JPH04331032A - Zチルトアーム - Google Patents

Zチルトアーム

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JPH04331032A
JPH04331032A JP12450591A JP12450591A JPH04331032A JP H04331032 A JPH04331032 A JP H04331032A JP 12450591 A JP12450591 A JP 12450591A JP 12450591 A JP12450591 A JP 12450591A JP H04331032 A JPH04331032 A JP H04331032A
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ball
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ball screw
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、加工機械、組立機械等
の各種機械に装着されるための固定部材と、所望の装置
を装着するための可動部材とを有し、固定部材に対して
可動部材を移動させ、また、傾斜させる、Zチルトアー
ム、すなわち、位置決め姿勢制御機構に関する。
【0002】
【従来の技術】図7は従来のこの種のチルトアームの一
例を模式的に示した図である。固定部材81には第1軸
部材82が取り付けられ、第1軸部材82にはジョイン
ト部材83を介して第2軸部材84が取り付けられ、第
2軸部材84には可動部材85が取り付けられている。 また、第1軸部材82の中心軸線である軸線Zと第2軸
部材84の中心軸線である軸線Xとは直交している。こ
のチルトアームは、固定部材81に対して可動部材85
を軸線Zと平行な方向に往復移動させることができ、ま
た、可動部材85を、軸線Zまわりに矢印φ方向に回動
させるとともに軸線Xまわりに矢印θ方向に回動させて
傾斜させることができる。
【0003】ここで、可動部材85を軸線Zと平行な方
向に往復移動させる手段としては、固定部材81に対し
て第1軸部材82を軸線Zと平行な方向に往復移動可能
に取り付け、その第1軸部材82を往復移動させる駆動
装置を固定部材81または第1軸部材82に装着するも
のや、また、第1軸部材82に対してジョイント部材8
3を軸線Zと平行な方向に往復移動可能に取り付け、そ
のジョイント部材83を往復移動させる駆動装置を第1
軸部材82またはジョイント部材83に装着するものが
ある。
【0004】可動部材85を軸線Zまわりに矢印φ方向
に回動させる手段としては、固定部材81に対して第1
軸部材82を軸線Zまわりに回転可能に取り付け、その
第1軸部材82を回動させる駆動装置を固定部材81ま
たは第1軸部材82に装着するものや、また、第1軸部
材82に対してジョイント部材83を軸線Zまわりに回
転可能に取り付け、そのジョイント部材83を回動させ
る駆動装置を第1軸部材82またはジョイント部材83
に装着するものがある。
【0005】可動部材85を軸線Xまわりに矢印θ方向
に回動させる手段としては、ジョイント部材83に対し
て第2軸部材84を軸線Xまわりに回転可能に取り付け
、その第2軸部材84を回動させる駆動装置をジョイン
ト部材83または第2軸部材84に装着するものや、ま
た、第2軸部材84に対して可動部材85を軸線Xまわ
りに回転可能に取り付け、その可動部材85を回動させ
る駆動装置を第2軸部材84または可動部材85に装着
するものがある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のチルト
アームにおいて、第1軸部材から可動部材までの各部材
の重量およびそれらの駆動装置の重量、さらに可動部材
に装着された所望の装置の重量は、全て固定部材と第1
軸部材との取り付け部分にかかり、また、第1軸部材と
ジョイント部材との取り付け部分およびジョイント部材
と第2軸部材との取り付け部分にそれぞれかかる重量も
小さくはないので、それら取り付け部分は強度を強くす
るために大型化してしまい、チルトアーム全体としても
大型化して製作コストが上昇してしまうという欠点があ
った。
【0007】本発明の目的は、従来のものに比較して小
型化したZチルトアームを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のZチルトアーム
は、固定部材と、固定部材にそれぞれ回動可能に取り付
けられた3個のハウジングと、各ハウジングに、ハウジ
ングの回動の中心軸線に対して垂直方向に往復移動可能
にそれぞれ取り付けられた直動体と、ハウジングと直動
体とからなる3個の直動ユニットにそれぞれ設けられた
、直動体を往復移動させる駆動手段と、各直動体の先端
にそれぞれボールジョイントを介して取り付けられた可
動部材とを有し、3個のハウジングは3つの回動の中心
軸線が正三角形を描くように配置され、3個のボールジ
ョイントは正三角形の各頂点にそれぞれ位置するように
配置されているものである。
【0009】また、駆動手段は、ハウジングに固定され
て設けられたボールナットと、ハウジングの回動の中心
軸線に対して垂直方向に直動体に回転可能に取り付けら
れ、ボールナットと螺合するボールネジと、ボールネジ
を正転、逆転させる、直動体に取り付けられた電動モー
タとを有するものや、直動体に固定されて設けられたボ
ールナットと、ハウジングの回動の中心軸線に対して垂
直方向に該ハウジングに回転可能に取り付けられ、ボー
ルナットと螺合するボールネジと、ボールネジを正転、
逆転させる、ハウジングに取り付けられた電動モータと
を有するものもある。
【0010】さらに、直動体は互いに平行に伸びる2辺
を有するロ字状のものであり、ボールネジは2辺の間で
2辺と平行に配置され、ハウジングには、2辺の各外側
部をハウジングの回動の中心軸線に対して垂直方向にそ
れぞれ案内する直動ガイドが設けられているものもある
【0011】
【作用】固定部材から可動部材までの重量(固定部材の
重量は除く。)および可動部材に装着する所望の装置の
重量は、固定部材とハウジングとの3つの取り付け部に
分散されて固定部材に加わる。
【0012】
【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。
【0013】図1は本発明のZチルトアームの第1実施
例の斜視図であり、まず、第1実施例について説明する
【0014】各種機械に装着されるための固定部材1に
は3個の回動軸1a,1b(他は不図示)がそれぞれ不
図示の軸受を介して回転可能に取り付けられており、3
個の回動軸1a,1bはそれらの各中心軸線が正三角形
を描くように配置されている。回動軸1aの両端部には
ハウジング2が固着されており、ハウジング2は回動軸
1aの中心軸線まわりに回動可能となっている。他の2
個のハウジング3,4も同一の構成により他の2個の回
動軸2b(他は不図示)にそれぞれ固着されている。
【0015】3個のハウジング2,3,4にはロ字状の
直動体5,6,7がそれぞれ同一の構成により取り付け
られて、各直動ユニット21,22,23が構成されて
おり、各直動ユニット21,22,23には直動体5,
6,7を往復移動させる同一の構成の駆動手段が設けら
れているので、直動ユニット21について説明し、他の
直動ユニット22,23についての説明は省略する。
【0016】直動体5の互いに平行に図示上下方向に伸
びる2辺の各外側部5a,5bには、不図示のガイドレ
ールが外側部5a,5bの一端から他端まで形成されて
おり、ハウジング2に設けられた4個の直動ガイド2a
〜2dが前記各ガイドレールに2個ずつ摺動可能に嵌合
している。直動体5は、各直動ガイド2a〜2dにより
案内されて、回動軸1aの中心軸線に対して垂直方向に
往復移動可能となっている。直動体5の図示上辺部およ
び下辺部には、ボールネジ8の両端部がそれぞれ軸受等
を介して回転可能に取り付けられており、ボールネジ8
の中心軸線は直動体5の互いに平行に図示上下方向に伸
びる2辺の中間に位置して回動軸1aの中心軸線に対し
て垂直となっている。ボールネジ8はハウジング2に固
定して設けられたボールナット11を挿通してボールナ
ット11と螺合しており、ボールネジ8の図示上端は直
動体5の図示上辺部に取り付けられた電動モータ14の
出力軸と接続されている。また、3個のハウジング2,
3,4の各ボールナット11,12(他は不図示)は正
三角形の各頂点に相当する位置にそれぞれ配置されてい
る。
【0017】3個の直動体5,6,7の各先端(図示下
辺部)には、ボールジョイント17,18,19が各ボ
ールネジ8,9,10の中心軸線の延長線上に位置する
ようにそれぞれ取り付けられており、正三角形の板状の
可動部材20が3個の直動体5,6,7の各先端にボー
ルジョイント17,18,19をそれぞれ介して取り付
けられている。また、各ボールジョイント17,18,
19は正三角形の各頂点にそれぞれ位置している。
【0018】各電動モータ14,15,16はDCサー
ボモータ、ステッピングモータ等の回転角の制御が可能
なものであり、各電動モータ14,15,16により各
ボールネジ8,9,10がそれぞれ適当な回転角だけ正
転、逆転されることにより、各直動体5,6,7が回動
軸1a,1b(他は不図示)に対して垂直方向にそれぞ
れ移動する。これにより、可動部材20を、固定部材1
に対して所望の距離だけ移動させるとともに所望の姿勢
に傾斜させることができる。
【0019】図2は本実施例のZチルトアームの機構の
2つの座標系C0およびC1 を示す図、図3は本実施
例の直動ユニットの機構を示す図、図4は本実施例のZ
チルトアームの各直動ユニット21,22,23の長さ
(ハウジング2,3,4からボールジョイント17,1
8,19までの長さ)を計算する手順を示すフローチャ
ートである。これらの図を参照して、可動部材20を固
定部材1に対して所望の距離および姿勢に位置させるの
に必要な、各直動ユニット21,22,23の長さを計
算する手順について説明する。
【0020】図2において、3個の回動軸1a,1b(
他は不図示)の各中心軸線A1 ,A2 ,A3 上に
位置する点P1,P2 ,P3 は、固定部材1と回動
軸1a,1b(他は不図示)とハウジング2,3,4と
からなるジョイントであるピンジョイントの中心をそれ
ぞれ示し、点P1 ,P2 ,P3 を結んで描かれる
三角形は正三角形となる。図示下方の正三角形の各頂点
B1,B2 ,B3 は各ボールジョイント17,18
,19の中心をそれぞれ示す。
【0021】ここで、直交座標軸X0 Y0 Z0 か
らなる座標系C0 を次のように設定する。原点を正三
角形P1 P2 P3 の重心と一致させ、原点および
点P1 を通る直線をX0 軸とし、原点を通り正三角
形P1 P2 P3 に対して垂直な直線をZ0 軸と
する。また、直交座標軸X1 Y1 Z1 からなる座
標系C1 を次のように設定する。原点を正三角形B1
 B2 B3 の重心と一致させ、原点および点B1 
を通る直線をX1 軸とし、原点を通り正三角形B1 
B2 B3 に対して垂直な直線をZ1 軸とする。
【0022】座標系C0 に対する座標系C1 の位置
、姿勢を表わすのにオイラーの角φ,θ,ψを用いると
、座標系C1 の位置、姿勢は座標系C0 の変数およ
びオイラーの角の6つの変数(x0 ,y0 ,z0 
,φ,θ,ψ)により表わされる。すなわち、座標系C
1 の3つの変数x1 ,y1 ,z1 は、それぞれ
6つの変数(x0 ,y0 ,z0 ,φ,θ,ψ)に
より表わされる。この機構の目的は、これらの6つの変
数のうちz0 ,φ,θを所望の値に設定して座標系C
0 に対する座標系C1 の位置、姿勢を制御すること
であるが、z0 ,φ,θをそれぞれ所望の値に設定す
ると、残りのx0 ,y0 ,ψの値もおのずと決まる
。この関係は、1987年IEEE,Vol.1,CH
2413−3,P345〜P350,「KINEMAT
ICANALYSIS  OF  A  THREE 
 DEGREES  OF  FREEDOM  IN
−PARALLEL  ACTUATED  MANI
PULATOR」,著者;Kok−Meng  Lee
に示されるように、   x0 =−ρ{(1−cos θ)cos 2φ}
/2      ・・・・・・・・・     (1)
  y0 =ρ{(1−cos θ)sin 2φ}/
2        ・・・・・・・・・     (2
)  ψ  =−φ                
                    ・・・・・
・・・・     (3)と表わされる。ここでρは正
三角形B1 B2 B3 の重心から頂点までの距離で
ある。以上の式から座標系C0 に対する座標系C1 
の位置、姿勢が定まるので、座標系C0 に対する各ボ
ールジョイント17,18,19の中心である各点B1
 ,B2 ,B3 の位置が定まり、これから、各直動
ユニット21,22,23の長さとなる2点P1 ,B
1 の距離L1 、2点P2 ,B2 の距離L2 お
よび2点P3 ,B3 の距離L3 がそれぞれ求めら
れる。実際の各直動ユニット21,22,23では、図
3に示すように、直動体5がボールネジ8の中心軸線で
ある直線E1 に沿って往復移動し、直線E1 と回動
軸1aの中心軸線A1 とは距離δだけ離れている。し
たがって、実際の直動ユニット21の長さは、2点P1
a,B1 の距離l1 であり、次式から求められる。 l1 =(L12−δ2 )1/2         
              ・・・・・・・・・  
   (4)他の直動ユニット22,23の長さl2 
,l3 についても同様である。
【0023】3個の直動ユニット21,22,23の各
長さl1 ,l2 ,l3 を求める手順について図4
を参照して説明する。
【0024】まず、z0 ,φ,θの目標値をそれぞれ
設定し(ステップS1)、それらに基づいてx0 ,y
0 ,ψを計算して求める(ステップS2)。つぎに、
3個のボールジョイント17,18,19の中心である
各点B1 ,B2 ,B3 の位置を計算し(ステップ
S3)、これらから3個の直動ユニット21,22,2
3の各長さl1 ,l2 ,l3 を計算して求める(
ステップS4)。つぎに、各長さl1 ,l2 ,l3
 がそれぞれ移動可能な長さであるか否かを判定し(ス
テップS5)、l1 ,l2 ,l3 のうち1つでも
移動不可能な長さのものがある場合には、エラーを発生
させ(ステップS6)、l1 ,l2 ,l3 の全て
が移動可能な長さである場合には、3個の直動ユニット
21,22,23の各直動体5,6,7を各l1,l2
 ,l3 の長さだけそれぞれ移動させる(ステップS
7)。
【0025】本実施例では、各直動ユニット21,22
,23において、直動ガイド2a〜2d,3a〜3d(
他は不図示)が2個ずつ直動体5,6,7の各外側部5
a,5b,6a,6b,7a,7bのガイドレールに摺
動可能に嵌合しているので、可動部材20からボールジ
ョイント17,18,19を介して直動体5,6,7に
かかる荷重の大部分は各直動ガイド2a〜2d,3a〜
3d(他は不図示)と各ガイドレールとの嵌合部分にか
かり、ボールネジ8,9,10とボールナット11,1
2(他は不図示)との螺号部分には、ボールネジ8,9
,10の中心軸線の方向の荷重しかかからない。これに
より、ボールネジ8,9,10、ボールナット11,1
2(他は不図示)および電動モータ14,15,16に
かかる負担が小さくてすみ、それらの小型化、コストダ
ウンなどが図れる。
【0026】図5は本発明のZチルトアームの第2実施
例の斜視図であり、第2実施例について説明する。本発
明においても各直動ユニット51,52,53は同一の
構成であるので、直動ユニット51について説明し、他
の直動ユニット52,53についての説明は省略する。
【0027】ボールネジ38は直動体35の図示上辺部
に固定して設けられたボールナット41を挿通してボー
ルナット41と螺合している。ボールネジ38の図示下
端部は、ハウジング32の軸受部54に軸受等を介して
回転可能に取り付けられており、また、ハウジング32
に取り付けられた電動モータ44の出力軸と接続されて
いる。
【0028】以上説明した以外の点は第1実施例と同様
なのでその説明は省略する。
【0029】本実施例では、各電動モータ44,45,
46が各ハウジング32,33,34に取り付けられて
いるので、固定部材31に対する移動量は少なく、各電
動モータ44,45,46に結線するケーブル類の設置
等が容易になる。また、各直動体35,36,37は、
各電動モータ44,45,46をそれぞれ支える必要が
ないので、小型化、軽量化することができる。
【0030】前述した各実施例では、直動体5,6,7
,35,36,37はいずれもロ字状であるものを示し
たが、この形状に限る必要はない。直動体とハウジング
の回動の中心軸線に対して垂直方向に往復移動可能に取
り付ける手段として、直動体5,6,7,35,36,
37の各外側部5a,5b,6a,6b,7a,7b,
35a,35b,36a,36b,37a,37bにガ
イドレールを形成し、各ガイドレールに直動ガイド2a
〜2d,3a〜3d,32a〜32d,33a〜33d
(他は不図示)を2個ずつ摺動可能に嵌合させた例を示
したが、これに限らず、他の公知のスライド手段を介し
て各直動体5,6,7,35,36,37を各ハウジン
グ2,3,4,32,33,34にそれぞれ取り付けて
もよい。また、ハウジング2,3,4,32,33,3
4を固定部材に回動可能に取り付ける手段は、前述の各
実施例に示したものに限る必要はなく、他の公知の手段
を用いてもよい。
【0031】図6は前述した第1実施例または第2実施
例のZチルトアームを装着した研磨装置の斜視図であり
、この研磨装置60について説明する。
【0032】図6において、定盤61にはYテーブル6
2が平行な2本のガイドレール61a,61bに案内さ
れて矢印Y方向およびその逆方向に往復移動自在に装着
されている。2本のガイドレール61a,61bの間に
は各ガイドレール61a,61bと平行にボールネジ6
1cが回転自在に軸支されており、該ボールネジ61c
は、Yテーブル62に設けられた不図示のボールナット
に螺合し、ボールネジ61cの一端はモータ61dの出
力軸と接続されている。これにより、ボールネジ61c
がモータ61dの駆動により正転、逆転することにより
、Yテーブル62は矢印Y方向およびその逆方向に往復
移動される。
【0033】Yテーブル62にはXテーブル63がガイ
ド62aに案内されて矢印X方向(矢印Y方向に対して
垂直方向)およびその逆方向に往復移動自在に装着され
ている。ガイド62aの内側には矢印X方向と平行にボ
ールネジ63cが回転自在に軸支されており、該ボール
ネジ63cは、Xテーブル63に設けられた不図示のボ
ールナットに螺合し、ボールネジ63cの一端はモータ
63dの出力軸と接続されている。これにより、ボール
ネジ63cがモータ63dの駆動により正転、逆転する
ことにより、Xテーブル63は矢印X方向およびその逆
方向に往復移動される。
【0034】Xテーブル63には回転テーブル64が不
図示の回転駆動手段を介して装着されており、該回転駆
動手段により矢印F方向およびその逆方向に正転、逆転
される構成となっている。
【0035】回転テーブル64に固定されたタブ65内
には研磨液が満たされており、被加工物66はその研磨
液中に浸けられた状態でタブ65に固定される。
【0036】被加工物66の上方には、定盤61に設け
られた3個のL字形の研磨フレーム67a,67b,6
7cの各先端が位置しており、各先端には取付板68が
固着されている。
【0037】第1実施例または第2実施例のZチルトア
ーム70の固定部材1,31は取付板68に固着されて
おり、Zチルトアーム70の可動部材20,50には、
被加工物66を研磨加工するための研磨ヘッド71が装
着されている。
【0038】つぎに、研磨装置60の研磨時の動作の一
例について説明する。
【0039】例えば、非球面形状の被加工面を有する被
加工物66を研磨する場合について説明すると、Xテー
ブル63およびYテーブル62がそれぞれ移動されて、
被加工物66の被加工面がZチルトアーム70に装着さ
れた研磨ヘッド71の下方に移動する。ついで、Zチル
トアーム70が駆動されて研磨ヘッド71が下降し、研
磨ヘッド71に保持された研磨工具(不図示)が研磨液
中に浸けられた被加工物66の被加工面に接触する。被
加工物66は回転テーブル64が回転することにより矢
印F方向に回転し、同時に、研磨工具は研磨ヘッド71
の不図示の揺動装置により揺動される。このとき、研磨
工具と被加工物66の被加工面とが摺擦して研磨が行な
われる。また、前記研磨時には、Zチルトアーム70が
、あらかじめ作成された加工プログラムに基づいて駆動
され、研磨工具の荷重の方向が常に被加工面の法線方向
と一致するように保たれる。
【0040】
【発明の効果】本発明は以下に記載する効果を奏する。
【0041】固定部材から可動部材までの重量(固定部
材の重量は除く。)および可動部材に装着する所望の装
置の重量は固定部材とハウジングとの3つの取り付け部
に分散されて固定部材に加わるので、固定部材とハウジ
ングとの各取り付け部は、強度を強くする必要がなく、
小型にすることができる。また、可動部材の重量および
前記所望の装置の重量も3個の直動ユニットに分散され
て加わるので、各直動ユニットを小型にすることができ
、直動体を往復移動させる駆動手段も小型にすることが
できる。これらの結果、従来のものに比較して全体とし
て小型化することができ、コストダウンにも役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のZチルトアームの第1実施例の斜視図
である。
【図2】同実施例の機構の2つの座標系を示す図である
【図3】同実施例の直動ユニットの機構を示す図である
【図4】同実施例の各直動ユニットの長さを計算する手
順を示すフローチャートである。
【図5】本発明のZチルトアームの第2実例の斜視図で
ある。
【図6】本発明の第1実施例または第2実施例のZチル
トアームの装着した研磨装置の斜視図である。
【図7】従来のチルトアームの一例を模式的に示した図
である。
【符号の説明】
1,31    固定部材 1a,1b    回動軸 2,3,4,32,33,34    ハウジング2a
〜2d,3a〜3d,32a〜32d,33a〜33d
    直動ガイド 5,6,7,35,36,37    直動体5a,5
b,6a,6b,7a,7b,35a,35b,36a
,36b,37a,37b    外側部8,9,10
,38,39,40    ボールネジ11,12,4
1,42,43    ボールナット14,15,16
,44,45    電動モータ17,18,19,4
7,48,49    ボールジョイント 20,50    可動部材 70    Zチルトアーム

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  固定部材と、前記固定部材にそれぞれ
    回動可能に取り付けられた3個のハウジングと、前記各
    ハウジングに、ハウジングの回動の中心軸線に対して垂
    直方向に往復移動可能にそれぞれ取り付けられた直動体
    と、前記ハウジングと前記直動体とからなる3個の直動
    ユニットにそれぞれ設けられた、前記直動体を前記往復
    移動させる駆動手段と、前記各直動体の先端にそれぞれ
    ボールジョイントを介して取り付けられた可動部材とを
    有し、前記3個のハウジングは前記3つの回動の中心軸
    線が正三角形を描くように配置され、前記3個のボール
    ジョイントは正三角形の各頂点にそれぞれ位置するよう
    に配置されている、Zチルトアーム。
  2. 【請求項2】  駆動手段は、ハウジングに固定されて
    設けられたボールナットと、前記ハウジングの回動の中
    心軸線に対して垂直方向に直動体に回転可能に取り付け
    られ、前記ボールナットと螺合するボールネジと、前記
    ボールネジを正転、逆転させる、前記直動体に取り付け
    られた電動モータとを有する請求項1に記載のZチルト
    アーム。
  3. 【請求項3】  駆動手段は、直動体に固定されて設け
    られたボールナットと、ハウジングの回動の中心軸線に
    対して垂直方向に該ハウジングに回転可能に取り付けら
    れ、前記ボールナットと螺合するボールネジと、前記ボ
    ールネジを正転、逆転させる、前記ハウジングに取り付
    けられた電動モータとを有する請求項1に記載のZチル
    トアーム。
  4. 【請求項4】  直動体は互いに平行に伸びる2辺を有
    するロ字状のものであり、ボールネジは前記2辺の間で
    前記2辺と平行に配置され、ハウジングには、前記2辺
    の各外側部をハウジングの回動の中心軸線に対して垂直
    方向にそれぞれ案内する直動ガイドが設けられている、
    請求項2または3に記載のZチルトアーム。
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