JPH1177446A

JPH1177446A - 汎用治具

Info

Publication number: JPH1177446A
Application number: JP10146384A
Authority: JP
Inventors: Yuzuru Maki; 譲真木; Takahiko Arai; 隆彦新井; Shinichi Saito; 伸一斉藤; Daisuke Kikuchi; 大介菊池; Riko Ogawara; 理広大河原
Original assignee: Calsonic Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 1997-07-11
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 1999-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の機種に使用可能の汎用治具とし、機種
の切替え時の重筋作業を不要とするとともに、保管スペ
ースの増大を抑えるものとする。【解決手段】３本の伸縮アクチュエータ１５と３軸回
動ユニット３０を有する位置決め保持装置１０にクラン
プ６０を取り付け、伸縮アクチュエータの伸縮長さを変
えることによりクランプの位置を移動させて、保持対象
に対応させてクランプを任意位置にセットする。また３
軸回動ユニット３０を制御することにより移動の間もク
ランプの姿勢を一定に維持することもできる。伸縮アク
チュエータと３軸回動ユニットはそれぞれステッピング
モータで駆動され、各変位量データを制御装置に記憶し
て複数の機種に対応させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、部品製造時に部品
材料を保持固定したり、あるいは部品検査時に部品を保
持するのに使用する治具に関し、とくに複数の部品機種
に汎用的に用いられる汎用治具に関する。

【０００２】

【従来の技術】製造工場では、部品の組み立てあるいは
溶接等に際して、部品材料を保持固定する治具が使用さ
れる。このような治具として、例えば、自動車用の排気
管の組み立てではマフラーの前後にそれぞれパイプを溶
接接続するに際して、マフラーおよび各パイプの相対位
置関係が設計どおりとなるようそれぞれを所定位置に支
持するため、ベースにマフラーおよび各パイプの適宜部
位を保持するクランプを固定している。このような治具
は、かなりの重量の部品材料を支持するための剛性と溶
接時の歪み防止等のため、それ自体の重量も大きく、小
型の排気管用であっても２０ｋｇｆ程度になっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、とくに自動
車の排気管を例に挙げれば、車種やそのバージョンによ
ってきわめて多数の互いに相違する排気管が製造され
る。そしてその際に使用される治具は、それぞれ各製品
について専用化されているのが実状である。したがっ
て、従来より、工場ラインで製造する排気管の機種切替
えごとに、重量のある治具を取り扱わねばならず、その
段取り作業に重筋作業を伴うという問題があった。

【０００４】また、量産品についてはその製造打ち切り
後も所定年数の間は補用品製作用にその治具を保管して
おく必要があり、保管スペースの増大とその増大した治
具の山の中からの出し入れの煩雑さとが工場管理の大き
な課題となっている。このような従来の治具における問
題は、他の部品組み立てあるいは検査用の治具において
も同様である。したがって、本発明は、このような従来
の問題点に鑑み、組み立て機種あるいは検査部品の切替
えに際して重筋作業を伴うことなく、新しい機種に適合
する部品材料の保持固定機能が簡単に得られ、また保管
スペースの増大が大幅に抑えられる汎用治具を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の汎用
治具は、ベースと、該ベース上に設置され、３本の伸縮
アクチュエータで構成した３脚ロボットを備える位置決
め保持装置と、位置決め保持装置に取り付けられたクラ
ンプとを有し、制御装置からの指令に基づいて伸縮アク
チュエータの伸縮長さを変えることにより、保持対象に
対応してクランプの位置を変化可能としたものである。

【０００６】上記の３脚ロボットは、３本の伸縮アクチ
ュエータが下部基板と上部基板の間に配置されて構成さ
れるとともに、下部基板と上部基板の間にはさらに互い
のねじれ回転を阻止する回転阻止機構が設けられ、位置
決め保持装置はさらに、互いに直交する３軸まわりに回
動可能の要素からなり３脚ロボットの上部基板に取り付
けられて制御装置からの指令に基づいて作動する３軸回
動ユニットを含むものとするのが好ましい。

【０００７】また回転阻止機構は、下部基板に２自由度
をもって連結されるとともに所定の離間距離を有する２
つの平行なスリーブと、上部基板に固定されて平行に延
び、スリーブに案内される２本のスライドロッドとから
構成することができる。

【０００８】さらに、３脚ロボットの伸縮アクチュエー
タおよび３軸回動ユニットはその駆動源がそれぞれステ
ッピングモータまたはサーボモータであり、制御装置は
クランプ位置に基づいてそれぞれの変位量を算出する演
算手段を有し、該変位量に対応してステッピングモータ
またはサーボモータの回転角を制御するのが望ましい。

【０００９】制御装置は、さらに、３脚ロボットを作動
させてクランプを移動させる間または移動後、該クラン
プを所定の姿勢に維持するように前記３軸回動ユニット
を制御するものとすることができる。さらにまた、制御
装置は、３脚ロボットおよび３軸回動ユニットを任意に
作動させる手動操作手段と、記憶手段を有し、演算手段
はさらに手動操作手段により作動させた３脚ロボットま
たは３軸回動ユニットの変位量または関連する位置デー
タを演算し、記憶手段に該変位量または関連する位置デ
ータを保存するものとすることができる。また、制御装
置は表示部を備え、現在の３脚ロボットまたは３軸回動
ユニットの変位量または関連する位置データを表示する
のが好ましい。

【００１０】

【作用】本発明においては、３脚ロボットの伸縮アクチ
ュエータが制御装置からの指令に基づいて伸縮すると、
位置決め保持装置に取り付けられたクランプの３次元空
間内で位置が移動する。ベース上に適宜数の位置決め保
持装置を設置することができ、３本の伸縮アクチュエー
タのそれぞれの伸縮長さを変えることにより任意の位置
を得ることができるから、複数の保持対象に対して１基
の治具で対応することができる。

【００１１】伸縮アクチュエータを下部基板と上部基板
の間に配置し、回転阻止機構を設けることにより、クラ
ンプの位置を制御することができ、さらに３軸回動ユニ
ットを取り付けることによりクランプの角度を任意に制
御することができる。

【００１２】回転阻止機構は、下部基板の平行なスリー
ブと上部基板に固定されスリーブに案内されるスライド
ロッドとにより簡単に構成でき、しかも伸縮アクチュエ
ータの伸縮による下部基板と上部基板間の距離変化に追
従することができる。

【００１３】３脚ロボットの伸縮アクチュエータおよび
３軸回動ユニットの駆動源としてそれぞれステッピング
モータまたはサーボモータを用い、このモータの回転角
を制御することにより、演算手段で算出したそれぞれの
変位量を容易かつ確実に得ることができる。

【００１４】また、３脚ロボットによりクランプを移動
させる間または移動後、３軸回動ユニットを制御してク
ランプの姿勢を維持するようにすることにより、制御装
置に対するティーチングの際の操作が容易となる。さら
に、制御装置が手動操作手段と記憶手段を有し、演算手
段で求めた手動操作による変位量または関連する位置デ
ータを記憶手段に保存するよう構成することによりティ
ーチングが簡単に自動的に行われる。その際、３脚ロボ
ットまたは３軸回動ユニットの現在の変位量または関連
する位置データを表示することにより、ティーチング等
における設定の確認ができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を実施例によ
り詳細に説明する。図１は自動車の排気管組み立て用に
適用した実施例の全体構成を示す図である。この排気管
組立用治具１は、ベース２上に３脚ロボットを備える複
数の位置決め保持装置を設置して構成されている。ここ
では第１から第４の位置決め保持装置１０（１０Ａ、１
０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）が設けられ、各位置決め保持装
置にクランプ５０、６０、７０が取り付けられている。

【００１６】ベース２の一端側に配置された第１の位置
決め保持装置１０Ａに取り付けられたクランプ５０は前
側パイプ９１の前端を貫通させたフランジ９０を保持
し、ベース２の他端側に配置された第４の位置決め保持
装置１０Ｄに取り付けられたクランプ５０は後側パイプ
９３の後端を貫通させたフランジ９４を保持する。第２
の位置決め保持装置１０Ｂに取り付けられたクランプ６
０は前側パイプ９１の中間部を保持し、第３の位置決め
保持装置１０Ｃに取り付けられたクランプ７０はマフラ
ー９２を保持する。なお、前側パイプ９１の後端と後側
パイプ９３の前端はそれぞれマフラー９２の前壁と後壁
に差し込まれている。

【００１７】クランプ５０、６０、７０はそれぞれ保持
すべき部品材料およびその部位に応じて異なる形式のも
のを選択して使用され、各位置決め保持装置１０により
３次元空間内の所定位置に所定角度で位置決めされる。
こうして、前側パイプ９１、マフラー９２、後側パイプ
９３およびフランジ９０、９４が３次元空間内で互いに
所定の位置関係に保持された状態で、図示しない自動溶
接機等により互いの接続部を溶接されて、排気管が製作
される。

【００１８】次に位置決め保持装置１０の構造を詳細に
説明する。図２、図３はクランプ６０が取り付けられた
状態の位置決め保持装置を示す正面図と側面図、そして
図４はクランプを取り外して示す位置決め保持装置の平
面図である。位置決め保持装置１０は、３脚ロボット１
１と３軸回動ユニット３０からなる。３脚ロボット１１
は、円形の下部基板１２と、同じく円形の上部基板１３
と、下部基板１２の中心まわりに等間隔に設けられた３
個のブラケット１６にそれぞれ回転ヨーク１７を介して
下端部を支持された３本の伸縮アクチュエータ１５（１
５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ）を備えている。

【００１９】３本の伸縮アクチュエータ１５の各上端部
は、上部基板１３の中心まわりの等間隔の位置に支持さ
れている。また、下部基板１２と上部基板１３の間に
は、さらに回転阻止機構２０が設けられている。回転ヨ
ーク１７はブラケット１６に対する回転軸と伸縮アクチ
ュエータ１５に対する回転軸が互いに直行しており、各
伸縮アクチュエータ１５は２軸の自由度をもって３次元
空間内の任意の方向に変位可能となっている。

【００２０】伸縮アクチュエータ１５は、その下端にス
テップモータからなる駆動モータ１８を備え、公知のボ
ールナット等を用いた図示省略の回転−直線運動変換機
構により上部のロッド１９が長手方向に伸縮する。そし
て、駆動信号により駆動モータ１８の回転角度を制御す
ることにより、任意の伸縮量を得ることができる。ま
た、とくに図示しないが各伸縮アクチュエータ１５には
ロッド１９の伸縮における基準点を示すためのリミット
スイッチが付設されている。ステップモータにはさらに
ブレーキ機構が内蔵され、伸縮後の位置の保持力を高め
るようになっている。

【００２１】ロッド１９の上端は上部基板１３にボール
ジョイント１４を介して３軸の自由度をもって連結して
いる。伸縮アクチュエータ１５のブラケット１６による
下部基板１２側の支持点の間隔は上部基板１３側の支持
点の間隔よりも大きくしている。

【００２２】図５は回転阻止機構２０の構造を示し、
（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。回転阻止機構
２０は、２自由度のユニバーサルジョイント２２を介し
て下端が下部基板１２の中央部に連結されるとともに上
端に互いに離間した２個のスリーブ２３が固定された揺
動ロッド２１と、上部基板１３に上端が固定され下方に
延びる２本のスライドロッド２４とからなっている。２
個のスリーブ２３は互いに離間して揺動ロッド２１と平
行とされ、上部基板１３から延びるスライドロッド２４
が各スリーブ２３内をガイドされて摺動可能となってい
る。これにより、回転阻止機構２０、およびこれに接続
された上部基板１３は、ユニバーサルジョイント２２を
支持点として３次元空間内の任意の方向に変位できる
が、ねじり力が加わっても下部基板１２に対して上部基
板１３は回転が阻止される。

【００２３】以上の構成により、３脚ロボット１１はそ
の各駆動モータ１８の駆動による３本の伸縮アクチュエ
ータ１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの伸縮量によって、上部基
板１３を伸縮量の制限範囲内で任意の位置に移動させる
ことができる。

【００２４】図２および図３に示されたように３本の伸
縮アクチュエータ１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの長さが同一
で上部基板１３が水平の状態から、３本の伸縮アクチュ
エータの少なくも１本を伸縮させると、上部基板１３は
移動するとともに、例えば図５にも示されるように傾斜
することになる。

【００２５】そこで本実施例では、図２、図３、図４に
示すように、上部基板１３上に３軸回動ユニット３０を
取り付け、そのクランプ取り付けプレートとしての後述
する第３プレートを上部基板の移動後も水平に保持しあ
るいは任意の方向に傾斜させることができるようにして
いる。３軸回動ユニット３０は、制御モータで駆動され
る第１プレート、第２プレートおよび第３プレートを備
える。すなわち、第１プレート３１は、第１制御モータ
３３を備える第１駆動部３２により上部基板１３の中心
軸Ｓ１（第１軸、図５参照）を回転軸として上部基板１
３と平行な面内で回動可能に設けられている。

【００２６】第１軸と直交する第２軸Ｓ２には、当該第
２軸からオフセットして第２プレート３５が設けられて
いる。第２プレート３５の中心を通る第３軸Ｓ３が第
２軸Ｓ２から放射方向に延び、この第３軸が第２制御モ
ータ３７を備える第２駆動部３６により第２軸まわりに
回動可能である。そして、第３プレート４０は、第３制
御モータ４２を備える第３駆動部４１により第３軸Ｓ３
まわりに第２プレート３５と平行な面内で回動可能とな
っている。上記第１軸Ｓ１、第２軸Ｓ２および第３軸Ｓ
３は同一の点で交わっている。

【００２７】第１、第２および第３制御モータ３３、３
７、４２はいずれもステッピングモータで構成される。
これにより、上部基板１３が傾斜しても、各プレート３
１、３５を制御的に回動させることにより、第３プレー
ト４０を水平その他任意の姿勢に制御することができ
る。これらのステッピングモータにもブレーキ機構が内
蔵され、それぞれのプレートの回動後の位置の保持力を
高めるようになっている。第１プレート３１、第２プレ
ート３５および第３プレート４０にはそれぞれその回動
の初期位置（ゼロ点）や回動限界を示すためのリミット
スイッチ４３が付設されている。

【００２８】伸縮アクチュエータ１５の駆動モータ１８
と３軸回動ユニット３０の第１、第２および第３制御モ
ータ３３、３７、４２は、図６に示すように、制御装置
４からの制御指令によってそれぞれモータドライバ５を
介して作動し、指令にしたがった角度だけ回転して、正
確な伸縮アクチュエータ１５の伸縮量あるいは３軸回動
ユニット３０の各プレートの回動角を得る。３軸回動ユ
ニット３０の上記第３プレート４０がクランプ取り付け
プレートとなり、この上面にクランプ６０が取り付けら
れる。なお、制御装置４は、ＣＰＵ４５と内部メモリ４
６を備え、また入力部としてのキーボード７と、ＬＣＤ
などの表示部８を接続している。

【００２９】以上のように構成された位置決め保持装置
１０において、伸縮アクチュエータ１５を伸縮させてク
ランプ取り付けプレート（第３プレート４０）に取付け
られたクランプ６０を移動させるとき、制御装置４は図
７に示すような流れで３軸回動ユニット３０を作動さ
せ、クランプ取り付けプレートの姿勢を一定に維持する
ように位置決め保持装置の制御を行う。

【００３０】まずステップ１０１において、クランプ部
を移動させるべき指令が発せられているかどうかを判断
する。これは、制御装置のキーボード７の操作、あるい
は制御装置に接続したＪＯＧレバー９が操作の有無をチ
ェックすることにより行われる。ここで移動指令が発せ
られている場合には、ステップ１０２に進んで、駆動モ
ータを駆動して伸縮アクチュエータ１５Ａ、１５Ｂ、１
５Ｃを伸縮させて、クランプ部を移動させる。

【００３１】そして、ステップ１０３において、各伸縮
アクチュエータ１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの伸縮量はクラ
ンプ中心Ｐの位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から演算する。つ
いで、ステップ１０４で、位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から
３軸回動ユニット３０の第３プレート４０の角度（Ａ
Ｒ，ＢＲ）を演算する。ここでＡＲは水平面と第３軸Ｓ
３の角度、ＢＲは第３軸Ｓ３まわりの基準位置からの角
度である。

【００３２】そしてステップ１０５で、第３プレート４
０の角度（ＡＲ，ＢＲ）から伸縮前の姿勢にするための
３軸回動ユニットの３軸（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）まわりの
回動量を演算する。ステップ１０６では、第１、第２お
よび第３制御モータ３３、３７、４２を作動させ、上記
演算された回動量だけ３軸回動ユニット３０の３軸を回
動させる。

【００３３】このあと再びステップ１０１に戻って、移
動指令の有無を確認する。すなわち、まだクランプ中心
位置が目標位置に到達せず依然としてＪＯＧレバー９等
の操作が継続しているときは、上記のフローが繰り返さ
れることになる。一方、ステップ１０１における判断の
結果、ＪＯＧレバー９等が操作されておらず移動指令が
ない場合には、制御が終了する。こうして、姿勢を一定
に維持したままクランプが移動されるから、ティーチン
グが極めて容易に行える。

【００３４】また逆に、基準の位置座標（０，０，０）
に対するクランプ中心Ｐの位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とク
ランプ取り付けプレート（第３プレート４０）の角度
（ＡＲ，ＢＲ）のデータを制御装置４に入力することに
よって、各伸縮アクチュエータ１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ
の伸縮量と３軸回動ユニット３０の３軸の回動量とを演
算させ、駆動モータ１８および制御モータ３３、３７、
４２を駆動することにより、クランプの位置及び姿勢を
制御できるから、例えばＣＡＤデータの入力によるセッ
ティングも容易に行える。なお、クランプ中心Ｐの位置
座標、クランプ取り付けプレートの角度、伸縮アクチュ
エータの伸縮量および３軸回動ユニットの３軸の回動量
間の変換演算は、３角形の幾何計算に過ぎないから、任
意のステップ順でプログラムを作成してよい。

【００３５】つぎに、この変換演算について簡単に説明
する。図８に示すように、回転阻止機構２０下端のユバ
ーサルジョイントを基準位置すなわち原点座標Ｏ（０，
０，０）とすると、第１軸Ｓ１が上部基板１３を貫通し
て第２軸Ｓ２と交わる点Ｂから原点Ｏまでが一直線で表
わせる。この図上では、第１軸Ｓ１が第１駆動部３２に
より回転しても点Ｂの位置は変化しない。交点Ｂでは第
２軸Ｓ２まわりに第３軸Ｓ３が所定角度回動して延び、
この第３軸Ｓ３にそって交点Ｂから第３プレート４０お
よびワークの中心点であるクランプ中心Ｐが一直線に並
んでいる。第３軸Ｓ３が第３駆動部４１によって回転し
ても各点Ｂ、Ｐおよび第３プレート４０の点Ｔの位置は
変化しない。

【００３６】第３プレートすなわちクランプ取り付けプ
レートの座標をＴ（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）、またその角度
を（ＡＲ，ＢＲ）のかわりにここでは各座標軸基準で表
わした（ＸＲ，ＹＲ，ＺＲ）とする。

【外１】まず、クランプ中心Ｐの座標と角度が設定されると、ク
ランプ取り付けプレートの座標Ｔ（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）
と角度（ＸＲ，ＹＲ，ＺＲ）は一義的に求められる。

【００３７】つぎに、点ＢからＴ（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）
へのベクトルを、図９に示すように、

【数１】となり、これより以下のようにＢ点の座標Ｂ（ＸＢ，Ｙ
Ｂ，ＺＢ）が求められる。ＸＢ＝ＸＴ−ｖｘＹＢ＝ＹＴ−ｖｙＺＢ＝ＺＴ−ｖｚまた、上部基板１３の点Ｓが点Ｏ−Ｂを結ぶ一直線上に
あることから、Ｂ点座標が求まれば比例関係によってそ
の座標Ｓ（ＸＳ，ＹＳ，ＺＳ）も求められる。なおここ
では後述する伸縮アクチュエータの長さ演算に便利なよ
うに、点Ｓは３つのボールジョイント１４を含む平面上
に設定する。

【００３８】Ｂ点座標が求まれば、原点と結ぶ線分ＢＯ
の長さとその角度が決定されるから、図１０の三角形Ｏ
ＢＴに余弦定理を適用して、点Ｂにおける第２軸Ｓ２の
動作角度θｂが次のように求められる。２Ｓ＝ＯＴ＋Ｏ
Ｂ＋ＢＴとして θｂ＝１８０°−２ｓｉｎ^-1（（Ｓ−ＯＢ）・（Ｓ−Ｂ
Ｔ）／（ＯＢ・ＢＴ））^1/2

【００３９】つぎに、第1軸Ｓ１の動作角度θｓは、Ｔ
を通りＢ’で線分ＢＯの延長線と直交する平面において
Ｂ’からＴへのベクトルと回転動作前のベクトルとの角
度から求められる。図１１のように、点Ｂ’の座標を
Ｂ’（ＸＢ’，ＹＢ’，ＺＢ’）、

【外２】回転阻止機構のＹ軸方向傾きをθ２として、ｘｖ１＝ＸＢ’ ｙｖ１＝ＹＢ’＋ｃｏｓθ２ｚｖ１＝ＺＢ’−ｓｉｎθ２となる。

【００４０】これより、

【数２】そして、第３軸Ｓ３の動作角度θｔは、 θｔ＝ＺＲ−θｓとなる。

【００４１】前述のように第１軸Ｓ１上の上部基板１３
の座標Ｓ（ＸＳ，ＹＳ，ＺＳ）が得られると、次には伸
縮アクチュエータ１５の長さを求めることができる。ま
ず、図１２のように、３本の伸縮アクチュエータ１５
Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの下部基板１２側の回動支点の座標
をそれぞれ（ｘ01，ｙ01，ｚ01）、（ｘ02，ｙ02、ｚ0
2）、（ｘ03，ｙ03，ｚ03）とし、上部基板１３側の回
動支点（ボールジョイント）の座標をそれぞれ（ｘ11，
ｙ11，ｚ11）、（ｘ12，ｙ12，ｚ12）、（ｘ13，ｙ13，
ｚ13）とする。そして、各伸縮アクチュエータの回動支
点間の長さをＬ１、Ｌ２、Ｌ３、点Ｓと上側回動支点の
距離をｗｓとする。

【００４２】回転阻止機構のＸ軸方向傾きをθ１、Ｙ軸
方向傾きをθ２とすると、ｔａｎθ１＝ＸＳ／ＺＳｔａｎθ２＝ＹＳ／ＺＳであり、上側回動支点の座標はそれぞれ次のようにな
る。（伸縮アクチュエータ１５Ａ）ｘ11＝ＸＳｙ11＝ＹＳ−ｗｓ・ｃｏｓθ２ｚ11＝ＺＳ＋ｗｓ・ｓｉｎθ２（伸縮アクチュエータ１５Ｂ）ｘ12＝ＸＳ−ｗｓ・ｃｏｓ３０°・ｃｏｓθ１ｙ12＝ＹＳ＋ｗｓ・ｓｉｎ３０°・ｃｏｓθ２ｚ12＝ＺＳ−ｗｓ・ｓｉｎ３０°・ｓｉｎθ２＋ｗｓ・
ｃｏｓ３０°・ｓｉｎθ１（伸縮アクチュエータ１５Ｃ）ｘ13＝ＸＳ＋ｗｓ・ｃｏｓ３０°・ｃｏｓθ１ｙ13＝ＹＳ＋ｗｓ・ｓｉｎ３０°・ｃｏｓθ２ｚ13＝ＺＳ−ｗｓ・ｓｉｎ３０°・ｓｉｎθ２−ｗｓ・
ｃｏｓ３０°・ｓｉｎθ１

【００４３】これより、Ｌ１²＝（ｘ11−ｘ01）²＋（ｙ11−ｙ01）²＋（ｚ11
−ｚ01）² Ｌ２²＝（ｘ12−ｘ02）²＋（ｙ12−ｙ02）²＋（ｚ12
−ｚ02）² Ｌ３²＝（ｘ13−ｘ03）²＋（ｙ13−ｙ03）²＋（ｚ13
−ｚ03）² が得られるので、各伸縮アクチュエータの長さが求めら
れることになる。このようにして、伸縮アクチュエータ
の伸縮量の演算ならびに３軸回動ユニットの３軸の回動
量間の変換が可能である。

【００４４】図１３はクランプ６０として用いられる自
動調芯型のクランプの構造を示し、（ａ）は正面図、
（ｂ）は平面図である。基体ブロック６１にエアシリン
ダが形成され、エアシリンダに挿通されたピストンロッ
ド６２、６３が左右両方向に延びてその先端にホルダ６
４、６４が固定されている。基体ブロック６１が３軸回
動ユニットの第３プレート４０上に取り付けられ、エア
シリンダは図示しないエア供給源に接続される。

【００４５】ホルダ６４にはそれぞれ爪６５が取り付け
られ、エアシリンダへのエア圧制御により排気管のパイ
プ９１を仮想線で示すように挟んで保持し、あるいは実
線で示すように解放する。パイプ９１を挟む際には、左
右のホルダ６４は図示しないリンケージにより互いに同
一ストロークで接近方向に移動し、パイプを常にクラン
プ中心Ｐを通る中央線Ｍ上に保持する。

【００４６】また変形例として、図１４に示すような構
成のものも使用できる。これは、基体ブロック６１’の
一側のみにピストンロッド６２が延びてその先端にホル
ダ６４が固定され、基体ブロックの他側には受け爪６６
が固定されたものである。基体ブロック６１’のエアシ
リンダへのエア圧供給により、ホルダ６４に取付けられ
た爪６５が排気管のパイプ９１を受け爪６６に押し付け
て保持する。これによっても受け爪６６の位置が固定さ
れているから、クランプ位置を容易に確定することがで
きる。

【００４７】図１５は、排気管のパイプ端部に溶接され
るフランジを保持するためのクランプ５０として用いら
れる他の構造例を示し、（ａ）は解放状態、（ｂ）は保
持状態を示す平面図である。固定ベース５１の前端に突
き当てブロック５２が設けられ、後端側にはエアシリン
ダが形成された基体ブロック５３が設けられている。エ
アシリンダに挿通されたピストンロッド５４に固定され
た可動バー５５が突き当てブロック５２と基体ブロック
５３の間を前後方向に移動可能とされ、可動バー５５の
左右端には保持レバー５６の後端が支持されている。

【００４８】保持レバー５６には長手方向にカム穴５７
が形成され、突き当てブロック５２の左右端部に設けた
ピン５８とカム穴５７が係合している。保持レバー５６
は前端にＬ字型の押さえ部５９を備えている。カム穴５
７は保持レバー５６の後端側で内側に偏位し、前端側で
外側に偏位している。ピストンロッド５４が伸長して可
動バー５５が突き当てブロック５２側へ移動すると、
（ａ）に示すように、保持レバー５６はその前端が外方
向へ開いた状態となる。この状態でフランジ９０を突き
当てブロック５２にセットし、またパイプ９１をフラン
ジの穴に挿し込む。突き当てブロック５２にはフランジ
９０のボルト穴に整合するピン５２ａが設けられてフラ
ンジを位置決めするとともに、凹部５２ｂを形成してパ
イプ差込量を規定するようになっている。

【００４９】ピストンロッド５４が縮短して可動バー５
５が基体ブロック５３側へ移動すると、（ｂ）に示すよ
うに、保持レバー５６はその前端が内方向へ回動すると
ともに後方へ移動して、フランジ９０を突き当てブロッ
ク５２に押さえつける。

【００５０】本実施例では以上のように、複数の位置決
め保持装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄをベース上
に設置し、保持対象である排気管の部品材料に応じたク
ランプ５０、６０あるいは７０を取付けている。そ
して、その主な使用態様としては、保持部位に応じ、さ
らには部品機種に対応させて、各位置決め保持装置にお
ける伸縮アクチュエータ１５の伸縮量および３軸回動ユ
ニット３０の３軸の回動量をティーチングあるいはデー
タ入力により設定する。これらの伸縮量および回動量に
関するデータは次回の再使用のため保存される。

【００５１】図１６は、位置決め保持装置１０を制御す
る際の、制御装置４におけるモード別動作を示す図であ
る。ステップ２００で制御装置４の電源がオンされる
と、ステップ２０１でモード選択を行う。ここでは、選
択可能のモードとして「ティーチング」、「手動」、
「自動」および「データ」の４モードが表示部８に表示
され、操作者がキーボード７から選択するモードを入力
する。

【００５２】「ティーチング」が選択されると、ステッ
プ２０２に進み、これから設定する位置のポイント番号
を選択する。ポイント番号として例えば１から１００ま
での範囲で選択できるようになっている。ポイント番号
が選択され、ステップ２０３で選択の確認、設定が済む
と、ステップ２０４で、各伸縮アクチュエータ１５と３
軸回動ユニット３０の３軸の原点出し、すなわち基準位
置確認がなされているかどうかをチェックする。原点出
しが済んでいない伸縮アクチュエータや軸については、
ステップ２０５でそれぞれ基準位置まで戻す原点復帰を
行う。

【００５３】すべての伸縮アクチュエータ１５と３軸回
動ユニット３０の軸の原点出しが済むと、ステップ２０
６において、ＪＯＧレバー９を操作してクランプを移
動、位置決めする。ステップ２０７では、ＪＯＧレバー
の操作に伴って、各伸縮アクチュエータ１５と３軸回動
ユニット３０の３軸のそれぞれの変位量（伸縮量、回動
量）データが表示部８に表示される。

【００５４】あわせて、ステップ２０８では、上記変位
量による結果としてのクランプ部の現在位置の座標、す
なわちクランプ中心Ｐの位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とクラ
ンプ取り付けプレート（第３プレート４０）の角度（Ａ
Ｒ，ＢＲ）のデータが表示部８に表示される。ステップ
２０７と２０８の表示データはスイッチ操作等により交
互に切替えることができる。

【００５５】最後にステップ２０９で、キーボード７の
決定キーを押すと、上記の位置座標データがステップ２
０３で設定されたポイント番号のデータとして内部メモ
リ４６に記憶保存される。

【００５６】ステップ２０１で「手動」モードが選択さ
れた場合には、ステップ２１０へ進み、変位させる伸縮
アクチュエータ１５あるいは３軸回動ユニット３０の軸
を選択する。すべてを選択することもできるが、特定の
軸あるいは伸縮アクチュエータを選択することによりそ
の選択されたもののみを移動させることもできる。

【００５７】続いてステップ２１１で、ＪＯＧレバー９
を操作してクランプを移動、位置決めする。ステップ２
１２では、ＪＯＧレバーの操作に伴って、各伸縮アクチ
ュエータ１５と３軸回動ユニット３０の３軸のそれぞれ
の変位量データが表示部８に表示され、ステップ２１３
では、現在位置の座標データが表示部８に表示される。
これにより、表示データを確認しながら任意の位置およ
び姿勢にクランプを移動することができる。

【００５８】つぎに、「自動」モードは前述の「ティー
チング」あるいは後述の「データ」モードによりすでに
位置座標データが内部メモリ４６に記憶保存されている
場合に用いられる。ステップ２０１で「自動」モードが
選択された場合には、ステップ２２０へ進み、まず各伸
縮アクチュエータ１５と３軸回動ユニット３０の３軸の
原点出しをチェックする。原点出しが済んでいない伸縮
アクチュエータや軸があるときは、ステップ２２１でそ
れぞれ基準位置まで戻す原点復帰を行う。

【００５９】すべての伸縮アクチュエータ１５と３軸回
動ユニット３０の軸の原点出しが済むと、ステップ２２
２において、ポイント番号およびプログラム番号の選択
を行う。ここでは、位置決め保持装置１０に取付けられ
るクランプの種類やサイズその他のパラメータの相違に
対応して、複数のプログラムが用意されている。

【００６０】ステップ２２３でポイント番号およびプロ
グラム番号の確認、設定が済むと、ステップ２２４で、
選択されたプログラムが起動する。そして、ステップ２
２５で、当該ポイント番号に設定された位置座標を得る
ように伸縮アクチュエータと３軸回動ユニットの変位量
を演算し、各モータを駆動して、設定された位置へ移動
させる。このあと、ステップ２２２へ戻り、次の位置決
め保持装置についてのポイント番号およびプログラム番
号選択に移る。

【００６１】次に、「データ」モードは、ポイントごと
の位置データの確認と書き込みを行なう。まずステップ
２０１で「データ」モードが選択されると、ステップ２
３０へ進み、これから設定する位置のポイント番号を選
択する。ポイント番号が選択され、ステップ２３１で
選択の確認、設定が済むと、ステップ２３２で各伸縮ア
クチュエータ１５と３軸回動ユニット３０の３軸につい
て、現在のそれぞれの変位量データが表示部８に表示さ
れ、またステップ２３３で、位置座標データが表示され
る。変位量データと位置座標データはスイッチ等で切替
え表示できる。

【００６２】ステップ２３４で、キーボード７から設定
変更を入力すると、データ入力可能状態となり、ステッ
プ２３５において新たな位置座標データを入力する。ス
テップ２３６では新たな位置座標を得るための変位量デ
ータが表示部８に表示される。最後にステップ２３７
で、キーボード７の決定キーを押すと、上記の位置座標
データがステップ２３０で設定されたポイント番号のデ
ータとして内部メモリ４６に記憶保存される。

【００６３】なお、上記実施例では、排気管を構成する
部品材料を保持固定する治具の主要機能について説明し
たが、工場の生産ラインにおいては、単に保持固定する
だけでなく、一部のクランプは解放し、特定のクランプ
のみ保持状態を維持したまま伸縮アクチュエータ１５と
３軸回動ユニット３０を駆動することにより、部品材料
あるいは組み立て完了品を搬入搬出することもできる。
また、これにより、予めプログラムしておくことによ
り、治具の瞬間段取りも可能で、複数機種の混流生産に
も適用容易である。なおまた、「ティーチング」や「デ
ータ」モードで記憶保存するデータは、内部メモリ４６
のほか、他の種々の記憶媒体に保存しておくことができ
る。

【００６４】実施例は以上のように構成され、ベース２
上に設置した３脚ロボット１１と３軸回動ユニット３０
を備える位置決め保持装置１０にクランプを取り付け、
位置決め保持装置１０を制御することによりクランプを
任意の位置と姿勢にセット可能の治具としたので、車両
やバージョンごとに多数の異なる排気管を組み立てる場
合にもそれぞれ専用の治具に取り替える必要がないの
で、重筋作業から解放され、治具の段取りも短時間で済
むとともに、補用品対策として保管しておく治具の保管
スペースも少なくできるという効果を有する。

【００６５】また、位置決め保持装置１０の伸縮アクチ
ュエータ１５を伸縮させてクランプを移動させるとき、
制御装置４はクランプの姿勢を一定に維持するので、現
物合わせその他によるティーチングが容易である。そし
て、その際位置座標データの表示も行うから、設定位置
の確認も精確にできる。さらに、設定した位置座標およ
び対応する各軸の変位量データを記憶保存するので、こ
れらのデータを用いて必要な保持位置にクランプを配置
した治具を迅速に用意することができる。

【００６６】なお、実施例では水平のベース２上に複数
の位置決め保持装置１０を設置しているが、これに限定
されず、複数の位置決め保持装置を縦型のベースの上下
に配置することもできる。また、実施例は排気管の部品
材料を保持するものであるが、保持対象はとくに限定さ
れない。さらには、保持対象の部品材料に応じて位置決
め保持装置は１基だけ設置されるものでもよい。さら
に、伸縮アクチュエータの駆動モータ１８および３軸回
動ユニットの各制御モータ３３、３７、４２にはいずれ
もステッピングモータを用いたが、このほかサーボモー
タも用いることができる。

【００６７】

【発明の効果】以上のとおり、本発明は、３本の伸縮ア
クチュエータを有する位置決め保持装置にクランプを取
り付け、制御装置からの指令に基づいて伸縮アクチュエ
ータの伸縮長さ（変位量）を変えることによりクランプ
の位置を変化可能としたので、ベース上に適宜数の位置
決め保持装置を設置し、クランプを任意位置にセットす
ることにより複数の保持対象に対応することができる。
これにより、保持対象ごとに専用の治具に取り替える必
要がなくなり、重筋作業から解放され、治具の段取りも
短時間で済むという効果を有する。また、補用品対策と
して保管しておく治具の保管スペースも少なくできる。

【００６８】伸縮アクチュエータを下部基板と上部基板
の間に配置し、回転阻止機構を設けることにより、クラ
ンプの位置を制御することができ、さらに３軸回動ユニ
ットを取り付けることによりクランプの角度を任意に制
御することができる。

【００６９】３脚ロボットの伸縮アクチュエータおよび
３軸回動ユニットの駆動源としてそれぞれステッピング
モータまたはサーボモータを用い、その回転角を制御す
ることにより、演算手段で算出したそれぞれの変位量を
容易かつ確実に得ることができる。

【００７０】そして、３脚ロボットによりクランプを移
動させる間または移動後、３軸回動ユニットを制御して
クランプの姿勢を維持するように構成することによりテ
ィーチング操作が容易となり、またティーチング結果の
変位量または関連する位置データを自動的に記憶手段に
保存することにより、次回の設定はその記憶データを選
択するだけの作業で済むという効果が得られる。さら
に、３脚ロボットまたは３軸回動ユニットの現在の変位
量または関連する位置データを表示することにより、テ
ィーチング等における設定状況を精度よく確認できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の全体構成を示す図である。

【図２】位置決め保持装置を示す正面図である。

【図３】位置決め保持装置を示す側面図である。

【図４】位置決め保持装置を示す平面図である。

【図５】回転阻止機構の構造を示す図である。

【図６】実施例の制御系統図である。

【図７】姿勢一定でクランプを移動させるときの制御の
流れを示すフローチャートである。

【図８】変換演算に用いる座標点の関係を示す図であ
る。

【図９】第３軸の姿勢を示すベクトル図である。

【図１０】第２軸の動作角度演算の要領を示す説明図で
ある。

【図１１】第1軸の動作角度演算の要領を示す説明図で
ある。

【図１２】伸縮アクチュエータの長さ演算に用いる座標
点の関係を示す図である。

【図１３】クランプの構造例を示す図である。

【図１４】クランプの変形例を示す図である。

【図１５】クランプの他の構造例を示す図である。

【図１６】位置決め保持装置の制御におけるモード別動
作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１排気管組立用治具２ベース４制御装置５モータドライバ７キーボード８表示部９ＪＯＧレバー１０位置決め保持装置１１３脚ロボット１２下部基板１３上部基板１４ボールジョイント１５伸縮アクチュエータ１６ブラケット１７回転ヨーク１８駆動モータ１９ロッド２０回転阻止機構２１揺動ロッド２２ユニバーサルジョイント２３スリーブ２４スライドロッド３０３軸回動ユニット３１第１プレート３２第１駆動部３３第１制御モータ３５第２プレート３６第２駆動部３７第２制御モータ４０第３プレート４１第３駆動部４２第３制御モータ４３リミットスイッチ４５ＣＰＵ４６内部メモリ５０、６０、７０クランプ５１固定ベース５２突き当てブロック５２ａピン５２ｂ凹部５３、６１、６１’ 基体ブロック５４、６２、６３ピストンロッド５５可動バー５６保持レバー５７カム穴５８ピン５９押さえ部６４ホルダ６５爪６６受け爪９０、９４フランジ９１、９３パイプ９２マフラーＰクランプ中心Ｓ１中心軸（第１軸）Ｓ２第２軸Ｓ３第３軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者菊池大介東京都中野区南台５丁目24番15号カルソニック株式会社内 (72)発明者大河原理広東京都中野区南台５丁目24番15号カルソニック株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベース（２）と、該ベース上に設置さ
れ、３本の伸縮アクチュエータ（１５）で構成した３脚
ロボット（１１）を備える位置決め保持装置（１０）
と、位置決め保持装置に取り付けられたクランプ（５
０、６０、７０）とを有し、制御装置（４）からの指令
に基づいて伸縮アクチュエータの伸縮長さを変えること
により、保持対象に対応してクランプの位置を変化可能
としたことを特徴とする汎用治具。
【請求項２】前記３脚ロボット（１１）は、前記３本
の伸縮アクチュエータ（１５）が下部基板（１２）と上
部基板（１３）の間に配置されて構成されるとともに、
下部基板と上部基板の間にはさらに互いのねじれ回転を
阻止する回転阻止機構（２０）が設けられ、前記位置決
め保持装置（１０）はさらに、互いに直交する３軸まわ
りに回動可能の要素からなり前記３脚ロボットの上部基
板に取り付けられて前記制御装置（４）からの指令に基
づいて作動する３軸回動ユニット（３０）を含むもので
あることを特徴とする請求項１記載の汎用治具。
【請求項３】前記回転阻止機構（２０）は、下部基板
（１２）に２自由度をもって連結されるとともに所定の
離間距離を有する２つの平行なスリーブ（２３）と、上
部基板に固定されて平行に延び、前記スリーブに案内さ
れる２本のスライドロッド（２４）とからなることを特
徴とする請求項１または２記載の汎用治具。
【請求項４】前記３脚ロボット（１１）の伸縮アクチ
ュエータ（１５）および３軸回動ユニット（３０）はそ
の駆動源がそれぞれステッピングモータまたはサーボモ
ータ（１８、３３、３７、４２）であり、前記制御装置
（４）はクランプ位置に基づいてそれぞれの変位量を算
出する演算手段（５）を有し、該変位量に対応してステ
ッピングモータまたはサーボモータの回転角を制御する
ものであることを特徴とする請求項２または３記載の汎
用治具。
【請求項５】前記制御装置（４）は、前記３脚ロボッ
ト（１１）を作動させてクランプを移動させる間または
移動後、該クランプを所定の姿勢に維持するように前記
３軸回動ユニット（３０）を制御するものであることを
特徴とする請求項４記載の汎用治具。
【請求項６】前記制御装置（４）は、前記３脚ロボッ
ト（１１）および３軸回動ユニット（３０）を任意に作
動させる手動操作手段（７、９）と、記憶手段（６）を
有し、前記演算手段（５）はさらに手動操作手段により
作動させた３脚ロボットまたは３軸回動ユニットの変位
量または関連する位置データを演算し、前記記憶手段に
該変位量または関連する位置データを保存することを特
徴とする請求項４または５記載の汎用治具。
【請求項７】前記制御装置（４）は表示部（８）を備
え、現在の３脚ロボット（１１）または３軸回動ユニッ
ト（３０）の変位量または関連する位置データを表示す
ることを特徴とする請求項４、５または６記載の汎用治
具。