WO1983003995A1 - Industrial robot - Google Patents

Description

明 細 書

発明の名称 .

工業用ロ ボッ ト

技術分野 .

本発明は、 直交座標系の工業用ロボッ トに係]?、 簡易な構成 で、 高位置精度ならびに高互換性を確保し、 かつ動作範囲の変 更の容易な装置を提供するものである。

背景技術

従来よ 直交座標系のロ ボッ トは、 多数存在し、 また多く提 案がなされて る o '

しかしながらこれらの装置は、 一定目的のための専用装置と して構成されているため、 用途に対して自由に対応できる柔軟 性に欠け、 また動作範囲あるいは動作位置を変更する場合に、 ロボッ ト本体自体を移動させるか、 制御のプログラムを変更し て動作位置を変える等、 大掛 ¾作業あるいは煩雑な作業を必 要としていた。

発明の開示

本発明の工業用ロボッ トは取付面を有する移動ブロ ックと、 この移動ブロ ックの取付面と平行で、 かつ同取付面が露出する よう位置する側面、 この側面に直角な取付底面 ¾らびに上記移 動ブ ロ ッ クを、 その取付面と平行方向に一定範囲直線移動可能 に支持するガイ ド 1 Oを傭えたュニッ ト本体と、 このュニッ ト 本体に固定され、 上記移動プロ ックを驟動する駆動手段と、 こ の駆動手段を制御する制御手段とから ¾る複数のュニッ トを有 し、 上記一方のュニッ トの移動ブロ ックの取付面に取付けられ

( Ο ΡΙ る第 1 の取付面と、 この第¹ の取付面と直角を ¾し、 他方のュ - トのュニッ ト本体の取付平面を取付ける第 2の取付面を有 する載置手段を介して、 上記複数のュニッ トを、 その各ュ-ッ ト の移動プロ ツクの直線移動方向が直角とな'るように結合した

5 も ので、 各ュ -ッ トは載置手段を取付けるための最小限の移動 ブロックを露出するだけで、 各ュニッ ト間の結合が容易であ J? 複数のュ-ッ トを組合せ、 種々の移動範囲をも ったものが容易 に構成可能となるものである。

図面の簡単る説明

i o 第 1 図は本発明の一実施例における工業用ロ ボッ トの斜視図、 第 2図は同 X軸ュニッ トの一部断面の斜視図、 第 3図は同: X軸 ュ-ッ トのタ コジヱネレーク の断面図、 第 4図は同 Y軸ュニッ トの一部断面の斜視図、 第 5図は X軸ュニッ ト と Y軸ュ-ッ ト の組立図、 第 6図は Z軸ュ-ッ トの一部断面の斜視図、 第 7図

15 は位置決め方法のフ ロ ーチャ ー ト 、 第 8図は原点復帰のフ ロ ー チヤ一 ト、 第 9図〜 1 .S図は X軸ュニッ ト ， Y軸ュ-ッ ト ， Z 軸ュ-ッ ト各々の組み合わせによる工業用ロボッ トの斜視図で ¾>る o

発明を実施するための最良の形態

0 以下本発明の」実施例を第 1 図〜第 8図によ 説明する。

¹ は X軸ユニ ッ ト であ 、 第 1 載置手段 2を矢印 X方向に摺 動させる。 3は Y軸ュニッ トであ ]?、 前記第 1 載置手段 2に固 定されてお]?、 第 2載置手段 4を矢印 X方向とは垂直の矢印 y 方向に摺動させる o 5は Z軸ュニッ トであ 、 第 2載置手段 4 5 に固定され、 プレー ト ⁶を矢印 方向 よび矢印': 7方向とは垂 一 O\:PI VIPO 直方向の矢印 z方向に摺動させる。

次に各 X軸ュニッ ト ， Y軸ュニッ ト ， Ζ軸ュ-ッ 卜につ て 詳細に説明する。

ァは移動ブロ ックであ 、 略中央部にボー'ルナッ ト ⁸を固定 して設けてお^、 この.ボールナツ ト 8 とボールねじ⁹とは驃合 可能である ο 1 Οはボールねじ⁹の軸方向と平行に設けられた ガイ ドであ ]?、 ボールねじ 9の両側に所定の距離をおいて備え 付けられて る。 1 1 は移動ブロ ック支持部であ 、 移動ブロ ック 7に固定され、 ガイ ド 1 Oの軸方向に、 ボール ¹ 2を介し て摺動可能に取 ]3付けられている o ^{1 3}はモータであ ])、 ボー' ルねじ 9の先端部 1 4を、 ジ ョ イ ン ト 1 5を介して回転駆動さ せる o

1 3 aは口—タ リ ーエンコ ーダで、 モー タ 1 3の後端部に固 定されている o 口 ータ リ 一エンコーダ ¹ 3 aは回転する円板

1 3 b とこの円板 1 3 bの両面に対向した投光器 1 3 c と受光 器¹ 3 d及び信号の増幅回路 （図示せず） を有してい.る。 円板 1 3 bはその中心から外周方向に放射状にス リ ッ トを有し、 モ —タ 1 3の出力軸と同軸上に固定され一体的に回転する。 投光 器 1 3 c及び受光器 1 3 dは前記円板 1 3 b とは接触せず円板 1 3 bがその光軸をさえ切る様な位置に固定されている。 1 6 はボールベア リ ングであ ]9、 ボールねじ 9を回転可能に軸支し てお j?、 ボールねじ 9の両端に設けられている。 1 ァは磁石で あ 、 移動ブロ ックァに固定されている。 1 8はセ ンサ固定用 ブラケッ トであ j？、 ボールねじ 9の軸方向と平行に設けられ、 ホーノレ素子使用のセンサ 1 9 , 2 O ， 2 1 ， 2 2 ， 2 3 , 2 4

ΟΜΡΙ を磁石 1 7の検出可能 ¾位置に各々適切 ¾距離をも って固定し て る o なお、 セ ンサ 1 9 ， 2 0 ， 2 1 ， 2 2 ， 2 3 ， 2 4は センサ固定用ブラケ ッ ト ¹ 8に、 ボル トによ 移動可能に取 付けられて る。 2 5 ， ^{2 6}は側板であ ]3、， 'センサ固定用ブラ ケ ッ ト 1 S ， ボールベア リ ング 1 6およびガイ ド 1 Oと固定し て設けられている o 2 6 aはタコジヱネレータであ]?、 ボー ル ねじ⁹の端部に取！）付けられ、 タコジェネレータ取付ブレー ト 2 6 i>に回.転可能に設けられている。 2 7は平板状の前面取付 ブレー トであ 、 移動プロ ック 7の上端部 ，下端部に固定され、 中央部に空間を介して設けられている。 この空間にカバー 2 ⁸ が揷入され、 両端はそれぞれ側板 2 5 ， 2 6に固定されている。

お、 この X：軸ュ-ッ ト 1 の周囲には、 カバーが取付けられ、 ほこ！）等が入ら ¾い様構成されて る。

次に、 Y軸ユニッ ト 3につ て説明する。 Y軸ユニッ ト 3は X軸'ュ-ッ ト 1 と同様 ¾構成であ 、 移動ブロ ック 2 9はボー ルナツ ト 3 Ο ，移動ブロ ック支持部 3 ¹ を有し、 かつ下端の突 出部 3 2は 3 3 a , 3 3 b ， 3 3 cの 3面に取付面を有するブ レー ト 3 3に固定している。 3 5はガイ ドであ ] 3、 前記ボール ナツ ト 3 0とボール 3 4を介して設けられ、 移動プロ ック支持 部 3 1 と螺合可能 ¾ボールねじ 3 6 と平行に設けられて る。

3 7は底板であ j?、 長手方向にキー溝 3 8を有し、 側部には溝 3 9 ， 4 0を有し、 この溝 3 9 ， 4 0に、 ブレー ト 3 3に固定 された磁石の磁力を検知するセンサ 4 1 ， 4 2 ， 4 3を取 付 けている。

次に、 第 1 載置手段 2について説明する。 4 4は L型ブラケ f CiviFI ッ トであ ]?、 第 ¹ の取付面^{4 5} の長手方向にキー溝 ^{4 6}を有 し、 かつボル ト 4 7が挿入可能 ¾長孔 4 8を複数設けている。

4 5 bは第 2の取付面である。 4 9はキーであ]?、 上部が Y軸 ュニ.ッ ト 3のキー溝 3 ⁸と篏合可能で、 下部が前記キー溝⁴ © と嵌合可能な構成である。 又、 L型ブラケッ ト ^{4 4}の平面部⁴⁹ にはボル ト 5 Oが揷入可能な孔 5 1 を有してお ]3 、 L型ブラケ ッ ト 4 4は X軸.ュ -ッ ト 1 の前面ブレー ト 2 7の T溝 5 2に揷 入可能な角ナッ ト 5 3とボルト 5 0によ 前面プレ ー ト 2 7に 固定される。 '

さらに Z軸ュ-ッ ト ⁵について説明する o 5 はボールねじ であ ]?、 両端は各々ボールベア リ ング ^{5 5}で回転可能に支持さ れ、 モータ 5 5 aによ 回転駆動される o ^{5 6}は移動ブロ ック であり、 前記ボ一ルねじ^{5 4}と螺合可能なボールナツ ト ⁵ 了を 固定し、 かつボールねじ ^{5 4}の軸方向と平行に配置されたガイ ド 5 8を有している。 5 9は取付けプレー トであ 、 前記ボー ルねじ 5 4の先端お.よびガイ ド 5 8に固定され、 矢印 z方向に 摺動可能である o 6 0 ， 6 1 ， 6 2はセンサであ ]?、 移動ブ口 ック内に埋設された磁石の磁力を検知する-よ うセンサ固定用ブ ラケッ ト 6 3に固定して設けられている o なお Z軸ュニッ トの 周囲は、 ほこ D等が入ら いよう カバーが設けられている。

上記構成において、 次に動作を説明する。 ブレー ト 6を平面 的に所定の位置に配置するには、 まずキ ー ボー ド等によ 、 配 置先の座標及びポイ ン ト · ッ — · ポイ ン ト ， 直線補間 ， 円弧補 間を選択して入力する。 あらかじめマイ ク ロ コ ン ピュ ー タ 6 4 に直線補間 ， 円弧補間 ， ポイ ン ト · ッ 一 · ポイ ン ト及び移動デ — ό— ータの移動パルス数を記憶させているため、 このマイク 口コ ン ビュ -タ 6 4から関数発生用大規模集積回路 （以下 L S I と呼 ぶ） ⁶ 5を介して補間パルスが発生する。 まず、 ブレー ト ⁶が 矢印 方向に移動する工程について説明する _Ό 前記関数発生用

5 L S I β 5は一定周期毎に内部演算が行 ¾われ、 X軸ュニ ッ ト 1 の位置制御用 L S I 6 6に補間パルスが出力される ο この補 間パルスを受けた位置制御用 L S Iが発生する出力信号はディ ジタ ル · アナログコ ンパータ 6 7によ ]?アナログ化され、 さら に X軸ュ-ッ ト ¹ のモータ 1 3を動かせる程度にサ—ボ ア ンブ i o 6 8によ 増巾され、 次にモータを動かす ο このモータ 1 3の 回転によ 軸ユニッ ト 3に載置されたブレー ト 6は矢印 X方 向に移動するものであるが、 ボールねじ 9に設けられたェンコ ーダ ^{1 3} aによ 発生したフィ ー ドパ ッ クパルスと設定した補 間パ ルス の累計数との差が Oになるまで位置制御用 L S I 6 6

15 は演算し、 かつ出力信号を発生する。 モータ 1 3の回転駆動力 は、. ジ ョ イ ン ト ^{1 5} ， ボー ルねじの先端部 1 4を介してボー ル ねじ 9に伝達され、 ボールねじ 9は回転する。 この時、 移動ブ ロ ック 7に固定されたボー ルナツ ト 8は、 ボールねじ 9 と螺合 可能であるが、 移動ブロ ック 7がガイ ド 1 Oによ 、 ボールね 0 じ 9の軸中心に回転不可能であるため、 矢印 X方向に搢動する。

次に、 第¹ 載置手段 2ならびにプレー ト 2 7が原点復帰する 場合について第 8図によ ]?説明する。 まず原点復帰信号が発生 すると、 第¹ 載置手段 2 ¾らびにプレー ト 2 7 の位置が原点よ 正か負か記憶したデータよ 判断し、 正の領域 aであればモ 5 —タ ^{1 3}は矢印 u方向の正転に回転するよう、 又、 負の領域 b v '^{1 po} であれば矢印 ν方向の逆転に回転するよ う信号を送る。 ここで、 移動プロ ック 7が正の領域 aに位置している場合を考えると、 前記モ ータ 1 ³は矢印 u方向に回転するため、 移動ブロ ック 7 は矢印 方向に移動し、 センサ ^{2 2}によ ]?移動ブロ ック了の磁 石 1 7が検知される。 この信号によ 、 あらかじめ集積回路メ モ リ （以下 I C メ モ リ と呼ぶ） にス ロ一速度値が記憶されてい 'るため、 位置制御用 L S I ^{6 6}からのディ ジタル · アナログコ ンバータ用出力信号を制御し、 モータ ^{1 3}の回転を遅くする。 次に、 センサ 2 1 によ 同様に移動ブロ ック ⁷の磁石 ¹ ァを検 知すると、 さらに、 正確 ¾位置検出のため、 エンコーダ¹ 3 a が零点かどうかを判断し、 零点 'であるならモータ ^{1 3}を停止さ せる信号を送る。 また、 移動プロ ック 7が負の領域に位置して いる場合も同様であ ]3、 まずセンサ 2 1 によ ]?移動ブロ ックを 検知してスロ ーダウ ンさせ、 次にセ ンサ ^{2 2}によ j?検知し、 さ らにエンコーダ 1 3 aによ ]?零点を検知してモータ ¹ 3を停止 させる。 ¾ぉ、 -磁石 1 ァは矢印 X方向に長さを有しているため、 移動ブロ ック 7が正の領域 ,負の領域のいずれに位置していて も原点復帰が可能である。

お、 I Cメモリでは移動ブロ ックァが正の領域で記憶され て るにもかかわらず、 例えば、 その後、 手動で負の領域に配 置した場合等の実際の位置が逆の領域にある場合、 原点復帰さ せよう と した時、 移動ブロ ッ クァは原点とは逆の方向に移動す るが、 センサ 2 0あるいはセンサ 2 ³によ ]?検知される。 この 時、 モー タ電圧は瞬時に逆転し、 モ ータは逆転する。 一方、 原 点復帰時以外では、 例えば暴走等によ ]?、 センサ 1 9あるいは

C2.i:-I — - 3 * センサ 2 4が移動ブロ ック 7を検出すると、 マイク ロコ ン ビュ —タ 6 4は位置制御用 L S I 6 6を リ セ ッ ト し、 モータ電 Eは O Vとしてモータ 1 3を停止させると共にリ レー回路によ モ ータは短絡状態と 、 強制停止する。 '

Y軸ュ-ッ トについても、 同様な位置決め ，原点復帰 ， ォー パ一ラン防止が X軸ュ- 'ク ト と同様に行なわれる。

次に、 第 9図〜第 1 6図は X軸ュ-ッ ト ， Y軸ュ-ツ ト ， Z 軸ュ-ッ トの組み合わせによ 、 各種の動作が可能であること 'を示す o お 6 9は先端に設けられたブレー トが軸方向に回転 可能な回転ュ-ッ トである。 又、 制御もその組み合わせによ 選択可能である。 '

産業上の利用可能性

以上、 本願発明は、 X軸ュ-ッ ト ， Υ軸ュニッ ト等の各ュニ つ トを同時に位置制御し、 かつュニッ ト毎に簡単に取付け、 組 立が自在で、 互換性を持たせることができ、 かつ、 載置手段へ の各ュ-ッ ト の、 載置手段を介しての取付位置および載置手段 の形状の選定によ 、 移動範囲の設定 ，変更を容易に行 うこ とが可能である。 また、 X軸 ， Υ軸等のュ-ッ トは、 載置手段 を取付けるための最小限の移動プロ ックを露出するだけて、 移 送ュニッ ト間の結合ができ、 精度面 ，安全面 ，耐環境性に優れ た工業用口ボッ トを提供できる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 取付面を有する移動ブロ ック と、 この移動ブロ ックの取付 面と平行で、 かつ同取付面が露出するよ う位置する側面、 この 側面に直角 ¾取付底面ならびに上記移動ブ ックを、 その取付 面と平行方向に一定範囲直線移動可能に支持するガイ ドを備え たュニッ ト本体と、 このュ-ッ ト本体に固定され、 上記移動ブ ロ ックを駆動する駆動手段と、 この駆動手段を制御する制御手 段とから る複数のュ- ッ トを有し、 上記一方のュニッ トの移 動ブロ ッ クの取付面に取付けられる第 1 の取付面と、 この第 1 の取付面と直角を ¾ し、 他方のユニッ トのュニッ ト本体の取付 平面を取付ける第 2の取付面を有する載置手段を介して、 上記 複数のュニッ トを、 その各ュニッ トの移動ブロ ックの直線移動 方向が直角となるように結合した工業用ロボッ ト。

2 - 請求の範囲第 1 項にお て、 載置手段の第 1 の取付面と一 方のュニッ トの移動プロ ックの取付面とは、 同ュ-ッ トの移動 ブロ ックの移動方向ならびに他方のュ-ッ トの移動ブロ ックの 移動方向のいずれにも直角な方向に可動的に取付けられ.るよ .う 構成した工業用ロボッ ト。

3 . 請求の範囲第 1 項において、 載置手段の第 2の取付面と一 方のュニッ トのュ-ッ ト本体の取付底面とは、 同ュニッ トの移 動ブ π ックの移動方向と同一方向に可動的に取付けられるよう 構成した特許請求の範囲第 1 項記載の工業用ロボッ ト。