JPH074323Y2 - 空圧作動機の速度制御機構 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、ロボットのアーム等の揺動軸心から偏心して
重心を有する揺動部材を垂直面で揺動駆動する空圧作動
機（エアシリンダ）において、この空圧作動機への負荷
が変化しても、垂直面内で揺動する部材の作動速度を適
切に制御することのできる機構に関する。

従来技術及びその問題点 最近のロボットは、多軸を採用することによって作動の
フレキシブル化が進み、さらに、その動きもスムーズか
つスピーディであることが要求されてきている。例え
ば、第４図に示されるワークフィーダ62から工作機械
（図示せず）へワークを給排するロボット60は、本体65
を揺動させる回転軸を含む多軸ロボットである。このロ
ボット60の本体65は、絞り弁（図示せず）を有する空圧
作動機（エアシリンダ）66によって駆動される。空圧作
動機66は、アーム68によって結合された本体65をスピー
ディに揺動駆動するのであるが、揺動角度によって本体
65の重心位置が変化するため、安定した作動を得ること
が難しい。その理由を説明すると、次のようである。

第５図の模式図に示すように、アーム70を軸72を中心に
反時計回りに揺動させると、重心ｇが上死点ｔに達する
までの流体作動機76の負荷は正であるが、それ以後は、
負となる。したがって、第４図のように、空圧作動機で
ロボット60を駆動すると、上死点の前後で負荷が大きく
変動するため、速度にむらが生じてスムーズな作動が得
られないのである。（時には、シリンダ室が空気ばねの
働きをして、アームがバウンドすることもある。） 第５図において、流体作動機76が空圧式の場合、揺動ス
トロークの終端にショックアブソーバ74等を配置して減
速停止させる方法があるが、揺動の中間では前述のよう
に速度むらが生じ、滑らかな作動が得られない。また、
流体作動機76がオイルのような非圧縮性流体を使用する
油圧式の場合は、流体調整弁や作動機内蔵のクッション
を用い、アームの駆動速度や停止位置を正確に制御する
こともできるが、この場合、油圧ユニットが必要であ
り、高価となる。

第６図のように、ブレーキ、減速機付モータ78が使用さ
れる場合もある。しかし、この方式は停止位置精度が悪
く、停止時のショックも大きいという欠点がある。この
点は、インバータを用いて速度コントロールすれば改善
されるものの、やはり高価なものとなる。

問題点を解決するための手段 本考案は、揺動軸心から偏心して重心を有する揺動部材
を垂直面内で揺動駆動する空圧作動機の速度制御機構に
おいて、前記揺動軸に固定されたカムによって作動し前
記揺動部材の重心が上死点を超える揺動角に対応して空
圧作動機の排気オリフィスの流量を制限するニードルを
有する可変バルブを空圧作動機の排気流路に設けた速度
制御機構により、前記問題点を解決したものである。

作用 揺動部材の重心が上死点を超える揺動角に対応して可変
バルブが空圧作動機の排気流路を制限して排気側シリン
ダ室からの排出流量を抑制するから、揺動部材に負の負
荷が作用しても揺動部材の垂直面内での揺動角速度を適
切にコントロールすることができる。

実施例 第１図は、本考案の第１の可変バルブ10aを用いた実施
例である。

揺動軸心から偏心して重心を有し直角面内で揺動する部
材であるアーム30は、一端にロボット（図示せず）、他
端に空圧作動機40を結合し、軸32に回動自在に支持され
ている。空圧作動機40は、ピストン42によって第１のシ
リンダ室44と第２のシリンダ室46に分けられ、夫々のシ
リンダ室44、46には、吸気排気兼用の導管44a、46aが設
けられている。アーム30は、この空圧作動機40への空気
の給排によって揺動する。また、アーム30の軸32に、２
つのカム34、36が固定されている。

第１の可変バルブ10aは、次のように構成される。一端
において、ばね12によりカム面34aに付勢され、これに
従動するローラ14を軸支し、他端で、オリフィス16の空
気の排出流量を制限する円錐端18を具えたニードル20
を、ケース22内に摺動自在に介装させる。オリフィス16
は、空気の流入口24と排出口25間に設けられ、流路面積
は、カム34に従動するニードル20の上下動によって増減
する。さらに、排出口25には絞り弁26を設け、これによ
り一義的に流量を調節するようにしている。なお、シー
ル28は空気の洩れを防止するためのものである。

このような可変バルブは、第２図のように、軸方向に一
対設けられる。10aは第１の可変バルブ、10bは第２の可
変バルブである。

第１図の例では、第１のカム34は第１の停止点（実線）
で、第１の可変バルブ10aのオリフィス16に最大流路面
積を与え、第２の停止点（仮想線）で最小流路面積にな
るように、アーム30の揺動角に対応して形成されている
が、このカム形状は、空圧作動機に作用する負荷に応じ
決定すればよい。同様に、第２のカム36は第２の可変バ
ルブ10bのニードルを付勢するが、本実施例では、その
ニードルの作動の仕方は、第１の可変バルブ10aのニー
ドル20と対称になっている。

第３図に、可変バルブ10a、10bの配管図を示す。空圧方
向制御弁50は、空圧作動機40の夫々のシリンダ室44、46
の導管44a、46aと夫々の可変バルブ10a、10bの流入口24
a、24bとの間に配置される。空圧制御弁50は、空気源52
からの空圧作動機40の一方のシリンダ室への空気の供給
と、同時に他方のシリンダ室から、夫々の対応する可変
バルブへの排気を選択的に切換える。この切換えは、い
ずれかのソレノイドＡ、Ｂを励磁することによって行な
う。

同図の空圧制御弁50はソレノイドＡを励磁した場合であ
る。空圧方向制御弁50は、空気源52からシリンダ室44の
導管44aに空気を供給する。空圧作動機40は、これを受
け上方に作動し、アーム30を反時計回りに駆動する。同
時に反対側のシリンダ室46の空気は、空圧方向制御弁50
を介し、第１の可変バルブ10aに導かれて排出される。

第１の可変バルブ10aのオリフィス16は、第１のカム面3
4a上を従動するローラ14及びニードル20により、揺動部
材であるアーム30の移動位置に応じた流路面積を与え
る。アーム30の重心Ｇが上死点を越えると、空圧作動機
40にかかる負荷が負となるから、駆動速度は急増する。
ところが、カム34に従動するニードル20が、オリフィス
16を絞るため、他方のシリンダ室46からの空気の排出が
制限される。したがって、第１の可変バルブ10aは、第
２の停止位置に近づくにつれアーム30の移動速度を漸減
させ、重心Ｇの位置変動による速度むらの発生を防止
し、ショックのない停止（クッションストップ）を行な
う。

また、空圧方向駆動弁50が切換えられ、アーム30が時計
回りに駆動される場合も、第２のカム36により第２の可
変バルブ10bが同様に作用する。

オリフィスの流路面積は、カムの形状により決定され
る。速度の制御は、駆動される揺動部材の重量や、空圧
作動機のストロークに応じ、カム形状を形成させ、オリ
フィスの流路面積を調節すればよい。

なお、絞り弁26を可変バルブ10a,10bと併用することに
より、スムーズな動きをさせながら、全体のスピード調
整も任意におこなうことができる。

考案の効果 揺動部材の重心が上死点を超えて空圧作動機に負の負荷
が作用しても、空圧作動機の排気流路が可変バルブのニ
ードルによって絞られることによって空圧作動機の速度
の増大が抑止され、揺動部材の揺動速度を適切に制御す
るので、揺動部材が前記負の負荷によって下降速度を加
速されないから、脈動のないスムーズな作動が得られ
る。しかも、モータ方式、油圧方式等に比べ装置が安価
である。また、モータ方式では得られない両端での当て
止めが可能である。

特に、ロボットのアームのような物品の給排をするため
の揺動部材では、スムーズな起動及び停止によって、物
品の移載が確実になり、空圧作動機特有の高速作動によ
り、サイクルタイムの削減ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本考案の実施例であり、第１図は第
１の可変バルブのみを示した実施例の断面図、第２図は
第１及び第２の可変バルブの側面図、第３図は空圧作動
機と可変バルブの配管図、第４図はワークフィーダのロ
ボットの斜視図、第５図は従来の流体作動機の作動説明
図、第６図はブレーキ、減速機付モータとアームの取付
例を示す図である。 10、10a、10b……可変バルブ 16……オリフィス 26……絞り弁 30……アーム（被駆動部材） 40……空圧作動機 41……ピストンロッド 42……ピストン 50……空圧方向制御弁

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】揺動軸心から偏心して重心を有する揺動部
   材を垂直面内で揺動駆動する空圧作動機の速度制御機構
   において、前記揺動軸に固定されたカムによって作動し
   前記揺動部材の重心が上死点を超える揺動角に対応して
   空圧作動機の排気オリフィスの流量を制限するニードル
   を有する可変バルブを空圧作動機の排気流路に設けた速
   度制御機構。