JP4008814B2 - プラットフォームの直動位置決め用装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、プラットフォームの直動位置決め用装置に関し、特に、長さ不変の関節式ロッドを備えたツールマウントに関し、その第１の端はプラットフォームにヒンジ留めされ、その第２の端は、それぞれ、独立したレールに装着されたスライディングブロックに連結され、それぞれのプラットフォーム上の連結点およびスライディングブロック上の連結点は、直線上にはなく、関節式ロッドは、互いに対しても共有平面に対しても平行に走らない構成となっている。
【０００２】
そのような装置は、たとえば、ハイゼル／ヘスターマン（Ｈｅｉｓｅｌ／Ｈｅｓｔｅｒｍａｎｎ）、ＨＫ５／１９９９、７２、７４から、ヘキサグライドとして公知である。スライディングブロックを移動することは、レールに対して垂直な長さ不変の関節式ロッドの連結点の間の距離を変え、したがって、プラットフォームの空間における位置および配向を変える。たとえば平行運動によって、自由度を抑制することによって、必要な運動の方向へ駆動装置の数を限定することも公知である。
【０００３】
たとえば、米国特許第４，９７６，５８２号には、３つの平行四辺形が、プラットフォームの周囲に互いに対して１２０度ずれて配置される装置が提案されている。プラットフォームから向きがそれている端で、平行四辺形は各々が制御ロッドに接続され、それ自体が、シャフトによって互いに対してやはり１２０度ずれた固定基部プレートに連結される。これらの制御ロッドの各々は、プラットフォームを動かすために、基部プレート上でシャフト軸を中心にして駆動装置によって旋回することができる。制御ロッドを旋回する代わりに、直線ガイドに沿って移動することもでき、ガイドは互いに対して１８０度ずれてプラットフォームのまわりに配列され、したがって互いに対して半径方向に走る。
【０００４】
また、欧州特許第０４９１６１３Ｂ１号から、互いに対して１２０度ずれた基部プレートの周囲に配列された平行ガイドを経由して、プラットフォームが動かされる装置が公知である。
【０００５】
これらの公知の装置の不利点は、垂直方向および水平方向の両方で、プラットフォームを動かすかまたは位置決めすることができる作業領域に対して、比較的大きな建造領域が必要であり、それによって接近性も妨げてしまうということである。加えて、複雑な構造のため、コストがかかる。
【０００６】
対照的に、本発明の目的は、作業領域／建造領域比率を上げ、接近性を改良し、コスト出費を低下するようなやり方で、包括的な機構を改良することである。
本発明によると、この課題は、３つの独立したスライディングブロックおよび付随する最初の関節式ロッドのみが存在し、スライディングブロック上の連結点の少なくとも１つがレール軸に対して変位した位置に配置され、かつすべてのスライディングブロックが同一レール上に配列され、プラットフォームは３つの制限ガイドを有し、各々が１つのスライディングブロックにまたは付随する第１の関節式ロッドに留められ、各々がプラットフォームをスライディングブロックに対して２本の回転軸のみを中心にして１回転するのを可能にし、一方、第３の回転軸を中心にして回転するのを防止し、それぞれの第３の回転軸は互いに対して平行には位置せず、共有平面に位置しないという事実によって、冒頭に述べられた種類の機構で達成される。
【０００７】
本発明によるこの解決法においては、プラットフォームを空間的に位置決めするために、１本のレールが必要なだけである。３つの独立して駆動されたスライディングブロックは、このレール上で、一方が他方の背部に順次配列され、レール軸に対してずれた少なくとも１本の関節式ロッドに連結される。このスライディングブロックを３つの制限ガイドと連結して、プラットフォームの空間における安定した位置を確実にする。
【０００８】
スライディングブロックをこの１本のレールに沿って個別に適切に動かすことによって、すなわち、スライディングブロックをこの１本のレールに互いに対して適切に位置決めすることによって、プラットフォームは、レールの長手方向に対して横切った所望の位置に配置される。１本のレール上に３つすべてのスライディングブロックを別個に配列することは、レールを横切るのに必要な空間を減少することになる。この解放された空間は、機械加工されるべき工作物をより容易に導入するために、または、より狭い空間条件で本発明にしたがった機構を備えた工作機械または機械加工機器を設定するために使用することができる。
【０００９】
１本のみのレール上に３つすべてのスライディングブロックを配列することは、スライディングブロックによって、コスト効果的に駆動要素を共有使用することも可能にする。たとえば、ボールねじスピンドル、歯付ラック、または、二次リニアモータラインをレール内に作ることができ、一方、スライディングブロックは、それぞれの付随する駆動要素を呈し、それによって他の２つのスライディングブロックから独立して駆動することができる。たとえば、スライディングブロックが共有された二次ライン上のリニアモータによって駆動されるのであれば、スライディングブロックはそれぞれの一次部品を呈する。
【００１０】
本発明の基礎をなす目的は、３つの独立したスライディングブロックおよび付随する第１の関節式ロッドのみが存在し、すべてのスライディングブロックは、プラットフォームを位置決めするために設けられた空間の隣に水平に同一側部に配列され、本質的に互いに平行にルートづけられ、３つの制限ガイドがプラットフォーム用に設けられ、各々が１つのスライディングブロックにまたは付随する第１の関節式ロッドに留められ、各々がプラットフォームをスライディングブロックに対して２本の回転軸のみを中心にして１回転するのを可能にし、第３の回転軸を中心にして回転するのを防止し、それぞれの第３の回転軸は互いに対して平行には走らず、共有平面にないという事実によっても達成される。
【００１１】
本発明によるこの解決法において、３つの独立した駆動されたスライディングブロックは、プラットフォーム用に設けられた作業空間の隣に水平に配列され、これが全体的な高さを減少し、作業領域を他方の水平側部および上部の両方から完全に自由に接近することができるようにする。本発明による機構が装備された工作機械の場合には、機械加工されるべきツールはクレーンで上部からまたは側部から導入するかまたは除去することが可能である。結果として、操作はほとんど制限を受けず、それぞれの必要条件に多様に適合可能である。プラットフォームの作業空間の隣に配列された複数または単数のレールの他の利点は、そのような機構は、既に利用可能な従来の機械加工概念に基づいて容易に作ることができ、また、レール（単／複）用の装着装置または取付装置は、たとえば直角の形態に、機械加工されるべき工作物用の工作機械の装着装置または取付装置を備えた単一片として容易に設計することができるということである。加えて、レールはこの装置の対向する側部の両方に留めることができるため、２つの隣接する工作機械の間に、装着装置または取付装置を１つしか設ける必要がない。
【００１２】
この場合も、有利な実施形態は、レール軸に対してずれたスライディングブロック上に少なくとも１つの連結点を有し、すべてのスライディングブロックは同一レール上に配列される。これらの措置によって全体的高さをさらに減じるだけではなく、コストをさらに減じる。
【００１３】
本発明の有利なさらなる展開において、すべてのスライディングブロックが１本のレール上のみに配列されるのであれば、中間スライディングブロック上の連結点はレールの一方の側部に移動され、他方のスライディングブロック上の２つの連結点はレールの他方の側部に対してずれている。これによって、連結点の間の距離はレールの長手方向を横切って可能な限り大きくなり、したがって、長さ不変の関節式ロッドおよびプラットフォームから構成される構造物の剛性を、可能な限り高くすることができる。
【００１４】
好ましくは、スライディングブロックおよびプラットフォームは、その面する側で、相互に平行な面を呈する。これらの手段によって、制限ガイドの設計を単一化することができ、したがって設計および装着を簡略化することができる。
【００１５】
本発明の好適な実施形態において、少なくとも１つの制限ガイドを設定するかまたは形成するために、第２の長さ不変の関節式ロッドが第１の関節式ロッドの隣に走り、両方の関節式ロッドが平行四辺形を形成する。これらの措置の補助で、制限ガイドの特に安価な設計を達成することができる。
【００１６】
しかし、少なくとも１つの制限ガイドを設定するために、たとえば、第１の関節式ロッドの２つの端を分岐し、第１の回転軸を中心にして旋回することができるように第１の制限ガイド要素を各分岐に装着し、第１の回転軸に平行に走らない第２の回転軸を中心にして旋回することができるように第２の制限ガイド要素を第１の制限ガイド要素に装着し、第２の制限ガイドをプラットフォームにまたは付随するスライディングブロックにしっかり留めることも可能である。
【００１７】
本発明にしたがって、上述の機構を備えた工作機械がさらに提案され、ツールはプラットフォームに留められる。
この場合、ツールは、プラットフォームに対して旋回することができるように設計されることが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明は、上述の機構を備えた運搬装置を提案し、運搬されるべき物品用の装着装置はプラットフォームに留められる。
【発明の実施の形態】
【００１９】
本発明は、図面に基づいて、下記により詳細に説明される。
図面に示される本発明による機構の実施形態は、プラットフォーム１と、長さ不変の連結ロッド２ａ、２ｂと、スライディングブロック３と、１本のみのレール４とを有し、レール４上にすべてのスライディングブロック３が配列され、それに沿って移動することができる。
【００２０】
関節式ロッド２ａ、２ｂは、プラットフォーム１をスライディングブロック３と共に繋ぎ、プラットフォーム１を静止して安定した位置に保持する。スライディングブロック３をレール４に沿って移動することは、プラットフォーム１の位置をｘ、ｙおよびｚ方向に変え、可能な最大位置がプラットフォーム１の作業領域を決定する。プラットフォーム１の配向は、ここでは一定のままであり、すなわち、領域内での整列配置、したがって、スライディングブロック３またはレール４に対しての整列配置は変化しない。
【００２１】
スライディングブロックは、ＣＮＣ軸を経由して互いに対して横切ることができる。レール４上のスライディングブロック３の走行運動が、関節式ロッド２ａ、２ｂの連結を経由してプラットフォーム１の空間的な動きを発生させる。ＣＮＣコントローラの運動依存リアルタイム変形が、スライディングブロック３の動きを計算し、そうしながら、プラットフォーム１のＸ、Ｙ、Ｚ座標系に所定の経路を生成する。
プラットフォーム１は、エンドエフェクターとも呼ばれ、レールの長手方向に対して、断面が直角三角形となるよう設計され、直角を形成する面５、６は、垂直にまたは水平に整列配置され、傾斜面７は約４５度で走り、レール４（図１）に面する。ツール８、たとえばフライス主軸は、プラットフォーム１の垂直面５に固定され、水平面６の下方に突出する。
【００２２】
３本の第１の長さ不変の関節式ロッド２ａおよび３本の第２の長さ不変の関節式ロッド２ｂが、カルダン継手９を経由してプラットフォーム１の傾斜面７に固定され、２本の第１の関節式ロッド２ａが、傾斜面７上の突起物１０に取り付けられ、その下部縁は、レールの長手方向に、垂直および水平の面５、６上に延在する。
【００２３】
第３の、中間関節式ロッド２ａは、傾斜面７の頂縁に留められる。第１および第２の関節式ロッド２ａ、２ｂは互いに対して平行に走り、長さが等しく、また各々がカルダン継手１１でスライディングブロック３に取り付けられ、それぞれのスライディングブロック３は、レール軸４ａに対して下方に変位した２本の外側の関節式ロッドと、レール軸４ａに対して上方に変位した中間の関節式ロッド対と、をそれらに留めている。したがって、これらの３本の関節式ロッド対の各々は平行四辺形１２、１３、１４を形成する。
【００２４】
３つの平行四辺形１２、１３、１４は、プラットフォーム１用の３つの制限ガイドをそれぞれ形成する。各平行四辺形１２、１３、１４は、レール４上の各スライディングブロック３の位置が相対的に変化することよりプラットフォーム１は各平行四辺形１２、１３、１４の変形を伴いながら２本の回転軸を中心にして回転または旋回するのを可能にし、かつプラットフォーム１が平行四辺形平面に垂直に走る回転軸を中心にして旋回するのを防止する。
【００２５】
平行四辺形１２、１３、１４は、互いに対しても共有平面に対しても平行に走らず、すなわち、平行四辺形１２、１３、１４は、異なる３空間方向にそれぞれ延在する。これによって、３本のすべての可能な独立した空間的回転軸を中心にしてプラットフォーム１が回転することが防止されるため、プラットフォーム１がその作動領域内でスライディングブロック３に対して回転変位するのを防止する。
【００２６】
プラットフォーム１から向きがずれている関節式ロッド２ａ、２ｂの端は、カルダン継手１１によってスライディングブロック３に取り付けられ、各平行四辺形１２、１３、１４は適切なスライディングブロック３に連結される。
【００２７】
プラットフォーム１と同様に、３つのスライディングブロック３の各々は、直角三角形の形態で断面的に長手方向に対して横切って設計され、直角を形成する面１５、１６もまた、垂直にまたは水平に整列配置され、傾斜面７は約４５度で走り、プラットフォーム１に面する。平行四辺形の関節式ロッド２ａ、２ｂは、これらのの傾斜面１７に連結される。
【００２８】
スライディングブロック３が順に次々と配列されるレールまたはガイド路４は、作業空間の隣に、すなわち、たとえば機械加工されるべき工作物１８の隣にも、水平に位置する。レール４は、一連のＬ字型キャリヤ１９に留められ、スライディングブロック３はＬの一方のレッグの内部に留められ、工作物１８はＬの他方のレッグの同一内部に留められる。プラットフォーム１の位置、または、プラットフォーム１に留められたツール８の位置は、１つのまたは２つのまたは３つのスライディングブロック３を互いに対して対応して移動することによって、設定される。このようにして、ツール８を、Ｙ方向に、すなわち、レール４に水平に横切って、且つ、Ｚ方向に、すなわち、レール４に垂直に横切って、位置決めすることができる。加えて、これによってツール８をＸ方向に、すなわち、レール４の方向に、限定して位置決めすることもできる。しかし、ガイド路４に沿って対応するやり方で３つすべてのスライディングブロック３を均一に移動することは、Ｘ方向に移動することを容易にし、より長い経路でそうすることの唯一の方法である。
【００２９】
図１と図２とを比較することによって、ツール８を１つの位置から工作物１８を経由して対角線方向に且つ窪みに工作物１８へ向けて移動するために、スライディングブロック３をガイド路４上に且つ互いに対して対応して移動するのを示す。
【００３０】
図１で、留められたフライス主軸８を備えたプラットフォーム１は、支持台２０またはその上にある機械加工されるべき工作物１８に対して左後部位置にあり、フライス主軸８は、工作物１８から離れて垂直に配列される。図２で、フライス主軸８を備えたプラットフォーム１は、支持台２０に対して右前部位置にあり、フライス主軸８は、工作物１８上に座す。
【００３１】
すべてのスライディングブロック３用の単一の供給要素が、ガイド路４内に作られ、スライディングブロック３は、供給要素上で互いから独立して動くことができる。スライディングブロック３は、様々な駆動装置によって、たとえば、レール４に一体化されたボールねじスピンドルかまたは歯付ラック２１を使用することによって（図３に示されるように）、または、二次リニアモータラインとしてレール４を設計することによって、ガイド路またはレール４上を動くことができる。結果として、スライディングブロック３は、リニアモータ２の歯車装置およびサーボモータすなわち一次部品２２を呈し、ＣＮＣコントローラによって制御される。図４は、スライディングブロック３に留められた一次部品２２を備えたそのようなリニアモータ駆動装置を示す。必要な直線測定システムは、明瞭化のために図面には示されていない。
【００３２】
スライディングブロック上のそれぞれの制限ガイドは、いずれの適切なやり方で配向するかまたは整列配置することができる。たとえば、図１および２に示される中間平行四辺形１３は、レールまたはガイド軸４ａに対して直角にすなわち垂直に整列配置される。別の実施形態（図５）において、この中間平行四辺形１３は、レールまたはガイド軸４ａに対して平行にすなわち水平に整列配置される。両方の外側の平行四辺形１２および１３も、特定のそれぞれの必要条件に適合されることができる。たとえば、これらの平行四辺形１２、１４のそれぞれの上部関節式ロッド２ｂは、図１および２の例によって示される機構では中間平行四辺形１３へ向けて移動され、一方、図５にしたがった実施形態では、外部へ向けて反対方向に移動される。
【００３３】
図６は、本発明による機構または装置の第３の実施形態を示す。この実施形態では、制限ガイドの１つのみが平行四辺形１３として設計され、一方、他の２つの制限ガイドは、その２つの端が各々分岐している関節式ロッド２´ａから構成される。第１の制限ガイド要素２４は、第１の回転軸２５を中心にして旋回することができるように各分岐２３に装着され、関節式ロッド２´ａのこれらの２本の第１の回転軸２５は互いに対して平行に走っている。第２の制限ガイド要素２６は、第２の回転軸２７を中心にして旋回することができるように各第１の制限ガイド要素２４に装着され、第２の回転軸２７は第１の回転軸２５に対して垂直に走る。第２の制限ガイド要素２６は、プラットフォーム１または付随するスライディングブロック３にしっかりと固定される。第１および第２の制限ガイド要素２４、２６は各々が、回転軸を中心にして回転することを可能にし、すなわち、２本の回転軸２５、２７を中心にして結合回転することを可能にし、第１の２本の回転軸２５、２７に対して垂直である第３の回転軸を中心にしてプラットフォームが回転または旋回するのを防止する。
【００３４】
図７に示されるように、旋回可能なツールまたは作業集成装置２８を、プラットフォーム１に、描かれた実施形態の下部水平面６に、留めることができる。そのような複合旋回ユニット２８は、フライスモータ、レーザカッティングヘッド、ウォーターカッティングヘッド、ピニオンカッター、ガラスカッター、穿孔集成装置等であってもよい。このようにして、２軸旋回ユニット２８を使用して、プラットフォーム１を５軸工作機械内に直進位置決めするために、本発明にしたがった機構で工作機械を拡張する。
【００３５】
図８は、取扱目的のために本発明にしたがった機構の使用を示す。図示の実施形態において、本発明による３つの機構２９が、運搬装置３０内に作られる。レール４はキャリヤ３１のいずれかの側に留められ、それぞれ３つのスライディングブロックに取り付けられた関節式ロッドは、明瞭のために図示されない。機構２９は、図８には見えない背部レール４内を走り、一方、２つの機構２９は、前部の見えるレール４内を走る。運搬されるべき物品３３用の装着装置は、プラットフォーム１に、たとえば、特別なグリッパーまたは真空吸引装置へ留められる。特に、本発明による機構２９が、一方の側部のみまたは１側部につき１レールしか有さないときには、たとえば、一方の側部のすべてのスライディングブロックが、この１本のレール４上に配列されるときには、空間節約的でコスト効果的な運搬装置３０を設定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】工作機械の一部として本発明による機構の第１の実施形態の斜視図である。
【図２】図１の機構であり、プラットフォームの位置は図１に対して変えられている。
【図３】図２の機構の側面図であり、スライディングブロック用の歯付ラック駆動装置を備えている。
【図４】拡大した尺度でリニアモータ駆動装置を備えたスライディングブロックの側面図である。
【図５】本発明による機構の第２の実施形態の図１に類似した斜視図であり、レールおよび工作物なしで示される。
【図６】本発明による機構の第３の実施形態の図１に類似した斜視図であり、レールおよび工作物なしで示される。
【図７】旋回可能なツールがプラットフォームに取り付けられた図１または２の機構である。
【図８】本発明による運搬装置の斜視図である。

Claims (10)

1. プラットフォームを直動位置決めするための装置であって、特に、長さ不変の関節式ロッドを備えたツールマウントであって、その第１の端は前記プラットフォームにヒンジ留めされ、その第２の端は、それぞれ、独立したレールに装着されたスライディングブロックに連結され、それぞれの前記プラットフォーム上の連結点および前記スライディングブロック上の連結点は、直線上にはなく、前記関節式ロッドは、互いに対しても共有平面に対しても平行に走らない装置において、
   ３つの独立したスライディングブロック（３）には連結点（１１）を介して関節式ロッド（２ａ）が設けられ、
   前記スライディングブロック（３）上の連結点（１１）のうち少なくとも１つの連結点（１１）がレール軸（４ａ）を基準として他の連結点（１１）と変位した位置に配置され、
   すべてのスライディングブロック（３）は同一レール（４）上に配列され、
   前記プラットフォーム（１）は更に関節式ロッド（２ｂ）を有し、
   当該関節式ロッド（２ｂ）の各々は各スライディングブロック（３）にそれぞれ留められ、
   前記関節式ロッド（２ａ）及び当該関節式ロッド（２ｂ）により制限ガイドとしての３つの平行四辺形（１２、１３、１４）が形成され、
   それぞれのスライディングブロック（３）がレール（４）上を相対的に移動することによりこの平行四辺形（１２、１３、１４）の変形を伴いながらプラットフォーム（１）はＸ軸方向、Ｘ軸に直交するＹ軸方向及びこれらＸ軸及びＹ軸が位置する平面に直交するＺ軸方向に移動が可能に構成され、
   かつ各平行四辺形（１２、１３、１４）は相互に異なる平面に位置することにより当該プラットフォーム（１）がこれら平行四辺形（１２、１３、１４）に垂直に位置する軸を中心として回転するのを防止するよう構成したことを特徴とするプラットフォームの直動位置決め用装置。
2. 前記３つの制限ガイドのうち、少なくとも一つは平行四辺形に代えて関節式ロッド（２´ａ）として構成され、この関節式ロッド（２´ａ）は第１の回転軸（２５）を中心として回動する第１の制限回動要素（２４）とこの第１の回転軸（２５）と直交する第２の回転軸（２７）を介して回動する第２の制限回動要素（２６）を介してその両端がプラットフォーム（１）及びスライディングブロック（３）にそれぞれ接続していることを特徴とする請求項１記載のプラットフォームの直動位置決め用装置。
3. 前記関節式ロッド（２´ａ）は３つのスライディングブロック（３）のうち中央のスライディングブロック（３）を除いた両側のスライディングブロック（３）に対してそれぞれ取り付けられたことを特徴とする請求項２記載のプラットフォームの直動位置決め用装置。
4. 平行四辺形或いは関節式ロッド（２´ａ）からなる制限ガイドが接続する３つのスライディングブロック（３）のうち、中央に位置するスライディングブロック（３）の制限ガイド取付位置はレール（４）のレール軸（４ａ）よりも上方に位置し、かつ当該中央のスライディングブロック（３）の両側に位置する各スライディングブロック（３）における制限ガイド取付位置は前記レール軸（４ａ）よりも下方に位置するよう構成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のプラットフォームの直動位置決め用装置。
5. 前記スライディングブロック（３）の傾斜面（１７）と前記プラットフォーム（１）の傾斜面（７）は対向しかつ平行に位置するよう構成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプラットフォームの直動位置決め用装置。
6. 少なくとも１つの制限ガイドを設定するために、第２の関節式ロッド（２ｂ）が第１の関節式ロッド（２ａ）の隣に平行して位置し、両方の関節式ロッド（２ａ、２ｂ）及び平行に位置する前記スライディングブロック（３）の傾斜面（１７）と前記プラットフォーム（１）とにより平行四辺形（１２、１３、１４）を形成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のプラットフォームの直動位置決め用装置。
7. ツール（８、２８）が前記プラットフォーム（１）に留められる請求項１乃至６のいずれかに記載のプラットフォームの直動位置決め用装置。
8. 前記ツール（２８）は前記プラットフォーム（１）に対して旋回することができることを特徴とする請求項７項記載のプラットフォームの直動位置決め用装置。
9. 運搬されるべき物品（３３）用の装着装置（３２）が前記プラットフォーム（１）に留められる請求項１〜７のいずれかに記載の記載のプラットフォームの直動位置決め用装置。
10. キャリア（３１）の両側面のうち少なくとも一方の側面に対してレール（４）が設けられ、当該レールには前記プラットフォーム（１）を有する機構（２９）が１以上設けられていることを特徴とする請求項９記載のプラットフォームの直動位置決め用装置。

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