(57)【要約】【課題】多段ステージよりなる伸縮アームにおいて、ワークを安全かつ正確に、そしてより短時間で移動することである。【解決手段】多段ステージは、複数のステージ２３、２４、２５が相対移動可能に支持された多段ステージであって、駆動力を各ステージに伝達する共通の駆動・伝達手段２１、２２、２６〜３３と複数の伝達可変手段Ｌ１〜Ｌ３、ＭＧ１〜ＭＧ６を有し、各伝達可変手段が各ステージに駆動・伝達手段から伝達する駆動力の伝達率を互いに独立して制御可能になるよう構成されている。【選択図】　　　図１
2004046655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のステージが相対移動可能に支持された多段ステージにおいて、駆動力を前記各々のステージに伝達する共通の駆動・伝達手段と複数の伝達可変手段を有し、各々の伝達可変手段が各々のステージに駆動・伝達手段から伝達する駆動力の伝達率を互いに独立して制御可能になるよう構成されたことを特徴とする多段ステージ。
【請求項２】
１つのステージから次段のステージに移動が切り替わって行く過程で、最終段のステージ上の搬送対象に衝撃が伝わらない程度に最終段のステージの速度変化が十分滑らかに行われる様に、各々の伝達可変手段が各々のステージに駆動・伝達手段から伝達する駆動力の伝達率を互いに独立して制御可能になるよう構成されたことを特徴とする請求項１記載の多段ステージ。
【請求項３】
最終段のステージ上の搬送対象が加速過程、定速過程、減速過程を経て搬送される様に、各々の伝達可変手段が各々のステージに駆動・伝達手段から伝達する駆動力の伝達率を互いに独立して制御可能になるよう構成されたことを特徴とする請求項２記載の多段ステージ。
【請求項４】
共通の駆動・伝達手段は、サーボモータ、エンコーダ、プーリ、ワイヤーやベルト類を含んで構成され、各々の伝達手段は、各々のステージに対する電磁ブレーキを含んで構成され、共通の駆動・伝達手段及び各々の伝達可変手段は、内部バス、該内部バスに接続されたＭＰＵ、多段ステージ制御プログラムと電磁ブレーキ制御の基礎データを記憶する該内部バスに接続されたＲＯＭ、該ＲＯＭに記憶された電磁ブレーキ制御の基礎データからその制御の精度を上げるための補正データを記憶する該内部バスに接続されたＲＡＭ、該内部バスに接続された位置決めコントローラ、該位置決めコントローラに接続されたサーボドライバ、該内部バスと該位置決めコントローラに接続された電磁ブレーキコントローラ、該電磁ブレーキコントローラに接続された電磁ブレーキドライバを含む制御部で制御されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の多段ステージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多段ステージよりなるアームの伸縮によりワーク等（以下、単にワークという場合にも、ワーク等の搬送対象を指すものとする）の移動を行う装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、多段ステージよりなる伸縮アームでワークを安全に移動するのに、▲１▼各ステージを低速で動作し、ストローク端で機械的な衝撃吸収機構を設けて、衝撃を緩和する。▲２▼各ステージを高速で駆動し、ストローク端の手前で減速停止し、次のステージを起動することで衝撃を避ける。といった２つの方法がとられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの方法は、ワークを安全かつ正確に、そしてより短時間で移動するという点で、いまだ充分ではない。そこで、本発明は、多段ステージよりなる伸縮アームにおいて、その伸縮時に各ステージがストロークの限界に達したときに生ずる衝撃的な速度変動により起こる伸縮アームの先端に保持されたワークの姿勢の乱れやワークの破損、さらにはワークの脱落を防止し、また各ステージの加減速によるワーク移動時間を短縮し、ワークを安全かつ正確に、そしてより短時間で移動することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の多段ステージは、複数のステージが相対移動可能に支持された多段ステージであって、駆動力を各々のステージに伝達する共通の駆動・伝達手段と複数の伝達可変手段を有し、各々の伝達可変手段が各々のステージに駆動・伝達手段から伝達する駆動力の伝達率を互いに独立して制御可能になるよう構成されたことを特徴とする。
【０００５】
この基本構成に基づいて次の様な態様が可能である。
１つのステージから次段のステージに移動が切り替わって行く過程で、最終段のステージ上の搬送対象に衝撃が伝わらない程度に最終段のステージの速度変化が十分滑らかに行われる様に、各々の伝達可変手段が各々のステージに駆動・伝達手段から伝達する駆動力の伝達率を互いに独立して制御可能になるよう構成され得る。さらには、最終段のステージ上の搬送対象が加速過程、定速過程、減速過程を経て搬送される様に、各々の伝達可変手段が各々のステージに駆動・伝達手段から伝達する駆動力の伝達率を互いに独立して制御可能になるよう構成され得る。また、共通の駆動・伝達手段は、サーボモータ、エンコーダ、プーリ、ワイヤーやベルト類を含んで構成され、各々の伝達手段は、各々のステージに対する電磁ブレーキを含んで構成され、共通の駆動・伝達手段及び各々の伝達可変手段は、内部バス、該内部バスに接続されたＭＰＵ、多段ステージ制御プログラムと電磁ブレーキ制御の基礎データを記憶する該内部バスに接続されたＲＯＭ、該ＲＯＭに記憶された電磁ブレーキ制御の基礎データからその制御の精度を上げるための補正データを一次的に記憶する該内部バスに接続されたＲＡＭ、該内部バスに接続された位置決めコントローラ、該位置決めコントローラに接続されたサーボドライバ、該内部バスと該位置決めコントローラに接続された電磁ブレーキコントローラ、該電磁ブレーキコントローラに接続された電磁ブレーキドライバを含む制御部で制御され得る。
【０００６】
典型的には、本発明では、多段ステージよりなる伸縮アームにおいて、各ステージの両端に永久磁石を、その間に電磁コイルを個別設置し、それらの電磁コイルが発生する電磁力を個別制御することで、ステージの起動順序と各ステージの移動速度を管理し、最上段のステージすなわちワークを保持しているステージの絶対速度が、見かけ上、１軸ステージの制御と同様に行える様にしている。これにより、多段ステージよりなる伸縮アームがワークを移動するとき、１軸のステージと同様に、例えば、加速・定速・減速といった一連の動作が円滑になり、上記課題であるワークの姿勢の乱れやワークの破損、さらにワークの脱落の防止、ワーク移動時間の短縮が行え、ワークを安全かつ正確に、そしてより短時間で移動することが可能になる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる多段ステージの一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係わる多段ステージの実施形態を３段ステージを例に示したものである。図１に示す様に、この多段ステージは多段ステージ機械部２のように段構造を成し、多段ステージ制御部１はブロック図で示す様な構成を有し、多段ステージの機械部３はその詳細で示す様な構成を有する。多段ステージ制御部１において、ＭＰＵ１２は、内部バス１１に接続されたＲＯＭ１３に予め記憶させた多段ステージ制御プログラムに従って、内部バス１１に接続された位置決めコントローラＰＣＵ１５に位置決め指令と速度指令を与える。そして、ＰＣＵ１５はサーボドライバＳＲＶＤＲＶ１６に指令パルスを出力する。ＳＲＶＤＲＶ１６は、その指令パルスとエンコーダＥＮＣ２１からのフィードバックパルスによりサーボモータＳＶＭ２２を図２のＶａと同様な速度特性で制御する。図１の多段ステージの機械部３のサーボモータ２２の駆動力は、プーリ２６Ｐ１、２７Ｐ２、２８Ｐ３、２９Ｐ４、３０Ｐ５、３１Ｐ６、３２Ｐ７やワイヤー、ベルト類３３により各々のステージ２３、２４、２５に伝達されステージが移動するようになっている。これらサーボモータ２２、プーリ２６Ｐ１〜３２Ｐ７、ワイヤー、ベルト類３３により各ステージに共通の駆動・伝達手段が構成される。
【０００８】
各々のステージ２３、２４、２５の移動部には永久磁石ＭＧ１〜ＭＧ６が、各々のステージの固定部には電磁コイルＬ１〜Ｌ３が図１に示すように配置され、それらにより伝達可変手段である電磁ブレーキが構成される。この電磁ブレーキとは、ＭＰＵ１２が、ＲＯＭ１３に記憶させた多段ステージ部の多段ステージ制御プログラムに従って電磁ブレーキコントローラＭＢＣ１７に、位置に対応する電磁力データ（これはＭＰＵ１２が、ＲＯＭ１３に記憶された電磁ブレーキ制御の基礎データより電磁ブレーキ制御の精度を上げるための補正データを算出しＲＡＭ１４に該補正データを生成し、電磁ブレーキコントローラＭＢＣ１７のデータテーブルに書き込んだもの）を与え、ＭＢＣ１７はこの情報と位置決めコントローラＰＣＵ１５からの位置情報により電磁ブレーキドライバＭＢＤＲＶ１８を制御し、ＭＢＤＲＶ１８は電磁コイルＬ１〜Ｌ３に電磁力を発生させ、この電磁力と永久磁石ＭＧ１〜ＭＧ６によりブレーキの効果を発生させるものである。サーボモータ２２、プーリ２６〜３２、ワイヤー、ベルト類３３からなる共通の駆動・伝達手段から各々のステージに伝達される駆動力は、この伝達可変手段である電磁ブレーキにより個別に制御されて、ワイヤー、ベルト類３３の移動速度１に対し、各々のステージは独立しては静止状態であったり、例えば、１／ｎ（ｎ＝１，２，３・・・）の移動速度で移動する機構になっている。この様にして、図２に示される速度特性で各ステージ及び３段ステージａ点（ここにワークが保持される）の移動が制御される。
【０００９】
【実施例】
以上のように構成された多段ステージの一実施例を図面を参照して説明する。図３は、本実施例に係わる多段ステージのシステム詳細構成を制御部ハードとソフト及び機械部の制御の流れを中心に示したものである。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本実施例に係わる多段ステージシステムの機能を実現させるプログラム、すなわち多段ステージ制御プログラムの動作をフローチャートで示したものである。また、図５は電磁ブレーキコントローラ、図６は電磁ブレーキドライバをブロック図で示したものである。以下、それらの図を参照して本実施例に係わる多段ステージの動作を構成と共に説明する。
【００１０】
システムの電源が立ち上がると、図３の多段ステージ制御部１のＭＰＵ１２により、ＲＯＭ１３に記憶された図３の多段ステージ制御ソフト４の多段ステージ制御プログラムＰ２が実行される。多段ステージ制御プログラムＰ２は図４（ａ）のフローチャートで示すように、初期化処理部Ｐ２１を起動し、次にステージ制御部Ｐ２２を起動する。初期化処理部Ｐ２１は図４（ｂ）のフローチャートで示すように初期化処理が必要か否かを判断し、必要ならば、図３の多段ステージ制御部１の電磁ブレーキコントローラＭＢＣ１７に対して指令電圧を０Ｖ（電磁ブレーキ力０）、電磁ブレーキドライバＭＢＤＲＶ１８の出力リレーＲ１〜Ｒ３をＯＮにする。そして、図３のＲＯＭ１３に記憶された電磁ブレーキ制御の基礎データからその制御の精度を上げるための補正データを算出し、図３のＲＡＭ１４に格納する。次に、図３のＲＡＭ１４に格納されたデータのうち、前進−加速時の原点からの絶対位置データとそれに対応する電磁ブレーキ力データを図５の電磁ブレーキコントローラのブロック図のデータテーブルＲＡＭＴＢＬ１に、同様に前進−減速時のデータをＲＡＭＴＢＬ２に、後退−加速時のデータをＲＡＭＴＢＬ３に、後退−減速時のデータをＲＡＭＴＢＬ４に、ステージアームが円滑に動作するように適切な位置間隔で設定する。しかも、各ステージ２３、２４、２５に対応するチャンネル毎に絶対位置データと電磁ブレーキ力データの設定を行う。
【００１１】
次に、位置決めコントローラＰＣＵ１５に対し多段ステージの伸縮速度、すなわち図２のＶａｍａｘ最大値の設定、加減速レートＶａａ、Ｖａｂを設定し、ステージアームの移動範囲を設定する。多段ステージを収縮端位置（各ステージの後退端を検出するセンサーとエンコーダＥＮＣ２１の零相信号により決まる位置）に戻す。この位置をステージアームの原点とする。これで初期化処理を終了する。
【００１２】
ステージ制御部Ｐ２２は、図４（ｃ）のフローチャートで示すようにステージ起動命令が出たとき移動方向をチェックし以下の処理を行う。
【００１３】
（１）前進（伸長）の場合
電磁ブレーキ制御部Ｐ２４を起動し、図５の電磁ブレーキコントローラＭＢＣのコントロールステータスレジスタＣＳＲに方向を前進とし、動作を起動にする。これにより図３の電磁ブレーキコントローラＭＢＣ１７は動作状態になる。次に、位置決め制御部Ｐ２３を起動し、図３の位置決めコントローラＰＣＵ１５に移動位置を設定し、起動する。これにより、位置決めコントローラＰＣＵ１５から図３のサーボドライバＳＲＶＤＲＶ１６に指令パルスが出力され、サーボドライバＳＲＶＤＲＶ１６はその指令パルスとサーボモータＳＶＭ２２に直結されたエンコーダＥＮＣ２１からのフィードバックパルスを比較しながらサーボモータＳＶＭ２２の回転速度と回転量を制御する。こうして、サーボモータＳＶＭ２２に直結されたプーリ２６Ｐ１と各ステージにサーボモータＳＶＭ２２の回転駆動力を伝達するプーリ２７Ｐ２〜プーリ３２Ｐ７とワイヤーやベルト類３３が回転又は移動し、ワイヤやベルト類３３とすべり調整機構により結合されたステージが移動する。このとき、図５の電磁ブレーキコントローラはステージ２３、２４、２５に対応するチャンネルごとに独立して、次の動作を行う。
【００１４】
図５のブレーキコントローラＭＢＣの電磁ブレーキ力データ選択ＳＥＬＭＦＤが、図３の位置決めコントローラＰＣＵ１５から出力されるワイヤーやベルト類３３の原点からの現在位置情報と、図５の電磁ブレーキ力データテーブルＲＡＭＴＢＬ１の絶対位置データを比較し、一致したらそれに対応する電磁ブレーキ力データを電磁ブレーキ力データテーブルＲＡＭＴＢＬ１から読み取りデジタル−アナログ変換器ＤＡＣに出力する。デジタル−アナログ変換器ＤＡＣは電磁ブレーキ力データを電磁力指令電圧に変換し、図３の電磁ブレーキドライバＭＢＤＲＶに出力する。図６の電磁ブレーキドライバＭＢＤＲＶでは電磁力指令電圧に従って各電磁コイルＬ１〜Ｌ３に駆動電流を供給し、所定の電磁力を発生させる。この動作を現在位置情報と、図５の電磁ブレーキ力データテーブルＲＡＭＴＢＬ１の絶対位置データが一致するたびに繰り返す。こうして、図３の各ステージ２３〜２５の永久磁石ＭＧ２、ＭＧ４、ＭＧ６と電磁コイルＬ１〜Ｌ３による電磁力の極性で正（斥力）又は負（引力）の電磁ブレーキが発生し、電磁力の強さで電磁ブレーキ力が決まる。以上により、ステージアームの見かけ上の動作に対する各ステージの動作は次のようになる。
【００１５】
▲１▼加速動作
ワイヤーやベルト類３３がステージアームを前進（伸長）させる方向に加速しながら移動し始めたとき、最初に起動するステージ（以下、第１ステージ）の電磁ブレーキ力を０にし、他のステージは負の最大電磁ブレーキ力を発生させて停止させることで、ステージアームの移動速度とワイヤーやベルト類３３の移動速度が同一になるようにする。
【００１６】
▲２▼定速動作
第１ステージが定速で移動しストローク限界に近づくと、第１ステージに正の最大電磁ブレーキ力を発生させ、ストローク限界に近づくごとに正の電磁ブレーキ力を弱めてストローク限界で負の最大電磁ブレーキ力を発生させることで、第１ステージは減速して停止する。次に動作するステージ（以下、第２ステージ）は、第１ステージに正の最大電磁ブレーキ力を発生させると同時に負の電磁ブレーキ力を徐々に弱め始め電磁ブレーキ力を０にすることで、加速し始めて定速移動過程に入る。さらに、第２ステージが定速で移動しストローク限界に近づくと、前述と同様に第２、第３ステージが動作し始め、第２ステージは減速して停止し、第３ステージは加速し始めて定速移動過程に入る。このとき、３段ステージａ点の定速過程において図２の各ステージの速度関係が成り立つように電磁ブレーキが制御される。
【００１７】
▲３▼減速動作
第３ステージが定速で移動しストローク限界に近づくと、第３ステージに正の最大電磁ブレーキ力を発生させ、ストローク限界に近づくごとに正の電磁ブレーキ力を弱めてストローク限界で負の最大電磁ブレーキ力を発生させることで、第３ステージは減速して停止する。こうしてステージアームの前進（伸長）動作が終了する。
【００１８】
（２）後退（収縮）の場合
電磁ブレーキ制御部Ｐ２４を起動し、図５の電磁ブレーキコントローラのコントロールステータスレジスタＣＳＲに方向を後退とし、動作を起動にする。以下（１）の場合と同様で、図５の電磁ブレーキコントローラはステージに対応するチャンネルごとに独立して、次の動作を行う。
【００１９】
図５のブレーキコントローラＭＢＣの電磁ブレーキ力データ選択ＳＥＬＭＦＤが、図３の位置決めコントローラＰＣＵ１５から出力されるワイヤーやベルト類３３の原点からの現在位置情報と、図５の電磁ブレーキ力データテーブルＲＡＭＴＢＬ３の絶対位置データを比較し、一致したらそれに対応する電磁ブレーキ力データを電磁ブレーキ力データテーブルＲＡＭＴＢＬ３から読み取りデジタル−アナログ変換器ＤＡＣに出力する。以下上記（１）と同様な動作を行い、図３の各ステージ２３〜２５の永久磁石ＭＧ１、ＭＧ３、ＭＧ５と電磁コイルＬ１〜Ｌ３による電磁力の極性で正（斥力）又は負（引力）の電磁ブレーキを発生させ、電磁力の強さで電磁ブレーキ力を決める。以上により、ステージアームの見かけ上の動作に対する各ステージの動作は次のようになる。
【００２０】
▲１▼加速動作
ワイヤーやベルト類３３がステージアームを後退（収縮）させる方向に加速しながら移動し始めたとき、最初に起動するステージ（以下、第１ステージ）の電磁ブレーキ力を０にし、他のステージは負の最大電磁ブレーキ力を発生させて停止させることで、ステージアームの移動速度とワイヤーやベルト類３３の移動速度が同一になるようにする。
【００２１】
▲２▼定速動作
第１ステージが定速で移動しストローク限界に近づくと、第１ステージに正の最大電磁ブレーキ力を発生させ、ストローク限界に近づくごとに正の電磁ブレーキ力を弱めてストローク限界で負の最大電磁ブレーキ力を発生させることで、第１ステージは減速して停止する。次に動作するステージ（以下、第２ステージ）は、第１ステージに正の最大電磁ブレーキ力を発生させると同時に負の電磁ブレーキ力を徐々に弱め電磁ブレーキ力を０にすることで、加速し始めて定速移動過程に入る。第２ステージが定速で移動しストローク限界に近づくと、前述と同様に第２、第３ステージが動作し、第２ステージは減速して停止し、第３ステージは加速し始めて定速移動過程に入る。このとき図２の関係が成り立つように電磁ブレーキを制御する。
【００２２】
▲３▼減速動作
第３ステージが定速で移動しストローク限界に近づくと、第３ステージに正の最大電磁ブレーキ力を発生させ、ストローク限界に近づくごとに正の電磁ブレーキ力を弱めてストローク限界で負の最大電磁ブレーキ力を発生させることで、第３ステージは減速して停止する。こうしてステージアームの後退（収縮）動作が終了する。
【００２３】
【発明の効果】
以上に本発明の機能・動作の説明をしたように、本発明では、複数のステージからなる多段ステージにおいて、各ステージを個別に制御し、搬送されるワークから見たとき、１軸ＮＣステージと同様に移動できる。したがって、多段ステージの各ステージのストローク端に到達したときの衝撃がなくなることや下段ステージから上段ステージに移動が切り換わって行く過程での速度変動も低減されることから、ワークの位置ずれ、破損、脱落を防止でき、搬送時間も短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる多段ステージの実施の形態を示す構成図。
【図２】本発明に係わる多段ステージの伸縮アーム及び各ステージの速度関係図。
【図３】多段ステージシステムの実施例の詳細構成図
【図４】（ａ）は多段ステージシステムのメインプログラムフローチャート、（ｂ）は多段ステージシステムの初期化処理部のフローチャート、（ｃ）は多段ステージシステムのステージ制御部のフローチャート。
【図５】電磁ブレーキコントローラのブロック図。
【図６】電磁ブレーキドライバのブロック図。
【符号の説明】
１　　多段ステージ制御部
２　　多段ステージ機械部
３　　多段ステージ機械部
４　　多段ステージ制御部ソフト
１１　　内部バス
１２　　ＭＰＵ（プログラムの解読・実行）
１３　　ＲＯＭ
１４　　ＲＡＭ
１５　　ＰＣＵ：位置決めコントローラ
１６　　ＳＲＶＤＲＶ：サーボドライバ
１７　　ＭＢＣ：電磁ブレーキコントローラ
１８　　ＥＭＢＤＲＶ：電磁ブレーキドライバ
２１　　ＥＮＣ：エンコーダ
２２　　ＳＶＭ：サーボモータ
２３　　１段目ステージ
２４　　２段目ステージ
２５　　３段目ステージ
２６〜３２　　Ｐ１〜Ｐ７：プーリ
３３　　ワイヤ、ベルト類
Ｌ１〜Ｌ３　　電磁コイル
ＭＧ１〜ＭＧ６　　永久磁石
Ｐ２　　多段ステージ制御プログラム
Ｐ２１　　初期化処理部
Ｐ２２　　ステージ制御部
Ｐ２３　　位置決め制御部
Ｐ２４　　電磁ブレーキ制御部
Ｖａ　　アーム先端の移動速度
Ｖａａ　　アーム先端の加速レート
Ｖａｂ　　アーム先端の減速レート
Ｖａｍａｘ　　アーム先端の最高速度
Ｖ１　　１段目ステージの移動速度
Ｖ１ａ　　１段目ステージの加速レート
Ｖ１ｂ　　１段目ステージの減速レート
Ｖ１ｍａｘ　１段目ステージの最高速度
Ｖ２　　２段目ステージの移動速度
Ｖ２ａ　　２段目ステージの加速レート
Ｖ２ｂ　　２段目ステージの減速レート
Ｖ２ｍａｘ　　２段目ステージの最高速度
Ｖ３　　３段目ステージの移動速度
Ｖ３ａ　　３段目ステージの加速レート
Ｖ３ｂ　　３段目ステージの減速レート
Ｖ３ｍａｘ　　３段目ステージの最高速度
ＲＡＭＴＢＬ１　　前進−加速時の原点からの絶対位置データと対応する電磁ブレーキ力データを記憶
ＲＡＭＴＢＬ２　　前進−減速時の原点からの絶対位置データと対応する電磁ブレーキ力データを記憶
ＲＡＭＴＢＬ３　　後退−加速時の原点からの絶対位置データと対応する電磁ブレーキ力データを記憶
ＲＡＭＴＢＬ４　　後退−減速時の原点からの絶対位置データと対応する電磁ブレーキ力データを記憶
ＣＳＲ　　コントロールステータスレジスタ
ＳＥＬＭＦＤ　　電磁ブレーキ力データ選択
ＤＡＣ　　デジタル−アナログ変換器
ＢＵＦ　　電磁ブレーキ力指令出力バッファ
ＢＵＦ１〜ＢＵＦ３　　電磁ブレーキ力指令入力バッファ
ＭＢＤＲＶ１〜ＭＢＤＲＶ３　　電磁ブレーキドライバ
Ｒ１〜Ｒ３　　電磁ブレーキ出力リレー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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