ツイストスライド機構及びロボット
【課題】スライド動作の俊敏性を低下させずにツイスト動作の俊敏性を向上させることが可能なツイストスライド機構及びロボットを提供する。
【解決手段】本発明のロボット１０は、平行に配置された１対のボール螺子機構４０，４０における１対のベース駆動用ボールナット４２，４２を旋回ベース３０と連結させた構成とすることで、それらボール螺子機構４０，４０を駆動する１対のベース駆動用サーボモータ８１，８１によって旋回ベース３０のスライド駆動とツイスト駆動の両方を行うことができる。また、それら１対のベース駆動用サーボモータ８１，８１が共に固定ベース１１に固定されているので、スライド動作の俊敏性の低下させずにツイスト動作の俊敏性を向上させることが可能になる。
【解決手段】本発明のロボット１０は、平行に配置された１対のボール螺子機構４０，４０における１対のベース駆動用ボールナット４２，４２を旋回ベース３０と連結させた構成とすることで、それらボール螺子機構４０，４０を駆動する１対のベース駆動用サーボモータ８１，８１によって旋回ベース３０のスライド駆動とツイスト駆動の両方を行うことができる。また、それら１対のベース駆動用サーボモータ８１，８１が共に固定ベース１１に固定されているので、スライド動作の俊敏性の低下させずにツイスト動作の俊敏性を向上させることが可能になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定ベースに対してスライドする直動ベースに旋回ベースを回転可能に連結して備え、旋回ベースにアクチュエータ等を固定又は組み付けた状態で、その旋回ベースをスライド駆動及びツイスト駆動可能なツイストスライド機構と、そのツイストスライド機構を備えたロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のツイストスライド機構として、図７に示すように、固定ベース１に対して直動ベース３をスライド駆動するスライド用モータ２を固定ベース１に取り付ける一方、直動ベース３に対して旋回ベース５をツイスト駆動するツイスト用モータ４を直動ベース３に取り付けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４８１９７号公報（段落［００１６］〜［００１８］、第２図、第３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来のツイストスライド機構の構造では、例えば、ツイスト動作の俊敏性を高めるためにツイスト用モータ４の容量を上げると、ツイスト用モータ４の重量が増した分だけスライド用モータ２の負荷が増してスライド動作の俊敏性が低下するという問題が生じていた。また、そのスライド動作の俊敏性の低下を防ぐためにスライド用モータ２の容量も上げると、モータに係るコストが高くなるという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、スライド動作の俊敏性を低下させずにツイスト動作の俊敏性を向上させることが可能なツイストスライド機構及びロボットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るツイストスライド機構は、固定ベースに対してベーススライド方向にスライド可能に連結された直動ベースと、直動ベースに対してベーススライド方向と直交するベースツイスト軸回りにツイスト可能に連結された旋回ベースとを有し、旋回ベースにアクチュエータ又はワークが組み付けられ又は固定された状態で、その旋回ベースをスライド駆動及びツイスト駆動可能なツイストスライド機構において、ベースツイスト軸を間に挟んだ位置で互いに平行になってベーススライド方向に延び、固定ベースに回転可能に支持された１対のベース駆動用ボール螺子と、１対のベース駆動用ボール螺子に螺合すると共に旋回ベースに連結され、１対のベース駆動用ボール螺子の回転によって直動可能な１対のベース駆動用ボールナットと、旋回ベースに対する各ベース駆動用ボールナットのベースツイスト軸と平行な軸回りの回動と、ベース駆動用ボールナット同士の接近及び離間とを許容するように、各ベース駆動用ボールナットを旋回ベースに連結するベース・ナット連結機構と、固定ベースに取り付けられて１対のベース駆動用ボール螺子を別々に回転駆動し、１対のベース駆動用ボールナットを別々に任意の速度で直動させることが可能な１対のベース駆動用サーボモータとを備えたところに特徴を有する。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載のツイストスライド機構において、ベース・ナット連結機構は、ベースツイスト軸を間に挟んだ位置に配置されかつ互いに接近及び離間するように旋回ベースに直動可能に連結された１対の中継ベースと、各中継ベースと各ベース駆動用ボールナットとをベースツイスト軸と平行な軸回りに回動可能に連結する１対のナット連結用ベアリングとを備えてなるところに特徴を有する。
【０００８】
請求項３の発明に係るツイストスライド機構は、固定ベースに対してベーススライド方向にスライド可能に連結された直動ベースと、直動ベースに対してベーススライド方向と直交するベースツイスト軸回りにツイスト可能に連結された旋回ベースとを有し、旋回ベースにアクチュエータ又はワークが組み付けられ又は固定された状態で、その旋回ベースをスライド駆動及びツイスト駆動可能なツイストスライド機構において、ベースツイスト軸を間に挟んだ位置で互いに平行になってベーススライド方向に延びた１対の直動領域内を直動する１対の直動出力部と、固定ベースに取り付けられた１対のベース駆動用サーボモータとを有して、それら１対のベース駆動用サーボモータの回転出力によって１対の直動出力部を別々に直動させることが可能なツインスライド機構と、旋回ベースに対する各直動出力部のベースツイスト軸と平行な軸回りの回動と、直動出力部同士の接近及び離間とを許容するように、各直動出力部を旋回ベースに連結するベース・直動出力部連結機構とを備えたところに特徴を有する。
【０００９】
請求項４の発明に係るロボットは、請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載のツイストスライド機構を一部に備えたロボットであって、ベースツイスト軸の軸方向に延びかつ旋回ベースに対してベースツイスト軸の軸方向に直動可能で、旋回ベースと一体にツイストする直動シャフトと、直動シャフトに固定されて、ベースツイスト軸方向と交差する方向に延びた旋回アームと、旋回ベースに取り付けられたアーム直動用サーボモータと、アーム直動用サーボモータの回転出力を直動シャフトの直動に変換する動力変換機構とが備えられたところに特徴を有する。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項４に記載のロボットにおいて、直動シャフトは１対になってベースツイスト軸の両側に配置されると共に、それら１対の直動シャフトの一端部の間がシャフト連絡部材にて連結される一方、他端部の間が旋回アームにて連結され、動力変換機構は、ベースツイスト軸に沿って延び、アーム直動用サーボモータによって回転駆動されるボール螺子と、シャフト連絡部材に回転不能に固定され、ボール螺子に螺合したボールナットとからなるところに特徴を有する。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項４又は５に記載のロボットにおいて、旋回ベースには、直動シャフト及び動力変換機構を収容しかつ直動ベースに回転可能に連結されたツイスト筒部と、ツイスト筒部の一端を閉塞した第１閉塞盤と、ツイスト筒部の他端を閉塞した第２閉塞盤とが備えられ、アーム直動用サーボモータの回転出力部は、第１閉塞盤に取り付けられると共に、第１閉塞盤に貫通形成された貫通孔を通して動力変換機構に連結され、直動シャフトは、第２閉塞盤に貫通形成されたシャフト挿通孔を通してツイスト筒部の内外に挿通され、直動シャフトのうちツイスト筒部の外部に位置した端部に、旋回アームが固定されたところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１２】
［請求項１の発明］
請求項１のツイストスライド機構では、１対のベース駆動用ボール螺子に螺合した１対のベース駆動用ボールナットが旋回ベースに連結され、それら１対のベース駆動用ボール螺子が１対のベース駆動用サーボモータによって別々に回転駆動される。これにより、１対のベース駆動用ボールナットを同一方向に同一速度で直動させて、旋回ベースをスライドさせたり、１対のベース駆動用ボールナットを異なる方向に同一速度で直動させて、旋回ベースをツイストさせたり、さらには、１対のベース駆動用ボールナットを異なる方向又は同一方向に異なる速度で直動させて、旋回ベースをスライドさせながらツイストさせる動作を、１対のベース駆動用サーボモータにより行わせることができる。そして、それら１対のベース駆動用サーボモータが固定ベースに取り付けられているので、ツイスト動作の俊敏性を向上させるために１対のベース駆動用サーボモータの容量を上げてモータ重量が増しても、従来のように、スライド動作の俊敏性が低下することはない。即ち、本発明の構成によれば、スライド動作の俊敏性の低下させずにツイスト動作の俊敏性を向上させることが可能になる。しかも、１対のベース駆動用サーボモータが旋回ベースのスライド駆動とツイスト駆動の両方の駆動源として兼用されているので、従来のようにスライド駆動専用のモータとツイスト駆動専用のモータとを設けた構造に比べてモータの有効利用が図られる。また、１対のベース駆動用サーボモータの両方のモータ出力トルクをツイスト動作に偏重して用いてツイスト動作の俊敏性を向上させたり、スライド動作に偏重して用いてスライド動作の俊敏性を向上させることもできる。なお、本発明の構成では、従来のように旋回ベースを旋回させるためのモータを直動ベースに搭載していないのでエネルギー効率にも優れる。
【００１３】
［請求項２の発明］
本発明において、各ベース駆動用ボールナットを旋回ベースに連結するベース・ナット連結機構は、例えば、旋回ベースに形成された１対の長孔と、各ベース駆動用ボールナットから突出して各長孔に直動可能かつ回転可能に係合したピンとで構成してもよいし、請求項２の構成のように、ベースツイスト軸を間に挟んだ位置に配置されかつ互いに接近及び離間するように旋回ベースに直動可能に連結された１対の中継ベースと、各中継ベースと各ベース駆動用ボールナットとをベースツイスト軸と平行な軸回りに回動可能に連結する１対のナット連結用ベアリングとを備えた構成にしてもよい。また、請求項２の構成によれば、１対のベース駆動用ボールナット同士の接近及び離間動作を許容する部分と、旋回ベースに対する各ベース駆動用ボールナットの回動を許容する部分が別々に設けられているので、スムーズな動作が可能になる。
【００１４】
［請求項３の発明］
請求項３のツイストスライド機構では、１対の直動出力部を同一方向に同一速度で直動させて、旋回ベースをスライドさせたり、１対の直動出力部を異なる方向に同一速度で直動させて、旋回ベースをツイストさせたり、さらには、１対の直動出力部を異なる方向又は同一方向に異なる速度で直動させて、旋回ベースをスライドさせながらツイストさせる動作を、１対のベース駆動用サーボモータにより行わせることができる。そして、それら１対のベース駆動用サーボモータが固定ベースに取り付けられているので、ツイスト動作の俊敏性を向上させるために１対のベース駆動用サーボモータの容量を上げてモータ重量が増しても、従来のように、スライド動作の俊敏性が低下することはない。即ち、本発明の構成によれば、スライド動作の俊敏性の低下させずにツイスト動作の俊敏性を向上させることが可能になる。しかも、１対のベース駆動用サーボモータが旋回ベースのスライド駆動とツイスト駆動の両方の駆動源として兼用されているので、従来のようにスライド駆動専用のモータとツイスト駆動専用のモータとを設けた構造に比べてモータの有効利用が図られる。また、１対のベース駆動用サーボモータの両方のモータ出力トルクをツイスト動作に偏重して用いてツイスト動作の俊敏性を向上させたり、スライド動作に偏重して用いてスライド動作の俊敏性を向上させることもできる。なお、本発明の構成では、従来のように旋回ベースを旋回させるためのモータを直動ベースに搭載していないのでエネルギー効率にも優れる。
【００１５】
［請求項４及び５の発明］
請求項４のロボットでは、アーム直動用サーボモータの回転出力を動力変換機構によって直動シャフトの直動に変換して、直動シャフトと共に旋回アームをベースツイスト軸方向に直動させることができる。ここで、上記した直動シャフトは１つであってもよいし、１対又はそれ以上であってもよい。請求項５のロボットのように直動シャフトを１対備えた構成にすれば、直動シャフトを１つ備えた構成に比べて大きなツイスト用トルクを直動シャフトから旋回アームへと伝達することができる。
【００１６】
［請求項６の発明］
請求項６のロボットでは、旋回ベースのうち直動ベースに対して回転可能に連結されたツイスト筒部内に動力変換機構等を収容したので、外観が簡素化されると共に動力変換機構等の可動部分の防塵を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るロボットの側面図
【図２】ロボットの平面図
【図３】図１のＡ−Ａ切断面におけるロボットの側断面図
【図４】図３のＢ−Ｂ切断面におけるロボットの側断面図
【図５】ベース・ナット連結機構を示した部分断面図
【図６】旋回ベースを旋回させた状態のロボットの平面図
【図７】従来のツイストスライド機構を備えたロボットの側面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る一実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１に示した本実施形態のロボット１０は、５つの駆動軸を有し、それらのうち２つの駆動軸が本発明に係るツイストスライド機構によって構成されている。そのツイストスライド機構は、工場の架台等（図示せず）に固定される固定ベース１１と、固定ベース１１にスライド可能に連結された直動ベース２０と、直動ベース２０に対して旋回可能に連結された旋回ベース３０とを備えている。
【００１９】
固定ベース１１は、図２に示すように、平面形状が長方形で上面全体が開放した略箱形状をなしている。図３に示すように、固定ベース１１の底壁１２には、その短手方向の中央における長手方向全体に亘って矩形窓１２Ａが形成されている。また、底壁１２の上面には、短手方向で矩形窓１２Ａを間に挟んだ１対の開口縁に１対のガイドレール１３，１３が固定されている。
【００２０】
直動ベース２０は、図２に示すように平面形状が長方形の平板状をなし、図３に示すように、１対のガイドレール１３，１３の間に差し渡されている。また、直動ベース２０の下面における両側部には、それぞれ１対ずつのスライダ１４，１４が間隔をあけて固定されている。そして、それら１対ずつのスライダ１４，１４が、各ガイドレール１３に直動のみ可能に係合し、これにより、直動ベース２０が固定ベース１１に対してスライド可能に連結されている。また、その直動ベース２０のスライド方向が本発明に係るベーススライド方向（図１の矢印Ｘで示した方向）になっている。
【００２１】
図３に示すように、旋回ベース３０は、上下方向の延びたツイスト筒部３１を備えている。そして、直動ベース２０の中央を上下方向に貫通した円形のセンター孔２１内にツイスト筒部３１が挿通され、例えばクロスローラベアリング２２を介して直動ベース２０に回転のみ可能に連結されている。これにより、旋回ベース３０は、直動ベース２０に対してベーススライド方向と直交するベースツイスト軸（図１の符号Ｊ１で示した軸）回りにツイストする。
【００２２】
ガイドレール１３，１３の上方には、本発明に係る１対のベース駆動用ボール螺子４１，４１が各ガイドレール１３と平行に設けられている。そして、これら１対のベース駆動用ボール螺子４１，４１の両端部が、図２に示すように、固定ベース１１のうちベーススライド方向で対向した１対の端部壁１５，１５に支持されている。詳細には、一方の端部壁１５には、各ベース駆動用ボール螺子４１の同軸上に貫通孔が形成され、それら貫通孔内に減速機ユニット８１Ｍがそれぞれ取り付けられている。そして、各ベース駆動用ボール螺子４１の一端部が各減速機ユニット８１Ｍの出力部に固定されることで、減速機ユニット８１Ｍ内のベアリングを介して端部壁１５に回転可能に支持されている。また、他方の端部壁１５には、各ベース駆動用ボール螺子４１の同軸上に貫通孔が形成されて、そこに図示しないベアリングがそれぞれ取り付けられ、それらベアリングを介して各ベース駆動用ボール螺子４１の他端部が他方の端部壁１５に回転可能に支持されている。
【００２３】
一方の端部壁１５の外面には、１対のブラケット８１Ｋ，８１Ｋを介して１対のベース駆動用サーボモータ８１，８１が横並びに取り付けられている。各ブラケット８１Ｋは、減速機ユニット８１Ｍの端部を囲んだ筒状をなし、各ベース駆動用サーボモータ８１の回転出力軸が、ブラケット８１Ｋ内で各減速機ユニット８１Ｍの入力軸に連結されている。これらにより、１対のベース駆動用ボール螺子４１，４１が、１対のベース駆動用サーボモータ８１，８１にて別々に回転駆動される。
【００２４】
図３に示すように、１対のベース駆動用ボール螺子４１，４１には本発明に係る１対のベース駆動用ボールナット４２，４２（本発明に係る「直動出力部」に相当する）が螺合し、これら１対のベース駆動用ボール螺子４１，４１とベース駆動用ボールナット４２，４２とによって上記した１対のボール螺子機構４０，４０が構成されている。そして、各ベース駆動用ボールナット４２，４２が、本発明に係る「ベース・ナット連結機構」（本発明に係る「ベース・直動出力部連結機構」にも相当する）を介して旋回ベース３０に結合されている。即ち、旋回ベース３０には、ツイスト筒部３１から側方に矩形の連結プレート３２が張り出され、その連結プレート３２の下面には、ツイスト筒部３１を間に挟んだ両側に、１対ずつの中継ガイドレール３３，３３が固定されている（図２参照）。これら中継ガイドレール３３は、全て連結プレート３２の長手方向に延びると共に、１対ずつが隣り合って平行に配置されている。
【００２５】
各中継ガイドレール３３にはそれぞれ中継スライダ３４が直動可能に係合している。そして、ツイスト筒部３１に対して一方の側方で平行に配置された１対の中継ガイドレール３３，３３の中継スライダ３４，３４が、共通の中継ベース３５の上面に固定されると共に、ツイスト筒部３１に対して他方の側方で平行に配置された１対の中継ガイドレール３３，３３の中継スライダ３４，３４が、共通の中継ベース３５の上面に固定されている。これにより、１対の中継ベース３５，３５は、互いに接近及び離間するように直動する。
【００２６】
各中継ベース３５には、図５に示すように、上下方向にベアリング収容孔３６Ａが貫通形成され、そこにナット連結用ベアリング３６が嵌合されて、抜け止めされている。また、各ナット連結用ベアリング３６の内側には、ベース駆動用ボールナット４２から上方に突出した中継ピン３７が嵌合されている。そして、これら中継ガイドレール３３、中継スライダ３４、中継ベース３５、ナット連結用ベアリング３６及び中継ピン３７から、上記した「ベース・ナット連結機構」が構成されている。これにより、ベース駆動用サーボモータ８１，８１にてベース駆動用ボールナット４２，４２の直動位置を制御して、例えば図２から図６への変化に示すように、旋回ベース３０を直動ベース２０と共にロボット１０の長手方向における任意の位置にスライドしかつ、直動ベース２０に対して任意の角度にツイストさせることができる。
【００２７】
図３に示すように、ツイスト筒部３１の上端部は、第１閉塞盤３１Ｂによって閉塞される一方、ツイスト筒部３１の下端部は、第２閉塞盤３１Ｃによって閉塞されている。また、第２閉塞盤３１Ｃの下面には、ガイドブロック３１Ｇが固定されている。
【００２８】
図４に示すように、第２閉塞盤３１Ｃ及びガイドブロック３１Ｇには、１対のシャフト挿通孔３１Ｄ，３１Ｄが上下方向に貫通形成されている。また、各シャフト挿通孔３１Ｄの内面には、下端部から摺接スリーブ５０が組み付けられている。そして、それらシャフト挿通孔３１Ｄ，３１Ｄに１対の直動シャフト５１，５１が挿通されて、上下動可能に支持されている。
【００２９】
ツイスト筒部３１内に配置された１対の直動シャフト５１，５１の上端部は、シャフト連絡部材５２によって連結されている。また、シャフト連絡部材５２のうち直動シャフト５１，５１が固定された部分の間の中央には、上下方向に貫通孔が形成されてその内部に昇降用ボールナット５４が固定されている。そして、昇降用ボールナット５４に昇降用ボール螺子５３が螺合してシャフト連絡部材５２を上下に貫通している。
【００３０】
第１閉塞盤３１Ｂには、昇降用ボール螺子５３の同軸上に貫通孔が形成され、その貫通孔内に減速機ユニット８２Ｍが取り付けられている。そして、昇降用ボール螺子５３の上端部が、減速機ユニット８２Ｍの下端側の出力部に固定されている。また、第１閉塞盤３１Ｂの上面には、筒状のブラケット３１Ｋを介してアーム直動用サーボモータ８２が取り付けられている。さらに、アーム直動用サーボモータ８２の回転出力軸が、ブラケット３１Ｋ内で減速機ユニット８２Ｍの入力軸に取り付けられている。これらにより、昇降用ボール螺子５３がアーム直動用サーボモータ８２によって回転駆動されて、昇降用ボール螺子５３と昇降用ボールナット５４とからなるボール螺子機構５５（本発明の「動力変換機構」に相当する）により直動シャフト５１，５１が上下動する。
【００３１】
直動シャフト５１，５１の下端部には、第１アーム６０（本発明の「旋回アーム」に相当する）が固定されている。図１に示すように、第１アーム６０は、直動シャフト５１，５１との結合部分から水平方向に延びた片持ち梁状をなし、その第１アーム６０の先端部には、第２アーム駆動用サーボモータ８３が取り付けられている。
【００３２】
第２アーム駆動用サーボモータ８３の中心軸は、旋回ベース３０の回転中心であるベースツイスト軸と平行になっている。そして、第２アーム駆動用サーボモータ８３の回転出力には、減速機ユニット８３Ｍを介して第２アーム６１が取り付けられている。詳細には、第１アーム６０の先端部に図示しない貫通孔が上下方向に貫通形成され、そこに減速機ユニット８３Ｍが組み付けられている。そして、減速器ユニット８３Ｍの上面に第２アーム駆動用サーボモータ８３が取り付けられると共に、第２アーム駆動用サーボモータ８３の回転出力が減速機ユニット８３Ｍに連結されている。そして、減速機ユニット８３Ｍの下面に備えた出力部に第２アーム６１が固定されている。
【００３３】
第２アーム６１は、減速機ユニット８３Ｍに固定された一端部が水平となり、中間部で屈曲して他端部が一端部に対して例えば斜め４５度下方に延びている。第２アーム６１の下端部には、第３アーム駆動用サーボモータ８４が取り付けられている。その第３アーム駆動用サーボモータ８４の中心軸は、第２アーム６１に直交しかつ第２アーム駆動用サーボモータ８３の中心軸と交差するように配置されている。また、第３アーム駆動用サーボモータ８４の回転出力には、第２アーム駆動用サーボモータ８３と同様に、減速機ユニット８４Ｍを介して第３アーム６２が取り付けられている。第３アーム６２は、第２アーム６１と同様に、中間部で例えば４５度屈曲した形状をなし、その一端部が減速機ユニット８４Ｍの出力部に固定されている。そして、図１に示したようにロボット１０が原点姿勢になると、第３アーム６２は、減速機ユニット８４Ｍに固定された端部とは反対側の端部が水平となる。また、第３アーム６２のうちロボット１０の原点姿勢で水平となる部分には、バリ取り装置９０が取り付けられて鉛直下方に延びている。また、バリ取り装置９０は、先端部に例えばバリ取り工具９１を備え、このバリ取り工具９１を回転駆動してバリを取る。なお、ロボット１０の原点姿勢において、バリ取り工具９１の中心軸と第２アーム駆動用サーボモータ８３の回転中心とは、所定の間隔をあけて平行に配置されている。
【００３４】
本実施形態のロボット１０の構成に関する説明は以上である。次に、このロボット１０の作用効果について説明する。本実施形態のロボット１０は、例えば、水平方向の延びた図示しないワークの複数の加工孔における上端開口縁のバリを除去するために用いられる。そのために、ワークは図示しない搬送装置にて搬送され、長手方向をロボット１０の長手方向と略平行に配置した状態にセットされる。そして、ティーチングプレイバック方式でロボット１０が動作し、バリ取り工具９１の先端部を各加工孔の上端開口縁に順次押し付けてバリを除去する。
【００３５】
このときロボット１０は、１対のベース駆動用サーボモータ８１，８１によるベース駆動用ボール螺子４１，４１の回転駆動によって１対のベース駆動用ボールナット４２，４２を直動させて、バリ取り工具９１の先端部を２次元水平面内で任意の位置に移動することができる。具体的には、１対のベース駆動用ボールナット４２，４２を同一方向に同一速度で直動して、旋回ベース３０をロボット１０の長手方向（ベーススライド方向）にスライドさせることで、バリ取り工具９１をロボット１０の長手方向における任意の位置に移動することができる。また、１対のベース駆動用ボールナット４２，４２を異なる方向に同一速度で直動して、旋回ベース３０をツイストさせることで、バリ取り工具９１の先端部をロボット１０の短手方向における任意の位置に移動することができる。これらにより、バリ取り工具９１の先端部を２次元水平面内で任意の位置に移動することができる。なお、１対のベース駆動用ボールナット４２，４２を異なる方向又は同一方向に異なる速度で直動すれば、旋回ベース３０がスライドしながらツイストし、バリ取り工具９１の先端部をロボット１０の長手方向と短手方向の両方向において任意の位置に向けて移動することができる。
【００３６】
また、ロボット１０は、アーム直動用サーボモータ８２による昇降用ボール螺子５３の回転駆動によって、バリ取り工具９１の先端部を鉛直方向における任意の位置に移動することができる。そして、第２アーム駆動用サーボモータ８３による第２アーム６１の回転駆動と、第３アーム駆動用サーボモータ８４による第３アーム６２の回転駆動とによってバリ取り工具９１を任意の姿勢に変更することができる。これらにより、図示しないワークの複数の加工孔における上端開口縁にバリ取り工具９１の先端部を所望の方向から所望の姿勢で宛がってバリを除去することができる。
【００３７】
上記したように本実施形態のロボット１０では、１対のベース駆動用サーボモータ８１，８１によって旋回ベース３０のスライド駆動とツイスト駆動の両方を行う。そして、それら１対のベース駆動用サーボモータ８１，８１が共に固定ベース１１に固定されているので、ツイスト動作の俊敏性を向上させるために１対のベース駆動用サーボモータ８１，８１の容量を上げてモータ重量が増しても、従来のように、スライド動作の俊敏性が低下することはない。即ち、本実施形態のロボット１０によれば、スライド動作の俊敏性の低下させずにツイスト動作の俊敏性を向上させることが可能になる。また、１対のベース駆動用サーボモータ８１，８１が旋回ベース３０のスライド駆動とツイスト駆動の両方の駆動源に兼用されているので、従来のようにスライド駆動専用のモータとツイスト駆動専用のモータとを設けた構造に比べてモータの有効利用が図られる。また、１対のベース駆動用サーボモータ８１，８１の両方のモータ出力トルクをツイスト動作に偏重して用いてツイスト動作の俊敏性を向上させたり、スライド動作に偏重して用いてスライド動作の俊敏性を向上させることもできる。なお、本実施形態のロボット１０では、従来のように旋回ベース３０を旋回させるためのモータを直動ベース２０に搭載していないのでエネルギー効率にも優れる。
【００３８】
［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００３９】
（１）前記実施形態のロボット１０は、１対の直動シャフト５１，５１を備えていたが、直動シャフトは１つ又は３つ以上であってもよい。
【００４０】
（２）前記実施形態では、本発明に係るツイストスライド機構をロボット１０に適用した一例を示したが、ワーク搬送装置に本発明に係るツイストスライド機構を適用してもよい。具体的には、前記実施形態のロボット１０における旋回ベース３０からアーム直動用サーボモータ８２、第１アーム６０等を排除し、旋回ベース３０にワークを固定するための機構を設けてワーク搬送装置としてもよい。そして、ワークを旋回ベースと共に任意の直動位置に移動しかつ任意の向きにツイストさせてもよい。なお、前記実施形態では、ロボット１０のうち本発明に係る「ツイストスライド機構」以外の部分、即ち、旋回ベース３０に組み付けられた部分が、本発明に係る「アクチュエータ」に相当する。
【００４１】
（３）前記実施形態では、本発明に係る「ツイストスライド機構」が１対のボール螺子機構によって構成されているが、「ツイストスライド機構」は、例えば、以下のような構成でもよい。即ち、ベースツイスト軸を間に挟んだ位置で互いに平行になってベーススライド方向に延びるように１対のタイミングベルトを配置して、それら１対のタイミングベルトを固定ベースに回転可能に取り付けられた２対のプーリの間に架け渡して取り付ける。そして、前記実施形態の「ボールナット」の代わりとなる１対の直動出力部を１対のタイミングベルトに固定し、１対のタイミングベルトの各一端部のプーリを、固定ベースに取り付けた１対のベース駆動用サーボモータで別々に回転駆動可能にして、本発明に係る「ツイストスライド機構」を構成してもよい。
【００４２】
（４）ベースツイスト軸を間に挟んだ位置で互いに平行になってベーススライド方向に延びた１対のラックを固定ベースに直動可能に支持すると共に、各ラックに噛合したピニオンを固定ベースに回転可能に取り付ける。そして、前記実施形態の「ボールナット」の代わりとなる１対の直動出力部を１対のラックに固定し、各ピニオンを、固定ベースに取り付けた１対のベース駆動用サーボモータで別々に回転駆動可能にして、本発明に係る「ツイストスライド機構」を構成してもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０ ロボット
１１ 固定ベース
２０ 直動ベース
３０ 旋回ベース
３１ ツイスト筒部
３１Ｂ 第１閉塞盤
３１Ｃ 第２閉塞盤
３１Ｄ シャフト挿通孔
３２ 連結プレート
３３ 中継ガイドレール
３４ 中継スライダ
３５ 中継ベース
３６ ナット連結用ベアリング
３７ 中継ピン
４１ ベース駆動用ボール螺子
４２ ベース駆動用ボールナット
５１ 直動シャフト
５２ シャフト連絡部材
６０ 第１アーム（旋回アーム）
６１ 第２アーム
６２ 第３アーム
８１ ベース駆動用サーボモータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定ベースに対してスライドする直動ベースに旋回ベースを回転可能に連結して備え、旋回ベースにアクチュエータ等を固定又は組み付けた状態で、その旋回ベースをスライド駆動及びツイスト駆動可能なツイストスライド機構と、そのツイストスライド機構を備えたロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のツイストスライド機構として、図７に示すように、固定ベース１に対して直動ベース３をスライド駆動するスライド用モータ２を固定ベース１に取り付ける一方、直動ベース３に対して旋回ベース５をツイスト駆動するツイスト用モータ４を直動ベース３に取り付けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４８１９７号公報（段落［００１６］〜［００１８］、第２図、第３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来のツイストスライド機構の構造では、例えば、ツイスト動作の俊敏性を高めるためにツイスト用モータ４の容量を上げると、ツイスト用モータ４の重量が増した分だけスライド用モータ２の負荷が増してスライド動作の俊敏性が低下するという問題が生じていた。また、そのスライド動作の俊敏性の低下を防ぐためにスライド用モータ２の容量も上げると、モータに係るコストが高くなるという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、スライド動作の俊敏性を低下させずにツイスト動作の俊敏性を向上させることが可能なツイストスライド機構及びロボットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るツイストスライド機構は、固定ベースに対してベーススライド方向にスライド可能に連結された直動ベースと、直動ベースに対してベーススライド方向と直交するベースツイスト軸回りにツイスト可能に連結された旋回ベースとを有し、旋回ベースにアクチュエータ又はワークが組み付けられ又は固定された状態で、その旋回ベースをスライド駆動及びツイスト駆動可能なツイストスライド機構において、ベースツイスト軸を間に挟んだ位置で互いに平行になってベーススライド方向に延び、固定ベースに回転可能に支持された１対のベース駆動用ボール螺子と、１対のベース駆動用ボール螺子に螺合すると共に旋回ベースに連結され、１対のベース駆動用ボール螺子の回転によって直動可能な１対のベース駆動用ボールナットと、旋回ベースに対する各ベース駆動用ボールナットのベースツイスト軸と平行な軸回りの回動と、ベース駆動用ボールナット同士の接近及び離間とを許容するように、各ベース駆動用ボールナットを旋回ベースに連結するベース・ナット連結機構と、固定ベースに取り付けられて１対のベース駆動用ボール螺子を別々に回転駆動し、１対のベース駆動用ボールナットを別々に任意の速度で直動させることが可能な１対のベース駆動用サーボモータとを備えたところに特徴を有する。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載のツイストスライド機構において、ベース・ナット連結機構は、ベースツイスト軸を間に挟んだ位置に配置されかつ互いに接近及び離間するように旋回ベースに直動可能に連結された１対の中継ベースと、各中継ベースと各ベース駆動用ボールナットとをベースツイスト軸と平行な軸回りに回動可能に連結する１対のナット連結用ベアリングとを備えてなるところに特徴を有する。
【０００８】
請求項３の発明に係るツイストスライド機構は、固定ベースに対してベーススライド方向にスライド可能に連結された直動ベースと、直動ベースに対してベーススライド方向と直交するベースツイスト軸回りにツイスト可能に連結された旋回ベースとを有し、旋回ベースにアクチュエータ又はワークが組み付けられ又は固定された状態で、その旋回ベースをスライド駆動及びツイスト駆動可能なツイストスライド機構において、ベースツイスト軸を間に挟んだ位置で互いに平行になってベーススライド方向に延びた１対の直動領域内を直動する１対の直動出力部と、固定ベースに取り付けられた１対のベース駆動用サーボモータとを有して、それら１対のベース駆動用サーボモータの回転出力によって１対の直動出力部を別々に直動させることが可能なツインスライド機構と、旋回ベースに対する各直動出力部のベースツイスト軸と平行な軸回りの回動と、直動出力部同士の接近及び離間とを許容するように、各直動出力部を旋回ベースに連結するベース・直動出力部連結機構とを備えたところに特徴を有する。
【０００９】
請求項４の発明に係るロボットは、請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載のツイストスライド機構を一部に備えたロボットであって、ベースツイスト軸の軸方向に延びかつ旋回ベースに対してベースツイスト軸の軸方向に直動可能で、旋回ベースと一体にツイストする直動シャフトと、直動シャフトに固定されて、ベースツイスト軸方向と交差する方向に延びた旋回アームと、旋回ベースに取り付けられたアーム直動用サーボモータと、アーム直動用サーボモータの回転出力を直動シャフトの直動に変換する動力変換機構とが備えられたところに特徴を有する。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項４に記載のロボットにおいて、直動シャフトは１対になってベースツイスト軸の両側に配置されると共に、それら１対の直動シャフトの一端部の間がシャフト連絡部材にて連結される一方、他端部の間が旋回アームにて連結され、動力変換機構は、ベースツイスト軸に沿って延び、アーム直動用サーボモータによって回転駆動されるボール螺子と、シャフト連絡部材に回転不能に固定され、ボール螺子に螺合したボールナットとからなるところに特徴を有する。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項４又は５に記載のロボットにおいて、旋回ベースには、直動シャフト及び動力変換機構を収容しかつ直動ベースに回転可能に連結されたツイスト筒部と、ツイスト筒部の一端を閉塞した第１閉塞盤と、ツイスト筒部の他端を閉塞した第２閉塞盤とが備えられ、アーム直動用サーボモータの回転出力部は、第１閉塞盤に取り付けられると共に、第１閉塞盤に貫通形成された貫通孔を通して動力変換機構に連結され、直動シャフトは、第２閉塞盤に貫通形成されたシャフト挿通孔を通してツイスト筒部の内外に挿通され、直動シャフトのうちツイスト筒部の外部に位置した端部に、旋回アームが固定されたところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１２】
［請求項１の発明］
請求項１のツイストスライド機構では、１対のベース駆動用ボール螺子に螺合した１対のベース駆動用ボールナットが旋回ベースに連結され、それら１対のベース駆動用ボール螺子が１対のベース駆動用サーボモータによって別々に回転駆動される。これにより、１対のベース駆動用ボールナットを同一方向に同一速度で直動させて、旋回ベースをスライドさせたり、１対のベース駆動用ボールナットを異なる方向に同一速度で直動させて、旋回ベースをツイストさせたり、さらには、１対のベース駆動用ボールナットを異なる方向又は同一方向に異なる速度で直動させて、旋回ベースをスライドさせながらツイストさせる動作を、１対のベース駆動用サーボモータにより行わせることができる。そして、それら１対のベース駆動用サーボモータが固定ベースに取り付けられているので、ツイスト動作の俊敏性を向上させるために１対のベース駆動用サーボモータの容量を上げてモータ重量が増しても、従来のように、スライド動作の俊敏性が低下することはない。即ち、本発明の構成によれば、スライド動作の俊敏性の低下させずにツイスト動作の俊敏性を向上させることが可能になる。しかも、１対のベース駆動用サーボモータが旋回ベースのスライド駆動とツイスト駆動の両方の駆動源として兼用されているので、従来のようにスライド駆動専用のモータとツイスト駆動専用のモータとを設けた構造に比べてモータの有効利用が図られる。また、１対のベース駆動用サーボモータの両方のモータ出力トルクをツイスト動作に偏重して用いてツイスト動作の俊敏性を向上させたり、スライド動作に偏重して用いてスライド動作の俊敏性を向上させることもできる。なお、本発明の構成では、従来のように旋回ベースを旋回させるためのモータを直動ベースに搭載していないのでエネルギー効率にも優れる。
【００１３】
［請求項２の発明］
本発明において、各ベース駆動用ボールナットを旋回ベースに連結するベース・ナット連結機構は、例えば、旋回ベースに形成された１対の長孔と、各ベース駆動用ボールナットから突出して各長孔に直動可能かつ回転可能に係合したピンとで構成してもよいし、請求項２の構成のように、ベースツイスト軸を間に挟んだ位置に配置されかつ互いに接近及び離間するように旋回ベースに直動可能に連結された１対の中継ベースと、各中継ベースと各ベース駆動用ボールナットとをベースツイスト軸と平行な軸回りに回動可能に連結する１対のナット連結用ベアリングとを備えた構成にしてもよい。また、請求項２の構成によれば、１対のベース駆動用ボールナット同士の接近及び離間動作を許容する部分と、旋回ベースに対する各ベース駆動用ボールナットの回動を許容する部分が別々に設けられているので、スムーズな動作が可能になる。
【００１４】
［請求項３の発明］
請求項３のツイストスライド機構では、１対の直動出力部を同一方向に同一速度で直動させて、旋回ベースをスライドさせたり、１対の直動出力部を異なる方向に同一速度で直動させて、旋回ベースをツイストさせたり、さらには、１対の直動出力部を異なる方向又は同一方向に異なる速度で直動させて、旋回ベースをスライドさせながらツイストさせる動作を、１対のベース駆動用サーボモータにより行わせることができる。そして、それら１対のベース駆動用サーボモータが固定ベースに取り付けられているので、ツイスト動作の俊敏性を向上させるために１対のベース駆動用サーボモータの容量を上げてモータ重量が増しても、従来のように、スライド動作の俊敏性が低下することはない。即ち、本発明の構成によれば、スライド動作の俊敏性の低下させずにツイスト動作の俊敏性を向上させることが可能になる。しかも、１対のベース駆動用サーボモータが旋回ベースのスライド駆動とツイスト駆動の両方の駆動源として兼用されているので、従来のようにスライド駆動専用のモータとツイスト駆動専用のモータとを設けた構造に比べてモータの有効利用が図られる。また、１対のベース駆動用サーボモータの両方のモータ出力トルクをツイスト動作に偏重して用いてツイスト動作の俊敏性を向上させたり、スライド動作に偏重して用いてスライド動作の俊敏性を向上させることもできる。なお、本発明の構成では、従来のように旋回ベースを旋回させるためのモータを直動ベースに搭載していないのでエネルギー効率にも優れる。
【００１５】
［請求項４及び５の発明］
請求項４のロボットでは、アーム直動用サーボモータの回転出力を動力変換機構によって直動シャフトの直動に変換して、直動シャフトと共に旋回アームをベースツイスト軸方向に直動させることができる。ここで、上記した直動シャフトは１つであってもよいし、１対又はそれ以上であってもよい。請求項５のロボットのように直動シャフトを１対備えた構成にすれば、直動シャフトを１つ備えた構成に比べて大きなツイスト用トルクを直動シャフトから旋回アームへと伝達することができる。
【００１６】
［請求項６の発明］
請求項６のロボットでは、旋回ベースのうち直動ベースに対して回転可能に連結されたツイスト筒部内に動力変換機構等を収容したので、外観が簡素化されると共に動力変換機構等の可動部分の防塵を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るロボットの側面図
【図２】ロボットの平面図
【図３】図１のＡ−Ａ切断面におけるロボットの側断面図
【図４】図３のＢ−Ｂ切断面におけるロボットの側断面図
【図５】ベース・ナット連結機構を示した部分断面図
【図６】旋回ベースを旋回させた状態のロボットの平面図
【図７】従来のツイストスライド機構を備えたロボットの側面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る一実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１に示した本実施形態のロボット１０は、５つの駆動軸を有し、それらのうち２つの駆動軸が本発明に係るツイストスライド機構によって構成されている。そのツイストスライド機構は、工場の架台等（図示せず）に固定される固定ベース１１と、固定ベース１１にスライド可能に連結された直動ベース２０と、直動ベース２０に対して旋回可能に連結された旋回ベース３０とを備えている。
【００１９】
固定ベース１１は、図２に示すように、平面形状が長方形で上面全体が開放した略箱形状をなしている。図３に示すように、固定ベース１１の底壁１２には、その短手方向の中央における長手方向全体に亘って矩形窓１２Ａが形成されている。また、底壁１２の上面には、短手方向で矩形窓１２Ａを間に挟んだ１対の開口縁に１対のガイドレール１３，１３が固定されている。
【００２０】
直動ベース２０は、図２に示すように平面形状が長方形の平板状をなし、図３に示すように、１対のガイドレール１３，１３の間に差し渡されている。また、直動ベース２０の下面における両側部には、それぞれ１対ずつのスライダ１４，１４が間隔をあけて固定されている。そして、それら１対ずつのスライダ１４，１４が、各ガイドレール１３に直動のみ可能に係合し、これにより、直動ベース２０が固定ベース１１に対してスライド可能に連結されている。また、その直動ベース２０のスライド方向が本発明に係るベーススライド方向（図１の矢印Ｘで示した方向）になっている。
【００２１】
図３に示すように、旋回ベース３０は、上下方向の延びたツイスト筒部３１を備えている。そして、直動ベース２０の中央を上下方向に貫通した円形のセンター孔２１内にツイスト筒部３１が挿通され、例えばクロスローラベアリング２２を介して直動ベース２０に回転のみ可能に連結されている。これにより、旋回ベース３０は、直動ベース２０に対してベーススライド方向と直交するベースツイスト軸（図１の符号Ｊ１で示した軸）回りにツイストする。
【００２２】
ガイドレール１３，１３の上方には、本発明に係る１対のベース駆動用ボール螺子４１，４１が各ガイドレール１３と平行に設けられている。そして、これら１対のベース駆動用ボール螺子４１，４１の両端部が、図２に示すように、固定ベース１１のうちベーススライド方向で対向した１対の端部壁１５，１５に支持されている。詳細には、一方の端部壁１５には、各ベース駆動用ボール螺子４１の同軸上に貫通孔が形成され、それら貫通孔内に減速機ユニット８１Ｍがそれぞれ取り付けられている。そして、各ベース駆動用ボール螺子４１の一端部が各減速機ユニット８１Ｍの出力部に固定されることで、減速機ユニット８１Ｍ内のベアリングを介して端部壁１５に回転可能に支持されている。また、他方の端部壁１５には、各ベース駆動用ボール螺子４１の同軸上に貫通孔が形成されて、そこに図示しないベアリングがそれぞれ取り付けられ、それらベアリングを介して各ベース駆動用ボール螺子４１の他端部が他方の端部壁１５に回転可能に支持されている。
【００２３】
一方の端部壁１５の外面には、１対のブラケット８１Ｋ，８１Ｋを介して１対のベース駆動用サーボモータ８１，８１が横並びに取り付けられている。各ブラケット８１Ｋは、減速機ユニット８１Ｍの端部を囲んだ筒状をなし、各ベース駆動用サーボモータ８１の回転出力軸が、ブラケット８１Ｋ内で各減速機ユニット８１Ｍの入力軸に連結されている。これらにより、１対のベース駆動用ボール螺子４１，４１が、１対のベース駆動用サーボモータ８１，８１にて別々に回転駆動される。
【００２４】
図３に示すように、１対のベース駆動用ボール螺子４１，４１には本発明に係る１対のベース駆動用ボールナット４２，４２（本発明に係る「直動出力部」に相当する）が螺合し、これら１対のベース駆動用ボール螺子４１，４１とベース駆動用ボールナット４２，４２とによって上記した１対のボール螺子機構４０，４０が構成されている。そして、各ベース駆動用ボールナット４２，４２が、本発明に係る「ベース・ナット連結機構」（本発明に係る「ベース・直動出力部連結機構」にも相当する）を介して旋回ベース３０に結合されている。即ち、旋回ベース３０には、ツイスト筒部３１から側方に矩形の連結プレート３２が張り出され、その連結プレート３２の下面には、ツイスト筒部３１を間に挟んだ両側に、１対ずつの中継ガイドレール３３，３３が固定されている（図２参照）。これら中継ガイドレール３３は、全て連結プレート３２の長手方向に延びると共に、１対ずつが隣り合って平行に配置されている。
【００２５】
各中継ガイドレール３３にはそれぞれ中継スライダ３４が直動可能に係合している。そして、ツイスト筒部３１に対して一方の側方で平行に配置された１対の中継ガイドレール３３，３３の中継スライダ３４，３４が、共通の中継ベース３５の上面に固定されると共に、ツイスト筒部３１に対して他方の側方で平行に配置された１対の中継ガイドレール３３，３３の中継スライダ３４，３４が、共通の中継ベース３５の上面に固定されている。これにより、１対の中継ベース３５，３５は、互いに接近及び離間するように直動する。
【００２６】
各中継ベース３５には、図５に示すように、上下方向にベアリング収容孔３６Ａが貫通形成され、そこにナット連結用ベアリング３６が嵌合されて、抜け止めされている。また、各ナット連結用ベアリング３６の内側には、ベース駆動用ボールナット４２から上方に突出した中継ピン３７が嵌合されている。そして、これら中継ガイドレール３３、中継スライダ３４、中継ベース３５、ナット連結用ベアリング３６及び中継ピン３７から、上記した「ベース・ナット連結機構」が構成されている。これにより、ベース駆動用サーボモータ８１，８１にてベース駆動用ボールナット４２，４２の直動位置を制御して、例えば図２から図６への変化に示すように、旋回ベース３０を直動ベース２０と共にロボット１０の長手方向における任意の位置にスライドしかつ、直動ベース２０に対して任意の角度にツイストさせることができる。
【００２７】
図３に示すように、ツイスト筒部３１の上端部は、第１閉塞盤３１Ｂによって閉塞される一方、ツイスト筒部３１の下端部は、第２閉塞盤３１Ｃによって閉塞されている。また、第２閉塞盤３１Ｃの下面には、ガイドブロック３１Ｇが固定されている。
【００２８】
図４に示すように、第２閉塞盤３１Ｃ及びガイドブロック３１Ｇには、１対のシャフト挿通孔３１Ｄ，３１Ｄが上下方向に貫通形成されている。また、各シャフト挿通孔３１Ｄの内面には、下端部から摺接スリーブ５０が組み付けられている。そして、それらシャフト挿通孔３１Ｄ，３１Ｄに１対の直動シャフト５１，５１が挿通されて、上下動可能に支持されている。
【００２９】
ツイスト筒部３１内に配置された１対の直動シャフト５１，５１の上端部は、シャフト連絡部材５２によって連結されている。また、シャフト連絡部材５２のうち直動シャフト５１，５１が固定された部分の間の中央には、上下方向に貫通孔が形成されてその内部に昇降用ボールナット５４が固定されている。そして、昇降用ボールナット５４に昇降用ボール螺子５３が螺合してシャフト連絡部材５２を上下に貫通している。
【００３０】
第１閉塞盤３１Ｂには、昇降用ボール螺子５３の同軸上に貫通孔が形成され、その貫通孔内に減速機ユニット８２Ｍが取り付けられている。そして、昇降用ボール螺子５３の上端部が、減速機ユニット８２Ｍの下端側の出力部に固定されている。また、第１閉塞盤３１Ｂの上面には、筒状のブラケット３１Ｋを介してアーム直動用サーボモータ８２が取り付けられている。さらに、アーム直動用サーボモータ８２の回転出力軸が、ブラケット３１Ｋ内で減速機ユニット８２Ｍの入力軸に取り付けられている。これらにより、昇降用ボール螺子５３がアーム直動用サーボモータ８２によって回転駆動されて、昇降用ボール螺子５３と昇降用ボールナット５４とからなるボール螺子機構５５（本発明の「動力変換機構」に相当する）により直動シャフト５１，５１が上下動する。
【００３１】
直動シャフト５１，５１の下端部には、第１アーム６０（本発明の「旋回アーム」に相当する）が固定されている。図１に示すように、第１アーム６０は、直動シャフト５１，５１との結合部分から水平方向に延びた片持ち梁状をなし、その第１アーム６０の先端部には、第２アーム駆動用サーボモータ８３が取り付けられている。
【００３２】
第２アーム駆動用サーボモータ８３の中心軸は、旋回ベース３０の回転中心であるベースツイスト軸と平行になっている。そして、第２アーム駆動用サーボモータ８３の回転出力には、減速機ユニット８３Ｍを介して第２アーム６１が取り付けられている。詳細には、第１アーム６０の先端部に図示しない貫通孔が上下方向に貫通形成され、そこに減速機ユニット８３Ｍが組み付けられている。そして、減速器ユニット８３Ｍの上面に第２アーム駆動用サーボモータ８３が取り付けられると共に、第２アーム駆動用サーボモータ８３の回転出力が減速機ユニット８３Ｍに連結されている。そして、減速機ユニット８３Ｍの下面に備えた出力部に第２アーム６１が固定されている。
【００３３】
第２アーム６１は、減速機ユニット８３Ｍに固定された一端部が水平となり、中間部で屈曲して他端部が一端部に対して例えば斜め４５度下方に延びている。第２アーム６１の下端部には、第３アーム駆動用サーボモータ８４が取り付けられている。その第３アーム駆動用サーボモータ８４の中心軸は、第２アーム６１に直交しかつ第２アーム駆動用サーボモータ８３の中心軸と交差するように配置されている。また、第３アーム駆動用サーボモータ８４の回転出力には、第２アーム駆動用サーボモータ８３と同様に、減速機ユニット８４Ｍを介して第３アーム６２が取り付けられている。第３アーム６２は、第２アーム６１と同様に、中間部で例えば４５度屈曲した形状をなし、その一端部が減速機ユニット８４Ｍの出力部に固定されている。そして、図１に示したようにロボット１０が原点姿勢になると、第３アーム６２は、減速機ユニット８４Ｍに固定された端部とは反対側の端部が水平となる。また、第３アーム６２のうちロボット１０の原点姿勢で水平となる部分には、バリ取り装置９０が取り付けられて鉛直下方に延びている。また、バリ取り装置９０は、先端部に例えばバリ取り工具９１を備え、このバリ取り工具９１を回転駆動してバリを取る。なお、ロボット１０の原点姿勢において、バリ取り工具９１の中心軸と第２アーム駆動用サーボモータ８３の回転中心とは、所定の間隔をあけて平行に配置されている。
【００３４】
本実施形態のロボット１０の構成に関する説明は以上である。次に、このロボット１０の作用効果について説明する。本実施形態のロボット１０は、例えば、水平方向の延びた図示しないワークの複数の加工孔における上端開口縁のバリを除去するために用いられる。そのために、ワークは図示しない搬送装置にて搬送され、長手方向をロボット１０の長手方向と略平行に配置した状態にセットされる。そして、ティーチングプレイバック方式でロボット１０が動作し、バリ取り工具９１の先端部を各加工孔の上端開口縁に順次押し付けてバリを除去する。
【００３５】
このときロボット１０は、１対のベース駆動用サーボモータ８１，８１によるベース駆動用ボール螺子４１，４１の回転駆動によって１対のベース駆動用ボールナット４２，４２を直動させて、バリ取り工具９１の先端部を２次元水平面内で任意の位置に移動することができる。具体的には、１対のベース駆動用ボールナット４２，４２を同一方向に同一速度で直動して、旋回ベース３０をロボット１０の長手方向（ベーススライド方向）にスライドさせることで、バリ取り工具９１をロボット１０の長手方向における任意の位置に移動することができる。また、１対のベース駆動用ボールナット４２，４２を異なる方向に同一速度で直動して、旋回ベース３０をツイストさせることで、バリ取り工具９１の先端部をロボット１０の短手方向における任意の位置に移動することができる。これらにより、バリ取り工具９１の先端部を２次元水平面内で任意の位置に移動することができる。なお、１対のベース駆動用ボールナット４２，４２を異なる方向又は同一方向に異なる速度で直動すれば、旋回ベース３０がスライドしながらツイストし、バリ取り工具９１の先端部をロボット１０の長手方向と短手方向の両方向において任意の位置に向けて移動することができる。
【００３６】
また、ロボット１０は、アーム直動用サーボモータ８２による昇降用ボール螺子５３の回転駆動によって、バリ取り工具９１の先端部を鉛直方向における任意の位置に移動することができる。そして、第２アーム駆動用サーボモータ８３による第２アーム６１の回転駆動と、第３アーム駆動用サーボモータ８４による第３アーム６２の回転駆動とによってバリ取り工具９１を任意の姿勢に変更することができる。これらにより、図示しないワークの複数の加工孔における上端開口縁にバリ取り工具９１の先端部を所望の方向から所望の姿勢で宛がってバリを除去することができる。
【００３７】
上記したように本実施形態のロボット１０では、１対のベース駆動用サーボモータ８１，８１によって旋回ベース３０のスライド駆動とツイスト駆動の両方を行う。そして、それら１対のベース駆動用サーボモータ８１，８１が共に固定ベース１１に固定されているので、ツイスト動作の俊敏性を向上させるために１対のベース駆動用サーボモータ８１，８１の容量を上げてモータ重量が増しても、従来のように、スライド動作の俊敏性が低下することはない。即ち、本実施形態のロボット１０によれば、スライド動作の俊敏性の低下させずにツイスト動作の俊敏性を向上させることが可能になる。また、１対のベース駆動用サーボモータ８１，８１が旋回ベース３０のスライド駆動とツイスト駆動の両方の駆動源に兼用されているので、従来のようにスライド駆動専用のモータとツイスト駆動専用のモータとを設けた構造に比べてモータの有効利用が図られる。また、１対のベース駆動用サーボモータ８１，８１の両方のモータ出力トルクをツイスト動作に偏重して用いてツイスト動作の俊敏性を向上させたり、スライド動作に偏重して用いてスライド動作の俊敏性を向上させることもできる。なお、本実施形態のロボット１０では、従来のように旋回ベース３０を旋回させるためのモータを直動ベース２０に搭載していないのでエネルギー効率にも優れる。
【００３８】
［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００３９】
（１）前記実施形態のロボット１０は、１対の直動シャフト５１，５１を備えていたが、直動シャフトは１つ又は３つ以上であってもよい。
【００４０】
（２）前記実施形態では、本発明に係るツイストスライド機構をロボット１０に適用した一例を示したが、ワーク搬送装置に本発明に係るツイストスライド機構を適用してもよい。具体的には、前記実施形態のロボット１０における旋回ベース３０からアーム直動用サーボモータ８２、第１アーム６０等を排除し、旋回ベース３０にワークを固定するための機構を設けてワーク搬送装置としてもよい。そして、ワークを旋回ベースと共に任意の直動位置に移動しかつ任意の向きにツイストさせてもよい。なお、前記実施形態では、ロボット１０のうち本発明に係る「ツイストスライド機構」以外の部分、即ち、旋回ベース３０に組み付けられた部分が、本発明に係る「アクチュエータ」に相当する。
【００４１】
（３）前記実施形態では、本発明に係る「ツイストスライド機構」が１対のボール螺子機構によって構成されているが、「ツイストスライド機構」は、例えば、以下のような構成でもよい。即ち、ベースツイスト軸を間に挟んだ位置で互いに平行になってベーススライド方向に延びるように１対のタイミングベルトを配置して、それら１対のタイミングベルトを固定ベースに回転可能に取り付けられた２対のプーリの間に架け渡して取り付ける。そして、前記実施形態の「ボールナット」の代わりとなる１対の直動出力部を１対のタイミングベルトに固定し、１対のタイミングベルトの各一端部のプーリを、固定ベースに取り付けた１対のベース駆動用サーボモータで別々に回転駆動可能にして、本発明に係る「ツイストスライド機構」を構成してもよい。
【００４２】
（４）ベースツイスト軸を間に挟んだ位置で互いに平行になってベーススライド方向に延びた１対のラックを固定ベースに直動可能に支持すると共に、各ラックに噛合したピニオンを固定ベースに回転可能に取り付ける。そして、前記実施形態の「ボールナット」の代わりとなる１対の直動出力部を１対のラックに固定し、各ピニオンを、固定ベースに取り付けた１対のベース駆動用サーボモータで別々に回転駆動可能にして、本発明に係る「ツイストスライド機構」を構成してもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０ ロボット
１１ 固定ベース
２０ 直動ベース
３０ 旋回ベース
３１ ツイスト筒部
３１Ｂ 第１閉塞盤
３１Ｃ 第２閉塞盤
３１Ｄ シャフト挿通孔
３２ 連結プレート
３３ 中継ガイドレール
３４ 中継スライダ
３５ 中継ベース
３６ ナット連結用ベアリング
３７ 中継ピン
４１ ベース駆動用ボール螺子
４２ ベース駆動用ボールナット
５１ 直動シャフト
５２ シャフト連絡部材
６０ 第１アーム（旋回アーム）
６１ 第２アーム
６２ 第３アーム
８１ ベース駆動用サーボモータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定ベースに対してベーススライド方向にスライド可能に連結された直動ベースと、前記直動ベースに対して前記ベーススライド方向と直交するベースツイスト軸回りにツイスト可能に連結された旋回ベースとを有し、前記旋回ベースにアクチュエータ又はワークが組み付けられ又は固定された状態で、その旋回ベースをスライド駆動及びツイスト駆動可能なツイストスライド機構において、
前記ベースツイスト軸を間に挟んだ位置で互いに平行になって前記ベーススライド方向に延び、前記固定ベースに回転可能に支持された１対のベース駆動用ボール螺子と、
前記１対のベース駆動用ボール螺子に螺合すると共に前記旋回ベースに連結され、前記１対のベース駆動用ボール螺子の回転によって直動可能な１対のベース駆動用ボールナットと、
前記旋回ベースに対する各前記ベース駆動用ボールナットの前記ベースツイスト軸と平行な軸回りの回動と、前記ベース駆動用ボールナット同士の接近及び離間とを許容するように、各前記ベース駆動用ボールナットを前記旋回ベースに連結するベース・ナット連結機構と、
前記固定ベースに取り付けられて前記１対のベース駆動用ボール螺子を別々に回転駆動し、前記１対のベース駆動用ボールナットを別々に任意の速度で直動させることが可能な１対のベース駆動用サーボモータとを備えたことを特徴とするツイストスライド機構。
【請求項２】
前記ベース・ナット連結機構は、
前記ベースツイスト軸を間に挟んだ位置に配置されかつ互いに接近及び離間するように前記旋回ベースに直動可能に連結された１対の中継ベースと、
各前記中継ベースと各前記ベース駆動用ボールナットとを前記ベースツイスト軸と平行な軸回りに回動可能に連結する１対のナット連結用ベアリングとを備えてなることを特徴とする請求項１に記載のツイストスライド機構。
【請求項３】
固定ベースに対してベーススライド方向にスライド可能に連結された直動ベースと、前記直動ベースに対して前記ベーススライド方向と直交するベースツイスト軸回りにツイスト可能に連結された旋回ベースとを有し、前記旋回ベースにアクチュエータ又はワークが組み付けられ又は固定された状態で、その旋回ベースをスライド駆動及びツイスト駆動可能なツイストスライド機構において、
前記ベースツイスト軸を間に挟んだ位置で互いに平行になって前記ベーススライド方向に延びた１対の直動領域内を直動する１対の直動出力部と、前記固定ベースに取り付けられた１対のベース駆動用サーボモータとを有して、それら１対のベース駆動用サーボモータの回転出力によって前記１対の直動出力部を別々に直動させることが可能なツインスライド機構と、
前記旋回ベースに対する各前記直動出力部の前記ベースツイスト軸と平行な軸回りの回動と、前記直動出力部同士の接近及び離間とを許容するように、各前記直動出力部を前記旋回ベースに連結するベース・直動出力部連結機構とを備えたことを特徴とするツイストスライド機構。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載のツイストスライド機構を一部に備えたロボットであって、
前記ベースツイスト軸の軸方向に延びかつ前記旋回ベースに対して前記ベースツイスト軸の軸方向に直動可能で、前記旋回ベースと一体にツイストする直動シャフトと、
前記直動シャフトに固定されて、前記ベースツイスト軸方向と交差する方向に延びた旋回アームと、
前記旋回ベースに取り付けられたアーム直動用サーボモータと、
前記アーム直動用サーボモータの回転出力を前記直動シャフトの直動に変換する動力変換機構とが備えられたことを特徴とするロボット。
【請求項５】
前記直動シャフトは１対になって前記ベースツイスト軸の両側に配置されると共に、それら１対の直動シャフトの一端部の間がシャフト連絡部材にて連結される一方、他端部の間が前記旋回アームにて連結され、
前記動力変換機構は、前記ベースツイスト軸に沿って延び、前記アーム直動用サーボモータによって回転駆動されるボール螺子と、前記シャフト連絡部材に回転不能に固定され、前記ボール螺子に螺合したボールナットとからなることを特徴とする請求項４に記載のロボット。
【請求項６】
前記旋回ベースには、前記直動シャフト及び前記動力変換機構を収容しかつ前記直動ベースに回転可能に連結されたツイスト筒部と、前記ツイスト筒部の一端を閉塞した第１閉塞盤と、前記ツイスト筒部の他端を閉塞した第２閉塞盤とが備えられ、
前記アーム直動用サーボモータの回転出力部は、前記第１閉塞盤に取り付けられると共に、前記第１閉塞盤に貫通形成された貫通孔を通して前記動力変換機構に連結され、
前記直動シャフトは、前記第２閉塞盤に貫通形成されたシャフト挿通孔を通して前記ツイスト筒部の内外に挿通され、
前記直動シャフトのうち前記ツイスト筒部の外部に位置した端部に、前記旋回アームが固定されたことを特徴とする請求項４又は５に記載のロボット。
【請求項１】
固定ベースに対してベーススライド方向にスライド可能に連結された直動ベースと、前記直動ベースに対して前記ベーススライド方向と直交するベースツイスト軸回りにツイスト可能に連結された旋回ベースとを有し、前記旋回ベースにアクチュエータ又はワークが組み付けられ又は固定された状態で、その旋回ベースをスライド駆動及びツイスト駆動可能なツイストスライド機構において、
前記ベースツイスト軸を間に挟んだ位置で互いに平行になって前記ベーススライド方向に延び、前記固定ベースに回転可能に支持された１対のベース駆動用ボール螺子と、
前記１対のベース駆動用ボール螺子に螺合すると共に前記旋回ベースに連結され、前記１対のベース駆動用ボール螺子の回転によって直動可能な１対のベース駆動用ボールナットと、
前記旋回ベースに対する各前記ベース駆動用ボールナットの前記ベースツイスト軸と平行な軸回りの回動と、前記ベース駆動用ボールナット同士の接近及び離間とを許容するように、各前記ベース駆動用ボールナットを前記旋回ベースに連結するベース・ナット連結機構と、
前記固定ベースに取り付けられて前記１対のベース駆動用ボール螺子を別々に回転駆動し、前記１対のベース駆動用ボールナットを別々に任意の速度で直動させることが可能な１対のベース駆動用サーボモータとを備えたことを特徴とするツイストスライド機構。
【請求項２】
前記ベース・ナット連結機構は、
前記ベースツイスト軸を間に挟んだ位置に配置されかつ互いに接近及び離間するように前記旋回ベースに直動可能に連結された１対の中継ベースと、
各前記中継ベースと各前記ベース駆動用ボールナットとを前記ベースツイスト軸と平行な軸回りに回動可能に連結する１対のナット連結用ベアリングとを備えてなることを特徴とする請求項１に記載のツイストスライド機構。
【請求項３】
固定ベースに対してベーススライド方向にスライド可能に連結された直動ベースと、前記直動ベースに対して前記ベーススライド方向と直交するベースツイスト軸回りにツイスト可能に連結された旋回ベースとを有し、前記旋回ベースにアクチュエータ又はワークが組み付けられ又は固定された状態で、その旋回ベースをスライド駆動及びツイスト駆動可能なツイストスライド機構において、
前記ベースツイスト軸を間に挟んだ位置で互いに平行になって前記ベーススライド方向に延びた１対の直動領域内を直動する１対の直動出力部と、前記固定ベースに取り付けられた１対のベース駆動用サーボモータとを有して、それら１対のベース駆動用サーボモータの回転出力によって前記１対の直動出力部を別々に直動させることが可能なツインスライド機構と、
前記旋回ベースに対する各前記直動出力部の前記ベースツイスト軸と平行な軸回りの回動と、前記直動出力部同士の接近及び離間とを許容するように、各前記直動出力部を前記旋回ベースに連結するベース・直動出力部連結機構とを備えたことを特徴とするツイストスライド機構。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載のツイストスライド機構を一部に備えたロボットであって、
前記ベースツイスト軸の軸方向に延びかつ前記旋回ベースに対して前記ベースツイスト軸の軸方向に直動可能で、前記旋回ベースと一体にツイストする直動シャフトと、
前記直動シャフトに固定されて、前記ベースツイスト軸方向と交差する方向に延びた旋回アームと、
前記旋回ベースに取り付けられたアーム直動用サーボモータと、
前記アーム直動用サーボモータの回転出力を前記直動シャフトの直動に変換する動力変換機構とが備えられたことを特徴とするロボット。
【請求項５】
前記直動シャフトは１対になって前記ベースツイスト軸の両側に配置されると共に、それら１対の直動シャフトの一端部の間がシャフト連絡部材にて連結される一方、他端部の間が前記旋回アームにて連結され、
前記動力変換機構は、前記ベースツイスト軸に沿って延び、前記アーム直動用サーボモータによって回転駆動されるボール螺子と、前記シャフト連絡部材に回転不能に固定され、前記ボール螺子に螺合したボールナットとからなることを特徴とする請求項４に記載のロボット。
【請求項６】
前記旋回ベースには、前記直動シャフト及び前記動力変換機構を収容しかつ前記直動ベースに回転可能に連結されたツイスト筒部と、前記ツイスト筒部の一端を閉塞した第１閉塞盤と、前記ツイスト筒部の他端を閉塞した第２閉塞盤とが備えられ、
前記アーム直動用サーボモータの回転出力部は、前記第１閉塞盤に取り付けられると共に、前記第１閉塞盤に貫通形成された貫通孔を通して前記動力変換機構に連結され、
前記直動シャフトは、前記第２閉塞盤に貫通形成されたシャフト挿通孔を通して前記ツイスト筒部の内外に挿通され、
前記直動シャフトのうち前記ツイスト筒部の外部に位置した端部に、前記旋回アームが固定されたことを特徴とする請求項４又は５に記載のロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１６１５５８（Ｐ２０１１−１６１５５８Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６１５０（Ｐ２０１０−２６１５０）
【出願日】平成２２年２月９日（２０１０．２．９）
【出願人】（５９５０３１０６３）株式会社クロイツ (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月９日（２０１０．２．９）
【出願人】（５９５０３１０６３）株式会社クロイツ (9)
【Ｆターム（参考）】
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