JPH10109231A - 卓上ロボット装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータ等の動力源をＸ軸スライド部ではなく
支持コラムに設けて、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の可搬重量
を大きくした卓上ロボット装置を提供する。 【解決手段】 卓上ロボット装置１は、支持コラムの一
部である左フレーム４にＸ軸モータ１５及びＺ軸モータ
１９を備える。Ｚ軸モータ１９の回転は、ウォーム２
１、ウォームホイール２２を介して、左右のフレーム
４、５間に架け渡されたスプライン軸２３に伝達され、
さらに、スプライン軸２３の回転がタイミングプーリ３
４、３５、タイミングベルト３６により直線運動に変換
され、工具取付軸３２をＺ軸方向へ移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は卓上ロボット装置
に関し、例えば、ねじ締付け、半田付け、組立、液体塗
布、注油、ピン圧入等の支援のために用いられる卓上ロ
ボット装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記のようなねじ締め等の各種工
程に使用される卓上ロボット装置として、例えば図１３
に示すものがある。ここで、基台１００上の前後方向の
所定位置に２本の支持コラム１０２が立設され、これら
支持コラム１０２によってＸ軸ガイド機構１０３が横方
向に支持されている。そのＸ軸ガイド機構１０３に沿っ
てモータ１０１で駆動されるＸ軸スライドプレート１０
４が設けられ、このＸ軸スライドプレート１０４に、Ｚ
軸工具取付部１０５がＺ軸方向にモータ１０６で移動す
るように取り付けられる。そして、このＺ軸工具取付部
１０５に工具ユニットを取り付け、Ｘ軸スライドプレー
ト１０４をＸ軸方向に、Ｚ軸工具取付部をＺ軸方向に、
また基台１００上の図示しないテーブルをＹ軸方向に移
動させることにより、所定のワークの任意の位置に対
し、ねじ締め、その他の工程が実施されることとなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の卓上ロボット装置では、Ｚ軸方向の動力源をＸ軸ス
ライドプレート１０４上に設けているため、そのモータ
１０６の重量によりＸ軸移動重量が大きくなり、Ｘ軸駆
動に相当のモータ出力（１０１）が要求されるととも
に、慣性が大きいため停止位置精度が落ちる。また、Ｘ
軸のモータ１０１の出力を一定とすれば、Ｚ軸のモータ
１０６の重量分、Ｘ軸可搬重量が小さくなり、さらにそ
のモータ１０６も余り大きくできないためＺ軸の可搬重
量も小さく制限される。

【０００４】また、Ｚ軸工具取付部１０５を保持するた
めに電磁ブレーキ付きのモータを用いたものでは、コス
トが高いほか、卓上ロボット装置の電源を入れると電磁
ブレーキが解除されるため、モータに磁励がかかってい
ないとＺ軸工具取付部１０５が自重で落下してしまう。
これを防ぐために特開平６−７４２３７のような引張り
ばねにより、Ｚ軸工具取付部１０５を吊る形態でバラン
スをとる技術もあるが、Ｚ軸の動きによってバランスが
変化する欠点があり、また引張りばねの代わりにエアシ
リンダを用いたものでは、エア源が落ちていると効果が
ない。いずれにしてもその引張りばねやエアシリンダを
組み込むとコストが高くなる。

【０００５】本発明の課題は、卓上ロボット装置におい
て、移動部を軽量にしてＸ軸の可搬重量を大きくするこ
と、さらにＺ軸駆動に大きな動力源を使うことを可能に
しＺ軸の可搬重量を大きくすることにある。また、さら
に別の課題として、Ｚ軸の停止位置の保持を安価に実現
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】本発明で
は、基台上の前後方向の所定位置に支持コラムを介して
Ｘ軸ガイド機構がＸ軸方向に支持され、そのガイド機構
に沿ってＸ軸スライド部が駆動するように設けられ、そ
のＸ軸スライド部にＺ軸工具取付部等のＺ軸移動部がＺ
軸方向に駆動されるように設けられた卓上ロボット装置
において、Ｚ軸移動部を駆動する動力源を支持コラムに
設けたことを特徴とする。

【０００７】このように、Ｚ軸移動部を駆動する動力源
を、移動するＸ軸スライド部ではなく非可動の支持コラ
ムに設けることにより、Ｘ軸スライド部が軽量化され、
その可搬重量をより大きなものとすることができる。ま
た、支持コラムであればＺ軸の動力源に大きなものを採
用でき、Ｚ軸移動部の可搬重量も大きくすることができ
る。

【０００８】また、本発明の卓上ロボット装置は、より
具体的な態様では、動力源として両側の支持コラムの一
方に設けられたモータと、それら両側の支持コラム間に
架け渡された横架回転軸と、モータからその横架回転軸
に回転を伝える回転伝達部と、横架回転軸上の任意の位
置でその回転軸から回転力を受けてこれをＺ軸移動部の
Ｚ軸方向の直線運動に変換するとともに、Ｘ軸スライド
部と一体的にＸ軸方向へ移動可能な運動変換部と、を含
むことを特徴とする。

【０００９】このように、両側の支持コラムの一方に設
けられたモータの駆動力を、横架回転軸を経て運動変換
部に伝達することにより、Ｘ軸スライド部の移動にもか
かわらず、かつＸ軸スライド部にモータの重量による負
荷を課すことなく、Ｚ軸移動部を駆動することができ
る。また、モータの回転をセルフロック機能を有するウ
ォーム及びウォームホイール（ウォーム機構）を介し
て、横架回転軸に伝える構成とすることにより、Ｚ軸移
動部の保持のために、コストの高い電磁ブレーキ付モー
タや、前述のバランスをとるためのばね、エアシリンダ
等を必要とせず、ウォームのセルフロック機能に基づき
Ｚ軸移動部を安価な手段で停止位置に保持できる。

【００１０】また、卓上ロボット装置の運動変換部が、
横架回転軸に対しその軸方向にスライド可能で相対回転
は不能に取り付けられ、Ｘ軸スライド部と一体的にＸ軸
方向に移動可能な第１のタイミングプーリと、Ｘ軸スラ
イド部に設けられた第２のタイミングプーリと、それら
第１・第２のタイミングプーリ間にＺ軸と平行に架け渡
されたタイミングベルトとを備えたものとすることもで
きる。そして、このタイミングベルトにＺ軸移動部が接
続されて、タイミングベルトの第１・第２のプーリ間の
距離範囲内でＺ軸移動部がＺ軸方向に駆動されることに
なる。

【００１１】このようなタイミングベルトをＺ軸駆動部
の主体とすることで、ギヤトレインやラック・ピニオン
等の機構に比べて、より簡単で軽量にすることができ、
また潤滑等の煩雑さも少ない。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に示すいくつかの実施
例を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。図１及
び図２に示す本発明の実施例１の卓上ロボット装置１
は、基台２を備え、この基台２上に支柱３を介して左フ
レーム４及び右フレーム５が固定され、これが支持コラ
ムとして機能する。また、これらのフレーム４、５間に
は、Ｘ軸ガイド機構の主体をなすガイド軸６及び７が架
け渡されている。このガイド軸６及び７には、Ｘ軸スラ
イド部８がＸ軸方向にスライド可能に支持されており、
Ｘ軸スライド部８に支持されたねじ締め等の電動工具ユ
ニットがＺ軸方向に移動可能とされ、さらにワークをそ
の上に載せたワーク台９がＹ軸方向（前後方向）に移動
することにより、ワークに対し所定の工程が実施され
る。なお、卓上ロボット装置１の上方部は、カバー１０
で覆われている。

【００１３】図３に示すように、支柱３の上部に固定さ
れた左フレーム４の上方には、Ｘ軸の動力源としてステ
ッピングモータ１５（以下、Ｘ軸モータとも称する）が
設けられ、図２に示すようにその出力側のタイミングプ
ーリ１６と、右フレーム５に設けられたタイミングプー
リ１７との間にタイミングベルト１８が架け渡され、こ
のタイミングベルト１８にプレート接続部３３が固定さ
れることにより、Ｘ軸スライド部８がＸ軸方向に移動す
る。

【００１４】図３に戻って、左フレーム４の下方には、
Ｚ軸の動力源である別のステッピングモータ（以下、Ｚ
軸モータとも称する）１９が設けられている。後述する
ようにこのＺ軸モータ１９が、図１に示すＺ軸の工具取
付軸３２をＺ軸方向に移動させる。図３に示すように、
Ｚ軸モータ１９の出力軸には、ウォーム２１が固定さ
れ、これと噛み合うウォームホイール２２とでセルフロ
ック機能を有するウォーム機能を構成する。

【００１５】ウォームホイール２２は、図１の左フレー
ム４と右フレーム５間に架け渡された横架回転軸として
のスプライン軸２３に固定され、ウォーム２１により所
定の減速比で回転するウォームホイール２２によりスプ
ライン軸２３が回転する。

【００１６】図４、図５に示すように、このスプライン
軸２３には、ボールスプラインナット（以下、単にボー
ルスプラインという）２４が、相対的に回転不能で軸方
向にはスライド可能にはめ込まれ、このボールスプライ
ン２４の外側に第１のタイミングプーリ３４が一体的に
はめ込まれている。従って、モータ１９の回転を受けて
スプライン軸２３が回転すると、タイミングプーリ３４
も同一方向に回転駆動される。

【００１７】一方、Ｘ軸スライド部８には第２のタイミ
ングプーリ３５がその主体をなすＸ軸スライドプレート
３１に取り付けられている。これら第１・第２のタイミ
ングプーリ３４、３５間にタイミングベルト３６がＺ軸
方向に架け渡されている。第２のタイミングプーリ３５
は、Ｘ軸ガイド機構のガイド軸６と同芯的に位置して、
その中心部を貫くようにガイド軸６が通っているため、
そのタイミングプーリ３５とガイド軸６との干渉が避け
られ、コンパクトな構造となる。

【００１８】タイミングベルト３６には、工具取付軸３
２が接続用ブラケット３７を介して固定されている。３
１ａは、工具取付軸３２をＺ軸方向に摺動可能に案内す
るガイドブッシュであり、このガイドブッシュ３１ａが
Ｘ軸スライドプレート３１に支持されて、Ｚ軸ガイド機
構を構成する。そして、モータ１９の駆動力を受けてタ
イミングプーリ３４が回転すると、タイミングベルト３
６がＺ軸方向に移動し、これに固定された工具取付軸３
２が、第１・第２のタイミングプーリ３４、３５の軸間
距離を超えない範囲でＺ軸方向に移動する。なお、図示
しない必要な工具ユニットは、この工具取付軸３２に取
り付けられてＺ軸方向に移動することとなる。

【００１９】上述のように、Ｚ軸モータ１９がＸ軸スラ
イドプレート３１ではなく、非可動部分である支持コラ
ム（左フレーム４）に取り付けられ、このモータ１９の
回転がウォーム機構を介してスプライン軸２３に伝えら
れ、さらに、この回転がスプライン軸２３からボールス
プライン２４、タイミングプーリ３４、３５及びタイミ
ングベルト３６等の運動変換部によりＺ軸方向の直線運
動に変換されて、工具取付軸３２をＺ軸方向に移動させ
ることができる。従って、Ｘ軸スライドプレート３１の
重量負荷が軽く、その分Ｘ軸の可搬重量が大きくなり、
これに併せてＺ軸モータの出力を大きくすることでＺ軸
の可搬重量も増大できる。

【００２０】また、Ｚ軸モータ１９の回転駆動力の伝達
部として、セルフロック性を有するウォーム機構（ウォ
ーム２１、ウォームホイール２２）を使用することによ
り、Ｚ軸の工具ユニットの落下を防止することができ
る。すなわち、工具ユニットを保持した工具取付軸３２
が上方に位置したまま卓上ロボット装置の電源が切ら
れ、このＺ軸方向の荷重がタイミングベルト３６を介し
てスプライン軸２３に作用しても、スプライン軸２３は
ウォーム機構のセルフロック機能でロックされて、工具
取付軸３２及び工具ユニットは落下せず、停止位置に保
持される。

【００２１】本発明の第２の実施例として、図６に示す
ように、第１の実施例のウォームホイール２２の両側端
にフランジ部３９を設けてもよい。このようにすれば、
潤滑油又はグリスがギヤ歯の表面に保たれやすく、油漏
れの可能性も少ない。また、ギヤを油の入ったケースに
入れて用いるよりも安価に製作できる。

【００２２】本発明の第３の実施例として、図７に示す
ように、回転伝達部を平行軸間の歯車４０、４１として
もよい。この場合は、Ｚ軸モータ１９を電磁ブレーキ付
モータとする等、Ｚ軸について公知の位置保持手段を設
ければよい。

【００２３】本発明の第４の実施例として、図８に示す
ように、Ｚ軸モータの軸１９ａとスプライン軸２３をカ
ップリング４２で直結してもよい。

【００２４】本発明の第５の実施例として、図９に示す
ように、Ｚ軸モータ１９とスプライン軸２３をタイミン
グプーリ４３、４４及びタイミングベルト４５で接続し
てもよい。

【００２５】本発明の第６の実施例として、図１０に示
すように、第１の実施例のボールスプライン２４（図
５）を、単なるスプラインナット４６としてもよい。

【００２６】本発明の第７の実施例として、図１１に示
すように、スプライン軸２３に代えて、キー溝付き軸４
７、キー溝付きナット４８、これらを接続するキー４９
の組み合わせとしてもよい。

【００２７】本発明の第８の実施例として、図１２に示
すように、スプライン軸２３の代わりに角形軸５１、及
びこれにスライド可能にはめられた角形穴付ナット５２
としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例である卓上ロボット装置の正
面図。

【図２】その平面図。

【図３】その動力源及び回転伝達部を示す左側面拡大
図。

【図４】そのＺ軸移動部を示す右側面拡大図。

【図５】そのＺ軸移動部を示す正面図。

【図６】第２の実施例の要部を示す図。

【図７】第３の実施例の要部を示す図。

【図８】第４の実施例の要部を示す図。

【図９】第５の実施例の要部を示す図。

【図１０】第６の実施例の要部を示す図。

【図１１】第７の実施例の要部を示す図。

【図１２】第８の実施例の要部を示す図。

【図１３】従来例を示す図。

【符号の説明】

１ 卓上ロボット装置 ２ 基台 ３ 支柱 ６、７ ガイド軸（Ｘ軸ガイド機構） ８ Ｘ軸スライド部 １５ Ｘ軸モータ ２１ ウォーム ２２ ウォームホイール ２３ スプライン軸（横架回転軸） ２４ ボールスプライン ３１ Ｘ軸スライドプレート ３２ 工具取付軸（Ｚ軸移動部） ３４、３５ タイミングプーリ ３６ タイミングベルト

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台上の前後方向の所定位置に支持コラ
   ムを介してＸ軸ガイド機構がＸ軸方向に支持され、その
   ガイド機構に沿ってＸ軸スライド部が駆動するように設
   けられ、そのＸ軸スライド部にＺ軸工具取付部等のＺ軸
   移動部がＺ軸方向に駆動されるように設けられた卓上ロ
   ボット装置において、 Ｚ軸移動部を駆動する動力源を支持コラムに設けたこと
   を特徴とする卓上ロボット装置。
2. 【請求項２】 前記動力源として、両側の支持コラムの
   一方に設けられたモータと、 両側の支持コラム間に架け渡された横架回転軸と、 前記モータからその横架回転軸に回転を伝える回転伝達
   部と、 前記横架回転軸上の任意の位置でその回転軸から回転力
   を受けてこれを前記Ｚ軸移動部のＺ軸方向の直線運動に
   変換するとともに、前記Ｘ軸スライド部と一体的にＸ軸
   方向へ移動可能な運動変換部と、を含む請求項１に記載
   の卓上ロボット装置。
3. 【請求項３】 前記回転伝達部は、前記モータ出力側の
   ウォームと、前記横架回転軸側のウォームホイールとが
   噛み合わされたウォーム機構であって、ウォームホイー
   ルからウォームへの逆方向への回転伝達は阻止するセル
   フロック機能を有する請求項２に記載の卓上ロボット装
   置。
4. 【請求項４】 前記運動変換部は、 前記横架回転軸に対しその軸方向にスライド可能で相対
   回転は不能に取り付けられ、前記Ｘ軸スライド部と一体
   的にＸ軸方向に移動可能な第１のタイミングプーリと、 前記Ｘ軸スライド部に設けられた第２のタイミングプー
   リと、 それら第１・第２のタイミングプーリ間に前記Ｚ軸と平
   行に架け渡されたタイミングベルトとを備え、 このタイミングベルトに前記Ｚ軸移動部が接続されて、
   タイミングベルトの前記第１・第２のプーリ間の距離範
   囲内で前記Ｚ軸移動部がＺ軸方向に駆動される請求項２
   又は３に記載の卓上ロボット装置。
5. 【請求項５】 前記Ｘ軸ガイド機構の主体をなすガイド
   軸が前記支持コラム間に架け渡され、このガイド軸が前
   記第２のタイミングプーリの中心部を貫通し、第２のタ
   イミングプーリは前記Ｘ軸スライド部に保持されるとと
   もに、前記ガイド軸に沿ってスライド可能に支持されて
   いる請求項４に記載の卓上ロボット装置。
6. 【請求項６】 前記ウォームホイールが、その両側端に
   ギア歯径より大きな外径のフランジ状壁部を有するもの
   である請求項３に記載の卓上ロボット装置。
7. 【請求項７】 前記横架回転軸がスプライン軸であり、
   前記モータの駆動によりそのスプライン軸が回転すると
   ともに、そのスプライン軸に対し相対回転不能で軸方向
   に移動可能なスプラインナットを介して前記第１のタイ
   ミングプーリが取り付けられている請求項３〜６のいず
   れかに記載の卓上ロボット装置。
8. 【請求項８】 前記スプラインナットは、ボールスプラ
   インナットである請求項７に記載の卓上ロボット装置。