する第２の駆動手段を
少なくとも３個のリニア直流アクチュエータにて形成し
たものであり、可動コイルに流れる電流と発生する力
（ローレンツ力）とが比例するリニア直流アクチュエー
タを用いて第２の方向群の中で移動させるので、所定範
囲内においては可動体の移動量を考慮することなく可動
コイルの電流制御を行なうことができ、第２の方向群で
の移動制御の容易に行うことができるようなっている。

さらにまた、請求項３のものにあっては、第１の方向群
に作用する吸引力あるいは反発力を発生する第１の駆動
手段を形成する電磁石の磁界中に、適当な電流が流され
る可動コイルを配置して第２の方向群に作用するローレ
ンツ力を発生する第２の駆動手段を形成しているので、
リニア直流アクチュエータを用いた請求項２のものに比
べて永久磁石を必要としない分だけ構成が簡単になって
コストが安くなるとともに、小型化が図れるようになっ
ている。

［実施例］第１図乃至第４図は、自動組み立て装置（例えば、部品
Ａの孔ａに部品Ｂを挿入する装置）として利用した本発
明一実施例を示すもので、６軸姿勢制御される可動体１
は、磁性体製円板1aの下面中央にペグ1bが突設（Ｚ軸方
向に突設）されペグ1bの先端に部品Ｂを保持するグリッ
プ1cが設けられており、この可動体１は組み立てロボッ
トのアームＣ先端の外枠10内に設けられている。なお、
本発明は、実施例の自動組み立て装置の姿勢制御に限定
されるものではなく、各種姿勢制御に適用できることは
言うまでもない。ここに、実施例にあっては、可動体１
に対して互いに直交する３軸のうちの１軸に沿う方向
（Ｚ）および他の２軸の回りにそれぞれ揺動する方向
（θx,θｙ）である第１の方向群に作用する吸引力を発
生する第１の駆動手段を３個の電磁石2₁,2₂,2₃にて形成
するとともに、上記可動体１に対して上記１軸の回りに
揺動する方向（θｚ）および上記他の２軸にそれぞれ沿
う方向（X,Y）である第２の方向群に作用するローレン
ツ力を発生する第２の駆動手段を３個のリニア直流アク
チュエータ3₁,3₂,3₃にて形成し、上記可動体１の位置に
検出する磁気式の位置センサ4₁〜4₃（第１の方向群の位
置検出）および位置センサ4₄〜4₆（第２の方向群の位置
検出）出力に基づいて両駆動手段を制御するマイクロコ
ンピュータ５にて形成される制御手段を設けたものであ
る。図中、６は可動体１を吸引して浮上させるための浮
上用電磁石、７は位置センサ4₁〜4₆から出力される位置
情報をマイクロコンピュータ５に取り込むためのインタ
ーフェース、８は電磁石2₁,2₂,2₃のコイルおよびリニア
直流アクチュエータ3₁,3₂,3₃の可動コイル3bに流す所定
電流をマイクロコンピュータ５からの指令によって供給
するアンプ、９は駆動用電源である。図示例では、第１
の駆動手段を３個の電磁石2₁,2₂,2₃にて形成し、第２の
駆動手段を３個のリニア直流アクチュエータ3₁,3₂,3₃に
て形成しているが、それぞれ３個以上で形成しても良
い。また、実施例にあっては、可動体１の上下両側に配
置された電磁石６および電磁石2₁,2₂,2₃による可動体１
側の磁束を異極性とし、可動体１に対して電磁石６およ
び電磁石2₁,2₂,2₃の吸引力が作用するようにしている
が、磁束の極性を同一極性とし、可動体１に対して電磁
石６および電磁石2₁,2₂,2₃による反発力が作用するよう
にしても良い。さらにまた、浮上用の電磁石６に変えて
コイルばねあるいはばね性を付与したピアノ線を用いて
も良い。

なお、上記実施例では、第１の駆動手段を電磁石2₁,2₂,
2₃および電磁石６を用いて形成し磁気的に吸引力あるい
は反発力を発生させているが、各電磁石2₁,2₂,2₃、５に
代えてエアーノズルを設け、エアーノズルから噴き出さ
れる空気流によって可動体１に反発力を付与するように
しても良い。

以下、実施例の動作について説明する。第４図および第
５図のリニア直流アクチュエータ3₁,3₂,3₃の構成および
動作を説明する図であり、リニア直流アクチュエータ
3₁,3₂,3₃は、Ｅ字形に形成され外枠10に固定された永久
磁石3aと、Ｅ字形の永久磁石3aの中央片に外挿され可動
体１に取着された筒状の可動コイル3bとで構成されてお
り、可動コイル3bに電流を流すことにより発生するロー
レンツ力Ｆにて可動コイル3bを駆動するようになってい
る。このとき、各リニア直流アクチュエータ3₁,3₂,3₃に
より可動体１に作用するローレンツ力Ｆは、可動コイル
3bの巻数をｎ、可動コイル3bに流す電流をＩ、永久磁石
3aによる磁束密度はＢ、磁界中の可動コイル3bの長さを
Ｌとすれば、Ｆ＝ｎ・Ｉ・Ｂ・Ｌ ……（１）となる。

ここに、可動１に作用する力は、各リニア直流アクチュ
エータ3₁,3₂,3₃によるローレンツ力F₁,F₂,F₃の合力とな
り、しかも、第６図に示すように、可動コイル3bは永久
磁石3aの中央片に対して隙間を開けて遊嵌されているか
ら、各リニア直流アクチュエータ3₁,3₂,3₃の可動コイル
3bに流れる電流値を適当に設定することにより、可動体
１を上記ローレンツ力F₁,F₂,F₃の合力の向き、すなわち
第２の方向群（X,Y,θｚ）の位置制御を行うとともに、
電気−磁気相互作用によるコンプライアンス制御を行う
ようになっている。すなわち、リニア直流アクチュエー
タ3₁,3₃,3₃を等間隔に配置しているものとすれば各リニ
ア直流アクチュエータ3₁,3₃,3₃の永久磁石3aの中央片の
方向は互いに120度異なる。したがって、どのリニア直
流アクチュエータ3₁,3₃,3₃をどの程度の力で移動させる
かに応じてＺ軸回りでの回転およびＸ軸方向やＹ軸方向
への移動が可能になる一方、外枠Ｚに固定された電磁石2₁,2₂,2₃よりなる第１
の駆動手段による第１の方向群（Z,θx,θｙ）の位置制
御は、電磁石2₁,2₂,2₃の励磁電流を適当に設定すること
により下方への吸引力を制御し、電磁石６による上方へ
の吸引力と釣り合った位置に可動体１を駆動するように
している。なお、実施例では、電磁石2₁,2₂,2₃および電
磁石６による吸引力を利用して可動体１の位置制御を行
っているが、反発力を利用しても良いことは言うまでも
ない。

以上のように、本実施例にあっては、可動体１を第１の
方向群（Z,θx,θｙ）に駆動する電磁石2₁,2₂,2₃の励磁
電流と、第２の方向群に駆動するリニア直流アクチュエ
ータ3₁,3₂,3₃の可動コイル3bに流れる電流とを適当に制
御することにより、可動体１の６軸磁気制御を行うこと
ができ、実施例のように可動体１に部品を把持するグリ
ッパ1cを設けて部品の自動組み立て装置として使用すれ
ば、方向性のある部品の挿着、部品同士の位置合わせや
組み立てを行うことができる。また、所定範囲（永久磁
石3aの磁束内に可動コイル3bが存在する範囲）内におい
て、可動コイル3aに流れる電流と発生する力（ローレン
ツ力）とが比例するリニア直流アクチュエータ3₁,3₂,3₃
を用いて第２の方向群（X,Y,θｙ）の中で移動させるの
で、所定時間内においては移動量を考慮するとこなく可
動コイル3bの電流制御を行なうことができ、可動体１の
移動制御を容易に行うことができるようになっている。

さらに、実施例では、電磁石2₁,2₂,2₃の磁気吸引力ある
いは磁気反発力を利用して第１の方向群（Z,θx,θｙ）
の位置制御を行っており、Ｚ軸方向を部品挿入方向とし
て大きな挿入力を得ることができるようになっている。

第７図乃至第９図は他の実施例を示すもので、可動体１
に対して第１の方向群（Z,θx,θｙ）に作用する吸引力
を発生する第１の駆動手段を、前記実施例と同様に、少
なくとも３個の電磁石2₁,2₂,2₃にて形成するとともに、
上記可動体１に対して第２の方向群（X,Y,θｚ）に作用
するローレンツ力を発生する第２の駆動手段を、上記電
磁石2₁,2₂,2₃の磁界中に配置され適当な電流が流される
可動コイル11₁,11₂,11₃にて形成したものである。な
お、本実施例では、可動体１をコイルばね12にて吊り下
げており、可動コイル11₁,11₂,11₃を偏平コイルにて形
成しているが、可動体１をピアノ線で吊り下げても良
く、電磁石の吸引力で保持しても良い。また、他の構成
および動作は前記実施例と同一である。

以下、本実施例の動作について説明する。第10図は動作
説明図であり、いま、電磁石2₁,2₂,2₃にて発生される磁
界中に、可動コイル11₁,11₂,11₃を配置してリニア直流
アクチュエータ3₁,3₂,3₃と同様の機能を得るようにして
おり、この可動コイル11₁,11₂,11₃に適当な電流を流す
ことによりローレンツ力F_A,F_B,F_Cがそれぞれ発生し、こ
れらのローレンツ力F_A,F_B,F_Cの合力が可動体１を第２の
方向群の中で移動させる力として作用し、前記実施例と
同様に、可動体１の６軸磁気制御が行えるようになって
いる。この場合、永久磁石3aを用いることなくローレン
ツ力F_A,F_B,F_Cを発生させているので、リニア直流アクチ
ュエータ3₁,3₂,3₃を用いた前記実施例に比べて永久磁石
3aを必要としない分だけ構成が簡単になってコストが安
くなるとともに、小型化が図れるようになっている。

［発明の効果］本発明は上述のように構成されており、可動体に対して
互いに直交する３軸のうちの１軸に沿う方向（Ｚ）およ
び他の２軸の回りにそれぞれ揺動する方向（θx,θｙ）
である第１の方向群に作用する吸引力あるいは反発力を
発生する第１の駆動手段と、上記可動体に対して上記１
軸の回りに揺動する方向（θｚ）および上記他の２軸に
それぞれ沿う方向（X,Y）である第２の方向群に作用す
るローレンツ力を発生する第２の駆動手段と、上記可動
体の位置を検出する位置センサと、上記位置センサ出力
に基づいて両駆動手段を制御する制御手段とを備えたも
のであり、両駆動手段により可動体の６軸姿勢制御を行
うことができ、可動体１に部品を把持するグリッパを設
けて部品の自動組み立て装置として使用すれば、方向性
のある部品の挿着、部品同士の位置合わせや組み立てを
行うことができるという効果がある。

また、請求項２記載ものは、第１の方向群に作用する吸
引力あるいは反発力を発生する第１の駆動手段を少なく
とも３個の電磁石にて形成するとともに、第２の方向群
に作用するローレンツ力を発生する第２の駆動手段を少
なくとも３個のリニア直流アクチュエータにて形成した
ものであり、可動コイルに流れる電流と発生する力（ロ
ーレンツ力）とが比例するリニア直流アクチュエータを
用いて第２の方向群の中で移動させるので、所定範囲内
においては可動体の移動量を考慮することなく可動コイ
ルの電流制御を行なうことができ、第２の方向群での移
動制御の容易に行うことができるという効果がある。

さらにまた、請求項３のものにあっては、第１の方向群
に作用する吸引力あるいは反発力を発生する第１の駆動
手段を形成する電磁石の磁界中に、適当な電流が流され
る可動コイルを配置して第２の方向群に作用するローレ
ンツ力を発生する第２の駆動手段を形成しているので、
リニア直流アクチュエータを用いた請求項２のものに比
べて永久磁石を必要としない分だけ構成が簡単になって
コストが安くなるとともに、小型化が図れるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の概略構成図、第２図は同上の
要部斜視図、第３図は同上の要部分解斜視図、第４図は
第３図のＡ−Ａ線断面図、第５図および第６図は同上の
要部概略構成および動作を示す説明図、第７図は他の実
施例の概略構成図、第８図は同上の要部斜視図、第９図
は同上の要部斜視図、第10図は同上の動作説明図、第11
図は従来例の概略構成図、第12図（ａ）（ｂ）は他の従
来例の概略構成図、第13図はさらに他の従来例の概略構
成図である。１は可動体、2₁,2₂,2₃は電磁石、3₁,3₂,3₃はリニア直流
アクチュエータ、4₁〜4₆は位置センサ、５はマイクロコ
ンピュータ、６は電磁石、11₁,11₂,11₃は可動コイルで
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者樋口俊郎神奈川県横浜市緑区藤が丘２―７―５― 509

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可動体に対して互いに直交する３軸のうち
の１軸に沿う方向（Ｚ）および他の２軸の回りにそれぞ
れ揺動する方向（θx,θｙ）である第１の方向群に作用
する吸引力あるいは反発力を発生する第１の駆動手段
と、上記可動体に対して上記１軸の回りに揺動する方向
（θｚ）および上記他の２軸にそれぞれ沿う方向（X,
Y）である第２の方向群に作用するローレンツ力を発生
する第２の駆動手段と、上記可動体の位置を検出する位
置センサと、上記位置センサ出力に基づいて両駆動手段
を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする６軸磁
気制御装置。
【請求項２】可動体に対して互いに直交する３軸のうち
の１軸に沿う方向（Ｚ）および他の２軸の回りにそれぞ
れ揺動する方向（θx,θｙ）である第１の方向群に作用
する吸引力あるいは反発力を発生する第１の駆動手段を
少なくとも３個の電磁石にて形成するとともに、上記可
動体に対して上記１軸の回りに揺動する方向（θｚ）お
よび上記他の２軸にそれぞれ沿う方向（X,Y）である第
２の方向群に作用するローレンツ力を発生する第２の駆
動手段を少なくとも３個のリニア直流アクチュエータに
て形成し、上記可動体の位置を検出する位置センサ出力
に基づいて両駆動手段を制御する制御手段を備えたこと
を特徴とする６軸磁気制御装置。
【請求項３】可動体に対して互いに直交する３軸のうち
の１軸に沿う方向（Ｚ）および他の２軸の回りにそれぞ
れ揺動する方向（θx,θｙ）である第１の方向群に作用
する吸引力を発生する第１の駆動手段を少なくとも３個
の電磁石にて形成するとともに、上記可動体に対して上
記１軸の回りに揺動する方向（θｚ）および上記他の２
軸にそれぞれ沿う方向（X,Y）である第２の方向群に作
用するローレンツ力を発生する第２の駆動手段を上記電
磁石の磁界中に配置され適当な電流が流される可動コイ
ルにて形成し、上記可動体の位置を検出する位置センサ
出力に基づいて両駆動手段を制御する制御手段を設けた
ことを特徴とする６軸磁気制御装置。