JPWO2007063693A1 - ワイヤレスアクチュエータ - Google Patents

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Abstract

可動テーブル(2)に給電ケーブルや信号ケーブルを接続することなく、ベース部(1)上における可動テーブルの移動を制御することが可能であり、しかも複数の可動テーブルを設けた場合であっても、個々の可動テーブルを独立して制御することが可能なワイヤレスアクチュエータであり、軌道レール(30,80)と、この軌道レールに沿って移動自在なスライド部材(31,81)と、このスライド部材に搭載されて該スライド部材を軌道レールに対して走行させる駆動手段(4)と、前記スライド部材に搭載され前記駆動手段に対する駆動制御信号を受信する無線受信部(70)と、前記駆動制御信号を生成して前記無線受信部へ送信する制御ユニット(6)と、前記軌道レールに設けられる一次側部材(50)及びスライド部材に設けられる二次側部材(51)を備え、前記スライド部材に搭載された駆動手段及び無線受信部に対して軌道レール側から電力を供給する非接触給電手段(5)とを備えている。

Description

本発明は、各種搬送機械、工作機械、計測機器、産業用ロボット等に利用され、リニアモータ等の駆動手段を搭載した可動テーブルが制御信号に応じてベース部上を自在に走行するアクチュエータに関する。
従来、ベース部上で移動自在に支承された可動テーブルに対し、目的とする制御量に応じて任意の往復運動を行わせるアクチュエータが知られており、各種搬送機械、工作機械、計測機器、産業用ロボット等に広く利用されている。かかるアクチュエータとしては種々のものが提案されているが、前記可動テーブルに推力を与える構造の違いにより大きく２つのタイプに分類することができる。一方は、ベース部上に回転モータ、リニアモータ、等の駆動源を配設し、ベース部側から可動テーブルに対して推進力を与えるタイプであり、他方は、可動テーブルに対して前記駆動源を搭載し、可動テーブルをベース部に対して自走させるタイプである。
前者のタイプでは、制御量が異なる複数の可動テーブルが必要とされる場合、可動テーブルの数だけ駆動源をベース部上に設ける必要があり、ベース部上における同一の運動経路内に制御量の異なる複数の可動テーブルを存在させることが非常に困難である。また、ベース部上における可動テーブルの移動経路の全域にわたって、前記駆動源で発生した動力を可動テーブルに伝達する必要があり、可動テーブルの移動範囲が広い場合、ベース部の加工に手間とコストがかかるといった問題点がある。これに対し、後者の自走タイプでは駆動源そのものが可動テーブルに搭載されていることから、ベース部上における同一の運動経路内に複数の可動テーブルが存在する場合であっても、個々の可動テーブルに対して独立した制御量を与えることが可能である。また、ベース部の加工は比較的容易なものとなり、可動テーブルの移動経路が長い場合であっても、ベース部の加工手間やコスト増加を抑えることができるといった利点がある。
しかし、後者の自走式タイプでは、可動テーブルに搭載した駆動源に対して電力を供給すると共に目的とする制御量に応じた制御信号を供給する必要があることから、給電ケーブルや信号ケーブルを可動テーブルに接続する必要が生じる。このため、可動テーブルは常にケーブルを引っ張りながらベース部上を移動せざるを得ず、かかる可動テーブルの移動経路が長い場合には、前記ケーブルが可動テーブルの運動を阻害し易いといった問題点がある。
一方、駆動源を可動テーブルに搭載した自走式のアクチュエータでありながら、給電ケーブル及び信号ケーブルを用いることなく前記可動テーブルに目的とする制御量を与えることが可能な所謂ワイヤレスアクチュエータとして、特開２０００−１５９３０６号公報に開示される荷移載装置が知られている。この荷移載装置では、ベース部に対して移動自在に設けられた可動フォークに対してリニアモータが搭載されており、かかるリニアモータを駆動することで前記可動フォークをベース部上で任意に進退させることが可能となっている。そして、可動フォーク上のリニアモータに対する電力の供給は、ベース部と可動フォークとの間に設けた非接触給電手段によって行われている。具体的には、前記ベース部に非接触給電手段を構成する一次側コアが設けられる一方、前記可動フォークに非接触給電手段を構成する二次側コアが設けられ、一次側コアへの通電によって生じた二次側コアの誘導起電力を前記リニアモータへ供給するように構成されている。
特開２０００−１５９３０６号公報
しかし、特開２０００−１５９３０６号公報に開示される荷移載装置では、可動フォークに設けられた二次側コアとリニアモータのコイル部材とが直接結合されており、ベース部に設けられた一次側コアへの通電方向を変化させることで、二次側コアに生じる誘導起電力の方向が逆転し、これに伴ってリニアモータのコイル部材に流れる電流の方向が変化し、ベース部材に対する可動フォークの移動方向が逆転するように構成されている。すなわち、前記非接触給電手段は可動フォークのリニアモータに対する電力の供給を行いながら、かかるリニアモータの制御も同時に行っているのである。
このため、ベース部上に複数の可動テーブルを設けるのであれば、個々の可動テーブル毎に非接触給電手段を設ける必要が生じ、ベース部上における同一の運動経路内に制御量の異なる複数の可動テーブルを存在させることが極めて困難である。また、複数の可動テーブルを存在させたとしても、アクチュエータそのものが大型化してしまうといった問題点もある。
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、可動テーブルに給電ケーブルや信号ケーブルを接続することなく、ベース部上における可動テーブルの移動を制御することが可能であり、しかも複数の可動テーブルを設けた場合であっても、個々の可動テーブルを独立して制御することが可能なワイヤレスアクチュエータを提供することにある。
前記目的を達成する本発明のワイヤレスアクチュエータは、ベース部とこのベース部上を移動自在な可動テーブルを備えている。前記ベース部は所定経路に沿って配設された軌道レールを含む一方、前記可動テーブルは多数のボールを介して前記軌道レールに組み付けられるスライド部材を含んでいる。前記可動テーブルには、かかる可動テーブルを軌道レールに対して走行させる駆動手段と、この駆動手段に対する駆動制御信号を受信する無線受信部とが搭載されている。また、前記駆動手段の駆動制御信号を生成する制御ユニットは前記可動テーブルには非搭載であり、前記可動テーブルに搭載された無線受信部に対して前記駆動制御信号を無線送信する。可動テーブルに搭載された前記駆動手段及び無線受信部に対する電力の供給は非接触給電手段によって行われる。非接触供給手段は、前記ベース部に設けられる一次側部材と、前記可動テーブルに設けられる二次側部材とから構成されている。
このような本発明のワイヤレスアクチュエータによれば、可動テーブルに搭載された駆動手段及び無線受信部に対する電力の供給は前記非接触給電手段によって行われており、可動テーブルに対して給電ケーブルを接続することなく、かかる可動テーブルをベース部上で走行させることが可能となる。また、駆動手段を制御する駆動制御信号は可動テーブルに搭載された無線受信部に対して無線送信されるので、可動テーブルに対して信号ケーブルを接続することなく、目的とする制御量に応じて可動テーブルをベース部上で走行させることが可能となる。すなわち、可動テーブルに対してはケーブル類を一切接続する必要がなく、かかる可動テーブルの移動経路が長い場合であっても、可動テーブルを障害なく走行させることができるものである。
特に、駆動制御信号を可動テーブルに搭載された無線受信部に対して無線送信しているので、ベース部上における同一の運動経路内に制御量の異なる複数の可動テーブルを存在する場合であっても、個々の可動テーブルを独立して走行させることができ、このアクチュエータを用いることで各種搬送機械等の小型化を図ることが可能となる。
本発明のワイヤレスアクチュエータの第一の実施形態を示す正面概略図である。 第一の実施形態における可動テーブルの案内構造を示す斜視図である。 駆動手段の一例であるピエゾリニアモータを示す斜視図である。 ピエゾリニアモータの動作を順を追って示す説明図である。 第一の実施形態における可動テーブルの搭載要素を示すブロック図である。 第一の実施形態における制御ユニットの構成を示すブロック図である。 ベース部上におけるポジションセンサの配設例を示す平面図である。 ベース部上の軌道レールに複数の可動テーブルが組み付けられた状態を示す平面図である。 第一の実施形態における可動テーブルに二次電池を搭載した例を示すブロック図である。 本発明のワイヤレスアクチュエータの第二の実施形態における可動テーブルの搭載要素を示すブロック図である。 本発明のワイヤレスアクチュエータの第三の実施形態における可動テーブルの案内構造を示す斜視図である。 第三の実施形態における可動テーブルの搭載要素を示すブロック図である。 第三の実施形態における制御ユニットの構成を示すブロック図である。 本発明のワイヤレスアクチュエータの第四の実施形態を示す斜視図である。
符号の説明
１…ベース部、２…可動テーブル、４…駆動手段、５…非接触給電手段、６…制御ユニット、９…二次電池、３０，８０…軌道レール、３１，８１…スライド部材、５０…一次側部材、５１…二次側部材、７０…無線受信部
以下、添付図面に沿って本発明のワイヤレスアクチュエータを詳細に説明する。
図１は本発明のワイヤレスアクチュエータの第一の実施形態を示す正面図である。この第一の実施形態のワイヤレスアクチュエータは、ベース部１と、このベース部１に対して移動自在な可動テーブル２とから構成されており、図２に示すように、可動テーブル２は互いに並行に配設された２軸のリニアガイド３を用いてベース部１に対して支承されている。かかるリニアガイド３は、前記ベース部１に対してボルトで固定された軌道レール３０と、多数のボールを介して前記軌道レール３０に組み付けられたスライド部材３１とから構成され、前記スライド部材３１が軌道レール３０に沿って自在に往復運動を行えるようになっている。前記スライド部材３１は各軌道レール３０に対して２個ずつ組み付けられており、前記可動テーブル２は４個のスライド部材３１に固定され、軌道レール３０に沿って自在に直線往復運動を行う。
尚、可動テーブル２に要求される負荷荷重や必要とされる可動テーブル２の大きさによって、前記スライド部材３１の個数は各軌道レール３０に対して１個ずつとしても良い。また、軌道レール３０の条数についても、可動テーブル２に要求される負荷荷重に応じてその条数を適宜変更して差し支えない。
一対のリニアガイド３の間における可動テーブル２の下面には、かかる可動テーブル２を軌道レール３０に沿って走行させるための駆動手段４が設けられている。この駆動手段４は軌道レール３０の長手方向に沿った推進力を発揮し、可動テーブル２をベース部１に対して進退させるものであり、例えば、図３に示すようなピエゾリニアモータ４０と、かかるピエゾリニアモータ４０の動作を制御するドライバ回路４１とから構成されている。
このピエゾリニアモータ４０は、絶縁基板４２上に圧電セラミクスからなる駆動脚４３を４脚備えており、前記絶縁基板４２を可動テーブル２の下面に固定する一方、前記駆動脚４３の先端部を前記ベース部１に接触させている。４脚の駆動脚４３はベース部１に対する可動テーブル２の移動方向に沿って並べられている。各駆動脚４３は絶縁シート４４を介して一対の圧電セラミクス４５ａ，４５ｂを貼り合わせ、それによってバイモルフを構成したものであり、絶縁シート４４の両側に位置した圧電セラミクス４５ａ，４５ｂに対する電圧の印加タイミングをずらすことにより、各駆動脚４３を一対の圧電セラミクス４５ａ，４５ｂの貼り合わせ方向へ自在に屈曲させることができるようになっている。このピエゾリニアモータ４０としては、例えば、ピエゾモータ社製のピエゾレッグズ（商品名）を利用することができる。
図４は前記駆動脚４３がベース部１上を進行する様子を描いたものである。前記圧電セラミクス４５ａ，４５ｂは電圧の印加によって伸長するが、図４（ａ）に示すように、駆動脚４３を構成する一対の圧電セラミクス４５ａ，４５ｂのうち、一方の圧電セラミクス４５ａに対して電圧を印加すると、かかる駆動脚４３は電圧が印加された圧電セラミクス４５ａとは反対の方向へ屈曲し、その先端がベース部１に接触することになる。次に、両方の圧電セラミクス４５ａ，４５ｂに対して電圧を印加すると、図４（ｂ）に示すように、駆動脚４３は伸長しながら屈曲状態から復元し、かかる駆動脚４３はベース部１をその面方向へ押圧する。また、最初に電圧が印加された圧電セラミクス４５ａに対する電圧の印加を停止すると、図４（ｃ）に示すように、駆動脚４３は分図（ａ）の状態とは反対方向へ屈曲することになり、ベース部１は図４（ｂ）の場合と同一方向へ更に押圧されることになる。そして、両方の圧電セラミクス４５ａ，４５ｂに対する電圧の印加を中止すると、図４（ｄ）に示すように、駆動脚４３は本来の形状に縮まりながらその屈曲状態を解消するので、かかる駆動脚４３の先端部はベース部１から離間する。従って、分図（ａ）〜（ｄ）に示されたサイクルを繰り返すことにより、ベース部１を一方向へ押圧することができ、駆動脚４３がベース部１に対して進行することになる。また、駆動脚４３を構成する一対の圧電セラミクス４５ａ，４５ｂに対する電圧の印加順序を変更することにより、ベース部１を逆方向へも押圧することができる。更に、一つの駆動脚４３でベース部１を押圧した場合には、かかるベース部１が図４に示したサイクルに基づいて間欠的に押圧されることになるが、この実施例のピエゾリニアモータ４０には４つの駆動脚４３が設けられているので、これらの駆動脚４３に対する電圧印加の位相をずらすことにより、ベース部１を間断なく連続的に一方向へ押圧することが可能となる。
従って、このピエゾリニアモータ４０に具備された４脚の駆動脚４３に対する電圧の印加タイミングを調整することにより、可動テーブル２に固定されたピエゾリニアモータ４０が軌道レール１の長手方向に沿った推力を発生し、可動テーブル２をベース部１に対して自在に進退させることが可能となる。このとき、前記ドライバ回路４１は目的とする制御量、すなわち可動テーブル２の移動距離、移動方向、移動速度等に応じて、各駆動脚４３を構成する圧電セラミクス４５ａ，４５ｂへの電圧の印加タイミングを制御する。
可動テーブル２をベース部１に対して推進するための駆動手段４はこのピエゾリニアモータ４０に限られず、公知のリニア同期モータ、リニア誘導モータ、リニアステッピングモータ等を利用することも可能である。また、モータによって回転を与えられる駆動ホイールを可動テーブル２に搭載し、かかる駆動ホイールをベース部１に圧接させると共に、モータの回転をドライバ回路によって制御するように構成しても良い。
前記ドライバ回路４１がピエゾリニアモータ４０を駆動するためには、かかるドライバ回路４１に対して電力を供給する必要がある。このため、ベース部１と可動テーブル２との間には非接触給電手段５が設けられている。この非接触給電手段５は、ベース部１に設けられた一次側部材５０と、可動テーブル２の下面に固定された二次側部材５１とからなり、これら一次側部材５０と二次側部材５１とを接触させることなく、所謂電磁誘導方式によって両者の間で電力を移送することができるようになっている。図２に示すように、前記一次側部材５０は鉄心入りのコイルを軌道レール３０の長手方向に沿って配列したものであり、各コイル５０が交流電源に対して並列的に接続されている。また、各コイル５０は、これらに通電した際に磁束がベース部１の上面に対して垂直に発生するように配置されている。一方、図５に示すように、前記二次側部材５１は一次側部材５０と対向する位置で可動テーブル２に固定された単一の鉄心入りコイルであり、可動テーブル２かベース部１上を移動しても、一次側部材５０のいずれかのコイルと対向するように配置されている。
一次側部材５０の各コイルに対して交流電圧を印可すると、磁束がベース部１の上面に対して垂直方向に発生することから、一次側部材５０のコイルと対向する二次側部材５１のコイルにはファラデーの法則により起電力が生じ、二次側部材５１のコイルから交流電圧を取り出すことができる。但し、前記ドライバ回路４１には直流電源が必要なので、図５のブロック図に示すように、二次側部材５１のコイルには整流回路５２が接続され、交流電圧を直流電圧に変換し、所定の大きさの直流電圧に調整した後に該直流電圧を前記ドライバ回路４１に印加している。尚、図５中の矢線は可動テーブルの往復動の方向を示している。
また、前記一次側部材５０はベース部１上における可動テーブル２の移動経路の全長にわたって設けられており、可動テーブル２がベース部１上を移動しても、常にベース部１側から可動テーブル２側へ電力を移送し、かかる電力を駆動手段４のドライバ回路４１に対して供給することが可能となっている。もっとも、一次側部材５０を構成する複数のコイルはベース部１上に繰り返し配列されていることから、ベース部１上における可動テーブル２の走行位置によっては、二次側部材５１のコイルが一次側部材５０のコイルと正対しない場合も生じるが、前記整流回路５２内に平滑コンデンサを設けることにより、安定した直流電圧を取り出すことが可能となる。
また、ベース部１から可動テーブル２に移送される電力量を高めるため、二次側部材５１として複数のコイルを可動テーブル２に配列するようにしても良い。
一方、前記駆動手段４のドライバ回路４１がピエゾリニアモータ４０の動作を制御するためには、目的とする制御量、すなわち可動テーブル２の移動方向、移動距離、移動速度等に関する情報をドライバ回路４１に入力する必要がある。これらの情報は、可動テーブル２とは別個に設けられた制御ユニット６によって駆動制御信号として生成され、かかる制御ユニット６から無線送信される。可動テーブル２には前記駆動制御信号を受信する無線受信部７０が搭載されており、かかる無線受信部７０によって受信された駆動制御信号は前記ドライバ回路４１に入力される。ドライバ回路４１はこの駆動制御信号に基づいてピエゾリニアモータ４０に対する電圧の印加を制御する。前記無線受信部７０に対しては前記非接触給電手段５の整流回路５２から直流電圧が印加されており、これによって無線受信部７０は無線受信した駆動制御信号を検波し、前記ドライバ回路４１に対して送出するようになっている。
図６は前記制御ユニット６の構成の概略を示すブロック図である。かかる制御ユニット６は、ユーザによる可動テーブル２の走行指示が入力されるユーザインターフェース６０と、予め格納されている所定のプログラムを実行し、前記ユーザインターフェース６０から入力された可動テーブル２の走行指示情報に基づいて前記駆動制御信号を生成するＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ）６１と、このＭＣＵ６１によって生成された駆動制御信号を送信する無線送信部６２とから構成されている。また、この制御ユニット６に対しては、ベース部１上における可動テーブル２の走行位置を検出するポジションセンサ６３の出力信号が入力されており、前記ＭＣＵ６１はユーザによって入力された走行指示情報と前記ポジションセンサ６３の出力信号を基に駆動制御信号を生成する。前記走行指示情報はユーザインターフェース６０としてのキーボードを介して入力される。また、入力された走行指示情報や前記ポジションセンサ６３によって検出された可動テーブル２の走行位置情報は、ユーザによる確認のため、ユーザインターフェース６０としてのＣＲＴや液晶表示パネルなどの表示装置に出力することが可能である。
ＭＣＵ６１が生成した駆動制御信号は無線送信部６２から発信され、可動テーブル２の無線受信部７０によって受信された後に、駆動手段４のドライバ回路４１に伝達されるので、前記制御ユニット６は可動テーブル２のラジオコントローラとして使用することができる。すなわち、可動テーブル２に対しては駆動手段４を制御するための信号ケーブルを接続する必要がなく、可動テーブル２はその移動距離が長い場合であっても、信号ケーブルに邪魔されることなく、軌道レール１に沿って自在に移動することが可能となる。このとき、前記制御ユニット６はベース部１に対して固定されていても良いし、ユーザが携帯して使用できるようにしても良い。
ベース部１上における可動テーブル２の走行位置を検出するポジションセンサ６３は、例えば、図７に示すように、ベース部１上における可動テーブル２の移動経路内の一乃至複数箇所に設けることができる。このポジションセンサ６３としては、フォトセンサ、磁気センサ、近接センサ等の公知のセンサを用いることができる。可動テーブル２がポジションセンサ６３の設置位置を通過あるいは到達した場合に、かかるポジションセンサ６３の出力信号が反転することにより、前記ＭＣＵ６１は可動テーブル２の走行位置を把握することができ、それに基づいて駆動制御信号を生成することができる。
そして、以上のように構成されたアクチュエータによれば、可動テーブル２に搭載された駆動手段４に対して電力や駆動制御信号を供給するためのケーブルが不要となり、可動テーブル２に対して何らケーブルを接続することなく、かかる可動テーブル２をベース部１上で自走させることが可能となる。従って、可動テーブル２の移動距離が長い場合であっても、ケーブルを引きずることなく円滑に可動テーブル２を走行させることが可能となる。
特に、電力と駆動制御信号は互いに分離された状態で可動テーブル２の駆動手段４に供給されるので、例えば図８に示すように、ベース部１上の軌道レール３０に対して複数の可動テーブル２ａ，２ｂを組み付けた場合であっても、非接触給電手段の一次側部材は共用しながらも、個々の可動テーブル２ａ，２ｂの走行を別々に制御することができ、このアクチュエータを搬送装置等の用途に用いる場合に非常に有益である。また、この場合、無線送信部６２と無線受信部７０との間の送信電波の周波数を可動テーブル毎に異ならせて設定することにより、一つの制御ユニット６を用いて複数の可動テーブル２ａ，２ｂを制御することも可能となる。
尚、以上説明してきたワイヤレスアクチュエータの例ではベース部１に対して可動テーブル２が直線往復運動を行うものであったが、これに限定されるものではなく、可動テーブル２がベース部１上を曲線の移動経路に沿って走行し、あるいは直線と曲線とが混在する移動経路に沿って走行するものであっても差し支えない。
また、図６に示したブロック図では、非接触給電手段５の二次側部材５１に発生した起電力を整流回路５２によって直流電圧に変換した後、駆動手段４のドライバ回路４１や無線受信部７０に対して直接供給しているが、図９に示すように、可動テーブル２にバックアップ用の二次電池９を搭載するように構成することもできる。すなわち、前記整流回路５２に対して二次電池９を接続し、この二次電池９を非接触給電手段５によって移送された電力で充電する一方、かかる二次電池９からも駆動手段４のドライバ回路４１や無線受信部７０に対して直流電圧を印加できるように構成する。このようにバックアップ用の二次電池９を可動テーブル２に搭載し、それを常に非接触給電手段５によって充電するように構成すれば、例えば不意の停電によってベース部１から可動テーブル２への電力の移送が断たれても、駆動手段４に電力を供給し続けることができ、可動テーブル２をベース部１上の初期位置に退避させる等の処置を自動的に行わせることが可能となる。
一方、図１０は本発明のワイヤレスアクチュエータの第二の実施形態を示すものである。前述した第一の実施形態では、非接触給電手段５の一次側部材５０となるコイルを軌道レール３０に沿ってベース部１に配列し、可動テーブル２がベース部１上を移動した場合であっても、可動テーブル２に搭載した二次側部材５１が常に一次側部材５０と対向するように構成した。これにより、第一の実施形態では、可動テーブル２がベース部１上の何処を走行していても、ベース部１側から可動テーブル２側へ電力を移送することが可能である。しかし、軌道レール３０に沿って一次側部材５０を連続的に配列したのでは、可動テーブル２の移動経路が長い場合にベース部１の製作に手間がかかり、コスト高を招くといった弊害がある。
そこで、図１０に示す第二の実施形態では、可動テーブル２に二次電池９を搭載すると共に、非接触給電手段５の一次側部材５０をベース部１上の一乃至複数の特定箇所にのみ設け、かかる特定箇所に可動テーブル２が停止した場合に前記二次電池９を充電するように構成している。それ以外の構成は前記第一の実施形態と同一である。すなわち、可動テーブル２に対する搭載物は図９を用いて説明した例と全く同一である。
図１０に示すように、ベース部１上における可動テーブル２の充電位置Ｐ0に対応し、かかるベース部１上には非接触給電手段５の一次側部材５０が設けられている。このため、可動テーブル２が充電位置Ｐ0に設定されている最中は、ベース部１に設けられた一次側部材５０と可動テーブル２に搭載された二次側部材５１とが互いに対向しており、一次側部材５０に交流電圧を印加することで二次側部材５１に起電力が発生し、整流回路５２を介して二次電池９に直流電圧を印加することができる。これにより、可動テーブル２が充電位置Ｐ0に停止している間は二次電池９に対して充電を行うことが可能となる。そして、このようにして二次電池９が充電されれば、二次電池９から駆動手段４のドライバ回路４１及び無線受信部７０に対して電力を供給することにより、可動テーブル２を軌道レール３０に沿って充電位置Ｐ0から他の位置へ走行させることができる。
例えば、工作機械や搬送装置におけるアクチュエータの使用方法としては、前記可動テーブル２に特定のプロセスからなるジョブを繰り返し行わせる場合が殆どであり、前後するジョブの間では可動テーブル２が原点である初期位置に設定し直されることが多い。また、ジョブの最中であっても、可動テーブル２上に積まれた搬送物に対して作業が行われるため、かかる可動テーブル２が特定の位置に短時間だけ停止する場合も多々ある。このため、そのように可動テーブル２がベース部１上で頻繁に停止する一乃至複数の位置を前述の充電位置Ｐ0とすれば、可動テーブル２に搭載した二次電池９を頻繁に充電することができ、二次電池から供給される電力のみをもって可動テーブル２をベース部１上で走行させ続けることが可能である。
そして、このように構成された第二の実施形態のワイヤレスアクチュエータによれば、非接触給電手段５の一次側部材５０をベース部１上の一乃至複数箇所にのみ設けることで、可動テーブル２を走行させることができるので、前述の第一の実施形態のアクチュエータと比較してベース部１の加工が容易となり、低コストで製作することが可能となる。
次に、本発明のワイヤレスアクチュエータの第三の実施形態について説明する。前述した第一の実施形態では可動テーブル２の走行位置を検出するポジションセンサ６３をベース部１の一乃至複数箇所に設けたが、そのような構成だと、可動テーブル２の走行位置を断続的にしか把握することができず、可動テーブル２にはポジションセンサ６３の設置位置に対応した一種類のジョブしか行わせることができない。すなわち、走行プロセスの異なるジョブを可動テーブル２に行わせるためには、予めポジションセンサ６３の設置位置を変更する段取りが必要となってしまう。
このような問題点に鑑み、これから説明する第三の実施形態のアクチュエータでは、図１１に示すように、ベース部１上にスケール６４を設ける一方、可動テーブル２には前記スケール６４を読み取るエンコーダ６５を搭載し、エンコーダ６５の出力信号を制御ユニット６に無線送信するように構成した。
前記スケール６４は光学スケール、磁気スケール等のように所定のピッチで繰り返しラダーパターンが連続するものであれば良く、軌道レール３０に沿ってベース部１上に固定的に設けられている。前記エンコーダ６５は可動テーブル２に固定されており、かかる可動テーブル２の移動に伴って前記スケール６４に形成されたラターパターンを読み取り、かかるラダーパターンに対応したパルス信号を出力する。
図１２は可動テーブル２の搭載物の構成を示すブロック図である。前記エンコーダ６５は可動テーブル２に搭載されているが、このエンコーダ６５の出力信号は制御ユニット６のＭＣＵ６１が駆動制御信号を生成する際に必要とされる。このため、可動テーブル２には無線送信部７１が設けられ、エンコーダ６５の出力信号はこの無線送信部７１によって制御ユニット６へ送信されるようになっている。また、前記無線送信部７１は前述の無線受信部７０と相まって可動テーブル２上で送受信機７を構成している。非接触給電手段５の整流回路５２によって形成された直流電圧は前記送受信機７に印加され、それによって送受信機７に含まれる無線送信部７１及び無線受信部７０が動作を行う。可動テーブル２の搭載物のその他の構成は前述の第一の実施形態と同一である。すなわち、非接触給電手段５の二次側部材５１に発生した起電力が整流回路５２によって直流電圧に変換され、この直流電圧がドライバ回路４１に印可される。ドライバ回路４１は無線受信部７０から駆動制御信号を受け取り、ピエゾリニアモータ４０に対して適宜電圧を印加する。それにより、ピエゾリニアモータ４０が動作し、可動テーブル２がベース部１上で軌道レール３０に沿って推進される。
一方、図１３は第三の実施形態における制御ユニット６ａを示すブロック図である。この制御ユニット６ａは無線受信部６６を備え、可動テーブル２から無線送信されるエンコーダ６５の出力信号を受信することができるようになっている。前記無線受信部６６は前述の無線送信部６２と相まって制御ユニット２内で送受信機６７を構成している。無線受信部６６で受信されたエンコーダ６５の出力信号はＭＣＵ６１に読み込まれる。エンコーダ６５の出力信号はスケール６４のラダーパターンに対応したパルス信号であるから、ＭＣＵ６１は該パルス信号をカウントすることにより、可動テーブル２の走行距離、走行速度を把握することができる。また、前述の第一の実施形態と同様に、ＭＣＵ６１に対してはユーザインターフェース６０から走行指示情報が入力され、ＭＣＵ６１は無線受信部６６及びユーザインターフェース６０からの入力情報に基づいて駆動制御信号を生成する。そして、ＭＣＵ６１で生成された駆動制御信号は無線送信部６２を介して可動テーブル２の無線受信部７０へ送信される。
これにより、可動テーブル２の駆動手段４の動作が制御され、何ら可動テーブル２に電力ケーブルや信号ケーブル等のケーブル類を接続することなく、走行指示情報に基づいて可動テーブル２をベース部１上で走行させることが可能となる。また、可動テーブル２の走行距離及び走行速度を示す情報が該可動テーブル２から制御ユニット６ａへ無線送信されるので、制御ユニット６ａに入力する走行指示情報を変更すれば、ベース部１上における可動テーブル２の動きを自由に変更することができる。このため、ベース部１や可動テーブル２に対して何ら作業を行うことなく、走行プロセスの異なる数種類のジョブに対して当該アクチュエータを柔軟に対応させることが可能となる。
図１４は、本発明のワイヤレスアクチュエータの第四の実施形態を示すものである。前述した各実施形態では、ベース部１上に配設されたリニアガイド３を用いて可動テーブル２の運動を支承し、かかる可動テーブル２及びベース部１に対して駆動手段４、無線受信部７０、非接触給電手段５を搭載した。しかし、この第四の実施形態ではワイヤレスアクチュエータの更なる小型化を図るため、軌道レール８０とスライド部材８１から構成されるリニアガイド８そのものに前記駆動手段４、無線受信部７０、非接触給電手段５を組み込んだ。すなわち、リニアガイド８のスライド部材８１が本発明における可動テーブルに、リニアガイド８の軌道レール８０が本発明におけるベース部に相当している。
図１４に示すように、軌道レール８０はその両側面にボール転走面８２を備え、スライド部材８１は前記ボール転走面８２を転走する多数のボール（図示せず）を介して該軌道レール８０に組み付けられている。これにより、スライド部材８１は軌道レール８０の長手方向に沿って自在に移動可能となっている。前記軌道レール８０の上面における幅方向の中央には長手方向に連続する溝が形成され、かかる溝の内部には非接触給電手段５の一次側部材５０を構成する多数のコイルが一列に配列されている。一方、スライド部材８１には前記一次側部材５０と対向する位置に非接触給電手段の二次側部材５１となるコイルが配設されており、スライド部材８１が軌道レール８０に沿って移動しても、かかる二次側部材５１が一次側部材５０と対向し続けるようになっている。また、スライド部材８１には駆動手段４としてピエゾリニアモータ４０及びそのドライバ回路４１が搭載されており、かかるピエゾリニアモータ４の駆動脚の先端は軌道レール８０の上面に接触している。更に、スライド部材８１には、二次側部材５１で発生した起電力を直流電圧に変換する整流回路５２、制御ユニット６から送信された駆動制御信号を受信して前記ドライバ回路４１へ送出する無線受信部７０が搭載されている。すなわち、スライド部材８１に搭載される要素は、図５において可動テーブル２に搭載されている要素と同一である。
尚、可動テーブル２の無線受信部７０に対して駆動制御信号を送信する制御ユニット６の構成は前記第一の実施形態と同一であり、その詳細な説明は省略する。
従って、この第四の実施形態のワイヤレスアクチュエータでは、前記第一の実施形態と同様、制御ユニット６に対して可動テーブルの走行指示情報を入力することにより、リニアガイド８のスライド部材８１が軌道レール８０上を前記走行指示情報に従って往復動することになる。しかし、総ての要素がリニアガイド８の軌道レール８０及びスライド部材８１に組み込まれているので、前記第一の実施形態のワイヤレスアクチュエータよりも極めてコンパクトに構成されており、例えば、各種検査装置等のように比較的軽荷重の用途に使用する場合には、かかる装置の小型化に資することができる。
また、このようにリニアガイドそのものをワイヤレスアクチュエータとして構成する場合、図１乃至図１３を用いて説明してきた総ての実施形態はそのままリニアガイドに適用することができる。すなわち、可動テーブル２はスライド部材に、ベース部１は軌道レールに置き換えて構成することができる。いずれの場合であっても、極めてコンパクトなワイヤレスアクチュエータを提供することが可能となる。
前記ドライバ回路４１がピエゾリニアモータ４０を駆動するためには、かかるドライバ回路４１に対して電力を供給する必要がある。このため、ベース部１と可動テーブル２との間には非接触給電手段５が設けられている。この非接触給電手段５は、ベース部１に設けられた一次側部材５０と、可動テーブル２の下面に固定された二次側部材５１とからなり、これら一次側部材５０と二次側部材５１とを接触させることなく、所謂電磁誘導方式によって両者の間で電力を移送することができるようになっている。図２に示すように、前記一次側部材５０は鉄心入りのコイルを軌道レール３０の長手方向に沿って配列したものであり、各コイル５０が交流電源に対して並列的に接続されている。また、各コイル５０は、これらに通電した際に磁束がベース部１の上面に対して垂直に発生するように配置されている。一方、図５に示すように、前記二次側部材５１は一次側部材５０と対向する位置で可動テーブル２に固定された単一の鉄心入りコイルであり、可動テーブル２がベース部１上を移動しても、一次側部材５０のいずれかのコイルと対向するように配置されている。
前記スケール６４は光学スケール、磁気スケール等のように所定のピッチで繰り返しラダーパターンが連続するものであれば良く、軌道レール３０に沿ってベース部１上に固定的に設けられている。前記エンコーダ６５は可動テーブル２に固定されており、かかる可動テーブル２の移動に伴って前記スケール６４に形成されたラダーパターンを読み取り、かかるラダーパターンに対応したパルス信号を出力する。
図１２は可動テーブル２の搭載物の構成を示すブロック図である。前記エンコーダ６５は可動テーブル２に搭載されているが、このエンコーダ６５の出力信号は制御ユニット６のＭＣＵ６１が駆動制御信号を生成する際に必要とされる。このため、可動テーブル２には無線送信部７１が設けられ、エンコーダ６５の出力信号はこの無線送信部７１によって制御ユニット６へ送信されるようになっている。また、前記無線送信部７１は前述の無線受信部７０と相まって可動テーブル２上で送受信機７を構成している。非接触給電手段５の整流回路５２によって形成された直流電圧は前記送受信機７に印加され、それによって送受信機７に含まれる無線送信部７１及び無線受信部７０が動作を行う。可動テーブル２の搭載物のその他の構成は前述の第一の実施形態と同一である。すなわち、非接触給電手段５の二次側部材５１に発生した起電力が整流回路５２によって直流電圧に変換され、この直流電圧がドライバ回路４１に印加される。ドライバ回路４１は無線受信部７０から駆動制御信号を受け取り、ピエゾリニアモータ４０に対して適宜電圧を印加する。それにより、ピエゾリニアモータ４０が動作し、可動テーブル２がベース部１上で軌道レール３０に沿って推進される。

Claims (9)

  1. 所定経路に沿って配設された軌道レール(30,80)を含むベース部(1)と、多数のボールを介して前記軌道レールに組み付けられるスライド部材(31,81)を含み、前記軌道レールに沿って移動自在な可動テーブル(2)と、この可動テーブルに搭載されると共に該可動テーブルを軌道レールに対して走行させる駆動手段(4)と、前記可動テーブルに搭載されると共に前記駆動手段に対する駆動制御信号を受信する無線受信部(70)と、前記駆動手段の駆動制御信号を生成すると共に前記無線受信部へ無線送信する制御ユニット(6)と、前記ベース部に設けられる一次側部材(50)及び可動テーブルに設けられる二次側部材(51)を備え、前記可動テーブルに搭載された駆動手段及び無線受信部に対してベース部側から電力を供給する非接触給電手段(5)と、を備えたことを特徴とするワイヤレスアクチュエータ。
  2. 前記非接触給電手段(5)の一次側部材(50)及び二次側部材(51)は、夫々、互いに対向して設けられたコイル部材からなり、電磁誘導方式により前記一次側部材から二次側部材に電力を供給することを特徴とする請求項１記載のワイヤレスアクチュエータ。
  3. 前記非接触給電手段(5)の一次側部材(50)は、ベース部(1)上における可動テーブル(2)の移動経路の全長にわたって設けられていることを特徴とする請求項１記載のワイヤレスアクチュエータ。
  4. 前記可動テーブル(2)には前記駆動手段及び無線受信部に対して電力を供給する二次電池(9)が搭載され、かかる二次電池は前記非接触給電手段(5)により充電されることを特徴とする請求項１記載のワイヤレスアクチュエータ。
  5. ベース部(1)上における可動テーブル(2)の移動経路内には前記二次電池(9)の充電位置が一乃至複数箇所設けられ、前記非接触給電手段(5)の一次側部材(50)は各充電位置に設けられていることを特徴とする請求項４記載のワイヤレスアクチュエータ。
  6. 前記ベース部(1)上には該ベース部上における可動テーブル(2)の走行位置を検出する位置検出センサ(63)が設けられ、前記制御ユニット(6)は前記位置検出センサの出力信号を取り込んで駆動制御信号を生成することを特徴とする請求項１記載のワイヤレスアクチュエータ。
  7. 前記ベース部(1)には軌道レールに沿ってスケール(64)が設けられる一方、前記可動テーブル(2)には該スケールを読み取るエンコーダ(65)が搭載され、更に、前記エンコーダの出力信号を前記制御ユニット(6)へ送信する無線送信部(71)が前記可動テーブルに搭載され、前記制御ユニットは無線受信部(70)を介して入力された前記エンコーダの出力信号を取り込んで駆動制御信号を生成することを特徴とする請求項１記載のワイヤレスアクチュエータ。
  8. 前記ベース部(1)上には同一経路に沿って移動自在な複数の可動テーブル(2)が設けられ、これら可動テーブルはその走行が個別に制御されていることを特徴とする請求項１記載のワイヤレスアクチュエータ。
  9. 前記駆動手段(4)、無線受信部(70)及び非接触給電手段(5)の二次側部材(51)が前記スライド部材(81)に組み込まれる一方、前記非接触給電手段(5)の一次側部材(50)が軌道レールに組み込まれていることを特徴とする請求項１記載のワイヤレスアクチュエータ。
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