(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業テーブルに対して、前後、左右、上下の３軸方向に円滑に移動する操作部材をそなえ、この操作部材にそれぞれ自在接手を介して複数個のハウジングを取り付け、このハウジングの一つに主動工具を取り付ける主動ツール軸を、他のハウジングに従動工具を取り付ける従動ツール軸を、それぞれ回転可能に設け、前記各ハウジングに、自在接手のハウジング取付軸の軸心とは異なる位置で相互に平行に設けられた支持軸と、支持軸によってハウジングに対して相対的に回動するように取り付けた連結片とをそなえ、この連結片相互を連結してハウジング相互を自在接手の間隔に保持させる連結部材と、前記主動ツール軸の回転を従動ツール軸に滑りを生じないように伝達する伝動装置を設けたことを特徴とする多自由度倣い装置。
【請求項２】
前記伝動装置が、主動ツール軸と従動ツール軸に取り付けたベベルギヤと、支持軸のそれぞれ一方端に取り付けて前記ツール軸のベベルギヤとかみ合うベベルギヤと、支持軸の他方端に取り付けたベベルギヤと、連結片相互間に連結部材と平行に設けた伝動軸の両端に取り付けられ前記支持軸他方端のベベルギヤとかみ合うベベルギヤとをそなえている請求項１に記載した多自由度倣い装置。
【請求項３】
前記伝動装置が、主動ツール軸と従動ツール軸に取り付けたベベルギヤと、支持軸のそれぞれ一方端に取り付け前記ツール軸のベベルギヤとかみ合うベベルギヤと、支持軸の他方端に取り付けたベベルギヤと、各連結片に前記支持軸他方端のベベルギヤとかみ合うベベルギヤをそなえた回転軸をそなえ、前記回転軸相互を連結するタイミングベルトをそなえている請求項１に記載した多自由度倣い装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、倣い加工や、省力化機械における加工の教示装置などに用いられる多自由度の倣い装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、平行四辺形リンクを用いた２次元倣い装置は、たとえば特開昭５２−７８１８４号などに示されているが、省力化や自動化された加工装置において、複雑な加工を行わせるためには、さらに多軸の操作が必要になり、このため、操作軸の数が増大して機構が複雑化しており、コンピュータを使って、あらかじめ加工工具を移動させるための軌跡を設定して機械装置に記憶させ、あるいは多関節ロボットによって、工具の加工経路や加工姿勢をティーチングさせる方式が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、操作軸の数を増やすことによって、装置が複雑大形になるだけでなく、コンピュータによる加工位置の教示方法は取り扱いも複雑で、加工形状が複雑になると教示作業に大きな時間と熟練を要し、誰でも簡単に取り扱いができるものではなかった。また、多関節ロボットにおける教示方法も、ロボットや教示装置のコストが高く、スレープ側からの反作用をマスタ側へ伝達する機構など不十分な問題もあり、操作にも注意を必要とする欠点があり、いずれの場合も動作や制御系に電源を必要とし、複雑な電子回路を使っているので、保守や安全対策にも費用がかかり取り扱いも面倒であった。
【０００４】
本発明者は、ツール軸を自在接手を介して取り付けることにより、ツール軸の自由度を増大させるように試みたが、ツール軸相互がフリーな状態になって相互の倣い動作ができなくなるため、ツール軸相互を連結させる必要があり、ハウジング相互を連結固定させると、この連結によって自在接手の自由度が制限される問題が生じた。また、図９に示すように、自在接手２１、２２のハウジング取付軸２３、２４に支持されたハウジング３１、３２に取り付けた主動ツール軸３３と従動ツール軸３４に、このツール軸相互の間隔を保持させ、ツール軸に対して回動できる連結部材４０を取り付けた場合は、ハウジング取付軸２３、２４は、上下、左右に傾動できるが、ハウジング取付軸を中心にした回動ができなくなる欠点がある。
本発明は、前記連結手段を改善して自在接手の自由度の制限による倣い効果への影響をなくし、自在接手を用いた機械的な構成だけで、操作を簡単に行い得る
多自由度の倣い装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、作業テーブルに対して、前後、左右、上下の３軸方向に円滑に移動する操作部材をそなえ、この操作部材にそれぞれ自在接手を介して複数個のハウジングを取り付け、このハウジングの一つに主動工具を取り付ける主動ツール軸を、他のハウジングの一つに従動工具を取り付ける従動ツール軸を設け、前記各ハウジングに、自在接手のハウジング取付軸の軸心とは異なる位置で相互に平行に設けられた支持軸と、この支持軸によってハウジングに対して相対的に回動するように取り付けられた連結片とをそなえ、この連結片相互を連結してハウジング相互を自在接手の間隔に保持させる連結部材と、前記主動ツール軸の回転を従動ツール軸に滑りを生じないように伝達する伝動装置を設けている。
【０００６】
なお、前記伝動装置として、各ツール軸に取り付けたベベルギヤと、支持軸の一方端に設けて前記ツール軸のベベルギヤにかみ合うベベルギヤと、支持軸の他方端に取り付けたベベルギヤと、このベベルギヤにかみ合うベベルギヤをそなえた伝動軸とで構成し、あるいは前記伝動軸に替えて、連結片相互の支持軸他方端のベベルギヤとかみ合うベベルギヤを取り付けた回転軸を設けてタイミングベルトで連結するようにしている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
作業テーブルに対して、平行四辺形リンクあるいはリニア軸受によって前後、左右、上下の３軸方向に円滑に平行移動する操作部材をそなえ、この操作部材の両側および必要によってその間に、それぞれ自在接手（ユニバーサルジョイント）を介して複数個のハウジングを取り付け、このハウジングの一つに主動工具を取り付ける主動ツール軸を、他のハウジングに従動工具を取り付ける従動ツール軸をそれぞれ回転自由にそなえている。前記各ハウジングに自在接手のハウジング取付軸の軸心とは異なる位置で、相互に平行な軸心で回転可能な支持軸を設け、この支持軸によりハウジングに対して相対的に回動できる連結片をそれぞれ取り付け、この連結片相互を連結部材によって自在接手相互の間隔で連結保持させ、前記それぞれのツール軸に取り付けたベベルギヤと、それぞれの支持軸の一方端に設けたベベルギヤとをかみ合わせ、支持軸の他方端に取り付けたベベルギヤ相互とかみ合うベベルギヤをそなえた伝動軸とで構成した伝動装置をそなえ、主動ツール軸の回転を従動ツール軸に伝達させるようにしており、ハウジングおよびツール軸が、自在接手を中心にしてツール軸を傾けるように回動するとともに、ハウジング取付軸を上下、左右のいずれの方向にも傾動できるようにしている。
【０００８】
なお、連結片相互を連結保持する連結部材は、伝動装置の伝動軸によって同じ作用を行わせることができ、この場合は連結部材を別個に設けなくてもよい。また、それぞれの連結片に、支持軸の他方端に取り付けたベベルギヤとかみ合うベベルギヤをそなえた回転軸を平行な軸心で設け、この回転軸にプーリを設けてプーリ相互間をタイミングベルトで連結することもでき、連結片相互を連結する連結部材を連結片にピンで回動可能に取り付けることにより、ハウジングを連結部材に対して直角以外の角度に傾けさせることができる。
なお、操作部材は、３軸方向の移動のうち、少なくとも１方向の移動を、平行四辺形リンクにより移動するようにし、あるいは３軸方向の移動のうちの少なくとも１方向の移動を、リニア軸受によって移動するようにすることができる。
【０００９】
【実施例】
以下、図１および図２、図３に示す実施例について説明する。
図において、1は基台、２、３は基台１に支柱４で支持された２組の平行四辺形リンクで、移動端の両側に支持部材５、６を設けている。
１０は操作部材で、前記支持部材５、６にピン７、８で傾動可能に取り付けられたリニア軸受１５、１６をそなえ、傾動軸１１、１２を軸方向にスライドできるように支持しており、リニア軸受相互間に補強リンク１３を設けてＨ状に形成し、前記平行四辺形リンク２、３による移動と、ピン７、８を中心とする傾動で前後、左右および上下に円滑に移動する。
２１、２２は自在接手（ユニバーサルジョイント）で、この実施例では球面軸受を用いており、前記操作部材１０の傾動軸１１、１２の上下動する端部に取り付け、ハウジング取付軸２３、２４を介して、ハウジング３１、３２を支持させている。３３は一方のハウジング３１に設けた主動ツール軸、３４は他方のハウジング３２に設けた従動ツール軸、３５、３６はツール取付フランジである。なお、必要によって傾動軸１１、１２の自在接手と反対側の端部にバランスウェイト１７を取り付けることができる。
なお、ツール取付フランジ３５、３６には必要なツールが取り付けられ、その下方には図示しない作業テーブルが置かれており、作業テーブルは、必要によって主動側と従動側に分けてベルトで連結し、同じ角度で回動させるようにしたものでもよい。
【００１０】
３７、３８はハウジング３１、３２に回転自由に設け、相互に平行な軸心の支持軸で、ハウジング３１、３２の外側で連結片４１、４２を支持させている。４０は前記連結片４１、４２相互を自在接手２１、２２と同じ間隔に連結保持させる連結部材である。
５０は、主動ツール軸３３と従動ツール軸３４を連結する伝動装置で、主動ツール軸３３および従動ツール軸３４に固着させた同一歯数のベベルギヤ５１、５２と、ハウジングに回転自由に支持されている支持軸３７、３８の一方端に設けられ前記ベベルギヤ５１、５２とかみ合うベベルギヤ５３、５４、支持軸の他方端に取り付けたベベルギヤ５５、５６（図３参照）およびこのベベルギヤ５５、５６とかみ合うベベルギヤ５７、５８をそなえた伝動軸５９とで構成されている。
【００１１】
主動ツール軸３３のツール取付フランジ３５にスタイラス工具を取り付け、従動ツール軸３４のツール取付フランジ３６に必要な工具、たとえば、溶接トーチ、半田コテ、切削刃、ドリル、研磨機、ペンなどを取り付けて、主動ツール軸３３を手動あるいはロボットや自動装置で、作業テーブル上の図示していない工作物の形状に沿って移動させる。
主動ツール軸３３の動きは、操作部材１０が平行四辺形リンク２、３による前後、左右の方向変化と、ピン７、８を中心とする傾動軸１１、１２の上下方向の傾動で３軸方向に移動するとともに、ハウジング３１が操作部材１０に自在接手２１で連結され、ハウジング３１、３２相互が相対的に回動する連結片４１、４２を介して連結されているため、自在接手２１を中心にしてハウジング３１を図の上下方向の傾動と左右方向の回動およびその組み合わせ方向に移動させることができ、操作装置１０による自在接手の取付位置の変化と協動してツール軸３３を広い範囲であらゆる方向に傾動させる。
このような主動ツール軸３３の位置や方向の移動は、主動ツール軸３３と従動ツール軸３４を連結する伝動装置５０と、連結片４１、４２を含む連結部材４０を介してハウジング３２に伝達され、従動ツール軸３４を常に主動ツール軸３３と同じ方向に、自在接手相互と同じ間隔を保って移動させる。
また、支持軸３７、連結軸５９、支持軸３８に取り付けたベベルギヤを含む伝動装置５０によって主動ツール軸３３と従動ツール軸３４が連結されており、ハウジングの傾動にかかわらず主動ツール軸３３を回転させると、伝動装置５０を介して従動ツール軸３４を同じ角度で回転させる。
【００１２】
図４および図５、図６、図７は、さらに別の実施例を示すもので、先の実施例と同じ部分に同一の符号を付しており、平行四辺形リンク２、３で前後、上下に移動させ、リニア軸受１８で操作部材１０を左右方向に移動させるようにしてある。９は平行四辺形リンクの保持バネである。
なお、リニア軸受１８は、操作部材１０を左右方向に移動させるとともに、回転させることにより自在接手２１、２２の取付方向を上下方向に回動させるようにすることが望ましい。
操作装置１０の両端部に自在接手２１、２２を介してハウジング３１、３２が取り付けられている。４１、４２は連結片で、支持軸３７、３８によりハウジングとは相対的に回動可能に支持されており、連結片相互の上面にピン４５、４６で連結部材４０の両端を回動できるように取り付けている。
伝動装置５０は、主動ツール軸３３と従動ツール軸３４に固着させたベベルギヤ５１、５２と、それぞれのハウジング３１、３２に回転自由に支持されている支持軸３７、３８の一方端に取り付けられ前記ベベルギヤ５１、５２とかみ合う
ベベルギヤ５３、５４、および支持軸の他方端に取り付けたベベルギヤ５５、５６をそなえ、このベベルギヤ５５、５６とかみ合うベベルギヤ５７、５８とプーリ６３、６４を取り付けた回転軸６１、６２を、連結片４１、４２に平行な軸心で設け、プーリ６３、６４間にタイミングベルト６５を張架している。
【００１３】
主動ツール軸３３は、操作部材１０が平行四辺形リンク２、３による前後、上下の位置変化に加えてリニア軸受１８で左右方向に摺動して３軸方向に移動するとともに、ハウジング３１が前記操作部材１０に自在接手２１で連結されているため、自在接手２１を中心にしてハウジング３１を上下の回動による前傾、後傾と、ハウジングの左右方向の回動による左向き、右向きの傾動を行うことができるだけでなく、連結部材４０を連結片４１、４２にピン連結しており、タイミングベルトを用いているので、ハウジング３１を連結部材４０との角度を直角位置から変えて斜め方向に傾けることができ、これらを合成した方向にも傾動し、操作装置１０による自在接手の位置の変化と協動してツール軸を広い範囲であらゆる方向に向きを変えることができる。
このような主動ツール軸３３の傾動は、連結部材４０の連結によって従動ツール軸３４に伝達され、常に主動ツール軸３３と同じ方向に、自在接手相互と同じ間隔を保って移動させる。
このように、この実施例では、連結部材４０の連結片４１．４２へのピン連結と、タイミングベルトによる伝動装置により、ハウジング３１、３２と連結部材４０との角度を直角位置から変えることができ、ツール軸の移動を一層容易にすることができる。
【００１４】
自在接手２１、２２は、図８（ａ）に例示するように、一方端７１に取り付けられた横軸７２に球体７３を設け、他方端７４に前記球体７３を摺動自由に囲む環状部７５をそなえたものや、同図（ｂ）のように、一方端７１に細軸部７６を介して球体７３を設け、他方端７４にこの球体を囲むケーシング７７をそなえ、ケーシング７７に前記細軸部７６を嵌挿させる切り溝７８を設けたもの、あるいは、同図（ｃ）のように、一方端７１と他方端７４に、それぞれ対向する軸受を設けて、十字軸７９を回転可能に支持させたジャイロ形のものなど、従来公知のものが用いられる。
【００１５】
また、図の実施例では、いずれもハウジングとツール軸および連結片を２組設けているが、３個以上設けることもでき、操作部材１０を縦形にして主動ツール軸３３と従動ツール軸３４の間に作業テーブルを配置することもできる。
また、主動ツール軸３３や従動ツール軸３４のツール取付フランジを取り付けていない側の端部にバランスウェイトを設けることにより、ツール軸の移動を容易かつ円滑にすることができ、図４に示した操作部材１０をリニア軸受１８で回動させる場合は、自在接手の軸を延長して反対側端部にバランスウェイトを設ければ、操作装置の移動を容易にすることができる。
【００１６】
【発明の効果】
このように本発明は、作業テーブルに対して、前後、左右、上下の３軸方向に円滑に移動する操作部材をそなえ、この操作部材にそれぞれ自在接手を介して複数個のハウジングを取り付け、このハウジングの一つに主動工具を取り付ける主動ツール軸を、他のハウジングに従動工具を取り付ける従動ツール軸を、それぞれ回転可能に設け、前記各ハウジングに、自在接手のハウジング取付軸の軸心とは異なる位置で相互に平行に設けられた支持軸と、支持軸によってハウジングに対して相対的に回動するように取り付けた連結片とをそなえ、この連結片相互を連結してハウジング相互を自在接手の間隔に保持させる連結部材と、前記主動ツール軸の回転を従動ツール軸に滑りを生じないように伝達する伝動装置を設けているので、ハウジングを自在接手を中心にしてツール軸を前傾、後傾させるとともに、自在接手のハウジング取付軸を中心にして回動させることができ、自在接手を用い、かつ連結部材でツール軸相互を連結しても、ツール軸をあらゆる方向および位置に傾動させることができる。
また、各ハウジングに、相互に軸心を平行にした支持軸によって相対的に回動自由に取り付けた連結片を設けており、この連結片相互をそれぞれの自在接手相互の間隔に保持させる連結部材と、主動ツール軸の回転を従動ツール軸に滑りを生じないように伝達する伝動装置をそなえることにより、自在接手を用いた簡単な機械的な構成だけで、ツール軸を３軸方向の移動に加えて、自在接手を中心にする前傾、後傾とハウジング取付軸を中心にする回動による傾動およびその組み合わせにより、ツール軸をあらゆる方向に自由に傾斜させ得るとともに、ツール軸の回転を行わせ、主動ツール軸の移動を従動ツール軸に確実に伝達することができ、操作が容易で、保守点検が簡単な機構による多自由度の倣い装置を提供することができる。
【００１７】
また、伝動装置を、主動ツール軸と従動ツール軸に取り付けたベベルギヤと、支持軸の一方端に取り付けられ前記ツール軸のベベルギヤとかみ合うベベルギヤと、支持軸の他方端に取り付けたベベルギヤと、連結片相互間に連結部材と平行に設けた伝動軸の両端に取り付け、それぞれ前記支持軸のベベルギヤとかみ合うベベルギヤで構成することにより、ツール軸の方向の変化にかかわらず相互の間隔および方向の保持と回転量の伝達を確実に行わせる。
また、ハウジング相互間をタイミングベルトで連結させることにより、ハウジングの支持軸と連結部材との角度を直角位置から偏らせることができ、ツール軸の移動範囲を拡大し、ツール軸移動の自由度を増大させる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す斜視図である。
【図２】図１における一方のハウジングと連結片の側断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う要部断面図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す斜視図である。
【図５】図４における一方のハウジングと連結片の上面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線に沿う側断面図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ線に沿う要部断面図である。
【図８】自在接手の例を示す側面図である。
【図９】本発明に含まれない参考例を示す一部斜視図である。
【符号の説明】
１  基台
２、３  平行四辺形リンク
４  支柱
５、６  支持部材
７、８  ピン
９  保持バネ
１０  操作部材
１１、１２  傾動軸
１３  補強リンク
１５、１６  リニア軸受
１７  バランスウェイト
１８  リニア軸受
２１、２２  自在接手
２３、２４  取付軸
３１、３２  ハウジング
３３  主動ツール軸
３４  従動ツール軸
３５、３６  ツール取付フランジ
３７、３８  支持軸
４０  連結部材
４１、４２  連結片
４５、４６  ピン
５０  伝動装置
５１〜５８  ベベルギヤ
５９  伝動軸
６１、６２  回転軸
６３、６４  プーリ
６５  タイミングベルト
７１  一方軸
７２  横軸
７３  球体
７４  他方軸
７５  環状部
７６  細軸部
７７  ケーシング
７８  切り溝
７９  十字軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004174099.tif 000009
【図９】
0004174099.tif 000010