JP4806161B2 - 平行位置決め機構、特に、機械加工および／またはマニュピレーションおよび／または測定用の平行位置決め機構 - Google Patents

Description

本発明は、平行位置決め機構に関し、特に、機械加工および／またはマニュピレーションおよび／または測定用の平行位置決め機構に関し、たとえば、工具、工作物、測定装置等を担持するかおよび／またはマニュピレートするためのプラットフォームから構成され、プラットフォームは、少なくとも１つの位置決めアームによって機械フレームに接続される。

近年、主に機械加工工具に使用するために、ロボット等のマニュピレーション用の複数の平行位置決め機構が提案され、製造されている。マニュピレータおよびロボットは、平行位置決め機構が実施された最初の装置であった。直列ロボットに使用される機構と比較するとき、その利点は、とりわけ、剛性が増し、力学が改良されることにある。より高い剛性は、格子構造（ｌａｔｔｉｃｅｗｏｒｋ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）としてまさに本質的に平行アームによって与えられる。改良された力学は、駆動装置をフレームに装着することができ、直列ロボットでは可動アームで動く必要がなく、その結果、可動機械部品の重量が軽くなるという事実に見られる。既存の位置決め機構の不利点は、個々の位置がより頻繁に発生することであり、これが作業空間を制限する。個々の位置において、機構は過剰なほどに自由度を有し、その剛性は失なわれる。

多くの平行位置決め機構の別の不利点は、平行アームが機械のフレームに、若しくは他方の端で工具を担持するプラットフォームに、球形ジョイントによって接続されるため、力が点接触を通じて伝達され、よって、剛性の低下につながることにある。また、ジョイントが、動きの限られたユニバーサルジョイントとして構成される場合も同様である。

前述の不利点および不都合の大部分は、本発明による平行位置決め機構によって解消される。本発明は、本質的に、プラットフォームが、少なくとも３つの回転可能なジョイントを介して少なくとも１つの摺動ガイドにジョイント接続され、回転可能なジョイントのうち少なくとも２つは摺動ガイドに接続するために位置決めアームに配置され、回転可能なジョイントの回転の軸は、相互に平行であることにある。プラットフォームは、少なくとも１つの位置決めアームを介して少なくとも１つの摺動ガイドにジョイント接続され、さらに、摺動ガイドとの直接接続のための回転可能なジョイントに接続される。この直接接続は少なくとも３つの更なる位置決めアームに取って代わられる場合がある。

有利には、摺動ガイドは直線に沿って延在する。

プラットフォームは、１つの摺動ガイドに接続されてもよく、１つの位置決めアームによってこの摺動ガイドまたは別の摺動ガイドに接続されてもよい。

あるいは、プラットフォームは、１つの摺動ガイドに接続されてもよく、２つの位置決めアームによってこの摺動ガイドまたは別の摺動ガイドに接続されてもよい。

別の実施形態において、プラットフォームは、４つの位置決めアームによって少なくとも２つの摺動ガイドにジョイント接続されてもよい。

別の実施形態において、プラットフォームは、４つの位置決めアームによって４つの摺動ガイドにジョイント接続されてもよい。

プラットフォームの回転可能なジョイントの回転の軸の、それらに垂直な平面への突出は、台形を形成する。

摺動ガイドは、１本または２本の直線に平行であるか、または、相互に交差する関係である。

位置決めアームは、ナットを備えたボールねじによって駆動モータに、またはリニア駆動装置によって、運動学的に接続される位置決め可能キャリッジによって摺動ガイドに接続される。

プラットフォームには並進可能なチャックが設けられるか、または、並進可能な作業サポートが機械の正面または基部に配置される。

摺動ガイドは、機械のフレームに配置され、これは、機械の基部に対して変位可能であってもよい。

単一の位置決めアームによってプラットフォームを摺動ガイドに直接接続することによって、または、３度の自由運動のために過剰なたとえば４つの位置決めアームを使用することによってプラットフォームを摺動ガイドに接続することによってでさえ、平面の角度位置が永久的に一定に保持されることができる本発明による平行な位置決め機構の構造は、作業スペースのサイズにおける重要な増加と、同時に、剛性および力学の機械的特製の改良された均一性の達成とを意味する。すべてのジョイントに回転可能なジョイントを使用することは、剛性の増加に寄与する。

回転可能なジョイントによっておよび単一の位置決めアームによってプラットフォームを摺動ガイドに直接固定することは、または、プラットフォームを摺動ガイドに接続するために過剰な位置決めアームを使用することは、異常点の発生を減少する。過剰な位置決めアームは、機械の作業スペースにおける剛性および力学特性の不均一性を大幅に減少する。

本発明による平行位置決め機構は、添付の図面に概略的に例示されている。

機械加工用の平行位置決め機構、たとえば、複合加工工作機械、フライス盤、マニュピレーション用の平行位置決め機構、たとえば工業ロボット、たとえば測定するため等に使用される平行位置決め機構は、機械の基部１から構成され、基部１は、機械のフレーム２を担持する。機械のフレーム２は、機械の基部１に対してしっかりとまたは摺動可能に配置され、摺動ガイド４がその中に設けられる。

図１において、プラットフォーム３は、３つの回転可能なジョイント１１によって単一の摺動ガイド４に接続され、ジョイント１１のうちの２つは単一の位置決めアーム６に配置され、第３の回転可能なジョイント１１はプラットフォーム３を摺動ガイド４に直接接続する。この実施形態に使用される回転可能なジョイント１１は、下記の実施形態のすべてに使用される他のジョイント１１同様、単一の軸を中心にして回転可能なジョイントによって構成され、常に相互に平行である。

図２から明らかであるように、２つの摺動ガイド４は、交差する直線に沿って延在するが、平行であってもよい。プラットフォーム３は、２つの摺動ガイド４の間に配置され、１つの位置決めアーム６によって摺動ガイド４の一方に接続される。位置決めアーム６の両端にはそれぞれ回転可能なジョイント１１が設けられる。これらのジョイント１１の一方はプラットフォーム３に回転可能に接続するためのものであり、他方は第１の摺動ガイド４に接続するためのものである。プラットフォーム３は、また、摺動ガイド４を動くことができる位置決め可能キャリッジ５によって、摺動ガイド４の他方に接続される。プラットフォーム３は、更なる回転可能なジョイント１１を介して、第２の摺動ガイド４に更に直接接続される。この回転可能なジョイント１１も、位置決め可能キャリッジ５上に配置され、この第２の摺動ガイド４を動くことができる。

図３には、図２に示す機構に類似した平行位置決め機構が例示される。プラットフォーム３は２つの位置決めアーム６によって第１の摺動ガイド４に接続されている。位置決めアーム６の各々には２つの回転可能なジョイント１１が設けられる。これらのジョイント１１の一方はプラットフォーム３に接続するためのものであり、他方は位置決めキャリッジ５を介して摺動ガイド４に接続するためのものである。プラットフォーム３を第２の摺動ガイドに接続することは、図２にしたがった実施形態に類似している。本発明の枠組み内で、図３にしたがった実施形態において単一の摺動ガイド４を使用することも同様に可能である。

図４に、４つの位置決めアーム６を備えた平行位置決め機構の実施形態を示す。２つ位置決めアーム６の両端にはそれぞれ回転可能なジョイント１１が設けられており、プラットフォーム３を一方の摺動ガイド４に接続し、２つの他の位置決めアーム６は、プラットフォーム３を他方の摺動ガイド４に接続する。当該他方の摺動ガイドは、一方の摺動ガイド４ではないプラットフォーム３の対向する側部に配置される。プラットフォーム３の各側に配置された摺動ガイド４は、各場合に、２つのガイドブラケットによって形成され、その上を位置決め可能キャリッジ５が動くことができる。位置決め可能キャリッジ５の各々は、ガイドブラケットの両方にガイドされ、各場合に回転可能なジョイント１１によって位置決めアーム６の１つに接続される。第１の摺動ガイド４上にガイドされる位置決めアーム６および第２の摺動ガイド４にガイドされる位置決めアーム６は、一方が他方の下に配置される。位置決め可能キャリッジ５の運動は、駆動モータ１０によって駆動されるナットを備えたボールねじ１２によって達成される。代わりに、位置決めキャリッジ５の運動は、リニア駆動装置（図示せず）を備えた駆動装置として解決されることも可能である。次いで駆動装置の一次部分は、フレーム２にしっかり接続され、二次部分は位置決め可能キャリッジ５に接続される。

機械のフレーム２に対する位置決め可能キャリッジ５の正確な位置は、測定システム１４によって測定される。位置決め可能キャリッジ５は、機械のフレーム２の摺動ガイド４上でリニア直線運動を行う。この運動は、次いで、回転可能なジョイント１１を介して位置決めアーム６へ伝達される。アーム６は、回転可能なジョイント１１によってプラットフォーム３に接続されている。剛性空間プリズムとして構成される位置決めアーム６は、熱的に安定しているか、または、長手方向の熱膨張を最小限とする材料から製造される。位置決めキャリッジ５およびプラットフォーム３の回転可能なジョイント１１は、高い半径方向および軸方向の剛性および強度を有するプレストレストテーパローラー軸受によって構成される。

プラットフォーム３は、工具８を備えたチャック７を担持し、その並進運動は、リニアローリングガイドおよび摺動ブロック１３によって達成される。チャック７を備えた摺動ブロック１３の運動は、これも回転駆動モータおよびローラーねじ（図示せず）によって、位置決めキャリッジ５の駆動装置に類似して達成される。摺動ブロック１３は、Ｚ軸方向用の駆動装置および関連測定システム１４を担持し、機械のＺ軸に沿った工具８を備えたチャック７の並進運動を形成する。摺動ブロック１３は、リニアローリングガイド上でプラットフォーム３に装着される。

機械のプラットフォーム３と機械のフレーム２との間に、空気圧シリンダ１５と加圧空気容器９とを備えたカウンターバランスシステムが配置される。その力の作用によって、プラットフォーム３の重量の力およびそれに含まれる部品の重量の力を排除する。

回転モータ１０は、変速装置、ナットを備えた球形ローラーねじ１２を介して、また、測定システム１４の助けで、機械のフレーム４の摺動ガイド４上の位置決め可能キャリッジ５の並進運動を制御する。図４には、摺動ガイド４の一方に接続された位置決め可能キャリッジ５の位置を測定するための測定システム１４のみが示される。他方の摺動ガイド４に接続された位置決め可能キャリッジ５の位置を測定するために対称的に配置された測定システムは図示されない。

位置決め可能キャリッジ５の運動は、位置決めアーム６および回転可能なジョイント６を介して、Ｘ−Ｙ平面におけるプラットフォーム３の所望の運動に変更される。プラットフォーム３は、チャック７および工具８を備えた摺動ブロック１３を担持する。Ｚ軸に沿ったその並進運動は、プラットフォーム３に対する摺動ブロック１３の変位によって達成される。工具８は、機械加工工具、またはマニュピレーション用把持工具、または測定用の測定センサであってもよい。チャック７の並進可能な装着は、機械の正面または基部１の並進可能な作業サポート（図示せず）の配置によって取って代わられてもよい。代替例において、並進可能なチャック７と並進可能な作業サポートとの両方を使用することが可能である。

図４において、摺動ガイド４は単一の直線に平行である。４つの位置決めアーム６の各々が個別の摺動ガイド４上にガイドされるか、または、３つの摺動ガイド４が４つの位置決めアーム６用に設けられる配置を使用することも可能である。

図２、図３および図５には、摺動ガイド４の配置の代替実施形態が例示され、これらのガイドは２本の直線に平行であり、一方、図８は、摺動ガイド４のもっとも一般的な配置を示し、すべての摺動ガイド４は一般的な方向に沿って延在する。この特別な場合において、摺動ガイド４の２つは相互に平行であり、同時に他の２つの摺動ガイド４に交差する関係である。摺動ガイドのすべてが互いに対して交差関係である４つの摺動ガイドの配置も可能である。

本発明の枠組みにおいて、直線から逸脱した経路に沿って延在する摺動ガイドを使用することも可能である。しかし、必要な条件は、回転可能なジョイントの軸の平行性を確実にすることである。

プラットフォームを単一の摺動ガイドに接続するのを示す。 単一の位置決めアームを使用してプラットフォームを摺動ガイドに接続する場合を示す。 ２つの位置決めアームを使用してプラットフォームを摺動ガイドに接続する場合を示す。 ４つの位置決めアームによってプラットフォームを摺動ガイドに接続する場合を斜視図で示す。 図４に例示された位置決め機構の正立面図であるが、摺動ガイドの異なる配置を有する。 別の代替実施形態を示し、プラットフォームは、４つの位置決めアームによって４つの交差する摺動ガイドに接続される。

Claims (10)

1. 機械加工、マニュピレーション、または測定用の平行位置決め機構であって、工具、工作物、または測定装置を担持するかまたはマニュピレートするためのプラットフォームから構成され、前記プラットフォームは、少なくとも１つの位置決めアームによって機械のフレームに接続され、前記プラットフォーム（３）は少なくとも３つの回転可能なジョイント（１１）を介して少なくとも２つの摺動ガイド（４）にジョイント接続され、すべての回転可能なアーム（６）には、前記プラットフォーム（３）に接続するための１つの回転可能なジョイント（１１）と、前記摺動ガイド（４）に接続するための１つの回転可能なジョイント（１１）と、が設けられる平行位置決め機構であって、前記プラットフォーム（３）は、前記プラットフォーム（３）の相互に対向する側部に配置される少なくとも２つの摺動ガイド（４）にジョイント接続され、前記少なくとも２つの摺動ガイド（４）は相互に交差する関係にあり、前記回転ジョイント（１１）の回転軸は相互に平行であることを特徴とする、平行位置決め機構。
2. 前記プラットフォーム（３）は、１つの摺動ガイド（４）に接続するための少なくとも１つの位置決めアーム（６）を介してフレーム（２）に接続され、且つ、別の摺動ガイド（４）に直接接続される別の回転可能なジョイント（１１）を介して前記フレーム（２）に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の平行位置決め機構。
3. 前記プラットフォーム（３）は、少なくとも２つの摺動ガイド（４）とともに４つの位置決めアーム（６）によって、前記フレーム（２）にジョイント接続されることを特徴とする、請求項１または２に記載の平行位置決め機構。
4. 前記プラットフォーム（３）は、４つの摺動ガイド（４）とともに４つの位置決めアーム（６）によって、前記フレーム（２）にジョイント接続されることを特徴とする、請求項３に記載の平行位置決め機構。
5. 前記プラットフォーム（３）に位置する前記回転可能なジョイント（１１）の回転軸の、前記回転軸に直交する平面への投影が、台形状をなすことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の平行位置決め機構。
6. 前記プラットフォーム（３）は、ナットを備えたボールねじ（１２）によって駆動モータ（１０）に運動学的に接続される位置決め可能キャリッジ（５）によって、前記摺動ガイド（４）に接続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平行位置決め機構。
7. 前記プラットフォーム（３）は、リニア駆動装置に接続される位置決め可能なキャリッジ（５）によって、前記摺動ガイド（４）に接続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平行位置決め機構。
8. 前記プラットフォーム（３）には、並進可能なチャックが設けられることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の平行位置決め機構。
9. 前記機械の基部（１）は、前記プラットフォーム（３）に設けられた加工品支持部に対して摺動可能に配置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平行位置決め機構。
10. 前記摺動ガイド（４）は前記機械のフレーム（２）に配置され、該フレームは、前記機械の前記基部（１）に対して変位可能であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の平行位置決め機構。

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