JP2004276203A - パラレルリンク機械 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基台11側から第1ジョイント17aまでは、配管P1〜P4及び配管用ジョイントJ1〜J7により、流体供給経路を形成している。そして、第1ジョイント17aからエンドエフェクタ13までは、第1ジョイント17a及びトラベリングプレート12に穿設された連通孔H1〜H5により流体供給経路を形成している。
【選択図】図4
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、パラレルリンク機械に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
パラレルリンク機械は、パラレルリンク機構を介してトラベリングプレートが作動空間内を自由に移動可能に構成されている。そして、このトラベリングプレートには主軸等のエンドエフェクタが固定されており、種々の作業を行うことができる。ここで、図8に従来のパラレルリンク機械を示す。図8に示すように、エンドエフェクタとして主軸13を取り付けた場合は、切削用の作動油、主軸冷却水、クーラント及びエア等を主軸13に供給する必要がある。そのため、従来は、複数の配管P5各々を主軸13のまわりに配設し、主軸13に直接接続していた。このことは、トラベリングプレート12を移動させることにより、配管P5同士の擦れや、配管P5とロッド15との干渉の他、ロッド15と主軸13の隙間に配管P5が挟まれる状態、配管P5同士の絡み合い等の現象が起き、配管P5の破裂等の問題の発生につながる。この問題は、パラレルリンク機械の特徴を生かした動作をさせた場合には、トラベリングプレート12が高速移動又は高加速度移動することにより、より大きな問題となる。
【0003】
この問題を解決するために、例えば、特開2003−11029号公報に開示された技術がある。この技術は、主軸と基台とを接続した不撓管・可撓管内に配線・配管をまとめて挿入する構成としたものである。
【0004】
【特許文献1】
特開2003−11029号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開2003−11029号公報に開示された構成によると、可撓管を撓曲する量には限界があるため、主軸の姿勢が制限されてしまう。さらに、可撓管が撓曲した際、撓曲による可撓管及びその内部に挿入された配管・配線の弾性力により、主軸の位置決めに影響を及ぼし、結果として加工精度を悪化させるという問題がある。
【0006】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、エンドエフェクタまわりの配管を取り除くと共に、エンドエフェクタの姿勢が制限されることなく、さらにエンドエフェクタの位置決め精度が良好となるパラレルリンク機械を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明のパラレルリンク機械は、基台と、可動体と、エンドエフェクタと、アクチュエータとを備える。ここで、可動体とは、トラベリングプレートと、パラレルリンク部とを備える。トラベリングプレートは、作動空間内を移動するプレートである。パラレルリンク部は、基台とトラベリングプレートとを連結する複数のロッドを有する。エンドエフェクタは、トラベリングプレートに固定されたものである。アクチュエータは、可動体を駆動するものである。そして、本発明の特徴的な構成は、可動体に連通孔が形成されたことである。連通孔は、可動体の内部側であってエンドエフェクタに連通して形成されており、エンドエフェクタへ供給される流体が通過する。
【0008】
つまり、エンドエフェクタに直接的に、配管を接続したり、可撓管により接続したりすることなく、流体をエンドエフェクタに供給することができる。すなわち、エンドエフェクタまわりには、配管が配設されることがない。従って、従来、エンドエフェクタまわりに配管を有することにより発生していた配管同士の擦れや配管とロッドの干渉等の問題は生じない。さらに、可撓管を用いることにより生じるエンドエフェクタの姿勢の制限及び位置決め精度の悪化の問題も生じない。すなわち、エンドエフェクタの姿勢は制限されることなく、位置決め精度が良好となる。なお、エンドエフェクタは、例えば、加工用主軸、ロボットハンド、レーザ加工用ノズル等である。また、エンドエフェクタに供給する流体は、例えば、作動油、クーラント液、主軸冷却水、エア等である。
【0009】
なお、連通孔は、トラベリングプレートに穿設されるようにしてもよい。この場合は、例えば、トラベリングプレートに配管を接続し、トラベリングプレートの内部に形成された連通孔を介して流体がエンドエフェクタに供給される。このように、例えば、エンドエフェクタのみに連通孔を形成することにより、穴あけ加工の加工工数の低減、組み付けの容易化、流体のシール性の向上等の効果を奏する。
【0010】
また、可動体は、さらに、トラベリングプレートとパラレルリンク部とを連結する回転継手を備え、連通孔は、トラベリングプレート及び回転継手に穿設されるようにしてもよい。この場合は、例えば、回転継手に配管を接続し、回転継手及びトラベリングプレートの内部に形成された連通孔を介して流体がエンドエフェクタに供給される。このように、例えば、回転継手に配管を接続することにより、トラベリングプレートの姿勢が変化した場合であっても配管が移動することは少ない。従って、トラベリングプレートに配管を接続する場合に比べると、配管同士の接触等をより確実に防止することができる。さらに、配管の移動が少ないので、配管の耐久性が向上する。
【0011】
また、連通孔は、トラベリングプレート及びパラレルリンク部に穿設されるようにしてもよい。この場合は、例えば、パラレルリンク部のうちトラベリングプレートの反対側に配管を接続して、可動体の付近には配管を全く使用しないようにする。これにより、パラレルリンク部の設計自由度が向上する。また、可動体付近には配管が配設されていないことにより、例えば、切粉等による配管外部の損傷を防止することができる。
【0012】
また、アクチュエータは、6本のガイドと、6つのスライドテーブルとを備えるようにしてもよい。ガイドは、基台に所定傾斜角度で2本ずつ略等間隔に3方向に放射状に固定されている。スライドテーブルは、ガイドの長手方向に移動可能に6本のガイドに各々に設けられたテーブルである。
【0013】
このような構成とすることにより、機械剛性を高めることができる。すなわち、この構成からなるパラレルリンク機械は重切削が可能な機械である。そして、このような構成とすることにより、特開2003−11029号公報に記載された構成を採用することができない場合がある。なぜなら、基台とエンドエフェクタとの間には、上記構成からなるアクチュエータにより、不撓管及び可撓管を配設するための空間を有していないからである。そこで、このような構成からなるパラレルリンク機械であっても、本発明によれば、配管同士の擦れ等を確実に防止することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明について図面を参照してより詳しく説明する。ここで、本実施形態におけるパラレルリンク機械としてパラレルリンク工作機械を例に取り説明する。図1は、本実施形態におけるパラレルリンク工作機械の全体構成図を示す。図1に示すように、パラレルリンク工作機械は、門型フレーム1と、支持柱2と、テーブル3と、パラレルリンク加工部4と、制御装置5とから構成される。支持柱2は、門型フレーム1の天井に固定されている。パラレルリンク加工部4は、支持柱2の下端側に固定されている。そして、テーブル3は、支持柱2の下方側に配設されており、被加工物6を載置する。パラレルリンク加工部4は、被加工物6を加工する主軸13を備える。制御装置5は、パラレルリンク加工部4の制御を行っている。
【0015】
図2は、パラレルリンク加工部4の外観構成図を示す。パラレルリンク加工部4は、基台11と、トラベリングプレート(可動体)12と、パラレルリンク機構(パラレルリンク部、可動体)と、アクチュエータユニット(アクチュエータ)20と、主軸(エンドエフェクタ)13とから構成される。
【0016】
基台11は、支持柱2の下端側に固定される。この基台11は、六角柱状をなす部材であり、その側面には三角形状の板状の支持部11aが6枚、ほぼ等間隔に設けられている。
【0017】
アクチュエータユニット20は、6つのアクチュエータからなり、それぞれ、スライド(ガイド)22、スライダ(スライドテーブル)26、アクチュエータとしてのボールねじ及びサーボモータ25U、25u、25V、25v、25W、25wから構成されている。そして、これらのモータ25U〜25wには、それぞれモータ位置検出用エンコーダが取り付けられている。このアクチュエータユニット20は、基台11の6枚の支持部11aにそれぞれ配設されている。
【0018】
スライド22は、断面形状がコの字型をした棒状の部材である。それぞれのスライド22は、基台11に対して所定の傾斜角度(例えば45度)をなすように、2本ずつ略等間隔に、3方向に放射状に基台11に固定されている。これらのスライド22には、その長手方向に移動可能にスライダ26が支持されると共に、スライダ26に螺合可能なボールねじが回動可能に支持されている。このボールねじの一端側には、それぞれのスライド22に対応するモータ25U〜25wが連結されている。これにより、ボールねじに連結されるモータ25U〜25wを駆動することで、それぞれのボールねじを回動させ、その結果としてスライダ26をスライド22の長手方向に移動させ得るように構成されている。
【0019】
パラレルリンク機構は、アクチュエータユニット20側のそれぞれのスライダ26からトラベリングプレート12方向に向かって、ロッド15を中心に、第5ジョイント16a、第4ジョイント16b、第3ジョイント16c、ロッド15、第2ジョイント17bおよび第1ジョイント17aから構成されている。すなわち、6本のロッド15がアクチュエータユニット20に取り付けられている。
【0020】
このパラレルリンク部の詳細な構成について図3に示す。図3に示すように、各スライダ26に、例えば、3個のベアリングジョイント、すなわち第5ジョイント16a、第4ジョイント16b及び第3ジョイント16cを介して、各ロッド15の一端側が連結される。これにより、ロッド15は、スライダ26に対して3次元方向に揺動可能となる。そして、各ロッド15の他端側は、例えば2個のベアリングジョイント、即ち第1ジョイント17a及び第2ジョイント17bを介して、トラベリングプレート12の同一平面上に連結される。これにより、ロッド15は、トラベリングプレート12に対して3次元方向に揺動可能となる。
【0021】
つまり、本実施形態に係るパラレルリンク加工部4は、ロッド15の一端側が第1対偶である第4ジョイント16bを介してスライダ26に連結され、ロッド15の他端側が第2対偶である第2ジョイント17bを介してトラベリングプレート12に連結されている。そして、このロッド15が、U軸、u軸、V軸、v軸、W軸、w軸に対応して6本設けられている。なお、図3には、代表例として、V軸のロッド15周囲の構成が例示されているが、他の軸(U、u、v、W、w)のロッド15周囲も、V軸と同様に構成されている。
【0022】
トラベリングプレート12は、三角形状をなす板状の部材であり、基台11よりも小型に形成されている。そして、その周囲には、基台11の支持柱11aに対応する位置に、ロッド15の他端側が第1ジョイント17a及び第2ジョイント17bを介して、2本ずつ合計6本連結されている。
【0023】
主軸13は、トラベリングプレート12のほぼ中央に嵌挿されている。この主軸13は、下端側に取り付けられるドリルやエンドミル等の工具Tを駆動する。ここで、主軸13には、主軸冷却水、スルークーラント、外部クーラント、エア及び作動油等の各種流体が供給されている。主軸冷却水は、主軸を冷却するための液体であって、外部から主軸13へ供給されると共に、主軸13から外部へ排出されるようにして循環させている。スルークーラントは、主軸中央を通過して被加工物6へ向けて排出される。外部クーラントは、例えば、主軸13の下方側であって工具Tの周囲に配設されるノズルから被加工物6へ向けて排出される。エアは、例えば、主軸13の工具Tの取付面に付着している切粉等を取り除くためのエアブロー用のエア等である。作動油は、工具Tのクランプ・アンクランプ用等に使用する。
【0024】
次に、主軸13に供給される各種流体の供給経路について図面を参照して説明する。供給経路は、配管用ジョイントJ1〜J7、配管P1〜P4、及び連通孔H1〜H5から構成される。まず、配管用ジョイントJ1〜J7及び配管P1〜P4について、図4を参照して説明する。ここで、図4は、パラレルリンク加工部4の正面図を示す。
【0025】
配管用ジョイントJ1は、図4に示すように、固定用ジョイントであって、アクチュエータユニット20のスライド22に取り付けられている。配管用ジョイントJ2は、固定用ジョイントであって、アクチュエータユニット20のスライダ26に取り付けられている。配管用ジョイントJ3は、スイベルジョイントであって、アクチュエータユニット20のスライダ26に取り付けられている。配管用ジョイントJ4は、スイベルジョイントであって、第4ジョイント16bに取り付けられている。すなわち、配管用ジョイントJ3,J4は、第4ジョイント16bの回転に伴い回動可能となる。配管用ジョイントJ5は、スイベルジョイントであって、第4ジョイント16bに取り付けられている。配管用ジョイントJ6は、固定用ジョイントであって、ロッド15の一端側(図の上方側)に取り付けられている。すなわち、配管用ジョイントJ5,J6は、ロッド15の第4ジョイント16bに対する回転に伴い回動可能となる。配管用ジョイントJ7は、スイベルジョイントであって、第2ジョイント17bに取り付けられている。すなわち、配管用ジョイントJ7は、第2ジョイント17bの回転に伴い回動可能となる。
【0026】
配管P1は、配管用ジョイントJ1と配管用ジョイントJ2との間に連結されている。この配管P1は、スライダ26の移動に伴い移動する。配管P2は、配管用ジョイントJ2と配管用ジョイントJ3との間に連結されている。配管P3は、配管用ジョイントJ3と配管用ジョイントJ4との間に連結されている。配管P4は、配管用ジョイントJ4と配管用ジョイントJ5との間に連結されている。
【0027】
そして、連通孔H1〜H4については、第1ジョイント17a及び第2ジョイント17b、トラベリングプレート12の詳細な構成と併せて図5及び図6を参照して説明する。図5は、第1ジョイント17aの回転軸と第2ジョイント17bの回転軸を含む面における第1ジョイント17a及び第2ジョイント17bの部分断面図である。図6は、第1ジョイント17aの回転軸と主軸13の回転軸を含む面における第1ジョイント17a及びトラベリングプレート12の部分断面図である。
【0028】
図5に示すように、第2ジョイント17bは、第2ハウジング31と、第2シャフト32と、マニホールド33と、軸受34,35とから構成される。第2ハウジング31は、コの字型形状をなし、コの字の対向する面には連結用貫通孔が形成されている。この連結用貫通孔には、軸受34,35を軸支している。そして、第2ハウジングの一端側は、ロッド15の他端側に固定されている。第2シャフト32は軸受34,35に軸支されている。すなわち、第2ハウジング31は、第2シャフト32の軸心まわりに第2シャフト32に対して相対回転可能となる。なお、この第2シャフト32は、後述する固定ピン45a,45bにより第1ジョイント17aの第1シャフト42に固定されている。
【0029】
そして、第2シャフト32には、軸方向に向かって2本の連通孔(軸方向連通孔)H2aがほぼ平行に穿設されている。さらに、第2シャフト32の軸垂直方向に向かって軸方向連通孔H2aから外周側に2本の連通孔(軸垂直方向連通孔)H2bがほぼ平行に穿設されている。そして、軸方向連通孔H2aは、第2シャフト32の一端側に開通しており、他端側には閉塞されている。マニホールド33は、第2シャフト32の一端側、すなわち軸方向連通孔H2aが開通している側に固定されている。このマニホールド33は、配管用ジョイントJ7が2つ取り付けられている。そして、配管用ジョイントJ7が取り付けられる位置から第2シャフト32の連通孔H2aに連通するように連通孔H1が2つ形成されている。
【0030】
第1ジョイント17aは、第1ハウジング41と、第1シャフト42と、軸受43,44と、固定ピン45a,45bとから構成される。第1ハウジング41は、ほぼ円筒形状をなしている。この第1ハウジング41は、トラベリングプレート12のジョイント取付穴に嵌挿されて固定されている。さらに、第1ハウジング41の内周側には、軸受43,44を軸支している。そして、第1ハウジング41には、軸垂直方向に内周側から外周側へ2本の連通孔H4がほぼ平行に穿設されている。第1シャフト42は軸受43,44に軸支されている。すなわち、第1ハウジング41は、第1シャフト42の軸心まわりに第1シャフト42に対して相対回転可能となる。固定ピン45a,45bは、図5及び図6に示すように、第1ジョイント17aの第1シャフト42と第2ジョイント17bの第2シャフト32とを連結固定するピンである。すなわち、第1シャフト42と第2シャフト32とは一体となる。
【0031】
そして、第1シャフト42は、一端側に連結用貫通孔が形成されており、この連結用貫通孔には第2ジョイント17bの第2シャフト32が嵌合している。さらに、この第1シャフト42には、軸方向に向かって2本の連通孔(軸方向連通孔)H3aがほぼ平行に穿設されている。この軸方向連通孔H3aの一端側は、第2ジョイント17bの第2シャフト32の軸垂直方向連通孔H2bに連通している。さらに、第1シャフト42の軸垂直方向に向かって軸方向連通孔H3aから外周側に2本の連通孔(軸垂直方向連通孔)H3bがほぼ平行に穿設されている。この軸垂直方向連通孔H3bの外周側は、第1ハウジング41の連通孔H4に連通している。
【0032】
トラベリングプレート12は、ジョイント取付穴と、連通孔H5が形成されている。ジョイント取付穴は、図5,6に示すように、第1ジョイント17aの第1ハウジング31が嵌挿される穴である。連通孔H5は、図6に示すように、水平方向連通孔H5aと、第1垂直方向連通孔H5bと、第2垂直方向連通孔H5cとからなる。水平方向連通孔H5aは、トラベリングプレート12の平行方向に、すなわち主軸の軸垂直方向に2本穿設されている。第1垂直方向連通孔H5bは、水平方向連通孔H5aからジョイント取付穴側へ2本穿設されている。第2垂直方向連通孔H5cは、水平方向連通孔H5aからトラベリングプレート12の上面側へ2本穿設されている。そして、第1垂直方向連通孔H5bは、第1ジョイント17aの第1ハウジング41に形成された連通孔H4と連通している。第2垂直方向連通孔H5cは、主軸13に形成される穴(図示せず)に連通している。なお、主軸13には、図示しないが、それぞれの連通孔に対応する連通孔が形成されている。
【0033】
ここで、形成する経路は7経路の場合における配管用ジョイント及び配管の配設について図7を参照して説明する。図7に示すように、6本のロッドを15a〜15fとする。ロッド15a〜15eには、配管用ジョイントJ1〜J7及び配管P1〜P4が、それぞれ1本ずつ配設される。ロッド15fには、配管用ジョイントJ1〜J7及び配管P1〜P4が、2本配設される。また、連通孔H1〜H4は全ての第1ジョイント17a及び第2ジョイント17bに形成され、連通孔H5はトラベリングプレート12に合計12本の連通孔H1〜H5が形成されている。そして、ロッド15a〜15eが連結されている第1ジョイント17a及び第2ジョイント17b及びトラベリングプレート12に形成されている連通孔H1〜H5のうち1本のみ使用しており、他の1本は閉塞されて使用しない。また、ロッド15fが連結されている第1ジョイント17a及び第2ジョイント17b及びトラベリングプレート12に形成されている連通孔H1〜H5は、2本とも使用している。
【0034】
そして、ロッド15aに形成された供給経路は、外部クーラントの供給用に使用している。ロッド15bに形成された供給経路は、主軸冷却水の供給用に使用している。ロッド15cに形成された供給経路は、工具締め用の作動油の供給用に使用している。ロッド15dに形成された供給経路は、主軸冷却水の排出用に使用している。ロッド15eに形成された供給経路は、スルークーラント用に使用している。ロッド15fに形成された供給経路のうち一方は、工具緩め用の作動油の供給用に使用している。ロッド15fに形成された供給経路のうち他方は、エアの供給用に使用している。
【0035】
なお、上述の実施形態においては、アクチュエータユニット20から第1ジョイント17aまでは配管用ジョイント及び配管により、第1ジョイント17aから主軸13までは連通孔により流体供給経路を形成しているが、これに限られるものではない。例えば、アクチュエータユニット20からトラベリングプレート12まで配管用ジョイント及び配管により、トラベリングプレート12から主軸13までは連通孔により流体供給経路を形成してもよい。また、アクチュエータユニット20からロッド15まで配管用ジョイント及び配管により、ロッド15から主軸13までは連通孔により流体供給経路を形成してもよい。また、アクチュエータユニット20から第3,4,5ジョイント16a,b,cまでは配管用ジョイント及び配管により、第3,4,5ジョイント16a,b,cから主軸13までは連通孔により流体供給経路を形成してもよい。また、アクチュエータユニット20から主軸13まで全て連通孔により流体供給経路を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】パラレルリンク工作機械の全体構成図を示す。
【図2】パラレルリンク加工部の外観構成図を示す。
【図3】パラレルリンク部の詳細構成図を示す。
【図4】パラレルリンク加工部の正面図を示す。
【図5】第1ジョイントの回転軸と第2ジョイントの回転軸を含む面における第1ジョイント及び第2ジョイントの部分断面図を示す。
【図6】第1ジョイントの回転軸と主軸の回転軸を含む面における第1ジョイント及びトラベリングプレートの部分断面図を示す。
【図7】トラベリングプレート周囲の平面図である。
【図8】従来のパラレルリンク加工部の正面図を示す。
【符号の説明】
1 ・・・ 門型フレーム
2 ・・・ 支持柱
3 ・・・ テーブル
4 ・・・ パラレルリンク加工部
10 ・・・ パラレルリンク部(可動体)
11 ・・・ 基台
12 ・・・ トラベリングプレート(可動体)
13 ・・・ 主軸(エンドエフェクタ)
15 ・・・ ロッド
16a ・・・ 第5ジョイント
16b ・・・ 第4ジョイント
16c ・・・ 第3ジョイント
17a ・・・ 第1ジョイント
17b ・・・ 第2ジョイント
20 ・・・ アクチュエータユニット(アクチュエータ)
22 ・・・ スライド(ガイド)
26 ・・・ スライダ(スライドテーブル)
J1〜J7 ・・・ 配管用ジョイント
P1〜P4 ・・・ 配管
H1〜H5 ・・・ 連通孔
Claims (5)
- 基台と、
作動空間内を移動するトラベリングプレートと、前記基台と前記トラベリングプレートとを連結する複数のロッドを有するパラレルリンク部とを備えた可動体と、
前記トラベリングプレートに固定されたエンドエフェクタと、
前記可動体を駆動するアクチュエータと、
を備えたパラレルリンク機械において、
前記可動体は、内部側であって前記エンドエフェクタに連通してなり、前記エンドエフェクタへ供給される流体が通過する連通孔が形成されたことを特徴とするパラレルリンク機械。 - 前記連通孔は、前記トラベリングプレートに穿設されることを特徴とする請求項1記載のパラレルリンク機械。
- 前記可動体は、さらに、前記トラベリングプレートと前記パラレルリンク部とを連結する回転継手を備え、
前記連通孔は、前記トラベリングプレート及び前記回転継手に穿設されることを特徴とする請求項1記載のパラレルリンク機械。 - 前記連通孔は、前記トラベリングプレート及び前記パラレルリンク部に穿設されることを特徴とする請求項1記載のパラレルリンク機械。
- 前記アクチュエータは、
前記基台に所定傾斜角度で2本ずつ略等間隔に3方向に放射状に固定された6本のガイドと、
前記ガイドの長手方向に移動可能に6本の前記ガイドに各々に設けられた6つのスライドテーブルと、
を備えたことを特徴とする請求項1記載のパラレルリンク機械。
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