JP5793941B2 - Article conveying device - Google Patents
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Description
本発明は、振動により物品を搬送することが可能な物品搬送装置に関するものである。 The present invention relates to an article conveying apparatus capable of conveying an article by vibration.
従来より、物品の搬送ライン上で任意に搬送方向を変えることができる装置として、種々のタイプのものが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, various types of devices are known as devices that can arbitrarily change the conveyance direction on an article conveyance line.
例えば、特許文献1のように、物品の搬送面上に静電アクチュエータを格子状に多数配置したタイプのものがある。これは、搬送面上に多数の升形の固定子を設け、その中で搬送子をバネ部材を介して懸架しておき、固定子内の底面及び側面に設けた吸引電極を操作することによって搬送子の動作を制御することで、搬送子の上の物品を移動させるものである。
For example, as in
また、特許文献2では、物品の搬送面上に回転軸が搬送面と平行になるように小型のローラを多数配置し、それらのローラの回転と向きを制御することによって、それらに載せる物品の搬送方向を制御する技術が開示されている。
Further, in
さらに、特許文献3では、搬送面上に互いに直交する回転軸を有するローラを交互に配置し、これらのローラの回転を制御することで物品の搬送方向を制御するものが開示されている。
Further,
しかしながら、上述した先行技術に係る物品搬送装置は、静電アクチュエータや小型ローラなど多数の機器から構成され、それらを同時に駆動する必要があることから、構成が複雑になるとともに制御方式も複雑なものとなる。そのため、製造コストやメンテナンス費用が高くなる上に、機器の不具合も生じやすくなる。 However, the above-described article conveying apparatus according to the prior art is composed of a large number of devices such as electrostatic actuators and small rollers and needs to be driven at the same time, so that the configuration is complicated and the control method is also complicated. It becomes. For this reason, the manufacturing cost and the maintenance cost are increased, and the malfunction of the device is likely to occur.
また、こうした構成では、搬送する物品が接触する搬送面に凹凸が生じるため、当該凹凸の大きさに比して小さな物品は搬送することが不能となる。よって、一個の物品搬送装置で小型のものから大型のものまで幅広い大きさの物品を搬送可能とすることは困難である。 Further, in such a configuration, unevenness is generated on the transport surface that comes into contact with the article to be transported, so that it is impossible to transport an article that is smaller than the size of the unevenness. Therefore, it is difficult to transport a wide range of articles from a small to a large article with a single article transport device.
本発明は、このような課題を有効に解決することを目的としており、具体的には簡単な構成でかつ複雑な制御を要することなく、物品を搬送面上で任意の方向に搬送させることができるとともに、様々な大きさの物品を搬送可能な物品搬送装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to effectively solve such a problem. Specifically, an article can be transported in an arbitrary direction on a transport surface with a simple configuration and without requiring complicated control. An object of the present invention is to provide an article transport apparatus capable of transporting articles of various sizes.
本発明は、かかる目的を達成するために次のような手段を講じたものである。 The present invention takes the following means in order to achieve such an object.
すなわち、本発明の物品搬送装置は、基体上に弾性支持手段を介して設けられた可動台を具備し、当該可動台が振動することで可動台上に載せられた物品を搬送するものであって、前記可動台は前記弾性支持手段によって垂直方向、第1の水平方向、及び当該第1の水平方向に対して交差する第2の水平方向に弾性的に支持され、垂直方向、第1の水平方向、及び第2の水平方向の振動系を有しており、前記可動台に対して垂直方向の周期的加振力を付与する垂直加振手段と、前記可動台に対して前記第1の水平方向の周期的加振力を付与する第1の水平加振手段と、前記可動台に対して前記第1の水平加振手段による周期的加振力と交差する前記第2の水平方向に周期的加振力を付与する第2の水平加振手段と、前記各加振手段による周期的加振力を位相差を有しつつ同一の周波数で同時に発生させ前記可動台に三次元の振動軌跡を生じさせるように前記各加振手段を制御する振動制御手段と、前記各加振手段による周期的加振力の振幅と位相差を切り替える振動切替手段とを備えることを特徴とする。 That is, the article conveying apparatus of the present invention includes a movable table provided on a base via elastic support means, and conveys an article placed on the movable table when the movable table vibrates. The movable table is elastically supported by the elastic support means in the vertical direction, the first horizontal direction, and the second horizontal direction intersecting the first horizontal direction. A vertical vibration means having a vibration system in a horizontal direction and a second horizontal direction, and applying a periodic vibration force in a vertical direction to the movable table; and the first to the movable table. horizontal and first horizontal vibration means for imparting a periodic excitation force, the second horizontal intersecting the periodic excitation force by the previous SL first horizontal vibration means with respect to the carriage of A second horizontal excitation means for applying a periodic excitation force in the direction, and a period of each of the excitation means A vibration control means for controlling the respective excitation means so as to generate a three-dimensional vibration locus on the movable base by simultaneously generating an excitation force at the same frequency while having a phase difference; and by each of the excitation means Vibration switching means for switching between the amplitude and phase difference of the periodic excitation force is provided.
このように構成すると、本発明で三次元の振動軌跡と称する鉛直平面および水平面に対して傾いた平面内の楕円の軌跡あるいは平面外の立体的な軌跡を有する振動を可動台に対して生じさせることができ、振動切替手段によって当該三次元の振動軌跡の大きさおよび方向を三次元的に自由に変えることができる。そして、可動台に生じる三次元の振動軌跡を、大きさや方向の違う異なる振動軌跡に変更することにより、搬送中の物品の搬送方向を任意の方向に変更することや、任意の軌跡をとらせるようにして搬送させることが可能となるとともに、搬送速度を増減させることも可能となる。さらには、摩擦係数の異なる複数の物品を同時に搬送しつつ、搬送方向や搬送速度を独立して制御することが可能となる。 If comprised in this way, the vibration which has the locus | trajectory of the ellipse in the plane which was inclined with respect to the vertical plane called the three-dimensional vibration locus | trajectory in this invention and a horizontal surface, or a three-dimensional locus | trajectory outside a plane will be produced with respect to a movable stand. The size and direction of the three-dimensional vibration trajectory can be freely changed three-dimensionally by the vibration switching means. Then, by changing the three-dimensional vibration trajectory generated on the movable platform to a different vibration trajectory having a different size and direction, the conveyance direction of the article being conveyed can be changed to an arbitrary direction, or an arbitrary trajectory can be taken. In this way, it is possible to carry the sheet and to increase or decrease the carrying speed. Furthermore, it is possible to independently control the conveyance direction and the conveyance speed while simultaneously conveying a plurality of articles having different friction coefficients.
さらに、形状や大きさを問わず幅広い種類の物品を安定して搬送可能とするため、物品を載せる前記可動台の上面を、略平面状に構成することがより好ましい。 Furthermore, in order to stably convey a wide variety of articles regardless of their shapes and sizes, it is more preferable that the upper surface of the movable table on which the articles are placed is configured to be substantially planar.
また、物品の搬送をより安定して行うために、前記弾性支持手段が、前記可動台を前記基体に対して平行に保持しつつ弾性的に支持するように構成されていることがより好ましい。 Further, in order to carry the article more stably, it is more preferable that the elastic support means is configured to elastically support the movable base while holding the movable base in parallel.
また、人の操作により任意に物品の搬送方向を変更可能にするためには、前記物品の搬送方向を入力する搬送方向入力手段を有し、当該搬送方向入力手段からの命令に従って、前記振動切替手段が前記各加振手段による周期的加振力の振幅と位相を切り替えるように構成することが好ましい。 In addition, in order to be able to arbitrarily change the conveyance direction of the article by a human operation, it has a conveyance direction input means for inputting the conveyance direction of the article, and the vibration switching is performed according to a command from the conveyance direction input means. It is preferable that the means is configured to switch the amplitude and phase of the periodic excitation force by each of the excitation means.
さらに、前記任意の方向への物品の搬送を、搬送する物品の摩擦係数が異なっても安定して行わせるためには、搬送する物品の摩擦係数を入力する摩擦係数入力部を備え、当該摩擦係数の入力値にも基づいて前記振動切替手段が前記各加振手段による周期的加振力の振幅と位相を切り替えるように構成することがなお好ましい。 Further, in order to stably convey the article in the arbitrary direction even if the friction coefficient of the article to be conveyed is different, a friction coefficient input unit for inputting the friction coefficient of the article to be conveyed is provided. More preferably, the vibration switching means is configured to switch the amplitude and phase of the periodic excitation force by the respective excitation means based on the input value of the coefficient.
以上説明した本発明によれば、簡単な構成を採ることで、安価で優れたメンテナンス性を有しつつも、様々な形状・大きさの物品を搬送することができるとともに、複数の物品を同時に搬送しながら互いに独立して搬送方向と搬送速度とを任意に変更することができる物品搬送装置を提供することが可能となる。 According to the present invention described above, by adopting a simple configuration, it is possible to transport articles of various shapes and sizes while having low cost and excellent maintainability, and simultaneously handling a plurality of articles. It is possible to provide an article transport apparatus that can arbitrarily change the transport direction and the transport speed independently of each other while transporting.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
この実施形態の物品搬送装置1は、図1に示すように、大きくは機械装置部2と制御システム部3とから構成される。この制御システム部3は、後述するように機械装置部2に組み込まれた圧電素子71、72、73の制御を行うことで、機械装置部2にX、Y、Zの各方向の周期的加振力を与えて振動を生じさせるように構成している。
As shown in FIG. 1, the
なお、X、Y、Zの各方向は図中左下に示した座標軸に示したとおりに定義することとし、以下においてもこの座標軸に沿って説明を進めていく。 Note that the directions of X, Y, and Z are defined as indicated by the coordinate axes shown at the lower left in the figure, and the description will be made along these coordinate axes in the following.
機械装置部2は、図2および図3に示すように、大きくは床面に固定した基体4と、基体4に対して振動することで上に載せた物品9を搬送する可動台6と、可動台6を基体4に対して弾性的に支持する弾性支持手段5とから構成している。基体4はX方向に長辺を向けた長方形の平板形状をしており、その上面4aにはY方向に長辺を向けた直方体状の取付ブロック41が2個X方向に間隔を空けて平行に固設してある。基体4の下に、図示しない防振ゴム等のバネ定数の小さい弾性体を取り付ければ、設置する床に対する反力を低減させることができて好適である。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
弾性支持手段5は、基体4と連結される4本の棒状バネである第1バネ部材52と、当該第1バネ部材52によって基体4に対して水平方向に弾性的に支持される中間台51と、当該中間台51と連結され可動台6を垂直方向に弾性的に支持する4枚の板状バネである第2バネ部材53とからなる。
The elastic support means 5 includes a
Y方向に平行に配置された一対の第1バネ部材52は、それぞれ平板状に構成した下端部52bで上記取付ブロック41のX軸と直交する側面のうち外側の側面41aに連結しており、当該下端部52bより鉛直上方(Z方向)に向かって延出する形状としている。そして、合計4本の第1バネ部材52がそれぞれ基体4の外縁をなす長方形の四隅のやや内側より起立するように配置してあり、上端部52aによって中間台51の一部を構成する上側ブロック51aを側面から支持するように連結している。第1バネ部材52のうち上端部52aと下端部52bの間の中間部52cは、断面が四角形となるように構成してあり、それぞれの側面がX軸、Y軸に直交する平面となるようにしている。このように4本の第1バネ部材52によって支持することによって、中間台51は水平方向に弾性的に支持され、X、Y方向に変位が生じる際にもほぼ水平状態を維持することができる。
A pair of
中間台51は、4枚の平板状の側板51dを縦横に組んだ矩形状の枠を構成し、これをX方向に一対配置した上側ブロック51aで吊り下げるような形で固定するように構成している。上述したように、上側ブロック51aは4本の第1バネ部材52によって支持しているため、中間台51は全体として空中で水平方向に弾性的に支持される。さらに、側板51dの内側には、4枚の板状バネである第2バネ部材53を、2枚を一組としてX方向に直列にかつ水平面に平行となるように配置し、これを上下2段として取付けている。側板51dは、第2バネ部材53に対して十分な強度を有しているために、強度メンバとして第2バネ部材53のねじれ方向の変形を抑制するとともに、第1バネ部材52が等しく変形するように変形方向を拘束するように機能する。上記の4枚の第2バネ部材53は、それぞれ片端側を上記上側ブロック51aと中間ブロック51b、あるいは中間ブロック51bと下側ブロック51cによって上下に挟みこむようにして固定している。そして、他端側を可動台6の下部に設けられた支持ブロック上部62aと支持ブロック中間部62b、あるいは支持ブロック中間部62bと支持ブロック下部62cとによって上下に挟みこむようにして固定している。このように構成することで、可動台6は中間台51に対して垂直方向に弾性的に支持され、Z方向に変位が生じる際にも水平状態を維持することが可能となっている。
The
可動台6は下側に、上述したような支持ブロック上部62aと支持ブロック中間部62bと支持ブロック下部62cとを備えており、一体として動作を行う。そして、可動台6の上面61は平面状に構成してあり物品9を積載することが可能となっている。上述したように中間台51は、基体4に対して同一の4本の第1バネ部材52で連結されることによって水平方向に弾性支持されており、さらに可動台6は中間台51に対して第2バネ部材53で連結されることによって垂直方向に弾性支持されている。その結果、可動台6は、基体4に対してX、Y、Zの各方向に弾性的に支持されるように構成されており、X、Y、Zの各方向に変位が生じた場合でも可動台6の上面はほぼ水平の状態を維持することが可能となっている。
The
そして、この可動台6をX、Y、Zの各方向に振動させるための駆動部として、以下のように圧電素子71、72、73を設けている。
And the
まず、第1の水平方向であるX方向の振動を付与する第1の水平加振手段として、第1バネ部材52の中間部52cの長手方向中央以下の側面でX軸に直交する面に、直方体状の第1圧電素子71を貼りつけてある。また、第1の水平方向と交差する第2の水平方向であるY方向の振動を付与する第2の水平加振手段として、第1バネ部材52の中間部52cの長手方向中央以下の側面でY軸に直交する面に、直方体状の第2圧電素子72を貼りつけてある。これらの圧電素子71、72は電圧を付与することにより全長に伸びを生じさせることができるため、これに伴って圧電素子71、72を貼りつけた第1バネ部材52を図5に示すようにたわませ、可動台6に水平方向の変位を生じさせることが可能となっている。
First, as a first horizontal excitation means for applying vibration in the X direction, which is the first horizontal direction, on the side perpendicular to the X axis on the side surface below the center in the longitudinal direction of the
本実施形態においては、図4(a)に示すように、それぞれの第1バネ部材52に対して第1圧電素子71a、71bと第2圧電素子72a、72bとをそれぞれ対向する面に一対ずつ設けたバイモルフ型として構成した。本実施形態のように圧電素子の伸びを利用してバネ部材にたわみを生じさせようとする場合、対向面に設けた圧電素子の片方を伸び側に設定するときには他方を縮み側に設定する必要があるため、片方を伸び側とした際に、他方が縮み側になるように電圧印加及び貼り付け方向を設定してある。以下、圧電素子に対して付与する電圧に関しては、単純にX方向制御電圧、Y方向制御電圧として説明を行い、X方向およびY方向に正の制御電圧を付与するということは、それぞれ可動台6をX、Yの正方向に移動させる向きに第1バネ部材52に曲げを生じさせるように、第1圧電素子71、第2圧電素子72を伸び縮みさせる電圧を付与することを意味するものする。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4A, a pair of first
4箇所に設けられた第1バネ部材52は、それぞれ同じように第1圧電素子71、第2圧電素子72が貼りつけられ同時にたわみが制御されるため、常時同じ方向に同じ量の変形を行う。そのため、これらによって四隅を支持した中間台51は、水平を維持しながらX方向、Y方向に並進移動するようになっている。
The
また、第1バネ部材52は変形を行う場合、図5に示すように中間部52cの長手方向中央を境に、一つの面内の上下で伸び側と縮み側が逆転する。よって、第1圧電素子71、第2圧電素子72を長手方向中央付近を超えて広い範囲に貼りつけることは、却って変形を阻害することになり好ましくない。そのため、本実施形態のように長手方向中央付近より片端部側に寄せた位置に貼りつけることが効率的である。
Further, when the
次に、垂直方向であるZ方向の振動を付与する垂直加振手段として、図3に示すように、板状バネである第2バネ部材53の長手方向中央より外側となる位置の裏表に第3圧電素子73を貼りつけてある。なお、図中では4枚の第2バネ部材53のうち上段の2枚にのみ第3圧電素子73を貼りつけてあるが、これに代わって下段の第2バネ部材53に対して第3圧電素子73を取り付けても良いし、上下段の全てに第3圧電素子73を取り付けても良い。ただし、第1バネ部材52に貼りつけた第1圧電素子71、第2圧電素子72と同様に、第2バネ部材53の長手方向中央付近を超えて広い範囲に貼りつけることは却って効率を損ない不適当である。当該圧電素子73に電圧を付与することによって、伸び縮みを生じさせ、第2バネ部材53をたわませ、可動台6を垂直方向に移動させることができる。
Next, as a vertical vibration means for applying vibration in the Z direction, which is the vertical direction, as shown in FIG. Three
第2バネ部材53の変形は、図6に示すような形で生じ、表裏に貼られた第3圧電素子73、73はそれぞれ伸びと縮みが逆転する。そのため、これを駆動する電圧は具体的に表裏に加える電圧を区別することなく、X、Y方向の制御電圧と同様に、単に可動台6をZ軸の正方向に移動させるものを正の制御電圧として表すことにする。
The deformation of the
第2バネ部材53および第3圧電素子73は、可動台6に対して左右対称に設けられているため、可動台6は物品を載せる上面61を水平に保ったままで、垂直方向に移動することになる。
Since the
このようにして構成した機械装置部2に対して図1に示す制御システム部3は、第1圧電素子71、第2圧電素子72および第3圧電素子73に各々正弦波状の制御電圧を付与することによって、X、Y、Zの各方向の振動を発生させるための周期的加振力を生じさせる。
The
そのため、制御システム部3は、図1に示すように、正弦電圧を生じさせる発振機34を備えており、この正弦電圧をアンプ35により増幅した上で、各圧電素子71、72、73に出力する。さらに、上記制御システム部3はX、Y、Zの各方向の制御電圧を詳細に調整するための振動制御手段31を有している。なお、発振機34により生じさせる振動の周波数は、X、Y、Z方向のいずれかの振動系と共振する周波数とすることで、振動を増幅して省電力化を図るようにしてある。なお、全ての方向の振動系の振動が干渉することを避けるためには、各方向の固有振動数を離してもよい。この時、各方向の固有振動数は例えば−10%〜+10%程度離すようにする。
Therefore, as shown in FIG. 1, the
振動制御手段31は大きくは、X、Y、Zの各方向の制御電圧の振幅を調整する振幅調整回路31aと、それぞれの位相差を調整するための位相調整回路31bとからなる。本実施形態では、X、Y、Zの各制御電圧にそれぞれ対応した振幅調整回路31aを有するとともに、Z方向の制御電圧の位相を基準として、これと所定の位相差となるように制御電圧の位相を調整する位相調整回路31bをX、Yの制御電圧についてそれぞれ設けるように構成している。
The vibration control means 31 mainly includes an
そして、制御システム部3は、搬送する物品9に応じた搬送方向および搬送速度を入力するための搬送方向入力手段33と、当該搬送方向と搬送速度が得られるように各振幅調整回路31aおよび各位相調整回路31bに具体的な制御値を変更するための命令を出す振動切替手段32とを有している。さらに、制御システム部3は外部より物品9の摩擦係数値を入力する摩擦係数入力部36を有し、ここで入力された摩擦係数データは上記振動切替手段32に出力され、振動切替手段32では当該摩擦係数データに基づいて位相および振幅の制御値を補正するように構成している。
Then, the
具体的には、搬送方向入力手段33は、人が手による操作で各物品9の搬送方向および搬送速度を入力できるように構成しており、そこで指定された搬送方向および搬送速度に振動形態を切り替えるように振動切替手段32に対して命令を与える。
Specifically, the conveyance direction input means 33 is configured so that a person can input the conveyance direction and the conveyance speed of each
振動切替手段32では搬送方向や搬送速度が上記のようにして入力された目標値となるように、上記物品の摩擦係数による影響を加味しつつ、各振幅調整回路31aおよび各位相調整回路31bのそれぞれの具体的な制御値を決定して当該制御値に切り替えるよう命令を出力する。
In the
上記のように構成した物品搬送装置1では、可動台6が振動することにより可動台6上に載せられた物品9を移動させることができる。その基本原理は、本発明とは目的が異なる特開2005−255351号公報によって開示された技術と同様のものであり、本物品搬送装置1はその技術を更に発展させたものであって、具体的には次のように動作を行う。
In the
ここで、図7の模式図に示すように簡略化して、可動台6が基体4に対してX、Y、Zの各方向に弾性体54、55、56により弾性的に支持するとともに、各方向の加振手段74、75、76を設けている場合を想定する。このように構成することで、X、Y、Zの三方向に設けた加振手段74、75、76によって可動台6を三方向に動作させることが可能とされている。図7の模式図における弾性体54、55は、図2における第1バネ部材52に該当するとともに、弾性体56は第2バネ部材53に該当する。また、図7の模式図における加振手段74、75、76はそれぞれ第1の水平加振手段71、第2の水平加振手段72、垂直加振手段73に該当する。
Here, as shown in the schematic diagram of FIG. 7, the
図7に示すモデルの可動台6に対して、Z方向にZ=Z0×sinωtで表される周期的な振動変位を与える。ここで、Z0はZ方向の振幅を、ωは角周波数を、tは時間を示す。さらに、X、Y方向にもそれぞれZ方向と同一周波数の振動を、X=X0×sin(ωt+φx)、Y=Y0×sin(ωt+φy)の式のように与えることとする。ここで、X0、Y0はそれぞれX方向、Yの振幅を、φx、φyはそれぞれX方向、Z方向の振動のZ方向の振動に対する位相差を示す。 A periodic vibration displacement represented by Z = Z 0 × sin ωt is applied to the movable table 6 of the model shown in FIG. 7 in the Z direction. Here, Z 0 represents the amplitude in the Z direction, ω represents the angular frequency, and t represents time. Furthermore, vibrations having the same frequency as that in the Z direction are also given in the X and Y directions as shown by the equations X = X 0 × sin (ωt + φx) and Y = Y 0 × sin (ωt + φy). Here, X 0 and Y 0 are the amplitudes in the X direction and Y, respectively, and φx and φy are the phase differences of the vibrations in the X direction and the Z direction, respectively, with respect to the vibration in the Z direction.
このように、X、Y、Zの各方向に正弦波状の周期的な振動変位を加えることにより、可動台6にはこれらが合成された三次元的な振動を生じさせることができる。例えば、図7に示すように、Z方向の振動成分に対してφx、φyの位相差を持たせてX、Y方向の振動を生じさせたとき、二次元的にはXZ平面上で右側を上にした楕円軌道を有する振動が生じ、YZ平面上で右側を下にした楕円軌道を有する振動が生じる。そして、さらにこの2つを合成することで、図中右下に示すように三次元空間上での楕円軌道が生じる。
Thus, by applying a sinusoidal periodic vibration displacement in each of the X, Y, and Z directions, it is possible to generate a three-dimensional vibration in which the
そして、各方向の振動変位の振幅および位相を変えることにより、XZ平面、YZ平面内の二次元の楕円軌道の大きさや向きを変更することができ、対応して三次元空間上の楕円軌道の大きさや向きを自由に変更することができる。なお、このように各方向への周期的な振動変位を付与するために、制御上は各方向への周期的加振力を付与することで対応を行っている。 By changing the amplitude and phase of the vibration displacement in each direction, the size and orientation of the two-dimensional elliptical orbit in the XZ plane and YZ plane can be changed. The size and orientation can be changed freely. In addition, in order to provide the periodic vibration displacement in each direction as described above, the control is performed by applying a periodic excitation force in each direction.
以上のように、可動台6が楕円軌道を描きつつ振動することによって、可動台6の上に載せられた物品9は移動を行う。そして、この移動のうちX方向への移動速度成分は上記XZ平面内の楕円軌道によって制御でき、Y方向への移動速度成分は上記YZ平面内の楕円軌道によって制御できる。すなわち、Z方向への振動成分を基準としてX方向、Y方向のそれぞれの振動の振幅と位相差を変化させることで、X、Y方向への移動速度成分を変化させ、任意の方向に搬送させることが可能となる。
As described above, when the movable table 6 vibrates while drawing an elliptical orbit, the
具体的には移動速度の変更は次のようにして行う。 Specifically, the movement speed is changed as follows.
発明者らの知見によれば、図7を参照しつつ図8を用いて説明すると、位相差φx(φy)によって物品9の移動速度Vx(Yy)は正弦波に類似したカーブを描くように変化する。そのため、Z方向の振動成分に対するX方向の振動成分の位相差を図中のφ2に設定したときにはXが正となる方向に物品9は搬送されていく。また、位相差をφ4に設定したときにはXが負となる方向に物品9は搬送されていく。これらに対して、位相差をφ1、φ3と設定したときには、移動速度Vxは0になって物品9はX方向に静止した状態となる。さらに、φ1〜φ3の間またはφ3〜π(-π)〜φ1の間で位相差を変化させることによって、それぞれ正の方向、負の方向に対する速度を増減させることができる。こうした関係は、X方向だけでなくY方向にも成り立ち、X方向と同様Z方向の振動成分に対する位相差を設定することで移動方向と移動速度を変化させることができる。
According to the knowledge of the inventors, the movement speed Vx (Yy) of the
さらに、発明者らの知見によれば、図7を参照しつつ図10を用いて説明すると、位相差φx(φy)と物品9の移動速度Vx(Yy)との関係は、振幅X0(Y0)を変えることによっても変化する。すなわち、位相差φx(φy)に対する物品9の移動速度Vx(Yy)である正弦波類似のカーブは、概ね振動変位の振幅X0(Y0)に比例して変化する。このことから、物品9の移動速度Vx(Yy)を2倍にしたい場合には、概ねX(Y)方向の振動変位の振幅を2倍にすればよい。そのためには、それに応じた加振力を与えるべく制御電圧の振幅を変化させればよい。
Furthermore, according to the knowledge of the inventors, using FIG. 10 with reference to FIG. 7, the relationship between the phase difference φx (φy) and the moving speed Vx (Yy) of the
このように、X、Y各方向の振動成分の振幅X0、Y0と、Z方向振動成分に対する位相差φx、φyとを変化させることによって、X、Y方向への移動速度Vx、Vyを変化さることができる。 In this way, by changing the amplitudes X 0 and Y 0 of the vibration components in the X and Y directions and the phase differences φx and φy with respect to the Z direction vibration components, the moving speeds Vx and Vy in the X and Y directions are changed. Can change.
こうした機能を用いて、物品9の搬送方向および速度を変更させる場合の具体的な制御の方法を、図1、図8および図11(a)、(b)により説明する。
A specific control method in the case of changing the conveyance direction and speed of the
上述したように、X、Y、Z方向の各振動成分を生成する各圧電素子71、72、73への制御電圧は、同一の発振機34からの正弦波電圧を基に、振幅調整回路31aおよび位相調整回路31bによって振幅と位相差を調整した上で、アンプ35により増幅することで作り出される。図11(a)の初期の時点(T0)より、搬送方向入力手段33により物品9をX方向にのみ動かすように入力した場合、振動切替手段32により、X方向振動成分の位相差を図8のφ1〜φ3の間に設定し、Y方向の位相差をφ1またはφ3に設定する。これにより、物品9をX方向にのみ進ませることができる。また、T1の時点において、搬送方向入力手段33より物品9を図11(a)中の左上に進ませるように入力があった場合、振動切替手段32により、Y方向の位相差をφ1〜φ3の範囲に設定する。これにより、物品9に対してY方向移動速度成分を加えて左斜め上に進ませることができる。
As described above, the control voltage to each
そして、このように搬送方向入力手段33から搬送方向および速度変更の命令を随時行い、振動切替手段32によって振幅、位相を調整していくと、図11(b)に示すようにXY方向に自在な軌跡を描かせつつ物品9を移動させることが可能となる。
When instructions for changing the transport direction and speed are executed from time to time as described above from the transport direction input means 33 and the amplitude and phase are adjusted by the vibration switching means 32, it can be freely moved in the XY directions as shown in FIG. The
なお、位相差と搬送速度の関係を示すカーブは、図9に示したとおり、摩擦係数によってずれが生じる。よって、図1に示す物品9を摩擦係数の異なるものに変更した場合、搬送方向入力手段33より入力した方向と実際の搬送方向にずれが生じる。そのため、上述したように、摩擦係数入力部36に入力した物品9の摩擦係数データは上記振動切替手段32に伝達され、振動切替手段32では当該摩擦係数データに基づいて位相および振幅の制御値を補正するように構成している。そのために、振動切替手段32においては、前記位相差と搬送速度の関係を示すデータを、摩擦係数との関係においても保有しており、当該保有データに基づいて、各振動成分の位相および振幅の制御値を決定する。
Note that the curve indicating the relationship between the phase difference and the conveyance speed is shifted depending on the friction coefficient as shown in FIG. Therefore, when the
さらに、本物品搬送装置は2種の物品9の搬送方向および搬送速度を同時に制御することも可能である。以下、その原理について説明する。
Further, the present article transport apparatus can simultaneously control the transport direction and transport speed of the two types of
発明者らの知見によれば、図1を参照しつつ説明すると、図8に示す位相差と物品9の移動速度Vx(Yy)との関係を示すカーブは、物品9と可動台6との摩擦係数によって変化し図9に示す関係となる。すなわち、2種類の物品W1、W2と可動台6との間の摩擦係数をそれぞれμ1、μ2としてμ1<μ2の関係があるとき、W2の時の移動速度のグラフは、W1の時の移動速度のカーブを位相差が正となる方向にずらした形状になる。そのため、楕円振動を行う可動台6の上に同時に摩擦係数の異なる物品9を置いた場合には、移動速度及び移動方向が異なることになる。
According to the knowledge of the inventors, referring to FIG. 1, the curve indicating the relationship between the phase difference shown in FIG. 8 and the moving speed Vx (Yy) of the
具体的には、図9に示す位相差φ1に設定している場合にはW1は移動することなく、W2が負の方向に移動することになる。また、位相差をφ1からφ2の間に設定した場合には、W1を正の方向にW2を負の方向に移動させることができる。そして、φ3に設定すると、W2を移動させずにW1のみを正の方向に移動させることができる。また、φ2からφ4の間に設定すると、W1、W2ともに正の方向に移動させることができるが、φ3を境にW1とW2の速度の大小を入れ替えることができる。さらに、φ2からφ4の範囲で位相差を細かく変更すれば、W1とW2の速度比も変更することができる。 Specifically, when the phase difference φ1 shown in FIG. 9 is set, W1 does not move and W2 moves in the negative direction. If the phase difference is set between φ1 and φ2, W1 can be moved in the positive direction and W2 can be moved in the negative direction. When set to φ3, only W1 can be moved in the positive direction without moving W2. If set between φ2 and φ4, both W1 and W2 can be moved in the positive direction, but the speeds of W1 and W2 can be switched with φ3 as a boundary. Furthermore, if the phase difference is finely changed in the range of φ2 to φ4, the speed ratio between W1 and W2 can also be changed.
そして、位相差をφ4とすれば、W1を移動させずにW2のみを正方向に移動させることができる。さらに、位相差をφ4からφ5の間に設定すれば、W2を正方向にW1を負の方向に移動させることができる。位相差をφ5と設定すればW2を移動させずにW1のみを負の方向に移動させることができる。そして、位相差をφ5からπの範囲にしたときは、w1とw2の双方とも負の方向に移動させることができ、この範囲で位相差を変えることで両者の移動速度の比を変更することもできる。 If the phase difference is φ4, only W2 can be moved in the positive direction without moving W1. Furthermore, if the phase difference is set between φ4 and φ5, W2 can be moved in the positive direction and W1 can be moved in the negative direction. If the phase difference is set to φ5, only W1 can be moved in the negative direction without moving W2. When the phase difference is in the range of φ5 to π, both w1 and w2 can be moved in the negative direction, and the ratio of the moving speeds of both can be changed by changing the phase difference within this range. You can also.
このようにして、摩擦係数の異なる2種の物品9をX(Y)方向に搬送する場合においては、Z方向の振動に対するX(Y)方向の振動の位相差φx(φy)を変更することで、2種の物品のうちどちらかのみを移動させることや、移動方向を変えつつ速度比を変えることが可能となり、さらにX(Y)方向の振動の振幅を変えることで、移動速度の絶対値を制御することができる。これらを組み合わせることで、片方の速度を維持したままで、他方の速度を変更することや搬送の向きを変更することも可能となる。
In this way, when two types of
このことから、具体的には次のようにして物品9の搬送を行わせることが可能となる。図1を参照しつつ図11(c)を用いて説明すると、物品9a、9bが摩擦係数の異なる二種のものである場合には初期段階(T0)は一方向に同速度で搬送しておき、ある時点(T1)より異なる方向に分岐させて移動させることも可能である。この場合には初期段階(T0)では、X方向には図9における位相差φ3で振動させ、Y方向には振動を生じさせずにおき、T1の時点からY方向にも振動を生じさせZ方向との振動位相差をφ1とφ2の間またはφ4とφ5の間に切り替えたものである。同時にX方向の速度においてもZ方向に対する振動の位相差をφ3よりずらすことで、物品9a、9bの間にX方向の速度差を持たせるように切り替えている。この振動の切り替えにあたっても、図1における搬送方向入力手段33が外部の人によって搬送方向と搬送速度を入力され、これを振動切替手段32に出力する。そして、当該振動切替手段32においては、命令された搬送方向および搬送速度に対応した各方向の振幅、位相の具体的制御値を決定し、当該制御値に変更するように各振幅調整回路31a、位相調整回路31bに向けて命令を出す。
Thus, specifically, the
また、同様の制御を行うことによって、図11(d)のように物品9a、9bのうち、片方のみを動かすことや、両者に速度差を設けることも可能である。さらに、図11(e)のように、任意の方向を選択した上で、その方向に沿って互いに逆向きに移動させることも可能である。
Further, by performing the same control, it is possible to move only one of the
さらに、このような搬送方向および搬送速度の変更を連続して行うことで、図11(f)のように物品9a、9bの搬送方向と搬送速度をXY平面内で、それぞれ独立させて同時に制御することが可能となる。
Further, by continuously changing the conveyance direction and the conveyance speed, the conveyance direction and the conveyance speed of the
また、上記のように摩擦係数の異なる物品9を異なる搬送方向に搬送させるように制御することによって、厳密には摩擦係数が同じものであっても表面形状が異なるなど、見かけ上摩擦係数が異なっているようにとらえられるものについても搬送方向を異ならせることもできる。例えば、同一部材の表面と裏面であっても、面の凹凸が異なり可動台6との接触面積が大きく異なるような場合が該当する。
In addition, by controlling the
以上のように本実施形態に係る物品搬送装置1は、基体4上に弾性支持手段5を介して設けられた可動台6を具備し、当該可動台6が振動することで可動台6上に載せられた物品9を搬送するものであって、前記可動台6に対して垂直方向の周期的加振力を付与する垂直加振手段73と、前記可動台6に対して水平方向の周期的加振力を付与する第1の水平加振手段71と、前記可動台6に対して水平方向でかつ前記第1の水平加振手段による周期的加振力と直交する方向に周期的加振力を付与する第2の水平加振手段72と、前記各加振手段71、72、73による周期的加振力を位相差を有しつつ同一の周波数で同時に発生させ前記可動台6に三次元の振動軌跡を生じさせるように前記各加振手段71、72、73を制御する振動制御手段31と、前記各加振手段71、72、73による周期的加振力の振幅と位相差を切り替える振動切替手段32とを備えるように構成したものである。
As described above, the
このように構成しているため、物品9の搬送途中で振動切替手段32によって可動台6に生じる三次元の振動軌跡を任意の形状や大きさに変更させ、X、Yの各方向への物品9の搬送方向や搬送速度を制御できる。そのため、物品9の搬送方向を変えたり任意の軌跡で移動させたりすること、および搬送速度を増減させることが可能となる。また、摩擦係数の異なる複数の物品9を同時に搬送しつつ、搬送方向や搬送速度を独立して制御することも可能となる。
Since it is configured in this manner, the three-dimensional vibration trajectory generated on the
さらに、前記物品9を載せる前記可動台6の上面61が、略平面状に構成されているため、上面61に凹凸がなく、小型のものから大型のものまで様々な大きさの物に幅広く対応でき、安定して搬送することが可能となる。
Furthermore, since the
また、前記弾性支持手段5が、前記可動台6を前記基体4に対して平行に保持しつつ弾性的に支持するように構成されているため、可動台6が傾くことがなく、どんな形状の物品9でも安定して搬送させることができる。
In addition, since the elastic support means 5 is configured to elastically support the movable table 6 while holding the movable table 6 parallel to the
さらに、前記物品9の搬送方向を入力する搬送方向入力手段33を有し、当該搬送方向入力手段33からの命令に従って前記振動切替手段32が前記各加振手段71、72、73による周期的加振力の振幅と位相を切り替えるように構成しているため、人の操作に合わせて自由自在に任意の方向に物品9を搬送させることが可能となる。
Furthermore, it has a conveyance direction input means 33 for inputting the conveyance direction of the
さらに、搬送する物品9の摩擦係数を入力する摩擦係数入力部36を備え、当該摩擦係数の入力値にも基づいて前記振動切替手段32が前記各加振手段71、72、73による周期的加振力の振幅と位相を切り替えるように構成しているため、搬送する物品9を変えてもそれに対応した摩擦係数を入力することで、各加振手段71、72、73への制御値の補正を行うことができ、搬送方向の入力値に対して実際の制御動作にずれが生じないようにすることが可能となる。
Further, a friction
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。 The specific configuration of each unit is not limited to the above-described embodiment.
例えば、上述の実施形態においては、各方向への加振手段71、72、73をそれぞれX、Y、Zの互いに直交する方向に加振力を与えるように構成したが、可動台6に三次元的に合成した振動軌跡を生成・変更できるかぎり必ずしも直交させることは必要でなく、単にそれぞれの方向が交差しているだけでもよい。また、各加振手段71、72、73は厳密に垂直、水平方向に設定することも必要ではないし、基体4を傾けて設置する等の種々の利用の態様も可能である。
For example, in the above-described embodiment, the excitation means 71, 72, 73 in each direction are configured to apply the excitation force in the directions orthogonal to each other of X, Y, Z. As long as the originally synthesized vibration trajectory can be generated and changed, it is not always necessary to make them orthogonal, and the directions may simply intersect. Further, it is not necessary to set the vibration means 71, 72, 73 strictly in the vertical and horizontal directions, and various utilization modes such as tilting the
また、上述の実施形態においては、第1バネ部材52の側面に貼りつける第1圧電素子71と第2圧電素子72とは裏表に貼りつけた2個を一組としたバイモルフ型としていたが、図4(b)のようにそれぞれを1個ずつとしたユニモルフ型とすることも可能である。
In the above-described embodiment, the first
また、本実施形態においては、図2および図3に示すように、第1圧電素子71および第2圧電素子72は第1バネ部材52の下側半分に貼りつけてあるが、これを上側半分に貼りつける構成とすることも可能であるし、上側半分と下側半分のそれぞれに設けるように構成することも可能である。同様に、第3圧電素子73を第2バネ部材53の外側半分ではなく内側半分に設けることも、内側と外側の双方に設けることも可能である。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the first
さらに、本実施形態では第2バネ部材53を合計4枚設けてあり、一対の第2バネ部材53を直列に配置したものを上下の二段として設けているが、直列に配置した2枚を連続した1枚の板状バネとして形成し、これを上下段に配置することにより合計2枚で構成することも可能である。本実施形態のように4枚構成とする場合には、組立が容易となり精度が向上するという利点があるとともに、2枚構成とした場合には部品点数が削減できて管理が容易になるという利点がある。
Further, in the present embodiment, a total of four
また、上述の実施形態では、Z方向の周期的加振力の位相を基準として、X方向の周期的加振力とY方向の周期的加振力の位相を調整するような制御回路としていたが、Z方向の周期的加振力とX方向及びY方向の各周期的加振力との間の位相差を所定の値とすることができる限り、どの方向の周期的加振力の位相を変更するように構成しても良い。例えば、図12に示すように、X方向の周期的加振力の位相を基準として、これに対する位相差が所定のものになるように、Z方向、Y方向の各周期的加振力の位相を変更するように制御システム部3を構成しても良い。
In the above-described embodiment, the control circuit adjusts the phase of the periodic excitation force in the X direction and the periodical excitation force in the Y direction based on the phase of the periodic excitation force in the Z direction. As long as the phase difference between the periodic excitation force in the Z direction and each of the periodic excitation forces in the X direction and the Y direction can be a predetermined value, the phase of the periodic excitation force in any direction You may comprise so that it may change. For example, as shown in FIG. 12, with reference to the phase of the periodic excitation force in the X direction, the phase of each periodic excitation force in the Z direction and the Y direction so that the phase difference with respect to this is a predetermined value. The
また、上述の実施形態では、加振手段として板状のバネ部材52、53に貼り付けた圧電素子71、72、73を使用していたが、可動台6に対してX、Y、Z方向にそれぞれ独立した振動を生じさせることができる限りこの形態を採ることは必須ではない。例えば、可動台3に対してX、Y、Z方向にそれぞれ吸引力を作用させる電磁石を設け、それらに対して上記と同様の正弦電圧を付与するようにして位相差を設けつつ制御しても、上記と同様の効果を得ることができる。
In the above-described embodiment, the
さらに、上述の実施形態では、搬送方向入力手段33を物品9の搬送方向を随時人の手によって入力されるものとして構成したが、あらかじめ搬送方向および速度の変更パターンを内部に保管しておき、そのパターンに基づき自動的に切り替えるようにするものとして構成することや、外部から入力された物品9の検査データに応じてあらかじめ設定した搬送方向に切り替えるように構成することも可能である。
Furthermore, in the above-described embodiment, the conveyance direction input means 33 is configured so that the conveyance direction of the
また、上述の実施形態では、各方向の振動成分として正弦波状の加振力を付与しているため可動台6上には同一平面内の楕円の振動軌跡が生成されるが、正弦波の波形と変えることで楕円とは異なる振動軌跡を生じさせることも可能であり、この場合においても上記の考えに基づいて物品9の搬送を任意に行うように構成することが可能である。
In the above-described embodiment, since a sinusoidal excitation force is applied as a vibration component in each direction, an elliptical vibration locus in the same plane is generated on the movable table 6, but the waveform of the sine wave It is also possible to generate a vibration trajectory different from that of an ellipse by changing the above, and in this case as well, the
その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 Other configurations can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
4…基体
5…弾性支持手段
6…可動台
9…物品
31…振動制御手段
32…振動切替手段
33…搬送方向入力手段
34…発振機
36…摩擦係数入力部
51…中間台
52…第1バネ部材
53…第2バネ部材
71…第1圧電素子(第1の水平加振手段)
72…第2圧電素子(第2の水平加振手段)
73…第3圧電素子(垂直加振手段)
DESCRIPTION OF
72 ... Second piezoelectric element (second horizontal excitation means)
73. Third piezoelectric element (vertical vibration means)
Claims (5)
前記可動台は前記弾性支持手段によって垂直方向、第1の水平方向、及び当該第1の水平方向に対して交差する第2の水平方向に弾性的に支持され、垂直方向、第1の水平方向、及び第2の水平方向の振動系を有しており、
前記可動台に対して垂直方向の周期的加振力を付与する垂直加振手段と、前記可動台に対して前記第1の水平方向の周期的加振力を付与する第1の水平加振手段と、前記可動台に対して前記第1の水平加振手段による周期的加振力と交差する前記第2の水平方向に周期的加振力を付与する第2の水平加振手段と、前記各加振手段による周期的加振力を位相差を有しつつ同一の周波数で同時に発生させ前記可動台に三次元の振動軌跡を生じさせるように前記各加振手段を制御する振動制御手段と、前記各加振手段による周期的加振力の振幅と位相差を切り替える振動切替手段とを備えることを特徴とする物品搬送装置。 An article conveying apparatus comprising a movable table provided on a base via elastic support means, and conveying an article placed on the movable table by vibrating the movable table,
The movable table is elastically supported by the elastic support means in a vertical direction, a first horizontal direction, and a second horizontal direction intersecting the first horizontal direction, and the vertical direction and the first horizontal direction. And a second horizontal vibration system,
Vertical excitation means for applying a vertical periodic excitation force to the movable base, and a first horizontal excitation for applying the first horizontal periodic excitation force to the movable base. It means, a second horizontal vibration means for imparting a periodic excitation force to said second horizontal direction intersecting the front Symbol periodic excitation force of the first horizontal vibration means with respect to the carriage Vibration control for controlling the respective excitation means to generate a three-dimensional vibration trajectory on the movable base by simultaneously generating a periodic excitation force by the respective excitation means at the same frequency while having a phase difference. And a vibration switching means for switching an amplitude and a phase difference of the periodic vibration force generated by each of the vibration means.
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