JPS6048290A

JPS6048290A - Linear drive for joint

Info

Publication number: JPS6048290A
Application number: JP15763683A
Authority: JP
Inventors: 平野　紀光; 昭長谷川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-08-29
Filing date: 1983-08-29
Publication date: 1985-03-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明はロボット等の関節機構に関する。[Detailed description of the invention] (Technical field) The present invention relates to a joint mechanism for a robot or the like.

（技術背Ｒ）最近のロボット技術の発展は目ざましく、物品を挾んで
、その物品を他の箇所へ移動させるロボットがある。自
動化機器として適するものである。(Technological background) Recent developments in robot technology are remarkable, and there are robots that can pick up objects and move them to other locations. It is suitable as automation equipment.

ここで、物品を挾むためのマニュピレータ機構ヲ、旋回
あるいは回動させたり、マニュピレータを有するアーム
を折り曲げて挾持した物品を他の箇所へ移動するために
アーム等の所定部分には関節機上−夕を用いて、旋回等
させることで、上記物品を他の箇所に移動できるように
している。Here, in order to rotate or rotate the manipulator mechanism for clamping the article, or to move the clamped article to another location by bending the arm having the manipulator, an articulated upper part is attached to a predetermined part of the arm, etc. The article can be moved to another location by turning the article or the like.

かかる従来のロボット等の関節機構は、回転モータを用
いているため、回転運動を直線運動に変換するのに多く
の歯車等を使用しなければならず、構成が複雑で大型の
ものとなっていた。またロボットを人間としてみたとき
、アームは手、腕、足に該当するわけだが、この人間の
手や足の筋肉ヲ見ても判明するように、筋肉は直線運動
をなしている。すなわち、物を握ったり、腕を折り曲げ
たりするのに当って、筋肉は回転運動などせず、全て伸
び縮みという筋肉の直線運動で行なっていることが判明
する。このことは、かかる動作を行なわせるに当っては
、回転モータを用いるよりはりニアモータを用いる方が
、応答性も良く、構成も簡単になり小型に形成できるこ
とを意味する。Since the joint mechanisms of such conventional robots use rotary motors, many gears, etc. must be used to convert rotational motion into linear motion, resulting in complex and large structures. Ta. Also, when a robot is viewed as a human, the arms correspond to the hands, arms, and legs, and as you can see from the muscles in the human hands and legs, the muscles move in a straight line. In other words, it turns out that when we grasp objects or bend our arms, our muscles do not perform any rotational movements, but instead rely on straight-line movements of the muscles to stretch and contract. This means that when performing such an operation, using a near motor rather than using a rotary motor provides better response, a simpler configuration, and a smaller size.

（本発明の目的）本発明は上記技術背景を基になされたもので、ロボット
等の関節機構としてアームを駆動するのに当って、リニ
アモータを用いて行なうことで、小型で、構成が簡単で
、安価に量産できる性能の良い関節リニア駆動装置を得
ることを目的としてなされたものである。(Objective of the present invention) The present invention was made based on the above-mentioned technical background, and uses a linear motor to drive an arm as a joint mechanism of a robot, etc., resulting in a small size and simple configuration. This was done with the aim of obtaining a high-performance joint linear drive device that could be mass-produced at low cost.

（本発明の目的達成手段）かかる本発明の目的は、複数のりニアモータを関節機構
を介して旋回自在に連結し、所定のりニアモータを駆動
することでその先のりニアモータを旋回駆動するように
したことを特徴とする関節リニア駆動装置’；”１１！
！（Ｘ３Ｊ：１ｔ＝ｘ、７１ｇｔｍ　３゜（本発明の第
１実施例）第１図は本発明第１実施例の基本的構造を示す斜視図で
、同図Ｃａｌは固定子の斜視図を、同図（ｂｌは移動子
の斜視図を示すものである。第２図はりニアモータの主
要部を示す縦断面図である。(Means for Achieving the Object of the Present Invention) The object of the present invention is to connect a plurality of linear motors so as to be able to rotate freely via a joint mechanism, and to drive a predetermined linear motor to swing the linear motor ahead of the linear motor. A joint linear drive device featuring ';'11!
! (X3J: 1t=x, 71gtm 3° (first embodiment of the present invention) Fig. 1 is a perspective view showing the basic structure of the first embodiment of the present invention, and Cal in the figure shows a perspective view of the stator. The same figure (bl shows a perspective view of the mover. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the main part of the near motor.

第１図及び第２図を参照して説明すると、１゜１′は直
流コアレスリニアモータの固定子で、２゜２′は直流コ
アレスリニアモータの移動子で、３は上記固定子１に図
示しない空隙保持機構によって所定の空隙をもって移動
子２を対向させ該移動子２を相対的移動するように構成
された片面配置形可動マグネット型直流リニアモータで
ある。固定子１及び移動子２は長板状となしているため
、直流ＩＪニアモータ３も長板状をなしている。複数の
直流リニアモータ３は、それぞれ関節機構を介して旋回
自在に連結し、所定の直流リニアモータ６を駆動したと
き、その先の１以上の直流リニアモータ６を旋回駆動す
る必要上、後記するように固定子１．１’、・・・それ
ぞれを関節機構を介して旋回自在に連結するとともに、
移動子２．２’、・・・ツレそれをも関節ａｍを介して
旋回自在に連結していする。４は長板状のステータヨークで、その九個面部には
その長手方向１こ沿ってガイド溝５が形成されている。Referring to Figures 1 and 2, 1゜1' is the stator of the DC coreless linear motor, 2゜2' is the mover of the DC coreless linear motor, and 3 is the stator shown in the stator 1 above. This is a single-sided movable magnet type direct current linear motor configured to relatively move the movers 2 by facing each other with a predetermined gap between them using a gap holding mechanism. Since the stator 1 and the mover 2 have a long plate shape, the DC IJ near motor 3 also has a long plate shape. The plurality of DC linear motors 3 are connected to each other so as to be able to rotate via joint mechanisms, and when a predetermined DC linear motor 6 is driven, one or more DC linear motors 6 ahead of it must be driven to rotate, as will be described later. The stators 1, 1', . . . are rotatably connected via a joint mechanism, and
The movers 2, 2', . . . are also rotatably connected via a joint am. Reference numeral 4 denotes a stator yoke in the form of a long plate, and guide grooves 5 are formed along one longitudinal direction of the nine-sided stator yoke.

６はステータヨーク４の移動子対向面に貼着された長板
状のプリント配線基板で、その表面には図示しない配線
用導電パターンが形成されている。７は矩形枠状の駆動
用の電機子コイルで、４個の電機子コイル７群を互いに
重畳しないようにプリント基板６上に貼着等の手段によ
って固設することで、ステータ電機子を形成している。Reference numeral 6 denotes a long plate-shaped printed wiring board attached to the surface of the stator yoke 4 facing the moving element, and a conductive pattern for wiring (not shown) is formed on the surface of the printed wiring board. Reference numeral 7 denotes a rectangular frame-shaped driving armature coil, and the stator armature is formed by fixing the four armature coils 7 groups on the printed circuit board 6 by means such as adhesion so as not to overlap each other. are doing.

電機子コイル７は、図において、縦方向の導体部７ａ、
７ａ’は推力に寄与する導体部で、横方向の導体部７ｂ
、７ｂ’は推力に寄与しない導体部となトのＮ、　Ｓの
磁極の幅と略等しく巻回形状されたものとなっている。In the figure, the armature coil 7 includes a vertical conductor portion 7a,
7a' is a conductor part that contributes to the thrust, and a horizontal conductor part 7b
, 7b' are conductor parts that do not contribute to thrust, and are wound in a shape approximately equal to the width of the N and S magnetic poles.

８，９は電機子コイル７の端子で、プリント配線基板乙
の図示しない導電パターンにハンダ付けされている。１
ｏはリード線で、その端子は上記導電パターンにハンダ
付けされている。１１は光学的リニアエンコーダで、プ
リント配線基板乙に配設された２個の発光素子１２−１
．１２−２、インデックス１３、光電変換素子１４及び
移動子２の後記する可動ヨーク１５に固設されたリニア
スケール１６とによって構成されている。光学的リニア
エンコーダ１１は移動子２の移動量を検出するためのも
ので、適宜なものを選択すれば良く、また磁気エンコー
ダ等地のものを用いても良く、ここでは上記光学的リニ
アエンコーダ１１を用いているにすぎない。インデック
ス１３と長板状の光電変換素子１４は、リニアスケール
１６を挿入できる空隙を保って平行にプリント配線基板
乙に固設されている。２個の発光素子１２−１を１２−
２用いたのは、移動子乙の移動方向を知るためであるが
、単に１個用いただけでも足りる構成とすることができ
る。例えば、光電変換素子１４が、光の照射された位置
で異なる抵抗値を出すリニアフオテンショマチックであ
る場合等である。尚、この例では２個の発光素子１２−
１．１２−２を用い、また２セグメントの光電変換素子
からなる光電変換索子１４を用いている。２個の発光素
子１２−１．１２−２は長手方向に位相をずら仕てプリ
ント配線基板６に配設し、インデックス１６に照射する
ようにされており、光電変換素子１４のセグメント光電
変換素子が上記発光素子１２−１．１２−２に対向して
い透明部を交互に形成している。固定子１の一端部は、
その先に形成される他の直流ＩＪ　ニアモータ６の固定
子１′の他端部に軸１７によって旋回自在に軸支されて
いる。固定子１及び固定子１の先に設けられる固定子１
′、・・・も上記構成と同様であるが、固定子１′、・
・・については、その他端部に軸挿入孔１８を有する折
曲突設部１９を形成している点に１５は鉄板等の磁性体
からなる可動ヨークで、その上下端部を固定子１方向に
延長折曲して折曲部１５ａを形成している。２０は折曲
部１５ａに回動自在に支持されたガイドローラで、上記
ステータヨーク４のガイド溝５に収納されている。この
ことによって、移動子２が固定子１と適宜な空隙を保っ
て滑らかに相対的変移をなすようになっている。１６は
上記したようにリニアスケールで、インデックス１３と
光電変換素子１４間に挿入できるように、可動ヨーク１
５に固設されている。8 and 9 are terminals of the armature coil 7, which are soldered to conductive patterns (not shown) on the printed wiring board O. 1
o is a lead wire, the terminal of which is soldered to the conductive pattern. 11 is an optical linear encoder, which has two light emitting elements 12-1 arranged on the printed wiring board B.
．． 12-2, an index 13, a photoelectric conversion element 14, and a linear scale 16 fixed to a movable yoke 15 of the mover 2, which will be described later. The optical linear encoder 11 is for detecting the amount of movement of the movable element 2, and may be selected as appropriate, or may be a magnetic encoder or the like.Here, the optical linear encoder 11 is used. It is just using . The index 13 and the photoelectric conversion element 14 in the form of a long plate are fixed to the printed wiring board B in parallel with a gap in which the linear scale 16 can be inserted. Two light emitting elements 12-1 are connected to 12-
The purpose of using two movable elements is to know the moving direction of the movable element A, but it is also possible to create a configuration in which just one element is used. For example, there is a case where the photoelectric conversion element 14 is a linear ahotensiomatic that exhibits different resistance values depending on the position irradiated with light. Note that in this example, two light emitting elements 12-
1.12-2 is used, and a photoelectric conversion cable 14 consisting of a two-segment photoelectric conversion element is used. The two light emitting elements 12-1 and 12-2 are arranged on the printed wiring board 6 with their phases shifted in the longitudinal direction, and are configured to irradiate the index 16, so that the segment photoelectric conversion element of the photoelectric conversion element 14 are opposed to the light emitting elements 12-1 and 12-2, and transparent parts are formed alternately. One end of the stator 1 is
It is rotatably supported by a shaft 17 at the other end of the stator 1' of another DC IJ near motor 6 formed ahead of it. Stator 1 and stator 1 provided ahead of stator 1
′, . . . have the same structure as above, but stator 1 ′, .
15 is a movable yoke made of a magnetic material such as an iron plate, and its upper and lower ends are connected in one direction of the stator. It is extended and bent to form a bent portion 15a. A guide roller 20 is rotatably supported by the bent portion 15a, and is housed in the guide groove 5 of the stator yoke 4. As a result, the movable element 2 maintains an appropriate gap with the stator 1 and smoothly makes a relative displacement. 16 is a linear scale as mentioned above, and the movable yoke 1 is inserted between the index 13 and the photoelectric conversion element 14.
It is fixed at 5.

２１は界磁マグネットで、Ｎ、Ｓの′ｒｉ極が交互に着
等の手段によって固設されている。界磁マグネット２１
は一体的なものでなく、磁極セグメントで形成しても良
い。可動ヨーク１５の一端部には、突設部１５ｂを一体
形成し、該突設部１５ｂと関節用連結板２２の他端部と
を軸２３で軸支することで、可動ヨーク１５の一端部に
連結板２２を旋回自在に軸支している。連結板２２の他
端部にはを挿入することで、連結板２２の他端部を固定
子１′の他端部に旋回自在に軸支している。Reference numeral 21 denotes a field magnet, in which N and S 'ri poles are alternately fixed by means of bonding or the like. Field magnet 21
is not integral, but may be formed of magnetic pole segments. A protrusion 15b is integrally formed at one end of the movable yoke 15, and the protrusion 15b and the other end of the joint connecting plate 22 are supported by a shaft 23, so that the one end of the movable yoke 15 A connecting plate 22 is rotatably supported on the shaft. By inserting into the other end of the connecting plate 22, the other end of the connecting plate 22 is pivotably supported on the other end of the stator 1'.

（動作）電してやると、フレミングの左手の法則により矢印Ａ方
向の推力が発生するので、移動子２が矢印Ａ方向に移動
する。このことにより連結板２２が矢印Ｂ方向に旋回す
るので、固定子１′が矢印Ｃ方向に旋回する。同時に移
動子２′も矢印Ｃ方向に旋回する。すなわち固定子１′
及び移動子２′からなる直流リニアモータ３が矢印Ｃ方
向に旋回するので、この先に取り着けられた図示しない
直流リニアモータやマニュピレータも同方向に旋回する
。上記と逆の方向に固定子１′及び移動子２′からなる
直流リニアモータ３等を旋回するには、上記と逆方向の
通電を行ない、移動子２′を反矢印Ａ方向に移動させれ
ば良い。この旋回量は図示しないエンコーダによって知
ることができ、また最大旋回量は連よ語根等を適宜設計することによってｆｔされるものであ
る。また上記したように移動子２の移動量は、光学的リ
ニアエンコーダ１１によって知ることができる。固定子
１′及び移動子２′〜有する直流リニアモータ６の一端
部に取り付けた図示しない他の直流リニアモータ等を旋
回させるには、上記固定子１′及び移動子２′を有する
直流リニアモータを駆動すれば良い。(Operation) When electricity is applied, thrust in the direction of arrow A is generated according to Fleming's left hand rule, so the mover 2 moves in the direction of arrow A. This causes the connecting plate 22 to pivot in the direction of arrow B, so that the stator 1' pivots in the direction of arrow C. At the same time, the mover 2' also rotates in the direction of arrow C. That is, stator 1'
Since the DC linear motor 3 consisting of the movable member 2' and the moving element 2' rotates in the direction of arrow C, the DC linear motor and manipulator (not shown) attached at the end also rotate in the same direction. To rotate the DC linear motor 3, etc., which consists of the stator 1' and the slider 2', in the opposite direction to the above, energize in the opposite direction to the above and move the slider 2' in the opposite direction of arrow A. Good. The amount of rotation can be determined by an encoder (not shown), and the maximum amount of rotation can be determined by appropriately designing the roots of words and the like. Furthermore, as described above, the amount of movement of the mover 2 can be determined by the optical linear encoder 11. In order to rotate another DC linear motor (not shown) attached to one end of the DC linear motor 6 having the stator 1' and the mover 2', the DC linear motor having the stator 1' and the mover 2' is rotated. All you have to do is drive it.

（第２実施例）り４の両面にプリント配線基板６を介して電機子コイル
７群からなるステータ電機子を形成し、それぞれのステ
ータ電機子と対向する部分〈可動ヨーク１５に界磁マグ
ネット２１を固設して形成した移動子２を対向させたも
のである。このような推力の倍加を図った直流リニアモ
ータを用いても良いことを示しているもので、原理的に
は第１実施例で示した声ので、特に詳細な説明は省略す
る。(Second Embodiment) A stator armature consisting of 7 groups of armature coils is formed on both sides of the yoke 4 via a printed wiring board 6, and a field magnet 21 is formed on the movable yoke 15 in the portion facing each stator armature. The movable elements 2, which are formed by fixedly installing the movable elements 2, are opposed to each other. This shows that it is possible to use a DC linear motor that doubles the thrust, and since the principle is the same as shown in the first embodiment, a detailed explanation will be omitted.

（その他の実施例）上記例においては、可動マグネット型直流リニアモータ
を示したが、可動コイル型であっても良く、またコイル
が重なっていないタイプのものを示したが、コイル重畳
型であっても良く、ボイスコイル型すニアモータ等地の
形式のりニアモータを用いて良いことは言うまでもない
。(Other Examples) In the above example, a moving magnet type DC linear motor is shown, but a moving coil type may also be used.Although a type in which the coils do not overlap is shown, a coil overlapping type may also be used. Needless to say, a voice coil type linear motor such as a voice coil type linear motor may be used.

（効果）本発明の関節リニア駆動装置は、リニアモータを用いて
いるので、応答性が良く、構造が極めて簡単なものとな
るので、安価に量産できる効果がある。また上記した直
流リニアモータを用いるとその性能も著しく向上し、従
来に見られなかったロボット等に適する小型の関節駆動
装置が得られる効果がある。(Effects) Since the joint linear drive device of the present invention uses a linear motor, it has good responsiveness and has an extremely simple structure, so it has the advantage of being mass-produced at low cost. Further, when the above-mentioned DC linear motor is used, its performance is significantly improved, and a compact joint drive device suitable for robots and the like, which has not been seen before, can be obtained.

[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明第１実施例の基本的構成を示す斜視図で
、同図ｆａｌは固定子の斜視図を、同図（ｂ）は移動子
の斜視図を示している。第２図は第１図のりニアモータ
主要部の縦断面図、第３図は他の例としての両面配置形
リニアモータ主要部の縦断面図である。１．１′・パ・固定子、　２，２′・・・移動子、　３
・・・直流リニアモータ、４・・・ステータヨーク　５
・・・ガイド溝、　６・・・プリント配線基板、　７・
・・電機子コイル、　７ａ、７ａ’・・・推力に寄与す
る導体部、７ｂ、７ｂ’・・・推力に寄与しない導体部
、　８，９・・・端子、１０・・・リード線、１１・・
・光学的リニアエンコーダ、１２−１．１２−２・・・
発光素子、１３・・・インデックス、１４・・・光電変
換素子、１５・・・可動ヨーク、１６・・・リニアスケ
ール、１７・・・軸、１８・・・軸挿入孔、１９・・・
折曲突設部、　２０・・・ガイドローラ、２１・・・界
磁マグネット、　２２・・・関節用連結板。FIG. 1 is a perspective view showing the basic structure of the first embodiment of the present invention, fal shows a perspective view of a stator, and FIG. 1B shows a perspective view of a mover. 2 is a longitudinal sectional view of the main part of the linear motor shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the main part of a double-sided linear motor as another example. 1. 1'・Pa・Stator, 2, 2'... Mover, 3
...DC linear motor, 4...Stator yoke 5
... Guide groove, 6... Printed wiring board, 7.
... Armature coil, 7a, 7a'... Conductor portion that contributes to thrust, 7b, 7b'... Conductor portion that does not contribute to thrust, 8, 9... Terminal, 10... Lead wire, 11・・・
・Optical linear encoder, 12-1.12-2...
Light emitting element, 13... Index, 14... Photoelectric conversion element, 15... Movable yoke, 16... Linear scale, 17... Shaft, 18... Shaft insertion hole, 19...
Bent protrusion, 20... Guide roller, 21... Field magnet, 22... Joint plate.

Claims

[Claims]

(1) A joint linear drive device characterized in that a plurality of linear linear motors are rotatably connected via a joint mechanism, and by driving a predetermined linear motor, the linear linear motor beyond that motor is driven to pivot.

(2) In the above-mentioned linear motor, the stator and the mover perform relative linear motion, and the armature is placed on one of the opposing surfaces of the stator or the mover, and the field is placed on the other side. The joint linear drive device according to claim (1), characterized in that it is provided with a magnet.

(3) Each of the stators of the plurality of linear motors is
A connecting member is connected in turn to the other end of another stator located next to it, and one end of each of the plurality of movers is rotatably connected to the stator of the near motor. The joint linear drive device according to claim 1 or claim 2, characterized in that the connecting portion of the plurality of linear motors has a joint portion by being rotatably connected to the other end portion.