JP2002511348A - Rotary drive type tool holder without torque reaction force - Google Patents
Rotary drive type tool holder without torque reaction forceInfo
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Abstract
(57)【要約】 本発明は、慣性エレメントを組み込んだツールホルダにおいて、トルクによって発生する反力を除去するシステムに関するものである。本発明は、回転駆動型ツールホルダがさらに、軸(X’X)の周りに工具類をホールドするための回転軸(2a)用の回転エネルギー源と、回転エネルギー源(8)によって一時的に回転駆動され、減速装置(5)とトルクリミッタ(4)を介して工具類をホールドする軸(2a)を回転駆動させるために貯えられる運動エネルギーを復元するフライホイールとを備えることを特徴とする。 (57) [Summary] The present invention relates to a system for removing a reaction force generated by torque in a tool holder incorporating an inertial element. The present invention provides a rotary drive type tool holder further comprising a rotary energy source for a rotary axis (2a) for holding tools around an axis (X'X) and a rotary energy source (8). A flywheel that is rotationally driven and restores kinetic energy stored for rotationally driving a shaft (2a) that holds tools via a reduction gear (5) and a torque limiter (4). .
Description
【0001】 本発明は、たとえば多軸型荷役ロボットのようなロボットに取付けることがで
きる、またはオペレータによって携帯及び作動させることができる、たとえばあ
らゆるタイプの電動機式回転型エネルギー発生装置によって軸が回転駆動される
、たとえばねじ締め機または穿孔機のようなツールホルダ装置に関するものであ
る。The invention can be mounted on a robot, for example a multi-axis cargo handling robot, or carried and operated by an operator, for example, the shaft is rotationally driven by any type of motorized rotary energy generating device For example, a tool holder device such as a screwdriver or a drilling machine.
【0002】 オペレータの手で保持されるにしろ、荷役ロボットのアームによって保持され
るにしろ、このタイプのツールホルダは、ほとんどの場合、ねじまたはナットを
締付け終わると、またはドリルを制動し終わると、ツールホルダーのケース上に
トルク反力を発生させる。このような反力は、ツールホルダによって与えられる
最大トルクに対応する中央軸の周りの回転といった形で現われる。この反力は、
オペレータの手首に大きな障害を引き起こす、またはロボットのアームの重大な
ねじれを引き起こすか、あるいは良くても穿孔や締付けの品質が著しく低下する
恐れがある。[0002] Whether held by the operator's hand or by the arms of a cargo handling robot, this type of tool holder is most often used when tightening a screw or nut or braking a drill. , Generates torque reaction force on the tool holder case. Such a reaction force appears in the form of a rotation about a central axis corresponding to the maximum torque provided by the tool holder. This reaction force
It can cause major obstacles to the operator's wrist, or cause severe twisting of the robot's arm, or at best can significantly reduce the quality of drilling and tightening.
【0003】 この問題を解決するために、モデル化によって、許容できる運転位置の覆いと
、使用されるロボットのタイプ、ねじのさまざまな位置や取付けのタイプに応じ
たそれらの再現可能性を決定することが可能である。このモデル化方法は複雑で
ある。なぜなら、有効な成果を得るためには、制御ソフトウェアの十分なパラメ
ータ化を行うことがができるように、各タイプのツールホルダまたはロボットに
ついて、数多くの正確なデータを収集することが必要になるからである。To solve this problem, modeling determines the acceptable operating positions and their reproducibility depending on the type of robot used, the various positions of the screws and the type of mounting. It is possible. This modeling method is complicated. This is because a lot of accurate data needs to be collected for each type of toolholder or robot to be able to fully parameterize the control software in order to obtain useful results. It is.
【0004】 本発明によって行なわれる方法はそれとは異なるものである。慣性作用を利用
することによってトルクに起因する反力を除去するという方法である。ツールホ
ルダにおいて通常使用されているフライホイールは、特許EP209916に記
載されているように、運転中に、単にツールの釣合おもりの役割を果たすための
ものである。 本発明の機械的方法は、荷役ロボットのタイプまたは遵守すべきねじ止め位置
に頼ることなく、求められる目的を達成することができる。[0004] The method performed by the present invention is different. This is a method of removing a reaction force caused by a torque by using an inertial action. Flywheels commonly used in tool holders are merely intended to serve as a counterweight of the tool during operation, as described in patent EP209916. The mechanical method of the invention can achieve the required objectives without depending on the type of cargo handling robot or the screwing positions to be adhered to.
【0005】 より厳密には、本発明は、軸の周りに工具類をホールド(保持)するための回
転軸用の回転エネルギー源を有するツールホルダであって、回転エネルギー源に
よって一時的に回転駆動され、減速装置とトルク制限装置を介して工具類をホー
ルドする軸を回転駆動させるために貯えられる運動エネルギーを復元するフライ
ホイールを備えることを特徴とするツールホルダを対象とする。More precisely, the present invention relates to a tool holder having a rotary energy source for a rotary shaft for holding tools around an axis, the rotary holder being temporarily driven by the rotary energy source. The present invention is directed to a tool holder including a flywheel for restoring kinetic energy stored for rotationally driving a shaft for holding tools via a reduction gear and a torque limiting device.
【0006】 種々の実施形態によれば、フライホイールの駆動用原動機は、ツールホルダに
組み込まれるか、もしくは、ツールホルダ以外の固定部所に配置される。前者の
場合にはフライホイールの加速は、ツールホルダの作業段階とは無関係に徐々に
行うことができる。後者の場合には、一時的な連結手段は、ツールホルダのフラ
イホイールの軸と駆動用原動機との間に設けられる。According to various embodiments, the prime mover for driving the flywheel is incorporated into the tool holder or is located at a fixed location other than the tool holder. In the former case, the acceleration of the flywheel can take place gradually, independently of the working phase of the tool holder. In the latter case, the temporary connecting means is provided between the flywheel shaft of the tool holder and the driving motor.
【0007】 独自の実施形態によれば、駆動源は、従来、回転子と、回転子を取り囲む固定
子とで構成される電動機であるので、回転子は制動され、解放された固定子は、
有利にはツールホルダの回転軸に連結させることによってフライホイールとして
使用される。According to a unique embodiment, the drive source is conventionally an electric motor consisting of a rotor and a stator surrounding the rotor, so that the rotor is braked and the released stator is:
It is advantageously used as a flywheel by being connected to the rotation axis of a tool holder.
【0008】 実施例によれば、減速装置は、フライホイールの始動中とツールホルダの非使
用中は、クラッチを用いてフライホイールから切り離される。この切り離しによ
って、たとえば係数10または100に応じて、大きな減速を得るために小さな
体積の中でエネルギーを消費するといった、このタイプの減速装置によって生じ
るノイズを減らすことができる。According to an embodiment, the speed reducer is disengaged from the flywheel using a clutch during start-up of the flywheel and during non-use of the tool holder. This decoupling can reduce the noise generated by this type of speed reducer, such as consuming energy in a small volume to obtain a large speed reduction, depending on factors of 10 or 100, for example.
【0009】 回転速度によって誘導される機械的応力と、求められている締付けトルクの値
は、フライホイールによって貯えられる運動エネルギーの値、すなわち従来、そ
の質量、寸法及び回転速度の結果である値を規定する。このようにして定められ
たフライホイールの直径、幅、質量の値は、このタイプのツールホルダのために
通常使用される寸法と重量と両立するものである。[0009] The mechanical stress induced by the rotational speed and the value of the required tightening torque are determined by the value of the kinetic energy stored by the flywheel, ie, the value that is conventionally the result of its mass, dimensions and rotational speed. Stipulate. The flywheel diameter, width and mass values thus determined are compatible with the dimensions and weight normally used for this type of tool holder.
【0010】 添付の図面を参照して、独自の実施例を説明することで、本発明の他の特性と
利点が明らかになるだろう。 図1によって概略的断面図が示されているねじ締め機は、中央軸X’Xを有し
、以下を備える。 −軸X’Xの周りをほぼ取巻き、使用される刃(多目的機械の場合にはドリル、
または適合可能なあらゆる工具類)の締付けブシュ3に連結された軸2の回転を
引き起こす部品を有する外側ケース1。 −使用条件(ねじ止めする材料の性質、締付け力等々)に応じて行なわれるねじ
止めまたは穿孔に適した力を得るために、この実施例においては鋭利な歯をもつ
トルクリミッタ4。このトルクリミッタ4は、反作用ばね13によって位置調整
される。 −この例においては、遊星歯車装置5a及び5bで形成された減速装置5。各歯
車装置は、係数10の回転速度の減少を行い、減速装置は、たとえばディスク型
の電磁式クラッチのような、当業者によって良く知られたクラッチ装置7を介し
てフライホイール6に連結される。 −ディスク6bに取付けられ、孔のあいた側板6cによって閉鎖された周囲歯車
型慣性質量で形成されるフライホイール6。毎分15000回転の回転値と、5
0ニュートン−メートルの締付けトルクを得るために、フライホイールは、およ
そ1デシメートルの幅及び直径について4kgの質量を有する。[0010] Other features and advantages of the present invention will become apparent from the description of a unique embodiment thereof with reference to the accompanying drawings. The screwdriver whose schematic cross section is shown by FIG. 1 has a central axis X′X and comprises: -A blade which is substantially surrounded around the axis X'X and is used (drill, in the case of multipurpose machines,
Or an outer case 1 having components that cause rotation of the shaft 2 connected to a clamping bush 3 of any suitable tooling). A torque limiter 4 with sharp teeth in this embodiment in order to obtain a force suitable for screwing or drilling, depending on the conditions of use (the nature of the material to be screwed on, the clamping force, etc.). The position of the torque limiter 4 is adjusted by a reaction spring 13. -In this example, a reduction gear 5 formed by planetary gears 5a and 5b. Each gearing provides a reduction of the rotational speed by a factor of 10, and the reduction gear is connected to the flywheel 6 via a clutching device 7 which is well known by those skilled in the art, for example a disk-type electromagnetic clutch. . A flywheel 6 mounted on a disc 6b and formed of a peripheral gear type inertial mass closed by a perforated side plate 6c. A rotation value of 15,000 revolutions per minute, 5
To obtain a tightening torque of 0 Newton-meter, the flywheel has a mass of 4 kg for a width and diameter of approximately 1 decimeter.
【0011】 運転中、ツールホルダの慣性回転軸2bは、フライホイール6に取付けられた
後端部、すなわち、この実施例においては回転エネルギー源である、電動機8に
接続される。この電動機は、図面に示されているようにツールホルダの後方に取
付けることができる、または、切断平面Y’Yによって示されているような固定
部所に配置することができる。後者の場合、ツールホルダは、接続エレメントに
よってこの部所に接続される。In operation, the inertia axis of rotation 2b of the tool holder is connected to a rear end mounted on the flywheel 6, ie to a motor 8, which in this embodiment is a source of rotational energy. This motor can be mounted behind the tool holder as shown in the drawing, or it can be located at a fixed location as indicated by the cutting plane Y'Y. In the latter case, the tool holder is connected to this location by a connection element.
【0012】 回転エレメントのほとんどは、ケース1内に保持され、摩擦を生じない連結エ
レメントを介して、この実施例においてはボールベアリングを介して回転時に安
定化される。計算及び制御用チップ12に電気的に連結することによってホイー
ルの回転速度を決定することができるように、ホイール6内に組み込まされた固
定電極11の正面でケース1の中に、マイクロセンサ10が配置される。このチ
ップは、マイクロプロセッサと従来のコンポーネント(メモリ、トランジスタ、
フィルタ等々)を備え、従来通りの設計のものであるので、その説明は、本発明
の範囲外のことである。給電は、供給電圧が制御用チップによって調整される搭
載されたバッテリ(ここには図示されていない)によって行なわれる。Most of the rotating elements are held in the case 1 and stabilized during rotation via friction-free connecting elements, in this embodiment via ball bearings. The microsensor 10 is mounted in the case 1 in front of the fixed electrode 11 incorporated in the wheel 6 so that the rotational speed of the wheel can be determined by being electrically connected to the calculation and control chip 12. Be placed. The chip consists of a microprocessor and conventional components (memory, transistors,
Filters, etc.) and are of conventional design, so their description is outside the scope of the invention. Power is supplied by an on-board battery (not shown) whose supply voltage is regulated by a control chip.
【0013】 種々の運転段階、すなわち始動、作業、再始動、停止は以下のように行なわれ
る。 まず最初に、始動段階と呼ばれ、装置7のクラッチを切ることによって減速装
置から切り離されたフライホイール6は、あらかじめ設定された時間が経過した
後に一定の速度に到達するように、チップによって制御された段階的加速に応じ
て回転駆動される。1500回転/分の回転速度は、この実施例においては1.
5秒で得られる。The various phases of operation, ie, starting, working, restarting and stopping, take place as follows. First, the flywheel 6, which is called the start-up phase and is disconnected from the speed reducer by disengaging the device 7, is controlled by the chip to reach a constant speed after a preset time has elapsed. The rotation is driven in accordance with the stepwise acceleration. The rotation speed of 1500 revolutions / min is 1. in this embodiment.
Obtained in 5 seconds.
【0014】 したがって、この段階では、減速用歯車装置5a及び5bは、一つの歯車装置
についておよそ10%のエネルギーの損失を防ぐために駆動されない。こうして
切り離しによって、さらに、これら歯車装置によって発生するノイズの問題を克
服することができる。Thus, at this stage, the reduction gear trains 5a and 5b are not driven to prevent a loss of energy of approximately 10% for one gear train. The decoupling can thus further overcome the problem of noise generated by these gear trains.
【0015】 始動段階が終わると、すなわち、フライホイールが定格速度に達すると、クラ
ッチ7の適切な位置どりによって減速装置5をホイール6に連結することができ
るように、制御電極13が連動する。そのために、制御電極13は、制御用チッ
プに信号を送り、チップが、クラッチ7の中に適切な電磁場を確立することによ
ってクラッチ7の移動を開始する。それと平行して、フライホイール6は、接続
用エレメント14に働きかけることによって駆動用原動機8から切り離される。
この切り離しは、たとえば電磁式手段のように当業者によってよく知られた何ら
かの手段によって行なわれる。 作業段階が始まると、トルクと回転が、減速装置5とトルクリミッタ4を通し
て、ツールホルダ軸2aに伝達される。At the end of the starting phase, ie when the flywheel has reached its rated speed, the control electrode 13 is engaged so that the reduction gear 5 can be connected to the wheel 6 by the proper positioning of the clutch 7. To that end, the control electrode 13 sends a signal to the control chip, which starts the movement of the clutch 7 by establishing an appropriate electromagnetic field in the clutch 7. In parallel, the flywheel 6 is disconnected from the driving motor 8 by acting on the connecting element 14.
This disconnection is made by any means well known by those skilled in the art, such as, for example, electromagnetic means. When the work phase starts, the torque and rotation are transmitted to the tool holder shaft 2a through the reduction gear 5 and the torque limiter 4.
【0016】 フライホイールから切り離されることによって、使用可能なエネルギーは制限
される。その結果、ホイールの速度が、最小値、たとえば毎分1000回転に達
すると、駆動用原動機に再びつなぐことによってフライホイールの回転を再始動
させることが必要になることもある。この設定された最小速度がマイクロセンサ
によって測定されると、チップは、駆動用原動機への接続を制御し、オペレータ
に再始動の必要性を知らせる。この再始動段階中は、減速装置は、チップの制御
によって、自動的にフライホイールから切り離される。作業段階中は、数回の再
始動が必要になる場合もある。 行うべき作業が終了すると、フライホイールは、残留しているすべての運動エ
ネルギーを供給し、トルク作用を発生させずにツールホルダを引抜くことができ
る。By disconnecting from the flywheel, the available energy is limited. As a result, when the wheel speed reaches a minimum value, eg, 1000 revolutions per minute, it may be necessary to restart the flywheel rotation by reconnecting to the driving prime mover. When this set minimum speed is measured by the microsensor, the chip controls the connection to the drive prime mover and informs the operator of the need for a restart. During this restart phase, the reduction gear is automatically disconnected from the flywheel under the control of the tip. During the work phase, several restarts may be required. At the end of the work to be performed, the flywheel can supply all remaining kinetic energy and withdraw the tool holder without generating a torque effect.
【0017】 独自の実施例においては、駆動用原動機は、図2に概略的に示されているよう
に、ツールホルダに組み込まれた電動機である。この実施例においては、駆動用
原動機の周囲エレメント8a、通常、固定子は、ピン15を用いて制動された中
央エレメント8bによって回転駆動される。この中央エレメントは、通常、電動
機の回転子である。このとき、周囲エレメント8aは、フライホイールの役割を
果たし、クラッチ装置7を通して減速装置5bに直接連結される。In a unique embodiment, the drive prime mover is an electric motor integrated into a tool holder, as shown schematically in FIG. In this embodiment, the surrounding elements 8a of the driving prime mover, usually the stator, are rotationally driven by a central element 8b which is braked by means of a pin 15. This central element is usually the rotor of the electric motor. At this time, the surrounding element 8a serves as a flywheel and is directly connected to the reduction gear 5b through the clutch device 7.
【0018】 周囲エレメント8aはまた、ケース1内のボールベアリング9に取付けられる
。このときマイクロセンサ10’は、この周囲エレメント上に組み込まれた回転
数算出用の固定電極11’の正面のケースの中に配置される。従来の駆動用電動
機の中で通常使用されるこのような周囲エレメントの寸法、とりわけ外径Dと内
径dは、先に説明した条件においてフライホイールとして使用するのに直接的に
適合するような値を有する。このようにして、他のフライホイールを使用する必
要なく、このタイプの電動機を直接使用することが可能になり、その結果、製造
コストの節約ができる。The surrounding element 8 a is also mounted on a ball bearing 9 in the case 1. At this time, the microsensor 10 'is disposed in a case in front of the fixed electrode 11' for calculating the number of revolutions incorporated on the peripheral element. The dimensions of such peripheral elements commonly used in conventional drive motors, in particular the outer diameter D and the inner diameter d, are such that they are directly compatible with use as a flywheel under the conditions described above. Having. In this way, it is possible to use this type of motor directly, without the need to use another flywheel, and consequently save on manufacturing costs.
【0019】 本発明は以上に説明し、図示された例に限定されるものではない。本発明はあ
らゆるタイプのツールホルダ、フライス盤、グラインダ、裁断機、せん断機また
は工作機械に適用されるとともに、可搬式であってもなくてもあらゆるツールホ
ルダ、または多軸式または短軸式のあらゆる荷役ロボットにも適用される。フラ
イホイールの質量と寸法の適合値は、到達すべき締付けトルクと回転速度の値に
応じて計算される。それらの値は、環状フライホイールの慣性極モーメントの計
算と、フライホイールの形状に応じてつくりだされる式から、当業者によって算
出される。さらに、あらゆる回転エネルギー源、すなわち電動機、空気式電動機
、水力電動機またはタービン式原動機もまた適合させ、使用することができる。The present invention has been described above and is not limited to the illustrated example. The invention applies to all types of tool holders, milling machines, grinders, cutters, shears or machine tools and to any tool holder, whether portable or non-multi-axis or short-axis Also applies to cargo handling robots. The adaptation values of the flywheel mass and dimensions are calculated according to the values of the tightening torque and the rotational speed to be reached. Those values are calculated by those skilled in the art from the calculation of the moment of inertia of the annular flywheel and the formulas created depending on the shape of the flywheel. In addition, any source of rotational energy, i.e., electric motors, pneumatic motors, hydraulic motors or turbine motors, can also be adapted and used.
【図1】 駆動用原動機が取付けられていない本発明によるねじ締め機の一例を概略的に
示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a screw driving machine according to the present invention without a driving motor attached thereto.
【図2】 固定子がフライホイールの役割を果たす本発明によるツールホルダに取付けら
れた電動機を概略的に示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view schematically showing an electric motor mounted on a tool holder according to the present invention, in which a stator plays a role of a flywheel.
Claims (9)
2a)のための回転エネルギー源(8)を有する、トルク反力をもたない回転駆
動型ツールホルダであって、回転エネルギー源(8)によって一時的に回転駆動
され、減速装置(5)とトルクリミッタ(4)を介して工具類をホールドする軸
(2a)を回転駆動させるために貯えられる運動エネルギーを復元するフライホ
イールを備えることを特徴とするツールホルダ。A rotary axis (1) for holding tools around an axis (X'X).
A rotationally driven tool holder without torque reaction, comprising a rotational energy source (8) for 2a), which is temporarily rotationally driven by the rotational energy source (8), A tool holder comprising a flywheel for restoring kinetic energy stored for rotationally driving a shaft (2a) for holding tools via a torque limiter (4).
固定部所に配置され、一時的な接続手段が、ツールホルダのフライホイールの軸
と、駆動用原動機の軸との間に設けられることを特徴とする請求項1に記載のツ
ールホルダ。2. The rotary energy source of the flywheel is arranged at a fixed place other than the tool holder, and a temporary connecting means is provided between the axis of the flywheel of the tool holder and the axis of the driving motor. The tool holder according to claim 1, wherein the tool holder is provided.
込まれ、始動段階中は、フライホイールは徐々に加速されることを特徴とする請
求項1に記載のツールホルダ。3. The tool holder according to claim 1, wherein the flywheel rotational energy source is integrated into the tool holder, and the flywheel is gradually accelerated during the starting phase.
a)とで構成される電動機(8)であるので、回転子は制動され、解放された固
定子は、有利にはツールホルダの慣性回転軸(2b)と連結されることによって
フライホイールを構成することを特徴とする請求項3に記載のツールホルダ。4. A drive source comprising: a rotor (8b); and a stator (8) surrounding the rotor.
a), the rotor is braked and the released stator is advantageously connected to the inertia axis of rotation (2b) of the tool holder to form the flywheel. The tool holder according to claim 3, wherein:
て回転駆動されることを特徴とする請求項3または4に記載のツールホルダ。5. The tool holder according to claim 3, wherein the flywheel (6) is rotationally driven by a stepwise acceleration during the starting phase.
用中は、クラッチを用いてフライホイールから切り離されることを特徴とする請
求項1から5のいずれか一項に記載のツールホルダ。6. The method according to claim 1, wherein the speed reducer is disengaged from the flywheel by a clutch during start-up of the flywheel and during non-use of the tool holder. Tool holder.
に連結された外側軸(2a)の回転を引き起こす部品を有する外側ケース(1)
と、 −反作用ばね(13)によって位置調整されるトルクリミッタ(4)と、 −2つの遊星歯車装置(5a、5b)で形成された減速装置5であって、クラ
ッチ装置(7)を介してフライホイール(6)に連結される減速装置とを備える
ことを特徴とし、さらに、 −フライホイール(6)が、ディスク(6B)に取付けられた周囲歯車型慣性
質量(6a)で形成され、孔のあいた側板(6c)によって閉鎖され、 −フライホイール(6)と減速装置(5)とトルクリミッタ(4)が、ケース
(1)の中に保持され、摩擦を生じない連結エレメント(9)を介して回転時に
安定化され、 −マイクロセンサ(10)が、計算及び制御用チップ(12)に電気的に連結
することによってホイールの回転速度を決定することができるように、ホイール
(6)内に組み込まされた固定電極(11)の正面でケース(1)の中に配置さ
れることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のツールホルダ。7. A tool bushing 3 which substantially surrounds the axis (X'X).
Outer case (1) having a part for causing rotation of an outer shaft (2a) connected to the outer case (1)
-A torque limiter (4) whose position is adjusted by a reaction spring (13); and-a reduction gear 5 formed by two planetary gear units (5a, 5b), via a clutch device (7). A speed reducer coupled to the flywheel (6), further comprising:-a flywheel (6) formed by a peripheral gear type inertial mass (6a) mounted on a disc (6B); The flywheel (6), the speed reducer (5) and the torque limiter (4) are held in the case (1) by a friction-free connecting element (9). Stabilized during rotation through the wheel, so that the microsensor (10) can determine the rotation speed of the wheel by electrically connecting to the calculation and control chip (12). Tool holder according to any one of claims 1 6, characterized in that disposed inside the case (1) in front of the Le (6) incorporated, fixed electrodes in the (11).
特徴とする請求項7に記載のツールホルダ。8. The tool holder according to claim 7, wherein the clutch device (7) is of a disk-type electromagnetic type.
タービンの中から選択されることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に
記載のツールホルダ。9. The rotary energy source is an electric motor, a pneumatic motor, a hydraulic motor,
The tool holder according to claim 1, wherein the tool holder is selected from turbines.
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