JP4809390B2 - Origin calibration method in parallel mechanism and calibration jig for origin calibration - Google Patents
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Description
本発明は、例えば産業用ロボットとして使用されるパラレルメカニズムにおける原点較正方法と、原点較正用の較正治具に関する。本発明は、パラレルメカニズムのなかでも操作ヘッドが複数対のアームユニットで支持してある回転型のパラレルメカニズムに適用される。 The present invention relates to an origin calibration method in a parallel mechanism used as an industrial robot, for example, and a calibration jig for origin calibration. The present invention is applied to a rotary parallel mechanism in which an operation head is supported by a plurality of pairs of arm units, among parallel mechanisms.
この種のパラレルメカニズムの基本構造は、例えば特許文献1に公知である。そこでは、ベースと、ベースの下面に均等配置される3個のサーボモーターと、サーボモーターで駆動操作される3個のアームユニットと、3個のアームユニットで支持される操作ヘッドなどでパラレルメカニズムを構成している。必要に応じて、ベースと操作ヘッドとの間に伸縮しながら回転動力を伝動する駆動軸が付加される。操作ヘッドの下面側には、処理対象を捕捉するハンドなどが設けてあり、操作ヘッドの動作空間の上方に先のベースフレームが配置してある。 The basic structure of this type of parallel mechanism is known, for example, from Patent Document 1. There, a parallel mechanism with a base, three servo motors arranged evenly on the lower surface of the base, three arm units driven by the servo motors, and an operation head supported by the three arm units, etc. Is configured. A drive shaft that transmits rotational power while expanding and contracting between the base and the operation head is added as necessary. On the lower surface side of the operation head, a hand for capturing a processing target is provided, and the base frame is disposed above the operation space of the operation head.
各アームユニットは、サーボモーターで上下に旋回駆動される駆動アームと、駆動アームの旋回動作を操作ヘッドに伝えるロッドで構成してあり、ロッドは駆動アームおよび操作ヘッドに対してボール継手で連結してある。各駆動アームの駆動方向と駆動量を変更することにより、操作ヘッドを所定の3次元空間内で自由に変位できる。駆動軸は伸縮自在に連結される駆動筒と受動筒とからなり、駆動軸の上下両端がカルダン継手を介して、モーターの出力軸と操作ヘッドに組み込んだ操作軸とに連結してある。この種のパラレルメカニズムは特許文献2にも見ることができる。 Each arm unit is composed of a drive arm that is swiveled up and down by a servo motor and a rod that transmits the swivel motion of the drive arm to the operation head. The rod is connected to the drive arm and the operation head by a ball joint. It is. By changing the drive direction and drive amount of each drive arm, the operation head can be freely displaced in a predetermined three-dimensional space. The drive shaft is composed of a drive tube and a passive tube that are connected in a telescopic manner, and upper and lower ends of the drive shaft are connected to an output shaft of the motor and an operation shaft incorporated in the operation head via a cardan joint. This type of parallel mechanism can also be seen in US Pat.
本発明のパラレルメカニズムでは、所定の使用時間が経過したとき、メンテナンスの後、あるいは駆動アームの位置情報が消失したときなどに原点復帰作業を行なって操作ヘッドに集積する誤差を修正する。詳しくは、各駆動アームに設けた基準ピンを、駆動アームの通常動作範囲の外に設けた原点ピンに当接させて、その状態における駆動モーターのエンコーダー信号から原点を規定し直す。 The parallel mechanism of the present invention corrects the error accumulated in the operation head by performing the return to origin operation when a predetermined usage time has elapsed, after maintenance, or when the position information of the drive arm is lost. Specifically, a reference pin provided on each drive arm is brought into contact with an origin pin provided outside the normal operation range of the drive arm, and the origin is redefined from the encoder signal of the drive motor in that state.
しかし、先の基準ピンや原点ピンの位置精度は絶対的なものではなく、組立が完了した個々のパラレルメカニズムごとに、両ピンの位置がごく僅かにばらつくのを避けられない。また、個々のパラレルメカニズムをオーバーホールする際にも同様のばらつきがみられる。このように駆動アームの原点位置にばらつきがあると、理論上の操作ヘッドの位置や姿勢と、実際の操作ヘッドの位置や姿勢とにずれが生じ、操作ヘッドを適正に作動できなくなる。とくに、回転型のパラレルメカニズムにおいては、駆動モーターの回転動作が駆動アームとロッドで増幅して操作ヘッドに伝動されるため操作ヘッドの位置や姿勢が大きくずれやすい。 However, the positional accuracy of the reference pins and the origin pins is not absolute, and it is inevitable that the positions of both pins vary slightly for each parallel mechanism that has been assembled. Similar variations are also seen when overhauling individual parallel mechanisms. If there is variation in the origin position of the drive arm in this manner, the theoretical position and orientation of the operating head and the actual position and orientation of the operating head will deviate, making it impossible to operate the operating head properly. In particular, in the rotary parallel mechanism, the rotational movement of the drive motor is amplified by the drive arm and the rod and transmitted to the operation head, so that the position and posture of the operation head are likely to deviate greatly.
本発明の目的は、理論上の原点位置と実際の原点位置のずれを較正するパラレルメカニズムの原点較正方法と、原点較正用の較正治具を提供することにある。本発明の目的は、パラレルメカニズムの原点較正作業を厳密にしかもより簡単に行なうことができるパラレルメカニズムの原点較正方法と、原点較正用の較正治具を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a parallel mechanism origin calibration method for calibrating a deviation between a theoretical origin position and an actual origin position, and a calibration jig for origin calibration. An object of the present invention is to provide a parallel mechanism origin calibration method and a calibration jig for origin calibration, which can strictly and easily perform the origin calibration work of the parallel mechanism.
本発明のパラレルメカニズムの原点較正方法は、ベースに配置される複数個の駆動モーターと、駆動モーターで駆動操作される駆動アームおよびロッドと、ロッドで支持される1個の操作ヘッドと、ベースに設けたモーターの回転動力を、操作ヘッドに設けた操作軸に伝動する駆動軸とを有するパラレルメカニズムを適用対象とする。原点較正方法は、ベースと前記操作ヘッドとの間に較正治具を配置して、操作ヘッドを較正治具で仮基準位置に位置決めし、位置決め状態において駆動モーターの位置検出器で検出される1次位置信号を制御回路に受け渡す第1過程と、較正治具を取り外したのち、駆動アームのひとつを原点復帰操作する第2過程と、原点復帰された駆動モーターの位置検出器で検出される2次位置信号を制御回路に受け渡して、1次位置信号と2次位置信号との差から駆動アームの実際の作動角度を演算し、さらに演算結果を理論値と比較して、仮基準位置を真としたときの原点復帰状態における駆動アームの補正値を特定する第3過程と、第3過程で特定された補正値を制御回路に反映させて、駆動アームの原点を較正する第4過程とを含み、残る駆動アームについて第2過程から第4過程を行なって、全ての駆動アームの原点位置を較正する。 The parallel mechanism origin calibration method of the present invention includes a plurality of drive motors arranged on a base, a drive arm and a rod driven by the drive motor, a single operation head supported by the rod, and a base. A parallel mechanism having a drive shaft that transmits the rotational power of the provided motor to the operation shaft provided in the operation head is applied. In the origin calibration method, a calibration jig is disposed between a base and the operation head, the operation head is positioned at a temporary reference position by the calibration jig, and is detected by the position detector of the drive motor in the positioning state. Detected by the first process of transferring the next position signal to the control circuit, the second process of performing the home position return operation on one of the drive arms after removing the calibration jig, and the position detector of the drive motor that has returned to the home position The secondary position signal is transferred to the control circuit, the actual operating angle of the drive arm is calculated from the difference between the primary position signal and the secondary position signal, and the calculation result is compared with the theoretical value to determine the temporary reference position. A third process of specifying the correction value of the drive arm in the origin return state when true, and a fourth process of calibrating the origin of the drive arm by reflecting the correction value specified in the third process on the control circuit; Including and remaining drive The second step performs a fourth process for over-time, to calibrate the position of the origin of all the drive arm.
較正治具は、棒状の治具主体と、治具主体に対して連結されるベース側連結体およびヘッド側連結体とで構成する。以て、第1過程において、モーターと、駆動軸と、操作軸を取り外したのち、ベースに設けたモーターの取付座と、操作ヘッドに設けた取付座とに較正治具の両端を装着して、操作ヘッドを較正治具で仮基準位置に位置決め保持する。 The calibration jig is composed of a rod-shaped jig main body, and a base side connection body and a head side connection body connected to the jig main body. Therefore, in the first process, after removing the motor, the drive shaft, and the operation shaft, both ends of the calibration jig are attached to the mounting seat of the motor provided on the base and the mounting seat provided on the operation head. The operation head is positioned and held at the temporary reference position by the calibration jig.
ベースと操作ヘッドの対向面に、ベース側基準面とヘッド側基準面とが形成してあるパラレルメカニズムにおいては、第1過程において、ベース側基準面とヘッド側基準面とで較正治具の両端を挟持して、操作ヘッドを較正治具で仮基準位置に位置決め保持することができる。 In the parallel mechanism in which the base-side reference surface and the head-side reference surface are formed on the opposing surfaces of the base and the operation head, both ends of the calibration jig are connected between the base-side reference surface and the head-side reference surface in the first process. The operation head can be positioned and held at the temporary reference position by the calibration jig.
第2過程においては、駆動アームに設けた基準ピンをモーターブラケットに設けた原点ピンに当接して、駆動アームを原点復帰操作する。 In the second process, the reference pin provided on the drive arm is brought into contact with the origin pin provided on the motor bracket, and the drive arm is operated to return to the origin.
本発明における原点較正用の較正治具は、ベースに配置される複数個の駆動モーターと、駆動モーターで駆動操作される駆動アームおよびロッドと、前記ロッドで支持される1個の操作ヘッドと、ベースに設けたモーターの回転動力を、操作ヘッドに設けた操作軸に伝動する駆動軸とを有するパラレルメカニズムを適用対象とする。較正治具は、ベースに設けたべース側基準位置で位置決めされるベース側接合部と、操作ヘッドに設けたヘッド側基準位置で位置決めされるヘッド側接合部とを備えた棒状体で構成する。以て、較正治具のベース側接合部とヘッド側接合部とを、ベース側基準位置とヘッド側基準位置とに固定した状態において、操作ヘッドを3次元空間上の仮基準位置に位置決めする。 A calibration jig for calibrating the origin in the present invention includes a plurality of drive motors arranged on a base, a drive arm and a rod driven and operated by the drive motor, a single operation head supported by the rod, A parallel mechanism having a drive shaft that transmits rotational power of a motor provided on a base to an operation shaft provided on an operation head is applied. The calibration jig is composed of a rod-shaped body having a base side joint portion positioned at a base side reference position provided on the base and a head side joint portion positioned at a head side reference position provided on the operation head. . Accordingly, the operation head is positioned at the temporary reference position in the three-dimensional space in a state where the base side joint and the head side joint of the calibration jig are fixed to the base side reference position and the head side reference position.
較正治具は、棒状の治具主体と、治具主体に対して着脱可能に連結されるベース側連結体およびヘッド側連結体とで構成する。ベース側連結体およびヘッド側連結体のそれぞれは、嵌合部と平坦部とを一体に備えている。ベース側連結体に形成した嵌合部と平坦部、およびヘッド側連結体に形成した嵌合部と平坦部とによって、操作ヘッドを仮基準位置に位置決めする。 The calibration jig includes a rod-shaped jig main body, and a base-side coupling body and a head-side coupling body that are detachably coupled to the jig main body. Each of the base side connection body and the head side connection body is integrally provided with a fitting portion and a flat portion. The operating head is positioned at the temporary reference position by the fitting portion and the flat portion formed on the base side connection body and the fitting portion and the flat portion formed on the head side connection body.
ベースと操作ヘッドの対向面に、ベース側基準面とヘッド側基準面とが形成してある場合には、棒状に形成した較正治具の両端に、べース側基準面で位置決めされるベース側接合部と、ヘッド側基準面で位置決めされるヘッド側接合部とを一体に設けることができる。 When the base-side reference surface and the head-side reference surface are formed on the opposing surfaces of the base and the operating head, the base is positioned on the base-side reference surface at both ends of the calibration jig formed in a rod shape. The side joint portion and the head side joint portion positioned on the head side reference surface can be provided integrally.
本発明の原点較正方法においては、操作ヘッドを較正治具で仮基準位置に位置決めして、そのときの駆動アームの位置情報を1次位置信号として制御回路に受け渡す。この後、較正治具を取り外して駆動アームのうちのひとつを原点復帰操作し、駆動アームの基準ピンが原点ピンに当接したときの駆動アームの位置情報を2次位置信号として制御回路に受け渡す。さらに両位置信号から原点ピンの位置のばらつきに起因する駆動アームの補正値を特定して制御回路に反映させ、駆動アームの原点を較正する。したがって、本発明の原点較正方法によれば、各駆動アームを先の手順に従って較正することにより、理論上の原点位置と実際の原点位置を一致させることができ、これにより操作ヘッドを常に的確に作動できることとなる。駆動モーターの位置検出器によって検出される1次位置信号と2次位置信号とから駆動アームのずれを特定し、このずれを制御回路に反映させて原点較正を行なうので、駆動アームの原点較正を厳密にしかも簡単に行なうことができる。 In the origin calibration method of the present invention, the operating head is positioned at the temporary reference position by the calibration jig, and the position information of the driving arm at that time is transferred to the control circuit as a primary position signal. Thereafter, the calibration jig is removed and one of the drive arms is operated to return to the origin, and the position information of the drive arm when the reference pin of the drive arm comes into contact with the origin pin is received as a secondary position signal by the control circuit. hand over. Further, the correction value of the drive arm resulting from the variation in the position of the origin pin is specified from both position signals and reflected in the control circuit to calibrate the origin of the drive arm. Therefore, according to the origin calibration method of the present invention, by calibrating each drive arm according to the previous procedure, the theoretical origin position and the actual origin position can be matched, and thus the operation head can always be accurately and accurately set. It will be possible to operate. Since the deviation of the driving arm is specified from the primary position signal and the secondary position signal detected by the position detector of the driving motor and the deviation is reflected in the control circuit, the origin calibration is performed. It can be done strictly and easily.
モーターと駆動軸と操作軸を取り外したのち、ベースに設けたモーターの取付座と操作ヘッドに設けた取付座とに較正治具の両端を装着して原点較正を行なうと、既存の取付座に較正治具を装着して操作ヘッドを仮基準位置に位置決めできる。したがって、原点較正のためにのみ使用される基準面を別途設ける必要がなく、その分だけベースや操作ヘッドの加工の手間を軽減してコスト削減に寄与できる。 After removing the motor, drive shaft, and operation shaft, calibrate the origin by attaching both ends of the calibration jig to the motor mounting seat on the base and the mounting seat on the operation head. A calibration jig can be attached to position the operating head at the temporary reference position. Therefore, it is not necessary to separately provide a reference surface that is used only for the origin calibration, and the labor for processing the base and the operation head can be reduced correspondingly, thereby contributing to cost reduction.
ベースと操作ヘッドの対向面に、ベース側基準面とヘッド側基準面とが形成してあるパラレルメカニズムにおいては、ベース側基準面とヘッド側基準面とで較正治具の両端を挟持するだけで、操作ヘッドを仮基準位置に位置決め保持することができる。したがって、較正治具を用いて操作ヘッドを仮基準位置に位置決めするための作業を、迅速にしかも容易に行なうことができる。また、較正治具をベース側基準面とヘッド側基準面に接合した状態において、モーターの出力軸や操作ヘッドに設けた操作軸と較正治具とが機械的に干渉しない場合には、一連の原点較正作業をさらに少ない手間で簡便に行なえる。例えば図7に示すように、モーターや操作軸を装着した状態のままで較正治具をベースと操作ヘッドとの間に挟持して、操作ヘッドを仮基準位置に位置決めできる。 In the parallel mechanism in which the base-side reference surface and the head-side reference surface are formed on the opposing surfaces of the base and the operation head, just hold both ends of the calibration jig between the base-side reference surface and the head-side reference surface. The operation head can be positioned and held at the temporary reference position. Therefore, the operation for positioning the operation head at the temporary reference position using the calibration jig can be quickly and easily performed. When the calibration jig is joined to the base side reference surface and the head side reference surface, the motor output shaft or the operation shaft provided on the operation head and the calibration jig do not interfere mechanically. The origin calibration work can be easily performed with less effort. For example, as shown in FIG. 7, the operation head can be positioned at the temporary reference position by holding the calibration jig between the base and the operation head while the motor and the operation shaft are mounted.
駆動アームに設けた基準ピンを、モーターブラケットに設けた原点ピンに当接して原点復帰を行なうと、駆動モーター位置検出器によって検出される位置信号を利用して、1次位置信号と原点復帰時の2次位置信号とを得ることができる。したがって、1次位置信号と2次位置信号を個別に設けたセンサーで検知する場合に比べて、駆動アームの補正値を器差のない状態でより厳密に特定して、原点較正を適正に行なうことができる。 When the reference pin provided on the drive arm is brought into contact with the origin pin provided on the motor bracket to perform origin return, the primary position signal and origin return are performed using the position signal detected by the drive motor position detector. The secondary position signal can be obtained. Therefore, compared with the case where the primary position signal and the secondary position signal are detected by separately provided sensors, the correction value of the drive arm is specified more strictly without any instrumental error, and the origin calibration is appropriately performed. be able to.
本発明における原点較正用の較正治具は、ベース側接合部とヘッド側接合部とを備えた棒状体で構成した。そのうえで、ベース側およびヘッド側の両接合部をベース側基準位置とヘッド側基準位置とで挟持し、操作ヘッドを仮基準位置に位置決めして、原点較正を行なうのに不可欠な駆動アームの1次位置信号を制御回路に受け渡す。原点較正時には、駆動アームが仮基準位置からどれだけ変位したかを知ることができ、そのとき得られる2次位置信号と1次位置信号とから、理論上の原点位置と実際の原点位置の補正値を特定し、これを制御回路に反映させて駆動アームの原点を適確に較正できる。また、ベース側接合部とヘッド側接合部とを備えた棒状体で較正治具を構成するので、較正治具の全体構造を簡素化でき、その分だけ低コストで較正治具を提供できる。 The calibration jig for calibrating the origin in the present invention is composed of a rod-shaped body having a base side joint and a head side joint. In addition, the primary side of the drive arm, which is indispensable for calibrating the origin by sandwiching both the base side and head side joints between the base side reference position and the head side reference position and positioning the operating head at the temporary reference position. Pass the position signal to the control circuit. At the time of origin calibration, it is possible to know how much the drive arm has been displaced from the temporary reference position, and correct the theoretical origin position and actual origin position from the secondary position signal and the primary position signal obtained at that time. By specifying the value and reflecting this in the control circuit, the origin of the drive arm can be accurately calibrated. Further, since the calibration jig is composed of the rod-shaped body having the base side joint and the head side joint, the entire structure of the calibration jig can be simplified, and the calibration jig can be provided at a lower cost.
棒状の治具主体と、治具主体に対して着脱可能に連結されるベース側連結体およびヘッド側連結体とで構成した較正治具によれば、両連結体に対する治具主体の連結および分離を簡便に行なえる。具体的には、治具主体の両端に設けた連結軸部をそれぞれ連結体のボスに差し込み係合するだけで、治具主体と各連結体を簡単に一体化して、操作ヘッドを仮基準位置に迅速に位置決めできる。さらに、操作ヘッドを較正治具で仮基準位置に位置決めしたのちは、治具主体を各連結体から速やかに分離して原点復帰作業を行なうことができる。 According to the calibration jig composed of the rod-shaped jig main body, the base-side connection body and the head-side connection body that are detachably connected to the jig main body, the connection and separation of the jig main body from both connection bodies Can be done easily. Specifically, by simply inserting and engaging the connecting shafts provided at both ends of the jig main body to the bosses of the connecting body, the jig main body and each connecting body can be easily integrated, and the operation head is moved to the temporary reference position. Can be positioned quickly. Furthermore, after the operation head is positioned at the temporary reference position by the calibration jig, the jig main body can be quickly separated from each coupling body to perform the return to origin operation.
ベースと操作ヘッドの対向面にベース側基準面とヘッド側基準面とが形成してあると、両基準面で較正治具の両端を挟持するだけで、操作ヘッドを仮基準位置に位置決め保持することができる。その場合の較正治具は、棒状に形成した治具主体の両端にベース側接合部とヘッド側接合部とを一体に設けて単独部品として構成することができ、したがって、複数個の部品を連結する較正治具に比べて、較正治具の構造を簡素化して低コスト化できる。さらに、ベースおよび操作ヘッドに対する較正治具の取り付けの手間を省いて、全体として一連の原点較正作業をより簡便に行なうことができる。 If the base-side reference surface and the head-side reference surface are formed on the opposing surfaces of the base and the operation head, the operation head is positioned and held at the temporary reference position only by holding both ends of the calibration jig between the two reference surfaces. be able to. In this case, the calibration jig can be configured as a single part by integrally providing the base side joint and the head side joint at both ends of the jig main body formed in a rod shape. Compared with the calibration jig to be performed, the structure of the calibration jig can be simplified and the cost can be reduced. Furthermore, it is possible to simplify the series of origin calibration operations as a whole by omitting the trouble of attaching the calibration jig to the base and the operation head.
(実施例) 図1から図6は本発明に係るパラレルメカニズムを搬送ロボットに適用した実施例を示す。図2に示すように、パラレルメカニズムは、テーブルやコンベアーを跨ぐ状態で設置される高剛性の架台1を基体にして構成する。詳しくは、図2および図3に示すように、架台1の上壁に固定されるベース2と、ベース2の下面に配置される3個の駆動モーター3と、駆動モーター3で駆動される3個のアームユニット4と、各アームユニット4で支持される操作ヘッド5と、中央部に配置される駆動軸6などで構成する。ベース2は、操作ヘッド5の動作空間の上方に位置しており、その上面には駆動軸6を回転駆動するモーター7が設けてある。
(Example) FIGS. 1-6 shows the Example which applied the parallel mechanism based on this invention to the conveyance robot. As shown in FIG. 2, the parallel mechanism is configured with a high-rigidity base 1 installed in a state straddling a table or a conveyor as a base. Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, a
ベース2の下面には3個のモーターブラケット8が均等な間隔をあけて設けてあり、これらのモーターブラケット8に駆動モーター3が組み付けてある。駆動モーター3はサーボモータと減速機とを一体に備えており、減速機で減速された往復旋回動力を出力する。図3に示すように3個の駆動モーター3は、その中心軸線が正三角形の各辺を構成する状態でベース2に配置してあり、先の正三角形の図形中心は駆動軸6の軸中心位置に一致させてある。モーター7は駆動モーター3と同じ構造のサーボモーターからなり、その減速機部分の下端のフランジがベース2の上面に設けた取付座9にボルト10で締結してある(図4参照)。モーター7を取付座9に締結した状態において、減速機部分の下端のフランジに設けたボス部は取付座9に連続する出力軸開口60と内嵌係合する。これにより、モーター7はベース2に対して全方位方向に位置決めされ、その出力軸11はベース2の下面に突出する。取付座9はベース側基準面(ベース側基準位置)を兼ねている。
Three
図2においてアームユニット4は、駆動モーター3で上下に旋回駆動される駆動アーム12と、駆動アーム12の旋回動作を操作ヘッド5に伝えるロッド13とで構成する。駆動アーム12の基端にはアームボス14が固定してあり、このアームボス14が駆動モーター3の出力軸に固定してある。図3に示すようにロッド13は、平行に配置される一対のリンク棒15と、リンク棒15の上下端寄りに設けられて、両リンク棒15を引き寄せ付勢するばねユニット16とで構成してある。
In FIG. 2, the arm unit 4 includes a
ロッド13の上下両端は、駆動アーム12および操作ヘッド5に対して、それぞれボール継手17で連結する。このように、ボール継手17を介して連結されたアームユニット4によれば、駆動アーム12を駆動モーター3で上下に往復旋回駆動することにより、操作ヘッド5を所定の3次元空間内で自由に変位できる。操作ヘッド5が3次元変位できる空間のうち、基準平面上の直径1040mm、高さ200mmの作動範囲が操作ヘッド5の作業領域となる。なお、対向するボール継手17のボール中心どうしを結ぶ線は、駆動モーター3の中心軸線と平行になっている。
The upper and lower ends of the
操作ヘッド5は、三角形状の板状ブロックからなり、その中央部分に駆動軸6の回転動力を受け継ぐ操作軸20が回転自在に軸支してある。図4に示すように、操作軸20は、クロスローラーベアリング21で回転自在に軸支され、クロスローラーベアリング21を間に挟んで設けたナット22で締結固定してある。操作軸20を抜け止め保持するために、ベアリング穴57の開口周縁に取付座23を形成し、取付座23にボルトで締結した保持リング24で先のベアリング21の外輪を押さえ固定している。操作軸20の下端に設けられるフランジ25を利用して、吸着具やハンドなどの捕捉構造が装着される。取付座23はヘッド側基準面(ヘッド側基準位置)を兼ねている。
The
駆動軸6は、モーター7の回転動力を伸縮しながら伝動する。伸縮伝動時の摩擦抵抗を減少し、さらに操作ヘッド5の高速移動に円滑に追随させるために、駆動軸6はボールスプライン軸と、ボールスプライン軸の上下端に連結されるユニバーサルジョイント27とで構成する。図2に示すように、ボールスプライン軸は、上半側の駆動スプライン軸28と、下半側の受動スプライン軸29とで構成する。駆動軸6のメンテナンスや交換を簡便に行なうために、駆動軸6の入力端および出力端をモーター7の出力軸11および先の操作軸20に対してそれぞれ摩擦締結具31・32を介して着脱可能に連結している。
The drive shaft 6 is transmitted while expanding and contracting the rotational power of the
図4に示すようにモーター7の出力軸11に連結される摩擦締結具31は、出力軸11に外嵌する連結穴を備えた継手本体33と、継手本体33の周囲壁を縮径操作する六角穴付ボルト34とで構成してある。継手本体33の周囲壁の一部にはスリット35が形成してあり、このスリット35と直交する状態で先のボルト34がねじ込んである。継手本体33は、ユニバーサルジョイント27の駆動側の継手体に連結固定してある。六角穴付ボルト34を緩めると、モーター7の出力軸11とユニバーサルジョイント27との連結状態を解除できる。
As shown in FIG. 4, the
図4に示すように、操作軸20に連結される摩擦締結具32は市販されている摩擦ロック型の締結具(商品名メカロック)からなる。摩擦締結具32は、テーパー面を介して内外に嵌合する内輪、および外輪37と、内輪を引き寄せ操作するナット38などで構成してある。内輪の連結穴に操作軸20の軸部の上端を内嵌し、さらに外輪37をユニバーサルジョイント27の受動側の継手体に嵌め込んだ状態でナット38をねじ込むことにより、操作軸20とユニバーサルジョイント27とを同時に締結固定できる。逆に、ナット38を緩めると、操作軸20とユニバーサルジョイント27との連結状態を解除できる。
As shown in FIG. 4, the
各駆動アーム12の原点復帰を行なうために、アームボス14の周面に、基準ピン40をそのピン軸心が駆動モーター3の回転軸と直交するように固定している(図5参照)。さらに、モーターブラケット8の側端面に、基準ピン40を受け止める丸軸状の原点ピン41を固定している。なお、原点ピン41および基準ピン40は、通常動作範囲で接触しない位置に設置されている。このように、原点ピン41を基準ピン40の旋回軌跡と交差する状態で配置することにより、駆動アーム12を原点位置へ復帰操作したとき、基準ピン40を原点ピン41で受け止めて、駆動アーム12の原点位置を特定できる。
In order to perform the origin return of each
上記の基準ピン40や原点ピン41の位置精度は絶対的なものではなく、組立が完了した個々のパラレルメカニズムごとに、両ピン40・41の位置がごく僅かにばらつくのを避けられない。また、個々のパラレルメカニズムをオーバーホールした場合にも、同様のばらつきが発生する。こうした原点位置のばらつきを修正するために、較正治具45を使用して原点較正を行なう。
The positional accuracy of the
図1および図6において較正治具45は、棒状の治具主体46と、治具主体46に対して着脱可能に連結されるベース側連結体(ベース側接合部)47およびヘッド側連結体(ヘッド側接合部)48とで構成する。治具主体46は、上下に長い鋼棒からなり、その上下両端のそれぞれにベース側連結体47およびヘッド側連結体48に着脱可能に嵌合する連結軸部49・50が形成してある。上下の連結軸部49・50の基端間の上下寸法、および同心度は厳密に規定してある。
1 and 6, a
ベース側連結体47は、ボス52と、ボス52の上部に設けられる嵌合軸部(嵌合部)68と、嵌合軸部68の上端に張り出し形成されるフランジ53とで構成する。ボス52の下端面(平坦部)69とフランジ53の下面(平坦部)70、および嵌合軸部68の周面は、それぞれ仕上げ加工が施されて、ボス52の下端面からフランジ53の下面までの高さ寸法、およびボス52と嵌合軸部68の同心度が厳密に規定してある。ボス52の下端面(平坦部)69とフランジ53の下面(平坦部)70、および嵌合軸部68の周面と連結軸部49との嵌合穴部の内面とは、それぞれ仕上げ加工が施されて、ボス52の下端面69からフランジ53の下面70までの高さ寸法、および嵌合軸部68と嵌合穴部の同心度が厳密に規定してある。
The base-
ヘッド側連結体48は、ボス54と、ボス54の下端寄りに張り出し形成されるフランジ55と、フランジ55の下面に設けた嵌合軸部(嵌合部)56とで構成する。ボス54の上端面(平坦部)72とフランジ55の下面(平坦部)73はそれぞれ仕上げ加工が施されて、ボス54の上端面からフランジ55の下面までの高さ寸法、および嵌合軸部56と連結軸部50との嵌合穴部の同心度が厳密に規定してある。また、嵌合軸部56の周面と嵌合穴部の内面にも仕上げ加工が施してあり、これにより嵌合軸部56をクロスローラーベアリング21のベアリング穴57に嵌合して、ヘッド側連結体48を操作ヘッド5と同心状に位置決めできるようにしている。要するに、ベース側連結体47およびヘッド側連結体48において、嵌合する軸部と穴、あるいは上下寸法を規定する接合面については、全て所定の寸法公差に収まるように寸法管理され、表面には仕上げ加工が施してある。
The head-
駆動アーム12の原点位置の較正作業は、上下の摩擦締結具31・32のボルト34およびナット38を緩めて駆動軸6を取り外し、さらにモーター7および操作軸20を、ベース2および操作ヘッド5から取り外した状態で行なう。較正作業は、取付座9をベース側基準面に利用し、さらに取付座23をヘッド側基準面に利用して、以下の第1過程から第4過程に従って行なう。
The calibration operation of the origin position of the
第1過程では、ベース2と操作ヘッド5との間に較正治具45を配置して、操作ヘッド5を較正治具45で仮基準位置に位置決めする。具体的には、図6に示すようにベース2に設けたモーター7の取付座9にベース側連結体47のフランジ53を接合し、モーター7の締結用ねじ穴を利用してボルト59で締結固定する。これによりベース側連結体47の嵌合軸部68が出力軸開口60でX軸、Y軸方向に位置決めされ、フランジ53の下端面70によってZ軸方に位置決めされて、ベース側連結体47を全方位方向に位置決めできる。この状態のボス52は、出力軸開口60を縦通してベース2の下面側へ突出する。また、ヘッド側連結体48の嵌合軸部56をベアリング穴57に嵌め込み、操作ヘッド5に設けた取付座23にヘッド側連結体48のフランジ55を接合したのち、保持リング24の締結用ねじ穴を利用してボルト61で締結固定する。これによりヘッド側連結体48の嵌合軸部56がベアリング穴57でX軸、Y軸方向に位置決めされ、フランジ55の下端面73によってZ軸方に位置決めされて、ヘッド側連結体48を全方位方向に位置決めできる。
In the first process, the
次に、駆動モータ3に設けられたブレーキを解除して操作ヘッド5を下方へ移動操作し、治具主体46の上側の連結軸部49をベース側連結体47のボス52の内面に差し込み係合する。操作ヘッド5を再び移動操作して、ヘッド側連結体48のボス54を治具主体46の下側の連結軸部50に外嵌係合する。この状態で操作ヘッド5を上向きに押し付けて治具主体46と上下の連結体47・48とを密着させ、駆動モータ3に設けられたブレーキを作動させて、操作ヘッド5を仮基準位置(図1に示す位置)に位置決め保持する。このときの較正治具45の中心はベース2の中心を通る垂直線上にあり、操作ヘッド5は水平姿勢に支持されている。また、駆動アーム12は、図5に示すようにアーム中心軸線が駆動モーター3の中心を通る水平線から角度θ1だけ上方へ変位した位置にある。この状態で駆動モーター3のエンコーダー(位置検出器)で検出される1次位置信号を制御回路63に受け渡す。
Next, the brake provided in the drive motor 3 is released, the
第2過程では、駆動モータ3に設けられたブレーキを解除して、駆動アーム12を下方移動させ、ベース2と操作ヘッド5の上下間隔を拡げて治具主体46を上下の連結体47・48から取り外す。この状態で、駆動アーム12のひとつを先端が上方へ旋回操作して、図5に示すように基準ピン40を原点ピン41に当接させ、原点位置へ復帰させる。原点復帰動作によって、駆動アーム12は仮基準位置を越えて角度θ2だけ変位する。
In the second process, the brake provided in the drive motor 3 is released, the
第3過程では、基準ピン40が原点ピン41に当接した状態の駆動モーター3のエンコーダーで検出される2次位置信号を制御回路63へ受け渡す。制御回路63は、先の1次位置信号と2次位置信号との差から駆動アーム12の実際の作動角度を演算し、さらに演算結果を理論値と比較して、第1過程で特定した仮基準位置を真としたときの、原点復帰状態における駆動アーム12の理論値からの補正値を特定する。
In the third process, the secondary position signal detected by the encoder of the drive motor 3 in a state where the
第4過程では、第3過程で特定された補正値を制御回路63に反映させて、駆動アーム12の原点位置を較正する。具体的には、補正値を手動で入力するか、補正値が確定した時点で、図示していない入力装置のリセットボタンをオン操作するか、あるいは制御装置63内で自動的に書き換えるか、いずれかの方法により補正値を制御回路63に反映させることができる。このように、原点位置を較正することにより、理論上の原点位置と実際の原点位置とを一致させることができ、その結果、操作ヘッド5を誤差のない状態で適正に変位操作できる。残る2個の駆動アーム12についても、第2過程から第4過程を繰返し行なうことにより、全ての駆動アーム12の原点位置を較正する。一連の較正作業が終了した時点で、上下の両連結体47・48をベース2および操作ヘッド5から取り外し、モーター7および操作軸20を組み付けたのち駆動軸6を組み付ける。
In the fourth process, the correction value specified in the third process is reflected in the
上記の実施例では、取付座9をベース側基準面に利用し、さらに取付座23をヘッド側基準面に利用して較正治具45を取り付けるようにした。そのため、較正治具45を治具主体46と上下の連結体47・48との三者に分割して構成し、これら三者を順次連結する必要があった。しかし、図7に示すようにベース2の下面側にヘッド側基準面65を設ける場合には、較正治具45を1個の部品として構成することができる。詳しくは、筒状の治具主体46の上下に上フランジ(ベース側接合部)66と下フランジ(ヘッド側接合部)67をそれぞれ固定して較正治具45とすることができる。
In the above embodiment, the
上記の較正治具45は、ベース2と操作ヘッド5との間に配置されて操作ヘッド5を仮基準位置に位置決めする。このとき、モーター7および操作軸20は装着した状態のままでよく、したがって、モーター7および操作軸20を取り外すための手間を省くことができる。また、治具主体46と上下のフランジ66・67を順次連結するための手間も省けるので、一連の原点較正作業をより迅速に、しかも簡便に行なうことができる。
The
上記の実施例における較正治具45の上下長さは、操作ヘッド5の作動範囲内である限り自由に選定できる。例えば操作ヘッド5を較正治具45で仮基準位置に位置決めした状態において、駆動アーム12の中心軸線が、駆動モーター3の中心を通る水平線上に位置するように、較正治具45の上下長さを設定することができる。
The vertical length of the
較正治具45は直線棒状に較正する必要はない。例えば、3個の棒状体をヘッド側連結体に折り畳み可能に連結して三脚状に構成することができる。その場合には、ヘッド側連結体を操作ヘッド5の取付座23に固定し、開脚した3個のアームの先端のそれぞれを、ベース2の下面3箇所に設けた基準面に当接係合して、操作ヘッド5を仮基準位置に位置決めすることができる。ベース2の下面3箇所に基準穴を形成しておき、3個のアームの先端のそれぞれを基準穴に差し込み係合して、操作ヘッド5を仮基準位置に位置決めしてもよい。
The
2 ベース
3 駆動モーター
5 操作ヘッド
6 駆動軸
7 モーター
12 駆動アーム
13 ロッド
20 操作軸
40 基準ピン
41 原点ピン
45 較正治具
46 治具主体
47 ベース側接合部(ベース側連結体)
48 ヘッド側接合部(ヘッド側連結体)
63 制御回路
2 Base 3
48 Head side joint (head side connector)
63 Control circuit
Claims (7)
前記ベースと前記操作ヘッドとの間に較正治具を配置して、前記操作ヘッドを前記較正治具で仮基準位置に位置決めし、位置決め状態において前記駆動モーターの位置検出器で検出される1次位置信号を制御回路に受け渡す第1過程と、
前記較正治具を取り外したのち、前記駆動アームのひとつを原点復帰操作する第2過程と、
原点復帰時に前記駆動モーターの位置検出器で検出される2次位置信号を制御回路に受け渡して、前記1次位置信号と前記2次位置信号との差から前記駆動アームの実際の作動角度を演算し、さらに演算結果を理論値と比較して、仮基準位置を真としたときの原点復帰状態における前記駆動アームの補正値を特定する第3過程と、
前記第3過程で特定された補正値を制御回路に反映させて、駆動アームの原点を較正する第4過程とを含み、
残る駆動アームについて前記第2過程から前記第4過程を行なって、全ての駆動アームの原点位置を較正するパラレルメカニズムの原点較正方法。 A plurality of drive motors arranged on the base, a drive arm and rod driven and operated by the drive motor, a single operation head supported by the rod, and rotational power of the motor provided on the base, A parallel mechanism origin calibration method having a drive shaft transmitted to an operation shaft provided in the operation head,
A calibration jig is disposed between the base and the operation head, the operation head is positioned at a temporary reference position by the calibration jig, and the primary detected by the position detector of the drive motor in the positioning state. A first process of passing the position signal to the control circuit;
After removing the calibration jig, a second step of performing an origin return operation on one of the drive arms;
The secondary position signal detected by the position detector of the drive motor at the time of return to origin is transferred to the control circuit, and the actual operating angle of the drive arm is calculated from the difference between the primary position signal and the secondary position signal. Further, a third process of comparing the calculation result with a theoretical value and specifying the correction value of the drive arm in the home return state when the temporary reference position is true;
A fourth step of calibrating the origin of the drive arm by reflecting the correction value specified in the third step on the control circuit,
A parallel mechanism origin calibration method in which the second process to the fourth process are performed on the remaining drive arms to calibrate the origin positions of all the drive arms.
前記第1過程において、前記モーターと、前記駆動軸と、前記操作軸を取り外したのち、前記ベースに設けた前記モーターの取付座と、前記操作ヘッドに設けた取付座とに前記較正治具の両端を装着して、前記操作ヘッドを前記較正治具で仮基準位置に位置決め保持する請求項1記載のパラレルメカニズムの原点較正方法。 The calibration jig is composed of a rod-shaped jig main body, a base side connection body and a head side connection body connected to the jig main body,
In the first step, after removing the motor, the drive shaft, and the operation shaft, the calibration jig is attached to the mounting seat of the motor provided on the base and the mounting seat provided on the operation head. The parallel mechanism origin calibration method according to claim 1, wherein both ends are mounted and the operation head is positioned and held at a temporary reference position by the calibration jig.
前記第1過程において、前記ベース側基準面と前記ヘッド側基準面とで前記較正治具の両端を挟持して、前記操作ヘッドを前記較正治具で仮基準位置に位置決め保持する請求項1記載のパラレルメカニズムの原点較正方法。 In a parallel mechanism in which a base side reference surface and a head side reference surface are formed on the opposing surfaces of the base and the operation head,
2. In the first step, both ends of the calibration jig are sandwiched between the base side reference surface and the head side reference surface, and the operation head is positioned and held at a temporary reference position by the calibration jig. The origin calibration method of the parallel mechanism.
前記較正治具が、前記ベースに設けたべース側基準位置で位置決めされるベース側接合部と、前記操作ヘッドに設けたヘッド側基準位置で位置決めされるヘッド側接合部とを備えた棒状体で構成されており、
前記較正治具のベース側接合部とヘッド側接合部とを、前記ベース側基準位置と前記ヘッド側基準位置に固定した状態において、操作ヘッドを3次元空間上の仮基準位置に位置決めするパラレルメカニズムにおける原点較正用の較正治具。 A plurality of drive motors arranged on the base, a drive arm and rod driven and operated by the drive motor, a single operation head supported by the rod, and rotational power of the motor provided on the base, A calibration jig for calibrating the origin applied to a parallel mechanism having a drive shaft that is transmitted to an operation shaft provided in the operation head,
A rod-shaped body in which the calibration jig includes a base-side joint portion positioned at a base-side reference position provided on the base and a head-side joint portion positioned at a head-side reference position provided on the operation head. Consists of
A parallel mechanism for positioning the operating head at a temporary reference position in a three-dimensional space in a state where the base side joint and the head side joint of the calibration jig are fixed to the base side reference position and the head side reference position. Calibration jig for calibrating the origin.
前記ベース側連結体およびヘッド側連結体のそれぞれが、嵌合部と平坦部とを一体に備えており、
前記ベース側連結体に形成した前記嵌合部と前記平坦部、および前記ヘッド側連結体に形成した前記嵌合部と前記平坦部とによって、前記操作ヘッドを前記仮基準位置に位置決めできる請求項5記載のパラレルメカニズムにおける原点較正用の較正治具。 The calibration jig is composed of a rod-shaped jig main body, a base side connection body and a head side connection body that are detachably connected to the jig main body,
Each of the base side coupling body and the head side coupling body is integrally provided with a fitting portion and a flat portion,
The operation head can be positioned at the temporary reference position by the fitting portion and the flat portion formed on the base side connection body, and the fitting portion and the flat portion formed on the head side connection body. 5. A calibration jig for calibrating the origin in the parallel mechanism according to 5.
棒状に形成した前記較正治具の両端に、前記べース側基準面で位置決めされるベース側接合部と、前記ヘッド側基準面で位置決めされるヘッド側接合部とが一体に設けてある請求項5記載のパラレルメカニズムにおける原点較正用の較正治具。 The base side reference surface and the head side reference surface are formed on opposing surfaces of the base and the operation head,
A base-side joint portion positioned by the base-side reference surface and a head-side joint portion positioned by the head-side reference surface are integrally provided at both ends of the calibration jig formed in a rod shape. Item 6. A calibration jig for calibrating the origin in the parallel mechanism according to Item 5.
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