(57)【要約】【課題】  少ない駆動源でワーク保持部材を３軸方向に移動させることができ、小さな駆動源で軽快な移動動作が可能なワーク搬送装置を提供する。【解決手段】  Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の直交座標系において、第１および第２の走行体３，４は、Ｘ軸方向のレール２に沿って走行可能である。第１の走行体３は、Ｘ軸方向の軸心およびＺ軸方向の軸心の２つの軸心回りに揺動自在に第１の揺動アーム５を支持する。第２の走行体４は、Ｚ軸方向の軸心回りに揺動自在に第２の揺動アーム６を支持する。第２の揺動アーム６の先端に、Ｚ軸方向の軸心回りに回動自在に支持部材７を設ける。支持部材７にＺ軸方向にスライド自在に支持され、かつ第１の揺動アーム５の先端にＸ軸方向の軸心およびＺ軸方向の軸心の２つの軸心回りに回動自在に支持されたワーク保持部材８を設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の直交座標系において、Ｘ軸方向のレールに沿ってそれぞれ走行可能な第１および第２の走行体と、前記第１の走行体に前記Ｘ軸方向の軸心および前記Ｚ軸方向の軸心の２つの軸心回りに揺動自在に支持された第１の揺動アームと、前記第２の走行体に前記Ｚ軸方向の軸心回りに揺動自在に支持された第２の揺動アームと、この第２の揺動アームの角度を固定するアーム角度固定機構と、前記第２の揺動アームの先端に前記Ｚ軸方向の軸心回りに回動自在に支持された支持部材と、この支持部材に前記Ｚ軸方向に沿ってスライド自在に支持され、かつ前記第１の揺動アームの先端に前記Ｘ軸方向の軸心および前記Ｚ軸方向の軸心の２つの軸心回りに回動自在に支持されたワーク保持部材と、このワーク保持部材を前記支持部材に対して位置固定する位置固定機構とを備えることを特徴とするワーク搬送装置。
【請求項２】
前記第１および第２の走行体を前記レールに沿って互いに同じ速度で同方向に走行させることによって、前記ワーク保持部材を前記Ｘ軸方向に移動させ、
前記ワーク保持部材のスライド位置を固定し、かつ前記第１および第２の走行体を前記レールに沿って逆方向に走行させることによって、前記ワーク保持部材を前記Ｙ軸方向に移動させ、
前記第２の揺動アームの角度を固定し、かつ前記第１の走行体を前記レールに沿って走行させることによって、前記ワーク保持部材を前記Ｚ軸方向に移動させる、
請求項１に記載のワーク搬送装置。
【請求項３】
前記位置固定機構は、摩擦力により前記ワーク保持部材を前記支持部材に対して位置固定するブレーキ機構である請求項１または請求項２に記載のワーク搬送装置。
【請求項４】
工作機械に対してワークを搬送する装置であって、前記ワーク保持部材は、ワークを着脱自在に把持するチャックを有する請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のワーク搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば旋盤等の工作機械に対するワークの給排等の目的で、ワークを搬送するのに用いられるワーク搬送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械用のワーク搬送装置として、ガントリ式のものが広く用いられている。ガントリ式のワーク搬送装置は、左右方向に設けたレールに沿って走行する走行台に、前後移動台を介して昇降ロッドを設け、この昇降ロッドの下端にワークを保持可能なワーク保持体を設置したものであり、上記走行台、前後移動台、および昇降ロッドを適宜移動させることで、ワーク保持体を直交する３軸方向に移動させる。一般に、上記走行台、前後移動台、および昇降ロッドは、それぞれ個別の移動駆動源で独立に駆動させている。
【０００３】
産業用ロボットのマニピュレータ等において、レールに沿って移動する２個の移動体と、これら移動体に基部が支持されたリンク機構とを組み合わせることで、リンク機構の先端側に設けた移動部材を２軸方向に移動させる機構が提案されている（例えば特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５７−２１１４８６号公報
【特許文献２】特開昭５８−１６００７１号公報
【特許文献３】特開昭６３−１１４８８７号公報
【特許文献４】特開昭６３−１１４８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記ガントリ式のワーク搬送装置は、走行台、前後移動台、および昇降ロッドをそれぞれ個別の移動駆動源で独立して駆動させるため、少なくとも３個の移動駆動源が必要であった。また、前後移動台用の移動駆動源は走行台に搭載され、昇降ロッド用の移動駆動源は前後移動台に搭載されており、走行台および前後移動台の重量が重い。そのため、ワーク保持体の軽快な動きを実現するに、走行台用および前後移動台用の移動駆動源を出力の大きなものにしなければならなかった。
【０００６】
前記各提案の産業用ロボットのマニピュレータを工作機械のワーク搬送装置に応用することができる。しかし、各提案のものは、移動部材を２軸方向に移動させる機構であるから、工作機械のワーク搬送装置として使用するには、さらに移動部材を別の１軸方向に移動させる機構を設けなければならない。結局、２つの移動体をそれぞれ移動させる２つの移動駆動源、および別設の機構を駆動する移動駆動源の計３個の移動駆動源が必要となる。
【０００７】
この発明の目的は、少ない移動駆動源でワーク保持部材を３軸方向に移動させることができ、しかも小さな移動駆動源でワーク保持部材の軽快な移動動作が可能なワーク搬送装置を提供することである。
この発明の他の目的は、各部の簡単な動作でワーク保持部材を３軸方向に移動させることである。
この発明のさらに他の目的は、このワーク搬送装置の一構成要素である支持部材に対して、同じく一構成要素であるワーク保持部材を任意の位置で位置固定させることができるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、工作機械に対してワークを搬送する装置に適した構成とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明のワーク搬送装置は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の直交座標系において、Ｘ軸方向のレールに沿ってそれぞれ走行可能な第１および第２の走行体と、前記第１の走行体に前記Ｘ軸方向の軸心および前記Ｚ軸方向の軸心の２つの軸心回りに揺動自在に支持された第１の揺動アームと、前記第２の走行体に前記Ｚ軸方向の軸心回りに揺動自在に支持された第２の揺動アームと、この第２の揺動アームの角度を固定するアーム角度固定機構と、前記第２の揺動アームの先端に前記Ｚ軸方向の軸心回りに回動自在に支持された支持部材と、この支持部材に前記Ｚ軸方向に沿ってスライド自在に支持され、かつ前記第１の揺動アームの先端に前記Ｘ軸方向の軸心および前記Ｚ軸方向の軸心の２つの軸心回りに回動自在に支持されたワーク保持部材と、このワーク保持部材を前記支持部材に対して位置固定する位置固定機構とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この構成のワーク搬送装置は、前記第１および第２の走行体を前記レールに沿って互いに同じ速度で同方向に走行させることによって、前記ワーク保持部材を前記Ｘ軸方向に移動させ、前記ワーク保持部材のスライド位置を固定し、かつ前記第１および第２の走行体を前記レールに沿って逆方向に走行させることによって、前記ワーク保持部材を前記Ｙ軸方向に移動させ、前記第２の揺動アームの角度を固定し、かつ前記第１の走行体を前記レールに沿って走行させることによって、前記ワーク保持部材を前記Ｚ軸方向に移動させる。
【００１０】
上記のように、第１および第２の走行体の走行と、アーム角度固定機構および位置固定機構の状態とを制御することにより、ワーク保持部材を直交する３軸方向、すなわちＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に移動させることができる。移動駆動源としては、第１および第２の走行体をそれぞれ走行させる２つの移動駆動源だけであり、簡素な構成にできる。また、これら２つの移動駆動源は固定部材であるレールに設けることができるため、第１および第２の走行体等の移動する部分に移動駆動源を設けずに済む。そのため、移動する部分の軽量化が図れ、出力の小さな移動駆動源でもワーク保持部材を軽快に移動動作させることができる。なお、アーム角度固定機構用の駆動源および位置固定機構用の駆動源は、アーム角度固定機構や位置固定機構を作動状態と非作動状態とに切り替えるだけであるため、小型で簡素な駆動源を用いることができる。そのため、移動駆動源を増やす場合に比べて、前記移動する部分の重量増加が少ない。
【００１１】
この発明において、前記位置固定機構は、摩擦力により前記ワーク保持部材を前記支持部材に対して位置固定するブレーキ機構としてもよい。
位置固定機構をブレーキ機構にすれば、支持部材に対しワーク保持部材を任意の位置で位置固定させることができる。
【００１２】
この発明のワーク搬送装置が工作機械に対してワークを搬送する装置である場合、前記ワーク保持部材は、ワークを着脱自在に把持するチャックを有するのが良い。
ワーク保持部材がワークを着脱自在に把持するチャックを有していれば、工作機械とのワークの受け渡しを良好に行える。
【発明の効果】
【００１３】
この発明のワーク搬送装置は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の直交座標系において、Ｘ軸方向のレールに沿ってそれぞれ走行可能な第１および第２の走行体と、前記第１の走行体に前記Ｘ軸方向の軸心および前記Ｚ軸方向の軸心の２つの軸心回りに揺動自在に支持された第１の揺動アームと、前記第２の走行体に前記Ｚ軸方向の軸心回りに揺動自在に支持された第２の揺動アームと、この第２の揺動アームの角度を固定するアーム角度固定機構と、前記第２の揺動アームの先端に前記Ｚ軸方向の軸心回りに回動自在に支持された支持部材と、この支持部材に前記Ｚ軸方向に沿ってスライド自在に支持され、かつ前記第１の揺動アームの先端に前記Ｘ軸方向の軸心および前記Ｚ軸方向の軸心の２つの軸心回りに回動自在に支持されたワーク保持部材と、このワーク保持部材を前記支持部材に対して位置固定する位置固定機構とを備えるため、少ない移動駆動源でワーク保持部材を３軸方向に移動させることができ、しかも小さな移動駆動源で軽快な移動動作が可能である。
【００１４】
前記第１および第２の走行体を前記レールに沿って互いに同じ速度で同方向に走行させることによって、前記ワーク保持部材を前記Ｘ軸方向に移動させ、前記ワーク保持部材のスライド位置を固定し、かつ前記第１および第２の走行体を前記レールに沿って逆方向に走行させることによって、前記ワーク保持部材を前記Ｙ軸方向に移動させ、前記第２の揺動アームの角度を固定し、かつ前記第１の走行体を前記レールに沿って走行させることによって、前記ワーク保持部材を前記Ｚ軸方向に移動させる場合は、各部の簡素な動作でワーク保持部材を３軸方向に移動させられる。
【００１５】
前記位置固定機構は、摩擦力により前記ワーク保持部材を前記支持部材に対して位置固定するブレーキ機構とした場合は、このワーク搬送装置の一構成要素である支持部材に対して、同じく一構成要素であるワーク保持部材を任意の位置で位置固定させることができる。
【００１６】
前記ワーク保持部材が、ワークを着脱自在に把持するチャックを有する場合は、工作機械に対してワークを搬送する装置に適する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の一実施形態にかかるワーク搬送装置の斜視図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は同ワーク搬送装置のそれぞれ異なる状態を示す正面図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は同ワーク搬送装置のそれぞれ異なる状態を示す平面図である。
【図４】同ワーク搬送装置の側面図である。
【図５】同ワーク搬送装置のチャック機構の破断側面図である。
【図６】同ワーク搬送装置のアーク角度固定機構の平面図である。
【図７】同ワーク搬送装置の位置固定機構の断面図である。
【図８】同ワーク搬送装置のワーク保持部材をＹ軸方向に移動させる場合の動作説明図である。
【図９】同ワーク保持部材をＺ軸方向に移動させる場合の動作説明図である。
【図１０】（Ａ）は同ワーク搬送装置を工作機械のワーク搬送用に用いた状態を示す正面図、（Ｂ）はその側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。全体を示す図１〜図４の各図に示すように、このワーク搬送装置１は、水平に設置された１本のレール２に沿って吊り下げ状態で走行する第１および第２走行体３，４と、各走行体３，４にそれぞれ上端が支持された第１および第２揺動アーム５，６と、前記第１の揺動アーム５の下端に直接かつ前記第２の揺動アーム６の下端に支持部材７を介して間接的に支持されたワーク保持部材８とを備える。以下、レール２の長さ方向をＸ軸方向、水平でレール２の長さ方向と直交する水平方向をＺ軸方向、鉛直方向をＹ軸方向とする。
【００１９】
図５に示すように、ワーク保持部材８は、下端に下向き姿勢および横向き姿勢の２つのチャック１０，１０を有し、これら２つのチャック１０，１０を姿勢切換機構１１により下向きと横向きとに姿勢切換する。姿勢切換機構１１について説明すると、上記２つのチャック１０，１０は、ワーク保持部材本体１２に対して傾斜軸心Ｏ回りに回動自在な回転体１３に設置されており、回転体１３の１８０°の回転により、互いの位置（すなわち互いの姿勢）が切換えられる。回転体１３は、モータ等の姿勢切換用駆動源１４により回転させられる。各チャック１０は、エアシリンダ等のチャック開閉駆動源により、チャック爪１０ａの開閉動作が可能である。これら回転体１３および姿勢変更用駆動源１４により、姿勢切換機構１１が構成される。
【００２０】
図１〜図４において、前記レール２は、その底面にＸ軸方向に延びる一対の凸条ガイド１６が形成されており、この一対の凸条ガイド１６に、第１および第２の走行体３，４に設けられた各被案内部材１７，１８が案内される。図４の部分拡大図に示すように、被案内部材１７，１８は、転がり形式の直動軸受であって、その内部に無端軌道に沿って複数の転動体１９が配列されており、これら転動体１９が凸条ガイド１６の側面溝部１６ａに沿って転動しながら循環することにより、被案内部材１７，１８がＸ軸方向に転がり移動する。
【００２１】
第１の走行体３を走行させる第１の走行駆動源２３、および第の走行体４を走行させる第２の走行駆動源２４は、リニアモータである。これらリニアモータである第１および第２の走行駆動源２３，２４は、レール２にＸ軸方向に等間隔で並べて設けられた複数のコイル２５と、各走行体３，４のそれぞれに上記コイル２５に対向させて設けられプレート状の永久磁石２６，２７とで構成される。永久磁石２６，２７は隣合うコイル２５に同時に対向することができるＸ軸方向の長さを有し、かつ各走行体３，４が最接近した状態（図３（Ｂ））でも、それぞれの永久磁石２６，２７が同じコイル２５と対向することがないように、永久磁石２６，２７が配置されている。各コイル２５に順に電流を流して磁場を変化させることで、永久磁石２６，２７およびそれを設けた走行体３，４がＸ軸方向に移動する。各コイル２５への通電を制御することにより、各走行体３，４を個別に走行させることができる。
【００２２】
前記第１の揺動アーム５は、上端に対して下端をＺ軸方向にずらしてある。すなわち、下端はレール２よりも前方（図４における右方）に位置している。第１の揺動アーム５の上端は、継手部３０により、第１の走行体３の底面に設けたブラケット３１に、Ｘ軸方向の軸心およびＺ軸方向の軸心の２つの軸心回りに揺動自在に支持されている。第１の揺動アーム５の下端は、継手部３２により、ワーク保持部材８に設けたブラケット３３に、Ｘ軸方向の軸心およびＺ軸方向の軸心の２つの軸心回りに回動自在に連結されている。上記継手部３０，３２は、例えば球面継手とされるが、Ｘ軸方向の軸心回りに回動自在な継手とＺ軸方向の軸心回りに回動自在な継手を組み合わせたものであってもよい。
【００２３】
前記第２の揺動アーム６も、上端に対して下端がＺ軸方向にずらしてあり、下端がレール２よりも前方に位置している。第２の揺動アーム６の上端は、継手部３５により、第２の走行体４の底面に設けたブラケット３６に、Ｚ軸方向の軸心回りに揺動自在に支持されている。継手部３５には、第２の揺動アーム６の角度を固定するアーム角度固定機構３７が設けられている。このアーム角度固定機構３７は、例えば図６に示すように、第２の揺動アーム６の上端と一体回動する回動軸３８にブレーキディスク３９を設け、このブレーキディスク３９を一対のブレーキパッド４０で挟み付けて摩擦力により制動する構成とされる。一対のブレーキパッド４０は、アーム角度固定駆動源４１により挟み付け作動させられる。アーム角度固定駆動源４１は、例えば、コイル４１ａに電流を流して電磁作用で駆動させる。
【００２４】
第２の揺動アーム５の下端は、継手部４３により、Ｚ軸方向の軸心回りに回動自在に前記支持部材７と連結されている。支持部材７にはＺ軸方向に沿うガイド４４が形成されており、このガイド４４に、ワーク保持部材８の上端に設けたスライド部材４５がスライド自在に案内される。図７に示すように、スライド部材４５には、ワーク保持部材８を支持部材７に対して位置固定する位置固定機構４６が設けられている。この位置固定機構４６は、摩擦板４７をガイド４４に押し付けることで摩擦力により制動するブレーキ機構である。摩擦板４７は、スライド部材４５の上面に設置された位置固定駆動源４８により作動させられる。位置固定駆動源４８は、例えば、コイル４８ａに電流を流して電磁作用で駆動させる。
【００２５】
このワーク搬送装置１の動作を説明する。ワーク保持部材８をＸ軸方向へ移動させる場合は、第１の走行駆動源２３および第２の走行駆動源２４により第１および第２の走行体３，４をレール２に沿って互いに同じ速度で同方向に走行させる。これにより、第１および第２の走行体３，４、第１および第２の揺動アーム５，６、支持部材７、およびワーク保持部材８が同じ位置関係に保たれたまま、全体的にＸ軸方向へ移動する。
【００２６】
ワーク保持部材８をＹ軸方向へ移動させる場合は、図８に示すように、位置固定機構４６によりワーク保持部材８のスライド位置を固定した状態で、第１および第２の走行体３，４をレール２に沿って同じ速度で逆方向に走行させる。図８（Ａ）〜（Ｃ）の順で、第１および第２の走行体３，４を互いの間隔が狭まる側へ走行させると、第１および第２の揺動アーム６，７が下方へ回動し、ワーク保持部材８が下降する。逆に、第１および第２の走行体３，４を互いの間隔が広がる側へ走行させると、第１および第２の揺動アーム６，７が上方へ回動し、ワーク保持部材８が上昇する。ワーク保持部材８は、図２（Ａ）の最上位置Ｙ１と同図（Ｂ）の最下位置Ｙ２間を昇降可能である。
【００２７】
ワーク保持部材８をＺ軸方向へ移動させる場合は、図９に示すように、アーム角度固定機構３７により第２の揺動アーム６の角度を固定した状態で、第１の走行体３をレール２に沿って走行させる。第２の走行体４は停止状態とする。このように作動させると、第２の揺動アーム６の角度が固定されて、第１の揺動アーム５のＺ軸方向の軸心回りの回動が拘束されているため、第１の揺動アーム５はＸ軸方向の軸心回りに回動する。それにより、支持部材７に対しワーク支持部材８がスライドして、ワーク支持部材８がＺ軸方向へ移動する。具体的には、図９（Ａ）〜（Ｃ）の順で、第１の走行体３を第２の走行体４から離れる側へ走行させると、ワーク支持部材８が後方へ移動し、第１の走行体３を第２の走行体４に近づく側へ走行させると、ワーク支持部材８が前方へ移動する。ワーク保持部材８は、図３（Ａ）の最後位置Ｚ１と同図（Ｂ）の最前位置Ｚ２間を前後移動可能である。
【００２８】
このワーク搬送装置１は、第１の走行駆動源２３および第２の走行駆動源２４の２つの移動駆動源で、ワーク保持部材８を直交する３軸方向、すなわちＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に移動させることができる。また、第１の走行駆動源２３および第２の走行駆動源２４において大きな重量を占める部材であるコイル２５が固定部材であるレール２に設けられているため、走行体３，４よりも先の移動部分に移動駆動源を設けずに済む。そのため、移動部分の軽量化が図れ、出力の小さな走行駆動源２３，２４でも走行体３，４を軽快な走行させることができる。それにより、ワーク保持部材８の昇降および前後移動も軽快に行える。なお、アーム角度固定駆動源４１および位置固定駆動源４９は、アーム角度固定機構３７や位置固定機構４６を作動状態と非作動状態とに切り替えるだけであるため、小型で簡素な駆動源を用いることができる。そのため、移動駆動源を増やす場合に比べて、前記移動部分の重量増加が少ない。また、位置固定機構４６とその位置固定駆動源４９を電磁ブレーキとしたため、位置固定機構４６を制御し易く、任意のスライド位置で正確に動作させられる。
【００２９】
図１０は、このワーク搬送装置１を工作機械に対してワークを搬送するローダとして使用する例を示す。この図例では、工作機械５０が旋盤であり、ワーク搬送装置１は、工作機械５０の主軸５１とワーク載置台５２間でワークＷを搬送する。この場合、Ｘ軸方向は、工作機械５０とワーク載置台５２が並ぶ方向であり、Ｙ軸方向は上下方向であり、Ｚ軸方向は主軸５１の方向である。複数の工作機械５０が並んで設けられている場合は、Ｘ軸方向を工作機械５０の並び方向とする。ワーク搬送装置１のワーク保持部材８が、ワークＷを着脱自在に把持するチャック１０を有しているため、図のようにワーク搬送装置１をローダとして使用すると、工作機械５１の主軸５１とのワークＷの受け渡し、並びにワーク載置台５２でのワークＷの付け外しを良好に行える。
【００３０】
なお、上記実施形態のワーク搬送装置１は、第１および第２の走行体３，４が同じレール２に沿って走行するが、各走行体３，４が互いに平行な別々のレールに沿って走行するようにしてもよい。
【００３１】
この発明のワーク搬送装置は、工作機械用ローダ以外に、例えば工場や物流施設内に設置される無人搬送装置等のワークを搬送する搬送装置一般に用いることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１…ワーク搬送装置
２…レール
３…第１の走行体
４…第２の走行体
５…第１の揺動アーム
６…第２の揺動アーム
７…支持部材
８…ワーク保持部材
１０…チャック
２３…第１の走行駆動源
２４…第２の走行駆動源
３７…アーム角度固定機構
４１…アーム角度固定駆動源
４６…位置固定機構
４８…位置固定駆動源
５０…工作機械
Ｗ…ワーク
【図１】
2011125950.tif 000003
【図２】
2011125950.tif 000004
【図３】
2011125950.tif 000005
【図４】
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【図５】
2011125950.tif 000007
【図６】
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【図７】
2011125950.tif 000009
【図８】
2011125950.tif 000010
【図９】
2011125950.tif 000011
【図１０】
2011125950.tif 000012