(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に固定される基台と、
前記基台に所定の傾斜で放射状に固定され、２本ずつ等間隔に配置された６本のガイドと、
前記ガイドの各々に設けられ、前記ガイドの長手方向にガイドの範囲内で移動可能な６つのスライドテーブルと、
前記６つのスライドテーブルを個別に独立して移動させる駆動装置と、
前記スライドテーブルの、前記ガイドとは反対側取り付け面の各々に一端が対偶によって連結された６本のロッドと、
前記ロッドの各々の他端を対偶によって同一平面上に取り付けるとともに、所望の工具を取り付けるトラベリングプレートとを備え、
前記６本のロッドの各々の両端に取り付けられる対偶のうち、一方が２自由度を有し、他方が３自由度を有することを特徴とする工作機械。
【請求項２】
外部に固定される基台と、
前記基台に所定の傾斜で放射状に固定され、等間隔に配置された３本のガイドと、
前記ガイドの各々に設けられ、前記ガイドの長手方向にガイドの範囲内で移動可能な３つのスライドテーブルと、
前記スライドテーブルを個別に独立して移動させる駆動装置と、
前記スライドテーブルの、前記ガイドとは反対側取り付け面の各々に所定の間隔で２本ずつ設けられ、対偶によって一端が連結された６本のロッドと、
前記スライドテーブルに支持された２本のロッドが平行をなすように前記６本のロッドの各々の他端を対偶によって同一平面上に取り付けるとともに、所望の工具を取り付けるトラベリングプレートとを備え、
前記６本のロッドの各々の両端に取り付けられる対偶のうち、一方が２自由度を有し、他方が３自由度を有することを特徴とする工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ヘキサロボットを利用した工作機械に関し、特に高負荷が作用する加工に対しても使用できる高剛性な工作機械の提供を目的とする。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特願平４−６５９１８号公報に記載されたヘキサロボットがある。これは、図６に示すように、外部に固定される基台１上に６つのモータ８を２つ１組で３組設置し、各モータ８にリンク４を取り付け、対偶（ボールベアリングやユニバーサルジョイント）６を介してロッド５をリンク４に接続し、ロッド５の先端を対偶７を介してトラベリングプレート２を取り付け、前記６つのモータ４１をそれぞれ個別に駆動することにより、トラベリングプレート２の位置および姿勢を６自由度にて制御するようになっている。そして、トラベリングプレート２の下部に設けられた図略のロボットハンドにて工作物の搬送や組み付けに使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術の工作機械は、複数のモータで負荷を分散できる。動力源が固定側の基台１上にあり、移動体（トラベリングプレート２、リンク４およびロッド５等）を軽量化できるため工作物の高速移動が可能であるといった利点を持っている。この反面、ロボットハンドを具備したトラベリングプレート２に負荷が作用するとアームに曲げ力が作用する、モーターに直接大きなトルクがかるといった状態が発生してしまい、比較的軽量の工作物の搬送といった軽負荷しか作用しない作業にしか利用できず、トラベリングプレート２の下部に工具を設けて工作物の加工を行うといった高負荷が作用する作業には使用できないといった問題があった。
【０００４】
また、一般にドリリング等の加工を行う工作機械においては３軸位置決め機構があれば十分な場合が多いのに対し、上述したヘキサロボットを利用した従来技術の工作機械はトラベリングプレート２の位置および姿勢の制御を行う６自由度制御になるため制御が複雑になるといった問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解決するための発明の構成は、外部に固定される基台と、前記基台に所定の傾斜で放射状に固定され、２本ずつ等間隔に配置された６本のガイドと、前記ガイドの各々に設けられ、前記ガイドの長手方向にガイドの範囲内で移動可能な６つのスライドテーブルと、前記６つのスライドテーブルを個別に独立して移動させる駆動装置と、前記スライドテーブルの、前記ガイドとは反対側取り付け面の各々に一端が対偶によって連結された６本のロッドと、前記ロッドの各々の他端を対偶によって同一平面上に取り付けるとともに、所望の工具を取り付けるトラベリングプレートとを備え、前記６本のロッドの各々の両端に取り付けられる対偶のうち、一方が２自由度を有し、他方が３自由度を有する。
【０００６】
また、外部に固定される基台と、前記基台に所定の傾斜で放射状に固定され、等間隔に配置された３本のガイドと、前記ガイドの各々に設けられ、前記ガイドの長手方向にガイドの範囲内で移動可能な３つのスライドテーブルと、前記スライドテーブルを個別に独立して移動させる駆動装置と、前記スライドテーブルの、前記ガイドとは反対側取り付け面の各々に所定の間隔で２本ずつ設けられ、対偶によって一端が連結された６本のロッドと、前記スライドテーブルに支持された２本のロッドが平行をなすように前記６本のロッドの各々の他端を対偶によって同一平面上に取り付けるとともに、所望の工具を取り付けるトラベリングプレートとを備え、前記６本のロッドの各々の両端に取り付けられる対偶のうち、一方が２自由度を有し、他方が３自由度を有する。
【０００７】
【作用】
上記のように構成された工作機械は、駆動装置を駆動することにより各ガイドに設けられた６つのスライドテーブルが個別に移動され、これにより６本のロッドがそれぞれ独立して揺動される。すると、ロッドの先端に支持されたトラベリングプレートを６自由度制御することができ、トラベリングプレートに取り付けられた工具を工作物に対して所望の位置および姿勢に移動できる。
【０００８】
また、駆動装置を駆動することにより各ガイドの３つのスライドテーブルが個別に移動される。すると、各スライドテーブルに２本ずつ支持されたロッドは２本一組で揺動され、ロッドの先端に支持されたトラベリングプレートは３自由度の制御ができ、トラベリングプレートに取り付けられた工具を工作物に対して所望の位置に位置決めできる。なお、２本一組のロッドはスライドテーブルとトラベリングプレートにより平行リンク機構を成すため、基台とトラベリングプレートは常に平行が保たれるようになっている。
【０００９】
【実施例】
以下に図面に基づき本発明の第１実施例を説明する。
図１は本第１実施例の工作機械１０を適用した工作機械全体の構成を示した図である。工作機械１０は工作物Ｗを載置するテーブル５２を有した門型のフレーム５０の天井に支持柱５１を介して取り付けられており、この工作機械１０に取り付けられた工具Ｔを所望の位置に移動して工作物Ｗを加工するものである。
【００１０】
次に、図２に基づき工作機械１０について詳細な説明をする。図２に示すように工作機械１０は、主に、支持柱５１によって外部に固定される基台１１と、ドリルやエンドミル等の工具Ｔを取り付けるトラベリングプレート１２と、前記基台１１および前記トラベリングプレート１２を連結する６本のアーム１４とから構成されている。
【００１１】
基台１１は６角形状の部材であり、周囲に３つの支持部１１ａが等間隔で設けられており、この支持部１１ａに後述するアーム１４が２本ずつ合計６本連結されている。
アーム１４はロッド１５およびガイド２０から構成されており、６本とも同じ構成となっている。
【００１２】
ガイド２０はベース２２、スライドテーブル２６、ボールネジ２４およびモータ２５から構成されている。ベース２２は断面形状がコ型をした部材であり、それぞれのベース２２は基台１１に対して所定角度α（例えば４５度）傾斜して放射状に基台１１に固定されている。このベース２２にはその長手方向にスライドテーブル２６が摺動可能に支持されている。また、ベース２２にはスライドテーブル２６の図略のナットと螺合するボールネジ２４が回動可能に支持されており、ベース２２に固定され前記ボールネジ２４に連結されるモータ２５（駆動装置）を駆動することにより、ボールネジ２４を回動し、結果としてスライドテーブル２６をベース２２の長手方向に移動するようになっている。
【００１３】
上述したスライドテーブル２６のベース２２とは反対側取り付け面にはそれぞれロッド１５がボールジョイント１６（対偶）により連結され、ボールジョイント１６を支点としてロッド１５はスライドテーブル２６に対して３次元方向に揺動可能となっている。また、各ロッド１５の他端はトラベリングプレート１２にボールジョイント１７（対偶）にて連結され、ボールジョイント１７を支点としてロッド１７はトラベリングプレート１２に対して３次元方向に揺動可能となっている。
【００１４】
トラベリングプレート１２は前記ロッド１５の他端がボールジョイント１７により同一平面上に連結されており、下部にはドリルやエンドミル等の工具を取り付ける図略の主軸が設けられている。
以上の構成により、図略の制御装置より動作指令を与えることによって、ガイド２０のモータ２５の個別に駆動して６本のロッド１５をそれぞれ独立して揺動させる。すると、この６本のロッド１５の揺動の組み合わせにより、トラベリングプレート１２を６自由度制御（位置および姿勢制御）することができる。つまり、各支持部１１ａに支持された２本１組のアーム１４を同期して３組のアーム１４を個別に駆動することによりトラベリングプレートの位置を決定し、各支持部１１ａに固定された２本１組のアーム１４のうちの各１本、即ち合計３本のアーム１４を駆動することによりトラベリングプレート１２の姿勢を決定することができるようになっている。そして、トラベリングプレート１２に取り付けられた工具を所望の位置および姿勢に移動し、工作物の加工を行うようになっている。
【００１５】
以上に述べたように本第１実施例の工作機械は、１本のロッド１５で構成されるアーム１４を６本にてトラベリングプレート１２を駆動するので、トラベリングプレート１２（工具Ｔ）の位置制御および姿勢制御（６自由度制御）が行える。また、トラベリングプレート１２を駆動するアーム１４の構成をスライドテーブル２６を移動させることにより揺動する１本のロッド１５にて行うようにしたため、加工によりトラベリングプレート１２に作用した加工反力は、すべてのロッド１５に作用する圧縮力または引っ張り力に変換される。そして、この加工反力はスライドテーブル２６とロッド１５の両端を連結するボールジョイント１６，１７（対偶）を介してスライドテーブル２６を駆動する軸力として伝わる。つまり、加工反力はロッド１５およびボールネジ２４の軸方向の荷重として作用するため、直接モータ２５に大きな負荷が作用することがないとともに、アーム１４に曲げ力が一切作用しないため、高負荷の作用する加工が行えるといった効果がある。
【００１６】
次に本発明の第２実施例を図３に基づき説明する。
図３に示すように本第２実施例の工作機械は、主に、支持柱５１によって外部に固定される基台３１と、ドリルやエンドミルといった工具Ｔを取り付けるトラベリングプレート３２と、前記基台３１および前記トラベリングプレート３２を連結する３本のアーム３４とから構成されている。
【００１７】
基台３１は６角形状の部材であり、周囲に３つの支持部３１ａが等間隔で設けられており、この支持部３１ａに後述するアーム３４が合計３本連結されている。
アーム３４は２本のロッド３５およびガイド４０から構成されており、３本とも同じ構成となっている。
【００１８】
ガイド４０はベース４２、スライドテーブル４６、ボールネジ４４およびモータ４５から構成されている。ベース４２は断面形状がコ型をした部材であり、それぞれのベース４２は基台３１に対して所定角度α（例えば４５度）傾斜して放射状に基台３１に固定されている。このベース４２にはその長手方向にスライドテーブル４６が摺動可能に支持されている。また、ベース４２にはスライドテーブル４６の図略のナットと螺合するボールネジ４４が回動可能に支持されており、ベース４２に固定され前記ボールネジ４４に連結されるモータ４５（駆動装置）を駆動することにより、ボールネジ２４を回動し、結果としてスライドテーブル４６をベース４２の長手方向に移動するようになっている。
【００１９】
上述したスライドテーブル４６のベース４２とは反対側取り付け面にはそれぞれ２本のロッド３５が所定の間隔でボールジョイント３６（対偶）により連結され、ボールジョイント３６を支点として各ロッド３５はスライドテーブル４６に対してそれぞれ３次元方向に揺動可能となっている。また、６本のロッド３５の他端はそれぞれトラベリングプレート３２にボールジョイント３７（対偶）にて同一平面上に連結されるとともに、組となる２本のロッド３５が互いに平行に配置されている。そして、スライドテーブル４６と、組みとなる２本のロッド３５と、トラベリングプレート３２により平行リンク機構を形成している。
【００２０】
前記ロッド３５の他端が連結されたトラベリングプレート３２の下部にはドリルやエンドミル等の工具を取り付ける図略の主軸が設けられている。
以上の構成により、図略の制御装置より動作指令を与えることによって、ガイド４０のモータ４５の個別に駆動して３つのスライドテーブル３６を移動し、６本のロッド３５を２本ずつ組でそれぞれ揺動させる。すると、２本を１組とした３組のロッド１５の揺動の組み合わせにより、トラベリングプレート１２を３自由度制御（位置制御）することができる。なお、１つのスライドテーブル４６に支持された２本のロッド３５が平行リンク機構をなすため、トラベリングプレート３２は基台３１に対して常に平行に移動するようになっている。そして、トラベリングプレート３２に取り付けられた工具を所望の位置に移動し、工作物の加工を行うようになっている。
【００２１】
以上に述べたように本第２実施例の工作機械は、２本のロッドで構成されるアーム３４を３本にてトラベリングプレートを駆動するため、トラベリングプレート３２（工具）の位置決め（３自由度制御）が行える。その上、アーム３４を構成する２本のロッド３５が平行リンク機構をなすため、トラベリングプレート３２は常に基台３１と平行に保たれるために工具の姿勢が常に決定され制御が容易に行えるといった効果がある。また、第１実施例同様に各アーム３４に曲げ力が作用することがないために高負荷の作用する加工が行えるといった効果がある。
【００２２】
なお、上述した第１および第２実施例において、スライドテーブル２６，４６およびロッド１５，３５並びにロッド１５，３５およびトラベリングプレート１２，３２を連結する対偶として３自由度を有するボールジョイント１６，１７，３６，３７が使用されているが、１本のロッド１５，３５に対して他方を図４に示した周知のユニバーサルジョイント１８（対偶）や、図５に示すような２自由度のジョイント１９（対偶）にしてもよい。このジョイント１９はスライドテーブル２６，４６もしくはトラベリングプレート１２，３２に固定される部材１９ａに対して中間部材１９ｂが軸Ｉ２を中心に回転可能であり、ロッド１５，３５に連結される部材１９ｃが前記中間部材１９ｂに対して前記軸Ｉ２と直交する軸Ｉ１を中心に回転可能になっており２自由度を有している。
【００２３】
また、本第１および第２実施例において、ガイド２０、４０のスライドテーブル２６、４６の駆動機構として、ボールネジ２４およびモータ２５のネジ機構で行っているが、スライドテーブル２６、４６をリニアモータで直接移動しても構わない。
さらに、第１実施例の工作機械１０のボールジョイント１６を二股のボールジョイントにし、組みとなる２本のロッド１５をこの二股のボールジョイント間で連結し、両ロッド１５を同期して移動することにより第２実施例と同様に組みになる２本のロッド１５が平行リンク機構をなして３自由度制御が可能な工作機械としても構わない。
【００２４】
【発明の効果】
以上に述べたように請求項１から３に記載された工作機械は、６本のロッドによりトラベリングプレートを駆動するため、トラベリングプレート（工具）の位置制御および姿勢制御（６自由度制御）が行える。また、加工によりトラベリングプレートに加工反力が作用しても、ロッドに曲げ力が発生することがないために高剛性に構成でき、高負荷の作用する加工にも使用できるといった効果がある。
【００２５】
また、請求項４から６に記載された工作機械においては、２本を１組としたロッドを３組によりトラベリングプレートを駆動するため、トラベリングプレート（工具）の位置制御（３自由度制御）が行える。その上、２本１組のロッドが平行リンク機構をなすため、トラベリングプレートは常に基台と平行に保たれるために工具の姿勢が常に決定され制御が容易に行えるといった効果がある。また、請求項１から３に記載の工作機械同様にロッド曲げ力が発生することがないために高負荷の作用する加工が行えるといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す工作機械の全体構成図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す工作機械の構成図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す工作機械の構成図である。
【図４】ユニバーサルジョイント（対偶）を示した拡大図である。
【図５】２自由度のジョイント（対偶）を示した拡大図である。
【図６】従来のヘキサロボットを示した構成図である。
【符号の説明】
１１，３１  基台
１２，３２  トラベリングプレート
１４，３４  アーム
１５，３５  ロッド
１６，１７，３６，３７  ボールジョイント（対偶）
２０，４０  ガイド
２２，４２  ベース
２４，４４  ボールネジ
２５，４５  モータ（駆動装置）
２６，４６  スライドテーブル
【図１】
0003640087.tif 000002
【図２】
0003640087.tif 000003
【図３】
0003640087.tif 000004
【図４】
0003640087.tif 000005
【図５】
0003640087.tif 000006
【図６】
0003640087.tif 000007