JPH0446784A - 作業工具位置決め装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、多種少量生産における部品の挿入、取出し、
組立て等に使用する汎用性に富んだ産業用ロボットの先
端部等に取付けられる作業工具の昇降方向あるいは水平
移動方向の位置決めをする作業工具位置決め装置に関す
る。

［従来技術］ 従来、部品の組立て作業の省力化にともない、平面上の
２方向に移動する２台のテーブルを有する直交座標型ロ
ボット、あるいは水平方向に旋回自在な複数のアームを
有する水平多関節型のロボットが数多く利用されている
。この種のロボットでは、その先端が平面上を移動する
に過ぎないため、作業工具を所定位置まで下降させる作
業工具昇降装置が付設されている。この作業工具昇降装
置ｌは、第６図に示すようにロボット（図示せず）の支
持部に取付けられるハウジング２１を有し、このハウジ
ング２１にスクリュウシャフト２２と下端に作業工具７
が取付けられたスプラインシャフト２３とが直立する方
向に並列に配置されている。前記スクリュウシャフト２
２にはボールねじ軸受３が螺合しており、またこのボー
ルねじ軸受３は軸受台２４を介してスプラインシャフト
２３と一体に昇降するように構成されている。また、前
記スクリュウシャフト２２は駆動モータ２５の回転を受
けて回転するように構成されており、スクリュウシャフ
ト２２の回転によりボールねじ軸受３およびスプライン
シャフト２３が昇降してスプラインシャフト２３の下端
の作業工具７が昇降するように構成されている。

また、前記スプラインシャフト２３はロボットの支持部
の上、下部に回転自在に保持されたスプライン軸受５，
５により摺動自在に案内され、このスプライン軸受５の
一方には一体に回転するプーリ２６が取付けられている
。前記プーリ２６にはベルト伝達機構（図示せず）を介
して別のモータ（図示せず）の回転が伝達されるように
構成されており、スプラインシャフト２３をその位置で
回転させて作業工具７を任意の姿勢に保持するように構
成されている。

［発明が解決しようとする課題］ この作業工具位置決め装置では、ロボットの位置決めが
完了すると、駆動モータ２５を回転させてスクリュウシ
ャフト２２を回転させ、ボールねじ軸受３を所定量下降
させてこれとともにスプラインシャフト２３を下降させ
るが、スプラインシャフト２３の移動速度はスクリュウ
シャフト２２の回転速度により決まり、これを高速で下
降させようとすると、駆動モータ２５を高速で回転させ
ねばならず、駆動モータ停止時の慣性の影響で正確な高
さ位置に位置決めすることできない等の欠点が生じてい
る。また、作業工具７を一定速度で下降させる場合には
、駆動モータ２５を短時間で所定高速度まで加速しなけ
ればならず、駆動モータ２５自体にかなり大きな慣性が
ある関係で、駆動モータ２５はスクリュウシャフト２２
の加速に必要なトルクに加えて駆動モータ２５自体を加
速するためのトルクを発生しなければならず、大きな駆
動モータ２５が必要となってその重量が重くなり、ロボ
ットの駆動に必要なトルクが大きくなってロボット駆動
用モータ（図示せず）のトルク不足を招く等の欠点が生
じている。

本発明は上記欠点の除去を目的とするもので、ロボット
の先端部等に使用可能で作業工具の直線移動用のモータ
のみならず、作業工具の回転用モータによっても作業工
具を移動させて昇降用のモータの速度を上げることなく
作業工具を高速で移動させるとともに、昇降用のモータ
を大きくすることなく作業工具を短時間で高速度まで加
速できるように構成した作業工具位置決め装置を提供し
ようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するため、螺旋溝およびスプライン溝を
有するボールスプラインシャフトを有し、その一端には
これと一体に移動する作業工具が連結されている。前記
ボールスプラインシャフトにはボールねじ軸受、スプラ
イン軸受が嵌合して配置されており、ボールねじ軸受の
回転によりボールスプラインシャフトが直線移動し、ま
たスプライン軸受が回転するとボールスプラインシャフ
トが一体に回転するように構成されている。

一方、前記ボールねじ軸受、スプライン軸受に対応して
それぞれボールねじ軸受用モータ、スプライン軸受用モ
ータが設けられており、これらモータの回転にともなっ
てボールねじ軸受、スプライン軸受がそれぞれ回転する
ように構成されている。前記ボールねじ軸受用モータお
よびスプライン軸受用モータの制御部はスプライン軸受
用モータが駆動される時、スプライン軸受用モータをボ
ールねじ軸受用モータの回転方向と逆方向に駆動するよ
うに構成されている。

［作用］ 上記作業工具位置決め装置では、ボールねじ軸受用モー
タが駆動され、その回転を受けてボールねじ軸受が回転
すると、ボールスプラインシャフトが直線移動する。同
時に、スプライン軸受用モータがボールねじ軸受用モー
タと逆方向に駆動され、スプライン軸受がその回転を受
けて回転し、これと一体に前記ボールスプラインシャフ
トが回転する。このボールスプラインシャフトの回転方
向はボールねじ軸受の回転方向と逆方向となるので、ボ
ールねじ軸受とボールスプラインシャフトとは相対的に
回転し、ボールねじ軸受はボールスプラインシャフトの
速度が加算された速度で回転することとなり、ボールね
じ軸受用モータの回転を上げることなく、ボールスプラ
インシャフトおよび作業工具を高速で所定位置まで移動
させることができる。

また、ボールねじ軸受用モータによりボールスプライン
シャフトを移動させると同時にスプライン軸受用モータ
によってもボールスプラインシャフトを同方向に移動さ
せることができ、大きなモータを使用することなく、ボ
ールスプラインシャフトを短時間で所定高速まで加速す
ることができ、作業工具をただちに一定速度で移動させ
ることができる。

［実施例］ 以下、実施例を多関節型ロボットに付設される作業工具
位置決め装置の一例の作業工具昇降装置について説明す
る。第１図において、■はモータ（図示せず）の回転を
受けて水平面上で旋回する多関節型ロボット（図示せず
）のアーム２の先端に固定される作業工具昇降装置であ
る。前記アーム２の先端部は、作業工具昇降装置１の支
持部をなすとともに、これと交叉する方向で同心上に位
置して２個のモータ収納部２ａ、　２ｂが設けられてい
る。

このモータ収納部２ａ、　２ｂそれぞれには後記するボ
ールねじ軸受３に回転を伝−達するボールねじ軸受用ダ
イレクトドライブモータ４（以下、ボールねじ軸受用モ
ータという）、後記するスプライン軸受５に回転を伝達
するスプライン軸受用ダイレクトドライブモータ６（以
下、スプライン軸受用モータという）が固定されている
。前記ボールねじ軸受用モータ４、スプライン軸受用モ
ータ６は同一構造をしており、前記モータ収納部２ａ、
２ｂに嵌合するように取付けられた環状のステータ４ａ
、　６ａと中央部に中空穴を有するロータ４ｂ、　６ｂ
とからなっている。これら２個のロータ４　ｂ　、’６
　ｂの中空部を貫通するように下端に作業工具７が取付
けられたボールスプラインシャフト８が配置されている
。また、このボールスプラインシャフト８には所定リー
ド角を有する螺旋溝８ａと外周を等間隔に３等分する位
置でその軸線に沿って延びるスプライン溝８ｂとが削設
されており、これら螺旋溝８ａ、スプライン溝８ｂそれ
ぞれにボールねじ軸受３、スプライン軸受５内のボール
３ａ、５ａが嵌合するように構成されている。

前記ボールねじ軸受用モータ４のロータ４ｂの上部には
ボールねじ軸受３が一体に回転するように連結されてお
り、しかもこのボールねじ軸受３は前記ボールスプライ
ンシャフト８の螺旋溝８ａに螺合するように構成されて
いる。また、前記ボールねじ軸受３はアーム２の支持部
に固定されたケーシング９ａに案内されて、その位置で
回転可能に構成されている。さらに、前記ボールねじ軸
受用モータ４のロータ４ｂの下部には第１プーリ１０が
一体に回転するように連結されており、この第１プーリ
ｌＯの回転が第１ベルト機構（図示せず）を介してアー
ム２内に取付けられた第１エンコーダ（図示せず）によ
り取出され、ボールねじ軸受用モータ４の回転が制御さ
れるように構成されている。

一方、前記アーム２の他方のモータ収納部２ｂに位置す
るスプライン軸受用モータ６のロータ６ｂにはその下部
に位置してスプライン軸受５が一体に回転するように連
結されており、このスプライン軸受５は前記ボールスプ
ラインシャフト８のスプライン溝８ｂに嵌合するように
構成されている。また、前記スプライン軸受５はアーム
２の支持部に取付けられたケーシング９ｂ内で回転自在
に保持されており、スプライン軸受用モータ６の回転に
より一体に回転するように構成されている。

さらに、前記スプライン軸受用モータ６のロータ６ｂの
上部には第２プーリ１２が一体に回転するように連結さ
れており、その回転が第２ベルト機構（図示せず）を介
してアーム２内に取付けられた第２エンコーダ（図示せ
ず）により取出され、スプライン軸受用モータ６の回転
が制御されるように構成されている。

前記アーム２の仕切り壁２ｃには第１プーリ１０と第２
プーリ１２との間に位置してこれらの回転に制動を加え
るブレーキ手段１４が固定されており、ロボットの電源
が遮断されて後作業工具７の自重によるボールスプライ
ンシャフト８の落下を防止するように構成されている。

一方、前記ボールねじ軸受用モータ４およびスプライン
軸受用モータ６は第２図に示すように制御装置１５に接
続されている。この制御装置１５は、あらかじめ記憶さ
れた作業位置を順次呼出してアーム２の位置決めをする
とともにアーム２の位置決め完了後に作業工具７の目標
高さ位置、初期無回転下降距離、停止前無回転下降距離
、回転角および最高速度を後記する位置指令発生部１６
に送る主制御部１７と、各作業位置に対応した作業工具
７の高さ位置その他必要情報を記憶する記憶部１８と、
主制御部１７からの指令値を受けて前記ボールねじ軸受
用モータ４、スプライン軸受用モータ６それぞれに対応
して設けられた後記するモータ駆動部１９ａ、　１９ｂ
に所定制御サイクルごとに目標位置、目標回転角を指令
する位置指令発生部１６と、各制御サイクルごとの目標
位置、目標回転角に応じた電流指令値を後記するパワー
供給部２０ａ、　２０ｂに供給するモータ駆動部１９ａ
、　１９ｂと、電流指令値に応じた電流を各モータ４，
６に供給するパワー供給部２０ａ。

２０ｂと、パルスエンコーダでなる第１回転検出部１１
と、第２回転検出部１３とから構成されている。

前記位置指令発生部１６は、第１回転検出部１１と第２
回転検出部１３とから作業工具の高さ位置の位置決め完
了を検出する一方７、第３図に示すように、１）作業工
具の目標移動距離、初期無回転下降距離、停止前無回転
下降距離および回転角により、各モータ４，６の目標移
動速度パターンに応じた制御サイクルごとの位置指令値
を算出し、これを制御サイクルごとに記憶する。この時
、作業工具７が初期無回転下降距離移動するまではボー
ルねじ軸受用モータ４のみを、その後停止前無回転下降
距離を残す位置に達するまではボールねじ軸受用モータ
４、スプライン軸受用モータ６を相対向する方向にかつ
スプライン軸受５が（ｎ回転＋目標回転角）となるよう
に、さらにその後はボールねじ軸受用モータ４のみを駆
動するように位置指令値が選択される。また作業工具７
の移動速度は最高速度を超えないように位置指令値が選
択される。

２）制御回数レジスタにＯをセットする。

３）制御回数に応じた各モータ４，６の目標位置を呼出
してこれを各目標位置レジスタに格納する。

４）制御回数レジスタに＋１を加算する。

５）制御回数レジスタの値が総制御回数に達したかを判
断し、これに達してない時、２）に戻る。

６）最終目標位置を各目標位置レジスタに格納して、１
）に戻る。

ように構成されている。

また、前記モータ駆動部１９ａ、　１９ｂは、第４図に
示すように、 １）目標位置レジスタ内の目標位置を読出し、ごれと現
在位置との位置偏差を求める。

２）あらかじめ決められた位置偏差と速度との関係式か
ら位置偏差に応じた目標速度を算出する。

３）目標速度と現在速度との差から速度偏差を算出する
。

４）速度偏差に応じた電流指令値をパワー供給部２０ａ
、　２０ｂに送り、■）に戻る。

ように構成されている。

なお、前記位置指令発生部１６の制御周期はモータ駆動
部１９ａ、　１９ｂの制御周期の整数倍にしておくこと
が望ましい。

上記作業工具昇降装置では、ロボットのアーム２が所定
作業位置に位置決めされると、主制御部１７からその作
業位置に応じた作業工具７の目標高さ位置、初期無回転
下降距離、停止前無回転下降距離および最高速度が指令
される０位置指令発生部１６はこれらの値から各制御回
数ごとの目標位置を算出し、これを記憶する。さらに、
位置指令発生部１６は順次制御回数ごとの目標位置を呼
出してこれを各モータ４，６それぞれに対応した目標位
置レジスタに記憶する。一方、この目標位置レジスタに
記憶された目標位置はモータ駆動部１９ａ、　１９ｂに
読込まれ、目標位置と現在位置との差から得られる位置
偏差が算出され、さらにこの位置偏差に応じた目標速度
が算出される。この目標速度と現在速度とから速度偏差
が算出され、この速度偏差に応じた電流指令値がパワー
供給部２０ａ、　２０ｂに送られ、パワー供給部２０ａ
、　２０ｂから各モータ４，６にパワーが供給される。

この時、作業工具７が初期無回転下降距離だけ下降する
までは、ボールねじ軸受３のみが回転し、スプライン軸
受５は回転しないように位置指令値が与えられ、その後
は作業工具が停止前無回転下降距離を残す位置に達する
までボールねじ軸受３、スプライン軸受５が相対向方向
にかつスプライン軸受５が（ｎ回転子目標回転角）とな
るように位置指令値が与えられ、その後ボールねじ軸受
３にのみ位置指令値が与えられる。

（第５図Ａおよび第５図Ｂ参照） パワー供給部２０ａ、　２０ｂが前記ボールねじ軸受用
モータ４およびスプライン軸受用モータ６に同時にそれ
ぞれの電流指令値に応じてパワーを出力する場合、ボー
ルねじ軸受用モータ４が所定移動量回転すると、その回
転を受けてボールねじ軸受３が一体に回転し、ボールス
プラインシャフト８が所定量下降するが、同時にスプラ
イン軸受用モータ６にボールねじ軸受用モータ４の回転
方向と相対向する方向に回転するようにパワーが供給さ
れ、スプライン軸受５の回転にともなってボールスプラ
インシャフト８が一体に回転する。この時、ポルスプラ
インシャフト８の回転が前記ボールねじ軸受３の回転方
向と相対向しているため、ボールねじ軸受３とボールス
プラインシャフト８とは相対的に回転し、ボールねじ軸
受３はボールスプラインシャフト８の回転速度だけ加速
されることとなり、ボールスプラインシャフト８はボー
ルねじ軸受用モータ４とスプライン軸受用モータ６との
回転を受けて下降することができる。

また、前記モータ制御が繰返されて前記作業工具の現在
位置が停止前無回転下降距離を残した位置に達する時、
スプライン軸受用モータ６の現在位置が呼出されてこれ
が主制御部１７から与えられた目標回転角に一致するよ
うに位置指令値が与えられるので、作業工具７が所望の
姿勢を保持するように前記モータ制御が繰返される。

前記作業工具７の現在位置が目標高さ位置となり、また
作業工具７の姿勢が所望の姿勢になると、作業工具７の
位置決めが完了し、位置決め完了信号が出力され、次回
の作業に備える。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は作業工具が取付けられた
ボールスプラインシャフトにボールねじ軸受およびスプ
ライン軸受を介してそれぞれモータの回転を伝達するよ
うに構成するとともに、作業工具を昇降させる際に前記
モータの回転方向を相対向する方向となるように構成し
ているため、ボールスプラインシャフトはボールねじ軸
受用モータのみならずスプライン軸受用モータの回転を
受けて昇降することができ、作業工具をボールねじ用モ
ータの回転速度を上げることなく、作業工具を高速で移
動させることができるばかりが、各モータの回転が同時
にボールスプラインシャフトに伝達されてボールスプラ
インシャフトが下降するので短時間で所定高速度まで加
速することができ、作業工具をただちに一定速度で移動
させることができる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例の作業工具昇降装置の要部断面図
、第２図は本発明に係る制御装置の構成を示すブロック
図、第３図は本発明に係る位置指令発生部の要部動作を
説明するフローチャート、第４図は本発明に係るモータ
駆動部の要部の動作を説明するフローチャート、第５図
Ａおよび第５図Ｂは作業工具の移動量および回転角の関
係を示す特性図、第６図は従来の作業工具昇降装置の要
部断面図である。 １　作業工具昇降装置、２　アーム、 ２ａ、　２ｂ　　モータ収納部、２ｃ　　仕切り壁、３
　ボールねじ軸受、　　３ａ　　ボール、４　ボールね
じ軸受用ダイレクトドライブモータ、４ａ　　ステータ
、　　　　　４ｂ　　ロータ、５　スプライン軸受、　
５ａ　　ボール、６　スプライン軸受用ダイレクトドラ
イブモータ、６ａ　　ステータ、　　　　　６ｂ　　ロ
ータ、７　作業工具、　　８　ボールスプラインシャフ
ト、８ａ　　螺旋溝　、　　　　８ｂ　　スプライン溝
、９ａ、　９ｂ　　ケーシング、　　ＩＯ第１プーリ、
１１　　第１回転検出部、　　１２　　第２プーリ、１
３　　第２回転検出部、　　１４　　ブレーキ手段、１
５　　制御装置、　　　　　１６　　位置指令発生部、
１７　　主制御部、　　　　　１８　　記憶部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 螺旋溝およびスプライン溝を有するボールスプラインシ
   ャフトを配置し、その一端にこれと一体に回転する作業
   工具を連結するとともに、前記ボールスプラインシャフ
   トにボールねじ軸受、スプライン軸受を嵌合させて配置
   する一方、 前記ボールねじ軸受、スプライン軸受をそれぞれ回転さ
   せるボールねじ軸受用モータおよびスプライン軸受用モ
   ータを設け、前記各モータにボールねじ軸受用モータを
   駆動する時、スプライン軸受用モータをボールねじ軸受
   用モータの回転方向と逆方向に駆動する制御装置を接続
   したことを特徴とする作業工具位置決め装置。