直线-旋转复合致动器系统技术方案

本发明专利技术提供一种能够通过闭环控制来控制动子轴的旋转角度的直线-旋转复合致动器系统。该直线-旋转复合致动器系统具备：轴部件，其能够在轴线方向上进行直线运动，且能够绕轴线进行旋转运动；中空的转子，其包围轴部件；旋转电动机的定子，其形成收容转子的空间，并且使转子绕轴线旋转；直动轴承，其与转子一同旋转，将旋转电动机的转子的旋转传递给轴部件，并且允许轴部件进行直线运动；角度测定装置，其测定转子的旋转角度；旋转电动机用驱动器，其控制旋转电动机，使角度测定装置测定的旋转电动机的转子的旋转角度与指令值一致。通过控制旋转电动机的转子的旋转角度，控制轴部件的旋转角度。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2009年9月29日、申请号为200980138793.0、发明名称为“直线-旋转复合致动器”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及使工具等移动体向Z轴方向做直线运动、且绕Z轴的θ方向做旋转运动的直线-旋转复合致动器系统。
技术介绍
工业用机器人中，有时装入使移动体沿Z轴方向移动，且使其绕Z轴沿θ方向旋转的直线-旋转复合致动器。例如，芯片底架的头轴要求使吸附电子器件的吸附盘、工具等移动体沿Z轴方向进行直线运动、且绕Z轴旋转。移动体向Z轴方向的直线运动需要在印制电路板的表面安装电子器件，移动体向θ方向的旋转运动需要对电子器件的旋转角度进行定位。作为可进行直线运动和旋转运动的直线-旋转复合致动器，专利文献1中公开有一种将直线脉冲电动机和旋转脉冲电动机在轴线方向结合的线性-旋转复合型脉冲电动机。该线性-旋转复合型脉冲电动机中，将旋转脉冲电动机的转子制成中空轴，在该中空轴内配置带止转机构的花键轴承。线性脉冲电动机的动子(移动件)轴滑动自如地贯通花键轴承内，线性脉冲电动机使动子轴在Z轴方向进行直线运动。旋转脉冲电动机的旋转方向的输出经由花键轴承向动子轴传递。动子轴通过旋转脉冲电动机在θ方向进行旋转运动。该线性-旋转复合型脉冲电动机中，由于采用动子轴的梳齿和定子的梳齿对置的线性步进电动机，所以不需要对减小动子轴和定子的空隙的一定的值进行管理。为使动子轴和定子之间的空隙的管理容易，专利文献2中公开有代替线性脉冲电动机采用线性同步电动机的线性-旋转复合型电动机。该线性同步电动机具备具有在轴线方向上磁化的一个以上的永久磁铁的动子轴、包围动子轴且由在轴线方向上层叠的多个线圈构成的定子。在线性同步电动机的轴线方向的一端部结合旋转电动机。旋转电动机的转矩经由滑动轴承向动子轴传递。以可以向动子轴传递旋转的方式将滑动轴承的导向孔形成为剖面四角形。专利文献1：日本特开平8-237931号公报专利文献2：日本特开2006-311715号公报
技术实现思路
但是，在专利文献1及专利文献2中记载的线性-旋转复合型电动机中，为使动子轴旋转而使用旋转脉冲电动机。该旋转脉冲电动机被开路控制，使动子轴旋转与赋予的脉冲数成比例的一定角度。但是，开路控制的旋转脉冲电动机存在难以进行脱调、振动、高速旋转的问题。因此，本专利技术的目的在于，提供一种能够通过闭环控制来控制动子轴的旋转角度的直线-旋转复合致动器。为解决所述本专利技术目的，本专利技术其它方面提供一种直线-旋转复合致动器系统，其特征在于，具备：轴部件，其能够在轴线方向上进行直线运动，且能够绕轴线进行旋转运动；中空的转子，其包围所述轴部件；旋转电动机的定子，其形成收容所述转子的空间，并且使所述转子绕轴线旋转；直动轴承，其与所述转子一同旋转，将所述旋转电动机的转子的旋转传递给所述轴部件，并且允许所述轴部件进行直线运动；角度测定装置，其测定所述转子的旋转角度；旋转电动机用驱动器，其控制所述旋转电动机，使所述角度测定装置测定的所述旋转电动机的转子的旋转角度与指令值一致，所述轴部件为具有沿轴线方向延伸的滚动体滚道部的花键轴，所述直动轴承为花键螺母，该花键螺母具有：包括与所述花键轴的所述滚动体滚道部对置的负荷滚动体滚道部的滚动体循环路径、在该滚动体循环路径上排列的多个滚动体，所述花键螺母夹着所述旋转电动机的定子设置两个，通过控制所述旋转电动机的转子的旋转角度，控制所述轴部件的旋转角度。专利技术效果根据本专利技术，设置测定中空的转子的旋转角度的角度测定装置，且控制不能在轴线方向移动的旋转电动机的转子的旋转角度，由此控制在轴线方向上移动的轴部件的旋转角度，因此，容易进行轴部件的旋转角度的控制。与之相对，假如直接通过角度测定装置测定轴部件的旋转角度，则轴部件不仅进行旋转，而且在轴线方向也进行直线运动，因此，产生需要覆盖轴部件的轴线方向的移动范围的细长的角度测定装置。附图说明图1是本专利技术第一实施方式的直线-旋转复合致动器的立体图；图2是线性电动机的立体图(包含一部分剖面)；图3是表示被线圈支架保持的线圈单元的立体图；图4是表示线性电动机的工作原理的图；图5是旋转电动机的立体图；图6是旋转电动机的剖面图；图7是拆下了壳体的状态的旋转电动机的立体图；图8是表示花键螺母的立体图(包含一部分剖面)；图9是第一筒状部件的立体图；图10是第二筒状部件的立体图；图11是旋转电动机的永久磁铁及线圈的侧视图；图12是本专利技术第二实施方式的直线-旋转复合致动器的旋转电动机的立体图；图13是图12的旋转电动机的剖面图；图14是图13的XVI部放大图；图15是轴承固定部的详细图；图16是嵌合部的立体图；图17是表示拧入两个花键螺母而组装于花键轴的状态的立体图；图18是本专利技术一实施方式的直线-旋转复合致动器系统的系统结构图；图19是旋转电动机的控制系统的块图；图20是表示磁传感器和转子的位置关系的图；图21是表示磁传感器的原理的立体图；图22是表示磁场的方向的角度θ和磁传感器的电阻值的关系的图表；图23是表示在转子上产生的磁场和磁传感器的位置关系的图；图24是表示磁传感器检测的磁向量的方向和输出电压的关系的图表；图25是表示二组全桥结构的磁传感器的图(图中(A)是表示磁传感器的强磁性薄膜金属的形状的俯视图、图中(B)为等效电路图)；图26是表示从磁传感器输出的正弦波状信号及余弦波状信号的图表；图27是表示转子和磁传感器的位置关系及磁传感器的输出信号的概念图；图28是表示通过正弦波及余弦波描绘的李萨如图形的图；图29是位置检测电路的结构图；图30是查表存储器的存储器结构图。具体实施方式基于附图对本专利技术第一实施方式的直线-旋转复合致动器进行详细说明。图1是表示直线-旋转复合致动器的立体图。该直线-旋转复合致动器为可进行直线驱动和旋转驱动的复合致动器，将线性电动机1和旋转电动机2在轴线方向上结合。在直线-旋转复合致动器的壳体1a、2a上沿轴线方向可直线运动且可绕轴线旋转地支承轴部件3。轴部件3为将作为线性电动机1的动子轴的杆5和花键轴4在轴线方向上连接而成的。线性电动机1使轴部件3做直线运动，旋转电动机2使轴部件3做旋转运动。轴部件3的长度方向的一端部3a从壳体露出。在该轴部件3的一端部3a安装吸附盘、工具等移动体。直线-旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直线‑旋转复合致动器系统，其特征在于，具备：轴部件，其能够在轴线方向上进行直线运动，且能够绕轴线进行旋转运动；中空的转子，其包围所述轴部件；旋转电动机的定子，其形成收容所述转子的空间，并且使所述转子绕轴线旋转；直动轴承，其与所述转子一同旋转，将所述旋转电动机的转子的旋转传递给所述轴部件，并且允许所述轴部件进行直线运动；角度测定装置，其测定所述转子的旋转角度；旋转电动机用驱动器，其控制所述旋转电动机，使所述角度测定装置测定的所述旋转电动机的转子的旋转角度与指令值一致，所述轴部件为具有沿轴线方向延伸的滚动体滚道部的花键轴，所述直动轴承为花键螺母，该花键螺母具有：包括与所述花键轴的所述滚动体滚道部对置的负荷滚动体滚道部的滚动体循环路径、在该滚动体循环路径上排列的多个滚动体，所述花键螺母夹着所述旋转电动机的定子设置两个，通过控制所述旋转电动机的转子的旋转角度，控制所述轴部件的旋转角度。

【技术特征摘要】
2008.09.30 JP 2008-2550731.一种直线-旋转复合致动器系统，其特征在于，具备：
轴部件，其能够在轴线方向上进行直线运动，且能够绕轴线进行旋转
运动；
中空的转子，其包围所述轴部件；
旋转电动机的定子，其形成收容所述转子的空间，并且使所述转子绕
轴线旋转；
直动轴承，其与所述转子一同旋转，将所述旋转电动机的转子的旋转
传递给所述轴部件，并且允许所述轴部件进行直线运动；
角度测定装置，其测定所述转子的旋转角度；
旋转电动机用驱动器，其控制所述旋转电动机，使所述角度测定装置
测定的所述旋转电动机的转子的旋转角度与指令值一致，
所述轴部件为具有沿轴线方向延伸的滚动体滚道部的花键轴，
所述直动轴承为花键螺母，该花键螺母具有：包括与所述花键轴的所
述滚动体滚道部对置的负荷滚动体滚道部的滚动体循环路径、在该滚动体
循环路径上排列的多个滚动体，
所述花键螺母夹着所述旋转电动机的定子设置两个，
通过控制所述旋转电动机的转子的旋转角度，控制所述轴部件的旋转
角度。
2.如权利要求1所述的直线-旋转复合致动器系统，其特征在于，
所述直线-旋转复合致动器系统还具备：
安装所述旋转电动机的定子的壳体、
设于所述转子的轴线方向两端部和所述壳体之间且引导所述转子绕
轴线旋转的一对轴承，
所述转子具有：通过所述旋转电动机的定子驱动旋转的主体部、与所
述主体部的端部连结且收容所述花键螺母的花键螺母收容部，
所述主体部与所述花键螺母收容部以如下方式嵌合，即，能够将所述
主体部的旋转传递给所述花键螺母收容部，且具有使所述花键螺母收容部
相对于所述主体部能够在轴线方向上移动的游隙。
3.如权利要求2所述的直线-旋转复合致动器系统，其特征在于，
所述转子与所述一对轴承内圈的轴线方向的内侧抵接，
所述壳体与所述一对轴承外圈的轴线方向的外侧抵接，
所述一...

【专利技术属性】
技术研发人员：浅生利之，山中修平，久濑孝幸，
申请(专利权)人：THK株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP