JPH0616683Y2 - 加工具の軌跡制御機構 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案はロボットの手首部等に取付けられて、レーザ
トーチ等の加工具をその中心が円、長円、四角等の任意
の図形を描くように動作させるための加工具の軌跡制御
機構に関する。

（従来の技術） 近時、レーザによる切断作業やシール剤，グリース等の
塗布作業等に多関節で自由度の大きいロボットが使用さ
れるようになってきた。

ところで、多関節のロボットによって例えばワークを円
形に切断する場合にはロボットの手首に取付けたレーザ
トーチ等の加工具をその中心が円を描くように動作させ
る必要があり、このように加工具の移動軌跡を制御する
には、ロボットの円弧補間機能を利用するのが一般的で
ある。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、多軸合成の円弧補間では各軸の分解能や
ＣＰＵの軌跡演算速度が制限されるため、軌跡制御しう
る円の最小半径が制限される問題点や、軌跡精度を保持
するために動作速度を下げる必要があり、加工能率が低
下する問題点があった。

本考案は軌跡制御し得る円の最小半径に制限がないとと
もに、軌跡設定が容易で軌跡の精度および動作速度を高
めうる加工具の軌跡制御機構を提供することを目的とす
るものである。

（問題点を解決するための手段） 本考案はベースに支持部材を介して回転自在に支持され
た回転部材と、回転部材の外周に回転部材と同心に設け
られ、回転部材と一体的に回転する第１ギヤと、回転部
材に隣接して回転部材と同心に配設され、回転部材およ
び第１ギヤに対して単独に回転自在の内歯と外歯とを有
するリング状第２ギヤと、第２ギヤの内歯と噛合い、か
つ軸によって回転部材に回転自在に支持されたピニオン
と、ピニオンと一体的に回転するように設けられ、ピニ
オンの回転中心に対し偏心した位置において加工具を保
持するホルダと、第１ギヤと噛合い、これを回転駆動す
る第１駆動手段と、第２ギヤの外歯と噛合い、これを回
転駆動する第２駆動手段とを備え、第１または第２駆動
手段によって第１ギヤと第２ギヤを相対的に回転させる
ことにより回転部材の回転中心に対する加工具中心の偏
心量を任意に設定するとともに、第１および第２駆動手
段によって第１ギヤと第２ギヤを同期して回転させるこ
とにより加工具中心が回転部材の回転中心を中心とし、
前記偏心量を半径とする円を描くように構成した加工具
の軌跡制御機構を要旨とするものである。

（作用） 加工具中心が回転部材の回転中心と一致する点が加工具
の原点であり、加工具中心が原点に位置する状態におい
て、第１駆動手段または第２駆動手段によって第１ギヤ
と第２ギヤとを所定角度相対的に回転させると、回転角
度に応じて回転部材に支持させたピニオンが所定角度自
転し、ピニオンに連結したホルダおよび加工具がピニオ
ンと一体的に回転する。これにより、加工具中心が回転
部材の回転中心に対して所定量偏心することになり、第
１ギヤと第２ギヤとの相対的回転角度を変化させること
によって加工具中心の偏心量を任意に設定できる。

次に、第１駆動手段および第２駆動手段によって第１ギ
ヤと第２ギヤとを同期して回転させると、ピニオンは自
転し得ず、したがって第２ギヤおよび回転部材に対して
ピニオンは位置固定された状態で、これらが全体として
回転部材の回転中心まわりを回転する。これにより加工
具をその中心が回転部材の回転中心を中心とし、前記偏
心量を半径とする円を描くように動作させることができ
る。そして、第１ギヤと第２ギヤの回転中にそれらの回
転速度を制御して加工具中心の偏心量を変化させれば、
円以外の長円、四角等任意の図形を描くようにも動作可
能である。

（実施例） 次に、本考案の一実施例を図面にしたがって説明する。

レーザトーチ等の加工具Ｋをその中心が円，長円，四角
等任意の図形を描くように軌跡制御するための軌跡制御
機構Ａは例えば位置や姿勢等がＣＰＵによって制御され
るロボットの手首部Ｒに組付けられる。

軌跡制御機構Ａのベース１は一端にロボットの手首部Ｒ
等への取付部１ａを有し、他端には円形の開口部１ｂが
形成されるとともに、その両側に後述のサーボモータ１
７，１８取付用のモータ取付座１ｃ，１ｄが一体に突出
形成されている。

ベース１の開口部１ｂ下方には支持部材２を介して、外
周に突縁３ａを有する有底円筒状の回転部材３が回転自
在に支持されている。この回転部材３を支持するための
支持部材２は回転部材３に対応して段付円筒状に形成さ
れ、その段部でベアリング４を介して回転部材３の突縁
３ａからのスラスト荷重を支持するとともに、小径部で
ベアリング５を介して回転部材３のラジアル荷重を支持
するようになっており、また、大径部をベース１の下面
に固着するようになっている。さらに、支持部材２の大
径部には前記ベース１のモータ取付座１ｃ，１ｄ直下で
あって、後述の第１ギヤ６、第２ギヤ８に対応する位置
に２個の窓孔２ａ，２ｂが離反して設けられている。

回転部材３の突縁３ａには外周面に歯を有する第１ギヤ
６がビス７によって回転部材３と同心に固着され、また
この第１ギヤ６の上方には回転部材３に隣接して、内周
面と外周面とに歯８ａ，８ｂを有するリング状の第２ギ
ヤ８が回転部材３と同心に、かつ回転部材３および第１
ギヤ６に対して単独回転自在に配設されている。第２ギ
ヤ８をこのように配設するために、第２ギヤ８には下面
にリング状の凹溝８ｃが形成され、この凹溝８ｃに回転
部材３の上端外周に嵌装した断面Ｌ字形のリング状スラ
ストメタル９が摺動自在に嵌合している。また、第２ギ
ヤ８の上面とベース１間には第２ギヤ８とスラストメタ
ル９との離脱を防止するとともに、第２ギヤ８の回転を
円滑にするためのベアリング１０が介装され、このベア
リング１０はベース１の開口部１ｂ周縁に嵌合固定した
円筒状ベアリング押え１１によって定位置に保持されて
いる。

回転部材３の底部３ｂには中心部から離れた位置に回転
部材３の回転中心ａと平行に軸１２が立設され、この軸
１２に前記第２ギヤ８の内歯８ａと噛合うピニオン１３
およびこのピニオン１３とピン１４結合されてピニオン
１３と一体的に回転するホルダ１５の一端が回転自在に
支持されている。ホルダ１５の他端には軸１２を中心と
し、軸１２と回転部材３の回転中心ａ間距離を半径とす
る円弧状軌跡ｂ上にその中心部ｃを位置せしめて中空シ
ャフト１６が固定されている。中空シャフト１６は回転
部材３の底部３ｂを貫通して下方に突出しており、その
下端に加工具Ｋが同心に取付けられている。このため、
回転部材３の底部３ｂには軸１２を中心とし、軸１２と
回転部材３の回転中心ａ間距離を半径とする円弧状の長
孔３ｃが設けられ、これによって長孔３ｃの範囲内にお
いてピニオン１３、ホルダ１５および中空シャフト１６
が軸１２を中心として回転可能になされている。図示例
の場合、加工具Ｋはレーザトーチであり、加工用熱源と
なるレーザビームを導く光ファイバケーブルは中空シャ
フト１６の中空部を通ってレーザトーチに接続される。

一方、ベース１のモータ取付座１ｃ，１ｄにはそれぞれ
第１ギヤ６、第２ギヤ８を回転駆動するための第１のサ
ーボモータ１７、第２のサーボモータ１８が取付けら
れ、この各サーボモータ１７，１８の出力軸に固着した
駆動ギヤ１９，２０がそれぞれ支持部材２の窓孔２ａ，
２ｂを通って第１ギヤ６、第２ギヤ８と噛合っている。
なお、図中、２１は第１ギヤ６すなわちこれと一体の回
転部材３の原位置検出用リミットスイッチであり、２２
は前記リミットスイッチ２１を作動させるためのドッ
グ、２３は第２ギヤの原位置検出用リミットスイッチで
あって、その作動子２３ａは支持部材２の大径部に設け
られた窓孔２ｃを通って支持部材２内に位置している。
２４は前記リミットスイッチ２３を作動させるために第
２ギヤ８に突設したピンである。

次に、上記実施例の作動を説明する。

図面においては、中空シャフト１６の中心部すなわち加
工具Ｋの中心ｃ（以下、加工具中心ｃと言う）が回転部
材３の回転中心ａと合致しており、この点を加工具中心
ｃの原点として第１ギヤ６と第２ギヤ８の原位置がそれ
ぞれ定められる。

この状態において、第１のサーボモータ１７を停止した
状態で第２のサーボモータ１８のみを作動させて第２ギ
ヤ８を第１ギヤ６に対して所定角度相対的に回転駆動す
ると、回転部材３は停止したまま、第２ギヤ８の内歯８
ａに噛合うピニオン１３が軸１２まわりを所定角度自転
し、ピニオン１３に一端を連結したホルダ１５および中
空シャフト１６が第２図に二点鎖線で示すようにピニオ
ン１３と一体的に回転する。これにより、加工具中心ｃ
は軸１２を中心とし、軸１２と回転部材３の回転中心ａ
間距離を半径とする円弧状軌跡ｂ上においてｃ′へと変
位し、回転部材３の回転中心ａに対して所定量偏心する
ことになり、第１ギヤ８の第１ギヤ６に対する相対的回
転角度を変化させることによって加工具中心ｃの偏心量
ｅを任意に設定できる。

次に、上記のようにして所定の偏位量ｅを設定した状態
で、第１，第２の両サーボモータ１７，１８を作動させ
て第１ギヤ６と第２ギヤ８とを同期して回転駆動する
と、第１ギヤ６と第２ギヤ８とが一体的に回転するから
ピニオン１３は自転し得ず、ホルダ１５および中空シャ
フト１６は回転部材３に対して位置固定された状態とな
って回転部材３と一体的に回転部材３の回転中心ａまわ
りを回転する。これにより、加工具中心ｃ′は回転部材
３の回転中心ａを中心とし、前記偏心量ｅを半径とする
円を描くようにその移動軌跡が制御される。

第１ギヤすなわち回転部材３が１回転して原位置に復帰
すると、リミットスイッチ２１がこれを検出して第１，
第２の両サーボモータ１７，１８を停止せしめる。第２
ギヤ８は第１ギヤ６が原位置に復帰した後、第２のサー
ボモータ１８を偏位量設定時と逆方向に作動させると、
リミットスイッチ２３が第２ギヤ８の原位置を検出して
第２のサーボモータ１８を停止せしめることにより原位
置に復帰する。

また、第１ギヤ６と第２ギヤ８とを同期して回転駆動す
るのでなく、第１ギヤ６と第２ギヤ８の回転に相対的速
度差を与えて加工具中心ｃの偏位量ｅを変化させながら
第１ギヤ６と第２ギヤ８とを回転駆動すれば、円以外に
も長円、四角等任意の図形を描くように加工具中心ｃの
移動軌跡を制御し得る。

（考案の効果） この考案によれば、軌跡制御し得る円の最小半径に制限
がなく、リング状ギヤの内径の範囲内において無段階に
かつ容易に軌跡設定できるとともに、軌跡精度も半径保
持精度に依存するのみであるため、軌跡精度が高く、か
つ、高速動作が可能である。また、全体に軽量コンパク
トな構成であるため、ロボットの手首部等への取付けも
簡単になしうる。

さらに、この考案の軌跡制御機構をロボットの手首部に
取付けた場合には通常のロボットの円弧補間機能を利用
して加工具をその中心が円を描くように動作させる場合
に比し、テイーチングポイントを削減することができ
る。すなわち、円弧補間のテイーチングではテイーチン
グポイントは最低５点必要であるのに対し、手首部にこ
の考案の軌跡制御機構を取付けたロボットでは、円の中
心のテイーチングと半径の数値設定だけで良い。したが
って、この考案の軌跡制御機構が高速動作可能なことと
相俟って、加工具による加工能率を著しく向上し得る等
の効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の一実施例を示すもので、第１図は一部破
断側面図、第２図は平面図である。 １……ベース ２……支持部材 ３……回転部材 ６……第１ギヤ ８……第２ギヤ １２……軸 １３……ピニオン １５……ホルダ １６……中空シャフト １９……駆動ギヤ（第１駆動手段） ２０……駆動ギヤ（第２駆動手段）

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ベースに支持部材を介して回転自在に支持
   された回転部材と、回転部材の外周に回転部材と同心に
   設けられ、回転部材と一体的に回転する第１ギヤと、回
   転部材に隣接して回転部材と同心に配設され、回転部材
   および第１ギヤに対して単独に回転自在の内歯と外歯と
   を有するリング状第２ギヤと、第２ギヤの内歯と噛合
   い、かつ軸によって回転部材に回転自在に支持されたピ
   ニオンと、ピニオンと一体的に回転するように設けら
   れ、ピニオンの回転中心に対し偏心した位置において加
   工具を保持するホルダと、第１ギヤと噛合い、これを回
   転駆動する第１駆動手段と、第２ギアの外歯と噛合い、
   これを回転駆動する第２駆動手段とを備えたことを特徴
   とする加工具の軌跡制御機構。